氧氣O2 plasma處理對(duì)光刻膠表面潤(rùn)濕性的影響

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-11-07

對(duì)于具有圖形微結(jié)構(gòu)的光刻膠表面，光依靠毛細(xì)作用，很難使得液體完全潤(rùn)濕光刻膠的表面，液體潤(rùn)濕凸點(diǎn)形成前的微孔的過(guò)程在圖1-1中展示了。

圖1-1 液體潤(rùn)濕微孔的過(guò)程示意圖

形成潤(rùn)濕一般需要的過(guò)程為：
a. 光刻膠的微孔內(nèi)側(cè)的縫隙與作為氣核的液體中部分懸浮的氣泡或者溶解氣體共同形成了潤(rùn)濕過(guò)程中液體的表面張力最小，最易發(fā)生潤(rùn)濕的地點(diǎn)；
b. 當(dāng)液體依靠毛細(xì)作用逐漸進(jìn)入微孔內(nèi)部時(shí)，微孔內(nèi)部的氣體被急劇壓縮，內(nèi)部氣壓升高，最終會(huì)達(dá)到一個(gè)暫時(shí)平穩(wěn)的狀態(tài)；
c. 借助攪拌或者超聲波的方法能夠讓氣核處的氣泡不斷長(zhǎng)大，這些長(zhǎng)大了的氣泡可能吸附在微孔內(nèi)側(cè)壁處，或靠浮力逐漸排出微孔，這兩種形式都使得微孔內(nèi)部的氣壓逐漸降低了；
d. 當(dāng)氣壓降低后，之前暫時(shí)平衡的狀態(tài)重新失衡，依靠毛細(xì)作用將會(huì)繼續(xù)潤(rùn)濕微孔；
e. 從形成氣泡再到排出氣泡，系統(tǒng)不斷平衡失衡，最終液體將會(huì)潤(rùn)濕到微孔的最底部；
f. 當(dāng)?shù)撞勘煌耆珴?rùn)濕后，最后殘留在微孔內(nèi)的大氣泡將會(huì)依靠浮力或者其他的作用力向上浮動(dòng)，此過(guò)程也會(huì)將其余附著在微孔內(nèi)側(cè)壁上的其他小氣泡帶走，最終在微孔內(nèi)部完全潤(rùn)濕。然而在實(shí)際的電鍍微凸點(diǎn)的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)一些氣孔或者凸點(diǎn)底部不能被鍍滿的情況，這些情況都會(huì)影響電鍍后凸點(diǎn)的質(zhì)量，從而對(duì)實(shí)際芯片的使用及其可靠性產(chǎn)生很壞的影響。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，使用微孔直徑為5μm及10μm的光刻膠來(lái)進(jìn)行電鍍，電鍍后根據(jù)電鏡拍攝后可以發(fā)現(xiàn)在凸點(diǎn)存在缺陷的樣品，如下面的圖所示。圖1-2展示了電鍍后的凸點(diǎn)出現(xiàn)氣孔的情況，圖1-3展示了凸點(diǎn)底部不能完全被鍍液潤(rùn)濕而出現(xiàn)的斷層現(xiàn)象。

圖1-2 凸點(diǎn)底部出現(xiàn)氣孔的現(xiàn)象

圖1-3 凸點(diǎn)底部未鍍滿的情況

在有著高深寬比及精密間距的微孔的光刻膠中，需要通過(guò)改善光刻膠表面的潤(rùn)濕性來(lái)電鍍得到更好的凸點(diǎn)。提高含有微孔的光刻膠的表面潤(rùn)濕性有一些常用的方法，包括氧等離子體處理，在鍍液中添加潤(rùn)濕劑；采用機(jī)械攪拌；減小微孔內(nèi)部的氣壓；涂覆親水涂層；改變表面的結(jié)構(gòu)等。這些方法對(duì)于提高光刻膠表面潤(rùn)濕性都有很大幫助，但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中選擇了氧等立體處理來(lái)增加潤(rùn)濕性。這是因?yàn)?，電鍍中的鍍液配方一般都是?yán)格規(guī)定控制的，隨意的添加潤(rùn)濕劑可能會(huì)使得鍍液的性能發(fā)生改變，而使電鍍不能按預(yù)期完成。實(shí)施機(jī)械攪拌或者減小微孔內(nèi)部氣壓都需要在整個(gè)生產(chǎn)線上添加一些新的設(shè)備來(lái)完成這些步驟，使得成本增加，過(guò)程變得更復(fù)雜。而O₂plasma處理這個(gè)步驟在微凸點(diǎn)制備的過(guò)程中本身就存在，不需要增加新的設(shè)備，也不會(huì)影響電鍍的其他性能，所以O(shè)₂ plasma是最佳的選擇。O₂ plasma處理對(duì)于光刻膠而言還具有去除殘余光刻膠等作用，可以同時(shí)將微結(jié)構(gòu)內(nèi)部曝光顯影不完全而殘留的光刻膠除掉。

O2 plasma處理

等離子是指氣體中的一部分原子以及原子團(tuán)的電子被搶奪然后發(fā)生電離出現(xiàn)正負(fù)離子與氣體中本來(lái)的原子團(tuán)，分子，原子形成的離子化氣體狀的物質(zhì)，對(duì)外部系統(tǒng)而言顯示為電中性，一般被看做是固體、氣體和液體以外的第四種形態(tài)的物質(zhì)。該種物質(zhì)的出現(xiàn)對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。等離子技術(shù)來(lái)進(jìn)行表面處理能夠使得工藝品質(zhì)更高，效率更高，成本更低，環(huán)保以及便于控制。該工藝一般可于樣品表面實(shí)現(xiàn)清潔、改性以及蝕刻等功能。清潔可以實(shí)現(xiàn)除去表面的油污等有機(jī)物或氧化物以及灰塵的污染，精細(xì)化的清洗，除去表面靜電；改性能夠使表面產(chǎn)生粗化或交聯(lián)等反應(yīng)使其具有活性；蝕刻能夠使表面發(fā)生相應(yīng)地反應(yīng)進(jìn)行蝕刻。在半導(dǎo)體行業(yè)里，等離子體處理通常用于薄膜的沉積，打線，基片表面的清洗，微孔的刻蝕等。

圖1-4 氧氣等離子處理光刻膠前后水滴角對(duì)比

圖1-4(a)表示了未經(jīng)O₂plasma處理的光刻膠表面的狀態(tài)，此時(shí)光刻膠表面的接觸角為79.60゜，表面的形貌結(jié)構(gòu)為很多尖銳的小凸起，表面的羥基等親水基團(tuán)的數(shù)量也較少，所以光刻膠表面的潤(rùn)濕性也不好。圖1-4(b)表示了當(dāng)光刻膠表面經(jīng)過(guò)O₂ plasma處理1h后，光刻膠表面原本尖銳的小凸起變得平滑圓潤(rùn)了，液體接觸時(shí)形成的氣墊面積隨之減小，而液體與樣品表面的接觸面積增加。同時(shí)，光刻膠表面的親水基團(tuán)的數(shù)量也在改性后得到提升，由于表面的微結(jié)構(gòu)也變得圓潤(rùn)平滑，所以親水基團(tuán)也主要分布在外表面，潤(rùn)濕性更容易和液體接觸，使得表面潤(rùn)濕性得到明顯提高。根據(jù)測(cè)得的接觸角結(jié)果，從原來(lái)的79.6゜減小到37.01゜，表明經(jīng)O2plasma處理后光刻膠表面潤(rùn)濕性確實(shí)得到了提高。

由于經(jīng)過(guò)O2plasma處理后，光刻膠表面的微結(jié)構(gòu)與粗糙度以及表面所含有的羥基等親水基團(tuán)變化的共同作用下，使得表面的潤(rùn)濕性得到了修飾和提升。