根據(jù)韓國媒體報道，盡管全球經(jīng)濟低迷，但由于IC設(shè)計公司和晶圓代工廠對光掩膜的需求強勁，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，半導體制造環(huán)節(jié)中所需的材料多達數(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，光刻機將這些圖形曝光在涂有光刻膠的晶圓上，然后經(jīng)過顯影、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，電路圖案也更加精細，所需的掩膜層數(shù)也就越來越高。例如，成熟制程可能需要30層光掩膜，而在最新的先進制程中則可能需要多達70到80個光掩膜來處理。

因此，隨著晶圓代工廠商不斷發(fā)力先進制程工藝，光掩膜需求將隨之增加。

目前全球光掩膜市場格局以海外廠商占主導地位，同時國內(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報（7月至9月）中表示，預(yù)計2023年對光掩膜的強勁需求將持續(xù)，該公司計劃通過其全球生產(chǎn)設(shè)施擴大其光掩膜產(chǎn)能。DaiNippon Printing也在4月至9月期間的半年財報中看好未來市況。

國內(nèi)廠商方面，今年11月，冠石科技對外表示，公司投資建設(shè)的光掩膜版項目目前處于建設(shè)階段，首批設(shè)備交付后預(yù)計2025年公司即可實現(xiàn)45nm光掩膜版的量產(chǎn)，待全部設(shè)備交付后預(yù)計2028年可實現(xiàn)28nm光掩膜版的量產(chǎn)。待項目全部建成以后，將具備年產(chǎn)12,450片半導體光掩膜版的生產(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，清溢光電對外透露，半導體芯片掩膜版技術(shù)方面，公司已實現(xiàn)180nm工藝節(jié)點半導體芯片掩膜版的客戶測試認證及量產(chǎn)，同步開展130nm-65nm半導體芯片掩膜版的工藝研發(fā)和28nm半導體芯片所需的掩膜版工藝開發(fā)規(guī)劃。


國產(chǎn)替代難點：材料設(shè)備依賴進口，工藝復雜壁壘高

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、半導體 等中游電子元器件廠商的終端應(yīng)用主要包括消費電子（電視、手機、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、蘇打基板和光學膜等。石英基板和光 學膜技術(shù)難度較大，供應(yīng)商主要集中于日本、中國臺灣等地，原材料存在一定的 進口依賴。 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穩(wěn)定，具有高硬 度、低膨脹系數(shù)和透光性強等優(yōu)勢，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)為對基板材料和生產(chǎn)工藝的進一步升級。在基板材料上， 石英基板與蘇打基板相比，具有高透過率、高平坦度、低膨脹系數(shù)等優(yōu)點，通常 應(yīng)用于對產(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)點推動，對于掩膜版 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，使得它對自然環(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性 質(zhì)穩(wěn)定和在特定波長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、透過率、耐化學品性能等因素。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，如反射 率高和膜形成工藝復雜等。硅是一種 See Through 型的遮光膜材料，適合手動對 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，后者具有 Half Tone 特性優(yōu) 異的優(yōu)點，但耐化學品性能差，主要用于 LSI 用 Half Tone Mask。

光掩膜版的性能也會因遮光膜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異。對于普通掩膜版，為了滿足 i 線(365nm 波長)和 g 線(436nm 波長)光刻要求，它的膜層厚度要達到 100nm 左右。然而，傳統(tǒng)掩膜版存在固有缺點會導致在曝光之后得到的線條出現(xiàn)邊緣嚴 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， 不過這樣會增加膜層的厚度且工藝相對復雜。 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 在透過物質(zhì)時傳播速度降低，相位隨之變化，進而局部改變圖案部分的相位，通 過半透明的遮光膜發(fā)生相位變化的光、與未通過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，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 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由瑞典 Mycronic 生產(chǎn)，全球主要平板顯示用掩膜版制造商對其生產(chǎn)的設(shè)備都存在較高程度依賴。 國內(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 Heidelberg 進行競爭。通常用于判斷掩膜設(shè)備技術(shù)水平的關(guān)鍵指標為：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)備來看，高精度半導體掩模版核心原材料石 英基板仍被日韓企業(yè)壟斷，設(shè)備仍主要依賴進口。


市場增長三大動力

國產(chǎn)替代空間廣闊

目前國內(nèi)整體半導體材料國產(chǎn)化率仍低，2022年國內(nèi)整體材料端企業(yè)收入合計約150億元，而國內(nèi)晶圓制造材料需求約500~600億元，整體國產(chǎn)化率約25%~30%，但其中以6、8寸半導體材料為主，12寸高端半導體材料國產(chǎn)化率仍處于較低水平。自2019年來，供應(yīng)鏈安全逐步成為晶圓廠首要考量，我們對半導體材料整體供應(yīng)鏈進行梳理，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。國內(nèi)晶圓廠均出于供應(yīng)鏈安全考慮開始對國內(nèi)晶圓廠材料逐步進行替換，與半導體設(shè)備相比，若國內(nèi)晶圓廠無法購買海外設(shè)備，則無法擴建新增產(chǎn)能，但若一旦無法購買材料，則大部分存量晶圓廠的生產(chǎn)制造或?qū)⑹茏?，因此我們認為未來半導體材料仍將持續(xù)加速進行國產(chǎn)替代。


行業(yè)發(fā)展因素一：掩膜版需求受益于國內(nèi)晶圓廠擴產(chǎn)而同步擴張

光掩膜版具備耗材屬性，其受益于晶圓廠產(chǎn)能擴張需求同步增長。根據(jù)Semi預(yù)測，至2024年底中國大陸有望新建立31座大型晶圓廠，擴建速度居全球第一，根據(jù)我們統(tǒng)計，2023~2025年中國大陸仍有超50萬片/月12英寸產(chǎn)能擴建需求，我們認為受益于下游產(chǎn)能的迅速擴張，光掩膜版需求有望同步迎來較大提升。

行業(yè)發(fā)展因素二：掩模版行業(yè)受稼動率影響低，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)計公司（Fabless）提供的設(shè)計版圖，及下游晶圓制造廠商（Foundry和IDM）提供的制作工藝要求，設(shè)計并制作出同時滿足芯片設(shè)計公司和晶圓制造廠要求的、用于晶圓加工的半導體掩模版。由于掩模版產(chǎn)品在半導體生產(chǎn)中起到光刻模具的功能，可多次曝光、重復使用，因此掩模版產(chǎn)品需求更依賴于下游半導體行業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新，具有部分逆產(chǎn)業(yè)周期特性。當晶圓制造廠商的產(chǎn)能利用率不足時，晶圓制造廠商會向眾多的中小芯片設(shè)計公司提供晶圓代工服務(wù)，從而生產(chǎn)的半導體產(chǎn)品類型亦會增多，相應(yīng)增加掩模版的需求量，同時芯片設(shè)計公司將通過設(shè)計新產(chǎn)品刺激市場，提升銷量，新產(chǎn)品也會帶來對掩模版的增量需求。同時，半導體終端產(chǎn)品應(yīng)用較為廣泛，如消費電子、人工智能、汽車電子、新能源、工業(yè)制造、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)等，不斷衍生出新的應(yīng)用場景及消費需求，因此掩模版的需求不易因某單一行業(yè)波動而產(chǎn)生較大的需求影響。根據(jù)Semi預(yù)計，全球掩膜版市場規(guī)模由2017年的37.46億美元至2023年將增長為53.85億美元，CAGR為6%，每年幾乎保持穩(wěn)健增長，受半導體行業(yè)周期波動較小。


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

隨著制程工藝節(jié)點逐步發(fā)展，其所需的光罩數(shù)量也會同步增加，驅(qū)動光掩膜版市場規(guī)模加速增長。在半導體制造工藝中，通常需要對金屬層及柵極進行光刻，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，臺積電130nm制程節(jié)點的金屬布線層數(shù)僅為6層，而到了5nm制程節(jié)點，其金屬布線層增長至14層，從整體掩膜數(shù)量來看，130nm制程節(jié)點所需層數(shù)接近30層，而到了28nm制程則增長至接近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)國際電子商情網(wǎng)統(tǒng)計，180nm制程掩膜成本合計約8萬美元，到了130nm制程則提升至12萬美元，65nm制程達50萬美元，40nm制程達90萬美元，28nm制程則需150萬美元。

目前中國大陸對于光掩膜版生產(chǎn)能力較弱，其中僅中芯國際擁有較為先進的光掩膜制造工藝，其制程節(jié)點覆蓋350nm至14nm各技術(shù)節(jié)點的光掩模產(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)中國電子協(xié)會官網(wǎng)，目前中國半導體掩膜版的國產(chǎn)化率10%左右，90%需要進口，高端掩膜版國產(chǎn)化率3%。我們認為隨著未來中國大陸晶圓廠產(chǎn)能持續(xù)擴產(chǎn)，且主要集中在65/55nm~28nm工藝節(jié)點，該領(lǐng)域有望迎來廣闊的國產(chǎn)替代空間。