導讀

晶圓邊緣曝光是幫助減少晶圓涂布過程中多余的光刻膠對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，可高效實現(xiàn)WEE系統(tǒng)設計和曝光需求。

晶圓邊緣曝光及處理方法

晶圓曝光和光刻工藝是半導體電子器件制程中尤為重要的一個工藝步驟，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)出的光線經特殊聚焦透鏡通過掩模版，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，晶圓上便會留下所需要的圖形結構，即經典的涂布、曝光、顯影和刻蝕工藝流程。

在光刻膠涂布的過程中，由于離心作用的存在，一部分膠會被推到晶圓的邊緣，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，對晶圓背面造成污染。即使采用十分謹慎的加工過程，仍然無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。一種方法是化學去邊（Chemical EBR），晶圓通過真空吸附在承載臺上并進行旋轉涂膠，用化學去邊溶劑，噴灑少量在正反邊緣處進行沖洗。缺點是去邊時間長、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、預對準系統(tǒng)、光源（有遮光板）、光強計構成，如圖2所示。晶圓真空吸附在承載臺上，先由預對準系統(tǒng)找到曝光起始位置，再由光源經過遮光板形成的光斑照射在晶圓邊緣，通過承載臺的旋轉及系統(tǒng)的計算控制，來實現(xiàn)可控寬度、位置的邊緣曝光。WEE方法的優(yōu)點在于生產效率高、裝置成本低、過程易控制、邊緣輪廓整齊，缺點是因光的散射會導致輪廓存在較大的 slope。

圖2. 邊緣曝光裝置結構示意圖

WEE 工具對于精準的晶圓工藝流程是必須的。當采用正性光刻膠時，WEE 工具主要用于允許邊緣處的絕對最小曝光寬度，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。當采用負性抗蝕劑時，WEE 工具用于提供一種保護或密封晶圓邊緣的方法，以防止污染物到達WEE曝光路徑邊界內的器件。

友思特 WEE 曝光光源系統(tǒng)

WEE 硬件通常由掃描儀、旋轉設備和高性能點光源組成，該光源具有用于晶圓邊緣曝光的光學元件。友思特 ALE/1 和 ALE/3 UV-LED 光源正好適合這些設置：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)在日常運行中的效率：一方面，UV-LED 的使用壽命更長，意味著系統(tǒng)的停機時間更短。另一方面，光源的可更換 LED 模塊可在現(xiàn)場快速輕松地進行維護。

圖3. 使用 ALE/1 光源進行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。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，同時具有顯著的性能優(yōu)勢。使用友思特 UV-LED 成像系統(tǒng)，客戶可以完全控制：單獨配置和控制i、h和g線（中心波長 365、405和436nm 周圍的光譜范圍），或將它們一起使用以獲得最佳性能。曝光過程非常精確，切換時間不到 1ms，并且可以長期保持穩(wěn)定。

圖4. ALE/1、ALE/3光源與汞燈的功率對比

WEE系統(tǒng)設計參數(shù)

邊緣銳度：指強度從0到100%或從100%到0的梯度/邊緣的寬度，單位：mm。實際曝光過程中不存在0%和100%的均勻度，所以實際上邊緣銳度指的是：若均勻性為90%，則其寬度與強度從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。晶圓被固定時不會直線移動，但會上下擺動并產生微小的數(shù)值位移，這是不可避免的，因為晶圓既不能是100%的平面，也不能是100%精確的機械零件。

圖6. 焦距深度示例

曝光強度：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。

設備空間：指設備中需要集成光源的可用空間，以及放置在設備內部的位置和方式

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

圖7. 參數(shù)關系圖示例

參考文獻：

[1] WEE系統(tǒng)的設計與應用,苗濤張軍鄒春太，信息工程

[2]厚膠邊緣去除方法研究，關麗，孫洪君，現(xiàn)代工業(yè)經濟和信息化

[3]邊緣處理對硬掩膜很重要. Laura Peters. 集成電路應用

[4]超大規(guī)模集成電路先進光刻理論與應用. 韋亞一．北京科學出版社

友思特紫外曝光光源方案

ALE/1 UV-LED

友思特 ALE/1 紫外光源，采用先進的無汞設計，結合了汞放電燈的輻射功率和光譜特性，以及 LED 技術的工藝優(yōu)勢，可實現(xiàn)高達 30W 的光輸出?；谀K化的平臺，能在光路中組合多達5個高性能 LED，實現(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，支持多種波長固化模式，可在較高波段進行曝光、高強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，可實現(xiàn)高達 15W 光輸出。具備LED工業(yè)穩(wěn)定性和TCO優(yōu)勢，易于集成到新的和現(xiàn)有設置中，在UV固化和晶圓曝光應用中完美替代200W汞燈。

審核編輯 黃宇