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本课题研制了常压射频喷枪式冷等离子体和浸入式冷等离子体两种设备,后者的直径为150mm,是目前世界上已报道的能达到的最大放电面积。文章对该等离子体的放电特性和温度特性做了详细的研究。通过控制输入功率、气体组分和极板间距离,得到了大面积均匀稳定的等离子体。温度分布结果表明氩等离子体的温度很低,小于150℃,不会对半导体器件造成热损伤。对以上物理特性的研究表明,常压射频低温冷等离予体满足光刻胶去除技术对等离子体的要求,可以用来进行光刻胶去除实验研究。
用自行研制的直径为150mm的浸入式等离子体设备分别对光刻胶S991 2和聚酰亚胺进行了实验研究。结果表明功率、氧气的流量百分比、以及衬底温度对光刻胶去除速率有着非常重要的影响。去胶速率随着功率和衬底温度的增加而迅速增加。在功率和衬底温度一定时,去胶速率随着氧气与氩气比例的增加而增加,在氧气/氧气流量比达到1%时,去胶速率达到最大值。工业上一般的去胶速率可达每分钟几百纳米,我们在输入功率为300W,氩气的流量为5L/min,氧气/氩气比例为1%时,可以得到500nm/min的去胶速率,此结果说明通过改变输入功率和气体流量,去胶速率可以满足实际的工业需要。最后,通过扫描电子显微镜照片,可以看到光刻胶已经被彻底清洗干净。