什么(me)是相移掩(yan)模？
先進(jin)相移掩模(PSM)制造是極大規模集成電路(lu)生(sheng)產中的關鍵(jian)工藝(yi)之一(yi)。
當設計尺寸(CD)為(wei)0.18μm時，就必須在掩(yan)模關(guan)鍵層采用OPC (光學鄰(lin)近(jin)校正(zheng))和(he)PSM (相移技術)。
一(yi)般二元掩模(mo)由于圖(tu)形邊緣散射會降(jiang)低整(zheng)體(ti)的(de)對比度(du)， 無法(fa)得到所需(xu)要(yao)的(de)圖(tu)形。
通過相位移掩模(PSM)技術可以顯著改(gai)善圖形(xing)的對比度，提(ti)高圖形(xing)分辨(bian)率。
相移掩(yan)模技術是(shi)IBM 公司研(yan)究實驗室Marc D．LevenSon等人于1982年提出(chu)來的(de)一種新型掩(yan)模技術。
其基本原理是利用(yong)通過不帶相(xiang)移層區的(de)光(guang)線和通過帶相(xiang)移層區(移相(xiang)器、光(guang)線相(xiang)位(wei)產(chan)生180°的(de)移動)光(guang)線之間因(yin)相(xiang)位(wei)不同產(chan)生相(xiang)消干涉，從而改變(bian)了(le)空(kong)間的(de)光(guang)強分(fen)布，實現(xian)了(le)同一光(guang)學系統下的(de)倍增分(fen)率的(de)提(ti)高，提(ti)高的(de)幅度近一倍。原理如下圖所示。
相(xiang)(xiang)移(yi)(yi)層(相(xiang)(xiang)移(yi)(yi)器(qi))是(shi)一(yi)層透明(ming)的薄(bo)膜(mo)(mo)，它的功能是(shi)使通(tong)過它的光(guang)(guang)線發生相(xiang)(xiang)位(wei)移(yi)(yi)動，相(xiang)(xiang)位(wei)移(yi)(yi)動的相(xiang)(xiang)位(wei)值與膜(mo)(mo)厚、薄(bo)膜(mo)(mo)材料的折率和入射光(guang)(guang)線的波長具有相(xiang)(xiang)關(guan)的函數(shu)關(guan)系：T=入／2 (n+cosθ)。實(shi)用(yong)的相(xiang)(xiang)移(yi)(yi)器(qi)必(bi)須保證入射光(guang)(guang)線產生180°的相(xiang)(xiang)位(wei)移(yi)(yi)動。
根(gen)據(ju)上述關系式，只要相(xiang)移(yi)(yi)器的膜厚(hou)(hou)滿(man)足(zu)T=λ／2 (n-1)條件時(shi)。通過相(xiang)移(yi)(yi)器的光(guang)線正(zheng)好(hao)產生180°的相(xiang)位移(yi)(yi)動。因而制(zhi)備(bei)相(xiang)移(yi)(yi)膜并(bing)且精確地控制(zhi)膜厚(hou)(hou)是制(zhi)造相(xiang)移(yi)(yi)掩模工藝中的技術難點之一(yi)。
當1982年Marc D．Levenson等(deng)人(ren)提出(chu)相移掩模(mo)技術(shu)時， 由(you)于(yu)一(yi)些技術(shu)難(nan)點難(nan)以達到實用(yong)化，未(wei)能引起人(ren)們對它的(de)注意和(he)重視。最近幾年由(you)于(yu)集成電路發展對半(ban)亞微米和(he)深亞微米光刻技術(shu)的(de)強烈要求，以及相移掩模(mo)技術(shu)獲得重大的(de)突破，達到了實用(yong)化的(de)水平，進而開發出(chu)了多種設計和(he)制作相移掩模(mo)的(de)工藝(yi)(yi)技術(shu)，出(chu)現(xian)了各(ge)具(ju)特色和(he)優(you)點的(de)相移掩模(mo)工藝(yi)(yi)方法(fa)和(he)產品。
相移掩模(mo)是在一般(ban)二元掩模(mo)中增加了一層相移材料，通(tong)過數(shu)據處(chu)理、電子束曝(pu)光(guang)、制(zhi)作二次曝(pu)光(guang)對準用的(de)可(ke)識別標記、二次曝(pu)光(guang)、顯影、刻蝕，并對相移、缺陷等(deng)進行分析和檢測(ce)，確保能(neng)達到設計要求(qiu)。
先(xian)進掩(yan)模(mo)制(zhi)造的基本流程(cheng)
先進掩(yan)模制造(zao)的(de)基本流程為：先將設(she)計(ji)(ji)(ji)完成的(de)電(dian)路設(she)計(ji)(ji)(ji)方案(an)(an)經過(guo)計(ji)(ji)(ji)算機(ji)(ji)輔助設(she)計(ji)(ji)(ji)技術處理，轉換成設(she)計(ji)(ji)(ji)圖案(an)(an)；設(she)計(ji)(ji)(ji)圖案(an)(an)通過(guo)專用設(she)備如電(dian)子束曝光機(ji)(ji)，將圖案(an)(an)曝光至涂有感光材料的(de)掩(yan)模基板介質(zhi)上
(通常是表面涂有金屬鉻、相(xiang)移層的(de)石英玻(bo)璃板)；
然后(hou)(hou)經(jing)(jing)由顯影、千法刻(ke)(ke)蝕等過程使圖案精確地定(ding)像在掩(yan)(yan)模(mo)基板介(jie)質(zhi)上，經(jing)(jing)清洗、檢(jian)測后(hou)(hou)處理等再(zai)涂膠，經(jing)(jing)第二次(ci)曝光(guang)后(hou)(hou)顯影、對相(xiang)(xiang)移層(ceng)進行干法刻(ke)(ke)蝕、相(xiang)(xiang)位(wei)角檢(jian)測等多(duo)個步驟最終形成先進相(xiang)(xiang)移掩(yan)(yan)模(mo)。
先進相移掩模實際上是一種特殊的光學“模具”。
在(zai)極大規模(mo)集成(cheng)(cheng)電(dian)路(lu)工藝加(jia)工過程中，設計數據(ju)必須先轉(zhuan)換成(cheng)(cheng)掩模(mo)，再利用這種模(mo)具用光刻的方式將(jiang)圖(tu)形轉(zhuan)移到(dao)圓片上，經(jing)圖(tu)形多次疊加(jia)后形成(cheng)(cheng)一(yi)個完整功能(neng)的極大規模(mo)集成(cheng)(cheng)電(dian)路(lu)芯片。
將(jiang)設計圖案轉(zhuan)換到掩(yan)模上是(shi)一(yi)個(ge)復雜的過程，而且每(mei)一(yi)個(ge)集成電路芯片需要一(yi)套專門定制的掩(yan)模。
形象地說(shuo)，掩模(mo)制造(zao)與(yu)芯(xin)片制造(zao)的(de)關系可簡單理解為照相與(yu)沖洗的(de)關系，掩模(mo)的(de)作用就類似于底片一一沖洗系統通過對(dui)底片復(fu)印(yin)，可得到相片；芯(xin)片制造(zao)系統對(dui)掩模(mo)進行多次曝光(guang)、刻蝕，可得到芯(xin)
片(pian)電路。不(bu)同的是一張照片(pian)只需(xu)一張底片(pian)，而一個芯片(pian)電路需(xu)要6-30塊先進(jin)相移掩模(mo)。
相移掩(yan)模(mo)(PSM)技術(shu)
技術(shu)發展概述(shu)和基本(ben)原(yuan)理
先進掩模(mo)制造(zao)技(ji)(ji)術與極大規(gui)模(mo)集成(cheng)(cheng)電路制造(zao)技(ji)(ji)術同步發展，當集成(cheng)(cheng)電路制造(zao)主要采用光學光刻技(ji)(ji)術時，為了解決高分(fen)辨率(lv)和高產率(lv)的矛盾(dun)，經歷了許多次(ci)變(bian)革。
光刻機(ji)曝(pu)光光源(yuan)的(de)波長經歷了436nm(G—line)、356nm(I-line)、248nm(KrF)和l93nm(ArF)的(de)發展(zhan)過程，分(fen)辨率(lv)從1μm發展(zhan)到(dao)今天的(de)65nm，其產率(lv)從每小(xiao)時20片(pian)(100mm硅片(pian))發展(zhan)到(dao)每小(xiao)時100片(pian)(300mm硅片(pian))。
為了(le)延展光(guang)學光(guang)刻(ke)的生命(ming)周期，掩(yan)模(mo)制(zhi)造(zao)技術(shu)也采用OPC (光(guang)學鄰近(jin)校正)和(he)(he)PSM(相移技術(shu))，以(yi)滿足(zu)在集成電路制(zhi)造(zao)中光(guang)學光(guang)刻(ke)對(dui)掩(yan)模(mo)的要求，并(bing)能(neng)實現圖形在圓片上的再現和(he)(he)批量生產。
當圓片生(sheng)產(chan)達(da)到0.18μm時就必須(xu)在(zai)關鍵層采用(yong)OPC或PSM技術，OPC技術可以修正光學臨近效應，但是卻無(wu)法改善圖形對(dui)比度。
由于(yu)圖形邊緣散射會降低整(zheng)體的(de)(de)對比度，使得光(guang)刻(ke)膠圖形不再黑(hei)白分明，包含了很(hen)多灰色(se)陰影區，無法得到所需要(yao)的(de)(de)圖形。然而利用圖形邊緣的(de)(de)干涉抵消，通過相移掩模可(ke)以顯著(zhu)改(gai)善圖形的(de)(de)對比度。
相移掩(yan)模(PSM)技術(shu)是在一層(ceng)版上(shang)生長兩種材(cai)料(liao)涂(tu)上(shang)膠(jiao)，第(di)一次曝(pu)光(guang)后(hou)(hou)對第(di)一層(ceng)材(cai)料(liao)進行顯(xian)影、腐蝕(shi)、檢(jian)(jian)驗、清(qing)洗(xi)后(hou)(hou)再涂(tu)膠(jiao)進行第(di)二次曝(pu)光(guang)，然后(hou)(hou)對第(di)二層(ceng)材(cai)料(liao)進行顯(xian)影、腐蝕(shi)、檢(jian)(jian)驗、清(qing)洗(xi)。隨后(hou)(hou)進行各種相應檢(jian)(jian)查，包括相位角測量、缺(que)陷檢(jian)(jian)測、顆(ke)粒檢(jian)(jian)測、圖形(xing)完整(zheng)性(xing)檢(jian)(jian)測等。
由于PSM掩模需要進(jin)行(xing)兩次曝光，不僅(jin)要求能夠更(geng)加(jia)精確地控制套刻(ke)精度，而且周期較長，控制難點較多。
PSM 的主要(yao)技(ji)術(shu)(shu)要(yao)點為相移(yi)掩模(mo)條寬(kuan)(CD)控制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)、相移(yi)掩模(mo)缺陷控制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)、相移(yi)掩模(mo)相位角控制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)、相移(yi)掩模(mo)套準控制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)。
制造相移(yi)掩模的類型(xing)和(he)方法(fa)
目前制造相移掩模的類型和方法有如下幾種：
1、L e v e n S O n 方(fang)式或稱交替(ti)反相型(xing)(Alternating)；
2、邊(bian)緣增銳方(fang)式(shi)，具體包括自對準(zhun)邊(bian)緣增銳方(fang)式(shi)(Self-alignment)、移(yi)相(xiang)框邊(bian)緣增銳方(fang)式(shi)(Rim)、輔助窗口邊(bian)緣增銳方(fang)式(shi)(Subresolution)、衰減移(yi)相(xiang)邊(bian)緣增銳方(fang)式(shi)(Attenuated)；
3、多位(wei)(wei)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)值(zhi)臺階移相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方(fang)式(shi)(Multi—Stage)，具體(ti)有三段(duan)位(wei)(wei)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)遞變移相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方(fang)式(shi)(Three Step Shifter)、雙位(wei)(wei)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)值(zhi)移相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方(fang)式(shi)(Two Layer Shifter)、共軛移相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(Conjugate Twin—Shfiter)、多級抗蝕劑結構(gou)(Multi—Level Resist)；
4、全透明移(yi)相方式(All—transparent；chrom—less)，具體有利用移(yi)相器邊緣的“刀刃”效(xiao)應(EdgeM a s k )、亞分辨(bian)率(lv)微結構移(yi)相灰色效(xiao)應(SubResolution)，梳狀(zhuang)過渡移(yi)相器(Comb—ShapedShifter)，基片表面直接(jie)移(yi)相(Phase—Shifting on theSubstrate)，聚合物結構直接(jie)移(yi)相(Polymeric ShifterPMMA)。
下圖顯示(shi)了光學(xue)光刻技術中在(zai)應用相移掩模后所獲得的光學(xue)光刻分辨率的提高。
關鍵技術解析
相移掩模(PSM)技術包括數據處理、相移材料曝光工藝處理及第一、二次互套曝光、檢測等三個方面。
數據(ju)(ju)處理(li)是通(tong)(tong)過專用軟件(jian)CATS對客戶數據(ju)(ju)進行處理(li)，將客戶設計的(de)(de)集成(cheng)電路版圖中的(de)(de)某(mou)一層數據(ju)(ju)按采用相移工藝的(de)(de)要求分成(cheng)兩(liang)次曝(pu)光(guang)的(de)(de)數據(ju)(ju)，并(bing)通(tong)(tong)過計算機網絡傳給曝(pu)光(guang)設備。
電子束或激(ji)光(guang)圖(tu)形發生器曝光(guang)是在相(xiang)移材料(liao)上(shang)第(di)(di)(di)一次(ci)曝光(guang)顯影，腐(fu)蝕后，對(dui)(dui)第(di)(di)(di)二(er)種材料(liao)進(jin)行(xing)第(di)(di)(di)二(er)次(ci)曝光(guang)時有(you)一個(ge)對(dui)(dui)第(di)(di)(di)一次(ci)圖(tu)形的(de)精確定(ding)位，并根據(ju)數據(ju)處理后的(de)第(di)(di)(di)二(er)曝光(guang)數據(ju)進(jin)行(xing)套準后的(de)第(di)(di)(di)二(er)次(ci)曝光(guang)的(de)過程。這就(jiu)有(you)識別(bie)標(biao)記的(de)制作(zuo)和對(dui)(dui)標(biao)記的(de)識別(bie)，以及相(xiang)應的(de)工(gong)藝處理技(ji)術。
圖形(xing)制作后進行的(de)(de)檢(jian)(jian)測主要是(shi)確保已經產生相(xiang)位移，并(bing)測定位移的(de)(de)范圍(wei)是(shi)否符(fu)合(he)工藝規范。缺陷檢(jian)(jian)測與(yu)平常(chang)沒(mei)有(you)(you)(you)相(xiang)移材料時的(de)(de)檢(jian)(jian)測不一樣(yang)，首先(xian)檢(jian)(jian)測有(you)(you)(you)沒(mei)有(you)(you)(you)定義缺陷，如果有(you)(you)(you)就要判別是(shi)第一層上還是(shi)第二層上的(de)(de)，然后將相(xiang)關數據傳給(gei)缺陷修補設備進行修補。#p#分頁標題#e#
相移掩模條寬(CD)控制技術
相(xiang)移掩(yan)模(mo)的(de)制(zhi)造流(liu)程(cheng)比(bi)較復(fu)雜，制(zhi)造工序較多， 條(tiao)寬(kuan)控制(zhi)比(bi)較困難。同(tong)時又因為相(xiang)移掩(yan)模(mo)一般都應用于(yu)高端掩(yan)模(mo)，條(tiao)寬(kuan)的(de)規定比(bi)較嚴(yan)格。制(zhi)程(cheng)條(tiao)件(jian)的(de)動態變化和材(cai)料的(de)不(bu)穩定都會對條(tiao)寬(kuan)控制(zhi)帶來不(bu)利的(de)影響。
為了避免制程條(tiao)件變化和(he)材料不穩定對條(tiao)寬控制帶來的不利影響，需要改(gai)變一次性(xing)把條(tiao)寬調到位的傳統做法。
而需預留(liu)一(yi)定(ding)的加(jia)蝕(shi)刻空間，即正常流程過程中， 如(ru)不進行加(jia)蝕(shi)刻動作的話，實際做出(chu)的條寬值會比設計(ji)值小一(yi)些(xie)(Space CD)。
這樣正常情況(kuang)下可以通過加蝕(shi)刻(ke)來控制條寬尺寸，而(er)(er)在制程(cheng)條件(jian)或材料穩定性變化較大而(er)(er)使(shi)實際條寬變大時，也可以通過不加蝕(shi)刻(ke)而(er)(er)使(shi)得產品達到條寬控制規格，從而(er)(er)避免產品的報廢，提高(gao)良率。
另外對曝光、顯影、蝕刻設備進(jin)行定期維護，使(shi)機臺的參(can)數在規格(ge)之內(nei)也是(shi)必要(yao)的。此外還(huan)要(yao)根據制(zhi)程和材料變化進(jin)行參(can)數的微調。
相移掩模缺陷控(kong)制(zhi)
相(xiang)移(yi)掩模(mo)的制(zhi)作周期很(hen)長，經(jing)過的工(gong)序比二(er)元掩模(mo)要(yao)多，這(zhe)對(dui)相(xiang)移(yi)掩模(mo)的缺陷控(kong)制(zhi)提出(chu)了(le)特殊(shu)的要(yao)求。相(xiang)移(yi)掩模(mo)制(zhi)造過程中(zhong)的缺陷種(zhong)類很(hen)多，最(zui)主要(yao)也是最(zui)不容易控(kong)制(zhi)的是微粒問題。為了(le)更好(hao)地控(kong)制(zhi)缺陷，提高成品率(lv)，必須(xu)制(zhi)訂嚴格的生(sheng)產管理(li)條例，定期對(dui)設(she)備(bei)進行維護(hu)，以及對(dui)生(sheng)產程序進行最(zui)大(da)程度的優(you)化。
按照微粒產生的途徑，基本可以分為6類：
1、掩模基板本身所帶的微粒；
2、曝(pu)光過程中(zhong)掉落；
3、顯(xian)影過程中掉(diao)落；
4、蝕刻過(guo)程中掉落；
5、涂膠過程(cheng)中(zhong)掉落(luo)；
6、兩次曝光(guang)、顯(xian)影蝕刻過程中掉落。
按(an)微粒不同的(de)來源又可分為材料問題、環境(jing)問題(無塵室大環境(jing)、操(cao)作(zuo)區域、工作(zuo)臺區域等等)、人員操(cao)作(zuo)問題、設備問題等4個(ge)方(fang)面。
在相移掩模的制作(zuo)過程中，由于(yu)條寬尺寸(cun)(CD)很小，圖形復(fu)雜負(fu)載很大，如果造成(cheng)缺陷很難修補。
所以對操作(zuo)環境有特殊的要求， 如在曝光或顯影(ying)蝕刻時必(bi)須進(jin)行人(ren)員清(qing)場，以減(jian)(jian)少人(ren)員的影(ying)響；盡量減(jian)(jian)少人(ren)員和掩模的接觸，使(shi)用清(qing)潔(jie)的工具來操作(zuo)；
對無塵室環境定期(qi)進行(xing)清潔。另外高(gao)端(duan)產(chan)品(pin)因為制作周期(qi)較長，其在生(sheng)產(chan)過程(cheng)中應(ying)該(gai)有(you)機臺的(de)(de)優先(xian)使用權；對重(zhong)要的(de)(de)產(chan)品(pin)(PSM)加掃涂光刻膠前的(de)(de)檢驗即(Before coat inspection)，這樣可(ke)以盡(jin)快知道產(chan)品(pin)的(de)(de)缺陷狀況，如有(you)問(wen)題可(ke)以盡(jin)快找(zhao)出原因所在并排除(chu)故障；特別對于高(gao)端(duan)產(chan)品(pin)應(ying)該(gai)有(you)專(zhuan)門的(de)(de)工(gong)程(cheng)技術人(ren)員進行(xing)實時追蹤，確(que)保其生(sheng)產(chan)順利。
相移掩(yan)模相位角的控制(zhi)
相移掩模相位角的控制與以下三個方面有關：
1、材料：相(xiang)移(yi)掩模基板相(xiang)移(yi)層的(de)厚(hou)度(du)直接決定了相(xiang)位(wei)偏移(yi)度(du)數，達到理想(xiang)的(de)相(xiang)位(wei)偏移(yi)需嚴格(ge)控制其(qi)度(du)數。
2、干法蝕(shi)刻：對相(xiang)(xiang)(xiang)移層干法蝕(shi)刻的時間直接決定了初始的相(xiang)(xiang)(xiang)位偏移，因(yin)為之后(hou)相(xiang)(xiang)(xiang)移掩模還需(xu)經過(guo)多(duo)次清(qing)洗(xi)，一般初始的相(xiang)(xiang)(xiang)位偏移要(yao)大(da)于規格值。
3、清(qing)(qing)洗：因為相(xiang)移(yi)掩模在經過清(qing)(qing)洗時，相(xiang)移(yi)層金屬(shu)會與氨水發生氧化、絡合反應，會造成相(xiang)位角度數(shu)的下降(jiang)。
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