光掩膜版(铬版)通常是在一块极其平整的石英玻璃基板上,通过PVD工艺沉积一层不透光的铬膜,再在其上涂覆光刻胶,经图形化加工后,形成所需的电路图形。
PVD镀膜在此的核心任务是:在石英基板上沉积一层高均匀性、低缺陷、具有特定光学密度和导电性的铬基复合薄膜。
现代先进的光掩膜版通常采用 “多层膜结构” 以优化性能,而非单一铬层。
标准结构:石英基板 → 铬层 → 氧化铬层 → 光刻胶
铬层
功能:主遮光层。提供足够的光学密度(OD),在曝光波长下(如i-line 365nm, DUV 248nm/193nm)具有极高的不透光性。
要求:低应力、细晶粒、低表面粗糙度。
氧化铬/氮化铬层
功能:
抗反射层:减少曝光光线在铬膜表面的反射,防止不必要的反射光造成图形线宽偏差或“鬼影”。
刻蚀停止层:在图形化过程中,作为铬层刻蚀的停止层,确保图形转移的精确性。
导电层:防止在电子束光刻时电荷积累,避免“充电效应”导致图形位置偏差。
磁控溅射PVD工艺优势:
极高的均匀性:能在整个大尺寸掩膜版基板(如6英寸、9英寸乃至更大)上实现纳米级的膜厚均匀性(通常要求<±1-2%)。
低缺陷率:产生的颗粒污染少,对于“零缺陷”要求的掩膜版至关重要。
卓越的膜层质量:能获得低应力、致密、细晶粒的铬膜。
工艺成熟稳定:适合大规模、高要求的工业生产。
超精密基板清洗
使用最高等级的清洗工艺,包括化学清洗、兆声波清洗、超纯水漂洗等,确保石英基板达到无颗粒、无离子、无有机物的“原子级”清洁表面。
装载与抽真空
将清洗后的基板通过自动化机械手送入PVD设备的主真空腔室。将腔室抽至极高真空,以消除任何气体污染。
离子束清洗
在沉积前,使用离子束源 轰击基板表面。这一步至关重要,用于:
去除最后单分子层的污染物。
轻微活化石英表面,增强膜层附着力。
沉积铬层
通入高纯氩气,在直流电源驱动下进行溅射。
关键控制参数:
溅射功率:影响沉积速率和膜层应力。
工作气压:影响膜层均匀性和缺陷密度。
基板温度与冷却:精确控温以维持低应力。
反应溅射沉积氧化铬/氮化铬层
在沉积完铬层后,向腔室内通入氧气或氮气,与氩气混合。
通过反应溅射过程,从铬靶溅射出的铬原子与反应气体在基板表面化合,形成氧化铬或氮化铬层。
关键控制:精确控制氧气/氮气分压是获得理想化学计量比、折射率和消光系数的关键,这直接决定了抗反射效果。
在线膜厚与光学性能监控
使用原位光学监控系统,实时监测膜厚和光学常数(n, k),实现闭环控制,确保每一批次产品性能的高度一致。
下料与最终检验
沉积完成后,在超洁净环境下取出,进行全面的最终检验,包括:
膜厚均匀性
光学密度
反射率/透射率
表面缺陷
应力测量