RU2047931C1 - Method for removal of positive photoresistive material and device for implementation of said method - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacturing of integral circuits. SUBSTANCE: method involves radiation by ultraviolet light and washing in water solution of alkali. New feature of method is that operations of ultraviolet radiation and washing in alkali solution are repeated until film of photoresistive material is completely removed. Corresponding device has reaction chamber where ultraviolet light source is mounted. New feature of device design is substrate holder, which is made as rotating platform with vacuum clamp for fixing chip. Ultraviolet light source is displaced with respect to rotation center and covered with reflector which is mounted over half of chip to be processed. Lower edge of reflector is spaced from surface of chip to be processed. Branch pipe for feeding of water solution of alkali is mounted on outer side of reflector from side of substrate holder center. EFFECT: increased quality of removal photoresistive material due to complete removal of film from working surface. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

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. The invention relates to the manufacturing technology of integrated circuits, specifically to a method for removing a positive photoresist from the surface of a semiconductor wafer, which serves as the main mask in the formation of elements of integrated circuits (ICs). The operation to remove the photoresist film is the most massive in the manufacture of IC, it completes the photolithographic process of each layer.

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. Various physical and chemical methods for removing a positive photoresist film are known. The main requirements for the operation is the complete removal of the photoresist film without secondary pollution and destruction of the surface of the substrate.

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.Chemical methods for removing a positive photoresist film include methods for removing the film by the destruction of polymers in mixtures of various acids or organic solvents, the composition of which is determined by the material of the initial surface of the substrate and the composition of the photoresist. For example, in accordance with US patent N 3978239 chemical destruction of the photoresist is carried out in a mixture of hydrogen peroxide and sulfuric acid at 70-100 ^about C.

Недостатком данного способа является высокая агрессивность травителя, его токсичность и трудность нейтрализации отходов, а также невозможность использования способа для удаления пленки с металлизированных поверхностей. The disadvantage of this method is the high aggressiveness of the etchant, its toxicity and difficulty in neutralizing waste, as well as the inability to use the method to remove the film from metallized surfaces.

Для удаления позитивного фоторезиста с металлизированных поверхностей применяют, например, в соответствии с патентом СССР N 761979 состав на основе триэтаноламина. To remove positive photoresist from metallized surfaces, for example, a triethanolamine-based composition is used in accordance with USSR patent N 761979.

Недостатком этого способа, содержащего органические вещества, являются легкая воспламеняемость, токсичность и проблема нейтрализации отработанных растворов. The disadvantage of this method, containing organic substances, is flammability, toxicity and the problem of neutralization of spent solutions.

Указанные недостатки устраняются с помощью различных физических способов удаления позитивного фоторезиста. These shortcomings are eliminated using various physical methods for removing a positive photoresist.

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. Known, for example, is a method of plasmachemical removal of positive photoresist (Japanese Patent Application Laid-open No. 61-7730), by which the film is removed in a low-temperature oxygen plasma. The physical chemistry of the process can be compared with the chemistry of the burning of a resist film in oxygen. The installation for plasma-chemical removal of positive photoresist is a rather complex device consisting of a reaction chamber for processing plates with a resist film, which is simultaneously a circuit of a high-frequency generator, a precision oxygen supply system, and the latter is connected to a vacuum pump to maintain a given pressure in the reaction chamber.

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. The disadvantage of this method is the oxidation of the surface of silicon or metals being cleaned from the photoresist, which leads to the need to remove the formed oxide film, the appearance of induction charges in the oxide under the influence of a high-frequency field and high voltage, and the need for complex and expensive precision equipment.

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. There is also a method of removing a photoresist film (Japanese Patent Application Laid-open No. 62-165330), in which a substrate with a photoresist film deposited thereon is placed in a chamber and irradiated with ultraviolet rays with a wavelength of 185 and 253 nm, and oxygen is simultaneously supplied to the chamber. The pressure in the chamber is changed according to a periodic law.

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. This method eliminates the disadvantages of the described plasma-chemical method for removing photoresist. However, the method has a low photoresist removal rate, since the treated surface must be exposed to ultraviolet and oxygen until the photoresist is completely removed, which makes it impossible to use the method for mass production. An increase in the processing speed can be achieved by increasing the processing temperature; however, in this case, as with the plasma-chemical removal process described above, the problem of oxidizing the initial surface arises.

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. Thus, this method is implemented in a device that is a camera with a source of ultraviolet radiation located in it. The processed substrate with an organic photoresist film deposited on it is placed on the bottom surface of the chamber and subjected to ultraviolet radiation in the presence of oxygen. This device is selected by the authors of the invention as a prototype of the claimed device for implementing the proposed method.

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. A known method of removing a positive photoresist, selected as a prototype of the invention, in which the photoresist film is irradiated with ultraviolet rays, and then the photoresist film is removed in the developer.

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. The advantage of this method is simplicity, which consists in irradiating the surface of the removed film with ultraviolet rays, followed by immersion in the developer. This does not require sophisticated equipment, increases the processing speed due to the possibility of batch processing in the developer, and also allows the process of removing the photoresist at low temperature and normal pressure.

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. However, this method, in turn, has several disadvantages. Firstly, the absorption of ultraviolet radiation in the resist film occurs exponentially, and therefore the removal of photoresist films with a thickness of more than one micron with a single exposure to ultraviolet causes difficulties. However, with the introduction of dry processing processes (plasma-chemical etching) into production, films up to 1.5 microns and higher are used. In addition, the photoresist film in accordance with the history of the resistive process has a complex structure consisting of at least three layers with different molecular adhesions, the cohesive forces of the surface layer being of the order of 3 eV, the cohesive forces of the central layer not exceeding 1 eV, while the adhesive forces on The resist – substrate interface reaches 10 eV, which, in combination with a small amount of ultraviolet radiation reaching the resist – substrate interface, leads to the formation of a residual interfacial film 1–10 nm thick. Therefore, the high-quality removal of the photoresist in one cycle becomes practically impossible.

Целью изобретения является повышение качества удаления позитивного фоторезиста. The aim of the invention is to improve the quality of removal of positive photoresist.

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. This goal is achieved by the fact that in the method of removing a positive photoresist, including the operation of irradiation with ultraviolet and washing in an aqueous solution of alkali, the operation of irradiation with ultraviolet and washing in an aqueous solution of alkali is carried out periodically until the photoresist is completely removed. This set of features is new and meets the criterion of significant differences, since repeated irradiation with ultraviolet light followed by washing in an aqueous solution of alkali allows for layer-by-layer removal of the photoresist. As a result of this treatment, the resist layer is gradually thinned, and the photoresist layer adjacent to the substrate and having the greatest adhesive force is removed when the ultraviolet is in full flow. Therefore, the photoresist is completely removed and high quality of the exposed surface is ensured.

Целью изобретения является создание устройства для осуществления предлагаемого способа. The aim of the invention is to provide a device for implementing the proposed method.

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. This goal is achieved by the fact that the device containing the reaction chamber with a source of ultraviolet radiation in it contains a substrate holder made in the form of a rotating platform with a vacuum grip to fix the plate, the UV source is offset from the center of rotation of the substrate holder and is covered by a reflector located above half the processed plate, the lower edge of which forms a gap with the surface of the processed plate, and from the outside of the reflector from the side us is the center of the substrate holder tube for supplying an aqueous alkali solution.

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. The introduction of a rotating substrate holder into the chamber during shielding of a source of ultraviolet radiation, offset from the center of rotation of the substrate holder, with a reflector allows the plates to be irradiated with UV radiation periodically, and the supply of an alkaline aqueous solution through a pipe located on the outside of the reflector from the substrate holder allows the plates to be exposed to periodic washing with an aqueous alkali solution. Thus, the proposed device allows you to effectively implement a single inventive concept.

На чертеже показано предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

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. The device comprises a reaction chamber 1, a rotating substrate holder 2, equipped with a vacuum grip 3 for fixing a semiconductor wafer 4 to the substrate holder, above the wafer at a height of 40-50 mm at a distance of 1/4 of the diameter from the edge of the wafer there is a low-pressure mercury lamp 5 closed by a reflector 6, forming a gap 7 with the surface of the processed plate. On the outside of the reflector from the side of the center of the substrate holder is a pipe 8 for supplying an aqueous solution of alkali.

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. On the substrate holder of the device, silicon substrates with a diameter of 100 mm were coated, coated with a pattern of a blown-in positive photoresist of the FP-51k brand with a thickness of 0.8-1.5 μm, used for various photolithography operations in the process of manufacturing integrated circuits. The silicon substrates rotating on a substrate holder were subjected to UV irradiation using a DRT-100 mercury lamp and a developer washing with 0.5 KOH at a flow rate of 10 ml / s, followed by washing in deionized water and drying in nitrogen. Depending on the thickness of the photoresist and the history of the processing of the plates, the rotation frequency of the substrate is varied in the range of 500-1000 rpm, the total time of the film removal process did not exceed 40 s.

Типичные режимы операции удаления позитивного резиста на кремниевых подложках приведены в таблице. Typical modes of positive resist removal operation on silicon substrates are given in the table.

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.The substrates subjected to processing in accordance with the proposed method were visually controlled under a microscope by sequential observation in light and dark fields with a magnification of 600 ^x . The control results showed that, as a result of processing, the photoresist was completely removed from the surface of the substrates, which had a positive effect on the manufacturing process of semiconductor devices and also improved environmental conditions by reducing the use of chemically active acids and organic solvents.

Claims (2)

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. 1. The method of removing a positive photoresist, including the operation of irradiation with ultraviolet and washing in an aqueous solution of alkali, characterized in that the operation of irradiation with ultraviolet and washing in an aqueous solution of bile is carried out repeatedly periodically until the film of the photoresist is completely removed. 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. 2. A device for removing a photoresist film containing a reaction chamber with a source of ultraviolet radiation, characterized in that it is equipped with a substrate holder made in the form of a rotating platform with a vacuum grip for fixing the plate, and a reflector, the UV source is offset from the center of rotation of the substrate holder , the reflector is placed above the ultraviolet radiation source and half of the plate to be processed, the lower edge of the reflector is placed with the formation of a gap with erhnostyu treated plate, and a reflector outer side from the center of the substrate holder is located pipe for connection to a system supplying an aqueous alkali solution.

Images