随著(zhe)半導體行業持續突破設計尺寸不斷縮小的極限，極紫外 (EUV) 光刻技術的運用逐漸擴展到大規模生産環境中。對(duì)于 7 納米及更小的高級節點，EUV 光刻技術是一種(zhǒng)能(néng)夠簡化圖案形成(chéng)工藝的支持技術。要在如此精細的尺寸下進(jìn)行可靠制模，超淨的掩模必不可少。

與所有掩模一樣(yàng)，用于 EUV 光刻的掩模依靠掩模光罩盒實現安全存儲，以及保護它們免受光刻圖案形成(chéng)、檢測、清潔和修複的影響。防護光罩盒必須能(néng)夠使用多年，而且不會(huì)造成(chéng)有害的污染或物理損壞。

專爲 193 納米沉浸式光刻而設計的光罩盒無法爲 EUV 掩模提供足夠的保護。EUV 光刻的獨特要求對(duì)光罩盒提出了額外的限制條件和要求，使得 EUV 掩模光罩盒成(chéng)爲一種(zhǒng)具有多個關鍵元件且高度專業化的設備。

本文介紹了爲 EUV 光刻設計光罩盒所面(miàn)臨的内在挑戰， 并提出了解決方案以便讓更多晶圓廠能(néng)夠在其工廠中采用先進(jìn)的光刻節點。

保護EUV掩模

光刻圖案越精細，發(fā)生掩模污染的風險就(jiù)越高。潛在污染源包括外來顆粒和化學(xué)殘留物。掩模塗層比較脆弱，容易損壞。接觸掩模的任何物體都(dōu)可能(néng)造成(chéng)損壞，無論是意料之中的制程部件（例如，晶圓廠裡(lǐ)的機械臂），還(hái)是意外污染物（例如，人的毛發(fā)）。

沉浸式光刻采用薄膜作爲“防塵罩”，以保護掩模在圖案曝光期間免受顆粒污染。薄膜需要是光學(xué)透明的，從 EUV 光刻角度來說，這(zhè)意味著(zhe)它們必須對(duì)波長(cháng)約 13.5 納米的EUV 光譜中的光透明。現有的大多數薄膜材料都(dōu)會(huì)吸收EUV 光，但半導體行業已開(kāi)始采用 EUV 專用薄膜（見圖1）

在薄膜成(chéng)爲 EUV 光刻技術的使用标準之前，EUV 光罩盒需要保護沒(méi)有添加薄膜的掩模。用于 EUV 光刻的 NXE 機台需要采用雙光罩盒配置，包括處于真空條件下的金屬内光罩盒以及與周圍環境接觸的外光罩盒。内光罩盒隻有在處于機台設備内部時(shí)才會(huì)打開(kāi)。

雙光罩盒配置是 EUV 光刻的标準慣例，而且這(zhè)種(zhǒng)光罩盒可以在市場上買到。雖然它們很容易買到，但不能(néng)因此就(jiù)將(jiāng)它們視爲商品。EUV 光罩盒設計（見圖 2）會(huì)不斷改進(jìn)，以滿足性能(néng)和光刻産率的要求。

盡管雙光罩盒配置可以提供保護，但發(fā)生污染的可能(néng)性依然很大。因此，開(kāi)發(fā) EUV 光罩盒時(shí)必須考慮如何降低污染風險。尤其是對(duì)于沒(méi)有添加薄膜的掩模，内光罩盒起(qǐ)著(zhe)主要保護作用，但也是潛在污染物的主要來源。

光罩盒的設計考量包括内外光罩盒的幾何結構及其制作材料。

材料清潔度 

接觸或圍繞掩模的所有表面(miàn)（包括光罩盒的表面(miàn)）都(dōu)必須保持超淨，避免以顆粒或通過(guò)空氣傳播的化學(xué)蒸氣的形式引入有害污染物。 

聚合物放氣會(huì)産生不良化學(xué)污染物，而且它們會(huì)沉積在掩模表面(miàn)。因此，應秉持著(zhe)最大限度減少放氣可能(néng)性的目标來選擇光罩盒材料。内光罩盒由金屬制成(chéng)，不會(huì)發(fā)生釋氣。但是，外光罩盒是采用聚合物制成(chéng)的，正如非 UV 光刻中使用的單掩模光罩盒。

踐行的縮小設計準則使得無污染環境更爲重要，因爲即使很小的污染顆粒也很有可能(néng)導緻圖案轉移錯誤和良率損失。

确保有效的機械保護

在晶圓廠内和工廠之間運輸過(guò)程中，例如通過(guò)空運或陸運從掩模工廠運輸到集成(chéng)器件制造商 (IDM) 時(shí)，光罩盒必須妥善保護其中的掩模。不僅需要保護光罩盒中的掩模，還(hái)需要盡量減少接觸力過(guò)高所引起(qǐ)的機械損傷，這(zhè)兩(liǎng)者之間存在微秒的平衡。如果阻力過(guò)小，掩模將(jiāng)無法承受運輸過(guò)程中出現的機械加速和振動，并將(jiāng)遭到損壞。 

如果接觸片的阻力過(guò)大，將(jiāng)在掩模上造成(chéng)過(guò)多的接觸痕迹。若是掩模邊緣的玻璃被(bèi)刮掉，玻璃顆粒就(jiù)會(huì)成(chéng)爲導緻光刻缺陷的污染物。從顆粒産生的角度來看，接觸力越小越好(hǎo)。

隻要光罩盒能(néng)夠將(jiāng)掩模牢牢固定在原位即可，接觸點越少，光罩盒引起(qǐ)顆粒污染的可能(néng)性就(jiù)越低。接觸點的大小同樣(yàng)很重要。接觸面(miàn)越大，光罩盒關閉時(shí)的接觸應力就(jiù)越小。

光罩盒材料的選擇對(duì)于盡可能(néng)減少接觸痕迹也至關重要。理想的光罩盒材料能(néng)夠抵抗在固定掩模以及打開(kāi)和關閉光罩盒時(shí)的磨損。

淨化光罩盒

需要定期淨化外光罩盒以除去内部的水分，爲掩膜保持幹潔的環境。淨化氣體（極淨的幹燥空氣 (XCD[**]) 或氮氣）通過(guò)進(jìn)氣口進(jìn)入外光罩盒即可進(jìn)行淨化。

雖然淨化期間的大部分氣體交換都(dōu)發(fā)生在外光罩盒中， 但在淨化或 NXE 機台内的真空抽氣和排氣過(guò)程中，确實會(huì)有一些氣體流入和流出内光罩盒。内光罩盒中内置有過(guò)濾器，可用于進(jìn)行氣體分子的交換，并最大限度減少進(jìn)入内光罩盒的顆粒。處于關閉狀态時(shí)，還(hái)需對(duì)内光罩盒進(jìn)行密封，從而幾乎所有氣體交換都(dōu)通過(guò)過(guò)濾器完成(chéng)，而不是任何密封漏洞。

在理想的設計中，過(guò)濾器傳導性（對(duì)氣體流經(jīng)過(guò)濾器的能(néng)力的衡量）應顯著高于密封傳導性，從而進(jìn)入内光罩盒的空氣中至少有 90% 是經(jīng)由過(guò)濾器進(jìn)入的。 

内光罩盒中的過(guò)濾器必須有足夠的滲透性，以允許充足的氣流進(jìn)入，但還(hái)要足夠穩固，以便能(néng)夠承受清潔的力度。爲了實現适當的平衡，必須要謹慎選擇過(guò)濾器材料和幾何結構。 

如果顆粒通過(guò)蓋闆和基闆之間的密封處進(jìn)入掩模，則掩模和基闆之間的間隙尺寸應盡可能(néng)小，以确保顆粒處于掩模外邊緣，而不是轉移到可能(néng)導緻良率損失的活躍區（見圖3）

設備兼容性

大部分光刻制程都(dōu)是自動執行，處理光罩盒的機械臂需始終能(néng)與光罩盒尺寸相匹配。尺寸方面(miàn)幾乎沒(méi)有調整的空間，光罩盒必須與标準機械接口兼容。光罩盒的設計使用壽命爲七到十年，因此新設備需要與現有光罩盒向(xiàng)後(hòu)兼容。

光罩盒的預期使用壽命較長(cháng)，這(zhè)意味著(zhe)它們會(huì)在多年内經(jīng)曆數千次的開(kāi)/關循環。使用抗磨損材料既能(néng)最大限度地減少顆粒污染，又能(néng)延長(cháng)光罩盒的使用壽命。

掩模光罩盒的光學(xué)窗口必須與自動化設備兼容。光刻機中的攝像頭需要能(néng)夠觀察光罩盒内部以便正确檢測掩模情況，這(zhè)對(duì)光罩盒中窗口的反射性和平整度提出了嚴格的要求。

安置薄膜

掩模光罩盒需要能(néng)夠使用多年，因而它們必須滿足當前和未來 EUV 光刻的要求。因此，現今的光罩盒設計人員應該考慮設計兩(liǎng)款光罩盒，一款具有可容納薄膜的空  間，另一款可在不添加薄膜的情況下使用。可通過(guò)添加薄膜袋來修改内光罩盒，但仍要滿足光罩盒的整體尺寸和重量要求。

要設計與薄膜兼容的光罩盒，光罩盒制造商、薄膜供應商和光刻機制造商需要密切協作。自動化設備假定内光罩盒的重量變化範圍很小，這(zhè)意味著(zhe)在爲了制作薄膜袋而去除一部分材料後(hòu)，必須在光罩盒的其他地方添加相近的重量。确定内光罩盒中接觸點和窗口的位置時(shí)，必須考慮薄膜的幾何結構。

薄膜極其易碎。在進(jìn)行光刻操作期間，真空淨化和通風會(huì)導緻内光罩盒中發(fā)生壓力變化。必須將(jiāng)此壓差控制在特定阈值以下，從而過(guò)度偏轉也不會(huì)損壞薄膜。在與薄膜兼容的内光罩盒中正确放置窗口可以提供可見性，這(zhè)樣(yàng)光刻機就(jiù)能(néng)夠檢測薄膜損壞情況。

EUV 設備必須能(néng)夠處理帶有或不帶薄膜的掩模，并能(néng)夠區分這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)掩模之間的區别。如果不小心將(jiāng)帶有薄膜的掩模放入沒(méi)有薄膜袋的光罩盒，將(jiāng)會(huì)對(duì)薄膜造成(chéng)不可挽回的損傷。内光罩盒應包含相應設計功能(néng)，确保 EUV 設備中的攝像頭能(néng)掃描并光學(xué)檢測出光罩盒類型，從而降低錯誤識别光罩盒的風險。

總結

EUV 掩模光罩盒是一種(zhǒng)高度專業化的設備，在 EUV 光刻中起(qǐ)著(zhe)至關重要的作用。在使用、存儲和運輸過(guò)程中，它們必須保護掩模，同時(shí)确保不引入其他污染物或導緻損壞。光罩盒必須與光刻設備兼容，還(hái)要能(néng)夠保持爲掩模提供幹潔的環境。對(duì)于帶有和不帶薄膜的掩模，精确設計的雙光罩盒配置可以實現這(zhè)些目标，從而确保 EUV 光刻技術滿足未來發(fā)展需求。 

來源：電子工程世界