光刻胶行业发展概况及市场规模分析.docx
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光刻胶行业发展概况及市场规模分析
光刻胶行业发展概况及市场规模分析
一、光刻胶是电子制造重要材料
1、光刻胶广泛应用于电子行业
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.
光刻胶基本成分
光刻胶基本成分
光刻胶成分
作用
光引发剂
光引发剂又称光敏剂或光固化剂,是一类能在从光(一般为紫外光)中吸收一定波长的能量,经光化学反应产生具有引发聚合能力的活性中间体的分子。
该类光化学反应的产物能与光刻胶中别的物质进一步反应,帮助完成光刻过程。
光引发剂对于光刻胶的感光度和分辨率有重要影响。
光增感剂、光致产酸剂能够帮助光引发剂更好地发挥作用。
树脂
树脂是光刻胶主要组成部分,决定了光刻胶的粘附性、化学抗蚀性,胶膜厚度等基本性能。
光引发剂在光化学反应的产物可以改变树脂在显影液中的溶解度,从而帮助完成光刻过程。
溶剂
溶剂能将光刻胶的各组成部分溶解在一起,同时也是后续光刻化学反应的介质。
单体
又称为活性稀释剂,对光引发剂的光化学反应有调节作用
其他助剂
根据不同目的加入光刻胶的添加剂,比如颜料等,作用是调节光刻胶整体的性能。
数据显示:
2019年全球光刻胶市场规模预计近90亿美元,自2010年至今CAGR约5.4%.预计该市场未来3年仍将以年均5%的速度增长,至2022年全球光刻胶市场规模将超过100亿美元.光刻胶按应用领域分类,可分为PCB光刻胶、显示面板光刻胶、半导体光刻胶及其他光刻胶.全球市场上不同种类光刻胶的市场结构较为均衡.受益于半导体、显示面板、PCB产业东移的趋势,自2011年至今,光刻胶中国本土供应规模年华增长率达到11%,高于全球平均5%的增速.2019年中国光刻胶市场本土企业销售规模约70亿元,全球占比约10%,发展空间巨大.目前,中国本土光刻胶以PCB用光刻胶为主,平板显示、半导体用光刻胶供应量占比极低.
全球光刻胶市场结构
中国本土光刻胶企业生产结构
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.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.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.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.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.
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.
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.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.
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
2、光刻胶是面板制造的重要原料
目前,在显示面板行业中,光刻胶主要应用于TFT-LCD阵列制造,滤光片制造和触摸屏制造三个应用领域.其中,TFT-LCD阵列和滤光片都是LCD面板结构的组成部分,触摸屏则是以触摸控制为目的的功能单元.
TFT-LCD技术利用半导体精确控制显示效果.TFT(ThinFilmTransistor)LCD即薄膜晶体管LCD,是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种.TFT-LCD的主要特点是为每个原色像素点都配臵了一个半导体开关器件.通过控制TFT单元的电极电压,就可以使对应像三原色像素点上的透光率发生变化.这样,每种原色像素点的灰度都可以得到精确的控制.若每个原色像素点可以有255个灰度阶数,那么三原色像素点就可以构成一千六百多万种颜色.这是TFT-LCD也被称为“真彩”屏幕技术的原因之一.由于TFT-LCD每个像素点都相对独立,并可以进行连续控制,所以这样的设计方法还提高了显示屏的反应速度.TFT-LCD阵列制造与半导体制造存在共通之处.TFT阵列由一系列半导体三极管控制器组成.在玻璃面板上通过沉积,光刻和刻蚀流程制造TFT三极管的过程与在集成电路上制造三极管的过程(如上一节图中所示)十分相似.因此在光刻胶的使用上,TFT阵列构造与集成电路制造有共通的地方.其主要区别在于,TFT阵列的结构比较简单且标准化,以及TFT阵列对于尺寸的要求比先进集成电路低很多.因此一般g-line光刻胶就可以满足要求.TFT阵列正胶也是在中国首先得到发展的光刻胶产品之一.
在触摸屏应用中,光刻工艺用于ITOsensor的制造.ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡;将ITO材料按照特定的图案,涂在玻璃或者Film上,然后贴在一层厚的保护玻璃上,就得到了ITOsensor.ITOsensor是触摸屏的重要组成部分.触摸屏通过ITOsensor与ITOsensor之间的电容变化(双层ITO感应电容)或者ITOsensor与触摸屏幕的人体部位之间构成的电容变化(单层ITO表面电容)来感知触摸动作,并进而做出相对应的反应.触摸屏中ITO结构的制造需要以氧化铟锡半导体材料在基底上构造出一定的图案,因此光刻和光刻胶技术在这个过程当中同样是必不可少的.
3、PCB是光刻胶应用的场景之一
PCB光刻胶材料分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶干膜与感光油墨.二者的用途都是把底板上的线路布局图形转移到铜箔基底上,完成印刷电路板的“印刷”过程.其区别主要在于涂敷的方式.湿膜光刻胶直接以液态的形式涂敷在待加工基材的表面;干膜光刻胶则是由预先配制好的液态光刻胶涂布在载体薄膜上,经处理形成固态光刻胶薄膜后在被直接贴附到待加工基材上.
PCB光刻胶应用示意图
PCB用干膜与湿膜光刻胶各有特点.从总体上来说,湿膜具有分辨率高,成本低廉,显影与刻蚀速度更快等优势.因此,在PCB应用中,湿膜光刻胶正逐渐实现对干膜光刻胶的替代.但是干膜光刻胶在特定应用场景下具有湿膜光刻胶不具备的特点.比如在淹孔加工场景中,湿膜光刻胶会浸没基材上的孔洞,造成后期加工和清理的不便.而干膜光刻胶就不存在这个问题.PCB加工所用的油墨主要分三类:
线路油墨、阻焊油墨、字符油墨.线路油墨可以作为防止PCB线路被腐蚀的保护层,在蚀刻工艺中保护线路.线路油墨一般是液态感光型的;阻焊油墨可以在PCB线路加工完成后涂在线路上作为保护层.阻焊油墨可以具有液态感光,热固化,或者紫外线硬化的性质.通过在PCB板上保留焊盘,阻焊油墨可以方便之后的元件焊接,起到绝缘防氧化的作用.字符油墨就是用来做板子表面的标示的,比如标上元器件符号,一般不需要具备感光性质.
二、三大应用持续推动光刻胶需求增长,市场规模176亿元
全球光刻胶市场规模持续增长.2015全球光刻胶市场规模大概在73.6亿美金左右,光刻胶下游应用主要为三大领域:
TFT-LCD显示、PCB、集成电路,其中PCB光刻胶占比24.5%,LCD光刻胶占比26.6%,半导体光刻胶占比24.1%,其他类光刻胶占比24.8%.而具体中国市场近100亿元,其中PCB市场接近70亿元,平板显示领域15-16亿元,半导体领域8-10亿元.国内市场预计整体每年保持10-15%的增长,消费总量占据全球消费量约15%左右,光刻胶国产化水平严重不足,重点技术差距在半导体行业,有2-3代差距,随着下游半导体行业、LED及平板显示行业的快速发展,未来国内光刻胶产品国产化替代空间较大.
光刻胶在下游三大领域应用
光刻胶在下游三大领域应用
主要类型
具体应用
PCB光刻胶
干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨
LCD光刻胶
彩色光刻胶及黑色光刻胶、LCD衬垫料光刻胶、TFT配线用光刻胶等
半导体光刻胶
G线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶、聚酰亚胺光刻胶、掩模板光刻胶等
国内光刻胶市场规模及增速(亿元)
1、半导体光刻胶难度最高,I线需求大,Krf和ArF增速快
光刻胶决定芯片的最小特征尺寸.在大规模集成电路的制造过程中,光刻和刻蚀技术是精细线路图形加工中最重要的工艺,其中光刻加工分辨率直接关系到芯片特征尺寸大小,而光刻胶的性能关系到光刻分辨率的大小(光的干涉和衍射效应).决定着芯片的最小特征尺寸,占芯片制造时间的40-50%,占制造成本的30%.比如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.
光刻胶分辨率随IC集成度提高而提高.半导体光刻胶随着市场对半导体产品小型化、功能多样化的要求,而不断通过缩短曝光波长提高极限分辨率,从而达到集成电路更高密度的集积.目前光刻胶根据使用的不同波长的曝光光源分类,波长由紫外宽谱向g线(436nm)→i线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→F2(157nm)方向转移.不同波长的光刻胶用途、材料也大不相同.另外20世纪80年代以前,负胶一直在光刻工艺中占据主导地位,随着集成电路与2-5um图形尺寸范围的出现使得正胶在分辨率优势逐步凸显,目前来看对于小尺寸图像领域正胶占据绝大部分市场份额.
半导体随着晶圆厂扩产2020年市场规模约为25亿元.2015年国内半导体光刻胶市场规模假设为10亿元,随着半导体存储、功率等器具的发展以及未来三年本土26座晶圆厂的落地,将有力带动上游光刻胶需求,我们预计未来2016-2020年国内半导体光刻胶市场将保持18-20%增速(2011-2015国内半导体光刻胶GAGR=13.6%),则2020年全国半导体光刻胶市场规模将达到24.8亿元复合增速近20%.
国内半导体光刻胶市场规模及增速预测
2、受益国内高世代面板产能提升,光刻胶用复合增速25%
光刻胶主要制作彩色滤光片用光刻胶.TFT-LCD是由两片偏光板,两片玻璃,中间加上液晶,另外再加上背光源组成的.液晶显示器里还有一片很多电晶体的玻璃,一片有红绿蓝(R.G.B)三种颜色的彩色滤光片及背光源,例如当屏幕显示蓝色的时候,有电晶体的玻璃就会发出讯号.只让蓝光可以穿透彩色滤光片,而将红色光及红色光留在显示器里面,这样我们在显示器上就只能看到蓝色的光.TFT-LCD制程分阵列、组立和模组,其中LCD中光刻胶主要用在制程工序在原始玻璃上制作电晶体的图案,类似半导体中的坚膜、清洗、曝光、显影、蚀刻、脱膜、检测等工序,主要制作彩色光刻胶及黑色光刻胶、LCD衬垫料光刻胶、TFT配线用光刻胶等.
新增高世代线面板产能持续促进面板光刻胶需求.随着全球高世代线陆续投产,面板出货面积有所增长,对上游面板光刻胶需求稳定增长,全球2015年面板光刻胶市场规模突破19.57亿美元,假设复合增速约为4%,则全球光刻胶预计2020年将达到23.7亿美元,2016年中国面板产能占全球比重为26%,随着京东方等十数家国产厂商扩产项目陆续投产,预计2020年中国面板产能占比有望提升至42%以上,则整体国内市场规模有望达到10.2亿美元约66.3亿元,复合增速25%.
全球和国内面板光刻胶市场规模(亿美元)
3、PCB光刻胶市场规模最大,国内占比70%,复合增速约为4%
光刻胶广泛应用于印刷电路板的设计与加工中.PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨.PCB光刻胶市场稳定增长.2015年全球PCB光刻胶市场规模达18亿美元,从地域结构来看,随着外资企业将产能迁至中国,国内供应商逐步掌握了PCB油墨关键原材料合成树脂的合成技术,有效降低了产品成本,形成较为明显的价格竞争优势,2015年中国PCB光刻胶产值占全球比重约70%,达12.6亿美金(约70亿元).随着PCB板向高密度、高精度、多层化发展,对于PCB光刻胶的质与量的要求会越来越高,预计PCB光刻胶未来增速会超过PCB板行业增速(2015-2020年期间,国际市场预测为3.2%),若按4%复合增速来算,预计到2020年国内PCB光刻胶行业将达到85亿元规模.
国内PCB光刻胶市场规模
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