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華夏之光-晶片製造最核心的模具-光掩膜

光掩膜在積體電路製造過程中的用量與電子特種氣體不相上下,佔比達到13%左右。光掩膜又稱光罩、掩膜板,是用以將積體電路以及其他各種電路透過光刻技術印製在晶圓上的圖形母板,相當於書籍印刷的母板。光掩膜的製造材料主要有石英玻璃、金屬鉻和感光材料,製造過程與照相機原理類似,分為感光和曝光。先將金屬鉻均勻塗在石英玻璃上,再覆蓋感光材料,然後透過電子鐳射將積體電路圖形曝光在石英玻璃板上,在金屬鉻上就形成了類似照相底片的電路圖形板,這就是光掩膜。把光掩膜覆蓋在晶圓上,透過光刻機照射,就形成了晶片等我們所需要的積體電路產品。

華夏之光-晶片製造最核心的模具-光掩膜

由於積體電路製造往往需要多道光刻程式,每一道都需要不同的掩膜板,每次光刻都決定著積體電路的良品率。而在光學領域,不論儀器和裝置多先進,光衍射問題始終無法避免,特別是製程達到28奈米以內後,實際電路線寬和投影圖形對比度和失真問題也愈來愈嚴重。因此光掩膜的製造水平和質量直接關聯著積體電路產品的水平和質量。

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如果把石英玻璃看做晶圓,光掩膜的製造過程也可以視為一次積體電路的製造,再加上其作為光刻母板,其製造的複雜程度不亞於積體電路製造。光掩膜製造技術壁壘和行業集中度較高,且呈現自產自銷的特徵。大多數IDM和專業Foundry代工廠如三星、英特爾、臺積電、中芯國際等都有專門的光掩膜部門,用以自身的生產線。

光掩膜製造商分為專業製造商和自用製造商,涉及的產業鏈很長,主要包括上游的積體電路設計軟體、光掩膜裝置和材料以及下游的製造。設計需要使用EDA和MDP軟體,裝置主要是掩膜寫入機和檢測機,材料主要是玻璃、光刻膠、清洗蝕刻材料等。

華夏之光-晶片製造最核心的模具-光掩膜

光掩膜製造的上游產業中的裝置和軟體上,基本被美日廠商所壟斷,國內廠商可以說暫沒有涉足。國產廠商主要在部分材料和光掩膜製造上有所表現。在技術水平上,國產廠商主要是在中低端,高階光掩膜依靠進口。國內專業光掩膜製造廠主要集中在極少數企業和部分科研所,如中科院微電子中心、電子科技集團旗下中微掩膜、清溢光電等,商用程度較低,競爭力不足。

光掩膜產業上,雖然國內廠商差距明顯,但也並不是沒有可關注的亮點。

清溢光電(688138)是國內光掩膜製造龍頭,曾主導編制了國家電子行業標準《薄膜電晶體(TFT)用掩模版規範》,其產品主要應用在顯示平板上,在全球市場份額排名上,也打破了日韓廠商的壟斷擠進了前十。曾在新三板掛牌,目前正在衝擊科創板的路維光電也是專業光掩膜製造商中值得關注的標的。

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在光掩膜材料上,菲利華(300395)是國內當之無愧的龍頭,也是全球領先的石英材料、大尺寸石英光掩膜基板供應商,其產品通過了 TEL、Lam Research、AMAT這三家半導體裝置材料國際巨頭公司的認證。石英股份(603688)專長於高純石英砂生產,是國內唯一、世界少有的大規模高純石英砂生產企業,也已透過 TEL 、Lam Research的認證。

不得不承認,光掩膜產業上國產廠商落後明顯,需要克服和挑戰的技術難度不亞於光刻機,是國產替代中需要集中力量重點攻關的難點產業。

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