光掩模及空白掩模

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集成电路制造的光刻蓝本:光掩模及空白掩模行业研究
华源证券· 2025-09-03 11:20
投资评级 - 行业投资评级为看好(维持)[1] 核心观点 - 光掩模是集成电路制造的光刻蓝本 连接IC设计与制造的关键图形蓝本 具有资本密集和技术密集的特点[6][10] - 先进制程推动光掩模产业迭代 精细度持续提升 价值量连续攀升 例如65-45nm制程时代单片掩模价值量约9-12万美元 全套价值量150-210万美元 32nm时代栅极掩模价值量提升至20万美元/片以上 全套价值量上升至300万美元及以上[19] - 光掩模是集成电路核心材料品类 2023年全球半导体材料市场规模预计达794亿美元 光掩模占比12% 预计2023年全球光掩模市场规模达到95.28亿美元[29][30][31] - 空白掩模作为光掩模之核 是掩模版中价值占比最高的原材料 2023年全球半导体空白掩模市场规模约18.4亿美元 2024年预计达20.1亿美元 2032年有望突破至40.2亿美元 2019-2032年CAGR预计达9.07%[56][58][60] - 空白掩模国产化率低 海外企业高度垄断 日本HOYA公司占据全球超50%的市场份额 国内技术代差明显 行业发展前景广阔[61][63] 光掩模:集成电路制造的光刻蓝本 - 光掩模广泛嵌入芯片制造等产业的核心工艺流程 按下游应用领域分类包括平板显示行业、触控行业、半导体行业和电路板[11][12][13] - 光掩模制造的技术难点体现在多环节协同的高精度制造体系 包括CAM设计、光刻、缺陷检测修复等环节 每个环节都存在具体的技术难点如非标数据识别与转换、图形补偿、对位标记、光刻制程管控、位置精度控制、曝光控制、工艺匹配、显影刻蚀控制、关键参数测量、缺陷修补与异常移除等[16][18] - 光掩模主要分苏打和石英两类 石英类广泛使用于集成电路制造中 石英掩模版基板材质为高纯度石英玻璃 热膨胀系数低稳定性高 表面平整度高适配精细光刻工艺 成本高 典型应用于功率半导体、MEMS、先进IC封装等 苏打掩模版基板材质为苏打玻璃 热膨胀系数相对较高 表面平整度相对较弱适用于中低精度需求 成本相对较低 典型应用于中低端半导体制造、半导体封装、光学器件、触控屏、电路板制造等[24][25][27] - 不同技术节点光掩模的技术指标存在差异 例如90nm波长248nm 基板平整度0.5pm 65nm波长193nm 基板平整度0.5pm 45nm波长193nm 基板平整度0.5pm 32nm波长193nm 基板平整度0.5pm 双折射参数10nm/cm 22nm波长193nm 基板平整度0.2pm 14nm波长193nm 基板平整度0.1pm[22] - 光掩模的关键参数包括掩模版最小线宽、CD精度、CD精度均值偏差、位置精度、套刻层数等 半导体掩模版最小线宽0.5μm CD精度0.02μm CD精度均值偏差0.02μm 位置精度0.02μm 套刻层数通常十几张到数十张不等 平板显示掩模版最小线宽1.2μm CD精度0.10μm CD精度均值偏差0.12μm 位置精度0.28μm 套刻层数一般数量相对较少即使AMOLED一般也仅需要十数张 PCB掩模版最小线宽10μm CD精度0.50μm CD精度均值偏差1μm 套刻层数通常张数为个位数[26] 空白掩模:光掩模之核 - 空白掩模是制造光罩的原材料 结构底部为玻璃基板(通常为高纯度石英材质) 表面镀有一层金属(如铬或钼硅材料)为遮光层 在基板最上方涂覆100~300nm不等的光刻胶 通过曝光、显影、刻蚀、去胶得到光罩 其质量直接影响芯片制造的精度和质量[39] - 空白掩模按基板材料分类包括石英、苏打、凸版、菲林等材质 其中石英基板相比于苏打基板更为平整和耐磨 可适用于高精度掩模版 按功能和结构可分为二元掩模基板、相移掩模基板和EUV掩模基板 二元掩模基板是最基本最传统的空白掩模类型 主要应用于制造具有较大线宽的微电子器件 相移掩模基板能够解决在半导体最小线宽小于130nm存在的曝光光束中的干涉现象 有效提升CD精度水平 在制造具有较小线宽的微电子器件时具有显著优势 EUV技术曝光波长极短(一般为13.5nm) 掩模版结构需改变为适应反射式光学系统多层堆叠结构的反射型掩模版 EUV空白掩模每片成本高达数万美元[41][42][43] - 空白掩模的发展伴随制程演进 新式掩膜持续引入 经历铬板时代(i-line光刻)采用单层铬遮光支撑0.35μm以上制程 相移光罩(PSM)时代(KrF/ArF光刻)引入MoSi复合层通过相位调制提升分辨率 OMOG时代(浸没式光刻)采用氧化钼硅材料光学密度提升3倍适配7nm以下节点 为适应特殊图形的制作需求 更多光罩基板种类逐渐兴起如高透光PSM和高耐久PSM[44][45][46] - 不同技术节点所需空白掩模种类不同 例如90nm波长248/193nm 掩模基板的类型COG 65nm波长193nm 掩模基板的类型Att. PSM 45nm波长193nm 掩模基板的类型Att. PSM 32nm波长193nm 掩模基板的类型OMOG 22mm波长193nm 掩模基板的类型OMOG 14nm波长193nm 掩模基板的类型OMOG[38] - 空白掩模的主要工艺流程包括初检、粗磨、粗抛、高抛、掩模版清洗、石英基板性能检测、掩模版镀Cr处理、掩模基板性能检测、PR涂覆、包装等流程[47][48][50][51] - 空白掩模的技术难点包括高平整度、更薄、更低缺陷率 掩模基板的平整度要求基板衬底表面平整 表面粗糙度达到纳米级 掩模基板表面沉积材料的性能和厚度要求减薄的吸收层仍需保持所需的吸收率和相移 掩模基板的缺陷检测要求精准识别与修复粒子/缺陷等异常[52][53][55] - 空白掩模在光掩模原材料中价值量占比高 根据龙图光罩招股说明书原材料采购数据 2021-2023年空白掩模组成部分占公司原材料采购份额的64%/59%/52%[57][60] 产业主要公司 - 龙图光罩是国内少数具备先进光掩模独立设计与制造能力的第三方专业厂商 产品体系覆盖半导体掩模版、显示掩模版、电路板掩模版等 广泛应用于集成电路制造、显示面板、触控模组及PCB等产业链关键环节 2024年公司实现归母净利润0.92亿元 同比增长9.84% 营业收入从2020年的0.53亿元提升至2024年的2.47亿元 年均复合增长率达46.93% 营收结构优化 石英掩模版营收占比持续扩大 2024年石英掩模版营收超过2亿元 占总营收比例超过80%[66][67][68] - 清溢光电是国内成立最早、规模最大的光掩模生产企业之一 主要从事光掩模的研发、设计、生产和销售业务 产品主要应用于平板显示、半导体芯片、触控、电路板等行业 2024年公司营收规模实现11.12亿元 同比增长20.35% 石英掩膜版营收达10.2亿元 同比增长20.43% 整体毛利率较23年增长2.03pct 归母净利润增至1.72亿元 同比增长28.49%[69][70][71]