渗透率提升+国产芯片崛起双重驱动，掩膜版行业进入高速增长通道

掩膜版是光刻工艺的“底片”，市场规模稳步提升：掩膜版是微电子制造过程中的图形转移工具或者母版，承载着图形设计和工艺技术信息，被应用于半导体芯片（IC）、平板显示（FPD）、触控（TP)、电路板（PCB）等行业。根据SEMI的数据，全球半导体材料市场规模从2017年469亿美元增长至2021年643亿美元，其中掩膜版占比约12%；由此推算，我们认为IC掩膜版市场空间约77.16亿美元。根据Omdia的研究报告，显示面板行业掩膜版全球需求2021年预计大约为60亿元，中国大陆占比约52%。 掩膜版行业具备逆产业周期行业特性，芯片产业创新促进行业高速发展。掩膜版行业具有部分逆产业周期的特性，类似于机械制造业的模具，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料号，对于掩膜版的产品需求不断增加。 下游客户扩产进程顺利，掩膜版需求水涨船高：半导体芯片方面，SEMI预计从2021年下半年到2024年，将有25家新建的8英寸晶圆厂以及60家12英寸晶圆厂投入运营。随着中国大陆地区晶圆厂的快速扩产，预计IC掩膜版的份额将快速提升，完成市场空间与国产替代的双重增长。平板显示方面，根据路维光电招股书预计，2023年中国大陆有18条8.5/8.6代高精度TFT产线，以及22条6代及以下高精度线完成建设并投产。预计平面显示精细化、大尺寸化的发展趋势将稳定贡献市场增量。 IC掩膜版行业国际龙头仍占据绝对优势，国产替代任重道远。截止2019年，全球前三大的IC掩膜版市场依次是中国台湾（37.92%）、韩国（20.91%）、北美（19.33%），中国大陆仅占比0.6%。随着国内掩膜版厂商能力的不断增长和下游晶圆厂的话语权的不断增加，国产替代的节奏有望提速。 投资建议：我们建议关注掩膜版制造领域的领先企业路维光电、清溢光电，以及具备石英材料供货能力的菲利华、石英股份。 风险提示：光刻技术路径变化，全球贸易摩擦，原材料涨价，疫情反复风险 1.电子产业链的地基，光刻工艺的“底片” 1.1.承载核心电路图形，半导体行业不可或缺的耗材 掩膜版（Photomask）又称为光掩模、光罩、光刻掩膜版，作为微电子制造过程中的图形转移工具或者母版，承载着图形设计和工艺技术信息，被认为是光刻工艺的“底片”。下游企业利用成品掩膜版，将设计好的电路图形通过曝光光源（透光或非透光）的方式印刻在下游制程材料上。下游企业由此可以复制掩膜版上承载的图形设计以及工艺技术信息并实现量产，因此该技术对下游产品的质量和精度产生重要影响。掩膜版应用于半导体芯片（IC）、平板显示（FPD）、触控（TP)、电路板（PCB）等行业。 图1：掩膜版工作原理 图2：半导体芯片（IC）掩膜版示意图 掩膜版主要由基板和遮光膜两个部分组成。基板分为树脂基板和玻璃基板，玻璃基板的主流产品为石英基板和苏打基板。遮光膜分为乳胶和硬质遮光膜两种。 掩膜版按照产品可分为4类，分别为铬版、干版、菲林和液体凸版。其中，铬版的精度最高，耐用性更好，广泛应用于IC、FPD、PCB等行业；而干版、液体凸版和菲林主要应用于中低精度的行业。 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。石英掩膜版使用石英玻璃作为基板材料，光学透过率高，热膨胀率低，相比苏打玻璃更为平整和耐磨，使用寿命长，主要用于高精度掩膜版。苏打掩膜版使用苏打玻璃作为基板材料，光学透过率较高，热膨胀率相对高于石英玻璃，平整度和耐磨性相对弱于石英玻璃，主要用于中低精度掩膜版。除此之外，凸版和菲林产品根据需求也偶尔被使用。凸版使用不饱和聚丁二烯树脂作为基板材料，主要用于液晶显示器（LCD）制造过程中定向材料移印；菲林使用PET作为基板材料，主要应用于电路板掩膜。 图3：掩膜版工作原理 图4：半导体芯片（IC）掩膜版示意图 表1：掩膜版的不同分类方式 表2：掩膜版的下游细分领域 1.2.上下游涉及广泛，多方技术的结晶 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、日本越信化学、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、路维光电。 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。 图5：掩膜版产业链上下游 1.3.制造工艺复杂，光刻技术为核心 掩膜版的生产流程为（1）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）。（2）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。 （3）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。 图6：掩膜版生产工序 主要工艺流程为： （1）图形设计：收到客户图形后，通过专业设计软件对客户的图形做二次编辑处理与检查。 （2）图形转换：将客户要求的版图设计数据分层，运算。再按照相应的工艺参数将文件格式转换为光刻设备专用的数据形式。 （3）图形光刻：通过光刻机进行激光光束直写完成客户图形曝光。掩膜版制造都是采用正性光刻胶，通过激光作用使需要曝光区域的光刻胶内部发生交联反应，从而产生性能改变。 （4）显影：将曝光完成后的掩膜版显影，以便进行蚀刻。在显影液的作用下，经过激光曝光区域的光刻胶会溶解，而未曝光区域则会保留并继续保护铬膜。 （5）蚀刻：对铬层进行蚀刻，保留图形。在蚀刻液的作用下，没有光刻胶保护的区域会被腐蚀溶解，而有光刻胶保护的区域的铬膜则会保留。 （6）脱膜：光刻胶的保护功能已经完成，脱膜工序通过脱膜液去除多余光刻胶。 （7）清洗：将掩膜版正、反面的污染物清洗干净，为缺陷检验做准备。 （8）尺寸测量：按照品质协议对掩膜版关键尺寸（CD精度）和图形位臵（TP精度）进行测量，判定尺寸的准确程度。 （9）缺陷检查：对照客户技术/品质指标检测掩膜版制版过程产生的缺陷并记录坐标及相关信息。掩膜版的基本检查主要有：基板、名称、版别、图形、排列、膜层关系、伤痕、图形边缘、微小尺寸、绝对尺寸、缺陷检查等。 （10）缺陷修补：对检验发现缺陷进行修补。修补包括对丢失的细微铬膜进行LCVD沉积补正以及对多余的铬膜进行激光切除等。 （11）清洗：再次清洗为贴合掩膜版Pellicle做准备。 （12）贴膜：将Pellicle贴合在掩膜版之上，降低下游客户制造过程中灰尘造成的不良率。 （13）检查：对掩膜版作最后检测工作，以确保掩膜版符合品质指标。 （14）出货：对掩膜版进行包装，然后发货。 光刻是掩膜版制造的重要环节，主要的技术分为激光直写法和电子束直写法，激光直写法将较高波长的连续或者脉冲激光光源，整形精缩为200- 500nm 的激光点在掩膜光刻胶上画出电路图案后，通过显影刻蚀获得电路图案。该写法的优势为（1）光刻速度可以达到数百至数千mm2/min，写法速度显著更快；（2）适用于大尺寸掩膜版，能够提高下游厂商光刻工序的效率，同时降低了下游厂商的生产成本。电子束直写法以小至纳米级的电子束为笔，在掩膜光刻胶上刻画电路图案，在曝光显影后，通过湿法或干法刻蚀获得电路图形。这种写法精度更高，可达到纳米级。但是由于制作速度较慢，仅适合应用于小尺寸掩膜版。 1.4.精细+大尺寸为技术发展方向，厂商向上游布局 自90年代以来，投影式曝光成为了光刻技术的主流。随着线宽的缩小以及光刻技术的提升，掩膜版的复杂程度和所需数量快速增加。当线宽达到 32nm 时，传统光刻受到物理规律的限制必须采用其他的辅助技术继续提升其分辨率；而当线宽小于 28nm 时，需要运用多重曝光技术将掩膜版拆分成多个，分别进行曝光。与此同时，掩膜版的制造与维护成本也有所提升，制造周期延长。掩膜版是光刻工序的费用支出中重要的一部分。 表3：掩膜线宽对应的成本 在消费电子领域，显示产品的性能要求逐步提高，手机、电脑等电子设备追求着更高清、色彩更饱和、更轻薄的发展方向。下游的需求向上传递，对IC和FPD掩膜版的精度与技术要求越爱越高，促进了掩膜版行业近些年的新技术诞生。比如低温多晶硅（LTPS）、金属氧化物（Oxide）、有机发光半导体显示（AMOLED）等悉尼带显示技术均需要相应的掩膜版产品与之配套。 精细化：根据IHS预测，未来显示屏的显示精度将从450PPI（Pixel Per Inch，即每英寸像素）逐步提高到650PPI以上，对FPD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。 图7：平面显示用掩膜技术路线预测图 图8：电视面板尺寸预测（单位：百万台） 大型化：自2007年液晶电视开始占据主流市场后，其平均尺寸大约按照每年增加1英寸的速度平稳增长。根据HIS统计和预测，43英寸、55英寸、65英寸、70英寸等大尺寸电视出货量逐年增长。一般6代线以上成为高世代线，主要用于生产32英寸以上的大尺寸液晶面板。 产业链向上游拓展：掩膜版的主要原材料为掩膜基板。同时，随着掩膜版行业下游客户对其最终产品的品质要求不断提升，促使掩膜版企业不断追求产品品质上的突破，而掩膜基板的质量对掩膜版成品的质量有决定性的影响。因此，从降低原材料采购成本和控制终端产品质量出发，掩膜版行业中的主要厂商陆续向上游行业延申，部分企业已具备研磨、抛光、镀铬、涂胶等掩膜基板全产业链的生产能力。降低原材料采购成本的同时，有效的纵向把控了整个生产工序的质量，保证了成品的高品质。当少部分企业达到了上游延申的战略布局之后，其他企业将受到降价以及质量要求的压力。因此，我们认为当掩膜版企业具备足够实力的情况下，将逐步向上游产业链拓展。 表4：业内主要企业向上游布局情况 2.国产替代+产品创新双轮驱动，下游发展促进国内厂商成长 2.1.下游用途广泛，IC+FPD领域撑起半壁江山 根据SEMI的数据，全球半导体材料市场规模呈现稳步增长态势，从2017年469亿美元增长至2021年643亿美元。其中，掩膜版作为半导体材料重要的一部分，2020年占比12%。 由此推算，我们估算2021年全球IC掩膜版市场规模为77.16亿美元。掩膜版主要应用于半导体芯片（IC）以及平板显示（FPD）两大下游领域，也有客户采购空白掩膜版进行定制。 根据Omdia的数据，2021年全球平板显示掩膜版的市场规模预计为60亿元，中国大陆占比约52%。2016-2019年的复合增速高达13.43%，随着面板行业高速发展以及国产供应商话语权不断增加，全球市场规模的高增速有望维持，同时中国大陆的市场份额呈上升趋势。 图9：2017-2021年全球半导体材料市场规模及增速 图10：2020全球半导体材料结构占比 2.1.1.晶圆厂扩产全球第一，大陆IC掩膜版市场份额增长可期 根据SEMI的数据，2019年全球IC掩膜版的市场规模达到41亿美元；The Insight Partners预计2027年市场规模达到59亿美元，2019-2027年的复合增速为4.65%。根据SEMI的数据2019年中国IC掩膜版的市场规模为1.44亿美元，预计于2021年达到1.92亿美元，复合增速高达16.32%。截止2019年，全球前三大的IC掩膜版市场依次是中国台湾（37.92%）、韩国（20.91%）、北美（19.33%），中国大陆仅占比0.6%。随着下游大幅扩产、技术水平提升等行业发展因素，IC掩膜版的需求有望被带动，参考FPD掩膜版行业的发展历程，我们预计中国大陆的市场规模占比将迅速提升。 图11：2012-2021全球IC掩膜版市场规模及地区分布 近些年的缺芯行情+半导体逆全球化引发了全球晶圆厂的大幅扩产，而下游产能的提升将带来更大的IC掩膜版的需求。SEM