（报告出品方/作者：浙商证券，蒋高振，厉秋迪）
1、半导体光刻胶：半导体制造关键原材料之一
1.1、光刻工艺中最关键的耗材，承担图形转移介质重任
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。集成电路制造工艺繁多复杂，其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺，其中光刻的主要作用是将印制于掩膜板上的电路图复制到衬底晶圆上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。
光刻过程可大致分为涂胶、曝光、显影、刻蚀、清洗等步骤：（1）涂胶：将已沉积在晶圆表面需要被刻蚀的晶圆面朝上放置于图片，涂抹上光刻胶，然后通过高速旋转将光刻胶均匀涂抹于晶圆表面，其中光阻层的厚度与转速成负相关。（2）曝光+显影：紫外光通过光罩照射至光刻胶表面，被照射的地方化学性质发生改变，进而在显影液的作用下被清除，从而暴露出下层需要被刻蚀的材料。（3）刻蚀：将处理好的晶圆片放置刻蚀液中，刻蚀液通常是可以和被刻蚀材料反映且不和光刻胶反映的液体，因此被光刻胶遮盖住的部分不受影响。（4）清洗：光刻胶本身是有机物，因此最后可利用相似相容原理，通过物理+化学方法去除多余的光刻胶。
光刻胶是光刻工艺中最主要的、最关键的材料。光刻材料是指光刻工艺中用到的光刻胶（Photoresist，PR）、抗反射涂层（ARC）、旋涂碳（SOC）、旋涂玻璃（SOG）等，其中最为重要的就是光刻胶。光刻胶是一类光敏感聚合物，在一定波长的光照下光子激发材料中的光化学反应，进而改变光刻胶在显影液中的溶解度，从而实现图形化的目的。在光刻工艺中，掩膜版上的图形被投影在光刻胶上，激发光化学反应，再经过烘烤和显影后形成光刻胶图形，而光刻胶图形作为阻挡层，用于实现选择性的刻蚀或离子注入。
光刻胶本身性能对IC图形化工艺质量影响较大，并将进一步影响电子器件的性能。光刻胶性能主要由其化学结构决定，不同结构的光刻胶在性能上差异较大，酚醛树脂类光刻胶的分辨度性能就明显不如聚合物树脂。评价光刻胶性能的指标主要有分辨度、感光性能（敏感度、感光速度、对比度）、粘滞性和粘附性等关键指标，此外还有表面张力、保护能力、存储和运输可靠性等指标。
分辨度：区分邻近图形的最小距离，光刻胶分辨率越高，在同样光刻设备的作用下能把更多的器件单元清晰地在硅片上显影出来，即同样面积集成的晶体管更多，芯片运算速度越快。感光性能：主要分为灵敏度、感光速度和对比度三项。由于光源发出的紫外/极紫外光需要经过多次反射镜修正光路并完成杂光过滤，因此最终大部分能量将被过滤掉。光刻胶发生光化学反应所需要的能量越小，感光速度越快。此外，由于显影环节存在大量化学反应，对比度较高的光刻胶才能防止反应扩散及边缘“毛边”。
1.2、半导体光刻胶种类丰富，研发/生产/客户壁垒极高
根据曝光后光刻胶薄膜化学性质变化不同所导致的去留情况，光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶在紫外/极紫外光照射下，曝光区域光刻胶中的高分子链发生降解、官能团脱保护、重排、分子内脱水等化学反应，导致其在显影液中溶解度增加，在基板上获得与掩膜版相同的图案。反之，负性光刻胶的高分子链在曝光区域光刻胶中因发生交联而不溶，未曝光区域在显影液中溶解，从而获得与掩膜版图形相反的图案。在实际生产中，由于负性光刻胶在显影时易发生变形及膨胀，通常情况下分辨率只能达到2微米，因此正性光刻胶的应用更为广泛。
按下游应用领域进行分类可分为半导体用光刻胶、显示面板用光刻胶和PCB用光刻胶。智研咨询数据显示，下游三大应用领域分布较为均衡，PCB光刻胶、面板光刻胶、半导体光刻胶各占1/4左右。PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶、感光阻焊油墨等；平板显示光刻胶则主要是彩色及黑色光刻胶、TFT-LCD正性光刻胶、LCD触摸屏用光刻胶等；半导体光刻胶根据波长可进一步分为G线光刻胶（nm）、I线光刻胶（nm）、KrF光刻胶（nm）、ArF光刻胶（nm）、EUV光刻胶（13.5nm）等。
研发/生产/客户壁垒高：原材料稀缺+测试设备紧张+客户粘性强。制备光刻胶所必须的单体、树脂及感光剂等原材料进口依赖较强，国内达到同水平供应的厂商较少；生产光刻胶所必须的测试设备光刻胶费用昂贵且购入途径较为紧张；半导体光刻胶产品的验证测试及导入时间较长，一般需要2-3年，且对晶圆质量有较大影响，因此客户选定供应商后不会轻易更换。
半导体用光刻胶随着曝光波长的缩短，分辨率逐渐提升，适用的IC制程工艺越先进，极紫外EUV光刻工艺是当前可达的最精密工艺。KrF、G/I线光刻胶均为成熟制程用光刻胶，KrF光刻胶主要用于KrF激光光源光刻工艺，对应工艺制程-nm；而G/I线光刻胶主要用于高压汞灯光源的光刻工艺，对应工艺制程为nm及以上。ArF光刻胶主要用于DUV光刻工艺，可用于-14nm芯片工艺制程，其中干法主要用于-65nm工艺，浸没式主要用于65-14nm工艺。
2、半导体光刻胶市场空间广阔，日企寡头垄断
2.1、晶圆厂扩产+高端胶占比提升，推动半导体光刻胶市场成长
年全球半导体光刻胶市场约为24.71亿美元，中国大陆市场约4.93亿美元。下游数据中心服务器及新能源汽车等行业的快速扩张驱动全球晶圆代工厂积极扩产，从而为上游半导体光刻胶提供了持久的增长动力。SEMI数据显示，年全球半导体光刻胶市场约为24.71亿美元，同比增速达19.49%，中国大陆市场保持最快增速，达4.93亿美元，同比增长43.69%。受益于半导体行业技术进步带来的KrF胶和ArF胶单价值量和总需求快速提升，我们预测年全球半导体光刻胶市场将以9%的增速增长，达26.93亿美元，而光刻胶国内半导体光刻胶市场有望以高于全球的增速持续增长。
KrF胶及ArF胶（含ArFi胶）凭借较高单价占据80%以上市场份额。TECHCET数据显示，年ArF和ArFi（ArF浸没式光刻胶）市场规模共计9亿美元，占据约48%的全球半导体光刻胶市场份额，位列第一，KrF光刻胶市占率34%，排名第二，G/I线胶以16%的市占率位列第三。
工艺节点进步和存储技术升级，光刻层数提升，单位面积光刻胶价值量增长。随着先进制程技术成熟及市场份额占比提升，配套使用的光刻胶也由G/I线光刻胶进步到价值含量更高的KrF和ArF（ArFi）光刻胶，28nm及以下先进制程通常使用KrF胶及ArF浸没式光刻胶，光刻工艺层数相较成熟节点也存在显著提高，根据SEMI数据，单位面积光刻胶价值含量由年的约0.美元/平方英寸上涨至年的0.美元/平方英寸，CAGR6.4%。
下游新能源汽车、5G建设和HPC等领域景气度上行驱动中游制造/代工需求提升，从而带动上游光刻胶需求提升。中汽协数据显示，截至年9月我国新能源车产销量近万辆，同比增.7%。受吉林、上海两地疫情困扰，加之部分零部件/原材料缺货等不利因素影响，国内新能源车市场3、4月出现大幅下跌，但后续由于政府政策推动、厂商营销促销、国民消费反弹等多方利好，自5月起新能源车市场需求量开始反弹，持续景气。
年全球晶圆市场市值突破亿美元，芯片销售突破1.15万亿片。自年以来，全球晶圆市场以20%以上的速度迅速扩张，ICinsights数据显示年全球晶圆市场达亿美元，预计年全球晶圆市值将突破亿美元，较年的亿美元几乎翻倍，SEMI统计年全球芯片销售突破1.15万亿片。当前扩充的产能以12寸为主，根据Trendforce数据显示65%以上的12寸扩产产量聚焦成熟制程。
国内厂商积极扩产12英寸产品，带动上游半导体光刻胶市场增长。受国内外服务器、高性能计算、车用与工控等产业结构性需求增长影响，中芯国际、华虹集团、长江存储、合肥长鑫等芯片厂商相继扩充28nm及以上成熟制程产能，主要为12英寸晶圆产品。集微网预计中国大陆12英寸晶圆厂产能全球份额有望从年的19%提高到年的23%，用于生产HV、MCU、PMIC、功率半导体等关键料件，国内光刻胶厂商将直接受益于晶圆厂制造产能的大幅扩张。
需求向高端光刻胶转移，KrF、ArF半导体光刻胶为短期竞争焦点。摩尔定律趋近极限，半导体制造制程进步使得所对应的光刻加工特征尺寸（CD）不断缩小，配套光刻胶也逐渐由G线(nm)→I线(nm)→KrF(nm)→ArF(nm)→F2(nm)的方向转移，从而满足IC制造更高集成度的要求。SEMI数据显示，全球8寸、12寸半导体硅片在硅片市场的市占率超过90%，与之配对的KrF、ArF是当下及未来短期内各光刻胶公司的重点发力市场。
2.2、全球视角：日企寡头垄断，深度把控原材料及配方改进工艺
目前全球高端半导体光刻胶市场主要被日本和美国公司垄断，日企全球市占率约80%，处于绝对领先地位。半导体光刻胶属于高技术壁垒材料，生产工艺复杂，纯度要求高，认证周期需要2-3年，因此短时间内新兴玩家难以进入。目前主流厂商包括日本的东京应化、JSR、富士、信越化学、住友化学，以及美国杜邦、欧洲AZEM和韩国东进世美肯等。
日本的光刻胶之路：从追赶到超越。美国在上世纪80年代末期之前凭借柯达的光刻技术和IBM率先掌握KrF光刻技术的多重优势下成为市场领先者。然而随着工艺制程提升，KrF光刻需求的正确匹配、日本光刻胶与光刻机技术及美国半导体企业进入下降期多因素叠加，日本光刻胶产业开始崛起。年东京应化成功研发出KrF光刻胶并实现大规模商业化后，日本正式确立霸主地位，并将龙头地位保持至今。当前可量产EUV光刻胶的厂商除美国杜邦外其他全部为日本企业，包括JSR、东京应化和信越化学。
2.3、国内视角：国产替代加速，博康/科华/晶瑞迅速突围
国内视角：厂商多集中于中低端市场，仅北京科华和徐州博康能量产KrF光刻胶。当前国内光刻胶企业多分布在技术难度较低的PCB光刻胶领域，占比超9成，而技术难度最大的半导体光刻胶市场，国内仅有彤程新材（北京科华）、华懋科技（徐州博康）、南大光电、晶瑞电材和上海新阳等少数几家，根据测算我们认为其年全球市场份额合计不超过5%，且产品主要集中在相对低端的G/I线光刻胶，目前国内北京科华、徐州博康等企业已经能实现KrF光刻胶量产。
华懋科技（徐州博康）：高端光刻胶和光刻胶材料双向发力，完善高端光刻胶布局。公司已实现I线胶、KrF胶量产，ArF胶在年也有望形成销售，公司积极布局高端光刻胶市场，大力推进KrF、ArF胶研发，当前有23款ArF胶（含ArFi）处于研发改进状态，6款处于验证导入阶段，可涵盖55-28nm及以下的关键层光刻。年形成销售的KrF胶有13款，此外还有23款处于研发改进阶段。此外，公司布局光刻胶原料领域，目前已研发60余款单体及50余款光刻胶树脂，包括ArFi系列单体及树脂。
彤程新材（北京科华）：国内领先的半导体光刻胶龙头厂商，产品以G/I线胶和KrF胶为主。年G线胶市占率达60%，I线胶已接近国际先进水平，种类涵盖国内14nm以上大部分工艺需求，KrF胶在Poly、AA、Metal等关键层工艺实现重大突破，能够提供0.11μm以上产品。年，抓住国产替代机会，在半导体光刻胶上持续发力，新增10支KrF胶、9支I线胶产品，并通过客户验证、获得订单。
3、上游原材料国产化进行时，供应链安全意义深远
生产光刻胶的原料主要是光刻胶树脂、光敏材料、溶剂及添加剂等。光刻胶产业链环节较多，覆盖面也较广，原材料质量及配方比例是决定光刻胶产品品质的重要因素。
光刻胶树脂：用作粘合剂的惰性聚合物，与其他材料聚合成光刻胶的“框架”，并决定光刻胶的粘附性、胶膜厚度等性质。通常来说，光刻胶树脂含量低于20%，且波长越短树脂含量越低，溶剂的含量越高。G/I线树脂含量在10-20%，KrF树脂含量低于10%，ArF及EUV树脂含量不足5%。光敏材料：主要包括感光化合物和光致产酸剂，是光刻胶的核心部分，决定了光刻胶感光度、分辨率等关键指标。光引发剂，又称为光敏剂或者光固化剂，它会对光辐射的能量发生反应。光增感剂，即光引发助剂。光致酸剂，起到化学放大作用。溶剂：溶解或者分散光刻胶主体成分，使光刻胶具有一定的流动性，实现光刻胶的均匀涂覆，光刻胶中成分占比约80%，主要成分通常为丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)。添加剂：各厂商差异点之一，能够改变光刻胶的某些关键特性，通常占比约5%。
3.1、单体及树脂：半导体光刻胶核心原材料，直接决定光刻线宽
光刻胶树脂是光刻胶核心组成部分，直接决定光刻胶在特定波长下可以达到的线宽，在原材料成本占比约50%，不同光刻胶树脂的结构不同：用于I线（nm）和G线（nm）的光刻胶主要成分是聚合物树脂、光敏化合物（PAC）和溶剂。溶剂含量变化可以改变光刻胶粘度，从而在合理的转速范围内得到刻蚀所需的厚度；PAC是重氮萘醌酯化合物，主要用于线性酚醛树脂体系光刻胶中，如g线/i线光刻胶，决定光刻胶的光敏程度，在光子的作用下，PAC分解，进而激发光化学反应。目前绝大多数的I/G线胶都是以酚醛树脂和二氮醌（DNQ）为主要成分的“novolac/DNQ”胶，其中DNQ占总质量的20%-50%。
nm以下光刻胶则使用以聚合物树脂、光致酸产生剂（PAG）、相应添加剂及溶剂为主要成分的化学放大胶。由于酚醛树脂对nm以下的光有较强的吸收率且只能激发一次的光化学反应也难以满足高精度电路的光敏需求，因此nm及以下的光刻胶不再使用酚醛树脂类单体，而是采用化学放大光刻法。化学放大胶的工作原理为：1）光子被PAG吸收，PAG分解并释放H+；2）烘烤时，酸与树脂上的不容性悬挂基团反应，使聚合物能溶液显影液，同时能释放一个新的H+。通过化学放大法，使得光刻胶对光照非常敏感，很少量的光刻胶就能够完成整个区域的曝光，无论是从技术层面还是经济效益来说都有其优势，因此也被广泛KrF（nm）光刻胶、ArF（nm）光刻胶和ArF（nm）浸没式光刻胶。
常用于KrF（nm）的光刻胶是有IBM最早研发的tBOC胶，所使用的聚合物树脂为PBOSCT。根据化学放大原理，受到光照后，光致酸产生剂释放H+，在后续PEB过程中酸导致悬挂基团脱落并生成一个新亲水酸分子。PBOSCT光敏感度比novolac/DNQ胶提升两个数量级，且具备正/负胶选择能力，因此被广泛应用于-nm分辨率的光刻工艺。ArF光刻胶以PMMA为树脂材料，浸没式ArF胶进一步增加隔水涂层等改进性能。由于芳香结构的PBOCST对nm光吸收较强，因此ArF胶多采用基本对nm光透明无吸收的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA为树脂材料。而用于浸没式ArF光刻胶在此基础上又进行多次改进，如引入隔水涂层来减少H2O对光刻工艺的影响，采用大分子疏水性PAG降低酸(H+)向水体系的扩散等，采用多重曝光技术最高可满足7nm节点需求。
极紫外EUV光刻可实现线宽减小，对光刻胶材料要求更苛刻，目前以金属基光刻胶为主流。EUV波长13.5nm，仅为ArF胶的不到1/10，因此可实现的关键线宽大幅缩小。当前EUV光刻胶主要包括聚合物基光刻胶、有机分子玻璃光刻胶、金属基光刻胶等，其中金属基光刻胶由于具有尺寸小、EUV吸收率高等显著优势，研究进度较快。
我国光刻胶企业使用的树脂90%以上依赖进口，供应商以日本和美国厂商为主。全球光刻胶树脂主要由住友电木、日本曹达及美国陶氏等化工大厂供应，国内运用于光刻胶领域树脂几乎全部需要进口，本土企业圣泉集团具备大规模量产光刻胶树脂能力，安智电子材料、强力新材等也有少量产出。圣泉集团生产的光刻胶用线性酚醛树脂成功打破国外垄断，通过对分子结构的设计，使产品具有高纯度、高耐热性、高电气绝缘性等特点，树脂中各种金属杂质控制达到了ppb级，适合各种光刻胶产品的生产。
光刻胶单体则是合成树脂的原料。在光刻胶生产中，树脂决定了其光刻性能和耐刻蚀性能，而在“单体——树脂——光刻胶”的合成过程中，每一个环节都会影响着光刻胶终端产品的质量，单体的性能和质量稳定性决定着树脂的性能和质量稳定性。要生产质量好的光刻胶，就必须拥有性能良好、质量稳定的单体。
半导体光刻胶单体的合成在技术难度、产品纯度及稳定性、价格三个方面与一般单体存在较大差异：1）半导体级光刻胶单体的合成技术难度更大；2）半导体光刻胶单体要求质量更稳定，金属离子杂质更少。例如，半导体级单体纯度要求达到99.5%，金属离子含量小于1ppb，而面板级单体结构是环氧乙烷类，纯度要求或仅99.0%，金属离子含量最少小于ppb；3）半导体级光刻胶单体的价格远高于一般类单体，一般的I线单体-元/kg，KrF单体-0元/kg，ArF干法和湿法的单体价格在-00元/kg。不同光刻胶类型都有相应的光刻胶单体：I线单体主要是甲基酚和甲醛，属于大宗化学品；KrF单体主要是苯乙烯类单体，为液体；ArF单体主要是甲基丙烯酸酯类单体，有固体也有液体。
3.2、光敏材料：先进光刻胶引发剂，产品价格差异显著
光敏材料主要包括感光化合物和光致产酸剂，是光刻胶中真正“对光敏感”的化合物，决定了光刻胶感光度、分辨率等关键指标。感光化合物（PAC）：重氮萘醌酯化合物，多用于线性酚醛树脂体系光刻胶中，如G线/I线光刻胶。感光化合物能在紫外光区或可见光区吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，从而引发单体聚合交联固化的化合物，主要影响光刻胶的分辨率和感光度。国内半导体用光引发剂厂商主要是强力新材和久日新材两家。光致产酸剂：常称光酸（PAG），是主要运用于在化学放大型体光刻胶中，包括KrF光刻胶（聚对羟基苯乙烯树脂体系）和ArF光刻胶（聚甲基丙烯酸酯树脂体系）、EUV光刻胶，常温下为固态。
半导体光刻胶用光敏材料仍属于“卡脖子”产品，海外进口依赖较重，不同品质之间价格差异大。以国内PAG对应的化学放大型光刻胶（主要是KrF、ArF光刻胶）来看，树脂在光刻胶中的固含量占比约10%-15%，对应的PAG用量为一般按树脂重量的6%-8%添加，最终PAG的成本占光刻胶总成本的10%-20%。从单价看，KrF光刻胶用PAG的价格在0.5-1.5万元/kg，而ArF光刻胶用PAG的价格约1.5-30万元/千克，相差约20倍。在用量上，PAG中ArF光刻胶相较KrF的PAG用量更少，而与PAG相比，PAC在光刻胶中的用量则更大且价格相较PAG大幅降低。
3.3、溶剂：电子级PGMEA技术门槛高，国内厂商已实现规模生产
溶剂：作用主要是溶解光刻胶原料组分，作为后续反应的载体，含量占据光刻胶总质量的80%~90%，当前半导体光刻胶的主要溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA/PMA），其具有较好的溶解性及性状稳定的优势。高纯电子级PMA技术门槛较高，海外大厂技术领先，国内也已实现规模量产。海外代表厂商主要是一些知名化工企业，如陶氏化学、壳牌、利安德巴塞尔工业、伊士曼化学、德国巴斯夫等；国内，江苏华伦、江苏天音化学、百川股份以及怡达股份均有规模化生产电子级丙二醇甲醚醋酸酯。
4、机遇与挑战并存，国产半导体光刻胶蓄势待发
4.1、挑战：部分原材料及设备难获取，海外同行先发优势明显
我们光刻胶产业发展仍面临较大的现实困难，主要包括原材料取得、配方know-how少且验证困难、客户粘性强更换供应商意愿不高三个方面：光刻胶原料主要包括树脂、光引发剂、添加剂及溶剂等，其中单体又是树脂的合成原料，国内仅有少数厂商能供应电子级光刻胶原料，尤其是对光刻胶性能影响重大的树脂。圣泉集团可量产的光刻胶树脂也多限制用于相对低端的G/I线胶，对于技术难度及市场空间较大的KrF及ArF胶尚未有量产实力。徐州博康已研制出50余款光刻胶树脂，其中也包括ArF浸没式光刻胶树脂和高端KrF树脂，但高端产品产能及产量较小，基本仅限于公司内部光刻胶生产所用。
光刻胶作为配方型产品，原料、用量配比及合成工艺具有较高know-how，国内厂商与行业龙头相比存在较大差距。海外厂商自上世纪中期便开启研发光刻胶，柯达公司在年研制成功的KTFR光刻胶被认为是现代光刻胶工业的开创者，并在此后15年时间成为半导体产业主流产品，而国内最早进行光刻胶研发的苏州瑞红前身苏州中学校办光刻胶研发室于年成立，落后国外企业数十年。在产品验证上，光刻胶与光刻机具有一定的协同效应，而贸易摩擦加剧等原因使得国内厂商难以买到先进的光刻机，也会给研究进度带来滞后影响。
验证周期长达2-3年，厂商先发优势明显，客户更换供应商频率低。光刻胶通过客户验证并实现量产需要经过反复的送样、反馈、调整配方，整个周期长达2-3年，且为了保持光刻胶质量和效果稳定，厂商通过认证成为长期供应商后，客户不会轻易更换。当前国内光刻胶市场近9成为海外厂商占据，国内厂商想要实现市场突破存在一定难度。
4.2、机遇：国产替代进程加快，国内厂商迎来发展良机
国际形势错综复杂，国内客户国产替代意愿提升。近年来逆全球化趋势加快，半导体全球化分工遭遇挑战，为保证上游供应链安全可控，国内厂商及部分海外厂商开始尝试使用国产光刻胶及光刻胶原料进行生产测试及替代，这一变化有利于国产厂商加速客户导入及产品放量。国内厂商具有服务态度好、反馈及时等优势，若能借此机会与国产晶圆厂商建立/维护好合作关系，在短期生产和长期研发上进行深度绑定，将有机会实现快速成长。
抓大放小，从普适性光刻胶、成熟制程用光刻胶开始国产替代。光刻胶产品众多，即使同为KrF胶也会根据使用情景或工艺细分为上百个料号，即使是实现KrF胶量产的北京科华和徐州博康也仅能实现少数种类的生产。我们认为，国内光刻胶厂商可抓大放小，优先进行于普适性的光刻胶研产，使得产品能够大范围应用于晶圆厂的不同层面工艺，解决下游厂商大部分急切问题，降低合作及导入的成本。此外还应配合晶圆厂商研产进度，优先开始技术难度较低，国产晶圆厂商分布较密集的成熟制程光刻胶替换。
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