在半导体芯片的制造过程中,有一道工序看似不起眼,却对芯片良率起着决定性作用——那就是去除光刻胶。而完成这项任务的设备,就是等离子去胶机。
要理解等离子去胶机,需要先了解“等离子”这个概念。等离子是物质的一种状态,类似于气体,但其中的部分原子或分子被电离,形成了带电的离子和自由电子。这种状态下的物质具有化学活性,能够与某些材料发生反应。
等离子去胶机正是利用这一原理工作的设备。它通过射频电源将氧气或其他气体电离,产生含有高能氧离子和自由基的等离子体。当这些活性粒子与芯片表面的光刻胶接触时,会与光刻胶中的碳氢化合物发生化学反应,将其转化为二氧化碳和水蒸气等挥发性气体,随后被真空系统抽走。这样,光刻胶就被“无形”地清除了。
通常由几个核心部件组成:反应腔室、射频电源系统、气体供应系统和真空系统。
工作时,晶圆被放置在反应腔室内的电极上。腔室被抽成真空后,通入氧气或其他反应气体。射频电源在电极间产生电场,使气体电离形成等离子体。等离子体中的活性粒子与光刻胶反应,生成挥发性产物被抽走。
对于某些难以去除的光刻胶,如经过离子注入后变得坚硬的光刻胶,有时会在氧气中加入少量氟基气体,以增强去除能力。
在芯片制造中,光刻胶是用于转移电路图形的临时材料。当图形转移完成后,这些光刻胶就失去了作用,通常需要被清除干净。如果清除不较为充分,残留的光刻胶会影响后续工艺,导致芯片失效。
等离子去胶机的作用主要体现在以下几个方面:
实现无残留清除。 传统的湿法去胶使用化学溶剂,容易在芯片表面留下残留物。而等离子去胶通过化学反应将光刻胶转化为气体,不会留下固体残留。这对于线宽越来越小的芯片制造来说,是一个重要优势。
避免物理损伤。 等离子去胶是一种干法工艺,不涉及液体浸泡和机械刷洗,因此不会对芯片表面的精细结构造成物理损伤。这对于那些具有脆弱结构的芯片尤为重要。
提高工艺兼容性。 等离子去胶可以在相对较低的温度下进行,通常控制在100-250摄氏度之间。这避免了高温对芯片上其他材料造成的不良影响,使得该工艺能够与多种材料体系兼容。
支持批量处理。 可以同时处理多片晶圆,提高了生产效率。同时,通过较为准确控制气体流量、射频功率和处理时间,可以保证每片晶圆的去胶效果一致。