許多化學和化學工程專業(yè)的學生經(jīng)常覺得自己選錯了專業(yè)。事實上，化學和化學工程的知識非常廣泛。請不要沮喪。讓我們談談光刻術對化學原理的依賴性。光刻技術利用光子能量在晶圓表面“雕刻”光刻膠，將掩模圖像傳輸?shù)骄A表面。顧名思義，光的使用是光刻技術的核心，因此可能存在誤解。光刻是一種物理上占主導地位的工藝，但化學原理在光刻工藝中起著至關重要的作用。

 

1. 光化學反應

光化學反應是光刻工藝的基本原理。所謂光化學反應是利用光子能量作為活化劑產(chǎn)生自由基，然后通過一系列反應，最終產(chǎn)生與顯影劑反應的有機酸。光刻膠中的經(jīng)典光敏材料是重氮醌。在光子能量的作用下，重氮基團打破碳氮鍵，產(chǎn)生自由基，碳重新排列成羰基，然后水解形成羧酸。隨著線寬的不斷縮小，對機器、原材料和掩模的要求越來越高，因此產(chǎn)生了新的感光材料，但它們的基本原理是相似的。

 

2. 表面張力

表面張力是由不飽和相界面引起的張力。以水杯中的水為例。水分子在水相和空氣中達到相平衡。在水相中，水分子相互靠近，分子間作用力強，表現(xiàn)出吸引力；在空氣中，水分子離得很遠，分子間的作用力很弱，表現(xiàn)為吸引力。在氣相和水相的界面上，水分子兩側(cè)的重力不同，這通常表明水分子是通過指向水相內(nèi)部來吸引的。因此，水面通常向下收縮。表面張力的外在表現(xiàn)是收縮界面和減少表面。

通常，介質(zhì)之間存在氣液表面張力、氣固表面張力和液固表面張力，這三種力通常同時作用。以固體表面上的液滴為例，液滴接受右側(cè)氣固表面張力以收縮液固界面，左側(cè)氣固表面張力以減小氣固接觸面，以及沿液滴切線方向向上的氣液表面張力，降低氣液電壓。氣液表面張力方向與水平面之間的角度就是年輕人的接觸角。楊氏接觸角描述了液滴與固體表面之間的接觸特性。表面越小，液滴越容易在固體表面上擴散。如果水滴在固體表面上的接觸角大于90度，則固體表面顯示疏水性。

 

如前所述，光刻膠必須旋涂在晶圓上。因此，晶圓表面和光刻膠之間的接觸特性尤為重要。如果接觸角過大，光刻膠在晶圓表面呈液滴狀分布，工藝失敗；如果接觸角太小，光刻膠很容易分布在晶圓表面，薄膜厚度很難保證，特別是對于需要厚光刻膠的層。因此，一般工藝選擇的光刻膠接觸角為55°C至75°C。

3. 基于氮氣校準晶圓表面形貌

晶圓表面的形貌通常由專用傳感器測量。一般原理是將光束定向到晶圓表面，然后傳感器接收反射光以分析表面形貌。事實上，光刻膠是半透明的。一些光通過光致抗蝕劑，并在其從前層反射后被傳感器接收。此時，梁包含前一層的信息。如果層的表面形態(tài)不準確。氮氣校準方法是將氮氣緩慢注入晶圓表面，并使用伯努利方程分析測量點和氮氣入口之間的壓差，以分析表面形貌。

精密光刻機的化學知識遠遠不止這些。歡迎討論。學習化學和化學工程時請不要氣餒。我們所學的知識非常有用。