EEPW论坛

一、光刻胶行业概览

光刻胶又称光致抗蚀剂，是一种对光敏感的混合液体。其组成部分包括：光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体、溶剂和其他助剂。光刻胶可以通过光化学反应，经曝光、显影等光刻工序将所需要的微细图形从光罩（掩模版）转移到待加工基片上。依据使用场景，这里的待加工基片可以是集成电路材料，显示面板材料或者印刷电路板。


简而言之，光刻胶是光刻工艺最重要的耗材，其性能决定了加工成品的精密程度和良品率，而光刻工艺又是精密电子元器件制造的关键流程，这使得光刻胶在整个电子元器件加工产业，都有着至关重要的地位。
光刻胶产业链中，上游原材料主要包括；中游为各类型的光刻胶，主要分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶；下游为应用领域，光刻胶主要用来制造印刷电路板、平板显示屏、半导体等。
资料来源：中商产业研究院
从生产原料来看 ，光刻胶是由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分构成的对光敏感的混合液体。生产光刻胶的原料包括光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体及其他助剂等。具体如下图所示：
资料来源：中商产业研究院整理
从成本来看 ，生产光刻胶的原料包括光刻胶树脂、单体、光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）及其他助剂等。数据显示，树脂占光刻胶总成本的50%，在光刻胶各成分中占比最大，其次是占35%的单体和占15%的光引发剂及其他助剂。

数据来源：中商产业研究院整理
从用量上来说 ，溶剂（主要为丙二醇甲醚醋酸酯，简称PMA）是用量最大的材料，含量最高可达90%，但在成本上并不突出，且不起关键作用；作为光化学反应的核心部分，光引发剂的用量仅有约1%~6%；树脂则在不同光刻胶产品中的用量区别很大。

二、光刻胶的分类
在平板显示行业 ；主要使用的光刻胶有彩色及黑色光刻胶、LCD触摸屏用光刻胶、TFT-LCD正性光刻胶等。在光刻和蚀刻生产环节中，光刻胶涂覆于晶体薄膜表面，经曝光、显影和蚀刻等工序将光罩（掩膜版）上的图形转移到薄膜上，形成与掩膜版对应的几何图形。

（光刻胶胶涂工艺）

在PCB行业 ；主要使用的光刻胶有干膜光刻胶、湿膜光刻胶、感光阻焊油墨等。干膜是用特殊的薄膜贴在处理后的敷铜板上，进行曝光显影；湿膜和光成像阻焊油墨则是涂布在敷铜板上，待其干燥后进行曝光显影。干膜与湿膜各有优势，总体来说湿膜光刻胶分辨率高于干膜，价格更低廉，正在对干膜光刻胶的部分市场进行替代。

（液晶屏显彩色滤光膜制造有赖于彩色光刻胶）

在半导体集成电路制造行业 ；主要使用g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶等。在大规模集成电路的制造过程中，一般要对硅片进行超过十次光刻。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。

（感光阻焊油墨用于 PCB）

光刻胶是集成电路制造的重要材料 ：光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%，并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%-50%。光刻胶材料约占IC制造材料总成本的4%，市场巨大。因此光刻胶是半导体集成电路制造的核心材料。
（正性光刻胶显影示意图）

按显示效果分类 ；光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。负性光刻胶显影时形成的图形与光罩（掩膜版）相反；正性光刻胶形成的图形与掩膜版相同。两者的生产工艺流程基本一致，区别在于主要原材料不同。
（负性光刻胶显影示意图）

按照化学结构分类 ；光刻胶可以分为光聚合型，光分解型，光交联型和化学放大型。光聚合型光刻胶采用烯类单体，在光作用下生成自由基，进一步引发单体聚合，最后生成聚合物；

（光聚合反应示意图）

光分解型光刻胶，采用含有重氮醌类化合物(DQN)材料作为感光剂，其经光照后,发生光分解反应，可以制成正性光刻胶；光交联型光刻胶采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料，在光的作用下，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，可以制成负性光刻胶。

（光分解反应示意图）

在半导体集成电路光刻技术开始使用深紫外（DUV）光源以后，化学放大（CAR）技术逐渐成为行业应用的主流。在化学放大光刻胶技术中，树脂是具有化学基团保护因而难以溶解的聚乙烯。化学放大光刻胶使用光致酸剂（PAG）作为光引发剂。
（光交联反应示意图）

当光刻胶曝光后，曝光区域的光致酸剂（PAG）将会产生一种酸。这种酸在后热烘培工序期间作为催化剂，将会移除树脂的保护基团从而使得树脂变得易于溶解。化学放大光刻胶曝光速递是DQN光刻胶的10倍，对深紫外光源具有良好的光学敏感性，同时具有高对比度，对高分辨率等优点。

（化学放大光反应示意图）

按照曝光波长分类 ；光刻胶可分为紫外光刻胶（300~450nm）、深紫外光刻胶（160~280nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶，其适用的光刻极限分辨率不同。通常来说，在使用工艺方法一致的情况下，波长越短，加工分辨率越佳。

（光刻胶分类总结）
三、市场基本情况
目前全球光刻胶主要企业有日本合成橡胶 （ JSR ） 、 东京应化 （ TOK ） 、 住友化学 、 信越化学 、 美国罗门哈斯等 ， 市场集中度非常高 ， 所占市场份额超过85% 。 


光刻胶市场需求逐年增加 ， 2018年全球半导体光刻胶销售额12.97亿美元 ， 而国内光刻胶需求量方面 ， 2011年光刻胶需求量为3.51万吨 ， 到2017年需求量为7.99万吨 ， 年复合增长率达14.69% 。
日韩材料摩擦 ：半导体材料国产化是必然趋势；2019年7月份，在日韩贸易争端的背景下，日本宣布对韩国实施三种半导体产业材料实施禁运，包含刻蚀气体，光刻胶和氟聚酰亚胺。韩国是全球存储器生产基地，显示屏生产基地，也是全球晶圆代工基地，三星，海力士，东部高科等一大批晶圆代工厂和显示屏厂都需要日本的半导体材料。这三种材料直接掐断了韩国存储器和显示屏的经济支柱。
在 禁运 之后，韩国半导体产业面临空前危机，一时间，三星半导体，海力士等全球存储器龙头都处于时刻停产危机，三星本身的材料存货只能支撑3个月的生产。三星，海力士高管也是频频去日本交涉。同为美国重要盟友的日韩之间尚且如此，尚在发展初期的中国科技产业更需要敲响警钟。
中美贸易摩擦 ：光刻胶国产代替是中国半导体产业的迫切需要；自从中美贸易摩擦依赖，中国大陆积极布局集成电路产业。在半导体材料领域，光刻胶作为是集成电路制程技术进步的“燃料”，是国产代替重要环节，也是必将国产化的产品。
目前中国大陆对于电子材料，特别是光刻胶方面对国外依赖较高。所以在半导体材料方面的国产代替是必然趋势。国内光刻胶需求量远大于本土产量 ， 且差额逐年扩大 。 由于中国大陆光刻胶市场起步晚 ， 目前技术水平相对落后 ， 生产产能主要集中在PCB光刻胶 、 TN/STN-LCD光刻胶等中低端产品 ， TFT-LCD 、 半导体光刻胶等高技术壁垒产品产能极少。


四、光刻胶材料制备壁垒高
光刻胶所属的微电子化学品是电子行业与化工行业交叉的领域，是典型的技术密集行业。从事微电子化学品业务需要具备与电子产业前沿发展相匹配的关键生产技术，如混配技术、分离技术、纯化技术以及与生产过程相配套的分析检验技术、环境处理与监测技术等。同时，下游电子产业多样化的使用场景要求微电子化学品生产企业有较强的配套能力，以及时研发和改进产品工艺来满足客户的个性化需求。
光刻胶的生产工艺主要过程是将感光材料、树脂、溶剂等主要原料在恒温恒湿 1000 级的黄光区洁净房进行混合，在氮气气体保护下充分搅拌，使其充分混合形成均相液体，经过多次过滤，并通过中间过程控制和检验，使其达到工艺技术和质量要求，最后做产品检验，合格后在氮气气体保护下包装、打标、入库。整个工艺流程可以如下图所示：

（光刻胶的生产工艺简要流程）

光刻胶的技术壁垒包括 配方技术，质量控制技术和原材料技术 。配方技术是光刻胶实现功能的核心，质量控制技术能够保证光刻胶性能的稳定性而高品质的原材料则是光刻胶性能的基础。
配方技术 ：由于光刻胶的下游用户是IC芯片和FPD面板制造商，不同的客户会有不同的应用需求，同一个客户也有不同的光刻应用需求。一般一块半导体芯片在制造过程中需要进行10-50道光刻过程，由于基板不同、分辨率要求不同、蚀刻方式不同等，不同的光刻过程对光刻胶的具体要求也不一样，即使类似的光刻过程，不同的厂商也会有不同的要求。针对以上不同的应用需求，光刻胶的品种非常多，这些差异主要通过调整光刻胶的配方来实现。因此，通过调整光刻胶的配方，满足差异化的应用需求，是光刻胶制造商最核心的技术。
质量控制技术 ：由于用户对光刻胶的稳定性、一致性要求高，包括不同批次间的一致性，通常希望对感光灵敏度、膜厚的一致性保持在较高水平，因此，光刻胶生产商不仅仅要配臵齐全的测试仪器，还需要建立一套严格的QA体系以保证产品的质量稳定。
原材料技术 ：光刻胶是一种经过严格设计的复杂、精密的配方产品，由成膜剂、光敏剂、溶剂和添加剂等不同性质的原料，通过不同的排列组合，经过复杂、精密的加工工艺而制成。因此，光刻胶原材料的品质对光刻胶的质量起着关键作用。对于半导体化学化学试剂的纯度，际半导体设备和材料组织（SEMI）制定了国际统一标准，如下表中所示。

（SEMI 超净高纯试剂标准）

半导体集成电路用试剂材料的纯度要求较高，基本集中在SEMI G3、G4水平， 我国的研发水平与国际尚存在较大差距 ；半导体分立器件对超净高纯试剂纯度的要求要低于集成电路，基本集中在 SEMI G2 级水平，国内企业的生产技术能够满足大部分的生产需要；平板显示和 LED 领域对于超净高纯试剂的等级要求为 SEMI G2、G3 水平，国内企业的生产技术能够满足大部分的生产需求。
包括光刻胶在内的微电子化学品有 技术要求高、功能性强、产品更新快 等特点，其产品品质对下游电子产品的质量和效率有非常大的影响。因此，下游企业对微电子化学品供应商的质量和供货能力十分重视，常采用认证采购的模式，需要通过送样检验、技术研讨、信息回馈、技术改进、小批试做、大批量供货、售后服务评价等严格的筛选流程。
认证时间久，要求严苛 ；一般产品得到下游客户的认证需要较长的时间周期。显示面板行业通常为 1-2 年，集成电路行业由于要求较高，认证周期能达到 2-3 年时间；认证阶段内，光刻胶供应商没有该客户的收入，这需要供应收有足够的资金实力。
光刻胶供应商与客户粘性大 ；一般情况下，为了保持光刻胶供应和效果的稳定，下游客户与光刻胶供应商一旦建立供应关系后，不会轻易更换。通过建立反馈机制，满足个性化需求，光刻胶供应商与客户的粘性不断增加。后来者想要加入到供应商行列，往往需要满足比现有供应商更高的要求。所以光刻胶行业对新进入者壁垒较高。
通常光刻胶等微电子化学品不仅品质要求高，而且需要多种不同的品类满足下游客户多样化的需。如果没有规模效益，供应商就无法承担满足高品质多样化需求带来的开销。因此，品种规模构成了进入该行业的重要壁垒。
同时，一般微电子化学品具有一定的腐蚀性，对生产设备有较高的要求，且生产环境需要进行无尘或微尘处理。制备高端微电子化学品还需要全封闭、自动化的工艺流程，以避免污染，提高质量。因此，光刻胶等微电子化学品生产在安全生产、环保设备、生产工艺系统、过程控制体系以及研发投资等方面要求较高。如果没有强大的资金实力，企业就难以在设备、研发和技术服务上取得竞争优势，以提升可持续发展能力。因此，光刻胶这样的微电子化学品行业具备较高的资金壁垒。
五、总结
纵观全文，我们可以发现，光刻胶行业集 市场整体规模小、行业高度垄断、上游产品为高度特化的专用产品，应用面狭窄、技术门槛极高、研发成本极高、失败风险高、投资回收周期长等特征于一身 ，甚至还有不容忽视的 政治风险 ——在当前的国际环境下，假如一家企业真的取得了较大突破，遭到美方制裁的概率不低（比如AI四小龙的遭遇）。
从投资的角度看，这个行业违背了几乎每一条客观规律，可以说是要多劝退有多劝退。而这样的特征，在我国面临的具有 “卡脖子” 特征的细分技术上非常普遍。举个不太恰当的例子，就像是圆珠笔芯的钢珠一样，市场太小，太成熟，其他企业没理由花钱入局强行和垄断公司展开竞争，能不能成不谈，哪怕成了在商业层面也不划算。
这样的行业，自然也很难吸引社会资本进行投资。毕竟投资需要回报，需要收益，需要退出机制，而这些“高精尖”领域普遍缺乏这些关键特征，换言之就是想赚钱太难。行业与其豪掷数亿乃至数十亿追求糟糕的预期，还不如直接花钱买成品。
这种“造不如买”的模式，在芯片这种高度依赖国际分工的高精尖行业原本是十分通行且普遍的，整条产业链分布在全球范围内是正常生态（例如ASML的EUV光刻机的90%零部件来自进口）。
这种源自全球化进程的制造业模式，就是大名鼎鼎的“国际分工（International Division of labor）”。虽说国际分工在不同历史时期的含义不尽相同，不过望文生义的理解它不会有太多偏差。本文也不是一篇严谨的学术论文，不会在此讨论这一概念具体定义与全球实践。
只可惜，这种模式也只能建立在“逆全球化”不那么显著的国际形势下。如今意识形态冲突愈演愈烈，在任何行业任何产品都可能招致来自大洋彼岸制裁的今天——贵不贵，有没有可能浪费投资还重要吗？现在已经是最基本的有没有的问题了。
可这样一个集众多“反投资”特质于一身的行业又该如何发展？
自然离不开来自 政策的强力扶持 。只有国家层面给予行业以及社会资本足够的支持，才能激发投资热情，首先解决最基本的“钱”的问题。
其次，国内的光刻胶行业的上 下游协同亟待强化 。在光刻胶行业更为成熟的日本，为应对高度特化的下游需求、材料规格多样化、技术路线多的产业特征，一众企业形成了高度分工协作的产业集群。以上游材料光刻胶树脂为例，综研化学专注PCB光刻胶单体，大阪瓦斯化学等专注面板光刻胶树脂，而丸善石化、住友电木等企业负责光刻胶树脂制造。光引发剂也遵循类似的发展模式。
然而与日本不同，国内的光刻胶行业比较分散，产业链布局也不完整，上游的研发、样品导入以及产品验证往往得不到来自下游的支持，企业各自为战。如何全方位的统合产业力量，实现共同发展，建立一个强有力的产业联盟，也需要外界的干预。
而这，也离不开国家力量的引领、整合与支持。
最后，虽然强调了诸多困难，说了很多难题，但我国的科研实力正在快速发展，半导体市场在快速扩张，光刻胶行业还有机会，国产替代也还有机会。
我国的技术领域，受起步较晚制约，确实在很多领域比较滞后——但我国有盾构机这样打破封锁，甚至“反包围”重建整个市场格局的先例，也有大型挖泥船这样对外禁运的尖端产品，而这还只是知名度很高的两个例子。
前途是光明的，道路是曲折的。希望国内企业能再接再厉！