掩膜版工作原理、主要上游原材料以及生产工艺分析

掩膜版（Photomask）又称光罩，由不透光的遮光膜在透光的基板一侧形成图形，然后通过曝光方式将此图形复刻到产品的基板上，主要应用于IC、LCD、OLED 和 PCB等微电子行业。

设计公司完成产品版图的开发设计，将该产品版图交付给晶圆代工厂进行生产。但是在量产阶段，晶圆代工厂直接采用产品版图用于曝光工艺会导致生产效率低下，而掩膜版作为模具能有效解决这个问题。

——掩膜版工作原理

掩膜版 的工作原理类似于传统相机中的“底片”。对下游制程材料（一般是镀有遮光膜的基板上再涂有一层光刻胶）通过掩膜版进行曝光，随后通过显影、刻蚀、脱模、清洗等工艺将掩膜版上的设计图形复制到下游制程材料上，其特点是企业可以借此批量生产标准化产品。

掩膜版用于IC制造工艺的光刻流程

资料来源：公开资料

——掩膜版：石英玻璃性质最好

掩膜版主要由透光的基板和不透光的遮光膜组成。按基板材料分类，主要分为玻璃基板（石英玻璃、苏打玻璃和硼硅玻璃）和树脂基板两大类；其中，因石英玻璃的化学稳定性高和热膨胀率小的优势，在使用环境上相对于其他材料对工艺生产环境的要求较低，现主要应用于制造高世代、高精度产品如高世代IC和超大尺寸显示面板。按遮光膜材料分类，主要分为乳胶遮光膜和硬质遮光膜（主要包括铬、硅、氧化铁）两大类；其中，铬相较于其他遮光膜材质能够形成更细微精确的图形，目前用于高精产品较多。

基板和遮光膜分别以石英玻璃和铬为未来发展趋势

来源：CNKI

注：PWB（Printed Wire Board）即印刷线路板；LSI（Large-scale IntegratedCircuit）即大规模集成电路；FPD（Flat Panel Display）即平板显示器

石英玻璃硬度介于苏打和硼硅玻璃之间

来源：CNKI

石英玻璃的热膨胀系数远低于其他材料玻璃

来源：CNKI

——掩膜版的制作流程分前后道工艺

掩膜版 基板的制作流程一般为对获得的原始基板进行抛光、清洗工艺以保证基板的表面足够平滑，然后在表面覆盖一层遮光膜，再进行光刻胶的涂布，最终形成一块能够被直接进行光刻工艺的成品掩膜版基板。

掩膜版 的制造流程分为前道工艺和后道工艺。前道工艺 主要包括 图像产生、显影、蚀刻、脱膜和尺寸测量，前道工艺完成后一片掩膜版的图形制作部分已经完成。后道工艺主要包括缺陷检查、缺陷修补、清洗和加保护膜。将客户图形转化为光刻设备专用的数据形式；通过光刻机进行激光光束直写完成客户图形曝光；在显影液的作用下，经过激光曝光区域的光刻胶会溶解，而未曝光区域则会保留并继续保护铬膜；在蚀刻液的作用下，没有光刻胶保护的区域会被腐蚀溶解，而有光刻胶保护的区域的遮光膜则会保留；光刻胶的保护功能已经完成，通过脱膜液去除多余光刻胶；将掩膜版正、反面的污染物清洗干净，随即进行一系列的缺陷检查修补，最后加上保护膜，一片成品掩膜版就此完成。

前道工艺决定了掩膜版的所有质量特征，尤其是光刻工艺步骤，关键的CD、Overlay 指标均由此次步骤反映到掩膜版上。

制造过程中前道工艺决定掩膜版质量

来源：清溢光电