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一、什么是掩膜版:
定义、分类
二、掩膜版制造加工工艺:
关键参数量测及检测
三、掩膜版产业链:
产业链、结构与成本
四、掩膜版技术演变:
OPC
和
PSM
五、半导体掩膜版:
市场及行业特征
六、平板显示掩膜版:
市场及行业特征
七、掩膜版竞争格局
八、掩膜版未来趋势
九、掩膜版重点企业介绍
一、什么是掩膜版
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”。
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)
。
二、掩膜版制造加工工艺
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
及以下通常需采用电子束光刻完成
。
掩膜版的关键参数量测及检测
关键参数量测及检测环节对掩膜版的质量及良率至关重要,其中需对掩膜版
关键尺寸
(
CD
,
CriticalDimension
)、
套刻精度
(
Overlay
)等关键参数进行测量,同时需使用自动光学检测设备(
AOI
,
AutomaticOpticalInspection
)检测掩膜版
制造过程产生的缺陷
,如产品表面缺陷(
Defect
)、线条断线(
Open
)、线条短接(
Short
)、白凸(
Intrusion
)、图形缺失等以及通过激光等对掩膜版生产过程中的缺陷及微粒进行修复。
掩模版的关键指标参数包括下游晶圆
最小线宽(
CD Size
)、
CD
精度(
CD
Tolerance
)、
CD
精度均值偏差(
CD
Mean-to-Target
)、
CD
均匀性(
CD Range
)、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。
三、掩膜版的产业链
上游:掩膜版设备、掩膜基板、遮光膜、化学试剂
;供应商如日本东曹、越信化学、日本尼康、菲力华、石英股份等 。
中游:掩膜版制造
;主要企业包括日本
HOYA
、日本
DNP
、韩国
LG -IT
、日本
SKE
、清溢光电
、路维等。
下游:
IC
制造、
FPD
平板显示、触控(
TP
)、电路板(
PCB
)
;主要企业 为台积电、英特尔等半导体厂商;以及京东方、
天马、
TCL
等平板显示厂商 。
掩膜版的结构:掩膜基板
+
遮光膜
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,其中最重要的原材料是掩膜基板,
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。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
。
目前,
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。
掩膜版的成本组成
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%
。
四、掩模版技术演进
半导体生产工艺通常采用投影式光刻方法,在投影式光刻中,激光透过掩模版后,经过投影物镜成像到晶圆的光刻胶表面,通过掩模版对光线的遮挡或透过功能,实现掩模图案向晶圆线路图的图形转移。
半导体掩模版的技术演进的过程,正是不断解决极限情况下光的干涉与衍射现象、克服物理极限的过程。
投影式光刻原理如下图所示:
1
、光学邻近效应修正(
OPC
)
随着掩模版的线宽和线缝越来越小,当尺寸逐渐接近光刻机的波长时,曝光过程中就会出现严重的衍射现象。
光的衍射现象是指光在传播过程中,遇到尺寸与波长大小相近的障碍物时,光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布情况。这种情况在投影式光刻中尤为明显,激光通过掩模版的透光区和投影物镜后会出现显著的夫琅禾费衍射现象,导致曝光图形边缘的分辨率降低,图案边缘失真严重,
CD
精度大幅下降。因此,
为了提高光刻环节曝光图形的
CD
精度,必须要对掩模图案进行光学邻近效应修正(
OPC
)
。由于光的衍射造成的图像失真及
OPC
效果对比情况如下图所示。
2
、相移掩模版(
PSM
)
随着掩模版图形越来越复杂、线路密度越来越大,掩模版的透光区间距离便越来越短,此时曝光过程中就会出现显著的干涉现象。
光的干涉是指两束相干光相遇而引起光的强度重新分布的现象。当掩模版的透光区间位置趋于接近时,从相邻两个透光区射出的光线频率相同、振动方向相近、相位差恒定,形成了相干光。两列或多列相干光在空间相遇时相互叠加,光强在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,出现了稳定的强弱分布现象。上述现象会造成晶圆感光时遮光区域仍有曝光、透光区域光强不足的情况,导致整体的对比度降低,
CD
精度大幅下降,从而严重影响了晶圆的电路图形质量。当半导体的最小线宽小于
130nm
后,传统的二元掩模版(
Binary Mask
)会由于光的干涉现象而无法对晶圆进行有效曝光,
需要采用相移掩模版(
Phase Shift Mask, PSM
)来消除曝光光束中的干涉现象
,提升
CD
精度水平。二元掩模版和
PSM
掩模版的原理如下图所示:
3
、技术路线演变
由于激光直写制版受限于激光波长的最大分辨率,所以当使用激光直写来制造半导体掩模版时,在
130nm
制程节点会达到物理极限。为实现制程的进一步突破,就需要电子束直写光刻技术。
五、半导体掩膜版
1
、市场规模可达
54
亿美元,成熟制程占比
87%
全球半导体材料市场规模近年来稳步增长,受需求提升叠加晶圆产能转移带动,我国半导体材料市场规模加速提升:从
2019
年的
87
亿美元增长至
2021
年的
119
亿美元,年复合增长率为
16.95%
,增速远超海外市场。
从细分领域看,半导体掩膜版占比约
12%
,与电子特气占比相当
。
根据与下游晶圆厂商是否形成配套,当前
半导体掩膜版生产商主要分为晶圆厂自建(
In-house
)及独立第三方两大类
。具体来看,
28nm
及以下先进制程由于制造工艺复杂以及工艺机密等问题,晶圆厂所需掩膜版主要依赖内部工厂生产
,如英特尔、三星、台积电、中芯国际等公司;
对于成熟制程而言,出于降本考虑,在满足技术要求下,晶圆厂更倾向于向独立第三方采购
。
全球范围来看,
半导体掩膜版市场规模近年来稳步增长,
2021
年达
49.9
亿美元,
2023
年预计可增长至
53.9
亿美元
,
2020-2023
年
CAGR
近
7%
。分制程来看,
2022
年
130nm
以上成熟制程占据主要市场份额,出货量占比约
54%
,
28-90nm
占比约
33%
,
22nm
以下先进制程出货量占比仅
13%
。
2
、半导体掩膜版毛利率整体高于平板显示
在掩膜版精度方面,
通常用
CD
精度来衡量掩膜版图形特征尺寸与设计值的偏差,表征掩膜版图形特征尺寸均匀性
。相对于平板显示、
PCB
等领域掩膜版产品而言,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,均有显著提升,因此通常定价水平更高,同时在半导体器件领域,下游客户对生产模具的价格敏感性更低,因此半导体掩膜版毛利率水平一般更高。
高阶制程半导体掩膜版毛利率显著提升。
随着工艺技术创新步伐加快,芯片加速迈向先进制程,半导体掩膜版制程同步提升,毛利率加速改善。以中国台湾光罩为例,
2019
年半导体掩膜版低于
130nm
制程的产品销售占比仅
6%
,
2021
年已提升至
32%
,对应整体毛利率由
2019
年的
30.9%
大幅提升至
2021
年的
47.6%
。此外,路维光电及龙图光罩等境内三方掩膜版厂商近年来也受益于制程节点的逐步突破及产品良率的改善,市场地位及定价能力有所提升,毛利率总体稳中有升,路维光电半导体掩膜版毛利率由
2019
年的
36%
提升至
2021
年的
51.3%
,龙图光罩由
2020
年的
54.4%
提升至
2022
年的
57.7%
。
3
、半导体掩膜版具有一定抗周期特性
从半导体掩膜版龙头厂
photronics
及中国台湾光罩销售表现来看,与下游半导体销售相比,在半导体景气下行周期内,掩膜版的营收增速下滑幅度相对较小,体现出一定的抗周期性;同时
photronics
掩膜版业务在部分周期内表现出一定的领先性,较下游半导体销售率先达到景气拐点。
原因在于当半导体行业处于下行周期,晶圆制造厂商的产能利用率下降,为了提升产能利用率,晶圆制造厂倾向于向中小芯片设计公司提供代工服务,因此
半导体产品类型得以增加,掩膜版需求量提升
;另外,当下游需求低迷时,芯片设计公司或有意愿
通过开发新产品打开市场
,也会带来对掩膜版的增量需求。
4
、半导体产能转移,国内掩膜版需求增加
全球晶圆产能正逐步向我国转移,需求空间加速打开。
2015-2021
年中国大陆生产的
12
寸晶圆产能在全球的占比从
9.7%
逐步升至
16%
,未来随着新建晶圆厂产能逐步落地,掩膜版需求空间有望进一步打开。
SEMI
预计中国大陆
2022
年
-2026
年还将新增
25
座
12
英寸晶圆厂,总规划月产能将超过
160
万片;预计到
2026
年底,中国大陆
12
英寸晶圆厂的总月产能将超过
276.3
万片,全球占比也将自
2022
年的
22%
提升至
2026
年的
25%
。晶圆产能转移有望进一步打开掩膜版需求空间,国内掩膜版技术研发加速趋势下,三方掩膜版厂商有望实现市场份额的快速提升。
掩膜版进口受限。
2022
年
10
月,美国商务部公布的修订后的《出口管理条例》中,加大对于半导体设备及零部件的供货限制,包含了对掩膜版的供应限制,
将
250nm
及以下制程的掩膜版纳入了限制清单,
国内先进制程掩膜版进口或进一步受阻,掩膜版行业的国产替代进程有望实现加速。
半导体行业拐点有望加速显现。
半导体短周期与库存情况和供需结构挂钩,
2021
年半导体行业供需错配带来缺芯涨价潮,厂家纷纷加大芯片产能规模,
2022
年下半年芯片供过于求,
23Q1
半导体库存高位,现阶段行业整体仍处于去库中,预期
2023
年下半年需求渐修复、库存逐步去化,
2024
年上半年加速被动去库至库存出清,行业有望迎来供需结构改善、价格上行、业绩增加的拐点,预期
2024
年有望开启新一轮半导体库存周期。
全球芯片晶圆产能持续扩大。
SEMI
在报告中指出,从
2021
年到
2025
年,全球
200
毫米晶圆厂产能预计将增长
20%
,全球半导体制造商正在增加
13
条新生产线,将使晶圆产能达到每月超过
700
万片的历史新高,全球半导体制造商预计到
2026
年将大幅增加
300mm
晶圆厂产能,有望达到
960
万片
/
月。
先进制程发展方向明确。
半导体先进制程发展趋势下,半导体掩膜版关键制程节点加速提升。我国产业链布局相对较晚,起步于封测环节,近年才进入高速发展期,封测仍是国内半导体行业的主要细分领域,半导体产品制程节点由
130 nm
、
100 nm
、
90 nm
、
65 nm
等逐步发展到
45 nm
、
28 nm
、
14 nm
、
7 nm
等,目前境内芯片主流先进制造工艺为
28nm
。以中国台湾光罩为例,
2021
年集中
65nm
以上制程半导体掩膜版市场,
2022
年四季度起,
40nm
产品进入研发认证阶段,并预计于
2023
年四季度实现量产。
28nm
先进制程产品预计在
2024
年开始研发认证,
2025
年进入量产。
六、平板显示掩膜版
1
、平板显示掩膜版市场主要在中国
平板显示行业长期发展呈现像素高精度化、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,
根据
Omdia
预测,
2025
年全球平板显示需求超过
300
百万平方米
。
平板显示掩膜版仍以国内市场为主
,
2022
年中国平板显示掩模版需求占比全球的
57%
,市场规模达
35
亿元。根据
Omdia
数据,
2022
年全球平板显示掩模版市场规模约为
61
亿元,预计
2025
年全球显示掩模版市场规模达
65
亿元。按照
2022
年中国大陆平板显示行业掩膜版需求占全球比重达
57%
,测算得
22
年国内平板显示掩模版市场规模为
35
亿元。
2
、大尺寸和高精度是平板显示掩膜版主要发展方向
近年来,大尺寸的电视面板产品加速进入市场,以
8.5
代线生产的
55
英寸和
85
英寸面板和
10.5
代线生产的
65
英寸和
75
英寸面板为代表,大尺寸电视面板的需求自
2022
年第四季度开始出现大幅反弹,
2023
年之后仍呈持续上升趋势。
2022
年
8
月,液晶电视显示面板出货的加权平均尺寸为
46.8
英寸,
2022
年
12
月平均尺寸上涨至
49
英寸,
2023
年
3
月为
49.5
英寸,并于
2023
年
5
月首次突破
50
英寸,达到了
50.2
英寸。
面板代数越高,面板的玻璃基板尺寸越大,利用率和效益就越高
,
8.5
代线可以采用
66
寸
+32
寸电视套切,以实现更高的切割效率;
10.5
代线切割
65
寸、
75
寸电视都可以达到
90%
以上的切割效率。
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,也会带动大尺寸掩膜版的需求增长。
随着平板显示技术的更新迭代,新的显示技术要求掩膜版朝着更高精度方向发展,如应用于
Micro-LED
(微型发光二极管)、
LTPO
(低温多晶氧化物)、
QD-OLED
(量子点面板)等行业的掩膜版制造技术。高分辨率面板需求提高掩膜版精度要求,根据
IHS
预测,未来显示屏的显示精度将从
450PPI
(
Pixel Per Inch
,每英寸像素)逐步提高到
650PPI
以上,对平板显示掩膜版的半导体层、光刻分辨率、最小过孔、
CD
均匀性、套合精度、缺陷大小、洁净度均提出了更高的技术要求。
3
、面板景气度加速复苏,掩膜版需求有望提振
全球显示面板行业在经历了
2022
年全球经济疲软、疫情冲击、供应过剩等因素影响价格全面下行后,
23Q2
相关产品价格和面板厂产能利用率已有明显上调趋势,
2023
下半年显示面板市场基本面或将迎来较大改善,新一轮上行周期将开启。
根据
Omdia
最新研究表示,受益于
LCD
电视、手提电脑、显示器面板和智能手机
LCD
面板订单向好,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%
。出货量方面也有同步改善。
国内市场显示出更为强劲的增长韧劲。根据
CODA
,
2022
年国内显示行业产值近
5000
亿元,在全球市场的占比超过
38%
,投资结构方面也有了明显改善,
投资方向从
LCD
向更高技术含量的高性能
OLED
、
Micro LED
及部分上游材料转移
,未来国内面板市场将向更高附加值的产品逐步迭代,同时在全球的占比也将进一步提高。
全球显示面板产能有较为明显的向我国转移的趋势
。近年来国内面板企业快速增加第六代柔性
OLED
产线,我国
OLED
市场份额快速提升,根据
DSCC
数据,
2023
年国内企业在全球柔性
OLED
产能中的占比有望超过
50%
;在中国面板厂商占据主导地位的液晶显示器(
LCD
)产能中,预计到
2027
年中国企业份额将提高至
70%
以上;显示面板总产能中(包括
OLED
和
LCD
),
2023
年中国面板企业占据
60%
左右的市场份额,预计从
2024
年起将保持在
70%
左右。
七、掩膜版竞争格局
根据
SEMI
数据,在全球半导体掩模版市场,晶圆厂自行配套的掩模版工厂规模占比
65%
,独立第三方掩模厂商规模占比
35%
,其中独立第三方掩模版市场主要被
美国
Photronics
、日本
Toppan
和日本
DNP
三家公司所控制,三者共占八成以上的市场规模,市场集中度较高。此外还有
日本
HOYA
、日本
SK
电子
以及少量台湾企业。
国内掩膜版
厂商整体处于加速追赶阶段,当前主要包括
中芯国际光罩厂、华润迪思微(原华润掩膜,华润微电子子公司)、中微掩膜、龙图光罩、清溢光电、路维光电、中国台湾光罩等
。其中,中芯国际光罩厂及华润迪思微均为晶圆厂配套工厂,华润迪思微部分掩膜版对外销售。
目前,半导体三方掩膜版厂商产能
主要集中在成熟制程领域,海外头部掩膜版厂商大多已具备
EUV
掩膜版量产能力
,其中
Photronics
及
DNP
技术节点已达
5nm
,
Toppan
半导体掩膜版技术节点达
14nm
,中国台湾光罩主要产能集中于
65nm
以上制程,预计
2023
年
Q4
实现
40nm
制程量产,
2025
年实现
28nm
量产。
国内掩膜版企业相对而且仍有较大发展空间,
当前基本均处于
350-130nm
制程范围内
,其中龙图光罩
2022
年掩膜版工艺节点提升至
130nm
,路维光电已实现
250nm
半导体掩膜版量产,并掌握了
180/150nm
节点的核心制造技术。
国内厂商主流产品制程以
350-130nm
为主,国际厂商主流产品制程以
100-50nm
为主,中高端半导体掩模版产品仍主要依赖进口。
根据中国电子协会数据统计,目前中国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%
。
2023
年下半年,国内第三方掩模版厂商先后公告
130nm-28nm
节点的掩模版研发和产能规划,加速半导体掩模版材料国产替代。
平板显示掩模版美日韩占垄断地位,国产化率仅
10%
左右。
全球平板显示掩模版市场中,美日韩处于垄断地位,根据
Omdia
统计,
2020
年全球各大掩膜版厂商平板显示掩膜版的销售金额情况前五名分别为
福尼克斯
Photronics
、
SKE
、
HOYA
、
LG-IT
和清溢光电,全球销售额
CR5
达
88
%
,供给集中度高。国内平板显示掩模版起步较晚,主要生产企业为路维光电和清溢光电。
国内企业已实现相关技术突破,有望率先实现国产替代。
清溢光电
2022
年合肥工厂实现
AMOLED/LTPS
用高精度掩模版全面量产,逐步实现半色调掩模版(
HTM
)的客户认证和量产,实现上游材料自主涂胶的初步量产,部分产品分辨率达
1600ppi
并应用于
VR
产品;路维光电
2019
年建成
G11
高世代
TFT-LCD
掩模版产线,首次具备超大尺寸掩模版生产能力,突破国外垄断,具备
G2.5-G11
的半色调掩模版(
HTM
)生产能力,突破了上游高精度、大尺寸光阻涂布技术。两家企业服务客户涵盖了国内的面板生产巨头企业,如京东方、华星光电、群创光电、深天马等,逐步打开国产替代的广阔空间。
八、掩膜版未来趋势
1
、逻辑工艺路线和特色工艺路线是半导体发展的两大方向
逻辑工艺路线和特色工艺路线是当今半导体工艺两大方向,代表了两种产品性能提升的方式(线宽缩小与功能集成)。两者发展趋势如下图所示:
先进逻辑工艺按照摩尔定律的规律,不断追求工艺节点的缩小,从而满足对于算力和速度提高的需求,以及功耗降低的需求;
特色工艺路线是指以“超越摩尔定律(
More than Moore
)
”
为指导,不完全依赖缩小晶体管特征尺寸,而是通过聚焦新材料、新结构、新器件的研发创新与运用,强调定制化和技术品类多元性的半导体晶圆制造工艺。
特色工艺通过持续优化器件结构与制造工艺,最大化发挥不同器件的物理特性来提升产品性能及可靠性。
先进逻辑工艺与特色工艺并非是相互割裂、非此即彼的关系,随着对半导体性能需求的不断提升,先进逻辑芯片也会采用优化器件结构或集成其他工艺模块的特色工艺技术来提升性能,如应用于高性能
CPU
领域的
3D
封装技术;
特色工艺芯片也会通过适当地缩小晶体管线宽来实现更高的单位性能和能耗比。
以功率半导体为例,为了提高开关频率和功率密度、降低功耗,功率半导体的制程工艺不断进步,从最初的
10μm
逐步缩小至目前主流的
0.5μm~130nm
左右;同时,在器件结构改进方面,功率器件经历了平面、沟槽、超级结等器件结构的变化,进一步提高了器件的功率密度和工作频率;而在材料方面,新兴的第三代半导体功率器件采用了碳化硅、氮化镓材料,进一步提升了器件的开关特性、降低了功耗,也优化了其耐高温、耐高压特性。功率半导体在多年的发展中,将线宽缩小与结构、材料优化相结合,实现了性能的飞跃。
由于摩尔定律不可避免地趋向物理极限,
IC
制造成本的不断飙升使工艺尺寸的缩小变得愈发艰难。与开支大、折旧多、功能较为单一的逻辑工艺相比,特色工艺有着更强的盈利稳定性和功能多样性。因此,
特色工艺路线是未来半导体制造发展的重要方向之一
。
2
、最小线宽及精度不断提升
半导体产品随着工艺技术进步和性能提升,线宽越来越窄,对上游掩模版的工艺水平和精度控制能力提出了更高要求。为了解决掩模版制作过程中由于线宽逐步缩小带来的诸多难题,以
OPC
光学邻近效应修正技术、
PSM
相移掩模版技术、电子束光刻技术为代表的一系列图形分辨率增强技术兴起并快速发展。
3
、掩模版定制化要求越来越高
特色工艺半导体主要包括功率半导体(含第三代半导体)、
MEMS
传感器、先进封装、电源管理芯片、模拟芯片等工艺平台,近年来随着新能源汽车、光伏发电、自动驾驶、新一代移动通信、人工智能等新技术的不断成熟,工业控制、汽车电子等半导体主要下游制造行业的产业升级进程加快,特色工艺半导体行业发展迅速。
特色工艺不完全依赖缩小晶体管特征尺寸,而是聚焦于新材料、新结构、新器件的研发创新与运用,强调定制化和技术品类多元性。由于下游特色工艺半导体高度定制化,平台繁多、种类庞杂、领域众多,且通常会集成多种功能,这对于第三方掩模版厂商的定制化服务能力提出了更高的要求,掩模版厂商需要有足够的技术储备才能满足快速发展的特色工艺半导体的定制化要求。
4
、套刻精度控制要求更高
随着终端产品的功能日趋复杂,半导体产品的集成度持续提高,晶圆制造的工艺不断进步。随着芯片堆叠层数的增加,半导体器件与集成电路的电路图也越发复杂,晶圆表面需要光刻的图案由传统的二维电路图像发展成含有多层结构的三维电路图像,这也导致半导体掩模版的张数不断增加,
CAM
版图处理的难度进一步加大,掩模版的套刻精度控制也更加困难。
九、掩膜版重点企业介绍
1
、国外企业
(
1
)福尼克斯
Photronics
福尼克斯(
Photronics
)成立于
1969
年,
是世界上领先的掩膜版制造商之一,也是北美第一大掩膜版制造厂商
。公司于
1987
年在纳斯达克上市,在北美、英国、德国、日本、中国台湾、韩国和新加坡都设有制造和销售中心。福尼克斯目前在全球范围内拥有十一家工厂,
产品均为石英掩膜版,主要用于半导体芯片和显示面板行业
。
福尼克斯作为独立第三方掩膜版厂商,是目前少数几家目前可以提供先进工艺所需掩膜版的厂商之一,其
二元
OPC
掩膜版已经可以支持到
14nm
到
28nm
的工艺节点
,而
PSM
相移技术
的加入,进一步提高了图形曝光分辨率,使其得以突破
14nm
,可以
提供
5nm
及之后节点的
EUV
(
Extreme Ultra-Violet
,极紫外光刻)掩膜版
。
2022
年福尼克斯实现营业收入
8.25
亿美元,同比增加
24%
;
IC
板块收入
5.93
亿美元,同比增加
29%
,其中
28nm
及以下先进制程产品(高端产品)占比相对较低,仍以
28nm
以上制程产品为主。下游客户主要包括联华电子、三星等,前五大客户收入合计占比超过
45%
。
(
2
)
Toppan
Toppan
(凸版印刷株式会社)成立于
1908
年,
2022
年
4
月,
Toppan
与日本私募股权公司
Integral
Corporation
成立
Toppan photomask
,独立其半导体掩膜版业务,并强化半导体掩膜版和
FC-BGA
基板的研发和销售。
在技术方面,
Toppan
同样着力于开发
EUV
光刻掩膜版,目前已具有量产能力
。
Toppan
在全球拥有
8
个生产基地,是世界上唯一一家在北美、欧洲、亚洲均设有生产基地的供应商。
Toppan
上海工厂以生产
66/55nm
制程掩膜版为主,
2019
年起开始生产
28/14nm
的先进制程掩膜版。
Toppan
的竞争优势在于生产和销售网络遍布全球,以应对地缘政治风险,客户源较稳定。
2022
财年,
Toppan
电子事业部(包含半导体业务和显示元器件业务)共实现营业收入
2553
亿日元,同比增长
20.6%
,半导体业务实现营收
1591
亿日元,占比超
60%
。展望
2025
年,公司中期计划实现营业收入
2950
亿日元,半导体业务占比将进一步提升。
(
3
)
DNP
DNP
(大日本印刷株式会社)成立于
1876
年,涉及以印刷技术为核心的多个业务领域,是世界上首次采用多电子光束绘制设备制造掩膜版的企业,掩膜版产品不仅可
用于当下最先进的
EUV
光刻,还可用于
5nm
高端制程
。此外
DNP
还通过与
IMEC
(
比利时微电子研究中心)
合作,
推进
3nm
及以下的更高制程产品的工艺研发
。
2022
年
11
月,
DNP
宣布拟投资
200
亿日元,在位于日本福冈县北九州市的黑崎工厂新设产线,用于生产
OLED
精细金属掩膜版。新产线计划在
2024
年上半年投产。扩产后,
DNP
将凭借在智能手机应用掩膜版市占率第一的优势向平板、笔记本电脑方向扩大业务量。
2022
财年
DNP
电子业务板块实现营收
2036
亿日元,毛利率为
22%
。在电子业务中,引线框架和半导体封装组件销售额均有所下滑,只有掩膜版业务增长强劲,带动了电子板块销售额实现同比增长。展望
2025
年,公司预计在电子业务板块实现
2300
亿日元的营业收入。
2
、国内掩膜版上市公司