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光刻胶及光刻胶配套试剂细分领域

刘****2
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光刻胶及光刻胶配套试剂细分领域一、 光刻胶及光刻胶配套试剂细分领域(一)半导体光刻胶行业概况随着高集成度、超高速、超高频集成电路及元器件的开发,集成电路与元器件特征尺寸呈现出越来越精细的趋势,加工尺寸达到百纳米直至纳米级,光刻设备和光刻胶产品也为满足超微细电子线路图形的加工应用而推陈出新光刻胶的分辨率直接决定了特征尺寸的大小,通常而言,曝光波长越短,分辨率越高,因此为适应集成电路线宽不断缩小的要求,光刻胶的曝光波长由紫外宽谱向g线(436nm)→i线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向转移,并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平,而紫外宽谱光刻胶更多应用于分立器件2014年6月,《国家集成电路产业发展推进纲要》指出,集成电路产业一直是我国的问题之一,其中核心耗材半导体光刻胶等产品领域存在明显受制于人的问题光刻胶是集成电路最核心的材料之一,光刻胶的作用如同集成电路的模具,在光刻工艺中为铺设电路预留空间,其质量和性能与电子器件良品率、器件性能以及器件可靠性直接相关二)显示面板光刻胶行业概况光刻工艺同样也是液晶面板制造的核心工艺,通过镀膜、清洗、光刻胶涂覆、曝光、显影、蚀刻等工序,将掩膜版上的图形转移到薄膜上,形成与掩膜板对应的几何图形,从而制得TFT电极与彩色滤光片。

显示面板光刻胶主要分为TFT-LCD光刻胶、彩色光刻胶和黑色光刻胶及触摸屏光刻胶三类显示面板光刻胶被应用在显示面板制造过程的不同工序中TFT-LCD光刻胶用于加工液晶面板前段Array制程中的微细图形电极;彩色光刻胶和黑色光刻胶用于制造显示面板中的彩色滤光片;触摸屏光刻胶用于制作触摸电极平板显示器中TFT-LCD是市场的主流,彩色滤光片是TFT-LCD实现彩色显示的关键器件从2009年开始,显示面板产业链逐渐向中国转移经过十年的快速扩张,中国显示面板行业后来居上尽管国内市场对于显示面板光刻胶的需求量不断增长,但我国显示面板光刻胶生产能力仍严重不足目前显示面板光刻胶的生产主要被日韩厂商垄断,LCD光刻胶的全球供应集中在日本、韩国、中国台湾等地区,海外企业市占率超过90%三)PCB光刻胶行业概况PCB的加工制造过程涉及图形转移,即把设计完成的电路图像转移到衬底板上,因而在此过程中会使用到光刻胶PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨自20世纪90年代中期开始,PCB产业开始转移,2002年开始,外资PCB光刻胶企业陆续在华建厂至2017年,我国PCB产值占全球份额达50.8%,PCB光刻胶产值占全球份额也超70%,到2019年的市场份额达到93.35%,主要集中在中低端产品市场。

四)其他光刻胶行业概况其他光刻胶主要包括电子束光刻胶、感光聚酰亚胺(PSPI)、光敏聚苯并噁唑树脂(PSPBO)等特殊工艺光刻胶因其工艺特殊性,全球其他光刻胶呈现生产厂商数量较少、供应量较少、产品单价较高等特点五)光刻胶配套试剂行业概况光刻胶配套试剂主要是由基础化工原料(包括N-甲基吡咯烷酮、醋酸丁酯、四甲基氢氧化铵、石油醚、正庚烷等)调配制造的产品,包括显影液、剥离液、增粘剂、边胶剂等,与光刻胶配套使用因此同光刻胶应用范围相同,主要应用于显示面板、集成电路和半导体分立器件等细微图形加工作业二、 终端市场蓬勃发展,光刻胶需求快速增长终端需求强劲,带动半导体光刻胶需求增长根据ICInsights,在2021年经济从2020年爆发的新冠疫情危机中反弹后,全球半导体营收增长25%,预计2022年半导体总销售额将持续增长并达到创纪录的6806亿美元,其中光电、传感器、执行器和分立器件(统称OSD设备)将达到创纪录的1155亿美元半导体产品销售的强势增长,为半导体材料市场提供厚实基础,作为耗材,其每年的需求量整体稳步上升三、 半导体光刻胶市场格局对于技术壁垒最高的半导体光刻胶市场,ArF光刻胶与其他浸没式光刻胶合起来占据了整个市场的52%。

日本企业在半导体光刻胶市场占据主导地位根据东京应化公布的数据,2019年日本企业合计市场份额为69%,东京应化(TOK)占比为25%四、 晶圆制造产能扩张,光刻胶需求高增长半导体光刻胶作为关键材料,晶圆厂产能变化预示光刻胶需求变化SMIC的8寸晶圆出货量与我国整体半导体材料销售额呈现高度正相关,因此晶圆产能的扩张节奏,可以作为整个半导体材料的景气度风向标我国在世界晶圆产能占比逐步提高,半导体光刻胶需求随之提升未来随着我国积极推动芯片自主化政策,晶圆厂产能大幅提升,2010、2019年分别超越欧洲、北美,2020年接近日本,月产能约318.4万片(折合8寸晶圆),全球市占率约15.3%,排名全球第四此外,2020~2025年间受惠当地业者不断投资,以及三星、SK海力士等内存大厂进驻,中国大陆晶圆厂月产能将持续增加,预计将增加3.7个百分点,达到世界占比接近20%,有望升至全球第二新增晶圆厂将极大提升KrF和ArF光刻胶需求量根据Gartner预测,预计2022年20nm及以下占比12%,28nm至90nm占比41%,0.13μm及以上的微米级制程占比47%目前,90nm以下主要使用12寸晶圆,90nm以上使用8寸或更小尺寸晶圆。

由于KrF和ArF胶主要应用于0.35μm以下,应用晶圆为8寸或12寸,随着未来我国整体晶圆新增产能集中在12寸线,相比于g/i线价值量更高的KrF和ArF光刻胶将成为未来我国光刻胶需求增长的绝对主流未来我国半导体光刻胶市场KrF和ArF胶的占比将继续提升根据TrendBank数据,2020年我国ArF和KrF胶占比分别为44.0%和37.0%,占比最高,预计2021年我国半导体光刻胶规模达到29.0亿元由于我国在建的晶圆产能基本为8寸和12寸产能,ArF和KrF胶的占比将会持续增高未来我国半导体光刻胶增速将远超世界增速由于世界新增晶圆产能大部分在中国大陆,光刻胶需求也将随之增长根据Techcet预测,2021年全球半导体光刻胶市场规模约19亿美元,预计到2025年超过24亿美元,年化增长率为6%以上根据TrendBank,我国2021年半导体光刻胶市场预计29.0亿元中国作为未来全球晶圆产能增长的主力军,当前到2025年在建和计划8寸和12寸晶圆产能总共达到84万/片,增幅为当前的60%,结合到2021-2025年五年时间完全达产,给予平均每年12%作为我国半导体光刻胶中性复合增速;由于我国的芯片产能结构将整体提高,2020年KrF和ArF的占比分别为37.0%和44.0%,给予二者未来更大的占比假设,KrF胶占比40.0%,ArF胶占比45.0%。

综上情况和假设判断到2025年,我国半导体光刻胶市场规模将保守在40亿元,乐观50亿元以上五、 PCB光刻胶市场格局PCB光刻胶的技术门槛较低,加之我国的PCB的产值规模占全球的比例自2016年已超过50%,根据Reportlinker的数据,我国PCB光刻胶产值在全球的市场份额在2019年已超过93%六、 光刻胶发展迎来国产化机遇期客户壁垒极高,客户导入新供应商意愿不高,过程繁琐,耗时长企业在研发成功后需要不断进行送样、问题反馈和技术改进等循环过程,此过程多达50次以上,完成整个客户导入过程也因此需要2-3年时间光刻胶厂商购买原材料后通过调配进行光刻验证,得到大致实验结果后再进行微调,不断重复实验过程以达到客户要求的性能数据,并适配客户的产线,也因此光刻胶企业与客户产生的粘性较高,客户不愿意花费时间导入其它供应商而为了加速验证过程及拥有自我验证能力,部分光刻胶企业选择自购光刻机光刻机购置成本极高,并且开机成本几乎与购置成本相同,由于光刻机本身无法对光刻胶企业带来任何利润,由此带来的资金成本投入也是极高的七、 面板光刻胶市场格局高端面板光刻胶市场依然被国外公司占据根据富士经济的数据,2018年,TFT面板光刻胶市场,默克市场份额近半,韩企东进世美肯及日企东京应化各占约四分之一;LCD/TP衬垫料光刻胶市场,韩企三洋光学占34.3%,日企JSR及三菱化学分别占22.8%及21.0%;彩色光刻胶及黑色光刻胶市场也呈现日韩企业主导的格局。

八、 光刻胶是发展半导体行业不可或缺的产品组成结构复杂,产品壁垒高企光刻胶(photoresist)又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料,主要由光刻胶树脂、增感剂(光引发剂+光增感剂+光致产酸剂)、单体、溶剂和其他助剂组成由于应用场景颇多,不同用途的光刻胶在曝光光源、制造工艺、成膜特性等性能要求不同,对材料的溶解性、耐蚀刻性和感光性能等要求不同,不同原料的占比会有很大幅度变化,其中光刻胶树脂是光刻胶主要成分,成本占比达到50%光刻胶为集成电路中极为重要的材料,作为图形媒介物质,用于芯片制造的光刻环节,是必不可缺的关键材料正性和负性光刻胶由于曝光反应存在差异:正性光刻胶在曝光后,曝光部分会溶于显影液,未曝光部分显影后会留存,正性光刻胶分辨率对比度高,更适用于小型图形,也因此高端光刻胶以正性为主负性光刻胶则相反,曝光后曝光部分形成交联结构,硬化并留存在基底形成图形,未曝光部分将溶解负性光刻胶拥有更好的粘滞性和抗蚀性,因其具有更好感光性所以添加的感光剂更少,成本更低,也更适用于低成本低价质量的芯片半导体光刻胶市场中正性胶占比为绝大多数,负性胶占比极低。

光刻胶按应用领域分为PCB、面板和半导体光刻胶PCB光刻胶主要分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和阻焊油墨;面板光刻胶主要分为TFT-LCD正性光刻胶、彩色&黑色负性光刻胶;半导体集成电路制造行业主要使用G/I线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶和EUV光刻胶等根据Cision,2019年全球光刻胶市场规模约91亿美元,至2022年市场规模将超过105亿美元,年化增长率约5%,其中,面板光刻胶,PCB光刻胶和半导体光刻胶的应用占比分别为27.8%、23.0%和21.9%半导体光刻胶将成为光刻胶市场主要增长因素在下游PCB和面板二者复合增速缓慢的情况下,半导体光刻胶将在半导体市场的快速增长下,叠加其单位价值量相较于PCB光刻胶和面板光刻胶更高的特性,有望成为全球光刻胶市场增长的主要因素随着IC制程的不断提高,为了满足集成电路对电路密度和集成水平更高要求,光刻胶通过不断缩短曝光波长,不断提升图形的分辨率经过几十年的研发,按照曝光波长,目前光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至G线(436nm)、I线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)(KrF和ArF合计称为DUV光刻胶)、以及最先进的EUV(<13.5nm)水平。

半导体光刻胶存差异,应用于不同芯片制程随着曝光波长缩短,光刻胶达到的极限分辨率不断提高,得到的精密度更佳目前市场上能得到分辨率最高的是EUV光刻胶,用于14nm以下先进制程,由于整体较高的壁垒,仅G/I线有少量国产份额,KrF和ArF国产化率极低,EUV方面仅荷兰的ASML能制造EUV光刻机,国内尚无企业拥有先进制程芯片产能,因此国内并没有EUV光刻胶市场,目前国内市场大多集中在G线/I线KrF/ArF等用于28nm以上成熟制程的半导体光刻胶半导体光刻胶并不完全仅用于其对应电路尺寸以KrF胶为例,虽然其对应的最精细工艺范围为0.13-0.35μm,但是KrF胶仍然可以用于0.13μm以下节点,包括28nm,原因在于28nm制程的芯片并不是每处都达到了精细度极限,由于ArF胶价格是KrF胶的几倍,下游客户出于节省成本目的,在芯片精细度较低的区域仍将使用用于低制程的光刻胶,也因此KrF胶成为全种类半导体光刻胶中,消耗量极高的胶种类,肩负起承上启下的作用。

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