当前,尽管半导体产业处于下行周期,但掩膜板行业具有部分逆产业周期的特性,产品需求主要依赖下游行业的产品创新,跟下游产品销量没有直接联系。随着国产化推进,半导体公司对于掩膜板的需求也不断增加。
随着掩模版需求持续增长,加之高端设备的交付延迟,导致掩膜板产能供应紧张加剧,其交货周期也大幅度拉升。同时,厂商正在酝酿新一轮涨价,业界预计明年掩模版价格将上涨10%~25%。
掩膜版是微电子生产的关键耗材
掩膜版是一种图形转移母版,应用于微电子产品的批量生产。掩膜版是 微电子生产制造过程中的关键材料,其精度和质量水平会直接影响下游 制品的优品率。微电子厂商若直接将产品曝光于光源会导致量产时生产 效率低下、产品质量较差、高温影响产品性能和无法生产先进制程芯片 等问题,而掩膜版作为模具可以有效解决相关问题,掩膜版是微电子制 造过程中关键且必要的环节之一。
掩膜版可以通过遮光板种类、遮光膜种类和下游应用领域进行分类。 掩膜版由沉积铬膜等遮光材料的掩膜基材和发挥遮光作用的遮光膜构 成,并主要应用在半导体和平板显示领域。1)从基板来看,主要的种 类有玻璃基板(石英玻璃、苏打玻璃和硼硅玻璃)和其他基板(菲林 等),石英玻璃和苏打玻璃是主流掩膜版基板,其中石英玻璃具有化学 性能较稳定、热膨胀率低等突出优点,已经成为中高端掩膜版基板的 主流材料;2)从遮光膜来看,主要的种类有乳胶遮光膜和和硬质遮光 膜(主要包括铬、硅、氧化铁),目前中高端掩膜版的遮光膜以硬质遮 光膜中的铬材料为主;3)从下游应用来看,主要种类有半导体(IC) 掩膜版、平板显示(FPD)掩膜版、电路板(PCB)掩膜版和触控(TP) 掩膜版,其中平板显示和半导体掩膜版为最主要的两类产品。
膜版上游为掩膜基板等原材料,中游为掩膜版制造加工,下游为微电子应用。从产业链来看,掩膜版上游有掩膜基板、遮光膜等原材料产品; 下游为微电子应用,而掩膜版性能将决定消费电子、家用电器、车载电 子等终端应用的性能和品质。掩膜版的引入使得下游半导体、平板显示 等产品具备了量产条件,从而推动半导体和平板显示等领域的快速发展, 为其技术迭代创造条件。
众多厂商纷纷扩产
尽管芯片行业有周期性波动,但是掩模版市场一直在持续增长。根据SEMI数据,2021年,掩模版市场规模达到46.47亿美元,预计2022年将达到48.99亿美元规模。
由于看好掩模版中长期旺盛需求,日本DNP、凸版印刷、台湾光罩,以及国内清溢光电、路维光电等多家掩模版企业纷纷扩产,以抢占更多的市场份额。
据媒体报道,日本半导体材料大厂凸版印刷将通过子公司Toppan Photomask在2023年度之前投资约200亿日元,扩大在日本及中国台湾工厂的掩模版产能,将增设使用于5-10nm逻辑芯片、DRAM等先进产品的掩模版产线,先进制程产品的掩模版产能较2020年度相比提高约2成。
而DNP也于今年11月计划投资200亿日元在日本福冈县北九州市的黑崎工厂新设产线,用于生产OLED显示屏方向的大型金属掩膜版(FMM)。
今年2月,中国台湾光罩计划斥资60亿元新台币(约人民币13.4亿元),期望扩产20%,满足客户订单需求。其指出,在半导体大厂持续释出成熟制程晶圆掩模版委外代工趋势下,掩模版未来市场相对乐观,加上公司持续投入资本支出将制程升级,有望扩大营运规模。
在技术推进上,台湾光罩现阶段65-130纳米制程的掩模版进入量产,2023年公司将朝40纳米制程推进,提高中阶产品比重,有助未来获利水平持续提升,而28纳米制程掩模版则于2024年上半年量产。
除了海外厂商之外,国内厂商也纷纷扩大投资。例如清溢光电深圳工厂今年引进半导体芯片用掩膜版光刻机及配套设备,进一步提升第三代半导体用掩膜版的产能需求。而路维光电此次IPO也募资扩建高精度半导体掩膜版与大尺寸平板显示掩膜版产能。
另外,由中芯国际创始人、青岛恩芯创始人张汝京主导的掩模版材料产业链项目落户于浙江嘉兴科技城,该项目总投资30亿元,主要从事掩模版材料产业链相关产品的研发制造,产品包括高平整度石英基板、镀膜基板、保护膜等原材料。
掩膜版产业链
掩膜板的整个产业链包括:上游原材料厂商通过提纯、合成等方式生产高纯度石英锭;半导体设备厂商对石英锭进行深加工,包括:切割、研磨、抛光、镀铬、涂胶等;最终光掩膜板被半导体厂商以及显示屏厂商使用。
上游:原材料
上游环节包括:掩膜基板、掩膜版设备、化学试剂和遮光膜。
全球领先的掩膜版厂商主要产品均为石英掩膜版,部分厂商甚至完全退出苏打掩膜版的生产销售,导致石英掩膜版产品市场竞争更为激烈,因此对原材料石英基板的需求也会逐渐提高。
石英掩膜版:
目前,只有少数厂商具备上游基材生产能力,大多数掩膜版企业主要采用采购掩膜版基材的方式。
掩膜版上游原材厂商主要集中在日本和韩国。国内有数家企业有能力生产,主要包括菲利华和石英股份等;对于半导体用高精度及高世代面板用基材,基本被日韩企业如日本东曹、日本越信化学、日本尼康等垄断。
中游:掩膜版制造
掩膜版的生产流程为:在基底材料上镀一层金属铬和感光胶,成为一种感光材料,也就是空白掩膜版(掩膜基板)-- 再把根据不同下游应用需求所设计的电路图用激光设备曝光在感光胶上,在金属铬上被显影出来,再将不需要的金属层和胶层洗去,得到成品掩膜版--最后下游晶圆厂通过光刻机将掩膜版上的电路图形印制在晶圆(或其他衬底)上,从而生产出芯片。
国产替代仍面临挑战
目前,我国半导体产业正处于关键发展期,下游各类芯片厂商快速扩张;加之国际贸易的不确定因素以及新冠疫情加速了全球半导体产业链的重构,从国家层面到企业均开始推进半导体核心技术国产自主化,实现供应链安全可控,这加速了半导体产业链的国产化替代进程,独立第三方掩膜版生产商迎来进口替代的发展机遇。
集微咨询(JW Insights)认为,为了配合先进工艺继续发展,掩模版产品正在升级换代,其制造工艺也在不断发生变化。同时,国内半导体行业发展所带来的难得机遇,也促使掩模版国产化进程不断加速。
受益于国产化替代,以及整体市场景气度的提升,国内掩模版厂商的经营业绩也实现快速增长。今年前三季度,清溢光电实现营收5.47亿元,同比增长41.46%,归母净利润6913.97万元,同比增长123.27%;路维光电实现营收4.91亿元、同比增长38.23%,归母净利润8513.29万元,同比增长127.86%。
清溢光电表示,公司业绩增长一方面得益于掩膜版行业景气度和半导体、面板行业的逆周期关系,而更多是得益于国产化替代,受疫情等因素影响,掩膜版海外订单交期较长,本地供应商有较多优势,加之贸易战的影响,加速了掩膜版下游客户国产化的进程。
虽然营收规模增长,盈利能力大幅度提升,但需要注意的是,两家掩模版厂商主要营收仍来自于平板显示领域,半导体芯片业务营收贡献仍略显不足(清溢光电今年上半年半导体芯片业务占比14.94%;路维光电2021年半导体掩模版收入占比19.51%)。
业内人士表示,“国内掩模版厂商的半导体业务收入较低,主要是技术节点较为落后,国内的掩膜版厂商的技术能力主要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,CD精度和TP精度和国际领先企业相比都还有很大提升空间。”
据调研资料显示,清溢光电目前已实现250nm工艺节点的6英寸和8英寸半导体芯片用掩膜版的量产,正在推进180nm半导体芯片用掩膜版的客户测试认证。而路维光电也已实现250nm制程节点半导体掩膜版的量产,并掌握180nm/150nm制程节点半导体掩膜版制造核心技术能力。
当前,国产企业虽加快工艺节点的技术攻坚,但由于越高精度的掩膜版,生产设备交期越长,有的设备交期甚至长达4年之久,而且价格十分昂贵。高端设备的缺乏也制约了国内掩模版厂技术升级的速度。
综合来看,掩模版产业的国产化是不可阻挡的趋势,但要实现目标还需多方努力。集微咨询(JW Insights)认为,在国内晶圆厂加强与掩模版厂合作开发的基础上,原材料生产、设备制造等供应链各环节还要苦练内功、协同配合,这样才能加快掩模版国产化的进程。