【光刻】掩模保护膜 Mask Pellicle

　　掩模保护膜是蒙贴在铝合金框架上的一层透明薄膜，防止灰尘掉落在掩模有图形的一侧。有了这个薄膜的保护，灰尘颗粒只能掉落在掩模版玻璃的一侧或保护膜上。由于玻璃基板的厚度和保护膜距离基板的距离相近，均为6mm左右，所以这些吸附在掩模上的颗粒距离掩模图形面（Cr面）的距离都在6mm左右。现代投影式光刻机的聚焦深度（DOF）最多也就是在1~2um，这远小于6mm。因此，在曝光时，这些附着在玻璃和保护膜上的颗粒，只能在晶圆表面形成一个非常模糊的像，对局部的光强产生的干扰很小。只有当这些颗粒的尺寸大到一定程度时，其在晶圆上产生的阴影才可能在光刻胶上留下图形。图1是吸附在Cr图形上的颗粒与吸附在保护膜上的颗粒成像的对比示意图[1]。

图1 在Cr图形上的颗粒与吸附在保护膜上的颗粒成像对比示意图

　 　理论计算表明，只要这些颗粒和模版上Cr图形之间的距离（即掩模的厚度或保护膜的高度）大于t，它们对局部光强的影响就不会超过10%。t定义为：t=4Md/NA

　 　式中，M是光刻系统成像的倍数，对于现代光刻机M=4；d是颗粒的直径。前面已经介绍了t 6mm，假设光刻机的数值孔径NA=0.5，据此，我们可以估算出掩模上所允许的最大的颗粒尺寸，d 0.18mm。

　 　G-线和Ⅰ-线掩模版所使用的保护膜是高分子量的硝化纤维树脂（high-molecular-weight nitrocellulose polymers）。硝化纤维树脂薄膜的制备工艺如下：首先把硝化纤维树脂的溶液旋涂在平整的玻璃表面；在适当的温度烘干后，把薄膜从玻璃表面揭下。最后把薄膜切割成所需要的尺寸。但是，硝化纤维树脂在DUV波段有较高的吸收系数，因此不能用于248nm。和193nm波长。248nm和193nm保护膜的材质一般是含F的树脂（amorphous fluoropolymers），例如，聚四氟乙烯（teflon）。保护膜的厚度一般在1um左右，可以针对不同的波长做进一步优化。对保护膜材质的要求除了必须具有很高的透明度外，在光照下还不能释放对掩模有害的气体成分。新型保护膜材料还在不断研发中，研发的方向就是含F的聚合物[2]。

参考文献：

[1] 韦亚一，超大规模集成电路先进光刻理论与应用，科学出版社，2016，227-228

[2] French R H, Tran H V. 浸没式光刻：掩膜和晶圆级材料. Annual Review of Materials Research [J], 2009, 39(1):93-126