微细和纳米加工技术 光学曝光技术（2.5 光学掩模版）.ppt

* 通常，对掩模有如下要求： ①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。 ②掩模的缺陷要尽量少。 2．5 光学掩模版 2.5.1对光学掩模版的基本要求 * ★掩模缺陷对曝光成品率的影响分析： 对于LSI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，以产生一幅合成的LSI和VLSI图形。这样，任何一块掩模的一颗微小缺陷都有可能造成IC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Price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2个／cm2，晶片面积为4×5mm2=0．2cm2，则仅由一块掩模的缺陷所致的成品率为71．4％，如果每块掩模密度均相同，则七块掩模所致的成品率为9．5％。由此可见，减小掩模缺陷对提高曝光成品率极其重要。 掩模版的缺陷对曝光成品率的影响 Y：使用n块掩模曝光后，晶片的可能成品率； A：晶片面积； Di：第i块掩模的致命缺陷的平均密度。 * ③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离了设计要求。 再如，A、B两张掩模上长、宽相同的线条所代表的阻值之比为1，但在掩模制造中，B掩模的线条达不到精度要求(设A满足设计要求)，这样，A、B掩模线条代表的阻值之比就不为1了，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③ * ④掩模的套刻精度要高。 对于LSI和VLSI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上的转印，都有极高的套刻精度要求，否则，要有效地完成后续各项工艺加工是难以想象的。 对光学掩模版的基本要求④ * ★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系列二维掩模图形的设计。 ★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。 利用掩模的套刻制作三维结构的实例 * ★图(a)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自由振动。 ★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，再通过曝光与刻蚀做出所需要的结构形状。 微悬臂梁的制作实例 图2.15 微悬臂梁的制造工艺过程和所需的曝光掩模 正型 负型 正型 * ★加工流程如图 (b)所示。 ★在这一工艺流程中需要3个二维光刻掩模版，每个掩模版设计如图(c)所示。 ★这3层掩模的相对位置如图(d)所示。 ★掩模设计过程就是要画出图(d)这样的掩模图。 微悬臂梁的制作实例 正型 负型 正型 * ★掩模白版通常是在玻璃或石英衬底(透光部分)上涂上铬(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。 ★一般，掩模的大小为6 in(厚度0．25 in)，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0．5×10-6℃-1[常规玻璃的热膨胀系数是(4~100)×10-6℃-1]，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100 mm的范围内，0．1℃的温度变化将引起5 nm套刻误差。 ★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，使得熔石英是掩模白版的首先材料。 掩模白版的材料：熔石英 2.5.2掩模版的制作 最小 最大 * ★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（或者景深）是一个重要参数。 ★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 N：透镜的缩小倍数（4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，这也是掩模版成本高的一个重要原因。 场深=焦深×N2 焦深=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： * ★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50~110nm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有非常好的遮