隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，各種工藝技術(shù)不斷進(jìn)步。光刻膠去除工藝在集成電路制造過(guò)程中約占30%～35%，對(duì)于產(chǎn)品良率、性能和生產(chǎn)成本有著重要影響，因此對(duì)于去膠設(shè)備的研究不可或缺。去膠工藝根據(jù)腐蝕的方法可以分為濕法去膠和干法去膠，濕法去膠是在有機(jī)溶劑中溶解掉光刻膠，具有去膠周期長(zhǎng)，操作復(fù)雜，可能引入無(wú)機(jī)雜質(zhì)等不足之處；干法去膠主要是在等離子去膠機(jī)產(chǎn)生的氧原子環(huán)境下與光刻膠的反應(yīng)，這種方式對(duì)晶圓表面器件有一定損傷，但經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已有很大改善，目前產(chǎn)業(yè)應(yīng)用以等離子去膠為主，濕法去膠成為補(bǔ)充方式。

1 等離子去膠機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)

1.1 等離子去膠機(jī)的工作原理

在石英腔室中，抽真空后通入適量的氧氣，在射頻電源創(chuàng)造的高頻電磁場(chǎng)中，氧氣被電離成O₂^-、O₂⁺、O^-、O⁺、氧原子O、臭氧等活潑的等離子體，其中氧原子能量很高，在高頻電場(chǎng)的輔助下可以使基片上的光致抗蝕劑與其快速發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO、CO₂、H₂O和其它揮發(fā)性氧化物，被真空泵抽走，實(shí)現(xiàn)去膠的目的，其原理如圖1所示。

圖 1 等離子去膠原理示意圖

1.2 等離子去膠機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

等離子去膠機(jī)主要由真空與壓力控制系統(tǒng)、反應(yīng)腔室、氣體與控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、射頻及其匹配系統(tǒng)和傳片系統(tǒng)等構(gòu)成，如圖2所示。

圖 2 等離子去膠機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.1 真空與壓力控制系統(tǒng)

等離子去膠工藝對(duì)真空的要求普遍在1～10Pa，主流的機(jī)械泵和油泵都可以達(dá)到要求。真空系統(tǒng)的硬件包括真空泵、主抽閥、控制抽速的蝶閥、真空計(jì)等，主抽閥控制抽氣的開閉，蝶閥在工藝達(dá)到指定壓力后調(diào)節(jié)合適的抽速以維持穩(wěn)定的壓力。

1.2.2 反應(yīng)腔室

在圖2中，反應(yīng)腔室的承片臺(tái)，上方由石英管覆蓋，工藝氣體經(jīng)由頂部的細(xì)管通入基片的正上方，下方連接著真空管路和真空計(jì)。承片臺(tái)下方內(nèi)部固定著熱偶和加熱裝置，在承片臺(tái)內(nèi)部有水路，下方連接進(jìn)出水管以冷卻，這些部件由溫控器協(xié)調(diào)，控制腔室溫度。

1.2.3 氣體和控制系統(tǒng)

等離子去膠工藝大多使用氧氣，氧氣的流量關(guān)系到腔室的壓力、去膠的速度和均勻性。通過(guò)電腦控制氣動(dòng)閥門和質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)工藝氣體流量的精確控制。

1.2.4 射頻和匹配系統(tǒng)

產(chǎn)生等離子體通常使用13.56MHz的射頻電源以獲得高頻高壓的電磁場(chǎng)環(huán)境，由于工藝氣體含量和壓力的輕微波動(dòng)導(dǎo)致負(fù)載波動(dòng)，射頻電源需要通過(guò)自動(dòng)匹配模塊的匹配使負(fù)載的輸入阻抗與電源內(nèi)阻相等，匹配模塊的輸出端直接連接腔體周圍的電極。負(fù)載阻抗如果無(wú)法與射頻源匹配，會(huì)導(dǎo)致反射功率過(guò)大，進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)多的熱損耗和駐波高壓，同時(shí)對(duì)射頻源的穩(wěn)定運(yùn)行和加工產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不良影響。自動(dòng)匹配功能一般由可調(diào)電容配合電感實(shí)現(xiàn)，有的自動(dòng)匹配模塊還會(huì)通過(guò)在可調(diào)電容兩端并聯(lián)電容以及串并聯(lián)不同擋位的電感等方式提高匹配范圍。

1.2.5 傳片系統(tǒng)

傳片系統(tǒng)以機(jī)械臂為核心，由3個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)T、R、Z坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)?；谟姓婵盏臋C(jī)械臂上傳送，分別經(jīng)過(guò)片盒、中心對(duì)正器、腔室門進(jìn)入腔室，在工藝完成后，通過(guò)腔室門、冷卻室、中心對(duì)正器再放回片盒。

本文以單片去膠設(shè)備為例，介紹了等離子去膠機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)，作為電子工業(yè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可或缺的工藝技術(shù)和設(shè)備，等離子去膠機(jī)需要得到更多的關(guān)注和研究。