Fotoğraf maskesi - Photomask

Bir fotomaske
Bir fotomaskenin (üstte) ve bu maskeyi (altta) kullanarak oluşturulan bir entegre devrenin şematik gösterimi

Bir fotomaske ışığın belirli bir modelde parlamasına izin veren delikli veya saydamlı opak bir plakadır. Yaygın olarak kullanılırlar fotolitografi ve üretimi Entegre devreler (IC'ler veya "çipler") özellikle. Maskeler, bir alt tabaka üzerinde bir desen oluşturmak için kullanılır, normalde ince bir dilim silikon olarak bilinir gofret yonga üretimi durumunda. Sırasıyla birkaç maske kullanılır, her biri tamamlanmış tasarımın bir katmanını yeniden oluşturur ve birlikte maske seti.

1960'larda maskeler, normalde şu adıyla bilinen bir malzeme kullanılarak elle oluşturuldu: yakut. Özellik boyutları küçüldükçe ve gofret boyutları büyüdükçe, tasarımın birden çok kopyası, tek bir baskı çalışmasının birçok IC üretmesine izin verecek şekilde maske üzerine desenlenecektir. Bu türden bir maske yapmak, tasarımların karmaşıklığı arttıkça giderek zorlaştı. Bu, yakut desenini çok daha büyük boyutlarda keserek, genellikle bir odanın duvarlarını doldurarak ve ardından bunları optik olarak küçülterek çözüldü. fotoğrafik film.

Karmaşıklık artmaya devam ettikçe, her türlü manuel işlem zorlaştı. Bu, optik desen üreteci Bu, ilk büyük ölçekli modelin üretim sürecini ve desenin çoklu IC maskesine kopyalanmasını otomatikleştiren aşamalı ve tekrarlı kameraları otomatikleştirdi. Ara maskeler olarak bilinir retiküllerve başlangıçta aynı fotografik süreç kullanılarak üretim maskelerine kopyalandı. Jeneratörler tarafından üretilen ilk aşamalar o zamandan beri değiştirildi elektron ışını litografisi ve lazer tahrikli sistemler. Bu sistemlerde retikül olmayabilir, maskeler doğrudan orijinal bilgisayarlı tasarımdan üretilebilir.

Maske malzemeleri de zamanla değişti. Başlangıçta, yakut taşı doğrudan maske olarak kullanıldı. Özellik boyutu küçüldükçe, görüntüyü düzgün bir şekilde odaklamanın tek yolu, onu gofret ile doğrudan temas edecek şekilde yerleştirmekti. Bunlar temas hizalayıcılar sık sık bazılarını kaldırdı fotorezist gofret ve maskenin atılması gerekiyordu. Bu, binlerce maske üretmek için kullanılan retiküllerin benimsenmesine yardımcı oldu. Maskeleri açığa çıkaran lambaların gücü arttıkça, film ısı nedeniyle bozulmaya uğradı ve yerini gümüş halojenür açık soda bardağı. Bu aynı süreç, borosilikat ve daha sonra kuvars genişlemeyi kontrol etmek için ve gümüş halojenürden krom daha iyi opaklığa sahip olan morötesi ışık litografi sürecinde kullanılır.

Genel Bakış

Simüle edilmiş bir foto maskesi. Daha kalın olan özellikler gofret üzerine basılması istenen entegre devredir. Daha ince özellikler, kendilerini yazdırmayan, ancak entegre devrenin odak dışında daha iyi yazdırmasına yardımcı olan yardımcılardır. Fotomaskenin zikzak görünümü optik yakınlık düzeltmesi daha iyi bir baskı oluşturmak için uygulandı.

Litografik foto maskeler genellikle şeffaftır kaynaşmış silika krom metal emici bir film ile tanımlanan bir desenle kaplı boşluklar. Fotomaskler 365 dalga boylarında kullanılır nm, 248 nm ve 193 nm. Foto maskeler, 157 nm, 13,5 nm (13,5 nm) gibi diğer radyasyon türleri için de geliştirilmiştir.EUV ), Röntgen, elektronlar, ve iyonlar; ancak bunlar alt tabaka ve desen filmi için tamamen yeni malzemeler gerektirir.

Bir fotoğraf maskesi seti, her biri bir desen katmanını tanımlar. entegre devre imalatı, bir fotolitografiye beslenir stepper veya tarayıcı ve pozlama için ayrı ayrı seçilir. İçinde çift ​​desenleme teknikler, bir fotomaske, katman modelinin bir alt kümesine karşılık gelecektir.

İçin fotolitografide seri üretim nın-nin entegre devre cihazlar, daha doğru terim genellikle fotoretikül ya da sadece nişangâh. Bir fotomaske durumunda, maske kalıbı ile gofret kalıbı arasında bire bir uyuşma vardır. Bu, 1: 1 maske hizalayıcılar için, adımlayıcılar ve redüksiyon optikli tarayıcılar tarafından yerine getirilen standarttı.[1] Adımlayıcılarda ve tarayıcılarda kullanıldığı gibi, retikül genellikle çipin yalnızca bir katmanını içerir. (Bununla birlikte, bazı fotolitografi imalatları, aynı maske üzerinde birden fazla katmana sahip retiküller kullanır). Desen yansıtılır ve gofret yüzeyine dört veya beş kez küçültülür.[2] Tam bir gofret kaplaması elde etmek için, gofret tam teşhir elde edilene kadar optik kolonun altındaki bir konumdan diğerine tekrar tekrar "kademelendirilir".

Boyut olarak 150 nm veya altındaki özellikler genellikle faz değiştirme görüntü kalitesini kabul edilebilir değerlere yükseltmek için. Bu pek çok şekilde başarılabilir. En yaygın iki yöntem, küçük yoğunluklu tepe noktalarının kontrastını arttırmak için maske üzerinde zayıflatılmış bir faz kaydırmalı arka plan filmi kullanmak veya maruz kalan kuvars böylece kazınmış ve oyulmamış alanlar arasındaki kenar neredeyse sıfır yoğunluğu görüntülemek için kullanılabilir. İkinci durumda, istenmeyen kenarların başka bir pozlama ile kırpılması gerekecektir. Eski yöntem zayıflatılmış faz değiştirmeve çoğu geliştirme için özel aydınlatma gerektiren zayıf bir geliştirme olarak kabul edilirken, ikinci yöntem olarak bilinir. alternatif diyaframlı faz kaydırmave en popüler güçlü geliştirme tekniğidir.

Öncü olarak yarı iletken küçültme, 4 kat daha büyük fotomask özellikleri de kaçınılmaz olarak küçülmelidir. Bu, emici filmin daha ince ve dolayısıyla daha az opak olması gerekeceğinden zorluklar yaratabilir.[3]2005 tarihli bir çalışma IMEC daha ince emicilerin görüntü kontrastını düşürdüğünü ve bu nedenle son teknoloji fotolitografi araçlarını kullanarak kenar pürüzlülüğüne katkıda bulunduğunu buldu.[4]Bir olasılık, soğurucuları tamamen ortadan kaldırmak ve yalnızca görüntüleme için faz kaydırmaya bağlı olarak "kromsuz" maskeler kullanmaktır.

Ortaya çıkması daldırma litografi fotomaske gereksinimleri üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Yaygın olarak kullanılan zayıflatılmış faz kaydırıcı maske, desenli film boyunca daha uzun optik yol nedeniyle "hiper-NA" litografide uygulanan daha yüksek geliş açılarına karşı daha hassastır.[5]

EUV foto maskeler ışığı engellemek yerine ışığı yansıtarak çalışır.

Fotoğraf maskeleri uygulanarak yapılır fotorezist bir kuvars substrat ile krom kaplama bir tarafta ve bir lazer veya bir Elektron demeti denilen bir süreçte maskesiz litografi.[6] Fotorezist daha sonra geliştirilir ve kromlu korumasız alanlar oyulur ve kalan fotorezist kaldırılır. [7][8][9]

Maske hatası geliştirme faktörü (MEEF)

Nihai yonga desenlerinin önde gelen foto maskeleri (önceden düzeltilmiş) görüntüleri dört kat büyütülür. Bu büyütme faktörü, görüntüleme hatalarına karşı desen hassasiyetini azaltmada önemli bir avantaj olmuştur. Bununla birlikte, özellikler küçülmeye devam ettikçe, iki eğilim devreye girer: Birincisi, maske hata faktörünün birini aşmaya başlamasıdır, yani, gofret üzerindeki boyut hatası, maskedeki boyut hatasının 1 / 4'ünden fazla olabilir,[10] ve ikincisi, maske özelliğinin küçülmesi ve boyut toleransının birkaç nanometreye yaklaşmasıdır. Örneğin, 25 nm'lik bir gofret modeli 100 nm'lik bir maske modeline karşılık gelmelidir, ancak gofret toleransı 1.25 nm (% 5 özellik) olabilir, bu da fotomaskede 5 nm'ye dönüşür. Doğrudan fotomask modelini yazarken elektron ışını saçılmasının değişimi bunu kolaylıkla aşabilir.[11][12]

Pellicles

"Zar" terimi, "film", "ince film" veya "zar" anlamında kullanılır. 1960'lardan başlayarak, "ince tabaka" olarak da bilinen metal bir çerçeve üzerine gerilmiş ince film, optik aletler için bir ışın ayırıcı olarak kullanıldı. Küçük film kalınlığından dolayı optik yol kaymasına neden olmadan bir ışık demetini bölmek için bir dizi cihazda kullanılmıştır. 1978'de Shea ve ark. IBM'de, bir fotomaskeyi veya retikülü korumak için "ince zarın" toz örtüsü olarak kullanılması için bir işlemin patentini aldı. Bu giriş bağlamında, "zar", "bir fotomaskeyi korumak için ince film toz örtüsü" anlamına gelir.

Partikül kontaminasyonu, yarı iletken üretiminde önemli bir sorun olabilir. Bir fotomaske partiküllerden bir film tabakasıyla korunur - foto maskenin bir tarafına yapıştırılmış bir çerçeve üzerine gerilmiş ince şeffaf bir film. Zar, maske desenlerinden yeterince uzakta olduğundan, zar üzerine düşen orta ila küçük boyutlu parçacıklar, baskı için çok uzak odak dışı olacaktır. Parçacıkları uzak tutmak için tasarlanmış olsalar da, ince zarlar görüntüleme sisteminin bir parçası haline gelir ve optik özelliklerinin hesaba katılması gerekir. Pellicles malzemesi Nitroselülozdur ve çeşitli İletim Dalga Boyları için yapılmıştır.[13]

Pellicle Montaj Makinesi MLI

Önde gelen ticari fotoğraf maskesi üreticileri

Ana makale: Maske dükkanı

SPIE Yıllık Konferans, Photomask Technology, SEMATECH Mevcut endüstri analizini ve yıllık fotomask üreticileri anketlerinin sonuçlarını içeren Maske Endüstrisi Değerlendirmesi Aşağıdaki şirketler, küresel pazar paylarına göre listelenmiştir (2009 bilgisi):[14]

Gibi büyük yonga üreticileri Intel, Globalfoundries, IBM, NEC, TSMC, UMC, Samsung, ve Mikron Teknolojisi kendi büyük maske yapma tesislerine sahip veya ortak girişimler yukarıda belirtilen şirketler ile.

Dünya çapında fotomaske pazarı 2012'de 3,2 milyar dolar olarak tahmin edildi[15] ve 2013 yılında 3,1 milyar dolar. Pazarın neredeyse yarısı tutsak maske dükkanlarından (büyük yonga üreticilerinin kurum içi maske dükkanları) geliyordu.[16]

2005 yılında 180 nm prosesler için yeni maske atölyesi yaratmanın maliyeti 40 milyon $ ve 130 nm - 100 milyon $ 'dan fazla olarak tahmin edildi.[17]

Bir fotoğraf maskesinin satın alma fiyatı 2006'da 250 ila 100.000 dolar arasında değişebilir.[18] tek bir üst düzey faz değiştirme maskesi için. Eksiksiz bir görünüm oluşturmak için 30'a kadar maske (değişen fiyatlarda) gerekebilir. maske seti.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Rizvi, Syed (2005). "1.3 Maskelerin Teknoloji Tarihi". Photomask Üretim Teknolojisi El Kitabı. CRC Basın. s. 728. ISBN  9781420028782.
  2. ^ Litografi uzmanları, zorlukları kolaylaştırmak için fotoğraf maskelerinde daha yüksek büyütmeyi geri getiriyor // EETimes 2000
  3. ^ Y. Sato ve diğerleri, Proc. SPIE, cilt. 4889, s. 50-58 (2002).
  4. ^ M. Yoshizawa ve diğerleri, Proc. SPIE, cilt. 5853, s. 243-251 (2005)
  5. ^ C. A. Mack ve diğerleri, Proc. SPIE, cilt. 5992, s. 306-316 (2005)
  6. ^ "ULTRA Semiconductor Lazer Maske Yazıcı | Heidelberg Instruments". www.himt.de.
  7. ^ "Geniş Alan Fotomask Yazıcısı VPG + | Heidelberg Aletleri". www.himt.de.
  8. ^ "Fotoğraf Maskeleri - Fotolitografi - A'dan Z'ye Yarı İletken Teknolojisi - Halbleiter.org". www.halbleiter.org.
  9. ^ "Bilgisayar". Bilgisayar.
  10. ^ E. Hendrickx et al., Proc. SPIE 7140, 714007 (2008).
  11. ^ C-J. Chen et al., Proc. SPIE 5256, 673 (2003).
  12. ^ W-H. Cheng ve J. Farnsworth, Proc. SPIE 6607,660724 (2007).
  13. ^ Chris A. Mack (Kasım 2007). "Peliküllerin optik davranışı". Mikrolitografi Dünyası. Alındı 2008-09-13.
  14. ^ Hughes, Greg; Henry Yun (2009-10-01). "Maske endüstrisi değerlendirmesi: 2009". SPIE Tutanakları. 7488 (1): 748803-748803-13. doi:10.1117/12.832722. ISSN  0277-786X.
  15. ^ Chamness, Lara (7 Mayıs 2013). "Yarıiletken Fotomaske Pazarı: 2014'te 3,5 Milyar Dolar Tahmin Edildi". SEMI Sektör Araştırmaları ve İstatistikleri. Alındı 6 Eylül 2014.
  16. ^ Tracy, Dan; Deborah Geiger (14 Nisan 2014). "3,1 Milyar Dolarlık SEMI Raporları 2013 Yarı İletken Fotoğraf Maskesi Satışı". YARI. Alındı 6 Eylül 2014.
  17. ^ Fotomaske Üretim Ekonomisinin Analizi Bölüm - 1: Ekonomik Çevre, Weber, 9 Şubat 2005. Slayt 6 "Maske Dükkanının Perspektifi"
  18. ^ Weber, C.M; Berglund, C.N .; Gabella, P. (13 Kasım 2006). "Fotoğraf Maskesi Üretiminde Maske Maliyeti ve Karlılığı: Ampirik Bir Analiz" (PDF). Yarıiletken Üretiminde IEEE İşlemleri. 19 (4). doi: 10.1109 / TSM.2006.883577; sayfa 23 tablo 1