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光掩模

要印在晶圆片上的东西的模板。
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描述

掩模基本上是集成电路设计的“主模板”。面具有不同的尺寸。常见的尺寸是6- x 6英寸。一个基本而简单的掩模由石英或玻璃衬底组成。掩模罩上涂有一层不透明的薄膜。更复杂的口罩使用其他材料。

曾经,术语“掩模”被用来描述与1X步进或光刻系统一起使用的“主模板”。术语"十字线用于描述用于2X、4X或5X还原步进的“主模板”。今天,“掩模”和“刻线”这两个词可以互换使用。它们基本上是一样的。

面具适合放在哪里?
在半导体工艺流程中,芯片制造商首先设计IC,然后将其转换为文件格式。然后,在掩模设备中,基于该格式生产掩模。掩码是IC设计的主模板。它复制了原来的IC设计。

在晶圆厂,掩模和晶圆被插入到光刻扫描仪中。一个光致抗蚀剂晶圆上应用了一种感光材料。在工作中,扫描仪产生光,光通过系统中的一组投影光学器件和掩模传输。该工艺在晶圆上形成所需的特征。

制作面具
要屏蔽掩模,第一步是创建基板或掩模空白。基本毛坯由石英或玻璃衬底组成,衬底上涂有一层不透明薄膜。

在掩模制造商,坯料上的材料是用电子束掩模书写器刻印出来的。然后,图案被蚀刻和清洗,创建一个掩模。

然后检查口罩是否有缺陷。最后,一个薄膜口罩顶部安装有一层薄膜,可以保护口罩免受落下的颗粒或污染。带有薄膜的面具被运送到工厂。

掩码设置
一般来说,掩模由给定IC设计的几个模的模板组成。模具按行和列排列。这完全取决于设备类型。

出于生产目的,您不会使用单个蒙版。一个设备需要“掩码集”。换句话说,一个设备可能需要5到40个(或更多)单独的掩模,称为“掩模组”Compugraphics.根据Compugraphics公司的说法,在制作过程中的每个步骤都使用一个掩模。

这取决于设备的复杂程度。一个复杂的设备需要更多的掩模。10nm光掩码可能需要76个掩码,而28nm节点掩码大约需要46个。在每个节点上,掩码都更昂贵。

掩模类型-光学
不同类型的掩模被用于当今基于光学的光刻系统。一个光学光刻技术系统包含不同波长的光源。当今最常见的光刻系统使用波长为248nm和193nm的光源。

在光刻技术中,掩模由玻璃基板上的不透明铬层组成。一种简单的掩模类型称为二进制掩模。

为此,一个掩模制造商蚀刻铬在选定的地方,这暴露了玻璃基板。铬材料在其他地方没有蚀刻。在操作中,光打在掩模上,穿过玻璃区域,暴露晶圆。光线无法穿过镀铬的区域。

另一种光学掩模类型称为相移掩模。相移掩模是在20世纪80年代发展起来的,它采用不同的材料和结构,提高了图象的质量。

有两种相移掩模,交替型和衰减型。交替相移掩模类似于二进制掩模。不同之处在于玻璃区域被做得更薄或更厚。

“在交替光圈相移掩模中,每条暗线一侧的光与另一侧的光相差180度。这就在两边的光圈之间产生了破坏性的干扰,即使有一点失焦,线条也会变暗。这种破坏性的干扰效应也放松了通常对分辨率特征宽度的波长依赖的瑞利限制,”Marc David Levenson解释说,他在20世纪80年代在IBM发明了相移掩模。(利文森已退休。)

衰减相移掩模也类似于二进制掩模。不同之处在于硅化钼(MoSi)材料取代了铬。在操作过程中,光线照射在面罩上。

Photronics公司的技术人员Bryan Kasprowicz解释说:“由于MoSi不像铬那样不透明,光线会部分传输(通常为6%),并且相位会发生偏移,因此它与仅穿过玻璃的光线大约有180度的不同。”


图1:各种掩模的示意图:(A)常规(二进制)掩模;(b)交替相移掩模;(c)衰减相移掩模。来源:维基百科

EUV掩
使用13.5nm波长的极紫外(EUV)光刻技术是在晶圆上绘制微小特征的新一代技术。

EUV掩模与光学掩模不同。与光学掩模不同的是,今天的二元EUV掩模反射13.5nm波长的光。EUV掩模由衬底上40至50层交替的硅和钼层组成,形成厚度为250nm至350nm的多层堆叠。钌覆盖层沉积在多层堆叠上,随后是钽吸收剂。

吸收器是一个类似3d的功能,突出在掩模的顶部。在操作中,EUV光以6°角击中掩模。反射可能在晶圆上引起阴影效应或光掩模引起的成像畸变。这个问题被称为蒙版3D效果,可能会导致不必要的图案放置移位。

图2:EUV掩模的横截面。资料来源:Luong, V., Philipsen, V., Hendrickx, E., Opsomer, K., Detavernier, C., Laubis, C., Scholze, F., Heyns, M.,“Ni-Al合金作为替代EUV掩膜吸收剂,”应用。科学。(8), 521(2018)。(Imec,鲁汶大学,根特大学,PTB)


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