光掩膜版（光罩）

        光掩模（也简称为掩模）是一种不透明的板，其上有一些透明区域，允许光线以规定的图案穿过。光掩模通常用于集成电路（IC或“芯片”）的光刻工艺，用于在薄晶圆（通常是硅）上刻画图案。在半导体制造中，掩模有时也称为光罩。

光掩模。该光掩模有 20 个相同电路图案或设计的副本，也称为层

        在光刻技术中，会依次使用多个掩模，每个掩模复制一层完整的设计，这些掩模合称为一个掩模组。曲线光掩模的图案带有曲线，这与传统的曼哈顿几何光掩模有所不同，后者的图案要么完全垂直，要么完全水平。这些光掩模需要特殊的设备来制造。

演变过程

        20 世纪 60 年代和 70 年代初期，集成电路 (IC) 生产中使用了层压在透明聚酯薄膜上的不透明红宝石膜。一层图案被刻在红宝石膜上，最初是在带照明的绘图台上手工刻画（后来改用机器（绘图仪）），然后手工剥离不需要的红宝石膜，形成该层芯片的主图像，通常称为“原图”。随着芯片越来越复杂，尺寸也越来越大，需要的红宝石膜也越来越大，最终甚至能填满整个房间的墙壁，而原图则需要通过照相缩小来制作光掩模（最终，整个过程被光学图案生成器取代，用于生成主图像）。此时，主图像可以排列成一个多芯片图像，称为光罩。光罩最初是单个芯片的 10 倍放大图像。

光掩模（顶部）和使用该光掩模印刷的 IC 层（底部）的示意图

        通过分步重复光刻和蚀刻，光罩会被用于制作与最终芯片尺寸相同的光掩模。该光掩模可以直接在晶圆厂使用，也可以作为母版光掩模，用于制作最终实际工作的光掩模。

随着特征尺寸的缩小，正确聚焦图像的唯一方法是将其直接接触晶圆。这些接触式对准器通常会将部分光刻胶从晶圆上剥离，并转移到光掩模上，而这些光刻胶必须清洗或丢弃。这推动了反向母版光掩模（见上文）的采用，这些光掩模用于（通过接触式光刻和蚀刻）生产所需的大量实际工作光掩模。后来，投影光刻技术的出现意味着光掩模的使用寿命是无限的。再后来，晶圆步进光刻技术直接使用光罩，从而终止了光掩模的使用。

光掩模材料随时间推移而变化。最初使用钠玻璃 ，并加入卤化银遮光剂。后来，硼硅酸盐和熔融石英用于控制膨胀，以及对紫外线遮光性更好的铬被引入。最初的图案发生器后来被电子束光刻和激光驱动的掩模写入器或无掩模光刻系统所取代，这些系统可以直接从原始的计算机化设计中生成光罩。

概述

        光刻掩模通常是透明的熔融石英板，其表面覆盖有铬(Cr) 或Fe2O3金属吸收膜所定义的图案。  光掩模可用于 365 nm 、248 nm 和 193 nm 的波长。目前，人们也已开发出可用于其他形式辐射的光掩模，例如 157 nm、13.5 nm（极紫外光）、X 射线、电子和离子；但这些都需要全新的基板和图案膜材料。 

模拟光掩模。较厚的特征是需要印刷在晶圆上的集成电路。较薄的特征是辅助元件，它们不会自行印刷，但有助于集成电路更好地进行散焦印刷。光掩模呈现锯齿状是因为采用了 光学邻近效应校正，以达到更好的印刷效果。

        在集成电路制造中，一组光掩模（每个光掩模定义一个图案层）被送入光刻步进机或扫描仪，并分别进行曝光。在多重图案化技术中，一个光掩模对应于层图案的一个子集。

        历史上，在用于大规模生产集成电路器件的光刻技术中，术语“光掩模版”（photoreticle，简称“光罩”）与术语“光掩模”之间存在区别。对于光掩模，掩模图案与晶圆图案一一对应。掩模覆盖晶圆的整个表面，并在一次曝光中完成全部曝光。这是 1:1掩模对准机的标准，后来被配备缩小光学系统的步进式光刻机和扫描仪所取代。  在使用图像投影的步进式光刻机和扫描仪中， 光罩版通常只包含一个副本，也称为所设计的VLSI电路的一层。（然而，一些光刻制造工艺会将多层光罩版并排放置在同一个掩模版上，用作副本，以便从一个光掩模版创建多个相同的集成电路）。在现代用法中，“光罩版”和“光掩模”是同义词。 

        在现代步进光刻机或扫描仪中，光掩模中的图案被投射到晶圆表面，并缩小四到五倍。 为了实现晶圆的完全覆盖，晶圆会在光柱或步进透镜下反复“步进”移动，直到晶圆完全曝光。使用包含多个集成电路设计副本的光掩模可以减少曝光整个晶圆所需的步进次数，从而提高生产率。

        尺寸为 150 纳米或更小的特征通常需要相移才能将图像质量提高到可接受的值。这可以通过多种方式实现。两种最常见的方法是在掩模上使用衰减相移背景膜来增加小强度峰值的对比度，或者蚀刻暴露的石英，以便可以使用蚀刻和未蚀刻区域之间的边缘来对几乎零强度进行成像。在第二种情况下，需要通过另一次曝光来修剪掉不需要的边缘。前一种方法是衰减相移，通常被认为是一种弱增强，需要特殊照明才能获得最大增强，而后一种方法称为交替孔径相移，是最流行的强增强技术。

        随着尖端半导体特征尺寸不断缩小，4 倍大的光掩模特征尺寸也必然随之缩小。这可能会带来挑战，因为吸收膜需要变得更薄，从而降低不透明度。  IMEC于 2005 年进行的一项研究发现，使用最先进的光刻设备，较薄的吸收膜会降低图像对比度，从而导致线边缘粗糙。 一种可能性是完全消除吸收膜，使用“无铬”掩模，仅依靠相移进行成像。

        浸没式光刻技术的出现对光掩模的要求产生了重大影响。由于穿过图案化薄膜的光路更长，常用的衰减相移掩模对“超数值孔径”光刻中应用的较大入射角更加敏感。 在制造过程中，使用一种称为临界尺寸扫描电子显微镜 (CD-SEM) 的特殊显微

EUV光刻

        EUV 光掩模的工作原理是反射光，[ 17 ]这是通过使用多层交替的钼和硅层来实现的。

掩模误差增强因子（MEEF）

        最终芯片图案的前沿光掩模（预校正）图像被放大了四倍。这一放大倍数在降低图案对成像误差的敏感度方面发挥了关键作用。然而，随着特征尺寸不断缩小，出现了两种趋势：第一，掩模误差因子开始超过1，即晶圆上的尺寸误差可能超过掩模上尺寸误差的1/4  ；第二，掩模特征尺寸越来越小，尺寸公差接近几纳米。例如，25纳米晶圆图案应对应于100纳米掩模图案，但晶圆公差可能为1.25纳米（5%规格），这相当于光掩模上的5纳米。直接写入光掩模图案时电子束散射的变化很容易超过这个值。

覆膜

        “Pelle”一词的意思是“薄膜”、“薄膜”或“膜”。从20世纪60年代开始，一种拉伸在金属框架上的薄膜（也称为“Pelle”）被用作光学仪器的分束器。由于其薄膜厚度较小，它已被用于多种仪器中，用于分束光束，且不会引起光路偏移。1978年，IBM的Shea等人申请了一项专利，该专利使用“Pelle”作为防尘罩来保护光掩模或光罩。在本条目中，“Pelle”的意思是“用于保护光掩模的薄膜防尘罩”。

        颗粒污染是半导体制造中的一个重大问题。光掩模通过防护膜（一种覆盖在框架上的薄透明薄膜）来防止颗粒进入，该框架粘在光掩模的一侧。防护膜与掩模图案的距离足够远，因此落在防护膜上的中小型颗粒会因失焦而无法打印。虽然防护膜的设计目的是阻挡颗粒，但它本身也是成像系统的一部分，其光学特性需要考虑。防护膜的材料是硝化纤维素，适用于各种透射波长。目前的防护膜由多晶硅制成，各大公司正在探索其他材料，用于高数值孔径的极紫外光（EUV）和未来的芯片制造工艺。

来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Photomask