光刻胶集成电路制造之纽带,光刻刻蚀衔接链

2022-11-30 14:39发布

光刻胶是半导体制造光刻工艺的关键材料。

光刻胶为利用光化学反应进行微细加工图形转移的媒体,由成膜剂、光敏剂、溶剂和添加剂等主要成分组成的对光敏感的感光材料,被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作,是微细加工技术的关键性材料。

光刻胶按其形成的图像分类有正性、负性两大类。

在光刻胶工艺过程中,涂层曝光、显影后,曝光部分被溶解,未曝光部分留下来,该涂层材料为正性光刻胶。如果曝光部分被保留下来,而未曝光被溶解,该涂层材料为负性光刻胶。

光刻胶成分主要包括溶剂、光引发剂、成膜树脂和添加剂。

其中溶剂主要起溶解作用,占比 50%-90%;光引发剂是核心部分,在特定光辐射能下回产生化学反应,占比 1%-6%;成膜树脂起粘合作用,占比 10%-40%;添加剂分为单体和助剂,主要对光化学反应和整体性能起调节作用,占比小于 1%。

光刻胶按照用途主要分为半导体用光刻胶、平板显示用光刻胶和 PCB 光刻胶三类。自 1959 年被发明以来就应用于半导体产业,是半导体工业最核心的工艺材料之一;随后光刻胶被改进运用到印制电路板的制造工艺,成为 PCB 生产的重要材料;二十世纪 90 年代,光刻胶又被运用到平板显示的加工制作,对平板显示面板的大尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用。

不同品类半导体用光刻胶应用于不同制程节点。光刻胶根据对应波长,主要品类分为紫外光谱(300-450nm)、g-line(436nm)、i-line(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)和 EUV(13.5nm)。目前 g-line、i-line 广泛应用于 0.5um 以上和0.5-0.35um 制程,KrF 多应用于 0.25-0.13um,ArF 应用于 130-7nm,EUV 应用于7nm 及以下。

1、光刻胶市场规模稳定扩增,细分市场需求趋向于高端化

全球光刻胶市场与国内光刻胶市场稳定扩增。

2019 年全球光刻胶市场规模为 82 亿美元, 2021 年市场规模约 92 亿美元,预计 2026年将达到 123 亿美元,2019-2026 年 CAGR 值为 5.9%。

2017年中国光刻胶市场规模为 58.7 亿元,2021 年中国光刻胶市场规模为 93.3 亿元,预计 2022 年达到 98.7 亿元,2017-2022CAGR 值为 10.9%,保持稳定增长。

光刻胶细分市场中,KrF、ArF 市场占比最高。截至 2021 年,KrF、ArF、ArFi 市场规模为 6.9 亿美元、1.96 亿美元和 7.59 亿美元,市场占比 34.7%、9.9%和 38.2%;g&i line 光刻胶市场 2.92 亿美元,市场占比 14.7%;EUV 光刻胶市场为 0.51 亿美元,市场占比 2.6%,KrF、ArF 光刻胶市场占比最高,覆盖了 250nm-7nm 的绝大部分制程。

出货量 EUV 光刻胶 CAGR 增速最快,KrF、ArFi 保持高增速。根据 TECHCET 数据,2020 年 g&i line、KrF、ArF、ArFi、EUV 光刻胶出货量分别为 3658 千升、3307千升、549 千升、1190 千升、18 千升,预计到 2025 年将分别增长至 4048 千升、4965 千升、602 千升、1630 千升、145 千升,2020-2025 年 CAGR 中,EV 光刻胶增速最高为 51.8%,KrF、ArFi 分别为 8.5%和 6.5%,g&i line、ArF 增速为 2%、1.8%。

下游出货量应用于 Logic 和 NVM 出货量增长较多,DRAM 保持持平。从下游出货情况看,2021 年 Logic、DRAM、NVM 出货量分别为 5954、1565、1853 千升,预计到2025 年将分别增加至 6774、1615、3002 千升。Logic 和 NVM 出货量增长较多,主要系先进制程发展增加了光刻步骤数及存储器的快速放量。

2、光刻胶产业从欧美转向日本,核心市场被国外占据

光刻胶产业从欧美转向日本。在集成电路制造业精细加工从微米级、亚微米级、深亚微米级进入到纳米级水平的过程中,光刻胶起着举足轻重的作用,全球光刻胶供应市场高度集中,核心技术一直掌握在日、美等国际大公司手中。

光刻胶产业早先被欧美厂商主导,1950 年,德国 Kalle 公司率先发明 g 线、i 线光刻胶;1980 年,IBM 研制成功 KrF 光刻胶技术;1995 年,东京应化研发出 KrF 正性光刻胶迅速开始占领光刻胶市场;此后,日本企业开始统治光刻胶市场。JSR 和东京应化先后于 2000 和 2001 年推出了 ArF 光刻胶产品;2002 年,东芝开发出 22nm的低分子 EUV 光刻胶。

光刻胶核心市场主要被国外厂商占据。截止 2021 年,美日韩企业占据了 88%的光刻胶市场份额,其中东京应化 27%、陶氏 17%、合成橡胶 13%、住友化学 12%、韩国东进 11%、富士胶片 8%。光刻胶组分决定了光刻胶的质量,也是光刻胶技术壁垒所在。

国内知名光刻胶企业包括南大光电、晶瑞电材、彤程新材、上海新阳等。由于我国光刻胶产业起步较晚,目前市场份额占比较低。

3、国产光刻胶国产替代空间广阔,配套材料市场增长迅速

国内光刻胶生产集中于 PCB 光刻胶,半导体光刻胶和平板显示光刻胶具有光阔的国产替代空间。

全球光刻胶市场三大组成部分是半导体光刻胶、平板显示光刻胶和 PCB 光刻胶,市场份额分别为 23.3%、25.9%和23.6%。半导体光刻胶在三者中是技术难度相对高、成长性好的细分市场。

目前我国半导体光刻胶和平板显示光刻胶制造能力仍较弱,只占整体生产结构的 2%和3%,主要生产技术水平较低的 PCB 用光刻胶,占整体生产结构中的 94%,半导体光刻胶及面板光刻胶国产替代空间广阔。

晶圆厂扩产叠加贸易摩擦,刺激光刻胶国产替代需求。

2022-2025 年是国内晶圆厂产线投产期,外部压力增大,国产光刻胶进入认证窗口。

受益于 5G 通讯、新能源汽车等行业快速发展,半导体行业进入迅速扩张期。

据 SEMI 统计,预计至 2024年底,中国国内将建立 31 座大型晶圆厂,主要集中于成熟制程,随着晶圆厂产线投产,光刻胶验证进入导入期。另一方面由于中美贸易冲突,刺激光刻胶国产替代需求,国产光刻胶发展迎来机遇。

光刻胶配套材料市场规模不断提升。在光刻胶使用过程中,光刻胶配套材料是光刻胶使用过程中不可或缺的一部分。包括稀释剂、显影液、漂洗液、蚀刻液、去胶液等,主要采用基础化工原料,包括氢氟酸、异丙醇、硝酸、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、无水乙醇、双氧水、硫酸、氢氧化钠等制造。

根据 SEMI 数据,全球半导体光刻胶配套材料市场规模稳步增长,2016 年为 19.1 亿美元,2021 年达到了 32.3 亿美元,CAGR 为 11.1%。


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