全球光掩模版发展简史与重要企业盘点—亚化咨询
亚化咨询认为，中国企业在成熟制程的崛起，必将驱动国内光罩（光掩模版）的需求。中国市场将为全球光罩产业注入新活力，助推半导体制造迈向更大的规模与更高的水平。
2024光掩膜版与光刻胶技术与市场论坛将于2024年12月27日在苏州召开，会议由亚化咨询主办。华润微、中科院上海高研院、冠石科技、徐州博康、LinxConsulting、北京师范大学、复旦大学、镇江润晶高纯化工、苏州晶测、欣奕华、中国科学院大学等单位的领导与专家将做大会报告，探讨光掩膜版与光刻胶发展机遇与挑战。
光掩模版（Photomask, 光罩，光掩模）是半导体制造过程中不可或缺的重要组件，在光刻工艺中用作高精度模板，用于将复杂的电路图案转移到硅晶圆上。光罩技术的发展与半导体行业密切相关，随着集成电路（IC）的不断微缩和复杂化，光罩技术也在不断进步。亚化咨询通过本文综述，简要回顾光罩的历史与技术演进，并盘点这一领域的国内外领先企业。
光罩的起源
光罩的概念最早出现在20世纪50至60年代半导体制造发展的初期。当半导体器件从简单的二极管和晶体管发展为集成电路时，对精确图案转移的需求变得显而易见。早期的光罩较为简单，由涂有铬层的玻璃板组成，用于定义基本电路布局。
1959年，仙童半导体（FairchildSemiconductor）引入平面技术，这一技术变革了半导体行业，也确立了光罩作为关键制造工具的地位。从20世纪60年代开始，为了应对日益复杂的电路设计，光罩开始采用更先进的材料和工艺。
光罩技术发展历程的重要里程碑
1. 铬玻璃光罩（1960年代至1970年代）
第一代光罩使用铬玻璃（COG）技术。铬层作为不透明材料定义图案，石英或玻璃基板提供稳定性。这一时期建立了光罩制造的基本工艺，包括光刻、湿法刻蚀和电子束（e-beam）写入。
2. 图案缩小与光学增强（1980年代）
随着半导体工艺节点的缩小，光罩技术需要满足更高的分辨率需求。20世纪80年代，随着光学投影系统的普及，光罩技术得到了显著提升。此时出现了先进的光刻胶材料以及更加精确的刻蚀工艺。
3. 相位移光罩（1990年代）
1990年代引入了相位移光罩（PSM），这是光罩技术的一次重大突破。与传统光罩采用不透明的铬图案不同，PSM通过操控光的相位来提高分辨率和焦深。交替式PSM和衰减式PSM成为支持0.35μm以下技术节点的重要手段。
4. 极紫外（EUV）光罩（2010年代至今）
EUV光刻技术的出现对光罩提出了新的要求。EUV光罩采用13.5nm的波长，需使用反射式光罩而非透射式光罩。这些光罩采用多层反射表面以实现所需的光学特性，同时引入了薄膜保护罩（pellicle）以防止颗粒污染。
光罩制造流程
光罩的生产是一个高度专业化的过程，包括以下步骤：
基板制备：通常选用高纯度石英基板，并涂覆反射或吸收材料，如铬或硅化钼。
图案写入：通过电子束光刻或激光写入技术，在纳米级精度下刻画图案。
刻蚀：在图案化后，通过化学或等离子体刻蚀去除不需要的材料，形成最终设计。
检测与修复：使用高分辨率检测系统检查光罩缺陷，必要时通过聚焦离子束（FIB）进行修复。
涂层与保护罩安装：对于EUV光罩，通常会加装保护罩以防止颗粒污染。
光罩行业的领先公司
光罩行业由少数几家关键企业主导，每家公司都在光罩技术的不同领域占据重要地位。以下是几家国际与国内主要公司及其动态：
1.凸版光罩（ToppanPhotomasks，日本）
东阪光罩是东阪印刷的子公司，也是全球最大的光罩制造商之一，约占全球市场份额30%。公司提供从标准铬玻璃光罩到先进的EUV光罩的全面产品，其工厂分布在全球范围内，为台积电、三星和英特尔等领先代工厂提供服务。
2024年2月，日本凸版印刷子公司凸版光罩与IBM宣布合作，共同研发2纳米逻辑半导体制程节点的EUV微影制程光罩，旨在结合双方专长，推动半导体产业创新突破。这项为期5年的合作研究将在纽约和埼玉县进行，目的是为2纳米以下制程节点量产提供解决方案，以满足市场需求，并在全球半导体技术竞争中缩短技术差距，为市场带来更高效、先进的制程技术。
2. 大日本印刷（DNP，日本）
大日本印刷在光罩市场占有重要地位，特别是在传统和先进光罩（如相位移光罩）领域。公司以其高质量标准和先进的质量保证体系而闻名。
DNP已经开始全面开发2纳米代逻辑半导体的光掩模制造工艺，支持半导体制造的尖端工艺EUV（极紫外光）光刻技术。DNP计划在2024年底前运行第二个和第三个多电子束掩模写入系统，以全面开发用于2纳米一代EUV光刻的光掩模制造工艺。
DNP计划到2025年完成与EUV光刻兼容的2纳米代逻辑半导体光掩模制造工艺的开发，并从2026年起致力于建立生产技术，以期在2027年开始量产。同时，DNP已开始面向2纳米及更新一代技术进行开发，并与总部位于比利时的国际尖端研究机构imec签署了协议，共同开发下一代EUV光掩模。
DNP计划在2027年度量产2纳米芯片用光罩，并将其供应给日本官民合作设立的半导体研发、制造、销售公司Rapidus使用。这一合作旨在实现Rapidus在2027年量产2纳米芯片的目标，并打造最先进的芯片供应链。
3.Photronics（美国）
Photronics是美国领先的光罩制造商，为全球半导体公司提供高精度的先进节点光罩。该公司近年来扩展了其EUV光罩的生产能力，成为尖端制造技术的重要供应商。
Photronics作为全球领先的光罩制造商，在全球石英铬光罩市场中占有重要地位。公司在全球主要地区拥有生产基地，并在亚洲、欧洲和北美设有战略性生产基地。
合肥丰创光罩有限公司为全球著名光罩厂Photronics投资的美资企业,未来为中国第一座10.5代光掩模制造厂，主要提供光掩模产品供面板厂生产使用。
4.HOYA公司（日本）
HOYA公司是全球知名的光罩供应商，尤其在半导体光罩和平板显示（FPD）光罩领域拥有显著的市场地位。
Hoya与台积电及艾司摩尔合作，早在2010年便开始共同开发EUV光罩。经过多年的努力，Hoya成功降低了光罩基材的缺陷率，使其在市场上的竞争力大幅提升。HOYA在EUV（极紫外）光刻技术方面处于行业领先地位，致力于EUV光罩基板的研发和生产，以支持半导体制程技术的进一步微缩。公司预计对EUV光罩基板的需求将持续增长，并已在提升生产能力以保持竞争优势。
HOYA在FPD光罩领域拥有深厚的专业知识，特别是在高分辨率掩模和相移掩模等高精度产品方面，拥有一流的市场份额。随着显示技术的发展，如LTPS和AMOLED，HOYA的FPD光罩业务也在不断扩展，以满足新功能和设计的需求，例如可折叠屏幕。
5.Compugraphics（英国）
Compugraphics是一家总部位于英国的光罩制造商，专注于为半导体、微电子和光电子行业提供高质量的光罩产品和解决方案。公司业务覆盖广泛，从标准铬玻璃光罩到先进的极紫外（EUV）光罩，服务领域包括半导体制造、微机电系统（MEMS）、图像传感器和光电子器件等。凭借50余年的技术积累，Compugraphics以其高精度和可靠性的光罩制造能力满足客户对复杂电路图案的严格要求。
Compugraphics现为SUSSMicroTec集团的一部分。SUSSMicroTec是一家总部位于德国的半导体设备供应商，专注于微结构设备和工艺解决方案。Compugraphics是一家英国的光罩制造商，提供高质量的光罩和掩模解决方案。2016年，SUSSMicroTec收购了Compugraphics，将其纳入旗下，作为其光罩业务部门。此后，Compugraphics成为SUSSMicroTec集团的一部分，继续运营其光罩制造业务。
6. 中芯国际光罩（中国）
中芯国际光罩（SMICMask）是中国集成电路晶圆代工企业中芯国际的光掩模制造部门，提供包括二元铬版光掩模和相位移动光掩模在内的制造服务，支持多种尺寸和曝光技术的光掩模生产。中芯光罩厂以其内部光罩厂的优势，如缩短流片周期、降低运输损伤风险、增加服务灵活性和减少成本，以及严格的品质控制和信息安全措施，确保了高品质光掩模的出货，保护客户的知识产权。
中芯国际正在积极扩张其光罩制造能力，计划在未来几年内增加四座12英寸晶圆产能，总产能达到34万片/月。2023年已完成3万片/月新产能建设，并计划在2024年完成另外6万片/月。同时，公司在上海浦东新区书院镇投资超过58亿元建设新的光罩产线，新增产能共720片/月，以满足市场需求和技术进步。中芯国际光罩厂的技术能力覆盖从0.35微米到14纳米各技术节点的光掩模产品，展现了公司在光掩模制造领域的自给自足能力。
7. 华润微无锡迪思微电子（中国）
华润微电子旗下的无锡迪思微电子有限公司是中国光掩模制造行业的领先企业，专注于为国内外晶圆代工厂和IC设计公司提供高端光掩模制造服务。公司技术覆盖12英寸、8英寸、6英寸晶圆生产线，是国内少数能够生产中高端掩模的企业之一，长期致力于提升掩模制程能力，满足市场需求。
无锡迪思微电子近期完成了90nm高端掩模产品的生产与交付，并计划在2024年下半年实现90nm制程量产，2025年完成40nm量产，2026年实现28nm升级。公司近期完成了6.2亿元人民币的股权融资，将全部用于高阶光掩模产线的建设，同时投资约13亿元人民币建设40纳米先进光掩模产线，以增强核心竞争力，填补国内高端掩模代工领域的空白。这些举措显示了华润微电子在光罩业务领域的积极扩张和技术升级，致力于提升国产光掩模的技术水平和市场竞争力。
8. 其他第三方光掩模企业
亚化咨询梳理国内重要的第三方光掩模企业如下：
冠石科技，冠石科技的光罩业务由宁波冠石半导体有限公司负责。公司投资约20亿元人民币在宁波前湾新区建设光掩膜版制造项目，旨在生产45-28nm成熟制程的半导体光掩膜版。项目建成后将年产12,450片光掩膜版，覆盖350-28nm制程，服务于高性能计算、人工智能、移动通信等领域。
最新动态显示，冠石科技的光掩膜版制造项目已成功封顶，首台电子束掩膜版光刻机于2024年7月中旬顺利交付，这是实现40纳米量产和28纳米研发的关键设备。其他核心设备也在陆续交付和安装调试中。预计2025年公司将实现45nm光掩膜版的量产，到2028年有望实现28nm光掩膜版的量产。
泉意光罩，泉意光罩光电科技（济南）有限公司成立于2020年10月，位于山东省济南市。公司主营业务为光罩（光掩模版）的研发、生产与销售，是链接IC设计与制造的关键工具。光罩制造工艺包括光刻、制程、检验、修补、清洗和贴膜等环节，公司致力于为客户提供优质的光罩产品与服务，保证产品品质和交付及时性。目前，泉意光罩已具备为客户提供40~180nm制程芯片投片的光罩产品的能力。泉意光罩正吸引更多优秀人才加入公司，致力于成为全球领先的光掩模独立制造商，并抓住中国成为全球最大芯片生产国的市场机遇，承担起高阶光罩国产替代的历史使命。
清溢光电，清溢光电成立于2001年，是国内领先的光掩模制造商之一。专注于平板显示（FPD）和半导体领域的光掩模生产，产品涵盖G2.5至G11全世代产线。清溢光电在高精度掩模版制造方面具有丰富经验，已实现多种高世代掩模版的量产。作为国内光掩模行业的龙头企业之一，清溢光电在市场中占据重要份额。
路维光电，路维光电成立于2006年，是国内知名的光掩模制造企业。公司产品广泛应用于平板显示、半导体、触控等领域，覆盖G2.5至G11全世代产线。路维光电已实现250nm半导体掩模版的量产，并掌握了180nm和150nm节点的核心制造技术。作为国内唯一一家覆盖G2.5至G11全世代产线的本土掩模版生产企业，路维光电在行业内具有重要影响力。在高端集成电路掩模领域具有一定的技术优势。
龙图光罩，龙图光罩是一家专注于半导体掩模版制造的企业。主要从事半导体芯片掩模版的开发和生产。2022年，龙图光罩的掩模版工艺节点提升至130nm。公司计划通过“高端半导体芯片掩模版制造基地项目”开发并产业化更高制程节点（130-65nm）的半导体掩模版，实现产品结构升级。在半导体掩模版领域积极追赶国际先进水平。
无锡中微掩模，无锡中微掩模电子有限公司是一家成立于2007年的高科技企业，专注于高端集成电路掩模的生产和技术开发。公司业务涵盖掩膜版的研发、生产和销售，产品主要应用于平板显示、半导体、触控和电路板等行业。中微掩模拥有先进的技术和一流的设备，能够提供从0.35到0.13微米工艺节点的掩模版产品，包括二元掩模、相移掩模和OPC掩模等。公司在平板显示和半导体领域拥有众多知名客户，如京东方、华星光电、士兰微等，致力于推动关键材料的国产化进程和进口替代。
新锐光掩模，广州新锐光掩模科技有限公司是一家成立于2021年2月的高科技企业，位于广东省广州市黄埔开发区中新知识城集成电路产业园，是独立先进光掩模生产制造商。新锐光掩模科技有限公司计划投资约31亿元人民币，在广东省广州市黄埔开发区中新知识城枫下片区新建面向半导体应用的光掩模项目。项目占地面积约54689.04平方米，总建筑面积约66604平方米，预计年产光掩模版48000片。2023年12月，新锐光掩模的掩模版项目一期验收完成。由于沪硅产业(688126)为大股东之一，预计公司后续将和沪硅产业有进一步的合作。
台湾光罩（中国台湾），台湾光罩是中国台湾地区的主要掩模版制造商之一。主要产能集中于65nm以上制程，预计2023年第四季度实现40nm制程量产，2025年实现28nm量产。在中高端掩模版制造领域具有一定的技术积累。在中国台湾地区占据重要市场份额，并积极拓展大陆市场。
全球光罩行业展望
光罩作为半导体制造的核心部件，未来将因技术升级和区域化供应链的推动而快速发展。高数值孔径（High-NA）EUV光罩和新材料突破，如低缺陷率碳基材料，将成为提升精度和降低成本的关键。同时，人工智能驱动的缺陷检测和高精度修复技术将提高光罩的可靠性，助力先进节点（3nm及以下）芯片制造。
全球光罩生产仍由日本、美国等主导，但区域化趋势显著。中国、韩国等市场正加速构建本地光罩能力以降低外部依赖。在中国，清溢光电、路维光电等企业在中低端节点和平板显示领域已实现高自主化，但在EUV光罩等高端技术上仍需突破。
未来，光罩行业将以技术创新和供应链多元化为驱动，满足先进制程需求。亚化咨询认为，中国企业在成熟制程的崛起，必将驱动国内光罩（光掩模版）的需求。中国市场将为全球光罩产业注入新活力，助推半导体制造迈向更大的规模与更高的水平。
“2024光掩模版与光刻胶技术与市场论坛”将于2024年12月27日在苏州举行，由亚化咨询主办。此次会议将汇聚半导体行业的领军企业、技术专家、学者和行业分析师，聚焦光掩模版及光刻胶在中国乃至全球半导体产业链中的关键作用，共同探讨掩模版及光刻胶产业的发展前景、最新技术进展、面临的挑战和未来趋势。
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（转自：半导体前沿）