LCD掩模版行业上、下游产业链及技术工艺发展趋势分析（LCD掩模版项目市场投资商业计划书 -节选）

第一节 上游 行业 发展状况 分析

1、硅材料

硅元素在地壳中的含量达到25.8%，仅次于氧元素。它是大自然对人类慷慨赠与、取之不尽的最重要的半导体材料。2000年，全球75亿美元的硅材料，支撑起了2500亿美元的半导体集成电路产业，进一步支撑起数以万亿美元的电子、计算机、通信等产业。

如果说钢铁工业是传统工业的基础，那么硅材料业就是信息产业的基础。“SiliconValley”（硅谷）这个高技术时代的代名词，因此而得名。

我国对硅材料的 研究 始于上世纪50年代，近几年，我国半导体产业的发展给国内硅材料业带来了前所未有的机遇，硅材料业的发展日新月异。但在硅材料产业化方面，与国际水平还存在一定的差距。到目前为止，我国还不能大批量生产8英寸硅片，6英寸硅片的生产尚未普及，而小直径硅片在质量，特别是产品的稳定性方面与国外还有较大的差距。我国硅片的总体水平大约相当于国外上世纪90年代初的水平，产量约占全球总产量的1%。

硅材料工业已经经历了半个多世纪的发展，目前呈现出这样几大特点：

首先，它是一个资金密集、技术密集、支撑能力强而自身效益不甚高的产业。相关资料显示，1996年到2000年硅片的发货量增加了50%，而销售收入仅增加了6%。由此可以看出硅片生产厂商所承受的价格压力。因此，世界上主要的硅片企业背后都有大企业或大财团支持。

第二，硅片工业目前在生产与市场方面的垄断已经形成，日本、德国等国资本控制的八大硅片公司的销量占硅片总销量的90%以上。其中信越、瓦克、SUMCO和MEMC四家的销售额占世界硅片销售额的70%以上。

第三，当前IC用主流硅片是8英寸，并向12英寸过渡。到2006年12英寸的硅片的比例从2000年的1.3%增加到21.1%。

第四，随着光电子和通信产业的发展，硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向。硅基材料是在常规硅材料上制作的，是常规硅材料的发展和延续，其器件工艺与硅工艺相容。主要的硅基材料包括SOI（绝缘体上硅）、GeSi和应力硅。2000年下半年，IBM公司决定在0.18微米以下线宽的集成电路生产线中全部采用SOI技术，由此可以看出硅基材料在未来半导体业中的重要性。

2、氧化铁

目前我国氧化铁年生产能力已达70万吨，年产量54万吨，居世界第一位。据预计，到2010年，总产能将突破80万吨，销售收入可达30亿元。而目前我国氧化铁 行业 “多而不强”，因此减少企业数量，扩大单产规模，提高产品档次已是当务之急。

目前我国氧化铁企业已超过140多家，但年产量在万吨以上的企业仅有十几家；约有60多家企业年生产规模仅为3000吨左右，且大多采用传统作坊式生产，产品质量、生产设备等都存在一些问题。今后5年，国内氧化铁 行业 将通过市场竞争，企业并购等方式，减少企业数量，扩大企业规模，使排名前五名企业的生产总量达到全国总产量的75％以上，力争有几个销售收入超过3亿元或更高的企业进入国际市场，参与国际竞争。

2004年我国氧化铁生产总量为54万吨，已成为世界氧化铁第一生产大国。其中，产量的50％以上用于出口，但出口产品以中低档为主，品种单调、质量档次不高，与氧化铁生产大国的地位极不协调。

随着应用领域的开发，国际上氧化铁产品将朝着多功能方向发展，即从目前仅限于耐候、耐用与美观装饰的着色使用范围，延伸到软磁电脑驱动器、磁性油墨特征辨认材料、复印磁粉、磁性记忆材料、石油化工催化剂、医疗激光探测磁头、无毒型水处理剂等新的应用领域。

3、铬 行业

我国共有铬铁矿产地54处，保有储量251.9万吨（矿石，下同），基础储量595.2万吨，其中富矿（Cr2O3>32%）占全国总储量的49%。我国铬铁矿储量和基础储量仅分别占世界铬铁矿储量和储量基础的0.1%和0.06%。主要分布在西藏、内蒙古、新疆和甘肃四省区，分别占全国总储量的35.9%、17.8%、16%、13.7%，四省合计占总储量的84.3%。

我国目前尚未发现有储量大于500万吨的大型铬铁矿床，储量超过100万吨的中型矿床也只有4个，它们分布在西藏的罗布莎、甘肃的大道尔吉、新疆的萨尔托海、内蒙古的贺根山。其余均为储量在100万吨以下的小型矿床。储量最大的罗布莎矿床，396万吨储量分布在7个矿体中，最大的矿体长只有325米。

我国目前已知的铬铁矿矿床主要为岩浆晚期矿床。而世界上一些著名的具有层状特征的大型、特大型岩浆早期分凝矿床在我国尚未发现。

目前我国可利用的铬矿产地6处，保有储量113万吨，约占全国总保有储量的11.55%；暂难利用矿区15处，保有储量130.9万吨，约占全国总保有储量的13.38%。现有的几个矿山的状况是：西藏的罗布莎铬矿经过扩建，开采规模可达10万吨左右，内蒙古的铬矿生产可维持年产2000吨-3000吨精矿水平，甘肃大道尔吉铬矿年产成品矿可达两万吨，青海铬矿产量不稳定。新的开发后备基地已无多少选择余地。

在已开采矿床中，只有罗布莎、萨尔托海属国家重点矿山，据调查萨尔托海资源现已采完，其他矿区为地方集体或个体开采，大多数矿石品位低，矿体规模小且分散，不易规模开采，很难扩大其产能。

据有关资料统计，我国现有铬矿的经济储量和基础储量占资源总量的比重分别是36.20%和46.24%，如果基础储量能按70%的转化率转化为储量，按目前的开采水平和矿山实际回采率31.7%计算，到2009年，我国铬矿资源将面临枯竭。由于铬矿矿山产能增长潜力小，今后我国各时期铬矿产量在2005年达到22万吨之后开始下降，2010年产量18万吨，2015年产量15万吨。2010年产需缺口将达600多万吨，这些完全要依赖国外资源，利用国外资源将占我国消费量的97%。

我国金属铬年产量近5000吨，内销外销约各一半。由于金属铬产品质量要求严，生产工艺流程长，且对环境污染严重又不易彻底防治，因此多年来生产厂家只限锦州、湖南、南京三家为主，因而产量较稳定。

第二节 下游产业发展情况 分析

目前，我国的LCD产业已经走过了近30年的历程。经历几次大的投资浪潮之后，我国内地已经成为全世界最大的TN-LCD（扭曲液晶显示器）生产基地和主要的STN-LCD（超扭曲液晶显示器）生产基地，并且从2003年开始，又大手笔涉足TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）领域。以京东方电子科技集团收购韩国现代三条TFT-LCD生产线和所有LCD业务，以及京东方和上广电又分别投资建设二条第五代TFT-LCD生产线为标志，我国内地成为世界LCD产业第四极力量乃至更强的预言正在逐步变成现实。

历经二十几年的发展，我国LCD产业从无到有、从无源跨入有源，已成为全球最大的TN/STN生产大国和产值排名世界第四的LCD产业地区。目前在我国内地与LCD产业相关的生产厂家、科研院所大约有180家，TN/STN-LCD生产线约110条、TFT-LCD生产线（含京东方在韩国的三条生产线）有7条和众多的TN/STN/TFT模块生产线。

从地域分布来看，我国液晶产业主要分布在三个区域：以深圳为中心的华南地区，以上海为中心的华东地区以及以北京为中心的华北、东北地区，这与中国信息产业强势分布区域相对应。

华南地区是中国最早形成LCD、LCM区域性的地区，到目前仍是企业数量最多、投资最多元化的地区，其生产线数量占到全国的70%以上，其中又以深圳、东莞为主。企业以台湾华泰、香港信利、香港精电、台湾劲佳光电和深圳天马、迈尔科特、东莞SDI、东莞新电器等为主。华东地区是近几年LCD产业刚兴起的新区，这个地区显著的特点是企业的投资和规模都较大，日资和台资企业较多，无锡夏普、张家港光王电子、苏州EPSON、上海飞利浦、上海广电液晶都有规模较大的CSTN和STN生产线，更有众多的TFT模块厂在这个区域内。产值较大和销售规模上亿元、上十亿元的厂家多。随着上海广电集团与日本NEC合作TFT-LCD五代线的建成，还将带动TFT-LCD产业链上的其他项目，这个地区显示出很强的发展后劲。

东北、华北地区目前企业的数量和总体规模都小于上述两个地区。但随着京东方在2003年成功收购韩国现代TFT三条生产线、并在北京建成TFT模块生产线和五代TFT屏生产线、整合上下流产业链一系列大的动作，以及京东方TFT-LCD销售额在2003年全球大尺寸LCD排名第九位和五代线建成后的带动和辐射影响，将带动这个地区成为对中国液晶产业有重要影响的区域。另外这个区域还有一个突出的特点是从事液晶研发的单位和力量比较集中，还有美国三伍电子以及河北冀雅、长春联信、鞍山亚视等一批有实力和后劲的企业。

随着中国经济和信息产业稳定快速的发展，中国的液晶产业在未来相当一段时间内，也会保持一个良好的发展趋势。目前，各级政府尤其是地方政府、企业对液晶产业的热情和关注都很高，很多企业都有意在这个 行业 投资，这无疑对这个 行业 的发展具有很好的推动作用。

2007年中国LCD电视出货量达到1000万台的规模，而2008年这一数字将增长到1550万台，增幅高达54%。2008年中国市场的液晶电视总出货量将占到全球市场的15%，虽然2008年第一季度中国市场将出现较为明显的需求放缓趋势，但是受到奥运会的刺激，后几个季度的需求将出现较大幅度的反弹势头。到2011年中国的LCD电视市场都将继续保持每年36.5%的高增长趋势。

第三节 产品技术发展现状

光掩模版是光刻工艺中复印光致抗蚀掩蔽层的“印相底片”。随着大规模集成电路工艺技术的迅速发展，对光掩模版的质量，包括各种掩模精度、缺陷密度和掩模版的耐用性能等都提出了极高的要求。以64千位MOS存储器光掩模版为例，每个芯片单元有效面积0.22～0.28厘米2内含约15万个元件、器件；最细的线宽约2～3微米；套刻精度约±0.5～±1微米；掩模版的分步重复精度、定位精度等都必须控制在±0.1～±0.25微米范围以内。

此外，光掩模版的随机缺陷密度对芯片成品率的影响，将满足博塞-爱因斯坦分布，即芯片成品率随着单元有效面积的增大或随机缺陷密度的增大而按负指数关系急剧下降。据推算，若要达到95％以上的成品率，掩模版的缺陷密度必须控制在每平方厘米0.175个以下。如果缺陷密度增大到每平方厘米1.25个，则成品率因缺陷的直接影响会下降到65％以下。因此，光掩模版质量的优劣直接影响光刻工艺的质量，从而影响半导体器件或集成电路的电学性能、可靠性和芯片成品率。光掩模制作技术大体上可分为传统的刻图缩微制版技术系统、计算机辅助设计、光学图形发生器自动制版技术系统和以电子束扫描成像为代表的各种短波长射线成像曝光技术系统。

第四节 产品工艺特点或流程

1、刻图缩微制版技术

最初是从印刷工业中的印刷制版技术移植到微电子工艺技术中来的。制作一套光掩模版需要经过复杂的过程。首先需要根据半导体器件或集成电路电学参数的要求、工艺条件和精度的要求确定适当的放大倍率来绘制掩模原图。然后利用缩微照相技术或图形发生系统制作掩模原版，亦称中间掩模版。为了能在同一个硅片上同时制作多个电路芯片而且又便于切割成单个芯片，中间掩模版的图形还要用具有分步重复功能的精密缩小照相机进一步缩小到实际芯片尺寸。同时，让同一图形在纵横两个方向按一定的间距重复曝光，制成含有芯片图形阵列的母掩模版。最后复印出供给生产上光刻工艺使用的工作掩模版。

2、计算机辅助设计光学图形发生器制版技术系统

随着半导体器件、集成电路、大规模集成电路制作技术的发展，芯片集成度越来越高，电路图形越来越复杂，加工尺寸越来越精细，遂研制成功计算机辅助制版系统和由它控制的自动制图机、光学图形发生器等高精度自动制版设备，以及激光图形发生器、电子束图形发生器等新的制版设备，形成了半导体工艺技术中所特有的高精度光掩模制作技术体系。尤其是电子束图形发生器，具有很高的分辨率和高速扫描成像系统，不但可用于制作中间掩模版，而且还能取代分步重复设备直接制作出含有芯片阵列图形的母掩模版或工作掩模版。然后，再利用各种光刻设备把光掩模图形转移到硅片表面的光致抗蚀层上。这种技术在大规模和超大规模集成电路制作工艺中起着越来越重要的作用。到80年代初，采用这些技术已制作出最细加工线宽为1.3～2.5微米的256千位动态随机存储器芯片，这已接近光掩模加工技术和光掩模图形转移技术的极限。

3、短波长射线成像曝光技术系统

为保证大规模集成电路的芯片成品率，并进一步提高集成度（如最小加工尺寸达亚微米级的百万位存储器芯片），已采用电子束、离子束或X射线等直接在硅片上扫描成像的加工新技术，取代传统的光掩模图形转移技术。

掩模制作工序

4、掩模检测

掩模版的质量是影响集成电路功能和芯片成品率的重要因素之一。为保证光掩模版的质量，必须进行严格的控制：（1）掩模缺陷密度的控制，包括各种随机图形缺陷和掩模清洁度的控制；（2）掩模版精度的控制，包括掩模对准定位精度、机械重复精度、图形几何尺寸精度、图形坐标位置精度和套合精度等的控制；（3）图形质量的控制，包括几何图形完整性、图形边缘清晰度、反差、光密度、均匀性的控制。在掩模版制作过程中，每道工序都需要采用人工或自动掩模检测系统进行严格检查、测量、修改和修补，以保证掩模版的质量。

第五节 国内外技术未来发展趋势 分析

TFT工艺技术的进步以掩模版数量的减少为标志。掩模版越少，生产周期越短，同样设备配置下产能越高，材料消耗也会相应的减少。上世纪90年代末我国引进的生产线采用的是7枚掩模版工艺，这在98年或许不算落后，但到02年，国际上绝大部分生产线都已经采用5枚掩模版工艺，个别的也有用4枚掩模版进行小批量生产。

相位移掩模版（Phase-shiftmasks，PSMs）是拓展193nm光刻能力的关键。相位移已经成为存储器和逻辑器件制造的主流技术。PSMs是提高光刻分辨率的核心技术。许多层的图形分布很容易与相位移掩模版的要求相吻合，特别是接触窗口和微通孔层的孔洞图形。

PSMs的继续发展将依赖于更强的相位移和更复杂的特征结构。目前最基本的是6%嵌入式PSMs。要想使相位移技术能够达到下一代技术水平的要求，可供选择的掩模版类型主要有三种：补偿式相位移、二次曝光和可以进行低k1成像的一次曝光技术。

补偿式相位移是目前最为人所熟知的相位移技术，其中主掩模版起到强烈相位移的作用，第二块掩模版起到补偿功能。现在的基本硬件设施显然已经采用并掌控了大部分补偿式相位移掩模版。该方法的唯一缺点是必须使用两块掩模版。晶片加工的每一层都需要经过两次图形转移，除了延长曝光时间外，还会引起套刻精度偏差问题。

补偿式PSMs具有很强的挑战性，但是大多数人都认为它是最有发展潜力的相位移技术。然而，两块掩膜版明显增加了其运行成本。

二次曝光技术也使用了两块掩模版，但是该方法与补偿式曝光完全不同。补偿式相位移中的第二块掩膜版相对来说要简单得多，它只用于第一块掩膜版曝光后进行相应的补偿；但是二次曝光相位移技术的两块掩模版看起来很相似，而且都比补偿技术中的主掩模版简单。

第三种方法则采用无铬掩模版光刻技术，这是一种只采用一块掩模版、一次曝光的技术。该技术依赖于结构非常复杂的掩模版，其掩模版通常需要多次刻写才能完成。但是，其优点是只需一次曝光。

无铬相位移光刻（ChromelessPhaseLithography，CPL）技术来自ASMLMaskTools公司，该技术正受到越来越多的关注。CPL的最大好处是只需一块掩模版（上面具有许多比所需分辨率还小的复杂图形），因此关键层图形转移速度更快，不需要补偿式设计那样采用经过分解、多次曝光的方法。该技术在软件解决方案和扫描光刻设备效率之间找到了很好的平衡点。其中大部分关键的掩模版制作技术已用于实际生产，与石英蚀刻概念相关的技术则正在加紧开发中。无论采用哪种类型的掩模版，相位移技术一定是提高光刻分辨率的优先选择。

目前台湾友达光电(AUO)发布了用3片掩膜形成TFT阵列的工艺。采用半色调掩膜（Half Tone Mask）与剥离（Lift Off）法，仅用一片掩膜就实现了钝化层(Passivation Layer)的开口与ITO图案的形成。并采用此工艺试制出了1.8英寸TFT液晶面板。该技术的关键在于将4片掩膜工艺的钝化层（第3片）与ITO层（第4片）两个工序用半色调掩膜（HTM）合并为一个。而ITO图案的形成则采用了剥离法。首先，使用HTM在钝化层打出与周边焊盘相接的开口。然后，对光刻胶进行灰化（Ashing）处理，使形成ITO图案的像素部分曝光。并在形成ITO膜以后，采用剥离方法将光刻胶剥离，除去不需要的ITO层。此次发布的关键点是，为了促使ITO层剥落，采用了准分子激光对光刻胶上的ITO层进行预剥离的方法。提高照射的准分子激光的能量，光刻胶上的ITO会剥离，从而可减轻后续的光刻胶剥离工序的作业负担。通过以激光剥离ITO层的工序，可大幅度缩短剥离所需时间。另外，还能够解决因ITO膜混入去除的光刻胶而造成剥离装置维护周期缩短的问题。此次AUO采用这种3片掩膜工艺试制出了1.8英寸彩色TFT液晶面板。试制面板的像素为128×160，子像素尺寸为73μm×129μm。

随着第6、7代TFT—LCD 生产线在国外厂家的逐渐普及，美国V．Tech．公司开发了6、7代TFT—LCD 生产线的不用大尺寸掩膜版的曝光机。该曝光设备只要设定基板第一层的图形之后，在不使用大尺寸掩膜版的情况下能够完成后面工序的曝光工艺；同时具有图形监测系统和许多个曝光光源，以及在基板移动方向上约5 cm 宽度的形成图形的掩膜版装置，可边移动基板边曝光，由图形传感器来以第一层的图形为基准而定位，横向基板移动距离为2 m。但该设备价格十分昂贵，目前价格为5～10亿日元。

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