许多化学和化学工程专业的学生经常觉得自己选错了专业。事实上，化学和化学工程的知识非常广泛。请不要沮丧。让我们谈谈光刻术对化学原理的依赖性。光刻技术利用光子能量在晶圆表面“雕刻”光刻胶，将掩模图像传输到晶圆表面。顾名思义，光的使用是光刻技术的核心，因此可能存在误解。光刻是一种物理上占主导地位的工艺，但化学原理在光刻工艺中起着至关重要的作用。

 

1. 光化学反应

光化学反应是光刻工艺的基本原理。所谓光化学反应是利用光子能量作为活化剂产生自由基，然后通过一系列反应，最终产生与显影剂反应的有机酸。光刻胶中的经典光敏材料是重氮醌。在光子能量的作用下，重氮基团打破碳氮键，产生自由基，碳重新排列成羰基，然后水解形成羧酸。随着线宽的不断缩小，对机器、原材料和掩模的要求越来越高，因此产生了新的感光材料，但它们的基本原理是相似的。

 

2. 表面张力

表面张力是由不饱和相界面引起的张力。以水杯中的水为例。水分子在水相和空气中达到相平衡。在水相中，水分子相互靠近，分子间作用力强，表现出吸引力；在空气中，水分子离得很远，分子间的作用力很弱，表现为吸引力。在气相和水相的界面上，水分子两侧的重力不同，这通常表明水分子是通过指向水相内部来吸引的。因此，水面通常向下收缩。表面张力的外在表现是收缩界面和减少表面。

通常，介质之间存在气液表面张力、气固表面张力和液固表面张力，这三种力通常同时作用。以固体表面上的液滴为例，液滴接受右侧气固表面张力以收缩液固界面，左侧气固表面张力以减小气固接触面，以及沿液滴切线方向向上的气液表面张力，降低气液电压。气液表面张力方向与水平面之间的角度就是年轻人的接触角。杨氏接触角描述了液滴与固体表面之间的接触特性。表面越小，液滴越容易在固体表面上扩散。如果水滴在固体表面上的接触角大于90度，则固体表面显示疏水性。

 

如前所述，光刻胶必须旋涂在晶圆上。因此，晶圆表面和光刻胶之间的接触特性尤为重要。如果接触角过大，光刻胶在晶圆表面呈液滴状分布，工艺失败；如果接触角太小，光刻胶很容易分布在晶圆表面，薄膜厚度很难保证，特别是对于需要厚光刻胶的层。因此，一般工艺选择的光刻胶接触角为55°C至75°C。

3. 基于氮气校准晶圆表面形貌

晶圆表面的形貌通常由专用传感器测量。一般原理是将光束定向到晶圆表面，然后传感器接收反射光以分析表面形貌。事实上，光刻胶是半透明的。一些光通过光致抗蚀剂，并在其从前层反射后被传感器接收。此时，梁包含前一层的信息。如果层的表面形态不准确。氮气校准方法是将氮气缓慢注入晶圆表面，并使用伯努利方程分析测量点和氮气入口之间的压差，以分析表面形貌。

精密光刻机的化学知识远远不止这些。欢迎讨论。学习化学和化学工程时请不要气馁。我们所学的知识非常有用。