半导体材料系列（二）：掩膜版：光刻蓝本，国产蓄力

半导体材料系列（二） 掩膜版：光刻蓝本，国产蓄力 有色金属与新材料 2023年8月18日 强于大市（维持） 行情走势图 有色金属沪深300 平安观点： 基本介绍：掩膜版是光刻过程中的核心耗材。掩膜版是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，通常由基板和遮光膜组成，其中最重要的原 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% -25% -30% 2022/32022/82023/12023/6 相关研究报告 化工新材料系列(一)电子特气:半导体新周期将至，国产替代如火如荼2023.5.23(半导体材料系列一) 证券分析师 陈骁投资咨询资格编号 S1060516070001 chenxiao397@pingan.com.cn 研究助理 陈潇榕一般证券业务资格编号 S1060122080021 chenxiaorong186@pingan.com.cn 马书蕾一般证券业务资格编号 S1060122070024 Mashulei362@pingan.com.cn 材料是掩膜基板，占直接材料的比重超过90%。掩膜版主要用于平板显示、半导体等下游领域，当前仍由海外头部掩膜版厂商占据主要市场。 半导体掩膜版：国产化进程有望加速推进，需求空间进一步打开。海外 厂商仍占据三方掩膜版主要市场份额，且大多具备先进制程量产能力，国内企业有较大发展空间。美国出口限制下，半导体掩膜版国产化进程有望加速推进。全球晶圆产能正逐步向我国转移趋势明显，SEMI预计中国大陆2022年-2026年还将新增25座12英寸晶圆厂，有望进一步打开掩膜版需求空间。短期来看，2023年下半年半导体需求有望加速修复、库存逐步去化，2024年行业有望迎来供需结构改善的拐点，掩膜版受益于下游景气提振，需求空间有望进一步打开。 平板显示掩膜版：技术迭代方向明确，面板复苏提振需求。近年来大尺寸的电视面板产品加速进入市场，2023年5月液晶面板出货尺寸加权 平均达到了50.2英寸，面板尺寸的增大带动其上游材料掩膜版朝着大尺寸化的方向发展。同时新的显示技术要求掩膜版朝着更高精度方向发展，高分辨率面板需求提高掩膜版精度要求，未来显示屏的显示精度或将从450PPI逐步提高到650PPI以上。同时，23Q2面板厂产能利用率已有明显上调趋势，受益于LCD电视、手提电脑等下游订单向好，全球显示面板厂家的总产能利用率从2023年第一季度的66%回升至第二季度的74%。显示面板或将迎来较大改善，新一轮上行周期或将开启。 投资建议：国内掩膜版发展当前整体仍处于起步阶段，半导体先进制程 掩膜版等高端产品成熟或仍需时间。但长期来看，受下游半导体产能向国内转移带动及海外部分产品出口限制，成熟制程产品的国产替代进程有望逐步加速。平板显示掩膜版的生产技术相对成熟，随着2023年二季度面板景气度显著提升，掩膜版需求或将加速回暖，产品结构完善且率先实现放量的企业有望充分受益。建议关注路维光电、清溢光电。 风险提示：1）终端需求不及预期。若平板显示及半导体领域景气度出现大幅下滑，则对掩膜版需求或造成一定程度拖累。2）国产替代进程不及预期。国内掩膜版厂商若出现研发进程缓慢，产品认证过程缓慢等 问题，则可能导致国产替代进度不及预期。3）国内新产能落地进度不及预期。当前国内掩膜版厂商仍处在产能扩建时期，若新增产能释放进度缓慢，则国内企业或面临业绩不及预期的风险。 行业报 告 行业深度报 告 证券研究报告 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。 正文目录 一、掩膜版：光刻过程的核心耗材5 1.1掩膜版基本介绍：微电子制造过程中的图形转移母版5 1.2掩膜版结构：掩膜基板+遮光膜6 1.3光刻技术是掩膜版制造的重要环节7 二、半导体掩膜版：海外三方厂商集中，国产替代进行时9 2.1半导体重要耗材，海外厂商占据主要市场份额9 2.2成熟制程产品为主，抗周期特性显现11 2.3海外三方厂商：头部企业起步较早，先进制程方向明确13 2.4半导体产能转移，行业拐点将至，国内掩膜需求有望迎来增长15 三、平板显示：技术迭代方向明确，面板复苏提振需求17 3.1平板显示掩膜版头部集中17 3.2大尺寸和高精度是平板显示掩膜版主要发展方向18 3.3面板景气度加速复苏，掩膜版需求有望提振19 四、投资建议20 4.1路维光电20 4.2清溢光电21 五、风险提示22 图表目录 图表1掩膜版工作原理5 图表2半导体掩膜版曝光示意图5 图表3平板显示掩膜版曝光示意图5 图表4掩膜版产品图示及特点6 图表5掩膜版分类6 图表6掩膜版成本构成7 图表7掩膜版加工工艺流程8 图表8掩膜版加工中的技术难点8 图表9全球半导体材料市场规模9 图表10中国大陆半导体材料市场规模9 图表11半导体材料市场占比10 图表12掩膜版下游需求结构10 图表13全球半导体掩膜版厂商市场格局10 图表14全球独立第三方半导体掩膜版厂商市场格局10 图表15全球半导体掩膜版市场规模11 图表162022年全球半导体掩膜版出货结构11 图表17全球主要第三方半导体掩膜版厂商技术节点情况（截止2022年底）11 图表18半导体及平板显示掩膜版关键参数12 图表19路维光电半导体掩膜版毛利率较高12 图表20中国台湾光罩掩膜版产品结构及毛利率情况12 图表21各公司半导体掩膜版毛利率12 图表22Photronics半导体掩膜版销售增速13 图表23中国台湾光罩半导体掩膜版销售增速13 图表24EUV掩膜版横截面13 图表25Photronics营收情况14 图表262022年Photronics营收占比14 图表27Toppan公司掩膜版工厂布局14 图表28Toppan营收情况14 图表29DNP公司营收情况（单位：百万日元）15 图表30黑崎工厂外观15 图表31我国IC自给率逐年提升15 图表322015-2026E全球12寸晶圆产能分布15 图表33全球半导体行业销售额变动周期16 图表34全球半导体行业资本开支波动周期16 图表35全球芯片晶圆产能变动（200mm等量）16 图表36中国台湾光罩半导体掩膜版关键制程节点生产情况17 图表37全球平板显示需求规模17 图表38平板显示行业掩膜版需求结构18 图表392020年全球平板显示掩膜版市占率18 图表40液晶电视面板出货加权平均尺寸（英寸）18 图表4165寸及75寸面板切割效率示意图18 图表42平板显示掩膜版精度发展趋势18 图表43全球显示面板厂家总产能利用率19 图表44全球液晶面板月度出货量23年Q2开始上行19 图表45中国显示技术及市场份额按年分应用变化20 图表46全球显示面板产能逐年向我国转移趋势20 图表47路维光电营业收入20 图表48路维光电归母净利润持续增长20 图表49路维光电销售毛利率近年来逐步提升21 图表50路维光电营收结构持续改善21 图表51清溢光电营业收入21 图表52清溢光电归母净利润持续增长21 图表53清溢光电销售毛利率22 图表54清溢光电营收结构持续改善22 一、掩膜版：光刻过程的核心耗材 1.1掩膜版基本介绍：微电子制造过程中的图形转移母版 掩膜版（Photomask）又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版等，是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，是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，功能类似于传统照相机的“底片”。 图表1掩膜版工作原理 资料来源：清溢光电招股说明书，平安证券研究所 以薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）制造为例，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，将设计好的薄膜晶体管（TFT）阵列和彩色滤光片图形按照薄膜晶体管的膜层结构顺序，依次曝光转移至玻璃基板，最终形成多个膜层所叠加的显示器件；以晶圆制造为例，其制造过程需要经过多次曝光工艺，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，在半导体晶圆表面形成栅极、源漏极、掺杂窗口、电极接触孔等。相比较而言，半导体掩膜版在最小线宽、CD精度、位置精度等重要参数方面，均显著高于平板显示、PCB等领域掩膜版产品。 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。根据基板材质的不同，掩膜版主要可分为石英掩膜版、苏打掩膜版和其他（包含凸版、菲林等）。 图表2半导体掩膜版曝光示意图图表3平板显示掩膜版曝光示意图 资料来源：路维光电招股说明书，平安证券研究所资料来源：路维光电招股说明书，平安证券研究所 苏打掩膜版 苏打掩膜版使用苏打玻璃作为基板材料，光学透过率较高，热膨胀率相对 高于石英玻璃，平整度和耐磨性相对弱于石英玻璃，主要用于中低精度掩膜版 石英掩膜版 石英掩膜版使用石英玻璃作为基板材料，光学透过率高，热膨胀率低，相 比苏打玻璃更为平整和耐磨，使用寿命长，主要用于高精度掩膜版 凸版 凸版使用不饱和聚丁二烯树脂作为基板材料，主要用于液晶显示器 （LCD）制造过程中定向材料移印 菲林菲林使用PET作为基板材料，主要应用于电路板掩膜 产品图示特点 图表4掩膜版产品图示及特点 资料来源：清溢光电招股说明书，平安证券研究所 1.2掩膜版结构：掩膜基板+遮光膜 掩膜版通常由基板和遮光膜组成，其中最重要的原材料是掩膜基板。基板衬底在透光性及稳定性等方面性能要求较高，须做到表面平整，无夹砂、气泡等微小缺陷。由于石英玻璃的化学性能稳定、光学透过率高、热膨胀系数低，近年来已成为制备掩膜版的主流原材料，被广泛应用于超大规模集成电路掩膜版制作。目前，石英掩膜版和苏打掩膜版是最常见的两种主流产品，均属于玻璃基板。 遮光膜分为硬质遮光膜和乳胶遮光膜，其中乳胶遮光膜主要用于PCB、触控等场景；硬质遮光膜材料主要包括铬、硅、硅化钼、氧化铁等，在各类硬质遮光膜中，由于铬材料机械强度高、可形成细微图形，因此铬膜成为硬质遮光膜的主流。 掩膜版成本构成以直接材料和制造费用为主，分别占比67%和29%。其中直接材料主要包括掩膜版基板、遮光膜及其他辅助材料等，掩膜版基板占直接材料的比重超过90%。 图表5掩膜版分类 分类方法 名称 材料 优点 缺点 主要用途 树脂基板 树脂 质量轻，易大型化 易变形 PWB用掩膜版 基板 玻璃基板 石英玻璃 化学性能稳定，热膨胀系数小 价格高 LSI用光掩膜，FPD用大型掩膜版 硼硅玻璃 热膨胀系数接近硅 短波长投射率低 LSI用CopyMask 苏打玻璃 价格便宜 热膨胀系数大，短 波长投射率低 低端光掩膜 乳胶遮光膜乳胶 价格便宜，图形形 成简单机械强度弱PWB用掩膜版 硬质遮光膜 单层铬2层 3层 机械强度高，可形成微细图形 表里面反射率高里面反射率高膜形成工艺复杂 投影曝光机用掩膜版 LSI、FPD用掩膜版光刻机用掩膜版 氧化铁 硅 SeeThrough（手 动对位易操作） 微加工性能不如铬 低端硬质掩膜版 硅化钼 HalfTone特性优 异 耐化学品性能差 LSI用HalfToneMask 遮光膜 资料来源：《光掩膜技术基础》，平安证券研究所，注：PWB（PrintedWireBoard），即印刷线路板；LSI（Large-scalelntegratedCircuit）， 即大规模集成电路；FPD（FlatPanelDisplay）即平板显示器 图表6掩膜版成本构成 资料来源：清溢光电招股说明书，平安证券研究所 1.3光刻技术是掩膜版制造的重要环节 掩膜版制造工艺复杂，加工工艺流程主要包括CAM图档处理、光阻涂布、激光光刻、显影、蚀刻、脱膜、清洗、宏观检查、自动光学检查、精度测量、缺陷处理、贴光学膜等环节，其中光刻技术是掩膜版制造的重要环节。光刻需要先对掩膜基板涂胶（通常是正性光刻胶），后通过光刻机对表面进行曝光，通常以130nm为分界，130nm以上的光刻设备采用激光直写设