Войти
Фотошаблон 
Схематическое изображение фотошаблона (вверху) и интегральной схемы, созданной с использованием этой маски (внизу) Фотомаску является непрозрачной пластиной с отверстиями или прозрачными пленками, которые позволяют свету просвечивают в определенном шаблоне. Они обычно используются в фотолитографии и, в частности, в производстве интегральных схем (ИС или «микросхем»). Маски используются для создания рисунка на подложке, обычно это тонкий слой кремния, известный как пластина в случае изготовления микросхем. По очереди используются несколько масок, каждая из которых воспроизводит слой завершенного дизайна, и вместе они известны как набор масок.
В 1960-х годах маски создавались вручную, обычно с использованием материала, известного как рубилит. По мере того, как размеры элементов уменьшаются, а размеры пластин увеличиваются, несколько копий дизайна будут нанесены на маску, что позволит за один тираж произвести множество ИС. Изготовление маски такого типа становилось все труднее по мере того, как возрастала сложность дизайна. Это было решено путем вырезания рисунка из рубилита гораздо большего размера, часто заполняющего стены комнаты, а затем оптической усадки их на фотопленку.
Поскольку сложность продолжала расти, ручная обработка любого вида становилась все труднее. Эта проблема была решена с использованием генератора оптических шаблонов, который автоматизировал процесс создания исходного крупномасштабного шаблона, и камер с пошаговым повторением, которые автоматизировали копирование шаблона в маску с несколькими ИС. Промежуточные маски называются сетками и изначально копировались в производственные маски с использованием того же фотографического процесса. Первоначальные ступени, производимые генераторами, с тех пор были заменены электронно-лучевой литографией и системами с лазерным приводом. В этих системах может не быть сетки, маски могут быть созданы непосредственно из оригинального компьютеризированного дизайна.
Материалы масок также менялись со временем. Изначально рубилит непосредственно использовался как маска. Поскольку размер элемента уменьшался, единственный способ правильно сфокусировать изображение - это поместить его в прямой контакт с пластиной. Эти контактные элайнеры часто снимали часть фоторезиста с пластины, и маску приходилось выбрасывать. Это способствовало внедрению прицельных сеток, которые использовались для производства тысяч масок. По мере того, как мощность ламп, освещающих маски, увеличивалась, пленка подвергалась деформации из-за нагрева и была заменена галогенидом серебра на натриевом стекле. Этот же процесс привел к использованию боросиликата, а затем кварца для контроля расширения и от галогенида серебра до хрома, который имеет лучшую непрозрачность для ультрафиолетового света, используемого в процессе литографии.
Имитация фотошаблона. Более толстые элементы - это интегральная схема, которую желательно напечатать на пластине. Более тонкие элементы - это вспомогательные элементы, которые не печатаются сами по себе, но помогают интегральной схеме лучше печатать вне фокуса. Зигзагообразный вид фотошаблона объясняется тем, что к нему была применена оптическая коррекция приближения для создания лучшего отпечатка. Литографические фотошаблоны обычно представляют собой прозрачные заготовки из плавленого кварца, покрытые узором, образованным поглощающей пленкой из хромированного металла. Фотомаски используются при длинах волн 365 нм, 248 нм и 193 нм. Фотомаски также были разработаны для других форм излучения, таких как 157 нм, 13,5 нм ( EUV ), рентгеновские лучи, электроны и ионы ; но для этого требуются совершенно новые материалы для подложки и узорной пленки.
Набор фотошаблонов, каждый из которых образует слой в шаблоне интегральной схемы изготовления, подают в фотолитографии шагового или сканер, и индивидуально выбран для экспозиции. В методах создания двойного рисунка фотомаска будет соответствовать подмножеству рисунка слоев.
В фотолитографии для массового производства устройств на интегральных схемах более правильным термином обычно является фотоприцельная сетка или просто сетка. В случае фотомаски существует взаимно однозначное соответствие между рисунком маски и рисунком пластины. Это было стандартом для выравнивателей маски 1: 1, на смену которым пришли степперы и сканеры с редукционной оптикой. При использовании в шаговых двигателях и сканерах сетка обычно содержит только один слой микросхемы. (Однако в некоторых фотолитографических производствах используются сетки с более чем одним слоем, нанесенным на одну маску). Рисунок проецируется и усаживается на поверхность пластины в четыре или пять раз. Чтобы достичь полного покрытия пластины, пластину многократно «переходят» из одного положения в другое под оптической колонкой, пока не будет достигнута полная экспозиция.
Для элементов размером 150 нм или меньше обычно требуется фазовый сдвиг для повышения качества изображения до приемлемых значений. Этого можно добиться разными способами. Двумя наиболее распространенными методами являются использование ослабленной фазосдвигающей фоновой пленки на маске для увеличения контраста небольших пиков интенсивности или травление экспонированного кварца таким образом, чтобы можно было использовать границу между протравленными и нетравленными участками для изображения почти нулевого интенсивность. Во втором случае нежелательные края нужно будет обрезать с другой экспозицией. Первый метод представляет собой фазовый сдвиг с ослаблением и часто считается слабым усилением, требующим особого освещения для максимального усиления, в то время как последний метод известен как фазовый сдвиг с переменной апертурой и является наиболее популярным методом сильного усиления.
Поскольку передовые полупроводниковые элементы сжимаются, элементы фотошаблона, которые в 4 раза больше, также неизбежно сжимаются. Это может создать проблемы, поскольку абсорбирующая пленка должна стать тоньше и, следовательно, менее непрозрачной. Исследование, проведенное IMEC в 2005 году, показало, что более тонкие поглотители ухудшают контраст изображения и, следовательно, вносят свой вклад в шероховатость кромок линий, с использованием современных инструментов фотолитографии. Одна из возможностей - полностью отказаться от поглотителей и использовать «бесхромные» маски, полагаясь исключительно на фазовый сдвиг для визуализации.
Появление иммерсионной литографии сильно повлияло на требования к фотомаскам. Обычно используемая маска с ослабленным фазовым сдвигом более чувствительна к более высоким углам падения, применяемым в литографии «гипер-числовой апертуры», из-за более длинного оптического пути через узорчатую пленку.
Фотомаски EUV отражают свет, а не блокируют его.
Фотошаблоны изготавливаются путем нанесения фоторезиста на кварцевую подложку с хромированием с одной стороны и экспонирования ее с помощью лазера или электронного луча в процессе, называемом литографией без маски. Затем фоторезист проявляется, незащищенные участки с хромом протравливаются, а оставшийся фоторезист удаляется.
На переднем крае фотошаблонов (предварительно скорректированных) изображения готовых чипов увеличиваются в четыре раза. Этот коэффициент увеличения был ключевым преимуществом в снижении чувствительности рисунка к ошибкам изображения. Однако по мере того, как элементы продолжают сжиматься, в игру вступают две тенденции: первая заключается в том, что коэффициент ошибки маски начинает превышать единицу, т. Е. Ошибка размера на пластине может быть более 1/4 ошибки размера на маске, и во-вторых, маска становится меньше, а допуск на размер приближается к нескольким нанометрам. Например, рисунок пластины 25 нм должен соответствовать рисунку маски 100 нм, но допуск пластины может составлять 1,25 нм (5% спецификации), что соответствует 5 нм на фотомаске. Вариация рассеяния электронного луча при непосредственном написании рисунка фотошаблона может легко превзойти это.
Термин «пленка» используется для обозначения «пленки», «тонкой пленки» или «мембраны». Начиная с 1960-х годов тонкая пленка, натянутая на металлический каркас, также известная как «пленка», использовалась в качестве светоделителя для оптических инструментов. Он использовался в ряде инструментов для разделения луча света, не вызывая смещения оптического пути из-за небольшой толщины пленки. В 1978 году Shea et al. в IBM запатентовали процесс использования «пленки» в качестве пылезащитного чехла для защиты фотошаблона или сетки нитей. В контексте этой статьи «пленка» означает «тонкопленочный пылезащитный чехол для защиты фотошаблона».
Загрязнение частицами может быть серьезной проблемой при производстве полупроводников. Фотошаблон защищен от частиц пленкой - тонкой прозрачной пленкой, натянутой на рамку, наклеенную на одну сторону фотошаблона. Пленка находится достаточно далеко от рисунка маски, поэтому частицы среднего и малого размера, попадающие на пленку, будут слишком далеко не в фокусе для печати. Хотя они предназначены для защиты от частиц, пленки становятся частью системы визуализации, и их оптические свойства необходимо учитывать. Материал пелликулов - это нитроцеллюлоза, предназначенная для передачи различных длин волн.
Машина для монтажа на пелликулы MLI SPIE Ежегодная конференция, Photomask Technology сообщает SEMATECH Маску промышленность оценки, которая включает в себя текущий анализ отрасли и результаты их ежегодного опроса производителей фотошаблонов. Следующие компании перечислены в порядке их доли на мировом рынке (данные за 2009 г.):
Основные производители микросхем, такие как Intel, Globalfoundries, IBM, NEC, TSMC, UMC, Samsung и Micron Technology, имеют собственные крупные предприятия по производству масок или совместные предприятия с вышеупомянутыми компаниями.
Мировой рынок фотошаблонов оценивался в 3,2 миллиарда долларов в 2012 году и в 3,1 миллиарда долларов в 2013 году. Почти половина рынка приходилась на магазины специальных масок (собственные магазины масок основных производителей микросхем).
Затраты на создание нового цеха масок для процессов 180 нм оценивались в 2005 году в 40 миллионов долларов, а для 130 нм - более чем в 100 миллионов долларов.
Цена покупки фотошаблона в 2006 году может варьироваться от 250 до 100 000 долларов за одну высококачественную маску с фазовым сдвигом. Для формирования полного набора масок может потребоваться до 30 масок (разной цены).
