芯片需求急轉(zhuǎn)直下，光刻掩膜版卻供給告急，這意味著什么？

如何一句話拉近與陌生人的距離：現(xiàn)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(gè)陌生人迅速交換了聯(lián)絡(luò)方式，并投入到了激烈的討論中。

當(dāng)前，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不景氣已經(jīng)成為不爭(zhēng)事實(shí)，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(tái)積電都傳出客戶大規(guī)?？硢危?nm制程產(chǎn)能利用率跌至50％以下，然而就在這一片低迷的局勢(shì)中，芯片制造必需的掩膜版卻傳出供給告急，明年價(jià)格將再漲10%~25%。

下行周期里，到底是誰在搶掩膜版？全球市場(chǎng)格局又呈現(xiàn)出怎樣的局面？

下行的周期，逆行的MASK

光刻機(jī)對(duì)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(xiàn)為利用已設(shè)計(jì)好的圖案，通過透光與非透光方式進(jìn)行電路圖形復(fù)制，從而實(shí)現(xiàn)芯片的批量生產(chǎn)。

從數(shù)據(jù)來看，掩膜版供給告急并不是空穴來風(fēng)。公開消息顯示，以往高規(guī)格掩膜版的出貨時(shí)間為7天，現(xiàn)在拉長4~7倍至30~50天，而低規(guī)格產(chǎn)品的交貨時(shí)間也較平時(shí)增加一倍。甚至有芯片設(shè)計(jì)廠商擔(dān)憂稱，需要 30~45 個(gè)光掩膜來進(jìn)行半導(dǎo)體開發(fā)，但現(xiàn)在卻無法正確獲得。半導(dǎo)體業(yè)者透露，掩膜版電子束圖形曝光源(e-beam patterning lighters)等制造設(shè)備延后交貨，耽擱掩膜版出廠、推升產(chǎn)品價(jià)格。

那么，為什么掩膜版的需求量會(huì)如此之高？這需要從掩膜版的性質(zhì)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(gè)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(yīng)就會(huì)需要很多塊掩膜版。尤其隨著芯片制程工藝的演進(jìn)，電路圖變得越來越復(fù)雜，所需的掩膜版也越來越多。ASML數(shù)據(jù)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(dá)20層。DRAM部分，目前采用EUV技術(shù)完成約5層掩膜版量產(chǎn)，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(shù)量很多，但每塊掩膜版在轉(zhuǎn)移完版上圖形后，就不會(huì)再用到，而且在工藝驗(yàn)證過程中，一旦發(fā)生設(shè)計(jì)變動(dòng)，調(diào)整了光刻版圖，那么原本制作的光掩膜也不會(huì)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(chǎng)，還有以下兩大原因：

一是來自系統(tǒng)半導(dǎo)體，特別是高效能芯片，如車用半導(dǎo)體和自駕車芯片等需求的飆漲，而過去掩膜版擴(kuò)產(chǎn)甚為有限。

眾所周知，智能汽車所帶來的芯片市場(chǎng)規(guī)模是十分龐大的，英特爾首席執(zhí)行官Pat Gelsinger 預(yù)測(cè)，到 2030 年，汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)將翻一番，達(dá)到 1150 億美元，而高端汽車上搭載的半導(dǎo)體數(shù)量將增加 5 倍。目前，汽車領(lǐng)域已經(jīng)成為了眾多芯片廠商瞄準(zhǔn)的新賽道，甚至于三星電子和SK海力士等存儲(chǔ)廠商都已逐漸將目光投向了汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域，更不用說其他系統(tǒng)半導(dǎo)體廠商，更是扎堆涌入，在消費(fèi)電子失速的當(dāng)下，汽車迥然成為了他們的救星。

但是過去掩膜版的擴(kuò)產(chǎn)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(tái)積電等代工廠擁有自制掩膜版業(yè)務(wù)，但他們的產(chǎn)能都是自產(chǎn)自銷；另一種就是獨(dú)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(shù)仍是成熟制程，麥肯錫高級(jí)顧問Denise Lee日前指出，成熟工藝制程仍將是汽車芯片生產(chǎn)的主流，預(yù)計(jì)到2030年汽車芯片的成熟工藝制程需求將達(dá)到10%左右的復(fù)合年增長率。

與先進(jìn)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(chǎn)設(shè)備就需要投入10-20億美元，更不要說新建產(chǎn)線，凸版印刷就曾估計(jì)，以65納米節(jié)點(diǎn)為例，一條新的光掩膜生產(chǎn)線預(yù)計(jì)需投資6500萬美元。巨大的折舊成本可能與當(dāng)前掩膜版市價(jià)倒掛，長期回報(bào)率不足以激發(fā)廠商投資，這也使得過去掩膜版擴(kuò)產(chǎn)有限，因此面對(duì)現(xiàn)下蜂擁而至的需求，掩膜廠的產(chǎn)能難免有些“捉襟見肘”，供不應(yīng)求之下，市場(chǎng)自然逆行向上。

二是晶圓代工廠與IC設(shè)計(jì)廠產(chǎn)能陸續(xù)釋出，有更多新芯片完成設(shè)計(jì)定案，掩膜版開案逐步涌現(xiàn)。

臺(tái)灣光罩總經(jīng)理陳立惇先前曾分析，半導(dǎo)體需求在往下，但晶圓代工廠與設(shè)計(jì)公司的產(chǎn)能都開始松動(dòng)，但也因?yàn)橛锌粘霎a(chǎn)能，新芯片完成設(shè)計(jì)定案，掩膜版開案才能開始涌入，有更多的Tape out進(jìn)來，對(duì)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(shè)計(jì)需要的掩膜板也是不同的，自動(dòng)駕駛、5G、元宇宙等技術(shù)的發(fā)展催生出了芯片的新需求，但由于此前缺芯情勢(shì)過于嚴(yán)峻，芯片設(shè)計(jì)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(jīng)得到了明顯緩解，雖然行業(yè)景氣徹底反轉(zhuǎn)，已經(jīng)處于下行周期內(nèi)，但設(shè)計(jì)廠商想要立于不敗之地，搶奪未來市場(chǎng)仍是重中之重，隨之而來的是新芯片設(shè)計(jì)案數(shù)量的“水漲船高”，這也是IC設(shè)計(jì)廠擴(kuò)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(yīng)給代工廠。

芯片設(shè)計(jì)廠瘋狂下單，但掩膜版廠已有產(chǎn)能有限，擴(kuò)產(chǎn)也需要時(shí)間，短期內(nèi)又不會(huì)出現(xiàn)新的產(chǎn)線，這也加劇了緊張的供需關(guān)系。



掩膜版市場(chǎng)格局

國內(nèi)掩膜版行業(yè)的中高端市場(chǎng)仍主要由國外掩膜版廠商占據(jù)，市場(chǎng)集中度較高。

我國掩膜版制造主要集中在少數(shù)企業(yè)和部分科研院所。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，光掩膜市場(chǎng)呈現(xiàn)寡頭壟斷格局。

晶圓制造廠會(huì)采取自制方式對(duì)內(nèi)提供掩膜版，如英特爾、臺(tái)積電、三星等三家全球最先進(jìn)的晶圓制造廠都有自制掩膜版業(yè)務(wù)，其所用的掩膜版絕大部分由自己的專業(yè)工廠生產(chǎn)。

其它掩膜版主要被美國Photronics、日本DNP以及日本Toppan三家公司所壟斷。

國內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)如無錫華潤、無錫中微等，只能制造0.13μm以上StepperMask；對(duì)于HTM（半透膜）、GTM（灰階掩模板）、PSM（先進(jìn)相移掩模）等掩模版，主要依賴進(jìn)口。國內(nèi)晶圓代工廠龍頭中芯國際也有自制掩膜版業(yè)務(wù)。

在面板領(lǐng)域，國內(nèi)能夠配套TFT（薄膜晶體管）用掩膜版的企業(yè)只有路維光電和清溢光電，主要針對(duì)8.5代以下掩膜版，AMOLED、Gray-tone、Half-tone等掩膜版均依賴進(jìn)口。

中科院微電子所、中國電子科技集團(tuán)等科研院所內(nèi)部也有自制掩膜版。

在AMOLED（有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板）用高精度掩膜版領(lǐng)域，由于核心技術(shù)主要掌握在日本HOYA、日本SKE、PKL等海外廠商手中，而這些企業(yè)對(duì)于掩膜版的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為嚴(yán)格的封鎖。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2021年全球各大掩膜版廠商平板顯示掩膜版的銷售金額前五名分別為福尼克斯、SKE、HOYA、LG-IT和清溢光電，前五名掩膜版廠商的合計(jì)銷售額占全球平板顯示用掩膜版銷售額的比例約為88%。

上游空白掩膜版國內(nèi)自給率不斷提高

空白掩膜版的國內(nèi)自給規(guī)模進(jìn)入高增長階段 ，2030 年自給率有望 超60%?？瞻籽谀ぐ嬗纸凶鲅谀せ澹窃诨撞牧仙襄円粚咏饘巽t和感光膠后的產(chǎn)品，用于刻印圖形設(shè)計(jì)或電子信息的材料，屬于掩膜版的上游。隨著中國掩膜版行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)空白掩膜版的需求逐步提升。掩膜版廠商就近配套的戰(zhàn)略傾向，以及國產(chǎn)替代+產(chǎn)業(yè)鏈自主供應(yīng)的大趨勢(shì)下，自給率有望大幅提升。

根據(jù)中研網(wǎng)的數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)，2019 年中國空白掩膜版的市場(chǎng)規(guī)模約為 5.1 億美元（35 億元）,其中自給規(guī)模僅為 1.14 億美元，自給率 22.4%左右。2030年預(yù)計(jì)需求規(guī)模達(dá)到 11.5 億美元，同時(shí)自給規(guī)模達(dá)到 7.12 美元（48.8 億元），自給規(guī)模復(fù)合增長率高達(dá) 18.1%，自給率 61.9%。

根據(jù) SEMI 的數(shù)據(jù)，2019 年全球 IC 掩膜版的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 41 億美元；The Insight Partners預(yù)計(jì) 2027 年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 59 億美元，2019-2027 年的復(fù)合增速為 4.65%。根據(jù) SEMI 的數(shù)據(jù) 2019 年中國 IC 掩膜版的市場(chǎng)規(guī)模為 1.44 億美元，預(yù)計(jì)于 2021 年達(dá)到 1.92 億美元，復(fù)合增速高達(dá) 16.32%。隨著下游大幅擴(kuò)產(chǎn)、技術(shù)水平提升等行業(yè)發(fā)展因素，IC 掩膜版的需求有望被帶動(dòng)，參考 FPD 掩膜版行業(yè)的發(fā)展歷程，預(yù)計(jì)中國大陸的市場(chǎng)規(guī)模占比將迅速提升。

作為全球高端產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，平板顯示行業(yè)和半導(dǎo)體芯片行業(yè)是我國重點(diǎn)扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，國家和地方各級(jí)部門近年來出臺(tái)了一系列規(guī)劃和措施予以全面扶持，進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)鏈。如《關(guān)于印發(fā) 2014-2016 年新型顯示產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃的通知》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等的陸續(xù)出臺(tái)，為電子元器件行業(yè)提供了有利的政策支持，平板顯示和半導(dǎo)體等行業(yè)上升到國家戰(zhàn)略發(fā)展的高度。

路維光電FPD掩膜版全世代產(chǎn)線覆蓋，擁有國內(nèi)首條G11超高世代掩膜版產(chǎn)線，是國內(nèi)唯一一個(gè)覆蓋G2.5-G11全世代產(chǎn)線的國產(chǎn)廠商。同時(shí)，公司實(shí)現(xiàn)了250nm制程節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體掩膜版量產(chǎn)，并掌握了180nm/150nm節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體掩版制造核心技術(shù)，滿足先進(jìn)半導(dǎo)體芯片封裝和器件等應(yīng)用需求。

清溢光電是中國大陸成立最早、規(guī)模最大的掩膜版廠商之一。半導(dǎo)體芯片掩膜版技術(shù)方面，已實(shí)現(xiàn)250nm工藝節(jié)點(diǎn)的6英寸和8英寸半導(dǎo)體芯片用掩膜版的量產(chǎn)，正在推進(jìn)180nm半導(dǎo)體芯片用掩膜版的客戶測(cè)試認(rèn)證，同步開展130nm-65nm半導(dǎo)體芯片用掩膜版的工藝研發(fā)和28nm半導(dǎo)體芯片所需的掩膜版工藝開發(fā)規(guī)劃。

菲利華立足于石英玻璃領(lǐng)域，是國內(nèi)首家獲得國際領(lǐng)先半導(dǎo)體設(shè)備商認(rèn)證的供應(yīng)商，其氣熔石英玻璃材料于2011年通過了日本東京電子株式會(huì)社（TEL）半導(dǎo)體材料認(rèn)證，之后又獲得了泛林研發(fā)（Lam Research）和應(yīng)用材料公司（AMAT）等半導(dǎo)體設(shè)備商的認(rèn)證。石英股份主導(dǎo)產(chǎn)品有高純石英砂、等及多種石英器件，主要應(yīng)用于光源、光伏、半導(dǎo)體、光纖光學(xué)等領(lǐng)域。

芯片行業(yè)未來可期

一年半前，由于供應(yīng)鏈中斷，高盛估計(jì)全球多達(dá)169個(gè)行業(yè)受到了缺芯影響。為了防患于未然，某些芯片廠商出現(xiàn)重復(fù)訂購和囤貨，從而加劇了所謂“芯片短缺”的現(xiàn)象。如今芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入的“寒冬”，除了全球宏觀經(jīng)濟(jì)等因素及需求的影響，芯片產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的投機(jī)因素也從客觀上放大了這種“寒冬效應(yīng)”。

那么知道了“病根”，未來的芯片產(chǎn)業(yè)能否走出“寒冬”？

從芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史周期性看，逆周期而動(dòng)，不失為一項(xiàng)大膽的選擇，三星電子在芯片產(chǎn)業(yè)中的崛起就是很好的范例。在三星電子的發(fā)展歷程中，其曾不止一次利用“反周期投入”擴(kuò)大市場(chǎng)，在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手收縮規(guī)模時(shí)，反其道而行之，通過加大投入，擴(kuò)大產(chǎn)能，進(jìn)一步打壓價(jià)格，讓對(duì)手加劇虧損，進(jìn)而擴(kuò)大自己的市場(chǎng)份額。

芯片行業(yè)需要加大研發(fā)和創(chuàng)新力度。不可否認(rèn)，芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，持續(xù)的創(chuàng)新才是源動(dòng)力。具體到芯片企業(yè)，在保有成熟制程、擴(kuò)大市場(chǎng)份額的同時(shí)，立足于先進(jìn)制程的研發(fā)才是重中之重，畢竟芯片產(chǎn)業(yè)每當(dāng)經(jīng)歷周期性波動(dòng)之后，能夠在新的周期來臨之際領(lǐng)先的企業(yè)，都是那些始終不放棄創(chuàng)新的企業(yè)。例如英特爾歷經(jīng)數(shù)十年依然是芯片產(chǎn)業(yè)的老大，就與其任何時(shí)候都注重創(chuàng)新的投入密切相關(guān)。

以芯片產(chǎn)業(yè)之外的視角看，其仍有應(yīng)對(duì)之策。從需求端看，盡管PC、智能手機(jī)等市場(chǎng)需求低迷，但其他的市場(chǎng)依然表現(xiàn)強(qiáng)勁，未來對(duì)于芯片的需求有增無減，如汽車的半導(dǎo)體芯片。此外，芯片的基礎(chǔ)性需求本身仍在持續(xù)增加，尤其是支撐DX（數(shù)字化轉(zhuǎn)型）和GX（綠色轉(zhuǎn)型）需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，這意味著目前芯片產(chǎn)業(yè)雖然暫時(shí)回落，但之后或?qū)⒊霈F(xiàn)更為迅猛地增長。