随着半导体产业规模迅速扩大，各种工艺技术不断进步。光刻胶去除工艺在集成电路制造过程中约占30%～35%，对于产品良率、性能和生产成本有着重要影响，因此对于去胶设备的研究不可或缺。去胶工艺根据腐蚀的方法可以分为湿法去胶和干法去胶，湿法去胶是在有机溶剂中溶解掉光刻胶，具有去胶周期长，操作复杂，可能引入无机杂质等不足之处；干法去胶主要是在等离子去胶机产生的氧原子环境下与光刻胶的反应，这种方式对晶圆表面器件有一定损伤，但经过多年的发展已有很大改善，目前产业应用以等离子去胶为主，湿法去胶成为补充方式。

1 等离子去胶机的工作原理和结构

1.1 等离子去胶机的工作原理

在石英腔室中，抽真空后通入适量的氧气，在射频电源创造的高频电磁场中，氧气被电离成O₂^-、O₂⁺、O^-、O⁺、氧原子O、臭氧等活泼的等离子体，其中氧原子能量很高，在高频电场的辅助下可以使基片上的光致抗蚀剂与其快速发生氧化反应生成CO、CO₂、H₂O和其它挥发性氧化物，被真空泵抽走，实现去胶的目的，其原理如图1所示。

图 1 等离子去胶原理示意图

1.2 等离子去胶机的基本结构

等离子去胶机主要由真空与压力控制系统、反应腔室、气体与控制系统、计算机控制系统、射频及其匹配系统和传片系统等构成，如图2所示。

图 2 等离子去胶机结构示意图

1.2.1 真空与压力控制系统

等离子去胶工艺对真空的要求普遍在1～10Pa，主流的机械泵和油泵都可以达到要求。真空系统的硬件包括真空泵、主抽阀、控制抽速的蝶阀、真空计等，主抽阀控制抽气的开闭，蝶阀在工艺达到指定压力后调节合适的抽速以维持稳定的压力。

1.2.2 反应腔室

在图2中，反应腔室的承片台，上方由石英管覆盖，工艺气体经由顶部的细管通入基片的正上方，下方连接着真空管路和真空计。承片台下方内部固定着热偶和加热装置，在承片台内部有水路，下方连接进出水管以冷却，这些部件由温控器协调，控制腔室温度。

1.2.3 气体和控制系统

等离子去胶工艺大多使用氧气，氧气的流量关系到腔室的压力、去胶的速度和均匀性。通过电脑控制气动阀门和质量流量计实现工艺气体流量的精确控制。

1.2.4 射频和匹配系统

产生等离子体通常使用13.56MHz的射频电源以获得高频高压的电磁场环境，由于工艺气体含量和压力的轻微波动导致负载波动，射频电源需要通过自动匹配模块的匹配使负载的输入阻抗与电源内阻相等，匹配模块的输出端直接连接腔体周围的电极。负载阻抗如果无法与射频源匹配，会导致反射功率过大，进而产生过多的热损耗和驻波高压，同时对射频源的稳定运行和加工产品的性能产生不良影响。自动匹配功能一般由可调电容配合电感实现，有的自动匹配模块还会通过在可调电容两端并联电容以及串并联不同挡位的电感等方式提高匹配范围。

1.2.5 传片系统

传片系统以机械臂为核心，由3个伺服电机分别驱动T、R、Z坐标轴的运动。基片在有真空的机械臂上传送，分别经过片盒、中心对正器、腔室门进入腔室，在工艺完成后，通过腔室门、冷却室、中心对正器再放回片盒。

本文以单片去胶设备为例，介绍了等离子去胶机的工作原理及其结构，作为电子工业半导体产业不可或缺的工艺技术和设备，等离子去胶机需要得到更多的关注和研究。