光掩膜技术基础

2008-4-181光掩膜技术基础2008年04月19日瞿立成2008-4-182关于《光掩膜技术》一书2006年12月15日初版，内容共7章、323页。高昂、徐文权、刘元、李云峰、瞿立成译者曾任（株）日立制作所武藏工厂Mask课长、HOYA（株）八王子工厂长等田边功作者曾任（株）日立制作所主任技师、HOYA（株）八王子工厂长等竹花洋一曾任（株）日立制作所部门负责人、DNP（株）主席研究员等法元盛久概况2008-4-183目录39-41光掩膜基本品质Part44-13光刻与光掩膜Part114-20光掩膜基本知识Part221-38光掩膜制作基础工艺Part3页码内容序号2008-4-184第一部分：光刻与光掩膜Part1：LithographyandMask2008-4-1851.1何谓光刻光刻（Lithography/Photolithography）：将光掩膜上的图形通过光学方式转印到平板上的技术称为光刻技术。根据制作图形目的不同，作为转印对象的平板也就是基板（Substrate）材质也会有所不同。制造LSI时用的是硅片，制造FPD时用的是玻璃板，制造PCB时用的是树脂板。2008-4-1861.2光学转印的主要曝光方式（1）接触式曝光（ContactPrinting）接近式曝光（ProximityPrinting）光源照明系统光源照明系统产品基板掩膜图形光刻胶膜掩膜基板接触间隔几十微米2008-4-187等倍投影曝光（ProjectionPrinting）缩小投影曝光（Step&RepeatPrinting）光源照明系统等倍投影反射式成像光学系统光源照明系统缩小投影透射式成像光学系统掩膜基板掩膜图形光刻胶膜产品基板同时扫描扫描1.2光学转印的主要曝光方式（2）2008-4-1881.3何谓光掩膜光掩膜（Mask/Photomask）：所谓光掩膜是微电子制造领域中光刻工艺所使用的图形母版，是由不透光的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形（MaskPattern），并通过曝光将图形转印到产品基板之上。2008-4-1891.4光掩膜基本结构（1）入射照明光图形透过光透明基板遮光膜掩膜图形普通铬版结构2008-4-18101.4光掩膜基本结构（2）入射照明光产品基板GTM铬版结构2008-4-18111.5光掩膜主要应用领域（1）IC（IntegratedCircuit，集成电路）尤其是LSI（LargeScaleIC，大规模集成电路）包括Wafer制程及ICBumping等（2）FPD（FlatPanelDisplay，平板显示器）包括PDP、LCD、LED、OLED等（3）PCB（PrintedCircuitBoards，印刷电路板）（4）MEMS（MicroElectroMechanicalSystems，微机电系统）2008-4-1812第二部分：光掩膜基本知识Part2：ABCofMask2008-4-18132.1光掩膜透明基板种类（1）透明玻璃：石英玻璃（QuartzGlass）苏打玻璃（Soda-limeGlass）低膨胀玻璃（LowExpansionGlass）（2）透明树脂：Film2008-4-18142.2光掩膜遮光膜种类（2）乳胶：Emulsion（1）硬质遮光膜：铬膜氧化铁硅化钼硅2008-4-18152.3光掩膜主要分类LSI用HalfToneMask耐化学品性能差HalfTone特性优异硅化钼氧化铁低端硬质光掩膜微加工性能不如铬SeeThrough（手动对位时易操作）硅Stepper用Reticle膜形成工艺复杂3层LSI、FPD用光掩膜里面反射率高2层投影曝光机用光掩膜表、里面反射率高机械强度高可形成微细图形单层铬HardMaskPWB用光掩膜低端光掩膜机械强度弱分辨能力低价格便宜图形形成简单EmulsionMask遮光膜低端光掩膜热膨胀系数大短波长投射率低价格便宜苏打玻璃LSI用CopyMask短波长投射率低热膨胀系数接近硅低膨胀玻璃LSI用光掩膜FPD用大型光掩膜价格高化学性能稳定热膨胀率小石英玻璃GlassMaskPWB用光掩膜易变形质量轻，容易大型化树脂MaskFilm基板缺点优点名称大分类主要用途特点材料分类方法2008-4-18162.4铬版遮光膜膜层结构（1）（1）普通Mask用铬膜结构CrOCrGlassCrOCrCrOGlass两层膜结构三层膜结构2008-4-1817（2）HalfToneMask用2.4铬版遮光膜膜层结构（2）CrOCrESCrOGlassHTTypeFHTTypeCrOCrESCrGlass2008-4-1818（3）其他CrCrOGlassCrOCrCrOGlassCr膜型（可用于制作金版）表里面低反射膜型2.4铬版遮光膜膜层结构（3）2008-4-18192.5铬版遮光膜制作方法溅镀法（Sputtering）：（1）上平行板：装载溅镀金属的靶材下平行板：作为溅镀对象的玻璃基板（2）将氩气（Ar2）通入反应舱中形成等离子体氩离子（Ar+）在电场中被加速后冲撞靶材受冲击的靶材原子会沉积在玻璃基板上从而形成薄膜2008-4-18202.6光刻胶涂布方法SpinExtrusionSlit&Spin光刻胶涂布的几种主要方式2008-4-1821第三部分：光掩膜制作基础工艺Part3:HowtomakeaMask2008-4-18223.1光掩膜图形形成方法图形数据图形描绘设备直接描绘光掩膜缩小转印设备缩小转印光掩膜放大图形原版2008-4-18233.2光掩膜基本制作流程检查图形制作光掩膜图形制作Mask数据光掩膜基板制作在玻璃基板上形成铬膜通过光刻形成图形外观、尺寸、位置精度检查缺陷修补洗净缺陷修补贴Pellicle完成数据准备曝光描绘显影蚀刻脱膜清洗2008-4-18243.3数据准备RTLLayout设计/检查GDS-IIMask制作数据Mask设计Mask制作产品规格系统设计设计Mask物理设计光掩膜图形设计流程2008-4-18253.4图形描绘StepperMotorX-BarMicrosweepsScanstripX-CarriageY-stageX-bridgeSubstrateLaserWriter外观及结构曝光原材料基板2008-4-18263.5缩小转印与复制保管Reticle缩小转印Mask1/5、1/4缩小投影光学系统MasterReticleReticle#1Reticle#2Reticle#32008-4-18273.6显影（1）曝光显影后原材料基板曝光酚醛树脂单体酚醛树脂+感光剂酚醛树脂+分解后的感光剂溶解速度曝光前后溶解速度的变化2008-4-1828主要显影方式显影液掩膜基板光刻胶膜浸入式DipSprayNozzle吐出Nozzle显影液喷淋式Spray旋覆浸没式Puddle最近，为了改善喷淋损伤及同心圆CD分别现象，还导入了SlitNozzleScan显影方式。3.6显影（2）2008-4-1829Post-bake：曝光使用光刻胶为未经post-bake的掩膜基板时，显影后需要进行Post-bake。目的：1.使光刻胶硬化；2.使吸入有机溶剂成分而膨润的光刻胶收缩。Descum：对显影后的掩膜基板进行等离子处理，也称为轻度灰化（LightAshing）。目的：1.在蚀刻处理前改善显影后的线边质量；2.将显影后需要蚀刻区域所稍许残留的光刻胶薄膜去除，减少黑缺陷的产生。3.6显影（3）显影后其他处理2008-4-18303.7蚀刻（1）（1）湿法蚀刻——WetEtching（2）干法蚀刻——DryEtching显影后蚀刻后主要蚀刻方式2008-4-18313.7蚀刻（2）77～84H2O纯水3～5HClO4过氯酸13～18（NH4）2Ce（NO3）6硝酸铈氨含量（重量%）化学式成分铬膜用蚀刻液组成比Cr+3Ce4++6NO3-→Cr(NO3)63-+3Ce3+2008-4-1832显影后脱膜后3.8脱膜（1）干法去除——等离子灰化（Ashing）（2）使用光刻胶剥离液：有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液等（3）再次曝光后使用显影液去除脱膜的主要方式2008-4-18333.9光掩膜清洗（1）MaskBlank（WithResist）形成Pattern的MaskPatternMask（WithResist）涂胶涂胶前洗净Mask（WithPellicle）Mask（WithPellicle）光刻工艺曝光、显影、刻蚀脱膜洗净检查、修补检查修补后洗净最终洗净贴Pellicle完成检查去PelliclePellicle残留洗净光掩膜制作过程中清洗工序2008-4-18341双氧水（30%）温度120℃时间10min4硫酸（98%）温度混合比药品（浓度）SPMAPM5H2O1H2O2（30%）温度70℃时间10min1NH4OH（29%）温度混合比药品（浓度）光掩膜清洗的主要方式3.9光掩膜清洗（2）2008-4-18353.10光掩膜检查（1）断线（Disconnect）凹陷（Intrusion）黑点（PinDot）连线（Short）针孔（Pinhole）段差（Jog）线边不良（RoughEdge）毛刺（Protrusion）图形脱落（Missing）光掩膜主要缺陷类型2008-4-1836主要缺陷检查方法（1）比较显微镜（2）Chip比较检查——也称为Die比较、Die-to-Die、DD比较（3）Data比较检查——也称为Die-to-DataBase、DB比较3.10光掩膜检查（2）2008-4-18373.11缺陷修补（1）Laser修补：ZappingCVD（2）FIB修补使用Zap进行Cut使用CVD进行Deposition2008-4-18383.12Pellicle技术Pellicle防尘原理投影光学系统异物玻璃基板遮光膜黏着剂金属框Pellicle膜光刻胶产品基板2008-4-1839第四部分：光掩膜基本品质Part4：MainQualityItemsofMask2008-4-18404.1光掩膜基本品质项目1）外观品质（缺陷、异物、光学浓度不足、透射率不足、划伤、顶伤）（Haze雾状缺陷、MURA条纹）2）图形尺寸精度（CD精度）（也称为短尺寸精度，包括绝对精度、CD均匀性、CD线形等）3）图形位置精度（Registration精度）图形总长精度（TP精度，也称为长尺寸精度）图形套合精度（Overlay精度）图形居中精度（Centrality精度）2008-4-18416×6inch～1100×1100mmMaskSizeNone3μmoverfree—±1.0μm±1.0μm±1.0μm±0.5mm±0.5μm±0.5μmBA6inchTFTArray(Size6inch)TFTCF±0.5mm±0.15μm±0.15μm±0.5mm±0.35μm±0.35μm±0.15μm±0.5μm±0.75μm±0.15μm±0.5μm±0.75μmOverlayTotalPitchPositionNoneNoneNoneMuraDefectSize±0.5mm±0.5mm—PellicleMountingAccuracy0.75μmoverfree3μmoverfree3μmoverfree±0.15μm±0.5μm±0.75μmRegistration±0.5mmPatternCentralityAccuracy±0.35μmUniformity±0.35μmAccuracyCDSpec.Item4.2普通TFTMask主要品质规格2008-4-1842Thankyou！