光刻胶的局面
本文来自微信公众号：国君产业研究（ID：industryRCofG），首发日期：2022年1月6日，作者：肖洁、鲍雁辛，原文标题：《【国君产研｜新材料系列九】光刻胶：先进制程推进产品技术迭代》，题图来自：视觉中国
光刻胶是半导体、平板显示器、印刷电路板等微电子领域加工制造中使用的关键材料。光刻胶制造具有技术积累时间长，研发投入大等特征，是电子化学品中技术壁垒最高的材料。其中，半导体光刻胶需要与相对应的光刻机相适配，光刻胶企业需要与下游客户进行长时间的技术磨合，反复验证产品效果，一般需要两到三年才能大批量供货。
全球光刻胶市场规模自2010年的56亿美元增长至2020年约95亿美元，2010-2020年之间CAGR为5.42%。全球市场为美日公司所垄断，CR5高达87%，行业集中度较高。其中，日本四巨头JSR、东京应化、日本信越与富士电子市占率加和达到72%。
我国光刻胶市场规模自2015年的100亿元人民币左右增长至2020的160亿元人民币，2015-2020年之间CAGR为9.8%。光刻胶按照下游应用主要分为PCB光刻胶，LCD面板用光刻胶，半导体光刻胶。其中，PCB光刻胶国产化率最高，超过50%；LCD面板用光刻胶国产化率10%左右，但由于下游的产业转移，和国内龙头的兼并收购，国产化率有望大幅提升。
一、光刻胶产业概述
光刻胶是由树脂、光敏剂、溶剂及各类添加剂等组成的对光敏感的混合液态感光材料。光刻胶是半导体、平板显示器、印刷电路板等微电子领域加工制造中使用的关键材料。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。
光刻胶制造具有技术积累时间长，研发投入大等特征，光刻胶是电子化学品中技术壁垒最高的材料。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。针对不同应用需求，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。
光刻胶原材料虽然易得，但是生产工艺复杂，其配比属于机密，竞争对手很难对光刻胶产品逆向分析和仿制。此外，半导体光刻胶需要与相对应的光刻机相适配，光刻胶企业需要与下游客户进行长时间的技术磨合，反复验证产品效果，一般需要两到三年才能大批量供货。
图 1：光刻胶产业链
数据来源：国泰君安证券研究
光刻胶产业链上下游清晰，上游主要以感光树脂，光敏剂，溶剂为主，光敏剂在光刻胶原材料中占比达到60%。下游需求主要以印刷电路板（下文简称PCB），面板液晶显示器（下文简称LCD），芯片为主。对应不同的下游，又可以细分为PCB光刻胶，LCD光刻胶，半导体光刻胶。在半导体光刻胶中又可以根据波长细分为g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶、EUV光刻胶。
在溶剂方面，中国仅有小部分企业从事研发和生产光刻胶溶剂，但溶剂生产量供不应求，无法满足中国光刻胶制造商的需求。在树脂方面，中国处于起步发展阶段，目前山东圣泉新材料股份有限公司具备树脂生产能力，但生产的树脂质量不稳定，符合光刻胶制造商要求的树脂产量仅有30%左右。
在光敏剂方面，常州强力电子新材料股份有限公司在光敏剂技术方面具有领先优势，但强力新材的光敏剂主要应用在PCB领域的光刻胶生产，无法应用于半导体和平板显示领域的光刻胶生产。
国内从事光刻胶原材料研发及生产的供应商较少，光刻胶原材料市场主要被日本、韩国和美国厂商所占据。因此，国内光刻胶制造商对进口材料依赖性较大，在上游原材料环节的议价能力弱。
1. 全球光刻胶市场规模100亿美元
全球光刻胶市场规模自2010年的56亿美元增长至2020年约95亿美元，2010-2020年之间CAGR为5.42%。我国光刻胶市场规模自2015年的100亿人民币左右增长至2020的160亿人民币，2015-2020年之间CAGR为9.8%，我国光刻胶市场扩张速度远远快于全球平均水平。预计未来3年内国内光刻胶市场仍将以10%左右的速度增长。
图 2：全球光刻胶市场规模100亿美元
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
图 3：我国光刻胶市场规模160亿元
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
从市场构成来看，LCD光刻胶，半导体光刻胶和PCB光刻胶占有率较为平均，均为25%左右，产值在20亿美元上下。
图 4：全球光刻胶市场构成（亿美元）
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
图 5：全球光刻胶企业市场份额
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
2015年，我国光刻胶需求结构主要以PCB光刻胶为主，占比为70%，到2020年，我国PCB光刻胶占比将下滑到53%。我国实现国产化的光刻胶主要集中在低端PCB光刻胶和中端LCD光刻胶，半导体光刻胶领域基本依赖于进口。PCB光刻胶是目前国产替代进度最快的，目前国产化率已超过50%。LCD光刻胶的综合国产化率在10%左右，市场份额从2015年的20%上升到2020年的31.3%，国产化率随产业转移迎来提速。
图 6：2015-2020年国内光刻胶市场构成（亿人民币）
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
2. 竞争格局：美日垄断、国产化投入大
光刻胶行业具有极高的行业壁垒，长期为美日公司所垄断，CR5高达87%，行业集中度较高。其中，日本四巨头JSR、东京应化、日本信越与富士电子市占率加和达到72%。
PCB光刻胶方面，国内容大感光和广信材料双雄争霸，LCD光刻胶方面，雅克科技通过几轮并购快速进入。半导体光刻胶方面，苏州瑞红i线实现量产，KrF（248nm深紫外）光刻胶完成中试，2022年有望小批量供货；北京科华正开发KrF（248nm）光刻胶，目前已经通过中芯国际认证，ArF（193nm）光刻胶也在积极研发中，南大光电的ArF光刻胶也在开发和产业化中。
图 7：国内光刻胶厂商产能情况
数据来源：各公司年报、国泰君安证券研究
图 8：国内未上市光刻胶企业
数据来源：各公司网站、国泰君安证券研究
二、PCB光刻胶：国产化率超过50%
PCB光刻胶是PCB制造过程的关键材料。PCB光刻胶主要分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和阻焊油墨。PCB光刻胶行业不断面临技术提升和产品升级，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。
根据Wind数据统计，2008-2019年之间全球PCB产值从483亿美元增长到613亿美元，平均年化增速仅为2%，增速略低于同期全球GDP增速，市场空间有限。我国PCB市场表现优于全球水平，2008-2019年之间CAGR约为6.7%，过去5年CAGR约4.5%。
图 9：全球PCB市场规模增速放缓
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
图 10：国内PCB市场规模仍有7%的复合增速
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨，约占PCB制造成本的3%。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。
自2015年，国内PCB光刻胶市场规模从70亿元人民币增长到85亿元人民币，CAGR约3.3%，增速低于国内PCB市场4.5%的增速。中国光刻胶制造商在PCB领域制造用的光刻胶已逐步实现进口替代，目前国产化率已超过50%。
图 11：中国PCB光刻胶市场规模
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
图 12：PCB光刻胶市场需求占比
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
PCB光刻胶的市场厂商格局主要呈现为日本、中国二强争霸。日本企业中太阳油墨占据龙头地位，其油墨拥有超过较高的市占率，短期内市场地位稳固。近年来，太阳油墨积极推动多元化经营战略，试图改变单一主营的隐忧，但其在越南等地的油墨产线依然保持扩张。
图 13：PCB油墨全球竞争格局
数据来源：各公司年报、国泰君安证券研究
图 14：太阳油墨电子材料业务部门营收（大部分为油墨贡献）
数据来源：太阳油墨年报
三、LCD光刻胶
目前，在显示面板行业中，光刻胶主要应用于TFT-LCD阵列制造，滤光片制造等应用领域。伴随LCD产业中心的东移，我国LCD光刻胶市场规模及国产化率有望逐步提升。预计2019-2023年，我国LCD光刻胶市场规模将会从 40亿元提升到68亿元，CAGR11.2%；LCD光刻胶材料的国产化率有望从 10%快速提升至40%。根据中国产业信息网，2020年国内TFT-LCD光刻胶需求约1.48万吨，彩胶需求约1.57万吨，黑色光刻胶需求约3400吨，国内LCD光刻胶整体市场规模约为50亿人民币。
图 15：国内LCD光刻胶市场规模68亿元
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
在LCD面板结构中，使用到光刻胶的主要是薄膜晶体管层（TFT-LCD）以及彩色滤光层。薄膜晶体管层主要使用TFT-LCD光刻胶，彩色滤光层主要使用黑色光刻胶与彩胶。
薄膜晶体管层：我们经常说TFT-LCD，其实际上指的就是这个薄膜晶体管，它的作用类似于开关，TFT能够控制IC控制电路上的信号电压，是非常重要的一个部件。
彩色滤光片：而彩色滤光片则由RGB三种过滤片组成，通过三者混合调节各个颜色与亮度。液晶面板中每一个像素由红、绿、蓝3个点构成，每种颜色的点各自拥有不同的灰阶变化。
图 16：OLED面板结构示意图
数据来源：中国产业信息网
图 17：LCD面板结构示意图
数据来源：中国产业信息网
从工艺流程的角度来看，OLED和LCD制程中均需要使用光刻胶，且工艺中用量用法近似，主要在array段和CF段中使用。在OLED与LCD生产技术中用到的光刻胶有:
Array段：在Array段上， 需要多次曝光显影涂布。根据具体期间运用部位而言，Array段用的光刻胶主要是TFT-LCD光刻胶，通常需要做6层mask。
CF段: 在CF段主要用的光刻胶为:
(1) BM：黑色光刻胶，需要一次Mask。
(2) Color PR(R|G|B)：三原色彩胶，需要3次Mask。
图 18：OLED面板工艺流程
数据来源：中国产业信息网
图 19：LCD面板工艺流程
数据来源：中国产业信息网
从全球面板光刻胶市场竞争格局来看，主要是日韩企业主导。韩厂如三星SDI和LG化学，生产LCD光刻胶的主要目的是完善其面板上游产业链，保证其产品质量。在韩厂逐步收缩面板产能情况下，继续保留光刻胶业务已经不符合韩厂利益。日企如JSR等巨头也开始削减面板光刻胶业务，转向更高端的半导体光刻胶领域。日韩企业退出给了国内龙头补位的机遇。
图 20：LCD光刻胶主要厂商
资料来源：各公司官网、国泰君安证券研究
2020年2月，雅克科技以580亿韩元（折合人民币3.3亿元）收购LG化学彩色光刻胶事业部，标的资产主要包括与彩色光刻胶业务相关的部分生产机器设备、存货、知识产权类无形资产等。在交割完成后的18个月时间内， 雅克科技在韩国投资约2亿元建设彩色光刻胶生产工厂。随后公司以现金人民币1亿元购买江苏科特美45%的股权。
江苏科特美公司的股权收购实际控制了韩国Cotem公司（2020年9月合并报表）。雅克科技通过两笔收购成功获取了彩色光刻胶和TFT正胶两种技术，为公司在光刻胶领域的发展奠定了基础。合并江苏科特美后公司现有光刻胶产能3000吨，开工率为82.42%，光刻胶业务营收为3.42亿元，公司LCD光刻胶售价约13.84万/吨。同时，公司推动宜兴光刻胶国产化项目，投资8.5亿，预计建成后产能19000吨/年，主要为下游华星光电，京东方，惠科等面板企业供货。
图 21：雅克科技内LCD光刻胶投资规模合计15亿元
数据来源：公司年报、国泰君安证券研究
四、半导体光刻胶：先进制程推进产品技术迭代
半导体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。全球半导体产业处于快速增长期，2001-2020年全球半导体市场规模CAGR为5.57%，2016-2020年全球半导体光刻胶市场规模维持6.8%的复合增速，预计到2022年，全球半导体光刻胶规模将成长到18.53亿美元。
图 22：2001-2020全球半导体市场规模复合增速5.57%
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
图 23：2016-2020年全球半导体光刻胶市场复合增速6.8%
数据来源：wind、国泰君安证券研究
国内半导体产业增速要显著高于国外。2014-2019年，国内集成电路市场规模CAGR为17%，带动国内半导体光刻胶需求爆发，2015-2020年，国内半导体光刻胶市场CAGR高达16.6%，与半导体产业增速较为一致。
图 24：国内半导体市场规模复合增速17%
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
图 25：国内半导体光刻胶市场规模复合增速16.6%
数据来源：中国产业信息网、国泰君安证券研究
目前全球半导体光刻胶市场基本被日本企业垄断。其中东京应化在除ArF光刻胶外都拥有领先地位，JSR的ArF光刻胶有独特优势，目前国外厂商主要争夺EUV光刻胶技术。
2018年12月，南大光电投资6.56亿元实施ArF光刻胶项目，获得中央财政补贴1.67亿，地方配套补贴1.33亿，目前已有小规模量产。预计未来形成25吨 ArF光刻胶产线，满足90nm-14nm需求，其中干法ArF 5吨，浸没式ArF光刻胶20吨。
晶瑞股份于2020年9月29日发布公告称，计划总投资4.88亿实施高端光刻胶研发项目，该项目旨在打通ArF光刻胶用树脂的工艺合成路线，实现批量生产ArF湿法光刻胶的成套技术体系，其中ArF光刻机购入成本为1.5亿。
图 26：半导体光刻胶竞争格局
资料来源：公司官网和公告、国泰君安证券研究
上海新阳预计投入8.15亿于集成电路制造用高端光刻胶研发、产业化项目，该项目主要开发集成电路制造中ArF干法工艺使用的光刻胶和KrF厚膜光刻胶。预计KrF厚膜光刻胶2021年开始小批量销售，ArF干法光刻胶在2022年开始小批量销售；且公司生产的KrF厚膜光刻胶和ArF干法光刻胶的销售价格有望比当前市场价低约20%-40%。
公司公告提到，项目预计内部收益率（所得税后）为24.04%，投资回收期（所得税后）为7.71年，项目净现值为6.62亿元（假设必要收益率为12%）。
图 27：上海新阳8.15亿高端光刻胶项目预计现金流
数据来源：上海新阳公告、国泰君安证券研究
随着技术的进步，为了匹配集成电路对密度和集成度水平，半导体光刻胶出现了如下的演进过程：g线(436nm) → i线(365nm) → KrF(248nm) → ArF(193nm) → EUV(13.5nm)。
半导体光刻胶的趋势还是以高端化产品为主，2008年后i线光刻胶和KrF光刻胶市场规模并无明显增长，针对更精密工艺的浸没式ArF需求高涨，显示半导体光刻胶的需求还是跟随技术迭代不断推进。目前，7nm以下工艺所用EUV光刻胶成为各大厂商争夺的主要焦点，需求爆发极快。
图 28：i线以上半导体光刻胶销售额（十亿日元）
数据来源：东京应化年报、国泰君安证券研究
图 29：2017年东京应化对于高端光刻胶市场规模预测
数据来源：东京应化年报、国泰君安证券研究
根据期刊《Materials Science and Engineering》数据，光刻胶密度范围通常在1.07吨/千升1.23吨/千升之间。以此为假设基础，根据东京应化2017年报披露数据，我们大致可以测算出ArF光刻胶2017年均价约为40.8-46.9万美元/吨；Krf光刻胶2017年均价约12.8-14.7万美元/吨。
图 30：2017年高端光刻胶价格推算
数据来源：东京应化2017年年报、国泰君安证券研究
五、国内外龙头企业的产业布局
1. 东京应化：定位高端、小而美
日本东京应化(TOK)是历史悠久的日本化学材料企业之一，成立于1940年。在1968年，1972年先后开发出半导体用正型胶和负型胶后，一直以成为光刻胶龙头供应商为目标。近年来，公司的半导体材料业务业绩稳步增长，海外市场不断扩张，2019年，公司在全球半导体光刻胶市场中获得多项“第一”，凸显其龙头地位。
2012年-2020年之间，公司营收从61.36亿增长至74.36亿人民币，CAGR为2%。2012-2020年，净利润从2.93亿增长至6.28亿人民币，CAGR为7.9%，展现了高端产品强大的盈利能力。
图 31：TOK营业收入及增速
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
图 32：TOK 盈利能力及增速
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
除Arf光刻胶市占率排名第四外，公司在EUV，KrF，g/i线光刻胶领域市占率均为全球第一，其EUV光刻胶市场占据约46%份额。考虑到EUV光刻胶在7nm与5nm先进工艺下广泛应用，未来几年内EUV光刻胶市场将迎来爆发。
图 33：东京应化盈利能力
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
图 34：东京应化半导体光刻胶产品市占率
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
2.?JSR：半导体光刻胶占比提升
JSR公司又称日本合成橡胶公司，公司成立于1957年12月，是一家成立超过60年的老牌企业， JSR靠乳胶业务起家， 于1980年开始涉及LCD光刻胶业务，在2004年开发出了可用于32nm的浸没式ArF光刻胶技术，并且这一技术一直沿用至今。
公司在半导体材料领域积累深厚，其ArF光刻胶是市场上少数领先东京应化的产品。光刻胶业务属于公司数字解决方案事业部（Digital Solution）下的的半导体材料及面板材料业务，板块经营利润率维持在20%以上。2016-2020年板块数据显示，半导体材料业务占比逐年提升，在2020年营收为949亿日元，增长13%。
公司面板材料营收不断下滑，迫使公司考虑退出LCD面板光刻胶等业务。2020年公司宣布裁撤LCD材料业务并关闭中国台湾地区的工厂，JSR在光刻胶领域布局逐渐向高端KrF和EUV产品发力，公司最先进的EUV光刻胶生产线在比利时建成。
图 35：JSR Digital Solution及下属半导体材料业务营收情况
数据来源：Bloomberg， JSR公司年报
3. 容大感光：PCB油墨龙头
容大感光的产品应用领域集中在PCB行业。公司主营以PCB感光油墨为主，主要客户包括无锡健鼎、奥士康、悦虎电路、川亿公司、金像电子等PCB制造企业。2015年至今，公司营业收入年化增速为11.6%，利润增速约10.7%。
容大感光目前产能18000吨，广信材料产能6500吨。从数据对比来看广信产品盈利能力略高于容大，但容大的产能释放更加顺利，2013-2020年产量翻倍，龙头地位稳固。广信投入1.95亿扩建8000吨PCB产能虽已经建成但并未实现大幅的产销和营收的增长。
2020年，除PCB光刻胶外，容大感光的其他光刻胶项目（TFT光刻胶为主）陆续产出，但是总体规模依然较小。2020年公司TFT光刻胶产量为245吨，售价约10.33万元/吨，产品毛利率约48%。
图 36：容大感光营业收入及增速
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
图 37：容大感光净利润及增速
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
图 38：容大感光单位产品价格和盈利能力
数据来源：公司年报、国泰君安证券研究
图 39：广信材料专用油墨业务明细
数据来源：公司年报、国泰君安证券研究
4. 晶瑞股份：i线光刻胶毛利率高
晶瑞股份是一家微电子材料的平台型高新技术企业，围绕泛半导体材料和新能源材料两个方向，主导产品包括光刻胶及配套材料、超净高纯试剂、锂电池材料和基础化工材料等。
2016年，公司光刻胶分产品营收达6662万，占晶瑞股份营业收入的15.33%，毛利率高达57.4%，利润率远高于其他分产品。2020年，公司光刻胶产品实现营收1.79亿，销售规模增长了1.68倍，年化增速约18%。光刻胶销量达630吨，实现了大规模批量供货，我们测算公司产g/i线光刻胶价格在28万/吨，成本在12万/吨。
光刻胶及配套材料方面，公司产品序列齐全，主要涉及LCD光刻胶与半导体光刻胶，半导体光刻胶在国内处于领先地位。公司承担的02国家重大专项光刻胶项目已经通过国家验收，公司生产的i线光刻胶已向合肥长鑫、士兰微、扬杰科技、福顺微电子等行业头部公司供货。KrF（248nm深紫外）光刻胶完成中试，2022年有望小批量供货。公司于2020年下半年购买ASML1900Gi型28nm光刻机设备，ArF高端光刻胶研发工作正式启动。目前公司光刻胶产能约为1100吨，未来新产能规划为4000吨。
图 40：晶瑞股份光刻胶业务毛利率较高
数据来源：Wind、国泰君安证券研究
本文来自微信公众号：国君产业研究（ID：industryRCofG），作者：肖洁、鲍雁辛
