2025年半导体行业系列深度报告：走向更高端，国产掩膜版厂商2.0时代开启

掩膜版生产具有较高的技术壁垒

光刻工艺是半导体制造核心流程

半导体晶圆制造的主要过程包括晶圆制备、图案转移、材质掺杂、沉积、蚀刻、封装。光刻工艺是半导体制造的核心流程，工艺流程包括：来料清洗，烘干，HDMS增粘，冷板，涂胶，前烘，冷板，去边，曝光，后烘，冷板，显影，清洗，坚膜。光刻工艺通过上述流程将具有细微几何图形结构的光刻胶留在衬底上，再通过刻蚀等工艺将该结构转移到衬底上。

掩模版是光刻工艺中的关键耗材

掩模版的作用是将承载的电路图形通过曝光的方式转移到硅晶圆等基体材料上，从而实现集成电路的批量化生产。半导体器件和结构是通过生产工艺一层一层累计叠加形成的，芯片设计版图通常由十几层到数十层图案组成，芯片制造最关键的工序是将每层掩模版上的图案通过多次光刻工艺精准地转移到晶圆上。半导体光刻工艺需要一整套相互之间能准确套准的、具有特定图形的“光复印”掩模版，其功能类似于传统相机的“底片”。掩模版是半导体制造工艺中最关键的材料之一，其品质直接关系到最终产品的质量与良率。

掩模版是半导体平面工艺不可缺少的材料

光刻工艺是把掩模版上的IC图形通过曝光和显影等工序，转移到半导体基片表面的光刻胶上，再以所形成的抗蚀剂图形作为掩蔽层，在刻蚀工艺中可以阻挡对基片的刻蚀、在扩散工艺中可以阻挡杂志往基片内部扩散、在注入工艺中可以阻挡离子注入、在金属化工艺中可以阻挡金属膜的刻蚀形成铝引线，因此掩模版在半导体平面工艺中是不可缺少的。 掩模版在设计时有着明场和暗场之分，在其与之光刻胶（正、负胶）曝光时可以根据工艺时的需要来选择设计。

光刻技术不断发展以制造出更小线宽的集成电路

为了更加高效地制造出具有更小线宽的高端集成电路，光刻技术和光刻机也经历了众多技术上的重大革新，分辨率的不断提高和产率的不断提升，成为光刻机不断演进的主线。

掩模技术的发展与光刻技术的进步密切相关

根据光刻技术所遵循瑞利准则可知，降低入射光源波长是提升光刻系 统分辨率的有效方法之一，但光源波长并不是线性可选择的，以ASML 为例，其从g-line光刻机发展到DUV光刻机和现在的EUV光刻机，在DUV 光刻机中249nm和193nm是最常见的波长（λ），EUV光刻系统的光源波 长为13.5nm。但随着时间推移，芯片的大小呈指数级缩小，会导致特 定光源波长与要成像的晶体管尺寸的差距会持续扩大，物理衍射就会 使图像模糊。当芯片的关键尺寸小于光源波长的时候，所需要的掩模 版越来越复杂。

光刻方式不同对掩模版要求不同

光刻方式通常根据曝光方式分为接触式光刻、接近式光刻、投影式光刻三类。其中，对于曝光面积较大、分辨率要求相对较低的平板显示类产品，通常使用接近式光刻的方法，能够实现掩模图案与基底图案的1:1复制；对于曝光面积相对较小、精度与分辨率要求极为苛刻的半导体类产品，通常使用投影式光刻方法，能够实现掩模图案与基底图案的4:1或5:1复制。

掩模版研发是一个不断探索光学物理极限的过程

半导体生产工艺通常采用投影式光刻方法，在投影式光刻中，激光透过掩模版后，经过投影物镜成像到晶圆的光刻胶表面，通过掩模版对光线的遮挡或透过功能，实现掩模图案向晶圆线路图的图形转移。半导体掩模版的技术演进的过程，正是不断解决极限情况下光的干涉与衍射现象、克服物理极限的过程。

光的干涉、衍射现象等会导致CD精度大幅下降

随着掩模版的线宽和线缝越来越小，当尺寸逐渐接近光刻机的波长时，曝光过程中就会出现严重的衍射现象。光的衍射现象是指光在传播过程中，遇到尺寸与波长大小相近的障碍物时，光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布情况。这种情况在投影式光刻中尤为明显，激光通过掩模版的透光区和投影物镜后会出现显著的夫琅禾费衍射现象，导致曝光图形边缘的分辨率降低，图案边缘失真严重，CD精度大幅下降。

随着掩模版图形越来越复杂、线路密度越来越大，掩模版的透光区间距离便越来越短，此时曝光过程中就会出现显著的干涉现象。光的干涉是指两束相干光相遇而引起光的强度重新分布的现象。当掩模版的透光区间位置趋于接近时，从相邻两个透光区射出的光线频率相同、振动方向相近、相位差恒定，形成了相干光。两列或多列相干光在空间相遇时相互叠加，光强在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，出现了稳定的强弱分布现象。上述现象会造成晶圆感光时遮光区域仍有曝光、透光区域光强不足的情况，导致整体的对比度降低，CD精度大幅下降，从而严重影响了晶圆的电路图形质量。

这种由于光波衍射、干涉而使光刻图形与掩膜图形产生偏差的现象称为光学邻近效应。

光刻增强技术（RET）是掩模版向前演进的核心技术

光刻增强技术(RET: reticle enhancement technology)是 为充分利用光波的基本物理特性，挖掘光学曝光技术巨大潜 力，实现增强光刻分辨率的各种技术，是光刻中用来实现高 分辩光刻成像质量的重要手段。随着该技术的不断突破，光 刻技术得以从微米尺寸延伸至纳米尺寸。 常见的光刻增强技术主要包括离轴照明（OAI）,光学邻近校 正（OPC）,移相掩模（PSM）,次分辨率辅助图（SRAF）等方 法。大多数RET都对掩模的形状和相位进行一定程度的改动, 从而达到提高图形转移质量的目标。目前的研究和使用结果 表明,分辨率增强技术中的掩模补偿技术最基本的是两种形 式：改变掩模图形和改变掩模相位。两种技术的目的都是为 在己有的集成电路生产工艺设备基础上制造出更小的特征尺 寸,且制造出的电路和设计的电路在功能上保持一致。

计算光刻技术引入以进一步应对更小的CD精度

随着光刻技术发展到90~45nm及以下工艺节点，集成电路的CD已经进入深亚波长量级，即CD远远小于曝光波长。此时，光波的干涉和衍射效应、厚掩膜的三维效应、光波的偏振特性、光学投影物镜像差、系统误差、光刻工艺中的变化因素（如离焦、曝光剂量变化等）都将严重影响光刻成像结果，导致光刻图形产生扭曲和失真，传统的RET技术已经无法满足光刻成像误差的补偿精度要求。为此，研究人员将RET技术原理与数学建模和数值算法相结合，提出并发展了计算光刻技术。

计算光刻技术是基于光学成像和光刻工艺模型，采用数学方法对光刻系统参数和工艺参数进行独立或综合优化设计，用于提高光刻成像精度和IC制造良率，缩短IC工艺研发周期，降低IC制造成本的一类技术的总称。90nm以下技术节点必须采用计算光刻技术来提升光刻系统的成像性能。计算光刻通常包括光学邻近效应修正（OPC）、光源-掩膜协同优化技术（SMO）、多重图形技术（MPT）、反演光刻技术（ILT）等四大技术。

OPC从250nm节点被引入光刻工艺中

光学邻近校正（OPC）就是使用计算方法对掩模版上的图形做修正， 使得投影到光刻胶上的图形尽量符合设计要求。OPC是一种通过调整 光刻掩模上透光区域图形的拓扑结构，或者在掩模上添加细小的亚 分辨辅助图形，使得在光刻胶中的成像结果尽量接近掩模图形的技 术。OPC技术也是一种通过改变掩模透射光的振幅，进而对光刻系统 成像质量的下降进行补偿的一种技术。光学邻近效应矫正技术通常 分为两大类: 基于规则的技术和基于模型的技术。

光学邻近效应校正首先于250nm技术节点被引入光刻工艺中。基于 模型的光学邻近效应校正从90nm技术节点开始被广泛应用。它使用 光学模型和光刻胶化学反应模型来计算出曝光后的图形。该方法的 关键是建立精确的光刻模型，包括光学模型和光刻胶模型，为达到 较高的计算速度，这些模型都采用近似模型，其中包含一系列参数， 需要实验数据来进行拟合，以保证模型的精确度。

掩膜版市场广阔且国产渗透率较低

掩膜版市场规模是半导体材料细分的前三大

从产业链来看，掩膜版产业位于电子信息产业的上游，掩膜版是下游平板显示、半导体、触控等行业生产制造过程中的核心材料之一。掩膜版行业的发展与其下游行业的发展密切相关，下游行业市场规模的不断增长也为掩膜版行业提供了更为广阔的市场空间。 根据SEMI统计的2021年的数据，作为半导体材料的重要组成部分，掩模版占半导体材料市场规模的比例约为12%，仅次于硅片和电子特气。

半导体和平板显示是掩膜版最大的两个应用市场

掩膜版在半导体、显示面板、触摸屏、电路板等领域生产均有使用。从下游应用来看，掩膜版IC和平板显示领域使用量最多，根据华经产业研究院的统计显示，掩膜版下游细分应用中，半导体占据60%的份额，LCD占比23%份额，OLED占比5%，PCB占比2%。

2024年全球半导体材料营收达675亿美元

根据半导体行业机构SEMI的统计，2024年全球半导体材料市场收入规模达675亿美元，同比实现3.8%增长但仍低于2022年的高点。SEMI表示，整体半导体市场的复苏以及HPC、HBM 制造对先进材料需求的增加，支持了2024年材料收入的增长。 SEMI将半导体材料分解为两大领域：晶圆制造材料和封装材料。其中前一部分在2024年实现429亿美元收入，同比增长 3.3%；后者收入规模则是246亿美元，同比增长4.7%。

预计2025年国内半导体掩膜版市场规模近200亿

根据路维光电2024年年报统计显示，根据多方机构预测需求综合研判，预计2025年全球半导体掩膜版的市场规模为89.4亿美元，其中晶圆制造用掩膜版为57.88亿美元、封装用掩膜版为14亿美元，其他器件用掩膜版为17.5亿美元；2025年国内半导体掩膜版市场规模在约为187亿人民币，其中晶圆制造用掩膜版预计为100亿元人民币，封装用掩膜版预计为26亿元人民币，其他器件用掩膜版为61亿元人民币。

清溢光电、路维光电是平板显示掩模版主要国产供应商

在平板显示掩膜版领域，全球主要供应商包括福尼克斯、DNP、HOYA、LG-IT、SKE、路维光电、清溢光电等，其中： LG-IT与SKE的掩膜版产品主要布局者平板显示掩膜版领域，均拥有G11掩膜版生产线；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。在平板显示领域，美国和日韩的掩膜版厂商处于垄断地位。根据知名机构Omdia统计，2020年度全球各大掩膜版厂商平板显示掩膜版的销售金额情况前五名分别为福尼克斯、SKE、HOYA、LG-IT和清溢光电。

高端掩膜版需要更先进设备和材料配套

掩模版制造工艺流程

半导体掩模版的 生产涉及CAM、 光刻、检测三个 主要环节。 具体包括版图处 理、图形补偿、 曝光、显影、刻 蚀、清洗、缺陷 检验、缺陷修补、 参数测量、贴光 学膜等多项复杂 工艺，对补偿算 法、制程能力、 精度水平、缺陷 管控具有严格要 求，技术壁垒较 高。

CAM本质是图形数据的转换与处理

CAM版图处理是掩模版生产制造的重要环节，是芯片设计版图到掩模版图案的图像转移起点，本质是图形数据的转换与处理。半导体掩模版厂商需要获取芯片设计公司提供的芯片设计版图和晶圆制造厂商提供的制版要求，根据两者信息转换成可以被掩模版光刻机识别的掩模版图形，这一制造转换过程需要计算机辅助进行，即计算机辅助制造（CAM）。在CAM环节需要对掩模版图形进行二次加工（OPC），通过图形补偿来抵消图形偏差，使得曝光后的图形满足设计要求。CAM版图处理是掩模版制造的起点，这一工序对掩模版的制造至关重要，如果CAM版图处理无法满足客户需求或出现设计偏差则直接导致掩模版制造失败。

光刻是掩模版制造的核心工艺

光刻作为掩模版制造的核心工艺，对于掩模版产品的品质影响极其重要。光刻环节直接决定了最小线/缝宽、边缘粗糙度、关键尺寸均匀性（CD uniformity）、关键尺寸精度均值偏差（CD Mean-to-Target）等图案指标；同时光刻机平台定位的精度也直接决定了掩模版位置精度（Registration）、套刻精度（Overlay）等指标。 光刻环节主要包括曝光、显影、刻蚀和清洗，光刻是将CAM版图数据转换成激光直写系统控制数据，由计算机控制高精度激光束扫描，利用激光对涂有光刻胶的掩模基板按照设计的图档进行激光直写，从而完成了集成电路信息从CAM设计版图到掩模版图形的转移过程。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）