[發(fā)明專利]光刻膠去除方法和光刻工藝返工方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310596199.4
• 申請(qǐng)日: 2013-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN103558739A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊彥濤;江宇雷;鐘榮祥;崔小鋒;吳繼文;袁媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州士蘭集成電路有限公司
• 主分類號(hào): G03F7/42
• 分類號(hào): G03F7/42;H01L21/027
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光刻膠去除方法和光刻工藝返工方法。

背景技術(shù)

集成電路制造工藝中，光刻工藝是利用照相技術(shù)將掩膜板上圖形轉(zhuǎn)移到晶片上光刻膠層的過程。光刻膠是一種對(duì)光敏感的高分子化合物，使用適當(dāng)波長(zhǎng)的光透過具有選擇性圖形的掩膜板，未被掩膜板遮擋的區(qū)域經(jīng)過光照會(huì)發(fā)生交聯(lián)、分解或聚合等化學(xué)反應(yīng)，再通過顯影液和光刻膠反應(yīng)，使光刻膠選擇性的溶解于顯影液中，從而得到所需要的圖形窗口，之后再通過刻蝕、注入、退火等工藝形成圖形轉(zhuǎn)移過程。

光刻膠的主要成分是樹脂、感光材料、溶劑和添加劑，其中樹脂是聚合材料，是光刻膠中不同材料的粘合劑，決定光刻膠的粘附性、厚度和熱穩(wěn)定性；感光材料是在曝光時(shí)吸收光能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成溶于或不溶于顯影液的圖形區(qū)域；溶劑主要作用是使光刻膠在涂到晶片表面前保持液體的狀態(tài)，具有良好的流動(dòng)性；添加劑一般只在特殊需求的光刻膠中使用，主要目的是改善光刻膠的某些性能，如改善光刻膠的反射添加染色劑等。常用的光刻膠從種類上分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠，簡(jiǎn)稱正膠和負(fù)膠。其中正膠指的是曝光區(qū)域光刻膠溶于顯影液，形成圖形打開區(qū)，負(fù)膠指的是曝光區(qū)域光刻膠不溶于顯影液，形成圖形保護(hù)區(qū)。正膠和負(fù)膠相比，具有更高的解析度和分辨率，對(duì)于制作較小尺寸的圖形時(shí)需要用正膠，但正膠價(jià)格比負(fù)膠貴，負(fù)膠在早期的半導(dǎo)體制造中普遍使用。

光刻工藝的基本流程如下：

1、將硅片涂覆六甲基乙硅氮烷（簡(jiǎn)稱HMDS），HMDS在加熱的條件下與釋放的O2反應(yīng)形成三甲基甲硅烷（Si[CH3]）的氧化物，鍵合在硅表面，形成疏水的表面，增加硅片表面與光刻膠的粘附性能；金屬層由于和光刻膠的粘附性較佳，一般在勻膠前不涂覆六甲基乙硅氮烷，但一般都需要做一個(gè)高溫烘烤，以排除硅片表面的水汽，保證硅片和光刻膠的粘附性。

2、涂勻光刻膠，光刻膠的厚度、均勻性主要受到光刻膠粘附性和勻膠臺(tái)轉(zhuǎn)速的影響，以及受勻膠方式（靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)勻膠）影響。

3、勻膠后烘，也稱為前烘，主要目的是通過進(jìn)行高溫烘焙使存在光刻膠中的溶劑揮發(fā)出來，降低灰塵的沾污，減輕因高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜應(yīng)力，提高光刻膠的附著性。

4、對(duì)準(zhǔn)曝光，使從光刻機(jī)中具有一定波長(zhǎng)范圍的光透過光刻版，通過選擇性的光照形成光刻版上圖形的復(fù)制過程，受光照的光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成可溶于相應(yīng)顯影液的混合物。具體的，對(duì)于正膠來說，曝光區(qū)的光刻膠會(huì)生成羧酸，可溶于顯影液，而對(duì)于負(fù)膠而言，曝光區(qū)光刻膠會(huì)生成交聯(lián)聚合物，不溶于顯影液。

5、曝光后烘，主要目的是消除駐波效應(yīng)。駐波效應(yīng)指的是曝光過程中在曝光區(qū)和非曝光區(qū)邊界將會(huì)形成曝光強(qiáng)弱相間的過渡區(qū)，影響顯影后的圖形尺寸和分辨率，增加烘烤后可以使曝光區(qū)和非曝光區(qū)之間的過度區(qū)域光刻膠形貌平緩。

6、光刻顯影，通過曝光和曝光后烘后的光刻膠，在曝光區(qū)域形成潛在的圖形，在顯影液溶解沖水的作用下，形成光刻版上的光刻圖形。具體的，對(duì)于正膠而言，曝光區(qū)的光刻膠形成羧酸，顯影液呈堿性，可迅速中和逐層溶解；對(duì)于負(fù)膠而言，曝光區(qū)的光刻膠形成不溶于顯影液的交聯(lián)聚合物，未曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中形成凝膠體后迅速分解。

7、顯影后烘，在顯影后的高溫處理主要是去除光刻膠中的剩余溶劑，增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片表面的附著力，提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕力和阻擋力，還可以減少光刻膠表面張力以減少缺陷，同時(shí)使光刻膠邊緣輪廓得到修正。

8、光刻檢查，線寬測(cè)量，顯影后做光刻質(zhì)量的檢查。此時(shí)對(duì)于光刻工藝中重點(diǎn)項(xiàng)目如光刻版是否正確、光刻膠質(zhì)量、圖形質(zhì)量、線寬、對(duì)偏等是否滿足產(chǎn)品的要求進(jìn)行檢測(cè)。

9、返工或刻蝕，對(duì)于合格的硅片安排刻蝕，形成最終形貌，對(duì)于不符合要求的硅片，需要選擇返工。返工的程序一般是先將光刻膠去除，再重做一遍光刻的步驟，最終形成滿足產(chǎn)品要求的光刻圖形。

對(duì)于光刻返工工藝中光刻膠的去除，常用的方法是濕法去膠和干法去膠。濕法去膠指的是使用液體浸潤(rùn)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法，濕法去膠又分為有機(jī)溶液去膠和無機(jī)溶液去膠。有機(jī)溶液使用的是丙酮或者EBR（Edge?Bead?Rinse）清洗液。相對(duì)EBR清洗液，丙酮很容易出現(xiàn)去膠不盡的異常，但EBR清洗液使用成本比丙酮高的多。無機(jī)溶劑基本是含硫酸（H2SO4）和雙氧水（H2O2）的混合液，使光刻膠中的碳元素氧化成為二氧化碳，但由于會(huì)腐蝕金屬，所以無機(jī)溶液去膠方法一般只在金屬層之前使用，且去膠時(shí)間較長(zhǎng)，時(shí)間成本較高。