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Réticule vs photomasque : terminologie, rapport de réduction, taille et pellicule comparés

Photomasque est le terme général désignant la plaque maîtresse qui porte un motif de circuit pour l’exposition. Un réticule est un type de photomasque : à l’origine, une plaque qui ne porte le motif que d’une partie du wafer (une ou quelques puces) et qui est exposée encore et encore pendant qu’un stepper ou un scanner se déplace sur le wafer. Les équipements d’exposition de production actuels réduisent le motif à 1/4 lors de la projection : le motif d’un réticule est donc quatre fois plus grand que sur le wafer. Un photomasque 1x utilisé dans un aligneur de masques porte au contraire le motif de tout le wafer à la même taille et expose tout le wafer en une fois. En production, on appelle couramment les réticules « masques » eux aussi, si bien que les deux mots sont souvent employés indifféremment.

CritèreRéticule (projection par réduction)Photomasque 1x (wafer entier)
Portée du termeType de photomasque qui porte le motif d’une partie du wafer et qui est exposé de façon répétée à des positions décaléesTerme général pour les originaux d’exposition ; au sens strict, un masque qui porte le motif du wafer entier à l’échelle 1x
Équipement d’expositionSteppers (step-and-repeat) et scanners (step-and-scan)Aligneurs de masques (impression par contact et par proximité) et aligneurs à projection 1x
Grandissement par rapport au waferTypiquement 4x (l’optique de projection réduit à 1/4) ; les anciens steppers utilisaient aussi 5x ou 10x1x : les dimensions du masque s’impriment telles quelles sur le wafer
Surface exposée en une foisUn champ : avec un scanner, jusqu’à environ 26 mm × 33 mm sur le wafer, répété pour couvrir le waferLe wafer entier en une seule exposition
Taille et matériau de la plaqueLe standard est du quartz synthétique de 6 pouces de côté (environ 152 mm) et d’environ 6 mm d’épaisseur ; les réticules EUV sont réfléchissants, avec un multicouche sur un verre à faible dilatation thermiqueUne plaque de verre carrée un peu plus grande que le wafer (verre sodocalcique ou quartz), généralement avec un motif en chrome
PelliculeStandard en DUV ; pour l’EUV, des films ultraminces de quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur ont été développésInutilisable en impression par contact ou par proximité, car le masque est tout près du wafer
Effet des erreurs et des défautsLes erreurs dimensionnelles et les petites particules sur la plaque sont réduites sur le wafer, mais un défaut se répète à la même position dans chaque champLes erreurs et les défauts s’impriment en vraie grandeur ; en impression par contact, le masque touche la résine, se salit ou se raye et doit être nettoyé ou remplacé
Usages typiquesProduction en volume des couches fines des circuits intégrés avancés (logique et mémoire)MEMS, composants de puissance, LED, recherche et autres couches aux motifs de l’ordre du micromètre
Terme employéAutour des équipements d’exposition, « réticule » (platine de réticule, limite de réticule) ; en conception et en fabrication de masques, souvent « masque » (jeu de masques, nombre de masques)Dans les laboratoires universitaires et pour les MEMS, simplement « masque » ou « photomasque »

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

Réticule
Pour la production en volume de motifs fins sur steppers et scanners. Dessiner le motif à 4x rend la plaque plus facile à fabriquer et réduit l’effet de ses petites erreurs.
Photomasque 1x
Pour des motifs de l’ordre du micromètre quand le coût des équipements et des masques doit rester bas ; un aligneur de masques expose tout le wafer en une fois.
Choisir le terme
Pour les couches fines en production, réticule et photomasque (masque) signifient pratiquement la même chose. Quand la distinction compte, appelez réticule la plaque destinée à la projection par réduction et masque la plaque 1x couvrant tout le wafer.

Questions fréquentes

Un réticule et un photomasque sont-ils la même chose ?

Au sens large, oui : un réticule est un type de photomasque. À l’origine, on appelait masque une plaque portant le motif du wafer entier à l’échelle 1x, et réticule une plaque portant le motif d’une partie du wafer, exposée de façon répétée dans un stepper. Comme presque toute l’exposition en production utilise aujourd’hui la projection par réduction, les réticules sont généralement appelés masques eux aussi.

Pourquoi le motif d’un réticule est-il quatre fois plus grand que sur le wafer ?

Parce que l’équipement d’exposition réduit le motif à 1/4 à travers son optique de projection. Les lignes peuvent être dessinées quatre fois plus larges sur la plaque, ce qui la rend plus facile à fabriquer, et les erreurs dimensionnelles ou les petites particules sur la plaque ont moins d’effet sur le wafer. En contrepartie, un champ ne couvre qu’environ 26 mm × 33 mm sur le wafer.

Pourquoi les photomasques 1x n’utilisent-ils pas de pellicule ?

En impression par contact, le masque touche la résine, et en impression par proximité l’écart entre le masque et le wafer est très faible : il n’y a donc pas de place pour une pellicule, un film monté à quelques millimètres du masque. Ces masques sont plutôt inspectés et nettoyés régulièrement.

Combien de puces tiennent sur un réticule ?

Cela dépend de la taille des puces. On y place autant de puces que peut en contenir un champ (environ 26 mm × 33 mm sur le wafer) : beaucoup de petites puces, ou une seule très grande. Une puce plus grande qu’un champ ne peut pas être exposée telle quelle.

Vérifier vos connaissances

Quel est le facteur de réduction généralement utilisé par les équipements de lithographie actuels (scanners) pour projeter le motif du masque sur le wafer ?

  1. AGrandeur nature (1/1)
  2. B1/4
  3. C1/100
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Réponse : B. 1/4

Les équipements de lithographie actuels projettent généralement le motif du masque sur le wafer avec une réduction de 1/4. Les motifs du masque pouvant être 4 fois plus grands que sur le wafer, le masque est plus facile à fabriquer, et les petits défauts et erreurs dimensionnelles du masque sont réduits d'un facteur 4, ce qui limite leur impact. Le masque standard est une plaque de quartz de 6 pouces de côté (152 mm), qui contient un champ de 26×33 mm agrandi 4 fois. En High-NA EUV, on combine des réductions de 1/4 et 1/8 selon la direction.

Quel équipement est principalement utilisé pour écrire les motifs des photomasques (réticules) ?

  1. AÉquipement d'écriture par faisceau d'électrons
  2. BStepper
  3. CÉquipement de CMP
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Réponse : A. Équipement d'écriture par faisceau d'électrons

Les motifs des photomasques sont réalisés par un équipement d'écriture par faisceau d'électrons, qui envoie directement sur la résine du masque un faisceau d'électrons focalisé ou mis en forme rectangulaire (faisceau à forme variable). Il permet de dessiner des motifs très fins sans masque, mais l'écriture se faisant trait par trait, un masque peut demander une dizaine d'heures ou plus ; en production, on transfère donc d'un bloc à l'aide de masques. Pour les masques avancés, des équipements multifaisceaux utilisant simultanément des centaines de milliers de faisceaux d'électrons écrivent rapidement l'OPC et les motifs curvilignes.

Quel est le rôle du film mince (pellicule) tendu à une certaine distance au-dessus du photomasque ?

  1. ADoubler la résolution
  2. BAugmenter la quantité de lumière d'exposition
  3. CEmpêcher les particules de se déposer directement sur le masque ; si elles se déposent sur la pellicule, elles sont hors foyer et peu transférées
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Réponse : C. Empêcher les particules de se déposer directement sur le masque ; si elles se déposent sur la pellicule, elles sont hors foyer et peu transférées

Une particule déposée sur le masque serait transférée comme défaut dans tous les champs de tous les wafers exposés avec ce masque. La pellicule est un film transparent de moins de 1 µm d'épaisseur, tendu sur un cadre à environ 6 mm du masque ; les particules se déposant sur la pellicule sont hors foyer, donc floues, et peu transférées sur le wafer. Pour l'EUV, on développe des films ultraminces de quelques dizaines de nm (polysilicium, nanotubes de carbone, etc.), transmettant environ 90 % de la lumière EUV et résistant aux hautes températures.

  1. Comment appelle-t-on le matériau utilisé pour fabriquer les photomasques, constitué d'un substrat en verre de quartz sur lequel un film opaque, etc. a été préalablement déposé ?
  2. Pour un scanner actuel, quelle est la taille généralement maximale de la zone exposable sur le wafer en une seule exposition (un champ) ?
  3. Quel matériau est utilisé comme substrat des photomasques pour la lithographie ArF ?

Questions d'entraînement sur Lithographie

Termes clés expliqués

Photomasque (réticule)
Original d'exposition portant le motif du circuit. Le motif est formé dans un film opaque sur un substrat en verre de quartz (réfléchissant pour l'EUV). Pour les scanners à réduction, il est 4 fois plus grand que sur la plaquette.
Pellicule
Fine membrane tendue au-dessus du photomasque à une distance fixe. Elle empêche les particules de se déposer directement sur le masque ; celles qui tombent sur la pellicule sont hors foyer et se transfèrent difficilement.
Scanner
Équipement d'exposition qui déplace de façon synchrone le masque et la plaquette sous une fente lumineuse. C'est le type dominant en production ; il projette généralement les motifs du masque réduits au 1/4.
Lithographie EUV
Technique de lithographie utilisant l'ultraviolet extrême de longueur d'onde 13,5 nm. Elle emploie une optique réflective et un environnement sous vide.
Résine photosensible (photorésine)
Matériau photosensible dont la solubilité dans le révélateur change sous l'effet de la lumière. Avec une résine positive, les zones exposées se dissolvent ; avec une résine négative, elles subsistent.

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