1.光刻工藝：在掩模晶圓上繪制電路圖案
光刻對應(yīng)的英文是Photolithography，由“-litho（石刻）”和“graphy（繪圖）”組成，是一種印刷技術(shù)，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(jìn)行曝光，對曝光區(qū)域進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)而使用繪制圖案來創(chuàng)建電鍍層，并通過刻蝕擴(kuò)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(shù)進(jìn)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(biāo)或人物。而光刻則需要特定光源將掩模上的圖案轉(zhuǎn)移到曝光設(shè)備上。另外，攝像機(jī)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(zhuǎn)著的晶圓中心，離心力會使光刻膠向晶圓邊緣擴(kuò)散，從而以均勻的厚度分散在晶圓上。粘度越高轉(zhuǎn)速越低，光刻膠就越厚。反之，粘度越低轉(zhuǎn)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(dá)到30 μm至100 μm，才能形成焊接凸點(diǎn)。然而，通過單次旋涂很難達(dá)到所需厚度。在某些情況下，需要反復(fù)旋涂光刻膠并多次進(jìn)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(dá)到所需厚度，同時在處理過程中不會造成晶圓浪費(fèi)，因此成本效益也更高。但是，如果晶圓結(jié)構(gòu)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(dǎo)致產(chǎn)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(jìn)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(qū)開孔。負(fù)性光刻膠（Negative PR）在曝光后則會硬化，所以需在掩模保留區(qū)開孔。晶圓級封裝通常采用掩模對準(zhǔn)曝光機(jī)（Mask Aligner）或步進(jìn)式光刻機(jī)（Stepper）作為光刻工藝設(shè)備。
顯影（Development）是一種利用顯影液來溶解因光刻工藝而軟化的光刻膠的工藝。顯影方法可分為三種，包括：水坑式 顯影（Puddle Development），將顯影液倒入晶圓中心，并進(jìn)行低速旋轉(zhuǎn)；浸沒式顯影（Tank Development），將多個晶圓同時浸入顯影液中；噴淋式顯影（Spray Development），將顯影液噴灑到晶圓上。
2.電鍍工藝：形成用于鍵合的金屬層
電鍍是將電解質(zhì)溶液中的金屬離子還原為金屬并沉積在晶圓表面的過程，此過程是需要通過外部提供的電子進(jìn)行還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。在晶圓級封裝中，采用電鍍工藝形成厚金屬層。厚金屬層可充當(dāng)實(shí)現(xiàn)電氣連接的金屬引線，或是焊接處的凸點(diǎn)。如圖9所示，陽極上的金屬會被氧化成離子，并向外部電路釋放電子。在陽極處被氧化的及存在于溶液中的金屬離子可接收電子，在經(jīng)過還原反應(yīng)后成為金屬。在晶圓級封裝的電鍍工藝中，陰極為晶圓。陽極由作為電鍍層的金屬制成，但也可使用如鉑金的不溶性電極（Insoluble Electrode）。如果陽極板由作為鍍層的金屬制成，金屬離子就會從陽極板上溶解并持續(xù)擴(kuò)散，以保持溶液中離子濃度的一致性。如果使用不溶性電極，則必須定期補(bǔ)充溶液中因沉積到晶圓表面而消耗的金屬離子，以維持金屬離子濃度。
在放置晶圓電鍍設(shè)備時，通常需確保晶圓的待鍍面朝下，同時將陽極置于電解質(zhì)溶液中。當(dāng)電解質(zhì)溶液流向晶圓并與晶圓表面發(fā)生強(qiáng)力碰撞時，就會發(fā)生電鍍。此時，由光刻膠形成的電路圖案會與待鍍晶圓上的電解質(zhì)溶液接觸。電子分布在晶圓邊緣的電鍍設(shè)備上，最終電解質(zhì)溶液中的金屬離子與光刻膠在晶圓上繪制的圖案相遇。隨后，電子與電解質(zhì)溶液中的金屬離子結(jié)合，在光刻膠繪制圖案的地方進(jìn)行還原反應(yīng)，形成金屬引線或凸點(diǎn)。
3.光刻膠去膠工藝和金屬刻蝕工藝：去除光刻膠
在所有使用光刻膠圖案的工藝步驟完成后，必須通過光刻膠去膠工藝來清除光刻膠。光刻膠去膠工藝是一種濕法工藝，采用一種被稱為剝離液（Stripper）的化學(xué)溶液，通過水坑式、浸沒式，或噴淋式等方法來實(shí)現(xiàn)。通過電鍍工藝形成金屬引線或凸點(diǎn)后，需清除因濺射形成的金屬薄膜。這是非常必要的一個步驟，因為如果不去除金屬薄膜，整個晶圓都將被電氣連接從而導(dǎo)致短路。可采用濕刻蝕（Wet Etching）工藝去除金屬薄膜，以酸性刻蝕劑（Etchant）溶解金屬。這種工藝類似于光刻膠去膠工藝，隨著晶圓上的電路圖案變得越來越精細(xì)，水坑式方法也得到了更廣泛的應(yīng)用。
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