掩膜版行业深度报告：光刻蓝本亟待突破，国产替代大有可为

掩膜版：电子制造之底片，晶圆光刻之蓝本。掩膜版是微电子制造过程中的图形转移母版，按照制造材料可以分为石英掩膜版、苏打掩膜版和其他（菲林、凸版、干版），按照下游应用领域可以主要分为平板显示掩膜版、半导体掩膜版、触控掩膜版、电路板掩膜版。掩模版对于光刻工艺的重要性不弱于光刻机、光刻胶。在集成电路领域，光掩模的功能类似于传统相机的“底片”，在光刻机、光刻胶的配合下，将光掩模上已设计好的图案，通过曝光和显影等工序转移到衬底的光刻胶上，进行图像复制，从而实现批量生产。国内掩膜版厂商的上游材料以及设备严重依赖日韩厂商。生产制造方面，掩膜版的制造工艺复杂，主要的生产工艺包括：光刻、显影、蚀刻、脱膜以及清洗。 全球竞争格局：海外寡头垄断，国产厂商持续发力。1）细分市场规模：掩膜版的主要应用领域为半导体与平板显示。半导体领域，2022年全球光掩模版市场规模大约为58.11亿美元；平板显示领域，根据Omdia数据，全球平板显示掩膜版2022年市场规模达1026亿日元。2）竞争格局：据SEMI的数据统计，2019年全球芯片掩膜版市场中，65%的市场份额由晶圆厂自行配套的掩膜版工厂占据，剩余35%的份额则被独立第三方掩膜工厂瓜分。3）国产化进程：半导体领域，国产厂商暂时集中在芯片封测用掩膜版以及 100nm 节点以上的晶圆制造用掩膜版，技术水平与国际领先的企业有较大差距；平板显示领域，G11代线的掩膜版产品已有国产厂商突破垄断，精度方面离国际最高水平还稍有差距。 海外龙头解析：掩膜版龙头发展路径。掩膜版龙头企业的崛起都有规律可循，海外龙头背后的发展共性都是企业成长的必经之路。通过复盘三大海外龙头的成长轨迹，我们总结了龙头公司掩膜版业务的发展思路供国内公司参考： 1）与晶圆厂共同研发新产品；2）建立全球化的生产基地，重视中国市场机遇；3）持续并购整合建立全球销售网络，加快研发速度。 国产替代机遇：随着我国半导体产业占全球比重的逐步提升，我国半导体掩膜版市场规模也逐步扩大。目前国内厂商已量产 250nm 工艺节点的6英寸和8英寸半导体芯片用掩膜版，正在推进 180nm 半导体芯片用掩膜版的客户测试认证，同步开展 130nm - 65nm 半导体芯片用掩膜版的工艺研发和 28nm 半导体芯片所需的掩膜版工艺开发规划，逐步缩小与海外龙头企业的技术差距，加速国产替代进度。我们认为国内掩膜版行业的景气度有望持续旺盛，国产厂商有望迎来业绩的高速增长。 投资建议：我们看好国内掩膜版需求的持续提升和国产替代的迫切需要。 建议关注：1）清溢光电：国内成立最早、规模最大的掩膜版生产企业之一。 2）路维光电：国内唯一一家具有G.2.5-G11全世代掩模版生产能力的国内掩模版厂商，公司在G11超高世代掩膜版、高世代高精度半色调掩膜版和光阻涂布等产品和技术方面，打破了国外厂商的长期垄断。 风险提示：行业竞争加剧；下游行业周期性波动；产品验证不及预期。 重点公司盈利预测、估值与评级 1掩膜版：电子制造之底片，晶圆光刻之蓝本 1.1掩膜版：光刻工艺中必不可少的图形转移母版 掩模版，又称光掩模版、光罩等，是微电子制造过程中的图形转移母版,是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体，是平板显示、半导体、触控、电路板等行业生产制造过程中重要的关键材料。掩膜版的作用是将设计者的电路图形通过曝光的方式转移到下游行业的基板或晶圆上，从而实现批量化生产。作为光刻复制图形的基准和蓝本，掩膜版是连接工业设计和工艺制造的关键，掩膜版的精度和质量水平会直接影响最终下游制品的良率。 掩模版是光刻工艺中的关键耗材，对于光刻工艺的重要性不弱于光刻机、光刻胶。在集成电路领域，光掩模的功能类似于传统相机的“底片”，在光刻机、光刻胶的配合下，将光掩模上已设计好的图案，通过曝光和显影等工序转移到衬底的光刻胶上，进行图像复制，从而实现批量生产。 图1：掩膜版工作原理示意图 图2：光刻工艺中半导体掩模版的使用示意图 1.2掩膜版的技术更迭及三种分类方式 1.2.1掩膜版的技术迭代 掩膜版产品诞生至今约60多年，是电子制造行业中使用的生产制具。由于掩膜版技术演变较慢，下游运用广泛且不同行业对掩膜版的性能、成本等要求不同，不同代别的产品存续交叠期长，如第二代菲林掩膜版诞生于二十世纪60年代初，至今仍在PCB、FPC、TN/STN等行业使用。 掩膜版产品优势主要是其在转移电路图形过程中的精确性和可靠性，第五代掩膜版产品拥有较高的光学透过率、较低的热膨胀系数、良好的平整性和耐磨性以及能够实现较高的精度被广泛运用于各个行业。 未来潜在的风险是无掩膜技术的大规模使用，无掩膜技术因仅能满足精度要求相对较低的行业（如PCB板）中图形转移的需求，且其生产效率低下，而无法满足对图形转移精度要求高以及对生产效率有要求的行业运用，因此不存在被快速迭代的风险。 表1：掩膜版种类的迭代 1.2.2掩膜版按基板材料划分 掩膜版最重要的原材料是掩膜基板，光掩膜基板作为掩膜版图形的载体，对掩膜版产品的精度和品质起到重要作用。根据基板材料的不同，产品可以分为石英掩膜版、苏打掩膜版和其他（干版、凸版和菲林等）。其中，以高纯石英玻璃拥有光学透过率高，平坦度高、热膨胀系数低的特点，主要用于高精度掩膜版产品，产品应用领域为平板显示及半导体制造。相比于石英玻璃，苏打玻璃的光学透过率稍低，热膨胀系数更高，平坦度更低，通常运用于中低精度掩膜版产品，因此苏打掩膜版单价成本显著低于石英掩膜版，产品应用领域为平板显示、IC封装、触控板、电路板。其余材料被用于低精度掩膜版产品，主要应用领域为液晶显示和电路板制造。 表2：掩膜版按基板材料分类 1.2.3光掩膜版按照应用领域划分 从下游应用领域来看，光掩膜版分为平板显示掩膜版和半导体掩膜版。其中，平板显示掩膜版根据不同的面板尺寸被分为多个世代。目前，比较主流的世代有G4、G5、G6、G8.5、G8.6以及G11。半导体掩膜版可以进一步根据具体应用领域区分为：集成电路制造、集成电路封装、半导体器件制造，包括分立器件、光电子器件、传感器及微机电（MEMS）、LED芯片外延片制造等。触控掩膜版则被用于触摸屏的制造过程，而电路板掩膜版主要用于PCB及FPC的制造过程。 在平板显示行业以外的其它领域，掩膜版没有世代线的划分，而是根据不同的技术要求和产品特性进行分类。 表3：掩膜版按应用领域分类 1.2.4掩膜版按光刻工艺划分 根据光刻工艺所用到的不同光源，常见的掩膜版大致分为：二元掩膜版、相移掩膜版、EUV掩膜版。二元掩膜版是指由透光与不透光两种部分组成的光掩模版，是最早出现、也是使用最多的一类掩模版，被广泛用于 365nm （I线）至193nm 的浸没式光刻。 相移掩膜版是指在相邻的透光缝隙处设置厚度与1/2光波长成正比的相移层的掩膜产品。这种产品的诞生主要由于集成电路设计的高速发展，设计图形的尺寸日益缩小所导致的光学邻近效应越来越明显以及由于曝光波长的短化在改善清晰度的同时会减少焦点深度，进而降低工艺过程的稳定性。因此，为了保证光刻图形的精确性以及保持焦点深度，相移掩模技术被越来越多的采用。相移掩膜技术使透过相移层的曝光光线与其他透射光产生180度的光相位差，使在相邻透光缝隙中间点上的光强互相抵消或减弱，进而控制光的相位及透过率，改善对晶圆曝光时的分辨率及焦点深度，最终提高了复刻特性的光掩模。 EUV掩膜版是指在EUV光刻期间使用的新颖掩膜版。由于EUV的波长很短，容易被所有材料吸收,因此不能使用像透镜这样的折射元件而是根据布拉格定律通过多层（ML）结构来反射光束。EUV掩膜版常用于 7nm 、 5nm 等先进制程，所以EUV掩膜版的工艺问题会非常难以发现并且十分致命。 图3：掩模版按技术工艺分类 1.3掩膜版产业链：材料设备依赖进口，工艺复杂壁垒高 掩膜版的上游包括制作材料以及掩膜设备。掩膜版的下游应用主要是平板显示、半导体、触控和电路板等，是必不可少的关键材料之一。平板显示、半导体等中游电子元器件厂商的终端应用主要包括消费电子（电视、手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备）、家用电器、车载电子、网络通信、LED照明、物联网、医疗电子以及工控等领域。 图4：掩模版产业链的示意图 1.3.1上游材料及设备严重依赖进口，海外企业占据主导 掩模版厂商的主要原材料为石英基板、苏打基板和光学膜等。石英基板和光学膜技术难度较大，供应商主要集中于日本、中国台湾等地，原材料存在一定的进口依赖。 目前所使用的掩模版衬底材料合成石英占比最大。被用来制作光掩膜版的玻璃包括合成石英、硼硅玻璃和苏打玻璃，其中合成石英最为化学稳定，具有高硬度、低膨胀系数和透光性强等优势，适用于较高精度要求的产品生产，广泛应用于LSI用光掩膜、FPD用大型掩膜的制造。但是石英成本高，现在倾向于发展高质量的合成石英材料，它能够提供宽的光投射区域、低的杂质含量和少的物理缺陷，并且随着低膨胀率和深UV的要求变得逐渐广泛。 图5：掩模版纳米工艺技术的示意图 目前，较常被使用的掩膜版基板材料有石英玻璃和苏打玻璃两种。随着掩膜版精度的提升，主要表现为对基板材料和生产工艺的进一步升级。在基板材料上，石英基板与苏打基板相比，具有高透过率、高平坦度、低膨胀系数等优点，通常应用于对产品图形精度要求较高的行业，因此基板材料逐渐由苏打基板转为石英基板。生产工艺方面，随着集成电路技术节点推动，对于掩膜版CD精度、TP精度、套合精度控制、缺陷管控等环节提出了更高的要求。 表4：三种掩膜用玻璃基板的比较掩膜用基底掩膜用基底 石英玻璃在透光率以及化学性能上优于其余掩膜基材。通常温度和湿度的改变将引起材料一定程度上的形变，从而造成掩膜板上图像的细小位移及线宽的改变。石英玻璃由于其在热膨胀和硬度等物理属性上的优势，使得它对自然环境的影响如温度，湿度，压力有比较大的容忍性。这意味着石英掩膜板能保持化学性质稳定和在特定波长光源照射下的高穿透度。 图6：掩膜基板材料的性能对比 遮光膜材料主要包括：金属铬、硅、氧化铁、硅化钼等，遮光膜材料的选择主要取决于产品的图形精度、透过率、耐化学品性能等因素。其中，铬是最常用的遮光膜材料，根据不同的层数，可以应用于投影曝光机用光掩膜、LSI用光掩膜、FPD用光掩膜和Stepper用Reticle等领域。但是铬也有一些缺点，如反射率高和膜形成工艺复杂等。硅是一种See Through型的遮光膜材料，适合手动对位操作，但其微加工性能不如铬，因此只用于低端硬质光掩膜。氧化铁和硅化钼是两种特殊的遮光膜材料，前者没有明显的优缺点，后者具有Half Tone特性优异的优点，但耐化学品性能差，主要用于LSI用Half Tone Mask。 表5：遮光膜材料的比较 光掩膜版的性能也会因遮光膜的结构产生差异。对于普通掩膜版，为了满足i线 (365nm 波长)和g线 (436nm 波长)光刻要求，它的膜层厚度要达到 100nm 左右。然而，传统掩膜版存在固有缺点会导致在曝光之后得到的线条出现边缘严不齐整的现象，目前普遍采用的方法是在铬表面沉积一层几十纳米的三氧化二铬，不过这样会增加膜层的厚度且工艺相对复杂。 半色调掩膜版（halftonemask）是将半透明的遮光膜贴在光掩模上使得光在透过物质时传播速度降低，相位随之变化，进而局部改变图案部分的相位，通过半透明的遮光膜发生相位变化的光、与未通过半透明的遮光膜相位未发生变化的光之间的干涉现象提高分辨率。 图7：铬版遮光膜膜层结构（普通Mask） 图8：铬版遮光膜膜层结构（Halftonemask） 掩膜设备通常为采用激光为辐射源的直写光刻机，是制约产能瓶颈的重要因素。掩膜设备的主要供应商有瑞典Mycronic、德国Heidelberg等企业，其中瑞典Mycronic处于全球领先地位。目前高端的平板显示用光刻机由瑞典Mycronic生产，全球主要平板显示用掩膜版制造商对其生产的设备都存在较高程度依赖。 国内企业中，芯碁微装、江苏影速、天津