生产光罩(光掩模版)的设备老化,缺货问题愈发突出
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光掩模基版是一种硬面光掩模材料,即光掩膜基版,它是当前及未来微细加工光掩膜制作的主流感光材料(相当于照相用的感光胶卷)。它是在平整的、高光洁度的玻璃基版上通过直流磁控溅射(SP)沉积上氮化铬-氮氧化铬薄膜而形成铬膜基版,再在其上涂敷一层光致抗蚀剂(又称光刻胶)或电子束抗蚀剂制成匀胶铬版。光掩模基版有以下几种叫法:匀胶铬版,光掩模基版、空白光罩、拽英文的话就叫做Maskblanks)
光学掩模版在薄膜、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。掩膜版应用十分广泛,在涉及光刻工艺的领域都需要使用掩膜版,如IC(Integrated Circuit,集成电路)、FPD(Flat Panel Display,平板显示器)、PCB(Printed Circuit Boards,印刷电路板)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)等。
光刻掩膜版(又称光罩,英文为Mask Reticle),简称掩膜版,是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。
待加工的掩膜版由玻璃/石英基片、铬层和光刻胶层构成。其图形结构可通过制版工艺加工获得,常用加工设备为直写式光刻设备,如激光直写光刻机、电子束光刻机等。
掩膜版应用十分广泛,在涉及光刻工艺的领域都需要使用掩膜版,如IC(Integrated Circuit,集成电路)、FPD(Flat Panel Display,平板显示器)、PCB(Printed Circuit Boards,印刷电路板)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)等。
成熟节点对芯片的需求激增,加上这些几何形状的光掩模(也称光罩)制造设备老化,正在引起整个供应链的重大担忧。
这些问题直到最近才开始浮出水面,但对于对芯片生产至关重要的光掩模来说,它们尤其令人担忧。28nm及以上光掩模的制造能力尤其紧张,推高了价格并延长了交货时间。
目前尚不清楚这种情况会持续多久。光掩模制造商正在扩大产能以满足需求,但这并不是那么简单。成熟节点的掩模制造涉及较旧的设备,其中大部分已过时。Toppan表示,为了取代过时的光掩模工具,该行业可能需要在未来十年内投资 10 亿至 20 亿美元购买新设备。一些设备供应商正在为成熟节点构建新的掩膜工具,但价格更高。
掩模用作芯片设计的主模板(templates)。在流程中,IC 供应商设计了一个芯片,然后将其转换为文件格式。然后,在光掩模设备中,基于该格式制造掩模。然后将掩模运送到晶圆厂并放置在光刻机中。光刻机通过掩模投射光,掩模将图像图案化在芯片上。
全球集成电路稳步发展背景下,中国集成电路行业贸易逆差大,国产化箭在弦上。我国集成电路发展较晚,除开技术本身存在较大差距外,高端半导体材料和设备仍严重依赖进口,贸易长期处于不利地位。针对我国集成电路产业的弱势,国家出台了一系列相关政策扶持我国集成电路产业,促进集成电路产业的国产化进程,如2020年对特色工艺集成电路(包括掩膜板)生产企业免征进口关税。
顶尖的晶圆制造厂商通常会使用自制的掩模版,如台积电、英特尔、三星等龙头厂商,晶圆厂自供以外,这部分市场主要为美国Photronics、日本DNP以及日本Toppan三家公司所垄断。而国内半导体掩模版行业发展较为落后,除了中芯国际等代工厂会自制掩模版外,尚无商业掩模版公司可在IC领域掩模版实现较好的突破,仅部分公司在面板领域实现较好的技术和客户突破,而半导体领域极度依赖海外进口。
“在5G、人工智能、物联网等产业快速壮大的拉动下,全球半导体市场蓬勃发展,光罩作为芯片的关键原材料,市场需求不断上升。