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半导体国产化投资机会系列二:光刻胶,半导体

半导体国产化投资机会系列二:光刻胶,半导体

作者:admin    来源:互联网    发布时间:2020-06-08 19:08

上回,富途资讯和大家分享了《半导体国产化投资机会系列一:清洗设备》一篇文章,里面内容曾提过,华为被美国举全国之力打压此事告诉我们一个道理:「如果我们只有一家顶尖的科技公司,但相关配套的产业链设备没有发展起来的话,最终是可能会被拖后腿的。」预计未来,我们会加大对半导体产业链的投入和研发,加快了我们国家半导体国产化进程。

本文将会为大家介绍半导体制程中最为关键材料,光刻胶。2019年下半年,日本限制对韩国的半导体的相关原材料的出口,其中包括了最重要的就是光刻胶。韩国是全球最大的半导体生产国之一,三星、SK海力士两家公司就控制了全球超过50%的闪存、超过75%的内存生产,大量进口日本的原材料,日本政府希望用这些公司卡韩国脖子。

虽然半导体材料供应都十分集中,但其中的光刻胶材料技术应该算是全球集中度最高,且壁垒最高的材料,日本和美国合计占市场份额高达 95%,其中高端的半导体光刻胶日本的市场占有率接近90%。

光刻是半导体制程的核心,制程时间占比为40%-60%。而光刻胶作为光刻工艺中图形转移的载体,几乎决定了晶圆厂所能达到的制程高度,光刻胶是半导体、平板显示器、PCB等微电子、光电子领域加工制造中使用的关键材料,其性能直接影响了下游应用产品的集成度、功耗性能、成品率及可靠性,光刻胶是国产替代的重要环节。

光刻胶是由树脂、感光剂、溶剂及各类添加剂等组成的对光敏感的混合液态感光材料。光刻胶又称为光致抗蚀剂,是图形转移介质,其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。

光刻胶的使用基本贯穿了光刻工艺的所有的过程。主要是其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。经光刻工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上,在集成电路和半导体分立器件的微细加工中有广泛应用。

在每次的光刻和刻蚀工艺中,光刻胶都要通过预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影和蚀刻等环节,将光罩(掩膜版)上的图形转移到硅片上。每一代新的光刻工艺都需要新一代的光刻胶技术相匹配,一块半导体芯片在制造过程中一般需要进行10-50道光刻过程。

1)属于资本、技术双密集型产业。半导体光刻工艺过程需涂胶、曝光、显影、烘烤、刻蚀、沉积、离子注入等诸多工艺。在这一系列的过程当中,光刻胶的质量和性能是直接影响这一些列工艺的制造,最终会影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。

2)配套材料具备产品技术更迭快、纯度高等特点。生产光刻胶需要将感光材料、成膜树脂、光敏剂、添加剂、溶剂等组分有效地结合在一起,通常是在氮气气体保护下将原料充分混合成均相液体。配套的材料需要一起系统性地升级,纯度也变得越来越苛刻。

从应用上看,光刻胶可以大致分为LCD光刻胶、PCB 光刻胶(感光油墨)与半导体光刻胶等。实现国产化的光刻胶主要集中在低端PCB光刻胶和LCD光刻胶,半导体光刻胶领域基本依赖于进口。

PCB光刻胶:目前国产替代进度最快的,目前国产化率已达到50%,如容大感光、广信材料、东方材料、飞凯材料、永太科技等在内的大陆企业占据国内 46%左右湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨市场份额。

LCD 光刻胶:国产化率在10%左右,进口替代空间巨大。主要企业有飞凯材料、永太科技、苏州瑞红(晶瑞股份 100%控股)和北京科华微电子(南大光电持股 31.39%)。

半导体光刻胶:与世界先进水平仍有2-3代的差距,国产替代之路任重道远。半导体光刻胶半导体光刻胶及配套材料具备产品技术更迭快、纯度高等特点,也就是生产难度最高的光刻胶。

半导体行业目前主要使用光刻胶包括g 线、i 线、KrF、ArF 四大类。光刻胶曝光波长有宽谱紫外向g线-i线-KrF-ArF-EUV的方向移动。

我国半导体领域的g线、i线光刻胶基本可以满足自给自足,两者主要用于6英寸晶圆(6英寸晶圆是在1992年生产)的集成电路制造。KrF(用于8英寸晶圆,1997年开始生产)和ArF光刻胶(用于12英寸晶圆,2002开始生产)被日本、美国企业垄断,我国的对于高端的KrF、ArF光刻胶,几乎全部依赖进口,国产化率存在极大的提升空间。

据智研咨询统计,2019年全球光刻胶市场规模预计近90亿美元,自2010年至今CAGR约5.4%。预计该市场未来3年仍将以年均5%的速度增长,至2022年全球光刻胶市场规模将超过100亿美元。

根据下图,我们可以了解到低端的g/i-line的占总的半导体光刻胶市场份额31%,高端的KrF、ArF-i光刻胶的市场份额最大,达到45%,基本是被日本的企业垄断,所以让日本在半导体领域有极大的控制能力。

在ArF光刻胶方面,基本是日本的企业,除了只有4%市场占有率美国的陶氏化学。在KrF光刻胶方面,日本也是占了主导地位,在这领域有全球5%市场占有率的韩国企业和11%的美国企业。

国内生产半导体光刻胶的企业较少,且以偏低端的g线、i线光刻胶为主,目前基本可以自给自足。对于KrF、ArF 两大类,目前国内主要还处于规划和研发阶段,但南大光电已安装并调试第一条ArF 光刻胶生产线。另外,晶瑞股份、南大光电和北京科华等起步较早的企业有稳定GI 光刻胶,未来也是国内半导体光刻胶国产化进程的代表公司。

晶瑞股份也称苏州瑞红,承担了国家重大科技项目02专项「i线光刻胶产品开发及产业化」项目并通过验收,在国内实现了i线(365nm)光刻胶量产,并在中芯国际、扬杰科技、士兰微等知名半导体厂通过了单项测试和分片测试,取得了客户的产品认证。

光刻胶业务占公司的收入结构整体偏低10%左右,但其毛利率呈一直上升的趋势,说明其产品的竞争力也是不断地上升,2018-2019年的毛利率稳定在51%左右。

2019年半年报中披露公司正在自主创新和产业化的193nm光刻胶项目,已获得国家02专项「193nm光刻胶及配套材料关键技术研究项目」和「ArF光刻胶开发和产业化项目」的正式立项,先后共获得中央财政补贴1.5亿元,地方配套5,000万元。

(注:ArF 光刻胶是目前仅次于 EUV 以外难度最高,制程最先进的光刻胶, 是集成电路22nm、14nm 乃至 10nm 制程的关键。)

现阶段,南大光电成立了全资子公司「宁波南大光电材料有限公司」,重点推进ArF 光刻胶开发和产业化项目。2020年4月,引入193纳米浸没式光刻机用于光刻胶用于光刻胶产品开发,项目投产后将达到25吨193nm的生产规模,长期来看公司业绩有望受益。

(注:南大光电于2020Q1 转让持有北京科华股份。北京科华,未上市企业,是国内半导体光刻胶龙头,且目前国内唯一拥有荷兰ASML曝光机的光刻胶公司,并建有北京市发改委命名的「光刻胶北京市工程实验室」。)

光刻是半导体制程的核心,制程时间占比为40%-60%。而光刻胶作为光刻工艺中图形转移的载体,几乎决定了晶圆厂所能达到的制程高度。目前,我国基本可以实现PCB光刻胶和LCD光刻胶国产化,但对于半导体光刻胶领域还是主要依赖于进口。

高端的半导体光刻胶基本是被日本企业垄断,所以让日本在半导体领域有极大的控制能力。我们国内对半导体光刻胶行业还处于研发和规划阶段,与世界先进水平仍有2-3代的差距,国产替代之路任重道远。晶瑞股份已实现i线(365nm)光刻胶量产,并在中芯国际、扬杰科技等知名半导体厂得到认可,现KrF半导体光刻胶处于中试阶段,未来有望突破。南大光电已披露公司正在自主创新和产业化的193nm光刻胶项目,已获国家2个专项「193nm光刻胶及配套材料关键技术研究项目」和「ArF光刻胶开发和产业化项目」,这些项目属于难度最高,制程最先进的光刻胶。

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