掩模版,又称光罩,英文叫Mask,通俗的来说它就像照片的底片或者印钞票的母版,芯片设计师们设计好电路图,光罩厂把这些电路图刻在光罩上,晶圆厂通过光罩的内容在晶圆上通过光刻等流程,大规模复制产出芯片,光刻的过程就是把光罩上的图案转移到晶圆上的过程(详情见下图),并且由于电路图一般非常复杂,一个完整的电路图需要十几到几十层光罩来回光刻,才能把电路图完全转移过去,由此可见光罩的重要性,稍有差池则全盘皆输,掩模版也是仅次于硅片和电子特气的第三大半导体材料。
掩模版一般是和光刻胶配套使用的,因此从下游应用上来看,它两分类一样,都是分为PCB、平板显示、半导体这三大类,对精度的要求和技术难度依次递增,从市场容量上讲,半导体掩模版占了约60%,平板显示掩模版占了28%,PCB及触控等占了约12%,从这个角度来讲,不难理解为什么国内的独立第三方掩模版企业大都集中在平板显示掩模版领域,因为技术难度没有那么高,相对有肉吃,还能顺手把PCB掩模版给做了,为啥不能吃半导体掩模版这块真正的大肥肉呢,因为确实实力不足,想吃吃不上。
从上游原材料来看,要制作掩模版,核心原材料为基板和光学膜,其中基板占到成本的90%左右,掩模版根据基板的材质不同,主要分为石英基板和苏打基板,其中石英基板最好,以高纯石英玻璃制成,适用于对精度要求高的功率半导体、MEMS传感器等,一片价格600-800元不等;苏打基板以苏打玻璃制成,适用于对精度要求低的半导体、平板显示、PCB等领域,一片价格200-300元不等,光学膜一张400-500元,但是一张膜可以均摊到N个基板上,因此单位成本就降下来了,另外还有菲林、凸版、干版等材质,都比较低端,目前已不是主流,因此暂且不谈。遗憾的是,目前国内做的掩模版,高纯石英基板和光学膜主要还是得从日本(豪雅、信越)和韩国(S&ST)等地进口,用以制造掩模版的光刻机也基本都从主要为瑞典Mycronic、德国海德堡仪器两家公司购买,资本主义一旦从这个方面卡我们脖子,我们还是会非常难受,好消息是,操盘青岛芯恩的张汝京博士正在嘉兴牵头做基板材料公司,期待我国在掩膜版的核心材料上有所突破。掩模版的制造流程和光刻流程很像,最主要的区别是CAM(将设计师的GDS转换为掩模版光刻设备专用的数据形式)以及精度检测和缺陷修补,其中CD精度是核心参数,线宽越小,CD精度要求越高。
掩模版是晶圆厂生产晶圆必备核心材料,是和晶圆厂工艺紧密结合的,因此一般大型晶圆厂都会有配套的光罩厂,尤其是在28nm及以下的先进制程方面,制造工艺复杂且难度大,涉及到各家晶圆厂核心机密,因此所用的掩模版大部分由自己的专业工厂内部生产,如英特尔、三星、台积电、中芯国际等公司的掩模版均主要由自制掩模版部门提供,国内有中芯国际光罩厂(仅内部使用)、华润迪思微(主要供内部,部分对外)、青岛芯恩(自建光罩厂),半导体掩模版领域大概有65%的市场份额都被这种in-house工厂吃掉了,剩下的35%分给独立第三方光罩厂,主要用于28nm以上的成熟制程的光罩,主要参与者有头部的五家TOPPAN、福尼克斯、DNP、HOYA和中国台湾的台湾光罩,这5家占据了35%里的90%的市场份额,剩下的10%留给其他小型玩家。
我国正儿八经的独立第三方光罩厂,目前走到上市阶段的只有3家,清益光电、路维光电以及龙图光罩,其中前两家主要是做中大尺寸平板显示掩模版,正儿八经以半导体为主营业务的只有龙图光罩一家,龙图光罩还是2021年才开始快速发展起来的,并且这三家目前最领先的是龙图光罩,攻克到了130nm,清益和路维还在150nm徘徊,对比一下,国际TOP5都已经到了28nm,差距不可谓不大。除此之外,还有老牌国企中微掩膜、绝处逢生泉益光电、新晋黑马新锐光等,但目前规模都不大。
数据显示,预计2023年中国半导体掩模版市场规模约为20亿美金,也就是140亿人民币,扣除65%晶圆厂配套光罩厂份额,还剩49亿,龙图光罩2022年半导体掩模版营业收入1.38亿,清益光电半导体掩模版营业收入1亿,路维光电年报没披露具体数据,研报显示半导体掩模版约为营收的20%,大约也是1亿左右,三家加起来了总共不到4个亿,也就是说,有45亿的市场份额被TOP5吃掉了,国产替代大有可为!
既然确定是个大市场,国内能拿得出手的又只有三颗苗子,那我们就来好好分析下这三家,看看他们究竟成色几何!
1. 清益光电
国内成立最早、规模最大的掩膜版生产企业之一(全球第五,国内第一),由唐翔千1999年在深圳创立,2018年去世后传位给唐英年,唐英敏兄妹,公司产品以石英掩膜版为主,苏打掩膜版为辅,产品主要用于平板显示(71%)、半导体芯片(17%)、触控、电路板等行业,不过公司生产设备光刻机均向境外供应商采购,且供应商集中度较高,主要为瑞典Mycronic、德国海德堡仪器两家公司,其中最高端的平板显示用光刻机由瑞典Mycronic生产,基板也是进口,被卡脖子风险大,2005年5代,2010年6代,2014年8.5代FTF,2016年8.5代CF,公司核心技术在6代和8.5代,主要生产基地有深圳(最早)及合肥(新建,6代和8.6代FTF)
2. 路维光电
国内掩膜版排名第二(全球第八),公司由杜武兵于1995年在深圳成立,做PCB行业所需的菲林掩膜版起家,2003年建立铬版掩膜版生产线,2012年进入TN/STN-LCD平板显示领域,形成以平板显示掩模版为主(占比超80%),半导体掩模版为辅的业务格局,2015年挂牌新三板,2019年摘牌,2022年科创板上市,目前公司已实现250nm制程节点半导体掩膜版的量产,掌握180nm/150nm制程节点半导体掩膜版制造核心技术能力,具有 G2.5-G11 全世代掩 膜版生产能力,在 G11 超高世代掩膜版领域打破了国外厂商的长期垄断,公司拥有10条产线,其中深圳2条,成都8条
3. 龙图光罩
国内排名第三,稀缺的独立第三方半导体掩模版厂商,由几位联合创始人2010年在深圳创立,无实控人,刚开始做1到0.5微米的二元掩膜版,2018年后明确为特色半导体工艺掩膜版,2021年开始大批量导入晶圆厂,目前工艺节点从 1μm 逐步提升至 130nm,产品广泛应用于功率半导体、MEMS 传感器、IC 封装、模拟 IC 等特色工艺半导体领域,目前半导体掩膜版占公司营收比例超80%,2022年引入了中芯,士兰等一批下游客户做股东,目前正在科创板申报上市中
4. 中微掩膜
这名字一听就是官方正牌机构,事实上也确实如此,中微掩膜是中电科13所旗下企业,2007年在无锡设立,是一家专业生产、销售光掩模并提供相关服务的公司。公司现有一流的设备和厂房设施(净化等级1级、100级等),拥有0.13微米二元掩模、相移掩模、OPC掩模等先进技术,向国内以及全球各地芯片制造商和设计公司提供深亚微米的光掩模产品,公开能查到的信息不多,公司起了个大早,但规模一直没做大
5. 泉益光电
公司历史比较曲折,由武汉弘芯烂尾项目操盘手曹山,在2018年底联合济南政府,号称投资598亿建设济南泉芯,计划建设12英寸12nm逻辑集成电路制造线,年产48万片晶圆和2400件光罩,有弘芯烂尾在先,济南泉芯不出意外的也烂尾了,好在和泉芯配套建设的光罩厂却留了下来并坚强运营到现在,也算对济南政府的一丝安慰,目前泉益光电股东由济南政府关联企业全资持股,运营慢慢走上正轨,极有可能因祸得福为我国被卡脖子的掩膜版环节贡献一份力量
6.广州新锐光
2021年成立的掩膜版新贵,集合了上海国资,广州国资,国家大基金等一系列主流资金,股东阵容可谓豪华,并由业绩大佬邱慈云掌舵,公司高举高打,一来就是本着要IPO的架势,该项目将会是国内除了济南泉芯之外的最主要光掩模大厂,也会是粤港澳大湾区的首家、目前唯一的光掩模供应商,虽然刚刚起步,但我们期待这家黑马掩膜厂能带领我国光罩产业突破封锁。