说到半导体制造,很多人可能觉得离自己很远,但其实我们每天用的手机、电脑都离不开它。在芯片生产过程中,有个特别关键的步骤叫光刻胶去除,这就像给晶圆做"卸妆",得把之前涂上去的光刻胶彻底清理干净。传统方法要么用化学药水泡,要么靠机械打磨,但这些办法多少会伤到晶圆表面。现在行业内越来越流行用等离子清洗来干这个活,就像用离子风给晶圆做SPA,既干净又温柔。
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等离子清洗到底是个啥原理呢?简单说就是把气体变成带电的等离子体状态。设备里通入氧气或者氩气这些工作气体,加上高频电源一激发,气体分子就被拆解成带电粒子。这些活泼的粒子撞到光刻胶表面时,能把高分子链打断,变成二氧化碳、水蒸气这些小分子挥发掉。整个过程在真空环境下进行,温度也就五六十度,比化学清洗动不动上百度温柔多了。深圳诚峰智造这类专业厂商做的设备,还能精确控制等离子体的密度和能量,确保只去掉该去的胶,不伤到底层材料。
和传统方法比,等离子清洗优势确实明显。化学清洗最大的问题是废液处理麻烦,那些强酸强碱用完得专门处理,成本高还不环保。机械研磨又容易产生划痕,现在芯片线路都做到纳米级了,表面划伤一点整片晶圆就废了。等离子清洗既不用化学药剂也不接触表面,处理完直接抽走废气就行。更厉害的是它能处理各种复杂结构,现在芯片里都是立体堆叠的微细线路,化学药水可能泡不到死角,但等离子体是无孔不入的,连最窄的沟槽都能清理干净。
实际操作中还是有些门道的。比如光刻胶要是特别厚,得先用化学方法去掉大部分,再用等离子清洗收尾。气体配方也得讲究,一般用氧气效果最好,但遇到金属层就要换氩气,免得把金属给氧化了。功率和时间也要匹配好,功率太大可能损伤基底,时间太长又影响生产效率。有经验的工程师会根据不同产品调整参数,像我们见过有些厂家的设备能存储上百组配方,换产品时调出来就能用。
现在半导体工艺越来越精细,对清洗要求也水涨船高。7纳米、5纳米工艺对表面洁净度的要求,差不多相当于在足球场上不能有一颗芝麻。等离子清洗因为能控制到原子级的清洁精度,已经成为高端芯片生产的标配。不只是光刻胶去除,在键合前清洗、封装除污这些环节也用得上。国内像诚峰智造这样的企业,已经能做出达到国际水平的设备,某些型号的均匀性甚至比进口设备还好,价格还便宜两三成。
别看等离子清洗现在这么火,其实也存在些挑战。比如设备一次性投入比较大,小厂可能觉得肉疼。再比如处理特厚胶层时速度不如化学法快,这时候就得考虑组合工艺。行业里正在研发的新技术,像常压等离子、远程等离子这些,可能就是下一代解决方案。不过可以肯定的是,随着芯片制造向更精细发展,等离子清洗这类干式工艺肯定会越来越重要。