光刻使用的掩模板制作须知

Author:黄涛Date:2025-09-29Views:10

【注:以下所提到的掩模、板均为光刻使用的光掩模,非其他工艺使用的硬质掩模等】

一、 掩模板尺寸及版图图形范围

目前中心常备的成品掩模板尺寸有两种,一种是2.5英寸的苏打玻璃板材(2506),一种是5英寸苏打玻璃板材(5009型),均为表面金属膜层厚度100nm,胶厚500nm另外3英寸的苏打玻璃板材(3006)7英寸(7012型)需要采购。

由于掩模板生产实际及制版曝光原理的要求,要求图形要比掩模板的尺寸小,经验值如下:

Ø 2.5英寸版图设计图形范围应≤58mm×58mm

Ø 5英寸版图设计图形范围应≤118mm×118mm

Ø 3英寸版图设计图形范围应≤68mm×68mm

Ø 7英寸版图设计图形范围应≤150mm×150mm

 

在实际使用过程中,除了2.5英寸或者3英寸掩模板方便移位、粘贴使用,其他掩模板不建议把图形设计的过于靠边。例如,通常2.5英寸或者3英寸掩模板匹配2英寸晶圆或者碎片5英寸掩模板匹配4英寸晶圆,7英寸掩模板匹配6英寸晶圆,设计的图形范围比晶圆略大一些即可,过于靠近边缘会影响实际使用。

 

 

二、 版图的极性及版图与掩模板翻转对称

版图的极性有正、负性,明、暗版,亮、暗场,正、反图等多种说法,在不同的资料中可能有不同的描述,我们一般认为

 掩模板上需要转移到晶圆光刻胶上的图形区域是透明的(透光),而周围背景区域是透明的

 掩模板上需要转移到晶圆光刻胶上的图形区域是透明的(挡光),而周围背景区域是透明的

    

       

2.5英寸明场掩模                        5英寸暗场掩模

 

而在实际的情况中,由于中心用户涉及到研究的各个领域,需求各异,版图设计的最后用处中心工程师也无法一一核实,无法准确判断。

默认 提供至中心制版的版图中由封闭线围成的有面积的图形区域(即在绘图软件中是阴影填充的区域)是掩模板上的曝光区域,后续会是透光区域,即在样品上曝光的图形且加工的图形在掩膜版的金属面,曝光时玻璃面朝上,从玻璃面看存在左右镜像。

中心将不再核实明场等极性描述

 

掩模板制作时,是将版图图形利用光学镜头直写在掩模板的胶层上,最后在金属层形成光掩模图形,而在使用掩模板进行掩模曝光的时候,图形面是与晶圆光刻胶面相对的,所以实际曝光在晶圆上的图形是绘制版图左右镜像翻转的结构。

 

 

设计的版图               掩模板金属面图形          晶圆上最终图形

 

根据以往案例,为避免由于图形造成的板材机时浪费以及不必要的纠纷统一不再对用户提供的图纸进行极性反转和镜像翻转,以及其他平移、调整、切换等操作,请用户提交图纸自行调整好极性镜像及布局!

 

 

三、 制版设备及图纸

中心默认制版设备为Maskless-Lithography-ATD1500,最小线宽为1μm(孤立线条),圆孔、密集线等除外),通常误差不大于±0.3μm(与图形曝光面积相关),考虑制版过程中曝光剂量、显影时间、刻蚀时间等参数对线宽均有影响,无法准确控制版上线宽,因此用户需要后续光刻胶工艺(正胶、负胶),在设计图上可能需要做大或者做小图形线宽。

1μm的线宽基本也是接近中心接触式曝光设备的性能极限,不建议设计的更小。

如需要更小线宽的图形或其他特殊需求,请与中心工程师联系,沟通了解其他设备是否可以满足需求。

ATD1500设备只读取GDS2格式的图纸(*.gds,*GDS),如有OASIS*.oas*.OASDXF*.dxf*.DXF)等其他格式图纸,请使用相关软件另存为*.gds拓展名。另外DXFGDS2时,会出现不封闭线条,使得图形没有有效面积仅有线框,也是无法读取曝光的。

版图图纸通常有多层,如需曝光在一块板上的结构请合并到同一层上,默认一个图层制一块板

Cell的选择也是版图曝光过程中容易出问题的地方。一般一个图只会显示一个主Cell的图形,如果有多个平行层级的Cell,一般软件只会有一个高亮Cell,即显示出来的Layout布局,而在制版过程中曝光的也是这个cell,同时,制版过程中无法识别主Cell下的子Cell,且无法切换。因此需要对版图进行flatten操作后,检查无误后,再提交版图。即制版设备只能识别在Layout中显示出来的高亮主Cell图形。

 

 

四、 其他常见问题

1.GDS2图纸本质是在平面坐标系下记录的坐标形成多边形面积,故图形中点的数量越多图纸的占用空间越大,而圆结构和弧结构经过阵列后的图形数量会更多,建议减小阵列或减少多边形的结构点数。建议图纸在平面化所有的cell之后,将图纸储存空间控制在200M以内,因曝光微镜读取的数据都是平面化之后的数据,如果过大会卡死微镜,造成设备故障。

同时,没有flatten的子cell容易在图纸中的相应位置形成夹层,使得图形化最终的掩模板相应位置出现该子cell的图形,造成制版失败。

 

不同点数下圆结构的形貌(分别为82464128点)

 

2.软件编辑的字默认是没有宽度的,即如下图上侧的,需要经过处理形成有宽度的图形方可在掩模板上曝光出来。

 

版图中的两种字型

 

3.使用AutoCAD等其他软件绘制的文件通常图形中心点不在(0,0)点,而不同设备读取图纸时容易造成偏心,而中心点偏离过远时偶尔会出现压缩相关方向图形的问题,建议将图纸保存为*.gds格式时,将图纸中心点居中,同时确认图纸单位,默认μm

 

设置选中图形坐标

4.部分软件画出的圆结构非多边形,,圆心一个点圆周为光滑曲线,这种图形无法曝光,请使用多边形近似获得圆结构

 

 

五、 相关简单操作(以Klayout软件为例)

1.左右镜像翻转

  选中需要翻转图形→Edit→Selection→Flip Horizontally

 

镜像翻转

 

以上操作可以任意选择图形,如果是整个版图翻转,选择Edit→Layout→Flip Horizontally即可。

 

2.极性反转

选中需要处理的图层,隐藏其他图层选中图形→Edit/Selection/Move to输入(0,0)将图形居中→Edit/Layer/New Layer新建图层在新图层使用Box选项绘制任意矩形切换BoxSelect并双击矩形内部→Box Properties选中Center/Size→Center设置为(0,0Size根据图形设置(如2.5吋版可以设置W\H=58000μm→Edit/Layer/Boolean Operations

 

布尔运算反转极性

原图层为A,新图层为BResult处创建新图层,然后OK

 

3.字符转换

点击text,在text后写入字符,然后选中图层,直接在图层中放置。

选中字符→Edit/Selection/Convert to PCell→确认Basic.TEXT→再次选中有宽度的字符→Edit/Selection/Scale进行缩放。

 

字符转换

 

4.合并图层

例如将4个图层的标记合并到同一个图层里,先选中目标图层,然后直接用鼠标在图中选择需要切换图层的目标图形,按住Shift键可以多次选择图形,全部选中后,Edit→Selection→Change layer即可,合并后原图层将失去图形,图层名变灰。

 

合并图层

 

 

5.图形合并

有利用其他软件或自写程序获得的GDS2图纸,经常会出现小图形的密集阵列,会加大图形密度,或者是有些区域内图形实际有多层重叠但实际无法观察到,都会增加图形文件的存储空间。可以利用Merge Shapes功能合并图形,使图形结构量减少。

鼠标全选图形→Edit→Selection→Merge Shapes,即可。

不同图层的图形不可以合并。

 

孤立结构和Merge Shapes后图形对比

 

6.切换Cell

如图所示,该Layout中有三个主Cell,其中Middle是高亮状态,而需要曝光的图形在TOP里,只需右键选择TOP并选择Show As New Top即可。同时建议,提交图纸时删除多余Cell,以减小数据量。

 

Cell的切换