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欢迎回来，本篇将继续对湿法去胶和湿法清洗工艺进行展开介绍。
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延伸阅读：湿法工艺在微纳光学制造中的应用（上篇）
湿法去胶（STRP）
在微纳光学制造等领域中，光刻胶和压印胶占据了重要位置。对于光刻胶，主要是采用溶剂型去胶液进行去胶处理；对常用的压印胶等，主要是采用碱性去胶液进行去胶处理。在湿法去胶过程中，去胶液中的化学物质会与光刻胶发生反应，导致光刻胶分子的分解或交联网络结构的破坏，从而使其溶解或分解并从基材表面去除。
常见的湿法去胶液分为碱性去胶液、酸性去胶液、溶剂型去胶液和混合型去胶液，主要区别对比如下：
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种类 |
常用药液 |
去胶原理 |
优缺点 |
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碱性 去胶液 |
KOH、NaOH、TMAH |
光刻胶中的交联树脂在强碱的攻击下，酯键或酰胺键断裂，形成小分子片段，小分子溶于去胶液的溶剂中，从而实现去胶。 |
优点：性能强劲，无胶不摧，无胶不破，快速，经济。 缺点：钠离子，钾离子的污染，较易损伤金属。 |
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酸性 去胶液 |
H2SO4+H2O2 |
硫酸和双氧水反应生成硫酸氢根（HSO₄⁻）和羟基自由基（OH⁻），可以氧化光刻胶中的有机物质，使其转化为更易溶于水的低分子量化合物，从而去胶。 |
优点：去胶速率快。 缺点：对金属不友好，只可在某些特定领域使用。 |
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溶剂型 去胶液 |
NMP、DMSO、DMAC、丙酮、异丙醇等 |
溶剂分子渗透到光刻胶的网络结构中，通过破坏光刻胶分子之间的化学键，从而使其结构疏松并最终去除。 |
优点：温和，对玻璃晶圆无损伤。 缺点：速率慢，易挥发。 |
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混合型 去胶液 |
由碱性、酸性、溶剂型去胶液中的任意两种组合而成，一般以碱性+表面活性剂居多。 |
既弥补了溶剂型去胶液去胶速率慢的劣势，又解决了碱性去胶液对底层金属的伤害问题。 |
优点：去胶速率快，对金属损伤小。 缺点：两种去胶液容易出现分层的问题。 |
1.碱性去胶液的去胶原理：
酯键断裂：RCOOR＇+OH-→RCOO-+R＇OH-
酰胺键断裂：RCONHR+ OH-→RCOO-+R＇NH2
2.酸性去胶液的去胶原理：
第一步：H2SO4+H2O2→H2SO5（卡罗酸）+H2O
第二步：H2SO5+H2O2→羟基自由基（OH-）和硫酸氢根（HSO₄⁻）
第三步：羟基自由基（OH-）和硫酸氢根（HSO₄⁻）与光刻胶中的碳高分子链反应，最终生成CO和CO2。
3.溶剂型去胶液的去胶原理：
溶剂分子渗透到光刻胶的网络结构中，破坏光刻胶分子之间的化学键，使光刻胶结构疏松进而在去胶液溶剂中慢慢溶解，直至最终完全被去除。
4.混合型去胶液的去胶原理：
以上三种去胶液任意两种组合后的综合（酸性和碱性去胶液不能组合）。
湿法去胶是一种在微纳光学制造等领域广泛应用的表面处理技术，除了需要根据药液性质选择合适材料做机台架构外，量产机台基本可以与湿法蚀刻机台通用。通过选择合适的去胶液和工艺条件，可以实现高效、彻底的去胶效果。对于湿法去胶的评价标准，通常从以下几个方面进行：
1.去胶效果：包括去胶速度、去胶彻底性（是否留有残胶）以及是否对晶圆表面造成损伤；
2.兼容性：考虑去胶液是否与晶圆上的其他材料（如金属层、介质层等）兼容，以避免在去胶过程中造成不必要的损害；
3.经济性：考虑去胶液的成本、使用寿命以及废液处理的难易程度；
4.安全性：评估去胶液对人体的毒性、易燃易爆性以及是否易挥发等安全隐患；
5.环保性：关注去胶液是否含有有害物质，以及废液处理是否会对环境造成污染。
湿法清洗（CLN）
在微纳光学制造的工艺流程中，每一个工艺步骤都有可能引入不同的污染物，面对不同的污染物就需要选择合适的药液对晶圆表面进行清洗，同时每款药液都有独特的组成配比，适用范围以及合适的反应温度等（如表1）。
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种类 |
组成 |
工作温度 |
清洗对象 |
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SC-1 |
氨水：双氧水：去离子水（1:1:5~1:2:50） |
50~70 ℃ |
晶圆表面的颗粒、轻微有机污染物及部分金属化污染物 |
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SC-2 |
盐酸：双氧水：去离子水（1:1:5~1:1:50） |
50~70 ℃ |
去除金属离子，特别是碱金属离子和铝、铁、镁等金属的氢氧化物 |
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SPM |
硫酸：双氧水（3:1~5:1） |
90~130 ℃ |
去除有机污染物，同时可以改善晶圆表面接触角 |
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DHF |
氢氟酸：去离子水（1:50~1:1000） |
20~25 ℃ |
去除晶圆表面的氧化物层，如原生氧化层或化学清洗后生成的氧化层 |
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BHF 和BOE |
氢氟酸：氟化铵 |
20~45 ℃ |
都适用于对硅片氧化层的清洗，因为添加了缓冲溶剂的作用，可以更加精细的调控清洗速率 |
表1：清洗液分类对比表
不同清洗液清洗原理：
1.SC-1溶液：双氧水作为强氧化剂，能够氧化碳化硅表面的颗粒，氨水则通过其碱性特性，轻微蚀刻氧化硅使颗粒下方与晶圆表面脱离，并通过电化学排斥力使颗粒从硅片表面脱离。
图1：SC-1溶液清洗原理[1]
2.SC-2溶液：通过盐酸与金属离子反应生成可溶性的氯化物，从而去除金属污染；双氧水在酸性条件下也能起到辅助氧化作用。
3.SPM溶液：又称食人鱼溶液，具有强氧化性，能有效去除晶圆表面的有机物污染。在高温下，硫酸可以使有机物脱水而碳化，而双氧水可将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体，从而被清洗掉。
4.稀释氢氟酸（DHF）、缓冲氢氟酸（BHF）和缓冲氧化物蚀刻剂（BOE）：主要工作成分都是氢氟酸，主要工作原理都是通过氢氟酸与硅和硅的氧化物（如二氧化硅）发生反应，生成可溶性的氟硅酸或氟化硅气体，从而将硅片表面的氧化物和污染物去除。不同点在于，相比于DHF，BHF和BOE额外添加了缓冲溶剂可以更加精细地控制蚀刻和清洗速率。
此外，常用的清洗溶液还有EKC、DSP等，常被用来去除晶圆表面的化合物残留物，如光刻胶、蚀刻残留物等。EKC清洗液主要成分包括羟胺（HDA）、乙醇（DGA）、邻苯二酚（Catechol）以及水，主要基于化学溶解和去除机制，利用清洗液中的特定化学成分与晶圆表面的残留物发生反应，将其溶解或剥离。
小结
湿法去胶和湿法清洗工艺，不论是在集成电路制造还是微纳光学器件制造中，都扮演着重要角色，关乎着产品清洁度和产品良率，对于将来AR光波导的大规模量产有着重要的意义。
参考文献
[1] Michael Quirk, Julian Serda.半导体制造技术[M].北京:电子工业出版社，2004:126。
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