掩膜版(Photomask)又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩模版等,是微电子制造 过程中的图形转移工具或母版,是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。掩 膜版用于下游电子元器件制造业批量生产,是下业生产流程衔接的关键部分,是下 游产品精度和质量的决定因素之一。
掩膜版的功能类似于传统照相机的“底片”,其工作原理如下:根据客户所需要的 图形,掩膜版厂商通过光刻制版工艺,将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜版基板 上,掩膜版的原材料掩膜版基板是制作微细光掩膜图形的感光空白板,再将不需要的金 属层和胶层洗去,即得到掩膜版产成品。掩膜版对下业生产线的作用主要体现为利 用掩膜版上已设计好的图案,通过透光与非透光的方式进行图像(路图形)复制,从而 实现批量生产。
光掩膜上游主要包括图形设计、光掩膜设备及材料行业,主要供应厂商包括日本东 曹,日本信越化学、日本尼康和菲利华等;中游为掩膜版制造行业,主要企业包括日本 HOYA,日本 DNP,韩国 LG-IT、日本 SKE 和清溢光电;下游主要包括 IC 制造、IC 封装、 平面显示和印制线路板等行业,广泛应用于消费电子、家电、汽车等电子产品领域,主 要客户为半导体厂商英特尔、三星、台积电等以及显示屏厂商京东方、华星光电等。
掩膜版主要由基板和遮光膜两个部分组成。基板分为树脂基板和玻璃基板,玻璃基 板主要包括石英基板和苏打基板,根据遮光膜种类的不同,可以分为硬质遮光膜和乳胶。光掩膜按用途分类可分为四种,分别为铬版(chrome)、干版、液体凸版和菲林。其中, 铬版精度最高,耐用性更好,广泛应用于平板显示、IC、印刷线路板和精细电子元器件 行业;干版、液体凸版和菲林主要用于中低精度 LCD 行业、PCB 及 IC 载板等行业。
(2)图形转换:将客户要求的版图设计数据分层,运算。再按照相应的工艺参数将文 件格式转换为光刻设备专用的数据形式。
(3)图形光刻:通过光刻机进行激光光束直写完成客户图形曝光。掩膜版制造都是采 用正性光刻胶,通过激光作用使需要曝光区域的光刻胶内部发生交联反应,从而产生性 能改变。
(4)显影:将曝光完成后的掩膜版显影,以便进行蚀刻。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铬膜。
(5)蚀刻:对铬层进行蚀刻,保留图形。在蚀刻液的作用下,没有光刻胶保护的区域 会被腐蚀溶解,而有光刻胶保护的区域的铬膜则会保留。
(8)尺寸测量:按照品质协议对掩膜版关键尺寸(CD 精度)和图形位置(TP 精度) 进行测量,判定尺寸的准确程度。
(9)缺陷检查:对照客户技术/品质指标检测掩膜版制版过程产生的缺陷并记录坐标及 相关信息。掩膜版的基本检查主要有:基板、名称、版别、图形、排列、膜层关系、伤 痕、图形边缘、微小尺寸、绝对尺寸、缺陷检查等。
(10)缺陷修补:对检验发现缺陷进行修补。修补包括对丢失的细微铬膜进行 LCVD 沉积补正以及对多余的铬膜进行激光切除等。
(12)贴膜:将 Pellicle 贴合在掩膜版之上,降低下游客户制造过程中灰尘造成的不良 率。
在掩膜版下游应用中,IC 用掩膜版占比最高为 60%,其次是 LCD 用掩膜版占比为 23%,其次是 OLED、PCB 等应用领域。
随着电子信息技术的日新月异,5G 技术和人工智能带动下游终端电子产品的更新 换代速度越来越快,以平板电视、笔记本电脑、数码相机、智能手机等产品为主的消费 类电子产品产销量持续增长,为平板显示、半导体芯片、触控、电路板等电子元器件相 关行业带来巨大的市场空间,间接带动了掩膜版行业的发展。同时,电子元器件制造商 为了满足其下游产品的多功能、小型化、便携性等需求,不断加大技术投入,开发新材 料、新技术以及研发新产品,这也为掩膜版行业的发展带来了更多市场需求。
全球平板显示产业保持平稳增长,业态发展呈现尺寸大型化、竞争白热化、转移加 速化、产品定制化等特点,受益于电视平均尺寸增加,大屏手机、车载显示和公共显示 等需求的拉动,根据 IHS 预测,2016 年-2025 年全球新型显示面板需求面积的 CAGR 预 计将达 4%,到 2025 年增长至 2.66 亿平方米。
根据 IHS 统计,2019 年至 2021 年,我国已规划投产的 TFT-LCD 产线 条,其 中高世代线 年我国已规划投产的 AMOLED 产线 条,其中 LTPS 线%。我国平板显示行业对掩膜版产品尤其是高 世代、高精度掩膜版产品的需求将持续增长。据 IHS 统计测算,中国平板显示行业 掩膜版需求量占全球比重,已经从 2011 年的 5%上升到 2017 年的 32%。未来随着相关产 业进一步向国内转移,国内平板显示行业掩膜版的需求量将持续上升,预计到 2021 年, 中国平板显示行业掩膜版需求量全球占比将达到 56%。
根据 WSTS 统计数据,2018 年全球半导体芯片产业市场规模达到 4779.40 亿美元, 同比增长 15.90%,市场规模创下历史新高。2018 年中国半导体芯片产业规模 6574.40 亿元,同比增长 21.50%。未来,半导体芯片产能将进一步向国内转移,在智能汽车、 人工智能、存储器市场、物联网、5G 通信商用等领域快速发展的带动下,半导体芯片 产业迎来新一轮的发展。
触控行业产品可以应用于智能手机、平板电脑、车载显示、智能家居、医疗器械、 工业控制等领域。目前,智能手机、平板电脑和车载显示是触控行业的主要应用领域。智能手机领域,2016 年全球智能手机出货量达到最大为 14.71 亿台,近几年出现下滑 的趋势,2019 年全球智能手机出货量为 13.71 亿台,同比下跌 2.41%。IDC 预测,随着 5G 网络的逐渐商用,2020 年智能手机出货量会出现反弹,同比将增长 1.6%。平板电脑领域,平板电脑全球出货量自 2014 年出现下滑,2019 年出货量为 1.44 亿台,同比下 降 0.83%,2019 年,国内平板电脑市场自 2015 年首次出现反弹,出货量为 2241 万台, 同比增长 0.8%。车载触控模组市场,根据 HISMarkit 的数据,全球车载触控模组 2019 年出货量预计为 6414.2 万套,同比增长 1.07%,随着未来经济复苏和自动驾驶汽车逐 渐普及,预计未来两年保持稳步增长,2022 年市场增长幅度将扩大为 7.15%,2023 年 出货量将达到 7689.34 万套。综合来看,触控行业处于成熟期,触控用掩膜版仍具有稳 定的市场需求。
电路板行业主要应用于智能手机、平板电脑、手持触控电子产品、数码相机、汽车 电子产品、医疗产品等。根据 Prismark 预测,未来几年全球 PCB 行业产值将持续增长, 到 2022 年全球 PCB 行业产值将达到 688.10 亿美元。2016 年至 2021 年亚洲将继续主导 全球 PCB 市场的发展,而中国位居亚洲市场不可动摇的中心地位,中国 PCB 行业将 保持 3.7%的复合增长率,预计 2022 年行业总产值将达到 356.86 亿美元;中国 PCB 产业各细分产品产值增速均高于全球平均水平,尤其在高多层板、HDI 板、挠性板(柔性 电路板)和封装基板等各类高技术含量细分 PCB 领域,产业转移趋势明显。电路板行业 正处于稳步发展期,而在未来可预见的期间内柔性电路板处于快速发展期,柔性线路板 用掩膜版领域有望迎来新的发展机遇。
下游产业向国内转移。从区域分布看,根据 WSTS 统计数据,亚太地区市场规模占 全球市场的比例不断提高,亚太与日本市场合计约占全球半导体市场的 70%左右,2017 年,全球半导体市场规模为 4122.21 亿美元,同比增长 21.6%,2018 年全球半导体市场 保持增长势头,市场规模达到 4779.40 亿美元,同比增长 15.90%;从芯片销售额看, 根据 WSTS 发布的数据,2016 年中国半导体消费额 1075 亿美元,占全球总量的 32%,已 成为全球最大的半导体消费市场。随着国内制造业环节快速发展,以及国内巨大的消费 市场和劳动力人口优势,全球掩膜版下游应用的主要市场将加快向国内转移,世界市场 份额不断向中国集中。
作为全球高端产业的重要组成部分,平板显示行业和半导体芯片行业是我国重点扶 持的战略新兴产业,国家和地方各级政府部门近年来出台了一系列政策和措施予以全面 扶持,进一步完善产业链。如《关于印发 2014-2016 年新型显示产业创新发展行动计划 的通知》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《扩大和升级信息消费三年行动 计划(2018-2020 年)》、《粤港澳大湾区发展规划纲要》的陆续出台,为电子元器件行 业提供了有利的政策支持,平板显示和半导体等行业上升到国家战略发展的高度。掩膜 版行业作为电子元器件的上业,属于国家发展战略的重要环节之一,受国家产业政 策支持,这为掩膜版行业提供了良好的发展机遇。
全球掩膜版市场规模保持增长,我国长期依赖进口。全球半导体用光掩膜版市场 持续增。
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