我國光掩模玻璃基板的發展現狀及趨勢

劉志海

1 光掩模玻璃基板的定義及種類

1.1 光學掩模板的定義及分類

1.1.1 光學掩模板的定義

光學掩模板，又稱光掩模板、掩模板、掩膜版、光掩膜、光刻掩膜版、光罩等，在薄膜、塑料或玻璃基體材料上制作各種功能圖形并精確定位，以便用于光致抗蝕劑涂層選擇性曝光的一種結構，是微電子制造中光刻工藝所使用的圖形母版。光掩模板應用十分廣泛，在涉及光刻工藝的領域都需要使用光掩模板，主要用于集成電路（IC）、平板顯示器（FPD）、印刷電路板（PCB）、微機電系統（MEMS）等領域。

光掩模基版（基板）是制作微細光掩模圖形的感光性空白板，比如光掩模鉻版基板，是光掩模板基體材料上鍍鉻所得到的感光性空白板，再通過光刻制版等工序就可以獲得所需光掩模板。

1.1.2 光掩模板分類

按光掩模板基板材料可分為透明樹脂基板和透明玻璃基板。透明樹脂基板易于大型化，但是易變形，相較而言玻璃基板更為常用，按照玻璃材質又可細分為合成石英光掩模板、硼硅玻璃光掩模板和蘇打（鈉鈣玻璃）光掩模板三類。

按光掩模板遮光膜材料可分為乳膠遮光膜與硬質遮光膜兩大類。硬質遮光膜又可細分為鉻、硅、硅化鉬、氧化鐵四類，其中鉻質材料具有涂覆均一性好、刻蝕精度高、且無毒無污染的優點，應用最為廣泛。

按光掩模板的用途可分為鉻版、凸版、干版和液體凸版四類。其中，鉻版主要由鉻質遮光膜與石英基板組成，由于其精度高、耐用性好，廣泛應用于微電子制造領域。

常用光掩模板分類見表1。

表1 常用光掩模板分類

1.2 光掩模玻璃基板的定義及種類

1.2.1 光掩模玻璃基板的定義

光掩模玻璃基板是指用于制作光掩模板的空白玻璃，也被稱作制版玻璃。

1.2.2 光掩模玻璃基板種類

光掩模玻璃基板根據玻璃組分，分為合成石英掩?；?、硼硅玻璃掩模基板和蘇打玻璃（鈉鈣玻璃）掩?；宓?。

合成石英掩模基板，是指合成石英錠，經熱改型、冷加工等加工后制作石英空白光掩?；澹卜Q作石英白板。硼硅玻璃光掩?；?，是指在硼硅玻璃原片基礎上，經過加工后制作硼硅玻璃空白掩?；?。蘇打玻璃基板，是指在鈉鈣玻璃原片基礎上，經過加工后制作鈉鈣玻璃空白掩?；?。三種光掩模用玻璃基板的特點及主要用途如表2所示。

表2 三種光掩模用玻璃基板的比較

2 光掩模玻璃基板發展現狀

2.1 光掩模玻璃基板發展概況

我國的光掩模制作始于60年代中期，比國外晚5～6年。當年采用傳統的照相術及手搖光刻機開展工作，光掩模玻璃基板從日本和美國進口，主要為美國柯達玻璃和日本“櫻花”玻璃。1978年3月，我國大連玻璃廠3機窯光掩模玻璃基板（當時稱為制版玻璃）生產線投產, 雖在一定程度上滿足了國內制版玻璃的需要，但玻璃可選的成品率僅有10%左右，1984年2 月，在大連召開了制版玻璃科研攻關論證會。在上世紀80年代后期，隨著一些平拉工藝生產線的引進，光掩模玻璃基板基本使用平拉玻璃。90年代后期，隨著浮法玻璃技術在我國不斷發展，光掩模玻璃基板開始使用浮法玻璃。2005年7月超白浮法玻璃生產線投產后，光掩模玻璃基板使用超白浮法玻璃，極少量使用合成石英玻璃。

2010年以來，我國加大了對光掩模玻璃基板研發和產業化進程。首先，中國建材總院項目組通過對精密加工技術的研發，引入或試制了多種精密加工設備，并開發、完善了集成開發光掩模板用高精度石英玻璃基片的精密加工技術與系統。中國建材總院建立的石英玻璃基板生產線，實現了產品的批量加工、高精度加工，在保證產量的同時其質量也能夠完全滿足IC產業光掩模板用玻璃基板的高精度要求。隨著中國建材總院與多家國內外客戶達成了長期合作的意向，我國企業已不再純粹依賴國外進口，而是將其部分訂單逐步移交中國建材總院進行加工和生產。

2011年，湖北菲利華石英玻璃股份有限公司的石英材料在通過日本TEL（東京電子）半導體材料認證后，又陸續獲得Lam（泛林）和AMAT（應用材料）的認證，且認證產品規格繼續增加，目前Lam 認證的規格已達22 種，AMAT 認證的規格有18 種。2016年11月07日，菲利華生產的光掩?；逡幐窨梢宰龅?.4 m×1.2 m。2018年8月，湖北菲利華石英玻璃股份有限公司研發出G8代光掩?；?。菲利華形成了G4 到G8 代的完整產業鏈，打破了長期以來國外壟斷。

2.2 我國光掩模玻璃基板需求分析

2.2.1 按應用領域光掩模玻璃基板需求量情況

我國光掩模玻璃基板需求增長穩定，2019年光掩模玻璃基板需求量為9.98萬m2，同比增長10.88%，占全球需求量的36.77%。其中集成電路（IC）領域需求量4.678萬m2，同比增長16.42%，占總需求量的46.87%；平面顯示（FPD）領域需求量4.767萬m2，同比增長8.33%，占總需求量的47.77%；其他領域需求量0.535萬m2，同比減少8.11%，占總需求量的5.36%。見表3。

表3 我國按應用領域光掩模玻璃基板需求量 單位：萬m2

2.2.2 按基板產品光掩模玻璃基板需求量

2019年光掩模玻璃基板需求量為9.98萬m2。其中光掩模石英玻璃基板需求4.221萬m2，同比增長23.86%，占總需求量的42.29%；光掩模蘇打玻璃基板需求量4.991萬m2，同比增長5.86%，占總需求量的50.01%；其他光掩模玻璃基板需求量0.767萬m2，同比減少12.58%，占總需求量的7.69%。見表4。

表4 我國按基板品種光掩模玻璃基板需求量 單位：萬m2

2.3 與光掩模玻璃基板有關的標準情況

目前我國與光掩模玻璃基板有關標準有15項，其中國家標準8項，國家軍用標準1項，行業標準6項。見表5。

表5 與光掩模玻璃基板有關標準

續表5

2.4 與光掩模玻璃基板有關的產品進出口情況

2.4.1 其他工業用玻璃制品

海關編號70200019的其他工業用玻璃制品中包含掩模板用玻璃。我國其他工業用玻璃制品進出口情況見表6。

表6 我國其他工業用玻璃制品進出口情況

由表6看出，我國其他工業用玻璃制品進口量及金額遠高于出口。

2.4.2 照相制版用其他硬片及平面軟片

海關編號37019920的照相制版用其他硬片及平面軟片中包含“石英玻璃基質的未曝光感光硬片”。我國照相制版用其他硬片及平面軟片進出口情況見表7。

由表7看出，我國照相制版用其他硬片及平面軟片進口量及金額遠高于出口，單位商品進口價格也遠高于出口價格。

表7 我國照相制版用其他硬片及平面軟片進出口情況

2.4.3 主要用于或專用于制作和修復掩膜版或投影掩膜版的裝置

主要用于或專用于制作和修復掩膜版或投影掩膜版的裝置的進出口情況如表8所示。

表8 我國主要用于或專用于制作和修復掩膜版或投影掩膜版的裝置進出口情況

由表8看出，我國主要用于或專用于制作和修復掩膜版或投影掩膜版的裝置進口金額遠高于出口，表明我國我國光掩模板行業投資活躍，尤其是2017年—2019年表現更加突出，這將有力推動我國光掩模玻璃基板行業的發展。

3 光掩模玻璃基板發展趨勢分析

3.1 國家主要法律法規政策引導和推動行業發展

為提升我國平板顯示和半導體芯片等行業配套材料的國產化率，改善產業發展環境，促進行業持續、健康發展，國家相關部門出臺了一系列法律法規及政策，為光掩模玻璃基板行業持續穩定發展提供了有力保障。

2018年11月7日，國家統計局發布的《戰略性新興產業分類（2018）》中提出：新型電子元器件及設備制造產業（代碼1.2.1）中，顯示器件制造（行業代碼3974）和光電子器件制造（行業代碼3976）全部納入戰略性新興產業，集成電路（代碼1.2.4）中，集成電路制造（行業代碼3973）亦納入戰略性新興產業。

2019年10月30日，國家發展和改革委員會令第29號發布《產業結構調整指導目錄（2019年本）》，其中鼓勵類二十八、信息產業中有 “線寬0.8微米以下集成電路制造”、“薄膜場效應晶體 管LCD（ TFT-LCD） 、 有 機 發 光 二 極 管（OLED）、電子紙顯示、激光顯示、3D顯示等新型平板顯示器件、液晶面板產業用玻璃基板、電子及信息產業用蓋板玻璃等關鍵部件及關鍵材料”。

3.2 光掩模玻璃基板產品尺寸趨向大型化

3.2.1 大直徑是硅片未來發展方向

隨著半導體技術的發展和市場需求的變化，大尺寸硅片占比將逐漸提升。在圓形硅片上制造矩形的硅片會使硅片邊緣處的一些區域無法被利用，從而帶來部分浪費，隨著晶圓尺寸的增大，損失比就會減小。目前8英寸（1英寸=25.4 mm）硅片主要用于生產功率半導體和微控制器，邏輯芯片和存儲芯片則需要 12英寸硅片。2019年12英寸硅片全球市場份額預計為70.4%，見表9。

表9 12英寸硅片市場占比情況

3.2.2 顯示面板的大屏化發展決定了光掩模玻璃基板產品尺寸趨向大型化

顯示屏世代線代數是按照生產顯示屏使用的基板尺寸來界定的，基板尺寸越大，其世代線越高，而越高的世代線經切割后所能產生的屏幕尺寸就越大。粗略區分，G1～G4代線主要針對筆記本電腦，G4～G5代主要針對電腦顯示屏幕，G6代線以上的生產線主要為電視屏幕所用。而隨著基板的大型化，為了提高生產效率需要更大的曝光面積，光掩模玻璃基板的尺寸也隨之增加。表10為顯示面板尺寸和掩模板玻璃基板尺寸趨勢。

表10 顯示面板尺寸和掩模板玻璃基板尺寸趨勢

續表10

3.3 應加大力度消除發展短板

3.3.1 我國光掩模玻璃基板產業創新能力有待提高

光掩模板主要由玻璃基板與遮光膜兩部分組成，其中玻璃基板成本占整體材料成本的90%。目前被用來制作光掩模板基本的材料包括合成石英、硼硅玻璃和蘇打玻璃等，其中合成石英最為化學穩定，具有高硬度、低膨脹系數和透光性強等優勢，被廣泛運用到具有較高精度要求的產品生產中?？紤]到成本和純度要求，目前廠商使用的主要材料為合成石英基板。我國僅有湖北菲利華石英玻璃股份有限公司、江蘇太平洋石英股份有限公司以及中國建筑材料科學研究總院等少數幾家企業具有生產光掩模石英基板初級產品能力。

3.3.2 光掩模玻璃基板產業鏈短板明顯

根據 IHS 的統計數據，2018 年我國TFTLCD及AMOLED光掩模板的國產化率為9.70%，其中AMOLED/LTPS等高精度光掩模板的國產化率僅為2.50%。對于光掩模石英玻璃基板來說，由于產業鏈技術問題，其國產化能力幾乎為零。

目前國內光掩模玻璃基板產業鏈沒有打通，光掩模石英玻璃基板產品仍需在日、韓精加工（精磨、鍍膜）后，才能返回國內光掩模板廠商進行光刻，雖然一些公司已與日、韓以及國內掩模版廠商建立了良好的合作關系，但仍然在一定程度上制約光掩模玻璃基板的發展。

總之，隨著半導體集成電路（IC）、顯示面板（FPD）和PCB等產業重心向我國傾斜和轉移，必將帶動我國光掩模板行業等迅速發展，作為光掩模板上游的光掩模玻璃基板產業必將受到強有力的拉動，尤其是光掩模石英玻璃基板的發展將進一步加快。