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光掩膜，又稱光罩或掩膜版，是微電子制造過程中用于圖形轉移的母版，在平板顯示、半導體、觸控、電路板等行業的生產制造中扮演著關鍵角色。其作用是將設計好的電路圖形通過曝光方式轉移到基板或晶圓上，實現批量化生產。作為光刻復制圖形的基準，掩膜版的精度與質量直接影響下游制品的良品率。

光掩膜由基板和遮光膜組成。基板是涂布了遮光膜和感光材料的玻璃襯底，需具備良好的光學透光性、尺寸與化學穩定性、高平整度且無微小缺陷。常見的玻璃基板材料包括堿石灰白冕玻璃、低膨脹硼硅玻璃和石英玻璃。其中，石英玻璃因化學性能穩定、光學透過率高、熱膨脹系數低，已成為制備掩膜版的主流原材料，廣泛應用于超大規模集成電路掩膜版制作。

掩膜版根據基板材料可分為石英掩膜版、蘇打掩膜版等。石英掩膜版主要用于平板顯示和半導體制造；蘇打掩膜版則多見于半導體、觸控及電路板制造；其他類型如干版、凸版和菲林等多用于液晶顯示與電路板制造。光掩膜石英基板作為其中的核心材料，可視為承載芯片“設計圖紙”的超純凈、超平整玻璃底板。

一、石英基板的核心作用與關鍵特性

在芯片制造的光刻工藝中，電路圖形首先被制作在光掩膜版上，再通過曝光轉移到硅晶圓。光掩膜石英基板正是承載這些超精細圖形的透明底板。其之所以不可替代，主要得益于以下幾項關鍵特性：

極高的光學純度和透光率：現代光刻技術使用深紫外光（如193nm）或極紫外光（13.5nm）。石英（尤其是合成熔融石英）在這些波段具有極高透光率，保障光線高效穿透，實現圖形精確投影。普通玻璃在這些波段則會強烈吸光，無法滿足要求。

極低的熱膨脹系數：光刻過程會產生熱量，石英極低的熱膨脹系數可確保其在溫度變化時尺寸幾乎不變，從而維持圖形尺寸與位置精度，避免因熱膨脹導致的套刻誤差，保障芯片良率。

極高的均勻性與純度：基板內部光學性質（如折射率、消光系數）及材料純度必須高度均勻。任何微小不均勻或雜質都可能引起光線折射或吸收變化，導致圖形投影失真。

優異的表面質量：表面需達到原子級平整度與超光滑度（粗糙度極小）。微小缺陷（劃痕、凹坑、顆粒）或不平整會阻擋或散射光線，在硅片上形成缺陷。

良好的化學穩定性與機械強度：石英基板需能抵抗光刻工藝中使用的各類化學清洗劑和蝕刻液腐蝕，并具備足夠機械強度以支撐脆弱的鍍鉻圖形層，承受制造與使用中的應力。

二、市場概況

光掩膜版是光刻工藝中的關鍵部件，也是半導體材料市場的重要組成部分。根據SEMI數據，光掩膜版約占半導體材料市場規模的12%，僅次于硅晶圓和電子特氣。按基板材料可分為樹脂和玻璃基板兩類，其中玻璃基板更為常用，并進一步細分為合成石英、硼硅玻璃和蘇打玻璃三類。合成石英光掩膜版因透光率高、熱膨脹系數低、更平整耐磨、使用壽命長，主要用于高精度掩膜版。

目前，光掩膜合成石英玻璃基板市場主要由美國康寧、德國賀利氏和日本信越等企業主導。2019年全球半導體用光掩膜基板市場規模約298億元，其中合成石英玻璃基板約93億元，占比31%。隨著半導體工藝提升與中國產能擴張，2023年中國半導體用光掩膜基板市場增長至75億元，其中合成石英基板市場規模約23億元。

三、制造工藝概述

石英基板的制造主要包括石英錠熔制、熱加工和冷加工等環節，每道工序均有嚴格規范。

石英錠熔制：合成石英錠的制備方法主要有化學氣相沉積法（CVD）、等離子化學氣相沉積法（PCVD）和間接合成法。CVD法以四氯化硅為原料，在氫氧焰中高溫水解或氧化生成二氧化硅微粒，沉積熔化成形；其優點是金屬雜質低、紫外透過率高、光學均勻性好，但羥基含量通常較高（1‰以上）。PCVD法以等離子體為熱源，金屬雜質和羥基含量低、全光譜透過性能優越，但工藝復雜、成本高。間接合成法又稱“兩步法”，先沉積低密度粉體，再經燒結、摻雜、脫水等工序玻璃化，具有沉積速度快、成本低、易脫羥等優點，適用于深紫外石英玻璃制造，該技術主要由康寧和德國肖特等公司掌握。

熱加工與冷加工：石英錠在熔制過程中可能產生氣泡、顆粒、條紋、熱應力等缺陷，熱加工（如高溫均化、精密退火）旨在減少內部缺陷、消除應力并使基板成型。隨后通過冷加工（切割、開方、倒角、精密磨拋）進一步提升表面精度。其中精密磨拋是關鍵環節，分為研磨和拋光：研磨使用較大磨粒去除加工余量、修整表面；拋光則旨在提高表面粗糙度、平整度，并去除殘余應力。目前石英基板拋光多采用化學機械拋光（CMP）技術，結合化學與機械作用實現超精表面加工。

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