根據(jù)韓國(guó)媒體報(bào)道，盡管全球經(jīng)濟(jì)低迷，但由于IC設(shè)計(jì)公司和晶圓代工廠對(duì)光掩膜的需求強(qiáng)勁，使得光掩膜的短缺現(xiàn)象目前仍在持續(xù)。

消息人士稱，光掩膜制造商增加的產(chǎn)能不足，難以滿足需求，2024年商品價(jià)格上漲將不可避免。

光掩膜需求上升，廠商積極布局

資料顯示，半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)中所需的材料多達(dá)數(shù)百種，按照類別劃分主要包括硅片、光掩膜、光刻膠及配套試劑、電子氣體、工藝化學(xué)品、濺射靶材、拋光材料等，光掩膜雖然在其中占比雖然沒有硅片高，但其重要性同樣不容忽視。

光掩膜的作用主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的光刻環(huán)節(jié)，掩膜上印有集成電路的圖形、工藝等信息，光刻機(jī)將這些圖形曝光在涂有光刻膠的晶圓上，然后經(jīng)過(guò)顯影、清洗等步驟，就能把圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。

由于芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一層掩膜難以包含全部電路信息，所以往往需要多層掩膜協(xié)助生產(chǎn)，隨著芯片制程日益先進(jìn)，電路圖案也更加精細(xì)，所需的掩膜層數(shù)也就越來(lái)越高。例如，成熟制程可能需要30層光掩膜，而在最新的先進(jìn)制程中則可能需要多達(dá)70到80個(gè)光掩膜來(lái)處理。

因此，隨著晶圓代工廠商不斷發(fā)力先進(jìn)制程工藝，光掩膜需求將隨之增加。

目前全球光掩膜市場(chǎng)格局以海外廠商占主導(dǎo)地位，同時(shí)國(guó)內(nèi)廠商也在積極布局。

海外廠商中，包括凸版印刷（Toppan）、Photronics和DaiNippon Printing的工廠當(dāng)前的產(chǎn)能利用率都維持在100%。凸版印刷公司在其最新單季財(cái)報(bào)（7月至9月）中表示，預(yù)計(jì)2023年對(duì)光掩膜的強(qiáng)勁需求將持續(xù)，該公司計(jì)劃通過(guò)其全球生產(chǎn)設(shè)施擴(kuò)大其光掩膜產(chǎn)能。DaiNippon Printing也在4月至9月期間的半年財(cái)報(bào)中看好未來(lái)市況。

國(guó)內(nèi)廠商方面，今年11月，冠石科技對(duì)外表示，公司投資建設(shè)的光掩膜版項(xiàng)目目前處于建設(shè)階段，首批設(shè)備交付后預(yù)計(jì)2025年公司即可實(shí)現(xiàn)45nm光掩膜版的量產(chǎn)，待全部設(shè)備交付后預(yù)計(jì)2028年可實(shí)現(xiàn)28nm光掩膜版的量產(chǎn)。待項(xiàng)目全部建成以后，將具備年產(chǎn)12,450片半導(dǎo)體光掩膜版的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品制程覆蓋350-28nm（其中以45-28nm成熟制程為主）。

此前10月，清溢光電對(duì)外透露，半導(dǎo)體芯片掩膜版技術(shù)方面，公司已實(shí)現(xiàn)180nm工藝節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體芯片掩膜版的客戶測(cè)試認(rèn)證及量產(chǎn)，同步開展130nm-65nm半導(dǎo)體芯片掩膜版的工藝研發(fā)和28nm半導(dǎo)體芯片所需的掩膜版工藝開發(fā)規(guī)劃。


國(guó)產(chǎn)替代難點(diǎn)：材料設(shè)備依賴進(jìn)口，工藝復(fù)雜壁壘高

掩膜版的上游包括制作材料以及掩膜設(shè)備。掩膜版的下游應(yīng)用主要是平板顯 示、半導(dǎo)體、觸控和電路板等，是必不可少的關(guān)鍵材料之一。平板顯示、半導(dǎo)體 等中游電子元器件廠商的終端應(yīng)用主要包括消費(fèi)電子（電視、手機(jī)、筆記本電腦、 平板電腦、可穿戴設(shè)備）、家用電器、車載電子、網(wǎng)絡(luò)通信、LED 照明、物聯(lián)網(wǎng)、 醫(yī)療電子以及工控等領(lǐng)域。

掩模版廠商的主要原材料為石英基板、蘇打基板和光學(xué)膜等。石英基板和光 學(xué)膜技術(shù)難度較大，供應(yīng)商主要集中于日本、中國(guó)臺(tái)灣等地，原材料存在一定的 進(jìn)口依賴。 目前所使用的掩模版襯底材料合成石英占比最大。被用來(lái)制作光掩膜版的玻 璃包括合成石英、硼硅玻璃和蘇打玻璃，其中合成石英最為化學(xué)穩(wěn)定，具有高硬 度、低膨脹系數(shù)和透光性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，適用于較高精度要求的產(chǎn)品生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用 于 LSI 用光掩膜、FPD 用大型掩膜的制造。但是石英成本高，現(xiàn)在傾向于發(fā)展高 質(zhì)量的合成石英材料，它能夠提供寬的光投射區(qū)域、低的雜質(zhì)含量和少的物理缺 陷，并且隨著低膨脹率和深 UV 的要求變得逐漸廣泛。

目前，較常被使用的掩膜版基板材料有石英玻璃和蘇打玻璃兩種。隨著掩膜 版精度的提升，主要表現(xiàn)為對(duì)基板材料和生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步升級(jí)。在基板材料上， 石英基板與蘇打基板相比，具有高透過(guò)率、高平坦度、低膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，通常 應(yīng)用于對(duì)產(chǎn)品圖形精度要求較高的行業(yè)，因此基板材料逐漸由蘇打基板轉(zhuǎn)為石英 基板。生產(chǎn)工藝方面，隨著集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)推動(dòng)，對(duì)于掩膜版 CD 精度、TP 精 度、套合精度控制、缺陷管控等環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

石英玻璃在透光率以及化學(xué)性能上優(yōu)于其余掩膜基材。通常溫度和濕度的改 變將引起材料一定程度上的形變，從而造成掩膜板上圖像的細(xì)小位移及線寬的改 變。石英玻璃由于其在熱膨脹和硬度等物理屬性上的優(yōu)勢(shì)，使得它對(duì)自然環(huán)境的 影響如溫度，濕度，壓力有比較大的容忍性。這意味著石英掩膜板能保持化學(xué)性 質(zhì)穩(wěn)定和在特定波長(zhǎng)光源照射下的高穿透度。

遮光膜材料主要包括：金屬鉻、硅、氧化鐵、硅化鉬等，遮光膜材料的選擇 主要取決于產(chǎn)品的圖形精度、透過(guò)率、耐化學(xué)品性能等因素。其中，鉻是最常用 的遮光膜材料，根據(jù)不同的層數(shù)，可以應(yīng)用于投影曝光機(jī)用光掩膜、LSI 用光掩 膜、FPD 用光掩膜和 Stepper 用 Reticle 等領(lǐng)域。但是鉻也有一些缺點(diǎn)，如反射 率高和膜形成工藝復(fù)雜等。硅是一種 See Through 型的遮光膜材料，適合手動(dòng)對(duì) 位操作，但其微加工性能不如鉻，因此只用于低端硬質(zhì)光掩膜。氧化鐵和硅化鉬 是兩種特殊的遮光膜材料，前者沒有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，后者具有 Half Tone 特性優(yōu) 異的優(yōu)點(diǎn)，但耐化學(xué)品性能差，主要用于 LSI 用 Half Tone Mask。

光掩膜版的性能也會(huì)因遮光膜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異。對(duì)于普通掩膜版，為了滿足 i 線(365nm 波長(zhǎng))和 g 線(436nm 波長(zhǎng))光刻要求，它的膜層厚度要達(dá)到 100nm 左右。然而，傳統(tǒng)掩膜版存在固有缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致在曝光之后得到的線條出現(xiàn)邊緣嚴(yán) 不齊整的現(xiàn)象，目前普遍采用的方法是在鉻表面沉積一層幾十納米的三氧化二鉻， 不過(guò)這樣會(huì)增加膜層的厚度且工藝相對(duì)復(fù)雜。 半色調(diào)掩膜版（halftone mask）是將半透明的遮光膜貼在光掩模上使得光 在透過(guò)物質(zhì)時(shí)傳播速度降低，相位隨之變化，進(jìn)而局部改變圖案部分的相位，通 過(guò)半透明的遮光膜發(fā)生相位變化的光、與未通過(guò)半透明的遮光膜相位未發(fā)生變化 的光之間的干涉現(xiàn)象提高分辨率。

掩膜設(shè)備通常為采用激光為輻射源的直寫光刻機(jī)，是制約產(chǎn)能瓶頸的重要因 素。掩膜設(shè)備的主要供應(yīng)商有瑞典 Mycronic、德國(guó) Heidelberg 等企業(yè)，其中瑞 典 Mycronic 處于全球領(lǐng)先地位。目前高端的平板顯示用光刻機(jī)由瑞典 Mycronic 生產(chǎn)，全球主要平板顯示用掩膜版制造商對(duì)其生產(chǎn)的設(shè)備都存在較高程度依賴。 國(guó)內(nèi)企業(yè)中，芯碁微裝、江蘇影速、天津芯碩等企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)此類設(shè)備的產(chǎn) 業(yè)化，芯碁微裝在激光掩膜版制版領(lǐng)域的技術(shù)水平已經(jīng)能夠與德國(guó) Heidelberg 進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。通常用于判斷掩膜設(shè)備技術(shù)水平的關(guān)鍵指標(biāo)為：最小線寬、套刻精度、 產(chǎn)能效率和 CD 均勻度等。 從掩模版制造的核心原材料和設(shè)備來(lái)看，高精度半導(dǎo)體掩模版核心原材料石 英基板仍被日韓企業(yè)壟斷，設(shè)備仍主要依賴進(jìn)口。


市場(chǎng)增長(zhǎng)三大動(dòng)力

國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊

目前國(guó)內(nèi)整體半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化率仍低，2022年國(guó)內(nèi)整體材料端企業(yè)收入合計(jì)約150億元，而國(guó)內(nèi)晶圓制造材料需求約500~600億元，整體國(guó)產(chǎn)化率約25%~30%，但其中以6、8寸半導(dǎo)體材料為主，12寸高端半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化率仍處于較低水平。自2019年來(lái)，供應(yīng)鏈安全逐步成為晶圓廠首要考量，我們對(duì)半導(dǎo)體材料整體供應(yīng)鏈進(jìn)行梳理，其中日系供應(yīng)商在硅片、光刻膠、靶材、光掩膜版等領(lǐng)域占比較高，而美系供應(yīng)商則在拋光墊領(lǐng)域占有率較高。國(guó)內(nèi)晶圓廠均出于供應(yīng)鏈安全考慮開始對(duì)國(guó)內(nèi)晶圓廠材料逐步進(jìn)行替換，與半導(dǎo)體設(shè)備相比，若國(guó)內(nèi)晶圓廠無(wú)法購(gòu)買海外設(shè)備，則無(wú)法擴(kuò)建新增產(chǎn)能，但若一旦無(wú)法購(gòu)買材料，則大部分存量晶圓廠的生產(chǎn)制造或?qū)⑹茏?，因此我們認(rèn)為未來(lái)半導(dǎo)體材料仍將持續(xù)加速進(jìn)行國(guó)產(chǎn)替代。


行業(yè)發(fā)展因素一：掩膜版需求受益于國(guó)內(nèi)晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)而同步擴(kuò)張

光掩膜版具備耗材屬性，其受益于晶圓廠產(chǎn)能擴(kuò)張需求同步增長(zhǎng)。根據(jù)Semi預(yù)測(cè)，至2024年底中國(guó)大陸有望新建立31座大型晶圓廠，擴(kuò)建速度居全球第一，根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，2023~2025年中國(guó)大陸仍有超50萬(wàn)片/月12英寸產(chǎn)能擴(kuò)建需求，我們認(rèn)為受益于下游產(chǎn)能的迅速擴(kuò)張，光掩膜版需求有望同步迎來(lái)較大提升。

行業(yè)發(fā)展因素二：掩模版行業(yè)受稼動(dòng)率影響低，具有較高的需求穩(wěn)定性

光掩膜版廠商需要根據(jù)上游芯片設(shè)計(jì)公司（Fabless）提供的設(shè)計(jì)版圖，及下游晶圓制造廠商（Foundry和IDM）提供的制作工藝要求，設(shè)計(jì)并制作出同時(shí)滿足芯片設(shè)計(jì)公司和晶圓制造廠要求的、用于晶圓加工的半導(dǎo)體掩模版。由于掩模版產(chǎn)品在半導(dǎo)體生產(chǎn)中起到光刻模具的功能，可多次曝光、重復(fù)使用，因此掩模版產(chǎn)品需求更依賴于下游半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新，具有部分逆產(chǎn)業(yè)周期特性。當(dāng)晶圓制造廠商的產(chǎn)能利用率不足時(shí)，晶圓制造廠商會(huì)向眾多的中小芯片設(shè)計(jì)公司提供晶圓代工服務(wù)，從而生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品類型亦會(huì)增多，相應(yīng)增加掩模版的需求量，同時(shí)芯片設(shè)計(jì)公司將通過(guò)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品刺激市場(chǎng)，提升銷量，新產(chǎn)品也會(huì)帶來(lái)對(duì)掩模版的增量需求。同時(shí)，半導(dǎo)體終端產(chǎn)品應(yīng)用較為廣泛，如消費(fèi)電子、人工智能、汽車電子、新能源、工業(yè)制造、無(wú)線通信、物聯(lián)網(wǎng)等，不斷衍生出新的應(yīng)用場(chǎng)景及消費(fèi)需求，因此掩模版的需求不易因某單一行業(yè)波動(dòng)而產(chǎn)生較大的需求影響。根據(jù)Semi預(yù)計(jì)，全球掩膜版市場(chǎng)規(guī)模由2017年的37.46億美元至2023年將增長(zhǎng)為53.85億美元，CAGR為6%，每年幾乎保持穩(wěn)健增長(zhǎng)，受半導(dǎo)體行業(yè)周期波動(dòng)較小。


行業(yè)發(fā)展因素三：隨著制程逐步高端化發(fā)展，光罩?jǐn)?shù)量也同步增加

隨著制程工藝節(jié)點(diǎn)逐步發(fā)展，其所需的光罩?jǐn)?shù)量也會(huì)同步增加，驅(qū)動(dòng)光掩膜版市場(chǎng)規(guī)模加速增長(zhǎng)。在半導(dǎo)體制造工藝中，通常需要對(duì)金屬層及柵極進(jìn)行光刻，而線寬線距的微縮，其后段金屬布線層數(shù)也隨著增加，根據(jù)IC Knowledge 統(tǒng)計(jì)，臺(tái)積電130nm制程節(jié)點(diǎn)的金屬布線層數(shù)僅為6層，而到了5nm制程節(jié)點(diǎn)，其金屬布線層增長(zhǎng)至14層，從整體掩膜數(shù)量來(lái)看，130nm制程節(jié)點(diǎn)所需層數(shù)接近30層，而到了28nm制程則增長(zhǎng)至接近50層，到了14/10nm則需要使用60層。由于掩膜層數(shù)的增加，掩膜版成本也同步大幅上升，根據(jù)國(guó)際電子商情網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，180nm制程掩膜成本合計(jì)約8萬(wàn)美元，到了130nm制程則提升至12萬(wàn)美元，65nm制程達(dá)50萬(wàn)美元，40nm制程達(dá)90萬(wàn)美元，28nm制程則需150萬(wàn)美元。

目前中國(guó)大陸對(duì)于光掩膜版生產(chǎn)能力較弱，其中僅中芯國(guó)際擁有較為先進(jìn)的光掩膜制造工藝，其制程節(jié)點(diǎn)覆蓋350nm至14nm各技術(shù)節(jié)點(diǎn)的光掩模產(chǎn)品，其余參與供應(yīng)商為重慶迪思微、龍圖光罩、中微掩膜、路維光電、清溢光電、冠石科技等。根據(jù)中國(guó)電子協(xié)會(huì)官網(wǎng)，目前中國(guó)半導(dǎo)體掩膜版的國(guó)產(chǎn)化率10%左右，90%需要進(jìn)口，高端掩膜版國(guó)產(chǎn)化率3%。我們認(rèn)為隨著未來(lái)中國(guó)大陸晶圓廠產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，且主要集中在65/55nm~28nm工藝節(jié)點(diǎn)，該領(lǐng)域有望迎來(lái)廣闊的國(guó)產(chǎn)替代空間。