Reticle versus fotomasker: terminologie, verkleiningsfactor, formaat en pellicle vergeleken

Fotomasker is het algemene woord voor de moederplaat met een circuitpatroon voor belichting. Een reticle is een soort fotomasker: oorspronkelijk een plaat die het patroon voor slechts een deel van de wafer bevat (één of enkele chips) en die steeds opnieuw wordt belicht terwijl een stepper of scanner over de wafer beweegt. De huidige belichtingsapparatuur voor productie verkleint het patroon bij de projectie tot 1/4, dus het patroon op een reticle is vier keer zo groot als op de wafer. Een 1x-fotomasker dat in een mask aligner wordt gebruikt, bevat daarentegen het patroon van de hele wafer op ware grootte en belicht de hele wafer in één keer. In de productie noemt men reticles gewoonlijk ook "maskers", dus de twee woorden worden vaak door elkaar gebruikt.

KenmerkReticle (voor verkleinende projectie)1x-fotomasker (hele wafer)
Reikwijdte van de termEen soort fotomasker dat het patroon voor een deel van de wafer bevat en herhaaldelijk op verschoven posities wordt belichtDe algemene term voor belichtingsoriginelen; in enge zin een masker dat het patroon van de hele wafer op 1x bevat
BelichtingsapparatuurSteppers (step-and-repeat) en scanners (step-and-scan)Mask aligners (contact- en proximitybelichting) en 1x-projectiealigners
Vergroting ten opzichte van de waferDoorgaans 4x (de projectieoptiek verkleint tot 1/4); oudere steppers gebruikten ook 5x of 10x1x: de afmetingen op het masker worden direct op de wafer afgedrukt
In één keer belicht oppervlakEén shot: met een scanner tot ongeveer 26 mm × 33 mm op de wafer, herhaald om de wafer te bedekkenDe hele wafer in één belichting
Formaat en materiaal van de plaatStandaard is synthetisch kwarts van 6 inch in het vierkant (ongeveer 152 mm) en ongeveer 6 mm dik; EUV-reticles zijn reflecterend, met een multilaag op glas met lage thermische uitzettingEen vierkante glasplaat die iets groter is dan de wafer (natronkalkglas of kwarts), meestal met een chroompatroon
PellicleStandaard voor DUV; voor EUV zijn ultradunne films van enkele tientallen nanometers dik ontwikkeldNiet bruikbaar bij contact- of proximitybelichting, omdat het masker vlak bij de wafer zit
Effect van fouten en defectenMaatfouten en kleine deeltjes op de plaat worden op de wafer verkleind, maar een defect herhaalt zich op dezelfde positie in elk shotFouten en defecten worden op ware grootte afgedrukt; bij contactbelichting raakt het masker de resist, wordt het vuil of bekrast en moet het worden gereinigd of vervangen
Typische toepassingenVolumeproductie van fijne lagen in geavanceerde IC's (logica en geheugen)MEMS, vermogenscomponenten, leds, onderzoek en andere lagen met structuren op micrometerschaal
Welk woord men gebruiktRond belichtingsapparatuur "reticle" (reticlestage, reticlelimiet); in ontwerp en maskerfabricage vaak "masker" (maskerset, aantal maskers)In universiteitslabs en bij MEMS-werk gewoon "masker" of "fotomasker"

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Reticle
Voor volumeproductie van fijne patronen op steppers en scanners. Het patroon op 4x tekenen maakt de plaat makkelijker te maken en verkleint het effect van haar kleine fouten.
1x-fotomasker
Voor structuren op micrometerschaal wanneer de kosten van apparatuur en masker laag moeten blijven; een mask aligner belicht de hele wafer in één keer.
Het woord kiezen
Voor fijne lagen in de productie betekenen reticle en fotomasker (masker) praktisch hetzelfde. Als het onderscheid ertoe doet, noem dan de plaat voor verkleinende projectie een reticle en de 1x-plaat voor de hele wafer een masker.

Veelgestelde vragen

Zijn een reticle en een fotomasker hetzelfde?

In ruime zin wel: een reticle is een soort fotomasker. Oorspronkelijk heette een plaat met het patroon van de hele wafer op 1x een masker, en een plaat met het patroon voor een deel van de wafer, die in een stepper herhaaldelijk werd belicht, een reticle. Omdat vrijwel alle belichting in de productie nu verkleinende projectie gebruikt, worden reticles meestal ook gewoon maskers genoemd.

Waarom is het patroon op een reticle vier keer groter dan op de wafer?

Omdat de belichtingsapparatuur het patroon via de projectieoptiek tot 1/4 verkleint. Lijnen kunnen op de plaat vier keer breder worden getekend, wat de plaat makkelijker te maken maakt, en maatfouten of kleine deeltjes op de plaat hebben minder effect op de wafer. De keerzijde is dat één shot slechts ongeveer 26 mm × 33 mm op de wafer bestrijkt.

Waarom gebruiken 1x-fotomaskers geen pellicle?

Bij contactbelichting raakt het masker de resist, en bij proximitybelichting is de spleet tussen masker en wafer zeer klein, dus er is geen ruimte voor een pellicle, een film die enkele millimeters van het masker wordt aangebracht. Zulke maskers worden in plaats daarvan regelmatig geïnspecteerd en gereinigd.

Hoeveel chips passen op één reticle?

Dat hangt af van de chipgrootte. Er worden zoveel chips op geplaatst als in één shot passen (ongeveer 26 mm × 33 mm op de wafer): veel kleine chips of één zeer grote. Een chip die groter is dan één shot kan niet zomaar worden belicht.

Test uw begrip

Welke verkleiningsfactor wordt bij het projecteren van het maskerpatroon op de wafer in huidige belichtingsapparaten (scanners) gewoonlijk gebruikt?

  1. A1:1 (geen verkleining)
  2. B1/4
  3. C1/100
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. 1/4

In huidige belichtingsapparaten wordt het maskerpatroon gewoonlijk 4 keer verkleind op de wafer geprojecteerd. Omdat het patroon op het masker 4 keer zo groot mag zijn als op de wafer, is het masker gemakkelijk te maken, en worden kleine defecten en afmetingsfouten op het masker eveneens tot 1/4 verkleind en hebben ze minder invloed. Het masker is standaard een kwartsplaat van 6 inch in het vierkant (152 mm), waarop een 4 keer vergroot beeld van een shot van 26 × 33 mm past. Bij High-NA EUV wordt afhankelijk van de richting een verkleining van 1/4 en 1/8 gecombineerd.

Welk apparaat wordt vooral gebruikt om het patroon van een fotomasker (reticle) te schrijven?

  1. AElektronenbundelschrijver
  2. BStepper
  3. CCMP-apparaat
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Elektronenbundelschrijver

Het patroon van een fotomasker wordt gemaakt met een elektronenbundelschrijver, die een gefocusseerde of rechthoekig gevormde elektronenbundel (variable shaped beam) rechtstreeks op de resist op het masker richt om te schrijven. Hiermee kunnen zonder masker zeer fijne patronen worden geschreven, maar omdat het in één streep wordt geschreven, kan één masker meer dan tien uur duren, en voor massaproductie wordt dus met maskers in één keer overgebracht. Voor geavanceerde maskers worden multibundelschrijvers met honderdduizenden elektronenbundels tegelijk gebruikt om OPC en gebogen patronen snel te schrijven.

Wat is de rol van het dunne vlies (pellicle) dat op enige afstand boven het fotomasker wordt gespannen?

  1. ADe resolutie verdubbelen
  2. BDe belichtingslichthoeveelheid vergroten
  3. CVoorkomen dat vreemde deeltjes rechtstreeks aan het maskeroppervlak hechten, en dat deeltjes die op de pellicle terechtkomen niet in focus zijn en daardoor moeilijk worden overgebracht
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Voorkomen dat vreemde deeltjes rechtstreeks aan het maskeroppervlak hechten, en dat deeltjes die op de pellicle terechtkomen niet in focus zijn en daardoor moeilijk worden overgebracht

Als er een vreemd deeltje op het masker komt, wordt het defect overgebracht op alle shots van alle wafers die met dat masker worden belicht. De pellicle is een transparant vlies van minder dan 1 µm dik dat ongeveer 6 mm van het masker af op een frame is gespannen; vreemde deeltjes komen op de pellicle terecht, zijn niet in focus en worden vaag, zodat ze moeilijk op de wafer worden overgebracht. Voor EUV zijn ultradunne films van enkele tientallen nm (zoals polysilicium of koolstofnanobuizen) ontwikkeld die ongeveer 90% van het EUV-licht doorlaten en hoge temperaturen weerstaan.

  1. Hoe heet het materiaal waarbij op een kwartsglassubstraat vooraf een lichtblokkerende film en dergelijke is aangebracht en dat wordt gebruikt om fotomaskers te maken?
  2. Wat is de gebruikelijke maximale grootte van het gebied dat in één belichting (één shot) op de wafer kan worden belicht met huidige scanner-belichtingsapparaten?
  3. Welk materiaal wordt gebruikt voor het substraat van fotomaskers voor ArF-belichting?

Oefenvragen over Lithografie

Belangrijke termen uitgelegd

Fotomasker (reticle)
Origineel voor belichting waarop het circuitpatroon is aangebracht. Het patroon van de lichtafschermende laag wordt gevormd op een kwartsglazen substraat (bij EUV reflecterend). Bij verkleinende projectiebelichting wordt het 4 keer zo groot gemaakt als op de wafer.
Pellicle
Dun vlies dat op enige afstand boven het fotomasker wordt gespannen. Voorkomt dat vuil rechtstreeks op het maskeroppervlak komt; vuil op het pellicle wordt niet scherp afgebeeld en dus minder snel overgedragen.
Scanner
Belichtingsapparaat waarbij masker en wafer synchroon bewegen onder een spleetvormige lichtbundel. Het huidige standaardtype voor massaproductie, dat het maskerpatroon doorgaans met een factor 1/4 verkleind projecteert.
EUV-belichting
Belichtingstechniek met extreem ultraviolet licht met een golflengte van 13,5 nm. Gebruikt reflecterende optiek en een vacuümomgeving.
Fotoresist
Lichtgevoelig materiaal waarvan de oplosbaarheid in de ontwikkelaar verandert onder invloed van licht. Bij een positieve resist lost het belichte deel op, bij een negatieve resist blijft het belichte deel staan.

Verwante vergelijkingen