半导体关键材料陷供应紧缺,光掩膜版市场需求不断增加

电子芯技术 2022-11-14
1766 字丨阅读本文需 5 分钟

尽管半导体行业整体景气欠佳,但是却有一类关键材料陷入供应紧缺。

据韩国ET News报道,半导体光掩膜供应紧缺,多家光掩膜主要供应商在手订单高企,包括Photronics、Toppan、DNP等。

以往正常情况下,高规格光掩膜产品出货时间为7天,如今已拉长至30-50天,是原有时长的4-7倍;低规格产品交付时间也较往日增长1倍。

业内担忧,明年这一材料价格或较今年高点再涨10%-25%,交付时间或将进一步延长。

眼下半导体行业寒冬未过,光掩膜的价格却逆势走高,这一情况颇为罕见。实际上,供需之间的鸿沟主要来自两方面:

其一,半导体厂商透露,光掩膜电子束蚀刻等设备交付延后,导致光掩膜生产受阻。

其二,则来源于需求端。据了解,飙升的需求主要来自系统级芯片,特别是车用芯片、自动驾驶芯片等高性能芯片。下游领域的旺盛需求驱动着IC设计厂扩大下单,由此加剧光掩膜需求。

在这种情况下,业内人士预计,半导体代工厂商生产日程或将进一步推后,而代工价格将随之抬升;而近期逐渐开始缓解的汽车缺芯问题,或将重新转向短缺。

公开资料显示,在半导体制造流程中,需使用光蚀刻技术,在芯片上形成图形。而为了将图形复制在晶圆上,必须借助光掩膜的帮助——这一流程类似与冲洗相片时,利用底片将图像复制至相片上,因此光掩膜也被称为光刻工艺的“底片”。

光掩膜版产业链上游为掩膜基板、光学膜、化学试剂等零部件供应商;中游为日本HOYA、日本DNP、韩国LG-IT、日本SKE、中芯国际、清溢光电等光掩膜版制造商;下游为半导体、LED芯片、显示面板、触控板等应用领域。

从上游来看,根据材质不同,掩膜基板可分为树脂基板和玻璃基板。其中玻璃基板包括石英玻璃、苏打玻璃、硼硅玻璃基板等,石英玻璃基板具有耐磨性好、热膨胀率低、光学透过率高、使用寿命长等特点,是目前掩膜基板主流产品。

从中游来看,目前全球光掩膜版市场由日本、韩国、美国企业占据主要份额,本土企业仅有中芯国际等代工厂会自制半导体掩膜版以及清溢光电在平板显示掩膜版领域具有优势。目前国产光掩膜版产品主要集中在中低端市场,且市场国产化程度较低,在高端市场,国产光掩膜版产品还是一片空白。未来国内企业还需不断加大技术研发力度及产品创新力度,进而推动国产替代进程不断加快。

掩模版市场规模

光掩膜全球市场规模逐年增长。根据SEMI 公布的数据显示,2017年全球半导体芯片掩膜版市场达37 亿美元,同比增长13%;2019年,全球市场规模约 43亿美元。

国内需求方面,2019年,中国半导体光掩膜市场达到1.44 亿美元,从玻璃基板的具体需求量来看,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,首次赶超FPD(平板显示)光掩膜玻璃基板需求量。

根据数据显示,2022年,中国集成电路市场规模将达11397亿元;2020年中国半导体掩膜版市场规模约为53亿元,预计2025年市场有望达到94亿元。

掩模版竞争格局

在半导体领域,光掩膜生产应商可以分为晶圆厂/IDM厂自行配套的工厂和独立第三方光掩膜厂商两大类,包括英特尔、三星、台积电、中芯国际、华润微(迪思微)等均有自制掩模版业务。由于掩膜版涉及Foundry 厂技术机密,因此Foundry 厂先进制程(45nm以下)所用的掩膜版大部分由自己的专业工厂生产,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,Foundry厂为了降低成本,更倾向于向独立第三方掩膜版厂商进行采购。

各厂商市场规模占比中,晶圆厂/IDM厂占比稳步提升,2008年占比仅为 39%,2018 年已达到64%,2019年达到 65%,独立第三方掩膜厂商占比35%。

全球独立第三方掩膜版厂商主要集中在日本和美国,包括日本Toppan(凸版印刷)、日本DNP(大日本印刷)、美国Photronics(福尼克斯)、日本HOYA(豪雅)、日本SKE(SK电子)、韩国 LG-IT(LGInnotek,LG集团子公司)等,此外还有中国厂商中国台湾光罩、路维光电和清溢光电等。

国内掩模版发展痛点

1、由于掩膜版是设计和制造的重要衔接,晶圆制造厂商都有自己的专业工厂来生产自身需要的掩膜版。像英特尔、三星这样的国际大厂,都将掩膜制造工艺紧紧握在手里,建立了自己的掩膜厂。因此先进的掩膜版技术也是掌握在具有先进晶圆制造制程的晶圆厂手中

2、半导体掩膜版投入高、规模小、技术精密度高、且产品零缺陷等特点,让很多担心无回报的公司望而却步,国内规模化、市场化的掩膜版企业寥寥无几。国内专业生产掩膜版且企业规模较大的有:路维光电、清溢光电、中芯国际,但路维光电、清溢光电主要是做显示屏用光掩膜版。

3、2大技术难点:一是材料的透光性,要做到光罩100%不透光而且基板100%透光;第二个是提纯技术,需要将石英提纯到电子级(最低纯度要求99.9999%)。由于之前我国技术不成熟,只能是将石英石运送到国外,经过研磨、精炼、提纯等一系列高难度工艺,加工成为石英锭,然后高价回购。这一进一出,价格有天壤之别,石英石出口价400美元/吨,石英锭进口价10000美元/吨。

文章来源: 竞泰资本,新思界网,半导体前沿

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