倍縮光罩(Reticle)與光罩的差異:用語範圍、縮小倍率、尺寸、光罩護膜比較

光罩是對描繪電路圖案、用於曝光之原版的統稱。倍縮光罩(Reticle)是其中一種,原本指只帶有晶圓一部分(一個到數個晶片)的圖案,由步進機或掃描式曝光機一邊移動位置一邊反覆曝光的原版。現今量產用的曝光機會將圖案縮小為 1/4 投影,因此倍縮光罩上的圖案是晶圓上的 4 倍大。相對地,光罩對準機等使用的等倍光罩,以相同大小帶有整片晶圓的圖案,一次曝光整片晶圓。在量產現場,倍縮光罩也常直接稱為「光罩」(mask),因此兩個詞經常被當成同義詞使用。

項目倍縮光罩 Reticle(縮小投影用)等倍光罩(整片晶圓用)
用語的範圍光罩的一種。帶有晶圓一部分區域的圖案,錯開位置反覆曝光的原版曝光用原版的統稱。狹義指以等倍帶有整片晶圓圖案的光罩
使用的曝光機步進機(step-and-repeat)或掃描式曝光機(step-and-scan)光罩對準機(接觸式曝光、近接式曝光)或等倍投影曝光機
相對晶圓上圖案的倍率一般為 4 倍(以投影光學系統縮小為 1/4)。早期的步進機也有 5 倍或 10 倍1 倍。光罩上的尺寸直接轉印到晶圓
一次曝光的範圍一個曝光區(shot)。掃描式曝光機在晶圓上最大約 26 mm × 33 mm,重複曝光以涵蓋整片晶圓一次曝光整片晶圓
基板尺寸與材料標準為 6 吋見方(約 152 mm)、厚約 6 mm 的合成石英。EUV 用為在低熱膨脹玻璃上鍍多層膜的反射式比晶圓大一圈的方形玻璃板(鈉鈣玻璃或石英),多以鉻形成圖案
光罩護膜DUV 一般會加裝。EUV 用已開發出厚度數十 nm 的極薄膜接觸式或近接式曝光時,光罩緊靠晶圓,無法加裝
誤差與缺陷的影響原版的尺寸誤差或小異物在晶圓上會被縮小。但缺陷會在每個曝光區的相同位置重複轉印誤差與缺陷以原尺寸轉印。接觸式曝光時光罩與光阻接觸,容易髒汙或刮傷,需要清洗或更換
主要用途先進 IC(邏輯、記憶體)量產中的微細層MEMS、功率元件、LED、研究開發等,尺寸為 µm 等級的層
現場的稱呼曝光機相關多稱 reticle(reticle 載台、reticle limit 等)。設計或光罩製造端也常稱 mask(光罩組、光罩數等)研究室或 MEMS 製程中,多半直接稱為光罩(mask)

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

倍縮光罩
以步進機或掃描式曝光機量產微細圖案時。以 4 倍尺寸描繪,原版較容易製作,原版小誤差的影響也會被縮小。
等倍光罩
尺寸為 µm 等級,且想壓低設備與原版成本時。以光罩對準機即可一次曝光整片晶圓。
用詞的區分
在量產微細層的情境中,倍縮光罩與光罩幾乎同義。需要區分時,縮小投影用的稱為 reticle,等倍整片用的稱為 mask。

常見問題

倍縮光罩與光罩是同一種東西嗎?

廣義上相同,倍縮光罩是光罩的一種。原本以等倍帶有整片晶圓圖案的稱為 mask,帶有部分區域圖案、以步進機反覆曝光的稱為 reticle。現今量產幾乎都是縮小投影曝光,因此倍縮光罩也普遍直接稱為光罩。

為什麼倍縮光罩上的圖案是晶圓上的 4 倍?

因為曝光機以投影光學系統將圖案縮小為 1/4 再轉印。原版上的線可以畫成 4 倍粗,較容易製作,原版的尺寸誤差或小異物對晶圓的影響也會變小。代價是一個曝光區在晶圓上只能涵蓋約 26 mm × 33 mm。

為什麼等倍光罩不加裝光罩護膜?

接觸式曝光時光罩與光阻接觸,近接式曝光時光罩與晶圓之間的間隙也非常小,因此沒有空間放置距離光罩數 mm 張設薄膜的光罩護膜。這類光罩改以定期檢查與清洗來使用。

一片倍縮光罩上可以放幾個晶片?

取決於晶片大小。在一個曝光區的範圍(晶圓上約 26 mm × 33 mm)內盡量排列,小晶片可放很多個,非常大的晶片只放 1 個。比一個曝光區更大的晶片無法直接曝光。

理解度檢測

目前的曝光機(掃描機)將光罩圖案投影到晶圓上時,一般採用的縮小倍率為下列何者?

  1. A等倍(1/1)
  2. B1/4
  3. C1/100
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正確答案:B. 1/4

目前的曝光機一般是將光罩圖案縮小為1/4後投影到晶圓上。光罩上的圖案只需是晶圓上的4倍大,因此光罩容易製作,光罩上微小的缺陷或尺寸誤差也會縮小為1/4,影響較小。光罩的標準為6英吋見方(152 mm)的石英板,其中可容納4倍大小的26×33 mm曝光區。High-NA EUV則依方向組合使用1/4與1/8的縮小倍率。

主要用來描繪光罩(倍縮光罩)圖案的設備是下列何者?

  1. A電子束描繪機
  2. B步進機
  3. CCMP設備
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正確答案:A. 電子束描繪機

光罩的圖案是由電子束描繪機製作,它將聚焦或成形為矩形(可變成形束)的電子束直接照射在光罩上的光阻來描繪圖案。雖然不需光罩就能描繪非常細微的圖案,但因為是一筆一筆描繪,單片有時需耗費十幾小時,所以量產時是使用光罩進行一次性轉印。先進光罩則使用同時運用數十萬道電子束的多束描繪機,高速描繪OPC與曲線圖案。

在光罩上方隔著一定間隔所張設的薄膜(護膜,pellicle),其作用是下列何者?

  1. A使解析度加倍
  2. B增加曝光的光量
  3. C防止異物直接附著在光罩表面,即使附著在護膜上也因無法對焦而不易被轉印
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正確答案:C. 防止異物直接附著在光罩表面,即使附著在護膜上也因無法對焦而不易被轉印

光罩一旦附著異物,使用該光罩曝光的所有晶圓的所有曝光區都會被轉印上缺陷。護膜是離光罩約6 mm、張設在框架上、厚度1 µm以下的透明薄膜,異物會附著在護膜上,因此無法對焦而變得模糊,不易轉印到晶圓上。EUV用的護膜則開發出可讓EUV光穿透約90%、耐高溫的數十nm極薄膜(複晶矽或奈米碳管等)。

  1. 製作光罩時使用的、已預先在石英玻璃基板上形成遮光膜等的材料稱為什麼?
  2. 目前的掃描式曝光機,一次曝光(1個曝光區)在晶圓上能曝光的最大區域大小,一般為下列何者?
  3. ArF曝光用的光罩基板所使用的材料為下列何者?

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相關名詞的解說

光罩(Reticle)
描有電路圖案的曝光用原版。在石英玻璃基板上形成遮光膜圖案(EUV則為反射式)。縮小投影曝光設備的光罩,製作為晶圓上圖案的4倍大小。
光罩護膜
隔著一定間隔張設在光罩上方的薄膜。可防止異物直接附著在光罩面上,附著在護膜上的異物因焦點不對而不易被轉印。
掃描式曝光機
對狹縫狀的光,使光罩與晶圓同步移動並曝光的曝光設備。是現今量產曝光設備的主流,一般將光罩圖案縮小為1/4投影。
EUV微影
使用波長13.5 nm極紫外光的曝光技術。採用反射式光學系統與真空環境。
光阻
受光照射後在顯影液中的溶解性會改變的感光材料。正型光阻的曝光部分會溶解,負型光阻的曝光部分則會留下。

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