紫外曝光機(jī)系統(tǒng)組成及其工作原理

傳統(tǒng)曝光機(jī)光學(xué)系統(tǒng)主要由光源（高壓球形汞燈）、橢球面反光杯、冷光鏡、透射式復(fù)眼透鏡陣列、二向色鏡和球面平行光反射鏡組成。

光源發(fā)出的光被橢球面反光杯聚焦后，經(jīng)冷光鏡反射到復(fù)眼透鏡陣列場鏡，從投影鏡出射的光到達(dá)二向色鏡，光譜中的紫外部分被50%透射，50%反射后，到達(dá)兩塊對(duì)稱分布的大面積球面平行反光鏡，被準(zhǔn)直反射到曬板上對(duì)PCB板進(jìn)行曝光 。

在集成電路集成度不斷提高的過程中，集成電路制造技術(shù)起著不可替代的作用。集成電路制造流程繁多、工藝復(fù)雜，其中一道工藝是將設(shè)計(jì)好電路版圖轉(zhuǎn)移到硅片上形成集成電路。這一工藝就是光刻技術(shù)，使用的主要設(shè)備是光刻機(jī)。光刻機(jī)的分辨率和套刻精度直接決定了所制造的集成電路的集成度。而且光刻機(jī)的研制涉及光學(xué)、機(jī)械、精密測量、控制等技術(shù)，所以是整個(gè)集成電路制造中最復(fù)雜和精度最高的設(shè)備之一，也是最關(guān)鍵的設(shè)備之一。此外，光刻機(jī)還有一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)——產(chǎn)率，圍繞著這三項(xiàng)指標(biāo)，光刻機(jī)的研制技術(shù)不斷進(jìn)步，推動(dòng)著集成電路制造技術(shù)的向前發(fā)展。比如荷蘭ASML公司把TWINSCAN XT:1950Hi 升級(jí)到TWINSCAN XT:1950i，套刻精度和產(chǎn)率分別提高了約37.5%和18.2%。

光刻機(jī)的主要研制廠商有荷蘭的ASML公司和日本的尼康、佳能，它們幾乎壟斷了全球的光刻機(jī)市場。我國是集成電路的消費(fèi)大國，也是生產(chǎn)大國，但生產(chǎn)的主要是低端集成電路。近年來，也引進(jìn)了一些國外的集成電路制造商，比如中芯國際、臺(tái)積電、宏力半導(dǎo)體等，但仍然無法得到光刻機(jī)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。為推動(dòng)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展，也為推進(jìn)我國工業(yè)化和信息化進(jìn)程，國家在2006年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中將“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”明確為重大專項(xiàng)。通過這一專項(xiàng)的實(shí)施，已經(jīng)取得了一些成果 。

光刻機(jī)的主要性能指標(biāo)有：支持基片的尺寸范圍，分辨率、對(duì)準(zhǔn)精度、曝光方式、光源波長、光強(qiáng)均勻性、生產(chǎn)效率等。

其中，分辨率是對(duì)光刻工藝加工可以達(dá)到的最細(xì)線條精度的一種描述方式，光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以與光源、光刻系統(tǒng)、光刻膠和工藝等各方面的限制。對(duì)準(zhǔn)精度是在多層曝光時(shí)層間圖案的定位精度。曝光方式分為接觸接近式、投影式和直寫式。曝光光源波長分為紫外、深紫外和極紫外區(qū)域，光源有汞燈，準(zhǔn)分子激光器等。

紫外曝光機(jī)接觸式曝光

接觸式曝光指掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來的圖形與掩膜板上的圖形分辨率相當(dāng)，設(shè)備簡單。接觸式，根據(jù)施加力量的方式不同又分為：軟接觸，硬接觸和真空接觸。接觸的越緊密，分辨率越高，當(dāng)然接觸的越緊密，掩膜和材料的損傷就越大。

（1）軟接觸：把基片通過托盤吸附住（類似于勻膠機(jī)的基片放置方式），掩膜蓋在基片上面；

（2）硬接觸：將基片通過一個(gè)氣壓（氮?dú)猓?，往上頂，使之與掩膜接觸；

（3）真空接觸：在掩膜和基片中間抽氣，使之更加好的貼合（想一想把被子抽真空放置的方式）

其缺點(diǎn)為：光刻膠污染掩膜板；掩膜板的磨損，容易損壞，壽命很低（只能使用5～25次）；容易累積缺陷；上個(gè)世紀(jì)七十年代的工業(yè)水準(zhǔn)，已經(jīng)逐漸被接近式曝光方式所淘汰了，國產(chǎn)光刻機(jī)均為接觸式曝光，國產(chǎn)光刻機(jī)的開發(fā)機(jī)構(gòu)無法提供工藝要求更高的非接觸式曝光的產(chǎn)品化。

紫外曝光機(jī)接近式曝光

接近式曝光指掩膜板與光刻膠基底層保留一個(gè)微小的縫隙（Gap），Gap大約為0～200μm?？梢杂行П苊馀c光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷，使掩膜和光刻膠基底能耐久使用；掩模壽命長（可提高10 倍以上），圖形缺陷少。接近式在現(xiàn)代光刻工藝中應(yīng)用最為廣泛。

紫外曝光機(jī)投影式曝光

投影式曝光指在掩膜板與光刻膠之間使用光學(xué)系統(tǒng)聚集光實(shí)現(xiàn)曝光。一般掩膜板的尺寸會(huì)以需要轉(zhuǎn)移圖形的4倍制作。優(yōu)點(diǎn)：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影響減小。

投影式曝光分為：

（1）掃描投影曝光（Scanning Project Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm工藝；掩膜板1：1，全尺寸。

（2）步進(jìn)重復(fù)投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或稱作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I line）～0.25μm（DUV）。掩膜板縮小比例（4：1），曝光區(qū)域（Exposure Field）22×22mm（一次曝光所能覆蓋的區(qū)域）。增加了棱鏡系統(tǒng)的制作難度。

（3）掃描步進(jìn)投影曝光（Scanning-Stepping Project Printing）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工藝。采用6英寸的掩膜板按照4:1的比例曝光，曝光區(qū)域（Exposure Field）26×33mm。優(yōu)點(diǎn)：增大了每次曝光的視場；提供硅片表面不平整的補(bǔ)償；提高整個(gè)硅片的尺寸均勻性。但是，同時(shí)因?yàn)樾枰聪蜻\(yùn)動(dòng)，增加了機(jī)械系統(tǒng)的精度要求。2100433B

UVLED曝光機(jī)主要應(yīng)用于PCB線路板制造、半導(dǎo)體生產(chǎn)及高精密細(xì)線路曝光。

新一代LED平行光曝光機(jī)選用進(jìn)口核心光源系統(tǒng)，從2007年初次研發(fā)UVLED光源曝光機(jī)，最新款的UVLED曝光機(jī)選用220V電源，即插即用，無需配置空調(diào)水塔，配置了精密的雙非球面石英透鏡，使光的平行半角小于2°(普通水冷機(jī)大于45°)，線路解晰度可達(dá)50UM/UM（普通機(jī)為100UM/UM）以下；沒有紅外線熱輻射，避免了菲林脹縮，保證影像轉(zhuǎn)移的品質(zhì)。由于幾乎沒有光能衰減，所以增強(qiáng)了制程的穩(wěn)定性，提升產(chǎn)品的合格率，且不產(chǎn)生污性臭氧，綠色環(huán)保。是目前PCB生產(chǎn)中所用普通汞燈曝光機(jī)理想的升級(jí)換代產(chǎn)品。應(yīng)用LED光源，曝光成本將大幅下降。