李 霖，周慶奎，宮 晨

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 100176)

接觸接近式光刻設(shè)備主要用于功率電子器件、傳感器、光電子器件、微波電路、MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）及其它新型電子元器件的單、雙面對(duì)準(zhǔn)及曝光工藝，有著較大的市場(chǎng)影響力。各半導(dǎo)體廠商的產(chǎn)品不同，相對(duì)應(yīng)的曝光工藝也有所不同，包括光強(qiáng)、曝光時(shí)間及曝光方式等。

1 曝光方式分類(lèi)

在曝光工藝過(guò)程中，要根據(jù)不同的產(chǎn)品選擇適合的曝光方式。綜合國(guó)內(nèi)外接觸接近式曝光機(jī)的情況，雖然曝光方式的名稱(chēng)略有不同，但其實(shí)際定義的概念基本相同。從目前國(guó)內(nèi)外接觸接近式曝光機(jī)的曝光方式來(lái)看，主要可分為：真空接觸曝光、硬接觸曝光、軟接觸曝光、接近式曝光。

真空接觸曝光：在基片與掩模版完成找平、對(duì)準(zhǔn)后，讓二者接觸，用密封件將二者完全密封形成一個(gè)腔體，并在此密封腔體中通真空負(fù)壓，增大基片與掩模版的接觸力，然后進(jìn)行曝光。此種曝光方式適用于對(duì)曝光線條質(zhì)量要求較高、基片膠層較薄的情況，該方式下基片線條的曝光分辨率通?？蛇_(dá)到0.5～1 μm以下。

硬接觸曝光：在基片與掩模版完成找平、對(duì)準(zhǔn)后，讓二者接觸，在基片底部均勻通入壓縮氣體（例如氮?dú)猓┦够c掩模版更緊密接觸，然后再進(jìn)行曝光。該曝光方式適用于對(duì)基片曝光線條質(zhì)量要求較高的情況，基片線條的曝光分辨率通?？蛇_(dá)到 0.8～1.5 μm。

軟接觸曝光：在基片與掩模版完成找平、對(duì)準(zhǔn)后，讓二者接觸，此時(shí)既不通入真空也不在基片底部通入壓縮氣體，而是直接曝光。該曝光方式基片與掩模版之間的接觸力較小，適用于對(duì)基片曝光線條質(zhì)量要求不高的情況，基片線條的曝光分辨率通?？蛇_(dá)到1～2 μm。

接近式曝光：在基片與掩模版完成找平、對(duì)準(zhǔn)后，讓二者移動(dòng)到已設(shè)定好的間距再進(jìn)行曝光，既曝光時(shí)基片與掩模版之間是有間隙的。該曝光方式適用于基片膠層較厚、對(duì)基片曝光線條質(zhì)量要求較低的情況，基片線條的曝光分辨率根據(jù)曝光間隙的不同也有所區(qū)別。

表1列出了接觸接近式曝光機(jī)中幾種曝光方式通?？蛇_(dá)到的曝光分辨率。

表1 接觸接近式曝光機(jī)曝光方式類(lèi)型

2 曝光方式工藝改進(jìn)實(shí)例

不同用戶所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，不同的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)不同的工藝生產(chǎn)方法，在產(chǎn)品生產(chǎn)的初始階段必須通過(guò)大量的工藝實(shí)驗(yàn)積累，制定出一套適合該產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)流程，并在以后的生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況不斷改進(jìn)優(yōu)化，其中光刻工藝流程中曝光方式的確定及實(shí)施就是工藝流程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，下面將給出一個(gè)生產(chǎn)線中曝光方式工藝改進(jìn)的實(shí)例僅供參考。

我所某型號(hào)曝光機(jī)在某用戶處運(yùn)行正常，并一直通過(guò)真空接觸模式(真空度-0.08 MPa)進(jìn)行基片曝光，基片厚度520 μm。近期需生產(chǎn)新產(chǎn)品，基片厚度為280 μm，在用真空接觸模式(真空度-0.08 MPa)進(jìn)行基片曝光時(shí)產(chǎn)生碎片問(wèn)題，而改用硬接觸模式曝光后圖形線條又不能滿足工藝要求。我所工程技術(shù)人員參考國(guó)內(nèi)外技術(shù)資料討論分析后，一致認(rèn)為真空接觸時(shí)真空度較高并不可調(diào)節(jié)、不能適應(yīng)不同厚度基片的曝光、曝光時(shí)真空腔內(nèi)負(fù)壓力過(guò)大造成了280 μm厚的基片碎片問(wèn)題，因此準(zhǔn)備在降低真空度情況下進(jìn)行280 μm厚度基片的曝光實(shí)驗(yàn)。

在設(shè)備中加裝真空減壓閥，調(diào)低真空復(fù)印時(shí)的真空度（分別調(diào)到 -0.06、-0.04、-0.02 MPa），對(duì)280 μm厚的薄片進(jìn)行真空接觸實(shí)驗(yàn)，3種真空度下各實(shí)驗(yàn)200片，結(jié)果如表2所示。

表2 不同真空度下的碎片率

以上結(jié)果表明，在-0.04 MPa和-0.02 MPa真空度下基片基本無(wú)碎片現(xiàn)象。

將真空度分別調(diào)到-0.04 MPa和-0.02 MPa，對(duì)280 μm厚的薄片進(jìn)行真空接觸曝光工藝實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在這兩種真空度下的曝光分辨率，結(jié)果如表3。

表3 不同真空度下的曝光分辨率

根據(jù)用戶對(duì)曝光線條的工藝要求，曝光分辨率在小于1 μm時(shí)可滿足工藝要求，通過(guò)表3看出既真空度在-0.04 MPa下進(jìn)行的工藝實(shí)驗(yàn)曝光分辨率可滿足用戶工藝使用要求，圖1為-0.04 MPa真空度時(shí)曝光基片的截圖。

圖1 真空度-0.04 MPa時(shí)的曝光基片

圖2 280 μm厚度薄片曝光圖形截圖

在用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中增加電磁閥、真空減壓閥等裝置，更改氣路并修改相應(yīng)控制程序，使設(shè)備具備高、低真空接觸切換功能，即針對(duì)厚片、薄片可選擇不同的真空壓力。改進(jìn)完成后，經(jīng)過(guò)13批次300多片厚度為280 μm的薄片低真空接觸曝光工藝考核，未發(fā)生碎片現(xiàn)象，曝光圖形線條滿足用戶工藝要求。圖2為厚度280 μm薄片曝光圖形的截圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

介紹了接觸接近式曝光機(jī)中曝光方式的分類(lèi)，簡(jiǎn)要分析了各曝光方式的適用場(chǎng)合，給出了一個(gè)在生產(chǎn)線上通過(guò)改進(jìn)曝光方式實(shí)現(xiàn)曝光工藝的實(shí)例。工程技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的了解和學(xué)習(xí)，將半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝知識(shí)融入到半導(dǎo)體設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)中，只有這樣才能制造出滿足不同產(chǎn)品生產(chǎn)工藝需求的半導(dǎo)體設(shè)備。

[1] 韓鄭生等譯，半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009年

[2] 周慶奎，劉玄博，李霖.掩膜光刻機(jī)中找平控制研究.電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備[J]，2010（11）：20-23.