CN104391434A - 光刻胶去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻胶去除方法，通过分步控温的去胶工艺，在去除光刻胶表面硬壳过程中，保持低温，以避免光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生，并采用高密度射频的反应气体以与硬壳充分反应；在去除残留光刻胶过程中，保持高温，并采用高射频反应气体以加快去胶速率，提高去胶能力，从而通过本发明工艺提高产品良率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种离子注入后光刻胶的去除方法。
背景技术
半导体器件设计时，考虑到器件性能要求，需要对特定区域进行离子注入，使其满足各种器件不同功能的要求。涂布有光刻胶的晶圆在高能离子注入后，在光刻胶覆盖的区域表面会形成一定厚度的坚硬的外壳(crust)。图1是经过高能离子注入后光刻胶的结构示意图，如图1所示，覆盖在衬底11的光刻胶经高能离子注入工艺后，外部暴露的部分形成坚硬的外壳13，且该外壳13内部还包裹有没有被高能离子照射到的(即没有被硬化的)光刻胶13，而该外壳123主要由交联的碳链化合物(如C-Si-O)且掺杂着各种注入的离子组分构成。
由于上述高能离子注入后形成的光刻胶外壳比较难以去除，这样就给后续的去胶工艺带来了很多的困难和挑战，且在去胶工艺中还经常会出现残留物(residue)、胶爆裂(poping)、甚至多晶硅损伤(poly broken)等工艺缺陷。
未被硬化的光刻胶，其干法去除实际上是一个燃烧反应，即光刻胶的有机化合物在氧气环境下发生灰化反应：O2+n-CXHY→CO2+H2O。
为了去除会给工艺和产品带来负面影响的光刻胶硬壳，现有技术会在氧气中加入一定流量的氮气和氢气，其中，氢气会与光刻胶硬壳中的金属离子反应生成可挥发性气体，剩余的光刻胶则被大流量的氧气去除。
公开号为CN 103578971A以及CN 103681305A的中国专利申请分别公开了两种高能离子注入后的去胶方法。前者包括对晶圆加热阶段；采用氢气、氮气去除硬壳阶段以及采用氧气、氢气和氮气去除光刻胶阶段。后者包括对半导体结构加热阶段、采用氧气、氢气和稀释气体去除硬壳和光刻胶阶段。
然而，上述方法在去除硬壳和光刻胶之前都需要对晶圆进行加热，加热过程中光刻胶内溶剂易挥发，会使光刻胶鼓泡破裂产生光刻胶聚合物杂质，这种杂质在后续的湿法去聚合物的过程中也难以去除，造成产品良率下降，影响产品质量。尤其在超低曝光比例(transmission rate，TR)区域即较大范围的一大块光刻胶覆盖区域，相较于多个小范围覆盖的小块光刻胶，去除介质与光刻胶硬壳的接触面积变小，只与光刻胶硬壳的上表面和四个侧面接触，降低了去除能力；同时，光刻胶内易挥发溶剂的散发表面积变小，难以及时从大面积光刻胶表面散发，更容易使光刻胶鼓泡破裂产生光刻胶聚合物杂质。
综上，如何提供一种能够防止光刻胶鼓泡破裂所引起光刻胶聚合物杂质缺陷的去胶方法，尤其针对超低曝光比例光刻胶区域的情况，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种光刻胶去除方法，以解决现有技术中去胶时发生光刻胶鼓泡破裂，产生聚合物杂质缺陷的技术问题。
本发明提供的光刻胶去除方法，该光刻胶表面具有经离子注入后的硬壳，其包括以下步骤：
步骤S01，在低温下，采用N2/H2和O2的高密度射频等离子体，去除光刻胶表面的硬壳；
步骤S02，在高温下，采用高射频的O2，去除剩余的光刻胶。
进一步地，步骤S01中低温为50-80℃。本步骤中去除硬壳所采用的“低温”，大大低于本领域常用的去除硬壳温度，故为“低温”，目的是为了防止高温使光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生。如CN 103578971A专利申请中预热阶段的反应温度200-300℃，去除硬壳反应温度200-300℃；如CN 103681305A专利申请中预加热温度120-200℃，去除硬壳反应温度200-300℃。
进一步地，步骤S01的反应时间为20-30秒。
进一步地，步骤S01中高密度射频等离子体的气压为1200-1600mT、射频为230-280W。
进一步地，步骤S01中N2/H2流量为3500-4000sccm，N2：H2为0.9：1-0.98：1，O2流量为6000-6500sccm。
进一步地，步骤S02中高温为250-275℃。本步骤中反应温度大大高于步骤S01中的低温，故为高温，目的是为了提高去胶速度和能力。
进一步地，步骤S02中O2的气压为500-700mT、射频为200-250W。
进一步地，步骤S02中O2的流量为8000-10000sccm。
进一步地，步骤S01和步骤S02的反应设备为ICP等离子发生器。
进一步地，该光刻胶具有超低曝光比例区域，且该超低曝光比例区域光刻胶表面具有硬壳。
本发明的光刻胶去除方法，通过分步控温的去胶工艺，在去除光刻胶表面硬壳过程中，保持低温，以避免光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生，并采用高密度射频的反应气体以与硬壳充分反应；在去除残留光刻胶过程中，保持高温，并采用高射频反应气体以加快去胶速率，提高去胶能力，从而通过本发明工艺提高产品良率和质量。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是现有工艺中经过离子注入后光刻胶的结构示意图；
图2是本发明第一实施例光刻胶去除方法的流程示意图。
具体实施方式
第一实施例
请参阅图2，本实施例中的光刻胶去除方法，该光刻胶表面具有经离子注入后的硬壳，其包括以下两个步骤：
步骤S01，在低温下，采用N2/H2和O2的高密度射频等离子体，去除光刻胶表面的硬壳。
本步骤中所述“低温”为大大低于现有技术的去除硬壳温度，一般现有技术的去除硬壳反应温度为200-300℃，只要大大低于该反应温度，且不易使光刻胶内易挥发溶剂散发的温度均在本发明保护范围之内，较佳的为50-80℃，既能保证反应速率，又能防止易挥发溶剂过分散发。
由于本步骤采用了低温反应温度，为了保证去除硬壳的效果，本步骤适当延长反应时间，较佳地为20-30秒。同时，为了保证去除硬壳的效果，本步骤采用N2/H2和O2高密度射频等离子体，即在高气压、高射频条件下，获得反应气体的高密度射频等离子体，该高气压为1200-1600mT，该高射频为230-280W。此外，本步骤中N2/H2流量为3500-4000sccm，N2：H2含量比为0.9：1-0.98：1，O2流量为6000-6500sccm。
步骤S02，在高温下，采用高射频的O2，去除剩余的光刻胶。
本步骤中所述“高温”为去胶工艺中常用反应温度，但在本步骤高射频反应气体的条件下，温度较佳地为250-275℃，可以有较高的去胶速率。其中，本步骤中O2的气压为500-700mT、射频为200-250W，流量为8000-10000sccm。本步骤的反应时间可以根据光刻胶的厚度进行调整。
本实施例两个步骤的反应设备为ICP等离子发生器。
本发明适用于经离子注入的光刻胶，尤其适用于光刻胶具有超低曝光比例区域，即晶圆上有大面积无间断的连续光刻胶，且超低曝光比例区域光刻胶表面具有硬壳。
Claims (10)
1.一种光刻胶去除方法，该光刻胶表面具有经离子注入后的硬壳，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S01，在低温下，采用N2/H2和O2的高密度射频等离子体，去除光刻胶表面的硬壳；
步骤S02，在高温下，采用高射频的O2，去除剩余的光刻胶。
2.根据权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S01中低温为50-80℃。
3.根据权利要求2所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S01的反应时间为20-30秒。
4.根据权利要求3所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S01中高密度射频等离子体的气压为1200-1600mT、射频为230-280W。
5.根据权利要求4所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S01中N2/H2流量为3500-4000sccm，N2：H2为0.9：1-0.98：1，O2流量为6000-6500sccm。
6.根据权利要求2所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S02中高温为250-275℃。
7.根据权利要求6所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S02中O2的气压为500-700mT、射频为200-250W。
8.根据权利要求7所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S02中O2的流量为8000-10000sccm。
9.根据权利要求1至8任一项所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤S01和步骤S02的反应设备为ICP等离子发生器。
10.根据权利要求1至8任一项所述的光刻胶去除方法，其特征在于：该光刻胶具有超低曝光比例区域，且该超低曝光比例区域光刻胶表面具有硬壳。
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