半导体概念股
今天接第一篇，主要聊聊半导体材料大家庭的成员掩膜版、特种气体和光刻胶。下一篇主要讲湿电子化学品、CMP材料和靶材。
3.2、掩膜版：
掩膜版是微电子制造过程中的图形转移母版，是半导体行业生产制造过程中重要 的关键材料。掩膜版的作用是将设计者的电路图形通过曝光的方式转移到晶圆上，从而实现批量化生产。作为光刻复制图形的基准和蓝本，掩膜版是连接工业设计和工艺制造的关键，掩膜版的精度和质量水平会直接影响最终芯片产品的优品率。以晶圆制造为例，其制造过程需要经过多次曝光工艺，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，在半导体晶圆表面形成栅极、源漏极、掺杂窗口、电极接触孔等。
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。
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。
行业竞争格局：美国、日韩掩膜版厂商处于领先地位
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、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，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。
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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 寸、48 寸、55 寸电视，8.6 代线可高效切割 50 寸、58 寸电视，10.5 代线 可高效切割 65 寸、75 寸电视。
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。
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。
3.3、特种气体：制造工艺不可或缺的原材料，产品需求走向高端化
工业气体是现代工业的基础原材料，在国民经济中有着重要地位和作用。按制备 方式和应用领域的不同，工业气体可分为大宗气体和特种气体。
1）大宗气体根据制备方式的不同可分为空分气体和合成气体（空分气体是应用低温原理从空气中分离出组分的气体，合成气体是指由两种或两种以上的物质人工合成的气体），通常指纯度要求低于 5N（N 为 Nine 简写，5N 表示小数点后 5 个 9，即 0.99999），产销量大的工业气体。
2）特种气体指被应用于特定领域，对纯度、品种、性质有特殊要求的工业气体，根据具体应用不同可分为电子特气、高纯气体和标准气体，广泛应用于集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆、新能源汽车、航空航天、环保、医疗等领域。
电子特气是市场规模占比最高的特种气体。电子特气是纯度和质量稳定性最高要求最高的特种气体，纯度一般在 6N 以上。特种气体按应用领域分类可分为电子特气、医疗气体、标准气体、激光气体、食品气体、电光源气体等，电子特气在其中占比超过 60%。电子特气广泛应用于集成电路制造领域和半导体照明领域，其中集成电路制造中主要用于硅片制造、氧化、离子注入、CVD、刻蚀等环节，半导体照明中主要用于外延片制造和刻蚀环节。
国内电子特气市场高速增长，在集成电路中占比最高
全球电子特气市场稳步扩大。根据 TECHCET 数据，2021 年全球电子特气市场规模约 45.4 亿美元，预计 2022 年将达到 50 亿美元，预计 2025 年将达到 60.2 亿美元，2017-2025 年 CAGR 值为 6.2%，全球电子特气市场逐年扩增。
中国电子特气市场呈现高速增长的状态。根据中国半导体工业协会和 SEMI 数据，2021 年中国电子特气市场规模约 196 亿元，预计 2022 年将达到 220.8 亿元，2025 年达到 316.6 亿元，2016-2025 年 CAGR 值为 14.2%，主要原因是下游行业的高速发展加大企业对电子特气的需求，而国家政策一直在大力发展我国半导体产业，在政策利好与需求升级的双轮驱动下，中国电子特气市场发展迅速。
下游应用中，电子特气在集成电路中占比最高。根据亿渡数据，应用于集成电路的电子特气占比约为 43%，是电子特气占比最高的应用，此外，用于显示面板占 比 21%，LED 占比 13%，光伏 6%。集成电路中用于刻蚀和掺杂的电子特气比例最高，分别占比 36%和 34%，主要系当前制程刻蚀环节以干法刻蚀为主，电子特气是主要刻蚀剂；掺杂环节电子特气是提供掺杂元素的主要掺杂剂，所以占比较高。
行业竞争格局：高端气体被国外巨头垄断，国产替代需求提升
中国电子特气市场被被国外气体巨头垄断。市场竞争方面，全球电子特气市场市场规模占比最高的是德国林德、法国液化空气、美国空气化工和日本大阳日酸四家公司，2020 年分别占比 20.2%、15.5%、6.6%、5.5%，共 47.7%。中国电子特气市场方面也由四家公司垄断，市场份额分别为空气化工 24.8%、林德 22.6%、液化 空气 22.3%、大阳日酸 16.1%、共 85.8%。
国产特种气体主要劣势在高端气体领域落后于国外。目前国产特种气体产品主要集中于在中低端产品市场，在集成电路制造应用更广的高端特气市场，国产厂商存在产品品类不齐全，品种纯度不高等问题，因此国产电子特气主要集中于清洗 和部分蚀刻、光刻低精度环节，对掺杂、沉积以及其他刻蚀、光刻的高精度环节，主要依赖海外进口。
国产特种气体具备运输优势和价格优势。特种气体属于危险化学品，对于产品的包装和运输有很高要求，一旦发生泄漏会引起严重的后果，因此进口特种气体存 在多种不便。如国家进出口管制、交付周期长、容器规格要求高、运输不便、售后困难等。而国产特种气体不存在进出口管制问题，运输和售后也更为便利。价格方面国产特气相较于国外更低，约为 60%-80%，有助于下游企业降低生产成本。
国家政策大力扶持，助力特种气体国产化。从 2009 年开始，国家不断出台新的政策法规，来支持工业气体行业的发展，重点支持特种气体，尤其是应用于集成电路的电子级特种气体的相关研发和产业化。进入十四五后，中国工业气体工业协 会和工信部先后颁布了《中国气体工业“十四五”发展指南》和《“十四五”原 材料工业发展规划》，进一步助力特种气体的国产替代发展。
3.4、光刻胶：集成电路制造之纽带，光刻刻蚀 衔接链
光刻胶是半导体制造光刻工艺的关键材料。光刻胶为利用光化学反应进行微细加工图形转移的媒体，由成膜剂、光敏剂、溶剂和添加剂等主要成分组成的对光敏感的感光材料，被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作，是微细加工技术的关键性材料。
光刻胶按其形成的图像分类有正性、负性两大类。在光刻胶工艺过程中，涂层曝光、显影后，曝光部分被溶解，未曝光部分留下来，该涂层材料为正性光刻胶。如果曝光部分被保留下来，而未曝光被溶解，该涂层材料为负性光刻胶。
光刻胶成分主要包括溶剂、光引发剂、成膜树脂和添加剂。其中溶剂主要起溶解作用，占比 50%-90%；光引发剂是核心部分，在特定光辐射能下回产生化学反应，占比 1%-6%；成膜树脂起粘合作用，占比 10%-40%；添加剂分为单体和助剂，主要对光化学反应和整体性能起调节作用，占比小于 1%。
光刻胶按照用途主要分为半导体用光刻胶、平板显示用光刻胶和 PCB 光刻胶三类。自 1959 年被发明以来就应用于半导体产业，是半导体工业最核心的工艺材料之 一；随后光刻胶被改进运用到印制电路板的制造工艺，成为 PCB 生产的重要材料；二十世纪 90 年代，光刻胶又被运用到平板显示的加工制作，对平板显示面板的大 尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用。
不同品类半导体用光刻胶应用于不同制程节点。光刻胶根据对应波长，主要品类 分为紫外光谱（300-450nm）、g-line（436nm）、i-line（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）和 EUV（13.5nm）。目前 g-line、i-line 广泛应用于 0.5um 以上和 0.5-0.35um 制程，KrF 多应用于 0.25-0.13um，ArF 应用于 130-7nm，EUV 应用于 7nm 及以下。
全球光刻胶市场与国内光刻胶市场稳定扩增。根据 reportlinker 数据，2019 年全球光刻胶市场规模为 82 亿美元，预计 2021 年市场规模约 92 亿美元，预计 2026 年将达到 123 亿美元，2019-2026 年 CAGR 值为 5.9%。根据中商情报网数据，2017 年中国光刻胶市场规模为 58.7 亿元，2021 年中国光刻胶市场规模为 93.3 亿元，预计 2022 年达到 98.7 亿元，2017-2022CAGR 值为 10.9%，保持稳定增长。
光刻胶细分市场中，KrF、ArF 市场占比最高。截至 2021 年，KrF、ArF、ArFi 市 场规模为 6.9 亿美元、1.96 亿美元和 7.59 亿美元，市场占比 34.7%、9.9%和 38.2%； g&i line 光刻胶市场 2.92 亿美元，市场占比 14.7%；EUV 光刻胶市场为 0.51 亿美元，市场占比 2.6%，KrF、ArF 光刻胶市场占比最高，覆盖了 250nm-7nm 的绝大 部分制程。
出货量 EUV 光刻胶 CAGR 增速最快，KrF、ArFi 保持高增速。根据 TECHCET 数据，2020 年 g&i line、KrF、ArF、ArFi、EUV 光刻胶出货量分别为 3658 千升、3307 千升、549 千升、1190 千升、18 千升，预计到 2025 年将分别增长至 4048 千升、4965 千升、602 千升、1630 千升、145 千升，2020-2025 年 CAGR 中，EUV 光刻胶增速最高为 51.8%，KrF、ArFi 分别为 8.5%和 6.5%，g&i line、ArF 增速为 2%、1.8%。
下游出货量应用于 Logic 和 NVM 出货量增长较多，DRAM 保持持平。从下游出货情 况看，2021 年 Logic、DRAM、NVM 出货量分别为 5954、1565、1853 千升，预计到 2025 年将分别增加至 6774、1615、3002 千升。Logic 和 NVM 出货量增长较多，主 要系先进制程发展增加了光刻步骤数及存储器的快速放量。
光刻胶产业从欧美转向日本。在集成电路制造业精细加工从微米级、亚微米级、深亚微米级进入到纳米级水平的过程中，光刻胶起着举足轻重的作用，全球光刻胶供应市场高度集中，核心技术一直掌握在日、美等国际大公司手中。光刻胶产业早先被欧美厂商主导，1950 年，德国 Kalle 公司率先发明 g 线、i 线光刻胶； 1980 年，IBM 研制成功 KrF 光刻胶技术；1995 年，东京应化研发出 KrF 正性光刻胶迅速开始占领光刻胶市场；此后，日本企业开始统治光刻胶市场。JSR 和东京 应化先后于 2000 和 2001 年推出了 ArF 光刻胶产品；2002 年，东芝开发出 22nm 的低分子 EUV 光刻胶。
光刻胶核心市场主要被国外厂商占据。截止 2021 年，美日韩企业占据了 88%的光 刻胶市场份额，其中东京应化 27%、陶氏 17%、合成橡胶 13%、住友化学 12%、韩国东进 11%、富士胶片 8%。光刻胶组分决定了光刻胶的质量，也是光刻胶技术壁垒所在。国内知名光刻胶企业包括南大光电、晶瑞电材、彤程新材、上海新阳等。由于我国光刻胶产业起步较晚，目前市场份额占比较低。
国内光刻胶生产集中于 PCB 光刻胶，半导体光刻胶和平板显示光刻胶具有光阔的国产替代空间。根据 Research in China 数据，全球光刻胶市场三大组成部分是 半导体光刻胶、平板显示光刻胶和 PCB 光刻胶，市场份额分别为 23.3%、25.9%和 23.6%。半导体光刻胶在三者中是技术难度相对高、成长性好的细分市场。目前我国半导体光刻胶和平板显示光刻胶制造能力仍较弱，只占整体生产结构的 2%和 3%，主要生产技术水平较低的 PCB 用光刻胶，占整体生产结构中的 94%，半导体光刻胶及面板光刻胶国产替代空间广阔。
晶圆厂扩产叠加贸易摩擦，刺激光刻胶国产替代需求。2022-2025 年是国内晶圆厂产线投产期，外部压力增大，国产光刻胶进入认证窗口。受益于 5G 通讯、新能源汽车等行业快速发展，半导体行业进入迅速扩张期。据 SEMI 统计，预计至 2024 年底，中国国内将建立 31 座大型晶圆厂，主要集中于成熟制程，随着晶圆厂产线投产，光刻胶验证进入导入期。另一方面由于中美贸易冲突，刺激光刻胶国产替代需求，国产光刻胶发展迎来机遇。
光刻胶配套材料市场规模不断提升。在光刻胶使用过程中，光刻胶配套材料是光刻胶使用过程中不可或缺的一部分。包括稀释剂、显影液、漂洗液、蚀刻液、去胶液等，主要采用基础化工原料，包括氢氟酸、异丙醇、硝酸、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、无水乙醇、双氧水、硫酸、氢氧化钠等制造。根据 SEMI 数据，全球半导体光刻胶配套材料市场规模稳步增长，2016 年为 19.1 亿美元，2021 年达到 了 32.3 亿美元，CAGR 为 11.1%。
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