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国产半导体光刻胶迎成长良机

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本文来历 | 华泰证券、DT新资料

光刻胶是光刻工艺中关头资料,国产替换须要紧急。光刻工艺是指在光照感化下,借助 光刻胶将掩膜版上的图形转移到基片上的手艺,在半导系统体例造范畴,跟着集成电线路宽缩 小、集成度大为晋升,光刻工艺手艺难度大幅晋升,成为延续摩尔定律的关头手艺之一。同时,器件和走线的庞杂度和麋集度大幅度晋升,高端制程关头条理须要两次乃至屡次曝 光来完成。此中,光刻胶的品德和机能是影响集成电路机能、制品率及靠得住性的关头身分。今朝,日本和美国光刻胶巨子完整主导了高端光刻胶市场。2019 年 7 月的日韩商业磨擦 中,日本经由进程限定对韩出口光刻胶,激起韩国半导体财产链震动。中美商业磨擦大背景下, 光刻胶一样成为深入影响中国半导体财产链宁静的关头资料。

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光刻胶是光刻工艺的焦点资料

光刻胶又称光致抗蚀剂,它是指由感光树脂、增感剂和溶剂三种首要成份组成的对光敏感 的夹杂液体。在紫外光、电子束、离子束、X 射线等辐射的感化下,其感光树脂的消融度 及亲和性由于光固化反映而产生变更,经恰当溶剂处置,溶去可溶局部可取得所需图象。出产光刻胶的质料包含光激起剂(包含光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、单体及其 他助剂等。按照 2020 年前财产研讨院报告《2020-2025 年中国光刻胶行业市场前瞻与投 资打算阐发报告》数据显现,树脂占光刻胶总本钱的 50%,在光刻胶各成份的中占比最大, 其次是占 35%的单体和占 15%的光激起剂及其余助体。

半导体光刻胶行业壁垒较着,市场蒙受外洋把持

半导体光刻胶属高精尖资料,随光刻工艺演进细分种类单一

光刻胶所属财产链笼盖范围普遍,从下流的根本化工资料行业和邃密化学操行业,到中游 光刻胶制备,再到下流电子加工商和电子产物操纵终端。光刻胶是微电子范畴微细图形加 工焦点下流资料,据有了电子资料至高点。

光刻胶公用化学品具有市场集合度高、手艺壁垒高、客户壁垒高的特点。不异用处的光刻 胶须要大批投资,行业插手壁垒较大,同光阴刻胶公用化学品近似特点较多,比方种类多, 用量少,品德请求高档特点。又由于市场比拟下流行业的市场份额小,是以行业的集合度 高;光刻胶用于细小图形的加工,出产工艺庞杂,手艺壁垒较高。多重手艺身分综合斟酌 使光刻胶的手艺壁垒较高;光刻胶的客户壁垒较高,市场上光刻胶产物的更新速度较快, 光刻胶厂家为了完成手艺失密性,从而会与下流的质料供给商坚持紧密亲密协作干系,配合 发新手艺,增大了客户的转换本钱。是以,光刻胶行业的高低流协作处于相互依托相互依 存的干系,使得客户的进入壁垒较高。

为了婚配集成电路对密度和集成度水平,制备光刻胶的分辩率水平由紫外宽谱慢慢至 g 线 (436nm)、i 线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、F2(157nm),和最早进 的 EUV(<13.5nm)线水平。同时,两重暴光(Double-Patterning)在 16nm 制程被台积电 引入,多重暴光(Multiple-Patterning)在以后的前进前辈制程被接踵接纳完成更小的线宽, 前进前辈制程须要更多的暴光层数为光刻胶用量供给增漫空间。

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环球半导体手艺延续演进,光刻胶成漫空间扩展

跟着半导系统体例程手艺成长,半导体光刻胶市场范围延续扩展,手艺上成长出了适配 EUV 光刻的光刻胶。按照 SEMI 数据,2016 年环球半导体用光刻胶及配套资料市场别离到达 14.5 亿美圆和 19.1 亿美圆,别离较 2015 年同比增添 9.0%和 8.0%。2017 和 2018 年全 球半导体用光刻胶市场已别离到达 16.0 亿美圆和 17.3 亿美圆,2019 年,环球半导体光 刻胶市场到达 17.7 亿美圆。从半导体光刻胶细分市场阐发,按照美国半导体财产协会的 统计,2018 年高真个干法和湿法 ArF 光刻胶据有 42%市场份额,KrF 和 g 线/i 线别离占 据 22%和 24%市场份额。咱们以为跟着 12 寸前进前辈手艺节点出产线的兴修和屡次暴光工艺 的大批操纵,193nm ArF 及别的前进前辈光刻胶的须要量将疾速增添。

器件尺寸随摩尔定律削减,光刻胶不时改革,多重暴光带来用量晋升

逻辑制程跟从摩尔定律,器件线宽由本来的微米级水平进入纳米级水平,动员光刻胶不时 改革来适配更短的暴光光源。2019 年台积电在 N7+引入了四层 EUV 光罩,而在 N5 将 EUV 层数晋升到 14-15 层,EUV 光刻胶随之进入商用。

跟着芯片集成度晋升,电路层数不时增添,光刻层数不时增添,光刻胶用量随之晋升。同 时,多重暴光也被引入制作关头层。2014 年,台积电将两重暴光(double patterning)引 入 20nm 制程,经由进程两次暴光制作一层电路,以后多重暴光被引入更前进前辈工艺,台积电在 14nm 至第一代 N7 制程操纵 DUV 停止多重暴光。

DRAM 工艺演进标的目标近似逻辑制程,一样鞭策光刻胶改革。DRAM 由于芯片设想绝对简 单、规范化水平高、工艺制程改变快,犹如逻辑制程一样紧跟摩尔定律,经由进程构件削减增 加器件密度以前进存储容量。今朝,跟着处置图形的标准不时削减,线宽削减愈来愈坚苦, 须要经由进程 193nm 淹没式光刻多重暴光知足须要。2019 年美国 DRAM 巨子美光科技的 DRAM 手艺线路图宣布该公司一切 10nm 级节点都依托于两重、三重或四重 patterning 的 深紫外光刻手艺(DUVL)。2020 年 3 月,环球 DRAM 龙头三星电子颁布发表,该公司已胜利交 付基于紫外光刻 (EUV) 手艺的 10 纳米级 (D1x) DDR4(第四代双倍数据速度)DRAM 模块,将 EUV 光刻引入 DRAM 出产。

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NAND Flash 重叠层数大幅增添,为光刻胶用量带来增添机缘

为了增添器件密度以前进存储容量,NAND Flash 工艺从 2D 架构转向 3D 重叠架构,由 于重叠层数不时增添以前进存储容量,光刻工艺次数增添,光刻胶用量随之增添。停止 2020 年,三星、铠侠、美光、英特尔、西部数据、SK 海力士、长江存储已推出或量产 3D NAND 产物。128 层是今朝已量产的高层数,三星、SK 海力士已完成量产,并 且三星打算 2021 年量产 176 层 3D NAND Flash,而 SK 海力士也正在研发 176 层 3D NAND Flash。

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日企把持半导体光刻胶市场,高端市场头部堆积效应加倍较着

环球半导体光刻胶市场首要被日本企业高度把持,并且在越高端市场把持位置越较着。目 前,环球半导体光刻胶首要龙头是 TOK(东京应化)、信越化学、JSR(日本分解橡胶)、 住友化学、富士胶片等日本公司和美国的陶氏化学,这些龙头企业合计据有参半导体光刻 胶细分范畴跨越 85%市场份额,此中头部日企在各个细分范畴都据有主导位置。按照前瞻 财产研讨院清算统计,2019 年 g/i 线光刻胶市场上,来自日本的 TOK、JSR、住友化学和 富士胶片别离据有 26%、15%、15%、8%的份额,合计到达 64%的环球 g 线和 i 线光刻 胶市场份额。而来自美国的陶氏化学、韩国的东进半导体和其余公司别离据有 18%、13% 和 5%的市场份额。

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环球 KrF 光刻胶市场份额向日本头部企业会聚效应较 g/i 线光刻胶加倍较着。按照前瞻产 业研讨院清算统计,2019 年日本龙头企业 TOK、信越化学和 JSR 在环球 KrF 光刻胶细分 市场别离据有 34%、22%和 18%份额,总计到达 74%。美国的陶氏化学和其余厂商别离 据有 11%和 15%的市场份额。在其余企业中,韩国企业据有 5%的市场份额。

在今朝前进前辈逻辑制程和前进前辈存储器的主力 ArF 光刻胶市场,日本企业把持位置进一步增 强。按照前瞻财产研讨院清算统计,2019 年日本龙头企业 JSR、信越化学、TOK 和住友 化学包办前四,别离据有环球 ArF 光刻胶细分市场 25%、23%、20%和 15%市场份额, 合计市场份额到达 83%。而第五名的美国陶氏化学在 ArF 光刻胶范畴只据有 4%的市场份 额。

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最早进的 EUV 光刻胶范畴则完整被日本企业所主导,日本的 JSR、TOK、信越化学成为 EUV 光刻胶市场上唯一的完成量产厂商。今朝引入 EUV 工艺的唯一三星电子和台积电两 家公司,日本企业将工场打算到韩国和中国台湾,以便保障以地舆上风的坚持市场份额。2020 年 7 月,TOK 颁布发表在韩国仁川松岛工场起头出产 EUV 光刻胶,便利供给三星和 SK 海力;2020 年 10 月 15 日,日经消息报道信越化工打算在中国台湾云林县和日本江津兴 建厂房,借此晋升中国台湾工场产能 5 成和日本工场产能 2 成,并操纵中国台湾工场出产 EUV 光刻胶,来应答台积电对 EUV 光刻胶延续增添的须要。按照该报道,富士胶片和住 友化学也打算进军 EUV 光刻胶市场。

因而可知,日本这些头部企业在环球半导体光刻胶市场上,不只在整体市场份额和手艺层 面抢先行业,并且各安闲差别细分范畴据有普遍市场,成立起完美的产物线。比方东京应 化,产物涵盖从橡胶类光刻胶到 g 线到 i 线、KrFArF 到 EUV,和离子束光刻胶;信 越化学产物线一样周全涵盖支流半导体光刻胶。

国产光刻胶产物规划不均衡,高端半导体光刻胶依托入口

近几年环球光电财产、花费电子财产向我国转移的趋向越发较着,下流产物 PCB、LCD、 半导体等财产链敏捷成长。中国的光刻胶产物须要款式与环球光刻胶市场近似,PCB、LCD、 半导体和其余光刻胶市场份额占比均衡。可是,由于我国光刻胶行业成长和起步时候较晚 和高端光刻胶行业壁垒高企,形成国产光刻胶操纵规划较为单一,首要集合于 PCB 光 刻胶、TN/STN-LCD光刻胶中低端产物。高端产物则须要从外洋大批入口,比方TFT-LCD、 半导体光刻胶等。按照中国财产信息网数据,从下流市场操纵规划来看,2018 年我国 PCB 光刻胶产值占比为 94.4%,而 LCD 和半导体用光刻胶产值占比别离仅为 2.7%和 1.6%。

半导体光刻胶作为光刻胶中最高真个组成局部,我邦外乡企业今朝仅据有较低的市场份额。 按照中国财产信息网数据,2017 年我国事环球最大的半导体光刻胶市场,份额占环球 32%, 咱们以为跟着国际半导系统体例造份额晋升,我国半导体光刻胶须要将延续晋升。可是半导体 光刻胶自给率低,合用于 6 英寸硅片的 g 线和 i 线光刻胶的自给率约为 20%,合用于 8 英 寸硅片的 KrF 光刻胶的自给率缺乏 5%,而合用于 12 寸硅片的 ArF 光刻胶则完整依托进 口。今朝国际半导体光刻胶的市场首要被日本、美国企业所据有,首要表现在高分辩率的 KrF 和 ArF 光刻胶焦点手艺根基被把持,产物也出自把持公司。

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以史为鉴,半导体财产转移激起中国光刻胶财产机缘

半导体财产转移和协作,日本光刻胶突起

1970 年月,日本成为环球电子财产和半导体市场中间,日本企业捉住外乡财产机缘切入 光刻胶市场。1990 年月,延续投入的日本企业胜利代替西欧厂商成为半导体光刻胶主导, TOK、信越化学、JSR、住友化学富士胶片等企业在 g 线、i 线、KrFArF 和 EUV 光刻 胶市场都据有主导。

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在集成电路财产成长史上,西欧厂商带领了后期光刻胶产物的研发

1950 年月贝尔测验考试室测验考试开辟环球首块集成电路的进程中,接纳了重铬酸盐明胶系统, 半导体光刻胶由此降生。柯达寻觅具有强附出力的资料,并终究开辟出环化橡胶-双叠氮体 系:该系统由环化聚异戊二烯橡胶与双叠氮 2,6-二(4-叠氮苯)-4-甲基环己酮夹杂而成。 达将此光刻胶定名为 Kodak Thin Film Resist(柯达薄膜抗蚀剂),也即 KTFR 光刻胶。该系统在 1957-1972 年间一向为半导体财产的主力系统,为半导体财产的成长立下了汗 马功绩。直至 1972 年,半导体工艺制程节点成长到 2μm,涉及 KTFR 光刻胶分辩率的 极限。

1970 年月,美国 Azoplate 发现重氮萘醌-酚醛树脂光刻胶,并定名为“AZ 光刻胶”。AZ 光刻胶在 1972 年已根基据有全数市场,并在尔后 25 年间坚持了 90%以上的市场份额。伴跟着光刻手艺的成长,重氮萘醌系光刻胶的机能也在不时晋升,其暴光光源能够接纳 g 线、i 线。

半导体财产转移与协作细化,日本光刻胶借机突起

1970 年月,跟着日本电子财产领头的半导体财产周全突起,日本厂商在光刻胶研发方面 起头起步。1968 年,东京应化研收回首环化橡胶系光刻胶产物 MOR-81,1972 年其 开辟出日本首个重氮类光刻胶 OFPR-2。1980 年月东京应化进入到 g 线/i 线光刻胶业 -TSMR 产物。JSR 于 1979 年进入半导体资料营业,起头发卖首个光刻胶产物 CIR。

1980 年月到 1990 年月,日本半导体财产在日美商业磨擦影响下起头衰败。可是,日本的 光刻胶财产捉住制程成长的机缘和与韩国和中国台湾区位上风,成为市场霸主。IBM 在 1980 年月初期就冲破了 KrF 光刻,并在 1980 年月初期至 1995 年的十余年时候一向保 持 KrF 光刻胶手艺把持位置。由于此时期,半导体工艺节点首要集合在 1.5μm-0.35μm, 这一范围的工艺能够用 i 线光刻完成,是以 KrF 光刻胶的市场增速迟缓,并未大范围放 量。1995 年日本 TOK 胜利冲破了高分辩率 KrF 正性光刻胶并完成了商业化发卖,冲破 了 IBM 对 KrF 光刻胶的把持,而那时的半导体工艺节点成长到了 0.25-0.35μm,逼 近了 i 线光刻的极限。

固然陪同半导体第二次财产转移,芯片制作中间迁往韩国和中国台湾,可是日本凭仗先发 的资料和装备上风,和与韩、台地舆近的上风,日本的 KrF 光刻胶敏捷放量据有市场。别的,1986 年的半导体行业大阑珊致使美国光刻机厂商蒙受重创,光刻机市场由美国厂 商主导慢慢演化为佳能和尼康为龙头的时期。半导体光刻胶市场由此进入日本厂商作为霸 主的时期。

现在,日本半导体财产延续阑珊,光刻机龙头已旁落荷兰光刻机公司 ASML。落空外乡 半导系统体例造市场和光刻机装备市场协同的日本光刻胶财产凭仗高度的手艺壁垒和市场壁 垒,在半导体财产环球化协作海潮中仍然据有高端市场的把持位置。日本光刻胶在高真个 ArF 和 EUV 光刻胶市场,日本厂商进一步稳固霸主位置。

以日本为鉴,中国已成环球最泰半导体市场,为光刻胶自立成长供给空间

犹如 1980 年月的日本,本日的中国已成为天下电子财产的焦点。21 世纪起,跟着小我计 算机财产向手机财产迈进,终端产物加倍庞杂多样,中国大陆的半导体财产履历了低端组 装和制作承接、持久的手艺引进和消化接收、高端人材培养等较长的时候周期,慢慢完成 了原始堆集,并以国度计谋及政策为驱能源,鞭策了全财产链的高速成长。按照中国半导 体行业协会统计,2020 年上半年中国制作的计较机、手机、彩电和汽车产量别离据有全 球 90%、90%、70%和 32%。跟着 5G、聪明物联网时期的到来,和财产成长情况完美、 人材回流、政策撑持、本钱喜爱等浩繁身分,中国大陆的半导体财产得以在浩繁范畴完成 疾速与周全打算,正慢慢差遣环球半导体财产从韩国、中国台湾向中国大陆转移。

伴跟着成为天下电子财产焦点,中国今朝已成为最大的半导体市场,并且延续坚持最快 的增速。按照美国半导体财产协会(SIA)统计的数据,2019 年环球半导体市场范围为 4120 亿美圆,由于中美商业磨擦和终端市场疲软,较 2018 年的 4687 亿美圆同比降落 12.11%。按照中国半导体行业协会(CSIA)统计,2019 年中国集成电路财产发卖额为 7562 亿元国民币,较 2018 年增添 16%。另据 CSIA 统计在 2020 年上半年,环球蒙受新 冠疫情频频和中美商业磨擦的背景下,中国集成电路财产发卖额到达 3639 亿元,逆势同 比增添 16.1%,成为环球财产最大增添引擎。跟着 5G、花费电子、汽车电子等下流财产 的进一步鼓起,估计中国半导体财产范围将会进一步增添。

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中国晶圆制作产能延续扩展,半导体光刻胶迎汗青机缘

中国已进入晶圆产能晋升周期,半导体光刻胶须要无望延续扩展。按照 SEMI《2018 年中 国半导体硅晶圆瞻望报告》,估计到 2020 年中国晶圆制作厂产能将到达每个月 400 万片。另据 SEMI 在 2020 年 10 月的报告估计,到 2024 年最少有 38 新的 300mm 晶圆厂投 产,此中中国大陆估计将成立八个新的 300mm 晶圆厂,并在 2024 年末之前将其 300mm 晶圆厂的市场份额大幅前进至 20%,而在 2015 年这数字仅为 8%。按照 IC Insights 估计, 2020 年中国纯晶圆代工市场范围同比完成 26%增添,达到 148.64 亿美圆,外乡企业中芯 国际、华虹半导体和武汉新芯合计仅占 25%市场份额,晋升空间照旧很大。按照智征询 展望,2022 年大陆半导体光刻胶市场空间将会靠近 55 亿元,是 2019 年的两倍。

中国半导系统体例造名目遍布多个细分范畴,多元化须要赐与国产光刻胶充实的市场空间。近 些年在逻辑制程上,中国从成熟制程到前进前辈制程产能周全放开,如国际代工龙头中芯国际 既针对成熟制程在天津8寸线停止扩产、在深圳停止12寸成产能扶植,又在上海扶植14nm 以下工艺出产线的中芯南边;在存储器方面,长江存储延续推近 NAND 量产、合肥长推 进 DRAM 出产,涵盖最大两块存储器范畴;以功率半导体、MEMS、射频、CMOS 等为 代表特点工艺 8 寸和 12 寸名目更是在天下普遍放开。别的,以 SiCGaN 等化合物半导 体为代表的第三代半导体一样成为行业热门。国际越加多元化的产物制作范畴,激起多元化 的半导体光刻胶的须要,为国际半导体光刻胶企业供给了多样的手艺和市场成长途径。

内部情况庞杂多变,政策和大基金配合助力,半导体光刻胶国产替换正那时

日韩商业磨擦启迪中国在中美商业磨擦下急需半导体光刻胶自立可控,为鼓动勉励光刻胶财产 成长、冲破财产瓶颈,我国出台了多项政策撑持半导体行业成长,为光刻胶财产的成长提 供了杰出的情况空气。为应答外洋手艺出口管束危险,多家中国半导体企业也增添了资料 国产化率请求,增添国产半导体光刻胶进入量产线停止测实验证的机缘,加速了国产半 导体光刻胶研发进度。

 

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