晶片光刻膠處理系統(tǒng)的詳細(xì)介紹

摘要

在這項(xiàng)工作中，研究了新一代相流體剝離溶液在各種半導(dǎo)體光刻膠中的應(yīng)用。這些實(shí)驗(yàn)中使用的獨(dú)特的水基智能流體配方均為超大規(guī)模集成電路級(jí)，與銅兼容且無(wú)毒。實(shí)驗(yàn)的第一階段是確定是否在合理的時(shí)間內(nèi)與光刻膠類型和智能流體?配方發(fā)生反應(yīng)，將最有希望的組合進(jìn)行到第二階段進(jìn)行深入研究。后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了通過(guò)改變工藝溫度設(shè)置和添加兆聲能來(lái)優(yōu)化工藝參數(shù)。通過(guò)目視檢查和接觸角測(cè)量來(lái)量化光刻膠剝離結(jié)果。

介紹

光刻膠材料的去除（光刻膠剝離）在理論上非常簡(jiǎn)單，但在實(shí)踐中可能很困難和復(fù)雜。經(jīng)典方法包括 SPM（過(guò)氧化硫模塊）/食人魚(yú)、臭氧和紫外線臭氧。溶劑型流體，例如 n-甲基吡咯烷酮 (NMP)、丙酮、二甲基亞砜 (DMSO) 和四甲銨 (TMAH)，都以各種形式和組合應(yīng)用于該工藝。通常將溶劑與溫度或氣體 (1) 結(jié)合使用，以提高產(chǎn)量并減少在厚 PR 場(chǎng)景中因膨脹造成的損壞。動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)也已應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)溶劑組合，包括氣溶膠噴霧 (2) 和通過(guò)聲能 (3) 對(duì)溶劑的物理活化，以幫助減少處理時(shí)間和因 PR 薄膜膨脹而引起的損壞。已經(jīng)使用各種等離子體和 CO2 組合實(shí)現(xiàn)了許多干濕干組合。所有傳統(tǒng)方法都包括危險(xiǎn)和有毒材料和/或高設(shè)備費(fèi)用以及多步驟過(guò)程控制的復(fù)雜性。由于諸如厚抗蝕劑、交聯(lián)抗蝕劑或抗蝕劑下的敏感金屬或材料等因素，剝離工藝變得更具挑戰(zhàn)性。進(jìn)行這項(xiàng)研究是為了確定在商業(yè)半導(dǎo)體抗蝕劑去除工藝步驟中使用獨(dú)特的基于相流體的光致抗蝕劑剝離劑的可行性。由于其高度動(dòng)態(tài)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，相流體滲透到光刻膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)中并將材料從表面提起，而不是溶劑溶液的表面或邊界反應(yīng)。

理論

這項(xiàng)工作反映了應(yīng)用于光刻膠剝離工藝的兩種不同機(jī)制的組合，即相流體（智能流體?）和單晶片超音速。

相流體（智能流體?）(4) 智能流體? 由形成穩(wěn)定微乳液的兩種不混溶液體的異質(zhì)混合物組成。分離力之間建立了平衡，使乳液的成分保持恒定運(yùn)動(dòng)或納米級(jí)形狀變化。當(dāng)這種物理動(dòng)力非常強(qiáng)的流體暴露于諸如光刻膠之類的薄膜時(shí)，低表面能允許聚合物表面中非常小的間隙滲透，并最終迫使抗蝕劑層脫離基材。從基板上去除薄膜的形式是實(shí)際物理剝離分離，而不是薄膜的溶解或蝕刻。不禁止稀釋相流體，因?yàn)槲⑷橐旱钠胶鈱⒆兊貌黄胶?，力將立即中和，停止任何反?yīng)。

實(shí)驗(yàn)性

實(shí)驗(yàn)材料 將五種不同的光刻膠材料應(yīng)用于 200 毫米半標(biāo)準(zhǔn)硅晶片。表 I 列出了在初始篩選過(guò)程中測(cè)試的抗蝕劑和烘烤條件。在初始篩選過(guò)程后，由于在 600 秒內(nèi)沒(méi)有反應(yīng)，兩種光刻膠類型從測(cè)試計(jì)劃中刪除，時(shí)間限制被確定為商業(yè)應(yīng)用的外部參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)裝置所有測(cè)試均在圖 1 所示的 Bowl Meg 工藝室中進(jìn)行。該系統(tǒng)在工藝室底部集成了一個(gè)藍(lán)寶石兆聲換能器，提供了將 925kHz 兆聲聲能直接引入功率密度高達(dá)到 2W/cm2。對(duì)于各種測(cè)試，過(guò)程流體溫度保持在 20 攝氏度、40 攝氏度和 60 攝氏度。圖 2 說(shuō)明了所有實(shí)驗(yàn)的基本流程。流體在單程中使用，以便在特定溫度下為每個(gè)單獨(dú)的測(cè)試使用新鮮的過(guò)程流體。對(duì)于每種智能流體?/光刻膠組合，在 20 攝氏度和最佳溫度下以 1.5W/cm2 引入兆聲波能量。

圖 1. Bowl Meg 兆聲處理室在室底部包含單晶藍(lán)寶石直接兆聲換能器

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

每個(gè)工藝和材料組合的兩個(gè)主要性能標(biāo)準(zhǔn)是：初始反應(yīng)時(shí)間，定義為流體和光刻膠膜之間首次觀察到的物理反應(yīng)。完成去除的時(shí)間定義為完成光刻膠剝離的點(diǎn)。在剝離和基本沖洗之后，測(cè)量接觸角并與硅晶片參考進(jìn)行比較。由于沖洗條件的變化，接觸角測(cè)量和比較不是結(jié)論性的。當(dāng)主動(dòng)沖洗和自動(dòng)干燥序列可以集成到整個(gè)工藝流程中時(shí)，將在進(jìn)一步測(cè)試中實(shí)施精制的殘留檢測(cè)方法。

審核編輯：符乾江