如何一句話拉近與陌生人的距離：現在不景氣啊，都沒有單子，你家有嗎？這是筆者日前在某一電子展上的所見所聞，以此為開頭，幾個陌生人迅速交換了聯絡方式，并投入到了激烈的討論中。
當前，全球半導體產業不景氣已經成為不爭事實，裁人、砍單、縮減資本等各種降本措施層出不求，就連代工一哥臺積電都傳出客戶大規模砍單，7nm制程產能利用率跌至50％以下，然而就在這一片低迷的局勢中，芯片制造必需的掩膜版卻傳出供給告急，明年價格將再漲10%~25%。
下行周期里，到底是誰在搶掩膜版？全球市場格局又呈現出怎樣的局面？
下行的周期，逆行的MASK
光刻機對芯片制造的重要性，想必大家都有所了解，而掩膜版就是微電子制造中光刻工藝所使用的圖形母版。掩膜版（Photomask）又稱為光罩、光掩膜、光刻掩膜版等，由制造商通過光刻制版工藝將電路圖刻制于基板上制作而成，主要作用體現為利用已設計好的圖案，通過透光與非透光方式進行電路圖形復制，從而實現芯片的批量生產。
從數據來看，掩膜版供給告急并不是空穴來風。公開消息顯示，以往高規格掩膜版的出貨時間為7天，現在拉長4~7倍至30~50天，而低規格產品的交貨時間也較平時增加一倍。甚至有芯片設計廠商擔憂稱，需要 30~45 個光掩膜來進行半導體開發，但現在卻無法正確獲得。半導體業者透露，掩膜版電子束圖形曝光源(e-beam patterning lighters)等制造設備延后交貨，耽擱掩膜版出廠、推升產品價格。
那么，為什么掩膜版的需求量會如此之高？這需要從掩膜版的性質來說，在芯片制造中，掩膜版屬于不可缺少的消耗品。由于每個掩膜版所能夠繪制的電路圖是有限的，而芯片制作又需要很多不同的電路圖形，相應就會需要很多塊掩膜版。尤其隨著芯片制程工藝的演進，電路圖變得越來越復雜，所需的掩膜版也越來越多。ASML數據顯示，2021年5nm制程每片晶圓平均掩膜版層約逾10層，3nm之后，每片晶圓平均掩膜層約將倍增達20層。DRAM部分，目前采用EUV技術完成約5層掩膜版量產，明年后將提升至8到10層。雖然每片晶圓所需要的掩膜版數量很多，但每塊掩膜版在轉移完版上圖形后，就不會再用到，而且在工藝驗證過程中，一旦發生設計變動，調整了光刻版圖，那么原本制作的光掩膜也不會再使用。
上述屬性決定了掩膜版本身的需求量就很大，然而之所以能在下行周期里，還能撐起逆行市場，還有以下兩大原因：
一是來自系統半導體，特別是高效能芯片，如車用半導體和自駕車芯片等需求的飆漲，而過去掩膜版擴產甚為有限。
眾所周知，智能汽車所帶來的芯片市場規模是十分龐大的，英特爾首席執行官Pat Gelsinger 預測，到 2030 年，汽車半導體市場將翻一番，達到 1150 億美元，而高端汽車上搭載的半導體數量將增加 5 倍。目前，汽車領域已經成為了眾多芯片廠商瞄準的新賽道，甚至于三星電子和SK海力士等存儲廠商都已逐漸將目光投向了汽車半導體領域，更不用說其他系統半導體廠商，更是扎堆涌入，在消費電子失速的當下，汽車迥然成為了他們的救星。
但是過去掩膜版的擴產是十分有限的。一般來說，掩膜版制造商分為兩種，一種是英特爾、三星、臺積電等代工廠擁有自制掩膜版業務，但他們的產能都是自產自銷；另一種就是獨立于代工廠的第三方掩膜版制造商，諸如美國Photronics、日本DNP、凸版印刷等，此類廠商主要銷售的是成熟制程掩膜版，比如上述提到的車用芯片，大多數仍是成熟制程，麥肯錫高級顧問Denise Lee日前指出，成熟工藝制程仍將是汽車芯片生產的主流，預計到2030年汽車芯片的成熟工藝制程需求將達到10%左右的復合年增長率。
與先進制程掩膜版相比，成熟制程掩膜版利潤率長期處于低位，未來十年僅更新生產設備就需要投入10-20億美元，更不要說新建產線，凸版印刷就曾估計，以65納米節點為例，一條新的光掩膜生產線預計需投資6500萬美元。巨大的折舊成本可能與當前掩膜版市價倒掛，長期回報率不足以激發廠商投資，這也使得過去掩膜版擴產有限，因此面對現下蜂擁而至的需求，掩膜廠的產能難免有些“捉襟見肘”，供不應求之下，市場自然逆行向上。
二是晶圓代工廠與IC設計廠產能陸續釋出，有更多新芯片完成設計定案，掩膜版開案逐步涌現。
臺灣光罩總經理陳立惇先前曾分析，半導體需求在往下，但晶圓代工廠與設計公司的產能都開始松動，但也因為有空出產能，新芯片完成設計定案，掩膜版開案才能開始涌入，有更多的Tape out進來，對掩膜版廠來說，客戶需求反而增加，下半年需求反而比上半年好。
上述提到不同的芯片設計需要的掩膜板也是不同的，自動駕駛、5G、元宇宙等技術的發展催生出了芯片的新需求，但由于此前缺芯情勢過于嚴峻，芯片設計廠和代工廠專注于短缺芯片，無暇顧及太多新需求，而如今，缺芯情況已經得到了明顯緩解，雖然行業景氣徹底反轉，已經處于下行周期內，但設計廠商想要立于不敗之地，搶奪未來市場仍是重中之重，隨之而來的是新芯片設計案數量的“水漲船高”，這也是IC設計廠擴大下單掩膜版廠商的原因，他們需要購買新的掩膜板并供應給代工廠。
芯片設計廠瘋狂下單，但掩膜版廠已有產能有限，擴產也需要時間，短期內又不會出現新的產線，這也加劇了緊張的供需關系。
掩膜版巨頭的增產投資
雖然過去掩膜版廠商對于擴產十分謹慎，但在當前這個行業情勢下，巨頭們也是大動作頻頻，比如最近的臺灣光罩，臺灣光罩是全球第六大掩膜版制造商，最新財報顯示，臺灣光罩第三季合并營收達20.68億元，年增28%；第三季營業毛利5.42億元，年增48%；第三季營業凈利3.05億元，年增89%。
為解決掩膜版產能持續吃緊，搶先取得關鍵產能，爭取設備交機時效，臺灣光罩決定逆勢追加4.6億元資本支出，用于訂購KLA半導體檢測設備，預計于今年12月裝機，并于明年第一季創造營收，預估營收將持續二位數成長。此前，臺灣光罩主要供應給6英寸/8英寸晶圓代工廠，2019年開始更進一步跨足12英寸晶圓掩膜版市場，法人估計今年臺灣光罩掩膜版12英寸業務占比將從2021年的21%提升至30%。不僅如此，臺灣光罩40nm也預計于2022年導入量產，28nm則估計在2023年上半年導入量產，90／65nm等制程產品已量產。
早在今年3月初，臺灣光罩就召開董事會現金增資發行新股事宜，預計規劃兩年內透過現金增資募集新臺幣60億元，以支應興建廠房與購置機器設備，作為中長期產能升級計劃所需資金，該計劃完成后預計將增加20%產能，并可支持到40nm的半導體制程所需的掩膜版。當時消息顯示，除了在現有廠區擴產之外，臺灣光罩也將在苗栗銅鑼園區投資建新廠。在今年1月初，臺灣光罩還曾宣布將投資35.57億元，主要是用在擴充產能與建廠的資本支出。
掩膜版作為芯片制造的關鍵材料，半導體材料大國日本的實力自然不容小覷，擁有SKE、豪雅(HOYA)、日本DNP印刷公司（大日本印刷）、日本凸版印刷株式會社（Toppan Printing）等多家巨頭企業。今年8月，日經新聞報道稱，因看好半導體中長期旺盛需求，日本半導體材料大廠凸版印刷將通過子公司“Toppan Photomask”在2023年度之前投資約200億日元（約合人民幣10.13億元），擴大在日本及中國臺灣工廠的掩膜版產能。
Toppan Photomask是凸版印刷于今年4月剝離其光掩膜業務而成立的子公司，目的是為了更容易從外部籌集投資資金，據悉，Toppan Photomask將增設使用于5-10nm邏輯芯片、10nm等級DRAM等先進產品的掩膜版產線，先進制程產品的掩膜版產能較2020年度相比提高約2成。凸版印刷指出，短期內出現過剩情況消解的動向不奇怪，但中長期來看需求將成長。
除此之外，日經新聞2月報道稱，DNP將在2023年度之前向設在日本、中國大陸和臺灣的生產工廠投資近100億日元來增加生產線。據了解，DNP在中國臺灣、中國大陸和意大利與當地企業建立了合資公司，今后將通過增資等方式提高產能，構建可根據供求情況在短期內交貨的生產體制。DNP表示，車載和傳感器等通用性較高的中端產品所用的光掩膜處于短缺狀態，因此決定增產。
值得一提的是，就在11月10日，DSP宣布將投資200億日元，在福岡縣北九州市的黑崎工廠新建大型金屬掩膜生產線，預計2024年上半年開始運營，雖然該產線主要是用于制造OLED顯示器所需的掩膜版，而非芯片制造所需，但從一定程度上也反映出無論顯示還是芯片，對掩膜版的需求都十分旺盛。
緊追其后的國產廠商
受到掩膜版整體市場景氣度的提升，我國兩大掩膜制造商近期的股價也逆勢增長，11月10日，路維光電漲逾10%，清溢光電漲超7%，而兩家的財報數據更是喜氣洋洋。其中，龍頭廠商路維光電第三季度單季營業收入1.99億元，同比增長31.21%，歸母凈利潤為3905.37萬元，同比增長104.74%；清溢光電三季度營業總收入2.06億元，同比上升28.95%，本季度歸母凈利潤3015.41萬元，同比上升193.82%。
雖然凈利潤增幅直線飆升，但需要注意的是，兩家巨頭的大頭業務都在平板顯示領域，半導體芯片業務占比皆不足兩成（路維光電2021年半導體芯片領域占比19.68%，清溢光電2021年半導體芯片占比16.68%），不過好在隨著下游晶圓廠的話語權不斷增加，國產替代節奏有望提速，國內掩膜版廠商能力也在不斷成長。
路維光電在今年IPO中擬募資4.05億元，主要用于高精度半導體掩膜版與大尺寸平板顯示掩膜版擴產項目等。路維光電表示，募投項目會進一步將半導體掩膜版量產能力提升至130nm制程節點，并立足于自主研發、突破半導體掩膜版制造中的精度控制、缺陷控制等關鍵技術，將半導體掩膜版制作技術進一步推進至110nm/90nm/65nm等制程節點。據悉，路維光電已實現250nm制程節點半導體掩膜版的量產，掌握180nm/150nm制程節點半導體掩膜版制造核心技術能力。
清溢光電也在加快半導體芯片掩膜版布局，目前已實現250nm工藝節點的6英寸和8英寸半導體芯片用掩膜版的量產，正在推進180nm半導體芯片用掩膜版的客戶測試認證，同步開展130nm-65nm半導體芯片用掩膜版的工藝研發和28nm半導體芯片所需的掩膜版工藝開發規劃。
此外，為了進一步滿足產能，清溢光電也在積極引進所需設備，深圳工廠新引進的半導體芯片用掩膜版光刻機及配套設備已投產，提升半導體芯片和 MicroLED 顯示、硅基半導體顯示用掩膜版等產品的產能。從清溢光電去年財報數據來看，半導體芯片領域已經成為發展最快的業務，增速高達 39.42%，有望成為新的增量業務。
國內廠商在發力的同時，半導體大佬也在積極建設掩膜版廠。“中國半導體之父” 張汝京深度參與的青島芯恩項目就自建了光罩廠，2021年8月，青島芯恩正式宣布8英寸廠投片成功，投片產品為功率芯片，良率達90%以上，光罩廠也于同期完成了產品交付。而就在今年8月，張汝京主導的光罩材料產業鏈項目簽約落戶浙江嘉興，項目總投資30億元，首期投資11億元，主要從事光罩材料產業鏈相關產品的研發制造。
寫在最后
從某種意義上來說，掩膜版廠商的逆勢擴產與大硅片廠商有著“異曲同工之妙”，都是看中了半導體長期的強勁需求。DigitalJournal數據顯示，2021 年全球半導體光掩膜市場規模為 46.87 億美元，預計在預測期內以6.11%的復合年增長率增長，到2027年達到 66.9128 億美元。與集成電路產業千億美元的市場相比，這個數據可以說是微乎其微，但掩膜版對整個產業卻有著舉足輕重的作用，其質量的優劣是可以直接影響光刻的質量，進而影響到芯片的性能。
五礦證券報告顯示，未來掩膜版發展趨勢主要有 3 個方向：第一精度趨向精細化，半導體領域，先進制程工藝的演進，使其對與之配套的晶圓制造以及芯片封裝掩膜版提出了更高要求，隨著先進制程占比有望越來越大，未來掩膜版產品的精度將日趨精細化；第二尺寸趨向大型化，隨著電視尺寸趨向大型化，帶動面板基板逐步趨向大型化，直接決定了掩膜版產品尺寸趨向大型化；第三掩膜版廠商向上游產業鏈延伸，為了降低原材料采購成本，控制終端產品質量，掩膜版廠商開始陸續向上游產業鏈延伸，HOYA、LG-IT等部分企業已經具備了研磨/拋光、鍍鉻、光阻涂布等掩膜版全產業鏈的生產能力。
雖然本土掩膜版廠商已經取得了很大的進步，然而上游產業鏈的缺失也阻礙了他們發展的步伐，不過從當前整體局勢來看，想要打通整個產業鏈依舊任重而道遠，但仍要相信前方必有曙光。
更多信息可以來這里獲取==>>電子技術應用-AET<<
