Oct. 07, 2023
光刻胶包含感光树脂、增感剂和溶剂三种元素,是一种混合液体,它的内部结构会因光线的照射而发生改变,其主要作用是把掩模板上的图案复刻至元器件上。光刻胶按显影的不同可以分为正性胶和负性胶,前者是被光照射的部分会被溶解,而后者则是没有被光照射的部分会被溶解。
去除光刻胶常用干法刻蚀和湿法腐蚀两种方法。干法等离子清洗原理是由于光刻胶的主要成分是树脂、感光材料和有机溶剂,它们的分子结构都是由长链的碳、氢、氧组成,利用等离子体(氟、氧)中的高反应活性原子与光刻胶中的碳氢高分子化合物发生聚合物反应,从而生成易挥发性的反应物,最终达到去除光刻胶层的目的。
等离子体(Plasma)是正离子和电子的密度大致相等的电离气体,由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子组成;是由部分被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,尺寸大于德拜长度且宏观呈电中性,其运动主要受电磁力支配,并表现出显著的集体行为;是宇宙中物质的主流存在形态,闪电、星云等均是自然界中典型的等离子态;是固、液、气三态之外物质存在的第四态。
人工生成等离子体的方法有加热或气体放电,气体放电更容易实现和实施精确控制。因此工程应用中,等离子体激励方式大多采用气体放电模式。
等离子体大致可分为2类。第一类是由高温使分子和原子的动能增高,由分子、原子相互碰撞而引起电离。此时整个体系的温度可达数千至数万摄氏度,称为高温等离子体;第二类是在低气压中,给气体施加电场激励时生成,压力在数百帕以下的低压等离子体常处于非热平衡状态,这种状态下电子的能量在与离子和中性粒子的碰撞中几乎是不损失的,宏观温度处于常温状态,称为低温等离子体。
在集成电路生产工艺中约有三分之一的制造过程都要包含光刻胶去除工序———即芯片制造中作为保护层的光刻胶经过刻蚀或者离子注入后不再需要,因此要将其从硅片表面去除,同时不能损伤和污染光刻胶下面的物质。如果这个过程不能被很好地控制或者产生损伤,会直接影响产品的成品率以及器件和电路最终的制造成本。
早期主要采用湿法去胶工艺——即有机或无机溶液通过浸泡的方式去除光刻胶。湿法去除光刻胶存在速率难以控制、去除不彻底、留有残胶、需要反复去除等缺点,尤其是湿法去除所带来的废酸处理和大量地使用去离子水,给环境保护和节约能源造成了极大的困难。干法工艺利用光刻胶本身是有机化合物的特点———主要由碳、氢和氧等元素构成,结合低温等离子清洗技术,形成干法等离子光刻胶灰化工艺。
等离子体清洗主要针对光刻胶等有机物,清洗机理为光刻胶中的主要成份C、H会与氧等离子体产生的O自由基结合生成气体被抽走,此过程可以表示如下:
CxHy+nO*→CO↑+CO2↑+H2O↑+...
等离子清洗光刻胶操作方便、去胶效率高、表面干净、无划伤、硅片温度低等优点,有利于确保产品的质量。它不用酸、碱及有机溶剂等,成本低,又不会造成公害等,因此受到人们重视,在生产中已逐步采用。
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