在集成电路（IC）的制造过程中，需要进行许多沉积和蚀刻步骤来构建必要的内部结构。其中最常见的是灰化或剥离，以将光刻胶从蚀刻片上去除，还有“除渣”工艺，以去除任何残留。

虽然可以在“湿法”工艺中使用溶剂去除光刻胶，但由于可减少化学处理和购置成本，我们通常会寻找可允许干法处理的替代方法。在干法处理的替代方案中，等离子工具可应用电离能量进行晶圆灰化和除渣。 

虽然等离子蚀刻机更先进且更自动化，但是，其实早在半导体工业早期就已经出现。从那时起，等离子体处理已经发展到包括去除聚合物，SU-8去除和牺牲层；晶圆片清洗、芯片载体清洗、封装和倒装芯片欠充；晶圆片应力释放、薄片侧愈合（CSH）和超薄晶圆片钝化等技术。

考虑到市场的成熟度和处理技术的精细化，等离子蚀刻器——至少在前端——相对标准化，有固定的格式和现成的选择。 

然而，随着更多后端应用的添加以及使用类似制造技术和工具的MEMS、微流控器件、电力器件、HB-LED、PLED和光伏等剧增，我们现在需要更多的半定制解决方案，以适应不同的尺寸、基片和其他制造挑战。

等离子灰化和除渣

等离子灰化是通过“燃烧”有机物去除光刻胶的过程。 

利用一种处理工具，在低压条件下，将氧气或氟气暴露在高能无线电波中，从而使其电离，从而产生单原子等离子体。这个过程在真空下进行，以产生等离子体，将光刻胶变成灰烬。

通常在晶圆片上进行的等离子灰化有两种形式。高温灰化或剥离，是为了去除尽可能多的光刻胶，并通过“除渣”工艺去除残留的光刻胶。这两种工艺的主要区别是晶圆片在灰化室中暴露的温度。

但是，据PVA TePla America（一家设计等离子体系统的领先系统工程公司）半导体设备销售主管Suraiya Nafis说，即使采用类似的工艺，在选择设备时也会说明其所需工具和半定制化的选择。

PVA TePla America专注于先进的等离子系统，并且在美国、欧洲和亚洲等市场拥有超过50年的悠久历史。该公司最初名为International Plasma Corporation（ICP），后来通过收购和合并发展成为Dionex、Gasonix、Metro Line和TePla。

如前所述，高能无线电波会使氧气或氟气电离。去除光刻胶是基于射频（RF）装置还是基于微波装置非常关键。在光刻胶去除后，底层可能会变得很敏感，如果没有做出正确的选择，可能会被损坏。

“有些器件对等离子体损伤很敏感，”Nafis说。“如果器件不敏感，你可以选用射频发生器，但如果敏感，你可以选用微波发生器。”

一般来说，基于RF的单元是剥离光刻胶的首选。射频等离子体蚀刻表面的物理过程，基本上通过等离子体在特定方向轰击表面来实现。 

“另一方面，基于微波的装置则较为温和，因为等离子体应用并不具有相同的物理特性。相反，微波主要提供一种各向同性的化学方法，这意味着，它会渗透到每一个地方。” Nafis说。

这也使它成为从晶圆背面去除材料的更理想方法，如无法通过直接的物理轰炸加工的翻转芯片。

微波也特别适用于去除SU-8——这是一种常用的环氧基负光刻胶。如果使用负光刻胶，暴露在紫外线下的部分会聚合，而薄膜的其余部分仍可溶解并可冲走。

SU-8为专门开发，以便于为微流体、MEMS和其他微电子应用提供所需的高分辨率掩模。 

Nafis解释说:“SU-8光刻胶的许多优点之一是它的化学稳定性，这也使得它难以去除。”

因此，她说，PVA TePla必须开发一种可使用干等离子灰化除去SU-8的工艺和技术。采用微波工艺的原因是由于微波具有各向同性的刻蚀特性，可用于去除牺牲层和底切顶层。另一个关键因素是更精确的温度控制。在过去，等离子体蚀刻器经常测量温度，但提供很少或几乎没有控制功能。  

“微波等离子体剥离器必须具有非常精确的温度控制，因为如果温度过高，SU-8将变得非常困难、甚至更难去除，”Nafis说。

除RF和微波的选择外，灰化和除渣需要不同的处理类型，其中一种更适合单晶圆片处理，另一种更适合批量处理。

与光刻胶剥离不同的是，除渣用于在更精确的工艺中去除少量的材料。在此过程中，保持晶圆片的关键尺寸不受影响至关重要。这意味着必须一次对一个晶圆片进行除渣。

Nafis说:“由于使用批处理工具很难保持所要求的均匀性，所以通常一次只能对一片晶圆进行除渣。”“单晶圆片加工是一个更精确的控制过程，尽管它仍然能够以相对较高的速度进行。”

等离子体清洗

在晶圆片处理过程中，灰化/除渣本质上是一个类似于清洗的过程。两者都涉及到有机物的去除。 

出于这种考虑，等离子体也被用于去除玻璃和蓝宝石载体晶圆上的颗粒和其他污染物；在超薄硅晶圆的制造过程中，这些颗粒和其他污染物被用来提供平面支撑。 

在制造过程中，硅晶圆和载体晶圆片会暂时粘结在一起。在工艺流程完成后，紫外激光脱胶将两个基片分离，留下50微米厚的硅晶圆片。由于玻璃和蓝宝石基材可能很贵，理想的做法是对其进行清洗后再利用。

“目前，载体晶圆的清洗主要是使用溶剂的湿法工艺，因此成本要高得多，而且，在清洗之后，必须处理掉化学物质”Nafis说，“用等离子干法清洗则更容易，而且可以去除所有的粘合剂。”

定制化

最终的教训是，等离子体工具并不是万能的，Nafis说。每个应用通常都有一系列非常不同的需求。然而，由于半导体制造业发展固定格式非常多，一些供应商只提供现成的选项，几乎不会提供定制方案。

“如果你有任何固定格式之外的东西，就很难让一些供应商投入时间去进行工程设计”他表示。

对于像PVA TePla这样愿意进行定制的公司，设备制造商必须对研发工程师、设施和设备进行投资，以提出合适的解决方案。

其中包括能够提供单晶圆片或批处理系统、射频或微波、各种大小的腔体，手动、半自动、全自动的解决方案，以及高速生产系统。

即使是像固定装置、装卸系统类型、温度控制，以及在一个系统中处理多个尺寸晶圆的能力等细节也起着关键作用。

“当客户来找我们时，他们通常不知道他们需要什么工具”Nafis说，“我们了解了这个应用过程，因此，我们可以建议使用最适合他们预算的工具。”

For more information, contact PVA TePla America at 951-371-2500 or 800-527-5667, suraiyan@pvateplaamerica.com or visit www.pvateplaamerica.com.