CCP等离子去胶机工作原理

CCP等离子去胶机利用电容耦合方式产生等离子体，通过活性自由基与光刻胶的化学反应，并根据设备结构结合不同程度的离子作用，实现光刻胶及部分有机残留的去除。

这类设备可用于半导体、MEMS和微电子制造中的整体去胶、显影后残胶清除及部分有机薄膜处理。其工艺效果不仅取决于射频功率，还与气体组成、压力、温度、电极结构和装载方式密切相关。

从设备制造角度看，CCP去胶机需要同时解决三个问题：稳定地产生活性物种，让它们均匀到达目标表面，并在去胶完成后保持下层材料和器件性能符合要求。

什么是CCP等离子去胶机？

CCP是Capacitively Coupled Plasma的缩写，中文为电容耦合等离子体，描述的是向等离子体输入能量的方式。

典型低压CCP系统采用射频电极与接地电极或接地腔体构成放电结构。工艺气体进入真空腔体后，在交变电场作用下形成等离子体，其中的活性物种参与光刻胶去除。

需要区分的是，CCP描述等离子体产生方式，去胶和灰化描述工艺用途，RIE则描述结合化学反应与离子轰击的刻蚀机制。因此，CCP设备可以采用不同处理模式，不能将所有CCP去胶机都理解为强离子轰击设备。

CCP等离子去胶机如何去除光刻胶？

1. 射频电场激发工艺气体

设备先将腔体抽至规定条件，再通过气体控制系统导入氧气或经过验证的工艺气体。射频电源向电极施加交变电压，使电子获得能量。电子与气体分子碰撞，产生解离、电离和激发过程，形成包含电子、离子、自由基和中性粒子的等离子体。

在氧基去胶工艺中，活性氧物种是参与有机材料去除的重要反应物。气体流量决定供气条件，但并不直接等于光刻胶表面获得的活性氧数量。

2. 活性物种与光刻胶发生反应

光刻胶通常含有有机高分子组分。活性氧到达表面后，可与这些组分发生反应，使可反应部分转化为能够脱附的产物。

这一过程可以概括为：

工艺气体进入 → 射频激发 → 活性物种生成 → 光刻胶表面反应 → 产物脱附 → 真空排出。

氧基灰化产生的挥发性产物可包含碳氧化物和水，实际组成取决于光刻胶及工艺条件。含无机成分的残留不一定能够通过氧灰化完全去除。更多原理可参阅等离子灰化与光刻胶去除原理。

3. 电极位置影响离子作用

等离子体与固体表面之间会形成鞘层，正离子通过鞘层时受到电场加速。在常见非对称射频结构中，射频电极可能形成负直流自偏压。工件放置在射频电极、接地位置或经屏蔽的区域，其受到的离子作用可能不同。工件位置因此是重要的工艺条件。

对有机胶膜去除，化学反应通常十分重要。较强离子作用可以帮助部分难处理表层的去除，但也可能增加基片损伤、充电和掩膜消耗，不能一味追求更高偏压。

4. 反应产物脱附并排出

去胶还需要反应产物离开表面并排出腔体。温度、气体更新和有效抽速都会影响这一过程。如果局部产物排出不充分，或工件阻挡了气体通路，可能出现去胶不完全、位置差异或腔体沉积。因此，真空系统和气流设计是去胶能力的一部分。

图1　晶圆光刻胶相关局部形貌配图。原图未提供比例尺及测试条件，不据此判断去胶速率或残留水平。

CCP等离子去胶机由哪些系统组成？

设备选型应关注这些系统在实际配方中的协同表现。例如，较大真空泵如果受到管路限制，不一定带来更快气体更新；更多电极层数，也不一定对应更多合格产出。更详细的选型方法可参阅等离子去胶设备结构与选型。

哪些参数影响CCP去胶效果？

射频功率与匹配状态

功率会影响放电和活性物种产生，也可能改变离子作用和热负荷。提高功率不一定同比提高去胶速率，还应检查材料变化和均匀性。反射功率可辅助判断匹配状态，但反射较低并不代表去胶一定充分，仍需检测样片结果。

压力与气体流量

压力影响碰撞和输运，流量影响气体供给与更新。两者需要配合调整。相同设定值在不同腔体和装载下，可能产生不同结果，因此不能直接复制其他设备配方。

温度与处理时间

温度会影响表面反应和产物脱附，同时受基片、金属、介质及胶层热预算限制。载台设定温度也不等于工件实际温度。处理时间需要覆盖最慢去胶位置，但过长暴露可能影响先清除区域的材料。应先改善分布，再确定合理时间余量。

光刻胶历史与装载负荷

经过高温、注入或刻蚀的光刻胶，可能与新涂胶膜表现不同。满载时的反应物消耗、遮挡和温度分布，也可能不同于少量打样。因此，采购验证应使用真实前道处理后的样品，并覆盖计划装载条件。

整体去胶与Descum有什么区别？

两种任务都可能使用CCP设备，但配方和终点不能直接通用。设备具备整体去胶能力，并不自动说明其能够满足精细图形的Descum要求。

图2　晶圆实物配图。整体去胶与Descum的验收目标不同，图片不代表工艺前后对比。

如何评价CCP等离子去胶机的实际能力？

评价应同时包含去除效果、材料保护和生产效率。

首先，确认目标区域没有超出要求的残留，必要时结合表面分析或后续工艺验证。其次，检查下层材料、关键尺寸及器件性能是否受到影响。最后，在真实装载下记录装卸、抽气、稳压、处理和冷却等完整周期。

对于批量设备，应覆盖不同层位、中心、边缘和遮挡位置。还需检查连续运行及维护后的恢复，避免用一次最佳样片代表长期生产能力。

如果目标是处理难去除胶膜，应向设备制造商提供胶种、厚度、前道历史、材料堆叠和允许温度。清楚的输入条件，有助于判断应优化气体、电极、温控还是增加组合清洗步骤。

图3　半导体晶圆Plasma Asher等离子去胶设备实拍；电极、等离子源与适用工艺以具体配置为准。

FAQ：CCP等离子去胶机常见问题

CCP去胶是否只能使用氧气？

不是。氧气是常见去胶气体，但实际化学体系应根据光刻胶、残留和保留材料选择，并确认设备兼容性。部分场景会使用经验证的辅助气体。含氟气体可能改变下层材料的刻蚀选择性，须单独验证材料兼容性、气路配置和尾气处理。

CCP去胶机会不会损伤晶圆？

存在影响材料或器件的可能，程度取决于工艺和结构。应控制离子作用、温升、化学反应及充电影响，并通过实际样品验证。在设备结构允许时，降低基片偏压或采用屏蔽、下游处理方式可减轻离子作用。远程结构与CCP耦合方式是不同的分类维度，且减少离子轰击不代表没有氧化、温升或辐射影响。

去胶后还有残留，是否应继续增加时间？

应先判断残留性质。有机胶膜、侧壁复合物和无机残留可能需要不同处理，延长时间不一定有效，还可能增加下层损伤。建议先做残留成分分析，再调整气体、功率或组合工艺。

CCP与ICP去胶设备如何选择？

应比较目标胶膜、材料保护、装载和完整周期。ICP与CCP的耦合方式不同，常见ICP系统可通过独立源功率与基片偏压调节放电及离子能量；常见单频CCP中这两者的耦合更明显。但设备适用性仍需由具体配置和样片结果确定。

CCP等离子去胶设备的选型要点

选择CCP等离子去胶机，应从光刻胶状态、基片材料和工艺目标出发，再确定设备结构及验证方案。

深圳深光达科技有限公司专注真空等离子清洗、等离子去胶与表面处理设备，支持样品验证与工艺开发。