光罩，也稱為光掩模版，在IC制造過程中，其作用是將設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行顯影，將圖形投影在晶圓上，利用光刻技術(shù)進(jìn)行蝕刻。光罩是以石英玻璃為襯底，其上鍍以金屬鉻層及感光膠層，當(dāng)鍍膜石英玻璃上的圖像可以覆蓋整個(gè)晶圓時(shí)，即稱之為光罩。光罩是半導(dǎo)體光刻工藝中所需的高精密工具。

芯片制造整個(gè)過程中會(huì)經(jīng)歷幾百道工序，需要多張光罩來完成曝光任務(wù)，制程工藝越先進(jìn)，對光罩的消耗量越多，例如14nm芯片需要60張左右的光罩，而7nm芯片則需要超過80張光罩，并且對光罩的精度要求也在不斷提高。

本土光罩廠的興起

光罩廠分為自建和獨(dú)立兩種。中芯國際和臺(tái)積電的光罩廠就屬于自建，而凸版和大日本印刷(DNP)這樣的就是獨(dú)立光罩廠。2020年以前，國內(nèi)有能力生產(chǎn)相對高端前道光掩模的光罩廠除了中芯國際，就只有凸版和廈門的PDMC(美日豐創(chuàng))這樣的外資或合資企業(yè)了。

盡管在封測領(lǐng)域清溢光電已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大量而穩(wěn)定的出貨，在FPD領(lǐng)域路維光電的國產(chǎn)G11光罩產(chǎn)線也已經(jīng)建立，但是在集成電路前道領(lǐng)域高端國產(chǎn)光罩廠則是長期處于缺位的狀態(tài)，直到近些年才有所改觀。

但是2020年以后，隨著泉益光電和青島芯恩作為新的獨(dú)立和自建光罩廠的代表成長起來，并向各自的客戶出貨之后，國內(nèi)的新光罩廠也如同雨后春筍開始大量建設(shè)投產(chǎn)了。在《上海市先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》中，也提出了提升強(qiáng)化高端掩模板(光罩)的本土配套能力的要求。中芯國際在經(jīng)歷了美國多輪禁運(yùn)制裁后，也艱難實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)制程所需的高端光罩的工藝研發(fā)并投入量產(chǎn)。除此之外，建廠達(dá)人張汝京博士也在嘉興參與光罩基板的研發(fā)和制造項(xiàng)目，為這種先進(jìn)材料的國產(chǎn)化貢獻(xiàn)力量，這便是后話了。

晶圓制造的原材料是硅片，而光罩制造的材料是光罩基板，目前全球范圍內(nèi)，先進(jìn)的前道光罩基板供應(yīng)商僅有日本豪雅和信越以及韓國的S&ST，相比12寸大硅片，光罩基板的技術(shù)要求更高，壟斷程度也更高。所以張汝京博士參與的光罩基板項(xiàng)目的意義之重大，便可想而知。

目前，隨著需求的增長，中微光掩模，華潤微旗下的迪斯光掩模以及中芯自建的光罩廠都在積極擴(kuò)建，升級產(chǎn)能和工藝。此外還有新玩家加入了光罩廠的行列，一些準(zhǔn)備自建光罩廠的晶圓廠也在伺機(jī)而動(dòng)。可見，本土市場已經(jīng)認(rèn)識到了光罩廠的重要性。


為何光罩廠要擴(kuò)建

如同晶圓廠一樣，光罩廠也需要在無塵室中運(yùn)營，遵守半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)品控制和質(zhì)量管理原則。單片光罩的生產(chǎn)周期也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶圓，設(shè)備本身也耗資巨大，因此常年以來，光罩生產(chǎn)的設(shè)備和材料也好，還是光罩廠本身也好，都是固定的玩家隊(duì)伍，鮮有新鮮血液的流入。但隨著近些年的國際環(huán)境和行業(yè)情況發(fā)生了變化，使得大量新光罩廠的興建和舊光罩廠的擴(kuò)產(chǎn)得以順利推進(jìn)。

首先，由于近年來美國制裁的影響和一些獨(dú)立光罩廠的出貨周期大幅延長甚至受限，使得晶圓廠開始考慮自主可控并且安全的供應(yīng)鏈。對于原本被第三方外資把持的本土光罩制造行業(yè)來說，本土獨(dú)立光罩廠的強(qiáng)勢崛起背后有著強(qiáng)大的需求保障。不僅是出貨量的需求，大陸地區(qū)的凸版和PDMC的光罩生產(chǎn)能力，不足以滿足本土先進(jìn)制程的產(chǎn)線，而具有先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)光罩生產(chǎn)能力的新本土光罩廠在產(chǎn)品競爭力上也給出了滿意的答復(fù)！

其次，隨著國內(nèi)的芯片產(chǎn)能增量巨大，芯片設(shè)計(jì)公司也相繼推出了各種不同類型和型號的芯片，使得所需的光罩種類和數(shù)量激增，自主可控的本土光罩廠也成為一種確保交期的可選項(xiàng)，無論是自建還是獨(dú)立光罩廠都能在這巨大的市場中分到一杯羹。如下表所示，在2022年，國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)參與的所有芯片種類設(shè)計(jì)的銷售額都有很大增長，現(xiàn)有市場的光罩產(chǎn)能明顯已經(jīng)無法滿足需求。同時(shí)計(jì)算機(jī)，通信和消費(fèi)類芯片所需先進(jìn)制程比例很高，光罩?jǐn)?shù)量的需求進(jìn)一步擴(kuò)大。

所以，由于光罩的需求激增，獨(dú)立光罩廠的價(jià)格不僅上漲10～25%，甚至連交期也延長到原來的4～7倍，這對于晶圓廠來說自然是難以接受的?；谏鲜隼碛?，新光罩廠的建立和現(xiàn)有光罩廠的擴(kuò)產(chǎn)成為了本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。同時(shí)，不僅僅是光罩產(chǎn)能，光罩基板的需求也是關(guān)鍵。就像做菜，有了灶頭，也不能沒有下鍋的菜，也就不難理解國產(chǎn)光罩基板項(xiàng)目的重要性了。

當(dāng)下，無論是晶圓廠還是光罩廠的建設(shè)都如火如荼，背后不僅僅是來自美國制裁的影響，更是基于本土市場強(qiáng)烈的需求增長。相比晶圓廠，光罩廠的材料和設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于晶圓廠。盡管激進(jìn)地追求全盤國產(chǎn)化并不可取，但是這背后的需求也是本土材料和設(shè)備供應(yīng)商的藍(lán)海，前景廣闊。

目前，本土光罩廠所生產(chǎn)的光罩已經(jīng)覆蓋了28nm以上的成熟制程節(jié)點(diǎn)，并積極為擴(kuò)大先進(jìn)制程的需求做進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)。但同時(shí)我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，除了設(shè)備工藝能力的限制外，本土光罩廠對先進(jìn)光罩包括成熟光罩在內(nèi)的認(rèn)識還是有欠缺的。本土光罩廠應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)與設(shè)備以及材料供應(yīng)商的合作，加深對工藝的理解，合作開發(fā)更適合自身的定制化設(shè)備和軟件功能，全方位提升光罩的性能指標(biāo)和良率。

隨著這些年國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，無論是晶圓廠或是光罩廠都出現(xiàn)了巨大的人才缺口，因此整個(gè)人才體系的培養(yǎng)和建立也必須建立在循序漸進(jìn)的基礎(chǔ)上，頻繁的人員流動(dòng)帶來的傷害是巨大的，這點(diǎn)必須被清醒地認(rèn)識到。去年10月7日的美國禁令又一次充分使我們認(rèn)識到，依靠高薪的外部人員引進(jìn)并不能長久，只有土生土長的人才和技術(shù)才能落地生根，枝繁葉茂。

EUV光掩膜自制市場為主

由于較多的中國新興企業(yè)的積極投資和設(shè)計(jì)活動(dòng)，給光刻膜（Lithography Mask）帶來了正面因素，但是隨著越來越多的尖端工藝采用EUV，未來很難再出現(xiàn)較大的市場增長。如今，外部的光掩膜經(jīng)銷商及廠家多以光刻為主戰(zhàn)場，未來很可能陷入難以拓展業(yè)務(wù)的僵局。前景較好的EUV光掩膜基本沒有希望從自制轉(zhuǎn)為外購。

在2018年-2019年期間，自制光掩膜企業(yè)的制造產(chǎn)能吃緊，因此外購市場上出現(xiàn)了巨大的二次需求，但未來是否會(huì)持續(xù)，仍存在疑問。因此，外部銷售商廠家能從半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家（以外部采購為基本方針的廠家）獲得多少訂單是他們生存的關(guān)鍵。

能否開拓中國本土客戶是拓展未來業(yè)務(wù)的關(guān)鍵。目前在中國，很多新興企業(yè)不斷涌現(xiàn)，大多數(shù)公司不得不依靠對外采購來擺脫技術(shù)障礙。一直以來，光掩膜市場的自制率都在擴(kuò)大，而由于中國市場的興起，未來自制率將會(huì)出現(xiàn)下滑。

我國是全球最大的電子、汽車生產(chǎn)國，芯片年需求量大，在進(jìn)口芯片難度增大情況下，國產(chǎn)芯片受關(guān)注度不斷提高，這為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起提供機(jī)會(huì)，將會(huì)拉動(dòng)半導(dǎo)體相關(guān)配套產(chǎn)品需求量增長。光罩作為半導(dǎo)體光刻工藝的重要組成部分，行業(yè)也將迎來發(fā)展機(jī)遇。