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在半导体制造产业链中,掩膜版位于中游

发布时间:2022-11-30阅读:1129

光掩膜制作对环境要求十分苛刻:
1.要保证恒温恒湿环境:温度保持 23±0.5℃(10 级净化房),23±0.3℃(1 级净化房),湿度保持 50±5%RH;
2.要保证高净化空间:大多数区域要求 10 级净化,局部区域要求 1 级净化(每立方英尺的空间内,直径大于 0.5 微米的尘埃颗粒数不能超过 1 个)。
在半导体制造产业链中,掩膜版位于中游。
掩膜版的主要原材料包括掩膜基板、光学膜、化学试剂以及包装盒等辅助材料,掩膜版主要应用于平板显示、半导体、触控和电路板的制造过程。
平板显示、半导体等中游电子元器件厂商的终端应用主要包括消费电子(电视、手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备)、家用电器、车载电子、网络通信、LED 照明、物联网、医疗电子以及工控等领域。
光掩膜生产工艺流程主要包括 CAM 图档处理、光阻涂布、激光光刻、显影、蚀刻、脱膜、清洗、宏观检查、自动光学检查、精度测量、缺陷处理、贴光学膜等环节。

1、全球掩模版市场稳步提升,半导体用光掩膜版增长迅猛
全球半导体掩膜版市场保持高速发展的态势。
根据 SEMI 数据,自 2012 年起,在经过连续七年的增长后,2019 年全球半导体掩膜版市场规模达到 41 亿美元;SEMI预计未来全球半导体掩膜版市场将保持稳健增长的态势,2021 年市场规模将超过44 亿美元。
分地区来看,随着国内半导体产业占全球比重的逐步提升,国内半导体掩膜版市场规模也逐步扩大;根据 SEMI 数据,2019 年国内半导体掩膜版市场规模 1.44 亿美元,预计 2021 年将达到 1.95 亿美元(CAGR: 16.32%)。
半导体掩膜版的技术更新主要体现在图形尺寸、精度及制造技术等方面。
半导体技术节点由 130nm、100nm、90nm、65nm 等逐步发展到 28nm、14nm、7nm、5nm 等;半导体掩膜版也从激光直写光刻、湿法制程、光学检测等逐步发展为电子束光刻、干法制程、电子显微检测。
同时,相移掩膜技术(PSM)、邻近光学效应修正(OPC)技术等也越来越多的应用于先进制程半导体掩膜版制造领域。
2020 年半导体光掩膜版需求首次超越 FPD 光掩膜版需求量。
根据智研咨询数据,从光掩膜版需求量来看,IC 用光掩膜玻璃基板需求从 2015 年的 2.9 万平方米增长到 2020 年的 5.6 万平方米,FPD 光掩膜玻璃基板需求从 2015 年的 4.1 万平方米增长到 2020 年的 5.3 万平方米,IC 用光掩膜版首次超越 FPD(平板显示)光掩膜版需求量。
半导体掩膜版以成熟制程为主,未来先进制程占比不断上升。
整体来看,不同制程半导体掩膜版占比中,130nm 以上制程占比 54%,是目前主流制程;28-90nm 制程占比 33%,22nm 以下制程占比 13%,长期来看,随着先进制程不断发展,半导体掩膜版在先进制程占比会不断提升。
2、行业竞争格局:美日韩厂商处于领先地位
掩膜版行业的主要厂商有美国的福尼克斯及其韩国子公司 PKL,韩国的 LG-IT,日本的 SKE、HOYA、Toppan(日本凸版印刷)、DNP,中国的台湾光罩、清溢光电、路维光电。
其中,LG-IT 和 SKE 的掩膜版产品主要布局在平板显示掩膜版领域,均拥有 G11 掩膜版生产线;Toppan 和台湾光罩掩膜版产品主要布局在半导体掩膜版领域;福尼克斯、DNP、HOYA 的掩膜版产品同时布局在平板显示掩膜版领域和半导体掩膜版领域,均拥有 G11 掩膜版生产线;清溢光电和路维光电的掩膜版产品种类多样,应用领域广泛,包括平板显示掩膜版、半导体掩膜版、触控掩膜版和电路板掩膜版等,其中路维光电拥有 G11 掩膜版生产线。
在平板显示掩膜版市场,美国、日本、韩国的掩膜版厂商处于垄断地位。根据Omdia 数据,2020 年全球各大掩膜版厂商平板显示掩膜版的销售金额前五名分别为福尼克斯、SKE、HOYA、LG-IT 和清溢光电,前五名掩膜版厂商的合计销售额占全球平板显示用掩膜版销售额的比例约为 88%。
根据 Omdia,2020 年路维光电平板显示掩膜版市场份额位列全球第八,国内第二。
在半导体领域,半导体掩膜版的主要参与者为晶圆厂自行配套的掩膜版工厂和独立第三方掩膜版生产商。
由于用于芯片制造的掩膜版涉及各家晶圆制造厂的技术机密,因此晶圆制造厂先进制程(45nm 以下)所用的掩膜版大部分由晶圆厂自己的专业工厂生产。比如英特尔、三星、台积电和中芯国际内部都有光掩模制造业务。
但对于 45nm 以上等比较成熟的制程所用的标准化程度更高的掩膜版,晶圆厂出于成本的考虑,更倾向于向独立第三方半导体掩膜版厂商进行采购。
根据 SEMI 数据,2019 年在半导体芯片掩膜版市场,晶圆厂自行配套的掩膜版工厂占据 65%的份额;在独立第三方掩膜版市场,半导体芯片掩膜版技术主要由美国福尼克斯、日本 DNP 和 Toppan 掌握,市场集中度较高。中国大陆厂商份额极低。
3、未来发展方向:掩膜版趋向大尺寸和高精度
FPD 掩膜版趋向大尺寸方向。近几年面板厂商积极投资与扩产高世代产线,面板尺寸的增大带动掩膜版朝大尺寸化方向发展,同时带动大尺寸掩膜版的需求增长。
面板的世代数按照产线所应用的玻璃基板的尺寸划分,面板代数越高,玻璃基板尺寸越大,切割的屏幕数目越多,利用率和效益就越高。
55 英寸及以上显示产品的需求增加引领全球平板显示产业向 8+代线和 10+代线迈进,8.5 代线可高效切割 32 吋、48 吋、55 吋电视,8.6 代线可高效切割 50 吋、58 吋电视,10.5 代线可高效切割 65 吋、75 吋电视。
除此之外,还可以采用套切等技术,生产出尺寸差异化的产品,后续可根据市场需求灵活调整。
举例来说,8.5 代线切割 65 寸电视的效率为 64%,但是可以采用66 吋+32 吋电视套切,实现 94%的切割效率;8.6 代线切割 90 吋电视的效率为 74%,但是可以采用 90 吋+23.3 吋电视套切,实现 91%的切割效率;10.5 代线切割 65吋、75 吋电视都可以达到 90%以上的切割效率。
FPD 掩膜版趋向高精度方向。超高清视频产业发展前景广阔,带动掩膜版朝着高精细化的方向发展。
《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022 年)》指出:“到 2022 年,我国超高清视频产业总体规模超过 4 万亿元、4K 产业生态体系基本完善,8K 关键技术产品和产业化取得突破。8K 电视终端销量占电视总销量的比例超过 5%,同时超高清视频用户数达到 2 亿”。
掩膜版作为平板显示制造过程的关键材料,对面板产品的精度起决定性的作用,这意味着高清化对掩膜版的精度提出更高要求。
随着平板显示解析度不断提高,TFT 半导体主动层材料已逐步采用 LTPS/Oxide 技术,并朝着 LTPO(低温多晶氧化物)等新技术演变。对于掩膜版的配套技术要求,主要体现在曝光分辨率(最小线宽线缝)、最小孔或方块、CD 均匀性以及套合精度的不断提升。
半导体领域,掩膜版技术更新主要体现在图形尺寸、精度及制造技术等方面。以掩膜版最小图形尺寸为例,180nm 制程节点半导体产品所对应的掩膜版最小图形尺寸约为 750nm,65nm 制程节点产品对应约 260nm,28nm 制程节点产品对应约120nm。
可以看出,半导体掩膜版图形尺寸及精度随着半导体技术节点的演化而逐步提升,目前主流制程在 100-400nm 工艺区间。
掩膜版精度的提升,主要表现为对基板材料和生产工艺的进一步升级。在基板材料上,石英基板与苏打基板相比,具有高透过率、高平坦度、低膨胀系数等优点,通常应用于对产品图形精度要求较高的行业,因此基板材料逐渐由苏打基板转为石英基板。
生产工艺方面,随着集成电路技术节点推动,对于掩膜版 CD 精度、TP精度、套合精度控制、缺陷管控等环节提出了更高的要求。
 

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