三星縮短與臺積電差距，光掩模“功不可沒”，國產能不能替代？

據韓國媒體BusinessKorea報導，三星正在開發極紫外光(EUV) 光罩保護膜 (Pellicle) ，希望借此提高EUV系統生產芯片的良率以縮小與競爭對手臺積電的市占率差距。

據了解，光罩保護膜是一種薄膜，可保護EUV光罩表面免受空氣中微分子或污染物的影響，這對于 5nm或以下節點制程的先進制程技術的良率表現至關重要。另外，光罩保護膜也是一種需要定期更換的消耗品，而由于 EUV光刻設備的光源波長較短，因此保護膜需要較薄厚度來增加透光率。之前，硅已被用于制造光罩護膜，但石墨烯會是一種更好的材料，因為石墨烯制造的光罩保護膜比硅更薄、更透明。

目前光罩保護膜主要供應商是荷蘭ASML、日本三井化學和韓國S&S Tech。而臺積電從2019 年開始，就使用自研的EUV 光罩保護膜，并且于2021 年宣布產能比2019 年提高了20 倍。

三星曾在其“Foundry Forum 2021”上就宣布要自研EUV光罩保護膜，2023 年初開發透光率達88% 的EUV光罩護膜。按照三星說法，其EUV 光罩保護膜應已量產，有助達成供應鏈多元化和穩定。不過三星還要繼續開發，因88% 透光率護膜并不是品質最好的產品。目前，市場已有透光率達90% 以上EUV光罩保護膜廠商，一加是ASML，另一家是S&S Tech，后者2021 年成功開發透光率為90% 的EUV光罩保護膜。

報道稱，三星半導體研究所近期人才招聘資料顯示，三星正積極開發透光率92% 的EUV光罩保護膜。目前，三星也開始研究下一代High-NA EUV 護膜，將采用新材料，也將與外部機構合作，開發評估碳納米管和石墨烯EUV光罩保護膜。三星也會推動自研的納米石墨薄膜大量生產設施設計。


成熟節點光掩模缺貨嚴重

成熟節點對芯片的需求激增，加上這些幾何形狀的光掩模（也稱光罩）制造設備老化，正在引起整個供應鏈的重大擔憂。

這些問題直到最近才開始浮出水面，但對于對芯片生產至關重要的光掩模來說，它們尤其令人擔憂。28nm及以上光掩模的制造能力尤其緊張，推高了價格并延長了交貨時間。

目前尚不清楚這種情況會持續多久。光掩模制造商正在擴大產能以滿足需求，但這并不是那么簡單。成熟節點的掩模制造涉及較舊的設備，其中大部分已過時。Toppan表示，為了取代過時的光掩模工具，該行業可能需要在未來十年內投資 10 億至 20 億美元購買新設備。一些設備供應商正在為成熟節點構建新的掩膜工具，但價格更高。

掩模用作芯片設計的主模板（templates）。在流程中，IC 供應商設計了一個芯片，然后將其轉換為文件格式。然后，在光掩模設備中，基于該格式制造掩模。然后將掩模運送到晶圓廠并放置在光刻機中。光刻機通過掩模投射光，掩模將圖像圖案化在芯片上。

有兩種類型的光掩模制造商——captive 和merchant。英特爾、三星、臺積電等芯片制造商都是captive掩模制造商，生產 16/14nm 及以下的前沿掩模。有些captive（如臺積電在成熟節點制造掩膜。具有captive掩模制造業務的設備制造商生產光掩模以滿足內部要求。為外部客戶制造光掩模的商業掩模制造商在某些情況下在成熟節點和先進節點生產掩模。

對光掩模的需求反映了半導體行業的狀況。一段時間以來，業界對芯片的需求空前高漲。這反過來又推動了對所有掩膜類型的需求，尤其是成熟節點的需求。

“在 28nm 及以上，并且將繼續下去，”商業掩模供應商 Toppan 的營銷、規劃和運營支持副總裁 Bud Caverly 說。“不是每個應用都負擔得起也不需要采用 3nm 技術。將其與當今當前的需求情況相疊加，我們的晶圓廠和光掩模業務在許多地點和節點都已售罄。我們已經看到了短缺。我們需要更多的晶圓廠，而這些晶圓廠將需要更多的光掩模。”

為了滿足需求，幾家專屬掩膜制造商正在擴大其制造能力。但是，雖然captive有能力投資新產能和先進設備，但merchant掩膜制造商正面臨資本和工具投資挑戰。

“增加的專業設備需求正在推動對更大節點光掩模的需求。這些成熟的掩模節點約占光掩模總需求的 88%（預計 2022 年將超過 450,000 個單位）。這一單位數量正在推動全球掩膜業務的高產能，特別是在商業掩膜行業，”Bruker銷售和營銷經理 Michael Archuletta 說。“許多商業掩膜供應商都在使用一系列老化的制造系統，在某些情況下，他們過時的工具變得無法修復。該設備需要更換。不幸的是，歷史表明，成熟的技術節點掩膜銷售價格很低，導致利潤率很低。這意味著可用于新設備的資本投資資金有限。”

SEMI 分析師 Inna Skortsova 表示，總體而言，光掩模行業從 2020 年的 44 億美元增長到 2021 年的 50 億美元。根據 SEMI 的材料市場數據訂閱服務，到 2022 年，光掩模市場預計將達到 52 億美元。

國產光掩膜的艱難起步

光掩模并非晶圓那樣的標準化產品，往往需要根據用戶的需求來進行定制。因此光掩模的價格實則取決于供需關系。

第三方掩膜廠商并非進行簡單的加工，而是需要完成多達14個步驟才能最終交付訂單，其中不乏光刻、顯影、刻蝕、清洗、檢測等芯片核心步驟。

也就是說，光掩模廠不僅需要采購這些半導體設備，而且還要熟練運用。

整體來看，光掩模的制作是對于企業半導體綜合能力的一次考量，雖然不需要完成大量的流片工程，但也需要具備從頭到尾獨立生產的能力。

與日本廠商相比，中國第三方掩膜企業全方面落后，仍處于技術積累階段。

由于我國半導體產業整體起步較晚，因此相關企業規模較小，盈利能力較差，難以獲得有效的融資渠道，融資難一度成為阻攔我國半導體行業發展的攔路虎。

但在科創板推出后，原有的融資瓶頸被打破，很多盈利能力較弱的半導體產業鏈公司也得以上市，并逐漸擴大聲量，中國第三方光掩模企業就是科創板推出后的受益者之一。

2019年的時候，清溢光電就登陸科創板，成為首家登陸資本市場的光掩模公司；無獨有偶，路維光電也在2021年提交IPO申請書，有望成為第二家完成上市的光掩模公司。

盡管逐漸登陸資本市場，但無論營收規模還是技術實力依然差距明顯。由于光掩模不僅是半導體的必備材料，同樣是也液晶屏生產的必備材料，因此中國的光掩模企業普遍選擇“以屏帶芯”的方式，都將芯片業務放在次要的位置。

公告數據顯示，清溢光電2021年上半年總營收2.28億元，其中半導體業務營收3970萬元，約占總營收的17.4%。路維光電2020年總營收4.02億元，其中半導體業務營收8663萬元，約占總營收的21.5%。

從公司名字中都帶有光電也可以看出，光掩模企業的定義依然更偏向于顯示行業。

除戰略聚焦度差外，中國光掩模行業還存在產業鏈斷層的情況。掩膜版的關鍵上游材料基板都依賴于從日本進口。這就意味著，即使中國光掩模企業從海外巨頭手中搶得訂單，但上游材料卻依然需要從日本進口，增添了許多的無奈。

核心實力差，產業鏈斷層，這是擺在中國光掩模企業面前的實際困境。這樣的背景下，我們究竟應該如何實現破局呢？

缺失的上游產業鏈

產業鏈的缺失讓中國光掩模企業總是受制于人，但更令人遺憾的是，我國光掩模產業鏈距離打通其實僅差一點點。

半導體光掩模的上游材料是經過加工后的合成石英板，但實際上我國是并不缺少合成石英產能的，菲利華就是中國合成石英的龍頭公司。

在菲利華2019年的業績說明會上，公司董秘鄭巍在活動中表示，清溢光電正是菲利華光掩模基板的最終客戶。而清溢光電的招股書中，我們卻難以發現菲利華的名字。

難道鄭巍在說謊？當然不是，之所以清溢光電沒有選擇向菲利華直接采購，是因為缺少中間的加工環節。在掩膜基礎出廠后，實際還需要經過研磨、拋光、鍍鉻、光阻涂布等幾個精加工環節，加工后的精掩膜基板才被交付到光掩模廠商。

據路維光電招股書顯示，目前全球具備掩膜基板精加工的企業共有日本HOYA和韓國LG-IT兩家公司，其他公司是不具備掩膜和鍍鉻等加工能力的，這迫使我們只能選擇進口精加工后的基板。

也就是說，掩膜基板精加工環節的缺失導致我國光掩模企業處于被動之中。想要實現光掩模的自主替代，前提必須是打通整個上游產業鏈條，否則是沒有意義的。

對于產業鏈的缺失，無論是上游的菲利華還是下游的清溢光電，實則都是心知肚明的。因此他們都已經開始嘗試向產業中游進行拓局。

菲利華在合肥投資建立子公司光微光電，涉足TFT-LCD及半導體光掩模板精加工項目，但暫未涉及涂膠和鍍鉻領域；清溢光電同樣也在合肥布局產線，進行涂膠研發。如此來看，鍍鉻是技術環節最大的缺口。

盡管從目前來看，掩模基板依然存在技術缺口，但好的一點在于，產業上下游已經開始嘗試合力打通整個產業鏈。

尤其在科創板推出后，越來越多的資本可以投入到半導體產業的建設中，有望加速產業鏈上下的整合，補上技術方面存在的缺口。

在今年上半年，清溢光電的半導體業務增速遠高于液晶業務，半導體掩膜已經成為清溢光電的營收增長核心，并有望受益于半導體產業發展而延續增長。

放眼未來，一旦整個精加工掩膜基板產業鏈跑通，那么我國產業鏈上下游的產品附加值都有望得到大幅提升，從而真正實現國產替代，屆時掩膜企業的市場份額才更有意義。