掩膜版
掩膜版概览
1.1掩膜版简介
（1）掩膜版，亦称作光罩、光掩膜或光刻掩膜版，它是微电子制造过程中光刻步骤不可或缺的图形模板。其主要功能是将设计者所绘制的电路图案，通过曝光技术传递至基板或晶圆，以便进行大规模生产。掩膜版不仅是图形设计和工艺技术等知识产权信息的承载介质，更是工业设计到工艺制造环节的重要桥梁。掩膜版的精确度与品质直接关系到最终产品的合格率，其在整个产业链中扮演着至关重要的角色。
（2）掩膜版在微电子制造中的地位不可小觑，它类似于传统照相机的“底片”，承担着将设计图案转化为实体产品的关键步骤。其工作原理为曝光光源精准地照射在掩膜版上，通过一系列精细的曝光工艺，掩膜上的电路图案被转移到下游制程的材料上。这一过程如同复印机般，能够高效地将图形设计及工艺技术信息复制到每一片基板或晶圆上，实现产品的批量化生产。此外，掩膜版的品质直接决定了电路图案的准确度和清晰度，进而影响整个电子产品的性能和可靠性。因此，掩膜版的制造和维护需要极高的精度和严格的质量控制，以确保最终产品的优品率，满足日益增长的市场需求。在半导体行业追求更高集成度、更小尺寸的今天，掩膜版的技术创新和工艺改进显得尤为重要。
1.2掩膜版制造
（1）掩膜版的核心构成包括基板、遮光层以及保护膜三个主要部分。在这三者之中，基板是直接原材料成本中的主要组成部分，其成本占比高达90%。掩膜版的种类繁多，主要根据基板的材质进行区分，常见的类型有石英掩膜版、苏打掩膜版、凸版以及菲林。每种类型的掩膜版都有其独特的性能和适用范围，具体的信息将在下文为读者介绍。
石英掩膜版因其优异的透光性和耐热性，在高端半导体制造中得到了广泛应用。苏打掩膜版则因其成本相对较低，适用于一些对精度要求不那么苛刻的工艺。凸版和菲林掩膜版则多用于传统的印刷电路板（PCB）制造。这些不同类型的掩膜版在基板材质的选择上各有侧重，以满足不同制程和成本要求。在选择掩膜版时，制造商需要综合考虑基板的物理特性、化学稳定性以及成本效益，以确保最终产品的质量和生产效率。下表将提供这些掩膜版的具体图示和详细说明，帮助读者更好地理解每种掩膜版的特点和应用场景。
（3）掩膜版的应用范围广泛，根据不同的下游行业需求，可以细分为平板显示掩膜版、半导体掩膜版、触控掩膜版和电路板掩膜版等类别。这些掩膜版虽然都服务于电子制造业，但它们的技术要求和性能指标各有侧重。特别是半导体掩膜版，在关键的技术参数上，如最小线宽、关键尺寸（CD）精度、位置精度等方面，其要求远比平板显示和印刷电路板（PCB）等领域的掩膜版产品更为严格。
半导体掩膜版的高精度要求是为了满足集成电路（IC）制造中对精细图案的精确复制，这对于保证半导体器件的性能和可靠性至关重要。相比之下，平板显示掩膜版和电路板掩膜版虽然也有一定的精度要求，但通常不如半导体掩膜版那样苛刻。这是因为平板显示和PCB等领域对于图案尺寸的精确度要求相对较低，但仍需确保足够的制造质量以满足其特定的应用需求。每种掩膜版的设计和制造都针对其应用行业的特定要求进行了优化，以确保在各自领域的生产效率和产品品质。
1.3掩膜版工艺
（1）掩膜版的制造过程是一项技术密集且步骤繁复的工作，涉及涂胶、图形转换、图形光刻、蚀刻、光学检查、缺陷修补等共计13个主要步骤。在这一系列精细的操作中，涂胶环节对于进口光刻胶的依赖程度较高，这成为了国内掩膜版制造业的一个痛点，国产化替代的需求日益迫切。
图形光刻是掩膜版制造流程中的关键环节，其精度直接决定了掩膜版的质量。这一步骤依赖于高精度的光刻机，而这些设备往往供不应求，成为了制约生产效率的瓶颈。在光刻过程中，首先需要在掩膜基板上涂覆光刻胶，然后使用光刻机进行表面曝光。以130nm为分界点，130nm以上的制程通常采用激光直写设备进行光刻。然而，随着掩膜版线宽线距的不断缩小，曝光过程中衍射现象变得更为严重，这会导致曝光图形边缘的分辨率降低，进而引起图形失真。因此，对于130nm及以下的高端制程，必须采用电子束光刻技术来保证图形的精度。
在掩膜版的制造过程中，缺陷修补同样是一个技术要求极高的环节。它涉及对细微铬膜的沉积补正以及对多余铬膜的激光切除，以确保图形的完整性和精确度。然而，目前这一步骤所使用的修补机也主要依赖于进口，这增加了国内掩膜版制造的成本和不确定性。因此，提升国产设备的研发能力和替代进口设备，对于提高国内掩膜版制造业的自主可控能力具有重要意义。最后通过载板线路传递至存储器中进行处理。
掩膜版
掩膜版行业市场
2.1行业市场概况
（1）在半导体材料市场的细分领域中，掩膜版已经崛起成为继硅片之后的第三大关键材料。根据2022年的市场数据，掩膜版在半导体材料市场中的占比达到了13%，仅次于占比14%的气体。从掩膜版的下游需求行业结构来看，市场主要被划分为平板显示掩膜版市场、半导体掩膜版市场以及其他细分市场。
根据华经产业研究院的统计，2022年半导体掩膜版在整个掩膜版市场中占据了60%的份额，而平板显示掩膜版则占据了28%。进一步细分平板显示掩膜版市场，可以发现LCD和OLED两大技术路线，其中LCD掩膜版占比23%，OLED掩膜版占比5%。剩余的12%市场份额则由其他类型的掩膜版占据。
这一市场分布反映了掩膜版在不同应用领域的重要性。半导体掩膜版的高市场份额体现了其在集成电路制造中的核心地位，而平板显示掩膜版的占比则显示了其在显示屏制造行业的关键作用。LCD和OLED技术的区分，则进一步揭示了平板显示市场的技术发展趋势和市场需求变化。总体来看，掩膜版市场的发展与下游应用行业的创新和扩张密切相关，其市场动态也成为了半导体材料行业的重要风向标。
（2）在2022年，全球半导体掩膜版市场的规模达到了49亿美元，其中成熟制程占据了市场的主导地位，占比高达87%。近年来，全球半导体掩膜版市场的规模持续扩大，展现出稳定的增长态势。从2018年到2022年，市场容量从40.41亿美元增长到了49.00亿美元，实现了4.9%的复合年增长率。
具体到制程技术层面，2022年全球半导体掩膜版的出货结构主要集中在28nm以上的成熟制程领域。在这一年里，130nm以上的成熟制程成为了市场的主力军，其出货量占比达到了54%。而28nm至90nm的制程区间占比为33%，显示出这些制程仍然有着较大的市场需求。相比之下，28nm以下的先进制程出货量占比则相对较低，仅为13%，这反映了先进制程在市场上的应用尚处于发展阶段，但随着技术的进步和成本的降低，未来这一领域的市场份额有望增长。总体而言，半导体掩膜版市场的增长与全球半导体产业的蓬勃发展紧密相连，成熟制程的稳定需求和新制程技术的逐步推广，共同推动了市场的持续扩大。
（3）平板显示掩膜版的需求增长在种类和数量上均有显著体现。随着平板显示行业的持续发展，市场特征逐渐凸显为像素的高精度化、显示尺寸的大型化、竞争的激烈化、技术转移的加速化以及产品的定制化。得益于电视平均尺寸的增加，以及大屏手机、车载显示和公共显示等领域的需求增长，中国大陆平板显示行业的迅猛发展，推动了平板显示掩膜版向更高世代、更高精度的方向演进。
在全球范围内，液晶面板市场的产量和需求量近年来呈现快速增长态势，市场规模连续几年保持在1000多亿美元的高位，且面板尺寸的创新不断推动掩膜版产品种类和数量的需求上升。根据Omdia的分析，中国大陆在全球平板显示掩膜版需求中的比重正在不断提升，从2017年的32%增加到2022年的51%，并预计到2025年将达到58%。全球平板显示掩膜版市场规模预计也将从2022年的61亿元增长至2025年的65亿元。据此预测，中国大陆平板显示掩膜版市场规模有望从2022年的31.11亿元增长至2025年的37.05亿元，显示出中国市场在全球平板显示掩膜版行业中的重要地位和增长潜力。
2.2国内外行业竞争
（1）掩膜版技术的发展历程已超过70年，其技术演变的步伐相对缓慢。目前，掩膜版技术正处于第五代，这一代技术已经持续了近50年，并且预计在相当长的时间内仍将保持其主导地位。第二代掩膜版技术，诞生于20世纪50年代末至60年代初，以菲林掩膜版为代表，尽管年代久远，但至今仍在某些行业中得到应用。
从目前的情况来看，掩膜版行业的技术更新换代速度仍然较为缓慢，第五代掩膜版技术预计将继续在市场上占据重要地位，拥有较长的使用寿命和应用周期。这一现象反映了掩膜版技术在其成熟阶段的稳定性和行业对其技术的依赖性。
（2）在掩膜版市场的份额分布中，半导体掩膜版和平板显示掩膜版占据了主导地位。特别是在全球半导体掩膜版市场中，2019年的数据显示，由晶圆厂自行配套的掩膜版工厂占据了市场规模的65%，而独立的第三方掩膜版厂商的市场份额则为35%。在这一领域中，美国Photronics、日本Toppan和日本DNP这三家独立第三方掩膜版厂商占据了超过80%的市场份额，其余的市场则由日本HOYA、日本SKE电子和中国台湾光罩等公司分享。
半导体掩膜版行业具有较高的进入门槛，它对技术研发和生产工艺控制水平有着严格的要求。中国的半导体掩膜版厂商目前正处于技术追赶阶段，与国外先进水平相比，整体技术相对落后，市场规模占比也较低。国内的上市公司中，主要包括清溢光电、路维光电和冠石科技等。此外，龙图光罩已经通过IPO复批，而非上市公司中则有中微掩膜、华润迪思微、广州新锐等企业。这些公司虽然在市场上占有一席之地，但与国际巨头相比，仍需在技术创新和市场扩张方面努力。
（2）在平板显示掩膜版领域，市场竞争格局呈现出美日韩企业的垄断地位，行业集中度较高。根据Omdia的统计数据，2021年全球平板显示掩膜版市场的头部企业为Photronics、SKE、HOYA、LG IT和清溢光电，这五家厂商的全球销售额占比高达88%，显示出市场的高度集中。
与此同时，中国的平板显示掩膜版产业在近几年实现了快速发展。以清溢光电为例，其平板显示掩膜版的营业收入在2020年至2022年分别达到3.39亿元、3.71亿元和5.83亿元，2021年和2022年的同比增速分别为9.38%和57.03%。另一家中国企业路维光电在2020年和2021年的平板显示掩膜版营业收入分别为2.49亿元和3.55亿元，2021年的同比增速达到42.57%。特别值得一提的是，路维光电成功打破了国外企业在G11高世代线掩膜版技术上的垄断，成为全球第五家具备G2.5至G11全世代掩膜版生产能力的厂家，并在2021年实现了G11掩膜版全球市场19.21%的占有率。
这些数据表明，中国企业在平板显示掩膜版领域的竞争力正在逐步增强，不仅在国内市场取得显著成绩，也在全球市场中占据了重要位置，逐步打破了国际巨头的垄断格局。
2.3掩膜版具备逆周期性
（1）掩膜版的逆周期性特点主要体现在两个方面。首先，在半导体行业处于下行周期时，晶圆制造厂商的产能利用率通常会下降。为了提高产能利用率，晶圆制造商会向中小芯片公司提供晶圆代工服务，这不仅增加了生产的半导体产品类型，也相应地增加了第三方掩膜版厂商的需求量。其次，当下游市场需求低迷时，空余的产能可以加速新芯片设计方案的推出。半导体产能芯片设计公司通过设计新产品来刺激市场，提升销量，新产品的推出也带来了对掩膜版的增量需求。
类似于机械制造业中的模具，掩膜版的需求主要依赖于下游行业的产品创新，而与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进程不断推进，芯片公司将会持续推出新的产品型号，从而不断增加对掩膜版的需求。这种逆周期性的特点使得掩膜版行业在半导体行业波动中具有相对的稳定性和发展潜力。
（2）在2023年，半导体芯片行业经历了下行周期，多数公司的业绩在收入和利润方面均出现了下滑。然而，掩膜版行业却展现出了显著的正增长，体现了其逆周期性的特点。根据Wind数据，2023年度和前三季度的营业收入数据显示，半导体芯片行业的龙头企业台积电全年同比下降了4.51%，中芯国际前三季度同比下降了12.35%。然而，在掩膜版行业中，第三方独立掩膜版龙头福尼克斯全年同比上升了8.19%，清溢光电前三季度同比上升了21.97%。
在净利润方面，台积电全年同比下降了17.34%，中芯国际前三季度同比下降了58.70%。相比之下，掩膜版行业的龙头企业福尼克斯全年同比上升了5.64%，清溢光电和路维光电前三季度同比分别上升了36.87%和37.38%。
这一现象的原因在于，在半导体行业下行周期中，晶圆制造厂商为了提升产能利用率，往往会向中小芯片公司提供晶圆代工服务，这增加了半导体产品的种类，从而提高了对掩膜版的需求。同时，空余的产能促进了新芯片设计方案的推出，半导体设计公司通过设计新产品来刺激市场，提升了销量，从而增加了对掩膜版的需求。
因此，随着我国半导体芯片行业的国产替代进程不断推进，芯片公司将会持续推出新的产品型号，对于掩膜版的产品需求不断增加。这使得掩膜版行业在半导体行业波动中具有相对的稳定性和发展潜力。
掩膜版
掩膜版应用领域
3.1.掩膜版与OLED（有机发光二极管）
（1）在有机发光二极管（OLED）面板的生产过程中，成膜技术主要采用真空蒸镀与金属掩膜版（Metal Mask）的结合方法。这一技术通过在基板特定区域进行有机物、金属等材料的蒸镀或化学气相沉积（CVD）成膜，从而实现精确的材料沉积。为了保证这些位置的精确度，掩膜版的使用不可或缺。
OLED蒸镀用的掩膜版主要分为两种：开口掩膜版（Open Mask，简称OM）和精细金属掩膜版（Fine Metal Mask，简称FMM）。FMM是一种“带有小且密集孔的薄金属掩膜版”，其作用是在OLED生产过程中，准确且精细地沉积RGB有机物质，形成像素。小孔越密集，生成的像素点就越小，分辨率也就越高。目前，FMM主要是由厚度为20um至30um的Invar36材料加工而成。
开口掩膜版则是在显示屏启动的范围内没有遮挡部位的开放式掩膜版，主要用于形成通用层的蒸镀腔体。这种掩膜版是由厚度为40um至200um的Invar36材料加工而成。
这两种掩膜版作为OLED蒸镀工艺中的消耗性核心部件，其性能直接影响到OLED面板的最终质量。随着OLED技术的发展，对于掩膜版的精度和材料的要求也在不断提高，以满足更高分辨率和更广泛应用的需求。
3.2.掩膜版与半导体及先进封装
（1）先进封装技术是半导体行业发展的前沿，它包括2D封装、2.5D封装和3D封装等多种形式。这些封装技术的核心在于通过实现芯片的小型化、薄型化、高效率和多集成等特点，来优化芯片性能并持续降低成本。随着摩尔定律的发展接近物理极限，这些先进封装技术成为了“后摩尔时代”封测市场的主流。
2D封装技术主要通过增加芯片的层数来提高集成度，而2.5D封装技术则通过在硅片之间插入中介层来实现多芯片的集成。3D封装技术则是通过垂直堆叠多个芯片来实现更高的集成度。这些技术在实现更高性能的同时，还能有效降低功耗和成本，为各种应用场景提供更好的解决方案。
在先进封装技术的推动下，半导体行业正朝着更高的集成度和更低的功耗方向发展，同时也为未来的技术创新和应用拓展提供了新的可能性。随着技术的不断进步，我们可以期待更多高性能、低功耗的半导体产品问世，为我们的生活和工作带来更多便利。
（2）硅通孔技术（TSV，Through Silicon Vias）是一种创新的垂直互连结构，它通过在硅圆晶片或芯片上形成垂直的电连接通道，实现了上下层晶圆或芯片之间的连通性。这一技术在晶圆多层堆叠中扮演着关键角色，能够有效提高系统的整合度和效能。TSV技术通过在芯片内部形成贯穿整个厚度的垂直电气连接，不仅提供了芯片上下表面之间的最短通路，还带来了电气互连性更好、带宽更宽、互连密度更高、功耗更低、尺寸更小、质量更轻等优点。
随着TSV技术的成熟和应用，台积电、英特尔等半导体行业巨头加速了先进封装技术的开发和产能布局。这些大厂利用掩膜版制程的不断进步，打造了整合IC前后端制程的一条龙供应链。他们先后推出了采用TSV技术的异质整合3D IC解决方案，以满足整合逻辑芯片、高带宽存储器、特殊制程芯片的需求。这些技术的应用不仅推动了半导体行业的发展，也为未来的高性能计算、先进通信和物联网等应用提供了强大的支持。随着技术的不断进步，我们可以期待更多高性能、低功耗的半导体产品问世，为我们的生活和工作带来更多便利。
（3）RDL（重新布线层，Redistributed layer）是先进封装技术中的基础工艺，为掩膜版行业带来了新的增长点。这一技术是实现芯片水平方向电气延伸和互连的关键，特别是在2.5D/3D封装中发挥着重要作用。在3D封装过程中，如果上下层使用的是不同类型的芯片进行堆叠，那么就需要通过RDL重布线层来对准上下层芯片的I/O端口，从而实现电气互联。
RDL技术使得设计人员能够以紧凑、高效的方式布局芯片，这不仅减少了器件的整体尺寸，还提高了封装的密度和性能。这种技术在芯片设计中的应用，使得封装结构更加复杂，对掩膜版的设计和制造提出了更高的要求。因此，随着RDL技术的发展和应用，掩膜版行业将迎来更多的机遇和挑战。
