带你揭秘等离子去胶机的工作原理以及应用

时间: 2024-11-03 04:22:20 |   作者: 江南全站app下载平台/案例

  是微加工工艺过程中一个很重要的工艺环节。在光刻工艺之后，我们往往需要面临显影后的底胶去除或者干法蚀刻工艺后变性的光刻胶的去除工作，这些环节中光刻胶去除的是否干净彻底以及对样片是否有损伤等将直接影响到后续工艺的进行以及器件的性能。

  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，是的有机聚合物被氧化成水汽和二氧化碳等排除腔室，进而达到去除光刻胶的目的，这样的一个过程我们有时候也称之为灰化或者扫胶。氧等离子去胶相比于湿法去胶工艺更简单、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。当然我们应该注意的是，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，以下几种情形我们必须要格外注意：

  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，为了能够更好的保证快速去胶，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，所以是没办法使用氧等离子去胶机来实现去胶；

  ③ 当我们的样品中有别的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有一定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，效率更加高；更低的自偏压决定了其对衬底的刻蚀效应更小，也代表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。

  （一）、调整合适的频率：频率越高，氧越易电离构成等离子体。频率太高，以致电子振幅比其平均自由程还短，则电子与气体分子磕碰概率反而减少，使电离率降低。通常常用频率为 13.56MHz及2.45GHZ 。

  （二）、调整合适功率：关于必定量的气体，功率大，等离子体中的的活性粒子密度也大，去胶速度也快；但当功率增大到必定值，反响所能耗费的活性离子到达饱满，功率再大，去胶速度则无显著添加。由于功率大，基片温度高，所以应根据技术需求调理功率。

  （三）、调整适合的真空度：恰当的真空度，可使电子运动的平均自由程变大，因而从电场取得的能量就大，有利电离。别的当氧气流量必守时，真空度越高，则氧的相对份额就大，发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。

  （四）、氧气流量的调整：氧气流量大，活性粒子密度大，去胶速率加速；但流量太大，则离子的复合概率增大，电子运动的平均自由程缩短，电离强度反而降低。若反响室压力不变，流量增大，则被抽出的气体量也添加，其间尚没参与反响的活性粒子抽出量也随之添加， 因而流量添加对去胶速率的影响也就不甚显著。

  普通光刻胶的去除是最简单的过程，特别是没有经过后续工艺处理后的光刻胶，这样的一个过程通常发生在涂胶过程中发生不良现象或者光刻后经光学检测后不合格的返工工艺中，使用氧等离子去胶机去胶过程中去胶机的工艺参数对去胶速率有着比较大的影响，通常影响去胶速率的因素有：1）、功率，微波源或者射频源的功率越高，去胶速率越快；2）、工艺时间，随着去胶时间的增加，样品的温度会升高，温度越高去胶速率越快；3）、温度，部分去胶机拥有高温样品托盘，因此温度越高，去胶速度越快；4）、装载量，装载量越大，光刻胶暴露在氧等离子体中的相对接触变小，整体去胶需要的时间会变长；5）、氧气流量，氧气的流量也会影响去胶的速率。

  SU-8以一款非常经典的紫外负胶，以其厚度范围宽泛、稳定性高以及机械稳定性高等特点著称，其耐热性可以高达300多摄氏度，因为被大范围的应用于MEMS、电铸模具加工、微流控芯片加工等众多应用领域。PI（聚酰亚胺）胶也有类似的性能，其虽没SU-8胶拥有很大的厚度范围，但是其可耐受高达450℃的高温条件，在很多后续需要高温镀膜或者高温工艺的工艺场合非常受欢迎，如热电堆型红外探测器芯片中的牺牲层。其实，我们不难想到，稳定性越好的光刻胶其去胶的难度也会越大，不仅是湿法去胶，及使是干法的氧等离子去胶速度也不会特别高，所以我们一定要使用加热以及使用氟基气体来加速去胶过程。而针对去胶过程中的加热，Alpha Plasma拥有高温样品台来应对这种需要高温的去胶工艺。下图是70um厚度的SU-8光刻胶的去胶前后的实物图。

  除此之外，氧等离子体清洗也能够适用于样品的表面清洗、PDMS表面处理修饰、半导体后道工艺中的封装键合清洗等应用。

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