CN101943868B

CN101943868B - 去除光刻胶的方法与装置

Info

Publication number: CN101943868B
Application number: CN 201010242760
Authority: CN
Inventors: 陈波
Original assignee: WUXI KEGUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI KEGUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: CN101943868A

Abstract

本发明公开了去除光刻胶的方法及装置，其优点是能除净光刻胶及其表面的钝化层，属于半导体制造领域，其方法包括如下步骤：a.分别加热硫酸、双氧水达到60～90℃，同时加热去离子水达到70～100℃；b.将步骤a中所述的三种化学溶液混合，并等待其温度达到120～170℃；c.将步骤b所得的混合溶液进行微波加热至200℃以上；d.将步骤c所得的高温溶液喷洒至需要去除光刻胶的基体的表面。前述装置包括硫酸加热单元、去离子水加热单元、双氧水加热单元，三个加热单元连接同一个混合罐，混合罐连接微波加热单元，微波加热单元连接除胶装置，硫酸加热单元以及双氧水加热单元为由加热器、过滤器以及储罐构成的循环加热系统。

Description

去除光刻胶的方法与装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及去除光刻胶的方法与装置。

背景技术

光刻胶是一种有机材料，在半导体器件制备过程中起到非常重要的作用。半导体器件的内部构造通常是一种多层结构，每一层结构面上都有特定的图案。采用感光胶通过曝光、显影和刻蚀等方式在每一层结构面上形成所需要的图案。在进行后一层处理时，需要将前一次使用后的光刻胶完全去除。如果不能将使用后的光刻胶去除干净，将会产生相应的污染，使器件最终失效。

在光刻胶形成相应的图案后，通常会进行高能量离子植入和等离子体刻蚀等工序。这些高能离子的处理，会使光刻胶表面变硬，形成一个钝化层，从而影响最终光刻胶的去除。在传统工艺中，广泛采用的是氧等离子体氧化去除含有钝化层的光刻胶。但是随着微电子加工技术的发展，特别是进入45纳米以下线宽处理工艺时，氧等离子体去除光刻胶的方法显现出一些缺点，已经越来越不能满足微电子器件加工的需要。例如氧等离子体在去除光刻胶时，会与其下方的硅基体反应，造成硅损失。由于微电子器件的一些主要结构均在基体硅表面形成，氧等离子体去胶所造成的硅损失，会破坏器件的结构，从而会使整个器件失效。因此在45纳米以下线宽微电子器件加工中，完全湿法去除光刻胶的方法得到越来越多的采用。

目前采用湿法去除光刻胶主要有两种方法：1、臭氧水溶液；2、硫酸与双氧水混和溶液。由于臭氧在水中溶解度较低，且浓度不稳定，因此较少得到真正应用。硫酸和双氧水的混和溶液早在50年代就已经被用在电子管的清洗中。硫酸与双氧水混和会产生激烈的反应热，使得溶液的温度上升到90℃以上。见如化学式：H₂SO₄+H₂O₂→H₂SO₅+H₂O，伴随着H₂SO₅的生成产生放热反应，H₂SO₅具有非常强的氧化力，可以很轻易的将苯、酚等有机物分解为CO₂除去，这种激烈的有机物去除能力使硫酸与双氧水的混和液可用来去除光刻胶。但一般温度下的硫酸与双氧水的混和物无法除净前述光刻胶表面的钝化层。硫酸与双氧水的混和液对光刻胶的去除速率一般随着溶液温度的上升而增加，因此高温的硫酸与双氧水混和液可以完全去除被离子钝化的光刻胶层。硫酸与双氧水混和是一个放热反应过程，所放出的热量会将混和液从室温加热到约100℃。要想使硫酸与双氧水的温度超过100℃，一种办法是在混和液中加入水会使放热反应过程继续进行，通过混和的放热过程进行加热，使混和药液自身温度上升，但是过多的水会使溶液的化学活性下降，从而影响对光刻胶的去除效果。另外一种方法是对混和化学液进行外部加热，但由于化学液的循环管路为了耐腐蚀，一般都采用聚四氟塑料制成，这样就限制了传统外部直接加热的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，申请人提供了一种去除光刻胶的方法与装置，能除净光刻胶及其表面的钝化层。

本发明针对上述为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明公开了一种去除光刻胶的方法，其包括如下步骤：

a.分别加热硫酸、双氧水达到60～90℃，同时加热去离子水达到70～100℃：

b.将步骤a中所述的三种化学溶液混合，并等待其温度达到120～170℃；

c.将步骤b所得的混合溶液进行微波加热至200℃以上；

d.将步骤c所得的高温溶液喷洒至需要去除光刻胶的基体的表面。

本发明同时公开了一种去除光刻胶的装置，包括硫酸加热单元、去离子水加热单元、双氧水加热单元，前述三个加热单元连接同一个混合罐，混合罐连接微波加热单元，微波加热单元连接除胶装置，硫酸加热单元以及双氧水加热单元为由加热器、过滤器以及储罐构成的循环加热系统。

进一步地，微波加热单元包括微波加热管，微波加热管为双层结构，其内层管材质为聚四氟塑料，外层管材质为不锈钢，外层管表面斜插微波导入管；去离子水加热单元包括一个加热器，加热器的进液口位置低于出液口，热器为压力容器；除胶装置包括一个反应腔，反应腔内安装载片台，载片台连接转轴。

本发明的技术效果在于：通过微波加热得到200℃以上的硫酸与双氧水的混合溶液，能完全除净光刻胶及其表面的钝化层。

附图说明

图1为去除光刻胶装置的整体结构示意图；

图2为微波加热管的结构示意图；

图3为除胶装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明包括一种去除光刻胶的方法，主要思路是制成200℃以上的硫酸与双氧水的混合溶液，该混合溶液能除净基体上的光刻胶以及钝化物。其具体步骤如下：

一、首先选用硫酸溶液(浓度98％，)，双氧水溶液(浓度35％)，以及去离子水，硫酸溶液与双氧水溶液的体积比为4∶1，双氧水溶液与去离子水的体积比为1∶1～1∶5之间。

别单独加热硫酸溶液、双氧水溶液，使其温度达到60℃以上，考虑到化学溶液的强腐蚀性，加热时采用的容器、循环管路等需要采用聚四氟塑料等耐腐蚀材质，通常这些材质都不耐高温，本发明将硫酸、双氧水加热温度的上限定为90℃。与此同时，加热去离子水温度达到70℃以上，为了方便以后的步骤，可采用压力容器对去离子水进行加压加热，使其温度超过100℃。上述步骤中的加热方法，由于对温度要求不高，可以采用化学领域中公知的普通加热方法。

二、将上述步骤1中得到的硫酸溶液、双氧水溶液、去离子水混合，根据化学式：H₂SO₄+H₂O₂→H₂SO₅+H₂O，硫酸溶液、双氧水溶液产生放热反应，去离子水能使放热效果持续进行，直至混合液温度达到120℃以上。加热时间一般为5～10秒。

三、将步骤二中得到的混合溶液进行微波加热，选用的加热功率为2kw，使混合溶液的温度达到200℃以上。微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时升温的加热方式。本发明微波加热硫酸与双氧水混和液，通过使溶液内部偶极分子高频往复运动产生内摩擦力而使溶液温度升高，不须任何热传导过程就能使溶液内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀。

见表1、表2，表中给出了关于加热温度的具体实施例

表1

表2

混合溶液进入温度(单位℃)	120	140	150	170
					微波功率(单位KW)	2	2	2	2
加热时间(单位秒)	5	5	5	5
					混合溶液流出温度(单位℃)	200	210	215	225

表1给出了硫酸溶液、双氧水溶液以及去离子水的初始温度，根据上述三种溶液初始温度的不同，混合后溶液所能达到的温度也不同。显然，初始温度越高，混合后溶液所能达到的温度越高。由于化学液加热容器的关系，本发明将硫酸溶液和双氧水溶液的加热温度上限设为90℃；见表2，当混合溶液的初始温度为120℃时，通过微波加热后5秒后即能达到200℃，故将硫酸溶液和双氧水的加热温度下限设为60℃，去离子水的加热温度下限设为70℃。

四、利用上述温度在200℃以上的混合溶液喷洒至所需要去除光刻胶的基体表面，即可达到清除效果。

本发明同时公开了一套用于去除光刻胶的装置，其包括硫酸加热单元1、双氧水加热单元2、去离子水加热单元3。见图1，括硫酸加热单元1以及双氧水加热单元2采用循环加热方式，以硫酸加热单元1为例，其包括硫酸储存罐12，硫酸储存罐12依次连接泵13、过滤器14、加热器16，加热器16同时与硫酸储存罐12的另一端连接，形成硫酸溶液的循环回路。过滤器14、加热器16为现有技术，可选用美国process technology公司的TIH系列化学循环加热器以及配套的过滤器，使用时，硫酸溶液由阀11进入到硫酸储存罐12，在泵13的作用下在前述循环回路内运动，加热器16加热硫酸溶液至所需温度时，经由阀15流入混合罐4，过滤器14能过滤化学溶液中的微颗粒，从而满足集成电路芯片制备的洁净度要求。双氧水加热单元2的结构及设备布置与硫酸加热单元1完全一致，经过加热的双氧水溶液同样进入混合罐4。去离子加热单元3主要包括一个压力容器32，可承受一个大气压以上的压力，压力容器32底板装有加热器，当所述加热器加热去离子水产生蒸汽超过大气压时，可以继续对其加热，使其温度达到100℃以上；使用时去离子水通过阀31进入压力容器32，经加热达到指定温度，通过阀33进入混合罐4。硫酸溶液、双氧水溶液以及去离子水在混合罐4内产生放热反应，待其温度达到要求时，通过阀5进入微波加热单元。前述各加热单元的温度控制方法为本领域的公知技术，本说明书略。

见图1、图2，前述微波加热单元包括微波发生器7以及微波控制器8，我拨控制器8控制微波发生器7产生恒定功率的微波并导入微波加热管6中，混合罐4内的混合溶液进入微波加热管6后，受到微波的作用提升温度。见图2，微波加热管6由内管64及外管63构成，内管64及外管63之间通过进口管61及出口管65连接，外管63周向均布有若干导管62，导管62靠近进口管61布置，且与外管水平面的夹角为45°；外管63的材质为不锈钢，其对微波有反射作用，内管64材质为聚四氟塑料，其特性为耐高温、且不吸收微波，同时微波可穿透。前述混合溶液从进口管61进入，经过内管64后由出口管65流出，微波射线66由导管62斜向进入，穿透内管64后被外管63反射，如此往复，使微波射线66充分作用于所述混合溶液，得到高温混合溶液，加热效率高。

前述高温混合溶液由出口管65流出后，通过阀9以及喷洒管(图中未画出)进入除胶装置10。见图3，除胶装置10包括反应腔101，反应腔内设置与动力源连接的转轴106，转轴106上安装载片台104，待处理的圆片状器件103置于载片台104上，高温混合溶液通过前述喷洒管进入反应腔101内，载片台104在转轴的带动下转动，使高温混合溶液均匀的作用在圆片状器件103上。

Claims

1.去除光刻胶的方法，其特征在于包括如下步骤：

a．选取浓度98%的硫酸、浓度35%的双氧水以及去离子水，所述硫酸与双氧水的体积比为4:1，双氧水与去离子水的体积比为1:1~1:5；分别加热硫酸、双氧水达到60~90℃，加热去离子水达到70~100℃；

b．将步骤a中所述的三种化学成分混合，并等待其温度达到120~170℃；

c．将步骤b所得的混合溶液进行微波加热至200℃以上；

d．将步骤c所得的高温溶液喷洒至需要去除光刻胶的基体的表面。

2.一种用于权利要求1所述方法的去除光刻胶的装置，其特征在于分别设置硫酸加热单元、去离子水加热单元、双氧水加热单元，前述三个加热单元连接同一个混合罐，所述混合罐连接微波加热单元，所述微波加热单元连接除胶装置，所述硫酸加热单元以及双氧水加热单元为由加热器、过滤器以及储罐构成的循环加热系统。

3.根据权利要求2所述的去除光刻胶的装置，其特征在于所述微波加热单元包括微波加热管，所述微波加热管为双层结构，其内层管材质为聚四氟塑料，外层管材质为不锈钢，所述外层管表面斜插微波导入管。

4.根据权利要求2所述的去除光刻胶的装置，其特征在于所述去离子水加热单元包括一个加热器，所述加热器的进液口位置低于出液口，所述加热器为压力容器。

5.根据权利要求2所述的去除光刻胶的装置，其特征在于所述除胶装置包括一个反应腔，所述反应腔内安装载片台，所述载片台连接转轴。