掩模板的制作过程

在IC加工过程中，需要使用中间掩模版和光掩模版。我们定义中间掩模版是为整个基片曝光而必须分步和重复的包含图像的工具。通常图像的尺寸被放大到基片上图像的2倍到20倍，但在一些情况下也用相等的图像。光掩模版被定义为在一次曝光中能把图形转移到整个硅片中（或另一张光掩模版上）的工具。中间掩模版有两种应用：1）把图形复印到工作掩模版上。2）在分步重复对准仪中把图像直接转移到硅片上。在1X硅片步进光刻机中，掩模版上的图形与投影到硅片上图形一样大；在缩小步进光刻机中，掩模版上的图形是放大的真实器件图像。在VLSI中，电子束曝光10X或5X的掩模版，或直接用电子束产生1X的工作掩模版玻璃的质量和准备:用以制作掩模版的玻璃必须内部和两表面都物缺陷。必须于光刻胶的曝光波长下有高的光学透射率。被用来制作掩模版的玻璃有好几种，包括：a）钠钙玻璃b）硼硅玻璃c）石英玻璃。绿色的钠钙玻璃和低钠白钠钙玻璃（贵50％）容易被拉制成大面积的薄张，而且表现出很好的质量，它们热膨胀系数高（93×10－7cm/cm°c），使得它门大大不适合在投影中应用。在应用中要求低的热膨胀系数的材料，就选择硼硅玻璃和石英玻璃（热膨胀系数分别是37和5×10－7cm/cm°c）。在一些情况下，周围温度的变化导致硅片上图形的定位错误，此时就要求选择硼硅玻璃和石英玻璃。石英圆片是超低膨胀系数的玻璃，它的热膨胀系数非常小。石英玻璃同样在深UV和近深UV区域内有很高的穿透系数。石英相当贵，现在倾向于发展高质量的合成石英材料。天然石英通过火焰熔融法加工，用氧氢气溶化岩石晶体。合成石英是用超纯SiCl4，它提供宽的光投射铝区域，低的杂质含量和少的物理缺陷。它的应用随着低膨胀率和深UV的要求变得逐渐广泛。圆片被抛光、清洗，在形成掩模图像之前被检查。抛光是个多重步骤，在图片两个表面连续不断地分级研磨。图片在检测和掩模之前被清洗、冲洗、干燥。玻璃的表面覆盖（铬）下一步是在玻璃圆片上覆盖一层材料最终形成图形。这些材料包括乳剂、铬和氧化铁。乳胶不在VLSI中应用，因为不容易控制线条宽，而且它经不住使用和清洗。铬是最广泛应用的材料，它以溅射或蒸发的方式淀积到圆片上。尽管溅射铬比蒸发铬的反射性强（不希望有的特性），但用抗反射膜可以弥补但用抗反射膜可以弥补但用抗反射膜可以弥补。抗反射膜包含一层薄的（200A）的Cr2O3，它降低了反射率。掩膜版成像（光刻胶的应用和工艺）光刻胶的由于和它的后道工序用来产生图像（用光学或用电子束），和在硅片上制作图形相似，但这里应用的光刻胶膜更薄，而且曝光装置的型号不同。在制膜之前，先清洗和干燥空片，然后旋转覆盖上过滤过的光刻胶。在光掩膜版的制作中，应用的光学光刻胶是AZ1370或Kodak820，或用电子束光刻胶PMMA和COP。较厚的膜导致线条尺寸控制和抗针孔能力的增进；但薄光刻膜（0.2～0.3μm）的分辨率更好。因为光刻胶涂得很薄，所以只需快速前烘。曝光必须严格控制，因为高反射率的铬膜导致驻波。光刻胶经过光学的或电子束方式曝光。光刻胶经过发展，典型的是应用喷射技术。严格的控制显影剂浓度和温度以保证线条尺寸的控制是很关键的。这个步骤之后，对关键尺寸和分辨率进行测量确保它们能符合规格，并且用掩膜版或用Nicon2I检查产生的错误。在刻蚀之前对光刻胶进行后烘。把图形转移到铬膜上大部分用湿法刻蚀完成，因为湿法刻蚀对于薄的铬膜很有效。产生图形中间掩模版图形的产生在过去的十年，光学掩模版图形的制作（PG）领域取得了显著的进步。图形可以方便地制作，用成象的方法或使一系列矩形图形精确地定位到铬片上。因为IC设计者设计的图形通常是多边型的，它们必须被分解成矩形，称作“分割”数据。关系图形产生器（OPG）的关键部件是光孔（或快门），和一个可移动的台阶。快门被安装在可移动的头上，它可以被旋转以获得需要的θ值，快门尺寸能够控制产生特定H、W的矩形来制作图形。用10×的镜头把矩形成像到一个镀有铬的玻璃圆片的光敏层上。用激光控制X－Y台面精确地定位圆片。由台面设置光孔所定义的矩形的中心坐标X和Y。光孔的尺寸可以控制在±7.5μm，导致掩模板上尺寸的±0.75μm的不确定性（缩小10倍后）。这是关键尺寸的控制。如果生产10×的掩模板，在硅片上产生±0.075的误差。除孔的尺寸产生的错误外，还有掩模板和硅片加工时产生的错误。由于台阶受激光控制，所以X，Y的定位错误非常小。当仍然会导致定位错误。这样的错误导致成品率的下降。OPG的成品率依赖于掩模板的复杂程度，数据分割程序的优化，和要求的定位精度。一个调制得很好的AZ1370机器在产生一个优化的图形时，有每小时10,000的曝光产率。一个复杂的VLSI电路有超过100,000的的矩形，要求10个多小时生产一个掩模板。在这个期间要求温度的变化不能大于±0.5F，这样才不增加定位错误。掩模板的质量不能被确定，直到铬显影、刻蚀后。在那时的探伤就是10小时工作的检验。电子束图形制作电子束曝光系统（EBES）起初由贝尔实验室在1970年开发。用光栅扫描得到图形。掩模版制作商业化的说法是有意义的，而且在商业领域和掩模版光掩模版制作缺陷用传播光检查。在过去，这样的检查是由人工用显微镜来完成的。当掩模版变得越来越复杂的时候，这项工作由自动化工具完成，变得更迅速也更少有错误。这种系统能够在全片上检测缺陷的分布和尺寸。在光学透明衬底上，0.35μm的缺陷（例如针孔），用最先进的设计系统能够95%地检查出来。自动检查系统能够检查出细小的缺陷。掩模版制造者通常把一个掩模版在自动系统中检查若干遍，以保证所有的缺陷都能够被检查出来。市场上有许多种掩模版缺陷检查系统出售，包括KLA、KLARIS和CIC。图形从掩模版转移到硅片之前最后一次检查是用玻璃硅片，玻璃硅片上只有一些单元被曝光。一个掩模版自动检查系统在几分钟内使掩模版合格。这些玻璃硅片是硅片的复制品，通常有76、100、125、和150mm尺寸的，它的表面涂有一层铝膜。修复掩模版上的缺陷掩模版上的致命缺陷显然是不希望的，有可能因为掩模版上有一个缺陷而使整个掩模版没用。所以修复这些缺陷显得非常有必要。已经开发出一些掩模版修复方法。用激光修补不透明的掩模版已经使用若干年了（即把不需要的铬沾污去除）。一个聚焦的激光束仅仅能蒸发掉一些不需要的材料。激光蒸发可能对玻璃衬底产生潜在的破坏。大的铬沾污可能需要若干激光脉冲一去除它们，如果产生激光灼伤，将导致具有复制能力的缺陷。保护膜虽然在投影复印系统中掩模版的制造无缺陷（即在需要时采用修补技术），而且光掩模版和硅片接触时不产生破坏，但在传递过程中仍然可能导致掩模版缺陷。对于1μm的分辨率，大得能够引起缺陷的微粒仍然难以检测和去除。所有在投影复印工艺中，用以保护掩模版不致缺陷的方法仍然迫切需要。一种有效的方法是应用保护膜。