隨著半導體產業規模迅速擴大，各種工藝技術不斷進步。光刻膠去除工藝在集成電路制造過程中約占30%～35%，對于產品良率、性能和生產成本有著重要影響，因此對于去膠設備的研究不可或缺。去膠工藝根據腐蝕的方法可以分為濕法去膠和干法去膠，濕法去膠是在有機溶劑中溶解掉光刻膠，具有去膠周期長，操作復雜，可能引入無機雜質等不足之處；干法去膠主要是在等離子去膠機產生的氧原子環境下與光刻膠的反應，這種方式對晶圓表面器件有一定損傷，但經過多年的發展已有很大改善，目前產業應用以等離子去膠為主，濕法去膠成為補充方式。

1 等離子去膠機的工作原理和結構

1.1 等離子去膠機的工作原理

在石英腔室中，抽真空后通入適量的氧氣，在射頻電源創造的高頻電磁場中，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，在高頻電場的輔助下可以使基片上的光致抗蝕劑與其快速發生氧化反應生成CO、CO₂、H₂O和其它揮發性氧化物，被真空泵抽走，實現去膠的目的，其原理如圖1所示。

圖 1 等離子去膠原理示意圖

1.2 等離子去膠機的基本結構

等離子去膠機主要由真空與壓力控制系統、反應腔室、氣體與控制系統、計算機控制系統、射頻及其匹配系統和傳片系統等構成，如圖2所示。

圖 2 等離子去膠機結構示意圖

1.2.1 真空與壓力控制系統

等離子去膠工藝對真空的要求普遍在1～10Pa，主流的機械泵和油泵都可以達到要求。真空系統的硬件包括真空泵、主抽閥、控制抽速的蝶閥、真空計等，主抽閥控制抽氣的開閉，蝶閥在工藝達到指定壓力后調節合適的抽速以維持穩定的壓力。

1.2.2 反應腔室

在圖2中，反應腔室的承片臺，上方由石英管覆蓋，工藝氣體經由頂部的細管通入基片的正上方，下方連接著真空管路和真空計。承片臺下方內部固定著熱偶和加熱裝置，在承片臺內部有水路，下方連接進出水管以冷卻，這些部件由溫控器協調，控制腔室溫度。

1.2.3 氣體和控制系統

等離子去膠工藝大多使用氧氣，氧氣的流量關系到腔室的壓力、去膠的速度和均勻性。通過電腦控制氣動閥門和質量流量計實現工藝氣體流量的精確控制。

1.2.4 射頻和匹配系統

產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環境，由于工藝氣體含量和壓力的輕微波動導致負載波動，射頻電源需要通過自動匹配模塊的匹配使負載的輸入阻抗與電源內阻相等，匹配模塊的輸出端直接連接腔體周圍的電極。負載阻抗如果無法與射頻源匹配，會導致反射功率過大，進而產生過多的熱損耗和駐波高壓，同時對射頻源的穩定運行和加工產品的性能產生不良影響。自動匹配功能一般由可調電容配合電感實現，有的自動匹配模塊還會通過在可調電容兩端并聯電容以及串并聯不同擋位的電感等方式提高匹配范圍。

1.2.5 傳片系統

傳片系統以機械臂為核心，由3個伺服電機分別驅動T、R、Z坐標軸的運動。基片在有真空的機械臂上傳送，分別經過片盒、中心對正器、腔室門進入腔室，在工藝完成后，通過腔室門、冷卻室、中心對正器再放回片盒。

本文以單片去膠設備為例，介紹了等離子去膠機的工作原理及其結構，作為電子工業半導體產業不可或缺的工藝技術和設備，等離子去膠機需要得到更多的關注和研究。