设计与工艺♦Sheji yu Gongyi
张良波
(上海微电子装备集团股份有限公司，上海201203)
摘要：微电子领域应用的先进封装技术包括凸点互连技术、再布线、倒装片、3D堆叠等，而光刻与电镀工艺流程是先进封装技术中的重要环节。光刻工艺是运用光学、化学反应等原理将图形传递到单晶表面或介质层上。电镀工艺运用电化学反应，在金属介质层上镀出所需金属，构成金属导线。光刻作为电镀的，到上的作用。光刻与光 出发对电镀工艺进行探讨，分析了光刻胶分率表电镀工艺的公光对电镀的作用， 对光刻工艺分辨率电镀率技术进行。
关键词：先进封装；光刻光；电镀
0引言
先进封装技术的重要工艺流程包括涂胶一曝光一显电镀胶，先在片上层光刻胶，光刻胶光发生化学反应，然后通过显影将所需要的微图形片上，最后实施电镀等工艺。随着电子产品向轻、薄、小及功能多样化，未来半导体封装技术对光刻胶线宽、电镀金属导电率、可靠性等要求会越来越高。
1工艺流程与模型表达式
钢管在线
1.1工艺流程介绍
在涂胶光一显影一硬烘一电镀一去胶一清洗的封装工艺流程中，有作用。胶
胶的厚度和均一性与胶的粘度和转速息息相关。曝光：分正性和负性光刻胶，正性光刻胶感光部分可溶，负性不感光分。面为光重要，的胶，所需要的曝光剂量不同。显影：将曝光区域的光刻胶进行溶解，常用有机溶剂TMAH2.38%，浓度和时间为关键参数。
间长，导致胶过显，反之，足。有去除水分坚膜的果。电镀预镀金属为阳极，硅片为阴极，在酸性溶液中进行氧化还原反应，电流密度、电镀时 间为电镀重要。片需要留出金属层，使其接触电镀引脚才能形成导通电路。去胶：使用丙酮对光刻胶进行除，异丙醇清洗，使其无残留。
晶圆边缘曝光：晶圆边缘多余的光刻胶可以通过曝光的办法来清除，称为边缘曝光系统(wafer edge exposure，WEE)，可替代传统的EBR(去胶剂)喷射晶圆进行洗边处理。在胶完成，晶圆被传送到光单
元，光是光刻的分，分被光，将使光刻胶里的光、光酸化学反应。，边
曝光的光刻胶与曝光图形就在显影液里，所需图形即呈现出来。
图1是光系统结构示意图。机械手臂把晶圆传送到可旋转的对位台上，通过真空吸附晶圆。晶圆通过对位台旋转，传感器测定边缘晶圆的缺口(notch)作为起始位。光光源来自压汞灯，光纤把光线传输到晶圆边缘，光纤输出的光个物镜聚成光斑照射在晶圆。晶圆旋，光(注抗反射涂层，它是光敏光纤装沿！/"导轨动，这
就节光的距离大，其技术指有光精度、曝光剂量、曝光宽度、曝光角度等。
电镀(ECP)：利用电解原理在金属表面上镀上一层其他的金属或者合金的过程。在电流通过时，有金属沉积在阴极表面，质是氧化还原反应。电镀所需5个要
分别是直流电源、镀、预镀金属离子的药液、金属阳极和硅片阴极、导电棒，把5个有序联通起来构成电镀电路。图2是曝光WEE示意图。使用边缘曝光，再显，把晶圆的金属层出，电镀引脚连接边圈，使其形成有的导电电路，电流分布更匀。而边光的光刻胶分须使用圈进行密封，才
电镀液到金属层成镀，或到电镀引脚上成电流等良t图3是电镀引脚与密封
圈示意图。电镀引脚的长度决定了WEE光的。曝光大导致圈密封到，镀光
太小会导致电镀引脚压到光刻胶上，产生断路。所以,WEE 光应介密封圈与电镀引脚之间，对电镀起到了关键作用。
1.2光刻模型与电镀模型的表达式
光刻工艺流程对光刻胶的要为化学化，
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内容审查程序期
Sheji yu Gongyi♦设计与工艺
图3电镀引脚与密封项圈示意图
改变光刻胶内化学成分来表达成像效果，最终以线宽大小(C")来表征。电镀则是在开口槽的地方镀金属，电镀的厚度，取决于电量的多少。所以简单的曝光公式和电镀公式无法有效描述光刻胶内化学变化和电镀覆膜的变化，建立一套完整的、基于化学和电化学变化的曝光工艺表达式和电镀表达式才能有效地为工艺开发提供建议。
曝光模型：通过曝光能量来改变光刻胶内感光剂(PAC)的浓度，其公式可以描述成光刻胶内光强(%)—光刻胶感光剂(PAC)浓度(&)。
模型表达式：
P4C+hv=P+others
防盗m/dose="C#I$m
光刻胶分表达式：
C"=(dose/hv%.)&E0X012(a)/!/p)
式中：dose为曝光能量;hv为光能量：)；d为胶厚;/0为能量宽度;012为线宽度;3为光酸等效扩散长度;p为空间周期。
电镀模型：电镀的重要定律是法拉第定律，当一种金属发电，电的量通过的电量成。法定描述：
(1)电解时金属的量电量成；
(!)通过电量的金属量，其电化学
质量成正比。
公式计算，电镀厚度与电流密度、时间、电解涉及的
量通过的电效有。电度大，间长，则电镀度厚度厚，间成
模型表达式：
C=Qt=Ist微型拉曼光谱仪
a=KItn
m=p v
式中:！为电镀厚度(！*) ;K为厚度系数(cm3/Ah)I为电流密度(A/dm!)；t为时间(h)；7为电流效率(％);m为质量;p 为密度;v为体积;s为接触面积。
厚度K是镀金属的电化当量除以金属密度,7通定为1(100%)，的公式为：！=0.222It。
基于曝光模型电镀模型表达式，在定，
出表达式的定量，可=可作为的，可用于的分=模型表达式的大，则过在一定的=
2光刻胶开口大小与电镀厚度的关系
2.1光刻胶开口大小
在先进封装工艺流程中，光刻胶的开口大小直接影响后续电镀金属的度。定一光刻胶，在光刻胶上曝光开口，改变其C"(开口大小)，是其，在开口大小的电镀度。曝光模型表达式，定一光刻胶，型：JSR THB-151N，涂覆光刻胶20p m。设定光能量(普朗克常数)hv、光酸等效散长度3、空间周期p、能量宽度/0、线宽粗糙度012为定量不变，dose作为变量，则dose越大CD 大，小。
2.2电镀金属厚度
电镀是在光刻胶开口处通过氧化还原反应慢慢沉积出金属，形成圆柱型金属体。体积="22h，金属圆柱体体积越大，量大，所需的金属离子的电量大。在相的电量，模型公式可电镀厚度
大小(CD)的平方成反比关系：(CD$)2X h i=(CD2)2X h2。需注意的是，电镀的厚度能大于光刻胶的覆膜厚度，
超出光刻胶膜厚，则电镀金属的形貌会发生变化。
2.3光刻胶开口与电镀金属厚度的计算
根据上述模型公式推导，选定正性光刻胶JSR-151N，覆膜厚度20p m，在设定的曝光能量，其余子假定为1，光刻分辨率表达式可光刻胶开口大小(CD)。
CD，在相同电量和时间情况下，使用电镀模型表达式即可得出电镀的厚度，需经过反复、切片结论，减少了不必要的人力和物力消耗。在相同电量的情况下，仅改变曝光能量，可CD的差异和电镀高度的异。表1为使光刻胶分辨表达式和电镀表达式
的分。
综合上述数据推导分析，光刻胶的开口大小与电镀厚度成，在大量CD的，能现此方法的
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设计与工艺♦Sheji yu Gongyi
表1数据分析
光刻胶&膜厚/!+JSR-151N/20^m
dose/(mJ/cm2)10050
CD/|xm5235
'/(A/dm2)4
(/s11电镀厚度/^m 2.228.88
优势。此方法不仅有益于选择光刻胶，也适用于电镀方面的析。
3光刻工艺分辨率和电镀效率增强技术的调研光刻成像的最小分辨率满足以下公式：
CD=K$3!/NA
式中：）$为工艺因子；！为波长;N+为数值孔径。
通过公式转换，可以出以下关系：
K$=CD4N+/!
对于不同膜厚胶，可以通过增加N+（可以通过调节物镜曲来提高，也可以使用浸没式光刻机）来提高最小辨C&通常在）$<1的情况下，使辨增技术（例如OPC技术），可以达到优化成像效果的作用。
半导体方向电镀计算公式可简化成：
（="/K5D
不同金属体系对应不同系数K，所以在K一定、厚度"不变的情况下，可通过增电流密D（单位面积内加大电流）来减少时间通常在酸性电镀体系中，加速沉积化学反就是提高效率，可通过加大反液流量、阴转速来提高电镀效
（上接第49页）
加有效地识别非结构化工业生产场景，实现精准的位置坐标确定，进而为协作机器人的精准取放提供依据。
5.3基于结构光视觉与协作机器人的协同，实现了设备快速部署
结构光视觉系统与协作机器人可以实现坐标绑定，形成的子系统可以与机床实现便捷的通信对接。这对诸多高技术人才匮乏的机床加工企业部署自动上下料系统，实现“机器换人”的目标提供了便利。绑定的结构光视觉系统与协作机器人实现了通过机器人控制器作为主站控制整个系统的目的，可以直接提供给机床加工企业完整的，缩短了系统部署，了目标企业的肯定。
6结语内外网切换器
本文构建了一种基于视觉导引的协作机器人自动上下料系统，采结构光视觉系统检目标位信息导引协作机器人取，协作机器人控机床作上下料
对系统标定工上料成下料，制了一种自动上料。系统成实了实，有4结语
回顾近几年来电子信息领域新兴技术和新兴产业发展的，可以出一个的结成电是电子信息技术的心和基础仅从光刻与边缘曝光系统出对电镀工艺进行了粗浅的讨，析了光刻胶
辨达式电镀工艺的公式以边缘曝光系统对电镀的作，对光刻工艺辨电镀效
增技术进行了调
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收稿日期：2021-02-02
作者简介：张良波（1989—），男，江苏盐城人，光刻工艺开发工师，向：光刻工艺。
效适应了非结构化的机床加工场景，实现了高效的设备部署。系统地了工人动，提了企业的生产效自动化，进了多机协作业制的，了的效效
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收稿日期：2021-04-02
作者简介：刘伟萍（1985—），女，浙江杭州人，机械工程师，主要从事机械自动化设计工作。
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