포토마스크

Photomask
포토마스크
포토마스크(위)와 해당 마스크(아래)를 사용하여 작성된 집적회로의 개략도

포토마스크는 정의된 패턴으로 빛을 투과할 수 있는 구멍이나 투명도가 있는 불투명한 판이다.포토 리소그래피, 특히 집적회로(IC, "칩") 제작에 일반적으로 사용됩니다.마스크는 기판(일반적으로 칩 제조의 경우 웨이퍼라고 하는 얇은 실리콘 슬라이스)에 패턴을 생성하는 데 사용됩니다.여러 개의 마스크가 번갈아 사용되며, 각 마스크는 완성된 디자인의 레이어를 재현하며, 이들을 함께 마스크 세트라고 합니다.

기존에는 루빌리스와 [1]마일러를 이용해 포토마스크를 수작업으로 제작했다.복잡성이 계속 증가함에 따라 모든 종류의 수동 처리가 어려워졌습니다.이는 초기 대규모 패턴 제작 과정을 자동화하는 광학 패턴 발생기와 패턴을 다중 IC 마스크로 자동 복사하는 스텝 앤 리피트 카메라의 도입으로 해결되었다.중간 마스크는 레티클(reticle)로 알려져 있으며 처음에는 동일한 사진 과정을 사용하여 생산 마스크에 복사되었습니다.발전기에 의해 생성된 초기 단계는 전자빔 리소그래피 및 레이저 구동 시스템으로 대체되었습니다.이러한 시스템에서는 레티클이 없을 수 있으며, 원래의 컴퓨터 설계에서 직접 마스크를 생성할 수 있습니다.

마스크 소재도 시간이 지남에 따라 변화하고 있습니다.처음에는 루빌리스를 마스크로 직접 사용했다.피처 사이즈가 축소되었기 때문에 이미지의 초점을 적절히 맞추는 유일한 방법은 웨이퍼에 직접 접촉하는 것이었습니다.이러한 접촉 얼라이너는 종종 포토 레지스트의 일부를 웨이퍼에서 들어 올려 마스크를 폐기해야 했습니다.이것은 수천 개의 가면을 만드는 데 사용된 망막의 채택을 촉진하는 데 도움을 주었다.마스크를 드러내는 램프의 강도가 높아지면서 열로 인해 필름이 뒤틀리기 쉬워졌고, 소다 유리의 할로겐화은으로 대체되었다.같은 공정으로 붕규산염과 석영을 사용하여 팽창을 제어하고 할로겐화은에서 크롬까지 석영 공정에서 사용되는 자외선에 대한 불투명도가 높아졌습니다.

역사

1960년대부터 70년대까지 IC 생산을 위해 투명 마일러 위에 적층된 오팍 루빌리스 필름을 사용하여 마스터 마스크를 제작했습니다.스텐실을 잘라낸 다음 벗겨내는 데 사용되는 절단기(플로터)입니다.무늬가 있는 마일러 잇세프는 조명 드로잉 테이블의 사진을 사용하여 크기를 줄여서 서브 마스터 플레이트를 제작했습니다. 이 플레이트는 [1]웨이퍼에 패턴을 투영하는 단계 및 반복 공정에서 더욱 사용되었습니다.피처 사이즈가 작아지고 웨이퍼 사이즈가 커짐에 따라 마스크에 여러 개의 디자인 복사본이 패턴화되어 한 번의 인쇄로 많은 IC를 생성할 수 있게 되었습니다.이러한 종류의 마스크를 만드는 것은 디자인이 복잡해짐에 따라 점점 더 어려워졌습니다.이것은 루빌리스 패턴을 훨씬 더 큰 크기로 자르고, 종종 방의 벽을 채우고, 광학적으로 그것들을 사진 필름과 접시에 [citation needed]축소시킴으로써 해결되었다.

개요

다음 항목도 참조하십시오.사진판
모의 포토마스크.두꺼운 기능은 웨이퍼에 인쇄하고자 하는 집적 회로입니다.얇은 기능은, 스스로 인쇄하는 것이 아니라, 집적회로의 포커스가 흐트러진 인쇄에 도움이 되는 서포트입니다.포토마스크의 지그재그 모양은 더 나은 인쇄를 위해 광학 근접 보정이 적용되었기 때문이다.

리소그래피 포토마스크는 일반적으로 크롬(Cr) 또는 FeO23 금속 흡수 [1]필름으로 정의된 패턴으로 덮인 투명한 용융 실리카 판입니다.포토마스크는 365nm, 248nm, 193nm의 파장에서 사용된다.포토마스크는 157nm, 13.5nm(EUV), X선, 전자 및 이온과 같은 다른 형태의 방사선을 위해 개발되었지만, 기판과 패턴 [1]필름에 완전히 새로운 재료가 필요합니다.

집적회로 제작에서 패턴층을 정의하는 포토마스크 세트를 포토 리소그래피 스테퍼 또는 스캐너에 공급하여 개별적으로 노광하도록 선택한다.다중 패턴 기술에서 포토 마스크는 레이어 패턴의 하위 집합에 해당한다.

집적회로 소자의 대량 생산을 위한 포토 리소그래피에서 보다 정확한 용어는 보통 포토레티클 또는 단순 레티클입니다.포토 마스크의 경우 마스크 패턴과 웨이퍼 패턴 사이에 일대일 대응이 있다.이것은 스테퍼와 환원 [2]광학 스캐너에 의해 계승된 1:1 마스크 얼라이너의 표준이었습니다.스테퍼 및 스캐너에서 사용되는 것처럼 레티클에는 일반적으로 설계된 VLSI 회로의 레이어가1개만 포함됩니다.(단, 일부 포토 리소그래피 제작에서는 동일한 마스크에 여러 층의 패턴이 있는 레티클을 사용합니다).

패턴은 웨이퍼 [3]표면에 4~5배 투영되어 축소됩니다.웨이퍼 커버리지가 완전히 노출될 때까지 웨이퍼가 광학 칼럼 아래의 위치에서 위치로 반복적으로 "스텝"됩니다.

150 nm 이하의 사이즈의 기능에서는, 통상, 이미지 품질을 허용치까지 높이기 위해서 위상 시프트가 필요합니다.이것은 여러 가지 방법으로 달성될 수 있다.가장 일반적인 두 가지 방법은 마스크에서 감쇠 위상 편이 배경 필름을 사용하여 작은 명암 피크의 대비를 높이거나 노출된 석영을 에칭하여 에칭된 영역과 에칭되지 않은 영역 사이의 가장자리를 사용하여 거의 0의 명암을 촬영하는 것입니다.두 번째 경우 불필요한 가장자리는 다른 노출로 잘라내야 합니다.전자의 방법은 감쇠 위상 시프트이며, 종종 약한 증강으로 간주되며, 대부분의 강화를 위해 특별한 조명이 필요하다. 반면 후자의 방법은 교대 위상 시프트로 알려져 있으며 가장 널리 사용되는 강력한 증강 기법이다.

첨단 반도체 기능이 축소됨에 따라 4배 더 큰 포토마스크 기능도 불가피하게 축소되어야 한다.흡수막의 두께가 얇아져야 하므로 [4]불투명도가 낮아지기 때문에 문제가 될 수 있습니다.2005년 IMEC의 연구에 따르면 얇은 흡수제는 최첨단 사진 리소그래피 [5]도구를 사용하여 이미지 대비를 저하시키고, 따라서 선 가장자리의 거칠기에 기여하는 것으로 나타났습니다.한 가지 방법은 흡수제를 완전히 제거하고 "색소 없는" 마스크를 사용하는 것입니다. 이미지 작성 시 위상 시프트에만 의존합니다.

침지 리소그래피의 등장은 포토마스크 요건에 강한 영향을 미친다.일반적으로 사용되는 감쇠 위상 편이 마스크는 패턴화된 [6]필름을 통과하는 광로가 길기 때문에 "하이퍼-NA" 리소그래피에서 적용되는 높은 입사각에 더 민감합니다.

포토마스크는 한쪽에 크롬 도금이 있는 석영 기판에 포토레지스트를 도포한 뒤 레이저나 전자빔을 이용해 노광하는 방식으로 마스크리스 [7]리소그래피라는 공정에서 만들어진다.그런 다음 포토 레지스트를 현상하고 크롬으로 보호되지 않은 영역을 에칭하고 남은 포토 레지스트를 제거하여 스텐실을 [8][9][10]만듭니다.

EUV 리소그래피

EUV에서는 광차단 포토마스크에 비해 더 정교합니다.EUV 마스크는 자외선에 [11]노출되었을 때 필요한 패턴을 생성하는 반사 표면과 차광 소자로 만들어집니다.

마스크 오류 강화 계수(MEEF)

최종 칩 패턴의 최첨단 포토마스크(사전 보정) 이미지는 4배로 확대됩니다.이 확대율은 이미지 오류에 대한 패턴 민감도를 줄이는 데 중요한 이점이 되었습니다.그러나 피쳐가 계속 축소됨에 따라 두 가지 트렌드가 발생합니다. 첫째, 마스크 오류 계수가 1을 초과하기 시작합니다. 즉,[12] 웨이퍼의 치수 오차가 마스크의 치수 오차의 1/4을 초과할 수 있습니다. 둘째, 마스크 피쳐가 작아지고 치수 허용 오차가 수 나노미터에 가까워지고 있습니다.예를 들어 25nm 웨이퍼 패턴은 100nm 마스크 패턴에 해당해야 하지만 웨이퍼 공차는 1.25nm(5% 사양)가 될 수 있습니다. 이는 포토마스크에서 5nm로 환산됩니다.포토마스크 패턴을 직접 작성할 때 전자빔 산란의 변동은 [13][14]이를 쉽게 초과할 수 있다.

페리클레스

"펠리클"이라는 용어는 "필름", "박막" 또는 "막"이라는 의미로 사용됩니다.1960년대부터 금속 프레임 위에 늘어뜨린 박막이 광학 기기의 빔 스플리터로 사용되었습니다.필름 두께가 작기 때문에 광로 전환을 일으키지 않고 광선을 쪼개기 위해 여러 계측기에서 사용되어 왔습니다.1978년 IBM의 쉐이 외 연구진은 포토마스크 또는 레티클을 보호하기 위해 "펠리클"을 먼지 덮개로 사용하는 공정을 특허 취득했습니다.이 항목에서 "펠리클"은 "포토마스크를 보호하기 위한 박막 먼지 커버"를 의미합니다.

입자 오염은 반도체 제조에서 중대한 문제가 될 수 있다.포토마스크는 펠리클에 의해 입자로부터 보호됩니다. 즉, 포토마스크의 한쪽 면에 접착된 프레임 위에 얇은 투명 필름이 늘어선 것입니다.페리클은 마스크 패턴으로부터 충분히 떨어져 있기 때문에, 페리클에 착지하는 중간 크기부터 작은 크기의 입자가 초점이 맞지 않게 인쇄됩니다.입자를 멀리하도록 설계되어 있지만, 페리클은 이미징 시스템의 일부가 되기 때문에 그 광학 특성을 고려해야 합니다.페리클 재료는 니트로셀룰로오스이며 다양한 투과 파장에 [15]맞게 제작됩니다.

펠리클 장착 기계 MLI

주요 상업용 포토 마스크 제조사

주요 기사:마스크샵

SPIE 연차총회 포토마스크 기술은 현재 산업 분석과 연간 포토마스크 제조업체 조사 결과를 포함하는 SEMATECH 마스크 산업 평가를 보고한다.다음 회사는 글로벌 시장 점유율 순으로 나열되어 있습니다(2009년 정보).[16]

인텔, 글로벌파운데리, IBM, NEC, TSMC, UMC, 삼성, 마이크론테크놀로지 등 주요 칩 메이커들은 자체 대형 마스크 메이킹 시설이나 조인트 벤처를 보유하고 있다.

전 세계 포토마스크 시장은 2012년[17] 32억 달러, 2013년 31억 달러로 추산됐다.시장의 절반 가까이가 마스크샵(주요 칩 [18]제조사의 마스크샵)이었다.

180nm 공정의 새로운 마스크샵을 만드는 비용은 2005년에 4,000만 달러, 130nm 공정의 경우 1억 [19]달러 이상으로 추산되었습니다.

2006년 포토마스크 구입 가격은 단일 고급 위상 편이 마스크에 대해 250달러에서 100,000달러 사이일[20] 수 있다.전체 마스크 세트를 구성하는 데 최대 30개의 마스크(가격이 다른 마스크)가 필요할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d Shubham, Kumar (2021). Integrated circuit fabrication. Ankaj Gupta. Abingdon, Oxon. ISBN 978-1-000-39644-7. OCLC 1246513110.
  2. ^ Rizvi, Syed (2005). "1.3 The Technology History of Masks". Handbook of Photomask Manufacturing Technology. CRC Press. p. 728. ISBN 9781420028782.
  3. ^ 리소그래피 전문가가 과제를 완화하기 위해 포토마스크를 확대하여 지원 // EETimes 2000
  4. ^ Y. 사토 외, 검사 SPIE, vol. 4889, 페이지 50-58 (2002)
  5. ^ 요시자와 외 판사 SPIE, vol. 5853, 페이지 243-251 (2005)
  6. ^ C. A. 맥 외, 검사 SPIE, 제5992, 페이지 306-316 (2005)
  7. ^ "ULTRA Semiconductor Laser Mask Writer Heidelberg Instruments". www.himt.de.
  8. ^ "Large Area Photomask Writer VPG+ Heidelberg Instruments". www.himt.de.
  9. ^ "Photomasks - Photolithography - Semiconductor Technology from A to Z - Halbleiter.org". www.halbleiter.org.
  10. ^ "Compugraphics". Compugraphics.
  11. ^ "Toppan Photomasks Inc. - Photomasks - The World's Premier Photomask Company". www.photomask.com. Retrieved 2021-12-18.
  12. ^ E. Hendrickx et al., Proc.SPIE 7140, 714007(2008)
  13. ^ C-J. 첸 외, 검사SPIE 5256, 673(2003)
  14. ^ W-H. 청과 J. 판스워스 형사입니다SPIE 6607, 660724(2007).
  15. ^ Chris A. Mack (November 2007). "Optical behavior of pellicles". Microlithography World. Retrieved 2008-09-13.
  16. ^ Hughes, Greg; Henry Yun (2009-10-01). "Mask industry assessment: 2009". Proceedings of SPIE. 7488 (1): 748803-748803-13. doi:10.1117/12.832722. ISSN 0277-786X.
  17. ^ Chamness, Lara (May 7, 2013). "Semiconductor Photomask Market: Forecast $3.5 Billion in 2014". SEMI Industry Research and Statistics. Retrieved 6 September 2014.
  18. ^ Tracy, Dan; Deborah Geiger (April 14, 2014). "SEMI Reports 2013 Semiconductor Photomask Sales of $3.1 Billion". SEMI. Retrieved 6 September 2014.
  19. ^ 포토마스크 제조 경제 분석 파트 – 1: The Economic Environment, Weber, 2005년 2월 9일.슬라이드 6 "마스크샵의 관점"
  20. ^ Weber, C.M; Berglund, C.N.; Gabella, P. (13 November 2006). "Mask Cost and Profitability in Photomask Manufacturing: An Empirical Analysis" (PDF). IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing. 19 (4). doi: 10.1109/TSM.2006.883577; 23페이지의 표 1