En el proceso de preparación de dispositivos semiconductores, la limpieza de la superficie de las obleas y piezas determina directamente el rendimiento y el rendimiento del chip. La limpieza húmeda tradicional es fácil de retener reactivos químicos y difícil de procesar estructuras finas a nivel de micrones, mientras que la máquina de limpieza por plasma se ha convertido en un importante equipo de tratamiento de superficie en el proceso de fabricación de semiconductores gracias a sus características de tratamiento seco, sin daños y de alta precisión, y se utiliza ampliamente en procesos clave como el preprocesamiento fotolitográfico, la activación previa a la Unión y la eliminación de pegamento en el embalaje.

I. principio de funcionamiento central de la máquina de limpieza por plasma

El núcleo de la máquina de limpieza de plasma es estimular el gas de trabajo a través de una fuente de alimentación de radiofrecuencia para ionizarlo para formar un plasma compuesto por electrones, iones, radicales libres, etc. Estas partículas activas tienen una alta actividad química y energía cinética física, y la limpieza de la superficie se puede lograr de dos maneras:

1. efecto de grabado físico: los iones de alta energía en el plasma bombardean la superficie a limpiar a alta velocidad bajo la acción de un campo eléctrico, despojan físicamente las partículas contaminantes adheridas, los residuos orgánicos y otros, logrando un efecto de limpieza como "chorro de arena seco", y la uniformidad del grabado se puede controlar a nivel nanométrico sin dañar el material de base.

2. efecto de reacción química: de acuerdo con las necesidades de limpieza, se seleccionan diferentes gases de trabajo, como oxígeno, hidrógeno y argón, y se pueden producir reacciones químicas específicas. Por ejemplo, el plasma de oxígeno puede oxidar y bombear contaminantes orgánicos a CO2 y h¿ o, el plasma de hidrógeno puede eliminar la capa de óxido de la superficie metálica, mientras que el gas Mixto puede tener en cuenta la limpieza y la modificación de la superficie.

2. escenarios de aplicación típicos en la fabricación de semiconductores

1. pretratamiento de obleas antes del proceso de litografía

Antes del recubrimiento fotorresistente, si hay trazas de aceite, vapor de agua o capa de óxido en la superficie de la obleas, el recubrimiento fotorresistente será desigual y la transferencia de patrones será distorsionada. La máquina de limpieza por plasma puede completar la modificación hidrofóbica a hidrofílica de la superficie de la pasta en 30 - 60 segundos, eliminando al mismo tiempo contaminantes de nivel nanométrico, aumentando la adherencia del fotorresistente al sustrato de la pasta en más del 30% y reduciendo considerablemente la tasa de defectos del proceso de litografía.

2. enlace de obleas y activación de la superficie del enlace de encapsulamiento

En los procesos de Unión de obleas (como la Unión de silicio - silicio y la Unión de integración heterogénea), la falta de actividad superficial puede causar problemas como la falta de resistencia a la Unión y el vacío de la interfaz. A través del tratamiento de plasma mixto de argón y oxígeno, se puede introducir una gran cantidad de grupos activos como grupos hidroxi y grupos carboxílicos en la superficie de la obleas, lo que hace que la fuerza de Unión de la interfaz de unión alcance el nivel de MPA y cumpla con los requisitos de encapsulamiento de alta fiabilidad. Además, en el proceso de desembalaje del embalaje del chip, la limpieza por plasma puede reemplazar la desembalación húmeda tradicional, evitar residuos químicos en la cavidad del embalaje y mejorar el rendimiento del embalaje.

3. limpieza precisa de piezas semiconductoras

Si las piezas de precisión del equipo de producción de semiconductores (como la ventosa de la máquina de Nivelación de pegamento y la boquilla de la máquina de desarrollo) se adhieren a residuos de pegamento y partículas, afectará directamente la estabilidad del proceso. La máquina de limpieza por plasma puede limpiar las piezas de estructuras complejas sin desmontar, lo que no sólo garantiza la precisión de la limpieza, sino que también acorta el ciclo de mantenimiento del equipo.

III. indicadores técnicos clave para la selección de equipos

1. uniformidad del plasma: para las obleas de gran tamaño (como 12 pulgadas), es necesario garantizar que la desviación de la densidad de plasma en la cavidad sea ≤ 5%, de lo contrario causará un efecto de limpieza desigual y afectará la consistencia del chip.

2. potencia y frecuencia de la fuente de alimentación de radiofrecuencia: radiofrecuencia de baja frecuencia (27 mhz) es adecuada para las necesidades de grabado físico, radiofrecuencia de alta frecuencia (13,56 mhz) es más adecuada para la limpieza de reacción química, y algunos equipos están equipados con radiofrecuencia de doble frecuencia, que puede lograr un control preciso del grabado y la modificación.

3. sistema de control de vacío y gas de la cavidad: la estabilidad del vacío en el rango de 10 - 100pa puede garantizar la estabilidad del plasma, mientras que el controlador de flujo de masa de alta precisión (metano) puede lograr un ajuste preciso de la proporción de múltiples gases para satisfacer las diversas necesidades del proceso.

4. capacidad de procesamiento sin daños: para sustratos flexibles o dispositivos sensibles vulnerables, es necesario equipar el modo plasma de baja energía para controlar la energía de bombardeo de iones por debajo de 10 ev y evitar daños en la red cristalina del material de base.

IV. tendencias en el desarrollo tecnológico

A medida que el proceso de semiconductores evoluciona hacia nodos de 3 nm y menos, las máquinas de limpieza por plasma se están desarrollando hacia una mayor uniformidad, menos daños y un control más inteligente. Por un lado, la estructura de la cavidad está diseñada con electrodos de radiofrecuencia distribuidos, combinados con la tecnología de simulación de plasma, para lograr una limpieza uniforme global de obleas de más de 200 mm; Por otro lado, el equipo integra el sistema de circuito cerrado del proceso de ia, que puede ajustar automáticamente la Potencia y la proporción de gas de acuerdo con los parámetros de plasma monitoreados en tiempo real para lograr la optimización adaptativa del proceso. Al mismo tiempo, el diseño verde se ha convertido en una nueva tendencia, y la fuente de alimentación de radiofrecuencia de bajo consumo de energía y el sistema de gas de trabajo reciclable pueden reducir el consumo integral de energía y los costos ambientales de los equipos.

Como "experto en limpieza y modificación de superficies" en la fabricación de semiconductores, la iteración técnica de la máquina de limpieza de plasma siempre es la misma frecuencia que la actualización del proceso de chip. En el futuro, con la popularización de tecnologías como el embalaje y la integración heterogénea, los equipos de limpieza por plasma desempeñarán un papel insustituible en más escenarios de proceso y construirán una base sólida para el desarrollo de alta calidad de la industria de semiconductores.