Fotomaska ​​- Photomask

Fotomaska
Schematické znázornění fotomasky (nahoře) a integrovaného obvodu vytvořeného pomocí této masky (dole)

Fotomaska je neprůhledná deska s otvory nebo průhledné fólie, které umožňují světlo prosvítat v definovaném vzoru. Běžně se používají ve fotolitografii a zejména při výrobě integrovaných obvodů (integrované obvody nebo „čipy“). Masky se používají k výrobě vzoru na substrátu, obvykle tenký plátek křemíku známý jako oplatka v případě výroby čipů. Postupně se používá několik masek, z nichž každá reprodukuje vrstvu dokončeného designu, a společně jsou známé jako sada masek .

Pro výrobu IC v šedesátých letech byly masky vytvořeny ručně, obvykle za použití materiálu známého jako rubylith . Jak se velikosti funkcí zmenšovaly a velikosti plátků rostly, více kopií návrhu by bylo vzorováno na masku, což by umožnilo jediným tiskem vytvořit mnoho integrovaných obvodů. Výroba masky tohoto druhu byla stále obtížnější, protože se zvyšovala složitost návrhů. To bylo vyřešeno řezáním rubínového vzoru na mnohem větší velikosti, často vyplňováním stěn místnosti a jejich optickým zmenšením na fotografický film .

Jak složitost stále rostla, ruční zpracování jakéhokoli druhu bylo obtížné. To bylo vyřešeno zavedením generátoru optických vzorů, který automatizoval proces vytváření počátečního vzoru ve velkém měřítku, a kamer krok za krokem, které automatizovaly kopírování vzoru do masky s více IC. Meziproduktové masky jsou známé jako mřížky a byly původně zkopírovány do výrobních masek stejným fotografickým postupem. Počáteční fáze generátorů byly od té doby nahrazeny elektronovou litografií a laserem poháněnými systémy. V těchto systémech nemusí být žádný záměrný kříž, masky lze generovat přímo z původního počítačového návrhu.

Materiály masky se v průběhu času také měnily. Zpočátku byl rubylith přímo použit jako maska. Protože se velikost funkce zmenšila, jediným způsobem, jak správně zaostřit, bylo umístit jej do přímého kontaktu s oplatkou. Tyto kontaktní zarovnávače často zvedly část fotorezistu z oplatky a masku bylo nutné odhodit. To pomohlo podpořit přijetí síťových křížů, které byly použity k výrobě tisíců masek. Jak se síla lamp odhalujících masky zvyšovala, film se vlivem tepla stal předmětem zkreslení a byl nahrazen halogenidem stříbrným na sodovkovém skle . Stejný postup vedl k použití borosilikátu a poté křemene k řízení expanze a od halogenidu stříbra po chrom, který má lepší opacitu vůči ultrafialovému světlu použitému v litografickém procesu.

Přehled

Simulovaná fotomaska. Silnější prvky jsou integrovaný obvod, který je požadován pro tisk na oplatku. Tenčí funkce jsou asistence, které se netisknou samy, ale pomáhají tisku s integrovaným obvodem lépe rozostřený. Kličkovitý vzhled fotomasky je způsoben optickou korekcí blízkosti, aby byl vytvořen lepší tisk.

Litografické fotomasky jsou obvykle transparentní tavené křemičité polotovary pokryté vzorem definovaným filmem absorbujícím chromový kov. Fotomasky se používají na vlnových délkách 365 nm , 248 nm a 193 nm. Fotomasky byly také vyvinuty pro jiné formy záření, jako je 157 nm, 13,5 nm ( EUV ), rentgen , elektrony a ionty ; ale tyto vyžadují zcela nové materiály pro substrát a vzorovou fólii.

Sada šablonech , z nichž každý definuje vzor vrstvu v integrovaném obvodu výrobě , se přivádí do fotolitografie krokové nebo skeneru , a jednotlivě vybrány pro expozici. V technikách vícenásobného vzorování by fotomaska ​​odpovídala podmnožině vzoru vrstvy.

Ve fotolitografii pro masovou produkci zařízení s integrovanými obvody je správnější termín obvykle fotoretikulární nebo jednoduše záměrný . V případě fotomasky existuje vzájemná korespondence mezi vzorem masky a vzorem oplatky. To byl standard pro zarovnávače masek 1: 1, které byly následovány steppery a skenery s redukční optikou. Jak se používá ve stepperech a skenerech, nitkový kříž běžně obsahuje pouze jednu vrstvu čipu. (Některé zhotovení fotolitografie však používají mřížky s více než jednou vrstvou vzorovanou na stejnou masku). Vzor je promítán a smrštěn čtyřikrát nebo pětkrát na povrch oplatky. Aby se dosáhlo úplného pokrytí oplatky, je oplatka opakovaně „šlapána“ z polohy do polohy pod optickým sloupcem, dokud není dosaženo plné expozice.

Funkce o velikosti 150 nm nebo nižší obecně vyžadují fázové posunutí, aby se kvalita obrazu zvýšila na přijatelné hodnoty. Toho lze dosáhnout mnoha způsoby. Dvě nejběžnější metody jsou použít zeslabený podkladový film s fázovým posunem na masce ke zvýšení kontrastu špiček malé intenzity nebo leptat obnažený křemen tak, aby hrana mezi leptanými a neleptanými oblastmi mohla být použita k zobrazení téměř nulové intenzita. V druhém případě by nechtěné hrany musely být oříznuty jinou expozicí. První metoda je zeslabení fázového posunu a je často považována za slabé vylepšení, které vyžaduje pro největší vylepšení speciální osvětlení, zatímco druhá metoda je známá jako fázový posun se střídavou aperturou a je nejpopulárnější technikou silného vylepšení.

Vzhledem k tomu , že se zmenšují polovodičové prvky na přední hraně , musí se nevyhnutelně zmenšovat i funkce fotomasky, které jsou 4 × větší. To by mohlo představovat problémy, protože absorpční film bude muset být tenčí, a tudíž méně neprůhledný. Studie IMEC z roku 2005 zjistila, že tenčí absorbéry snižují kontrast obrazu, a proto přispívají k drsnosti okrajů čar, za použití nejmodernějších nástrojů fotolitografie. Jednou z možností je úplně eliminovat absorbéry a používat masky „bez chromu“, přičemž se při zobrazování spoléháme pouze na fázové posuny.

Vznik ponorné litografie má silný dopad na požadavky na fotomasky. Běžně používaná zeslabená maska ​​fázového posuvu je citlivější na vyšší úhly dopadu použité v litografii „hyper-NA“ díky delší optické dráze vzorovaným filmem.

Fotomasky EUV fungují tak, že místo blokování světla odrážejí světlo.

Fotomasky se vyrábějí nanesením fotorezistu na křemenný substrát s chromováním na jedné straně a jeho vystavením pomocí laseru nebo elektronového paprsku v procesu zvaném litina bez masky . Poté se vyvine fotoodpor, nechráněné oblasti s chromem se vyleptají a zbývající fotoodpor se odstraní.

Faktor vylepšení chyb masky (MEEF)

Špičkové fotomasky (předem opravené) obrazy konečných vzorů čipů jsou čtyřikrát zvětšeny. Tento faktor zvětšení byl klíčovým přínosem při snižování citlivosti vzoru na chyby zobrazování. Jak se však funkce stále zmenšují, vstupují do hry dva trendy: prvním je, že faktor chyby masky začne překračovat jeden, tj. Chyba kóty na oplatce může být více než 1/4 chyby kóty na masce a druhým je, že funkce masky je stále menší a tolerance rozměrů se blíží několika nanometrům. Například 25 nm plátek plátku by měl odpovídat vzoru 100 nm masky, ale tolerance oplatky by mohla být 1,25 nm (5% spec), což se promítá do 5 nm na fotomasce. Variace rozptylu elektronového paprsku v přímém zápisu vzoru fotomasky to mohou snadno překročit.

Pellicles

Termín „pellicle“ se používá k označení „filmu“, „tenkého filmu“ nebo „membrány“. Počínaje šedesátými léty byl tenký film natažený na kovovém rámu, známém také jako „pellicle“, používán jako dělič paprsků pro optické přístroje. Byl použit v řadě nástrojů k rozdělení paprsku světla, aniž by kvůli malé tloušťce filmu způsobil posun optické dráhy. V roce 1978 Shea a kol. v IBM patentoval proces použití „pellicle“ jako protiprachového krytu k ochraně fotomasky nebo mřížky. V kontextu tohoto záznamu „pellicle“ znamená „tenkovrstvý prachový kryt na ochranu fotomasky“.

Kontaminace částicemi může být významným problémem při výrobě polovodičů. Fotomaska ​​je chráněna před částicemi pellicle - tenký průhledný film natažený přes rámeček, který je přilepený přes jednu stranu fotomasky. Pellicle je dostatečně daleko od vzorů masky, takže částice střední až malé velikosti, které dopadnou na pellicle, budou příliš daleko od zaostření k tisku. Přestože jsou navrženy tak, aby držely částice mimo, pelety se stávají součástí zobrazovacího systému a je třeba vzít v úvahu jejich optické vlastnosti. Pellicles material are Nitrocellulose and made for different Transmission Wavelengthes.

Pellicle Mounting Machine MLI

Přední komerční výrobci fotomasek

Hlavní článek: Obchod s maskami

SPIE Annual Conference, fotomasek Technology hlásí SEMATECH masku posuzování Industry, která obsahuje aktuální analýzu průmyslu a výsledky svého každoročního průzkumu výrobce fotomasek. Následující společnosti jsou uvedeny v pořadí podle jejich podílu na globálním trhu (informace za rok 2009):

Hlavní výrobci čipů, jako jsou Intel , Globalfoundries , IBM , NEC , TSMC , UMC , Samsung a Micron Technology , mají vlastní velká zařízení na výrobu masek nebo společné podniky s výše uvedenými společnostmi.

Celosvětový trh s fotomaskami byl odhadován na 3,2 miliardy USD v roce 2012 a 3,1 miliardy USD v roce 2013. Téměř polovina trhu pocházela z obchodů s maskami pro zajetí (interní obchody s maskami hlavních výrobců čipů).

Náklady na vytvoření nového obchodu s maskami pro 180 nm procesy byly v roce 2005 odhadovány na 40 milionů dolarů a na 130 nm - více než 100 milionů dolarů.

Pořizovací cena fotomasky se v roce 2006 mohla pohybovat od 250 do 100 000 dolarů za jednu špičkovou masku fázového posunu. K vytvoření kompletní sady masek může být zapotřebí až 30 masek (různé ceny) .

Viz také

Reference

  1. ^ Rizvi, Syed (2005). „1.3 Technologická historie masek“. Příručka technologie výroby fotomasek . Stiskněte CRC. p. 728. ISBN 9781420028782.
  2. ^ Odborníci na litografii podporují vyšší zvětšení ve fotomaskách, aby usnadnili výzvy // EETimes 2000
  3. ^ Y. Sato a kol., Proč. SPIE , sv. 4889, str. 50-58 (2002).
  4. ^ M. Yoshizawa a kol., Proč. SPIE , sv. 5853, s. 243-251 (2005)
  5. ^ CA Mack a kol., Proč. SPIE , sv. 5992, s. 306-316 (2005)
  6. ^ "ULTRA Semiconductor Laser Mask Writer | Heidelberg Instruments" . www.himt.de .
  7. ^ „Velkoplošný zapisovač fotomasek VPG+ | Nástroje Heidelberg“ . www.himt.de .
  8. ^ "Fotomasky - fotolitografie - polovodičová technologie od A do Z - Halbleiter.org" . www.halbleiter.org .
  9. ^ "Compugraphics" . Compugraphics .
  10. ^ E. Hendrickx a kol. , Proč. SPIE 7140, 714007 (2008).
  11. ^ CJ. Chen a kol. , Proč. SPIE 5256, 673 (2003).
  12. ^ WH. Cheng a J. Farnsworth, Proč. SPIE 6607, 660724 (2007).
  13. ^ Chris A. Mack (listopad 2007). „Optické chování pellicles“ . Svět mikrolitografie . Citováno 2008-09-13 .
  14. ^ Hughes, Greg; Henry Yun (01.10.2009). „Hodnocení maskového průmyslu: 2009“. Sborník SPIE . 7488 (1): 748803-748803-13. doi : 10,1117/12,832722 . ISSN  0277-786X .
  15. ^ Chamness, Lara (7. května 2013). „Trh s polovodičovou fotomaskou: prognóza 3,5 miliardy dolarů v roce 2014“ . SEMI Průmyslový výzkum a statistika . Vyvolány 6 September 2014 .
  16. ^ Tracy, Dan; Deborah Geiger (14. dubna 2014). „SEMI Reports 2013 Semiconductor Photomask Tržby ve výši 3,1 miliardy USD“ . SEMI . Vyvolány 6 September 2014 .
  17. ^ Analýza ekonomiky výroby fotomasek Část - 1: Ekonomické prostředí , Weber, 9. února 2005. Snímek 6 „Perspektiva obchodu s maskami“
  18. ^ Weber, CM; Berglund, CN; Gabella, P. (13. listopadu 2006). „Náklady na masku a ziskovost při výrobě fotomasek: Empirická analýza“ (PDF) . Transakce IEEE při výrobě polovodičů . 19 odst. doi: 10.1109/TSM.2006.883577 ; strana 23 tabulka 1