誰(shuí)在搶奪掩膜版？
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當前，全球半導體產(chǎn)業(yè)不景氣已經(jīng)成為不爭事實(shí)，裁人、砍單、縮減資本等各種降本措施層出不求，就連代工一哥臺積電都傳出客戶(hù)大規?？硢?，7nm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(shuí)在搶掩膜版？全球市場(chǎng)格局又呈現出怎樣的局面？
01.下行的周期，逆行的MASK
▲圖源：中泰證券從數據來(lái)看，掩膜版供給告急并不是空穴來(lái)風(fēng)。公開(kāi)消息顯示，以往高規格掩膜版的出貨時(shí)間為7天，現在拉長(cháng)4~7倍至30~50天，而低規格產(chǎn)品的交貨時(shí)間也較平時(shí)增加一倍。甚至有芯片設計廠(chǎng)商擔憂(yōu)稱(chēng)，需要 30~45 個(gè)光掩膜來(lái)進(jìn)行半導體開(kāi)發(fā)，但現在卻無(wú)法正確獲得。半導體業(yè)者透露，掩膜版電子束圖形曝光源(e-beam patterning lighters)等制造設備延后交貨，耽擱掩膜版出廠(chǎng)、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(lái)說(shuō)，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，相應就會(huì )需要很多塊掩膜版。
尤其隨著(zhù)芯片制程工藝的演進(jìn)，電路圖變得越來(lái)越復雜，所需的掩膜版也越來(lái)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(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量很多，但每塊掩膜版在轉移完版上圖形后，就不會(huì )再用到，而且在工藝驗證過(guò)程中，一旦發(fā)生設計變動(dòng)，調整了光刻版圖，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(lái)自系統半導體，特別是高效能芯片，如車(chē)用半導體和自駕車(chē)芯片等需求的飆漲，而過(guò)去掩膜版擴產(chǎn)甚為有限。眾所周知，智能汽車(chē)所帶來(lái)的芯片市場(chǎng)規模是十分龐大的，英特爾CEO基辛格預測，到 2030 年，汽車(chē)半導體市場(chǎng)將翻一番，達到 1150 億美元，而高端汽車(chē)上搭載的半導體數量將增加 5 倍。
目前，汽車(chē)領(lǐng)域已經(jīng)成為了眾多芯片廠(chǎng)商瞄準的新賽道，甚至于三星電子和SK海力士等存儲廠(chǎng)商都已逐漸將目光投向了汽車(chē)半導體領(lǐng)域，更不用說(shuō)其他系統半導體廠(chǎng)商，更是扎堆涌入，在消費電子失速的當下，汽車(chē)迥然成為了他們的救星。但是過(guò)去掩膜版的擴產(chǎn)是十分有限的。一般來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(xiāo)。另一種就是獨立于代工廠(chǎng)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(lèi)廠(chǎng)商主要銷(xiāo)售的是成熟制程掩膜版，比如上述提到的車(chē)用芯片，大多數仍是成熟制程，麥肯錫高級顧問(wèn)Denise Lee日前指出，成熟工藝制程仍將是汽車(chē)芯片生產(chǎn)的主流，預計到2030年汽車(chē)芯片的成熟工藝制程需求將達到10%左右的復合年增長(cháng)率。
▲圖源：日經(jīng)中文網(wǎng)與先進(jìn)制程掩膜版相比，成熟制程掩膜版利潤率長(cháng)期處于低位，未來(lái)十年僅更新生產(chǎn)設備就需要投入10-20億美元，更不要說(shuō)新建產(chǎn)線(xiàn)，凸版印刷就曾估計，以65nm節點(diǎn)為例，一條新的光掩膜生產(chǎn)線(xiàn)預計需投資6500萬(wàn)美元。巨大的折舊成本可能與當前掩膜版市價(jià)倒掛，長(cháng)期回報率不足以激發(fā)廠(chǎng)商投資，這也使得過(guò)去掩膜版擴產(chǎn)有限，因此面對現下蜂擁而至的需求，掩膜廠(chǎng)的產(chǎn)能難免有些“捉襟見(jiàn)肘”，供不應求之下，市場(chǎng)自然逆行向上。二是晶圓代工廠(chǎng)與IC設計廠(chǎng)產(chǎn)能陸續釋出，有更多新芯片完成設計定案，掩膜版開(kāi)案逐步涌現。臺灣光罩總經(jīng)理陳立惇先前曾分析，半導體需求在往下，但晶圓代工廠(chǎng)與設計公司的產(chǎn)能都開(kāi)始松動(dòng)，但也因為有空出產(chǎn)能，新芯片完成設計定案，掩膜版開(kāi)案才能開(kāi)始涌入，有更多的Tape out進(jìn)來(lái)，對掩膜版廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，客戶(hù)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版也是不同的，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過(guò)于嚴峻，芯片設計廠(chǎng)和代工廠(chǎng)專(zhuān)注于短缺芯片，無(wú)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，已經(jīng)處于下行周期內，但設計廠(chǎng)商想要立于不敗之地，搶奪未來(lái)市場(chǎng)仍是重中之重，隨之而來(lái)的是新芯片設計案數量的“水漲船高”，這也是IC設計廠(chǎng)擴大下單掩膜版廠(chǎng)商的原因，他們需要購買(mǎi)新的掩膜版并供應給代工廠(chǎng)。芯片設計廠(chǎng)瘋狂下單，但掩膜版廠(chǎng)已有產(chǎn)能有限，擴產(chǎn)也需要時(shí)間，短期內又不會(huì )出現新的產(chǎn)線(xiàn)，這也加劇了緊張的供需關(guān)系。02.掩膜版巨頭的增產(chǎn)投資
▲圖源：凸版印刷除此之外，日經(jīng)新聞2月報道稱(chēng)，DNP將在2023年度之前向設在日本、中國大陸和臺灣的生產(chǎn)工廠(chǎng)投資近100億日元來(lái)增加生產(chǎn)線(xiàn)。據了解，DNP在中國臺灣、中國大陸和意大利與當地企業(yè)建立了合資公司，今后將通過(guò)增資等方式提高產(chǎn)能，構建可根據供求情況在短期內交貨的生產(chǎn)體制。DNP表示，車(chē)載和傳感器等通用性較高的中端產(chǎn)品所用的光掩膜處于短缺狀態(tài)，因此決定增產(chǎn)。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(chǎng)新建大型金屬掩膜生產(chǎn)線(xiàn)，預計2024年上半年開(kāi)始運營(yíng)，雖然該產(chǎn)線(xiàn)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(wú)論顯示還是芯片，對掩膜版的需求都十分旺盛。
▲股價(jià)變化黑崎工廠(chǎng) 圖源：DNP03.緊隨其后的國產(chǎn)廠(chǎng)商
▲圖源：路維光電公告列表清溢光電也在加快半導體芯片掩膜版布局，目前已實(shí)現250nm工藝節點(diǎn)的6英寸和8英寸半導體芯片用掩膜版的量產(chǎn)，正在推進(jìn)180nm半導體芯片用掩膜版的客戶(hù)測試認證，同步開(kāi)展130nm-65nm半導體芯片用掩膜版的工藝研發(fā)和28nm半導體芯片所需的掩膜版工藝開(kāi)發(fā)規劃。此外，為了進(jìn)一步滿(mǎn)足產(chǎn)能，清溢光電也在積極引進(jìn)所需設備，深圳工廠(chǎng)新引進(jìn)的半導體芯片用掩膜版光刻機及配套設備已投產(chǎn)，提升半導體芯片和 MicroLED 顯示、硅基半導體顯示用掩膜版等產(chǎn)品的產(chǎn)能。從清溢光電去年財報數據來(lái)看，半導體芯片領(lǐng)域已經(jīng)成為發(fā)展最快的業(yè)務(wù)，增速高達 39.42%，有望成為新的增量業(yè)務(wù)。國內廠(chǎng)商在發(fā)力的同時(shí)，半導體大佬也在積極建設掩膜版廠(chǎng)。“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(chǎng)，2021年8月，青島芯恩正式宣布8英寸廠(chǎng)投片成功，投片產(chǎn)品為功率芯片，良率達90%以上，光罩廠(chǎng)也于同期完成了產(chǎn)品交付。而就在今年8月，張汝京主導的光罩材料產(chǎn)業(yè)鏈項目簽約落戶(hù)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(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)制造。
▲圖源：中新網(wǎng)04.結語(yǔ)
▲圖源：路維光電招股書(shū)雖然本土掩膜版廠(chǎng)商已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，然而上游產(chǎn)業(yè)鏈的缺失也阻礙了他們發(fā)展的步伐，不過(guò)從當前整體局勢來(lái)看，想要打通整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈依舊任重而道遠，但仍要相信前方必有曙光。*博客內容為網(wǎng)友個(gè)人發(fā)布，僅代表博主個(gè)人觀(guān)點(diǎn)，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
