1.光刻工藝:在掩模晶圓上繪制電路圖案
光刻對應的英文是Photolithography,由“-litho(石刻)”和“graphy(繪圖)”組成,是一種印刷技術,換句話說,光刻是一種電路圖案繪制工藝。首先在晶圓上涂覆一層被稱為“光刻膠”的光敏聚合物,然后透過刻有所需圖案的掩模,選擇性地對晶圓進行曝光,對曝光區域進行顯影,以繪制所需的圖案或圖形。該工藝的步驟:涂覆光刻膠-對準及曝光-后烘-顯影。在晶圓級封裝中,光刻工藝主要用于在絕緣層上繪制圖案,進而使用繪制圖案來創建電鍍層,并通過刻蝕擴散層來形成金屬線路。
為更加清楚地了解光刻工藝,不妨將其與攝影技術進行比較。攝影以太陽光作為光源來捕捉拍攝對象,對象可以是物體、地標或人物。而光刻則需要特定光源將掩模上的圖案轉移到曝光設備上。另外,攝像機中的膠片也可類比為光刻工藝中涂覆在晶圓上的光刻膠。我們可以通過三種方法將光刻膠涂覆在晶圓上,包括旋涂(Spin Coating)、薄膜層壓(Film Lamination)和噴涂(Spray Coating)。涂覆光刻膠后,需用通過前烘(Soft Baking)來去除溶劑,以確保粘性光刻膠保留在晶圓上且維持其原本厚度。
旋涂將粘性光刻膠涂覆在旋轉著的晶圓中心,離心力會使光刻膠向晶圓邊緣擴散,從而以均勻的厚度分散在晶圓上。粘度越高轉速越低,光刻膠就越厚。反之,粘度越低轉速越高,光刻膠就越薄。對于晶圓級封裝而言,特別是倒片封裝,光刻膠層的厚度須達到30 μm至100 μm,才能形成焊接凸點。然而,通過單次旋涂很難達到所需厚度。在某些情況下,需要反復旋涂光刻膠并多次進行前烘。因此,在所需光刻膠層較厚的情況下,使用層壓方法更加有效,因為這種方法從初始階段就能夠使光刻膠薄膜達到所需厚度,同時在處理過程中不會造成晶圓浪費,因此成本效益也更高。但是,如果晶圓結構表面粗糙,則很難將光刻膠膜附著在晶圓表面,此種情況下使用層壓方法,會導致產品缺陷。所以,針對表面非常粗糙的晶圓,可通過噴涂方法,使光刻膠厚度保持均勻。
完成光刻膠涂覆和前烘后,接下來就需要進行曝光。通過照射,將掩模上的圖案投射到晶圓表面的光刻膠上。由于正性光刻膠(Positive PR)在曝光后會軟化,因此使用正性光刻膠時,需在掩模去除區開孔。負性光刻膠(Negative PR)在曝光后則會硬化,所以需在掩模保留區開孔。晶圓級封裝通常采用掩模對準曝光機(Mask Aligner)或步進式光刻機(Stepper)作為光刻工藝設備。