去除光致抗蝕劑的方法和裝置的製作方法

2023-10-29 17:01:27 5

專利名稱：去除光致抗蝕劑的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的形成。更具體地，本發明涉及光致抗蝕劑的去除。
背景技術：
在半導體晶片處理過程中，採用眾所周知的圖案化和蝕刻方法將所述半導體器件的特徵定義(defined)在所述晶片中。採用光致抗蝕劑(PR)來保護所述晶片的一些區域， 使其不受化學品蝕刻，以便定義所述特徵。光致抗蝕劑還可用作為離子注入掩模用於將摻雜劑注入到矽基底中。按照慣例，通過在後段製程(BEOL)處理(例如，在金屬化後)中採用「溼」式處理去除光致抗蝕劑掩模，而在前段製程(FEOL)處理(例如，在使器件具有特徵的離子注入後)中採用「幹」式處理。然而，在所述BEOL處理中可採用乾式剝離，而在FEOL 處理中可採用溼式剝離。可在下遊環境或在直接低偏置電壓等離子體中進行乾式光致抗蝕劑剝離。在raOL處理中，在有源區(active area) (Si或SiGe)(摻雜或不摻雜的)進行各種水平的注入，然後剝離光致抗蝕劑以及剝離後清潔。
乾式處理或溼式處理對有源區的影響是不利的，會產生預期的材料或摻雜劑損失。由於對有源區進行反覆的剝離和反覆的清潔或蝕刻處理，會發生材料損失。材料損失通常被定義為有效物質(例如矽或摻雜劑)轉換為它們的非有效化合物(例如氧化物)。 當材料損失增大，各種器件特徵(例如驅動電流、漏(leakage)、電阻率和短通道效應)也會發生變化。當器件幾何形狀減少45nm並減少超過45nm時，其中結點變得更淺且通過高通量、低能量離子注入進行更輕微的摻雜，器件對材料損失的敏感度增加得更明顯。有源區特徵是任何為獲得最佳性能的器件的精密設計的部分，因此，由於FEOL處理(例如後離子注入剝離(PIIS))的材料損失可能對器件的性能有害。而且在所述光致抗蝕劑中注入的離子會化學修飾所述光致抗蝕劑的近表面區域，引起所述光致抗蝕劑的分解、交聯等。所述化學修飾的區域形成硬殼，其中所述聚合物本質上可變成為石墨化。通常在上抗蝕劑區域和在暴露的側壁形成所述硬殼。
為了避免在乾式剝離處理中由於離子轟擊造成的材料損失，也採用帶有熱硫酸的改良的溼式處理。然而，當存在所述殼，通常的溼式光致抗蝕劑剝離化學劑(例如熱 Piranha溶液(H2SO4 = H2O2))不能很好的發揮作用。為了剝離所述殼，目前正在使用腐蝕性等離子體剝離化學劑，其通常包括高度氧化自由基。為了增強所述殼的剝離效果，可加熱所述晶片，以及向所述等離子體加入含氟(F)的物質。然而，採用刺激性化學物(即還原反應或氟化反應)和/或氧化反應會導致Si材料以及摻雜劑和Ge損失，這影響了器件的性能。

發明內容
為實現前述的目的和根據本發明的目的，提供了用於從晶片上去除光致抗蝕劑的方法。在所述晶片上具有圖案化的光致抗蝕劑層。提供了包含有硫(S)、氧(0)和氫(H)的工藝氣體，在第一腔室中由所述工藝氣體產生等離子體。富含自由基且少離子的反應介質從第一腔室流至放置有晶片的第二腔室。採用所述反應介質去除晶片上的圖案化的光致抗蝕劑層，然後停止所述反應介質流進所述第二腔室。
在本發明的另一實施方式中，在設置在從等離子體向下流的反應介質的通道中的溶劑化區中引入水蒸汽，使得在反應介質到達所述晶片之前，所述水蒸汽溶劑化反應介質， 以形成溶劑化的團簇物質。採用所述溶劑化的反應介質去除所述光致抗蝕劑。所述溶劑化區設置在所述等離子體下遊的第一腔室，且在所述反應介質進入所述第二腔室之前所述反應介質被溶劑化。或者，所述溶劑化區設置在所述第二腔室。
在本發明的另一實施方式中，提供了用於從晶片上去除光致抗蝕劑的裝置。所述裝置包括用於由工藝氣體產生等離子體的第一腔室、氣體源、第二腔室和反應介質分配區。 所述第一腔室具有進氣口，所述氣體源與所述進氣口流體連接。所述氣體源向第一腔室中提供包含有硫(S)、氧(0)和氫(H)的工藝氣體。在其上具有圖案化的光致抗蝕劑層的晶片被放置在所述第二腔室。所述反應介質分布部分使在所述第一腔室內由等離子體產生的富含自由基且少離子的反應介質流到第二腔室。在第二腔室或反應介質分布部分設置水蒸汽進氣口。所述水蒸汽進氣口引導水蒸汽進入設置在從所述等離子體向下流至晶片的反應介質的通道中的溶劑化區中，使得在所述反應介質到達晶片之前，水蒸汽溶劑化反應介質以形成溶劑化的團簇物質。所述水蒸汽進氣口可包括被配置用於注入水蒸汽以在所述物質周圍凝聚成團簇的噴嘴。
將在以下的本發明的具體實施方式
中並結合以下附圖對本發明的這些以及其它特徵進行更為詳細的描述。


通過舉例的方式且不是以限制的方式在附圖的圖中說明本發明，附圖中相類似的參考數字是指相似的元件，且其中 圖IA和IB為具有用於離子注入的光致抗蝕劑掩模的基底的實例的橫截面示意圖。
圖2為在本發明的一實施方式中使用的方法的高階流程圖。
圖3為本發明的一種實施方式中，可用於執行光致抗蝕劑去除的等離子體處理模塊的橫截面示意圖。
圖4A和4B示意圖解說明了本發明的另一種實施方式中，可用於執行光致抗蝕劑的去除的、下遊電感耦合等離子體處理模塊的實例。
圖5也示意圖解說明了本發明的另一實施方式中，可用於執行光致抗蝕劑的去除的、下遊電感耦合等離子體處理模塊的另一實例。
圖6也示意圖解說明了本發明的另一實施方式中，可用於執行光致抗蝕劑的去除的、下遊光致抗蝕劑剝離腔室(「下遊腔室」)。
圖7A-7C示意圖解說明了本發明的一種實施方式中，可用於執行光致抗蝕劑的去除的具有溫度控制功能的等離子體模塊(剝離器模塊)的其它實例。
圖8為本發明的一種實施方式中，將反應介質從所述等離子體運送到晶片的溶劑化方法的流程圖。
圖9示意圖解說明了本發明的一種實施方式中，具有另一水蒸汽進氣口的所述等離子體處理模塊的實例。
圖10示意圖解說明了本發明的一種實施方式中，採用注入口作為另外的水蒸汽進氣口的等離子處理模塊的另一實例。
圖11A-12示意圖解說明了本發明的一種實施方式中，具有水蒸汽進氣口的等離子體處理模塊的其它實例。
圖13示意圖解說明了所述等離子體模塊的第二腔室包括一個以上的擋板(氣體分配組件)的實例。
圖14A-14B示意圖解說明了本發明的實施方式中，採用另外的氣體注入口作為水蒸汽進氣口的等離子體處理模塊的其它實例。
具體實施例方式現將根據如附圖所示的本發明的一些優選實施方式對本發明進行詳細的描述。在以下的說明書中，為了提供本發明的詳盡了解，對眾多的具體細節進行闡述。然而，對於本領域技術人員，不具有這些具體細節中的一些或全部即可實施本發明。在其它情況中，對公知的方法步驟和/或結構不進行詳細的描述以避免不必要地使本發明不清楚。
圖IA和IB示意圖解說明了基底10的實例的橫截面示意圖，所述基底10具有用於離子注入的光致抗蝕劑掩模。所述基底10還可包括薄介電層14。如圖IA所示，光致抗蝕劑掩模12具有定義注入摻雜劑的有源區16的若干個特徵。如圖IB所示，例如所述光致抗蝕劑掩模12還可用於(例如)保護ρ-型器件區18，同時通過離子注入形成用於η型器件的有源區20。在離子注入後，通過離子注入對所述光致抗蝕劑掩模的近表面區域進行化學修飾，形成覆蓋大塊部分M的硬殼22。
一般而言，通過在微波或RF釋放區釋放帶有氟碳化合物添加物的氧來執行下遊光致抗蝕劑的剝離。來自等離子體的自由基被傳送至處理腔室，其中離子通常被留下。為了有助於可接受的反應速率，將所述晶片加熱至高達300°C。通過將自由基(0)擴散至矽(這使矽轉換成二氧化矽)使得在下遊剝離過程中發生材料損失，其中高溫會加大所述擴散。 或者，如果採用直接低偏置電位等離子體剝離，由於來自等離子體的帶電物質(0+或O2+)滲透穿過所述薄介電層進入所述有源區而發生材料損失。
在兩種類型的乾式剝離中，自由基或離子與Si、Ge或摻雜物反應並基本上使它們喪失活性。針對所述化學物質的實例可以為氧化自由基，其可通過充足的熱能被驅使穿過所述薄的介電層，以與有源區組分反應或消耗有源區組分。在乾式剝離過程中，所述有源區組分被氧化或甚至被去除。所述作用的結果導致有源區Si或Ge的損失。還原物質(即氫) 可同樣地有破壞性，會引起有源區中的材料損失，儘管這未經過氧化。此外，作為乾式光致抗蝕劑去除的替代，已採用硫酸和過氧化物的水溶液(例如通稱為SHARK的化學劑)來發展溼式方法，據稱會引起矽損失的減少。然而，所述技術仍處於開發中，且當光致抗蝕劑變硬或當如上所述以更高劑量注入形成硬殼時，該技術運行效果不好。
因此，在FEOL後離子注入剝離處理中，本申請人已研究並開發出用於去除硬化的光致抗蝕劑(PR)層和剩餘的大塊光致抗蝕劑的方法，且不會對下置有源區(其可包括或不包括N或P摻雜物與/或Ge)之上的任何暴露的介電層有不利的影響(或不會去除所述任何暴露的介電層)。除了嚴格的材料損失目標外，需要所述剝離方法不會引起剩餘層的硬化。
本發明的實施方式採用具有等離子體釋放部分的下遊等離子體模塊，所述等離子體釋放部分位於反應腔室上遊。本發明的各實施方式採用包含硫(S)、氧(0)和氫(H)的新工藝氣體。
為了便於理解，圖2為本發明的實施方式中用於從基底去除光致抗蝕劑的方法的高階流程圖。所述晶片在其上具有圖案化的光致抗蝕劑。在所述光致抗蝕劑去除之前所述光致抗蝕劑可用作為離子注入掩模，且可具有大塊部分和覆蓋該大塊部分的殼部分，例如如圖IA或IB所示。然而，應注意的是本發明還適用於其它光致抗蝕劑的去除，例如在BEOL 處理中的光致抗蝕劑剝離。再參考圖2，提供含硫(S)、氧(0)和氫(H)的工藝氣體(步驟 202)。例如，所述工藝氣體可包含S02、H20和02。所述工藝氣體還可包含含有氟的氣體(例如NF6、NF3)或氟碳化合物(例如CF4)。更具體地，氟碳化合物可表示為CxFy (χ彡1，y彡1) 和/或CxFyHzU彡1，y彡1，ζ彡1)。所述源氣體還可包括其它成分氣體，例如H2和NH3。
在第一腔室中由所述工藝氣體產生等離子體(步驟204)。可採用微波、感應放電 (RF能量)、DC放電或一些其它高密度游離遠程源釋放所述等離子體。富含自由基且少離子的反應介質從第一腔室流至放置有晶片的第二腔室(步驟206)。所述晶片在其上具有圖案化的光致抗蝕劑層。採用所述反應介質去除所述圖案化的光致抗蝕劑層(步驟208)。 然後，停止反應介質流入到所述第二腔室中(步驟210)。在採用所述反應介質去除光致抗蝕劑後可進行額外的清潔處理(步驟212)。
圖3是根據本發明的一種實施方式所述的等離子體處理模塊100的橫截面示意圖，所述等離子體處理模塊100包括可用於執行光致抗蝕劑去除的等離子體腔室。所述等離子體腔室102包括腔室壁104和介電窗106。所述等離子體處理模塊100包括用於將氣體進給至腔室102中的進氣口 108。排氣口 110將氣體從腔室102排出。電感源112，通常採用線圈形式定位在介電窗106上，是用於對位於所述腔室102內的進給氣體賦予能量 (energize)並點燃位於腔室102內的等離子體。在該實例中，通過RF功率源114給電感源 112供電。
電感源112使腔室102內的等離子體形成具有主解離區116的等離子體。所述主解離區116是在腔室102內等離子體最有效解離進給氣體的區。在電感源112採用連接到所述介電窗106的線圈的形式的情況中，主解離區116採取一般環形區域的形式，且位於在直接在所述電感源112的線圈下面的腔室102內。
所述等離子體處理模塊100還可包括襯墊118 (例如石英襯墊)或任意其它可用的材料，用於保護所述等離子體腔室的室壁免受等離子體影響並減少中性自由基(例如0 或0H)的再結合。夾盤120被設置位於腔室102的底部，並被配置用於支撐半導體基底 122。如本領域中所公知的，可加熱所述夾盤120以改善所述方法的效率。所述等離子體處理模塊100還包括位於所述基底122上方的石英擋板124。所述擋板IM包括複數個(a plurality of)貫穿擋板124的開口，其使得任何流經腔室102的氣體被再次分配，以至於與如果等離子體處理模塊100不包括有擋板124的情況相比較，所述氣體更均勻地流遍基板122。擋板IM部分屏蔽基底122，使其不直接暴露在等離子體中。因此，在該實例中，在擋板IM上方的等離子體腔室102被認為是第一腔室，而位於擋板IM下方的其中基底122 放置在夾盤120上的區域被認為是第二腔室。
根據本發明的一種實施方式，通過進氣口 108引入含硫( 、氧(0)和氫(H)的新型氣體組合(例如含有進給氣體的工藝氣體S02、H2O和O2)。採用H2O的目的之一是通過 「密封」懸掛的(Clangling)Si鍵使有源區矽鈍化。其它的目的是產生相對大量(與氧自由基相比較)強效的試劑，其可攻擊光致抗蝕劑內的碳，但不容易擴散至有源區矽。也可通過進氣口 108將任選的含氟氣體引入到位於等離子腔室102中的釋放區(解離區116)。
在主解離區116中解離工藝氣體，以便形成富含自由基且少離子的反應介質。在該說明書和權利要求書中，「富含自由基少離子」表示自由基濃度(自由基/cm3)比離子密度(離子/cm3)大至少E2(102)倍，優選大E5(105)倍，或更優選大E5 (105) MES(IOs)倍，這取決於壓力、解離效率和再次結合率。例如，富含自由基且少離子的反應介質的離子密度可少於10E7(10X107)離子/cm3，優選少於10E6(10X106)離子/cm3，而自由基濃度的範圍可以為 5E13 (5 X IO13)至 5E15 (5 X IO15)自由基 /cm3,優選為 1E14 (1 X IO14)至 1E15 (1 X IO15) 自由基/cm3。然而，當施加偏壓時，如下文所述的，離子密度可在約10E9(10X109)至 10E10(10X1010)離子/cm3的範圍中。所述富含自由基且少離子的反應介質還可包括大體上不存在有離子的反應介質。存在有伴隨釋放產物的反應，將形成各種強反應物質。這些化合物中的一些是強的還原劑，一些是非常強的供氫體，而其它是氧化劑。通過控制反應混合物，可平衡在有源區的氧化作用和還原作用，同時有效地分解光致抗蝕劑。帶有作為進給氣體的S02、H2O和&的等離子體將產生自由基HS04_ (帶有硫酸性質的單硫酸鹽自由基)，HS03_ (亞硫酸氫鹽自由基)，H0_ (羥基自由基)，和0_(氧自由基)。HSO4^和HS03_是強供氫體，以至於可使光致抗蝕劑中的碳氫化。此外，HSO4-自由基是強氧化化合物，以至於其與H0—和0_ —起氧化弱化的碳。應注意的是，SO2,非其它的硫氧化物，需要與H2O —起存在，以促進適當的反應。IiSO;. I C C , H-C-C + SO.,· , CO - Oil - SO
I**] N 專.ι C、一SιS ； I —S I-Si *·" HC)； 如圖3所示，所述富含自由基且少離子的反應介質從等離子體腔室102的主解離區116經擋板IM流至放置有基底122的反應區126。由於擋板IM部分屏蔽離子，使其不能達到基底，在該實例中反應區1 可被認為是第二腔室。採用反應介質去除基底122上的圖案化的光致抗蝕劑層。
圖4A示意圖解說明根據本發明的另一實施方式中的下遊的、電感耦合等離子體處理模塊140，所述下遊的、電感耦合等離子體處理模塊140可用於執行光致抗蝕劑的去除。為解釋的目的，在整個各種附圖中，相同組件採用相同的參考數字，以便本領域普通技術人員在不需要額外的解釋的情況下理解相似的組件及其功能。
通常等離子體處理模塊140與上述的等離子體處理模塊100類似，除了等離子體腔室102被等離子體約束板(plasma containment plate) 146分成用於等離子體產生及解離的第一(上)腔室142，與用於處理(光致抗蝕劑去除)的第二(下)腔室144，如圖4A 所示。
類似於等離子體處理模塊100，等離子體處理模塊140包括用於使進給氣體流入第一腔室142的進給氣體進氣口 108。排氣口 110將氣體從第二腔室144排出。電感源 112，在採用定位於介電窗106上方的線圈形式的這種情況中，用於給在第一腔室142內的進給氣體提供能量並從該進給氣體在第一腔室142內產生等離子體。在該實例中，由採用變壓器耦合源形式的RF電源供應器114供給電感源112電力。通常電感源功率範圍為約 250W至約5000W或更大。類似於前述實施方式，電感源112的具體結構和形狀使等離子體在第一腔室142中具有主解離區116。在等離子體處理過程中，在第一腔室142和第二腔室 144中的氣壓可為約IOmT至約IOT或更大，但通常操作壓力為約1T。對於300mm基底(晶片)，進給氣體流量可為約每分鐘100標準立方釐米(sccm)至約10，OOOsccm或更多。
使第一腔室142與第二腔室144相互連接的內部口 148大體上設置在包含等離子體的板146的中央處。內部口 148使在第一腔室142中產生的反應介質在基底122的處理過程中流入第二腔室144中。在擋板IM下方的反應區(在圖4中未示出)可被認為是第二腔室的一部分，或者為第三腔室。
如圖4A所示，可設置進給氣體進氣口 108，以便使注入第一腔室142中的任意進給氣體如箭頭所示主要經由主解離區116流向內部口 148。在第一腔室142中產生的等離子體從所述進給氣體產生反應介質，且反應介質被從第一腔室經內部口 148傳送至第二腔室。在該實施方式中，進給氣體可為經氣體進給進氣口 108引入的S02、H20和02。也可經由氣體進給進氣口 108提供任選的含氟氣體。
另外，腔室壁104與等離子體約束板146可接地。所述腔室壁的接地吸引任意帶電物質，使其撞擊腔室壁，從而有助於防止帶電物質(離子)從第一腔室142流入第二腔室 144。
因此引入到第二腔室144中的反應介質進一步為富含自由基且少離子的，且優選根據本發明的實施方式，反應介質基本不包含有離子或帶電粒子。
如圖4A所示，第二腔室144具有位於基底122上方的石英擋板124。所述擋板124 包括貫穿擋板124的開口，其使流經第二腔室144的反應介質再次分配，比不含有擋板IM 時更均勻地分布在基板122上。
根據本發明的另一實施方式，一些進給氣體被注入到等離子體釋放區(解離區 116)，而其它氣體被注入到所述釋放區的下遊。圖4B示意圖解說明了與等離子體處理模塊140相似的等離子體處理模塊160的另一實例，其中進給氣體進氣口 108的結構和內部口 148的結構不同，且在第二腔室144設置額外的注入口 150。在該實例中，大致在第一腔室142的頂端的中央處設置所述進給氣體進氣口 108，在等離子體約束板146的兩側(或周邊)設置內部口 148。在第二腔室144的頂壁上設置額外的注入口 150。在該實例中，可經由進給氣體進氣口 108提供所有的進給氣體。或者，可經由額外的注入口 150在等離子體的下遊引入含氟氣體至第二腔室144。其它特徵與上述等離子體處理模塊140的那些特徵相類似。
圖5示意圖解說明根據本發明的另一實施方式的下遊的、電感耦合等離子體處理模塊180的另一實例，所述下遊的、電感耦合等離子體處理模塊180可用於執行光致抗蝕劑的去除。為說明的目的，在整個各種附圖中，相同組件將使用相同的參考數字，以至於本領域普通技術人員在不需要額外的解釋的情況下理解相似組件及其功能。
通常等離子體處理模塊180與上述的等離子體處理模塊140和160類似，除了內部口 148從第一腔室142的上部分向下延伸至第二腔室144，在第二腔室144的頂壁具有開 如圖5所示，在第一腔室142設置進給氣體進氣口 108和內部口 148，以至於注入到第一腔室142中的任意進給氣體基本經由主解離區116流向內部口 148。例如，氣體進給進氣口 108的開口與內部口 148的出口可設置位於第一腔室142橫跨主解離區116的對立邊上。此外，如圖5所示，等離子體處理模塊180還包括與內部口 148的通道連接的注入口 150，內部口 148位於第一腔室142的出口與第二腔室144的開口之間。
在第一腔室142中產生的等離子體從所述進給氣體產生反應介質，且所述反應介質被從第一腔室142經內部口 148傳送至第二腔室144。在該實施方式中，進給氣體可為經氣體進給進氣口 108引入的S02、H20和02。可通過經由注入口 150引入到反應介質(其從第一腔室142被傳送至第二腔室144)來在下遊提供任選的含氟氣體。應注意的是，注入口 150也可針對如下文關於本發明的其它實施方式所述的救助手段(salvation)被用於注入水蒸汽。
另外，可使也構成內部口 148的壁的腔室壁104和等離子體約束板146接地。所述腔室壁的接地吸引任意帶電物質，使其撞擊腔室壁，從而有助於防止帶電物質(離子)從第一腔室142流入第二腔室144。
也可採用微波供電的下遊等離子體處理腔室實施本發明。圖6示意圖解說明了本發明的一種實施方式中的下遊光致抗蝕劑剝離腔室(「下遊腔室」)300。下遊腔室包括腔室壁302、腔室底部304和腔室頂端306，其定義腔室內部區域308。在靠近腔室底部304的腔室內部區域308內設置半導體晶片支撐結構(或「夾盤」)310。夾盤310可包括若干個用於升降放置在夾盤310上的用於處理的半導體晶片(或「晶片」)的升降銷312。夾盤310 還可包括被配置成採用電力操作的加熱器316。下遊腔室300還包括排氣系統(未圖示)。
下遊腔室300進一步包括位於腔室頂端306的噴頭管(applicator tube) 320。噴頭管320被配置成經由噴淋頭322與腔室內部區域308開放式連通。工藝氣體供應管線 324與噴頭管320流體連通，以供應工藝氣體。噴頭管320的目的是將微波能量供應給進給氣體且將解離的反應氣體混合物傳送至處理腔室300。噴頭管320的形狀不局限於圖6中所示的形狀，且噴頭管可具有不同的形狀例如一端帶有開口的延長管。在本發明的一種實施方式中，優選的工藝氣體包含硫( 、氧(0)、和氫(H)。例如，所述工藝氣體包括作為進給氣體的S02、H20和02。工藝氣體可進一步包括含氟氣體(例如NF6、NF3)或氟碳化合物(例如CF4)。更一般地，氟碳化合物可表示為CxFyU彡1，y彡1)和/或CxFyHzU彡1，y彡1， ζ > 1)。然而，工藝氣體供應管線3M可被配置成用於實際上供應任何類型的工藝氣體。
微波源供應器3 也與噴頭管320連接，以向在噴頭管320內的工藝氣體供應微波功率。所述微波源產生等離子體並將工藝氣體轉換成含作為組成元素的自由基的反應介質。因此，噴頭管可起第一腔室的作用，用於經等離子體產生反應介質。根據本發明的一種實施方式，帶有SO2、H2O和A進給氣體的等離子體將產生自由基HSO4_(帶有硫酸性質的單硫酸鹽自由基)，HS03_(亞硫酸氫鹽自由基)，H0_(羥基自由基)，和0_(氧自由基)。所述自由基主要包括H自由基和0自由基。所述自由基經噴淋頭322流至腔室內部區域308並流向晶片314。所述自由基各向同性地(即方向上一致均勻地)接觸晶片314並反應以去除存在晶片314表面上的材料。HS04_和HS03_自由基是強供氫體，以至於其可使光致抗蝕劑中的碳氫化。另外，HSO4-自由基是強氧化化合物，以至於其與HO—和0_ —起使弱化的碳氧化。
圖7A示意圖解說明了根據本發明的一種實施方式的具有溫度控制功能的等離子體模塊(剝離器模塊)400的其它實例。剝離器模塊400包括等離子體源(其帶有等離子體腔室)402和處理腔室408。等離子體源402供給工藝氣體404能量，使其變成等離子體406，例如使用微波或RF-功率源。處理腔室408包括具有中央開口的腔室頂端410、固定在腔室頂端410中央開口處的氣體分布組件412、內部腔室本體414、溫度控制夾盤420 (其用於支撐其上的基底(晶片)422)、和外部腔室本體416(在其上可滑動安裝內部腔室本體 414並圍繞著內部腔室本體414的側邊)。剝離模塊400還包括與其連接的排氣單元450。 排氣單元450可包括連接至真空泵456的隔離閥和節流閥454。等離子體模塊還可包括一個或一個以上加熱器似4和流體冷卻通道426。
腔室頂端410的中央開口的進氣口對齊等離子體源402的排氣口。氣體分布組件 412具有多個在其內形成的氣體通路442，其被配置以至於從所述氣體通路排放處理的氣體被分散並均勻地散開。中央開口的排氣口與氣體通路442的進氣口流體連通。內部腔室本體414位於氣體分布組件的下方，且包括上腔室穹頂，所述上腔室穹頂具有流線型內表面以減少流動再循環和紊流，以及包括在夾盤420的圓周方向上圍繞基底422和夾盤(支架)420的側邊部分。然而，本發明並不限於所述腔室的那些特定的結構。
在等離子體源(腔室)402中，由包含硫(S)、氧(0)和氫(H)的工藝氣體(例如包含有進給氣體so2、H2O和A和任選含氟氣體的工藝氣體)產生等離子體。富含自由基且少離子的反應介質由等離子體406經中央開口和氣體分布組件412向下流至處理腔室408的內部腔室本體414中。
此外，可設置額外的氣體注入口 440a，例如，穿過在內部腔室本體414和腔室頂端 410之間的空隙432，如圖7B所示。在這種情況下，可經由氣體注入口 440a引入任選的含氟氣體至位於氣體分布組件412的氣體通路下遊處的內部腔室本體。或者，如圖7C所示， 可在氣體分布組件412上方的錐形部分的等離子體源下遊提供額外的氣體注入口 440b，以便注入額外的包含有氟的氣體。
根據本發明的一種實施方式，用於去除光致抗蝕劑的方法進一步包括在反應介質到達等離子體之前使其溶劑化。為了便於理解，從等離子體被傳送至晶片(在圖2中的步驟206的過程中)的反應介質的溶劑化方法的流程圖。如圖8所示，在注入區或溶劑化區引入水蒸汽(步驟220)，所述注入區或溶劑化區設置在反應介質從等離子體或等離子體源向下流至晶片的通道中。水受壓通過噴嘴或噴孔，以確保在離子或自由基周圍適度地凝聚成團簇。
在反應介質到達晶片之前，水蒸汽溶劑化反應介質以形成溶劑化的成團簇物質 (步驟22幻。完成簇聚(或溶劑化)的方法是通過經由精細噴孔注入水蒸汽，以至於發生少量的凝聚。這是圍繞特定分子或離子的凝聚物。操作該下遊注入，以使進入流動反應介質(釋放流)中的水蒸汽能在等離子體中產生的反應介質物質的周圍凝聚，以形成溶劑化的團簇。這些溶劑化的團簇包括若干水分子包圍的活性自由基或離子。水分子的數目可為 3至約20，更一般的為2至100。
在該說明書和權利要求書中，當自由基被溶劑化時，這意味著在活性自由基的周圍形成水分子的團簇，且水蒸汽被注入以及自由基被溶劑化的區是指溶劑化區。由於自由基被傳送至晶片，在光致抗蝕劑的表面上的反應是微觀含水的。團簇的形成取決於氣體進給管線與注入區之間的壓力差和噴孔的大小。所述自由基被溶劑化如 I1S4- - > 2 — iCSar^H/.)),,;當發生適度凝聚時，數字η的範圍是2至100。
如果溶劑化的水分子的數目夠多，單個不帶電的團簇可傳送正電和負電離子H2S04+nH20 — {(SO42-) (H3O) +2 (H2O) n_2} 根據本發明的一種實施方式，在等離子體的第一腔室中下遊設置溶劑化區，以便反應介質在進入第二腔室之前先被溶劑化。例如，如圖9所示，在等離子體處理模塊100 (圖 3)設置額外的水蒸汽進氣口 130，以便注入水蒸汽。在溶劑化區132溶劑化反應介質。在該實施方式中的溶劑化區與等離子體產生區靠得很近。這確保水和等離子體的最大的相互作用。應注意的是，如果溶劑化區過於靠近等離子體，可能會導致水分子的解離與團簇的破碎，因而應適當控制所述靠近。
根據本發明的另一實施方式，在第一腔室和第二腔室之間的反應介質的通道中設置溶劑化區。例如，如圖10所示，在等離子體處理模塊180(圖5)中的注入口 150可用作為額外的水蒸汽進氣口 130以注入水蒸汽。在內部口 148中溶劑化反應介質。將反應介質傳送至第二腔室144時，所述溶劑化處理可繼續。從等離子體產生區去除溶劑化區，以防止水蒸汽被解離及防止團簇的破碎。
根據本發明的另一種實施方式，在第二腔室設置溶劑化區，以便反應介質在到達晶片之前先被溶劑化。例如，如圖IlA所示，可在等離子體處理模塊140(圖4A)設置額外的水蒸汽進氣口 130，以注入水蒸汽。或者，如圖IlB所示，在等離子體處理模塊160(圖4B) 中的額外的注入口 150可用作為額外的水蒸汽進氣口 130以注入水蒸汽。此外，如圖12所示，可在下遊腔室(圖6)設置額外的水蒸汽入口 130，以提供溶劑化區132。在這些實例的每一個中，在溶劑化區132溶劑化反應介質。由於如果溶劑化區過於靠近等離子體，等離子體可能會破碎所述團簇並甚至解離水，因此這些結構進一步將所述溶劑化區放置在等離子體源的下遊，確保團簇的完整且不受等離子體的幹擾。
圖13示意圖解說明了包括多於一個擋板(氣體分布組件)的等離子體模塊500 的第二腔室144。可在上擋板12 上方(水蒸汽進氣口 130a)、位於兩個擋板12 和124b 之間(水蒸汽進氣口 130b)或下擋板124b下方(水蒸汽進氣口 130c)設立額外的水蒸汽進氣口。
此外，在等離子體處理模塊400a (圖7B)或400b (圖7C)中，額外的氣體注入口 440a或440b可用作為水蒸汽進氣口 430a或430b，以便引入水蒸汽以溶劑化反應介質，如圖14A與14B所示。如上文所討論的，可將水蒸汽進氣口 430a設置為穿過內部腔室本體 414與腔室頂端410之間的空隙432，以便內部腔室本體414內具有開口。在這種情況中，在內部腔室本體(第二腔室)414的溶劑化區132中溶劑化所述反應介質。或者，在等離子體 406下遊、在氣體分布組件412上方的錐形部分處設置額外的水蒸汽進氣口 430b。在這種情況中，在反應介質經氣體分布組件412進入內部腔室本體414之前，在溶劑化區132(錐形部分)將反應介質溶劑化。由於氣體分布組件412將減小(或可能消除)離子流，在圖 14A中的溶劑化區確保大部分的自由基被溶劑化。相比之下，圖14B的結構確保溶劑化更大部分的離子，代價是解離水蒸汽或破碎團簇。氣體分布組件412被配置成使最大量離子通過。換言之，在412中的分布孔足夠大以確保離子通過。
此外，根據本發明的一種實施方式，可調節在等離子體406和溶劑化區132之間的距離。例如，在等離子體處理模塊400a (圖14A)或400b (圖14B)中，可相對於水蒸汽進氣口 430a或430b而升降錐形部分和等離子體源402。
根據本發明的另一實施方式，可允許來自等離子體的離子存在於反應介質中以達到晶片。目的是驅使來自等離子體的負離子進入溶劑化區並形成負離子團簇。由於負離子不會逃出等離子體並聚集在所述等離子體的中間，因此需要切斷該等離子體以使負離子離開。這通過以脈衝方式開關等離子體來完成。也就是說，對噴頭器402的微波或RF功率施予脈衝，且如果有偏壓功率，那麼也對該功率施加脈衝。通常關閉時間可為5至50微秒， 且通常打開時間可為5至200微秒。最好在低壓下產生負離子。所述負離子被溶劑化並傳送至晶片。負離子是極具反應性的氧化劑，因為它們在相應的自由基上具有額外的電子。 SO42^nH2O — {(SO4) (H20) J 2_ {(SO4) (H20) J 2^C-C — {C02 (H20) J + {S02 (H20) J 這可通過使第二腔室的出口孔足夠大來實現。例如，在圖14A-14B，氣體分布組件 412可具有多個氣體通路442 (所述氣體通路442具有更大的孔)，以至於來自等離子體釋放區406的離子通過較大的孔進入內部腔室本體(第二腔室)414。這同樣能適用諸如處理模塊100 (圖9)，可擴大擋板124的開口。在處理模塊140 (圖11A)、處理模塊160 (圖11B)、 處理模塊180(圖10)中，使第一腔室142和第二腔室144(或反應腔室)相互連接的內部開口 148可被製作成足夠大，以便讓更多離子通過。同樣地，在下遊腔室300(圖12)中，可使噴淋頭322的孔變得更大。
此外，如果處理模塊(例如處理模塊160或180)包括針對下電極(夾盤)的RF 功率源，可提供偏壓以吸引帶電物質(離子)朝向晶片。所述偏壓可具有13. 56MHz及以上的頻率，例如27MHz。在這些情況中，擋板的孔也可變大。此外，可用脈衝方式觸發所述產生等離子體的RF功率源以釋放負離子。一般而言，連續的等離子體具有鞘(sheath)，其防止相對大的負離子通過鞘的邊界。當關閉等離子體時，鞘瓦解且負離子被釋放。例如在處理模塊100(圖10)中，石英擋板可被加偏壓，以至於負離子將通過所述石英板。
除了負離子以外，也將傳送正離子。離子例如H+和H3O+是強還原劑。負離子的氧化作用和正離子的還原作用的結合將有效地分解光致抗蝕劑，同時檢查有源區矽的過度氧化作用或還原作用。
在本發明的所有那些實施方式中，採用添加氟碳化合物以幫助貫穿注入產生的硬殼。氟化物自由基和負離子是非常強的氧化劑，用於擊破交聯的碳鍵。
根據本發明的另一實施方式，為了控制對光致抗蝕劑剝離處理的影響(例如剝離率、剝離殘留率、材料損失的量或其它一般晶片上的結果)，可改變引入工藝氣體和水蒸汽的時間/順序。當在與產生等離子體的第一腔室隔開的第二腔室中放置晶片，將工藝氣體引入到第一腔室的時間也控制反應介質相對於水蒸汽注入而流入第二腔室的時間。
根據第一個實例，可同時將工藝氣體和水蒸汽引入/注入到在腔室中的各個位置。在第二個實例中，首先注入水蒸汽，然後在延遲一定時間後，注入工藝氣體。這可能具有不同的表面動力學性能(kinetics)，且可增強吸收。或者，先引入工藝氣體，然後在延遲一定時間後，注入水蒸汽。該順序也具有不同的表面動力學性能。根據第四個實例，首先注入水蒸汽，然後僅引入工藝氣體(即再引入工藝氣體過程中停止水蒸汽的注入)，接著注入水蒸汽而不引入工藝氣體，等等。第四個實例是交替的處理，其中水蒸汽和工藝氣體以交替和連續的方式引入。這可增強表面吸收和反應。也可控制各注入/引入步驟的順序(「先注入水」或「先引入工藝氣體」)和持續時間以讓表面結果最優化。
根據本發明的另一實施方式，可向上述的任意實施方式的工藝氣體化學品中加入稀釋氣體。
儘管已根據一些優選實施方式對本發明進行描述，但是可有替換、修改和各種等同的替代，它們均落入本發明的範圍內。還應注意的是，有許多替換方法可執行本發明的方法和設備。因此打算將以下所附的權利要求書解釋為包括所有替換、修改、變換及各種等同替代，它們均落入本發明的實質精神和範圍內。
權利要求
1.用於從晶片上去除光致抗蝕劑的方法，所述方法包括 提供包含有硫(S)、氧(0)和氫(H)的工藝氣體；在第一腔室中由所述工藝氣體產生等離子體；富含自由基且少離子的反應介質從第一腔室流至放置有晶片的第二腔室，所述晶片在其上具有圖案化的光致抗蝕劑層；採用所述反應介質去除所述圖案化的光致抗蝕劑層；和停止所述反應介質流進所述第二腔室。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述工藝氣體包括S02、H2O和02。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述工藝氣體還包括含氟氣體。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述含氟氣體包括氟碳化合物。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，還包括向溶劑化區注入含氟氣體，所述溶劑化區設置在從所述等離子體向下流動的所述反應介質的通道中。
6.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其中不施加偏壓。
7.根據權利要求1-4任一項所述的方法，還包括應用RF功率源以產生具有13.56MHz 及以上的頻率的偏壓。
8.根據權利要求1-4任一項所述的方法，還包括 控制所述晶片的溫度。
9.根據權利要求1-4任一項所述的方法，還包括以脈衝方式釋放等離子體以使負離子被釋放到所述反應介質中。
10.根據權利要求1-4任一項所述的方法，還包括將水蒸汽引入到設置在從所述等離子體向下流動的所述反應介質的通道中的溶劑化區中，以使得在所述反應介質到達晶片之前，水蒸汽溶劑化反應介質以形成溶劑化的團簇物質。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述溶劑化區設置在所述等離子體下遊的所述第一腔室內，所述反應介質在進入所述第二腔室之前被溶劑化。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述溶劑化區設置在第二腔室內。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述反應介質經由至少一氣體分布組件而被傳送至所述晶片，所述至少一氣體分布組件具有多個允許所述反應介質流經其中的孔。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述氣體分配組件的上方。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述氣體分配組件的下方。
16.根據權利要求13所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到兩個氣體分配組件之間。
17.根據權利要求10所述的方法，還包括調節等離子體和溶劑化區之間的距離。
18.根據權利要求10所述的方法，還包括以脈衝方式釋放等離子體以使負離子被釋放到所述反應介質中。
19.用於從晶片上去除光致抗蝕劑的裝置，所述裝置包括第一腔室，用於由工藝氣體產生等離子體，所述第一腔室具有進氣口 ；氣體源，所述氣體源與所述進氣口流體連通，用於向所述第一腔室中提供包含有硫 (S)、氧(0)和氫(H)的工藝氣體；第二腔室，用於放置所述晶片，在所述晶片上具有圖案化的光致抗蝕劑層； 反應介質分布部分，用於使在所述第一腔室內由所述等離子體產生的富含自由基且少離子的反應介質流到所述第二腔室；和水蒸汽進氣口，設置在第二腔室或反應介質分布部分，所述水蒸汽進氣口弓I導水蒸汽進入設置在從所述等離子體流至所述晶片的所述反應介質的通道中的溶劑化區中，使得在所述反應介質到達所述晶片之前，所述水蒸汽溶劑化所述反應介質以形成溶劑化的團簇物質。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中所述水蒸汽進氣口包括 配置噴嘴以注入所述水蒸汽以便在所述物質的周圍凝聚成團簇。
21.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其中不施加偏壓。
22.根據權利要求1-5和21任一項所述的方法，還包括 應用RF功率源以產生具有13. 56MHz及以上的頻率的偏壓。
23.根據權利要求1-5和21-22任一項所述的方法，還包括 控制所述晶片的溫度。
24.根據權利要求1-5和21-22任一項所述的方法，還包括以脈衝方式釋放等離子體以使負離子被釋放到所述反應介質中。
25.根據權利要求1-5和21-M任一項所述的方法，還包括將水蒸汽引入到設置在從所述等離子體向下流動的所述反應介質的通道中的溶劑化區中，以使得在所述反應介質到達所述晶片之前，所述水蒸汽溶劑化所述反應介質以形成溶劑化的團簇物質。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述溶劑化區設置在所述等離子體下遊的所述第一腔室內，所述反應介質在其進入所述第二腔室之前被溶劑化。
27.根據權利要求25所述的方法，其中所述溶劑化區設置在所述第二腔室內。
28.根據權利要求27所述的方法，其中所述反應介質經由至少一氣體分配組件而被傳送至所述晶片，所述至少一氣體分布組件具有多個允許所述反應介質流經其中的孔。
29.根據權利要求觀所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述氣體分配組件的上方。
30.根據權利要求觀所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述氣體分配組件的下方。
31.根據權利要求觀所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到兩個氣體分配組件之間。
32.根據權利要求25-31任一項所述的方法，還包括 調節所述等離子體和所述溶劑化區之間的距離。
33.根據權利要求25-32任一項所述的方法，還包括以脈衝方式釋放等離子體以使負離子被釋放到所述反應介質中。
全文摘要
從晶片上去除光致抗蝕劑的方法和設備。提供包含有硫(S)、氧(O)和氫(H)的工藝氣體，且在第一腔室中由所述工藝氣體產生等離子體。富含自由基且少離子的反應介質從第一腔室流至放置有晶片的第二腔室。採用所述反應介質去除晶片上的圖案化的光致抗蝕劑層，然後停止所述反應介質流進所述第二腔室。可在設置在從等離子體向下流的反應介質的通道中的溶劑化區中引入水蒸汽，使得在反應介質到達所述晶片之前所述水蒸汽溶劑化反應介質，以形成溶劑化的團簇物質。採用溶劑化反應介質去除光致抗蝕劑。
文檔編號H01L21/3065GK102187438SQ200980141318
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月8日 優先權日2008年10月23日
發明者羅伯特·P·謝比, 雅羅斯瓦夫·W·溫尼克澤克 申請人:朗姆研究公司