Neue Belichtungstechnik von EVG

Maskenlose Lithographie für die Hochvolumenproduktion

29. September 2020, 10:26 Uhr | Heinz Arnold

Das erste Belichtungssystem auf Basis der neu entwickelten Maskless-Exposure-Technologie (MLE) hat EVG vorgestellt. Jetzt kann die Volumenproduktion starten.

Die Produktplattform »LITHOSCALE« eignet sich für den Eiknsatz im Advanced Packaging, für die Fertigung von MEMS, für Komponenten die in der Bio- und Medizintechnik Einsatz finden, sowie für IC-Substrate. LITHOSCALE kombiniert eine hohe Auflösung ohne Einschränkung des Belichtungsfeldes, leistungsstarke digitale Verarbeitung für Echtzeit-Datentransfer und sofortige Belichtung sowie ein hochgradig skalierbares Design. Zudem sind die Systeme sehr flexibel anpassbar und lassen die Produktion von vielen Varianten zu. Das Ergebnis ist das weltweit erste maskenlose Lithographiesystem für die Hochvolumenproduktion (HVM) mit einem bis zu 5-mal höheren Durchsatz im Vergleich zu derzeit verfügbaren maskenlosen Belichtungssystemen. Die EV Group (EVG) hat bereits mehrere Aufträge für LITHOSCALE-Systeme erhalten und wird noch in diesem Jahr mit der Auslieferung der Systeme an die Kunden beginnen.

Neue Herausforderungen für die Lithographie

3D-Integration und heterogene Integration werden immer wichtiger, um kontinuierliche Verbesserungen der Leistung von Halbleiterbauelementen zu ermöglichen. Dies führt zu komplexeren Packages und einer steigenden Anzahl verfügbarer Packaging-Varianten – was eine größere Designflexibilität erfordert und den Wunsch nach der gleichzeitigen Implementierung von Die- und Wafer-Level-Designs in der Back-End-Lithographie vorantreibt.

Auch die MEMS-Fertigung stellt die Lithographie aufgrund ihres komplexen Produktmixes, der die Overhead-Kosten für Masken und Retikel in die Höhe treibt, vor neue Herausforderungen. In den Märkten für IC-Substrate und biomedizinische Produkte wächst die Nachfrage nach einem höheren Grad an Strukturierungsflexibilität, um ein breites Spektrum an Feature- und Substratgrößen abdecken zu können. Rapid Prototyping wird auch in Biotechnologieanwendungen immer wichtiger, was den Bedarf an flexibleren, skalierbaren und sofort einsatzbereiten Lithographie-Ansätzen erhöht.

Traditionelle maskenbasierte Lithographiesysteme sind für viele dieser Anwendungen nicht praktikabel, insbesondere wenn sie ein schnelles Prototyping und Testen neuer Produktdesigns erfordern und wenn es um kundenspezifische Produkte geht. Hier können sich die Kosten und die Zeit, die für die Herstellung, das Testen und die Überarbeitung einer großen Anzahl von Maskensätzen benötigt werden, schnell summieren.

Darüber hinaus haben bestehende Backend-Lithographiesysteme bei Advanced Packaging-Anwendungen Schwierigkeiten mit nichtlinearen Substratverzerrungen höherer Ordnung und Die-Shift-Problemen. Dies ist insbesondere nach der Die-Rekonstitution auf dem Wafer im Fan-out Wafer-Level-Packaging (FOWLP) zu beobachten. Gleichzeitig bieten die bestehenden maskenlosen Lithographieansätze nicht die für HVM-Umgebungen erforderliche Kombination aus Geschwindigkeit, Auflösung und Benutzerfreundlichkeit.

Ein weiterer Vorteil: Der maskenlose Ansatz macht maskenbezogene Verbrauchsmaterialien überflüssig, während die einstellbare Festkörperlaser-Belichtungsquelle auf hohe Redundanz und lange Lebensdauer ausgelegt ist und praktisch keine Wartung und keine Neukalibrierung erfordert. Die leistungsstarke digitale Verarbeitung ermöglicht den Datentransfer in Echtzeit und die sofortige Belichtung – wodurch stundenlange Einrichtungszeiten für jedes digitale Maskenlayout vermieden werden, wie sie bei anderen maskenlosen Lithographiesystemen erforderlich sind. Das System ist in der Lage, auch einzelne Dies bzw. Chips zu verarbeiten, wobei die schnelle Vollfeldpositionierung und das dynamische Alignment vor allem auch eine hohe Skalierbarkeit für eine Reihe verschiedener Substratgrößen und -formen ermöglicht. Das Ergebnis ist eine äußerst vielseitige, maskenlose Lithographieplattform, die für eine Vielzahl von mikroelektronischen Produktionsanwendungen geeignet ist.

»Damit stoßen wir die Tür zu einer neuen Welt voller Möglichkeiten für die digitale Lithographie auf«, erklärt Paul Lindner, Executive Technology Director der EV Group. »LITHOSCALE wurde von Grund auf als hochflexible und skalierbare Plattform konzipiert, die es Großserienherstellern ermöglicht, endlich die Vorteile der digitalen Lithographie zu nutzen.«

Die Besonderheiten von LITHOSCALE

LITHOSCALE bietet eine hochauflösende (<2 µm Line/Space), nahtlose maskenlose Belichtung der gesamten Substratoberfläche ohne Beeinträchtigung des Durchsatzes dank einer leistungsstarken digitalen Infrastruktur, die sofortige Maskenlayout-Änderungen »on the fly« erlaubt, sowie der Multi-Belichtungskopf-Konfiguration, die eine hochparallele Verarbeitung zur Maximierung des Durchsatzes ermöglicht. Die Fähigkeit von LITHOSCALE, ein ansatzloses Muster für Interposer zu erzeugen, das die heute üblichen Retikelgrößen überschreitet, ist besonders nützlich für fortschrittliche Devices mit komplexen Layouts, die beispielsweise für fortschrittliche Grafikverarbeitung, künstliche Intelligenz (KI) und Hochleistungsdatenverarbeitung (HPC) benötigt werden. Die hohe Präzision des Systems wird durch die verzeichnungsfreie Optik und die Genauigkeit der Stage-Platzierung ergänzt, die eine nahtlose Projektion über das gesamte Substrat gewährleistet. LITHOSCALE verwendet außerdem dynamische Alignment-Verfahren und eine Die-Level-Kompensation mit automatischem Fokus, wodurch es sich an Substratmaterial- und Oberflächenvariationen anpassen lässt und eine gute Overlay-Performance erzielt. LITHOSCALE eignet sich für eine Vielzahl von Substratgrößen und -Formen (wie Wafer mit einem Durchmesser von bis zu 300 mm sowie rechteckige Substrate bis hin zur Größe sog. »Quarter Panels«) sowie für verschiedenste Substrat- und Resistmaterialien.