去除光致抗蚀剂的方法和装置的制作方法

专利名称：去除光致抗蚀剂的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的形成。更具体地，本发明涉及光致抗蚀剂的去除。
背景技术：
在半导体晶片处理过程中，采用众所周知的图案化和蚀刻方法将所述半导体器件的特征定义(defined)在所述晶片中。采用光致抗蚀剂(PR)来保护所述晶片的一些区域， 使其不受化学品蚀刻，以便定义所述特征。光致抗蚀剂还可用作为离子注入掩模用于将掺杂剂注入到硅基底中。按照惯例，通过在后段制程(BEOL)处理(例如，在金属化后)中采用“湿”式处理去除光致抗蚀剂掩模，而在前段制程(FEOL)处理(例如，在使器件具有特征的离子注入后)中采用“干”式处理。然而，在所述BEOL处理中可采用干式剥离，而在FEOL 处理中可采用湿式剥离。可在下游环境或在直接低偏置电压等离子体中进行干式光致抗蚀剂剥离。在raOL处理中，在有源区(active area) (Si或SiGe)(掺杂或不掺杂的)进行各种水平的注入，然后剥离光致抗蚀剂以及剥离后清洁。
干式处理或湿式处理对有源区的影响是不利的，会产生预期的材料或掺杂剂损失。由于对有源区进行反复的剥离和反复的清洁或蚀刻处理，会发生材料损失。材料损失通常被定义为有效物质(例如硅或掺杂剂)转换为它们的非有效化合物(例如氧化物)。 当材料损失增大，各种器件特征(例如驱动电流、漏(leakage)、电阻率和短通道效应)也会发生变化。当器件几何形状减少45nm并减少超过45nm时，其中结点变得更浅且通过高通量、低能量离子注入进行更轻微的掺杂，器件对材料损失的敏感度增加得更明显。有源区特征是任何为获得最佳性能的器件的精密设计的部分，因此，由于FEOL处理(例如后离子注入剥离(PIIS))的材料损失可能对器件的性能有害。而且在所述光致抗蚀剂中注入的离子会化学修饰所述光致抗蚀剂的近表面区域，引起所述光致抗蚀剂的分解、交联等。所述化学修饰的区域形成硬壳，其中所述聚合物本质上可变成为石墨化。通常在上抗蚀剂区域和在暴露的侧壁形成所述硬壳。
为了避免在干式剥离处理中由于离子轰击造成的材料损失，也采用带有热硫酸的改良的湿式处理。然而，当存在所述壳，通常的湿式光致抗蚀剂剥离化学剂(例如热 Piranha溶液(H2SO4 = H2O2))不能很好的发挥作用。为了剥离所述壳，目前正在使用腐蚀性等离子体剥离化学剂，其通常包括高度氧化自由基。为了增强所述壳的剥离效果，可加热所述晶片，以及向所述等离子体加入含氟(F)的物质。然而，采用刺激性化学物(即还原反应或氟化反应)和/或氧化反应会导致Si材料以及掺杂剂和Ge损失，这影响了器件的性能。

发明内容
为实现前述的目的和根据本发明的目的，提供了用于从晶片上去除光致抗蚀剂的方法。在所述晶片上具有图案化的光致抗蚀剂层。提供了包含有硫(S)、氧(0)和氢(H)的工艺气体，在第一腔室中由所述工艺气体产生等离子体。富含自由基且少离子的反应介质从第一腔室流至放置有晶片的第二腔室。采用所述反应介质去除晶片上的图案化的光致抗蚀剂层，然后停止所述反应介质流进所述第二腔室。
在本发明的另一实施方式中，在设置在从等离子体向下流的反应介质的通道中的溶剂化区中引入水蒸汽，使得在反应介质到达所述晶片之前，所述水蒸汽溶剂化反应介质， 以形成溶剂化的团簇物质。采用所述溶剂化的反应介质去除所述光致抗蚀剂。所述溶剂化区设置在所述等离子体下游的第一腔室，且在所述反应介质进入所述第二腔室之前所述反应介质被溶剂化。或者，所述溶剂化区设置在所述第二腔室。
在本发明的另一实施方式中，提供了用于从晶片上去除光致抗蚀剂的装置。所述装置包括用于由工艺气体产生等离子体的第一腔室、气体源、第二腔室和反应介质分配区。 所述第一腔室具有进气口，所述气体源与所述进气口流体连接。所述气体源向第一腔室中提供包含有硫(S)、氧(0)和氢(H)的工艺气体。在其上具有图案化的光致抗蚀剂层的晶片被放置在所述第二腔室。所述反应介质分布部分使在所述第一腔室内由等离子体产生的富含自由基且少离子的反应介质流到第二腔室。在第二腔室或反应介质分布部分设置水蒸汽进气口。所述水蒸汽进气口引导水蒸汽进入设置在从所述等离子体向下流至晶片的反应介质的通道中的溶剂化区中，使得在所述反应介质到达晶片之前，水蒸汽溶剂化反应介质以形成溶剂化的团簇物质。所述水蒸汽进气口可包括被配置用于注入水蒸汽以在所述物质周围凝聚成团簇的喷嘴。
将在以下的本发明的具体实施方式
中并结合以下附图对本发明的这些以及其它特征进行更为详细的描述。


通过举例的方式且不是以限制的方式在附图的图中说明本发明，附图中相类似的参考数字是指相似的元件，且其中 图IA和IB为具有用于离子注入的光致抗蚀剂掩模的基底的实例的横截面示意图。
图2为在本发明的一实施方式中使用的方法的高阶流程图。
图3为本发明的一种实施方式中，可用于执行光致抗蚀剂去除的等离子体处理模块的横截面示意图。
图4A和4B示意图解说明了本发明的另一种实施方式中，可用于执行光致抗蚀剂的去除的、下游电感耦合等离子体处理模块的实例。
图5也示意图解说明了本发明的另一实施方式中，可用于执行光致抗蚀剂的去除的、下游电感耦合等离子体处理模块的另一实例。
图6也示意图解说明了本发明的另一实施方式中，可用于执行光致抗蚀剂的去除的、下游光致抗蚀剂剥离腔室(“下游腔室”)。
图7A-7C示意图解说明了本发明的一种实施方式中，可用于执行光致抗蚀剂的去除的具有温度控制功能的等离子体模块(剥离器模块)的其它实例。
图8为本发明的一种实施方式中，将反应介质从所述等离子体运送到晶片的溶剂化方法的流程图。
图9示意图解说明了本发明的一种实施方式中，具有另一水蒸汽进气口的所述等离子体处理模块的实例。
图10示意图解说明了本发明的一种实施方式中，采用注入口作为另外的水蒸汽进气口的等离子处理模块的另一实例。
图11A-12示意图解说明了本发明的一种实施方式中，具有水蒸汽进气口的等离子体处理模块的其它实例。
图13示意图解说明了所述等离子体模块的第二腔室包括一个以上的挡板(气体分配组件)的实例。
图14A-14B示意图解说明了本发明的实施方式中，采用另外的气体注入口作为水蒸汽进气口的等离子体处理模块的其它实例。
具体实施例方式现将根据如附图所示的本发明的一些优选实施方式对本发明进行详细的描述。在以下的说明书中，为了提供本发明的详尽了解，对众多的具体细节进行阐述。然而，对于本领域技术人员，不具有这些具体细节中的一些或全部即可实施本发明。在其它情况中，对公知的方法步骤和/或结构不进行详细的描述以避免不必要地使本发明不清楚。
图IA和IB示意图解说明了基底10的实例的横截面示意图，所述基底10具有用于离子注入的光致抗蚀剂掩模。所述基底10还可包括薄介电层14。如图IA所示，光致抗蚀剂掩模12具有定义注入掺杂剂的有源区16的若干个特征。如图IB所示，例如所述光致抗蚀剂掩模12还可用于(例如)保护ρ-型器件区18，同时通过离子注入形成用于η型器件的有源区20。在离子注入后，通过离子注入对所述光致抗蚀剂掩模的近表面区域进行化学修饰，形成覆盖大块部分M的硬壳22。
一般而言，通过在微波或RF释放区释放带有氟碳化合物添加物的氧来执行下游光致抗蚀剂的剥离。来自等离子体的自由基被传送至处理腔室，其中离子通常被留下。为了有助于可接受的反应速率，将所述晶片加热至高达300°C。通过将自由基(0)扩散至硅(这使硅转换成二氧化硅)使得在下游剥离过程中发生材料损失，其中高温会加大所述扩散。 或者，如果采用直接低偏置电位等离子体剥离，由于来自等离子体的带电物质(0+或O2+)渗透穿过所述薄介电层进入所述有源区而发生材料损失。
在两种类型的干式剥离中，自由基或离子与Si、Ge或掺杂物反应并基本上使它们丧失活性。针对所述化学物质的实例可以为氧化自由基，其可通过充足的热能被驱使穿过所述薄的介电层，以与有源区组分反应或消耗有源区组分。在干式剥离过程中，所述有源区组分被氧化或甚至被去除。所述作用的结果导致有源区Si或Ge的损失。还原物质(即氢) 可同样地有破坏性，会引起有源区中的材料损失，尽管这未经过氧化。此外，作为干式光致抗蚀剂去除的替代，已采用硫酸和过氧化物的水溶液(例如通称为SHARK的化学剂)来发展湿式方法，据称会引起硅损失的减少。然而，所述技术仍处于开发中，且当光致抗蚀剂变硬或当如上所述以更高剂量注入形成硬壳时，该技术运行效果不好。
因此，在FEOL后离子注入剥离处理中，本申请人已研究并开发出用于去除硬化的光致抗蚀剂(PR)层和剩余的大块光致抗蚀剂的方法，且不会对下置有源区(其可包括或不包括N或P掺杂物与/或Ge)之上的任何暴露的介电层有不利的影响(或不会去除所述任何暴露的介电层)。除了严格的材料损失目标外，需要所述剥离方法不会引起剩余层的硬化。
本发明的实施方式采用具有等离子体释放部分的下游等离子体模块，所述等离子体释放部分位于反应腔室上游。本发明的各实施方式采用包含硫(S)、氧(0)和氢(H)的新工艺气体。
为了便于理解，图2为本发明的实施方式中用于从基底去除光致抗蚀剂的方法的高阶流程图。所述晶片在其上具有图案化的光致抗蚀剂。在所述光致抗蚀剂去除之前所述光致抗蚀剂可用作为离子注入掩模，且可具有大块部分和覆盖该大块部分的壳部分，例如如图IA或IB所示。然而，应注意的是本发明还适用于其它光致抗蚀剂的去除，例如在BEOL 处理中的光致抗蚀剂剥离。再参考图2，提供含硫(S)、氧(0)和氢(H)的工艺气体(步骤 202)。例如，所述工艺气体可包含S02、H20和02。所述工艺气体还可包含含有氟的气体(例如NF6、NF3)或氟碳化合物(例如CF4)。更具体地，氟碳化合物可表示为CxFy (χ彡1，y彡1) 和/或CxFyHzU彡1，y彡1，ζ彡1)。所述源气体还可包括其它成分气体，例如H2和NH3。
在第一腔室中由所述工艺气体产生等离子体(步骤204)。可采用微波、感应放电 (RF能量)、DC放电或一些其它高密度游离远程源释放所述等离子体。富含自由基且少离子的反应介质从第一腔室流至放置有晶片的第二腔室(步骤206)。所述晶片在其上具有图案化的光致抗蚀剂层。采用所述反应介质去除所述图案化的光致抗蚀剂层(步骤208)。 然后，停止反应介质流入到所述第二腔室中(步骤210)。在采用所述反应介质去除光致抗蚀剂后可进行额外的清洁处理(步骤212)。
图3是根据本发明的一种实施方式所述的等离子体处理模块100的横截面示意图，所述等离子体处理模块100包括可用于执行光致抗蚀剂去除的等离子体腔室。所述等离子体腔室102包括腔室壁104和介电窗106。所述等离子体处理模块100包括用于将气体进给至腔室102中的进气口 108。排气口 110将气体从腔室102排出。电感源112，通常采用线圈形式定位在介电窗106上，是用于对位于所述腔室102内的进给气体赋予能量 (energize)并点燃位于腔室102内的等离子体。在该实例中，通过RF功率源114给电感源 112供电。
电感源112使腔室102内的等离子体形成具有主解离区116的等离子体。所述主解离区116是在腔室102内等离子体最有效解离进给气体的区。在电感源112采用连接到所述介电窗106的线圈的形式的情况中，主解离区116采取一般环形区域的形式，且位于在直接在所述电感源112的线圈下面的腔室102内。
所述等离子体处理模块100还可包括衬垫118 (例如石英衬垫)或任意其它可用的材料，用于保护所述等离子体腔室的室壁免受等离子体影响并减少中性自由基(例如0 或0H)的再结合。夹盘120被设置位于腔室102的底部，并被配置用于支撑半导体基底 122。如本领域中所公知的，可加热所述夹盘120以改善所述方法的效率。所述等离子体处理模块100还包括位于所述基底122上方的石英挡板124。所述挡板IM包括复数个(a plurality of)贯穿挡板124的开口，其使得任何流经腔室102的气体被再次分配，以至于与如果等离子体处理模块100不包括有挡板124的情况相比较，所述气体更均勻地流遍基板122。挡板IM部分屏蔽基底122，使其不直接暴露在等离子体中。因此，在该实例中，在挡板IM上方的等离子体腔室102被认为是第一腔室，而位于挡板IM下方的其中基底122 放置在夹盘120上的区域被认为是第二腔室。
根据本发明的一种实施方式，通过进气口 108引入含硫( 、氧(0)和氢(H)的新型气体组合(例如含有进给气体的工艺气体S02、H2O和O2)。采用H2O的目的之一是通过 “密封”悬挂的(Clangling)Si键使有源区硅钝化。其它的目的是产生相对大量(与氧自由基相比较)强效的试剂，其可攻击光致抗蚀剂内的碳，但不容易扩散至有源区硅。也可通过进气口 108将任选的含氟气体引入到位于等离子腔室102中的释放区(解离区116)。
在主解离区116中解离工艺气体，以便形成富含自由基且少离子的反应介质。在该说明书和权利要求书中，“富含自由基少离子”表示自由基浓度(自由基/cm3)比离子密度(离子/cm3)大至少E2(102)倍，优选大E5(105)倍，或更优选大E5 (105) MES(IOs)倍，这取决于压力、解离效率和再次结合率。例如，富含自由基且少离子的反应介质的离子密度可少于10E7(10X107)离子/cm3，优选少于10E6(10X106)离子/cm3，而自由基浓度的范围可以为 5E13 (5 X IO13)至 5E15 (5 X IO15)自由基 /cm3,优选为 1E14 (1 X IO14)至 1E15 (1 X IO15) 自由基/cm3。然而，当施加偏压时，如下文所述的，离子密度可在约10E9(10X109)至 10E10(10X1010)离子/cm3的范围中。所述富含自由基且少离子的反应介质还可包括大体上不存在有离子的反应介质。存在有伴随释放产物的反应，将形成各种强反应物质。这些化合物中的一些是强的还原剂，一些是非常强的供氢体，而其它是氧化剂。通过控制反应混合物，可平衡在有源区的氧化作用和还原作用，同时有效地分解光致抗蚀剂。带有作为进给气体的S02、H2O和&的等离子体将产生自由基HS04_ (带有硫酸性质的单硫酸盐自由基)，HS03_ (亚硫酸氢盐自由基)，H0_ (羟基自由基)，和0_(氧自由基)。HSO4^和HS03_是强供氢体，以至于可使光致抗蚀剂中的碳氢化。此外，HSO4-自由基是强氧化化合物，以至于其与H0—和0_ —起氧化弱化的碳。应注意的是，SO2,非其它的硫氧化物，需要与H2O —起存在，以促进适当的反应。IiSO;. I C C , H-C-C + SO.,· , CO - Oil - SO
I**] N 專.ι C、一SιS ； I —S I-Si *·" HC)； 如图3所示，所述富含自由基且少离子的反应介质从等离子体腔室102的主解离区116经挡板IM流至放置有基底122的反应区126。由于挡板IM部分屏蔽离子，使其不能达到基底，在该实例中反应区1 可被认为是第二腔室。采用反应介质去除基底122上的图案化的光致抗蚀剂层。
图4A示意图解说明根据本发明的另一实施方式中的下游的、电感耦合等离子体处理模块140，所述下游的、电感耦合等离子体处理模块140可用于执行光致抗蚀剂的去除。为解释的目的，在整个各种附图中，相同组件采用相同的参考数字，以便本领域普通技术人员在不需要额外的解释的情况下理解相似的组件及其功能。
通常等离子体处理模块140与上述的等离子体处理模块100类似，除了等离子体腔室102被等离子体约束板(plasma containment plate) 146分成用于等离子体产生及解离的第一(上)腔室142，与用于处理(光致抗蚀剂去除)的第二(下)腔室144，如图4A 所示。
类似于等离子体处理模块100，等离子体处理模块140包括用于使进给气体流入第一腔室142的进给气体进气口 108。排气口 110将气体从第二腔室144排出。电感源 112，在采用定位于介电窗106上方的线圈形式的这种情况中，用于给在第一腔室142内的进给气体提供能量并从该进给气体在第一腔室142内产生等离子体。在该实例中，由采用变压器耦合源形式的RF电源供应器114供给电感源112电力。通常电感源功率范围为约 250W至约5000W或更大。类似于前述实施方式，电感源112的具体结构和形状使等离子体在第一腔室142中具有主解离区116。在等离子体处理过程中，在第一腔室142和第二腔室 144中的气压可为约IOmT至约IOT或更大，但通常操作压力为约1T。对于300mm基底(晶片)，进给气体流量可为约每分钟100标准立方厘米(sccm)至约10，OOOsccm或更多。
使第一腔室142与第二腔室144相互连接的内部口 148大体上设置在包含等离子体的板146的中央处。内部口 148使在第一腔室142中产生的反应介质在基底122的处理过程中流入第二腔室144中。在挡板IM下方的反应区(在图4中未示出)可被认为是第二腔室的一部分，或者为第三腔室。
如图4A所示，可设置进给气体进气口 108，以便使注入第一腔室142中的任意进给气体如箭头所示主要经由主解离区116流向内部口 148。在第一腔室142中产生的等离子体从所述进给气体产生反应介质，且反应介质被从第一腔室经内部口 148传送至第二腔室。在该实施方式中，进给气体可为经气体进给进气口 108引入的S02、H20和02。也可经由气体进给进气口 108提供任选的含氟气体。
另外，腔室壁104与等离子体约束板146可接地。所述腔室壁的接地吸引任意带电物质，使其撞击腔室壁，从而有助于防止带电物质(离子)从第一腔室142流入第二腔室 144。
因此引入到第二腔室144中的反应介质进一步为富含自由基且少离子的，且优选根据本发明的实施方式，反应介质基本不包含有离子或带电粒子。
如图4A所示，第二腔室144具有位于基底122上方的石英挡板124。所述挡板124 包括贯穿挡板124的开口，其使流经第二腔室144的反应介质再次分配，比不含有挡板IM 时更均勻地分布在基板122上。
根据本发明的另一实施方式，一些进给气体被注入到等离子体释放区(解离区 116)，而其它气体被注入到所述释放区的下游。图4B示意图解说明了与等离子体处理模块140相似的等离子体处理模块160的另一实例，其中进给气体进气口 108的结构和内部口 148的结构不同，且在第二腔室144设置额外的注入口 150。在该实例中，大致在第一腔室142的顶端的中央处设置所述进给气体进气口 108，在等离子体约束板146的两侧(或周边)设置内部口 148。在第二腔室144的顶壁上设置额外的注入口 150。在该实例中，可经由进给气体进气口 108提供所有的进给气体。或者，可经由额外的注入口 150在等离子体的下游引入含氟气体至第二腔室144。其它特征与上述等离子体处理模块140的那些特征相类似。
图5示意图解说明根据本发明的另一实施方式的下游的、电感耦合等离子体处理模块180的另一实例，所述下游的、电感耦合等离子体处理模块180可用于执行光致抗蚀剂的去除。为说明的目的，在整个各种附图中，相同组件将使用相同的参考数字，以至于本领域普通技术人员在不需要额外的解释的情况下理解相似组件及其功能。
通常等离子体处理模块180与上述的等离子体处理模块140和160类似，除了内部口 148从第一腔室142的上部分向下延伸至第二腔室144，在第二腔室144的顶壁具有开 如图5所示，在第一腔室142设置进给气体进气口 108和内部口 148，以至于注入到第一腔室142中的任意进给气体基本经由主解离区116流向内部口 148。例如，气体进给进气口 108的开口与内部口 148的出口可设置位于第一腔室142横跨主解离区116的对立边上。此外，如图5所示，等离子体处理模块180还包括与内部口 148的通道连接的注入口 150，内部口 148位于第一腔室142的出口与第二腔室144的开口之间。
在第一腔室142中产生的等离子体从所述进给气体产生反应介质，且所述反应介质被从第一腔室142经内部口 148传送至第二腔室144。在该实施方式中，进给气体可为经气体进给进气口 108引入的S02、H20和02。可通过经由注入口 150引入到反应介质(其从第一腔室142被传送至第二腔室144)来在下游提供任选的含氟气体。应注意的是，注入口 150也可针对如下文关于本发明的其它实施方式所述的救助手段(salvation)被用于注入水蒸汽。
另外，可使也构成内部口 148的壁的腔室壁104和等离子体约束板146接地。所述腔室壁的接地吸引任意带电物质，使其撞击腔室壁，从而有助于防止带电物质(离子)从第一腔室142流入第二腔室144。
也可采用微波供电的下游等离子体处理腔室实施本发明。图6示意图解说明了本发明的一种实施方式中的下游光致抗蚀剂剥离腔室(“下游腔室”)300。下游腔室包括腔室壁302、腔室底部304和腔室顶端306，其定义腔室内部区域308。在靠近腔室底部304的腔室内部区域308内设置半导体晶片支撑结构(或“夹盘”)310。夹盘310可包括若干个用于升降放置在夹盘310上的用于处理的半导体晶片(或“晶片”)的升降销312。夹盘310 还可包括被配置成采用电力操作的加热器316。下游腔室300还包括排气系统(未图示)。
下游腔室300进一步包括位于腔室顶端306的喷头管(applicator tube) 320。喷头管320被配置成经由喷淋头322与腔室内部区域308开放式连通。工艺气体供应管线 324与喷头管320流体连通，以供应工艺气体。喷头管320的目的是将微波能量供应给进给气体且将解离的反应气体混合物传送至处理腔室300。喷头管320的形状不局限于图6中所示的形状，且喷头管可具有不同的形状例如一端带有开口的延长管。在本发明的一种实施方式中，优选的工艺气体包含硫( 、氧(0)、和氢(H)。例如，所述工艺气体包括作为进给气体的S02、H20和02。工艺气体可进一步包括含氟气体(例如NF6、NF3)或氟碳化合物(例如CF4)。更一般地，氟碳化合物可表示为CxFyU彡1，y彡1)和/或CxFyHzU彡1，y彡1， ζ > 1)。然而，工艺气体供应管线3M可被配置成用于实际上供应任何类型的工艺气体。
微波源供应器3 也与喷头管320连接，以向在喷头管320内的工艺气体供应微波功率。所述微波源产生等离子体并将工艺气体转换成含作为组成元素的自由基的反应介质。因此，喷头管可起第一腔室的作用，用于经等离子体产生反应介质。根据本发明的一种实施方式，带有SO2、H2O和A进给气体的等离子体将产生自由基HSO4_(带有硫酸性质的单硫酸盐自由基)，HS03_(亚硫酸氢盐自由基)，H0_(羟基自由基)，和0_(氧自由基)。所述自由基主要包括H自由基和0自由基。所述自由基经喷淋头322流至腔室内部区域308并流向晶片314。所述自由基各向同性地(即方向上一致均勻地)接触晶片314并反应以去除存在晶片314表面上的材料。HS04_和HS03_自由基是强供氢体，以至于其可使光致抗蚀剂中的碳氢化。另外，HSO4-自由基是强氧化化合物，以至于其与HO—和0_ —起使弱化的碳氧化。
图7A示意图解说明了根据本发明的一种实施方式的具有温度控制功能的等离子体模块(剥离器模块)400的其它实例。剥离器模块400包括等离子体源(其带有等离子体腔室)402和处理腔室408。等离子体源402供给工艺气体404能量，使其变成等离子体406，例如使用微波或RF-功率源。处理腔室408包括具有中央开口的腔室顶端410、固定在腔室顶端410中央开口处的气体分布组件412、内部腔室本体414、温度控制夹盘420 (其用于支撑其上的基底(晶片)422)、和外部腔室本体416(在其上可滑动安装内部腔室本体 414并围绕着内部腔室本体414的侧边)。剥离模块400还包括与其连接的排气单元450。 排气单元450可包括连接至真空泵456的隔离阀和节流阀454。等离子体模块还可包括一个或一个以上加热器似4和流体冷却通道426。
腔室顶端410的中央开口的进气口对齐等离子体源402的排气口。气体分布组件 412具有多个在其内形成的气体通路442，其被配置以至于从所述气体通路排放处理的气体被分散并均勻地散开。中央开口的排气口与气体通路442的进气口流体连通。内部腔室本体414位于气体分布组件的下方，且包括上腔室穹顶，所述上腔室穹顶具有流线型内表面以减少流动再循环和紊流，以及包括在夹盘420的圆周方向上围绕基底422和夹盘(支架)420的侧边部分。然而，本发明并不限于所述腔室的那些特定的结构。
在等离子体源(腔室)402中，由包含硫(S)、氧(0)和氢(H)的工艺气体(例如包含有进给气体so2、H2O和A和任选含氟气体的工艺气体)产生等离子体。富含自由基且少离子的反应介质由等离子体406经中央开口和气体分布组件412向下流至处理腔室408的内部腔室本体414中。
此外，可设置额外的气体注入口 440a，例如，穿过在内部腔室本体414和腔室顶端 410之间的空隙432，如图7B所示。在这种情况下，可经由气体注入口 440a引入任选的含氟气体至位于气体分布组件412的气体通路下游处的内部腔室本体。或者，如图7C所示， 可在气体分布组件412上方的锥形部分的等离子体源下游提供额外的气体注入口 440b，以便注入额外的包含有氟的气体。
根据本发明的一种实施方式，用于去除光致抗蚀剂的方法进一步包括在反应介质到达等离子体之前使其溶剂化。为了便于理解，从等离子体被传送至晶片(在图2中的步骤206的过程中)的反应介质的溶剂化方法的流程图。如图8所示，在注入区或溶剂化区引入水蒸汽(步骤220)，所述注入区或溶剂化区设置在反应介质从等离子体或等离子体源向下流至晶片的通道中。水受压通过喷嘴或喷孔，以确保在离子或自由基周围适度地凝聚成团簇。
在反应介质到达晶片之前，水蒸汽溶剂化反应介质以形成溶剂化的成团簇物质 (步骤22幻。完成簇聚(或溶剂化)的方法是通过经由精细喷孔注入水蒸汽，以至于发生少量的凝聚。这是围绕特定分子或离子的凝聚物。操作该下游注入，以使进入流动反应介质(释放流)中的水蒸汽能在等离子体中产生的反应介质物质的周围凝聚，以形成溶剂化的团簇。这些溶剂化的团簇包括若干水分子包围的活性自由基或离子。水分子的数目可为 3至约20，更一般的为2至100。
在该说明书和权利要求书中，当自由基被溶剂化时，这意味着在活性自由基的周围形成水分子的团簇，且水蒸汽被注入以及自由基被溶剂化的区是指溶剂化区。由于自由基被传送至晶片，在光致抗蚀剂的表面上的反应是微观含水的。团簇的形成取决于气体进给管线与注入区之间的压力差和喷孔的大小。所述自由基被溶剂化如 I1S()4- - > 2() — iCSar^H/.)),,;当发生适度凝聚时，数字η的范围是2至100。
如果溶剂化的水分子的数目够多，单个不带电的团簇可传送正电和负电离子H2S04+nH20 — {(SO42-) (H3O) +2 (H2O) n_2} 根据本发明的一种实施方式，在等离子体的第一腔室中下游设置溶剂化区，以便反应介质在进入第二腔室之前先被溶剂化。例如，如图9所示，在等离子体处理模块100 (图 3)设置额外的水蒸汽进气口 130，以便注入水蒸汽。在溶剂化区132溶剂化反应介质。在该实施方式中的溶剂化区与等离子体产生区靠得很近。这确保水和等离子体的最大的相互作用。应注意的是，如果溶剂化区过于靠近等离子体，可能会导致水分子的解离与团簇的破碎，因而应适当控制所述靠近。
根据本发明的另一实施方式，在第一腔室和第二腔室之间的反应介质的通道中设置溶剂化区。例如，如图10所示，在等离子体处理模块180(图5)中的注入口 150可用作为额外的水蒸汽进气口 130以注入水蒸汽。在内部口 148中溶剂化反应介质。将反应介质传送至第二腔室144时，所述溶剂化处理可继续。从等离子体产生区去除溶剂化区，以防止水蒸汽被解离及防止团簇的破碎。
根据本发明的另一种实施方式，在第二腔室设置溶剂化区，以便反应介质在到达晶片之前先被溶剂化。例如，如图IlA所示，可在等离子体处理模块140(图4A)设置额外的水蒸汽进气口 130，以注入水蒸汽。或者，如图IlB所示，在等离子体处理模块160(图4B) 中的额外的注入口 150可用作为额外的水蒸汽进气口 130以注入水蒸汽。此外，如图12所示，可在下游腔室(图6)设置额外的水蒸汽入口 130，以提供溶剂化区132。在这些实例的每一个中，在溶剂化区132溶剂化反应介质。由于如果溶剂化区过于靠近等离子体，等离子体可能会破碎所述团簇并甚至解离水，因此这些结构进一步将所述溶剂化区放置在等离子体源的下游，确保团簇的完整且不受等离子体的干扰。
图13示意图解说明了包括多于一个挡板(气体分布组件)的等离子体模块500 的第二腔室144。可在上挡板12 上方(水蒸汽进气口 130a)、位于两个挡板12 和124b 之间(水蒸汽进气口 130b)或下挡板124b下方(水蒸汽进气口 130c)设立额外的水蒸汽进气口。
此外，在等离子体处理模块400a (图7B)或400b (图7C)中，额外的气体注入口 440a或440b可用作为水蒸汽进气口 430a或430b，以便引入水蒸汽以溶剂化反应介质，如图14A与14B所示。如上文所讨论的，可将水蒸汽进气口 430a设置为穿过内部腔室本体 414与腔室顶端410之间的空隙432，以便内部腔室本体414内具有开口。在这种情况中，在内部腔室本体(第二腔室)414的溶剂化区132中溶剂化所述反应介质。或者，在等离子体 406下游、在气体分布组件412上方的锥形部分处设置额外的水蒸汽进气口 430b。在这种情况中，在反应介质经气体分布组件412进入内部腔室本体414之前，在溶剂化区132(锥形部分)将反应介质溶剂化。由于气体分布组件412将减小(或可能消除)离子流，在图 14A中的溶剂化区确保大部分的自由基被溶剂化。相比之下，图14B的结构确保溶剂化更大部分的离子，代价是解离水蒸汽或破碎团簇。气体分布组件412被配置成使最大量离子通过。换言之，在412中的分布孔足够大以确保离子通过。
此外，根据本发明的一种实施方式，可调节在等离子体406和溶剂化区132之间的距离。例如，在等离子体处理模块400a (图14A)或400b (图14B)中，可相对于水蒸汽进气口 430a或430b而升降锥形部分和等离子体源402。
根据本发明的另一实施方式，可允许来自等离子体的离子存在于反应介质中以达到晶片。目的是驱使来自等离子体的负离子进入溶剂化区并形成负离子团簇。由于负离子不会逃出等离子体并聚集在所述等离子体的中间，因此需要切断该等离子体以使负离子离开。这通过以脉冲方式开关等离子体来完成。也就是说，对喷头器402的微波或RF功率施予脉冲，且如果有偏压功率，那么也对该功率施加脉冲。通常关闭时间可为5至50微秒， 且通常打开时间可为5至200微秒。最好在低压下产生负离子。所述负离子被溶剂化并传送至晶片。负离子是极具反应性的氧化剂，因为它们在相应的自由基上具有额外的电子。 SO42^nH2O — {(SO4) (H20) J 2_ {(SO4) (H20) J 2^C-C — {C02 (H20) J + {S02 (H20) J 这可通过使第二腔室的出口孔足够大来实现。例如，在图14A-14B，气体分布组件 412可具有多个气体通路442 (所述气体通路442具有更大的孔)，以至于来自等离子体释放区406的离子通过较大的孔进入内部腔室本体(第二腔室)414。这同样能适用诸如处理模块100 (图9)，可扩大挡板124的开口。在处理模块140 (图11A)、处理模块160 (图11B)、 处理模块180(图10)中，使第一腔室142和第二腔室144(或反应腔室)相互连接的内部开口 148可被制作成足够大，以便让更多离子通过。同样地，在下游腔室300(图12)中，可使喷淋头322的孔变得更大。
此外，如果处理模块(例如处理模块160或180)包括针对下电极(夹盘)的RF 功率源，可提供偏压以吸引带电物质(离子)朝向晶片。所述偏压可具有13. 56MHz及以上的频率，例如27MHz。在这些情况中，挡板的孔也可变大。此外，可用脉冲方式触发所述产生等离子体的RF功率源以释放负离子。一般而言，连续的等离子体具有鞘(sheath)，其防止相对大的负离子通过鞘的边界。当关闭等离子体时，鞘瓦解且负离子被释放。例如在处理模块100(图10)中，石英挡板可被加偏压，以至于负离子将通过所述石英板。
除了负离子以外，也将传送正离子。离子例如H+和H3O+是强还原剂。负离子的氧化作用和正离子的还原作用的结合将有效地分解光致抗蚀剂，同时检查有源区硅的过度氧化作用或还原作用。
在本发明的所有那些实施方式中，采用添加氟碳化合物以帮助贯穿注入产生的硬壳。氟化物自由基和负离子是非常强的氧化剂，用于击破交联的碳键。
根据本发明的另一实施方式，为了控制对光致抗蚀剂剥离处理的影响(例如剥离率、剥离残留率、材料损失的量或其它一般晶片上的结果)，可改变引入工艺气体和水蒸汽的时间/顺序。当在与产生等离子体的第一腔室隔开的第二腔室中放置晶片，将工艺气体引入到第一腔室的时间也控制反应介质相对于水蒸汽注入而流入第二腔室的时间。
根据第一个实例，可同时将工艺气体和水蒸汽引入/注入到在腔室中的各个位置。在第二个实例中，首先注入水蒸汽，然后在延迟一定时间后，注入工艺气体。这可能具有不同的表面动力学性能(kinetics)，且可增强吸收。或者，先引入工艺气体，然后在延迟一定时间后，注入水蒸汽。该顺序也具有不同的表面动力学性能。根据第四个实例，首先注入水蒸汽，然后仅引入工艺气体(即再引入工艺气体过程中停止水蒸汽的注入)，接着注入水蒸汽而不引入工艺气体，等等。第四个实例是交替的处理，其中水蒸汽和工艺气体以交替和连续的方式引入。这可增强表面吸收和反应。也可控制各注入/引入步骤的顺序(“先注入水”或“先引入工艺气体”)和持续时间以让表面结果最优化。
根据本发明的另一实施方式，可向上述的任意实施方式的工艺气体化学品中加入稀释气体。
尽管已根据一些优选实施方式对本发明进行描述，但是可有替换、修改和各种等同的替代，它们均落入本发明的范围内。还应注意的是，有许多替换方法可执行本发明的方法和设备。因此打算将以下所附的权利要求书解释为包括所有替换、修改、变换及各种等同替代，它们均落入本发明的实质精神和范围内。
权利要求
1.用于从晶片上去除光致抗蚀剂的方法，所述方法包括 提供包含有硫(S)、氧(0)和氢(H)的工艺气体；在第一腔室中由所述工艺气体产生等离子体；富含自由基且少离子的反应介质从第一腔室流至放置有晶片的第二腔室，所述晶片在其上具有图案化的光致抗蚀剂层；采用所述反应介质去除所述图案化的光致抗蚀剂层；和停止所述反应介质流进所述第二腔室。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述工艺气体包括S02、H2O和02。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述工艺气体还包括含氟气体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述含氟气体包括氟碳化合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，还包括向溶剂化区注入含氟气体，所述溶剂化区设置在从所述等离子体向下流动的所述反应介质的通道中。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中不施加偏压。
7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，还包括应用RF功率源以产生具有13.56MHz 及以上的频率的偏压。
8.根据权利要求1-4任一项所述的方法，还包括 控制所述晶片的温度。
9.根据权利要求1-4任一项所述的方法，还包括以脉冲方式释放等离子体以使负离子被释放到所述反应介质中。
10.根据权利要求1-4任一项所述的方法，还包括将水蒸汽引入到设置在从所述等离子体向下流动的所述反应介质的通道中的溶剂化区中，以使得在所述反应介质到达晶片之前，水蒸汽溶剂化反应介质以形成溶剂化的团簇物质。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述溶剂化区设置在所述等离子体下游的所述第一腔室内，所述反应介质在进入所述第二腔室之前被溶剂化。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述溶剂化区设置在第二腔室内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述反应介质经由至少一气体分布组件而被传送至所述晶片，所述至少一气体分布组件具有多个允许所述反应介质流经其中的孔。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述气体分配组件的上方。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述气体分配组件的下方。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到两个气体分配组件之间。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括调节等离子体和溶剂化区之间的距离。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括以脉冲方式释放等离子体以使负离子被释放到所述反应介质中。
19.用于从晶片上去除光致抗蚀剂的装置，所述装置包括第一腔室，用于由工艺气体产生等离子体，所述第一腔室具有进气口 ；气体源，所述气体源与所述进气口流体连通，用于向所述第一腔室中提供包含有硫 (S)、氧(0)和氢(H)的工艺气体；第二腔室，用于放置所述晶片，在所述晶片上具有图案化的光致抗蚀剂层； 反应介质分布部分，用于使在所述第一腔室内由所述等离子体产生的富含自由基且少离子的反应介质流到所述第二腔室；和水蒸汽进气口，设置在第二腔室或反应介质分布部分，所述水蒸汽进气口弓I导水蒸汽进入设置在从所述等离子体流至所述晶片的所述反应介质的通道中的溶剂化区中，使得在所述反应介质到达所述晶片之前，所述水蒸汽溶剂化所述反应介质以形成溶剂化的团簇物质。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述水蒸汽进气口包括 配置喷嘴以注入所述水蒸汽以便在所述物质的周围凝聚成团簇。
21.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中不施加偏压。
22.根据权利要求1-5和21任一项所述的方法，还包括 应用RF功率源以产生具有13. 56MHz及以上的频率的偏压。
23.根据权利要求1-5和21-22任一项所述的方法，还包括 控制所述晶片的温度。
24.根据权利要求1-5和21-22任一项所述的方法，还包括以脉冲方式释放等离子体以使负离子被释放到所述反应介质中。
25.根据权利要求1-5和21-M任一项所述的方法，还包括将水蒸汽引入到设置在从所述等离子体向下流动的所述反应介质的通道中的溶剂化区中，以使得在所述反应介质到达所述晶片之前，所述水蒸汽溶剂化所述反应介质以形成溶剂化的团簇物质。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述溶剂化区设置在所述等离子体下游的所述第一腔室内，所述反应介质在其进入所述第二腔室之前被溶剂化。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述溶剂化区设置在所述第二腔室内。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述反应介质经由至少一气体分配组件而被传送至所述晶片，所述至少一气体分布组件具有多个允许所述反应介质流经其中的孔。
29.根据权利要求观所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述气体分配组件的上方。
30.根据权利要求观所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到所述气体分配组件的下方。
31.根据权利要求观所述的方法，其中所述水蒸汽被注入到两个气体分配组件之间。
32.根据权利要求25-31任一项所述的方法，还包括 调节所述等离子体和所述溶剂化区之间的距离。
33.根据权利要求25-32任一项所述的方法，还包括以脉冲方式释放等离子体以使负离子被释放到所述反应介质中。
全文摘要
从晶片上去除光致抗蚀剂的方法和设备。提供包含有硫(S)、氧(O)和氢(H)的工艺气体，且在第一腔室中由所述工艺气体产生等离子体。富含自由基且少离子的反应介质从第一腔室流至放置有晶片的第二腔室。采用所述反应介质去除晶片上的图案化的光致抗蚀剂层，然后停止所述反应介质流进所述第二腔室。可在设置在从等离子体向下流的反应介质的通道中的溶剂化区中引入水蒸汽，使得在反应介质到达所述晶片之前所述水蒸汽溶剂化反应介质，以形成溶剂化的团簇物质。采用溶剂化反应介质去除光致抗蚀剂。
文档编号H01L21/3065GK102187438SQ200980141318
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月8日 优先权日2008年10月23日
发明者罗伯特·P·谢比, 雅罗斯瓦夫·W·温尼克泽克 申请人:朗姆研究公司