Qu'est-ce que 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.

Nom japonais: フォトマスク(レチクル)

« Photomasque (réticule) » apparaît dans 5 questions d'entraînement réparties sur 3 thèmes, dont Lithographie, Rendement et contrôle qualité, Packaging avancé (3D et chiplets).

Domaine: Lithographie

Fabrication d'un photomasque

La fabrication d'un masque part d'un masque vierge (mask blank) : une plaque de quartz très plane et à faible défectivité, de 6 pouces de côté et d'environ 6 mm d'épaisseur, revêtue d'un film absorbant en chrome ou en MoSi et de résine. Un masqueur à faisceau d'électrons écrit directement le motif dans la résine. Les masqueurs à faisceau unique peuvent demander plus de dix heures pour un masque complexe ; les masques avancés comportant une forte correction des effets de proximité optique (OPC) ou des formes curvilignes utilisent donc des masqueurs multifaisceaux dotés de centaines de milliers de microfaisceaux. Après développement et gravure, le masque est mesuré, inspecté pour détecter les défauts, réparé si possible, puis équipé d'une pellicule.

Réduction 4x et champ du réticule

Les scanners projettent le masque à travers une optique de réduction : les motifs du masque sont quatre fois plus grands que sur la plaquette, ce qui les rend plus faciles à écrire et réduit d'autant les petites erreurs du masque sur la plaquette. Une exposition couvre sur la plaquette un champ d'environ 26 mm sur 33 mm, soit environ 858 mm². Cette limite du réticule plafonne la taille d'une puce unique : c'est pourquoi les très gros processeurs s'en approchent et pourquoi les systèmes plus grands recourent aux chiplets. Les interposeurs en silicium plus grands qu'un champ sont réalisés en raccordant (stitching) le câblage entre expositions adjacentes. Les champs de l'EUV à haute NA font la moitié de la taille standard.

Masques binaires, à décalage de phase et EUV

Un masque binaire bloque simplement la lumière avec du chrome. Un masque à décalage de phase atténué utilise un film de MoSi partiellement transmissif qui décale aussi la phase de la lumière de 180 degrés, ce qui rend l'image plus nette aux bords des motifs. Comme la lumière EUV à 13,5 nm est absorbée par presque tous les matériaux, les masques EUV sont réfléchissants : un empilement multicouche de molybdène et de silicium joue le rôle de miroir, et un absorbant gravé au-dessus définit les zones sombres. Les masques vierges EUV doivent être pratiquement exempts de défauts, car un défaut enfoui dans le multicouche ne peut pas être éliminé par la suite.

Défauts et pellicules

Tout défaut d'un masque s'imprime dans chaque champ de chaque plaquette exposée avec lui, et apparaît sur les cartes de plaquette comme une défaillance à la même position dans chaque champ (shot). Une pellicule, membrane transparente de moins de 1 µm d'épaisseur tendue sur un cadre à environ 6 mm au-dessus de la surface gravée, maintient les particules hors du plan focal : elles sont floues et ne s'impriment pas. Les pellicules EUV ne doivent mesurer que quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur, en matériaux comme le polysilicium ou les nanotubes de carbone, pour transmettre environ 90 % de la lumière et supporter l'échauffement.

S'entraîner : questions sur Photomasque (réticule)

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.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un photomasque et un réticule ?

Historiquement, un photomasque portait le motif d'une plaquette entière à l'échelle 1:1, tandis qu'un réticule portait une ou quelques puces pour un photorépéteur (stepper) qui le répète sur toute la plaquette. Aujourd'hui, les deux termes sont employés de manière presque interchangeable pour la plaque maîtresse utilisée dans les scanners.

Pourquoi les motifs d'un photomasque sont-ils quatre fois plus grands que sur la plaquette ?

Les scanners utilisent une optique de projection à réduction 4x. Des motifs plus grands sont plus faciles à écrire et à inspecter sur le masque, et les erreurs de dimensions du masque sont réduites du même facteur à l'impression.

Qu'est-ce qu'une pellicule sur un photomasque ?

C'est une fine membrane transparente montée quelques millimètres au-dessus du motif du masque. Les particules qui s'y déposent sont hors foyer pendant l'exposition et ne s'impriment donc pas sur la plaquette.

« Photomasque (réticule) » dans les explications

Questions mentionnant « Photomasque (réticule) » (5)

  1. Quel est le rôle du film mince (pellicule) tendu à une certaine distance au-dessus du photomasque ?
  2. 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 ?
  3. Pour un scanner actuel, quelle est la taille généralement maximale de la zone exposable sur le wafer en une seule exposition (un champ) ?
  4. Quel est l'objectif principal de l'analyse de la carte de wafer, qui affiche les résultats bon/mauvais du test sur wafer pour chaque position de puce ?
  5. Quelle méthode est utilisée pour fabriquer un interposeur silicium plus grand que le champ maximal exposable en une fois par un équipement de lithographie (environ 26 mm × 33 mm) ?

Termes associés

GPU Pellicule Scanner Ouverture numérique (NA) RIE (gravure ionique réactive) Découpe (dicing) Interposeur silicium HBM Couche antireflet (BARC) EUV High-NA

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