***的簡(jiǎn)易工作原理圖 掩模版都有哪些種類？

***（lithography）又名：掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)，曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)等，是制造芯片的核心裝備。它采用類似照片沖印的技術(shù)，把掩膜版上的精細(xì)圖形通過(guò)光線的曝光印制到硅片上。

DMD無(wú)掩膜光刻技術(shù)是從傳統(tǒng)光學(xué)光刻技術(shù)衍生出的一種新技術(shù)，因?yàn)槠淦毓獬上竦姆绞脚c傳統(tǒng)投影光刻基本相似，區(qū)別在于使用數(shù)字DMD代替?zhèn)鹘y(tǒng)的掩膜，其主要原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)將所需的光刻圖案通過(guò)軟件輸入到DMD芯片中，并根據(jù)圖像中的黑白像素的分布來(lái)改變DMD芯片微鏡的轉(zhuǎn)角，并通過(guò)準(zhǔn)直光源照射到DMD芯片上形成與所需圖形一致的光圖像投射到基片表面，并通過(guò)控制樣品臺(tái)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)大面積的微結(jié)構(gòu)制備。設(shè)備原理圖圖下圖所示。相對(duì)于傳統(tǒng)的光刻設(shè)備，DMD無(wú)掩膜***無(wú)需掩膜，節(jié)約了生產(chǎn)成本和周期并可以根據(jù)自己的需求靈活設(shè)計(jì)掩膜。

光刻是指利用光學(xué)復(fù)制的方法把圖形印制在光敏記錄材料上，然后通過(guò)刻蝕的方法將圖形轉(zhuǎn)移到晶圓片上來(lái)制作電子電路的技術(shù)。其中光刻系統(tǒng)被稱為***，帶有圖形的石英板稱為掩膜，光敏記錄材料被稱為光刻膠或抗蝕劑。具體光刻流程如下圖所示：

光刻技術(shù)是集成電路制造、印刷電路板制造以及微機(jī)電元件制造等微納加工領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,集成電路的需求出現(xiàn)了井噴式的增長(zhǎng)。使的對(duì)掩膜的需求急劇增加，目前制作掩膜的主要技術(shù)是電子束直寫(xiě)，但該制作效率非常低下，并且成本也不容小覷，在這種背景下人們把目光轉(zhuǎn)移到了無(wú)掩膜光刻技術(shù)。

備受關(guān)注的無(wú)掩膜光刻技術(shù)大概可以分為兩類：1）帶電粒子無(wú)掩膜光刻；例如電子束直寫(xiě)和離子束光刻技術(shù)等。2）光學(xué)無(wú)掩膜技術(shù)；例如DMD無(wú)掩膜光刻技術(shù)、激光直寫(xiě)、干涉光刻技術(shù)、衍射光學(xué)元件光刻技術(shù)等。

其中DMD無(wú)掩膜光刻技術(shù)是從傳統(tǒng)光學(xué)光刻技術(shù)衍生出的一種新技術(shù)，因?yàn)槠淦毓獬上竦姆绞脚c傳統(tǒng)投影光刻基本相似，區(qū)別在于使用數(shù)字DMD代替?zhèn)鹘y(tǒng)的掩膜，其主要原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)將所需的光刻圖案通過(guò)軟件輸入到DMD芯片中，并根據(jù)圖像中的黑白像素的分布來(lái)改變DMD芯片微鏡的轉(zhuǎn)角，并通過(guò)準(zhǔn)直光源照射到DMD芯片上形成與所需圖形一致的光圖像投射到基片表面，并通過(guò)控制樣品臺(tái)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)大面積的微結(jié)構(gòu)制備。設(shè)備原理圖圖下圖所示。相對(duì)于傳統(tǒng)的光刻設(shè)備，DMD無(wú)掩膜***無(wú)需掩膜，節(jié)約了生產(chǎn)成本和周期并可以根據(jù)自己的需求靈活設(shè)計(jì)掩膜。相對(duì)于激光直寫(xiě)設(shè)備，DMD芯片上的每一個(gè)微鏡都可以等效看成一束獨(dú)立光源，其曝光的過(guò)程相當(dāng)于多光束多點(diǎn)同時(shí)曝光可極大提高生產(chǎn)效率特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)繁瑣的圖形。

掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)，曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)等。常用的***是掩膜對(duì)準(zhǔn)光刻，所以叫?Mask Alignment System。

***原理是通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過(guò)畫(huà)著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，不同***的成像比例不同。然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖（即芯片）。

掩膜光刻一般根據(jù)操作的簡(jiǎn)便屬于手動(dòng)機(jī)，指的是對(duì)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)方式，是通過(guò)手調(diào)旋鈕改變它的X軸，Y軸和thita角度來(lái)完成對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)精度可想而知不高了。

***性能指標(biāo)：

***的主要性能指標(biāo)有：支持基片的尺寸范圍，分辨率、對(duì)準(zhǔn)精度、曝光方式、光源波長(zhǎng)、光強(qiáng)均勻性、生產(chǎn)效率等。

分辨率是對(duì)光刻工藝加工可以達(dá)到的最細(xì)線條精度的一種描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制，所以與光源、光刻系統(tǒng)、光刻膠和工藝等各方面的限制。

對(duì)準(zhǔn)精度是在多層曝光時(shí)層間圖案的定位精度。

曝光方式分為接觸接近式、投影式和直寫(xiě)式。

曝光光源波長(zhǎng)分為紫外、深紫外和極紫外區(qū)域，光源有汞燈，準(zhǔn)分子激光器等。

　　***的作用：

***是微電子整備的空頭，其具有技術(shù)難度最高、單臺(tái)成本最大、決定集成密度等特點(diǎn)。

***工作原理：

***通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過(guò)畫(huà)著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，不同***的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。

一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過(guò)一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過(guò)程?，F(xiàn)在先進(jìn)的芯片有30多層。

上圖是一張***的簡(jiǎn)易工作原理圖。下面，簡(jiǎn)單介紹一下圖中各設(shè)備的作用。

測(cè)量臺(tái)、曝光臺(tái)：承載硅片的工作臺(tái)，也就是本次所說(shuō)的雙工作臺(tái)。

光束矯正器：矯正光束入射方向，讓激光束盡量平行。

能量控制器：控制最終照射到硅片上的能量，曝光不足或過(guò)足都會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。

光束形狀設(shè)置：設(shè)置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀，不同的光束狀態(tài)有不同的光學(xué)特性。

遮光器：在不需要曝光的時(shí)候，阻止光束照射到硅片。

能量探測(cè)器：檢測(cè)光束最終入射能量是否符合曝光要求，并反饋給能量控制器進(jìn)行調(diào)整。

掩模版：一塊在內(nèi)部刻著線路設(shè)計(jì)圖的玻璃板，貴的要數(shù)十萬(wàn)美元。

掩膜臺(tái)：承載掩模版運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，運(yùn)動(dòng)控制精度是nm級(jí)的。

物鏡：物鏡由20多塊鏡片組成，主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小，再被激光映射的硅片上，并且物鏡還要補(bǔ)償各種光學(xué)誤差。技術(shù)難度就在于物鏡的設(shè)計(jì)難度大，精度的要求高。

硅片：用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸，尺寸越大，產(chǎn)率越高。題外話，由于硅片是圓的，所以需要在硅片上剪一個(gè)缺口來(lái)確認(rèn)硅片的坐標(biāo)系，根據(jù)缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、notch。

內(nèi)部封閉框架、減振器：將工作臺(tái)與外部環(huán)境隔離，保持水平，減少外界振動(dòng)干擾，并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。

掩膜版

光刻掩模版，別稱“掩模版”、“光刻板”、“光罩”、“遮光罩”，一般使用玻璃或者石英表面覆蓋帶有圖案的金屬圖形，實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的遮擋或透過(guò)功能，是微電子光刻工藝中的一個(gè)工具或者板材。我們利用光罩可以實(shí)現(xiàn)微電子工藝中的圖形傳遞。光刻掩模版的加工技術(shù)主要有兩種：其一為激光直寫(xiě)技術(shù)；其二為電子束直寫(xiě)部分，兩種技術(shù)區(qū)別在于光源不同，實(shí)現(xiàn)的精度有所區(qū)別。

掩模版是光刻工藝不可缺少的部件。掩模上承載有設(shè)計(jì)圖形，光線透過(guò)它，把設(shè)計(jì)圖形透射在光刻膠上，掩膜版的功能類似于傳統(tǒng)照相機(jī)的“底片”。我們可以通過(guò)把圖形做在掩模版上通過(guò)下一步曝光工藝（下期講解）轉(zhuǎn)移到我們的基底上，基底上有對(duì)應(yīng)的相關(guān)圖形了，但是通過(guò)曝光基底上還沒(méi)有刻上圖形，只是光刻膠有了相關(guān)圖形，就像這樣：

光刻膠的是一種對(duì)光敏感的材料，通過(guò)紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射，其溶解度發(fā)生變化。有可能會(huì)變?nèi)菀兹芙庖部赡茏兊貌蝗菀?，這時(shí)候再通過(guò)顯影液，不穩(wěn)定的部分將會(huì)被處理掉，剩下的就是我們想要的圖形。

掩模版都有哪些種類？

普通版 ：一般使用蘇打玻璃或者石英，常見(jiàn)2寸到10寸，線寬一般在1um以上，主要用戶接觸式曝光機(jī)，轉(zhuǎn)移圖形與版圖尺寸為1:1，實(shí)現(xiàn)同比例的圖形轉(zhuǎn)移。

Stepper版：一般使用石英版，常見(jiàn)為5寸和6寸版，線寬一般在500nm以上，主要用于Stepper曝光機(jī)臺(tái)，轉(zhuǎn)移圖形與版圖尺寸實(shí)際比例一般是4:1或者5:1，實(shí)現(xiàn)將版圖圖形縮小4~5倍之后投射于目的片上。

納米壓印版：一般用石英版，刻蝕其表面的金屬形成溝槽和透光不透光的組合，尺寸一般需要5寸及以上，采用電子束直寫(xiě)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)表面nm圖形的轉(zhuǎn)移，一般線寬在200~800nm左右，借助掩模版對(duì)光刻膠的壓力、同時(shí)輔助紫外曝光，最終實(shí)現(xiàn)納米級(jí)圖形的轉(zhuǎn)移。

金屬掩模版：一把采用不銹鋼，在不銹鋼表面通過(guò)激光加工的方式，實(shí)現(xiàn)表面鏤空的圖形設(shè)計(jì)，最小線寬一般要20um，能夠用于電子束蒸發(fā)、磁控濺射中，用于電極圖形的轉(zhuǎn)移。

如何制作一塊版？

制作版的流程其實(shí)也是一套維納加工的流程，我們可以通過(guò)常用的設(shè)計(jì)軟件CAD、EDA等設(shè)計(jì)出我們的圖形，通過(guò)光刻、顯影、刻蝕處理，大概過(guò)程如下：

應(yīng)用范圍：

編輯：黃飛

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