[发明专利]光刻胶去除方法和光刻工艺返工方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，特别涉及一种光刻胶去除方法和光刻工艺返工方法。

背景技术

集成电路制造工艺中，光刻工艺是利用照相技术将掩膜板上图形转移到晶片上光刻胶层的过程。光刻胶是一种对光敏感的高分子化合物，使用适当波长的光透过具有选择性图形的掩膜板，未被掩膜板遮挡的区域经过光照会发生交联、分解或聚合等化学反应，再通过显影液和光刻胶反应，使光刻胶选择性的溶解于显影液中，从而得到所需要的图形窗口，之后再通过刻蚀、注入、退火等工艺形成图形转移过程。

光刻胶的主要成分是树脂、感光材料、溶剂和添加剂，其中树脂是聚合材料，是光刻胶中不同材料的粘合剂，决定光刻胶的粘附性、厚度和热稳定性；感光材料是在曝光时吸收光能发生化学反应，形成溶于或不溶于显影液的图形区域；溶剂主要作用是使光刻胶在涂到晶片表面前保持液体的状态，具有良好的流动性；添加剂一般只在特殊需求的光刻胶中使用，主要目的是改善光刻胶的某些性能，如改善光刻胶的反射添加染色剂等。常用的光刻胶从种类上分为正性光刻胶和负性光刻胶，简称正胶和负胶。其中正胶指的是曝光区域光刻胶溶于显影液，形成图形打开区，负胶指的是曝光区域光刻胶不溶于显影液，形成图形保护区。正胶和负胶相比，具有更高的解析度和分辨率，对于制作较小尺寸的图形时需要用正胶，但正胶价格比负胶贵，负胶在早期的半导体制造中普遍使用。

光刻工艺的基本流程如下：

1、将硅片涂覆六甲基乙硅氮烷（简称HMDS），HMDS在加热的条件下与释放的O2反应形成三甲基甲硅烷（Si[CH3]）的氧化物，键合在硅表面，形成疏水的表面，增加硅片表面与光刻胶的粘附性能；金属层由于和光刻胶的粘附性较佳，一般在匀胶前不涂覆六甲基乙硅氮烷，但一般都需要做一个高温烘烤，以排除硅片表面的水汽，保证硅片和光刻胶的粘附性。

2、涂匀光刻胶，光刻胶的厚度、均匀性主要受到光刻胶粘附性和匀胶台转速的影响，以及受匀胶方式（静态还是动态匀胶）影响。

3、匀胶后烘，也称为前烘，主要目的是通过进行高温烘焙使存在光刻胶中的溶剂挥发出来，降低灰尘的沾污，减轻因高速旋转形成的薄膜应力，提高光刻胶的附着性。

4、对准曝光，使从光刻机中具有一定波长范围的光透过光刻版，通过选择性的光照形成光刻版上图形的复制过程，受光照的光刻胶发生化学反应，形成可溶于相应显影液的混合物。具体的，对于正胶来说，曝光区的光刻胶会生成羧酸，可溶于显影液，而对于负胶而言，曝光区光刻胶会生成交联聚合物，不溶于显影液。

5、曝光后烘，主要目的是消除驻波效应。驻波效应指的是曝光过程中在曝光区和非曝光区边界将会形成曝光强弱相间的过渡区，影响显影后的图形尺寸和分辨率，增加烘烤后可以使曝光区和非曝光区之间的过度区域光刻胶形貌平缓。

6、光刻显影，通过曝光和曝光后烘后的光刻胶，在曝光区域形成潜在的图形，在显影液溶解冲水的作用下，形成光刻版上的光刻图形。具体的，对于正胶而言，曝光区的光刻胶形成羧酸，显影液呈碱性，可迅速中和逐层溶解；对于负胶而言，曝光区的光刻胶形成不溶于显影液的交联聚合物，未曝光区的光刻胶在显影液中形成凝胶体后迅速分解。

7、显影后烘，在显影后的高温处理主要是去除光刻胶中的剩余溶剂，增强光刻胶对硅片表面的附着力，提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀力和阻挡力，还可以减少光刻胶表面张力以减少缺陷，同时使光刻胶边缘轮廓得到修正。

8、光刻检查，线宽测量，显影后做光刻质量的检查。此时对于光刻工艺中重点项目如光刻版是否正确、光刻胶质量、图形质量、线宽、对偏等是否满足产品的要求进行检测。

9、返工或刻蚀，对于合格的硅片安排刻蚀，形成最终形貌，对于不符合要求的硅片，需要选择返工。返工的程序一般是先将光刻胶去除，再重做一遍光刻的步骤，最终形成满足产品要求的光刻图形。

对于光刻返工工艺中光刻胶的去除，常用的方法是湿法去胶和干法去胶。湿法去胶指的是使用液体浸润发生化学反应的方法，湿法去胶又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。有机溶液使用的是丙酮或者EBR（Edge Bead Rinse）清洗液。相对EBR清洗液，丙酮很容易出现去胶不尽的异常，但EBR清洗液使用成本比丙酮高的多。无机溶剂基本是含硫酸（H2SO4）和双氧水（H2O2）的混合液，使光刻胶中的碳元素氧化成为二氧化碳，但由于会腐蚀金属，所以无机溶液去胶方法一般只在金属层之前使用，且去胶时间较长，时间成本较高。