掩膜版行业深度报告：光刻环节关键材料，国产掩膜版大有可为

掩膜版行业市场规模广阔，在半导体材料板块中仅次于硅片的第二大赛道：全球范围来看，半导体掩膜版市场规模稳步增长，2018年达40.4亿美元，2022年增长至49.0亿美元，2018-2022年市场规模CAGR近5%。按制程来看，2022年全球半导体掩膜版出货结构主要集中在 28nm 以上成熟制程领域，2022年 130nm 以上、28- 90nm 、 28nm 以下制程市场份额占比分别为54%、33%、13%。 掩膜版逆周期属性可熨平半导体周期，保持赛道平稳增长：大部分半导体材料需求周期紧跟晶圆厂稼动率周期，因此在半导体需求下行周期时，半导体材料普遍出现量价齐跌状态。掩膜版作为光刻环节非耗材产品，主要挂钩下游新产品开发需求，而非产品需求。当晶圆厂需求低迷时，空出的产能促进新芯片设定方案的加速，芯片设计公司将通过设计新产品刺激市场，提升销量，进而带来对掩膜版的增量需求。 第三方掩膜版厂将承接更多 28nm 及以上的成熟制程订单：对于 28nm 以下先进制程掩膜版，由于技术难度高、生产工艺复杂等问题，晶圆厂所需掩膜版主要依靠内部Inhouse工厂，如台积电、英特尔、中芯国际Inhouse厂分别可以量产制程 3nm 、 7nm 、 14nm 半导体掩模板。对于成熟制程而言，第三方掩膜版厂商能充分发挥技术专业化、规模化优势，具有更显著的规模经济效益，因此在结合降成本及市场效率的情况下，晶圆厂一般更倾向于向独立第三方掩膜版厂商采购成熟制程掩膜版。 投资建议：面板产业链向国内转移，带动相关掩膜版材料保持高增。 130nm 及以下半导体掩膜版国产化处于起步期，市场空间广阔。建议关注：路维光电、清溢光电、冠石科技、龙图光罩（已通过ipo批复、尚未上市）。 风险提示：面板新开模需求不及预期；电子束直写光刻机采购进度不及预期； 海外龙头厂商竞争风险。 1掩膜版——光刻环节的底片 1.1掩膜版简介 掩膜版又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版，是微电子制造领域中光刻工艺中所使用的图形母版。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，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。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优品率。 图1.掩膜版在半导体生产中的应用 掩膜版的功能类似于传统照相机的“底片”，其工作原理如下图所示：曝光光源照射在掩膜版上面，通过曝光等工艺后，下游制程材料可以大批量得到将图形设计及工艺技术信息“复印”后的材料。 图2.掩膜版工作原理 掩膜版主要由基板、遮光层和保护膜组成，其中基板占直接原材料成本比重达90%。根据基板材质的不同，掩膜版产品主要可分为石英掩膜版、苏打掩膜版、凸版和菲林，具体图示和介绍如下表。 表1.掩膜版根据基板材质分类 根据下游应用行业的不同，掩膜版产品可以分为平板显示掩膜版、半导体掩膜版、触控掩膜版和电路板掩膜版。相较而言，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。 表2.掩膜版根据下游行业分类 1.2掩膜版制造工艺 掩膜版的制造工艺复杂，主要为涂胶、图形转换、图形光刻、蚀刻、光学检查、缺陷修补等13步步骤。其中，涂胶部分的光刻胶进口依赖程度高，国产化替代亟待解决。图形光刻是掩膜版制造的最重要环节，依赖于精密度超高的光刻机，一机难求。光刻需要先对掩膜基板涂胶，后利用光刻机进行表面曝光，以 130nm 为分界线， 130nm 以上的光刻设备采用激光直写设备，但随着掩膜版的线宽线距越来越小，曝光过程中就会出现严重的衍射现象，导致曝光图形边缘分辨率较低，图形失真，因此 130nm 及以下制程需采用电子束光刻完成。缺陷修补是对丢失的细微铬膜进行沉积补正以及对多余的铬膜进行激光切除，修补机也依赖于进口。 图3.掩膜版生产流程 1.3掩膜版行业市场规模仅次于硅片、气体赛道 从半导体材料市场占比细分来看，掩膜版已经成为继硅片后第三大半导体材料，2022年半导体材料市场规模占比13%，略低于气体14%占比。按照掩膜版下游需求行业结构来看，掩膜版市场主要可分为平板显示掩膜版市场、半导体掩膜版市场和其它。根据华经产业研究院，2022年半导体掩膜版占比60%，平板显示掩膜版占比28%，平板显示掩膜版可以分为LCD和OLED，分别占比23%、5%，其他占比12%。 图4.2022年半导体材料市场占比 图5.2022年掩膜版下游需求行业结构 2022年全球半导体掩膜版市场规模达到49亿美元，其中成熟制程占比87%。全球范围来看，半导体掩膜版市场规模近年来稳步增长，2018-2022年，全球半导体掩膜版市场规模由40.41亿美元增长至49.00亿美元，复合增长率达4.9%。按制程来看，2022年全球半导体掩膜版出货结构主要集中在 28nm 以上成熟制程领域，2022年 130nm 以上成熟制程占据主要市场份额，出货量占比54%，28- 90nm 占比33%， 28nm 以下先进制程出货量占比仅为13%。 图6.2018-2023全球半导体掩膜版市场规模（百万美元）图7.2022年全球半导体掩膜版出货结构 平板显示掩膜版需求的提升表现在掩膜版种类和数量两方面。平板显示行业长期发展呈现出像素高精度化、尺寸大型化、竞争白热化、转移加速化、产品定制化等特点，受益于电视平均尺寸增加，大屏手机、车载显示和公共显示等需求的拉动，中国大陆平板显示行业的快速增长带动了平板显示掩膜版持续向高世代、高精度方向发展。近年来全球液晶面板市场产量和需求量迅猛增长，全球液晶面板市场规模近几年一直保持在1000多亿美元大关，市场规模庞大，且面板尺寸不断创新，对掩膜版的产品种类和数量需求带来了很大的提升。 根据Omdia分析，中国大陆平板显示掩膜版需求占全球比重不断提升，从2017年的32%上升到2022年的51%，预计到2025年，中国大陆平板显示行业掩膜版需求全球占比将达到58%。全球平板显示掩膜版市场规模将从2022年的61亿元增长至2025年的65亿元。由此估算，中国大陆平板显示掩膜版市场规模有望从2022年的31.11亿元增长至2025年的37.05亿元。 图8.2016-2023年全球显示市场规模（亿美元） 图9.2016-2026年掩膜版按地区需求占比 1.4国内外行业竞争格局 从掩膜版发展来看，掩膜版诞生至今有70多年历史，技术演变节奏较慢，目前正处于第五代掩膜版时期，已经保持了近50多年，且较长时间内会继续保持。第二代掩膜版在二十世纪50年代末60年代初诞生，主要为菲林掩膜版，而今仍在部分行业使用。从目前可预知的替代品情况来看，现阶段无掩膜技术无法满足对图形精度要求高以及对其生产效率有要求的行业运用，故掩膜版行业现阶段技术更迭仍然较慢，第五代掩膜版仍有较长的应用时间。 表3.全球掩膜版行业发展历程 掩膜版市场份额占比最高的主要为半导体掩膜版和平板显示掩膜版两大类。 在全球半导体掩膜版市场当中，2019年晶圆厂自行配套的掩膜版工厂规模占比为65%，独立的第三方掩膜版厂商规模占比仅为35%。其中，独立第三方掩膜版厂商主要以美国Photronics、日本Toppan、日本DNP三者为主，占比八成以上，其余包括日本HOYA、日本SKE电子和中国台湾光罩等，具体竞争格局如下图。 半导体掩膜版具有较高的进入门槛，对技术研发和生产工艺控制水平的要求较高，国内半导体掩膜版厂商还处于追赶阶段，整体技术相对落后，市场规模占比低。 国内上市公司主要有清溢光电、路维光电、冠石科技，此外，龙图光罩已通过IPO复批，非上市公司有中微掩膜、华润迪思微、广州新锐等。 图10.2019年全球半导体掩膜版厂商市场格局 图11.2019年全球第三方半导体掩膜版厂商市场格局 平板显示掩膜版方面，美日韩占据垄断地位，竞争格局较为集中。Omdia统计，2021年全球平板显示掩膜版厂商排名前五分别是Photronics、SKE、HOYA、LG-IT和清溢光电，全球销售额占比达88%，厂商集中度高。 国内平板显示掩膜版近几年发展迅速。2020年到2022年清溢光电平板显示掩膜版营业收入分别为3.39、3.71、5.83亿元，2021年和2022年同比增速为9.38%、57.03%。路维光电2020年和2021年平板显示掩膜版营业收入分别为2.49、3.55亿元，2021年同比增速42.57%。路维光电打破国外G11高世代线掩膜版技术垄断，成为全球第五家具备G2.5-G11全世代掩膜版生产能力的厂家，2021年G11掩膜版全球市占率达到了19.21%。 图12.2021年全球平板显示掩膜版厂商市场格局 图13.清溢光电近3年平板显示掩膜版销售额（亿元） 国产掩膜版存在较大供给缺口，国产替代有望加速发展。目前，中国半导体掩膜版的国产化率仅10%左右，高端掩膜版国产化率仅有3%。平板显示掩膜版国产化率约在20%，国内平板显示掩膜版有望凭借其价格优势和更快的交付速度快速实现国产替代，整体来看，大陆掩膜版的发展滞后于平板显示投资的增长，特别在AMOLED/LTPS高精度掩膜版上国产化率不足，仍严重依赖进口，国产替代的空间巨大。 1.5掩膜版具备逆周期性 掩膜版的逆周期性主要表现在两个方面。第一，当半导体处于下行周期，晶圆制造厂商的产能利用率不足时，为了提升产能利用率，晶圆制造厂商会向众多的中小芯片公司提供晶圆代工服务，从而生产的半导体产品类型亦会增多，相应第三方掩膜版厂商的掩膜版需求量上升；第二，当下游需求低迷时，空出的产能促进新芯片设定方案的加快，半导体产能芯片设计公司将通过设计新产品刺激市场，提升销量，新产品也会带来对掩膜版的增量需求。类似于机械制造业的模具，掩膜版产品需求主要依赖下游行业的产品创新，跟下游产品的销量和价格没有直接联系。因此，随着我国半导体芯片行业的国产替代推进，芯片公司将会不断推出新的产品型号，对于掩膜版的产品需求不断增加。 图14.掩膜版逆周期性 2023年为半导体芯片行业的下行周期，相关公司业绩在收入端和利润端普遍出现下滑，然而掩膜版公司业绩取得了显著的正增长，表现出逆周期性。根据Wind数据显示，已经披露的2023年度和前三季度营业收入方面：半导体芯片龙头公司台积电全年同比下降4.51%，中芯国际前三季度同比下降12.35%；然而，第三方独立掩膜版龙头福尼克斯全年同比上升8.19%，清溢光电前三季度同比上升21.97%。 净利润方面：台积电全年同比下降17.34%，中芯国际前三季度同比下降58.70%； 然而，掩膜版龙头福尼克斯全年同比上升5.64%，清溢光电、路维光电前三季度同比上升36.87%、37.38%。 表4.半导体芯片公司和掩膜版公司业绩增速对比 2第三方掩膜版厂未来发展空间 2.1Inhouse及第三方掩膜版厂历史发展近况 根据与下游晶圆厂商是否形成配套，半导体掩膜版厂商主要分为晶圆厂自建（Inhouse）及第三方掩膜版厂两大类。具体来看，对于 28nm 以下先进制程掩膜版，由于技术难度高、生产工艺复杂等问题，晶圆厂所需掩膜版主要依靠内部Inhouse工厂，如台积电、英特尔、中芯国际Inhouse厂分别可以量产制程 3nm 、7nm 、 14nm 半导体掩模板；对于成熟制程而言，由于掩膜版制造为重资产投资，每条产线需要独立采购光刻、检测、涂胶、显影等设备，其复杂难度无异于晶圆制造厂，而第三方掩膜版厂商能充分发挥技术专业化、规模化优势，具有更显著的规模经济效益，因此在结合降成本及市场效率的情况下，晶圆厂一般更倾向于向独立第三方掩膜版厂商采购成熟制程掩膜版。 图15.半导体芯片制程进展 在半导体掩膜版领域，国内第三方掩膜版厂商与国际先进厂商存在一定差距，主要体现在：在晶圆制造用掩膜版领域，国内独立第三方掩膜版厂商CD、TP精度的技术能力集中在 100nm 节点以上，与国际领先企业