等离子去胶机（Plasma Cleaner）

等离子去胶机（Plasma Cleaner）

为何要去除光刻胶？

在现代半导体生产过程中，会大量使用光刻胶来将电路板图图形通过掩模版和光刻胶的感光与显影，转移到晶圆光刻胶上，从而在晶圆表面形成特定的光刻胶图形，然后在光刻胶的保护下，对下层薄膜或晶圆基底完成进行图形刻蚀或离子注入，最后再将原有的光刻胶彻底去除。

去胶是光刻工艺中的最后一步。在刻蚀/离子注入等图形化工艺完成后，晶圆表面剩余光刻胶已完成图形转移和保护层的功能，通过去胶工艺进行完全清除。

光刻胶去除是微加工工艺过程中非常重要的环节，光刻胶是否彻底去除干净、对样片是否有造成损伤，都会直接影响后续集成电路芯片制造工艺效果。

半导体光刻胶去除工艺有哪些？

半导体光刻胶去除工艺，一般分成两种，湿式去光刻胶和干式去光刻胶。湿式去胶又根据去胶介质的差异，分为氧化去胶和溶剂去胶两种类别。干式去胶适合大部分去胶工艺，去胶彻底且速度快，是现有去胶工艺中zui好的方式。

一、等离子去胶机简述：

氧等离子去胶是利用氧气在微波发生器的作用下产生氧等离子体，具有活性的氧等离子体与有机聚合物发生氧化反应，使有机聚合物被氧化成水蒸汽和二氧化碳等排除腔室，从而达到去除光刻胶的目的，这个过程我们有时候也称之为灰化或者剥离。氧等离子去胶相比于湿法去胶工艺更为简单、适应性更好，去胶过程纯干法工艺，无液体或者有机溶剂参与。当然我们需要注意的是，这里并不是说氧等离子去胶工艺100%好于湿法去胶，同时也不是所有的光刻胶都适用于氧等离子去胶，以下几种情形我们需要注意：

① 部分稳定性极高的光刻胶如SU-8、PI（聚酰亚胺），往往胶厚也比较大，纯氧等离子体去胶速率也比较有限，为了保证快速去胶，往往还会在工艺气体中增加氟基气体增加去胶速率，因此不只是氧气是反应气体，有时候我们也需要其他气体参与；

② 涂胶后形成类非晶态二氧化硅的HSQ光刻胶。由于其构成并不是单纯的碳氢氧，所以是无法使用氧等离子去胶机来实现去胶；

③ 当我们的样品中有其他需要保留的结构层本身就是有机聚合物构成的，在等离子去胶的过程中，这些需要保留的层也可能会在氧等离子下发生损伤；

④ 样品是由容易氧化的材料或者有易氧化的结构层，氧等离子去胶过程，这些材料也会被氧化，如金属AG、C、CR、Fe以及Al，非金属的石墨烯等二维材料；

市面上常见氧等离子去胶机按照频率可分为微波等离子去胶机和射频等离子去胶机两种，微波等离子去胶机的工作频率为2.45GHz，射频等离子去胶机的工作频率为13.5MHz，更高的频率决定了等离子体拥有更高的离子浓度、更小的自偏压，更高的离子浓度决定了去胶速度更快，效率更高；更低的自偏压决定了其对衬底的刻蚀效应更小，也意味着去胶过程中对衬底无损伤，而射频等离子去胶机其工作原理与刻蚀机相似，结构上更加简单。因此，在光电器件的加工中，去胶机的选择更推荐使用损伤更小的微波等离子去胶机。

二、等离子清洗去胶机的工作原理：

氧气是干式等离子体脱胶技术中的首要腐蚀气体。它在真空等离子体脱胶机反应室内高频和微波能的作用下，电离产生氧离子、自由氧原子O*、氧分子和电子混合的等离子体，其间氧化能力强的自由氧原子（约10-20%）在高频电压作用下与光刻胶膜发生反应：O2→O*+O*，CxHy+O*→CO2↑+H2O↑。反应后产生的CO2和H2O然后被抽走。

三、等离子去胶机的优势：

1、等离子清洗机的加工过程易于控制、可重复且易于自动化；使用等离子扫胶机可以使得清洗效率获得更大的提高。整个清洗工艺流程几分钟内即可完成，因此具有产率高的特点

2、等离子扫胶机清洗对象经等离子清洗之后是干燥的，不需要再经干燥处理即可送往下一道工序，可以提高整个工艺流水线的处理效率；

3、等离子扫胶机使得用户可以远离有害溶剂对人体的伤害，同时也避免了湿法清洗中容易洗坏清洗对象的问题；

4、避免使用ODS有害溶剂，这样清洗后不会产生有害污染物，因此这种清洗方法属于环保的绿色清洗方法；

5、等离子去胶机采用无线电波范围的高频产生的等离子体与激光等直射光线不同，等离子体的方向性不强，这使得它可以深入到物体的微细孔眼和凹陷的内部完成清洗任务，因此不需要过多考虑被清洗物体的形状；

6、等离子去胶机在完成清洗去污的同时，还可以改良材料本身的表面性能，如提高表面的润湿性能、改良膜的黏着力等，这在许多应用中都是非常重要的。

四、等离子去胶的主要影响因素：

频率选择：频率越高，氧越易电离形成等离子体。频率太高，以至电子振幅比其平均自由程还短，则电子与气体分子碰撞几率反而减少，使电离率降低。一般常用频率为 13.56MHz及2.45GHZ 。

功率影响：对于一定量的气体，功率大，等离子体中的的活性粒子密度也大，去胶速度也快；但当功率增大到一定值，反应所能消耗的活性离子达到饱和，功率再大，去胶速度则无明显增加。由于功率大，基片温度高，所以应根据工艺需要调节功率。

真空度的选择：适当提高真空度，可使电子运动的平均自由程变大，因而从电场获得的能量就大，有利电离。另外当氧气流量一定时，真空度越高，则氧的相对比例就大，产生的活性粒子浓度也就大。但若真空度过高，活性粒子浓度反而会减小。

氧气流量的影响：氧气流量大，活性粒子密度大，去胶速率加快；但流量太大，则离子的复合几率增大，电子运动的平均自由程缩短，电离强度反而下降。若反应室压力不变，流量增大，则被抽出的气体量也增加，其中尚没参加反应的活性粒子抽出量也随之增加， 因此流量增加对去胶速率的影响也就不甚明显。

五、等离子去胶机的应用：

1、光刻胶的去除、剥离或灰化

2、SU-8的去除/ 牺牲层的去除

3、有机高分子聚合物的去除

4、等离子去除残胶/去浮渣/打底膜

5、失效分析中的扁平化处理

6、表面沾污清除和内腐蚀（深腐蚀）应用

7、清洗微电子元件，电路板上的钻孔或铜线框架

8、剥离金属化工艺前去除浮渣

9、提高黏附性，消除键合问题

10、塑料的表面改型：O2处理以改进涂覆性能

11、产生亲水或疏水表面