国产|成本占光刻近一半！光罩：国内奋起直追晶圆|光刻机|成本占光刻近一半

随着近年来全球芯片供应链危机的扩大和国内对芯片需求的扩大，国内兴建了多座8寸和12寸晶圆厂，例如青岛芯恩，格科微，闻泰科技等等，传统晶圆代工龙头也不断扩产，例如中芯临港，中芯绍兴以及无锡华宏七厂等。
相比晶圆厂这样的大项目，同为半导体产业链中关键一环的光罩厂的动向就不那么轰轰烈烈了。
光罩厂(mask shop)顾名思义，就是生产光罩的地方。和晶圆厂(wafer fab)相比，光罩厂的规模和产能都要小很多，但是作为光刻工艺中不可缺少的材料，光罩的成本也占到光刻成本的将近一半，其地位自然是相当重要的！光罩在FPD，集成电路的前后道光刻中都是必须的材料。
本文只针对集成电路前道工艺中的光罩生产作简单介绍。
本土光罩厂的兴起
光罩厂分为自建和独立两种。中芯国际和台积电的光罩厂就属于自建，而凸版和大日本印刷(DNP)这样的就是独立光罩厂。2020年以前，国内有能力生产相对高端前道光掩模的光罩厂除了中芯国际，就只有凸版和厦门的PDMC(美日丰创)这样的外资或合资企业了。
尽管在封测领域清溢光电已经可以实现大量而稳定的出货，在FPD领域路维光电的国产G11光罩产线也已经建立，但是在集成电路前道领域高端国产光罩厂则是长期处于缺位的状态，直到近些年才有所改观。
但是2020年以后，随着泉益光电和青岛芯恩作为新的独立和自建光罩厂的代表成长起来，并向各自的客户出货之后，国内的新光罩厂也如同雨后春笋开始大量建设投产了。
在《上海市先进制造业发展“十四五”规划》中，也提出了提升强化高端掩模板(光罩)的本土配套能力的要求。中芯国际在经历了美国多轮禁运制裁后，也艰难实现了先进制程所需的高端光罩的工艺研发并投入量产。
除此之外，建厂达人张汝京博士也在嘉兴参与光罩基板的研发和制造项目，为这种先进材料的国产化贡献力量，这便是后话了。
晶圆制造的原材料是硅片，而光罩制造的材料是光罩基板，目前全球范围内，先进的前道光罩基板供应商仅有日本豪雅和信越以及韩国的S&ST，相比12寸大硅片，光罩基板的技术要求更高，垄断程度也更高。所以张汝京博士参与的光罩基板项目的意义之重大，便可想而知。
目前，随着需求的增长，中微光掩模，华润微旗下的迪斯光掩模以及中芯自建的光罩厂都在积极扩建，升级产能和工艺。此外还有新玩家加入了光罩厂的行列，一些准备自建光罩厂的晶圆厂也在伺机而动。可见，本土市场已经认识到了光罩厂的重要性。
光罩的工艺
光罩的制作基本流程大致如下图所示，对应晶圆制造的工艺，激光直写(laser writer)相当于曝光工艺，在光罩表面生成电路版图，高端光罩会应用到电子束直写(electron beam writer) 。
随后通过显影和蚀刻将图形转移并固定到光罩上，并通过量测设备确定图形的位置精度(registration)和特征尺寸(critical dimension)，之后进行缺陷检测，前道工艺到这里就完成了。

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光罩设备的供应商相比于晶圆厂垄断程度更高，市场更小更单一。激光直写的主要供应商为美国应用材料和瑞典迈康尼(Mycronics)，电子束直写设备则主要是日本的日本电子(JEOL)和NuFlare 。
位置精度量测的供应商是美国的KLA和德国的蔡司，关键尺寸的测量设备则是日本的Holon和Advantest 。缺陷检测设备的来源更多样，美国的KLA，日本的NuFlare和Lasertec都能提供成熟的解决方案。