芯片制造离不开光刻工艺，而光掩模就是光刻工序里的“芯片底片”。光刻机借助光掩模，把设计好的电路图案复刻到晶圆上，最终制成芯片。光掩模的表面光滑度与平整度，直接决定光的散射程度和图形边缘的精度，进而影响芯片电路图案的传递精度。正因如此，抛光成了光掩模生产必不可少的核心工序。

目前抛光技术在光掩模制造中主要有两大应用：一是针对掩模玻璃基底的抛光，二是镀膜后相移层的修复抛光。不过，和我们日常接触的玻璃、镜片抛光完全不同，光掩模抛光属于半导体级超精密加工，精度要求远超普通玻璃。本文我们就一起了解一下抛光技术在光掩模制造中的应用~

一、玻璃基板的抛光

光掩模玻璃基板（来源：神光光学）

生活里的钢化玻璃、镜头玻璃、显示屏玻璃，抛光目的很简单，只要去掉表面划痕、毛刺，粗糙度达到微米级甚至亚微米级即可，但光掩模玻璃基板的抛光，抛光容错率几乎为零，难点集中在：

（1）平整度要求极高：掩模表面一点点微小凹凸，经过光刻机光线投射放大后，都会让硅片上的电路图案变形，直接造成芯片报废；目前，光掩模用玻璃基板主要有苏打基板与石英基板，两者对于抛光的要求有所区别。其中，苏打基板主要用于中低端掩膜，对表面精度、粗糙度、平整度的要求相对宽松，主要满足大尺寸、大面积的均匀性要求。而石英基板主要用于半导体先进制程高精度光刻，需达到纳米级的平整度（如≤1μm，高端要求≤0.1μm）和极低的表面粗糙度（Ra≤1nm，高端要求≤0.2nm）。

（2）玻璃内部不能有损伤：玻璃脆性较大，普通机械抛光会划伤玻璃内层、残留应力，芯片生产时光照、温度变化会让掩模轻微变形，影响光刻精度；

（3）洁净度硬性要求高：抛光不能残留细小颗粒、杂质，否则后续镀膜会产生瑕疵，整枚掩模直接报废。

为满足光掩模用玻璃基板抛光的严苛要求，行业内通常采用化学机械抛光（CMP）技术进行加工。该工艺是先通过化学药剂（如H₂O₂）软化玻璃表层，再用超细软磨料（常用CeO₂）轻轻剥离软化层，并去除高点，属于“化学软化+轻微机械打磨”结合的方式，解决传统局部平坦化技术无法解决的全局平坦化难题，同时避免了纯机械抛光造成的严重表面损伤（如微裂纹）和纯化学抛光易造成的抛光不均问题，能够达到极高的表面光洁度，实现无损伤或低损伤的原子级/纳米级去除，且杂质残留极少，完美适配后续镀膜、制版工序。

CMP抛光原理

二、光掩模的修复抛光

光掩模是芯片光刻的“图形母版”，核心作用是依托基板表层薄膜，划分透光、不透光区域，复刻精准电路图案，不同制程掩模镀膜方案有所区别。

目前光刻工艺中最基础、使用最广泛的二元掩膜，通常会在抛光完成的玻璃基板表面镀一层超薄铬膜，作为遮光不透光层，配合裸玻璃透光区域，形成基础电路图案。而伴随芯片制程不断缩小，掩模电路尺寸愈发接近光刻机光源波长极限，光在图形边缘发生的衍射现象，会导致相邻图形的衍射光相互叠加，造成投影图像模糊、对比度下降，此时，单纯的二元掩模已无法满足先进制程光刻工艺的要求。因此，在先进的深紫外（DUV）光刻（如193nm）及更先进制程中，通常会采用相移掩膜，即在玻璃基板上镀上特定的多组交替堆叠的相移薄膜（如Mo/Si等），通过改变透射光的相位，让不需要的衍射光发生相消干涉，从而压缩光强分布，使图像边缘更锐利，有效突破光学衍射极限。

相移掩膜结构（来源：网络）

但无论是二元掩膜，还是相移掩膜，真空镀膜生长过程中，都会不可避免产生工艺瑕疵，比如薄膜局部生长不均带来的膜厚偏差、腔体微粉尘附着形成的表面颗粒、薄膜应力堆积形成局部的凸起缺陷等。对于二元掩膜来说，如果铬遮光膜表面粗糙不平，光线经过图形边缘时会发生散射，引发光学邻近效应，直接造成光刻图形边缘失真，拉低光刻成像分辨率，同时无法精准把控电路关键尺寸，芯片电路精度不达标；而对于相移掩膜来说，缺陷会导致相位偏差，削弱光刻成像对比度与分辨率，同样破坏精微电路成像效果。因此，镀膜后的光掩模往往也需要进行抛光修复。

不过，为避免薄膜透光率、相位参数的改变而破坏掩模预设电路光学设计，在光掩模薄膜的修复抛光中，往往不再使用CMP技术进行全域抛光，而是采用离子束抛光技术进行修复，即在真空环境中，将惰性气体（如氩气）电离成离子，经电场加速聚焦成高能离子束，轰击工件表面，使得工件表面的原子被逐层溅射去除。由于该过程无机械接触，不产生机械应力和接触摩擦，不引入微裂纹或划痕，能完美避免亚表面损伤和边缘效应，实现定点打磨薄膜凸起瑕疵点，修复镀膜微观瑕疵的同时，保留薄膜原有厚度与光学性能。

离子束抛光原理

小结

无论是针对玻璃基底的化学机械抛光，还是针对薄膜缺陷的离子束修复，都直接关系到芯片光刻工艺的成败。前者决定了芯片电路能否被精准定位与转印；后者则修复了图形上的微瑕，保障了光刻成像的清晰度与锐利度。这两道精密的“打磨”工序，共同确保了电路图形从设计蓝图到晶圆实物间的完美传递，是现代芯片能够持续突破物理极限、实现更高集成度与性能的核心保障。

粉体圈Corange整理