掩模版，又稱光掩模版、光罩等，是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移母版,是承載圖形設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息的載體，是平板顯示、半導(dǎo)體、觸控、電 路板等行業(yè)生產(chǎn)制造過程中重要的關(guān)鍵材料。
掩膜版制造商分為兩種，一種是英特爾、臺(tái)積電、中芯國(guó)際等代工廠擁有自制掩膜版業(yè)務(wù)，其產(chǎn)能基本都是自產(chǎn)自銷；另一種就是獨(dú)立于代工廠的第三方掩膜版制造商，例如美國(guó)福尼克斯、日本 DNP、凸版印刷，以及中國(guó)大陸的清溢光電、路維光電等，這類廠商主要銷售的是成熟制程掩膜版。
掩膜版制造工藝復(fù)雜，可以分為前道工藝和后道工藝。掩模版產(chǎn)品的工藝流 程主要包括 CAM 圖檔處理、光阻涂布、激光光刻、顯影、蝕刻、脫膜、清洗、宏觀檢查、自動(dòng)光學(xué)檢查、精度測(cè)量、缺陷處理、貼光學(xué)膜等環(huán)節(jié)。
1、掩膜版產(chǎn)業(yè)鏈概況
掩膜版的主要原材料包括掩膜基板、光學(xué)膜、化學(xué)試劑以及包裝盒等輔助材料，掩膜版主要應(yīng)用于平板顯示、半導(dǎo)體、觸控和電路板的制造過程，是必不可少的關(guān)鍵材料之一。
平板顯示、半導(dǎo)體等中游電子元器件廠商的終端應(yīng)用主要包括消費(fèi)電子（電視、手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、可穿戴設(shè)備）、家用電器、車載電子、網(wǎng)絡(luò)通信、LED 照明、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療電子以及工控等領(lǐng)域。
2、掩膜版市場(chǎng)規(guī)模
在掩膜版下游應(yīng)用中，半導(dǎo)體和平板顯示是掩膜版最主要的兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
（1）平板顯示掩膜版
平板顯示掩膜版是生產(chǎn) AMOLED/LTPS 及高分辨率 TFT-LCD 顯示屏的關(guān)鍵材料。根據(jù) Omdia 數(shù)據(jù)，中國(guó)大陸掩膜版需求占全球比重，從 2017 年的 32% 上升到 2022 年的 57%，預(yù)計(jì) 2025 年將增長(zhǎng)至 60%。
2016 年至 2019 年全球 平板顯示掩膜版的市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)較為迅速，2019 年全球平板顯示掩膜版的市場(chǎng) 規(guī)模約為 1,010 億日元，2016 年全球平板顯示掩膜版的市場(chǎng)規(guī)模約為 671 億日 元，2016 年至 2019 年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 14.58%。受新冠疫情影響，2020 年平板顯示掩膜版市場(chǎng)規(guī)模約為 903 億日元，較 2019 年下降 10.57%，但平板顯示掩膜版市場(chǎng)自 2021 年起逐漸實(shí)現(xiàn)復(fù)蘇，2022 年市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)至 1,026 億日元。依據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，2022年我國(guó)平板顯示掩膜版市場(chǎng)規(guī)模約為585 億日元。
（2）半導(dǎo)體掩膜版
5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的快速發(fā)展，也為我國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)帶來了新的增長(zhǎng)點(diǎn)。同時(shí)，SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體以其高熱導(dǎo)率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等特點(diǎn)，在國(guó)防、航空、航天、光學(xué)存儲(chǔ)、激光打印等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。在國(guó)家政策支持和市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，已基本形成了涵蓋上游襯底、外延片，中游器件設(shè)計(jì)、器件制造及模塊，下游應(yīng)用等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈布局，這也將有力帶動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體掩膜版市場(chǎng)快速發(fā)展。
3、掩膜版行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)
從產(chǎn)業(yè)鏈來看，掩膜版產(chǎn)業(yè)位于電子信息產(chǎn)業(yè)的上游，掩膜版是下游平板顯示、半導(dǎo)體、觸控等行業(yè)生產(chǎn)制造過程中的核心材料之一。掩膜版行業(yè)的發(fā)展與其下游行業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，下游行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)也為掩膜版行業(yè)提供了更為廣闊的市場(chǎng)空間。
（1）顯示面板趨向大尺寸，產(chǎn)能加快向中國(guó)轉(zhuǎn)移，掩膜版需求持續(xù)增加
隨著人們消費(fèi)的不斷升級(jí)，屏幕的大尺寸化已成為平板顯示持續(xù)的演進(jìn)方向。液晶電視的平均尺寸每年維持一定幅度的提升。
受終端應(yīng)用趨向大尺寸化的發(fā)展趨勢(shì)影響，面板世代數(shù)不斷演進(jìn)，從 1988年的第 1 代（G1）面板發(fā)展到 2018 年的第 11 代（G11）面板，掩膜版的世代也相應(yīng)演進(jìn)。
平板顯示面板趨向大尺寸，且全球平板顯示行業(yè)的產(chǎn)能正在加速向大陸轉(zhuǎn)移，將為我國(guó)掩膜版的市場(chǎng)帶來強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力。
（2）掩膜版是芯片的關(guān)鍵材料，半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展拉動(dòng)掩膜版市場(chǎng)需求
在 SiC 領(lǐng)域，Yole 預(yù)測(cè) SiC 電力電子器件的市場(chǎng)規(guī)模2023 年將增長(zhǎng)至 14 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率接近 30%，驅(qū)動(dòng)因素是新能源汽車的加速滲透；在 GaN 領(lǐng)域，Omdia 預(yù)測(cè) GaN 電力電子器件市場(chǎng) 2024 年預(yù)計(jì)將達(dá)到 6 億美元，主要來自于快充市場(chǎng)的增長(zhǎng)。
第三代半導(dǎo)體具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，契合節(jié)能減排、智能制造、信息安全等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，是支撐新一代移動(dòng)通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)核心材料和電子元器件，已成為全球半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)新的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。第三代半導(dǎo)體是我國(guó)重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，我國(guó)第三代半導(dǎo)體的發(fā)展也將拉動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體掩膜版的市場(chǎng)需求。
光刻掩膜技術(shù)是決定半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。半?dǎo)體掩膜版的技術(shù)更新主要體現(xiàn)在圖形尺寸、精度及制造技術(shù)等方面。半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)節(jié)點(diǎn)由130 nm、100 nm、90 nm、65 nm 等逐步發(fā)展到 28 nm、14 nm、7 nm、5nm等；在半導(dǎo)體掩膜版制造技術(shù)方面，半導(dǎo)體掩膜版也從激光直寫光刻、濕法制程、光學(xué)檢測(cè)等逐步發(fā)展為電子束光刻、干法制程、電子顯微檢測(cè)。同時(shí)，相移掩膜技術(shù)（PSM）、鄰近光學(xué)效應(yīng)修正（OPC）技術(shù)等也越來越多的應(yīng)用于先進(jìn)制程半導(dǎo)體掩膜版制造領(lǐng)域。
（3）觸控技術(shù)向內(nèi)嵌式觸控演進(jìn)，顯示面板廠商整合觸控掩膜版的需求
觸控技術(shù)主要可分為外掛式觸控和內(nèi)嵌式觸控。對(duì)于外掛式觸控技術(shù)來說，觸控與顯示互相獨(dú)立，外掛式觸控覆蓋在顯示器屏幕上。內(nèi)嵌式觸控，其原理是 LCD Vcom 層劃出多個(gè)區(qū)塊，來作為觸控感應(yīng)，其制程工藝是在 LCD面板的 Array 制程中同步完成，從而實(shí)現(xiàn)了觸控與顯示的融合。內(nèi)嵌式觸控具有輕薄、窄邊框、簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈的優(yōu)勢(shì)，自誕生以來發(fā)展迅猛。據(jù) Omdia 統(tǒng)計(jì)，2020 年內(nèi)嵌式觸控在手機(jī)應(yīng)用上的占比將超過 85%，同時(shí)內(nèi)嵌式觸控正在快速的向平板電腦、筆記本電腦及車載觸控領(lǐng)域滲透。
觸控技術(shù)的發(fā)展使得面板廠商擺脫顯示屏單一的顯示功能，讓顯示屏成為公眾功能匯聚交互的平臺(tái)是面板廠未來的發(fā)展方向。對(duì)于掩膜版廠商來說，顯示面板廠商正在不斷整合觸控掩膜版的需求，觸控掩膜版的客戶群體將由外掛式觸控廠商轉(zhuǎn)向內(nèi)嵌式觸控的平板顯示廠商客戶。
掩膜版作為平板顯示、半導(dǎo)體制造等下游行業(yè)的關(guān)鍵材料，其技術(shù)、規(guī)格的發(fā)展與下游終端產(chǎn)品的技術(shù)需求具有較強(qiáng)的聯(lián)動(dòng)性。最近三年及可預(yù)期的未來，掩膜版朝著大尺寸與高精度的方向發(fā)展，且半色調(diào)掩膜版逐漸興起并快速發(fā)展。
4、掩膜版趨向大尺寸
隨著人們消費(fèi)的不斷升級(jí)，屏幕的大尺寸化已成為平板顯示持續(xù)的演進(jìn)方向。這主要是因?yàn)槠桨屣@示新的畫質(zhì)規(guī)格提升都集中在大尺寸和超大尺寸上，尤其是 55 英寸及以上的產(chǎn)品。這些規(guī)格的改善包括 8K 分辨率、mini LED 背光、量子點(diǎn)背光（QLED）、高色域、超窄邊框、四面超窄邊框、超纖薄、高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）對(duì)比度等。由于這些新功能在 32 英寸、43 英寸、50 英寸這樣的小尺寸上都無法實(shí)現(xiàn)，所以 55 英寸及以上的顯示產(chǎn)品的需求持續(xù)升溫。
面板的世代數(shù)是按照產(chǎn)線所應(yīng)用的玻璃基板的尺寸劃分，總體來說，面板代數(shù)越高，面板的玻璃基板尺寸越大，切割的屏幕數(shù)目越多，利用率和效益就越高。大尺寸屏幕的需求增加引領(lǐng)全球平板顯示產(chǎn)業(yè)向 8+代線和 10+代線邁進(jìn)，8.5 代線可高效切割 32 寸、48 寸、55 寸電視，8.6 代線可高效切割 50 寸、58 寸電視，10.5 代線可高效切割 65 寸、75 寸電視。
除此之外，還可以采用套切等技術(shù)，生產(chǎn)出尺寸差異化的產(chǎn)品，后續(xù)可根據(jù)市場(chǎng)需求靈活調(diào)整以降低風(fēng)險(xiǎn)。8.5 代線切割 65 寸電視的效率為 64%，但是可以采用 66 寸+32 寸電視套切，實(shí)現(xiàn) 94%的切割效率；8.6 代線切割 90 寸電視的效率為 74%，但是可以采用 90 寸+23.3 寸電視套切，實(shí)現(xiàn) 91%的切割效率；10.5 代線切割 65 寸、75 寸電視都可以達(dá)到 90%以上的切割效率。
近幾年面板廠商積極投資與擴(kuò)產(chǎn)大尺寸世代線，面板尺寸的增大帶動(dòng)其上游材料掩膜版朝著大尺寸化的方向發(fā)展，也會(huì)帶動(dòng)大尺寸掩膜版的需求增長(zhǎng)。
5、掩膜版趨向高精度
平板顯示技術(shù)持續(xù)更新與發(fā)展，加之 5G 傳輸技術(shù)同步推進(jìn)，超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊?！冻咔逡曨l產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019-2022 年）》指出，“到 2022 年，我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過 4 萬億元、4K 產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本完善，8K 關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化取得突破。8K 電視終端銷量占電視總銷量的比例超過 5%，同時(shí)超高清視頻用戶數(shù)達(dá)到 2 億”。
高分辨率終端顯示產(chǎn)品的不斷滲透與發(fā)展也必然會(huì)帶動(dòng)掩膜版朝著高精細(xì)化的方向發(fā)展。掩膜版作為平板顯示制造過程的關(guān)鍵材料，對(duì)面板產(chǎn)品的精度起決定性的作用，這也意味著對(duì)掩膜版的精度提出了更高的技術(shù)要求。如下圖所示，近年來隨著平板顯示解析度不斷提高，TFT 半導(dǎo)體主動(dòng)層材料已逐步采用 LTPS/Oxide 技術(shù)，并朝著 LTPO（低溫多晶氧化物）等新技術(shù)演變。對(duì)于掩膜版的配套技術(shù)要求，主要體現(xiàn)在曝光分辨率（最小線寬線縫）、最小孔或方塊、CD 均勻性以及套合精度的不斷提升。
在半導(dǎo)體方面，由于我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈布局較晚，起步于封測(cè)環(huán)節(jié)，近年才進(jìn)入高速發(fā)展期，封測(cè)仍是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的主要細(xì)領(lǐng)域，半導(dǎo)體產(chǎn)品制程節(jié)點(diǎn)由130 nm、100 nm、90 nm、65 nm 等逐步發(fā)展到 45 nm、28 nm、14 nm、7 nm等，目前境內(nèi)芯片主流先進(jìn)制造工藝為 28nm，境外主流為 14nm，最先進(jìn)半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入到 3/5nm 節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域。
半導(dǎo)體掩膜版技術(shù)更新主要體現(xiàn)在圖形尺寸、精度及制造技術(shù)等方面。以掩膜版最小圖形尺寸為例，180 nm 制程節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的掩膜版最小圖形尺寸約為 750 nm，65 nm 制程節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)約 260 nm，28 nm 制程節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)約 120 nm。可以看出，半導(dǎo)體掩膜版圖形尺寸及精度隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)的演化而逐步提升，目前主流制程在100~400nm 工藝區(qū)間。
掩膜版精度的提升，主要表現(xiàn)為對(duì)基板材料和生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步升級(jí)。在基板材料上，石英基板與蘇打基板相比，具有高透過率、高平坦度、低膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，通常應(yīng)用于對(duì)產(chǎn)品圖形精度要求較高的行業(yè)，因此基板材料逐漸由蘇打基板轉(zhuǎn)為石英基板。生產(chǎn)工藝方面，隨著集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)推動(dòng)，對(duì)于掩膜版 CD 精度、TP 精度、套合精度控制、缺陷管控等環(huán)節(jié)提出了更高的要求。 3、半色調(diào)掩膜版（HTM）興起并快速發(fā)展
（1）半色調(diào)掩膜版可降低下游面板廠商的生產(chǎn)成本，其涉及的制造技術(shù)屬于掩膜版行業(yè)的重要領(lǐng)域
TFT 掩膜版主要用于 TFT 黃光制程，包含 TFT-Array 工序和 CF 工序，分別利用掩膜版的曝光隱蔽作用完成 TFT-Array 和 CF 的圖形制作。按照掩膜版膜層透光效果劃分，可將 TFT 掩膜版分為二元型掩膜版（Binary-Mask）和多色調(diào)或多灰階掩膜版（Multi-Tone Mask，MTM）。
MTM 包含灰階掩膜版（Gray-Tone Mask，GTM）和半色調(diào)掩膜版（Half-Tone Mask，HTM）兩種產(chǎn)品。與二元掩膜版相比，多灰階掩膜版中兩種產(chǎn)品的作用都是實(shí)現(xiàn)曝光過程中的部分透光功能，但由于半色調(diào)掩膜版具有圖形設(shè)計(jì)方便、透過率可控等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為各大面板廠商主要選擇的產(chǎn)品。
傳統(tǒng)的二元掩膜版通過一次曝光會(huì)在玻璃基板上形成兩種不同的透光區(qū)域：透光區(qū)域和不透光區(qū)域，而半色調(diào)掩膜版通過一次曝光可以在玻璃基板上形成三種不同的透光區(qū)域：透光區(qū)域、部分透光區(qū)域和不透光區(qū)域。
以 TFT-Array 制造為例，利用該特性，下游客戶在使用半色調(diào)掩膜版曝光、顯影后，其光刻膠可以形成兩種不同的厚度，搭配后段干法蝕刻等工藝，可以將 TFT-Array 制程中的關(guān)鍵層（如源漏極、有源層）的曝光工序進(jìn)行合并和簡(jiǎn)化，將原本的 5 道曝光工藝簡(jiǎn)化成 4 道，降低了 TFT-LCD 制造成本，提高了生產(chǎn)效率。因此，半色調(diào)掩膜版制造技術(shù)的運(yùn)用是平板顯示制造中非常重要的一環(huán)。
此外，半色調(diào)掩膜版的制造涉及多次光刻技術(shù)，該技術(shù)也運(yùn)用于部分類型的半導(dǎo)體用相移掩膜版（PSM）制造，而相移掩膜版制造技術(shù)的運(yùn)用也是半導(dǎo)體制造中非常重要的一環(huán)。
因此，半色調(diào)掩膜版及其涉及的制造技術(shù)屬于掩膜版行業(yè)的重要領(lǐng)域。
（2）半色調(diào)掩膜版制造技術(shù)較為復(fù)雜，長(zhǎng)期被國(guó)外廠商壟斷
從結(jié)構(gòu)上看，半色調(diào)掩膜版是由遮光層和半色調(diào)層疊加所形成，兩層膜的圖形結(jié)構(gòu)不一樣，因此需要進(jìn)行兩道完整的光刻工藝制作。以傳統(tǒng)上置型半色調(diào)掩膜版為例，第一道光刻工藝為正常的二元遮光層制作，第二道為半色調(diào)圖形的制作，涉及二次鍍膜、二次涂膠、二次光刻、二次制程、半色調(diào)膜層修補(bǔ)等。
其中，二次鍍膜工藝要求半色調(diào)膜層的透過率具備很高的透過率均勻性，因此要求基板在鍍膜前具有非常高的清潔度。與普通二元掩膜版相比，半色調(diào)掩膜版圖形精度要求更高，因此需要光阻層具有更高的膜厚均勻性。
光刻、制程方面，由于半色調(diào)掩膜版涉及兩層圖形結(jié)構(gòu)，因此除了每層圖形的位置精度、總長(zhǎng)精度控制外，還需要控制兩層圖形之間的套合精度，這就需要結(jié)合兩層膜的特性及自身顯影、蝕刻工藝特點(diǎn)，對(duì)兩層圖形進(jìn)行設(shè)計(jì)拆分及補(bǔ)償。缺陷修復(fù)方面，不同于遮光層，除了控制修復(fù)精度外，還需要控制修復(fù)膜層的透過率，使之與正常膜層的透過率相匹配。
由于半色調(diào)掩膜版具有不同的膜層結(jié)構(gòu)，在圖形精度、缺陷控制等方面都需要更高的工藝技術(shù)水平。長(zhǎng)期以來，我國(guó)掩膜版企業(yè)不具備高世代高精度半色調(diào)掩膜版制造能力，國(guó)外廠商如福尼克斯、SKE 等形成持續(xù)壟斷。
（3）半色調(diào)掩膜版已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)面板龍頭企業(yè)生產(chǎn)線，發(fā)展迅速
隨著新型顯示技術(shù)不斷呈現(xiàn)大尺寸、無邊框、高精細(xì)、柔性化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，下游平板顯示廠商對(duì)掩膜版需求不斷增加，半色調(diào)掩膜版因其優(yōu)異的產(chǎn)品特點(diǎn)，在各大面板廠商中的生產(chǎn)工藝中興起并快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)華星光電、京東方、中電熊貓等面板巨頭已經(jīng)在 G5/ G6/ G8.5/ G11 等生產(chǎn)線上導(dǎo)入半色調(diào)掩膜版及相關(guān)工藝技術(shù)。
綜上所述，半色調(diào)掩膜版可降低下游平板顯示廠商生產(chǎn)成本，近年來逐漸興起并快速發(fā)展，國(guó)際主流掩膜版廠商均在該領(lǐng)域持續(xù)投入并形成技術(shù)突破，充分說明了半色調(diào)掩膜版及其制造技術(shù)屬于掩膜版行業(yè)的重要領(lǐng)域。
