我国光掩模玻璃基板的发展现状及趋势

刘志海

1 光掩模玻璃基板的定义及种类

1.1 光学掩模板的定义及分类

1.1.1 光学掩模板的定义

光学掩模板，又称光掩模板、掩模板、掩膜版、光掩膜、光刻掩膜版、光罩等，在薄膜、塑料或玻璃基体材料上制作各种功能图形并精确定位，以便用于光致抗蚀剂涂层选择性曝光的一种结构，是微电子制造中光刻工艺所使用的图形母版。光掩模板应用十分广泛，在涉及光刻工艺的领域都需要使用光掩模板，主要用于集成电路（IC）、平板显示器（FPD）、印刷电路板（PCB）、微机电系统（MEMS）等领域。

光掩模基版（基板）是制作微细光掩模图形的感光性空白板，比如光掩模铬版基板，是光掩模板基体材料上镀铬所得到的感光性空白板，再通过光刻制版等工序就可以获得所需光掩模板。

1.1.2 光掩模板分类

按光掩模板基板材料可分为透明树脂基板和透明玻璃基板。透明树脂基板易于大型化，但是易变形，相较而言玻璃基板更为常用，按照玻璃材质又可细分为合成石英光掩模板、硼硅玻璃光掩模板和苏打（钠钙玻璃）光掩模板三类。

按光掩模板遮光膜材料可分为乳胶遮光膜与硬质遮光膜两大类。硬质遮光膜又可细分为铬、硅、硅化钼、氧化铁四类，其中铬质材料具有涂覆均一性好、刻蚀精度高、且无毒无污染的优点，应用最为广泛。

按光掩模板的用途可分为铬版、凸版、干版和液体凸版四类。其中，铬版主要由铬质遮光膜与石英基板组成，由于其精度高、耐用性好，广泛应用于微电子制造领域。

常用光掩模板分类见表1。

表1 常用光掩模板分类

1.2 光掩模玻璃基板的定义及种类

1.2.1 光掩模玻璃基板的定义

光掩模玻璃基板是指用于制作光掩模板的空白玻璃，也被称作制版玻璃。

1.2.2 光掩模玻璃基板种类

光掩模玻璃基板根据玻璃组分，分为合成石英掩模基板、硼硅玻璃掩模基板和苏打玻璃（钠钙玻璃）掩模基板等。

合成石英掩模基板，是指合成石英锭，经热改型、冷加工等加工后制作石英空白光掩模基板，也称作石英白板。硼硅玻璃光掩模基板，是指在硼硅玻璃原片基础上，经过加工后制作硼硅玻璃空白掩模基板。苏打玻璃基板，是指在钠钙玻璃原片基础上，经过加工后制作钠钙玻璃空白掩模基板。三种光掩模用玻璃基板的特点及主要用途如表2所示。

表2 三种光掩模用玻璃基板的比较

2 光掩模玻璃基板发展现状

2.1 光掩模玻璃基板发展概况

我国的光掩模制作始于60年代中期，比国外晚5～6年。当年采用传统的照相术及手摇光刻机开展工作，光掩模玻璃基板从日本和美国进口，主要为美国柯达玻璃和日本“樱花”玻璃。1978年3月，我国大连玻璃厂3机窑光掩模玻璃基板（当时称为制版玻璃）生产线投产, 虽在一定程度上满足了国内制版玻璃的需要，但玻璃可选的成品率仅有10%左右，1984年2 月，在大连召开了制版玻璃科研攻关论证会。在上世纪80年代后期，随着一些平拉工艺生产线的引进，光掩模玻璃基板基本使用平拉玻璃。90年代后期，随着浮法玻璃技术在我国不断发展，光掩模玻璃基板开始使用浮法玻璃。2005年7月超白浮法玻璃生产线投产后，光掩模玻璃基板使用超白浮法玻璃，极少量使用合成石英玻璃。

2010年以来，我国加大了对光掩模玻璃基板研发和产业化进程。首先，中国建材总院项目组通过对精密加工技术的研发，引入或试制了多种精密加工设备，并开发、完善了集成开发光掩模板用高精度石英玻璃基片的精密加工技术与系统。中国建材总院建立的石英玻璃基板生产线，实现了产品的批量加工、高精度加工，在保证产量的同时其质量也能够完全满足IC产业光掩模板用玻璃基板的高精度要求。随着中国建材总院与多家国内外客户达成了长期合作的意向，我国企业已不再纯粹依赖国外进口，而是将其部分订单逐步移交中国建材总院进行加工和生产。

2011年，湖北菲利华石英玻璃股份有限公司的石英材料在通过日本TEL（东京电子）半导体材料认证后，又陆续获得Lam（泛林）和AMAT（应用材料）的认证，且认证产品规格继续增加，目前Lam 认证的规格已达22 种，AMAT 认证的规格有18 种。2016年11月07日，菲利华生产的光掩模基板规格可以做到1.4 m×1.2 m。2018年8月，湖北菲利华石英玻璃股份有限公司研发出G8代光掩模基板。菲利华形成了G4 到G8 代的完整产业链，打破了长期以来国外垄断。

2.2 我国光掩模玻璃基板需求分析

2.2.1 按应用领域光掩模玻璃基板需求量情况

我国光掩模玻璃基板需求增长稳定，2019年光掩模玻璃基板需求量为9.98万m2，同比增长10.88%，占全球需求量的36.77%。其中集成电路（IC）领域需求量4.678万m2，同比增长16.42%，占总需求量的46.87%；平面显示（FPD）领域需求量4.767万m2，同比增长8.33%，占总需求量的47.77%；其他领域需求量0.535万m2，同比减少8.11%，占总需求量的5.36%。见表3。

表3 我国按应用领域光掩模玻璃基板需求量 单位：万m2

2.2.2 按基板产品光掩模玻璃基板需求量

2019年光掩模玻璃基板需求量为9.98万m2。其中光掩模石英玻璃基板需求4.221万m2，同比增长23.86%，占总需求量的42.29%；光掩模苏打玻璃基板需求量4.991万m2，同比增长5.86%，占总需求量的50.01%；其他光掩模玻璃基板需求量0.767万m2，同比减少12.58%，占总需求量的7.69%。见表4。

表4 我国按基板品种光掩模玻璃基板需求量 单位：万m2

2.3 与光掩模玻璃基板有关的标准情况

目前我国与光掩模玻璃基板有关标准有15项，其中国家标准8项，国家军用标准1项，行业标准6项。见表5。

表5 与光掩模玻璃基板有关标准

续表5

2.4 与光掩模玻璃基板有关的产品进出口情况

2.4.1 其他工业用玻璃制品

海关编号70200019的其他工业用玻璃制品中包含掩模板用玻璃。我国其他工业用玻璃制品进出口情况见表6。

表6 我国其他工业用玻璃制品进出口情况

由表6看出，我国其他工业用玻璃制品进口量及金额远高于出口。

2.4.2 照相制版用其他硬片及平面软片

海关编号37019920的照相制版用其他硬片及平面软片中包含“石英玻璃基质的未曝光感光硬片”。我国照相制版用其他硬片及平面软片进出口情况见表7。

由表7看出，我国照相制版用其他硬片及平面软片进口量及金额远高于出口，单位商品进口价格也远高于出口价格。

表7 我国照相制版用其他硬片及平面软片进出口情况

2.4.3 主要用于或专用于制作和修复掩膜版或投影掩膜版的装置

主要用于或专用于制作和修复掩膜版或投影掩膜版的装置的进出口情况如表8所示。

表8 我国主要用于或专用于制作和修复掩膜版或投影掩膜版的装置进出口情况

由表8看出，我国主要用于或专用于制作和修复掩膜版或投影掩膜版的装置进口金额远高于出口，表明我国我国光掩模板行业投资活跃，尤其是2017年—2019年表现更加突出，这将有力推动我国光掩模玻璃基板行业的发展。

3 光掩模玻璃基板发展趋势分析

3.1 国家主要法律法规政策引导和推动行业发展

为提升我国平板显示和半导体芯片等行业配套材料的国产化率，改善产业发展环境，促进行业持续、健康发展，国家相关部门出台了一系列法律法规及政策，为光掩模玻璃基板行业持续稳定发展提供了有力保障。

2018年11月7日，国家统计局发布的《战略性新兴产业分类（2018）》中提出：新型电子元器件及设备制造产业（代码1.2.1）中，显示器件制造（行业代码3974）和光电子器件制造（行业代码3976）全部纳入战略性新兴产业，集成电路（代码1.2.4）中，集成电路制造（行业代码3973）亦纳入战略性新兴产业。

2019年10月30日，国家发展和改革委员会令第29号发布《产业结构调整指导目录（2019年本）》，其中鼓励类二十八、信息产业中有 “线宽0.8微米以下集成电路制造”、“薄膜场效应晶体 管LCD（ TFT-LCD） 、 有 机 发 光 二 极 管（OLED）、电子纸显示、激光显示、3D显示等新型平板显示器件、液晶面板产业用玻璃基板、电子及信息产业用盖板玻璃等关键部件及关键材料”。

3.2 光掩模玻璃基板产品尺寸趋向大型化

3.2.1 大直径是硅片未来发展方向

随着半导体技术的发展和市场需求的变化，大尺寸硅片占比将逐渐提升。在圆形硅片上制造矩形的硅片会使硅片边缘处的一些区域无法被利用，从而带来部分浪费，随着晶圆尺寸的增大，损失比就会减小。目前8英寸（1英寸=25.4 mm）硅片主要用于生产功率半导体和微控制器，逻辑芯片和存储芯片则需要 12英寸硅片。2019年12英寸硅片全球市场份额预计为70.4%，见表9。

表9 12英寸硅片市场占比情况

3.2.2 显示面板的大屏化发展决定了光掩模玻璃基板产品尺寸趋向大型化

显示屏世代线代数是按照生产显示屏使用的基板尺寸来界定的，基板尺寸越大，其世代线越高，而越高的世代线经切割后所能产生的屏幕尺寸就越大。粗略区分，G1～G4代线主要针对笔记本电脑，G4～G5代主要针对电脑显示屏幕，G6代线以上的生产线主要为电视屏幕所用。而随着基板的大型化，为了提高生产效率需要更大的曝光面积，光掩模玻璃基板的尺寸也随之增加。表10为显示面板尺寸和掩模板玻璃基板尺寸趋势。

表10 显示面板尺寸和掩模板玻璃基板尺寸趋势

续表10

3.3 应加大力度消除发展短板

3.3.1 我国光掩模玻璃基板产业创新能力有待提高

光掩模板主要由玻璃基板与遮光膜两部分组成，其中玻璃基板成本占整体材料成本的90%。目前被用来制作光掩模板基本的材料包括合成石英、硼硅玻璃和苏打玻璃等，其中合成石英最为化学稳定，具有高硬度、低膨胀系数和透光性强等优势，被广泛运用到具有较高精度要求的产品生产中。考虑到成本和纯度要求，目前厂商使用的主要材料为合成石英基板。我国仅有湖北菲利华石英玻璃股份有限公司、江苏太平洋石英股份有限公司以及中国建筑材料科学研究总院等少数几家企业具有生产光掩模石英基板初级产品能力。

3.3.2 光掩模玻璃基板产业链短板明显

根据 IHS 的统计数据，2018 年我国TFTLCD及AMOLED光掩模板的国产化率为9.70%，其中AMOLED/LTPS等高精度光掩模板的国产化率仅为2.50%。对于光掩模石英玻璃基板来说，由于产业链技术问题，其国产化能力几乎为零。

目前国内光掩模玻璃基板产业链没有打通，光掩模石英玻璃基板产品仍需在日、韩精加工（精磨、镀膜）后，才能返回国内光掩模板厂商进行光刻，虽然一些公司已与日、韩以及国内掩模版厂商建立了良好的合作关系，但仍然在一定程度上制约光掩模玻璃基板的发展。

总之，随着半导体集成电路（IC）、显示面板（FPD）和PCB等产业重心向我国倾斜和转移，必将带动我国光掩模板行业等迅速发展，作为光掩模板上游的光掩模玻璃基板产业必将受到强有力的拉动，尤其是光掩模石英玻璃基板的发展将进一步加快。