這是君臨2020芯片產業系列研究的第6篇，前面5篇分別講了設備、製造、設計、封測、硅片。
今天我們繼續講芯片材料的幾個重要細分領域。
近期疫情在海外持續蔓延，許多業界人士對日本的芯片材料供應憂心忡忡。
萬一斷供了怎麼辦？
這不是杞人憂天，4月22日，全球最大石英元件龍頭精工愛普生就宣佈，日本境內所有工廠將停工12天，配合防疫工作。
另外，索尼、瑞薩、村田、夏普、松下、佳能、東芝等芯片產業鏈上的大廠也紛紛出現短暫停產的狀況。
我們知道，日本在芯片材料上具有強大的地位，比如光刻膠，全球前5大公司就佔了85%的市場份額，其中前4大公司都是在日本。
日本芯片材料的供應安全問題，就像一把達摩克里斯之劍懸在中國芯片產業的頭上。
結果就是，A股市場對半導體材料的國產替代預期非常強烈。
而需要替代的，不僅僅是光刻膠，是方方面面。
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當晶圓準備好之後，接下來就是開始製作芯片。
而製作芯片流程的第一步是光刻，也就是把電路圖印到晶圓上，怎麼印？
肯定不會像複印身份證那樣簡單。
首先需要準備掩膜版，也就是光罩。根據事先設計好的電路圖做成光罩，光刻機的光源通過光罩之後，就把電路圖印在晶圓上，而光罩就類似底片。
2018年，全球半導體制造材料市場規模為322億美元，其中光罩的市場規模大約45億美元，佔製造材料的14%，規模僅次於硅片。
所以我們有必要來了解一下這款重量級的產品。
目前，全球前五大生產光罩的公司分別是凸版印刷株式會社（TOPAN）、大日本印刷、HOYA、SK電子和Photronic ，其中前四家是日本公司，最後一家是美國公司。
重點在於:又是日本！
凸版印刷株式會社在1900年靠電鑄凸版印刷起家。
現在凸版印刷公司既有傳統印刷業務，也有光罩業務，而且光罩業務還是全世界最強的。
在2005年，凸版印刷以6.5億美元收購杜邦光掩模公司（DuPont Photomasks），杜邦光掩模是全球三大光罩公司之一，併購完成之後，凸版印刷成為全球光罩龍頭企業。
之後，凸版印刷不斷通過併購來鞏固公司在光罩領域的龍頭地位。
除了光罩，凸版印刷還在加速佈局OLED市場，例如2010年併購卡西歐旗下顯示器業務，2012年收購夏普液晶面板子公司部分股權。
發展到今天，凸版印刷全球光罩市場佔了近30%的份額。
在A股市場，清溢光電（688138）是國產光罩的龍頭。
清溢光電成立於1997年，成立後的第二年，清溢光電就研發出了國內第一張大面積高精度鉻版光罩。
2005年，清溢光電推出國內第一張Reticle掩膜版，這就是一款用於集成電路的光罩。
清溢光電的光罩用在兩個方面，一個是芯片，另外一個是平板顯示器。
其中，清溢光電的平板顯示掩膜版全球排第六。
2019年，清溢光電營業收入為4.8億元，淨利潤為7028萬。
很明顯，清溢光電規模還小，還有很大成長空間。
但是清溢光電卻得到了很多大客戶的認可。
例如清溢光電的客戶包括長電科技、中芯國際、士蘭微和英特爾等，這些都是實力非常強的芯片公司。
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在芯片製造的過程中，並非是激光經過光罩就直接在硅片上刻出電路圖，而是需要進行特殊的加工處理。
就像你拿光照到石頭上一樣，關掉光源照樣什麼也沒有。要想完成光刻，必須有光刻膠，必須事先在硅片上塗上光刻膠。
那什麼是光刻膠？光刻原理具體是怎樣的？
光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束等照射或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕刻薄膜材料。
在光刻的時候，原理是這樣的：
首先在硅片上塗上光刻膠，光刻機的激光透過光罩照在塗有光刻膠的硅片上，於是光刻膠的溶解度就會發生變化。
也就是說，被光照到的地方和沒被光照到的地方，溶解度不同。
接著，再用化學品將多餘的部分溶解清洗掉，於是就形成了與光罩完全對應的電路圖，後面通過蝕刻將所需要的圖形加工到硅片上，於是硅片上的電路圖就出來了。
從性質上來講，光刻膠分為正光刻膠和負光刻膠，被光照到使溶解度增加的是正光刻膠, 溶解度減小的是負型光刻膠。
不管是正是負，總之就是要讓被照到的和不被照到的地方形成溶解度不同的區域，然後把不想要的那部分區域溶解去掉即可。
通常，光刻膠是由成膜樹脂、感光化合物和溶劑三種主要成分組成具有光化學敏感性的混合液體。
光刻膠的種類很多，包括g線光刻膠、i線光刻膠、h線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠和輻射線光刻膠等。
聽沒聽懂，沒關係。
總之，你要知道的是不同種類的芯片，不同製程的芯片，使用的光刻膠不一樣，製作的難度也不一樣。
1954年，柯達公司合成了一種感光聚合物叫做聚乙烯醇肉桂酸酯，這是一種負光刻膠，也是人類最早的負光刻膠。
到2018年，全球光刻膠市場規模16億美元，規模不大，但種類不少。
而且沒有光刻膠，芯片這事還真就幹不成。
另外，光刻膠市場同樣是一個高度壟斷的市場，全球前5大公司市場份額超過85%。而前4大光刻膠企業都是日本公司，分別是合成橡膠、信越化學、東京應化和住友化學。
其中，合成橡膠JSR是日本最大的合成橡膠生產公司，也是全球最大的光刻膠生產企業。
由於光刻膠市場規模不大，所以你很少會找到一家專門做光刻膠的上市公司。往往都是某家化學公司在做化工產品的時候，順便把光刻膠給做了。
在2017年，我國光刻膠市場規模5.6億元，但卻撐起了上萬億的芯片市場。
另外，國內光刻膠主要集中在印製電路板領域，在高端芯片市場，自給率不到10%。其中12寸硅片所用的ArF光刻膠，國內尚未有公司能夠量產，基本全靠進口。
其實早在上世紀70年代，我國就有研究光刻膠。
目前，國內光刻膠主要廠商是北京科華和蘇州瑞紅。
其中，北京科華已經完成i線和g線光刻膠生產，這兩款光刻膠國內已經實現10%的自給率。
北京科華的創始人是陳昕。
陳昕1985年到美國讀高分子專業研究生，畢業後去一家美國光刻膠公司上班。
2004年，陳昕在國內創辦北京科華微電子材料有限公司，專做光刻膠。
經過多年的努力，北京科華已經成為中國第一傢俱有國際水準的光刻膠企業。
在2015年，南大光電（300346）出資4272萬受讓北京科華14.24%的股份，之後向北京科華增資8000萬，增資後合計持有北京科華31.39%的股份。
後來，北京科華不斷增資，截止目前南大光電持有北京科華9.18%的股份。
另外，A股的高盟新材（300200）也持有北京科華3.67%的股份。
南大光電除了投資北京科華，公司自身也在發展光刻膠業務。
2018年，南大光電新設了光刻膠事業部，還成立了子公司寧波南大光電材料有限公司，全力推進ArF光刻膠項目。
同樣是在2018年，南大光電ArF光刻膠立項，獲得中央財政撥款1.33億元，而ArF光刻膠是用於12寸硅片的光刻膠，技術水準非常高。
目前，南大光電投資的北京科華KrF光刻膠已經能實現小規模供貨。
除了北京科華，中國另外一家領先的光刻膠企業是蘇州瑞紅，而蘇州瑞紅是
晶瑞股份（300655）旗下的一家子公司。蘇州瑞紅目前實現了半導體光刻膠中i線光刻膠的量產。
2018年，蘇州瑞紅已經獲得中芯國際和揚傑科技的光刻膠訂單。
而在2018年，晶瑞股份光刻膠業務收入不到9000萬，規模還小，還有很大增長空間。
目前，晶瑞股份主營業務是超淨高純試劑和光刻膠等材料。
在2018年，南海成長將金瑞股份755萬股轉讓給上海聚源聚芯，上海聚源聚芯目前持有晶瑞股份4.99%的股份，是晶瑞股份的第四大股東。
上海聚源聚芯成立於2016年，其中大基金出資佔比45.09%，所以金瑞股份的股權轉讓實際上引入了大基金這個重量級的股東。
目前，晶瑞股份用於4-5英寸分立器件的光刻膠市佔率高達60%，所以在光刻膠市場也算是細分龍頭了。
上海新陽（300236）主要業務是做電子化學品，但是現在還拓展到硅片、設備和光刻膠領域。
2018年，上海新陽與鄧海博士團隊共同設立上海芯刻微材料技術有限責任公司，主要進行ArF光刻膠項目，目前上海新陽持有上海芯刻100%股權。
另外，有的公司雖然不生產光刻膠，但是生產光刻膠化學品，強力新材就是這樣的公司。
強力新材（300429）是國內光刻膠專用化學品龍頭，公司成立於1997年。
強力新材的產品主要有印製電路板、液晶顯示器和半導體光刻膠專用光引發劑。
什麼是光引發劑？
光引發劑又稱光敏劑或光固化劑，這種材料在被光照射後會吸收一定波長的能量，引發單體聚合交聯固化的化合物。
總之，就是被光照射後會固化，還記得前面我們說的光刻膠特性嗎，被光照到和不被照到的地方溶解度不一樣，就是這個原理。
目前，強力新材的幹膜光刻膠用光引發劑市場份額達到70%，全球第一。
對於強力新材KrF光刻膠引發劑光酸及其中間體，其中光酸打破了國際壟斷，目前市場份額已經排名全球第三。
在2018年，強力新材的營業收入為7.4億元。
從2013年到2018年，強力新材營收增長率都維持在兩位數以上，年均增速為26%。
所以說強力新材雖然目前營業收入規模不大，但是成長速度卻很快。
至於說，為什麼強力新材營業收入規模不大，怎麼在某些細分領域就坐上了行業龍頭的位置？
因為光刻膠的市場規模本來就不是非常大。
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有了光刻膠，在對硅片進行光刻和刻蝕的過程中，還需要不斷的對晶圓進行清洗，這其中就需要用到溼電子化學品。
溼電子化學品也叫超淨高純化學試劑，芯片在製造過程中如果遇到汙染，很容易造成芯片內電路損壞，所以需要用溼電子化學品清洗。
其實，溼電子化學品主要就是高純硫酸和雙氧水，硫酸和雙氧水在芯片溼電子化學品中的用量佔比達到60%。
例如每加工1萬片6寸晶圓大概會消耗5.6噸雙氧水，而1萬片8寸晶圓需要消耗8.67噸，1萬片12寸晶圓的雙氧水需求量高達80噸。
在2018年，國內雙氧水產能1373萬噸，其中半導體領域雙氧水需求10萬多噸。
雙氧水和硫酸，都很常見，問題的關鍵在於“高純”兩個字。
溼電子化學品分為五個等級，G1到G5，其中G5是最高級。而芯片級要求在G4和G5等級，但是國內能夠達到芯片級的企業並不多。
2018年，全球半導體化學品市場規模為19.3億美元，中國市場規模大概為4.4億美元。
全球溼電子化學品同樣屬於寡頭壟斷市場，主要企業包括德國巴斯夫、美國霍尼韋爾、日本關東化學、日本三菱化學和韓國東進等。
目前我國80%左右的溼電子化學品依賴進口，但好在自身還有一定的生產能力。
其中A股溼電子化學品企業主要有江化微和晶瑞股份。
晶瑞股份（300655）除了生產溼電子化學品還生產光刻膠，關於光刻膠在前面我們已經談過了，現在主要來看溼電子化學品。
在溼電子化學品方面，晶瑞股份的產品主要包括氫氟酸、硝酸、雙氧水、鹽酸、硫酸、氨水和異丙醇等。
其中，晶瑞股份的氨水和雙氧水達到了G5等級，而高純雙氧水是芯片製造用量最大的溼電子化學品之一。
早在2001年，晶瑞股份就進入了高端雙氧水業務，並且打破了國際壟斷。
2008年，晶瑞股份高端雙氧水突破G3等級，2013年突破G4等級，2016年達到G5等級。
目前晶瑞股份G5級雙氧水正在中芯國際上測試，並實現向華虹、方正半導體供貨。
在硫酸方面，2018年晶瑞股份收購江蘇陽恆80%的股權，獲得每年30萬噸硫酸的產能。並且江蘇陽恆2018年決定投資建設年產9萬噸的電子級硫酸項目。
在半導體材料領域，我們想對晶瑞股份的評論是：有前途。
因為晶瑞股份光刻膠和溼電子化學品都做得不錯。
在2019年，晶瑞股份的營業收入為7.56億元，總資產為13億元，同樣規模還很小，但是前途很大。
江化微（603078）也是一家生產溼電子化學品的公司。
目前江化微的產品普遍達到G2和G3級，部分產品達到G4等級。
除了晶瑞股份和江化微，A股市場中的多氟多、巨化股份、嘉化能源、濱化股份、 三美股份、澄星股份、光華科技和興發集團都有涉及溼電子化學品業務。
總之，對於溼電子化學品，市場規模不大，但涉及的公司不少。感興趣的朋友可以慢慢挖，在此我們也不能全都說到。
不過，我們認為重點關注龍頭公司就夠了。
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電路刻到了硅片上，要想讓芯片運作起來，需要有一個前提，那就是刻在硅片上的晶體管要有開關特性。
電路要想有開關特性，就需要離子注入，而離子注入就需要電子氣體，又叫電子特氣。
2018年，電子氣體的規模為45.1億美元，國內市場規模約46億元，電子氣體規模是僅次於硅片的半導體材料。
用在芯片上的電子氣體首先的特點是高純，大部分電子氣體的純度達99.99%以上。而且大部分電子氣體具有高壓、易燃、高腐蝕和劇毒的特點。
電子氣體也是一個高度壟斷的市場，主要公司包括美國空氣化工、普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣和日本大陽日酸株式會社，這幾家公司佔了90%以上的市場份額。
在A股市場，華特氣體（688268）是中國電子氣體的先行者。
2017年，華特氣體公司的Ar/F/Ne、Kr/Ne、Ar/Ne和Kr/F/Ne等4種混合氣體通過了阿斯麥公司的產品認證。也是我國唯一通過阿斯麥公司認證的氣體公司。
我們知道，阿斯麥是全球最大的光刻機生產企業，其最貴的極紫外光刻機，一臺價格上億美元，有錢還不一定買得到。
華特氣體能夠通過阿斯麥的認證，實力自然是有的。
我們再來看看華特氣體的其他客戶，大概就能理解公司的實力了。
華特氣體的客戶包括中芯國際、長江存儲、臺積電和士蘭微等公司，國際上還有英特爾、德州儀器和SK海力士等大公司，這些都是國際芯片界的頂級玩家。
2018年，華特氣體的電子氣體收入為4億元，佔公司業務收入的48%。其中最大的兩個客戶是中芯國際和臺積電。
除了華特氣體，昊華科技（600378） 在電子氣體生產方面也較有實力。
因為在2018年，昊華科技收購母公司中國昊華旗下11家科研院所，轉型為先進材料和特種化學品提供商。
其中，昊華科技旗下的黎明院和光明院是國內知名電子氣體生產企業，而光明院是我國唯一以特種氣體為主要研究和開發方向的研究院所。
三氟化氮是良好的蝕刻劑和清洗劑，目前國內生產三氟化氮的企業主要是中船重工旗下的718所和黎明院。
2018年，中國大陸三氟化氮市場用量7405噸，而黎明院產量為3000噸。也就是說黎明院的三氟化氮產能佔中國大陸用量的41%，並且佔到全球用量的10%。
另外，718所三氟化氮年產能高達6000噸，後續還有望增加到1.5萬噸，至於說為什麼718所和黎明院的三氟化氮產量會超過大陸市場的需求量？
當然了，大陸用不完，還可以出口嘛！
四氟化碳是一種廣泛用於蝕刻的電子氣體，我國芯片公司用的四氟化碳50%需要從日本進口，國內能夠生產四氟化碳的公司主要包括雅克科技和華特氣體。
而昊華科技旗下的黎明院準備投資建設年產1000噸的四氟化碳項目，項目投產後將成國內第二大四氟化碳生產公司。
高純氨可以生成高質量的氮化硅薄膜，2010年林德公司在廈門投產我國首座電子級高純氨生產工廠，氨純度達到7N。
而金宏氣體（831450）是國內超純氨龍頭，公司在新三板上市。
2011年，金宏氣體實現7N電子級超純氨的生產，目前超純氨年產能8500噸，在國內超純氨市場佔有率超過50%。
另外，昊華科技旗下的光明院也是國內最早進行超純氨研發的單位之一，現在準備建年產1000噸的超純氨生產線。
還有 ，718所和黎明院是重要的電子級六氟化鎢生產企業，其中黎明院六氟化鎢年產能600噸。
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當把電路圖刻到了晶圓上，做了各種清洗，注入了離子，有了開關特性，但是還要把芯片上的電子元件連接起來才行，就像你把所有的元件都擺放好了，然後你要用導線把他們相互連接起來，這就需要用到濺射。
濺射主要是製備薄膜材料，是物理氣相沉積（PVD）技術的一種。
濺射的大概意思是說用離子轟擊靶材，然後靶材上的原子被轟出來，最後掉在單晶硅的基板上，然後形成特定功能的金屬層，從而形成導電層或者阻擋層等，這就是金屬化。
當在芯片表面形成金屬層後，再用光刻或者刻蝕，將不要的部分去掉，於是芯片表面就留下了金屬細線，這就能讓芯片上各種元器件連接起來了。
高純濺射靶材主要是指純度為99.9%到99.9999%的金屬或非金屬靶材。
高純濺射靶材包括鋁靶、鈦靶、鉭靶和鎢鈦靶等。
其中，8寸晶圓生產中主要用到鋁靶和鈦靶，12寸晶圓主要用到鉭靶和銅靶。
2018年，全球半導體用靶材市場規模約為14億美元，其中晶圓製造用靶材市場規模為8.4億美元，封裝測試用靶材市場規模為5.3億美元。
濺射靶材同樣屬於寡頭壟斷市場，主要企業包括日本日礦金屬、美國霍尼韋爾、日本東曹、美國普萊克斯和日本住友化學等。
日礦金屬是全球最大的靶材公司，市場份額全球佔比30%，霍尼韋爾和東曹全球市佔率同為20%，位列行業第二。
這就意味著，在靶材市場，全球前三的公司就佔了70%的市場份額，也是高度壟斷。
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國內生產濺射靶材的公司主要包括江豐電子、有研新材、阿石創、四豐電子和晶聯光電。
但是阿石創、四豐電子和晶聯光電主要生產的是面板靶材。
生產半導體靶材的主要公司是江豐電子和有研新材，這就是我們今天重點關注的對象。
江豐電子在芯片靶材市場是唯一能與日本和美國競爭的中國企業。
2015年，江豐電子在半導體靶材市場佔有率6.9%，而2017年提升到11.3%，雖然和國際巨頭還有距離，但是差距也不小了。
江豐電子（300666）的創始人是姚力軍。
姚力軍在日本國立廣島大學獲得博士學位後，在1997年進入Royka Matthey Corporation 擔任產品研究員。
2000年到2003年，姚力軍在霍尼韋爾公司工作，並且在2003年調任霍尼韋爾電子材料事業部中國區總經理，而霍尼韋爾就是全球排名第二的靶材公司。
2005年，姚力軍決定回國創業，他帶著40個集裝箱加1個散貨船的設備回國，還帶了多名專家和多項核心技術回國，成立江豐電子，主要做靶材。
江豐電子的靶材包括鋁靶、鈦靶、鉭靶和鎢鈦靶等。
目前，江豐電子的超高純金屬濺射靶材在7納米技術節點已經實現批量供貨。
2009年，江豐電子正式向中芯國際和臺積電兩大晶圓代工廠巨頭供貨。
目前江豐電子的靶材進入全球280多個芯片製造廠，公司生產的靶材純度已經很高，其中銅純度≥99.9999%，鋁、鈦純度≥99.999%，鉭純度≥99.99%。
2017年，江豐電子鉭靶營收1.46億元，佔公司營收比例約為26.55%，這是江豐電子收入最大的板塊。其次是鋁靶和鉭靶，這兩種靶材的營收規模差不多，大約為1.42億元，佔公司營收的25.82%。而鈦靶的營收大約為1億元。
2018年，江豐電子的營業收入為6.5億元，總資產14億，目前規模還比較小，還有很大成長潛力。
另外一家芯片靶材公司是有研新材（600206） 。
1999年，由北京有色金屬研究總院旗下的半導體材料國家工程研究中心、紅外材料研究所及北京金鑫半導體改組設立有研硅股。
有研硅股一開始主要從事單晶硅業務。
2014年，有研硅股注入有研億金、有研稀土和有研光電等公司，於是公司業務轉型成為稀土、高純金屬靶材和光電材料業務，這一年公司也改名為有研新材。
有研新材旗下子公司有研億金的高純金屬靶材實力國內領先，目前有研億金已經開發了30多種金屬靶材。
有研億金成立於2000年，2005年公司研製出4-6寸AI/Ti/Pt靶材。
在2006年，有研億金推出6N超高純銅濺射靶材產品，打破國外壟斷。
到2011年，有研億金成為中芯國際的供應商。
有研億金除了經營靶材業務，歷史上還有醫療業務，不過在2016年有研億金將醫療器械業務分離出去，專心做好靶材。
2018年，有研億金利潤為3932萬，佔到有研新材淨利潤的50%，可見靶材已經成為有研新材主要的業務。
有研億金高純金屬材料產量2016年為49.86噸，而到2018年，公司高純金屬材料產量就高達117.8噸，處於快速成長的態勢。
2019年，有研新材營業收入高達105億元，利潤先不說，規模至少上來了。
看完半導體材料市場的分析，是不是覺得：哎！造芯片，太不容易了。
君臨也這麼覺得，但正是因為不容易，行業壁壘才高。而只有行業壁壘高，投資的確定性機會才大。
半導體材料總體而言是市場規模小，種類多，但卻是製造芯片的關鍵。
由於半導體材料涉及公司非常多，我們也難以一一分析到。
但我們認為，一方面可以關注細分領域的龍頭。另外一方面，在各個細分領域努力多翻石頭，一定能夠發現優質標的。
雖然半導體材料目前實力最強的依然是日本，但日本的下游衰敗和中國對產業鏈安全的關注，使得自主可控將是一個可見的大趨勢。
這次百年一遇的疫情，或許將成為中國芯片產業鏈整體崛起的一次黃金機會。
