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半導體掩膜版制造工藝及流程

掩膜版(Photomask)又稱光罩,是液晶顯示器、半導體等制造過程中的圖形“底片”轉移用的高精密工具。光掩膜基版是制作微細光掩膜圖形的理想感光性空白板,被刻蝕上掩膜圖形之后就成為光掩膜版。掩膜板可分為光掩膜版和投影掩膜版。光掩膜版包含了整個硅片的芯片圖形特征,進行1:1圖形復制,這種掩膜板用于比較老的接近式光刻和掃描對準投影機中;投影掩膜板只包含硅片上的一部分圖形(例如四個芯片),一般為縮小比例 (一般為4:1),需要步進重復來完成整個硅片的圖形復制。

掩膜版制造工藝復雜,可以分為前道工藝和后道工藝。掩模版產品的工藝流程主要包括CAM圖檔處理、光阻涂布、激光光刻、顯影、蝕刻、脫膜、清洗、宏觀檢查、自動光學檢查、精度測量、缺陷處理、貼光學膜等環節。掩膜版的具體生產流程如下所示:

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1、CAM(圖檔處理):通過電腦軟件處理,將產品圖檔轉化成為光刻機能夠正常識別的格式;同時對產品原始圖形/圖檔進行一定程度的設計、排布、特殊補正(如DCM、OPC)等,對產品圖形及后續工序起到一定程度的補償、優化等作用。

2、光阻涂布:在已經沉積了鉻膜的基板上,涂布一定厚度和均勻性的光阻,通過烘烤的方式使光阻固化,使得基板能夠在特定波長的光束下發生光化學反應,后續通過顯影、蝕刻等化學制程得到與設計圖形一致的鉻膜圖形。

3、激光光刻:將設計圖形的數據轉換成激光直寫系統控制數據,由計算機控制高精度激光束掃描,利用一定波長的激光,對涂有光阻的掩膜基板按照設計的圖檔進行激光直寫,從而把設計圖形直接轉移到掩膜上。    

4、顯影:利用化學藥液(顯影液)與光阻的相互作用,將曝光部分的光阻去除,未曝光部分與顯影液不反應而得以保留,從而得到與設計圖形一致的光阻圖形。

5、蝕刻:經過顯影工序后,利用化學藥液(蝕刻液)與鉻膜的化學反應將未被光阻保護的鉻膜去除,有光阻保護的鉻膜不與蝕刻液反應而得以保留。

6、脫膜:經過蝕刻工序后,利用化學藥液與光阻的化學反應,將掩膜版上殘留的部分光阻全部去除,最終得到與設計圖形一致的鉻膜圖形。

7、清洗:利用化學藥液與純水對掩膜版進行清洗,得到表面具有一定清潔度規格的掩膜版產品。

8、宏觀檢查:利用不同光源、光強的燈源,對掩膜版表面進行宏觀(目視)檢查,以確定掩膜版表面是否存在缺陷(Defect)、條紋(Mura)、顆粒(Particle)等不良。

9、自動光學檢查(AOI檢查):利用一定波長、光強的光源獲取被測產品的圖形,通過傳感器(攝像機)獲得檢測圖形的照明圖像并數字化,然后通過相應的邏輯及軟件算法進行比較、分析和判斷,以檢查產品表面缺陷(Defect),如線條斷線(Open)、線條短接(Short)、白凸(Intrusion)、圖形缺失等。

10、精度測量與校準:利用高精度測量設備,對掩膜版圖形的線/間(CD)精度及均勻性、總長(TP)精度、位置(Registration)精度等進行測量,以確認產品精度指標是否在要求規格內;同時利用測量設備的測量結果和相關算法,對掩膜版、設備平臺進行校正和補償,滿足產品要求。

11、缺陷處理:針對斷線、白凸及圖形缺失等缺陷,采用激光誘導化學氣相沉積(LCVD),在掩膜基板上沉積形成薄膜進行修復;針對鉻殘、短路等缺陷,采用一定能量激光進行切除。    

12、貼光學膜:采用聚酯材料制成的光學膜(Pellicle),將其貼附在掩膜版的表面,起到保護掩膜版表面不受灰塵、臟污、顆粒等污染的作用。

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