EVG-面向细间距RDL和下一代器件的数字驱动无掩模光刻技术（二）

上期内容回顾：EVG-面向细间距RDL和下一代器件的数字驱动无掩模光刻技术（一）

2.传统与新型图案化方法

2.1 传统的基于掩模的曝光方法

目前，在大批量制造环境中，主要使用基于掩模的曝光系统，例如掩模对准器（mask aligners）、扫描仪（scanners）或步进机（steppers）。这些曝光方法各有其应用领域和优势，但也根据各光刻层的具体需求，在不同层的图案化过程中存在各自的局限性。

在先进封装行业中，最被广泛接受和普遍使用的是后端制程（BEOL）步进机，它利用掩模/掩模版（reticle）与晶圆之间的投影光学系统，实现比掩模对准器所能达到的更小特征尺寸的图案化。然而，考虑到当前先进封装的发展趋势以及对三维异质集成日益严格的要求，该方法在实际应用中面临挑战，主要体现在由于芯片在最终器件晶圆上重构时产生的芯片放置误差和芯片偏移变化所导致的对准不准确问题。此外，步进机曝光系统的掩模版尺寸和光学系统尺寸限制了单次曝光的面积。这对于大面积芯片中介层（interposer）的制造尤为困难。中介层通常被视为一种通过提供更多空间以容纳更多输入/输出（I/O）来提升封装整体性能的简单方法。在不扩大面积的前提下增加再布线层（RDL）的布线数量，必然导致对更小线间距（pitch）规格的需求。更大的面积需要通过多次曝光并将曝光区域在重叠区拼接完成。拼接线或重叠区域错位会严重影响RDL中的最终电学性能。对于涉及复杂且大面积布局的先进器件（如高端图形处理、人工智能（AI）和高性能计算（HPC）），生成优化的拼接过渡区域以应对超出当前掩模版尺寸的中介层，变得越来越重要。

另一个挑战出现在存在应力或变形的基板、具有不同热膨胀系数的多种材料或复杂表面形貌的情况下：当需要图案化小于2μm线/间距（L/S）的更小关键尺寸（CD）时，步进机及其投影光学系统的景深（DoF）和物理限制成为瓶颈。物理限制使得总景深范围与横向分辨率相关联，这也影响了高深宽比结构的形成能力。通常采用步进机进行多次重新对焦（re-cofusing）来规避这一限制，但这会导致生产效率（吞吐量）大幅下降。

2.2 数字驱动的图案化方法

EV Group开发的LITHOSCALE?系统采用无掩模曝光技术，其在数字网格上的像素定位精度小于250 nm，光学分辨率优于2 μm。该系统以并行扫描方式曝光一个或多个毫米级宽的条带，并可通过使用带有不同真空区域的可更换卡盘，灵活固定各种尺寸的晶圆乃至方形基板。曝光系统的全数字化控制使得可以通过曝光测试矩阵快速探索工艺窗口，这些测试矩阵可作为曝光配方，在单个基板上精确控制并变化曝光条件，而无需准备多组晶圆。

在实现高深宽比的再布线层（RDL）图案（这对细间距RDL布线至关重要）时，分辨率与景深之间的平衡至关重要。从根本上说，任何光学系统的分辨率由曝光波长与其数值孔径（NA）的比值决定。NA主要取决于物镜的焦距和孔径大小。基于掩模的曝光系统（如步进机或扫描仪）通常可以选择调整NA以实现更精细的分辨率和关键尺寸（CD），此外还可以沿轴向调整焦平面相对于光刻胶表面的位置。后一功能通常由自动对焦机制自动调节，且与曝光场尺寸相关联，因此较小的曝光场具有优势。相比之下，较高的NA会减小总景深（DoF），限制了光刻胶在轴向允许的放置范围，这会影响薄胶层中的特征尺寸，以及在厚胶层中的三维形貌（包括侧壁角度）。

本实验所采用的LITHOSCALE高效曝光头针对365-410 nm光谱波段进行了色差校正，支持衍射极限景深±12 μm。图2对比了光刻胶上模拟与实测的成像性能，并验证了景深特性，其中对于2 μm线/间距（L/S）特征的曝光，其特征宽度的增加保持在1.4倍以内。

图2 景深工艺窗口的实测值与模拟曲线对比