晶圆制造工艺中,等离子去胶制程


发布时间:

2023-10-27

光刻胶在IC制造工艺中的去除过程是非常重要的,因为它占据了IC制造工艺成本的20-30%。然而,去胶效果过弱会影响生产效率,而去胶效果过强则容易造成基底损伤,从而影响整个产品的成品率。为了解决这些问题,越来越多的IC制造商开始采用干法式去胶工艺,也被称为等离子去胶。

干法式去胶与传统的湿法式去胶工艺不同。传统的湿法去胶方法使用化学溶剂浸泡和烘干,虽然成本低效率高,但无法精确控制去胶过程。而干法式去胶不需要使用化学溶剂浸泡和烘干,它主要通过等离子体环境中的氧原子核和光刻胶反应来去除光刻胶。光刻胶的基本成分是碳氢有机物,当氧气在射频或微波作用下电离成氧原子时,它们与光刻胶发生化学反应,生成一氧化碳、二氧化碳和水等产物,然后通过泵将它们抽走,完成光刻胶的去除。

等离子去胶过程主要分为物理清洗和化学清洗两个阶段。物理清洗是通过等离子体中的氧离子对清洗物件进行轰击,达到去胶的目的。主要使用氧气和氩气等气体,通过射频产生氧离子,对清洗物件进行轰击,以获得表面光滑度的最大化,并且增加其亲水性。化学清洗则是通过化学反应来清洗物体表面,主要利用射频电源将气体电离活化,与有机物发生化学反应,生成二氧化碳和水,然后通过真空泵将其抽走。

在等离子去胶工艺中,有许多工艺参数会影响去胶效果。这些参数包括工艺气体流向、工艺气体流量、射频功率、射频频率、去胶时间、真空压力和腔体温度等。

具体各参数对等离子清洗影响:

1)气体流向:等离子去胶工艺中一般采用石英腔体,采用垂直的气体流向,并加以分气盘进行整个气流的覆盖,决定了等离子体的具体位置,对去胶元件的好坏有决定性的影响。

2)工艺气体流量:工艺气体如氧气、氩气等的流量的多少直接导致了等离子体的多少,过多过少都不会有较好的去胶效果,对元件的去胶均匀性有较大影响。

3)射频功率:决定了气体形成离子态的能量大小,功率越大能够激发越多气体形成离子态,去胶清洗效果越明显,但其余参数不变的前提下,功率越大,腔体内温度越高,且当气体流量达到饱和后,一定射频功率能激发的离子体也会达到饱和,需根据实际条件配合气体流量及工艺要求选择。

4)射频频率:射频频率选择一般通用13.56MHz及2.45GHz,射频的频率影响工艺气体的电离程度,但频率过高,会导致电子振幅缩短,当振幅比电子自由程还短时,电子与气体分子碰撞机率也会大大降低,影响最终电离率。

5)清洗时间:其余参数不变的前提下,去胶时间越长,去胶越多,腔体温度会增加,但伴随着温度升高,对某些不耐高温及易损工件会造成损坏,因此不适宜长时间清洗,一般控制在30s~180s之间。

6)真空压力值:腔体真空压力的控制也是一个重要的环节,在氧气流量和功率一定情况下,要提高真空度,必须更换大抽速的泵,大功率泵会造成气体离子密度降低,从而使去胶效果变差,但是本章要介绍的是利用电气部件蝶阀来控制腔体的真空度,来达到我们在不改变氧气的浓度条件下怎样来控制一个腔体的真空度。

7)腔体温度:腔体温度对去胶速率有较大影响,温度增加去胶速率越大,但是均匀性会变差,因此要严格控制腔体的温度,为去胶清洗工艺营造一个良好的环境。

等离子去胶工艺是半导体单片扫胶、扫底膜工艺、元器件封装前、芯片制造等行业的重要清洗步骤。