等離子光刻膠灰化(去膠）工藝

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-11-16

在現(xiàn)代半導體生產(chǎn)中，大量使用了類似膠卷感光材料的物質(zhì)—光刻膠來將電路版圖圖形通過掩模版和光刻膠的感光與顯影而轉(zhuǎn)移到晶圓上光刻膠上，從而在晶圓表面形成特定的光刻膠圖形，進而在光刻膠的保護下對下層薄膜或晶圓基底完成進行圖形刻蝕或離子注入（如圖1.1所示），最后再將原有的光刻膠徹底去除。現(xiàn)代半導體工藝中的光刻膠去除，通常均采用氧等離子體的灰化工藝。以下我們對兩個方面：光刻膠和灰化工藝分別進行一個簡單的介紹。

圖 1.1 光刻基本原理圖

光刻膠

圖 1.2 光刻膠成分

光刻膠（Resist或Photo Resist，簡稱PR):是一種經(jīng)紫外曝光后能改變在顯影液中可溶性的有機混合物，典型的光刻膠具有三種基本成分，常常也會有第四種添加劑(如圖2)，這三種主要成分是：樹脂（聚合物材料）、感光劑和有機溶劑。光刻膠的物理性質(zhì)為液體，干燥后能形成一層光刻膠膜。在晶圓生產(chǎn)過程中，光刻膠的主要作用是保護其下的材料在離子注入或刻蝕工藝中維持原有的狀態(tài)（如圖3和圖4）。

圖 1.3 光刻膠在離子注入過程中的作用

圖 1.4 光刻膠載刻蝕過程中的作用

光刻膠灰化工藝

半導體光刻膠去除工藝（PR Strip），一般意義上說分成兩種：傳統(tǒng)的濕法去光刻膠和先進的干法去光刻膠，它們都是通過化學反應來去光刻膠，進行的反應也都是各向同性。

半導體去光刻膠工藝早期是將整盒晶圓一起浸入酸槽，由酸液將光刻膠去除，這種方法的優(yōu)點是可以將光刻膠去除得很干凈，但是缺點也同樣明顯，速度太慢，生產(chǎn)效率低，并且由于酸液的各向同性腐蝕，對多晶硅和金屬刻蝕后去光刻膠的特征尺寸控制極為不利。所以，目前已經(jīng)很少使用了，更多的是作為干法去光刻膠的一種補充，作為干法去光刻膠后清洗存在于業(yè)界。

與傳統(tǒng)的濕法去膠法相比，干法等離子去膠法具有去膠灰化率高，可靠性高的優(yōu)點。其工藝過程特點在于要經(jīng)由等離子和氣體擴散氣進行真空腔體反應。由于光刻膠的主要成分是樹脂、感光材料和有機溶劑，他們的分子結(jié)構都是由長鏈的碳、氫、氧組成，氧等離子體去膠工藝，即是利用氧等離子體中的高反應活性的單原子氧極易與光刻膠中的碳氫氧高分子化合物發(fā)生聚合物反應，從而生成易揮發(fā)性的反應物，最終達到去除光刻膠層的目的。這個工藝，通常又被稱灰化工藝（PRAshing）。

光刻膠灰化工藝中的反應
由等離子體產(chǎn)生的單原子氧在真空泵的作用下流經(jīng)晶圓表面，發(fā)生了如下反應：
–光刻膠中的原子和氧發(fā)生如下反應:
O₂→2O
C+2O→CO₂
H+2O→H₂O
N+2O→NO₂
S+2O→SO₂

圖1.6 單原子氧和光刻膠表面發(fā)生的反應示意圖

–光刻膠中的聚合物和氧的反應:
(CH)_x+2O——〉CO₂
C_xSi_yO_z+F——〉CO2+SiF₄+O₂C_x
Al_yO_z+F——〉CO₂+AlF₃(大多數(shù)氟的化合物都是水溶性的)
另外，去膠過程中還會產(chǎn)生N₂、O₂和H₂其他氣體。

經(jīng)由這些反應方程式和反應原理，光刻膠的各成分與氧發(fā)生反應，生成物主要是氣體和可溶性物質(zhì)，氣體被真空泵直接帶走，可溶性物質(zhì)則溶解于水汽，最終也隨水汽被真空泵帶走。