光学光刻掩膜版论文黄武 20114912

IC制备中光刻制版技术及原理

姓名：黄武 20114912 班级：电子信息特色实验班 指导老师：张玲

1制版概述

信息产业是国民经济的先导产业，微电子技术更是信息产业的核心。由1906年的电子管开始，到1956年硅台面晶体管问世，再到1960年世界第一块硅集成电路制作成功，此后集成电路的发展一发不可收拾，小规模集成电路（SSI）中规模集成电路(MSI)，大规模集成电路(LSI)，超大规模集成电路(VLSI)，甚大，巨大规模集成电路(ULSI,GLSI)。这几十年以来集成电路的发展趋势是尺寸越来越小，速度越来越快，电路规模越来越大，功能越来越强，衬底硅片尺寸越来越大。这些都是大规模与超大规模集成电路的小型化、高速、低成本、高效率生产等特点所带来的结果。集成电路在近年也已广泛应用于家用电器，汽车配件，航天航空，军事武器制导等等。为了达到集成电路的量产以减小成本，IC制版技术就显得十分重要了。

1.1制版的意义

制版就是制作光刻的掩膜版。平面管、集成电路和采用平面工艺的其他半导体器件，都要用光刻技术来进行定域扩扩散与沉积，以获得一定形状的二极管、三极管和一定数值的电感、电容。掩膜版在光刻过程中相当于印刷中的模板，它可以重复不断的协助我们将所需要的集成电路刻制出来。因此掩膜版是光刻制程中的一个基本工具。目前世界上的集成电路工业突飞猛进的发展，硅基CMOS的特征线宽已达到0.18微米，并向着0.1微米和压0.1微米推进。随着设计线宽

的缩小，光刻技术也必须随之而发展，而光刻技术的发展需要高水平的掩膜版才能得以实现。此外集成电路管芯成品率与掩膜版的好坏有着直接的关系。一个成品合格管芯制备需要一套掩膜版的。若每块掩膜版上图形成品率为0.9 ，那么两块掩膜版就是有0.81，十块掩膜版就是0.35左右，集成电路管芯的成品率比图形成品率还低。可见光刻掩膜版的质量直接影响光刻影像的好坏，从而影响成品率。

1.2 掩膜版制作流程

掩膜版制作流程图计、修改 电子束直接扫写线路设计 计、修计改算机辅助设CAD 光学方式母掩膜版 子掩膜板 电子束 10:1 5:1 1:1 掩膜版

1.3掩膜版的基本构造与质量要求

目前掩膜版以石英玻璃为主流，在其上镀有100nm 的不透光铬膜及约20nm的氧化铬来减少反射，以增加工艺的稳定性。掩膜版上无铬膜的地方可以通过光线，有铬膜的地方光线就不可以通过。也正由于掩膜版可用于大量的图形转移，所以掩膜版上的缺陷密度直接影响产品的优品率。若假设缺点的分布是随机的，则优品率的表达式为:

Y=（1/(1+D0)）^ n D0 为单位面积的缺点数 A 为掩膜版圆形面积 n 为重要掩膜版层数

掩膜版的基本构造

2制备技术

2.1超微粒干版制备技术

目前制版工艺中普遍采用的感光底版是超微粒干版，这种感光底版具有反差强和分辨率高的特点，能满足制版工艺的需求。超微粒干版是在玻璃基片上，涂覆一层明胶作为分散介质，含有颗粒极细的卤化银晶粒的乳胶而制成的。在乳胶中，起感光作用的是卤化银颗粒，他们具有见光分解的特性，即

照相时，底片曝光就是为了进行这一光学反应，从而在底片上得到所需的潜影，曝过光的底片再经过显影和定影，就可以得到清晰可见的固定图形。超微粒干版分辨率高，并有足够高反差，是制版工艺中广为使用的感光性底版。但此技术有耐磨性较差，针孔较多的缺点。

2.2铬版制备技术

2.21简述：在半导体器件和集成电路生产中，光刻用的的金属化掩膜有硫化铅版、镍铬版、铬版、等等。其中硫化铅版牢固度很差，镍铬版、铅版虽然耐磨性能很好但是工艺不够成熟。被普遍使用的还是金属铬版。铬版工艺较为成熟，而且它还有许多优点，适合作为掩膜用于光刻。

2.22制备方法：铬版制备可以通过蒸发镀膜和光刻技术。前者是在玻璃基片上蒸发铬膜的工艺，其设备及工艺方法基本和真空蒸铝是一样的。蒸发镀膜对玻璃衬底的要求很高，它要求玻璃基片表面光泽、无突起点、凹陷划痕和气泡，版面平整，厚度适中、均匀，热膨胀系数小，且与鉻膜适配，透射率高，在360nm以上的波长范围内，透射率在90%以上。 后者用空白铬版复印光刻版的方法基本上与SiO2 的刻蚀方法一样。记载空白铬版上涂上一层光刻胶，然后进行曝光、显影、腐蚀等一系列光刻工艺。

2.23优劣：铬版的优点是耐磨性强，分辨率高，且牢固，对有机溶剂的抗蚀性能好，性状稳定，但是它也有易于反光，不宜对准和针孔较多等缺点。

2.3氧化铁版制备技术

2.31简述：制版工艺是半导体器件和集成电路工艺的先导，半导体器件、集成电路、特别是大面积集成电路制造工艺对光刻掩膜提出了更高的要求，它要求光刻掩膜分辨率高，针孔少、耐磨性强而且易于对准等特点。为了适应此要求，彩色版应运而生。它是透明雨半透明掩膜的制造，是半导体制造技术中的一种新工艺。彩色版最主要的特点是对曝光光源波长（紫外线400-20nm）不透明，而对观察波源波长（400-800nm）透明的一种光刻掩膜。即此膜对可见光可以透过，对紫外线不能透过。故光刻图形有、易于对准，且可以起到掩膜的作用。

2.32制备方法：氧化铁版的制备方法，主要有三种：化学气象沉积法（CVD）,

涂敷法和反应溅射法。化学气象沉积法（CVD）是目前广泛采用的方法，设备和方法都十分简单。整个系统方法与硅烧法低温沉积二氧化硅很相似，甚至还简单些，加热温度也低得多，容易上马。用CVD 制备的优点是氧化铁致密，针孔小，腐蚀性能好，反光小易于对准，而且工艺比较简单，是目前制备制备氧化铁版的各种方法红质量最好的.但是此法中易产生Fe(CO)5,T它挥发性强，易积聚在低层空气中，引起呼吸道中毒。涂敷法则采取聚乙烯二茂铁为原料，解决了五羟基铁的毒害问题，也解决了大面积制版的问题。而且采用聚乙烯二茂铁可解决电子束直接曝光以代替激光扫描，因为电子束扫描比激光扫描技术更成熟。反应溅射法是在CO+CO2或Ar+CO2或Ar+O2气氛中，通过热压制的氧化铁或冷轧钢构成的电极，用射频或直流溅射法制备氧化铁版。

2.33 氧化铁版的优点：

氧化铁版由于吸收不需要的光，因而克服了光晕效应，加强了对反射 衬底的对比度，有利于精细线条的光刻。

通过抗磨实验，用金刚石钢针以不变的速度刻画磨痕，然后用多重射线干涉技术测量技术来测量产生的刻痕深度。可以得到它是比较耐刻痕的掩膜材料。

氧化铁的结构致密且是无定型的，针孔少。

复印腐蚀特性比较好，在一定程度上减少了掩膜缺陷。

3统光学光刻及制版技术面临的挑战

集成电路目前正经过VLSI(超大规模集成电路)而跨入ULSI（甚大规模集成电路）时代，以作为微细化、高集成化先导的MOS管和DRAM为例，1GB DRAM 可集成约十亿个原件，为了将这十亿个元件高密度的集成在USIL 的芯片上，元件与电路的最小尺寸十分细微，在16MB中为0.5-0.6微米，目前大批量生产则使用0.35-0.25 微米，领先技术已达到0.18微米。这些微细高集成化的原动力就是光刻制版技术。

目前，193nm与157nm光学光源技术基本成熟，透镜数值孔径NA在增大，193nm与157nm光学光刻胶性能提高，光学移相掩膜技术在发展，光学临近效应校正精度在提高。这一切保证了光学光刻系统曝光出来的线条尺寸比曝光波长还要短。光学光刻技术应用于0.18微米的IC制造已成定局，应用于0.13微米及以下也有较大生命力。

在历史上，光刻光学掩膜尺寸总能跟上光学光刻的快速步伐。但是当光学光刻进入193nm时代，瑞利公式中的光刻K因子变小，光学光刻掩膜制造误差已成为光刻线宽控制误差和套刻对准误差的主要来源，由此IC工业对光学光刻掩膜提出的要求越来越严格。如何提高精度与成品率，降低成本和缩短制造周期，目前已成为摆在光学光刻掩膜制造者面前的一大课题。随着光学光刻极限分辨率的不断提高，当代光学光刻掩膜制造技术面临越来越大的挑战。

4 后光学光刻及制版技术的发展

传统的曝光技术在光源上得到改进（如远紫外I线、深紫外krF、ArF、F2准分子激光光源），并利用波前工程（如移相掩膜、离轴照明移相光源、空间滤波、表面成像技术等）进一步挖掘光学光刻技术的潜力，近年来在亚微米和深亚微米领域取得重大的发展，使IC技术提早一年进入千兆位和千兆赫时代。然而，这也达到光学光刻技术的极限，在光学光刻技术努力突破极限的同时，替代光学光刻技术的所谓后光学光刻技术的研究在近几年内迅速升温，这些技术包括X射线光刻、极紫外（EUVL）即软X射线投影光刻、电子束投影光刻、离子束投影光刻等。这些技术研究的目标十分明确，那就是在0.1微米及更小的尺寸的生产中替代光学光刻技术。

5参考文献

1 刘玉岭，张楷亮等微电子技术工程———材料、工艺与测试。

北京：电子工业出版社，2004

2 游树达 光刻掩膜缺陷对IC成品率的影响。微电子技术，1997 3 谢常青 下一代光学掩膜技术.微电子技术，2002

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2syp.html