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1、显示面板光刻胶产业深度调研及未来发展现状趋势一、 半导体材料行业壁垒（一）半导体材料技术壁垒光刻胶作为光刻工艺的核心，配方研发及生产工艺要求极高。光刻胶产品需要根据不同的应用需求定制，产品品类多，配方中原材料比重的细微差异将直接影响光刻胶的性能，且配方难以逆向解析，严重依赖于经验积累所形成的技术专利。其次光刻胶下游不同客户的需求差异明显，即使同一客户的不同应用需求也不一致。这就导致光刻胶的整体生产缺乏统一的工艺，每一类光刻胶使用的原料在化学结构、性能上均有所区别，要求使用不同品质等级的专用化学品。这就迫使制造商需要有能力根据差异化设计不同配方，并有相应的生产工艺完成生产。（二）半导体材料客户认
2、证壁垒在光刻胶供货前，一般会经过光刻胶产品的验证及工厂（产线）资质的验证，其中光刻胶验证根据验证阶段分为PRS（光刻胶性能测试）、STR（小试）、MSTR（批量验证）及Release（通过验证）；工厂（产线）资质验证方面，主要在质量体系、供货稳定性、工厂（产线）产能等几方面进行验证。在工厂（产线）资质验证通过以及产品验证通过后，可实现对客户的正式供货。由于验证周期通常为6-24个月，下游晶圆厂切换光刻胶成本较高，光刻胶新进企业拓展客户壁垒较高。（三）半导体材料设备壁垒光刻机系光刻胶生产企业研发及生产核心设备，企业需要购置光刻机用于内部配方测试及产品质量把控。光刻机设备购置及维护成本高，对光刻胶
3、企业设备投入要求较高，小型企业难以维系。目前，光刻机产量较少且价格昂贵，近年增量主要集中在EUV、ArF和KrF光刻机。（四）半导体材料原材料壁垒上游原材料是影响光刻胶品质的重要因素，目前我国光刻胶原材料市场基本被国外厂商垄断，尤其是树脂和光敏剂高度依赖于进口，国产化率较低，由此增加了国内光刻胶生产成本以及供应链风险。二、 全球百亿美金市场，显示+PCB+IC三大应用推动发展全球市场持续扩容，2023年有望突破百亿美金。光刻胶作为制造关键原材料，随着未来汽车、人工智能、国防等领域的快速发展，全球光刻胶市场规模将有望持续增长。根据Reportlinker数据，全球光刻胶市场预计2019-2026
4、年复合年增长率有望达到63%，至2023年突破100亿美金，到2026年超过120亿美元。大陆市场增速高于全球，2022年有望超过百亿人民币。叠加产业转移因素，中国光刻胶市场的增长速度超过了全球平均水平。根据相关研究机构数据，2021年中国光刻胶市场达933亿元，16-21年CAGR为119%，21年同比增长117%，高于同期全球光刻胶增速575%。随着未来PCB、LCD和半导体产业持续向中国转移，中国光刻胶市场有望不断扩大，占全球光刻胶市场比例也将持续提升，预计到2026年占比有望从2019年的15%左右提升到193%。显示、PCB、IC是三大应用领域，合计占比超70%。根据应用领域的不同，
5、光刻胶可分为印刷电路板（PCB）用光刻胶、液晶显示（LCD）用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。根据Reportlinker数据，2019年PCB、半导体和平板显示光刻胶占比分别为278%、219%、230%，为前三大应用领域。按显影过程中曝光区域的去除或保留分，分成正性光刻胶（正胶）和负性光刻胶（负胶），正负胶各有优势，但正胶分辨率更高，是主流光刻胶。1）正性光刻胶：正性光刻胶在紫外线等曝光源的照射下，将图形转移至光胶涂层上，受光照射后感光部分将发生分解反应，可溶于显影液，未感光部分不溶于显影液，仍然保留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。正性光刻胶响应波长为330430纳米，
6、胶膜厚为13微米，正性光刻胶的分辨率更高，无溶胀现象。因此，正性光刻胶的应用比负性光刻胶更为普及。2）负性光刻胶：负性光刻胶在紫外线等曝光源的照射下，将图形转移至光胶涂层上，在显影溶液的作用下，负性光刻胶曝光部分产生交联反应而不溶于显影液；未曝光部分溶于显影液，将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。负性光刻胶响应波长为330430纳米，胶膜厚031微米，负性光刻胶的分辨率比正性光刻胶低。负胶占总体光刻胶比重较小，多用于特殊工艺。由于负胶耐热性强，多应用于高压功率器件、高耗能器件等，此外也常用于一些特殊工艺，因为负胶难以去除的特性，在芯片最后的封装阶段可以使用负胶，能起到绝缘、保护芯片的作用。总的来
7、说，正胶有以下主要优点：高分辨率，高对比度；使用暗场掩模减少了曝光图形的缺陷率，因为掩模大部分区域都是不透光的。使用水溶性显影液；去胶容易。因此，正胶普及率大于负胶。三、 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
8、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。四、 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（4
9、36nm）i线（365nm）KrF（248nm）ArF（193nm）EUV（135nm）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
10、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
11、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508%，PCB光刻胶产值占全球份额也超70%，到2019年的市场份额达到9335%，
12、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。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P
13、CB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：光刻工艺所需核心材料，助力制程持续升级光刻胶百年发展史，是光刻工艺所需关键材料。光刻胶被应用于印刷工业已经超过一个世纪。到20世纪20年代，开始被用于PCB领域，到20世纪50年代，开始被用于生产晶圆。20世纪50年代末，eastmankodak（伊士曼柯达公司）和Shipley（已被陶氏收购）分别设计出适合半导体工业所需的正胶和负胶。光刻胶用于光刻工艺，帮助将设计好的电路图形由掩膜版转移至硅片，从而实现特定的功能。光刻胶的质量和性
14、能直接影响制造产线良率。以集成电路为例，光刻工艺步骤和光刻胶的使用场景：1）气体硅片表面预处理：在光刻前，硅片会经历一次湿法清洗和去离子水冲洗，目的是去除沾污物。在清洗完毕后，硅片表面需要经过疏水化处理，用来增强硅片表面同光刻胶（通常是疏水性的）的黏附性。2）旋涂光刻胶，抗反射层：在气体预处理后，光刻胶需要被涂敷在硅片表面。涂敷的方法是最广泛使用的旋转涂胶方法，光刻胶（大约几毫升）先被管路输送到硅片，然后硅片会被旋转起来，并且逐渐加速，直到稳定在一定的转速上（转速高低决定了胶的厚度，厚度反比于转速的平方根）。3）曝光前烘焙：当光刻胶被旋涂在硅片表面后，必须经过烘焙。烘焙的目的在于将几乎所有的溶
15、剂驱赶走。这种烘焙由于在曝光前进行叫做曝光前烘焙，简称前烘，又叫软烘（softbake）。前烘改善光刻胶的黏附性，提高光刻胶的均匀性，以及在刻蚀过程中的线宽均匀性控制。4）对准和曝光：在投影式曝光方式中，掩膜版被移动到硅片上预先定义的大致位臵，或者相对硅片已有图形的恰当位臵，然后由镜头将其图形通过光刻转移到硅片上。对接近式或者接触式曝光，掩膜版上的图形将由紫外光源直接曝光到硅片上。5）曝光后烘焙：曝光完成后，光刻胶需要经过又一次烘焙。后烘的目的在于通过加热的方式，使光化学反应得以充分完成。曝光过程中产生的光敏感成分会在加热的作用下发生扩散，并且同光刻胶产生化学反应，将原先几乎不溶解于显影液体的
16、光刻胶材料改变成溶解于显影液的材料，在光刻胶薄膜中形成溶解于和不溶解于显影液的图形。由于这些图形同掩膜版上的图形一致，但是没有被显示出来，又叫潜像（latentimage）。6）显影：由于光化学反应后的光刻胶呈酸性，显影液采用强碱溶液。一般使用体积比为238%的四甲基氢氧化铵水溶液。光刻胶薄膜经过显影过程后，曝过光的区域被显影液洗去，掩膜版的图形便在硅片上的光刻胶薄膜上以有无光刻胶的凹凸形状显示出来。7）坚膜烘焙：在显影后，由于硅片接触到水分，光刻胶会吸收一些水分，这对后续的工艺，如湿发刻蚀不利。于是需要通过坚膜烘焙（hardbake）来将过多的水分驱逐出光刻胶。由于现在刻蚀大多采用等离子体刻蚀，又称为干刻，坚膜烘焙在很多工艺当中已被省去。8）测量：在曝光完成后，需要对光刻所形成的关键尺寸以及套刻精度进行测量。关键尺寸的测量通常使用扫描电子显微镜，而套刻精度的测量由光学显微镜和电荷耦合阵列成像探测
