半导体行业：掩模版，光刻蓝本蓄力国产替代，国内成长空间广阔

半导体 行业研究/深度报告 掩模版：光刻蓝本蓄力国产替代，国内成长空间广阔 报告日期：2023-10-21 行业评级：增持 行业指数与沪深300走势比较 % % % 10/22 % 1/23 4/237/23 % 33% 22 11 0 -11 -23 半导体沪深300 分析师：陈耀波 执业证书号：S0010523060001邮箱：chenyaobo@hazq.com 主要观点： 掩模版是微电子制造过程中的图形转移母版，精度和质量会直接影响下游制品的优品率 掩模版由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩模图形，用于选择性地阻挡曝光、辐照或物质穿透，将设计好的芯片电路图通过曝光等工艺转移至下游行业的基板或晶圆上，是微电子制造过程中的图形转移工具或者母版。作为光刻复印图形的基准和蓝本，掩模版是连接工业设计和工艺制造的关键，掩模版的精度和质量水平会直接影响最终下游制品的优品率。 掩模版属于定制化产品，具备一定抗周期属性 掩模版属于定制化产品，不同下游领域的不同客户对于掩模版的尺寸、精度要求均有不同。例如，当终端电子产品处于下行周期时，客户会试图通过推出新品来刺激消费需求。而各种新品在研发过程中就需要用到不同的掩模版，因此会在一定程度上降低掩模版由于行业下行带来的需求下降影响。 产能转移与新兴技术将共同促进全球掩模版市场规模增长 半导体与平板显示是掩模版最大的两块下游应用。目前全球半导体掩模版市场规模约87亿美元。随着制程和产品复杂度的提升，下游产品对于掩模版精度的要求也更高，对于光罩的层数要求也会提升，从而带动全球掩模版市场增长。在面板市场，当前全球市场规模约61亿元。面板市场中，OLED由于相比LCD对产品的精度要求更高，所以报价也更高。因此，OLED渗透率的提升也有望促进掩模版市场规模增长。 国内市场对于三方掩模版厂商需求较大，国产替代空间广阔 面板厂商基本不存在面板厂自行配套掩模版的情况。而在半导体领域中，部分头部代工厂具备自行配套掩模版的能力，但这种情况主要出现在28nm及以下的先进制程中。在国内半导体市场，仅中芯国际、台积电（南京）等少数企业具备掩模版生产能力。因此，国内市场对于三方掩模版厂商的需求较大。目前国内半导体光掩膜版的国产化率约为10%，高端光掩膜版国产化率仅为3%，国产替代空间广阔。 本土企业积极布局，均已开始进行针对半导体130nm以下制程节点的项目投资 本土企业已在面板领域与130nm以上制程节点实现量产。而在半导体130nm以下制程节点中，国内三方掩膜板厂商尚未实现国产替代。2022年10月美国商务部公布修订后的《出口管理条例》，将250nm及以下制程的掩膜版纳入了限制清单；掩模版承载芯片设计信息和工艺技术，国产替代需求迫切，替代空间大确定性强。2023年下半年以来，国内掩模版厂商先后公告先进制程掩模版产能规划，推进130nm-28nm节点的研发和产能建设，加速核心材料国产替代进程。我们看好相关企业逐步实现技术节点突破，实现国产替代和盈利高增速。 建议关注 路维光电、清溢光电等 风险提示 市场竞争加剧风险、重资产经营风险、主要原材料和设备依赖进风险、产品进展不及预期风险。 正文目录 1掩模版为电路图转移模板，技术演进路线明确5 1.1掩模版:芯片电路图转移模板，光刻工艺关键材料5 1.2基板与光学膜是掩模版的核心原材料7 1.3掩模版技术演进路线明确，半导体相关工艺尚待突破9 2半导体和平板显示新技术、新产品带来需求增量10 2.1半导体和平板显示为掩模版下游最大应用场景10 2.2全球半导体掩模版市场规模约87亿美元，具备一定抗周期属性11 2.3平板显示掩模版受益于面板产能转移，高世代掩模版需求不断增加13 3竞争格局：国内企业蓄力技术突破力争国产替代15 4国内相关上市公司17 4.1路维光电17 4.2清溢光电18 风险提示：20 图表目录 图表1投影式光刻中掩模版应用原理图5 图表2半导体多层光刻原理图5 图表3掩模版关键参数示意图5 图表4掩模版的下游应用领域的参数特征6 图表5掩模版制造的工艺流程及光刻环节示意图6 图表6掩模版基板材料分类7 图表7掩模版原材料进口依赖情况8 图表8光刻机在成都路维新建掩模版产线设备采购总成本中占据较大份额8 图表9OPC后的掩模版提升光刻工艺精度9 图表10光刻工艺的研发需制备新的掩模版进行修正9 图表11相移掩模版（PSM）通过相移层抵消光干涉现象，提高图形对比度10 图表12130NM以下半导体掩模版需突破PSM、OPC和电子束光刻工艺10 图表13掩模版的分类及下游应用市场11 图表142022年全球半导体掩模版市场规模87亿美元11 图表15130NM以上制程掩模版市场规模占比54%左右11 图表16PHOTRONICS营收同比增速VS半导体市场同比增速11 图表17晶圆表面多层结构的三维电路图像12 图表18CHIPLET技术实现每个模块采用不同制程工艺，带动成熟制程掩模版需求12 图表192022年中国大陆平板显示行业掩膜版需求占全球比重达57%13 图表20掩模版世代随面板世代的发展而演进13 图表21VR/AR用显示面板出货量快速增长14 图表22全球及中国平板显示掩模版市场规模15 图表23海外三家巨头占有全球第三方掩模版市场80%以上的市场份额15 图表242023下半年国内企业先后公告130NM-28NM节点掩模版的研发和产能规划16 图表25平板显示掩模版美日韩处于垄断地位16 图表26国内企业实现光阻涂布技术的突破17 图表27路维光电发展历程17 图表28公司营收情况18 图表29公司归母净利润情况18 图表30公司间接持股路芯半导体18 图表31清溢光电发展历程19 图表32公司营收情况20 图表33公司归母净利润同情况20 1掩模版为电路图转移模板，技术演进路线明确 1.1掩模版:芯片电路图转移模板，光刻工艺关键材料 掩模版是微电子制造过程中的图形转移母版。掩模版由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩模图形，用于选择性地阻挡曝光、辐照或物质穿透，将设计好的芯片电路图通过曝光等工艺转移至下游行业的基板或晶圆上，是微电子制造过程中的图形转移工具或者母版。光刻工艺是集成电路制程中的核心工艺，成本占比整个制程的35%，耗时占比制程的40%-65%；掩模版是光刻工艺中的关键材料，占集成电路制造材料总成本的13%。掩模版广泛应用于半导体、平板显示、电路板、触控屏等领域，其精度和质量水平很大程度决定集成电路最终产品的质量。 图表1投影式光刻中掩模版应用原理图图表2半导体多层光刻原理图 资料来源：龙图光罩招股书，华安证券研究所资料来源：龙图光罩招股书，华安证券研究所 掩模版产品的核心指标在于精度。掩模版的关键指标参数包括下游晶圆最小线宽 （CDSize）、CD精度（CDTolerance）、CD精度均值偏差（CDMean-to-Target）、CD均匀性（CDRange）、位置精度（Registration）、套刻精度（Overlay）等。其中掩模版最小线宽为关键指标，如果无法与下游晶圆最小线宽相匹配，下游晶圆厂无法制造合格产品。半导体产品掩模版精度要求最高，掩模版最小线宽≤0.5μm，CD精度、CD精度均值偏差和位置精度均要求≤0.02μm，其次为平板显示掩模版，PCB掩模版精度要求最低。 图表3掩模版关键参数示意图 资料来源：龙图光罩问询函回复，华安证券研究所 图表4掩模版的下游应用领域的参数特征 关键参数 关键参数说明 半导体掩模版 平板显示掩模版 PCB掩模版 晶圆最小线宽/特征尺寸 （CDSize） 指下游晶圆的特征尺寸，即MOS管的栅长。半导体通常采用投影式光刻，下游晶圆最小线宽通常为掩模最小线宽的1/4或1/5。 - - - 掩模版最小线宽 掩模版设计版图上相邻线条的最小线宽 ≤0.5μm 1.2μm左右 10μm左右 CD精度 掩模版关键尺寸的实际数据与客户要求的理论数据之间的偏差，表示掩模版图形特征尺寸的公差。数值越小，精度越高。 ≤0.02μm ≤0.10μm ≤0.50μm CD精度均值偏差 一组关键尺寸的测量值与标准值的差值的平均数，表示掩模版精度的稳定性。数值越小，精度稳定性越高。 ≤0.02μm ≤0.12μm ≤1μm CD均匀性 一组关键尺寸的测量值中最大值与最小值的差值，表示掩模版的CD均匀性。数值越小，均匀性越好。 - - - 位置精度 掩模版实际图形位置坐标与设计值的偏差，表示掩模版图形位置的精准程度。数值越小，精度越高。 ≤0.02μm ≤0.28μm - 套刻层数 下游生产时使用的掩模版的层数，层数越多对套刻精度要求越高 数量较多，通常十几张到数十张不等 数量相对较少，即使是AMOLED一般也仅需十数张 个位数 套刻精度 前后两道或多道光刻工序之间彼此图形的对准精度偏差，表示掩模版之间的对准精度。数值越小，精度越高。 半导体制造通常需要几十层光刻，套刻精度要求很高。 - - 缺陷尺寸 掩模版上的瑕疵或者污染物可识别的大小。数值越小，缺陷控制程度越好。 - - - 资料来源：龙图光罩招股说明书，路维光电官网，华安证券研究所 注：关键参数的比较中，选取均为各领域代表产品参数，其中半导体为130nm工艺节点半导体掩模版关键参数，平板显示为高精度 TFT-Array掩模版关键参数，PCB为《IPC-2221印制电路板通用设计标准》规定的最高精度标准下的PCB掩模版关键参数。 光刻为掩模版制造的核心工艺，生产过程Know-how特点显著提高门槛。掩模版制造的核心技术包括CAM版图处理、光刻、检测三大环节。光刻为核心技术环节，包含曝光、显影、刻蚀及清洗工艺，通过光刻机对涂覆光刻胶的掩膜基材进行直写光刻完成图像转移，直接决定掩模版的制程水平和精度水平。生产过程中Know-how特点显著，上游芯片设计公司EDA软件多样存在大量非标准化语言，需积累大量经验进行标准化CAM版图处理的数据转换；光刻环节需对光刻、显影、清洗等各个参数及影响因素进行长期系统性研究，根据下游厂商的设备差异、工艺差异、调校习惯等做出工艺匹配，转换为定制化的掩模版工艺参数，技术、经验门槛较高。 图表5掩模版制造的工艺流程及光刻环节示意图 资料来源：路维光电招股书，华安证券研究所 1.2基板与光学膜是掩模版的核心原材料 基板为掩模版核心原材料，主要可分为石英基板和苏打基板等。掩模版的主要原材料包括基板、光学膜、显影刻蚀材料及包装盒等辅助材料，其中基板为核心原材料，是指在石英或苏打玻璃等基板上涂布光刻胶进行光刻的基材。掩膜基板根据基材可分类为石英基板、苏打基板和其他，其中石英基板具有高透过率、高平坦度、低膨胀系数等优点，常用于制程较先进、精度要求较高的掩模版，如半导体领域等。 图表6掩模版基板材料分类 分类名称 材料简介 优点 主要用途 生产设备 石英掩模版 以高纯石英玻璃为基材 具有高透过率、高平坦度、低膨胀系数等优点 半导体和平板显示 的高精度产品 光刻机，单价2000万元左右 苏打掩模版 以苏打玻璃为基材 相比石英玻璃具有更高的膨胀系数、更低的平 坦度 半导体、触控和电路制造的中低精度 产品 菲林 以感光聚酯 PET为基材 价格便宜，制造成本低 PCB印刷电路板、 FPC柔性电路板等低精度产品 光绘机，单价＜100万元 资料来源：路维光电招股书，龙图光罩问询函回复，华安证券研究所 石英基板和光学膜技术难度较大，国内企业依赖进口。掩膜基板和光学膜技术难度较大，供应商主要集中于日本、韩国等地，目前国内暂无供应商可以提供替代品，原材料存在进口依赖。 图表7掩模版原材料进口依赖情况 材料类型 原材料 国产化率 国外厂商 国内厂商 技术差距 原材料 石英 5% 日本:ULCOAT/CST/HOYA韩国:SS 大陆:湖南普照、长沙韶光、美精微台湾:冠橙 大 光学膜 0% 日本:旭化成/信越美国:Inko韩国:FS 台湾:MIL 大 辅助材料 修补