专利名称：使用二氧化碳喷雾选择性除去金属膜层的方法
技术领域：
本发明涉及使用二氧化碳喷雾流选择性除去在晶片、集成电路、模板(mask)等基材的“剥离”(lift off)过程中聚集的金属膜层的方法。
背景技术：
在集成电路的加工过程以及其它过程中，在基材上形成图案导体层的常见方法是这样一个过程通常包括将一个光刻胶层沉积到已制成图案的基材上，以使光刻胶覆盖无导体材料涂层的基材部分。通常对光刻胶层进行曝光和显影，以使在金属层覆盖整个表面时，沉积于光刻胶层上部的金属层部分与直接沉积到基材上的金属层(导体部分)是不连续的。这类不连续部分通常通过对用于确定带有底切轮廓的未覆盖区域的光刻胶的已图案化边墙进行显影而得到。为了完成制作图案的过程，必须除去沉积在光刻胶层上的不需要的金属层和光刻胶本身，而在基材上留下导体部分。
现有工艺显示了在这类工艺中除去金属和光刻胶层的多种方法。已知的传统方法包括在除去预定的金属层之前首先将基材在合适的溶液中浸透若干小时，以使溶液能通过边缘渗透到光刻胶中，因为金属层阻碍了溶液与光刻胶的接触。有多种不同的方法试图提高除去这些层的速度。例如，Casey等在USP 4,662,989中通过在金属膜层使用具有完全不同热膨胀性质的材料附加层以激发应力，导致金属膜层出现裂缝从而增加溶剂渗透，以更有效、更快地溶解光刻胶层。
McCune Jr.等在USP 4,871,651中使整个基材处于相当低的温度，优选将其浸渍在液氮池中，从而通过强大的热应力除去不需要的金属和光刻胶层，由于光刻胶层和基材具有不同的热膨胀性质，从而在光刻胶和基材界面间出现拉伸裂缝。虽然McCune Jr.提出的方法比传统的溶剂浸透方法所用时间更短，但是该方法需要将整个基材全部置于低温才能获得有效的张力；同时，McCune过程可能需要干燥过程除去从液氮池中取出基材后出现的冷凝水。同时McCune也没有提供金属膜层去除后金属的处理方法，这可能使液氮池充满金属颗粒，从而增加金属重新沉积到基材上的可能性。
Hayashi的美国专利USP 4,631,250描述了一种利用二氧化碳颗粒喷雾喷射膜从而从基材表面去除覆盖膜的过程。为了获得除去膜层所需的力和摩擦性质，冷却二氧化碳并利用氮气在喷射源处与二氧化碳混合以提高其速度。此外，二氧化碳颗粒也可以和细冰颗粒混合以增加喷雾的摩擦性质。Hayashi提出的方法也许适应于从基材表面除去烘过的光刻胶模板，但是，Hayashi提出的二氧化碳粒子轰击方法可能大大损坏金属导体部分，因为根据受力和摩擦性质，该方法将可能无法避免会除去不需要除去的导体部分。
根据前面描述的现有工艺，需要一个在剥离图案过程中选择性除去聚集的金属层而不损坏导体部分的改进工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以选择性地除去晶片图案化过程中在光刻胶层上聚集的金属层，而不损坏沉积的金属导体部分的改进工艺。
根据本发明的一个方面，提供一种选择性除去基材图案化过程期间聚集在光刻胶层上的金属层的方法，包括下列步骤产生一股高压二氧化碳雪粒流；提供一种包括光刻胶层、在所说光刻胶层之上的金属膜层、和金属导体部分的基材，所说金属膜层和金属导体部分具有类似的组分而且彼此不连续，所说金属导体部分和所说基材表面接触；将所说的二氧化碳流施用到所说金属膜层，从而快速冷却所说金属膜层，并导致所说金属膜层部分从所说光刻胶层上松解、剥离并脱落，同时剩余的所说金属导体部分完好。
将所说二氧化碳流施用到所说金属层会使所说光刻胶层产生热震从而在所说金属层表面生成多个裂缝。裂缝通常包括至少一个松散的金属边界。
优选进一步采取如下步骤将所说二氧化碳流对准所说裂缝，优选对准所说金属边界，以使所说流使所说金属膜层的其它部分从所说光刻胶层松解、剥离并脱落；和将所说喷雾连续施用到所说基材直到从所说光刻胶层除去整个金属膜层。
也可以提供进一步的步骤，将所说喷雾进一步连续施用到所说光刻胶层的步骤，从而除去所说光刻胶层的表面层，而剩余残留的光刻胶层。优选利用二氧化碳雪粒连续处理表面冲蚀掉光刻胶，从而除去金属化过程中生成的所有深度交联层。
根据本发明的另一个方面，优选的是基材的温度被升高并维持在明显高于环境温度的温度。通过使基材保持在该较高的温度，使二氧化碳喷雾流将光刻胶层上的金属膜层除去，并有利于光刻胶层去除，同时保持直接连接到基材的金属导体部分完好。其原因主要由于直接连接到基材的金属具有好的热接触所以保持了其温度，但是光刻胶层上的金属和光刻胶层却不是这样，其会冷却并出现不同收缩、和/或裂缝和脱落，从而被除去。
除去的金属层和/或光刻胶层部分可以收集到过滤器中。优选的是在除去金属层和光刻胶的表面层之后，采用光刻胶剥离过程(strip)如简单的化学剥离过程，如使用丙酮、NMP或干灰化(dry ashing)过程，以完全除去所有残留的光刻胶，剩下带有未受损导体部分的基材。
本发明的一个优点是该方法可以快速除去在基材上形成图案化金属导体层期间聚集在光刻胶层上的金属膜层而不破坏金属导体部分。该方法并不是通过加入会在金属层生成微裂纹的附加材料如附加金属层而实现的，也不是让整个基材受到极端的应力如通过浸入氮气池或将整个晶片置于低温下而实现的。另一个优点是在消除金属纵梁(stringers)和盖膜(veils)的过程中通常也能剥离厚金属膜或相当窄的和距离很近的金属线。该方法同时也可以除去深度交联的表层、结构，诱发下层光刻胶的裂纹，从而加快溶剂吸收和快速去除光刻胶。当结合干灰化过程剥离光刻胶时，作为完全干燥的过程，本发明具有明显的优点。
下面将描述本发明的其它特征，或者通过下列详细描述使本发明的特征更明了。
为了更清楚地理解本发明，下面将结合附图，利用实施例的方式详细描述本发明的优选实施方式。其中图1为金属化过程后典型的图案化晶片的示意图；图2为将二氧化碳喷雾施用到典型图案化晶片的金属层以及金属膜层的初始松解阶段的示意图；图3为使用本发明优选方法之前的金属化后的晶片的显微照片；图4为显示当使用本发明的优选方法除去光刻胶上的一部分金属层时二氧化碳雪粒喷雾的最初松解行为的显微照片；图5为显示通过使用本发明的优选方法暴露出的底切区域的显微照片；图6为经本发明的优选方法处理之后以及残留光刻胶经化学剥离后的晶片的显微照片；图7为黄金金属导体部分边缘的SEM照片，该照片证实在经过本发明的优选方法处理后，设备没有受到损坏；图8为经过本发明的优选方法处理后黄金金属导体部分边缘的SEM照片。
具体实施例方式
图1显示了一个典型的晶片，该晶片施用了一个典型的剥离过程形成图案化的导体层。在这个剥离过程中，至少一层光刻胶材料10沉积在晶片基材12的没有导体材料的部分上。光刻胶按下列方式曝光和显影一旦在金属化步骤中金属膜材料沉积在整个基材表面，沉积在光刻胶层上的金属膜层14与直接沉积在基材上的金属导体部分16将是不连续的。这样就可以接着除去光刻胶上的金属膜层14，而将金属导体16完好地保留在基材上，如图案化过程所希望的那样。
金属导体部分16与金属层14之间的不连续性优选通过应用光刻胶层实现，以使限定基材12的未覆盖区的光刻胶的边墙18具有底切轮廓。接下来的步骤是加入沉积到整个表面上的金属导体材料。因为光刻胶的边墙具有底切轮廓，所以可以实现光刻胶层10上沉积的金属层14与直接用于基材的金属导体部分16之间的理想的不连续性。
更优选地，可以使用ECO-SNOWTMCO2喷射系统(Jet Spray System)，通过喷射喷嘴和孔口组件将保存在原料罐中的压缩的液态二氧化碳在上面提到的预定压力下喷出，生成并使用二氧化碳喷雾或雪粒。生成和使用二氧化碳雪粒的设备以及可用的二氧化碳净化/处理设备的实例的详细情况完整描述于授予本发明的受让人的名称为“精密喷射净化系统”的美国专利USP5,315,793中以及名称为“环境控制设备”的USP 5,326,560中，在此将这些专利的内容作为参考并入本专利。虽然这些专利称述的是净化设备，但是它们也可以使用于本发明的过程中。
特别地，使用本受让人的商品名为ECO-SNOWTMACS 1600 Jet SpraySystem的ECO-SNOWTMCO2喷雾系统试验了本发明的过程。在所说试验过程中，GaAs晶片保持在60℃。测试的晶片包括相邻0.97微米厚的光刻胶层和由钛(250埃)铂(500埃)和金(5200埃)组成的金属层。
如图1和2所示，基材12最好在净化设备上(未示出)处理。释放雪粒喷雾的喷嘴孔口组件19对准基材和它的金属膜层14的表面，其角度最好为30度。该角度可在10到40度之间改变。二氧化碳喷雾20导致金属膜层14和光刻胶层10的热膨胀系数不匹配，导致金属层部分14a从光刻胶层10上松解。喷雾20的气相粒子与松解下的金属层部分14a之间的动量传递使得松解的金属部分14a从光刻胶表面清除下来。图3和4显示经过了剥离的图案化过程的测试晶片30的显微照片(包括导体部分16、金属层14和光刻胶层10)。图4显示除去光刻胶层10上的一部分金属层14时二氧化碳雪粒喷雾的最初松解行为。
二氧化碳雪粒的连续施用引起光刻胶层的热震，从而使金属层14最初松解之后的任何剩余金属部分出现大的裂缝。通常情况下，这些大的裂缝包括金属边缘34，最好将喷雾直接对准该处。在最佳角度30度将二氧化碳流对准剩余金属层的裂缝，使所说金属的剩余部分脱落并引发光刻胶部分的去除。图5显示了使用本发明的方法除去金属层之后的测试晶片30部分的显微照片。二氧化碳雪粒的进一步连续施用将冲蚀光刻胶层10并除去在金属化过程中生成的所有交联层。
可以通过光刻胶剥离过程除去光刻胶层10a的残留部分，该剥离过程可以是简单的化学剥离如利用丙酮完全除去所有残留的光刻胶部分。也可以通过进一步使用二氧化碳喷雾至少部分实现该过程。图6为使用二氧化碳喷雾之后以及残留光刻胶使用化学剥离之后测试晶片的金属化晶片表面的显微照片。光刻胶剥离过程也可以通过干灰化实现，该过程为本领域熟知的工艺，它可以保证在基材表面不会出现再凝聚。如果确实使用干灰化工艺进行光刻胶剥离，该过程是完全干燥的，这样也增加了过程的效率。
与现有已知的晶片净化过程相反，在上述描述的整个过程中，优选在二氧化碳喷雾去除工艺的整个过程中使用加热器将基材加热到60℃，并维持所说的温度，在本试验中使用一个750瓦的电热炉，在基材上保持固定的热源。将温度保持在一个较高的温度可以提供必须的热应力以引起光刻胶上金属膜的裂化和剥离，而不破坏直接置于晶片上的金属导体部分。如果晶片温度保持在30到100℃，将能有效地选择性除去金属膜。没有这个较高的温度，就不能有效地选择性除去膜层，因为只有当二氧化碳喷雾温度和基材温度差在100℃范围时，光刻胶层和金属层之间的热膨胀差才显著提高。
采用本发明优选方法处理的测试晶片显示在上述金属膜去除过程中金属导体部分保持完好无损。例如，图7和图8是扫描电镜图(SEM)，显示了经过本发明所说工艺处理后在剩余晶片上的黄金金属导体部分36，该部分并无损坏。
此外，根据优选的方法，可以通过高效微粒空气过滤器(HEPA)或超低微粒空气过滤器(ULPA)收集松解和剥离的金属部分以便去除和处理。同样地，可以收集利用二氧化碳喷雾去除的光刻胶层。
应当理解，上述描述仅涉及实施例形式的优选实施方式。本领域的技术人员很容易理解，可以对本发明进行各种改进，这样的改进无论其特意描述与否都不超出本发明所描述和要求的范围。
例如，在实施本发明时，可以使用其它的低温材料如一氧化二氮、氩气和氙等代替二氧化碳。待处理的基材的温度可以以可使金属膜层选择性去除同时保持导体部分完好的任何方式进行操作。可以使用任何设备提供必要的低温喷雾，不限于本发明描述的ECO-SNOW晶片净化系统。本发明方法已被证明可以有效处理各种金属如金、银、铂、钛和铜，也可以用于除去由各种熟悉半导体制造领域的技术人员都知道的合适的金属组成的膜层。本发明提供的方法也可进一步被用于阴极板开发、正极板开发和“Low K”光刻胶层以及熟悉半导体制造领域的技术人员熟知的任何其它可用的光刻胶层。
权利要求
1.一种用于选择性除去基材图案化过程期间聚集在光刻胶层的金属层的方法，包括下列步骤生成一股高压二氧化碳雪粉流；提供一种基材，所述基材包括光刻胶层、在所说光刻胶层上的金属膜层、以及与所说基材表面接触的金属导体部分，所说金属膜层和金属导体部分具有类似的组成且彼此不连续；将所说的二氧化碳流施用到所说金属膜层，从而快速冷却所说金属膜层，并导致所说金属膜层部分从所说光刻胶层上松解、剥离并脱落，同时剩余的所说金属导体部分完好。
2.如权利要求1所述的方法，其中所说二氧化碳流施用于所说金属膜层使得所说光刻胶层出现热震，在所说金属膜层表面生成多个裂缝；和进一步包括下列步骤将所说流指向所说裂缝以使所说流使所说金属膜层的其它部分从所说光刻胶层松解、剥离并脱落；和将所说喷雾连续施用到所说基材直到从所说光刻胶层除去整个金属膜层。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括将所说喷雾进一步连续施用到所说光刻胶层的步骤，从而除去所说光刻胶层的表面层，而剩余残留的光刻胶层。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括下列步骤将光刻胶剥离过程施用于残留的光刻胶层，剩余所说金属导体部分完好，从而除去所说残留的光刻胶层。
5.如权利要求4所述的方法，其中所说光刻胶剥离过程为化学剥离。
6.如权利要求5所述的方法，其中所说化学剥离使用丙酮。
7.如权利要求4所述的方法，其中所说光刻胶剥离过程包括干灰化过程。
8.一种如权利要求1所述的方法，由此使所说基材在一个封闭的处理装置中处理。
9.一种如权利要求1所述的方法，由此使所说松解的金属膜层部分被收集在过滤器中。
10.一种如权利要求1所述的方法，其中基材的温度被升高并维持在环境温度之上。
11.一种如权利要求10所述的方法，其中所说温度是60℃。
12.一种如权利要求11所述的方法，其中所说温度在30至100℃的范围内。
13.一种如权利要求1所述的方法，其中所说流以10至40度范围的角度被施用到所说金属膜层。
14.一种如权利要求1所述的方法，其中所说流以30度的角度被施用到所说金属膜层。
全文摘要
本发明提供一种方法，该方法在基材处理过程中使用二氧化碳喷雾流(20)选择性除去聚集在光刻胶层(10)上的金属膜层(14)，该方法并不干扰导体部分。对金属膜层施以一股稳定的高压二氧化碳“雪粉”流(20)，从而可快速冷却所说光刻胶层顶部的金属层，使其快速收缩、松解，并与下面的光刻胶层剥离。升高基材的温度至明显高于室温并保持。连续使用二氧化碳喷雾使金属层下的光刻胶受到热震，从而使剩余的金属层部分上出现大的裂缝，所说的裂缝通常包括至少一个疏松的金属边。向裂缝连续施用二氧化碳喷雾，从而使余下的金属部分脱落，剩下裸露的光刻胶以及底层的表面特征。最好用二氧化碳雪粉粒子连续进行表面处理冲蚀光刻胶的表面层和金属化工艺过程中生成的深度交联层。在除去光刻胶的金属层和表面层之后，利用简单的化学剥离，如使用丙酮，完全除去所有余下的光刻胶层，剩下带有未被损坏的导体部分的晶片。
文档编号H01L21/3213GK1502118SQ01815460
公开日2004年6月2日 申请日期2001年9月12日 优先权日2000年9月12日
发明者C·W·鲍尔斯, C W 鲍尔斯 申请人:Boc有限公司