半导体工程师 2023-04-26 09:18 发表于北京
掩膜版（Photomask）又称光罩、光掩膜等，是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体图形设计苹果落地手机版。掩膜版用于下游电子元器件制造业批量生产，是下游行业生产流程衔接的关键部分，是下游产品精度和质量的决定因素之一。
掩膜版的功能类似于传统照相机的“底片”，其工作原理如下：根据所需要的图形，掩膜版厂商通过光刻制版工艺，将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜版基板上，掩膜版基板是制作微细光掩膜图形的感光空白板，再将不需要的金属层和胶层洗去，即得到掩膜版产成品图形设计苹果落地手机版。
掩膜版对下游行业生产线的作用主要体现为利用掩膜版上已设计好的图案，通过透光与非透光的方式进行图像（路图形）复制，从而实现批量生产图形设计苹果落地手机版。
1.掩膜版分类
掩膜版主要由基板和遮光膜两个部分组成图形设计苹果落地手机版。基板分为树脂基板和玻璃基板，玻璃基板主要包括石英基板和苏打基板，石英基板使用石英玻璃作为材料，光学透过率高，热膨胀率低，相比苏打玻璃更为平整和耐磨，使用寿命长，主要用于高精度掩膜版。由于石英玻璃的优良特性，未来其在掩膜版产品中的应用会更加广泛。
根据遮光膜种类的不同，可以分为硬质遮光膜和乳胶图形设计苹果落地手机版。光掩膜按用途分类可分为四种，分别为铬版(chrome)、干版、液体凸版和菲林。其中，铬版精度最高，耐用性更好，广泛应用于平板显示、IC、印刷线路板和精细电子元器件行业；干版、液体凸版和菲林主要用于中低精度 LCD行业、PCB及IC载板等行业。
集成电路光掩模版
图片来源
掩膜版主要生产工艺流程如下：
（1）图形设计：收到图形后，通过专业设计软件对客户的图形做二次编辑处理与检查图形设计苹果落地手机版。
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（2）图形转换：将客户要求的版图设计数据分层，运算图形设计苹果落地手机版。再按照相应的工艺参数将文件格式转换为光刻设备专用的数据形式。
（3）图形光刻：通过光刻机进行激光光束直写完成客户图形曝光图形设计苹果落地手机版。掩膜版制造都是采用正性光刻胶，使需要曝光区域的光刻胶内部发生交联反应，从而产生性能改变。
（4）显影：将曝光完成后的掩膜版显影，以便进行蚀刻图形设计苹果落地手机版。在显影液的作用下，经过激光曝光区域的光刻胶会溶解，而未曝光区域则会保留并继续保护铬膜。
（5）蚀刻：对铬层进行蚀刻，保留图形图形设计苹果落地手机版。在蚀刻液的作用下，没有光刻胶保护的区域会被腐蚀溶解，而有光刻胶保护的区域的铬膜则会保留。
（6）脱膜：光刻胶的保护功能已经完成，通过脱膜液去除多余光刻胶图形设计苹果落地手机版。
（7）清洗：将掩膜版正、反面的污染物清洗干净，为缺陷检验做准备图形设计苹果落地手机版。
（8）尺寸测量：按照品质协议对掩膜版关键尺寸（CD 精度）和图形位置（TP 精度）进行测量，判定尺寸的准确程度图形设计苹果落地手机版。
（9）缺陷检查：对照客户技术/品质指标检测掩膜版制版过程产生的缺陷并记录坐标及相关信息图形设计苹果落地手机版。掩膜版的基本检查主要有：基板、名称、版别、图形、排列、膜层关系、伤痕、图形边缘、微小尺寸、绝对尺寸、缺陷检查等。
（10）缺陷修补：对检验发现缺陷进行修补图形设计苹果落地手机版。修补包括对丢失的细微铬膜进行LCVD激光化学沉积补正以及对多余的铬膜进行激光切除等。
（11）清洗：再次清洗为贴合掩膜版 Pellicle 做准备图形设计苹果落地手机版。
（12）贴膜：将 Pellicle 贴合在掩膜版上，降低制造中灰尘造成的不良率图形设计苹果落地手机版。
（13）检查：对掩膜版作最后检测工作，以确保掩膜版符合品质指标图形设计苹果落地手机版。
（14）出货：对掩膜版进行包装，然后发货图形设计苹果落地手机版。
2. 掩膜修复的重要性
对于芯片制造而言，掩模是在一个石英基材上以铬膜所构成之集成电路（IC）设计图案，其目的是为了将设计出的集成电路图案利用掩模投影微缩转移至晶圆上图形设计苹果落地手机版。
在掩模生产制造过程中，缺陷修补是一道重要工序，随着图形特征尺寸越来越小，图形复杂多样，对缺陷要求越来越高，若掩模版上存在缺陷，晶圆厂经曝光等工艺流程处理，缺陷就被复刻到圆片上，最终造成集成电路短路异常，使芯片良率降低图形设计苹果落地手机版。
掩模制作是整个芯片流程中制造最昂贵的一部分，例如一块可供使用的相移掩模价格高至数万美元图形设计苹果落地手机版。一块光掩模从曝光到成品周期较长，普通的二元掩模从曝光到成品需10小时以上，相移掩模工序更复杂，所需生产时间更长，如果不修补，报废处理，不但增加生产成本，而且影响产品交期。
3 掩膜缺陷的种类
一般有三种由掩模缺陷引起的缺陷，第一种是脏污，在掩模透光区域上的颗粒或刮伤，在进行光刻时会影响透光率，图形中不透光区域也会在晶圆上留下黑影图形设计苹果落地手机版。第二种是原材料基板中的刮伤，也会影响透光率，或者使光线发生散射，导致晶圆上图形错误。第三种是在掩模制作过程中图形异常，包括金属铬残留、金属铬缺失、小岛、桥连、小孔等。
掩模缺陷根据其成因不同，可以分为多种，包括软缺陷和硬缺陷，其中硬缺陷又包含基板缺陷、缺少金属铬缺陷和多余金属铬缺陷图形设计苹果落地手机版。软缺陷：指纹，颗粒，水渍，残胶等。
4.掩模缺陷形成原因
掩模在制作过程中，由于原材料、工艺、设备、环境等方面影响，会产生各种缺陷，主要原因有以下几方面：1、曝光、显影、蚀刻过程中操作不规范掉颗粒；2、基板上颗粒、气泡、划痕、胶涂覆不均匀等；3、制程过程中机设备异常；4、受环境温湿度、风速、静电、洁净度等影响；5、清洗洁净度度，取板过程掉颗粒图形设计苹果落地手机版。
5.掩模缺陷修补方法
在掩模缺陷修补中，通常采用的方法有激光气化法、局部曝光法、激光束修补、离子束修补等图形设计苹果落地手机版。软缺陷采用Akrion清洗机清洗，Akrion清洗机采用SPM（硫酸与过氧化氢混合液），热水和兆声清洗能有效去除残留在基板上的沾污、水渍、溶剂斑等；硬缺陷的基板缺陷随着基板制造工艺的成熟，很多缺陷都能避免。缺少金属铬缺陷（透明缺陷）和多余金属铬缺陷（不透明缺陷）是目前主要修复的缺陷。
5.1激光气化法LVCD
在掩模缺陷所有类型中，多余金属铬缺陷占总缺陷数一半以上，激光气化法修补多余金属铬缺陷已普遍运用在掩模缺陷修补中，激光气化法修补简单、实用、效率高，高能量的激光束打在掩模上，以高热的能量瞬间将铬挥发成气态离开掩模基板，来达到缺陷的修补图形设计苹果落地手机版。
5.2 局部曝光法
对于直径超过30um的金属铬残留，采用激光气化法容易将基板打伤，影响透光率，此时需采用局部曝光法图形设计苹果落地手机版。查找出要修复的缺陷之后，通过涂胶机涂一层光刻胶，光刻胶覆盖在金属残留上，然后到曝光机台上进行二次曝光，显影之后，已曝光的部位上光刻胶被去掉，而没曝光图形被光刻胶保护起来，缺陷裸露出来，然后，进行蚀刻，将多余的铬蚀刻掉，最后通过去胶机将其余的保护胶去除干净。
局部曝光法可以用来修补较大的不透明缺陷，不会对基板产生任何影响，且能将多余的金属铬残留去除干净，此方法由于工序较多，速度慢，需要占用曝光机时，对产品周期产生一定影响图形设计苹果落地手机版。
5.3 离子束修补法
激光气化法通常用来修孤立的缺陷，一般不用来修补边缘缺陷，且透明缺陷修补要比不透明缺陷修补难得多，因为涉及到要将某种不透光物质沉积到光罩上,覆盖住透明的小孔，边缘缺陷采用精度更高的离子束技术修补技术图形设计苹果落地手机版。
备注：孤立缺陷：远离图形的缺陷称为孤立缺陷图形设计苹果落地手机版。边缘缺陷：与图形邻接的缺陷称为边缘缺陷，含图形某边线外扩缺陷和内缩缺陷。
离子束修补系统可以用来修不透明及透明两种缺陷，主要是利用离子束与掩模物理碰撞并配合辅助蚀刻气体与沉积气体，来完成光罩缺陷的修补图形设计苹果落地手机版。
离子束系统使用金属镓作为离子源，结合辅助反应气体Carbon(styrene)、Bromine、XeF2等对缺陷进行修补，光罩缺陷修补包含蚀刻（Opaque repair）与沉积（Clear repair）图形设计苹果落地手机版。蚀刻用来修不透明缺陷，利用镓离子撞击金属铬，同时金属铬与辅助气体Bromine发生化学反应生成六水合溴化（CrBr3•6H2O），六水合溴化铬在真空状态下成气态，在粗抽泵的作用下排出腔体外。
缺少铬缺陷修复比较简单，利用聚焦的离子束结合辅助沉积的方法将不透光材料沉积到缺陷所在位置上图形设计苹果落地手机版。沉积材料为Carbon，利用离子束撞击碳氢化合物Carbon，Carbon在离子束的撞击下环形分子键被击段，碳沉积在缺陷位置处，覆盖住透明的小孔。
图片来源[1] Bret T , Jonckheere R , Heuvel D , et al. Closing the gap for EUV mask repair[J]. Proc Spie, 2012, 6(2):9.
离子束斑可以聚焦到亚微米甚至纳米级尺寸，广泛用于各种缺陷的修补图形设计苹果落地手机版。但离子束修补机价格贵，整套离子束系统是激光修补系统的两倍，效率没有激光束修补高，同样大小为5um的不透明缺陷，离子束一个小时可以修3-4片产品，激光束一个小时可以修5-7片产品，目前，很多掩模厂同时具备离子束和激光束缺陷修补机。
来源于老千和他的朋友们图形设计苹果落地手机版，作者孙千
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