黃光區為什麼是黃色的?
晶圓廠的黃光區(微影區)燈是黃的,不是為了好看,也不是為了保護眼睛,而是為了保護塗在晶圓上的光阻:它怕紫外光和藍光。這篇用白話講黃光在做什麼、為什麼是黃色、為什麼不乾脆關燈。
走進晶圓廠的照片或影片,常會看到一整區的燈是黃色的,連窗戶都是黃的。那一區,業界叫它「黃光區」或「黃光室」,在那裡上班的人叫「黃光工程師」。黃色不是裝潢風格,答案藏在這一區在做的事情裡。
黃光區在做什麼
晶片上的電路,是一層一層「印」上去的。印的方法叫微影(photolithography),口語就叫黃光:
- 在晶圓上塗一層薄薄的光阻,一種照到光就會改變性質的材料。
- 用曝光機把光穿過光罩照到晶圓上,電路的圖案就「曬」在光阻上。
- 顯影:用藥水把照過光(或沒照過光,看光阻的種類)的部分洗掉,留下來的光阻就是圖案。
接下來,蝕刻或其他步驟會照著這層圖案往下做。一顆晶片要重複這個過程很多次,每一層都要靠黃光先把圖案定義出來。
為什麼是黃色:光阻怕藍光和紫外光
光阻的設計,就是要對曝光機的光有反應。傳統曝光用的光,是紫外光和接近紫外的紫光、藍光:教科書上常見的 g-line(436 奈米,藍紫色)、i-line(365 奈米,紫外光),更先進的製程用波長更短的深紫外光。
問題是,一般的白光燈裡也有藍光和一點紫外光。如果黃光區開一般的白燈,晶圓從機台出來、在等下一站的時候,光阻就會被室內的燈慢慢「曬」到,圖案還沒印上就先變質了。
所以黃光區的燈,是把藍光和更短波長的光濾掉的燈。剩下的光,看起來就是黃色、琥珀色。窗戶上貼的黃色膜也是同一個道理:擋住外面白光裡的藍光和紫外光。
一句話:黃光區是黃色的,因為光阻怕藍光和紫外光,黃光不會讓它感光。
是為了保護工人的眼睛嗎?
不是。黃色是為了光阻,不是為了人。反過來,長時間在單一顏色的光下工作,對人並不特別舒服:有大學的研究比較過黃光區和鄰近區域的工作者,黃光區的人辨認顏色的能力比較差、眼睛也比較容易疲勞。在黃光區看什麼都是黃的,紅色、橘色、白色常常分不清,這也是黃光區的人常說的日常。
那為什麼不乾脆關燈?
因為人還要在裡面工作:看機台、搬晶圓、看標籤、處理異常。全黑太危險,也做不了事。黃光是一個折衷:光阻幾乎不會被它影響,人眼又看得夠清楚。
至於為什麼不用紅光?紅光對光阻也很安全,但人眼對紅光沒那麼敏感,同樣的燈光功率,紅光看起來暗得多。黃色、琥珀色剛好在「光阻不怕」和「人看得清楚」之間。
每一區都是黃色的嗎?
不是。只有處理光阻的地方,也就是塗佈、曝光、顯影這一段,才需要黃燈。晶圓廠其他區域(蝕刻、薄膜、清洗、量測)用的是一般的白光。所以從無塵室的走道看過去,常常只有一塊是黃的。
黃燈也不是裝上去就永遠安全:濾光的燈管、燈套會老化,選錯燈也可能漏出一點紫外光。研究單位做過實驗,用光阻本身去測黃光區的燈,確實有照明會讓光阻慢慢感光。這也是為什麼晶圓在黃光區裡停太久,本身就是一個要注意的問題。
黃光做錯了,還能重來
黃光有一個其他站沒有的好處:做錯了可以重來。曝光偏了、疊對超出規格,只要還沒進蝕刻,就可以把光阻洗掉,重新塗、重新曝光,這叫重工。一旦蝕刻下去,材料被吃掉了,就回不去了。所以黃光後面那一道量測,常常是整條線最重要的關卡之一。
在 fab24hr 裡
在 fab24hr 的量產廠裡,黃光區就是無塵室左邊那一塊黃色地板、兩面簾子圍起來的地方。黃光工程師的四個班,從塗佈顯影機卡住、曝光後烘烤的溫度、疊對超規要不要重工,到光罩上的一顆缺陷被印成每一片都有的重複缺陷。遊戲裡的公司、人物和數字都是虛構的;黃光在做什麼、為什麼是黃色,照公開的一般資料寫。想先看名詞,可以到「半導體晶圓廠的行話,白話解釋」。
在 fab24hr 裡,黃光工程師有四個班:塗光阻、曝光、疊對、重工,還有光罩上的一顆缺陷。
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