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Photomask(chrome) coating

光掩膜版(铬版)镀膜解决方案

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

  1. 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。

  2. 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。

工艺流程

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. 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。

  6. 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。

  7. 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

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