光刻創(chuàng)新技術：EVG推出MLE無掩模曝光光刻技術

1. 介紹

對電子設備性能和靈活性的新要求正在使制造基礎架構從傳統(tǒng)的基于掩模的光刻技術轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诟呒壏庋b和異構集成的數(shù)字光刻技術。片上系統(tǒng)正在從單片解決方案轉(zhuǎn)向封裝，小芯片和功能塊中的模塊化系統(tǒng)。因此，對于可擴展和通用后端光刻的需求不斷增長，以實現(xiàn)封裝和系統(tǒng)級的互連。為了滿足這一新的行業(yè)愿景，需要能夠通過高級封裝快 速集成新穎功能元素的大規(guī)模生產(chǎn)新工具。大批量制造（HVM）行業(yè)必須超越保守的芯片圖案設計，并進入數(shù)字光刻技術的新時代。

EV Group開發(fā)了MLE?（無掩模曝光）技術，通過消 除與掩模相關的困難和成本，滿足了HVM世界中設計靈活性和蕞小開發(fā)周期的關鍵要求。 MLE?解決了多功能（但緩慢）的開發(fā)設備與快 速（但不靈活）的生產(chǎn)之間的干擾。它提供了可擴展的解決方案，可同時進行裸片和晶圓級設計，支持現(xiàn)有材料和新材料，并以高可靠性提供高速適應性，并具有多級冗余功能，以提高產(chǎn)量和降低擁有成本（CoO）。

EVG的MLE?無掩模曝光光刻技術不僅滿足先進封裝中后端光刻的關鍵要求，而且還滿足MEMS，生 物醫(yī)學和印刷電路板制造的要求。

2. 產(chǎn)品特征

1.全分辨率，免縫合動態(tài)光刻膠圖案

2.任意方向上的線/空間分辨率均優(yōu)于2 μm

3.得益于數(shù)字可編程布局，設計自由和數(shù)據(jù)具有機密性

4.單獨的模具標識（序列號，加密密鑰等）

5.晶圓級自適應配準的補償

6.不受基材變形和翹曲的影響（厚晶圓，玻璃或有機基材）

7.智能敏捷的數(shù)字光刻處理基礎設施

8.無耗材技術

3. 先進封裝的后端光刻技術面臨的新挑戰(zhàn)

隨著異構集成成為半導體開發(fā)和創(chuàng)新中日益增長的驅(qū)動力，影響了先進的封裝，MEMS和PCB市場，對后端光刻的要求也在不斷增長。例如，在高級封裝中，對重新分布層（RDL）和中間層及其連續(xù)密集的線/空間（L / S）的蕞低分辨率要求變得越來越嚴格。在某些情況下，它們接近或超過2微米，而裸片放置變化和使用經(jīng)濟高 效的有機基板則要求在圖案形成方面具有更大的靈活性。在垂直側(cè)壁圖案化中對更高的覆蓋精度以及高聚焦深度的要求也在增長。新的要求，例如蕞小化因扇出型晶圓級封裝（FoWLP）中的晶圓變形引起的圖案變形和芯片偏移以及對厚光刻膠和薄光刻膠的支持，僅是現(xiàn)有和未來高級封裝光刻系統(tǒng)的一些標準。

3.1 高級封裝

1.用于大型中間層，扇出和扇入晶圓級封裝（WLP）器件的重新分布層圖案

2.無掩模版尺寸限制

3.具有失真和模頭偏移補償?shù)目勺儓D案

4.高圖案產(chǎn)量，低成本

3.2 微機電系統(tǒng)

1.高產(chǎn)品組合和高掩模/掩模版成本推動了對無掩模光刻的需求

2. 3D光刻膠構圖，用于多步和傾斜角邊緣工藝

3.高聚焦深度，可在溝槽中進行構圖

3.3 生物醫(yī)學

1.大型射流裝置

2.圖案在微米到毫米的范圍內(nèi)

3.理想的低擁有成本

4.適應性強的圖案解決方案，適用于多種產(chǎn)品組合

5.可擴展用于各種基材尺寸和生物相容性材料

3.4 HDI印刷電路板

1.嵌入式裸片和高密度重新分配所需的PCB線和空間分辨率

2.必要的翹曲和模具位置校正

3.多種面板尺寸的可變圖案

探針卡的制作過程會用到以上的技術，如MEMS，電路印刷等。無掩模曝光光刻技術非常適合于探針卡的研發(fā)和制作的用戶。

4. 曝光原理

5. 不同光刻技術的比較

每個光刻工藝的劾心要素是曝光單元，它定義了光刻技術的特性。當前，市場上有幾種常用的曝光方法。在掩模對準器的情況下，圖案通過與光敏的，涂覆有光刻膠的晶圓片非常接近的掩模直接暴露在基板上。蕞小圖案尺寸由掩模和晶圓片之間的曝光間隙定義。掩模和光刻膠表面的緊密距離將使圖案更??；但是，間隙太小會導致掩模污染并導致成品率問題。即使生產(chǎn)中的蕞小分辨率限制為幾微米，掩模對準器仍可實現(xiàn)低成本，高產(chǎn)量的圖案化解決方案，尤其是在需要高曝光劑量和厚光刻膠或晶圓級設計的情況下。

為了克服這些過程中的某些困難，后端（BEOL）步進機在掩模/標線片和晶圓之間使用了投影光學器件，以在不污染的情況下對較小的特征尺寸進行圖案化。然而，由于復雜物鏡的光學設計以及因此限制了曝光場的大小，因此曝光在曝光之間以強的加速度順序或逐步進行。

掩模對準器和步進器都是基于掩模的，其中，除了上述限制外，與掩模相關的成本是整個構圖工藝的重要額外成本因素。排除掩模成本的一種解決方案是激光直接成像技術，該技術使用以順序方式曝光小的幾何元素的單個或多個激光束。即使考慮到直接成像技術的優(yōu)勢，曝光的順序性質(zhì)也會導致較大的成本和非常低的產(chǎn)量。

MLE?無掩模曝光技術以并行掃描的方式曝光一個或多個寬條，并通過緊密集成的群集寫頭配置來容納任何尺寸的晶圓片，直至整個面板。它支持使用多波長高功率紫外線源的所有市售光刻膠。吞吐量與布局復雜度和分辨率無關，并且無論光刻膠如何，MLE?無掩模光刻技術均可實現(xiàn)相同的構圖性能。MLE?補充了EVG現(xiàn)有的光刻系統(tǒng)，專門為了滿足其他方法面臨可伸縮性，CoO擁有成本和其他限制的客戶需求。

6. 環(huán)氧樹脂的創(chuàng)新解決方案

MLE?無掩模光刻技術可實現(xiàn)重疊（<2微米L / S），無針跡的整個基板表面無掩模曝光，并具有高產(chǎn)量和低擁有成本。該系統(tǒng)可通過添加或移除紫外線照射頭來根據(jù)用戶需求進行縮放-促進從研發(fā)到HVM量產(chǎn)模式的快 速過渡，以優(yōu)化生產(chǎn)量，或適應不同的基板尺寸和材料-是處理小尺寸基板的靈活且可擴展的大功率UV激光源，MLE?可以在不考慮光刻膠的情況下實現(xiàn)相同的構圖性能，它提供了多種波長曝光選項功能。

7. 技術優(yōu)勢

與現(xiàn)有的大批量制造光刻方法相比，具有無與倫比的靈活性，可擴展性和擁有成本優(yōu)勢。

MLE?無掩模光刻技術消 除了不斷增加的各種芯片設計和掩模庫存管理掩模成本的難題，而掩模成本占總體開發(fā)和生產(chǎn)成本的很大一部分。減少圖案可變性（就襯底尺寸和材料多樣性而言）對上市時間的影響是后端光刻技術的另一個增長需求。 MLE?無掩模光刻技術是一種可擴展的方法，可以對從各種晶圓尺寸到面板的任何基板形狀進行圖案化。該技術采用了在375 nm和/或405 nm波長下運行的多波長群集激光光源，因此可以進行薄光刻膠圖案化，包括正和負光刻膠，聚酰亞胺，干膜光刻膠和PCB圖案以及厚光刻膠晶圓級封裝，MEMS結構，微流體技術和集成硅光子學應用中常見的高縱橫比曝光。

除了與掩模相關的困難之外，當前基于掩模的技術還面臨與高階襯底變形有關的工藝問題，因此對變形的控制有限。相比之下，借助集成的動態(tài)對準功能，MLE?無掩模光刻技術能夠適應較高的基板應力，彎曲和翹曲，以便適應基板材料和表面變化，同時積極補償機械模具的放置和應力引起的誤差（例如旋轉(zhuǎn)，位移，擴展和高階失真誤差）。同時，它允許同時進行實時數(shù)字/“二進制”晶圓級布局和單個裸片布局圖案化；特別是特定的個人模具注釋序列號或加密密鑰。另外，在構圖過程中對紫外線劑量的可編程調(diào)制使顯影過程后光刻膠厚度水平發(fā)生變化。這一倬越的功能使制造復雜的3D多層光刻膠圖案成為可能，可應用于未來的MEMS，新型光子器件或微光學元件（折射，衍射）。數(shù)字可編程裸片/晶圓布局可以以多種行業(yè)標準矢量文件格式（例如GDSII，Gerber，OASIS，ODB ++或BMP）存儲。具有任何給定圖案復雜度的矢量布局將在幾秒鐘內(nèi)進行計算處理（柵格化），并以位圖格式存儲。結果，光刻膠類型（正負），曝光劑量水平或任何給定的設計布局復雜度都不會對構圖過程的速度產(chǎn)生任何影響。

高分辨率AZ MIR 701正色調(diào)光刻膠中的MLE?曝光結果

資料來源：EVG

使用MLE?無掩模光刻技術的單個模具注釋

資料來源：EVG

8. 建立新的數(shù)字基礎架構

EV Group開發(fā)的新型MLE?（無掩模曝光）技術的目標不僅是將新的光刻工具推向市場，而且還應解決半導體行業(yè)向智能化和敏捷數(shù)字處理發(fā)展的趨勢，同時提供獨特的無掩模可擴展性吞吐量，格式和相關的無耗材基礎設施。利用這種蕞先進的曝光技術還可以解決由新材料或柔性基板的部署所驅(qū)動的新型市場所面臨的挑戰(zhàn)。這項新技術為當前保守的環(huán)境帶來了幾乎無限的設計靈活性，為創(chuàng)新提供了空間，有助于縮短開發(fā)周期，同時通過使兩個領域都可以使用完全相同的技術來彌合研發(fā)與HVM之間的鴻溝。在競爭激烈的全球半導體行業(yè)市場中，制造靈活性，可擴展性，開發(fā)和運營成本已經(jīng)是縮短產(chǎn)品上市時間的極其重要的因素，這對于通過提供類似的突破性解決方案來保持和擴大市場 份額至關重要?？偠灾碌臄?shù)字基礎架構可實現(xiàn)動態(tài)設備創(chuàng)新，同時將成本保持在合理水平。

在50 μm厚的層中的MLE?曝光JSR THB 151N負性光刻膠

資料來源：EVG

在600 μm厚的SU8中進行MLE?曝光結果

資料來源：EVG

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