TWI667555B - 光刻膠去除裝置及其清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種光刻膠去除裝置，包含：光刻膠去除腔室；所述光刻膠去除腔室內的頂部設有噴頭，向光刻膠去除腔室內引入清潔氣體；沿著所述光刻膠去除腔室的側壁內側覆蓋設置墊板；所述墊板內嵌入設置電極線圈；該電極線圈上施加有高壓射頻電源，在墊板表面形成DBD等離子體，以對光刻膠去除腔室內部，尤其對墊板表面進行等離子體清洗。本發明採用DBD等離子體進行腔內清洗，能完全清除其上沉積附著的光刻膠殘餘反應物，損傷極小，且有效提高光刻膠去除裝置的穩定性。

Description

光刻膠去除裝置及其清洗方法
本發明涉及一種光刻膠去除裝置及其清洗方法，具體是指一種能有效清洗側壁墊板的光刻膠去除裝置及其清洗方法，屬於等離子體處理領域。
在採用等離子體處理設備對晶圓表面進行加工的過程中，通過向真空反應腔室引入含有適當蝕刻劑或澱積源氣體的反應氣體，然後再對該反應腔室施加射頻能量，以解離反應氣體生成等離子體，用來對放置於反應腔室內的晶圓表面進行蝕刻操作。在定義蝕刻圖形時需要首先在晶圓上塗覆一層光刻膠，在等離子處理製程完成後晶圓表面還覆蓋有一層光刻膠層。因此在完成等離子體蝕刻操作之後，需要將晶圓轉移至光刻膠去除裝置內，用以剝離晶圓表面的光刻膠。
目前在光刻膠去除裝置內，為了能夠儘量減小等離子體中的電荷因加速運動而對晶圓器件結構造成轟擊損壞，通常並不採用在光刻膠去除腔室內設置等離子發生裝置，直接的在腔室內產生等離子體以去除晶圓表面的光刻膠，而是採用RPS(Remote Plasma Source，遠端等離子體源)來去除晶圓表面的光刻膠。RPS方式是通過在光刻膠去除裝置的腔室的上腔壁上設置開口，來自RPS的等離子體經過噴頭向內通入等離子體，並經過設置在上腔壁下方的擋板過濾掉離子，只允許富含氧的中性自由基向下擴散，從而實現光刻膠的去除，並保護晶圓上的半導體器件。
在光刻膠去除裝置的一個使用維護週期之內，需要不斷的去除晶圓表面的光刻膠。在此過程中，會有一些光刻膠的殘餘反應物附著累積在腔室內，尤其是位於腔室側壁的墊板上。而隨著這些殘餘反應物不斷的累積，可能會引起光刻膠去除裝置的腔室內的物理反應和化學反應的條件漂移，從而影響光刻膠去除的速率和均勻性。
因此，為了使得能夠始終維持光刻膠去除的速率和均勻性，原則上應該在每個使用維護週期之後，需要對光刻膠去除裝置的腔室內進行清洗，以去除沉積下來的反應物。
但是，由於光刻膠去除裝置的腔室內並沒有直接的等離子體源，腔室頂部來自RPS的等離子體也被過濾掉，因此無法通過等離子體的物理轟擊和化學反應對腔室內進行有效的處理和清洗，也並沒有其他合理的可行方法能夠將附著在強室內的反應物有效清除。因此，本發明提出一種光刻膠去除裝置及其清洗方法，其能夠對腔室內進行反應物的有效清除。
本發明的目的在於提供一種光刻膠去除裝置及其清洗方法，採用介電質放電(Dielectric barrier discharge，DBD)等離子體進行腔內清洗，能完全清除其上沉積附著的光刻膠殘餘反應物，損傷極小，且有效提高光刻膠去除裝置的穩定性。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種光刻膠去除裝置，包含：光刻膠去除腔室；所述光刻膠去除腔室內的頂部設有噴頭，向光刻膠去除腔室內引入清潔氣體；沿著所述光刻膠去除腔室的側壁內側覆蓋設置墊板；所述墊板內嵌入設置電極線圈；其中，所述的電極線圈上施加有高壓射頻 電源，在墊板表面形成DBD等離子體，以對光刻膠去除腔室內部，尤其對墊板表面進行等離子體清洗；且所述的高壓射頻電源的輸出電壓的幅值為1kV~10kV，頻率為1kHz~1MHz。
所述的清潔氣體採用氧氣。
所述的電極線圈採用金屬材料製成，沿墊板的圓周方向設置，呈環狀。
所述的光刻膠去除腔室的側壁以及對應位置的墊板上設置有晶圓傳片口，用於晶圓的移入移出。
在本發明的一個較佳實施例中，所述的墊板內嵌入設置兩個通過電路連接的電極線圈，分別位於晶圓傳片口的上方和下方，其中一個電極線圈連接高壓射頻電源，另一個電極線圈接地，形成放電回路。
在本發明的另一個較佳實施例中，所述的墊板內嵌入設置兩組通過電路連接的電極元件，分別位於晶圓傳片口的上方和下方，其中一組電極元件連接高壓射頻電源，另一組電極元件接地，形成放電回路。
每組電極元件均包含多個並聯連接的電極線圈，均勻分佈的嵌入設置在墊板內。
所述的噴頭與光刻膠去除腔室上方的遠程等離子源相連通。
所述的噴頭與待處理晶圓之間還設置一過濾裝置，以過濾清潔氣體中的離子。
本發明還提供一種光刻膠去除裝置的清洗方法，採用上述的光刻膠去除裝置實現，在晶圓結束光刻膠去除製程並移出光刻膠去除腔室後進行，清洗整個光刻膠去除腔室內部，包含：接通高壓射頻電源，施加高壓射頻電源 至墊板內的電極線圈，對光刻膠去除腔室內頂部噴頭引入的清潔氣體進行激發，在墊板表面形成DBD等離子體，以對光刻膠去除腔室的內部，尤其對墊板表面進行等離子體清洗。
綜上所述，本發明提供的光刻膠去除裝置及其清洗方法，具有以下優點和有益效果：
1、通過對埋設在墊板內的電極施加高壓射頻電源，以在墊板表面形成DBD等離子體，對光刻膠去除腔室內部，尤其是墊板表面達到局部增強的清洗效果。
2、由於所形成的DBD等離子體會產生大量化學活性粒子或基團，因此其對光刻膠去除腔室內部，尤其是墊板表面進行的是化學清洗，損傷極小。
1‧‧‧光刻膠去除腔室
2‧‧‧墊板
3‧‧‧電極線圈
4‧‧‧晶圓傳片口
5‧‧‧高壓射頻電源
6‧‧‧DBD等離子體
7‧‧‧匹配電容
圖1是本發明中的光刻膠去除裝置的結構示意圖；圖2是本發明中的墊板及線圈的結構示意圖。
以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行說明。
如圖1所示，為本發明提供的光刻膠去除裝置，包含光刻膠去除腔室1，其由位於頂端的上腔壁，位於底端的下腔壁，以及連接在上腔壁和下腔壁之間的側壁構成，形成內部反應空間，用於放置晶圓以進行光刻膠去除，並在一個使用維護週期之後，對該光刻膠去除腔室1內部進行清洗。
在所述的光刻膠去除腔室1頂部的上腔壁的下表面設有噴頭，用於將進行清洗的清潔氣體引入光刻膠去除腔室1內，並維持一定的流量。所述 的噴頭還與光刻膠去除腔室1上方的遠端等離子源(RPS)連通，接收來自RPS的清潔氣體的等離子體。該噴頭下方與待處理晶圓之間還設置一過濾裝置，用以過濾掉清潔氣體中的離子，只允許富含自由基的清潔氣體向下流向晶圓。其中，噴頭和過濾裝置可以是兩個部件，也可以集成為一個部件。本實施例中，由於需要去除的光刻膠主要由碳構成，因此光刻膠的殘餘反應物也主要由碳構成，所以採用氧氣作為清潔氣體，能夠有效清除殘餘反應物。
沿著所述的光刻膠去除腔室1的側壁內側覆蓋設置墊板2，呈環狀，採用耐等離子體腐蝕的絕緣材料(例如石英)製成，起到支撐以及保護側壁的作用。
如圖2所示，在所述的墊板2內嵌入設置金屬製成的電極線圈3，沿墊板2的圓周方向設置，呈環狀。在該電極線圈3上施加高壓射頻電源5，將墊板2作為介質阻擋層，在墊板2的內表面附近形成共面的介質阻擋放電(DBD，Dielectric barrier discharge)，使通入光刻膠去除腔室1內的清潔氣體在墊板2表面形成DBD等離子體6(活性基團)，用以清除附著在墊板2表面的光刻膠殘餘反應物。由於將所述的電極線圈3設置在墊板2的內部，其外部包覆了製成墊板2的絕緣材料，從而確保電極線圈3不會直接暴露在DBD等離子體6內。
所述的高壓射頻電源5的輸出電壓的幅值為1kV~10kV，頻率為1kHz~1MHz。本發明選擇在電極線圈3上施加高壓射頻電源5且該高壓射頻電源的頻率不超過1MHz的原因在於，頻率過高的射頻功率源會使得所產生的等離子體密度較高，有持續鞘層存在，導致等離子體和位於電極線圈3外部的墊板2表面的相互作用包含離子的物理轟擊和活性粒子或基團的化學反應，對墊 板2表面的物理損傷較大。而本發明選擇的高壓射頻電源的頻率為kHz量級，產生的為非連續放電的等離子體，且等離子體密度較低，鞘層效應較弱，使等離子體和位於電極線圈3外部的墊板2表面的相互作用以活性粒子的化學反應為主，對墊板2表面的物理損傷極小。此外，本發明選用頻率較低的高壓電源的目的還在於：施加到電極線圈3上的功率源的頻率較低，對應的波長相對較長，所產生的等離子體的對稱性受射頻饋入點的影響較小，所以不存在等離子體圓周分佈對稱性不佳的問題，使得位於電極線圈3外部的墊板2表面的清洗均勻性得以保證。
在所述的光刻膠去除腔室1的側壁以及對應位置的墊板2上設置有用於晶圓移入移出的晶圓傳片口4；當光刻膠去除腔室1內的晶圓完成光刻膠去除之後，打開該晶圓傳片口4，進而可通過機械手將晶圓由晶圓傳片口4處移出。然後關閉晶圓傳片口4，就可利用本發明對光刻膠去除腔室1內部進行清洗。完成清洗後，再打開晶圓傳片口4，將下一個待處理晶圓從晶圓傳片口4移入光刻膠去除腔室1內。
在本發明的一個較佳實施例中，如圖1所示，在所述的墊板2內嵌入設置兩個通過電路連接的電極線圈3，分別位於晶圓傳片口4的上方和下方，其中一個電極線圈通過匹配電容7連接高壓射頻電源5，另一個電極線圈接地，形成放電回路，以使得晶圓傳片口4上方和下方的DBD放電效果均勻，提高清洗效率。
在本發明的另一個較佳實施例中，在所述的墊板2內嵌入設置兩組通過電路連接的電極元件，分別位於晶圓傳片口4的上方和下方，其中一組電極元件通過匹配電容7連接高壓射頻電源5，另一組電極元件接地，形成放電 回路。每組電極元件均包含多個並聯連接的電極線圈，均勻分佈的嵌入設置在墊板2內，從而有效增加墊板2表面的DBD放電效果，並且使得放電均勻，大大提高清洗效率。
利用本發明所提供的光刻膠去除裝置進行清洗製程的方法，包含：接通高壓射頻電源5，施加高壓射頻電源5至墊板2內的電極線圈3，對光刻膠去除腔室1內頂部噴頭引入的清潔氣體進行激發，在墊板2表面形成DBD等離子體6，以對光刻膠去除腔室1的內部進行清洗，尤其是對墊板2的表面達到局部增強的清洗效果。
由於DBD等離子體6是在電壓相對較高，頻率相對較低的高壓射頻電源5的作用下產生的，因此其壽命較短，不能維持連續放電，空間傳播距離有限，集中在墊板2的表面區域形成DBD等離子體6，尤其針對表面附著光刻膠反應物的墊板2進行清洗。由於DBD等離子體6具有非連續性的特點，因此其不能維持等離子體鞘層電壓，但是卻能產生大量化學活性粒子或基團，能對墊板2表面進行化學清洗，並且損傷極小。在高壓射頻電源5的電壓幅值的取值範圍內，當電壓越大時，所產生的DBD等離子體6對墊板2以及腔室內部的清洗過程就會相對越快。
綜上所述，本發明提供的光刻膠去除裝置及其清洗方法，通過對嵌入設置在墊板內的電極線圈施加高壓射頻電源，在墊板表面形成DBD等離子體，達到清洗光刻膠去除腔室的目的，有效清除光刻膠殘餘反應物，並且對墊板的表面損傷極小。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本技術領域具有通常知 識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

Claims (10)

  1. 一種光刻膠去除裝置，其中，包含：一光刻膠去除腔室；一噴頭，設置在該光刻膠去除腔室內的頂部，向該光刻膠去除腔室內引入清潔氣體；一墊板，沿著該光刻膠去除腔室的側壁內側覆蓋設置；一電極線圈，嵌入設置在該墊板內部，沿該墊板的圓周方向設置，呈環狀；其中，該電極線圈上施加有一高壓射頻電源，在墊板表面形成DBD等離子體，對該光刻膠去除腔室內部，尤其對該墊板表面進行等離子體清洗；且該高壓射頻電源的輸出電壓的幅值為1kV~10kV，頻率為1kHz~1MHz。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光刻膠去除裝置，其中，所述的清潔氣體採用氧氣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光刻膠去除裝置，其中，該電極線圈採用金屬材料製成。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光刻膠去除裝置，其中，該光刻膠去除腔室的側壁以及對應位置的該墊板上設置有晶圓傳片口，用於晶圓的移入移出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的光刻膠去除裝置，其中，該墊板內嵌入設置兩個通過電路連接的該電極線圈，分別位於晶圓傳片口的上方和下方，其中一個該電極線圈連接該高壓射頻電源，另一個該電極線圈接地，形成放電回路。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的光刻膠去除裝置，其中，該墊板內嵌入設置兩組通過電路連接的該電極元件，分別位於晶圓傳片口的上方和下方，其中一組電極元件連接該高壓射頻電源，另一組電極元件接地，形成放電回路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光刻膠去除裝置，其中，每組該電極元件均包含多個並聯連接的該電極線圈，均勻分佈的嵌入設置在該墊板內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光刻膠去除裝置，其中，該噴頭與該光刻膠去除腔室上方的遠程等離子源相連通。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光刻膠去除裝置，其中，該噴頭與待處理晶圓之間還設置一過濾裝置，以過濾清潔氣體中的離子。
  10. 一種光刻膠去除裝置的清洗方法，其中，採用如申請專利範圍第1至8項中任一項所述的光刻膠去除裝置實現，在晶圓結束光刻膠去除製程並移出該光刻膠去除腔室後進行，清洗整個該光刻膠去除腔室內部，包含：接通該高壓射頻電源，施加該高壓射頻電源至該墊板內的該電極線圈，對該光刻膠去除腔室內頂部噴頭引入的清潔氣體進行激發，在該墊板表面形成DBD等離子體，以對該光刻膠去除腔室的內部，尤其對該墊板表面進行等離子體清洗。
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