在半导体制造领域，从前端晶圆厂到后端OSAT，清洁性不是可有可无的，而是至关重要的任务。几十年来，等离子体清洗一直是半导体晶圆厂中去除污染物最常用的方法之一。研究表明，它可靠且嵌入从晶圆制造到先进封装的工作流程中。但令人不安的事实是：等离子清洗是为昨天的挑战而设计的。该方法在大多数通用情况下表现良好，但面对表面灵敏度和残留物避免至关重要的先进应用，尤其是更复杂的硅光子学（共封光学（CPO）/光子集成电路（PIC）和高带宽存储器（HBM）堆栈）时，这一方法正面临挑战。毛毯等离子处理开始更多地损害关键表面而非清洁效果。敏感材料——尤其是聚合物和光子结构——正遭受过度蚀刻或等离子体诱发缺陷，表面微量变形可能危及屈服率。
等离子清洗——目前的方法，但存在局限性
等离子体系统在行业中被广泛采用，因为它们适用于广泛的材料，能够处理大量批次，本质干燥，需要真空，并且可以在无尘室中运行。所有这些特性使其成为许多应用场景的合适选择，尤其是在需要在粘接步骤前进行表面激活时。然而，等离子体清洗需要将组件放置在大型反应性毒气室中，在气体室内各个样品的表面进行无差别的清洁。如今，等离子清洗在大规模制造中面临许多根本性挑战，例如：
1.难以做到的清洁应用场景（临界因子）：见下方硅光子学示例（图1）。环氧树脂和硅光子上的指纹几乎不可能用等离子体清洗。
2.非选择性处理：过度清洁敏感区域存在风险。它可能会损坏某些部件的表面，而在其他部件上不够干净。
3.潜在的基底表面改造：等离子清洗可以改变某些材料的表面。
4.等离子体密度在腔室中并不均匀。
5.化学反应需要维护：并且需要系统的定期维护。
图1：光子芯片等离子体清洗——环氧液滴的去除
中红外激光清洗：以精准为先的替代方案登场
中红外激光清洁的工作原理不同，尤其是在2.8微米处。短脉冲激光器非常适合高精度应用：它们在时空上限制了基底中的热扩散，从而形成一个非常小或几乎无热影响区。此外，激光波长通过其独特的线性光学吸收精确定位特定污染物。有机污染物——如环氧树脂（见下图2a）——和颗粒在2.8微米处强烈吸收激光能量，使得相比VIS-NIR波长实现高效、局部且高度选择性的消融。值得注意的是，硅光子制造和组装中使用的大多数粘合剂都是有机材料，这也是最常见的污染源之一。一旦汽化，残渣会被烟雾抽取器（真空）吸入。整个过程使底层基板保持原始状态，因为它在该波长下不吸收。
图2：环氧树脂（左）及不同透明基底材料（右）从紫外到3000nm的光学透射
以下是它的不同之处：
1.选择性吸收—2.8微米光线在通过典型半导体基板材料时被有机污染物吸收。
2.干接触和零接触—激光避免损伤、应力和溶剂（化学品）。
3.全自动化流程—激光清洗可以集成到全自动化制造流程中
4.使用“搜索并销毁”功能时的高通量——通过图像视野定位污染物，然后激光清理仅重要部位。这种方法相比毛毯处理显著加快了工艺时间。
图3 - 光栅耦合器的激光清洗
激光清洁效果更好的地方：硅光子学与氢化合物BM
硅光子学（CPO / PIC）是中红外激光的闪光领域。这些设备对污染极为敏感，对清洁损坏的敏感度更高。在某些情况下，等离子体清洗可能会使光学涂层和表面变得粗糙。激光脉冲被调谐为仅汽化临界光学表面上的残留物——从不接触该表面本身。
激光清洗在先进封装领域具有巨大潜力，尤其是在高带宽存储器（HBM）方面。这在透玻璃孔（TGV）、透硅孔（TSV）或键结位点之间有机残留物和颗粒可能导致失效的场景中尤为明显。实现超洁净表面对于确保最佳良率、可靠性和性能至关重要。
总之，以下是等离子体清洗和激光清洗的主要区别：
| 等离子体清洗 | 激光清洗 | |
| 精度 | 非选择性 | 靶向，亚微米级 |
| 环境 | 燃气型，产生废物 | 干的，不加化学品 |
| 积分 | 大面积，真空 | 紧凑型露天 |
| 产量影响 | 适度改善 | 通过选择性清洗最大化 |
| 维护 | 频繁 | 极简、无接触 |
但是激光清洁会扼杀等离子体清洁吗？
简而言之，不完全是。虽然中红外激光清洗在精度上超过等离子体，但它并非完全替代。
如果你的晶圆厂已经有等离子体清洗，你需要添加一个工具，拥有完整的解决方案：等离子用于均匀、批量清洗或表面激活，中红外激光用于更高精度的污染物清洁，这些污染物无法通过其他方式去除。当然，中红外激光清洗需要前期投资，以及细致的调校和工艺开发。但在敏感基材、硅光子学或先进封装方面，这往往是普通晶圆厂和OSAT与真正行业领导者的区别。
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