去胶设备工艺及行业发展趋势
思瀚产业研究院 屹唐半导体    2024-12-13

1、去胶工艺简介

半导体器件特别是集成电路芯片制造中，晶体管、电容等关键尺寸的持续微缩依赖于光刻技术的不断进步。在光刻工艺中，晶圆表面被均匀覆盖光刻胶薄层后在光刻机中进行曝光。在光刻机曝光下改变了化学性质的光刻胶在显影步骤中被清除，光刻图形相应完成至光刻胶层的转移。

光刻胶层上的图形进一步通过刻蚀、离子注入等工艺被转移到晶圆表面，其中：刻蚀工艺对于曝光/显影后未受光刻胶覆盖保护的晶圆表面材料进行腐蚀；离子注入工艺通过离子掺杂对曝光/显影后未受光刻胶覆盖的晶圆表面进行电性调整；晶圆表面光刻胶覆盖的部分在刻蚀/离子注入等工艺中受到保护。在刻蚀/离子注入等图形化工艺完成后，晶圆表面剩余光刻胶已完成图形转移和保护层的功能，通过去胶工艺进行完全清除，避免影响后续集成电路芯片制造工艺效果。

传统半导体光刻胶的主要成分包括适合均匀旋涂在晶圆表面的树脂型聚合物、光活性物质、溶剂以及添加剂。去胶工艺可分为湿法和干法两类，湿法去胶工艺使用溶剂对光刻胶等进行溶解；干法去胶工艺可视为等离子刻蚀技术的延伸，主要通过等离子体和薄膜材料的化学反应完成，是目前的主流工艺。在日常制造流程中也可以采取干法及湿法去胶搭配使用，保证完全清除晶圆表面反应残留物。

2、去胶设备工艺及行业发展趋势

随着光刻技术关键尺寸的不断缩小，对光刻胶的敏感度等工艺要求也不断提高，与之相应光刻胶化学组分也不断优化。同时，随着光刻机光源从可见光、紫外线、深紫外线不断推进到极紫外线，与之相对应的光刻胶基本化学组分也在不断演变，先进光刻中还采用光刻硬掩模技术，包括氮化钛、无定形碳等无机材料。为降低光刻机曝光中反射和诸如驻波等问题，先进光刻技术更进一步采用抗反射涂层技术，如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅叠层等无机材料。

光刻硬掩模和抗反射涂层通常通过薄膜沉积设备均匀覆盖在晶圆表面。半导体器件尺寸的持续微缩依赖于光刻技术的不断进步，包括硬掩模、抗反射涂层在内的先进图形化薄膜材料不断发展和更新。同时，逻辑和存储三维器件结构日益复杂，更多的底层材料在工艺过程中暴露出来。在光刻定义、刻蚀完成图案后，必须在不损坏底层的材料和结构的条件下清除各类光刻胶。在最先进的芯片制造工艺中，对底层材料的保护要求已达到原子级。

干法去胶设备技术要求不断提高，包括图形化薄膜清除完整性、对标底层材料的选择比、相应的底层材料表面保护、晶圆颗粒污染控制等技术指标日趋严格，如超高选择比的材料清除、原子层级的底层材料表面处理/保护、晶圆颗粒污染零容忍等。干法去胶逐渐成为先进光刻中的一道关键步骤，设备应用也不断扩大，覆盖表面清洁、精细表面处理等。与之对应，工程设计和工艺性能的差异性也成为决定干法去胶设备竞争力的关键因素。

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