一文了解最近火热的半导体石英材料-掩模版

什么是掩模版

掩模版，又称光罩、光掩模、光刻掩模版等，是微电子制造中光刻工艺所使用的图形母版，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形，并通过曝光将图形转印到产品基板上。掩模版是芯片制造过程中的图形“底片”，用于转移高精密电路设计，承载了图形设计和工艺技术等知识产权信息。

掩模版主要由基板和遮光膜两部分组成，根据基板材质的不同可分为树脂基板和玻璃基板。遮光膜的主要种类有乳胶遮光膜和和硬质遮光膜（主要包括铬、硅、氧化铁），目前中高端掩膜版的遮光膜以硬质遮光膜中的铬材料为主。在下游应用中，主要种类有半导体（IC）掩模版、平板显示（FPD）掩模版、电路板（PCB）掩模版和触控（TP）掩模版，其中平板显示和半导体掩模版为最主要的两类产品。

掩模版的迭代史

掩模版诞生至今约60多年历史，技术演变节奏相对较慢，经历了多次迭代。作为图形转移母版，掩模版技术起源于电子制造行业，并随着半导体技术的发展而逐渐成熟。早期的掩模版主要用于制作印刷电路板的金属互联引线，随着技术的进步，开始被应用于硅基晶体管的制作。第二代掩模版诞生于二十世纪60年代初，至今仍在PCB、FPC、TN/STN等行业使用。

随着集成电路特征尺寸的不断缩小，对掩模版的精度要求也越来越高。现代掩模版需要具备高透过率、低热膨胀系数、良好的平整性和耐磨性等特点，以满足先进制程的需求。未来将会受到有着灵活性和低成本的优势的无掩模技术的挑战，但由于无掩模技术其精度和生产效率的限制，目前还无法完全替代传统掩模版。

掩模版产业链

掩模版产业链可以细分为上游、中游和下游三个部分。

上游产业包括核心材料和制造设备。核心材料为掩模版玻璃基板（代表企业为日本东曹），遮光膜（美国福尼克斯、韩国LG-IT、日本HOYA）和化学试剂等。制造设备包括母板用于对所述覆盖掩膜层和图形掩膜层进行定位；基台，用于支撑所述母板和掩膜板框架；张网机，用于对覆盖掩膜层和图形掩膜层执行拉伸处理；焊接机，用于分别将经定位且拉伸的覆盖掩膜层和图形掩膜层焊接到所述掩膜板框架上。

石英玻璃基版

石英掩模版，是以高纯石英玻璃为基材，通过光刻等工艺，在基板上形成带有图案的遮光薄膜，用于选择性地阻挡曝光、辐照或物质穿透，将设计好的电路图形转移到下游行业的基板或晶圆上。目前最主要用于亚微米光刻的投影光掩膜版衬底材料是合成石英，合成石英是用SiCI4作为原料，采用气相沉积（CVD）生产合成。

以石英玻璃作为基板材料，高透过率，高平坦度，低膨胀系数，相比苏打玻璃更为平整耐磨，使用寿命长，稳定性好，主要用于高精度掩模版；苏打掩模版则使用苏打玻璃（钠钙玻璃）作为基板材料，光学透过率较高，热膨胀率相对高于石英玻璃，平整度和耐磨性相对弱于石英玻璃，主要用于中低精度掩模版；而凸版使用不饱和聚丁二烯树脂作为基板材料，主要用于液晶显示器（LCD）制造过程中的定向材料移印；菲林使用PET作为基板材料，主要用于电路板掩模。

石英玻璃基版企业

信越化学：全球第一家实现合成石英基板量产的公司，是大型综合性化工企业高端光掩膜版基板龙头。日本信越化学司于1926年成立，主要产品为高科技材料（PVC、大尺寸硅片等），其研发中心和制造工厂分布在亚洲、欧洲、北美和南美多个地区。信越化学产品体系涉及到半导体产业链多个环节，光掩膜版、半导体硅片等产品技术水平与市场占有率均为全球第一。

东曹石英：成立于1935年，是一家全球性、综合性化工企业，业务涉及石油化工、无机化工、精细化工、电子材料、医疗诊断和食品制造等领域。其合成石英技术位于世界前列，国际石英行业龙头，高纯度合成石英产品是第十代LCD光掩膜版基板的首选材料。

尼康：老牌光学材料公司，材料和设计并行推进，日本老牌光学玻璃公司，从1986年起涉足石英玻璃。尼康光学材料公司自1917年成立以来，就一直专注于高品质光学玻璃的研制和生产。在这90余年间，尼康对玻璃材料的研发和尼康光学设计并行推进，并且坚持采用公司独有的玻璃熔解设备生产玻璃产品。公司的业务包括半导体设备、平面显示器、信息和通讯设备以及测量仪器。公司从1986年起开始研发石英玻璃，并在2007年开始生产第十代LCD液晶掩膜基板。

菲利华：立于1966年，经过50余年的发展，目前已具备生产半导体和光学用大尺寸合成石英材料的能力，是国内唯一一家可以生产大尺寸光掩膜基板的企业，也是高端光学用高精密光学合成石英材料的供应厂商。国内唯一一家通过三家半导体设备国际巨头认证的公司，也是国内唯一一家可大规模生产合成石英光掩膜版基板的企业。

石英股份：国内领先的石英玻璃材料生产商，产品广泛应用于半导体、光电显示等领域。主要产品包括石英管、石英棒、石英板等，其中石英玻璃基板是其重要产品之一。该公司是国内市场需求达10万吨/年的石英砂原料供应商，其产品是制造玻璃基板的重要原料。石英股份在石英玻璃材料的深加工方面具有较强的技术实力，能够满足半导体封装等领域对高品质石英玻璃基板的需求。

戈碧迦：是一家专业从事特种功能玻璃及光学玻璃研发、生产和销售的企业。戈碧迦的玻璃基板半导体封装原材料是其主要产品之一，具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特性，能够满足半导体封装的要求。

中游：掩模版企业

半导体掩模版行业高度依赖专有技术，是上游芯片设计公司与下游晶圆制造厂商的中间桥梁，进入门槛较高。厂商要既能快速理解并转换上游芯片设计要求，又要充分了解下游晶圆制造工艺需求，制作出适配下游光刻机的掩模版。对于28nm以上等较为成熟的制程所用的掩模版，芯片制造厂商为了降低成本，在满足技术要求下，更倾向于向独立第三方掩模版厂商进行采购。我国目前正处于半导体产业关键发展期，从国家层面到企业均开始推进半导体核心技术国产自主化，实现供应链安全可控，独立第三方掩模版生产商迎来进口替代的发展机遇。以下这些国内企业在掩模版技术方面具有较高的研发和生产能力：

国内掩模版企业

国内半导体掩模版主要生产商仅包括中芯国际光罩厂、华润迪思微（原华润掩模，华润微电子子公司）、中微掩模、龙图光罩、清溢光电、路维光电、中国台湾光罩等。中芯国际光罩厂和华润迪思微为晶圆厂自建工厂，其中中芯国际光罩厂产品供内部使用；华润迪思微主要供内部使用，部分掩模版对外提供；清溢光电、路维光电产品以中大尺寸平板显示掩模版为主，半导体掩模版占比较低。

中芯国际光罩厂：提供其代工客户和其它芯片加工厂及机构光掩模制造服务。配备了先进的设备工具，中芯光罩厂运用光学趋近效应修正技术(OPC)，为客户提供二元铬版光掩模以及相位移动光掩模。5"×5"和6"×6"的光掩模均可用于G-line，I-line，深紫外线DUV及ArF步进曝光机和扫描曝光机。缩短从流片到芯片制造的周期、降低光掩模在运输过程中的损伤机率、增加服务的灵活性以及减少成本。另外，客户可以享受到便捷的在线光掩模资料检视以及远程制版图形的检查（jobdeckview）服务。中芯光罩厂实施严格的品质控制，与强大的技术及研发队伍紧密合作，生产出的光掩模关键尺寸控制严格，缺陷率极低。每张光掩模的状态都会记录在光掩模状态跟踪系统里并被严密追踪，以确保高品质光掩模的出货。

无锡迪思微电子（华润微电子旗下全面负责晶圆代工与掩模制造的业务单元）：深耕光掩模领域35年，是国家级专精特新“小巨人”企业、江苏省光掩模工程技术研究中心。2022年11月底高端掩模项目奠基动工，历经19个月，相继完成厂房封顶、设备搬入、工艺调试、产线贯通等重大里程碑任务。2024年7月12日完成首套90nm高端掩模产品的生产与交付，标志着技术能力实现新跨越。2024年下半年将聚焦90nm及40nm制程量产，持续增强核心竞争力。项目达产后，将新增高端掩模版产能2000片/月，总产能达5000片/月。

龙图光罩：成立于2010年4月19日，是“国产替代”大趋势下稀缺的独立第三方半导体掩模版厂商，产品工艺节点从1μm逐步提升至130nm，制程能力、精度控制及缺陷控制达到国内领先水平，主要产品为石英掩模版、苏打掩模版等，以及针对功率半导体、IC封装、MEMS传感器等领域的定制产品，广泛应用于功率半导体、MEMS传感器、IC封装、模拟IC等特色工艺半导体领域，终端应用涵盖新能源、光伏发电、汽车电子、工业控制、无线通信、物联网、消费电子等场景。目前已获得国家工信部专精特新“小巨人”企业认定、广东省功率半导体芯片掩模版工程技术研究中心认定、广东省专精特新中小企业认定、国家高新技术企业认定等荣誉。

台湾光罩：成立于1988年，1995年在台湾证券交易所上市，股票代码为2338。台湾光罩的主要产品为半导体芯片掩膜版，能够量产0.18、0.15、0.11及0.09微米的光罩。

清溢光电：成立于1997年，是国内成立最早、规模最大的掩膜版生产企业之一，科创板上市公司，股票代码688138。产品主要包括石英掩膜版和苏打掩膜版等，已实现250nm工艺节点的6英寸和8英寸半导体芯片用掩膜版的量产，正在推进180nm半导体芯片用掩膜版的客户测试认证，并同步开展更先进制程节点的研发。总投资约35亿元的“平板显示及半导体用掩膜版”生产基地（佛山南海）建设项目在2024年3月正式开工，将建设平板显示配套掩膜版生产线、半导体IC配套掩膜版生产线，实现250—28nm光掩膜版量产，满足8寸和12寸晶圆厂掩膜版需求，年产光掩膜版80000片。

路维光电：成立于2012年，科创板上市公司，股票代码688401。产品覆盖平板显示掩膜版和半导体掩膜版，拥有国内首条G11超高世代掩膜版产线，是国内唯一一个覆盖全世代产线的国产厂商。已实现250nm制程节点半导体掩膜版量产，并掌握了180nm/150nm节点半导体掩版制造核心技术。在平板显示掩膜版和半导体掩膜版领域均具有较强的竞争力。

湖南普照信息材料：成立于2003年8月，位于长沙国家高新技术产业开发区麓谷，注册资本金10596.53万元，由湖南电子信息产业集团有限公司控股，最终控制主体为湖南湘投控股集团有限公司。采用当前世界最先进生产、检测设备以及工艺技术，结合公司独创技术，建成能够生产75×75mm至700×800mm各种规格的溅射匀胶铬版生产线，产品广泛应用于新型平板显示器件、集成电路、精细光学、线路板、微纳加工及激光防伪等多种产业的光掩膜制作。

江苏路芯半导体：2024年1月掩膜版生产项目奠基开工，拟投资20亿元，占地面积74亩。项目分两期建设，一期规划生产45nm及以上的节点掩膜版；二期规划生产28nm及以上的节点掩膜版。预计2025年实现量产，具备年产约35000片半导体掩膜版生产能力，技术节点达到28nm。

宁波冠石半导体：引入首台电子束掩模版光刻机，是光掩模版40纳米技术节点量产及28纳米技术节点研发的重点设备，预计将陆续实现为国内外中高端集成电路掩模版提供制版服务。

史穆康科技，该公司新建有年产光掩膜石英板100万片的项目，该项目已获得建设工程规划许可，并正在积极推进中。

成都中科卓尔智能科技，该公司正在改建石英空白掩模版生产线项目。