[发明专利]金属剥离工具和方法

说明书

技术领域

公开的是用于制造半导体器件的装置和方法；具体地，公开的是用于执行金属剥离（liftoff）工艺的装置和方法。

背景技术

在半导体和电子部件的制造中，通常存在两种类型的蚀刻工艺，用于在衬底上形成金属层和结构。“减成法（subtractive）”或“回蚀刻”方法是首先将金属沉积在整个衬底表面上，随后接着将抗蚀掩模图案化在金属的顶部上，继而通过湿蚀刻或干蚀刻将不想要的区域中的金属选择性地移除。“加成法（additive）”或“剥离”方法是进行金属剥离，其中首先将抗蚀剂图案化在衬底表面上，随后接着通过溅射沉积或蒸发方法沉积金属。继而，在合适的溶剂中溶解牺牲抗蚀剂层，从而将在抗蚀剂的顶部上的金属剥离以及仅留下衬底上的抗蚀剂开口区域中的金属。该“剥离”技术允许很容易地创建包括不同金属层的金属图案，而在“回蚀刻”方法中选择性地移除所有的金属层并不总是简单易做的。

发明内容

微构造（microstructuring）技术中的剥离工具和工艺用来在衬底（通常是半导体晶圆）的表面上使用牺牲材料（通常是光致抗蚀剂）创建由目标材料制成的集成电路和其他微器件结构。所述结构的尺度可在从纳米尺度直到厘米尺度的范围内变化，但是通常具有微米尺寸。

本发明的工具和方法用于从被加工的晶圆表面移除金属和/或其他层，以经由加成法工艺创建集成电路。待由所公开的金属剥离工具和方法加工的晶圆已被加工过以在牺牲模版层（例如，光致抗蚀剂）中创建相反的图案，所述牺牲模版层被沉积在晶圆（或其他衬底）的表面上。继而，蚀刻穿过牺牲层的开口，使得目标材料（尤其是金属）可被沉积在晶圆的表面上，位于那些待被创建最终图案的区域中。薄膜金属或薄层金属被沉积在晶圆的表面上，包括沉积在牺牲层和晶圆表面的暴露区域上。继而，所公开的工具和方法底切（undercut）牺牲材料（例如，溶剂中的光致抗蚀剂），且牺牲层顶部上的金属被剥离和移除。在剥离之后，薄层的金属仅以期望的图案留存在它与暴露的晶圆表面具有直接接触的区中。尽管所公开的是用于金属剥离和抗蚀剂剥去的装置和方法，但是为易于讨论，所述装置和方法主要关于金属剥离来讨论。

在某些实施方案中，金属剥离工具包括：浸没槽，用于接收晶圆盒，在该晶圆盒中带有晶圆，该浸没槽包括内部堰；升降机构，能够在该晶圆盒沉没在浸没槽内的流体中时抬升和降低该晶圆盒；低压高速主要喷洒器，用于剥去金属，所述主要喷洒器定位在该浸没槽的相对两侧处，相对的侧壁垂直于当所述晶圆位于浸没槽内的晶圆盒中时由晶圆的表面所限定的平面；以及次要喷洒器，能够提供压力平衡力，所述次要喷洒器定位在该浸没槽的底部处。晶圆提升插入件定位在该浸没槽的底部处，以接收和周期性地提升该盒内的晶圆。

在某些实施方案中，该金属剥离方法包括：将带有待被加工的晶圆的晶圆盒沉没在浸没槽内的流体中，该流体是用于移除或磨损在待被剥离的金属层下方的牺牲抗蚀剂层的液体溶剂。随着提升机构在浸没槽中降低该晶圆盒，靠近该浸没槽的底部的晶圆的边缘被周期性地插入到晶圆提升插入件的缝中。低压高速流体流从定位在该浸没槽的侧壁处的主要喷洒器在与晶圆表面平行的方向上喷洒，从而底切该抗蚀剂层，并且在该晶圆的整个表面上提供最大的金属剥去力。晶圆盒和晶圆在该浸没槽中被循环地抬升和降低并穿过来自该主要喷洒器的流体流，以提供完全的或基本上完全的金属剥离。流体从定位在该浸没槽的底部上的一个或多个流体喷射器被同时地和/或间歇地喷洒，以提供压力平衡力，该压力平衡力导致所剥去的金属的大部分向上移动至该浸没槽的顶部，并且从该内部堰流动至该外部堰。

存在若干当前可用的金属剥离工具和方法来执行金属剥离工艺，但是现有的工具和方法中的每一个都具有问题，所述问题通过在本文中公开的工具和方法的实施方案来克服。现有的单个晶圆旋转工具在晶圆的上部表面处于水平位置且所喷洒的溶剂相对于晶圆表面处于垂直角度的情况下使用。该移除工艺方法要求在单独的工具或槽中的很长的浸泡步骤，以允许金属下方的抗蚀剂层软化，以及金属层开始起皱。对于朝下的喷洒力，为将金属剥去，起皱效应是必要的。这对于高产量工艺是低效的，并且在晶圆表面上留下许多金属毛刺（flag）。此外，溶剂使用量非常高，且由于被剥离的金属粘结至工艺槽的壁，金属回收是当使用这些工具和方法时是普遍的问题。