什么是相移掩模�
先�(jìn)相移掩模(PSM)制造是極大�(guī)模集成電路生�(chǎn)中的�(guān)鍵工藝之一�
�(dāng)�(shè)計尺�(CD)�0.18μm時，就必須在掩模�(guān)鍵層采用OPC (光學(xué)鄰近校正)和PSM (相移技�(shù))�
一般二元掩模由于圖形邊緣散射會降低整體的對比度� 無法得到所需要的圖形�
通過相位移掩�(PSM)技�(shù)可以顯著改善圖形的對比度，提高圖形分辨率�
相移掩模技�(shù)是IBM 公司研究實驗室Marc D．LevenSon等人�1982年提出來的一種新型掩模技�(shù)�
其基本原理是利用通過不帶相移層區(qū)的光線和通過帶相移層區(qū)(移相器、光線相位產(chǎn)�180°的移�)光線之間因相位不同產(chǎn)生相消干涉，從而改變了空間的光�(qiáng)分布，實�(xiàn)了同一光學(xué)系統(tǒng)下的倍增分率的提高，提高的幅度近一倍。原理如下圖所示�
相移�(相移�)是一層透明的薄膜，它的功能是使通過它的光線�(fā)生相位移動，相位移動的相位值與膜厚、薄膜材料的折率和入射光線的波長具有相關(guān)的函�(shù)�(guān)系：T=入／2 (n+cosθ)。實用的相移器必須保證入射光線產(chǎn)�180°的相位移動�
根據(jù)上述�(guān)系式，只要相移器的膜厚滿足T=λ�2 (n-1)條件時。通過相移器的光線正好�(chǎn)�180°的相位移動。因而制備相移膜并且精確地控制膜厚是制造相移掩模工藝中的技�(shù)難點之一�
�(dāng)1982年Marc D．Levenson等人提出相移掩模技�(shù)時， 由于一些技�(shù)難點難以�(dá)到實用化，未能引起人們對它的注意和重視。最近幾年由于集成電路發(fā)展對半亞微米和深亞微米光刻技�(shù)的強(qiáng)烈要求，以及相移掩模技�(shù)獲得重大的突破，�(dá)到了實用化的水平，�(jìn)而開�(fā)出了多種�(shè)計和制作相移掩模的工藝技�(shù)，出�(xiàn)了各具特色和�(yōu)點的相移掩模工藝方法和產(chǎn)品�
相移掩模是在一般二元掩模中增加了一層相移材料，通過�(shù)�(jù)處理、電子束曝光、制作二次曝光對�(zhǔn)用的可識別標(biāo)記、二次曝光、顯影、刻蝕，并對相移、缺陷等�(jìn)行分析和檢測，確保能�(dá)到設(shè)計要求�
先�(jìn)掩模制造的基本流程
先�(jìn)掩模制造的基本流程為：先將�(shè)計完成的電路�(shè)計方案經(jīng)過計算機(jī)輔助�(shè)計技�(shù)處理，轉(zhuǎn)換成�(shè)計圖案；�(shè)計圖案通過專用�(shè)備如電子束曝光機(jī)，將圖案曝光至涂有感光材料的掩模基板介質(zhì)�
(通常是表面涂有金屬鉻、相移層的石英玻璃板)�
然后�(jīng)由顯影、千法刻蝕等過程使圖案精確地定像在掩模基板介�(zhì)上，�(jīng)清洗、檢測后處理等再涂膠，經(jīng)第二次曝光后顯影、對相移層�(jìn)行干法刻蝕、相位角檢測等多個步驟最終形成先�(jìn)相移掩模�
先�(jìn)相移掩模實際上是一種特殊的光學(xué)“模具”�
在極大規(guī)模集成電路工藝加工過程中，設(shè)計數(shù)�(jù)必須先轉(zhuǎn)換成掩模，再利用這種模具用光刻的方式將圖形轉(zhuǎn)移到圓片上，�(jīng)圖形多次疊加后形成一個完整功能的極大�(guī)模集成電路芯片�
將設(shè)計圖案轉(zhuǎn)換到掩模上是一個復(fù)雜的過程，而且每一個集成電路芯片需要一套專門定制的掩模�
形象地說，掩模制造與芯片制造的�(guān)系可簡單理解為照相與沖洗的關(guān)系，掩模的作用就類似于底片一一沖洗系統(tǒng)通過對底片復(fù)印，可得到相片；芯片制造系�(tǒng)對掩模�(jìn)行多次曝光、刻蝕，可得到芯
片電路。不同的是一張照片只需一張底片，而一個芯片電路需�6-30塊先�(jìn)相移掩模�
相移掩模(PSM)技�(shù)
技�(shù)�(fā)展概述和基本原理
先�(jìn)掩模制造技�(shù)與極大規(guī)模集成電路制造技�(shù)同步�(fā)展，�(dāng)集成電路制造主要采用光�(xué)光刻技�(shù)時，為了解決高分辨率和高�(chǎn)率的矛盾，經(jīng)歷了許多次變革�
光刻�(jī)曝光光源的波長經(jīng)歷了436nm(G—line)�356nm(I-line)�248nm(KrF)和l93nm(ArF)的發(fā)展過程，分辨率從1μm�(fā)展到今天�65nm，其�(chǎn)率從每小�20�(100mm硅片)�(fā)展到每小�100�(300mm硅片)�
為了延展光學(xué)光刻的生命周期，掩模制造技�(shù)也采用OPC (光學(xué)鄰近校正)和PSM(相移技�(shù))，以滿足在集成電路制造中光學(xué)光刻對掩模的要求，并能實�(xiàn)圖形在圓片上的再�(xiàn)和批量生�(chǎn)�
�(dāng)圓片生產(chǎn)�(dá)�0.18μm時就必須在關(guān)鍵層采用OPC或PSM技�(shù)，OPC技�(shù)可以修正光學(xué)臨近效應(yīng)，但是卻無法改善圖形對比度�
由于圖形邊緣散射會降低整體的對比度，使得光刻膠圖形不再黑白分明，包含了很多灰色陰影區(qū)，無法得到所需要的圖形。然而利用圖形邊緣的干涉抵消，通過相移掩模可以顯著改善圖形的對比度�
相移掩模(PSM)技�(shù)是在一層版上生長兩種材料涂上膠，第一次曝光后對第一層材料�(jìn)行顯影、腐蝕、檢驗、清洗后再涂膠�(jìn)行第二次曝光，然后對第二層材料�(jìn)行顯影、腐蝕、檢驗、清洗。隨后�(jìn)行各種相�(yīng)檢查，包括相位角測量、缺陷檢測、顆粒檢測、圖形完整性檢測等�
由于PSM掩模需要�(jìn)行兩次曝光，不僅要求能夠更加精確地控制套刻精度，而且周期較長，控制難點較多�
PSM 的主要技�(shù)要點為相移掩模條�(CD)控制技�(shù)、相移掩模缺陷控制技�(shù)、相移掩模相位角控制技�(shù)、相移掩模套�(zhǔn)控制技�(shù)�
制造相移掩模的類型和方�
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 方式或稱交替反相�(Alternating)�
2、邊緣增銳方式，具體包括自對�(zhǔn)邊緣增銳方式(Self-alignment)、移相框邊緣增銳方式(Rim)、輔助窗口邊緣增銳方�(Subresolution)、衰減移相邊緣增銳方�(Attenuated)�
3、多位相值臺階移相方�(Multi—Stage)，具體有三段位相遞變移相方式(Three Step Shifter)、雙位相值移相方�(Two Layer Shifter)、共軛移相器(Conjugate Twin—Shfiter)、多級抗蝕劑�(jié)�(gòu)(Multi—Level Resist)�
4、全透明移相方式(All—transparent；chrom—less)，具體有利用移相器邊緣的“刀�”效應(yīng)(EdgeM a s k )、亞分辨率微�(jié)�(gòu)移相灰色效應(yīng)(SubResolution)，梳狀過渡移相�(Comb—ShapedShifter)，基片表面直接移�(Phase—Shifting on theSubstrate)，聚合物�(jié)�(gòu)直接移相(Polymeric ShifterPMMA)�
下圖顯示了光�(xué)光刻技�(shù)中在�(yīng)用相移掩模后所獲得的光�(xué)光刻分辨率的提高�
�(guān)鍵技�(shù)解析
相移掩模(PSM)技�(shù)包括�(shù)�(jù)處理、相移材料曝光工藝處理及第一、二次互套曝光、檢測等三個方靀�
�(shù)�(jù)處理是通過專用軟件CATS對客戶數(shù)�(jù)�(jìn)行處理，將客戶設(shè)計的集成電路版圖中的某一層數(shù)�(jù)按采用相移工藝的要求分成兩次曝光的數(shù)�(jù)，并通過計算�(jī)�(wǎng)�(luò)傳給曝光�(shè)備�
電子束或激光圖形發(fā)生器曝光是在相移材料上第一次曝光顯影，腐蝕后，對第二種材料�(jìn)行第二次曝光時有一個對第一次圖形的精確定位，并根據(jù)�(shù)�(jù)處理后的第二曝光�(shù)�(jù)�(jìn)行套�(zhǔn)后的第二次曝光的過程。這就有識別標(biāo)記的制作和對�(biāo)記的識別，以及相�(yīng)的工藝處理技�(shù)�
圖形制作后�(jìn)行的檢測主要是確保已�(jīng)�(chǎn)生相位移，并測定位移的范圍是否符合工藝規(guī)范。缺陷檢測與平常沒有相移材料時的檢測不一樣，首先檢測有沒有定義缺陷，如果有就要判別是第一層上還是第二層上的，然后將相�(guān)�(shù)�(jù)傳給缺陷修補(bǔ)�(shè)備�(jìn)行修�(bǔ)�#p#分頁�(biāo)�#e#
相移掩模條寬(CD)控制技�(shù)
相移掩模的制造流程比較復(fù)雜，制造工序較多， 條寬控制比較困難。同時又因為相移掩模一般都�(yīng)用于高端掩模，條寬的�(guī)定比較嚴(yán)格。制程條件的動態(tài)變化和材料的不穩(wěn)定都會對條寬控制帶來不利的影響�
為了避免制程條件變化和材料不�(wěn)定對條寬控制帶來的不利影響，需要改變一次性把條寬�(diào)到位的傳�(tǒng)做法�
而需�(yù)留一定的加蝕刻空間，即正常流程過程中� 如不�(jìn)行加蝕刻動作的話，實際做出的條寬值會比設(shè)計值小一�(Space CD)�
這樣正常情況下可以通過加蝕刻來控制條寬尺寸，而在制程條件或材料穩(wěn)定性變化較大而使實際條寬變大時，也可以通過不加蝕刻而使得產(chǎn)品達(dá)到條寬控制規(guī)格，從而避免產(chǎn)品的報廢，提高良率�
另外對曝光、顯影、蝕刻設(shè)備�(jìn)行定期維�(hù)，使�(jī)臺的參數(shù)在規(guī)格之�(nèi)也是必要的。此外還要根�(jù)制程和材料變化�(jìn)行參�(shù)的微�(diào)�
相移掩模缺陷控制
相移掩模的制作周期很長，�(jīng)過的工序比二元掩模要多，這對相移掩模的缺陷控制提出了特殊的要求。相移掩模制造過程中的缺陷種類很多，最主要也是最不容易控制的是微粒問題。為了更好地控制缺陷，提高成品率，必須制訂嚴(yán)格的生產(chǎn)管理條例，定期對�(shè)備�(jìn)行維�(hù)，以及對生產(chǎn)程序�(jìn)行最大程度的�(yōu)化�
按照微粒�(chǎn)生的途徑，基本可以分�6類：
1、掩模基板本身所帶的微粒�
2、曝光過程中掉落�
3、顯影過程中掉落�
4、蝕刻過程中掉落�
5、涂膠過程中掉落�
6、兩次曝光、顯影蝕刻過程中掉落�
按微粒不同的來源又可分為材料問題、環(huán)境問�(無塵室大�(huán)境、操作區(qū)域、工作臺區(qū)域等�)、人員操作問題、設(shè)備問題等4個方靀�
在相移掩模的制作過程中，由于條寬尺寸(CD)很小，圖形復(fù)雜負(fù)載很大，如果造成缺陷很難修補(bǔ)�
所以對操作�(huán)境有特殊的要求， 如在曝光或顯影蝕刻時必須�(jìn)行人員清場，以減少人員的影響；盡量減少人員和掩模的接觸，使用清潔的工具來操作�
對無塵室�(huán)境定期�(jìn)行清潔。另外高端產(chǎn)品因為制作周期較長，其在生產(chǎn)過程中應(yīng)該有�(jī)臺的�(yōu)先使用權(quán)；對重要的產(chǎn)�(PSM)加掃涂光刻膠前的檢驗�(Before coat inspection)，這樣可以盡快知道�(chǎn)品的缺陷狀況，如有問題可以盡快找出原因所在并排除故障；特別對于高端產(chǎn)品應(yīng)該有專門的工程技�(shù)人員�(jìn)行實時追蹤，確保其生�(chǎn)順利�
相移掩模相位角的控制
相移掩模相位角的控制與以下三個方面有�(guān)�
1、材料：相移掩模基板相移層的厚度直接決定了相位偏移度�(shù)，達(dá)到理想的相位偏移需�(yán)格控制其度數(shù)�
2、干法蝕刻：對相移層干法蝕刻的時間直接決定了初始的相位偏移，因為之后相移掩模還需�(jīng)過多次清洗，一般初始的相位偏移要大于規(guī)格值�
3、清洗：因為相移掩模在經(jīng)過清洗時，相移層金屬會與氨水�(fā)生氧化、絡(luò)合反�(yīng)，會造成相位角度�(shù)的下降�
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