欧美无码 光刻掩膜版筹划与加工指南
（温晓镭 xiaolwen@ustc.edu.cn 欧美无码 2018.11）
1. 概括
光刻掩膜版（又称光罩，英文为Mask/Reticle），简称掩膜版，是微纳加工时期常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息革新到居品基片上。
图1 掩膜版涌现图
待加工的掩膜版由玻璃/石英基片、铬层和光刻胶层组成。其图形结构可通过制版工艺加工得回，常用加工开拓为直写式光刻开拓，如激光直写光刻机、电子束光刻机等。
掩膜版行使终点时时，在波及光刻工艺的范畴都需要使用掩膜版，如IC（Integrated Circuit，集成电路）、FPD（Flat Panel Display，平板炫夸器）、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统）等。在我中心的紫外光刻机、步进式光刻机等光刻开拓上都需要使用掩膜版。
2. 制版工艺简介
当今我中心可提供2.5英寸和5英寸两种规格的掩膜版加工。制版开拓为无掩模光刻机（Maskless lithography，ATD1500），这是一种基于空间光调制器扫描时期的直写光刻开拓，曝光波长405nm，可加工图形结构最小线宽为0.9um。扫描速率30-420mm2/min，加工时长与图形区域总面积成正比。
图2 2.5”（左）和5”（右）掩膜版
图3 无掩模光刻机（左），空间光调制器结构涌现图（中）和典型的制版效果（右）
我中心的掩模制版工艺过程能够为：
1） 绘制生成开拓不错识别的掩膜版疆土文献（GDS时势）
2） 使用无掩模光刻机读取疆土文献，对带胶的空缺掩膜版进行非构兵式曝光（曝光波长405nm），照耀掩膜版上所需图形区域，使该区域的光刻胶（经常为正胶）发生光化学响应
3） 经过显影、定影后，曝光区域的光刻胶溶目田落，暴线路底下的铬层
4） 使用铬刻蚀液进行湿法刻蚀，将暴线路的铬层刻蚀掉形成透光区域，而受光刻胶保护的铬层不会被刻蚀，形成不透光区域。这么便在掩膜版上形成透光率不同的平面图形结构。
5） 在有必要的情况下，使用湿法或干法形式去除掩膜版上的光刻胶层，并对掩膜版进行清洗。
图4 掩膜制版工艺经由图
其中掩膜疆土形数据由用户自行筹划并提交，后续加工工艺由工程师完成。由于图形数据准备是掩膜版加工中的关节要领，条件用户对所提交的疆土文献仔细查对，确保图形正确性。以下将对用户较为缓和的疆土绘制问题作出具体讲解。
3. 疆土绘制讲解
3.1 文献时势
当今仅罗致GDS时势文献（后缀名.gds）。其它时势的文献请自行治疗成GDS时势。文献名请用全英文定名。
3.2 绘制软件
入门者保举使用Klayout软件绘制疆土，该软件省略易学，可径直生成GDS时势文献，开拓读取出错率低，况兼为免费开源软件。本文中波及例如及具体操作要领的内容，均以Klayout软件为例。
使用L-edit软件制图的，可在绘制完成后通过“export”导出为GDS文献。
使用AutoCAD软件制图的，可在绘制完成后通过LinkCAD软件将.dwg文献治疗为.gds文献；或者在绘制完成后保存为.dxf时势文献，再用Klayout开放，查验无误后再另存为.gds文献。（CAD图纸转为.gds时势的出错率较高，不保举）
3.3 图层
掩膜制版以图层（layer）为单元。一个疆土文献中不错绘制多个图层，但一块掩膜版只可对应其中某一个图层上的图形，无法将多个图层同期曝光在一块掩膜版上，也无法将单一图层割裂、只曝光其中部分图形结构（i.e.我中心的开拓不错遴荐曝光哪个layer，但不可遴荐曝光哪个cell）。
若是需要制作多个掩膜版，况兼其图形之间存在套刻关系，提出将各掩膜版上的图形绘制在合并疆土文献的不同图层上，并筹划合伙大小的边框。各层图形的位置需字据套刻关系严格对应，并树立相应的套刻标记，以简便制版之后的光刻操作。
图5 具有多个图层的疆土文献（各图层的位置对应关系明确）
3.4 极性
疆土的极性分为正图（Non-Inverted）和反图（Inverted）。正图指polygons=glass，即图纸中实体图形区域（暗影区域）对应掩膜版铬层被镂空的透光区域。反图指polygons=Cr，即暗影图形区域对应掩膜版铬层不透光区域。默许情况下觉得用户发送的图纸为正图，如需调动极性请与工程师同样阐明。
图6 正图GDS图纸（左）与其在AZ MIR703正型光刻胶上的曝光效果（右）
3.5 对称性
疆土文献中的图形默许为掩膜版铬面进取所呈现的图形。掩膜版制好后，通过紫外光刻将图形革新到样品名义时，图形将会作水平镜像翻转。
图7 制疆土纸（左），掩膜版铬面进取图形（中）和光刻曝光居品（右）对比
3.6 尺寸条件
疆土总尺寸需至少比掩膜版尺寸小10mm以上，例如：关于5寸掩膜版，版的边长为127mm*127mm，故曝光图形区域应小于117mm*117mm。关于胶边较差的样品，应视情况进一步削弱疆土尺寸。
3.7 图形对中
关于表率尺寸（2，2.5，4，5和6英寸）方形掩膜版，无掩模光刻机制版时默许会进行自动寻边，并将疆土文献所绘制的图形中心（防御：不是GDS文献的坐标中心！）与掩膜版块色中心对都，从而终了图形在掩膜版上的对中及角度调平。若有独特对都条件，请自行修改疆土，或与工程师同样阐明。
关于非表率尺寸的掩膜版终点它样品，当今莫得自动对中功能，仅可依靠目测使图形能够落于掩膜版中间区域，不可保证高精度的对中庸角度调平。
图8 未能正确对中及角度调平的掩膜版
4. 常见绘制乖谬和搞定设施
4.1 无填充
图形仅有无宽度的线条，莫得填充成实体。常见于从CAD文献治疗不妥导致。开拓无法识别这种线条，也不可进行正确曝光。
搞定设施：请将图形结构正确填充。
图9 典型的无填充案例：（左）乖谬，（右）正确
4.2 图形不阻滞
图形不是阻滞图形，由开放性线段组成，不可填充成实体。常见于从CAD文献治疗不妥导致。
搞定设施：请在源文献中防御节点的拾取，绘制阻滞图形并正确填充。
图10 典型的图形不阻滞案例：（左）乖谬，（右）正确
4.3 有过剩线段
在阻滞图形相近有过剩的开放性线段，并导致图形不可填充成实体。常见于从CAD文献治疗不妥导致。
搞定设施：请在源文献中将过剩线段删除或正确拾取端点，并正确填充。
图11 典型的有过剩线段的乖谬案例
4.4 字符无宽度
图形中的字符莫得宽度，不是填充的实体图形。开拓无法识别这种字符，也不可进行正确曝光。
搞定设施：请选中该翰墨单元，“Edit”-“Selection”-“Convert to PCell”治疗成有宽度的实体结构
图12 典型的字符无宽度案例：（左）乖谬，（右）正确
苍井空A级在线观看网站4.5 图形合并乖谬
两图形合并时由于旯旮未都备重合或未实施merge操作导致图形中间不必要的疏忽或重复。
搞定设施：请放大后仔细查对两图形之间是否存在不必要的疏忽，删除不必要的重复图形，或将重复图形作念“merge”操作（注：merge操作会增多文献数据量，可视情况决定是否进行该操作）。
图13 典型的图形合并案例：（左1-左3）乖谬，（右）正确
4.6 荫藏图层
绘制过程处理不妥导致的荫藏层or荫藏图形残留。常见于L-edit软件绘制的疆土。有的荫藏图层在Klayout、L-edit等软件的视窗中看不到，但在我中心制版开拓自带的EVT viewer软件中不错看到，也会在曝光效果中呈现。这种荫藏图层遁藏性较强，若不可实时发现，有可能导致通盘居品报废，形成东谈主力物力的粉碎，因此需特别防御。
搞定设施：我中心工程师在制版前会使用EVT viewer能够查验疆土，但不可保证找出整个乖谬。提出以防御为主：用户在绘制疆土时尽量不要通过增删修改旧文献的形式来绘制新文献，防护旧文献残留的图形结构或层级关系形成不良影响；无谓的cell应实时删除；未必cell list庞杂也会导致出现荫藏图层，可将含有子cell的表层cell作念flatten处理，以幸免乖谬。但防御flatten操作会去除cell的品级性，导致文献数据量变大，应视情况决定是否进行该操作。
图14 典型的荫藏图层案例：（左）乖谬，（右）正确
4.7 曲线不圆滑
曲线结构不圆滑，呈锯齿状或折线状。多见于L-edit软件绘制的疆土中。这是由于GDS时势仅复旧square-ended wires，在图形结构小于grid尺寸时，圆曲线或斜线将被截成矩形/锯齿形。
搞定设施：若使用L-edit软件，请查验文献转制过程中的干系参数树立；若使用Klayout软件，请防御矩形圆弧化（“Round Corners”）时的点数树立——点数不宜过少（会导致曲线不圆滑），也不宜过多（会导致文献占用内存过大、曝光出错）；也可使用“Convent to PCell”号令将矩形径直治疗成圆形，此形式不会引起文献数据量变大的问题。
图15 典型的曲线不圆滑案例：（左）乖谬，（右）正确
4.8 圆形图案曝光出错
含圆形图案的疆土文献曝光时出错。关于由多边形/矩形转制（“Round Corners”）而成的圆，开拓有一定几率发生曝光乖谬，导致制版失败。另外，密集圆阵列的文献数据量远进取时时图形，往往容易导致开拓电脑死机、曝光出错。
搞定设施：提出使用“Convert to PCell”功能生成圆形终点它圆弧形结构。同期尽量幸免疆土中含有大面积的密集圆阵列结构（一个疆土文献内圆形结构的数目提出不进取10000个）。
4.9 文献数据量过大
疆土文献数据量过大，占用内存超出开拓电脑允许边界，易导致曝光出错。一般提出文献大小不进取50MB。
搞定设施：（若何幸免文献数据量过大）
1) 减少或不使用“Make Array”、“Round Corners”等号令，而用Cell干系功能代替，如用“Instance”中的“Array Instance”建设阵列，用“Convert to PCell”-“Basic Circle”画圆
2) 尽量幸免疆土中含有大面积的密集圆阵列结构。
3) 不要使用增删修改旧文献的设施来绘制新文献，无谓的cell实时删除。
4.10 用Instance号令作念阵列时，单元尺寸大于周期
这是一种极为遁藏的绘制乖谬，工程师使用Klayout及EVT软件复查时都无法发现，但曝光效果却会呈现出缺图、叠图等问题，这是由于单元结构相互障翳导致的。因此，使用“Instance”中的“Array Instance”建设阵列时，请确保当作单元的cell尺寸小于所树立的周期尺寸。
5. Final notes
- Klayout官网地址：
- Klayout陋劣教程：
- 若何绘制出“正确”的疆土：
ü 请崇敬阅读本文，仔细查验你的疆土文献，有必要的话可请有教会的同学/本分襄理查验，以确保制版效果与你的预期一致。
ü 尽可能了解样品好意思满加工经由和工艺需求，并在疆土筹划中正确呈现（例如：套刻标记的收用和放弃）。
ü 关于多层/复杂疆土筹划，表率化的标注和称呼界说可匡助你有用不断和修改文献，减少出错概率。
- 好的疆土筹划和掩模板制作是微纳加工的精粹着手，祝您得手！
6. Q&A
如有疑问，可通过以下渠谈得回匡助：
1）推敲工程师 xiaolwen@ustc.edu.cn
2）推敲中心邮箱 nanofab@ustc.edu.cn
3）求援中心QQ群 327311092
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