优化小剂量注入去胶工艺

优化小剂量注入去胶工艺摘要：目前，硅片一厂通过技术团队的努力，已经初步减短了小剂量去胶制品的干法去胶时间。其优点是工艺简单，既省时又省成本，缺点是与干法去胶设备的状态息息相关。因此，从工厂微细化技术发展的角度考虑，必须有一个比较可行的简化去胶工艺。本文主要研究干法去光刻胶的原理及可实施的简化去胶工艺，并通过重复试验，确定合理的干法去胶时间。关键词：小剂量干法去胶简化一. 干法去胶简介在集成电路工艺中，光刻后的抗蚀剂，通常是用化学溶液如热硫酸或其它专用有机溶剂去除的，这种方法不仅需要耗费大量的酸碱溶液，而且污染大、成本高，还容易损伤芯片表面，影响器件的成品率。后来发展为用干法去胶的方法。常用的干法去胶法有两种，一种使用氧气去胶法，利用在450~530°C的氧化炉内，通入大量的氧气，是抗蚀剂氧化生成CO2和H2O等挥发物来实现，此法由于处理温度高而限制了它的应用；另一种是60年代末期发展起来的等离子去胶技术，它利用低压系统中通入少量氧气，在高频电场的作用下产生活性等离子体，使抗蚀剂氧化生成挥发性物质达到去胶目的。等离子去胶的有点事工艺简单，成本低，效果好，容易实现自动化，是一种比较理想的去胶方法，目前已广泛使用于硅片一厂生产中。1.1等离子去胶原理及装置02是主要的腐蚀气体，它在低压（L3~13Pa）反应室中由于受到高频电场的作用，被激发成游离态氧原子0*,0*在高频电场的作用下与有机抗蚀剂发生反应：0230*+0*CH+0**02f+H20f反应后生成二氧化硅和水，随即被抽走。常用的等离子去胶设备多数是采用圆筒型反应器，其系统示意图如下图所示。WafersQuartz

BoatWafersQuartz

BoatiranrGa3VILLJLIUJ/二二L|JQuartzPumpChamberPerforatedShield(Optional)桶式等离子去胶系统示意图1.2工艺操作将注入后的制品插入石英舟推到两个电极的中间区域，用机械泵抽真空到1.3Pa左右，通入适量氧气，氧流量约10~50ml/min，施加高频功率在电极之间便产生紫色辉光，通过调节功率大小可以得到不同的去胶速率，一般使用的是500W去胶功率。

1.3去胶特性及影响因素图1-2(a)以光致抗蚀剂为例表示抗蚀剂去除量与处理时间关系，其曲线基本上呈线性变化，增加射频输出功率，曲线变陡；在实践中常常采用在O2中加入少量CF4(~2%)的方法来提高去胶速率，而不致引起硅衬底的过腐蚀。等离子去胶速率还取决于氧气流量大小，过大的氧流量反而会降低去胶速率，曲线出现极值，如图1-2(b)所示：5 10 15 20腐姓5 10 15 20腐姓时向上血＞就M抱腐姓量与腐技时间的芜系01度力(Torr)盘蚀到蚀越与诚压力的美驻图1-2(b)抗蚀剂腐蚀量与氧压力的关系(a)抗蚀剂腐蚀量与腐蚀时间的关系(b)抗蚀剂腐蚀量与氧压力的关系二、注入过程对光刻胶的影响未经注入工艺的光刻胶质地较软，完全可以通过热硫酸等有机溶剂去除。但在经过注入时，光刻胶掩膜中的H及OH根会被抽走而留下含C的变质层，同时此变质层中也含有掺杂的P/As等成分，与内部的光刻胶相比，这一层物质相对比较硬且膨胀系数较小。当用热硫酸有机溶剂去除此光刻胶，发现注入掺杂区域的光刻胶丝毫没有被腐蚀的痕迹。此时的有机溶剂已经无法打破坚固的变质胶。因此，我们必须借用干法等离子去胶设备，将表面硬质炭化层软化并灰化，然后将剩余的光刻胶去除。为确定硬化变质层的形成以及光刻掩膜剥离残留问题，我们做了如下实验：实验方案：前工程改善实验条件实验目的结果1光刻胶减薄减少软质层的厚度，使去胶对象膜质均一NG2光刻胶加厚增加软质层的厚度，减少硬化层的影响NG3注入前烘温度调节充分固化光刻胶，改善注入时变质均一性NG4注入Beam电流减小减少变质层厚度NG5注入后烘追加使注入后的光刻胶中残留的软质层均一化NG结果：前工程的改善无效果，硬化变质层的形成以及光刻掩膜剥离残留问题主要由注入掺杂剂量和能量决定。三、实验确立及过程

光刻胶掩膜剥离的残留主要是由注入掺杂剂量决定，现有工艺中有E13cm-2、E14cm-2、E15cm-2三种剂量大小。经实验，E13cm-2去胶制品可以直接通过热硫酸有机溶剂将光刻胶去除；E14cm-2与E15cm-2去胶制品均是经干法去胶后再经湿法去胶完全将胶除净。由图1-2左图所示，可以适当减短干法去胶时间，既节省流量又节省工时。3.1试验方案一：注入小剂量的去胶工艺，剂量E14cm-2及以下的去胶制品，均将原来的45分去胶时间改短为30分钟的去胶，经8个月共70个批次的试验，结果所有批次表面几乎无残胶出现，且中测PCM值一切正常，成品率亦无异常。在加工过程中，特别需要观注制品去胶后明场与暗场下图形表面情况，以下是小剂量去胶制品去胶后明暗场下照片对比：去胶后，去胶后，亮场在一般情况下，去胶制品在干法去胶机上都能剥离干净。但在去胶机状态不佳的情况下，部分去胶片出片后表面会有大面积残胶，例如图：3.2试验方案二:3.2试验方案二:15次方高剂量的注入去胶制品，一般在干法去胶机上去胶90分钟。现试验高剂量的极限实验，将90分钟的去胶时间改成30分钟去胶，观察表面现象及跟踪后道反馈。在各干法去胶设备上加工试验将近20批次的制品，出现个别批次去胶后表面残大量光刻胶。查找产生残胶原因，发现在加工这些NG制品时，干法去胶设备有出现功率不稳、真空度过高，功率过低等不良现象。干法去胶设备的状态，严重影响了对制品的去胶能力。试验表面，设备状态的好坏直接影响到制品加工的质量保证。以下是一些试验批次的照片跟踪：

3.3干法去胶设备的工艺控制干法去胶设备的工艺主要由抽真空能力和泄露率来控制。在保证工艺控制点的情况下，设备才能正常的加工制品。干法去胶设备要求抽真空能力在0.1Torr以下，泄露率在0.05Torr/Min以下。另设备除了要求在工艺控制范围内，加工过程中射频功率和真空度也是至关重要的。四、总结实验证明，小剂量注入去胶制品均可以将干法去胶时间优化。注入剂量的大小，关系着表面光刻胶的变质层，直接影响干法去胶时间的长短。加工制品的表面残胶