接触接近式曝光机曝光方式浅析及实例

李 霖，周庆奎，宫 晨

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 100176)

接触接近式光刻设备主要用于功率电子器件、传感器、光电子器件、微波电路、MEMS（微电子机械系统）及其它新型电子元器件的单、双面对准及曝光工艺，有着较大的市场影响力。各半导体厂商的产品不同，相对应的曝光工艺也有所不同，包括光强、曝光时间及曝光方式等。

1 曝光方式分类

在曝光工艺过程中，要根据不同的产品选择适合的曝光方式。综合国内外接触接近式曝光机的情况，虽然曝光方式的名称略有不同，但其实际定义的概念基本相同。从目前国内外接触接近式曝光机的曝光方式来看，主要可分为：真空接触曝光、硬接触曝光、软接触曝光、接近式曝光。

真空接触曝光：在基片与掩模版完成找平、对准后，让二者接触，用密封件将二者完全密封形成一个腔体，并在此密封腔体中通真空负压，增大基片与掩模版的接触力，然后进行曝光。此种曝光方式适用于对曝光线条质量要求较高、基片胶层较薄的情况，该方式下基片线条的曝光分辨率通常可达到0.5～1 μm以下。

硬接触曝光：在基片与掩模版完成找平、对准后，让二者接触，在基片底部均匀通入压缩气体（例如氮气）使基片与掩模版更紧密接触，然后再进行曝光。该曝光方式适用于对基片曝光线条质量要求较高的情况，基片线条的曝光分辨率通常可达到 0.8～1.5 μm。

软接触曝光：在基片与掩模版完成找平、对准后，让二者接触，此时既不通入真空也不在基片底部通入压缩气体，而是直接曝光。该曝光方式基片与掩模版之间的接触力较小，适用于对基片曝光线条质量要求不高的情况，基片线条的曝光分辨率通常可达到1～2 μm。

接近式曝光：在基片与掩模版完成找平、对准后，让二者移动到已设定好的间距再进行曝光，既曝光时基片与掩模版之间是有间隙的。该曝光方式适用于基片胶层较厚、对基片曝光线条质量要求较低的情况，基片线条的曝光分辨率根据曝光间隙的不同也有所区别。

表1列出了接触接近式曝光机中几种曝光方式通常可达到的曝光分辨率。

表1 接触接近式曝光机曝光方式类型

2 曝光方式工艺改进实例

不同用户所生产的产品不同，不同的产品对应不同的工艺生产方法，在产品生产的初始阶段必须通过大量的工艺实验积累，制定出一套适合该产品的工艺生产流程，并在以后的生产过程中根据实际情况不断改进优化，其中光刻工艺流程中曝光方式的确定及实施就是工艺流程中的一个关键环节，下面将给出一个生产线中曝光方式工艺改进的实例仅供参考。

我所某型号曝光机在某用户处运行正常，并一直通过真空接触模式(真空度-0.08 MPa)进行基片曝光，基片厚度520 μm。近期需生产新产品，基片厚度为280 μm，在用真空接触模式(真空度-0.08 MPa)进行基片曝光时产生碎片问题，而改用硬接触模式曝光后图形线条又不能满足工艺要求。我所工程技术人员参考国内外技术资料讨论分析后，一致认为真空接触时真空度较高并不可调节、不能适应不同厚度基片的曝光、曝光时真空腔内负压力过大造成了280 μm厚的基片碎片问题，因此准备在降低真空度情况下进行280 μm厚度基片的曝光实验。

在设备中加装真空减压阀，调低真空复印时的真空度（分别调到 -0.06、-0.04、-0.02 MPa），对280 μm厚的薄片进行真空接触实验，3种真空度下各实验200片，结果如表2所示。

表2 不同真空度下的碎片率

以上结果表明，在-0.04 MPa和-0.02 MPa真空度下基片基本无碎片现象。

将真空度分别调到-0.04 MPa和-0.02 MPa，对280 μm厚的薄片进行真空接触曝光工艺实验，验证在这两种真空度下的曝光分辨率，结果如表3。

表3 不同真空度下的曝光分辨率

根据用户对曝光线条的工艺要求，曝光分辨率在小于1 μm时可满足工艺要求，通过表3看出既真空度在-0.04 MPa下进行的工艺实验曝光分辨率可满足用户工艺使用要求，图1为-0.04 MPa真空度时曝光基片的截图。

图1 真空度-0.04 MPa时的曝光基片

图2 280 μm厚度薄片曝光图形截图

在用户现场设备中增加电磁阀、真空减压阀等装置，更改气路并修改相应控制程序，使设备具备高、低真空接触切换功能，即针对厚片、薄片可选择不同的真空压力。改进完成后，经过13批次300多片厚度为280 μm的薄片低真空接触曝光工艺考核，未发生碎片现象，曝光图形线条满足用户工艺要求。图2为厚度280 μm薄片曝光图形的截图。

3 结束语

介绍了接触接近式曝光机中曝光方式的分类，简要分析了各曝光方式的适用场合，给出了一个在生产线上通过改进曝光方式实现曝光工艺的实例。工程技术人员要加强对半导体产品生产工艺的了解和学习，将半导体生产工艺知识融入到半导体设备的设计研发中，只有这样才能制造出满足不同产品生产工艺需求的半导体设备。

[1] 韩郑生等译，半导体制造技术[M].北京：电子工业出版社，2009年

[2] 周庆奎，刘玄博，李霖.掩膜光刻机中找平控制研究.电子工业专用设备[J]，2010（11）：20-23.