फोटोमास्क
एक फोटोमास्क एक अपारदर्शी प्लेट है जिसमें छेद या पारदर्शिता होती है जो एक परिभाषित पैटर्न में प्रकाश को चमकने देती है। वे आमतौर पर फोटोलिथोग्राफी और विशेष रूप से एकीकृत सर्किट (आईसी या चिप्स) के उत्पादन में उपयोग किए जाते हैं। मास्क का उपयोग सब्सट्रेट पर एक पैटर्न बनाने के लिए किया जाता है, आमतौर पर चिप निर्माण के मामले में सिलिकॉन का एक पतला टुकड़ा जिसे वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) के रूप में जाना जाता है। बदले में कई मास्क का उपयोग किया जाता है, प्रत्येक एक पूर्ण डिज़ाइन की एक परत को पुन: प्रस्तुत करता है, और साथ में उन्हें मास्क सेट के रूप में जाना जाता है।
पहले, फोटोमास्क का निर्माण रूबीलिथ और बीओपीईटी का उपयोग करके मैन्युअल रूप से किया जाता था।[1]जैसे-जैसे जटिलता बढ़ती गई, किसी भी प्रकार का मैनुअल प्रसंस्करण कठिन होता गया। यह ऑप्टिकल पैटर्न जनरेटर की शुरूआत के साथ हल किया गया था जो प्रारंभिक बड़े पैमाने के पैटर्न के उत्पादन की प्रक्रिया को स्वचालित करता था, और चरण-और-दोहराने वाले कैमरे जो पैटर्न की प्रतिलिपि को कई-आईसी मास्क में स्वचालित करते थे। मध्यवर्ती मास्क को रेटिकल्स के रूप में जाना जाता है, और शुरू में उसी फोटोग्राफिक प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादन मास्क में कॉपी किया गया था। जनरेटर द्वारा उत्पादित प्रारंभिक चरणों को तब से इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी और लेजर-चालित प्रणालियों द्वारा बदल दिया गया है। इन प्रणालियों में कोई रेटिकल नहीं हो सकता है, मास्क सीधे मूल कम्प्यूटरीकृत डिज़ाइन से उत्पन्न किए जा सकते हैं।
समय के साथ मास्क सामग्री भी बदल गई है। प्रारंभ में, रूबीलिथ को सीधे मास्क के रूप में उपयोग किया जाता था। जैसा कि फीचर आकार सिकुड़ गया है, छवि को ठीक से फोकस करने का एकमात्र तरीका यह था कि इसे वेफर के सीधे संपर्क में रखा जाए। ये संपर्क लिथोग्राफी अक्सर कुछ photoresist को वेफर से हटा देते थे और मुखौटा को त्यागना पड़ता था। इसने रेटिकल्स को अपनाने में मदद की, जिनका उपयोग हजारों मास्क बनाने के लिए किया गया था। जैसे-जैसे मुखौटों को उजागर करने वाले लैंप की शक्ति बढ़ती गई, फिल्म गर्मी के कारण विरूपण के अधीन हो गई, और सोडा ग्लास पर सिल्वर हैलाइड द्वारा प्रतिस्थापित किया गया। इसी प्रक्रिया ने विस्तार को नियंत्रित करने के लिए borosilicate और फिर क्वार्ट्ज का उपयोग किया, और सिल्वर हैलाइड से क्रोमियम तक, जिसमें लिथोग्राफी प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली पराबैंगनी प्रकाश के लिए बेहतर अस्पष्टता है।
इतिहास
1960 के दशक में आईसी उत्पादन के लिए, 70 के दशक के माध्यम से, एक पारदर्शी BoPET पर एक अपारदर्शी रूबीलिथ फिल्म फाड़ना का उपयोग मास्टर मास्क के उत्पादन के लिए किया गया था। काटने की मशीन (द्रोह करनेवाला ) एक स्टैंसिल को काटती थी जिसे बाद में छील दिया जाता था। एक उप-मास्टर प्लेट का निर्माण करने के लिए प्रबुद्ध प्रारूपण तालिका से फोटोग्राफी के उपयोग से पैटर्न वाले माइलर इसेफ को कम किया गया था, जिसका उपयोग स्टेपर | स्टेप-एंड-रिपीट प्रक्रिया में वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) पर प्रोजेक्ट पैटर्न के लिए किया गया था।[1] जैसे-जैसे नोड (अर्धचालक निर्माण) सिकुड़ता और वेफर का आकार बढ़ता गया, डिज़ाइन की कई प्रतियां मास्क पर प्रतिरूपित की जाएंगी, जिससे एक ही प्रिंट कई IC का उत्पादन कर सकेगा। जैसे-जैसे डिजाइनों की जटिलता बढ़ती गई, इस प्रकार का मुखौटा बनाना कठिन होता गया। यह रूबीलिथ पैटर्न को बहुत बड़े आकार में काटकर, अक्सर एक कमरे की दीवारों को भरकर, और फिर उन्हें फ़ोटोग्राफिक फिल्म पर और आगे प्लेट पर वैकल्पिक रूप से सिकोड़कर हल किया गया था।[citation needed]
अवलोकन
लिथोग्राफिक फोटोमास्क आमतौर पर क्रोमियम (Cr) या आयरन (III) ऑक्साइड से परिभाषित पैटर्न से ढके पारदर्शी फ्युज़्ड सिलिका प्लेट होते हैं।2O3धातु अवशोषित फिल्म।[1]फोटोमास्क का उपयोग 365 नैनोमीटर , 248 एनएम और 193 एनएम के तरंग दैर्ध्य पर किया जाता है। फोटोमास्क को विकिरण के अन्य रूपों जैसे 157 एनएम, 13.5 एनएम (चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी), एक्स-रे , इलेक्ट्रॉनों और आयनों के लिए भी विकसित किया गया है; लेकिन इन्हें सब्सट्रेट और पैटर्न फिल्म के लिए पूरी तरह से नई सामग्री की आवश्यकता होती है।[1]
एक फोटोमास्क सेट , प्रत्येक सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण में एक पैटर्न परत को परिभाषित करता है, एक फोटोलिथोग्राफी स्टेपर या स्टेपर # स्कैनर में फीड किया जाता है, और व्यक्तिगत रूप से एक्सपोजर के लिए चुना जाता है। एकाधिक पैटर्निंग | मल्टी-पैटर्निंग तकनीकों में, एक फोटोमास्क लेयर पैटर्न के सबसेट के अनुरूप होगा।
एकीकृत सर्किट उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए फोटोलिथोग्राफी में, अधिक सही शब्द आमतौर पर फोटोरेटिकल या बस रेटिकल होता है। फोटोमास्क के मामले में, मुखौटा पैटर्न और वेफर पैटर्न के बीच एक-से-एक पत्राचार होता है। यह 1:1 संरेखक (अर्धचालक) के लिए मानक था जिसे स्टेपर्स और स्टेपर#स्कैनर्स द्वारा रिडक्शन ऑप्टिक्स के साथ सफल किया गया था।[2] जैसा कि स्टेपर और स्कैनर में उपयोग किया जाता है, रेटिकल में आमतौर पर डिज़ाइन किए गए बड़े पैमाने पर एकीकरण सर्किट की केवल एक परत होती है। (हालांकि, कुछ फोटोलिथोग्राफी फैब्रिकेशन एक ही मास्क पर पैटर्न वाली एक से अधिक परत वाले रेटिकल्स का उपयोग करते हैं)।
पैटर्न का अनुमान लगाया जाता है और वेफर सतह पर चार या पांच बार सिकुड़ जाता है।[3] पूर्ण वेफर कवरेज प्राप्त करने के लिए, वेफर बार-बार ऑप्टिकल कॉलम के तहत स्थिति से स्थिति तक स्टेपर होता है जब तक कि पूर्ण प्रदर्शन प्राप्त नहीं हो जाता।
न्यूनतम फीचर आकार 150 एनएम या उससे कम आकार के लिए आम तौर पर चरण-शिफ्ट मुखौटा की आवश्यकता होती है | छवि गुणवत्ता को स्वीकार्य मूल्यों तक बढ़ाने के लिए चरण-स्थानांतरण की आवश्यकता होती है। यह कई तरीकों से हासिल किया जा सकता है। छोटी तीव्रता की चोटियों के विपरीत को बढ़ाने के लिए, या उजागर क्वार्ट्ज को खोदने के लिए मुखौटा पर एक क्षीण चरण-स्थानांतरण पृष्ठभूमि फिल्म का उपयोग करने के लिए दो सबसे आम तरीके हैं, ताकि नक़्क़ाशीदार और unetched क्षेत्रों के बीच के किनारे का उपयोग लगभग शून्य की छवि के लिए किया जा सके। तीव्रता। दूसरे मामले में, अवांछित किनारों को दूसरे एक्सपोजर के साथ ट्रिम करने की आवश्यकता होगी। पूर्व विधि को चरण-स्थानांतरण को क्षीण किया जाता है, और इसे अक्सर कमजोर वृद्धि माना जाता है, जिसमें सबसे अधिक वृद्धि के लिए विशेष रोशनी की आवश्यकता होती है, जबकि बाद की विधि को वैकल्पिक-एपर्चर चरण-स्थानांतरण के रूप में जाना जाता है, और यह सबसे लोकप्रिय मजबूत वृद्धि तकनीक है।
जैसे-जैसे अग्रणी-किनारे वाले सेमीकंडक्टर सुविधाएँ सिकुड़ती हैं, वैसे ही फोटोमास्क सुविधाएँ जो 4× बड़ी होती हैं, अनिवार्य रूप से भी सिकुड़नी चाहिए। यह चुनौतियों का सामना कर सकता है क्योंकि अवशोषक फिल्म को पतला होने की आवश्यकता होगी, और इसलिए कम अपारदर्शी।[4] इमेक द्वारा 2005 के एक अध्ययन में पाया गया कि पतले अवशोषक छवि के विपरीत को नीचा दिखाते हैं और इसलिए अत्याधुनिक फोटोलिथोग्राफी टूल का उपयोग करके लाइन-एज खुरदरापन में योगदान करते हैं।[5] एक संभावना यह है कि पूरी तरह से इमेजिंग के लिए चरण-स्थानांतरण पर निर्भर करते हुए, अवशोषक को पूरी तरह से समाप्त कर दिया जाए और क्रोमलेस मास्क का उपयोग किया जाए।
विसर्जन लिथोग्राफी के उद्भव का फोटोमास्क आवश्यकताओं पर एक मजबूत प्रभाव पड़ता है। पैटर्न वाली फिल्म के माध्यम से लंबे समय तक ऑप्टिकल पथ के कारण, आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला क्षीण चरण-स्थानांतरण मुखौटा हाइपर-एनए लिथोग्राफी में लागू उच्च घटना कोणों के प्रति अधिक संवेदनशील होता है।[6] फोटोमास्क एक तरफ पीले रंग की परत के साथ क्वार्ट्ज सब्सट्रेट (प्रिंटिंग) पर फोटोरेसिस्ट लगाने और नकाबरहित लिथोग्राफी नामक प्रक्रिया में लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करके इसे उजागर करके बनाया जाता है।[7] फोटोरेसिस्ट को तब विकसित किया जाता है और क्रोम के साथ असुरक्षित क्षेत्रों को उकेरा जाता है, और शेष फोटोरेसिस्ट को हटा दिया जाता है जिसके परिणामस्वरूप स्टैंसिल होता है।[8][9][10]
ईयूवी लिथोग्राफी
अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी में प्रकाश-अवरोधक की तुलना में फोटोमास्क अधिक परिष्कृत होते हैं। EUV मास्क परावर्तक सतहों और प्रकाश-अवरोधक तत्वों से बने होते हैं जो पराबैंगनी के संपर्क में आने पर आवश्यक पैटर्न उत्पन्न करते हैं।[11]
मास्क त्रुटि वृद्धि कारक (एमईईएफ)
अंतिम चिप पैटर्न की अग्रणी-किनारे वाले फोटोमास्क (पूर्व-सुधारित) छवियों को चार गुना बढ़ाया जाता है। इमेजिंग त्रुटियों के प्रति पैटर्न संवेदनशीलता को कम करने में यह आवर्धन कारक एक महत्वपूर्ण लाभ रहा है। हालाँकि, जैसे-जैसे सुविधाएँ सिकुड़ती रहती हैं, दो रुझान चलन में आते हैं: पहला यह है कि मुखौटा त्रुटि कारक एक से अधिक होना शुरू हो जाता है, अर्थात, वेफर पर आयाम त्रुटि 1/4 से अधिक हो सकती है मुखौटा पर आयाम त्रुटि,[12] और दूसरा यह है कि मुखौटा सुविधा छोटी होती जा रही है, और आयाम सहिष्णुता कुछ नैनोमीटर के करीब पहुंच रही है। उदाहरण के लिए, एक 25 एनएम वेफर पैटर्न 100 एनएम मास्क पैटर्न के अनुरूप होना चाहिए, लेकिन वेफर सहिष्णुता 1.25 एनएम (5% कल्पना) हो सकती है, जो फोटोमास्क पर 5 एनएम में तब्दील हो जाती है। फोटोमास्क पैटर्न को सीधे लिखने में इलेक्ट्रॉन बीम के बिखरने की भिन्नता आसानी से इससे अधिक हो सकती है।[13][14]
पेलिकल्स
पेलिकल शब्द का प्रयोग फिल्म, पतली फिल्म या झिल्ली के लिए किया जाता है। 1960 के दशक की शुरुआत में, धातु के फ्रेम पर फैली पतली फिल्म, जिसे पेलिकल भी कहा जाता है, का उपयोग ऑप्टिकल उपकरणों के लिए बीम स्प्लिटर के रूप में किया जाता था। इसकी छोटी फिल्म मोटाई के कारण ऑप्टिकल पथ बदलाव के बिना प्रकाश की किरण को विभाजित करने के लिए कई उपकरणों में इसका उपयोग किया गया है। 1978 में, शिया एट अल। आईबीएम में एक फोटोमास्क या रेटिकल की सुरक्षा के लिए धूल के आवरण के रूप में पेलिकल का उपयोग करने के लिए एक प्रक्रिया का पेटेंट कराया। इस प्रविष्टि के संदर्भ में, पेलिकल का अर्थ है एक फोटोमास्क की रक्षा के लिए पतली फिल्म धूल कवर।
अर्धचालक निर्माण में कण संदूषण एक महत्वपूर्ण समस्या हो सकती है। एक फोटोमास्क एक पेलिकल द्वारा कणों से सुरक्षित होता है – एक पतली पारदर्शी फिल्म एक फ्रेम पर फैली हुई है जो फोटोमास्क के एक तरफ चिपकी हुई है। पेलिकल मुखौटा पैटर्न से काफी दूर है ताकि मध्यम से छोटे आकार के कण जो पेलिकल पर उतरते हैं, प्रिंट करने के लिए फोकस से बहुत दूर होंगे। यद्यपि वे कणों को दूर रखने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, पेलिकल्स इमेजिंग सिस्टम का हिस्सा बन जाते हैं और उनके ऑप्टिकल गुणों को ध्यान में रखा जाना चाहिए। पेलिकल्स सामग्री नाइट्रोसेल्यूलोज हैं और विभिन्न संचरण तरंग दैर्ध्य के लिए बनाई गई हैं।[15]
प्रमुख व्यावसायिक फोटोमास्क निर्माता
SPIE वार्षिक सम्मेलन, Photomask Technology SEMATECH मास्क उद्योग मूल्यांकन की रिपोर्ट करता है जिसमें वर्तमान उद्योग विश्लेषण और उनके वार्षिक फोटोमास्क निर्माताओं के सर्वेक्षण के परिणाम शामिल हैं। निम्नलिखित कंपनियों को उनके वैश्विक बाजार हिस्सेदारी (2009 की जानकारी) के क्रम में सूचीबद्ध किया गया है:[16]
- दाई निप्पॉन प्रिंटिंग
- टॉपपैन फोटोमास्क
- फोटोनिक्स इंक
- होया कॉर्पोरेशन
- ताइवान मास्क कॉर्पोरेशन
- कम्पूग्राफिक्स
इंटेल , ग्लोबलफाउंड्रीज , आईबीएम , एनईसी निगम , टीएसएमसी , यूनाइटेड माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक कॉर्पोरेशन , सैमसंग और माइक्रोन प्रौद्योगिकी जैसे प्रमुख चिपमेकर्स की अपनी बड़ी मास्कमेकिंग सुविधाएं या उपर्युक्त कंपनियों के साथ संयुक्त उद्यम हैं।
2012 में दुनिया भर में फोटोमास्क बाजार का अनुमान 3.2 अरब डॉलर था[17] और 2013 में 3.1 बिलियन डॉलर। बाजार का लगभग आधा हिस्सा कैप्टिव मास्क शॉप्स (प्रमुख चिपमेकर्स की इन-हाउस मास्क शॉप्स) से था।[18] 180 एनएम प्रक्रियाओं के लिए नई मुखौटा दुकान बनाने की लागत 2005 में $40 मिलियन के रूप में अनुमानित की गई थी, और 130 एनएम के लिए - $100 मिलियन से अधिक।[19] 2006 में एक फोटोमास्क का खरीद मूल्य $250 से $100,000 तक हो सकता है[20] सिंगल हाई-एंड फेज-शिफ्ट मास्क के लिए। एक पूर्ण मुखौटा सेट बनाने के लिए 30 मास्क (अलग-अलग कीमत के) की आवश्यकता हो सकती है।
यह भी देखें
- एकीकृत सर्किट लेआउट डिजाइन सुरक्षा (या मास्क वर्क)
- मास्क निरीक्षण
- स्मिफ़ इंटरफ़ेस
- नैनोचैनल ग्लास सामग्री
- कदम स्तर
संदर्भ
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- ↑ Weber, C.M; Berglund, C.N.; Gabella, P. (13 November 2006). "Mask Cost and Profitability in Photomask Manufacturing: An Empirical Analysis" (PDF). IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing. 19 (4). doi:10.1109/TSM.2006.883577; page 23 table 1
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