光掩模版的瓶颈在于石英基板.docx

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1、L掩膜版行业基本介绍掩膜版（Photomask）又称光罩，由不透光的遮光膜在透光的基板一侧形成图形，然后通过曝光方式将此图形复刻到产品的基板上，主要应用于IC、LCD、OLED和PCB等微电子行业。设计公司完成产品版图的开发设计，将该产品版图交付给晶圆代工厂进行生产。但是在量产阶段，晶圆代工厂直接采用产品版图用于曝光工艺会导致生产效率低下，而掩膜版作为模具能有效解决这个问题。1.1. 掩膜版工作原理掩膜版的工作原理类似于传统相机中的底片”。对下游制程材料（一般是镀有遮光膜的基板上再涂有一层光刻胶）通过掩膜版进行曝光，随后通过显影、刻蚀、脱模、清洗等工艺将掩膜版上的设计图形复制到下游制程材料上，

2、其特点是企业可以借此批量生产标准化产品。图1:掩膜版用于IC制造工艺的光刻流程下游可大批馁得到将图形设计及工艺技术信息曝光光源下游制程材料（已承载下游图形设计和工艺技术信息）掩膜版 A A A数据来源：清溢光电招股说明书1.2. 掩膜版：石英玻璃性质最好掩膜版主要由透光的基板和不透光的遮光膜组成按基板材料分类，主要分为玻璃基板（石英玻璃、苏打玻璃和硼硅玻璃）和树脂基板两大类；其中，因石英玻璃的化学稳定性高和热膨胀率小的优势，在使用环境上相对于其他材料对工艺生产环境的要求较低,现主要应用于制造高世代、高精度产品如高世代IC和超大尺寸显示面板。按遮光膜材料分类，主要分为乳胶遮光膜和硬质遮光膜（主要

3、包括铭、硅、氧化铁）两大类；其中，铭相较于其他遮光膜材质能够形成更细微精确的图形，目前用于高精产品较多。表1 ：基板和遮光膜分别以石英坡璃和馅为未来发展趋势分类方法名称材料优点缺点应用领域树脂基板树脂质量轻，易大型化易变形PWB用掩膜版按基板材料石英玻璃化学性能稳定，热膨胀率低价格高LSI用掩膜版，FPD用大型掩膜版分类玻璃基板苏打玻璃价格便宜热膨胀率大，短波长投射率低低端掩膜版硼硅玻璃热膨胀率接近硅短波长投射率低LSI 用 Copy Mask乳胶遮光膜乳胶价格便宜，图形形成简单机械强度弱JPWB用掩膜版，单层机械强度高，分辨能力低表里面反射率高低端掩膜版投影曝光机用掩膜版按遮光膜材料分类硬质

4、遮光膜双层可形成微细图形里面反射率高LSI、FPD用掩膜版三层硅膜形成工艺复杂光刻机用掩膜版氧化铁手动对位时易操作微加工性能不如铭低端硬质掩膜版数据来源：光掩膜技术基础、注:PWB( Printed Wire Board )即印刷线路板;LSI( Large-scale Integrated Circuit)即大规模集成电路；FPD ( Flat Panel Display )即平板显示器图2:石英坡璃硬度介于苏打和硼硅坡璃之间图3:石英坡璃的热膨胀系数远低于其他材料坡璃图4:石英坡璃透光度最高透光度(忒)804020200300波长(nm)400数据来源：CNKI1.3. 掩膜版的制作流程分

5、前后道工艺掩膜版基板的制作流程一般为对获得的原始基板进行抛光、清洗工艺以保证基板的表面足够平滑，然后在表面覆盖一层遮光膜，再进行光刻胶的涂布，最终形成一块能够被直接进行光刻工艺的成品掩膜版基板。掩膜版的制造流程分为前道工艺和后道工艺前道工艺主要包括图像产生、显影 蚀刻 潴膜和尺寸测量，前道工艺完成后一片掩膜版的图形制作部分已经完成后道工艺主要包括缺陷检查缺陷修补清洗和加保妒膜。将客户图形转化为光刻设备专用的数据形式；通过光刻机进行激光光束直写完成客户图形曝光；在显影液的作用下，经过激光曝光区域的光刻胶会溶解，而未曝光区域则会保留并继续保护铭膜；在蚀刻液的作用下，没有光刻胶保护的区域会被腐蚀溶解

6、，而有光刻胶保护的区域的遮光膜则会保留；光刻胶的保护功能已经完成，通过脱膜液去除多余光刻胶；将掩膜版正、反面的污染物清洗干净，随即进行一系列的缺陷检查修补，最后加上保护膜，一片成品掩膜版就此完成。前道工艺决定了掩膜版的所有质量特征，尤其是光刻工艺步骤，关键的CD、Overlay指标均由此次步骤反映到掩膜版上。图5:制造过程中前道工艺决定掩膜版质量通过电子束或激光对图形曝光曝光多余图形,以便进行蚀刻对不透光材料进行蚀刻，保留图形去除多余的光刻胶测量关键尺寸和检查图形定位清洗以便检测检测针孔和残余未蚀刻尽的图形对缺陷进行修补清洗为加保护膜做准备将保护膜加在主体上，以防灰尘的吸附及伤害对光掩模进行最

7、后的检测.确保光掩模的正确数据来源：清溢光电招股说明书2.掩模版产业链壁垒在于上游石英基板掩膜版产业可分为三大部分（1比游的掩膜版原材料主要为掩膜版基板）和制造设备 2 ）中游的掩膜版制造加工（3 ）下游的微电子应用（主要为IC、LCD、OLED和PCB）。其中，中游的掩膜版制造商分为独立制造商（清溢光电、日本SK电子、福尼克斯等）和晶圆大厂自产自用的专属制造商（英特尔、三星、台积电等）。在某些情况下，专属制造商也会将掩膜版销售给其他半导体或平面显示制造商。过去，专属制造商倾向于剥离掩膜版制造业务，主要因为掩膜版制造设备的复杂性和高成本以及无法达到规模效应等问题。现在，专属制造商的投资强度要比

8、独立制造商的强，以达到某些技术路线的里程碑，特别是在逻辑和存储方面。尽管如此，多数专属制造商仍与独立制造商保持业务和技术关系，以提供持续的支持。根据SEMI数据，2017年全球半导体掩膜版市场规模达37.5亿美元，其中专属制造商占65%,高于2016年的63%。图6:掩膜版全产业链数据来源：清溢光电招股说明书、图7 :全球半导体掩膜版专属制造商占比达到65%3837363534333231302015 年37.53333.22016年全球半导体光掩模市场规模（亿美元）66%64%八（九56n54%52%50%2017 年专属制造商占比T）数据来源：SEMI.2.1. 光掩模版：全球市场空间40

9、0亿元2019年全球半导体掩膜版市场规模约为46亿美元预计2022年全球规模为53亿美元。根据Wind数据,2019年全球半导体晶圆制造材料市场规模为328亿美元。根据立鼎产业研究统计，半导体晶圆制造材料中掩膜版占比约为14%。初步计算，2019年全球半导体掩膜版市场规模约为46亿美元。预计未来5年全球半导体晶圆制造材料市场规模CAGR为5%o 2022年，全球半导体掩膜版市场规模有望达到53亿美元，折合人民币346亿元。图8 : 2019年全球半导体晶圆制造材料市场规模下降0.4%图9 : 2019年半导体晶圆制造材料市场构成中掩膜版占比14%数据来源：Wind.硅片 电子气体 掩模版 光刻

10、胶配套试剂 CMP材料 工艺化学品 光刻胶 靶彷 其他数据来源：立鼎产业研业在显示面板领域 掩膜版主要用于前段Array制程中的曝光阶段Anny制程主要包括四大阶段：薄膜、曝光、蚀刻、剥膜。显示面板的Array制程和半导体制程相似，但是不同的是将薄膜电晶体制作在玻璃之上，而不是晶圆上。曝光阶段，在沉积了 ITO薄膜的玻璃上涂上光刻胶，用紫外线通过掩膜版照射在玻璃板涂有光刻胶的一面上，被照射的光刻胶与之发生反应，最终在涂有光刻胶的玻璃板上覆盖掩膜版的图形。WaferEposuraMask I图10 :平板显示中掩膜版主要用于曝光阶段数据来源：清溢光电官网中国大陆的平板显示行业处于快速发展期，对掩

11、膜版的需求持续增加。根据Omdia分析，2020年平板显示行业掩膜版全球需求超过1, 000亿日元，折合人民币约59亿元，创造出比2012年大一倍的市场。中国对平板显示掩膜版的需求近年来逐年提升，全球占比由2016年26%上升至2019年48%,近全球一半，折合人民币约28亿元。12,000,00010,000,000，8.000,0006,000,0004,000.0002,000,0001,687,488 1J45.122 1,699,2131,567,460140,0528川8,5488358,0708,515,3758,第 9,6418332,718G10 Revenue 517,50

12、0 866,58 130,3001,575,06663.6 Revenue 6,266,805 7,121,0017与纯7498327,3768%11%18M16%17%17%17% IS% 15%数据来源：0mdia、表2:合成石英更适用于高精密产品分类主要原材料不纯物质含量制造方法气熔缺点羟基含量高熔融石英天然水晶ppm级电熔杂质含量高合成石英四氯化硅ppb级火焰水解（直接法）成本高火焰水解（VAD法）数据来源：东曹石英官网,2016年至2024年全球各区域平板显示掩膜版占有率100%90%80%7s60%5 g40%36261G0%2016年 2017年 2018年 2019年 2020

13、年F 2021年F 20221CF 2023PF 2024年F中国大陆韩国中国台汽日本其他数据来源：Omdia.2.2. 上游以合成石英玻璃基板为主生产集中在少数跨国公司在上游原材料制造领域掩膜版基板主要以石英玻璃为主制作掩膜J板基板的材料主要为石英、苏打和硼硅玻璃，其中以石英的化学性质最为稳定，在硬度、热膨胀率、透光率等方面表现皆为不俗。随着未来微电子产品生产工艺的高度精细化，石英玻璃的需求会随之变大。合成石英较熔融石英优势明显哈成石英现为主要的高端掩膜版基板材料，原料为四氯化硅，通过火焰水解的方式生产。其原理是将四氯化硅直接注入气体燃烧器的高温火焰中与水反应生成二氧化硅，沉积在高温旋转的靶

14、材上，最终获得高纯度的合成石英。相较于熔融石英，合成石英的不纯物含量更低，达到ppb级。根据清溢光电招股书披露，石英掩膜版成本构成中，以直接材料和制造费用为主，分别占比67%和30%。其中，掩膜版基板占直接材料的比重超过90% o13 ：掩膜版基板约占材料成本90%数据来源：清溢光电招股说明书、石英玻璃下游应用以半导体为主2015年,全球石英玻璃市场规模约为250亿元，半导体和光纤应用分别占比达到65%和14%o图14 : 2015年石英坡璃下游需求以半导体为主高达65%电光源,4%数据来源：中国粉体网、生产集中度高且多依赖进口 ,主要是因为技术壁垒高掩膜版上游原材料领域的主要企业集中在日韩两国，其掌握复杂的生产工艺技术和装备，始终保持技术优势地位，控制着全球市场，且在国内没有生产基地，也不转让其技术及其装备。反观国内企业生产能力较弱，主要集中在中小尺寸且多应用于TP、PCB等低端行业，半导体、微电子工业以及神光系列所需的高性能合成石英玻璃材料几乎依赖进口，价格相对较高，严重制约了我国半导体行业技术的