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掩膜版:半导体关键材料,龙头强者恒强

 

掩膜版主要应用于平板显示、半导体、触控和电路板的制造过程,是必不可少的关键材料之一。

掩膜版行业具有部分逆产业周期的特性,类似于机械制造业的模具,产品需求主要依赖下游行业的产品创新。

随着晶圆厂的快速扩产,芯片公司不断推出新的产品料号,对于掩膜版的产品需求大幅增加,有望推进市场空间与国产替代的双重增长。半导体

SEMI 预计从 2021 年下半年到 2024 年,将有 25 家新建的 8 英寸晶圆厂 以及 60 家 12 英寸晶圆厂投入运营。

平板显示方面,市场对掩膜版产品尤其是高世代、高精度掩膜版产品的需求持续旺盛。

作为电子元器件的上游行业,掩膜版有望在半导体和显示面板行业的高速增长带动下迎来良好的发展机遇。

掩膜版样品:

资料来源:公开资料

掩膜版行业概览

掩膜版(Photomask)又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩膜版等,是微电子制造过程中的图形转移工具或母版,是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。

在光刻过程中,掩膜版是设计图形的载体。通过光刻,将掩膜版上的设计图形转移到光刻胶上,再经过刻蚀,将图形刻到衬底上,从而实现图形到硅片的转移。

掩膜版是光刻过程中的重要部件,其性能的好坏对光刻有着重要影响。

掩膜版按用途分类可分为四种,分别为铬版(chrome)、干版、液体凸版和菲林。

其中,铬版精度最高,耐用性更好,广泛应用于平板显示、IC、印刷线路板和精细电子元器件行业;干版、液体凸版和菲林主要用于中低精度LCD行业、PCB及IC载板等行业。

资料来源:清溢光电

掩膜版产品属于精密度较高的定制化产品,是技术密集型和资金密集型行业,具有较高的设备门槛和技术门槛,对资本实力要求较高。

全球半导体掩膜版市场持续保持高速发展的态势。全球半导体协会预计 2025年,中国半导体掩膜板市场有望达到94亿元。

掩膜版产业链

掩膜板的整个产业链包括:上游原材料厂商通过提纯、合成等方式生产高纯度石英锭;半导体设备厂商对石英锭进行深加工,包括:切割、研磨、抛光、镀铬、涂胶等;最终光掩膜板被半导体厂商以及显示屏厂商使用。

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资料来源:安信证券

上游:原材料

上游环节包括:掩膜基板、掩膜版设备、化学试剂和遮光膜。

全球领先的掩膜版厂商主要产品均为石英掩膜版,部分厂商甚至完全退出苏打掩膜版的生产销售,导致石英掩膜版产品市场竞争更为激烈,因此对原材料石英基板的需求也会逐渐提高。

石英掩膜版:

资料来源:清溢光电招股说明书

目前,只有少数厂商具备上游基材生产能力,大多数掩膜版企业主要采用采购掩膜版基材的方式。

掩膜版上游原材厂商主要集中在日本和韩国。国内有数家企业有能力生产,主要包括菲利华和石英股份等;对于半导体用高精度及高世代面板用基材,基本被日韩企业如日本东曹、日本越信化学、日本尼康等垄断。

资料来源:华金证券

中游:掩膜版制造

掩膜版的生产流程为:在基底材料上镀一层金属铬和感光胶,成为一种感光材料,也就是空白掩膜版(掩膜基板)-- 再把根据不同下游应用需求所设计的电路图用激光设备曝光在感光胶上,在金属铬上被显影出来,再将不需要的金属层和胶层洗去,得到成品掩膜版--最后下游晶圆厂通过光刻机将掩膜版上的电路图形印制在晶圆(或其他衬底)上,从而生产出芯片。

掩膜版工作原理:

资料来源:清溢光电招股说明书

掩膜版制造工艺复杂,其中光刻技术是掩膜版制造的重要环节。

掩膜版制版基本使用直写光刻技术,主要的技术分为激光直写法和电子束直写法。激光直写法将较高波长的连续或者脉冲激光光源,整形精缩为200-500nm的激光点在掩膜光刻胶上画出电路图案后,通过显影刻蚀获得电路图案。

掩膜版市场格局

国内掩膜版行业的中高端市场仍主要由国外掩膜版厂商占据,市场集中度较高。

我国掩膜版制造主要集中在少数企业和部分科研院所。

在半导体领域,光掩膜市场呈现寡头垄断格局。

晶圆制造厂会采取自制方式对内提供掩膜版,如英特尔、台积电、三星等三家全球最先进的晶圆制造厂都有自制掩膜版业务,其所用的掩膜版绝大部分由自己的专业工厂生产。

其它掩膜版主要被美国Photronics、日本DNP以及日本Toppan三家公司所垄断。

国内只有少数企业如无锡华润、无锡中微等,只能制造0.13μm以上StepperMask;对于HTM(半透膜)、GTM(灰阶掩模板)、PSM(先进相移掩模)等掩模版,主要依赖进口。国内晶圆代工厂龙头中芯国际也有自制掩膜版业务。

在面板领域,国内能够配套TFT(薄膜晶体管)用掩膜版的企业只有路维光电和清溢光电,主要针对8.5代以下掩膜版,AMOLED、Gray-tone、Half-tone等掩膜版均依赖进口。

中科院微电子所、中国电子科技集团等科研院所内部也有自制掩膜版。

在AMOLED(有源矩阵有机发光二极体面板)用高精度掩膜版领域,由于核心技术主要掌握在日本HOYA、日本SKE、PKL等海外厂商手中,而这些企业对于掩膜版的关键技术进行了较为严格的封锁。

根据Omdia数据,2021年全球各大掩膜版厂商平板显示掩膜版的销售金额前五名分别为福尼克斯、SKE、HOYA、LG-IT和清溢光电,前五名掩膜版厂商的合计销售额占全球平板显示用掩膜版销售额的比例约为88%。

国内掩模版市场格局:

下游:晶圆和显示面板厂商

下游环节主要包括IC制造、平板显示(FPD)、触控和电路板(PCB)。

近年来下游的需求向上传递,对IC和FPD掩膜版的精度与技术要求越来越高,促进了掩膜版行业新技术诞生。

下游晶圆厂企业主要为台积电、英特尔、中芯国际等;封测环节厂商包括通富微电、长电科技和华天科技等;半导体器件制造代表公司包括士兰微等;平板显示相关企业包括京东方、天马、TCL等。

未来几年掩膜版将向更高精度、大尺寸、全产业链方向发展。根据IHS预测,未来显示屏的显示精度将从450PPI(Pixel Per Inch,即每英寸像素)逐步提高到650PPI以上,对FPD掩膜版的半导体层、光刻分辨率、最小过孔、CD均匀性、套合精度、缺陷大小、洁净度均提出了更高的技术要求。

受益于半导体和显示面板行业的快速发展,作为不可或缺的重要电子元器件,掩膜版国产替代空间广阔有望迎来广阔的市场机遇。

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