三星缩短与台积电差距，光掩模“功不可没”，国产能不能替代？

据韩国媒体BusinessKorea报导，三星正在开发极紫外光(EUV) 光罩保护膜 (Pellicle) ，希望借此提高EUV系统生产芯片的良率以缩小与竞争对手台积电的市占率差距。

据了解，光罩保护膜是一种薄膜，可保护EUV光罩表面免受空气中微分子或污染物的影响，这对于 5nm或以下节点制程的先进制程技术的良率表现至关重要。另外，光罩保护膜也是一种需要定期更换的消耗品，而由于 EUV光刻设备的光源波长较短，因此保护膜需要较薄厚度来增加透光率。之前，硅已被用于制造光罩护膜，但石墨烯会是一种更好的材料，因为石墨烯制造的光罩保护膜比硅更薄、更透明。

目前光罩保护膜主要供应商是荷兰ASML、日本三井化学和韩国S&S Tech。而台积电从2019 年开始，就使用自研的EUV 光罩保护膜，并且于2021 年宣布产能比2019 年提高了20 倍。

三星曾在其“Foundry Forum 2021”上就宣布要自研EUV光罩保护膜，2023 年初开发透光率达88% 的EUV光罩护膜。按照三星说法，其EUV 光罩保护膜应已量产，有助达成供应链多元化和稳定。不过三星还要继续开发，因88% 透光率护膜并不是品质最好的产品。目前，市场已有透光率达90% 以上EUV光罩保护膜厂商，一加是ASML，另一家是S&S Tech，后者2021 年成功开发透光率为90% 的EUV光罩保护膜。

报道称，三星半导体研究所近期人才招聘资料显示，三星正积极开发透光率92% 的EUV光罩保护膜。目前，三星也开始研究下一代High-NA EUV 护膜，将采用新材料，也将与外部机构合作，开发评估碳纳米管和石墨烯EUV光罩保护膜。三星也会推动自研的纳米石墨薄膜大量生产设施设计。


成熟节点光掩模缺货严重

成熟节点对芯片的需求激增，加上这些几何形状的光掩模（也称光罩）制造设备老化，正在引起整个供应链的重大担忧。

这些问题直到最近才开始浮出水面，但对于对芯片生产至关重要的光掩模来说，它们尤其令人担忧。28nm及以上光掩模的制造能力尤其紧张，推高了价格并延长了交货时间。

目前尚不清楚这种情况会持续多久。光掩模制造商正在扩大产能以满足需求，但这并不是那么简单。成熟节点的掩模制造涉及较旧的设备，其中大部分已过时。Toppan表示，为了取代过时的光掩模工具，该行业可能需要在未来十年内投资 10 亿至 20 亿美元购买新设备。一些设备供应商正在为成熟节点构建新的掩膜工具，但价格更高。

掩模用作芯片设计的主模板（templates）。在流程中，IC 供应商设计了一个芯片，然后将其转换为文件格式。然后，在光掩模设备中，基于该格式制造掩模。然后将掩模运送到晶圆厂并放置在光刻机中。光刻机通过掩模投射光，掩模将图像图案化在芯片上。

有两种类型的光掩模制造商——captive 和merchant。英特尔、三星、台积电等芯片制造商都是captive掩模制造商，生产 16/14nm 及以下的前沿掩模。有些captive（如台积电在成熟节点制造掩膜。具有captive掩模制造业务的设备制造商生产光掩模以满足内部要求。为外部客户制造光掩模的商业掩模制造商在某些情况下在成熟节点和先进节点生产掩模。

对光掩模的需求反映了半导体行业的状况。一段时间以来，业界对芯片的需求空前高涨。这反过来又推动了对所有掩膜类型的需求，尤其是成熟节点的需求。

“在 28nm 及以上，并且将继续下去，”商业掩模供应商 Toppan 的营销、规划和运营支持副总裁 Bud Caverly 说。“不是每个应用都负担得起也不需要采用 3nm 技术。将其与当今当前的需求情况相叠加，我们的晶圆厂和光掩模业务在许多地点和节点都已售罄。我们已经看到了短缺。我们需要更多的晶圆厂，而这些晶圆厂将需要更多的光掩模。”

为了满足需求，几家专属掩膜制造商正在扩大其制造能力。但是，虽然captive有能力投资新产能和先进设备，但merchant掩膜制造商正面临资本和工具投资挑战。

“增加的专业设备需求正在推动对更大节点光掩模的需求。这些成熟的掩模节点约占光掩模总需求的 88%（预计 2022 年将超过 450,000 个单位）。这一单位数量正在推动全球掩膜业务的高产能，特别是在商业掩膜行业，”Bruker销售和营销经理 Michael Archuletta 说。“许多商业掩膜供应商都在使用一系列老化的制造系统，在某些情况下，他们过时的工具变得无法修复。该设备需要更换。不幸的是，历史表明，成熟的技术节点掩膜销售价格很低，导致利润率很低。这意味着可用于新设备的资本投资资金有限。”

SEMI 分析师 Inna Skortsova 表示，总体而言，光掩模行业从 2020 年的 44 亿美元增长到 2021 年的 50 亿美元。根据 SEMI 的材料市场数据订阅服务，到 2022 年，光掩模市场预计将达到 52 亿美元。

国产光掩膜的艰难起步

光掩模并非晶圆那样的标准化产品，往往需要根据用户的需求来进行定制。因此光掩模的价格实则取决于供需关系。

第三方掩膜厂商并非进行简单的加工，而是需要完成多达14个步骤才能最终交付订单，其中不乏光刻、显影、刻蚀、清洗、检测等芯片核心步骤。

也就是说，光掩模厂不仅需要采购这些半导体设备，而且还要熟练运用。

整体来看，光掩模的制作是对于企业半导体综合能力的一次考量，虽然不需要完成大量的流片工程，但也需要具备从头到尾独立生产的能力。

与日本厂商相比，中国第三方掩膜企业全方面落后，仍处于技术积累阶段。

由于我国半导体产业整体起步较晚，因此相关企业规模较小，盈利能力较差，难以获得有效的融资渠道，融资难一度成为阻拦我国半导体行业发展的拦路虎。

但在科创板推出后，原有的融资瓶颈被打破，很多盈利能力较弱的半导体产业链公司也得以上市，并逐渐扩大声量，中国第三方光掩模企业就是科创板推出后的受益者之一。

2019年的时候，清溢光电就登陆科创板，成为首家登陆资本市场的光掩模公司；无独有偶，路维光电也在2021年提交IPO申请书，有望成为第二家完成上市的光掩模公司。

尽管逐渐登陆资本市场，但无论营收规模还是技术实力依然差距明显。由于光掩模不仅是半导体的必备材料，同样是也液晶屏生产的必备材料，因此中国的光掩模企业普遍选择“以屏带芯”的方式，都将芯片业务放在次要的位置。

公告数据显示，清溢光电2021年上半年总营收2.28亿元，其中半导体业务营收3970万元，约占总营收的17.4%。路维光电2020年总营收4.02亿元，其中半导体业务营收8663万元，约占总营收的21.5%。

从公司名字中都带有光电也可以看出，光掩模企业的定义依然更偏向于显示行业。

除战略聚焦度差外，中国光掩模行业还存在产业链断层的情况。掩膜版的关键上游材料基板都依赖于从日本进口。这就意味着，即使中国光掩模企业从海外巨头手中抢得订单，但上游材料却依然需要从日本进口，增添了许多的无奈。

核心实力差，产业链断层，这是摆在中国光掩模企业面前的实际困境。这样的背景下，我们究竟应该如何实现破局呢？

缺失的上游产业链

产业链的缺失让中国光掩模企业总是受制于人，但更令人遗憾的是，我国光掩模产业链距离打通其实仅差一点点。

半导体光掩模的上游材料是经过加工后的合成石英板，但实际上我国是并不缺少合成石英产能的，菲利华就是中国合成石英的龙头公司。

在菲利华2019年的业绩说明会上，公司董秘郑巍在活动中表示，清溢光电正是菲利华光掩模基板的最终客户。而清溢光电的招股书中，我们却难以发现菲利华的名字。

难道郑巍在说谎？当然不是，之所以清溢光电没有选择向菲利华直接采购，是因为缺少中间的加工环节。在掩膜基础出厂后，实际还需要经过研磨、抛光、镀铬、光阻涂布等几个精加工环节，加工后的精掩膜基板才被交付到光掩模厂商。

据路维光电招股书显示，目前全球具备掩膜基板精加工的企业共有日本HOYA和韩国LG-IT两家公司，其他公司是不具备掩膜和镀铬等加工能力的，这迫使我们只能选择进口精加工后的基板。

也就是说，掩膜基板精加工环节的缺失导致我国光掩模企业处于被动之中。想要实现光掩模的自主替代，前提必须是打通整个上游产业链条，否则是没有意义的。

对于产业链的缺失，无论是上游的菲利华还是下游的清溢光电，实则都是心知肚明的。因此他们都已经开始尝试向产业中游进行拓局。

菲利华在合肥投资建立子公司光微光电，涉足TFT-LCD及半导体光掩模板精加工项目，但暂未涉及涂胶和镀铬领域；清溢光电同样也在合肥布局产线，进行涂胶研发。如此来看，镀铬是技术环节最大的缺口。

尽管从目前来看，掩模基板依然存在技术缺口，但好的一点在于，产业上下游已经开始尝试合力打通整个产业链。

尤其在科创板推出后，越来越多的资本可以投入到半导体产业的建设中，有望加速产业链上下的整合，补上技术方面存在的缺口。

在今年上半年，清溢光电的半导体业务增速远高于液晶业务，半导体掩膜已经成为清溢光电的营收增长核心，并有望受益于半导体产业发展而延续增长。

放眼未来，一旦整个精加工掩膜基板产业链跑通，那么我国产业链上下游的产品附加值都有望得到大幅提升，从而真正实现国产替代，届时掩膜企业的市场份额才更有意义。