水蒸汽作为处理气，用于离子植入后抗蚀剂剥离中硬壳、抗蚀剂和残渣的去除制造技术

一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，包括：　　　　提供具有带图案的光致抗蚀剂层的衬底，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，该带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室中；　　　　在腔室中加热衬底；并且　　　　提供水蒸汽，使水蒸汽转变为活性状态的Ｈ和活性状态的Ｏ，其特征在于活性状态的Ｈ和Ｏ与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体制作，更具体地，涉及使用水蒸汽作为处理气，从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法和装置，其中该衬底上具有曾作为离子植入掩模的带有图案的光致抗蚀剂层。
技术介绍
在半导体制造过程中，在例如硅的材料构成的半导体晶片(“晶片”)上形成集成电路。为了在晶片上形成集成电路，需要制作大量(例如，数以百万的)电子器件，例如各种类型的电阻、二极管、电容以及晶体管。电子器件的制作过程包括在晶片上的确定位置处沉积、去除、以及植入材料。通常采用被称为光刻的过程，在晶片上的确定位置处进行沉积、去除、以及植入材料。在光刻过程中，首先将光致抗蚀剂材料沉积到晶片上。然后，用经分划板过滤的光线对光致抗蚀剂材料进行曝光。分划板通常是一块玻璃板，其上具有带会阻止光通过分划板的示例特征几何图形的图案。光线在通过分划板之后接触光致抗蚀剂材料的表面。光线将改变曝光后的光致抗蚀剂材料的化学组成。对于阳性光致抗蚀剂材料来说，曝光将导致曝光后的光致抗蚀剂材料不溶于显影溶液。相反，对于阴性光致抗蚀剂材料来说，曝光可使曝光后的光致抗蚀剂材料溶于显影溶液。在曝光之后，光致抗蚀剂材料的可溶区域将被去除，而留下带有图案的光致抗蚀剂层。然后，在晶片没有被有图案的光致抗蚀剂层覆盖的区域上，对晶片进行处理以沉积、去除，或者植入材料。处理过晶片之后，在称为光致抗蚀剂剥离的过程中，将带有图案的光致抗蚀剂层从晶片上去除掉。在光致抗蚀剂剥离过程中，彻底去除光致抗蚀剂材料是很重要的，因为，晶片表面上残留的光致抗蚀剂材料将使集成电路存在缺陷。而且，光致抗蚀剂剥离过程必须仔细进行，以免破坏晶片上的电子器件。与许多其它的晶片制作过程一样，离子植入过程利用光刻技术来保护晶片上不需植入离子的特定区域。然而，离子植入过程带来了在接下来的光致抗蚀剂剥离过程中去除光致抗蚀剂材料的难题。特别地，在离子植入的过程中，离子渗入光致抗蚀剂材料的外部区域，使光致抗蚀剂材料外部区域的化学键发生交联。因此，光致抗蚀剂材料的交联外部区域形成光致抗蚀剂硬壳，其在剥离光致抗蚀剂的过程中是很难去除的。图1A是现有技术的带有图案的光致抗蚀剂层的截面示意图，其中该光致抗蚀剂层曾经作为离子植入掩模。在离子植入过程中，将离子131植入到衬底材料121的靶区129中，其中没有光致抗蚀剂材料保护该靶区129。离子131进入光致抗蚀剂材料后，使光致抗蚀剂材料的化学键发生交联。由于离子131仅仅渗入到光致抗蚀剂材料中有限的距离，因此仅在光致抗蚀剂材料的外部附近发现交联光致抗蚀剂。交联光致抗蚀剂通常被称为光致抗蚀剂硬壳。光致抗蚀剂硬壳典型地表征为顶部光致抗蚀剂硬壳125和侧面光致抗蚀剂硬壳127。通常，光致抗蚀剂硬壳的厚度取决于光致抗蚀剂材料中植入种的剂量，以及离子植入的能量。因为离子通常是沿着向下的方向轰击光致抗蚀剂材料的，所以顶部光致抗蚀剂硬壳125通常比侧面光致抗蚀剂硬壳127厚。在光致抗蚀剂硬壳下面的未受影响的光致抗蚀剂材料称为松(bulk)光致抗蚀剂材料123。与离子植入过程不同，在晶片制作过程中所使用的光致抗蚀剂材料剥离过程通常包括，将光致抗蚀剂材料加热到足够高的温度，以便通过挥发作用去除光致抗蚀剂材料。高温光致抗蚀剂剥离过程通常称为灰化。然而，灰化对于剥离曾作为离子植入掩模的光致抗蚀剂材料来说并不适用。具体地说，光致抗蚀剂硬壳能够抵御灰化过程。随着温度升高，位于光致抗蚀剂硬壳下面的挥发性松光致抗蚀剂部分的压力也随之增加。最后，当温度足够高时，松光致抗蚀剂部分将从光致抗蚀剂硬壳处“爆裂”。这种“爆裂”将使得光致抗蚀剂硬壳的碎片遍布到晶片上和腔室。光致抗蚀剂硬壳碎片牢固的粘贴到晶片上。因此，就算不是不可能的，从晶片上去除光致抗蚀剂硬壳碎片也将很难。而且，离子植入过程经常选用类似于砷的元素，当光致抗蚀剂硬壳碎片含有这些元素，并且从腔室清除这些碎片时，将是非常危险性。因此，去除光致抗蚀剂硬壳通常在足够低的温度下进行，以免造成爆裂。图1B是表示现有技术中松光致抗蚀剂部分从顶部光致抗蚀剂硬壳处爆裂问题的示意图。如图所示，松光致抗蚀剂部分123从顶部光致抗蚀剂硬壳125上的位置141处爆裂。所产生的顶部光致抗蚀剂碎片143粘贴到衬底材料121上。在低温下剥离光致抗蚀剂硬壳，典型地是通过使光致抗蚀剂硬壳暴露在自由基中实现的，这些自由基是由例如O2∶N2H2、O2∶N2∶CF4、NH3、O2、O2∶CF4和O2∶Cl2的多种处理气形成的，其中“”表示气体混合。自由基可以打破光致抗蚀剂硬壳的交联化学键，因此能够去除光致抗蚀剂硬壳。在低温下，使用这些处理气剥离光致抗蚀剂通常需要很长时间，从而降低了晶片的产量。而且，使用某些处理气，例如N2H2、NH3和Cl2，通常涉及特殊要求以及安全特性，这些将增加晶片处理设备的资金成本。此外，使用这些处理气剥离光致抗蚀剂常常产生这样的问题，侧面光致抗蚀剂硬壳比顶部光致抗蚀剂硬壳先去除，进而从顶部光致抗蚀剂硬壳的下面去除松光致抗蚀剂部分。这种问题通常称为“松光致抗蚀剂底切(undercut)”。图1C是显示此现有技术中侧面光致抗蚀剂硬壳去除后引起松光致抗蚀剂的底切问题的示意图。侧面光致抗蚀剂硬壳(未示出)先于顶部光致抗蚀剂硬壳127被去除。去除侧面光致抗蚀剂硬壳后，松光致抗蚀剂部分123将暴露在自由基中。松光致抗蚀剂部分123暴露在自由基中，并且松光致抗蚀剂部分123具有挥发性，从而产生了底切151区域。底切区域151留下顶部光致抗蚀剂硬壳127，并且该顶部光致抗蚀剂硬壳127容易断开或者落到衬底材料121上。如果接触衬底材料121，顶部光致抗蚀剂硬壳127将牢固地粘贴到衬底材料上，从而难以去除它。综上所述，需要提供一种方法和装置，用于剥离曾作为离子植入掩模的光致抗蚀剂材料。具体地说，通过使用能够更有效、更经济地剥离光致抗蚀剂材料的处理气，同时避免爆裂以及松光致抗蚀剂的底切，该方法和装置可以克服
技术实现思路
广义地说，本专利技术通过提供一种装置和方法，使用H2O蒸汽作为处理气，从具有曾作为离子植入掩模的带图案光致抗蚀剂层的衬底上剥离光致抗蚀剂材料，从而满足上述需要。该带图案的光致抗蚀剂层表征为，覆盖在松光致抗蚀剂部分上的光致抗蚀剂硬壳。应当理解，本专利技术可以采用不同方式来实现，包括过程、装置、系统、设备、或者方法。下面将描述本专利技术的多个实施方案。在一个实施方案中，公开了一种在腔室中从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法。该方法包括，提供具有带图案的光致抗蚀剂层的衬底，该光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模。在离子植入过程中，前面所使用的带图案的光致抗蚀剂层在该带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳。因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定。依照该方法，将衬底放在腔室中，并且在该腔室中加热。该方法进一步包括，提供水蒸汽，并且使水蒸汽转变为活性状态的H和活性状态的O。活性状态的H和O与光致抗蚀剂硬壳进行反应，以便从带有图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分上去除光致抗蚀剂硬壳。在另一个实施方案中，公开了一种在腔室中从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法。该衬底上具有曾作为离子植入掩模的带图案的光致抗蚀剂层，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，包括提供具有带图案的光致抗蚀剂层的衬底，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，该带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室中；在腔室中加热衬底；并且提供水蒸汽，使水蒸汽转变为活性状态的H和活性状态的O，其特征在于活性状态的H和O与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。2.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于将衬底加热到从大约25℃至大约130℃的温度。3.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括在腔室产生局部真空压，该局部真空压在从大约0.001托至大约5托的范围。4.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽，其流速为从大约100标准立方厘米每秒(std.cc/sec)至大约4000std.cc/sec。5.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括使用微波源，使水蒸汽转变为H自由基和O自由基，该微波源工作在从大约500瓦至大约5000瓦的能量范围内。6.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括使用射频源，使水蒸汽转变为H离子、H自由基、O离子和O自由基，该射频源工作在从大约500瓦至大约3000瓦的能量范围内。7.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽作为多种气体混合物的成分。8.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽，从而去除带图案的光致抗蚀剂层的光致抗蚀剂硬壳和松光致抗蚀剂部分。9.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括检测光致抗蚀剂硬壳的去除；并且去除光致抗蚀剂硬壳之后，提高衬底的温度，温度在从大约130℃至大约300℃的范围内提高，在去除带图案的光致抗蚀剂层上的松光致抗蚀剂部分的过程中，保持所提高的温度。10.一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，衬底具有带图案的光致抗蚀剂层，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室的卡盘上；该方法包括向施加管提供水蒸汽；对施加管中的水蒸汽施加微波能量，使水蒸汽转变为H自由基和O自由基；并且H自由基和O自由基从施加管流动到衬底上，其中H自由基和O自由基与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分，去除光致抗蚀剂硬壳。11.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括加热卡盘，从而将衬底的温度提高至大约25℃至大约130℃的范围内。12.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括检测光致抗蚀剂硬壳的去除；并且去除光致抗蚀剂硬壳之后，加热卡盘以便提高衬底的温度，该温度在从大约130℃至大约300℃的范围内增加，在去除带图案的光致抗蚀剂层上的松光致抗蚀剂部分的过程中，保持所提高的温度。13.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括在腔室产生局部真空压，该局部真空压在从大约0.5托至大约5托的范围。14.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于向施加管输送水蒸汽，其流速为从大约100标准立方厘米每秒(std.cc/sec)至大约4000std.cc/sec。15.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提高从大约500瓦至大约5000瓦的范围内的微波能量。16.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽作为多种气体混合物的成分。17.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽，从而去除带图案的光致抗蚀剂层的光致抗蚀剂硬壳和松光致抗蚀剂部分。18.一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，衬底具有带图案的光致抗蚀剂层，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室的卡盘上；该方法包括向腔室提供水蒸汽；对腔室的水蒸汽施加射频能量，使水蒸汽转变为含有H离子、H自由基、O离子和O自由基的等离子体；并且对卡盘施加偏压，从而把H离子和O离子吸引到衬底上，其特征在于H离子和O离子与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。19.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·陈，罗素芸，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：