CN1186804C - 金属薄膜干蚀刻后处理方法及蚀刻与去光刻胶的整合系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子元器件的制造方法及系统，尤指一种金属薄膜干蚀刻的后处理方法，和一种蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统，该系统包括至少一干蚀刻室，至少一光刻胶去除清洗室，以及一输送装置。该输送装置用以输送一或多个含金属薄膜的基板进出一或多个该干式蚀刻室及一或多个该光刻胶去除清洗室。一基板上的金属薄膜在干蚀刻室中利用一光刻胶进行干蚀刻后，得到一受光刻胶覆盖的表面以及一未受光刻胶覆盖的金属裸露面，接着于该光刻胶去除清洗室中去除该金属薄膜表面上的光刻胶，同时于该金属裸露面上生成一护封层，并于光刻胶去除完成后洗除该护封层，使回复裸露的金属表面，如此便可避免干蚀刻后的金属薄膜在等待去除光刻胶之前遭干蚀刻相关气体的腐蚀。

Description

金属薄膜干蚀刻后处理方法及蚀刻与去光刻胶的整合系统

技术领域

本发明涉及电子元器件的制造方法及系统，尤指一种金属薄膜干蚀刻的后处理方法，和一种蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统。

背景技术

金属薄膜，例如铝基质(aluminum-based)薄膜，在各种电子元器件的生产及制作中，都是非常重要的步骤。例如在液晶显示装置(LCD)中，以铝为基质(如铝金属或铝合金)的薄膜可以用来作为导电金属，以及反射金属层。在其它电子产品中，此类铝基质薄膜也提供重要的功能。

以金属导线的应用为例，在电子元器件的制作过程中，通常事先以各种适合的方法，形成一铝薄膜，再利用蚀刻方式去除非定义中的部份，留下需要的铝导线图形(Pattern)。在蚀刻步骤中，可以使用湿式蚀刻或干式蚀刻。其中，所谓湿式蚀刻是指利用蚀刻液去除不用的部分，至于干式蚀刻则是指利用反应气体激化成等离子体后以物理或化学的方式，去除不用的部分，留下有用的部分。蚀刻后的金属薄膜包括一受光刻胶覆盖的表面以及一未受光刻胶覆盖的金属裸露面。

在铝基质薄膜的干蚀刻过程中，通常是在氯气(Cl₂)或含氯气体，例如氯化硼(BCl₃)等蚀刻气体中进行，而该铝基质膜会因铝原子与氯自由基(radical)问的反应形成氯化铝(AlCl_x)，且氯化铝在与水反应后会形成可溶性的氢氧化铝Al(OH)_x，造成铝基质膜的腐蚀。因此，一般在此干蚀刻工艺后，必须经过一或数种后处理，以避免先蚀刻完成的薄膜在等待期间(Q-time)遭腐蚀的问题。这些后处理步骤举例而言包括四氟化碳/氧(CF₄/O₂)等离子体处理、气态水/氧气((H₂O(g)/O₂)等离子体处理、碳氢氟化物(C_xH_yF₂)沉积气体等离子体处理、灰化(ashing)处理、以及热水洗净处理等。不过，这些后处理方法或许可解决蚀刻后铝基质薄膜的腐蚀问题，但其一般需要较繁复的步骤或较长的处理时间或多少损伤薄膜本身或造成后续工序的困难，因此，目前急需有一种新颖的铝基质薄膜干式蚀刻后处理方法，该方法可以避免在铝基质薄膜蚀刻后发生腐蚀，并解决上述问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种金属薄膜干蚀刻的后处理方法，利用适合的后处理试剂避免生成可溶的金属化合物，且在洗除此后处理试剂后可回复原来的金属蚀刻面，因而避免该金属的腐蚀。

本发明的另一目的是提供一种蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统，可在进行干蚀刻后处理的同时，对于工序做适度的整合，以减省工序所需时间。

依据本发明的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，以一种可使蚀刻后的金属薄膜形成不溶化合物护封层的后处理试剂进行处理，可避免蚀刻后的金属薄膜遭腐蚀。经本案发明人的研究发现，一般用于干蚀刻后光刻胶去除(stripper)使用的试剂，如单乙醇胺(monoethanolamine；MEA)或其它类似此作用的碱性化合物，可实现此目的。该方法包括下列步骤：以一光刻胶去除试剂(如单乙醇胺)去除该金属薄膜上的光刻胶，并以同一光刻胶去除试剂处理该金属薄膜的金属裸露面，使反应生成一不溶于水的护封层；以及在光刻胶去除后以一清洗试剂洗除该护封层，使回复裸露的金属表面。

依据本发明的另一方面，该金属薄膜干蚀刻的后处理方法可与一光刻胶去除步骤利用一蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统加以整合，也即在蚀刻程序后短时间内即进行光刻胶去除步骤，利用该光刻胶去除步骤所使用的去光刻胶溶液中的成分，与干式蚀刻后蚀刻面的残留含氯成分进行化学反应，置换出氯，接着使此去光刻胶溶液中的成分脱离蚀刻面，回复原来的金属蚀刻面，如此可解决该金属薄膜的腐蚀问题，同时可以减少工序所需时间。该蚀刻与去光刻胶步骤的整合的系统，包括至少一干蚀刻室，在其中利用一光刻胶，对于一基板上的金属薄膜进行干蚀刻，以得到一受光刻胶覆盖的表面以及一未受光刻胶覆盖的金属裸露面；至少一光刻胶去除清洗室，在其中同时进行该金属薄膜的干蚀刻后处理与光刻胶去除步骤，以去除该金属薄膜表面上的光刻胶，同时在该金属裸露面上生成一护封层，并在光刻胶去除完成后进行一清洗步骤，以洗除该护封层，使回复裸露的金属表面；一输送装置，用以输送一或多个该基板进出一或多个该干式蚀刻室及一或多个该光刻胶去除清洗室。

本发明的有益效果是，由于将干蚀刻步骤与旋转式去光刻胶步骤整合，而可在短时间内，使完成干式蚀刻的基板进行光刻胶去除。由去光刻胶液中的成分，置换出该铝氯化物中的氯，形成铝薄膜蚀刻表面的保护层。故可解决铝薄膜干式蚀刻中，铝的腐蚀问题。除此之外，在现有技术中，由于旋转式去光刻胶机与干式蚀刻机并未加以整合，经过干式蚀刻的基板必须另行输送至旋转式去光刻胶机台进行光刻胶去除。相反地，本发明因将旋转式去光刻胶整合至干式蚀刻装置，故可将光刻胶去除步骤串连至干式蚀刻步骤中，不必分别进行干式蚀刻与光刻胶去除。因此可缩短产品投到产出的总体制造时间(cycle time)。

上述本发明的目的及特点，可以由以下详细说明，并参照附图会更加清楚。

附图说明

图1是本发明整合金属薄膜干蚀刻与光刻胶去除的系统图。

具体实施方式

如前所述，在金属薄膜的干蚀刻制造过程中，金属腐蚀的问题主要是因活性较高的金属与蚀刻气体中的氯自由基反应，并与其后续处理中环境的水气反应生成可溶氢氧化物，而在后续处理工序中遭到洗除所导致。因此，本案发明人认为，如能在上述过程中，在干式蚀刻步骤后立即生成不溶的金属化合物，则可作为该金属薄膜蚀刻表面的护封层，但前提是此不溶的金属化合物必须可再还原成所需的金属层。因此本案发明人致力于研究一种适合的后处理试剂，以达到此目的。

一般而言，蚀刻程序后，会将基板移至一旋转式光刻胶去除机台上进行一光刻胶去除程序，以除去定义该金属薄膜用的光刻胶层。就铝或铝合金而言，一般使用单乙醇胺或其它类似化合物来进行光刻胶去除。本案发明人发现，此种单乙醇胺或其它类似碱性化合物恰可使该金属薄膜形成所要的护封层。以铝薄膜与单乙醇胺光刻胶去除试剂为例，其反应式如下：

其后，以异丙醇(isopropyl alcohol；IPA)或水取代单乙醇胺继续清洗该基板，则可洗除单乙醇胺，回复原来的铝蚀刻面，因此不会发生腐蚀的现象。

因此，本发明将原来一旋转式去光刻胶机台上进行的光刻胶去除程序整合至该干蚀刻程序中作为该干蚀刻程序的后处理，并紧接着进行光刻胶去除，如此一来，不但可实现如上避免金属薄膜腐蚀的效果，还可省去现有技术中刻意进行的后处理步骤，因此可缩短单片基板处理时间与整体工艺过程的时间。当然，在干蚀刻步骤后，去光刻胶步骤前，还可进行现有的后处理步骤，以进一步确保防腐蚀效果，但此后处理时间相对于干蚀刻步骤与去光刻胶步骤分开进行的传统工艺而言，可大幅缩短，以尽可能减少传统后处理方式所导致的处理时间较长或损伤薄膜的问题。

除此之外，因铝的腐蚀主要是在干式蚀刻步骤结束后30分钟内发生，如能将干式蚀刻反应器与光刻胶去除器整合，则可在铝氯化物尚未开始腐蚀之前，即已进行光刻胶去除步骤，利用去光刻胶溶液中的成分来置换氯，以保护蚀刻面，同时进行光刻胶去除，因此可以缩短反应时间，且更进一步缩短整体制造过程所需时间。

为达到干蚀刻后处理与光刻胶去除整合的目的，本发明提供一种整合系统实施例，如图1所示，此系统包括一个进出站(cassette station)11，一组到两组旋转式去光刻胶机(spin stripper)12，13，一低真空传送室(loadlock chamber；LLC)14，一干式高真空传送室(Transfer chamber，TC)15，以及三组干式蚀刻室或称制造反应室16，17，18。当然，在本实施例中，旋转式去光刻胶机虽设有2组，而干式蚀刻站有3组，但在实际应用上，可以依据需要而改变其数量。

基板的移动方向请见图1中箭头所示。首先，待蚀刻的基板10从进出站11进入处理装置中，准备进入干式蚀刻过程。该基板10被移入该低真空传送室14中，其后进入干式高真空传送室15中。然后，基板10进入任一干式蚀刻室16，17或18中进行干式蚀刻(图中所示为进入干式蚀刻室17中)。在干蚀刻完成后，将基板10退出蚀刻室区，重新进入干式高真空传送室15再到低真空传送室14，再送至进出站11的传送手臂上，将该基板10送入旋转式去光刻胶机12或13中，进行光刻胶去除及洗净。如此即可将干蚀刻与去光刻胶步骤整合在一起，还可借助去光刻胶步骤所用的试剂作为干蚀刻的后处理试剂，以避免金属薄膜的腐蚀，同时缩短制造时间。

为更清楚了解本发明可节省的时间，以下举例说明。以一厚度为500Å(Ti)/6,000Å(Al)/500Å(Ti)Ti/Al/Ti的金属薄层为例，在现有技术中，如一次使用3组蚀刻室，所需时间为：主蚀刻170秒，后处理60秒，除静电时间10秒，其单片蚀刻处理时间(tact time)为94秒。但在本发明利用单乙醇胺(MEA)或其它碱性化合物所进行的后处理中，可仅使用15秒来进行传统的后处理，紧接着进行光刻胶去除步骤，如此一来，其单片蚀刻处理时间则只要79秒。因此，对任一基板而言，其单片处理时间可缩短15-20秒左右。由此生产率可由原22.06k/month(基于80％机台利用率)提升至26.24k/month。当然，该后处理时间并不限于15秒，而是视实际需要而定。或者，可根本不进行传统的后处理，就直接以光刻胶去除试剂来进行该蚀刻步骤的后处理，同时去除光刻胶。

另外，前已述及，利用热水在完成干式蚀刻后清洗基板，也可达成防止铝蚀刻面腐蚀的效果。不过，在本发明中，继旋转式去光刻胶机所使用的光刻胶去除液体后，再以清水清洗的方法，则可提供更为优异的效果，并可省略一清洗步骤。

综上所述，在本发明中，由于将干蚀刻步骤与旋转式去光刻胶步骤整合，而可在短时间内，使完成干式蚀刻的基板进行光刻胶去除。由去光刻胶液中的成分，置换出该铝氯化物中的氯，形成铝薄膜蚀刻表面的保护层。故可解决铝薄膜干式蚀刻中铝的腐蚀问题。除此之外，在现有技术中，由于旋转式去光刻胶机与干式蚀刻机并未加以整合，经过干式蚀刻的基板必须另行输送至旋转式去光刻胶机台进行光刻胶去除。相反地，本发明因将旋转式去光刻胶整合至干式蚀刻装置，故可将光刻胶去除步骤串连至干式蚀刻步骤中，不必分别进行干式蚀刻与光刻胶去除。因此可缩短产品投到产出的总体制造时间(cycle time)。

以上是对本发明铝薄膜干式蚀刻方法及装置的说明。本技术领域的普通技术人员，在本说明书和附图的表示范围内所做出的等效变换，均应在本发明范围内。

Claims (12)

1.一种蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统，其特征在于，包括：

至少一干蚀刻室，在其中利用一光刻胶，对于一基板上的金属薄膜进行干蚀刻，以得到一受光刻胶覆盖的表面以及一未受光刻胶覆盖的金属裸露面；

至少一光刻胶去除清洗室，在其中同时进行该金属薄膜的干蚀刻后处理与光刻胶去除步骤，以去除该金属薄膜表面上的光刻胶，同时在该金属裸露面上生成一护封层，并在光刻胶去除完成后进行一清洗步骤，以洗除该护封层，使回复裸露的金属表面；

一输送装置，用以输送一或多个该基板进出一或多个该干式蚀刻室及一或多个该光刻胶去除清洗室。

2.如权利要求1所述的蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统，其特征在于，包括多个干蚀刻室与多个光刻胶去除清洗室，以提升系统效能。

3.如权利要求1所述的蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统，其特征在于，每一光刻胶去除清洗室中均包括一旋转式去光刻胶机。

4.如权利要求1所述的蚀刻与去光刻胶步骤的整合系统，其特征在于，所述输送装置包括一低真空传送室与一干式高真空传送室；所述低真空传送室与所述干式高真空传送室相连接，待蚀刻的该基板通过该低真空传送室、该干式高真空传送室进入任一个所述干式蚀刻室；蚀刻后的该基板通过该干式高真空传送室、该低真空传送室和一进出站的传送手臂，进入到该光刻胶去除清洗室。

5.一种金属薄膜干蚀刻的后处理方法，该蚀刻后的金属薄膜包括一受光刻胶覆盖的表面以及一未受光刻胶覆盖的金属裸露面，其特征在于，该方法包括下列步骤：

以一光刻胶去除试剂去除该金属薄膜上的光刻胶，并以同一光刻胶去除试剂处理该金属薄膜的金属裸露面，使反应生成一不溶于水的护封层；以及

在光刻胶去除后以一清洗试剂洗除该护封层，使回复裸露的金属表面。

6.如权利要求5所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，该金属薄膜是一铝基质薄膜。

7.如权利要求6所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，该铝基质薄膜是一铝薄膜或一铝合金薄膜。

8.如权利要求6所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，该光刻胶去除试剂是单乙醇胺。

9.如权利要求8所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，该清洗试剂是异丙醇及/或水。

10.如权利要求5所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，所述金属薄膜干蚀刻的后处理方法是在该金属薄膜干蚀刻完成后立即进行。

11.如权利要求5所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，还包括在引入该光刻胶去除试剂前进行一短时间的金属薄膜预处理步骤，以进一步保护该未受光刻胶覆盖的金属裸露面。

12.如权利要求11所述的金属薄膜干蚀刻的后处理方法，其特征在于，该金属薄膜预处理步骤是选自一种或多种下列处理方法，包括四氟化碳/氧等离子体处理、气态水/氧气等离子体处理、碳氢氟化物沉积气体等离子体处理、灰化处理及/或热水洗净处理。

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