NL8802587A

NL8802587A - Werkwijze voor het volledig verwijderen van fotoresistlagen van halfgeleiderplaatjes en van hybridesubstraten.

Info

Publication number: NL8802587A
Application number: NL8802587A
Authority: NL
Original assignee: Galram Technology Ind Ltd
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1989-05-16
Also published as: IL84255A; FR2622134B1; IL84255A0; GB8824547D0; GB2211629B; NL194997C; US5114834A; FR2622352A1; GB2211629A; FR2622134A1; DE3835636A1; FR2622352B3

Description

ί

S 6786—1 Ned V

p&c £

Korte aanduiding: Werkwijze voor het volledig verwijderen van fotoresist-lagen van halfgeleiderplaatj es en van hybridesubstra-ten.

5

De uitvinding heeft betrekking qp een systeem voor het verwijderen van fotoresist van halfgeleiderplaatjes βη/οί hybridesubstraten. Verder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het teweegbrengen van deze verwijdering.

De verwijdering wordt uitgevoerd met behulp van een aftasttechniek, 10 waarbij de energiebron een lichtbron is, zoals een geschikte laser of andere bron van hoge energie. De toegepaste energie is zodanig, dat deze de fotoresist volledig verwijdert, maar de basis- of elektronische eigenschappen van het substraat niet nadelig beïnvloedt.

15 ACHEERSKMD VAN DB UITVINDING

De uitvinding betrekking cp de verwerking van halfgeleiderinrichtin-gen en hybridestroomkringen. Halfgeleiderinrichtingen zijn in de laatste jaren een belangrijke rol gaan spelen in de elektronica en in het bijzonder in de cxmputertechnologie. De waarde van dergelijke produkten ligt in 20 de orde van miljarden Amerikaanse Dollars per jaar. Eén van de zich herhalende stappen tijdens de verwerking van halfgeleiderplaatjes en hybri-dematerialen is het aanbrengen van een deklaag van een fotoresist, die aan het einde van elk van dergelijke stappen verwijderd moet worden. Dergelijke plaatjes hébben een grootte in de orde van ca, 2,5 cm tot ca.

25 20 cm of meer. De praktisch volledige verwijdering van de fotoresist bij iedere produktiestap vormt een ernstig probleem en wordt thans in hoofdzaak volgens twee alternatieve werkwijzen uitgevoerd: de ene is gebaseerd cp een nat chemisch proces en de andere op de toepassing van plasma. De nadelen van de bestaande werkwijzen zijn, dat zijn geen volledige verwij-30 dering van de fotoresistlagen garanderen, tenzij men zijn toevlucht neemt tot uiterst extreme omstandigheden; anderzijds kan de toepassing van dergelijke drastische procescmstandigheden schade veroorzaken aan het als substraat dienende plaatje en/of aan de componenten van het plaatje. Tijdens de vervaardiging van dergelijke plaatjes bedraagt het aantal aange-35 brachte deklagen van fotoresist 1 tot ca. 15 of zelfs meer tijdens het gehele produktieproces.

De onderhavige uitvinding beoogt de nadelen te overwinnen van de bestaande werkwijzen, gebaseerd op chemische oplossingen en ook op de toepassing van reactieve gassen in een piasmagenerator in een oxiderende 40 .8802587

A

2 omgeving, waarbij vaak resterende verontreiniging met fotoresist achterblijft op enkele delen van het oppervlak van het plaatje en waarbij sons schade optreedt tijdens de toepassing van plasma, wat beide leidt tot een 5 bepaalde mate van uitval bij de produktie en wat de produktiekosten per inrichting verhoogt.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het praktisch volledig verwijderen van fotoresist tijdens de vervaardiging van halfge-leiderinrichtingen en hybride-strocmkringen.

1Q De werkwijze volgens de uitvinding omvat, dat men een bundel van hoge energie over het oppervlak het plaatje laat strijken, waarbij de energie van de bundel per oppervlakte-eenheid van het plaatje boven de drempelenergie ligt, die nodig is voor een dergelijke volledige verwijdering, maar beneden de drempel van de energie, die geschikt is cm het halfgeleidersubstraat of de componenten op het oppervlak van het plaatje te beschadigen.

Het verkregen afspoelen van de fotoresist is praktisch volledig en de voor deze verwijdering vereiste duur van de behandeling is kort. De gébruikte bundel van hoge energie kan een lichtbundel zijn. Evenzo kan 20 men bundels gébruiken van andere soorten elektromagnetische straling met een geschikte energie per oppervlakte-eenheid.

De bundel van hoge energie kan toegepast worden in de vorm van korte pulsen, maar men kan ook een continue stralingsbron gébruiken.

Er werden goede resultaten verkregen onder toepasisng van een nauwe 25 langwerpige bundel met een lengte, die ten minste die van één van de dimensies van het plaat bedroeg of die men in een aantal stappen over het oppervlak van het plaatje liet strijken, zodat het plaatje aan een schoonveegaftasting door een dergelijke bundel onderworpen werd; hierbij is de duur van de bestraling per oppervlakte-eenheid doelmatig cm de fo-3Q toresist volledig te verwijderen zonder enige ongewenste neveneffecten.

Er werden proeven uitgevoerd met energiebronnen van verschillende golflengten in het traject van 150 nm tot 11.000 nm. Met voordeel kan men gepulseerde lasers als energiebron toepassen met pulsen van een duur in het traject van nanoseconden. De laserbundel kan in een inerte of in een 35 chemisch reactieve atmosfeer worden toegepast. Als dergelijke korte pulsen gébruikt worden, wordt de lichtenergie geabsorbeerd door de fotoresist, die zodoende verwijderd wordt, terwijl, aangezien de warmtegelei-dendheid van de fotoresist niet goed is, energie-overdracht naar de zich daaronder bevindende lagen beperkt wordt en er geen ongunstige nevenef-40 fecten optreden.

8802567 3 * k

De dikte van de deklaag van fotoresist ligt in het algemeen in de orde van ca. 1-10 μ® en gewoonlijk in het gebied van 2 μπι. De toegepaste energie hangt af van de dikte van de fotoresist, de aard daarvan en ook 5 van de golflengte van de toegepaste energièbundel en zijn absorptie door de fotoresist.

De vereiste energie ligt in het algemeen in de orde van 10 mJ tot ca. 1000 mJ per on2 en bij voorkeur tussen 50 mJ en 300 mJ per cm2 in het golflengtegebied van 150 nm tot 11.000 nm.

10 Met andere energiebundels dient een overeenkomstige energie per cp- pervlakte-eenheid te worden toegepast, waarbij één van de overwegingen is, dat de energie door de fotoresist geabsorbeerd moet worden.

De werkwijze van de uitvinding wordt uitgevoerd in een droge omgeving. Het plaatje bevindt zich in de vrije atmosfeer of in een geschikte 15 houder, waarin de atmosfeer geregeld kan worden. Als een inerte atmosfeer gewenst wordt, kan men een omgeving van een inert gas of gasmengsel toepassen. Als geschikte gassen zijn te noemen helium, argon, stikstof of dergelijke of mengsels van 2 of meer daarvan.

De werkwijze kan ook worden uitgevoerd in een reactieve atmosfeer, 20 bijv. van zuurstof, ozon, zuurstofverbindingen, tetrachloorkoolstofdanp, stikstof-trifluoride enz.. Deze reactieve atmosfeer wordt vóór en/of tijdens of na de bestraling aangebracht. Het is mogelijk energie toe te passen op het te behandelen plaatje door uitwendig koel witlicht of door een andere lichtbron, waardoor de energie, die door het strijken roet energie-25 bundel moet worden toegepast, verminderd wordt, De energièbundel kan gebruikt worden cm over het oppervlak van het plaatje te strijken of men kan het plaatje t.o.v. de bundel bewegen, ten einde het oppervlak van het plaatje aan een doelmatige hoeveelheid energie per cppervlakte-eeriheid bloot te stellen om fotoresist te verwijderen.

Wanneer men bijv. een laser van het Excimer-type gébruikt met een pulsöuur van ca. 10 nanoseconden en met een pulsfrequentie van 100 Hz, wordt een plaatje van 76,2 mm x 76,2 ram afgetast met een lichtbundel van 193 ram met een breedt van 0,5 ram met een lineaire strijksnelheid van ca.

7 ras/sec., zodat iedere vierkantecentimeter van het oppervlak van het 35 plaatje bestreken wordt en aan een energie tussen 100 mJ/cm2 en 300 mJ/om2 wordt blootgesteld. De uitvinding heeft verder betrekking op inrichtingen voor de verwijdering van fotoresist door blootstelling van het oppervlak van het plaatje aan een bundel van hoge energie. Het is van voordeel de bundel met geschikte middelen te concentreren tot een nauwe 40 rechthoek of een andere geometrische vorm, waarvan de lengte zodanig is, • 6602567 * 4 dat een bestrijken van de gehele lengte of breedte van het plaatje, dat door de energiébundel schoongeveegd moet worden, gegarandeerd wordt.

Wanneer men een lichtbundel gébruikt, kan men gebruikelijke optische 5 elementen toepassen cm de lichtbundel tot een dergleijke nauwe rechthoek te concentreren. Zoals vermeld, kan men een gedoseerde bundel of een continue gébruiken. De breedte van de energiebundel ligt in het algemeen in de orde van 0,2 mm tot ca. 10 mm en het voorkeurstraject bedraagt 0,3 mm tot ca. 1 mm. De lengte van de bundel is in de orde van 10-200 mm of zo-10 nodig meer, waarbij het schoonvegen geschiedt in de strijkrichting van de straal, loodrecht op de lengte-afmeting van de bundel. Het gehele oppervlak van een plaatje kan binnen ca. 5-100 seconden of meer worden bestreken, wat leidt tot een praktisch volledige verwijdering van fotoresist,

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de bijgevoegde 15 tekeningen, die schematisch van aard zijn en niet op schaal en waarin:

Fig. 1 een weergave is van het basisconcept van een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze van de uitviding;

Fig. 2 een inrichting weergeeft voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze? 20 Fig. 3 de verwijdering van fotoresist toont in een reactieve omge ving;

Fig. 4 een schema is, dat de kritische parameters van de werkwijze volgens de uitvinding toelicht.

Het principe van de inrichting wordt toegelicht aan de hand van 25 fig. 1, waarin een lichtbron 11 een lichtbundel 12 afgeeft, die de optische lens 13 en spiegel 14 en lens 15 geconentreerd wordt tot een langwerpige nauwe bundel bij 16, d.w.z. op het oppervlak van het plaatje 17. Er is een deel van het plaatje 17 weergegeven met fotoresist (18), terwijl het andere deel, 19, reeds is schoongeveegd door de bundel 16 zodat 30 de fotoresist verwijderd is. Men kan de bundel over het oppervlak van het plaatje laten strijken of men kan het plaatje t.o.v. de stationaire lichtbundel laten bewegen, als aangegeven met de pijl 20. De beide bewegingen kunnen ook geccaibineerd worden.

In fig. 2 is een inrichting weergegeven, welke een inrichting een 35 huis 21 cmvat, waarin een lichtbron 11 verschaft wordt, die een lichtbundel via optisch element 13 en spiegel 14 en lens 15 op het oppervlak van een plaatje 17 richt. Andere plaatjes worden vóór de verwijdering van fotoresist opgeslagen in de cassette 21, terwijl plaatjes na verwijdering van fotoresist aan de rechterzijde van de tekening worden opgestapeld in 40 stapel 22. De installatie cmvat middelen 23 voor het instellen van de .8802587 * 5 parameters van het proces.

De werkwijze van de uitvinding kan in een reactieve omgeving worden uitgevoerd. Het principe van een dergelijke werkwijze wordt toegelicht 5 aan de hand van fig. 3, waarin licht, afkomstig van een lichtbron, wordt weergegeven door pijl 31 en waarin het optische element 32 gébruikt wordt cm het licht te focussenen tot een langwerpige rechthoekige bundel 33, nadat het door de sluiter 34 is gelopen, welke bundel gericht wordt op het plaatje 35.

10 De werkwijze wordt uitgevoerd in een reactieve omgeving, waarbij de lichtbundel gébruikt wordt cm reactieve materialen in gas- of dampvorm te dissociëren, waarbij de verkregen reactieve materialen interactie aangaan met de fotoresist en de ontledingsprodukten uit de kamer verwijderd worden. Het plaatje kan t.o.v. de bundel bewogen worden of omgekeerd.

15 De werkwijze kan ook op zodanige wijze worden uitgevoerd, dat reac tieve stoffen aan de reactiekamer worden toegevoerd vóór en/of tijdens en/of na de bestraling, wat de volledige verwijdering van de fotoresist bevordert.

De kritische parameters van de werkwijze worden toegelicht aan de 20 hand van fig. 4, die een schema is, dat energiedichtheid tegenover het effect cp het plaatje/plaatjesccmponenten toont. Zoals weergegeven, bestaan er duidelijk afzonderlijke gebieden. Gaande van links naar rechts ziet men, dat: de verwijdering van fotoresist begint bij de energiedrem-pel 41, waarbij de energiedichtheid tot 42 geen nadelige effecten cp het 25 plaatje heeft. Het optimale traject van energiedichtheid per cppervlakte-eeriheid voor een schone verwijdering van fotoresist ligt tussen 43 en 44, waarbij de helling van de lijn 45 hun aanwijzing is voor de verwijde-ringssnelheid van de fotoresist.

Bij een energiedichtheid van ten minste die, welke door 46 wordt 30 aangegeven, begint schade aan het plaatje als substraat en/of aan de elektronische ccoponenten en wanneer de energie per cppervlakte-eenheid verder toeneemt, neemt de mate van schade toe, als aangegeven door de lijn 47. De cp de X-as aangegeven energie kan die per puls van de lichtbundel zijn, maar hij kan ook de energie aangeven, die werd toegepast per 35 cppervlakte-eenheid van het plaatje, wanneer dit wordt blootgesteld aan de energiébundel.

Voorbeeld 1

Cp een siliciumplaatj e met een diameter van 50 mm bracht men een 40 fotoresistlaag met een dikte van 1,8 pm aan. Na verdere verwerking moest .8802587 $ * 6 deze verwijderd worden. De verwijdering werd uitgevoerd roet behulp van een lichtbundel roet een golflengte van 193 ran, waarbij de lichtbron een gepulseerde Excimer laser was, die men roet een pulssnelheid van 100 pul-5 sen met seconde liet werken met een pulsduur van ca. 10 nanoseconden.

De lichtbundel werd geconcentreerd tot de lengte van 75 mm bij 0,5 mm en men liet deze rechthoekige lichtbundel over het plaatje strijken. Het strijken werd uitgevoerd roet een snelheid van 4 mny'sec..

Zodoende werd iedere vierkantecentimeter van het oppervlak van het 10 plaatje blootgesteld aan een energie van ca. 200 mJ/cm2 wat leidde tot volledige verwijdering van de fotoresist zonder nadelige effecten op het plaatje of de elektronische elementen op het plaatje.

Voorbeeld 2 15 Een verwijdering van fotoresist werd uitgevoerd in een reactieve omgeving. In de proceskamer bracht men het reactieve materiaal, zoals een zuurstof- of fluorverbinding. De reactieve species werd gevormd d.m.v. een Excimer laser of door een uitwendige reactor . De ccanbinatie van reactie van het reactieve materiaal en de laserbundel vergemakkelijkten de 20 verwijdering van de fotoresist. Men gebruikte een laserbundel bij de golflengte van 193 er^/of 248 nm met een flux van 50 tot 500 mJ/αη2, wat leidde tot een volledige verwijdering van fotoresist. Geschikte verbindingen voor de reactieve omgeving zijn van het NF3 type, SFi. type of van het gefluoreerde koolwaterstoftype.

25 30 35 40 .8802587

Claims

1. Werkwijze voor de volledige verwijdering van fotoresist van een halfgeleiderplaatje en/of hybridesubstraten, met het kenmerk, dat men het 5 oppervlak van het plaatje aan straling blootstelt met behulp van een bundel van hoge intensiteit, ten einde de fotoresist te verwijderen zonder het substraat of elementen op het plaatje nadelig te beïnvloeden, waarbij de vorm van de doorsnede van de bundel, die in contact tornt met het plaatje, uiteenloopt tussen praktisch lijnvorming tot een rechthoek of 10 andere geometrische vorm, die een gedeelte of het geheel van het oppervlak van het plaatje bedekt.

2. Werkwijze volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de energie-bundel een lichtbundel is met een golflengte in het traject van 150 nm tot 11.000 nm en de op de fotoresist toegepaste energie in het traject IS ligt van ca. 10 mJ tot ca. 1 J of meer per on2 Cfpervlakte van het half-geleiderplaatj e.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de bundel een praktisch rechthoekige dwarsdoorsnede heeft en de vorm heeft van een nauwe rechthoek, waar hij in interactie komt met het oppervlak van 2Q het plaatje en daar over het oppervlak van het plaatje strijkt.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat men een laserbundel toepast cm over het oppervlak van het plaatje te strijken, ten einde een doelmatige energie per oppervlakte eenheid toe te passen, waarbij men de laser op continue wijze of in de vorm van korte pul- 25 sen laat werken.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men de bestraling van de fotoresist cp het plaatje uitvoert in een inerte of in een actieve atmosfeer, waarbij de actieve atmosfeer wordt aangebracht vóór en/of tijdens en/of na de bestraling.

6. Systeem voor de praktisch volledige verwijdering van fotoresist van het oppervlak van een halfgeleiderplaatj e met het kenmerk, dat het ccvat: een bron voor een bundel van hoge energie, middelen voor het concentreren van de bundel tot een doorsnede, die in hoofdzaak rechthoekig is of een andere gecmetrische vorm heeft, en voor het richten van deze 35 bundel cm in te werken op het oppervlak van het plaatje, en middelen voor het cp zodanige wijze blootstellen van het oppervlak, dat een vooraf bepaalde hoeveelheid energie per cppervlakte-eenheid wordt aangebracht, die doelmatig is cm de fotoresist te verwijderen, maar beneden de drempel van ongewenste neveneffecten ligt.

7. Systeem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het omvat: een .8802587 gepulseerde laser, optische elementen, die een nauwe lichtbundel op het oppervlak van het plaatje vormen en middelen voor het regelen van de per oppervlakte-eenheid van de fotoresist toegepaste energie.

8. Systeem volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het midde len omvat voor het tot stand brengen van een chemisch reactieve atmosfeer in een houder, waarin de verwijdering van fotoresist wordt uitgevoerd.

9. Systeem volgens een van de conclusies 6-8, met het kenmerk, dat het middelen bevat voor het vormen van een lichtbundel met wigvormige 10 doorsnede, welke wigvormige bundel met het plaatje in contact kant bij of dichtbij zijn top en middelen om over het oppervlak van het plaatje te vegen, ten einde de vereiste energie per cppervlakte-eeriheid van het plaatje toe te passen.

10. Halfgeleiderplaatje en/of hybridesubstraat verkregen onder toe-15 passing van de werkwijze volgens conclusies 1-5, resp. onder toepassing van het systeem volgens conclusies 6-9. 20 25 30 35 40 .8802587