2023年全球及我国光刻胶行业发展现状、主要竞争厂商与发展趋势分析

一、光刻胶产品概述

光刻胶是一种在特定光源照射下发生局部溶解度变化的光敏材料，在集成电路制造中主要用于光刻环节。进行光刻时，在硅片上涂抹光刻胶，掩膜上印有预先设计好的电路图案，光线透过掩膜照射光刻胶，经显影液作用后光刻胶会在晶圆上形成与掩模版一致的图形，再经蚀刻将掩模版上的图案转移到晶圆上。

光刻胶是半导体制造关键材料。光刻是精细线路图形加工中最重要的工艺，决定着芯片的最小特征尺寸。通常半导体芯片在制造过程中需要进行10-50道光刻过程，占芯片制造时间的40-50%，占制造成本的30%。光刻胶是光刻工艺中最重要的耗材，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。根据SEMI数据，2021年光刻胶在全球晶圆制造材料市场中占比6.1%。

半导体晶圆制造材料工序流程

资料来源：SEMI

光刻胶产业链上游为原树脂、单体、感光剂、溶剂等光刻胶原材料；中游为基于配方的光刻胶生产合成，下游主要为各芯片应用环节。由于光刻胶本身就是一种配方型的经验学科，又高度影响光刻环节的精度和良率，因此在光刻胶产业链的三个环节都存在较高壁垒。

半导体光刻胶产业链

资料来源：公开资料

1、上游：核心原材料仍依赖进口

光刻胶由树脂、光致产酸剂、溶剂和添加剂等混合而成。

树脂是光刻胶最核心的部分，是光刻胶的骨架。光刻胶树脂是一种惰性聚合物，可以将光刻胶中的不同材料聚合在一起，同时在光照下会与光敏材料发生反应，使光刻胶在显影液中的溶解度发生变化。光刻胶树脂决定曝光后光刻胶的基本性能，如能达到的线宽、胶膜厚度、耐刻蚀性、附着力等。

光敏材料是光刻胶成分中的光敏感化合物，是光刻胶的重要组成部分。半导体光刻胶用光敏材料主要分为 PAG（光致产酸剂，简称光酸，Photo-AcidGenerator）和PAC（感光化合物，Photo-Active Compound）。PAG 在吸收光之后产生酸，因此被称为“光酸”；在曝光后烘烤(PEB)过程中，这些酸会作为催化剂使树脂上悬挂的酸不稳定基团脱落，从而改变树脂的碱溶解性；PAG 主要运用于在化学放大型体光刻胶中，包括 KrF、ArF、EUV 光刻胶。PAC 是重氮萘醌酯化合物，在光作用下从溶解抑制剂转变为溶解促进剂，主要用于线性酚醛树脂体系光刻胶中，如g 线/i 线光刻胶。

溶剂主要用于将光刻胶的各组分分散其中，使光刻胶具备良好的流动性，目前半导体光刻胶所用的溶剂主要是 PGEMA（丙二醇甲醚醋酸酯，即 PMA）。添加剂包括活性剂、稳定剂等，用于控制和调节光刻胶的性能。

不同波长的半导体光刻胶组分存在较大差异。波长越短的光刻胶树脂含量越低，溶剂的含量越高。G/I 线光刻胶中树脂的含量通常在 10-20%，KrF 光刻胶中为 7-10%，ArF、EUV 光刻胶中树脂含量通常在 5%以下。

不同半导体光刻胶组分含量

资料来源：TrendBank

我国半导体光刻胶的上游核心原材料仍被国外厂商垄断。半导体光刻胶树脂通常为电子级树脂，目前我国半导体光刻胶树脂特别是高端产品，基本依赖进口。如 KrF 光刻胶所用的聚对羟基苯乙烯类树脂，国内厂商较少供应生产该类树脂的单体，同时树脂本身的合成工艺也具有较大难度；ArF 树脂定制化程度较高，国际市场上仅能买到部分标准款树脂，无法买到高端的 ArF 树脂。另外，由于高端光酸的合成和纯化难度较大，国内的光酸厂商在质量稳定性等方面仍与国外存在差距，目前国内主要的光刻胶公司大多还是使用进口的光酸。

2、中游制造存工艺、设备壁垒，下游客户导入意愿较低&验证周期长

除上游原材料壁垒外，半导体光刻胶国产化还具有配方、设备、客户验证等多重壁垒：1）配方壁垒：配方是光刻胶的核心技术。各厂商的配方难以通过分析市场上的成品来获得。为实现与已有供应商产品的性能和参数的完全匹配，光刻胶厂商首先需要对成百上千个树脂、光酸和添加剂进行排列组合，其次还要不断对各成分的比例进行调整，以实现和现有产品关键参数的完全匹配，这需要足够的研发资源、经验积累。

2）配套光刻机：光刻胶需要通过相应的光刻机进行测试和调整，目前国际光刻机龙头厂商所在地区对我国实施技术封锁，国产光刻机产品较少，且技术水准与海外龙头有较大差距，可供光刻胶厂商测试的资源较少。此外光刻机的购置和测试成本高昂，资金投入要求极高。

3）量产稳定性：光刻胶的稳定性对下游晶圆厂极为重要。从实验室产品到量产，每批次光刻胶产品间金属离子含量、分子量分布等都必须实现稳定一致。这其中的难点，一是原材料的稳定供应，尤其是对于 KrF、ArF 等高端品种，其所需的单体、树脂种类较多，并且在国际市场中仅能购买到基础款，因此能否稳定获取质量合格的光刻胶树脂具有较大难度。二是在放大量产过程中金属离子的控制，由于存在环境控制效果不一样、树脂后处理产品量不同、配胶时混合速度不一样且均匀度也不一样等问题，需要更高水平的提纯技术和经验。

4）下游客户认证壁垒：由于光刻胶的品质会直接影响芯片性能、良率等，试错成本高，客户验证需要经过 PRS（基础工艺考核）、STR（小批量试产）、MSTR（中批量试产）、RELEASE（量产）四个阶段，验证周期在两年以上；此外光刻胶厂商的原材料供应商也必须得到下游晶圆厂的认可，因此下游晶圆厂与光刻胶供应厂商的粘性较强，光刻胶产品替代验证的时间成本极高。

二、全球光刻胶发展情况分析

半导体产业转移与光刻机产业崛起，造就日本长期以来的光刻胶霸主地位。1960s 前，半导体产业最先在欧美等国家成熟发展，同时也促成了半导体制造关键材料—光刻胶在这些国家的繁荣；1995年前美国一直保持着半导体光刻胶市场的龙头地位，特别是 IBM在 1980s 早期就已经突破了 KrF 光刻胶。但由于当时市场的主流制程并非 KrF，IBM 的KrF 光刻胶产品未能大规模量产。同时 1960s 起全球的半导体产业发生了由美国向日本的第一次转移，现今的日本光刻胶龙头厂商开始逐步入局。光刻胶的进步需要光刻机的配套，1986 年美国半导体市场滑坡，其光刻机研发也就此停滞；而日本光刻机厂商在半导体产业发展的支撑下持续追赶，1995 年东京应化成功突破了 KrF 光刻胶。尽管 IBM早已研发成功 KrF 光刻胶，但此时的光刻机主导地位已转移至日本，东京应化实现了KrF 光刻胶的商业化销售，并标志着日本超越美国成为了光刻胶的龙头。在之后的第二次、第三次半导体产业链转移中，日本仍保留了光刻胶产业，并一直保持龙头地位至今。

光刻胶产业发展史

资料来源：未来智库

多家国际光刻胶厂商已实现 EUV 光刻胶量产。在光刻胶品种的量产进度上，日本东京应化（TOK）、JSR、信越化学等厂商已经实现 EUV 光刻胶的量产。此外，2019 年日本限制对韩国的 EUV 光刻胶出口后，韩国光刻胶厂商东进世美肯开始研发EUV 光刻胶，并在 2021 年通过了三星电子的可靠性认证；2022 年 12 月三星电子在其一条量产线上使用了东进半导体的 EUV 光刻胶产品，标志着韩国也实现了 EUV 光刻胶的国产化量产突破。

部分国际半导体光刻胶厂商量产进度

资料来源：TrendBank

日美厂商垄断半导体光刻胶市场。根据富士经济数据，2020年全球 KrF光刻胶市场中，东京应化、信越化学、美国陶氏化学、JSR 分别占据了 31.4%、21.9%、10.9%、21%的市场份额，CR4 达 85%；ArF 光刻胶市场则基本由日本厂商占据，前四大厂商 JSR、信越化学、住友化学、东京应化分别占比 25%、21.8%、16.8%、15.8%，CR4 达 80%。EUV 光刻胶市场主要由东京应化占据一半份额，其余市场由信越化学、JSR 等占据。

三、我国光刻胶发展情况分析

国内半导体光刻胶国产化率极低，供应不稳定性催化半导体光刻胶自主可控需求。目前国内实现产业化的光刻胶生产企业主要集中于 PCB及面板领域，半导体领域特别是高端品种仍需进口。根据前瞻产业研究院数据，目前从事半导体用光刻胶研发和产业化的企业则多以 i 线、g 线光刻胶生产为主，2021年国内 G 线、I 线光刻胶国产化率已达10%，KrF以上的高端光刻胶品种基本处于研发状态，国产化率仅为1%。2021年初，日本光刻胶龙头信越化学工厂遭遇地震产能受限，对国内部分晶圆厂限供/断供KrF光刻胶，即便其他国外厂商补充了部分产能，但仍存在较大缺口。此外近年来全球地缘政治摩擦加剧，国内半导体产业对于关键材料自主可控的需求更加紧迫，国产光刻胶有望加速导入。

国内光刻胶行业国产化及进口替代情况

资料来源：2021年晶瑞电材可转债募集说明书

目前国内半导体光刻胶进展较快的公司包括彤程新材、华懋科技、晶瑞电材、上海新阳等。分产品看：g/i线光刻胶：国内北京科华、徐州博康、苏州瑞红已实现大规模量产，已导入国内头部半导体企业，市场份额逐渐提升。KrF 光刻胶：北京科华和徐州博康进展较快，2022年已有多个品种实现销售；此外苏州瑞红及上海新阳也实现了量产突破。ArF光刻胶：南大光电推出国内通过客户验证的第一只国产ArF光刻胶，并实现少量销售，华懋科技、上海新阳也有相关产品进行测试导入。EUV光刻胶：当前国内并无EUV光刻机，各厂商EUV光刻胶尚处于理论研究阶段。

目前部分国内半导体光刻胶企业进展

资料来源：相关公司公告