CN109932875B - 加热盘及应用其的等离子去胶机、等离子去胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于等离子去胶机的加热盘，加热盘包括用于承载晶圆的盘体，盘体具有靠近晶圆背面的承载表面，承载表面上设置有多个用于向晶圆背面凸起支撑的导热支撑凸点。本发明还提供一种等离子去胶机和等离子去胶方法，可以提高刻蚀光刻胶的均匀度，改善因晶圆受热过快而导致的薄膜氧化问题，提高刻蚀光刻胶的效率。

Description

加热盘及应用其的等离子去胶机、等离子去胶方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种加热盘以及应用其的等离子去胶机和等离子去胶方法。

背景技术

半导体器件的制造过程包括薄膜沉积(Film Depo)、曝光(Photo)、刻蚀(Etch)、光刻胶去除(PR Strip)以及湿法清洗(Wet clean)。其中，光刻胶去除是在等离子去胶机(Plasma Asher)上进行。

如图1所示，将晶圆(Wafer)120置于去胶机100的加热盘(Heat Chuck)110上，并注入等离子气体130，等离子气体130与晶圆(Wafer)120表面的光刻胶发生反应，生成挥发性物质，从而使光刻胶被刻蚀而去除。常用的等离子气体130包括O₂(氧气)，作为自由基，可以与光刻胶中的碳-氢(C-H)物发生反应，生成挥发物质，如二氧化碳(CO₂)和水气(H₂O)；氮气(N₂)，作为等离子气体130与光刻胶发生反应的催化剂；H₂N₂(氮氢混合)，其中的H离子可以与诸如砷(As)、硼(B)、磷(P)这样的注入物质发生反应，形成挥发性物质。

O₂作为常用的等离子反应气体，如果量过多会使光刻机被去除后继续与器件层发生反应而带来一些问题，例如：(1)金属材料(如铜或者钛)与O离子131反应而使金属层121表面氧化A，如图2A所示；(2)电介质材料(如含C-H化合物)与O离子131反应产生挥发性物质(如CO₂和H₂O)而使电介质层122下沉B，如图2B所示；(3)栅极123的形成材料(如硅或者钨)与O离子131氧化而造成栅极123结构的部分缺失C，如图2C所示。

现有技术中常用的加热盘为平坦式，由于加热盘与晶圆的背面直接接触，导致晶圆受热过快，使刻蚀光刻胶的均匀度较差。如图3所示为现有技术中常用的沟槽式加热盘110，加热盘110的表面具有多个沟槽112(图3仅示出了部分沟槽112)，晶圆受热应力影响会发生断裂D，尤其是弯曲晶圆120A，更易断裂，如图4A所示。在常压大气环境下，晶圆120B表面没有光刻胶覆盖的区域可能会因受热过快而发生薄膜氧化E，如图4B所示。

发明内容

本发明实施例提供一种加热盘以及应用其的等离子去胶机和等离子去胶方法，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。

作为本发明实施例的一个方面，本发明实施例提供一种用于等离子去胶机的加热盘，所述加热盘包括用于承载晶圆的盘体，所述盘体具有靠近晶圆背面的承载表面，所述承载表面上设置有多个用于向所述晶圆背面凸起支撑的导热支撑凸点。

在一些实施例中，所述导热支撑凸点在所述加热盘布置的密度从所述加热盘的中心区域向所述加热盘的边缘区域逐渐递减。

在一些实施例中，所述承载表面形成有辐射状沟槽与环状沟槽，以将所述承载表面分隔成若干个区块，所述导热支撑凸点在所述加热盘布置的密度逐渐递减为区块化递减。

在一些实施例中，所述盘体还具有贯穿所述盘体的排气孔。

在一些实施例中，所述导热支撑凸点由所述承载表面凸起的高度范围在0.1毫米至0.4毫米之间，包括端点值。

在一些实施例中，所述导热支撑凸点的直径范围在0.1毫米至0.4毫米之间，包括端点值。

在一些实施例中，所述导热支撑凸点由所述承载表面凸起的高度范围在0.2毫米至0.3毫米之间，包括端点值。

在一些实施例中，所述导热支撑凸点的直径范围在0.2毫米至0.3毫米之间，包括端点值。

作为本发明实施例的另一个方面，本发明实施例还提供一种等离子去胶机，包括以上述的加热盘。

作为本发明实施例的另一个方面，本发明实施例还提供一种等离子去胶方法，包括：

放置步骤：将晶圆置于上述的加热盘上；

制成步骤：注入等离子气体，使所述等离子气体与所述晶圆正面的光刻胶进行灰化去除反应，并产生挥发性物质；

多次进行所述制成步骤；

在上述过程中，所述加热盘的所述导热支撑凸点凸起支撑所述晶圆的背面。

在一些实施例中，所述等离子气体包括氨气。

在一些实施例中，所述等离子气体还包括氧气，所述氨气和所述氧气的用量比例在1.5:3至2.5:3之间，包括端点值。

在一些实施例中，注入所述氨气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递增，每次进行所述制成步骤时注入所述氨气的流量在标准状态每分钟4000立方厘米至标准状态每分钟10000立方厘米之间，包括端点值；注入所述氧气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递减，每次进行所述制成步骤时注入所述氧气的流量在标准状态每分钟6000立方厘米至标准状态每分钟1立方厘米之间，包括端点值。

在一些实施例中，在最后一次进行所述制成步骤时，所述等离子气体为纯氨气。

作为本发明实施例的另一个方面，本发明实施例还提供一种等离子去胶方法，包括：

放置步骤：将晶圆置于加热盘上；

制成步骤：注入等离子气体，使所述等离子气体与所述晶圆正面的光刻胶进行灰化去除反应，并产生挥发性物质；

多次进行所述制成步骤；

在上述过程中，所述等离子气体包括氨气和氧气，注入所述氨气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递增，注入所述氧气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递减。

在一些实施例中，在最后一次进行所述制成步骤时，所述等离子气体为纯氨气。

本发明实施例采用上述技术方案，可以提高刻蚀光刻胶的均匀度，改善因晶圆受热过快而导致的薄膜氧化问题，提高刻蚀光刻胶的效率。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1为现有技术中的等离子去胶机结构示意图。

图2A、图2B和图2C为现有技术中实施等离子刻蚀光刻胶的方法时晶圆表面的沉积层示意图。

图3为现有技术中的加热盘的俯视图。

图4A和图4B为现有技术中的晶圆和沟槽式加热盘的剖视图。

图5为本发明实施例一的等离子去胶机的结构示意图。

图6为本发明实施例一的加热盘的俯视图。

图7为本发明实施例一的等离子气体的流向示意图。

图8为本发明实施例的加热盘与现有技术的加热盘刻蚀效率曲线图。

图9为本发明实施二的等离子去胶方法流程图。

图10为本发明实施例二中刻蚀光刻胶的效率变化示意图。

图11为本发明实施例二中TiN薄膜层的电阻值的变化示意图。

附图标记说明：

现有技术：

100：等离子去胶机； 110：加热盘； 112：沟槽；

120、120A、120B：晶圆；

121：金属层； 122：电介质层； 123：栅极；

A：氧化；B：下沉；C：结构缺失；D：断裂；E：背面氧化；

130：等离子气体； 131：O离子； L110：刻蚀厚度变化线。

本发明实施例：

200：等离子去胶机；

210：加热盘； 211：导热支撑凸点； 211H：高度；

211D：直径； 212：盘体； 212A：承载表面；

213：辐射状沟槽； 214：环状沟槽； 215：排气孔；

220：晶圆； 220A：晶圆正面； 220B：晶圆背面；

230：等离子气体； 240：抽气泵； 250：热气流；

L210：刻蚀厚度变化线。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

在半导体制作过程中，将晶圆(Wafer)置于等离子去胶机(Plasma Asher)的加热盘(Heat Chuck)上，并注入等离子气体，等离子气体与晶圆表面的光刻胶(PR)发生灰化反应，并产生挥发性物质，从而使光刻胶被刻蚀(Etch)而去除。现有技术中常用的加热盘为平坦式或沟槽式，由于加热盘与晶圆背面直接接触，导致晶圆受热过快，使刻蚀光刻胶的均匀度较差，并会使晶圆正面的沉积薄膜(film)氧化。本发明实施例旨在一种表面具有多个凸点的加热盘，以改善刻蚀光刻胶的均匀度，并在注入等离子气体时注入一定比例的NH₃(氨气)，以降低因薄膜氧化而造成的器件缺陷。

实施例一

如图5所示为本发明实施例的等离子去胶机200，包括加热盘210，加热盘210的材质通常为铝。加热盘包括用于承载晶圆220的盘体212，盘体212具有靠近晶圆背面220B的承载表面212A，晶圆正面220A形成有薄膜和光刻胶。在利用等离子去胶机200刻蚀光刻胶的过程中，加热盘210可以用于加热晶圆220。

如图5、图6和图7所示，承载表面212A上设置有多个向晶圆背面220B凸起用于支撑晶圆220并导热的导热支撑凸点211，可以大幅度减小加热盘210与晶圆220的接触面积，以使加热盘210对晶圆220的热传导面积大幅降低，从而改善因晶圆受热过快而造成的薄膜氧化和光刻胶刻蚀均匀度差的问题。

优选地，导热支撑凸点211在承载表面212A上的布置的密度呈从加热盘210的中心区域向加热盘210的边缘区域逐渐递减，如图6所示。承载表面212A形成有辐射状沟槽213和以盘体212的中心为中心的环状沟槽214，盘体212还具有贯穿盘体212的排气孔215，辐射状沟槽213、环状沟槽214和排气孔215可以散热，配合导热支撑凸点211实现晶圆背面212B的快速降温。

辐射状沟槽213和环状沟槽214可以将承载表面212A分隔成若干个区块，导热支撑凸点211在加热盘210上布置的密度逐渐递减为区块化递减。也就是说，每一区块内的导热支撑凸点211的布置密度是相同的，但有些区块距离盘体212的中心点的距离不同，距离盘体212的中心点越远的区块内的导热支撑凸点211的布置密度越小。需要说明的是，图6仅示出了部分区块上的导热支撑凸点211，优选为每个区块都布置有导热支撑凸点211。

如图7所示，在等离子去胶机200的下方具有抽气泵240，从而在等离子去胶机200内形成热气流250，热气流250会使晶圆220的边缘区域受热比中心区域快，因此，导热支撑凸点211在中心区域分布密集，在边缘区域分布稀疏，可以使加热盘210对晶圆220边缘区域的热传导效力小于加热盘210对晶圆220中心区域的热传导效力，从而提高刻蚀光刻胶的均匀度。

如图8所示，L110示出了应用平板式加热盘时，刻蚀光刻胶的厚度(纵轴，单位为埃，即0.1纳米)从晶圆中心区域向晶圆边缘区域的变化曲线，L210示出了应用加热盘210时，刻蚀光刻胶的厚度从晶圆220的中心区域向晶圆220边缘区域的变化曲线，可以看出，应用本发明实施例的加热盘210可以提高刻蚀光刻胶的均匀度。同时，经试验可以得出，应用本发明实施例的加热盘210可以将晶圆的破损率从28％降低到6％。

优选地，导热支撑凸点211的凸起高度211H的范围在0.1毫米至0.4毫米之间，导热支撑凸点211的直径211D的范围在0.1毫米至0.4毫米之间，包括端点值。进一步地，导热支撑凸点211的凸起高度211H的范围优选在在0.2毫米至0.3毫米之间，导热支撑凸点211的直径211D的范围优选在0.2毫米至0.3毫米之间，包括端点值。

实施例二

如图9所示，本发明实施例提供一种等离子去胶方法，包括：

放置步骤S100，将晶圆220置于实施例一所述的加热盘210上；

制成步骤S200，注入等离子气体230，使等离子气体230与晶圆正面220A的光刻胶进行灰化去除反应，并产生挥发性物质；

多次进行制成步骤S200，从而刻蚀(去除)光刻胶。

本发明实施例中，注入的等离子气体230包括氨气(NH₃)。氮(N)离子与氧(O)离子可以发生完全弹性碰撞，以使更多的O离子到达晶圆正面220A，然后与晶圆正面220A的光刻胶发生反应。氢(H)离子可以与O离子结合形成H₂O，因此设置H离子与O离子为合适的注入比例，可以降低O离子变成O₂，从而防止晶圆正面220A上的薄膜氧化。同时，H离子还可以与诸如砷(As)、硼(B)、磷(P)这样的注入物质发生反应，形成挥发性物质。因此，使用NH₃比使用H₂N₂可以增加H离子的数量，以提高刻蚀光刻胶的效率，如图10所示，随着NH₃的使用比例增加和H₂N₂的使用比例下降，刻蚀光刻胶的厚度(纵轴，单位为埃，即0.1纳米)也随着增加，当用NH₃完全替代H₂N₂时，可以获得最佳的刻蚀效率。

在刻蚀光刻胶时，通常还需要注入O₂，优选地，注入的NH₃和O₂的用量比例在1.5:3至2.5:3之间，包括端点值。

优选地，在最后一次进行制成步骤S200时，注入的等离子气体230为纯NH₃，即仅使用NH₃一种等离子气体来刻蚀光刻胶，以改善薄膜氧化问题，以及降低因金属薄膜层氧化而产生的电阻值。如图11所示，以氮化钛(TiN)薄膜层为示例，可以看出，随着NH₃比例的增加，TiN薄膜层单位面积内的电阻值逐渐降低，当NH₃的注入比例为100％时，可以使TiN薄膜层的电阻值接近于零，也就是说，当注入的等离子气体230为纯NH₃时，可以使金属薄膜层或硅膜的损伤率降低至零附近。

优选地，NH₃的注入流量随着进行制成步骤S200的次数的增加而递增，每次进行制成步骤S200时，注入NH₃的流量在4000sccm(标准状态每分钟4000立方厘米)至10000sccm之间，包括端点值。O₂的注入流量随着进行制成步骤S200的次数的增加而递减，每次进行制成步骤S200时，注入O₂的流量在6000sccm至0sccm之间，包括端点值。在最后一次进行制成步骤S200时，注入O₂的流量为0，即注入的等离子气体230为纯NH₃。

本发明实施例的等离子去胶方法是基于实施例一的等离子去胶机200而进行，在进行本实施例的等离子去胶方法时，等离子去胶机200的实验室内部表面为陶瓷，实验室内部温度可以为摄氏270～280度，射频功率(RF power)可以为2800～3000W，实验室气压可以为770～820mtorr(毫托)。

以上实施例提供了具有加热盘的等离子去胶机，其中，加热盘的盘体的承载表面具有多个导热支撑凸点，可以改善刻蚀光刻胶的均匀度，降低因薄膜氧化而造成的器件缺陷，降低晶圆破损率，在应用上述等离子去胶机进行刻蚀光刻胶时，注入一定比例的NH₃，可以提高刻蚀光刻胶的效率，并进一步降低因薄膜氧化而造成的器件缺陷，提高产品良率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种用于等离子去胶机的加热盘，其特征在于，所述加热盘包括用于承载晶圆的盘体，所述盘体具有靠近晶圆背面的承载表面，所述承载表面上设置有多个用于向所述晶圆背面凸起支撑的导热支撑凸点，

其中，所述盘体的正下方具有抽气泵，所述抽气泵用于在所述等离子去胶机内形成热气流，且所述热气流的热传导方向从所述加热盘的边缘向中间辐射，以使所述热气流向所述晶圆的边缘区域传递的热量大于所述热气流向所述晶圆的中心区域传递的热量，所述导热支撑凸点在所述加热盘布置的密度从所述加热盘的中心区域向所述加热盘的边缘区域逐渐递减，以使所述导热支撑凸点向所述晶圆的边缘区域传递的热量小于所述导热支撑凸点向所述晶圆的中心区域传递的热量，所述盘体还具有贯穿所述盘体的排气孔，所述承载表面形成有辐射状沟槽与环状沟槽，以将所述承载表面分隔成若干个区块，所述导热支撑凸点在所述加热盘布置的密度逐渐递减为区块化递减，所述晶圆背面的热量适于通过所述辐射状沟槽、所述环状沟槽和所述排气孔排出。

2.根据权利要求1所述的加热盘，其特征在于，所述导热支撑凸点由所述承载表面凸起的高度范围在0.1毫米至0.4毫米之间，包括端点值。

3.根据权利要求1或2所述的加热盘，其特征在于，所述导热支撑凸点的直径范围在0.1毫米至0.4毫米之间，包括端点值。

4.根据权利要求1所述的加热盘，其特征在于，所述导热支撑凸点由所述承载表面凸起的高度范围在0.2毫米至0.3毫米之间，包括端点值。

5.根据权利要求1或2或4所述的加热盘，其特征在于，所述导热支撑凸点的直径范围在0.2毫米至0.3毫米之间，包括端点值。

6.一种等离子去胶机，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的加热盘。

7.一种等离子去胶方法，其特征在于，包括：

放置步骤：将晶圆置于如权利要求1至5中任一项所述的加热盘上；

制成步骤：注入等离子气体，使所述等离子气体与所述晶圆正面的光刻胶进行灰化去除反应，并产生挥发性物质；

多次进行所述制成步骤；

在上述过程中，所述加热盘的所述导热支撑凸点凸起支撑所述晶圆的背面。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述等离子气体包括氨气。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述等离子气体还包括氧气，所述氨气和所述氧气的用量比例在1.5:3至2.5:3之间，包括端点值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，注入所述氨气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递增，每次进行所述制成步骤时注入所述氨气的流量在标准状态每分钟4000立方厘米至标准状态每分钟10000立方厘米之间，包括端点值；注入所述氧气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递减，每次进行所述制成步骤时注入所述氧气的流量在标准状态每分钟6000立方厘米至标准状态每分钟1立方厘米之间，包括端点值。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，在最后一次进行所述制成步骤时，所述等离子气体为纯氨气。

12.一种等离子去胶方法，其特征在于，包括：

放置步骤：将晶圆置于如权利要求1至5中任一项所述的加热盘上；

制成步骤：注入等离子气体，使所述等离子气体与所述晶圆正面的光刻胶进行灰化去除反应，并产生挥发性物质；

多次进行所述制成步骤；

在上述过程中，所述等离子气体包括氨气和氧气，注入所述氨气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递增，注入所述氧气的流量随着进行所述制成步骤的次数的增加而递减。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在最后一次进行所述制成步骤时，所述等离子气体为纯氨气。

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