根据韩国媒体报道，尽管全球经济低迷，但由于IC设计公司和晶圆代工厂对光掩膜的需求强劲，使得光掩膜的短缺现象目前仍在持续。

消息人士称，光掩膜制造商增加的产能不足，难以满足需求，2024年商品价格上涨将不可避免。

光掩膜需求上升，厂商积极布局

资料显示，半导体制造环节中所需的材料多达数百种，按照类别划分主要包括硅片、光掩膜、光刻胶及配套试剂、电子气体、工艺化学品、溅射靶材、抛光材料等，光掩膜虽然在其中占比虽然没有硅片高，但其重要性同样不容忽视。

光掩膜的作用主要体现在半导体生产工艺的光刻环节，掩膜上印有集成电路的图形、工艺等信息，光刻机将这些图形曝光在涂有光刻胶的晶圆上，然后经过显影、清洗等步骤，就能把图形转移到晶圆上。

由于芯片内部结构复杂，一层掩膜难以包含全部电路信息，所以往往需要多层掩膜协助生产，随着芯片制程日益先进，电路图案也更加精细，所需的掩膜层数也就越来越高。例如，成熟制程可能需要30层光掩膜，而在最新的先进制程中则可能需要多达70到80个光掩膜来处理。

因此，随着晶圆代工厂商不断发力先进制程工艺，光掩膜需求将随之增加。

目前全球光掩膜市场格局以海外厂商占主导地位，同时国内厂商也在积极布局。

海外厂商中，包括凸版印刷（Toppan）、Photronics和DaiNippon Printing的工厂当前的产能利用率都维持在100%。凸版印刷公司在其最新单季财报（7月至9月）中表示，预计2023年对光掩膜的强劲需求将持续，该公司计划通过其全球生产设施扩大其光掩膜产能。DaiNippon Printing也在4月至9月期间的半年财报中看好未来市况。

国内厂商方面，今年11月，冠石科技对外表示，公司投资建设的光掩膜版项目目前处于建设阶段，首批设备交付后预计2025年公司即可实现45nm光掩膜版的量产，待全部设备交付后预计2028年可实现28nm光掩膜版的量产。待项目全部建成以后，将具备年产12,450片半导体光掩膜版的生产能力，产品制程覆盖350-28nm（其中以45-28nm成熟制程为主）。

此前10月，清溢光电对外透露，半导体芯片掩膜版技术方面，公司已实现180nm工艺节点半导体芯片掩膜版的客户测试认证及量产，同步开展130nm-65nm半导体芯片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。


国产替代难点：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。

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。

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。

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。

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。

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（halftone mask）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。

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、天津芯硕等企业能够实现此类设备的产 业化，芯碁微装在激光掩膜版制版领域的技术水平已经能够与德国 Heidelberg 进行竞争。通常用于判断掩膜设备技术水平的关键指标为：最小线宽、套刻精度、 产能效率和 CD 均匀度等。 从掩模版制造的核心原材料和设备来看，高精度半导体掩模版核心原材料石 英基板仍被日韩企业垄断，设备仍主要依赖进口。


市场增长三大动力

国产替代空间广阔

目前国内整体半导体材料国产化率仍低，2022年国内整体材料端企业收入合计约150亿元，而国内晶圆制造材料需求约500~600亿元，整体国产化率约25%~30%，但其中以6、8寸半导体材料为主，12寸高端半导体材料国产化率仍处于较低水平。自2019年来，供应链安全逐步成为晶圆厂首要考量，我们对半导体材料整体供应链进行梳理，其中日系供应商在硅片、光刻胶、靶材、光掩膜版等领域占比较高，而美系供应商则在抛光垫领域占有率较高。国内晶圆厂均出于供应链安全考虑开始对国内晶圆厂材料逐步进行替换，与半导体设备相比，若国内晶圆厂无法购买海外设备，则无法扩建新增产能，但若一旦无法购买材料，则大部分存量晶圆厂的生产制造或将受阻，因此我们认为未来半导体材料仍将持续加速进行国产替代。


行业发展因素一：掩膜版需求受益于国内晶圆厂扩产而同步扩张

光掩膜版具备耗材属性，其受益于晶圆厂产能扩张需求同步增长。根据Semi预测，至2024年底中国大陆有望新建立31座大型晶圆厂，扩建速度居全球第一，根据我们统计，2023~2025年中国大陆仍有超50万片/月12英寸产能扩建需求，我们认为受益于下游产能的迅速扩张，光掩膜版需求有望同步迎来较大提升。

行业发展因素二：掩模版行业受稼动率影响低，具有较高的需求稳定性

光掩膜版厂商需要根据上游芯片设计公司（Fabless）提供的设计版图，及下游晶圆制造厂商（Foundry和IDM）提供的制作工艺要求，设计并制作出同时满足芯片设计公司和晶圆制造厂要求的、用于晶圆加工的半导体掩模版。由于掩模版产品在半导体生产中起到光刻模具的功能，可多次曝光、重复使用，因此掩模版产品需求更依赖于下游半导体行业的产品创新，具有部分逆产业周期特性。当晶圆制造厂商的产能利用率不足时，晶圆制造厂商会向众多的中小芯片设计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，相应增加掩模版的需求量，同时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模版的增量需求。同时，半导体终端产品应用较为广泛，如消费电子、人工智能、汽车电子、新能源、工业制造、无线通信、物联网等，不断衍生出新的应用场景及消费需求，因此掩模版的需求不易因某单一行业波动而产生较大的需求影响。根据Semi预计，全球掩膜版市场规模由2017年的37.46亿美元至2023年将增长为53.85亿美元，CAGR为6%，每年几乎保持稳健增长，受半导体行业周期波动较小。


行业发展因素三：随着制程逐步高端化发展，光罩数量也同步增加

随着制程工艺节点逐步发展，其所需的光罩数量也会同步增加，驱动光掩膜版市场规模加速增长。在半导体制造工艺中，通常需要对金属层及栅极进行光刻，而线宽线距的微缩，其后段金属布线层数也随着增加，根据IC Knowledge 统计，台积电130nm制程节点的金属布线层数仅为6层，而到了5nm制程节点，其金属布线层增长至14层，从整体掩膜数量来看，130nm制程节点所需层数接近30层，而到了28nm制程则增长至接近50层，到了14/10nm则需要使用60层。由于掩膜层数的增加，掩膜版成本也同步大幅上升，根据国际电子商情网统计，180nm制程掩膜成本合计约8万美元，到了130nm制程则提升至12万美元，65nm制程达50万美元，40nm制程达90万美元，28nm制程则需150万美元。

目前中国大陆对于光掩膜版生产能力较弱，其中仅中芯国际拥有较为先进的光掩膜制造工艺，其制程节点覆盖350nm至14nm各技术节点的光掩模产品，其余参与供应商为重庆迪思微、龙图光罩、中微掩膜、路维光电、清溢光电、冠石科技等。根据中国电子协会官网，目前中国半导体掩膜版的国产化率10%左右，90%需要进口，高端掩膜版国产化率3%。我们认为随着未来中国大陆晶圆厂产能持续扩产，且主要集中在65/55nm~28nm工艺节点，该领域有望迎来广阔的国产替代空间。