способ удаления позитивного фоторезиста и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ удаления позитивного фоторезиста, включающий операции облучения ультрафиолетом и промывки в водном растворе щелочи, отличающийся тем, что операции облучения ультрафиолетом и промывку в водном растворе желочи проводят многократно периодически до полного удаления пленки фоторезиста.

2. Устройство для удаления пленки фоторезиста, содержащее реакционную камеру с размещенным в ней источником ультрафиолетового излучения, отличающееся тем, что оно снабжено подложкодержателем, выполненным в виде вращающейся платформы с вакуумным захватом для фиксации пластины, и отражателем, источник ультрафиолетового излучения смещен от центра вращения подложкодержателя, отражатель размещен над источником ультрафиолетового излучения и половиной обрабатываемой пластины, нижняя кромка отражателя размещена с образованием зазора с поверхностью обрабатываемой пластины, а с наружной стороны отражателя со стороны центра подложкодержателя расположен патрубок для соединения с системой подачи водного раствора щелочи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления интегральных микросхем, конкретно к способу удаления позитивного фоторезиста с поверхности полупроводниковой пластины, служащего в качестве основной маски при формировании элементов интегральных микросхем (ИМС). Операция по удалению пленки фоторезиста является самой массовой при изготовлении ИМС, ею завершается фотолитографический процесс каждого слоя.

Известны различные физические и химические способы удаления пленки позитивного фоторезиста. Основным требованиями, предъявляемыми к операции, является полное удаление пленки фоторезиста без вторичного загрязнения и разрушения поверхности подложки.

К химическим способам удаления пленки позитивного фоторезиста относятся способы снятия пленки путем деструкции полимеров в смесях различных кислот или органических растворителей, выбор состава которых определяется веществом исходной поверхности подложки и составом фоторезиста. Например, в соответствии с патентом США N 3978239 химическая деструкция фоторезиста осуществляется в смеси перекиси водорода и серной кислоты при 70-100^оС.

Недостатком данного способа является высокая агрессивность травителя, его токсичность и трудность нейтрализации отходов, а также невозможность использования способа для удаления пленки с металлизированных поверхностей.

Для удаления позитивного фоторезиста с металлизированных поверхностей применяют, например, в соответствии с патентом СССР N 761979 состав на основе триэтаноламина.

Недостатком этого способа, содержащего органические вещества, являются легкая воспламеняемость, токсичность и проблема нейтрализации отработанных растворов.

Указанные недостатки устраняются с помощью различных физических способов удаления позитивного фоторезиста.

Известен, например, способ плазмохимического удаления позитивного фоторезиста (выложенная заявка Японии N 61-7730), посредством которого удаление пленки осуществляется в низкотемпературной кислородной плазме. Физическую химию процесса можно сравнить с химией горения пленки резиста в кислороде. Установка для плазмохимического удаления позитивного фоторезиста является довольно сложным устройством, состоящим из реакционной камеры для обработки пластин с пленкой резиста, являющейся одновременно контуром высокочастотного генератора, прецизионной системы подачи кислорода, а для поддержания заданного давления в реакционной камере последняя подключена к вакуумному насосу.

Недостатком данного способа является окисление очищаемой от фоторезиста поверхности кремния или металлов, приводящее к необходимости удаления образующейся оксидной пленки, возникновение под действием высокочастотного поля и высокого напряжения индукционных зарядов в окисле, а также необходимость в сложном дорогостоящем прецизионном оборудовании.

Известен также способ удаления пленки фоторезиста (выложенная заявка Японии N 62-165330), при котором подложку с нанесенной на ней пленкой фоторезиста помещают в камеру и подвергают облучению ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 185 и 253 нм, причем одновременно в камеру подают кислород. Давление в камере изменяют по периодическому закону.

Данный способ устраняет недостатки описанного плазмохимического способа удаления фоторезиста. Однако способ обладает низкой скоростью удаления фоторезиста, поскольку обрабатываемая поверхность должна находиться под воздействием ультрафиолета и кислорода до полного удаления фоторезиста, что делает невозможным применение способа для массового производства. Повышение скорости обработки может быть достигнуто путем повышения температуры обработки, однако при этом, как и при описанном выше процессе плазмохимического удаления, возникает проблема окисления исходной поверхности.

Таким образом, данный способ реализуется в устройстве, представляющем собой камеру с расположенным в ней источником ультрафиолетового излучения. Обрабатываемую подложку с нанесенной на нее пленкой органического фоторезиста помещают на донную поверхность камеры и подвергают ультрафиолетовому облучению в присутствии кислорода. Данное устройство выбрано авторами предлагаемого изобретения в качестве прототипа заявляемого ими устройства для осуществления предлагаемого способа.

Известен способ удаления позитивного фоторезиста, выбранный в качестве прототипа изобретения, при котором пленку фоторезиста подвергают облучению ультрафиолетовыми лучами, а затем производят снятие пленки фоторезиста в проявителе.

Преимуществом данного способа является простота, заключающаяся в облучении поверхности удаляемой пленки ультрафиолетовыми лучами с последующим погружением в проявитель. Это не требует сложного оборудования, повышает скорость обработки за счет возможности проведения групповой обработки в проявителе, а также позволяет проводить процесс удаления фоторезиста при низкой температуре и нормальном давлении.

Однако данный способ, в свою очередь, имеет ряд недостатков. Во-первых, поглощение ультрафиолетового излучения в пленке резиста происходит по экспоненте, и поэтому удаление пленок фоторезиста толщиной свыше одного микрона при однократном облучении ультрафиолетом вызывает трудности. Однако с внедрением в производство сухих процессов обработки (плазмохимического травления) применяются пленки до 1,5 мкм и выше. Кроме того, пленка фоторезиста в соответствии с историей резистного процесса имеет сложную структуру, состоящую как минимум из трех слоев с различными молекулярными сцеплениями, причем когезионные силы поверхностного слоя составляют порядка 3 эв, когезионные силы центрального слоя не превышают 1 эв, тогда как адгезионные силы на границе резист-подложка достигают 10 эв, что в сочетании с малым количеством ультрафиолета доходящего до границы раздела резист-подложка, приводит к образованию остаточной межфазной пленки толщиной 1-10 нм. Поэтому качественное удаление фоторезиста за один цикл становится практическим невозможным.

Целью изобретения является повышение качества удаления позитивного фоторезиста.

Поставленная цель достигается тем, что в способе удаления позитивного фоторезиста, включающем операции облучения ультрафиолетом и промывки в водном растворе щелочи, операцию облучения ультрафиолетом и промывку в водном растворе щелочи проводят периодически до полного удаления фоторезиста. Данная совокупность признаков является новой и соответствует критерию существенных отличий, поскольку многократное облучение ультрафиолетом с последующей промывкой в водном растворе щелочи позволяет производить послойное удаление фоторезиста. В результате такой обработки происходит постепенное утонение слоя резиста, и удаление слоя фоторезиста, примыкающего к подложке и обладающего наибольшей адгезионной силой, происходит при полном потоке ультрафиолета. Поэтому фоторезист удаляется полностью и обеспечивается высокое качество обнажаемой поверхности.

Целью изобретения является создание устройства для осуществления предлагаемого способа.

Данная цель достигается посредством того, что устройство, содержащее реакционную камеру с размещенным в ней источником ультрафиолетового излучения, содержит подложкодержатель, выполненный в виде вращающейся платформы с вакуумным захватом для фиксации пластины, источник ультрафиолетового излучения смещен от центра вращения подложкодержателя и закрыт отражателем, расположенным над половиной обрабатываемой пластины, нижняя кромка которого образует зазор с поверхностью обрабатываемой пластины, а с наружной стороны отражателя со стороны центра подложкодержателя расположен патрубок для подачи водного раствора щелочи.

Введение в камеру вращающегося подложкодержателя при экранировании источника ультрафиолетового излучения, смещенного относительно центра вращения подложкодержателя, отражателем позволяет подвергать обрабатываемые пластины периодическому облучению УФ-том, а подача водного раствора щелочи через патрубок, расположенный с наружной стороны отражателя со стороны подложкодержателея, позволяет подвергать обрабатываемые пластины периодической промывке водным раствором щелочи. Таким образом предложенное устройство позволяет эффективно реализовать единым изобретательским замыслом.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит реакционную камеру 1, вращающийся подложкодержатель 2, снабженный вакуумным захватом 3 для закрепления на подложкодержателе полупроводниковой пластины 4, над пластиной на высоте 40-50 мм на расстоянии 1/4 диаметра от края пластины расположена ртутная лампа 5 низкого давления, закрытая отражателем 6, образующим зазор 7 с поверхностью обрабатываемой пластины. С внешней стороны отражателя со стороны центра подложкодержателя расположен патрубок 8 для подачи водного раствора щелочи.

На подложкодержатель устройства помещали кремниевые подложки диаметром 100 мм, покрытые рисунком задубленного позитивного фоторезиста марки ФП-51к толщиной 0,8-1,5 мкм, использующегося для проведения различных операций фотолитографий в процессе изготовления интегральных схем. Вращающиеся на подложкодержателе кремниевые подложки подвергали УФ-облучению посредством ртутной лампы ДРТ-100 и промывке проявителем 0,5 КОН при расходе 10 мл/с с последующей промывкой в деионизованной воде и сушкой в азоте. В зависимости от толщины фоторезиста и истории обработки пластин частоту вращения подложки изменяют в пределах 500-1000 об/мин, полное время процесса удаления пленок не превышало 40 с.

Типичные режимы операции удаления позитивного резиста на кремниевых подложках приведены в таблице.

Подложки, подвергнутые обработке в соответствии с предложенным способом, контролировали визуально под микроскопом путем последовательного наблюдения в светлом и темном полях с увеличением 600^х. Результаты контроля показали, что в результате обработки фоторезист полностью удалялся с поверхности подложек, что оказало положительное влияние на технологический процесс изготовления полупроводниковых приборов, а также позволило улучшить экологические условия за счет сокращения объема использования химически активных кислот и органических растворителей.