掩膜版是什么？—— 芯片的“精密底片”

您可以形象地将掩膜版理解为制造芯片时使用的 “底片” 或 “模具”。

核心功能：在光刻工艺中，掩膜版上承载着预先设计好的集成电路图形。强光（如紫外光）透过掩膜版，其图形通过光学系统被精确缩小并投影到涂有光刻胶的硅片上，从而使硅片上的光刻胶发生化学反应。经过后续的显影、刻蚀、离子注入等工艺，最终将图形转移到硅片上，形成复杂的电路结构。

应用领域：主要用于半导体芯片制造、平板显示器（FPD）、微机电系统（MEMS）、触摸屏等高端精密制造领域。

类型区分：

掩膜版（Mask）：通常指用于较低世代产线（如IC后道、FPD等）的版本，图形通常为1:1转印。

光罩（Reticle）：特指用于先进集成电路（IC）制造的掩膜版，其图形通常为4:1或5:1的缩小倍率。客户咨询的“石英掩膜板”通常指的就是这种高端的光罩。

二、 为什么是石英？—— 材料的核心优势

掩膜版的基板材料主要有苏打玻璃、硼硅玻璃和合成石英。而石英无疑是制造高端掩膜版，尤其是用于DUV（深紫外）光刻工艺的唯一选择。原因如下：

极高的光学均匀性和透光率：

石英玻璃在深紫外波段（如KrF准分子激光的248nm和ArF的193nm） 具有极高的透光率（>99%），能确保光能量高效通过，减少曝光时间，提高产率。

普通玻璃在这些波段会强烈吸光而无法使用。

极低的热膨胀系数（CTE）：

半导体光刻机在曝光时会产生热量，如果基板材料热胀冷缩效应明显，会导致图形位置发生微小的漂移，造成 overlay（套刻精度）误差。

合成石英具有近乎为零的极低热膨胀系数（约 5.5 x 10⁻⁷ /°C），能确保在工艺温度波动下保持极高的尺寸稳定性，这是保证纳米级制程精度的关键。

优异的表面质量和硬度：

石英基板表面极其光滑，缺陷（如针孔、划痕）极少，可以减少光散射，保证图形 fidelity（保真度）。

石英材料硬度高，更耐磨、耐刮擦，在清洗和日常使用中寿命更长。

高纯度与化学稳定性：

高纯度确保了材料不会在强光照射下析出杂质污染光刻机镜头或掩膜版自身。

对清洗用的化学品（如酸、碱）有很好的抗腐蚀性，可经受数百次清洗而不退化。

三、 掩膜版材料（石英）应具备的基本要求

当客户咨询时，他们最关心的就是材料的质量指标，因为这直接关系到最终芯片的良率和性能。以下是石英掩膜板材料必须满足的严苛要求：

高紫外透射率（Transmittance）

要求：在特定光刻波长下（如193nm或248nm），必须有极高且均匀的透光率。通常要求 > 99%。任何不均匀或过低都会导致曝光能量不均，形成缺陷。

极低的热膨胀系数（CTE）

要求：如前所述，必须极低（~0.5 ppb/°C 级别）且均匀。这是评估石英基板材质的核心指标之一。

极高的表面平整度（Surface Flatness）

要求：整个表面的平整度误差需在几十纳米（nm）甚至几纳米以内。通常用 TTV（总厚度变化）和 LTV（局部厚度变化）来衡量。不平整会导致聚焦不一致和图形失真。

极低的缺陷密度（Low Defect Density）

要求：基板内部和表面必须无气泡、无夹杂物、无划痕、无坑点。即使是几十纳米的微小缺陷，在光刻时也会被复制到晶圆上，造成电路短路或开路。洁净度是生命线。

优异的内部质量（Internal Quality）

要求：包括低应力双折射（Stress Birefringence） 和高均匀性（Homogeneity）。

应力双折射：内部应力会导致光通过时产生相位差，改变光偏振状态，影响成像质量。必须控制在极低水平（< 1 nm/cm）。

均匀性：材料的折射率在整个基板上必须高度一致，任何微小的变化都会导致光程差，造成图形放置误差。

良好的化学机械性能（Chemical and Mechanical Performance）

要求：必须具备高硬度、高抗磨性以承受多次清洗和搬运，同时要对SEMI标准的光掩膜清洗化学品具有完全的惰性。