CN108701586A - 经注入的光致抗蚀剂的剥离处理 - Google Patents

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Abstract

提供了一种在例如离子注入之后从衬底去除光致抗蚀剂的方法。在一个示例性实现中，方法可以包括将衬底放置到处理室中，所述衬底具有本体光致抗蚀剂以及在本体光致抗蚀剂上形成的硬壳。方法可以包括在处理室中开始第一剥离处理。方法可以包括在第一剥离处理期间使用与等离子体相关联的光发射信号。方法可以包括至少部分地基于光发射信号来识别第一剥离处理的终点。方法可以包括至少部分地基于终点来终止第一剥离处理。方法可以包括开始第二剥离处理以从衬底去除光致抗蚀剂。

Description

经注入的光致抗蚀剂的剥离处理
优先权要求
本申请要求2016年2月26日提交的题为“Implanted Photoresist StrippingProcess By Layers Using Inductively Coupled Strippers”的美国申请第62/300,370号的优先权的权益。本申请要求2016年3月2日提交的题为“Implanted PhotoresistStripping Process”的美国申请第62/302,485号的优先权的权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及半导体制造，更具体地涉及在半导体处理中去除光致抗蚀剂和残留物的过程。
背景技术
等离子体处理被广泛用于半导体工业中，用于对半导体晶片和其他衬底进行沉积、蚀刻、抗蚀剂去除以及相关处理。等离子体处理设备可以被用于例如集成电路制造中的光致抗蚀剂剥离应用中。用于高级节点(例如，20mm或更小的节点)的离子注入之后的光致抗蚀剂应用可能带来挑战。例如，在在注入期间已经接受了大部分离子剂量的光致抗蚀剂上可能会形成硬化的“硬壳(crust)”。未经注入的剩余光致抗蚀剂(例如，“本体(bulk)”光致抗蚀剂)可能被硬壳部分地或完全地包裹。
在衬底进行热退火以进行掺杂剂活化之前，可能希望干净地去除离子注入之后的光致抗蚀剂，使得没有残留物，因为残留物会导致产率下降。在某些情况下，这可以通过以下方式实现：(1)等离子剥离，然后湿法清洗；(2)仅等离子剥离；或者(3)仅湿法剥离。
在等离子体剥离器中的抗灰分剥离处理可以是各向同性处理。抗灰分剥离处理可以去除光致抗蚀剂底部的硬壳，然后可以去除本体光致抗蚀剂。如果使用等离子体剥离处理来完全地去除光致抗蚀剂，则由于在等离子剥离期间残留物硬化，一些残留物可能不会被随后的湿法剥离清除。结果，对于高级节点(例如，20nm/16nm节点)，许多制造商已经转换成仅在离子注入抗蚀剂剥离之后使用湿法剥离。仅使用湿法剥离可以减少氧化。然而，如果仅通过湿法剥离来去除光致抗蚀剂，则可能需要更具侵蚀性的化学物质以去除在离子注入期间形成的硬壳层。这会侵蚀衬底并引发缺陷。
发明内容
本公开内容的实施方式的各方面和优点将被部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中获知，或者可以通过实施方式的实践来学习到。
本公开内容的一个示例性方面是针对用于从衬底去除光致抗蚀剂的剥离方法。该方法包括将衬底放置到处理室中，所述衬底具有本体光致抗蚀剂和形成在本体光致抗蚀剂上的硬壳。该方法包括在处理室中开始第一剥离处理。该方法包括在第一剥离处理期间使用(access)与等离子体相关联的光发射信号。该方法包括至少部分地基于光发射信号来识别与硬壳的至少一部分的去除相关联的终点。该方法包括至少部分地基于终点来终止第一剥离处理。该方法包括开始第二剥离处理以从衬底去除光致抗蚀剂。
可以对本公开内容的该示例性实施方式进行变化和修改。其他示例性方面是针对从衬底去除光致抗蚀剂的系统、方法、处理和装置。
参照以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施方式的这些和其他特征、方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施方式的详细讨论，其参照了附图，在附图中：
图1描绘了离子注入后的光致抗蚀剂的截面，截面示出了由于离子注入期间的反应造成的硬壳层；
图2描绘了根据本公开内容的示例性实施方式的示例方法的流程图；
图3描绘了具有表示去除硬壳的终点的示例性光发射信号；
图4描绘了示例性截面，其示出了根据本公开内容的示例性实施方式的从光致抗蚀剂的顶部移除的硬壳层的顶部；以及
图5描绘了根据本公开内容的示例性实施方式的示例性处理装置。
具体实施方式
现在将详细参照实施方式，所述实施方式中的一个或更多个示例被示出在附图中。通过解释实施方式来提供每个示例，并且不是对本公开内容的限制。实际上，对于本领域技术人员明显的是，在不脱离本公开内容的范围或精神的情况下，可以对实施方式进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施方式一起使用以产生又一个实施方式。因此，意图是本公开内容的各方面覆盖这样的修改和变化。
本公开内容的示例性方面是针对用于从衬底去除光致抗蚀剂的剥离处理。例如，对于低剂量注入剥离(LDIS)/高剂量注入剥离(HDIS)，该处理可以被用作从水平和/或垂直方向单独去除不同层的过程的一部分。在一些实现中，等离子体剥离处理可与湿法剥离处理(例如，湿法清洁处理)组合以满足与减少的氧化物形成、减少的衬底损失和表面清洁要求相关的较宽范围的处理要求以提高产量。更具体地，在一些实施方式中，等离子体剥离处理可以被用于去除硬壳，并且湿法剥离处理可以被用于去除本体光致抗蚀剂。根据本公开内容的示例方面的剥离处理可以被用于集成电路制造中的高级节点(例如，低于16nm节点)。这可以允许不同的集成方案使用不同的干法剥离和湿法剥离组合来扩大剥离处理窗口。
更具体地，根据本公开内容的示例性实施方式，等离子体剥离处理可以被用于去除硬壳。与在等离子体剥离处理期间诱发的等离子体相关联的光发射信号可以被用于确定等离子体剥离处理的终点。光发射信号中的终点可以表示硬壳的去除，或者在一些情况下表示硬壳的顶部从本体光致抗蚀剂的去除。一旦已经达到终点，可以使用湿法剥离处理来去除本体光致抗蚀剂。
以这种方式，本公开内容的各方面可以提供许多技术效果和益处。例如，等离子体剥离处理可以允许定向去除硬壳的顶部。去除硬壳的顶部然后湿法剥离本体光致抗蚀剂可以导致减少氧化。去除硬壳的顶部然后湿法剥离本体光致抗蚀剂还可以允许在湿法剥离处理期间的较不具有侵蚀性的化学物质，从而导致减少缺陷。
在一些实施方式中，上述技术效果和益处可以通过一种方法提供，该方法可以包括将具有本体光致抗蚀剂和(例如，在离子注入期间)形成在本体光致抗蚀剂上的硬壳的衬底放置到处理室中。该方法可以包括在处理室中开始第一剥离处理。该方法可以包括在第一剥离处理期间使用与等离子体相关联的光发射信号。该方法可以包括至少部分地基于光发射信号来识别与硬壳的至少一部分的去除相关联的终点。该方法可以包括至少部分地基于终点来终止第一剥离处理。该方法可以包括开始第二剥离处理以从衬底去除光致抗蚀剂。在一些实施方式中，该方法可以包括在第二剥离处理之后执行一个或更多个后续处理过程(例如，退火过程)。
在一些实施方式中，第一剥离处理能够操作用于从本体光致抗蚀剂去除硬壳的至少一部分。第二剥离处理能够操作用于去除本体光致抗蚀剂的至少一部分。第一剥离处理可以是将衬底暴露于在处理室中诱发的等离子体的等离子体剥离处理。第二剥离处理可以是湿法剥离处理。
在一些实施方式中，光发射信号(例如，与在约300nm至约800nm范围内的一个或更多个波长例如约309nm、例如约777nm相关联的光发射信号)可以包括高发射阶段，高发射阶段之后是到低发射阶段的下降。相对于低发射阶段，高发射阶段可以与较高的光发射相关联。
在一些实施方式中，终点可以对应于光发射信号中的表示硬壳的去除的点。例如，终点可以对应于在光发射信号中的从高发射阶段下降之后的局部最小值的阈值以内的点。
在一些实施方式中，终点可以对应于光发射信号中的表示硬壳的顶部被去掉的点。例如，终点可以对应于在光发射信号的高发射阶段期间出现的局部最小值的阈值以内的点。
出于说明和讨论的目的，参照“衬底”或“晶片”讨论了本公开内容的各方面。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本公开内容的示例方面可以与任何半导体衬底、工件或其他适当的衬底结合使用。此外，术语“约”与数值的结合使用旨在表示所陈述数值的10％以内。
图1示出了离子注入后衬底60上(例如，衬底上的一个或更多个层上)的示例光致抗蚀剂。更具体地，在离子注入之后，由于光致抗蚀剂100与注入物质的反应，在光致抗蚀剂100(例如，“本体”光致抗蚀剂)的顶部和侧部周围形成“硬壳(crust)”120。硬壳120可以包括形成在本体光致抗蚀剂100的顶部上的顶部125以及形成在本体光致抗蚀剂100的侧面上的侧部128。硬壳120的顶部125可以是最厚的，并且硬壳120的侧部128的厚度在底部逐渐变小。
图2描绘了根据本公开内容的示例性实施方式的用于去除光致抗蚀剂(例如，本体光致抗蚀剂和硬壳)的示例性剥离处理(200)的流程图。图2可以使用等离子体处理装置例如图5所示的等离子体处理装置来至少部分地注入。另外，图2描绘了出于说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本文公开的任何方法或过程的各个步骤可以进行调整、修改、重新排列、同时执行、省略和/或以各种方式(例如，包括多个子步骤)扩展，而不偏离本公开内容的范围。
在(202)处，该处理可以包括将衬底放置到处理室中，例如等离子体处理室中。如上所述，由于离子注入，衬底可以包括在本体光致抗蚀剂上形成的硬壳。图1示出了示例性衬底。在一些实施方式中，处理室可以包括感应等离子体源，所述感应等离子体源被配置成在处理室中的处理气体中诱发感应等离子体(inductive plasma)。感应等离子体可以产生原子团和中性物质，以将硬壳从衬底去除。图5示出了示例性处理室。
参照图2，在(204)处，该处理可以包括在处理室中开始第一剥离处理，例如等离子体剥离处理。示例性等离子体剥离处理可以使用感应等离子体源来诱发处理气体中的等离子体以产生原子团和中性物质。根据本公开内容的示例性实施方式，原子团和中性物质可以被用于从本体抗蚀剂剥离硬壳。在一些实施方式中，可以使用添加有例如CF4的侵蚀性化学物质来执行等离子体剥离处理。
等离子体剥离处理的示例性处理参数如下：
温度：约20℃至约80℃，例如约25℃；
压力：约15mT至约100mT，例如约40mT；
射频功率：约300W至约2000W，例如约1500W；
O2流量：约500sccm至约3000sccm；
Cf4流量：约0％至约2％，例如0sccm-20sccm。
提供上述处理参数仅用于示例目的。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，在一些实施方式中，不同的处理参数可以被用于等离子体剥离处理而不背离本公开内容的范围。
在(206)处，该方法可以包括使用与用于等离子体剥离处理的等离子体相关联的光发射信号。光发射信号可以例如表示随着时间的从等离子体发射的电磁辐射的一个或更多个波长的光谱功率。光发射信号可以从各种源获得。在一些实施方式中，可以在处理期间实时测量光发射信号。在一些实施方式中，光发射信号可以基于与衬底或测试衬底的先前处理相关联的数据(例如，历史数据)。
例如，可以在测试衬底的处理期间获得各种剥离处理的光发射信号。可以分析光发射信号并将其用于确定剥离处理的模型光发射光谱。可以以各种方式(例如，使用平均值、加权平均值或其他算法)来确定模型光发射光谱。根据本公开内容的示例性实施方式，模型光发射光谱可以被用作用于识别终点的光发射信号。
图3描绘了根据本公开内容的示例性实施方式的在处理期间与等离子体相关联的光发射信号300的图形表示。图3的图形表示在水平轴上绘制时间并且沿着垂直轴绘制光谱功率。光发射信号300可以与约300nm至约800mm范围内的一个或更多个波长例如约309nm、例如约777nm相关联。如图3所示，光发射信号300可以包括高发射阶段305，接着是到低发射阶段325的下降315。相对于低发射阶段325，高发射阶段305可以与较高的光发射关联。
参照图2，在(208)处，处理(200)可以基于光发射信号来确定是否已到达终点。在一些实施方式中，终点可以对应于光发射信号中的表示从本体光致抗蚀剂去除掉硬壳的点。例如，参照图3，在光发射信号300中的从高发射阶段305下降315之后的局部最小值(例如，凹陷(dip))的阈值以内的点310可以表示硬壳从本体光致抗蚀剂的去除。
在一些实施方式中，可以通过分析在等离子体剥离处理期间与等离子体相关联的测量的光发射信号来实时确定终点。当达到光发射信号中的从高发射阶段下降之后的局部最小值的阈值以内的点(例如，图3中的点310)时，控制器或其他控制设备可以确定已经达到终点。
在一些实施方式中，可以通过分析与正在被执行的特定等离子体剥离处理的历史数据或测试数据(例如，模型光发射信号)相关联的光发射信号来确定终点。可以识别在剥离处理开始之后的与光发射信号中的从高发射阶段下降之后的局部最小值的阈值以内的点对应的时间(例如，大约22.6秒)。可以对应于所识别的时间来确定终点。
在一些实施方式中，终点可以对应于光发射信号中的表示仅从本体光致抗蚀剂去除了硬壳的顶部的点。例如，参照图3，本发明人已经发现，在高发射阶段305期间光发射信号300中的局部最小值(例如，凹陷)的阈值以内的点320可以表示仅从本体光致抗蚀剂去除了硬壳的顶部。
在一些实施方式中，可以通过分析在等离子体剥离处理期间与等离子体相关联的测量的光发射信号来实时确定终点。当达到光发射信号中的在高发射阶段期间的局部最小值的阈值以内的点(例如，图3中的点320)时，控制器或其他控制设备可以确定已到达终点。
在一些实施方式中，可以通过分析与正在被执行的特定等离子体剥离处理的历史数据或测试数据(例如，模型光发射信号)相关联的光发射信号来确定终点。可以识别在开始剥离处理之后的与光发射信号中的高发射阶段的局部最小值的阈值以内的点相对应的时间(例如，约15.8秒)。可以对应于所识别的时间来确定终点。
图4描绘了在已经确定等离子体剥离处理的终点之后的示例性光致抗蚀剂。如图所示，硬壳120的顶部已经在等离子体剥离处理期间被去除。形成在本体光致抗蚀剂100的侧面上的硬壳120的侧部128在根据本公开内容的示例性方面确定的第一剥离处理的终点处可以保持。
参照图2，在(208)处，如果确定未到达终点，则处理移动到(210)，在过程(210)中，等离子体过程继续第一剥离处理，直到确定到达终点为止。如果确定到达终点，则处理进行到(212)，在(212)中第一剥离处理被终止。
在(214)处，该处理包括执行第二剥离处理以去除本体光致抗蚀剂。在一些实施方式中，第二剥离处理可以是湿法剥离处理。湿法剥离处理可以使用例如湿化学浴。因为在湿法剥离处理之前去除了硬壳的至少一部分，所以可以将具有较少侵蚀性的化学物质用于湿法剥离处理。例如，在一些实施方式中，湿法剥离处理可以是包含过氧化氢和氢氧化铵的化学浴。
在(216)处，该处理可以包括在衬底上执行后续处理步骤。作为一个示例，可以执行退火过程以活化衬底中的掺杂剂。在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以根据集成电路制造技术执行其他后续处理步骤。
图5描绘了根据本公开内容的示例性实施方式的示例性等离子体处理装置500，该示例性等离子体处理装置500可以被用于执行形成光致抗蚀剂去除处理的一部分的等离子体剥离处理。装置500可以包括气体入口502，气体入口502可以将气体提供给等离子体源504，等离子体源504由RF源506供电。产生衬底510被暴露于的等离子体508。衬底510可以被支承在基座512上，可以向基座512施加RF偏置514以使等离子体508中的离子加速。泵(未示出)被连接至排气通道516。为了说明和讨论的目的提供处理装置500。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以使用其他处理装置来实现本文公开的示例处理的各方面。
在一些实施方式中，如图5所示，装置500可以包括光发射传感器525，所述光发射传感器525被配置成获得与衬底510相关联的光发射信号(例如，图3的光发射信号300)。光发射传感器525可以是例如光谱仪。
可以将光发射信号提供给一个或更多个控制器522。根据本公开内容的示例性实施方式，一个或更多个控制器522可以基于从光发射信号识别的终点来控制剥离处理的终点。一个或更多个控制器可以是一个或更多个独立控制器或者是装置的整体控制系统的一部分。在一些实施方式中，一个或更多个控制器可以包括一个或更多个处理器以及一个或更多个存储器设备。一个或更多个存储器设备可以存储计算机可读指令，所述计算机可读指令在被执行时使得处理器执行操作，例如根据本公开内容的示例性实施方式的对终点的确定。一个或更多个控制器522可以与装置500一起定位或者远离装置500定位。可以使用任何适当的通信协议通过任何适当的通信介质(例如，有线、无线或有线和无线通信介质的组合)从传感器525传送光发射信号。
虽然已经关于具体示例性实施方式详细描述了本主题，但是应当理解的是，本领域技术人员在实现对前述内容的理解之后，可以容易地产生对这些实施方式的改变、变化和等同。因此，本公开内容的范围是示例性的而不是限制性的，并且本公开内容并不排除包括对于本领域普通技术人员来说是明显的对本主题的这样的修改、变化和/或添加。

Claims (20)

1.一种从衬底去除光致抗蚀剂的方法，包括：
将衬底放置到处理室中，所述衬底具有本体光致抗蚀剂以及在所述本体光致抗蚀剂上形成的硬壳；
在所述处理室中开始第一剥离处理；
在所述第一剥离处理期间使用与等离子体相关联的光发射信号；
至少部分地基于所述光发射信号来识别与所述硬壳的至少一部分的去除相关联的终点；
至少部分地基于所述终点来终止所述第一剥离处理；以及
开始第二次剥离处理以从所述衬底去除所述光致抗蚀剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一剥离处理能够操作用于从所述本体光致抗蚀剂去除所述硬壳的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二剥离处理能够操作用于去除所述本体光致抗蚀剂的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一剥离处理是将所述衬底暴露于所述处理室中诱发的等离子体的等离子体剥离处理。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二剥离处理是湿法剥离处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光发射信号与在约300nm至约800nm范围内的一个或更多个波长相关联。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光发射信号包括高发射阶段，所述高发射阶段之后是到低发射阶段的下降，相对于所述低发射阶段，所述高发射阶段与较高的光发射相关联。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述终点对应于所述光发射信号中的表示所述硬壳的去除的点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述光发射信号中的表示所述硬壳的去除的所述点位于所述光发射信号中的从所述高发射阶段下降之后的局部最小值的阈值以内。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述终点对应于所述光发射信号中的表示所述硬壳的顶部的去除的点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光发射信号中的表示所述硬壳的顶部的去除的所述点位于所述光发射信号的所述高发射阶段期间出现的局部最小值的阈值以内。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括在所述第二剥离处理之后执行后续处理过程。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述后续处理过程包括退火过程。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硬壳是在离子注入过程期间形成的。
15.一种用于从衬底去除光致抗蚀剂的方法，包括：
将衬底放置到等离子体处理室中，所述衬底具有本体光致抗蚀剂以及在所述本体光致抗蚀剂层上形成的硬壳；
在所述等离子体处理室中开始等离子体剥离处理；
在与光发射信号中的表示所述硬壳的去除的点对应的终点处，终止所述等离子体剥离处理；以及
在终止所述等离子体剥离处理之后，开始湿法剥离处理以从所述衬底去除所述本体光致抗蚀剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光发射信号包括高发射阶段，所述高发射阶段之后是到低发射阶段的下降，相对于所述低发射阶段，所述高发射阶段与较高的光发射相关联。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述光发射信号中的表示所述硬壳的去除的所述点位于所述光发射信号中的从所述高发射阶段下降之后的局部最小值的阈值以内。
18.一种用于从衬底去除光致抗蚀剂的剥离方法，包括：
将衬底放置到等离子体处理室中，所述衬底具有本体光致抗蚀剂以及在所述本体光致抗蚀剂层上形成的硬壳；
在所述等离子体处理室中开始等离子体剥离处理；
在与光发射信号中的表示所述硬壳的顶部的去除的点对应的终点处，终止所述等离子体剥离处理；以及
在终止所述等离子体剥离处理之后，开始湿法剥离处理以从所述衬底去除所述本体光致抗蚀剂和所述硬壳的剩余部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述光发射信号包括高发射阶段，所述高发射阶段之后是到低发射阶段的下降，相对于所述低发射阶段，所述高发射阶段与较高的光发射相关联。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述光发射信号中的表示所述硬壳的去除的所述点位于所述高发射阶段期间的局部最小值的阈值以内。
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