半導(dǎo)體制造材料(7)-掩膜版

掩膜版是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移母版，是平板顯示、半導(dǎo)體、觸控、電路板等行業(yè)生產(chǎn)制造過程中重要的關(guān)鍵材料。其作用是將設(shè)計(jì)的電路圖形通過曝光的方式轉(zhuǎn)移到下游行業(yè)的基板或晶圓上，從而實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。作為光刻復(fù)制圖形的基準(zhǔn)和藍(lán)本，掩膜版是連接工業(yè)設(shè)計(jì)和工藝制造的關(guān)鍵，掩膜版的精度和質(zhì)量水平會(huì)直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

一、掩膜版的制作工藝流程：

掩膜版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(dòng)光學(xué)檢查、精度測量、缺陷處理、貼光學(xué)膜等環(huán)節(jié)。

1、 CAM（圖檔處理）：通過電腦軟件處理，將產(chǎn)品圖檔轉(zhuǎn)化成為光刻機(jī)能夠正常識(shí)別的格式；同時(shí)對(duì)產(chǎn)品原始圖形/圖檔進(jìn)行一定程度的設(shè)計(jì)、排布、特殊補(bǔ)正等，對(duì)產(chǎn)品圖形及后續(xù)工序起到一定程度的補(bǔ)償、優(yōu)化等作用。

2、光阻涂布：在已經(jīng)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(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，后續(xù)通過顯影、蝕刻等化學(xué)制程得到與設(shè)計(jì)圖形一致的鉻膜圖形。

3、 激光光刻：將設(shè)計(jì)圖形的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成激光直寫系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)控制高精度激光束掃描，利用一定波長的激光，對(duì)涂有光阻的掩膜基板按照設(shè)計(jì)的圖檔進(jìn)行激光直寫，從而把設(shè)計(jì)圖形直接轉(zhuǎn)移到掩膜上。

4、顯影：利用化學(xué)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(yīng)而得以保留，從而得到與設(shè)計(jì)圖形一致的光阻圖形。

5、蝕刻：經(jīng)過顯影工序后，利用化學(xué)藥液（蝕刻液）與鉻膜的化學(xué)反應(yīng)將未被光阻保護(hù)的鉻膜去除，有光阻保護(hù)的鉻膜不與蝕刻液反應(yīng)而得以保留。

6、脫膜: 經(jīng)過蝕刻工序后，利用化學(xué)藥液與光阻的化學(xué)反應(yīng)，將掩膜版上殘留的部分光阻全部去除，最終得到與設(shè)計(jì)圖形一致的鉻膜圖形。

7、清洗: 利用化學(xué)藥液與純水對(duì)掩膜版進(jìn)行清洗，得到表面具有一定清潔度規(guī)格的掩膜版產(chǎn)品。

8、宏觀檢查：利用不同光源、光強(qiáng)的燈源，對(duì)掩膜版表面進(jìn)行宏觀檢查，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(dòng)光學(xué)檢查(AOI 檢查)：利用一定波長、光強(qiáng)的光源獲取被測產(chǎn)品的圖形，通過傳感器（攝像機(jī)）獲得檢測圖形的照明圖像并數(shù)字化，然后通過相應(yīng)的邏輯及軟件算法進(jìn)行比較、分析和判斷，以檢查產(chǎn)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(zhǔn)：利用高精度測量設(shè)備，對(duì)掩膜版圖形的線/間(CD, Critical Dimension)精度及均勻性、總長(TP, Total Pitch)精度、位置(Registration)精度等進(jìn)行測量，以確認(rèn)產(chǎn)品精度指標(biāo)是否在要求規(guī)格內(nèi)；同時(shí)利用測量設(shè)備的測量結(jié)果和相關(guān)算法，對(duì)掩膜版、設(shè)備平臺(tái)進(jìn)行校正和補(bǔ)償，滿足產(chǎn)品要求。

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

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

二、掩膜版應(yīng)用及分類：

掩膜版的功能類似于傳統(tǒng)相機(jī)的“底片”，在光刻機(jī)、光刻膠的配合下，將光掩膜上已設(shè)計(jì)好的圖案，通過曝光和顯影等工序轉(zhuǎn)移到襯底的光刻膠上，進(jìn)行圖像復(fù)制，從而實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

圖1. 掩膜版工作原理

掩膜版中最重要的原材料是掩膜基板，掩膜基板作為掩膜版圖形的載體，對(duì)掩膜版產(chǎn)品的精度和品質(zhì)起到重要作用?；逡r底必須具備良好的光學(xué)透光特性、尺寸及化學(xué)穩(wěn)定性、表面平整，無夾砂、氣泡等微小缺陷。由于石英玻璃的化學(xué)性能穩(wěn)定、光學(xué)透過率高、熱膨脹系數(shù)低，近年來已成為制備掩膜版的主流原材料，被廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路掩膜版制作。掩膜板的掩蔽層一般為鉻（Cr，Chromium），在基材上面濺射一層鉻，鉻層的厚度一般為 800~1000 埃，在鉻層上面需要涂布一層抗反射涂層。

根據(jù)基板材料的不同，掩膜版可以分為石英掩膜版、蘇打掩膜版和其他掩膜版（干版、凸版和菲林等）:

石英掩膜版以高純石英玻璃為基材，具有高透過率、高平坦度、低膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，通常應(yīng)用于高精度掩膜版產(chǎn)品，用于平板顯示制造和半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域。

蘇打掩膜版以以蘇打玻璃為基材，相比石英玻璃具有更高的膨脹系數(shù)、更低的平坦度，通常應(yīng)用于中低精度掩膜版產(chǎn)品。

菲林是以感光聚酯 PET 為基材，應(yīng)用于低精度掩膜版產(chǎn)品。凸版是以紫外固化聚氨酯類樹脂為基材，主要用于液晶顯示器（LCD）制造過程中定向材料移印。干版是以鹵化銀等感光乳劑為基材，應(yīng)用于低精度掩膜版產(chǎn)品。上述三者主要用于液晶顯示制造和電路板制造等領(lǐng)域。

根據(jù)下游應(yīng)用行業(yè)的不同，掩膜版可分為平板顯示掩膜版、半導(dǎo)體掩膜版、觸控掩膜版和電路板掩膜版：

平板顯示中，掩膜版可用于薄膜晶體管液晶顯示TFT-LCD、AMOLED、精細(xì)金屬掩膜版FMM等領(lǐng)域；在半導(dǎo)體中，掩膜版用于IC、LED、MEMS等器件的制備；在觸控領(lǐng)域用于觸控面板的制備；在電路板領(lǐng)域用于PCB、FPC等。

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