CN110727182A - 一种剥离光刻胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剥离光刻胶的方法。在第一剥离阶段，通过向二甲基亚砜加入少量低沸点氯甲烷类物质，在50‑55℃下浸泡带有光刻胶的晶圆30‑120s，使光刻胶发生溶胀并与基底结合力变弱，低沸点的氯甲烷进入溶胀的光刻胶；紧接着进入第二阶段的剥离，利用强极性的二甲基亚砜和醇胺类的混合溶剂在65‑80℃下浸泡5‑30s，利用突变的较高温度，使第一阶段中进入光刻胶中的低沸点的氯甲烷推动并加速光刻胶与基底的分离进行，并彻底将光刻胶剥离掉；最后进入第三阶段，用同样温度的水清洗晶圆，消除温差产生的膨胀影响。本发明中使用三阶段连续剥离光刻胶的方法，可以较好的避免光刻胶的回粘、减少色差产生，提升半导体器件良率、并缩短下道工艺的准备时间。

Description

一种剥离光刻胶的方法

技术领域

本发明涉及电子级化学品与半导体光刻胶领域，具体涉及一种剥离光刻胶的方法，使半导体各金属制程上的光刻胶能干净去除，避免光刻胶回粘、产生色差等现象的发生。

背景技术

在半导体硅芯片制造上，通过光刻工艺将复杂精细的电路结构从掩膜版复制到芯片上。因此，光刻是半导体器件上不可或缺的一长段关键的中间工艺。由于光刻过程涉及到光刻胶及其涂布、曝光、显影、蚀刻、去胶五个大的工艺段，并且制造的电路结构达到亚微米至纳米尺寸，所以围绕光刻的工艺是极其复杂，要求极高，其成本占到整个芯片制造的三分之一。由此可见，光刻中的每一个工艺，每一个环节，都会对芯片的性能、良率产生较大的影响。光刻胶的剥离在工艺上也叫去胶，属于光刻的最后一个环节，而光刻胶的去除效果、以及对芯片电路结构的表面影响，都会决定下步工序的难易，影响电信号的传输。目前光刻胶的剥离常常采用有机溶剂，在浸泡或喷淋的方式下，使用同一种剥离液不分步骤及阶段直接去除，这样往往会出现少量光刻胶不能及时剥离，大量光刻胶剥落后不能被完全带走，产生光刻胶回粘，于此同时，用做电路结构的金属线表面的形貌会发生变化，不同区域表面的粗糙程度、微观结构会有所不同，导致色差的产生。光刻胶的残留及回粘会污染金属线的表面，使电信号的传输受损、影响金属线的散热，严重降低使用性能及使用寿命。而色差的产生会明显影响外观，破坏产品的一致性。目前去胶工艺上光刻胶剥离的手段及方法，只是延长剥离时间，在较高温度下加大剥离液浸泡量，用大量水清洗，来减少光刻胶的残留及回粘，但这种方法既消耗剥离液及能耗，也加大了工艺周期并产生金属线氧化、腐蚀等新问题。

发明内容

基于此，本发明通过使用两种有特定功能性的剥离液，分三个连续的阶段和步骤来剥离光刻胶。使用含少量低沸点氯甲烷物质的第一剥离液，进行第一剥离阶段，在相对稍低的温度下进行一定时间的浸泡，强极性的二甲基亚砜使光刻胶发生溶胀并与基底结合力变弱，低沸点的氯甲烷类物质容易进入到溶胀的光刻胶中；排出第一剥离液后，紧接着利用强极性的第二剥离液进入第二剥离阶段，在65℃及以上的温度下进行较短时间的浸泡，利用突然加入的较高温度的第二剥离液，使第一阶段中进入光刻胶中的低沸点的物质（二氯甲烷、三氯甲烷的沸点略低于65℃）推动并加速光刻胶与基底的分离，并分解成小分子的光刻胶，彻底将光刻胶剥离掉，且加入的多元醇单胺类的醇胺因胺类数少，pH值接近中性或弱碱行，不易腐蚀光刻胶下面的金属层；排出第二剥离液，进入第三阶段，用同样温度的水清洗器件，消除温差产生的不同金属线间的界面缩胀，剥离以及分解的光刻胶不会因骤冷而重新成膜回粘。因此，本发明中使用的剥离光刻胶的方法，能将残留的小分子光刻胶全部带走，清除干净。解决光刻胶残留、回粘及色差的问题。

有鉴于此，本发明针对前两个剥离光刻胶阶段，分别配制含少量低沸点物质的第一剥离液、强极性的第二剥离液。并结合前两个阶段的浸泡时间、剥离温度有针对性的发挥剥离液的效果，并在第三阶段的清洗中控制去离子水的温度及流量来彻底地将光刻胶去除干净；

本发明目的在于提供了一种剥离光刻胶的方法。

为实现上述目的，本发明技术方案提供一种剥离光刻胶的方法，步骤包括：

S1. 往二甲基亚砜中加入少量低沸点氯甲烷类物质，配制第一剥离液，进入第一剥离阶段，第一剥离阶段需要在相对稍低的温度下进行较长时间的浸泡，使光刻胶发生溶胀并与基底结合力变弱，低沸点的氯甲烷类物质容易进入到溶胀的光刻胶中；

S2.利用强极性的二甲基亚砜和醇胺类物质的混合溶剂，按比例配制第二剥离液，在排出浸泡器件的第一剥离液后加入，进入第二剥离阶段，本阶段需要在相对高的温度下进行较短时间的浸泡，利用温度的升高，使第一阶段中进入光刻胶中的低沸点的氯甲烷推动并加速光刻胶与基底的分离进行，并分解成小分子的光刻胶，彻底将光刻胶剥离掉；

S3.排出第二剥离液，立即进入到第三阶段，用一定温度的水清洗器件表面，将残留的小分子光刻胶全部带走，清除干净。

所述的一种剥离光刻胶的方法，步骤S1中的第一剥离液是由二甲基亚砜与少量低沸点氯甲烷类物质组成。所用二甲基亚砜的浓度含量在99.9%以上，低沸点氯甲烷类物质在第一剥离液中的含量为0.1%-3%。

所述的一种剥离光刻胶的方法，步骤S1中配制第一剥离液所用的低沸点氯甲烷类物质为二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或两种。

所述的一种剥离光刻胶的方法，步骤S1中进行第一剥离阶段相对较低的温度为50-55℃，较长的浸泡时间是30-120s。

所述的一种剥离光刻胶的方法，步骤S2中的第二剥离液由二甲基亚砜和醇胺类物质按1：1-0.25的范围区间组成，醇胺类物质是多元醇单胺类，为二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种，且都为电子级等级化学品。

所述的一种剥离光刻胶的方法，步骤S2中进行第二剥离阶段是与紧跟第一剥离阶段之后的，第二剥离阶段相对较高的温度为65-80℃，较短的浸泡时间是5-30s。

所述的一种剥离光刻胶的方法，步骤S3中进行第二阶段是与紧跟第二剥离阶段之后的，所用的水为去离子水，清洗温度与第二剥离阶段的一致，去离子水的流量为100-150L/min。

本发明的优点和有益效果在于：

第一，分别配制的第一剥离液和第二剥离液能够在不同温度下发挥各自的剥离特性，使光刻胶更容易与金属线分离开。第二，通过第一剥离阶段的较低温度和稍长的浸泡时间有利于光刻胶的软化溶胀，使得光刻胶在第二阶段的较高温度下快速分解、剥离，不产生光刻胶残留，且高温时间持续较短，节省工艺能耗也降低金属线的氧化及腐蚀。第三，第三阶段清洗使用的去离子水的温度与第二剥离阶段的温度一致，能避免剥离下来的光刻胶因突遇温差成膜，较好解决光刻胶的回粘问题，也避免由此而产生的色差。

附图说明

为更好理解本发明，下面结合图示、对比例和实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

图1为所有对比例剥离光刻胶后的SEM图片，其中，（1）对比例1，（2）对比例2，（3）对比例3。

图2为所有实施例剥离光刻胶后的SEM图片，其中，（1）实施例1，（2）实施例2，（3）实施例3，（4）实施例4。

具体实施方式

对比例1

将二甲基亚砜与三乙醇胺按6:4的质量比配制剥离液100份，加热到75℃通过专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，维持该温度浸泡3min后，将上述剥离液排走，并用常温去离子水冲洗晶圆片，流量控制在150L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图1（对比例1）可以看出，金属线表面有光刻胶残留、且表面有不平整及轻微的腐蚀。表明在使用该方法对晶圆表面的光刻胶进行剥离的过程中，此长时间的高温剥离中也会对金属线表面产生腐蚀、变粗糙等影响，以及光刻胶的回粘。

对比例2

将二甲基亚砜与三乙醇胺按6:4的质量比配制剥离液100份，加热到55℃通过专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，维持该温度浸泡3min后，将上述剥离液排走，并用常温去离子水冲洗晶圆片，流量控制在150L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图1（对比例2）可以看出，金属线表面有较多光刻胶残留。表明在使用该方法对晶圆表面的光刻胶进行剥离的过程中，温度过低，光刻胶不能被完全剥离掉，在常温水洗的过程中会引起光刻胶的回粘。

对比例3

向97份二甲基亚砜中加入3份三氯甲烷配置成第一剥离液，将二甲基亚砜与三乙醇胺按6:4的质量比配制第二剥离液100份；加热第一剥离液到40℃通过第一条专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，进行第一阶段得剥离，维持该温度浸泡90s后，将上述剥离液排走；同时将加热到50℃的第二剥离液通过第二条专用管路注入到机台中浸没晶圆片15s，进行第二阶段得剥离。并用常温去离子水冲洗晶圆片，流量控制在150L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图1（对比例3）可以看出，金属线表面有一定光刻胶残留、且表面不平整，有一定程度的色差。表明即使加入有一定挥发性的有机溶剂、分阶段剥离光刻胶，但剥离的温度过低，并使用常温水洗，也会引起光刻胶的回粘，产生一定的色差。

实施例1

向97份二甲基亚砜中加入3份三氯甲烷配置成第一剥离液，将二甲基亚砜与三乙醇胺按6:4的质量比配制第二剥离液100份；加热第一剥离液到50℃通过第一条专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，进行第一阶段得剥离，维持该温度浸泡90s后，将上述剥离液排走；同时将加热到65℃的第二剥离液通过第二条专用管路注入到机台中浸没晶圆片15s，进行第二阶段得剥离。将去离子水加热到65℃，在第二剥离液排走后，立即进行第三阶段得清洗；使用专用水洗管路冲洗晶圆片，流量控制在150L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图2（1）可以看出，金属线表面光滑平整，无光刻胶残留，也未引起色差。与对比例1、2、3相比，使用具有针对性的剥离液，分阶段进行剥离会明显改善对光刻胶的剥离效果，能有效避免对金属线表面形貌、色差产生影响。

实施例2

向98份二甲基亚砜中加入2份二氯甲烷配置成第一剥离液，将二甲基亚砜与三乙醇胺按6:4的质量比配制第二剥离液100份；加热第一剥离液到50℃通过第一条专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，进行第一阶段得剥离，维持该温度浸泡90s后，将上述剥离液排走；同时将加热到65℃的第二剥离液通过第二条专用管路注入到机台中浸没晶圆片15s，进行第二阶段得剥离。将去离子水加热到65℃，在第二剥离液排走后，立即进行第三阶段得清洗；使用专用水洗管路冲洗晶圆片，流量控制在150L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图2（2）可以看出，金属线表面光滑平整，无光刻胶残留，也未引起色差。使用具有针对性的剥离液，分阶段进行剥离会明显改善对光刻胶的剥离效果，能有效避免对金属线表面形貌、色差产生影响。合适含量的低沸点氯甲烷物质对光刻胶的剥离都有较为理想的效果。

实施例3

向97份二甲基亚砜中加入3份三氯甲烷配置成第一剥离液，将二甲基亚砜与二乙醇胺与三乙醇胺按6:2:2的质量比配制第二剥离液100份；加热第一剥离液到50℃通过第一条专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，进行第一阶段得剥离，维持该温度浸泡90s后，将上述剥离液排走；同时将加热到70℃的第二剥离液通过第二条专用管路注入到机台中浸没晶圆片15s，进行第二阶段得剥离。将去离子水加热到70℃，在第二剥离液排走后，立即进行第三阶段得清洗；使用专用水洗管路冲洗晶圆片，流量控制在150L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图2（3）可以看出，金属线表面光滑平整，无光刻胶残留，也未引起色差。第二剥离液中强极性的有机溶剂联用对光刻胶的剥离效果依旧较好，略微升高第二剥离过程中的浸泡温度，对金属表面的腐蚀、粗糙没有影响。

实施例4

向97份二甲基亚砜中加入3份三氯甲烷配置成第一剥离液，将二甲基亚砜与二乙醇胺与三乙醇胺按6:2:2的质量比配制第二剥离液100份；加热第一剥离液到55℃通过第一条专用管路注入到放有光刻结构晶圆的机台中，进行第一阶段得剥离，维持该温度浸泡60s后，将上述剥离液排走；同时将加热到70℃的第二剥离液通过第二条专用管路注入到机台中浸没晶圆片30s，进行第二阶段得剥离。将去离子水加热到70℃，在第二剥离液排走后，立即进行第三阶段得清洗；使用专用水洗管路冲洗晶圆片，流量控制在100L/min，冲洗2min后吹干，取出晶圆片，进行SEM测试，观察晶圆片金属线表面情况。

根据SEM测试图2（4）可以看出，金属线表面平整，无光刻胶残留，也未引起色差。稍微缩短第一剥离阶段的浸泡时间、减少第三阶段去离子水的清洗流量不会影响除胶的效果。

Claims (7)

1.一种剥离光刻胶的方法，其特征在于，步骤包括：

S1.往剥离光刻胶的机台中加入二甲基亚砜与低沸点氯甲烷类物质所配制第一剥离液，进入第一剥离阶段；

S2.排走第一剥离液后，立即加入二甲基亚砜和醇胺类物质的混合溶剂，进入第二剥离阶段；

S3.排出第二剥离液后，用水清洗剥离光刻胶的机台表面，将残留的小分子光刻胶全部带走，清除干净。

2.如权利要求1所述的剥离光刻胶的方法，其特征在于：步骤S1中二甲基亚砜的浓度含量在99.9%以上，低沸点氯甲烷类物质在第一剥离液中的质量含量为0.1%-3%。

3.如权利要求2所述的剥离光刻胶的方法，其特征在于：步骤S1中配制第一剥离液所用的低沸点氯甲烷类物质为二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或两种。

4.如权利要求3所述的剥离光刻胶的方法，其特征在于：步骤S1中进行第一剥离阶段的温度为50-55℃，浸泡时间是30-120s。

5.如权利要求1所述的剥离光刻胶的方法，其特征在于：步骤S2中的第二剥离液由二甲基亚砜和醇胺类物质按1：1-0.25的范围区间组成，醇胺类物质是多元醇单胺类，为二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种，且都为电子级等级化学品。

6.如权利要求2所述的剥离光刻胶的方法，其特征在于：步骤S2中进行第二剥离阶段是与紧跟第一剥离阶段之后的，第二剥离阶段的温度为65-80℃，浸泡时间是5-30s。

7.如权利要求6所述的剥离光刻胶的方法，其特征在于：步骤S3中进行第二阶段是与紧跟第二剥离阶段之后的，所用的水为去离子水，清洗温度与第二剥离阶段的一致，去离子水的流量为100-150L/min。