曝光機(Mask Aligner/Stepper)廣泛應用於微米範圍結構的光刻(lithography)製程，如先進半導體封裝(bump/RDL)、微米光學元件、高階被動元件、LED、MEMS等。在曝光機中，其光源系統對於製作高品質的線路/圖案至為關鍵，其照射(Illustration)均勻度、照射角度的分佈(angular distribution of radiation)都對曝光品質有很大影響，而照射強度則決定了曝光時間的長短。350-450 nm光譜範圍傳統上是使用汞燈光源，然而這種光源存在許多缺點，導致它們已經過時，諸如體積龐大；含汞，不環保；電光功率轉換效率低；約需30分鐘的預熱時間，因此電源需要長開；燈管使用壽命短，約1000 小時。
隨著LED技術的進展，近年來市場上出現了相關波長範圍的高功率LED，為曝光機實現更佳曝光性能打開了新的大門。但由於汞燈光源的使用數十年來已建立了一套可運行的產業鏈生態，包含各種光學元件的配套、光阻(光刻膠)的配方、製程的優化等等，因而對於新光源技術的導入總存在是否匹配現有生態供應鏈的顧慮。
LED光源的曝光研究
Johana Bernasconi等人2018年於Optics Express所發發表的文章顯示，其將MA-BA8 Gen.3 SUSS mask-aligner的光源系統改造為LED光源系統後，可獲致光源均勻度達2.59 %，且其性能與原來配置的汞燈光源系統一致。其接觸式(contact)和30μm近接間隙(proximity gap)的曝光測試，分別獲得了<1μm和3μm的分辨率，也符合此SUSS曝光機的原始規格。
 |
LED光源曝光結果 : (a)&(b) - contact printing； (c)&(d) - proximity printing 資料來源 : https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-26-9-11503&id=385752 |
| SUSS 研究報告 SUSS作為曝光設備領導廠商於2017年也出具相關研究報告，顯示採用LED光源的mask-aligner曝光機，其曝光結果高度與汞燈光源系統相當。 右圖為使用LED光源和傳統1 kW汞燈在1.2 µm厚的AZ4110光阻中，產生的線寬/線距的SEM圖像。以寬帶頻譜(broadband)以及近接間隙20 µm的條件下進行測試，其結果顯示兩種光源的曝光結果非常相近，包含解析度(resolution)、特徵形狀(feature shapes)和側壁角度(side wall angles)等等。 |
 使用LED光源(a-c)及汞燈(d-f)的曝光結果比較 |
|
SUSS的研究還將UV LED光源成功應用於SMILE 壓印光刻設備(SUSS MicroTec Imprint Lithography Equipment)，用於微透鏡陣列(microlens)的製造，其中壓印材料通過印模(stamp)形成所需的3D形狀，在此過程中，紫外線照射觸發壓印聚合物內的交聯反應，從而導致它的固化。右圖中所示的透鏡陣列乃使用DELO OM 6610材料於8吋晶圓的壓印結果。 於此測試中LED光源產生的結果與傳統汞燈相當。 |
 使用SMILE技術和LED光源生產的壓印微透鏡陣列 資料來源 : https://www.suss.com/cn/news/technical-publications/high-intensity-uv-led-mask-aligner-for-applications-in-industrial-research |
|
 典型1kW汞燈(藍色)，典型LED光源(橘色實心)的光譜以及具有定製成分的LED光源示例(橘色虛線) |
SUSS的報告亦顯示LED光源具有光譜及照射強度的客製化彈性。一般而言，使用者希望達到與現有製程最相近的光源。為此，LED光源可以將 i、h和g line強度的組成調整為已知的汞燈光譜(例如350W或1 kW汞燈光譜)。 左圖中虛線的光譜即顯示了LED光源經過調整後可以貼近於符合AZ4110光阻響應的1 kW汞燈光譜。 波長組成(光譜)及其相對強度可調的靈活性為設備或製程提供了嶄新的機會，將可對特殊的照射條件及光阻材料的匹配進行最佳化的調整，甚至機器對機器的照明一致性也成為可能。 |
| LED光源能耗減少60% 經整機實際測試，採用LED比汞燈所需的能耗大幅減少。右圖顯示典型的MA/BA Gen4 Pro光罩對準曝光機分別配置1kW汞燈(左)和LED光源(右)的能耗直接比較。兩者在相同的曝光強度下，LED運行期間所需的能源大約減少60%：不僅電能消耗減少，同時不需要強力的排氣系統或特殊的冷卻氣流，清潔乾燥空氣(CDA)和氮氣的消耗量亦同步減少。 |
 配置LED光源和等效1 kW汞燈的MA/BA Gen4 Pro 光罩對準曝光機的能耗比較 |
|
| Primelite GmbH為UV LED光源解決方案的德國新創企業，其產品設計之初衷即以半導體應用為主要目標市場，除了採用最先進的UV LED晶片外，其光學元件均是半導體等級，並嚴選關鍵零組件的配合廠商，及堅持德國設計製造的高品質保證。 |  |
 |
 |
版權所有 © 展締科技股份有限公司. All Rights Reserved.
