《微细和纳米加工技术：第2章 光学曝光技术（2-5 光学掩模版)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微细和纳米加工技术：第2章 光学曝光技术（2-5 光学掩模版)（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 通常，对掩模有如下要求：通常，对掩模有如下要求：掩模图形区与非图形区对照射光掩模图形区与非图形区对照射光的吸收或透射的反差要尽量大。的吸收或透射的反差要尽量大。掩模的缺陷要尽量少。掩模的缺陷要尽量少。 25 光学掩模版光学掩模版2.5.1对光学掩模版的基本要求对光学掩模版的基本要求2掩模缺陷对曝光成品率的影响分析：掩模缺陷对曝光成品率的影响分析： 对于对于LSI和和VLSI抗蚀剂图形曝光来说，由于图形复杂，通常用多块掩模曝光，抗蚀剂图形曝光来说，由于图形复杂，通常用多块掩模曝光，以产生一幅合成的以产生一幅合成的LSI和和VLSI图形。这样，任何一块掩模的一颗微小缺陷都有可能造图形。这样，任
2、何一块掩模的一颗微小缺陷都有可能造成成IC图形曝光的失败。图形曝光的失败。 通常，掩模缺陷指掩模上的针孔、断条、桥连、脏点、线条的凹凸等。并且这通常，掩模缺陷指掩模上的针孔、断条、桥连、脏点、线条的凹凸等。并且这些缺陷是无规则分布的，而且任一晶片内只要落上这么一个缺陷就是致命的损伤。些缺陷是无规则分布的，而且任一晶片内只要落上这么一个缺陷就是致命的损伤。 1970年年Price提出了曝光成品率和掩模缺陷密度之间的关系式：提出了曝光成品率和掩模缺陷密度之间的关系式： 例如，设掩模的缺陷密度为例如，设掩模的缺陷密度为2个个cm2，晶片面积为，晶片面积为45mm2=02cm2，则仅，则仅由一块掩模的
3、缺陷所致的成品率为由一块掩模的缺陷所致的成品率为714，如果每块掩模密度均相同，则七，如果每块掩模密度均相同，则七块掩模所致的成品率为块掩模所致的成品率为95。由此可见，减小掩模缺陷对提高曝光成品率极。由此可见，减小掩模缺陷对提高曝光成品率极其重要。其重要。 掩模版的缺陷对曝光成品率的影响掩模版的缺陷对曝光成品率的影响Y：使用：使用n块掩模曝光后，晶片的可能成品率；块掩模曝光后，晶片的可能成品率；A：晶片面积；：晶片面积；Di：第：第i块掩模的致命缺陷的平均密度。块掩模的致命缺陷的平均密度。3掩模图形精度要高。掩模图形精度要高。 光刻掩模本身的图形精度明显地左右着集成电路中的晶体光刻掩模本身的
4、图形精度明显地左右着集成电路中的晶体管和二极管的特性以及布线电阻的阻值等。管和二极管的特性以及布线电阻的阻值等。 例如，集成电路中线条的面积、窗口的面积都确定了阻值例如，集成电路中线条的面积、窗口的面积都确定了阻值和器件的特性。如果制造出来的掩模图形偏离了设计要求的图和器件的特性。如果制造出来的掩模图形偏离了设计要求的图形，那么，通过曝光和后续工艺后，获得的实际器件特性就偏形，那么，通过曝光和后续工艺后，获得的实际器件特性就偏离了设计要求。离了设计要求。 再如，再如，A、B两张掩模上长、宽相同的线条所代表的阻值之两张掩模上长、宽相同的线条所代表的阻值之比为比为1，但在掩模制造中，但在掩模制造中
5、，B掩模的线条达不到精度要求掩模的线条达不到精度要求(设设A满满足设计要求足设计要求)，这样，这样，A、B掩模线条代表的阻值之比就不为掩模线条代表的阻值之比就不为1了，了，结果肯定造成集成电路特性的变化。结果肯定造成集成电路特性的变化。对光学掩模版的基本要求对光学掩模版的基本要求4掩模的套刻精度要高。掩模的套刻精度要高。 对于对于LSI和和VLSI等复杂精细的图形需用几张到十几张掩模等复杂精细的图形需用几张到十几张掩模的光刻才能完成集成电路的制造，所以，每张掩模图形在衬底的光刻才能完成集成电路的制造，所以，每张掩模图形在衬底上的转印，都有极高的套刻精度要求，否则，要有效地完成后上的转印，都有极
6、高的套刻精度要求，否则，要有效地完成后续各项工艺加工是难以想象的。续各项工艺加工是难以想象的。对光学掩模版的基本要求对光学掩模版的基本要求5三维的集成电路结构是从晶圆平面一层一层做起来的。三维的集成电路结构是从晶圆平面一层一层做起来的。不论设计微电子器件或微系统器件都必须考虑平面工艺的特不论设计微电子器件或微系统器件都必须考虑平面工艺的特点，必须对加工的工艺过程有深入的了解，这样才能在有了点，必须对加工的工艺过程有深入的了解，这样才能在有了器件的整体构想之后，根据工艺流程把器件的设计分解为一器件的整体构想之后，根据工艺流程把器件的设计分解为一系列二维掩模图形的设计。系列二维掩模图形的设计。为了
7、便于理解，下面以制作微机械结构的一个实例来说明用为了便于理解，下面以制作微机械结构的一个实例来说明用光学掩模版的套刻制作三维结构。光学掩模版的套刻制作三维结构。 利用掩模的套刻制作三维结构的实例利用掩模的套刻制作三维结构的实例6图图(a)是一个微悬臂梁的三维图。是一个微悬臂梁的三维图。梁的两端固定在衬底材料上；梁的两端固定在衬底材料上；梁的梁的中部与衬底材料保持一定空气间隙。中部与衬底材料保持一定空气间隙。在外力作用下此悬臂梁可做小振幅在外力作用下此悬臂梁可做小振幅自由振动。自由振动。因为微细结构是在平面衬底材料上因为微细结构是在平面衬底材料上一层一层做起来的，整个加工过程一层一层做起来的，整
8、个加工过程就是把一层一层不同材料以薄膜形就是把一层一层不同材料以薄膜形式沉积到衬底表面，再通过曝光与式沉积到衬底表面，再通过曝光与刻蚀做出所需要的结构形状。刻蚀做出所需要的结构形状。微悬臂梁的制作实例微悬臂梁的制作实例图图2.15 微悬臂梁的制造工艺过程和所微悬臂梁的制造工艺过程和所需的曝光掩模需的曝光掩模 正型正型负型负型正型正型7加工流程如图加工流程如图 (b)所示。所示。在这一工艺流程中需要在这一工艺流程中需要3个二维光刻掩模版，每个个二维光刻掩模版，每个掩模版设计如图掩模版设计如图(c)所示。所示。这这3层掩模的相对位置如层掩模的相对位置如图图(d)所示。所示。掩模设计过程就是要画出掩
9、模设计过程就是要画出图图(d)这样的掩模图。这样的掩模图。微悬臂梁的制作实例微悬臂梁的制作实例正型正型负型负型正型正型8掩模白版通常是在掩模白版通常是在玻璃或石英衬底玻璃或石英衬底(透光部分透光部分)上涂上上涂上铬铬(不透光部分不透光部分) 。掩模制备的设备主要有两类：电子束和光学系统。掩模制备的设备主要有两类：电子束和光学系统。一般，掩模的大小为一般，掩模的大小为6 in(厚度厚度025 in)，其详细规格见下表。，其详细规格见下表。由于熔石英的热稳定性能很好，其热膨胀系数只有由于熔石英的热稳定性能很好，其热膨胀系数只有0510-6-1常规玻常规玻璃的热膨胀系数是璃的热膨胀系数是(4100)
10、10-6-1，掩模写图形过程引起的温度变化不，掩模写图形过程引起的温度变化不会造成大的图形偏差。在会造成大的图形偏差。在100 mm的范围内，的范围内，01的温度变化将引起的温度变化将引起5 nm套刻误差。套刻误差。熔石英良好的机械和热稳定性及对熔石英良好的机械和热稳定性及对DUV波段光的非常好的透过性，使得波段光的非常好的透过性，使得熔石英是掩模白版的首先材料。熔石英是掩模白版的首先材料。掩模白版的材料：熔石英掩模白版的材料：熔石英2.5.2掩模版的制作掩模版的制作最小最小最大最大9在投影曝光机中，远离焦深将造成图像模糊，在掩模制造中，场深（或者在投影曝光机中，远离焦深将造成图像模糊，在掩模
11、制造中，场深（或者景深）是一个重要参数。景深）是一个重要参数。场深和焦深不可分，一般定义为：场深和焦深不可分，一般定义为：光学掩模版制作中的景深与焦深光学掩模版制作中的景深与焦深 N：透镜的缩小倍数（：透镜的缩小倍数（4或或5）由于光学透镜的焦深有限，因此对掩模基版的平整度提出了严格的要求，由于光学透镜的焦深有限，因此对掩模基版的平整度提出了严格的要求，这也是掩模版成本高的一个重要原因。这也是掩模版成本高的一个重要原因。场深场深=焦深焦深N2焦深焦深=掩模版的非平整度掩模版的非平整度/N2也可以理解为场深是考虑到掩模版的非平整度后的焦深，因此也可以表示为：也可以理解为场深是考虑到掩模版的非平整
12、度后的焦深，因此也可以表示为：10铬是目前最普遍的遮光材料，铬一般采用溅射的方法镀在铬是目前最普遍的遮光材料，铬一般采用溅射的方法镀在玻璃衬底上，其厚度在玻璃衬底上，其厚度在50110nm之间。之间。铬的光学常数见下表。由表知铬薄膜在其典型厚度范围内铬的光学常数见下表。由表知铬薄膜在其典型厚度范围内有非常好的遮光性有非常好的遮光性(157 nm的光源，需要更厚的铬膜的光源，需要更厚的铬膜)。遮光材料铬的光学特性遮光材料铬的光学特性11传统掩模的制造过程传统掩模的制造过程 掩模版制作本身也是一个微细加工过程，它涉及曝光、显掩模版制作本身也是一个微细加工过程，它涉及曝光、显影、刻蚀等工艺过程。影、刻蚀等工艺过程。 掩模版的曝光是用扫描电子束或扫描激光束完成的。经过掩模版的曝光是用扫描电子束或扫描激光束完成的。经过曝光显影后的镀铬玻璃板一般经过湿法酸腐蚀除去暴露的铬层，曝光显影后的镀铬玻璃板一般经过湿法酸腐蚀除去暴露的铬层，从而形成掩模图形。从而形成掩模图形。 光学掩模版的制造过程光学掩模版的制造过程
