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标题: [转帖]光掩模发展的过去和现状 [打印本页]

作者: starwen 时间: 2004-2-16 22:53
标题: [转帖]光掩模发展的过去和现状
光掩模发展的过去和现状

在日常接触的电器产品里面使用着大量半导体和其他部品，我们通过这些部件来控制电器产品。在这些部品里面画有非常复杂的几何模样的薄膜。这些薄膜就是我们所说的记忆素子和传感器。薄膜的模样由数百微米到0.1微米大小的图样构成，而制作这些模样的薄模时使用“光掩模”是必不可少的。光掩模是一种选择光线透过的必要工具。制作光掩模不仅需要庞大的设备投资，而且还要有熟练的操作和高度的技术力量。日本辉尔康公司从1985年开始生产光掩模，目前使用我们制造的光掩模所制造出来的各式各样的半导体部件，电子部件广泛应用在各行业上。
一、我国光掩模技术的发展回顾
我国的光掩模制作始于60年代中期，比国外晚5～6年。当年采用传统的照相术及手摇光刻机开展工作，硅片材料只有1英寸～2英寸，制版光刻精度和特征尺寸为几十微米。利用当时的掩模制作工艺，先后成功地研制出硅平面晶体管和硅数字集成电路。　　70年代，我国开始引进一批大型绘图机、大型照相机和可在超微粒干版上曝光的e线分步重复精缩机。这时采用的硅片材料为2英寸～3英寸，制版光刻精度为1微米、特征尺寸为10微米。在此期间成功研制出1K、4K、16K DRAM大规模集成电路，这标志着我国进入了大规模集成电路时代。　　80年代初，国家在长沙和西安分别建成了两个铬板生产线，并于80年代中期陆续由美国引进了一批高精度光学制版设备，包括GCA 3600F图形发生器和3696分步重复精缩机，它们的分辨率高于1.25微米，以计算机辅助设计制版为主。这时，我国的光掩模制造业已经初步形成了规模。1986年64K DRAM研制成功，标志着我国也进入了超大规模集成电路和微米级微细加工技术时代。
90年代以来，我国开展了对亚微米集成电路和亚微米加工技术的研究，引进了一批以ASM 2500为代表的投影光刻机和以MEBESIII为代表的电子束曝光制版系统，它们的极限曝光特征尺寸接近0.5微米，图形邻接精度优于0.1微米。这样，我国也逐渐进入了以电子束曝光和投影光刻技术为主的高精度制版光刻时代。
二、国外内掩模生产情况
国际上主要的掩模制作厂商有美国的Photronics公司，它可以提供0.25微米的掩模和PSM产品；大日本印刷株式会社(DNP)，是亚洲地区最大的掩模提供商，可以生产达到0.18微米的产品；日本凸版印刷株式会社(TCE)，是亚洲地区主要的掩模提供商，它在我国台湾桃源有制作工厂；杜邦光掩模公司(DPI)，可以提供0.13微米的掩模，它在上海建有分公司。
目前，我国的光掩模制造业能够满足国内中低档产品市场的需求，而高档光掩模则由国外公司直接提供。国际上普遍采用电子束曝光设备进行规模化生产，而我国只有2～3家单位拥有电子束曝光设备，其他单位还在使用光学曝光设备。国内主要的光掩模企业集中在上海、北京、深圳及江浙地区，它们的市场侧重点各不相同。上海地区主要的光掩模制作企业包括上海杜邦光掩模公司、Photronics(上海)有限公司和中芯国际掩模制造厂3家。
上海杜邦光掩模公司是国内同行中技术较为领先的掩模制作企业。它于1996年建成投产，拥有MEBES III电子束制版系统和完善的质量控制系统，主要针对国外市场和国内的合资企业。掩模的特征尺寸为0.5微米，价格较高。2002年光掩模月产量为1500～2000片。据悉，明年公司将购置新设备，向0.25微米工艺迈进。 Photronics(上海)有限公司成立于2002年3月，位于上海张江地区，由国际著名的掩模专业制造厂美国Photronics公司投资建设，建成后将为国内用户提供0.25微米的掩模制作服务。在公司即将建设的18000平方米的新厂房中，净化厂房的面积将超过3000平方米。在制版生产线中，将采用应用材料公司的ALTA3500与3700图形发生器、日立公司的电子束刻蚀机、KLA-Tencor公司的检测系统以及其他先进的制版设备。据该公司有关负责人介绍，目前新工厂正在建设过程中，预计将于2004年一季度建成投产，主要为上海及周边地区的生产企业服务。中芯国际掩模制造厂主要服务于中芯国际自身，产品的特征尺寸在0.25微米～0.18微米。在江浙地区，无锡华晶电子集团公司掩模工厂最具实力。它主要服务于无锡华晶电子集团及国内其他IC设计单位，掩模产品的特征尺寸在0.8微米～3微米，占据了国内中档产品50%以上的市场。目前新品掩模年产量为8000片左右，工作掩模年产量为3万片。该厂具有较齐全的以ZBA-23电子束制版系统为代表的光掩模制造设备和较完善的质量检测系统。在北京，中国科学院微电子中心光掩模及微细加工实验室是我国最早从事光掩模技术研究的单位之一，它拥有纳米级束斑的JBX 5000LS电子束光刻系统、JBX 6A II电子束制版系统和光学制版设备。主要服务对象是北方基地、科研院所、高等院校及国内中小企业用户。在深圳，清溢精密光电(深圳)有限公司是国内惟一一家能够制造超大面积掩模(面积达到800mm)的生产企业，它主要制作用于平面显示、液晶显示和印刷业的超大面积特种掩模。
三、厂商各出奇招应对成本上涨
由于IC最小线宽的不断减少，掩模成本不断上升。当IC最小线宽为0.5微米时，相应的掩模图形最小线宽为2.5微米(一般光刻机缩小5倍)。在这种情况下，光掩模可以用常规光学图形发生器制作，成本较低。当IC最小线宽达到0.18微米时，一般只能用电子曝光机制作掩模，其中少量掩模可以用激光图形发生器制作。一台电子束曝光机的售价一般在400万～600万美元，尖端的电子束曝光机，如美国ETEC公司的产品可达到每台1000万美元。这是掩模成本提高的主要原因。此外，制作光掩模的材料，如掩模底版、感光胶和显影剂，以及辅助制作设备，如显影设备、刻蚀设备、表面封装设备、修版设备、检测设备均因分辨率的提高，使掩模成本不断攀升。再次，由于分辨率提高，如达到0.13微米，必须采用一些专门技术制作掩模，如双掩模技术、相移掩模技术、临近效应修正技术等，这也增加了掩模制作成本。　　掩膜制造成本的上升，给IC设计公司、fabless公司和ASIC的芯片供应商带来了挑战。
杜邦光掩模公司(DuPont Photomasks)提出了一个策略，即通过为各类芯片提供具有不同价位的掩模技术，来降低掩模的成本。根据这一策略，杜邦光掩模公司推出了Acuity先进成像掩模，并锁定于三个细分市场：高性能、高容量的器件，如DRAM和CPU；基于中等尺寸晶圆的器件，如片上系统(SoC)和场可编程门阵列(FPGA)；低容量、高性能的器件，如专用集成电路(ASIC)。虽然这三个细分市场中的器件因设计、最终用途和光刻过程的不同而有很大区别，但杜邦光掩模公司能提供满足不同类型器件的制造周期、价格和性能等方面要求的掩模。芯片制造商首先对关键层采用杜邦的双掩模和相移掩模，将模型客户化，以适用于他们的器件。然后，再决定掩模每个关键层的保真度。这些掩模的成本由技术节点决定，一套典型的用于制造高容量芯片的掩模的成本是75万美元，用于中等尺寸晶片的掩模的成本是55万美元，ASIC用的掩模的成本是45万美元。
杜邦光掩模公司采用了其收购的BindKey科技公司的相关技术，从而降低了Acuity的产品成本，加快了上市速度并提高了合格品率。BindKey科技的RapidIC工具包可以减少芯片从设计验证到制造中反复的次数，或减轻光掩模产品的设计工作。传统过程中，在流片前，制造验证软件要耗费大量的时间和昂贵的人力成本来检测并修改布局中的错误，RapidIC将这一冗长乏味的过程自动化，缩短了时间并提供了用来制造光掩模的更加可靠的数据。此外，在亚波长光刻工艺中，电路的最小线宽常常小于光刻机光源的波长，为了完成这一光刻工艺，集成电路的设计者必须采用分辨率加强技术(RET)，例如光学临近效应修正(OPC)技术。RET技术应用的快速增长，提高了芯片设计、光掩模生产和晶片制造过程中的复杂度，这就增加了附加成本并延长了设计周期。为了解决这一问题，RapidIC工具包中的RapiDesignClean工具采用“边设计，边校正”的设计环境，可以实时指出违反规则的设计，并将这些违反规则的设计消除。这样，光掩模设计专家做掩模布局块时就不用考虑这些设计是否违反制造的规则了。这一特点使BindKey工具在设计过程中就考虑了制造所要遵循的规则，使半导体设计和制造工具有了紧密的联系。
除了杜邦光掩模公司，其他的厂商也在积极推广新的技术，以降低掩模的制造成本。例如日本的Canon和NumericalTechnologies公司提供两次曝光技术，这种新的相移掩模技术能大大提高掩模的精度，从而降低掩模成本。而日本的NEC公司认为，随着芯片复杂程度的提高和掩模制造成本的增加，必须大力发展中等需求量的ASIC电路。因此，NEC公司新推出的ISSP结构设计，与通常标准单元库基ASIC相比，可以缩短75%的产品试制周期，工程费用也能降低至十分之一。KLATencor公司开发的PASS软件，使掩模无需从检查者再转到另一个掩模缺陷分类工具来进行缺陷分类。除此之外，PASS软件还能在掩模尚未使用之前，自动模拟此类缺陷将可能在硅片上形成何种缺陷，这种先进的中间掩模检查和缺陷分析系统将对硅片的生产十分有利。

作者: weilian 时间: 2004-2-17 04:23
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不错的贴子！！

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