ในยุคของนาโนเทคโนโลยีและความก้าวหน้าของเซมิคอนดักเตอร์ หน้ากากถ่ายภาพทำหน้าที่เป็นรากฐานในกระบวนการผลิตไมโคร.
เทมเพลตออปติกที่ออกแบบอย่างแม่นยำเหล่านี้มีความสำคัญต่อการสร้างรูปแบบตามการพิมพ์หิน ซึ่งกำหนดโครงสร้างจุลภาคในวงจรรวม MEMS และอุปกรณ์ระดับไมโครอื่นๆ.
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับโฟโตมาสก์และบทบาทของโฟโตมาสก์ช่วยให้เข้าใจว่าความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำได้เกิดขึ้นได้อย่างไรในระดับซับไมครอนในระบบการผลิตสมัยใหม่.
Photomask คืออะไร?
โฟโตมาสก์ (Photomask) คือแผ่นควอตซ์หรือแก้วที่มีลวดลายทึบแสง ใช้ในการถ่ายโอนลวดลายขนาดเล็กลงบนแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ผ่านกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี โฟโตมาสก์ทำหน้าที่เป็นสเตนซิล ช่วยให้แสงหรือรังสีผ่านบริเวณโปร่งใสและปิดกั้นบริเวณอื่นเพื่อกำหนดเส้นทางวงจรหรือการจัดวางส่วนประกอบ ความแม่นยำของโฟโตมาสก์ส่งผลโดยตรงต่อความละเอียดและคุณภาพของอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์.
ประเภทของหน้ากากถ่ายภาพ
1. หน้ากากไบนารี
หน้ากากเหล่านี้ทำจากโครเมียมบนกระจกแบบดั้งเดิม ซึ่งใช้พื้นที่ทึบแสงและโปร่งใสอย่างสมบูรณ์เพื่อกำหนดรูปแบบวงจร แสงจะผ่านเฉพาะพื้นที่ใสเท่านั้น จึงสร้างภาพที่คมชัด เหมาะสำหรับการพิมพ์หินด้วยแสงมาตรฐานในไมโครอิเล็กทรอนิกส์.
2. มาสก์เปลี่ยนเฟส (PSM)
มาสก์แบบเฟสชิฟต์จะควบคุมแสงโดยการเพิ่มความแตกต่างของเฟสระหว่างบริเวณโปร่งใส ทำให้เกิดรูปแบบการรบกวนที่ทำให้ขอบคมชัดขึ้นและปรับปรุงความละเอียด ทำให้สามารถกำหนดคุณสมบัติได้ละเอียดขึ้นในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง.
3. PSM ที่ลดทอนแบบฝัง
หน้ากากเหล่านี้ใช้วัสดุกึ่งโปร่งใสที่ช่วยลดความเข้มของแสงและเปลี่ยนเฟส การผสมผสานนี้ช่วยให้ได้ความคมชัดและความแม่นยำสูงขึ้นเมื่อพิมพ์ลวดลายที่มีความหนาแน่นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการพิมพ์ลิโธกราฟีแบบซับไมครอนที่ความลึก.
4. หน้ากาก EUV (รังสีอัลตราไวโอเลตรุนแรง)
หน้ากาก EUV สร้างขึ้นด้วยแผ่นสะท้อนแสงแบบหลายชั้น และใช้ร่วมกับแสง EUV ขนาด 13.5 นาโนเมตร หน้ากากเหล่านี้รองรับโหนดเซมิคอนดักเตอร์รุ่นใหม่ โดยเปิดใช้งานการสร้างรูปแบบในระดับอะตอมโดยมีการเลี้ยวเบนน้อยที่สุด.
5. เส้นเล็ง
เรติเคิลคือโฟโตมาสก์ที่ขยายใหญ่ขึ้น โดยทั่วไปจะมีขนาด 4 หรือ 5 เท่าของขนาดเป้าหมายที่ใช้ในระบบสเต็ปเปอร์หรือสแกนเนอร์ รีดักชันแบบออปติคอลจะฉายภาพลวดลายลงบนเวเฟอร์ด้วยความแม่นยำระดับซับไมครอนและความสามารถในการทำซ้ำได้สูง.
การประยุกต์ใช้งานของ Photomasks
1. การผลิตเซมิคอนดักเตอร์
Photomasks ถ่ายโอนรูปแบบวงจรจุลภาคไปยังเวเฟอร์ซิลิกอน ทำให้สามารถแกะสลักทรานซิสเตอร์และการเชื่อมต่อที่สำคัญต่อไมโครโปรเซสเซอร์ ชิปหน่วยความจำ และอุปกรณ์ลอจิกได้อย่างแม่นยำ.
2. การผลิต MEMS
โฟโตมาสก์ใช้เพื่อกำหนดรูปแบบละเอียดพิเศษบนพื้นผิว ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างเชิงกลในระดับไมโคร เช่น คานยื่น เซ็นเซอร์แรงดัน และไมโครวาล์วในอุปกรณ์ MEMS.
3. จอภาพแบบจอแบน
หน้ากากภาพช่วยนำทางในการก่อตัวของอาร์เรย์ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบางและอิเล็กโทรดพิกเซลบนพื้นผิวแก้ว ซึ่งมีความจำเป็นในการผลิต LCD, OLED และเทคโนโลยีจอแสดงผลรุ่นถัดไป.
4. ส่วนประกอบโฟโตนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์
สำหรับท่อนำคลื่น ไดโอดเลเซอร์ และผลึกโฟโตนิก โฟโตมาสก์จะสร้างรูปแบบเส้นทางแสงและอินเทอร์เฟซเลเยอร์ด้วยความแม่นยำระดับซับไมครอนเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถควบคุมและส่งผ่านแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ.
5. อุปกรณ์ชีวการแพทย์
หน้ากากภาพช่วยสร้างชิปไมโครฟลูอิดิกส์และเซ็นเซอร์แบบฝังได้โดยการสร้างรูปแบบชั้นโพลีเมอร์หรือซิลิกอน ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเส้นทางสำหรับการวิเคราะห์ทางชีวภาพและการนำส่งยาจะปลอดเชื้อและมีความละเอียดสูง.
โฟโตมาสก์ มาตรวิทยาและการตรวจสอบ
เนื่องจากอิทธิพลโดยตรงต่อผลผลิตและการทำงานของอุปกรณ์ การวัดด้วยโฟโตมาสก์จึงมุ่งเน้นที่การรับประกันความสม่ำเสมอของมิติวิกฤต (CD) พื้นผิวที่ปราศจากข้อบกพร่อง และความแม่นยำของรูปแบบ หลักปฏิบัติทางมาตรวิทยาทั่วไปประกอบด้วย:
ก). การวัดซีดี
การวัดมิติวิกฤต (CD) เกี่ยวข้องกับการใช้ระบบออปติคอลหรือเลเซอร์ที่มีความละเอียดสูงในการวัดความกว้างของเส้นบนโฟโตมาสก์ด้วยความแม่นยำระดับนาโนเมตรเพื่อให้แน่ใจว่ารูปแบบมีความเที่ยงตรงสม่ำเสมอ.
ข). การวัดแบบซ้อนทับ
การวัดแบบโอเวอร์เลย์จะตรวจสอบการจัดตำแหน่งระหว่างเลเยอร์โฟโตมาสก์ที่ต่อเนื่องกัน เพื่อให้แน่ใจว่ารูปแบบต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากการเปิดรับแสงหลายครั้งนั้นอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของอุปกรณ์หรือความไม่ตรงกันของการทำงาน.
ค). การตรวจสอบข้อบกพร่อง
การตรวจสอบข้อบกพร่องของ Photomask จะระบุอนุภาคแปลกปลอม รอยขีดข่วน หรือความผิดปกติของรูปแบบโดยใช้วิธีออปติกแบบ Brightfield และ Darkfield ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษาการถ่ายโอนคุณลักษณะที่สะอาดและแม่นยำในระหว่างการพิมพ์หิน.
ง). ความเรียบและความหยาบของพื้นผิว
ความเรียบและความหยาบของพื้นผิวจะถูกวิเคราะห์โดยใช้เทคนิคอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความสูงแม้เพียงเล็กน้อย ช่วยให้มั่นใจว่าได้รับแสงสม่ำเสมอและลดการบิดเบือนในระหว่างรูปแบบเวเฟอร์.
ง). ความแม่นยำในการถ่ายโอนรูปแบบ
การวัดที่แม่นยำสูงช่วยให้มั่นใจว่ารูปแบบโฟโตมาสก์จะถ่ายโอนไปยังเวเฟอร์อย่างแม่นยำ ช่วยรักษาความสมบูรณ์ของการออกแบบและลดข้อผิดพลาดในการทำงานให้น้อยที่สุดในชุดเซมิคอนดักเตอร์การผลิตจำนวนมาก.
ระบบและเครื่องมือวัดมาตรวิทยาโฟโตมาสก์หลัก
ระบบมาตรวิทยาโฟโตมาสก์สมัยใหม่ผสานรวมฮาร์ดแวร์ความแม่นยำสูงเข้ากับระบบวิเคราะห์ซอฟต์แวร์อัตโนมัติ เครื่องมือสำคัญบางส่วนประกอบด้วย:
1. ระบบการวัดด้วยแสง
ระบบเหล่านี้ใช้แสงเพื่อประเมินลักษณะพื้นผิวของโฟโตมาสก์ โดยวัดโปรไฟล์พื้นผิว ความหยาบ และขนาดวิกฤต (CD) เพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายโอนรูปแบบระหว่างการพิมพ์ด้วยโฟโตลิโทกราฟีมีความแม่นยำสูง.
2. CD-SEM (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดมิติวิกฤต)
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูงที่วัดความกว้างของเส้นและขนาดคุณลักษณะบนโฟโตมาสก์อย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่ารูปแบบมีความแม่นยำและควบคุมกระบวนการได้ในระดับนาโน.
3. ระบบการวัดภาพทางอากาศ
สิ่งเหล่านี้จำลองสภาวะการรับแสงลิโธกราฟีจริง แสดงให้เห็นว่าแสงมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อผ่านรูปแบบโฟโตมาสก์ ช่วยคาดการณ์ว่ารูปแบบดังกล่าวจะถ่ายโอนไปยังเวเฟอร์อย่างไร.
4. กล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอล
ใช้การสแกนเลเซอร์แบบโฟกัสและเลนส์รูเข็มเพื่อจับภาพสามมิติที่มีรายละเอียด เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ความลึกของภูมิประเทศและความสม่ำเสมอของพื้นผิวของโครงสร้างหน้ากาก.
5. เครื่องมือตรวจสอบแอคทินิก
ทำงานที่ความยาวคลื่นเดียวกันกับที่ใช้ในงานพิมพ์หินด้วยแสง (เช่น EUV) เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องของเฟสหรือข้อผิดพลาดของหน้ากากที่มองไม่เห็นด้วยเครื่องมือแสงที่มองเห็นได้.
ระบบแต่ละระบบจะจัดการคุณลักษณะของโฟโตมาสก์เฉพาะตัว ซึ่งช่วยให้มีระบบนิเวศการวัดที่แข็งแกร่งสำหรับการตรวจสอบรูปแบบ.
VIEW – เครื่องวัดแสงชั้นนำสำหรับ Photomask
ความแม่นยำในการตรวจสอบโฟโตมาสก์ส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตของอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซมิคอนดักเตอร์ความละเอียดสูงและโดเมนไมโครออปติก VIEW Micro-Metrology นำเสนอผลิตภัณฑ์ชั้นนำในอุตสาหกรรม ระบบมาตรวิทยาเชิงแสง สำหรับงานตรวจสอบที่มีปริมาณงานสูง ไม่ต้องสัมผัส และมีความแม่นยำสูง.
ระบบของเราได้รับการออกแบบมาให้บูรณาการเข้ากับสภาพแวดล้อมการผลิตได้อย่างราบรื่น ช่วยให้มั่นใจถึงการตอบรับแบบเรียลไทม์ในสายการผลิตสำหรับการควบคุมคุณภาพของโฟโตมาสก์ ไม่ว่าจะเป็นในโรงงานผลิต IC สายการผลิต MEMS หรือการผลิตอุปกรณ์โฟโตนิกส์.
บทสรุป
โฟโตมาสก์ถือเป็นหัวใจสำคัญของความแม่นยำของการพิมพ์หินด้วยแสง ความสามารถในการกำหนดรูปแบบในระดับไมโครและนาโนได้อย่างแม่นยำ ทำให้โฟโตมาสก์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเทคโนโลยีสมัยใหม่.
เนื่องจากโหนดเซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็กลงและความต้องการความแม่นยำที่สูงขึ้นเพิ่มขึ้น คุณภาพของโฟโตมาสก์และการวัดจึงไม่สามารถต่อรองได้.
คุณอยากจะสำรวจว่าอย่างไร วิวมม สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจสอบและการวัด Photomask ในโรงงานของคุณได้หรือไม่? มาเชื่อมต่อกันเถอะ.