導(dǎo)讀

晶圓邊緣曝光是幫助減少晶圓涂布過(guò)程中多余的光刻膠對(duì)電子器件影響的重要步驟。友思特 ALE/1 和 ALE/3 UV-LED 高性能點(diǎn)光源，作為唯一可用于寬帶晶圓邊緣曝光的 i、h 和 g 線的 LED 解決方案，可高效實(shí)現(xiàn)WEE系統(tǒng)設(shè)計(jì)和曝光需求。

晶圓邊緣曝光及處理方法

晶圓曝光和光刻工藝是半導(dǎo)體電子器件制程中尤為重要的一個(gè)工藝步驟，影響了最終電子元器件的良品率和精確度。晶圓曝光的原理類似于“洗照片”，是將對(duì)光敏感的光刻膠均勻涂敷在硅片上，利用紫外光源發(fā)出的光線經(jīng)特殊聚焦透鏡通過(guò)掩模版，聚焦到晶圓表面，光刻膠遇光固化，在晶圓表面形成和掩模版一致的像，再去除掉多余的膠體，晶圓上便會(huì)留下所需要的圖形結(jié)構(gòu)，即經(jīng)典的涂布、曝光、顯影和刻蝕工藝流程。

在光刻膠涂布的過(guò)程中，由于離心作用的存在，一部分膠會(huì)被推到晶圓的邊緣，形成較厚的邊緣，這部分膠容易從旁晶圓邊緣剝落，影響晶圓表面和內(nèi)部的圖形，造成顆粒污染。在表面張力的作用下，少量的膠甚至可能沿著邊緣流到晶圓背面，對(duì)晶圓背面造成污染。即使采用十分謹(jǐn)慎的加工過(guò)程，仍然無(wú)法避免晶圓邊緣的光刻膠堆積，如圖1所示。

圖1. 多余的膠在晶圓邊緣堆積/流到晶圓背面

為了去除邊緣堆積的光刻膠，需要使用到晶圓邊緣處理流程。一種方法是化學(xué)去邊（Chemical EBR），晶圓通過(guò)真空吸附在承載臺(tái)上并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膠，用化學(xué)去邊溶劑，噴灑少量在正反邊緣處進(jìn)行沖洗。缺點(diǎn)是去邊時(shí)間長(zhǎng)、溶劑耗材成本高、有殘留區(qū)域很難洗干凈，去除區(qū)域的輪廓不平滑齊整。

另一種方法為即硅片邊緣曝光（Wafer Edge Exposure,WEE）。邊緣曝光單元主要由晶圓承載臺(tái)、預(yù)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)、光源（有遮光板）、光強(qiáng)計(jì)構(gòu)成，如圖2所示。晶圓真空吸附在承載臺(tái)上，先由預(yù)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)找到曝光起始位置，再由光源經(jīng)過(guò)遮光板形成的光斑照射在晶圓邊緣，通過(guò)承載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)及系統(tǒng)的計(jì)算控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)可控寬度、位置的邊緣曝光。WEE方法的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)效率高、裝置成本低、過(guò)程易控制、邊緣輪廓整齊，缺點(diǎn)是因光的散射會(huì)導(dǎo)致輪廓存在較大的 slope。

圖2. 邊緣曝光裝置結(jié)構(gòu)示意圖

WEE 工具對(duì)于精準(zhǔn)的晶圓工藝流程是必須的。當(dāng)采用正性光刻膠時(shí)，WEE 工具主要用于允許邊緣處的絕對(duì)最小曝光寬度，以最大限度地減少邊緣處的良率損失。WEE 不僅可以提高產(chǎn)量，還可以最大限度地減少電鍍接觸區(qū)域的貴金屬的浪費(fèi)。當(dāng)采用負(fù)性抗蝕劑時(shí)，WEE 工具用于提供一種保護(hù)或密封晶圓邊緣的方法，以防止污染物到達(dá)WEE曝光路徑邊界內(nèi)的器件。

友思特 WEE 曝光光源系統(tǒng)

WEE 硬件通常由掃描儀、旋轉(zhuǎn)設(shè)備和高性能點(diǎn)光源組成，該光源具有用于晶圓邊緣曝光的光學(xué)元件。友思特 ALE/1 和 ALE/3 UV-LED 光源正好適合這些設(shè)置：它們是唯一可用于寬帶晶圓邊緣曝光的 i、h 和 g 線的 LED 解決方案。

環(huán)保型 UV-LED 光源 ALE/1 和 ALE/3 可以精確控制，以確保最佳曝光效果。此外，它們還提高了系統(tǒng)在日常運(yùn)行中的效率：一方面，UV-LED 的使用壽命更長(zhǎng)，意味著系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間更短。另一方面，光源的可更換 LED 模塊可在現(xiàn)場(chǎng)快速輕松地進(jìn)行維護(hù)。

圖3. 使用 ALE/1 光源進(jìn)行WEE工藝

友思特 UV-LED 光源具有與汞蒸氣燈非常相似的光譜功率，特別適合在現(xiàn)有的 WEE 工藝中替代傳統(tǒng)汞燈技術(shù)。寬帶 UV-LED 光源和解決方案與傳統(tǒng)汞蒸氣燈的比較顯示出出色的光譜一致性，同時(shí)具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。使用友思特 UV-LED 成像系統(tǒng)，客戶可以完全控制：?jiǎn)为?dú)配置和控制i、h和g線（中心波長(zhǎng) 365、405和436nm 周圍的光譜范圍），或?qū)⑺鼈円黄鹗褂靡垣@得最佳性能。曝光過(guò)程非常精確，切換時(shí)間不到 1ms，并且可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。

圖4. ALE/1、ALE/3光源與汞燈的功率對(duì)比

WEE系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

邊緣銳度：指強(qiáng)度從0到100%或從100%到0的梯度/邊緣的寬度，單位：mm。實(shí)際曝光過(guò)程中不存在0%和100%的均勻度，所以實(shí)際上邊緣銳度指的是：若均勻性為90%，則其寬度與強(qiáng)度從0到100%的邊緣寬度相似。如圖5所示，邊緣銳度大約是 5mm。

圖5. 邊緣銳度與均勻性示例

均勻性：從中心到邊緣不同位置的曝光強(qiáng)度的差異，單位：%。

曝光面積：曝光晶圓邊緣的寬度以及單次曝光的面積大小，單位：mm*mm。

焦距深度：單位：mm。晶圓被固定時(shí)不會(huì)直線移動(dòng)，但會(huì)上下擺動(dòng)并產(chǎn)生微小的數(shù)值位移，這是不可避免的，因?yàn)榫A既不能是100%的平面，也不能是100%精確的機(jī)械零件。

圖6. 焦距深度示例

曝光強(qiáng)度：被曝光區(qū)域上的曝光功率與曝光面的比值，單位：mW/cm2 或W/cm2。

設(shè)備空間：指設(shè)備中需要集成光源的可用空間，以及放置在設(shè)備內(nèi)部的位置和方式

以上這些參數(shù)并非獨(dú)立的性質(zhì)，而是互相影響著最終的曝光結(jié)果，其關(guān)系如圖7所示。

圖7. 參數(shù)關(guān)系圖示例

參考文獻(xiàn)：

[1] WEE系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,苗濤張軍鄒春太，信息工程

[2]厚膠邊緣去除方法研究，關(guān)麗，孫洪君，現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化

[3]邊緣處理對(duì)硬掩膜很重要. Laura Peters. 集成電路應(yīng)用

[4]超大規(guī)模集成電路先進(jìn)光刻理論與應(yīng)用. 韋亞一．北京科學(xué)出版社

友思特紫外曝光光源方案

ALE/1 UV-LED

友思特 ALE/1 紫外光源，采用先進(jìn)的無(wú)汞設(shè)計(jì)，結(jié)合了汞放電燈的輻射功率和光譜特性，以及 LED 技術(shù)的工藝優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 30W 的光輸出。基于模塊化的平臺(tái)，能在光路中組合多達(dá)5個(gè)高性能 LED，實(shí)現(xiàn)光譜組成的高度靈活性和定制化。

ALE/3 UV-LED

友思特 ALE/3 紫外光源，支持多種波長(zhǎng)固化模式，可在較高波段進(jìn)行曝光、高強(qiáng)度較低波段完成固化，形成完全固化的粘合層和完美的表面，可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 15W 光輸出。具備LED工業(yè)穩(wěn)定性和TCO優(yōu)勢(shì)，易于集成到新的和現(xiàn)有設(shè)置中，在UV固化和晶圓曝光應(yīng)用中完美替代200W汞燈。

審核編輯 黃宇