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掩膜版制作過程

文章出處：本站　　責任編輯：Editor　　人氣：4416　　發表時間：2013-11-13 8:19:39　　【大中小】

卓力達公司長期供應高精度金屬掩膜版，不銹鋼掩膜版，價格實惠，量大從優。
產品可以應用于電子束蒸發，熱蒸發，磁控濺射等設備中，用來制備太陽能電池，光電探測器，LED，激光器，場效應晶體管等各種器件電極及各種薄膜材料圖形設計。
我們已與北京大學，清華大學，北京大學，華東理工大學，西南大學，成都科技大學，西安交通大學，汕頭大學，河北工業大學，哈爾濱工業大學，中科院長春化學所，中科院蘇州納米所，中科院深圳先進院，蘭州物化的，合肥物質所，武漢大學，華中科技大學，中科院昆明植物研究所，北京航空航天大學，山東大學，浙江大學，吉林大學，華南理工，中山大學，東南大學，蘇州大學，太原理工大學等國內眾多的高校和科研院所以及高技術企業形成了長期合作關系，積累了豐富的設計和制備經驗，具備諸多優勢。
在材質的選取方面，我們選用高韌性的SUS304 H不銹鋼材料，這樣做出來的掩膜版不但精度高，而且表面光滑，產品不易受彎折而變形，經久耐用，同時還能夠讓掩膜版板與器件保持很緊密的貼合，減少陰影效果。
我們所采用的不銹鋼厚度包括0.03mm,0.05mm,0.06mm,0.08mm到1 mm的各種尺寸，采用較薄的不銹鋼制備出來的掩膜版所產生的陰影效果會更少,擾度更可控。
本公司承接各種圖案定制，客戶最好能提供包含尺寸的CAD版設計圖。如果畫圖實在有困難，我們可以根據客戶描述來繪制，同時我們還能對客戶的掩膜版設計提供一些建議。
下面先舉幾個掩膜版的實例，后面再解釋幾個掩膜版的設計技巧。

如下圖所示是各種圖案實例。

掩膜版設計技巧

如果客戶自己的設備有較好的樣品架，可以只考慮做一片上面所示的單片掩膜版就行。如果沒有較好的固定器件的方案，建議采用我們的疊層設計法。下面以0.1mm的柵狀電極為例進行詳細說明。

上圖為各種圖形的實例，實際上可做的圖形圖案種類更多

如下圖所示是各種柵線電極圖案及其對應的設計圖，圖中掩膜版尺寸為9cm*9cm,柵線最小尺寸為0.1mm。

掩模板

上圖為設計的掩膜版的尺寸圖，其中對縫隙的要求比較高，不可以在縫隙中產品毛剌，凸點，缺口，否則會對掩模圖形產生擾度

下面圖為對應的圖紙加的實物圖片

掩模板

以下為各種的掩模板圖紙和實物相應的對照圖，即用我們的蝕刻工藝，可以最大程度的節省成本，完成掩模板的制作。

掩模板

以上為掩膜版實物對比圖二，下面增加另一種圖案對比

掩模板

下圖是掩膜版的側面圖，所用的不銹鋼厚度為0.1mm。

卓力達公司的掩膜版制備工藝主要采用曝光腐蝕工藝（與光刻法在硅表面制備高精度的圖案類似），這種方法可以根據客戶要求靈活設計各種圖案，且制備出來的圖案尺寸標準。我們的圖案尺寸精度可以達到0.01mm以上，邊緣銳利無毛刺，開孔直線度好，真圓度好。

掩模板

如圖所示，客戶可以設計，做四種不銹鋼片，其中：1、右下角的為帶電極圖案的掩膜版。2、右上角為固定器件的方格板。

我們將方格板用螺絲固定到掩膜版上面就可以防止電池片的左右移動。方格板的厚度可以根據器件的厚度來定制，如圖中所示的方格板就是可以放入厚度為0.5mm，邊長為1*1cm的電池片共16片。

客戶還可以一次性設計幾個不同厚度的方格板，這樣自己就可以通過將不同厚度的方格板疊合在一起形成任意組合的厚度，以便于用于不同厚度器件的電極蒸鍍。

如果想進一步固定電池，則可以設計一個如左下角一樣的光板覆蓋到方格板上面，這樣一方面能完全將器件固定，在一些需要將掩膜版豎放或反放的設備中可以讓器件不掉或松動；另一方面還能在蒸鍍電極時防止器件背面被金屬蒸汽污染。

另外，由于掩膜版比較薄，若面積過大可能會發生一定的彎曲，客戶還可以設計如左上角所示的掩膜版固定片壓住下面的掩膜版，或者通過設計更加密集的螺絲孔，使掩膜版更加平整穩固。

掩模板

上圖給出了另外一種疊層型掩膜版的例子。這是用于制備有機太陽能電池中的條狀電極設計的，照片中的第一排放置了兩片ITO玻璃片。值得指出的是，為便于用鑷子等工具對器件進去夾取，客戶可以在固定用的方格板上設計如圖所示的半圓形缺口。

上面的掩模板設計圖如下，其中用于固定的方格板厚度為1mm，而掩模板的厚度為0.2mm。

掩模板

由于篇幅有限，上面只列舉了幾個簡單的例子，大家可以和我們聯系索要更多的圖案實例和設計技巧。后期我們將制作跟多掩膜版設計技巧和電極蒸鍍技巧，同時歡迎訪問我們的頁面進行更多了解：http://www.motoba.com.cn

掩模板組合

下圖為組合上下片后的放大效果

掩模板組合

在IC加工過程中，需要使用中間掩膜版和光掩膜版。我們定義中間掩模版是為整個基片曝光而必須分步和重復的包含圖像的工具。通常圖像的尺寸被放大到基片上圖像的2倍到20倍，但在一些情況下也用相等的圖像。光掩模版被定義為在一次曝光中能把圖形轉移到整個硅片中（或另一張光掩模版上）的工具。中間掩模版有兩種應用：1）把圖形復印到工作掩模版上。2）在分步重復對準儀中把圖像直接轉移到硅片上。在1X硅片步進光刻機中，掩模版上的圖形與投影到硅片上圖形一樣大；在縮小步進光刻機中，掩模版上的圖形是放大的真實器件圖像。
在VLSI中，電子束曝光10X或5X的掩模版，或直接用電子束產生1X 的工作掩
模版

     玻璃的質量和準備:
     用以制作掩模版的玻璃必須內部和兩表面都物缺陷。必須于光刻膠的曝光波長下有高的光學透射率。被用來制作掩模版的玻璃有好幾種，包括：a）鈉鈣玻璃b）硼硅玻璃c）石英玻璃。綠色的鈉鈣玻璃和低鈉白鈉鈣玻璃（貴50％）容易被拉制成大面積的薄張，而且表現出很好的質量，它們熱膨脹系數高（93×10－ 7cm/cm°c），使得它門大大不適合在投影中應用。在應用中要求低的熱膨脹系數的材料，就選擇硼硅玻璃和石英玻璃（熱膨脹系數分別是37和5×10－ 7cm/cm°c）。在一些情況下，周圍溫度的變化導致硅片上圖形的定位錯誤，此時就要求選擇硼硅玻璃和石英玻璃。石英圓片是超低膨脹系數的玻璃，它的熱膨脹系數非常小。石英玻璃同樣在深UV和近深UV區域內有很高的穿透系數。石英相當貴，現在傾向于發展高質量的合成石英材料。天然石英通過火焰熔融法加工，用氧氫氣溶化巖石晶體。合成石英是用超純SiCl4，它提供寬的光投射鋁區域，低的雜質含量和少的物理缺陷。它的應用隨著低膨脹率和深UV的要求變得逐漸廣泛。圓片被拋光、清洗，在形成掩模圖像之前被檢查。拋光是個多重步驟，在圖片兩個表面連續不斷地分級研磨。圖片在檢測和掩模之前被清洗、沖洗、干燥。
     玻璃的表面覆蓋（鉻）
     下一步是在玻璃圓片上覆蓋一層材料最終形成圖形。這些材料包括乳劑、鉻和氧化鐵。乳膠不在VLSI中應用，因為不容易控制線條寬，而且它經不住使用和清洗。鉻是最廣泛應用的材料，它以濺射或蒸發的方式淀積到圓片上。盡管濺射鉻比蒸發鉻的反射性強（不希望有的特性），但用抗反射膜可以彌補但用抗反射膜可以彌補但用抗反射膜可以彌補。抗反射膜包含一層薄的（200A）的Cr2O3，它降低了反射率。
     掩膜版成像（光刻膠的應用和工藝）
     光刻膠的由于和它的后道工序用來產生圖像（用光學或用電子束），和在硅片上制作圖形相似，但這里應用的光刻膠膜更薄，而且曝光裝置的型號不同。
     在制膜之前，先清洗和干燥空片，然后旋轉覆蓋上過濾過的光刻膠。在光掩膜版的制作中，應用的光學光刻膠是AZ1370或Kodak820，或用電子束光刻膠PMMA和COP。較厚的膜導致線條尺寸控制和抗針孔能力的增進；但薄光刻膜（0.2～0.3μm）的分辨率更好。
     因為光刻膠涂得很薄，所以只需快速前烘。曝光必須嚴格控制，因為高反射率的鉻膜導致駐波。光刻膠經過光學的或電子束方式曝光。光刻膠經過發展，典型的是應用噴射技術。嚴格的控制顯影劑濃度和溫度以保證線條尺寸的控制是很關鍵的。這個步驟之后，對關鍵尺寸和分辨率進行測量確保它們能符合規格，并且用掩膜版或用Nicon2I檢查產生的錯誤。在刻蝕之前對光刻膠進行后烘。
     把圖形轉移到鉻膜上大部分用濕法刻蝕完成，因為濕法刻蝕對于薄的鉻膜很有效。
     產生圖形
     中間掩模版圖形的產生
     在過去的十年，光學掩模版圖形的制作（PG）領域取得了顯著的進步。圖形可以方便地制作，用成象的方法或使一系列矩形圖形精確地定位到鉻片上。因為IC設計者設計的圖形通常是多邊型的，它們必須被分解成矩形，稱作“分割”數據。關系圖形產生器（OPG）的關鍵部件是光孔（或快門），和一個可移動的臺階。快門被安裝在可移動的頭上，它可以被旋轉以獲得需要的θ值，快門尺寸能夠控制產生特定H、W的矩形來制作圖形。用10×的鏡頭把矩形成像到一個鍍有鉻的玻璃圓片的光敏層上。用激光控制X－Y臺面精確地定位圓片。由臺面設置光孔所定義的矩形的中心坐標X和Y。光孔的尺寸可以控制在±7.5μm，導致掩膜版上尺寸的±0.75μm的不確定性（縮小10倍后）。這是關鍵尺寸的控制。如果生產10×的掩膜版，在硅片上產生±0.075的誤差。除孔的尺寸產生的錯誤外，還有掩膜版和硅片加工時產生的錯誤。由于臺階受激光控制，所以X，Y的定位錯誤非常小。當仍然會導致定位錯誤。這樣的錯誤導致成品率的下降。
     OPG的成品率依賴于掩膜版的復雜程度，數據分割程序的優化，和要求的定位精度。一個調制得很好的AZ1370機器在產生一個優化的圖形時，有每小時 10,000的曝光產率。一個復雜的VLSI電路有超過100,000的的矩形，要求10個多小時生產一個掩膜版。在這個期間要求溫度的變化不能大于± 0.5F，這樣才不增加定位錯誤。掩膜版的質量不能被確定，直到鉻顯影、蝕刻后。在那時的探傷就是10小時工作的檢驗。
     電子束圖形制作
     電子束曝光系統（EBES）起初由貝爾實驗室在1970年開發。用光柵掃描
得到圖形。掩模版制作商業化的說法是有意義的，而且在商業領域和掩模版
     光掩模版制作缺陷用傳播光檢查。在過去，這樣的檢查是由人工用顯微鏡來完成的。當掩模版變得越來越復雜的時候，這項工作由自動化工具完成，變得更迅速也更少有錯誤。這種系統能夠在全片上檢測缺陷的分布和尺寸。在光學透明襯底上，0.35μm的缺陷（例如針孔），用最先進的設計系統能夠95%地檢查出來。自動檢查系統能夠檢查出細小的缺陷。掩模版制造者通常把一個掩模版在自動系統中檢查若干遍，以保證所有的缺陷都能夠被檢查出來。市場上有許多種掩模版缺陷檢查系統出售，包括KLA、KLARIS和CIC。
     圖形從掩模版轉移到硅片之前最后一次檢查是用玻璃硅片，玻璃硅片上只有一些單元被曝光。一個掩模版自動檢查系統在幾分鐘內使掩模版合格。這些玻璃硅片是硅片的復制品，通常有76、100、125、和150mm尺寸的，它的表面涂有一層鋁膜。
     修復掩模版上的缺陷
     掩模版上的致命缺陷顯然是不希望的，有可能因為掩模版上有一個缺陷而使整個掩模版沒用。所以修復這些缺陷顯得非常有必要。已經開發出一些掩模版修復方法。用激光修補不透明的掩模版已經使用若干年了（即把不需要的鉻沾污去除）。一個聚焦的激光束僅僅能蒸發掉一些不需要的材料。激光蒸發可能對玻璃襯底產生潛在的破壞。大的鉻沾污可能需要若干激光脈沖一去除它們，如果產生激光灼傷，將導致具有復制能力的缺陷。
     保護膜
     雖然在投影復印系統中掩模版的制造無缺陷（即在需要時采用修補技術），而且光掩模版和硅片接觸時不產生破壞，但在傳遞過程中仍然可能導致掩模版缺陷。對于 1μm的分辨率，大得能夠引起缺陷的微粒仍然難以檢測和去除。所有在投影復印工藝中，用以保護掩模版不致缺陷的方法仍然迫切需要。一種有效的方法是應用保護膜。

我們不僅加工掩膜版，還專注于各種不銹鋼蝕刻工藝的研發及新產品的設計。

深圳市卓力達電子有限公司 http://www.motoba.com.cn
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