专利名称：水蒸汽作为处理气，用于离子植入后抗蚀剂剥离中硬壳、抗蚀剂和残渣的去除的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及半导体制作，更具体地，涉及使用水蒸汽作为处理气，从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法和装置，其中该衬底上具有曾作为离子植入掩模的带有图案的光致抗蚀剂层。
背景技术：
在半导体制造过程中，在例如硅的材料构成的半导体晶片(“晶片”)上形成集成电路。为了在晶片上形成集成电路，需要制作大量(例如，数以百万的)电子器件，例如各种类型的电阻、二极管、电容以及晶体管。电子器件的制作过程包括在晶片上的确定位置处沉积、去除、以及植入材料。通常采用被称为光刻的过程，在晶片上的确定位置处进行沉积、去除、以及植入材料。
在光刻过程中，首先将光致抗蚀剂材料沉积到晶片上。然后，用经分划板过滤的光线对光致抗蚀剂材料进行曝光。分划板通常是一块玻璃板，其上具有带会阻止光通过分划板的示例特征几何图形的图案。光线在通过分划板之后接触光致抗蚀剂材料的表面。光线将改变曝光后的光致抗蚀剂材料的化学组成。对于阳性光致抗蚀剂材料来说，曝光将导致曝光后的光致抗蚀剂材料不溶于显影溶液。相反，对于阴性光致抗蚀剂材料来说，曝光可使曝光后的光致抗蚀剂材料溶于显影溶液。在曝光之后，光致抗蚀剂材料的可溶区域将被去除，而留下带有图案的光致抗蚀剂层。
然后，在晶片没有被有图案的光致抗蚀剂层覆盖的区域上，对晶片进行处理以沉积、去除，或者植入材料。处理过晶片之后，在称为光致抗蚀剂剥离的过程中，将带有图案的光致抗蚀剂层从晶片上去除掉。在光致抗蚀剂剥离过程中，彻底去除光致抗蚀剂材料是很重要的，因为，晶片表面上残留的光致抗蚀剂材料将使集成电路存在缺陷。而且，光致抗蚀剂剥离过程必须仔细进行，以免破坏晶片上的电子器件。
与许多其它的晶片制作过程一样，离子植入过程利用光刻技术来保护晶片上不需植入离子的特定区域。然而，离子植入过程带来了在接下来的光致抗蚀剂剥离过程中去除光致抗蚀剂材料的难题。特别地，在离子植入的过程中，离子渗入光致抗蚀剂材料的外部区域，使光致抗蚀剂材料外部区域的化学键发生交联。因此，光致抗蚀剂材料的交联外部区域形成光致抗蚀剂硬壳，其在剥离光致抗蚀剂的过程中是很难去除的。
图1A是现有技术的带有图案的光致抗蚀剂层的截面示意图，其中该光致抗蚀剂层曾经作为离子植入掩模。在离子植入过程中，将离子131植入到衬底材料121的靶区129中，其中没有光致抗蚀剂材料保护该靶区129。离子131进入光致抗蚀剂材料后，使光致抗蚀剂材料的化学键发生交联。由于离子131仅仅渗入到光致抗蚀剂材料中有限的距离，因此仅在光致抗蚀剂材料的外部附近发现交联光致抗蚀剂。交联光致抗蚀剂通常被称为光致抗蚀剂硬壳。光致抗蚀剂硬壳典型地表征为顶部光致抗蚀剂硬壳125和侧面光致抗蚀剂硬壳127。通常，光致抗蚀剂硬壳的厚度取决于光致抗蚀剂材料中植入种的剂量，以及离子植入的能量。因为离子通常是沿着向下的方向轰击光致抗蚀剂材料的，所以顶部光致抗蚀剂硬壳125通常比侧面光致抗蚀剂硬壳127厚。在光致抗蚀剂硬壳下面的未受影响的光致抗蚀剂材料称为松(bulk)光致抗蚀剂材料123。
与离子植入过程不同，在晶片制作过程中所使用的光致抗蚀剂材料剥离过程通常包括，将光致抗蚀剂材料加热到足够高的温度，以便通过挥发作用去除光致抗蚀剂材料。高温光致抗蚀剂剥离过程通常称为灰化。然而，灰化对于剥离曾作为离子植入掩模的光致抗蚀剂材料来说并不适用。具体地说，光致抗蚀剂硬壳能够抵御灰化过程。随着温度升高，位于光致抗蚀剂硬壳下面的挥发性松光致抗蚀剂部分的压力也随之增加。最后，当温度足够高时，松光致抗蚀剂部分将从光致抗蚀剂硬壳处“爆裂”。这种“爆裂”将使得光致抗蚀剂硬壳的碎片遍布到晶片上和腔室。光致抗蚀剂硬壳碎片牢固的粘贴到晶片上。因此，就算不是不可能的，从晶片上去除光致抗蚀剂硬壳碎片也将很难。而且，离子植入过程经常选用类似于砷的元素，当光致抗蚀剂硬壳碎片含有这些元素，并且从腔室清除这些碎片时，将是非常危险性。因此，去除光致抗蚀剂硬壳通常在足够低的温度下进行，以免造成爆裂。
图1B是表示现有技术中松光致抗蚀剂部分从顶部光致抗蚀剂硬壳处爆裂问题的示意图。如图所示，松光致抗蚀剂部分123从顶部光致抗蚀剂硬壳125上的位置141处爆裂。所产生的顶部光致抗蚀剂碎片143粘贴到衬底材料121上。
在低温下剥离光致抗蚀剂硬壳，典型地是通过使光致抗蚀剂硬壳暴露在自由基中实现的，这些自由基是由例如O2∶N2H2、O2∶N2∶CF4、NH3、O2、O2∶CF4和O2∶Cl2的多种处理气形成的，其中“”表示气体混合。自由基可以打破光致抗蚀剂硬壳的交联化学键，因此能够去除光致抗蚀剂硬壳。在低温下，使用这些处理气剥离光致抗蚀剂通常需要很长时间，从而降低了晶片的产量。而且，使用某些处理气，例如N2H2、NH3和Cl2，通常涉及特殊要求以及安全特性，这些将增加晶片处理设备的资金成本。此外，使用这些处理气剥离光致抗蚀剂常常产生这样的问题，侧面光致抗蚀剂硬壳比顶部光致抗蚀剂硬壳先去除，进而从顶部光致抗蚀剂硬壳的下面去除松光致抗蚀剂部分。这种问题通常称为“松光致抗蚀剂底切(undercut)”。
图1C是显示此现有技术中侧面光致抗蚀剂硬壳去除后引起松光致抗蚀剂的底切问题的示意图。侧面光致抗蚀剂硬壳(未示出)先于顶部光致抗蚀剂硬壳127被去除。去除侧面光致抗蚀剂硬壳后，松光致抗蚀剂部分123将暴露在自由基中。松光致抗蚀剂部分123暴露在自由基中，并且松光致抗蚀剂部分123具有挥发性，从而产生了底切151区域。底切区域151留下顶部光致抗蚀剂硬壳127，并且该顶部光致抗蚀剂硬壳127容易断开或者落到衬底材料121上。如果接触衬底材料121，顶部光致抗蚀剂硬壳127将牢固地粘贴到衬底材料上，从而难以去除它。
综上所述，需要提供一种方法和装置，用于剥离曾作为离子植入掩模的光致抗蚀剂材料。具体地说，通过使用能够更有效、更经济地剥离光致抗蚀剂材料的处理气，同时避免爆裂以及松光致抗蚀剂的底切，该方法和装置可以克服
发明内容
广义地说，本发明通过提供一种装置和方法，使用H2O蒸汽作为处理气，从具有曾作为离子植入掩模的带图案光致抗蚀剂层的衬底上剥离光致抗蚀剂材料，从而满足上述需要。该带图案的光致抗蚀剂层表征为，覆盖在松光致抗蚀剂部分上的光致抗蚀剂硬壳。应当理解，本发明可以采用不同方式来实现，包括过程、装置、系统、设备、或者方法。下面将描述本发明的多个实施方案。
在一个实施方案中，公开了一种在腔室中从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法。该方法包括，提供具有带图案的光致抗蚀剂层的衬底，该光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模。在离子植入过程中，前面所使用的带图案的光致抗蚀剂层在该带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳。因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定。依照该方法，将衬底放在腔室中，并且在该腔室中加热。该方法进一步包括，提供水蒸汽，并且使水蒸汽转变为活性状态的H和活性状态的O。活性状态的H和O与光致抗蚀剂硬壳进行反应，以便从带有图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分上去除光致抗蚀剂硬壳。
在另一个实施方案中，公开了一种在腔室中从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法。该衬底上具有曾作为离子植入掩模的带图案的光致抗蚀剂层，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳。因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定。将衬底放在腔室的卡盘上。该方法包括，向施加管中送入水蒸汽，并且对施加管中的水蒸汽施加微波能量。水蒸汽转变为H自由基和O自由基。该方法进一步包括，使H自由基和O自由基从施加管流动到衬底上。当与衬底接触时，H自由基和O自由基与光致抗蚀剂硬壳进行反应，并且从带图案的光致抗蚀剂层上松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。
在另一个实施方案中，公开了一种在腔室中从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法。该衬底上具有曾作为离子植入掩模的带图案的光致抗蚀剂层，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳。因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定。将衬底放在腔室的卡盘上。该方法包括，向腔室送入水蒸汽。依照该方法，对腔室的水蒸汽施加射频能量，从而使水蒸汽转变为含有H离子、H自由基、O离子和O自由基的等离子体。该方法进一步包括，向卡盘施加偏压，从而把H离子和O离子吸引到衬底上。当与衬底接触时，H离子和O离子与光致抗蚀剂硬壳进行反应，并且从带图案的光致抗蚀剂层上松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。
在另一个实施方案中，公开了一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置。该装置包括具有内部区域的腔室，并且该内部区域用于容纳等离子体。在该腔室内部区域中设置半导体晶片支撑结构。半导体晶片支撑机构用于夹持半导体晶片，并使其暴露在等离子体中。水蒸汽供应管线用于将水蒸汽输送至等离子体生成区域。该装置进一步包括能量源，用于在等离子体生成区域中产生等离子体。等离子体生成区域用于向腔室内部区域输送等离子体。
在另一个实施方案中，公开了一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置。该装置包括具有内部区域的腔室，由顶部、底部和侧面加以限定。半导体晶片支撑结构设置在靠近腔室内部区域底部的位置。半导体晶片支撑结构用于夹持半导体晶片，并且该半导体晶片具有带图案的光致抗蚀剂层。该装置还包括施加管，并且该施加管与腔室内部区域的顶部连通。水蒸汽供应管线用于向施加管输送水蒸汽。该装置进一步包括能量源，用于向施加管施加微波能量。微波能量用于将水蒸汽转变为H自由基和O自由基。H自由基和O自由基流经腔室内部区域，到达半导体晶片上带图案的光致抗蚀剂层。当H自由基和O自由基到达半导体晶片上带图案的光致抗蚀剂层时，就与光致抗蚀剂层进行反应，并且去除带有图案的光致抗蚀剂层的至少一部分。
在再一个实施方案中，公开了一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置。该装置包括具有内部区域的腔室，由顶部、底部和侧面加以限定。半导体晶片支撑结构设置在靠近腔室内部区域底部的位置。半导体晶片支撑结构用于夹持半导体晶片，并且该半导体晶片具有带图案的光致抗蚀剂层。该装置还包括电导线圈，设置在腔室内部区域顶部的上方。水蒸汽供应管线用于向腔室内部区域输送水蒸汽。该装置包括第一能量源，用于向线圈施加射频能量。施加到线圈上的射频能量用于在腔室内部区域产生感应电流。感应电流使水蒸汽转变为H离子、H自由基、O离子和O自由基。该装置进一步包括第二能量源，用于向半导体晶片支撑机构施加射频能量。施加到半导体晶片支撑结构上的射频能量使半导体晶片支撑结构具有偏压。偏压可以将H离子和O离子吸引到到半导体晶片上带图案的光致抗蚀剂层。当H离子和O离子到达半导体晶片上带图案的光致抗蚀剂层时，就与光致抗蚀剂层进行反应，并且去除带有图案的光致抗蚀剂层的至少一部分。
本发明优点众多。尤其是，本发明所公开的使用水蒸汽作为处理气的装置和方法，通过有效地剥离具有光致抗蚀剂硬壳的光致抗蚀剂材料，而不会使光致抗蚀剂硬壳爆裂或者底切，可以避免现有技术中的问题。因此，本发明通过使用水蒸汽作为安全、有效、而且经济的处理气，来剥离具有光致抗蚀剂硬壳的光致抗蚀剂材料，避免了现有技术中的问题。
结合附图，通过下面的详细描述以及列举本发明的实例，可以更清楚地了解发明的其它方案和优点。
参照下面的描述，并且结合附图，可以更好地理解发明及其更多的优点，其中图1A是表示现有技术中带有图案的光致抗蚀剂层的截面示意图，其中该光致抗蚀剂层曾经作为离子植入掩模；图1B是表示现有技术中松光致抗蚀剂部分从顶部光致抗蚀剂硬壳处曝裂问题的示意图；图1C是表示现有技术中侧面光致抗蚀剂硬壳去除后引起顶部光致抗蚀剂硬壳底切的底切问题的示意图；图2是根据本发明一个实施方案的下游腔室的示意图；图3是表示在下游腔室光致抗蚀剂剥离实验之前曾作为离子植入掩模的带有图案的光致抗蚀剂层的示范性截面示意图；图4是表示与在下游腔室中使用O2∶N2H2作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图5是表示与在下游腔室中使用O2∶N2∶CF4作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图6是表示与在下游腔室中使用NH3作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图7是表示依据本发明的一个实施方案，与在下游腔室中使用H2O蒸汽作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图8是表示依据本发明的一个实施方案，用于进行有偏压的光致抗蚀剂剥离过程的蚀刻腔室的示意图；图9是表示与在蚀刻腔室中使用O2作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图10是表示与在蚀刻腔室中使用O2∶Cl2作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图11是表示与在蚀刻腔室中使用O2∶CF4作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图12是表示依据本发明的一个实施方案，与在蚀刻腔室中使用H2O蒸汽作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图；图13是表示依据本发明的一个实施方案，用于在下游腔室中使用H2O蒸汽进行光致抗蚀剂剥离过程的方法流程图；图14是表示依据本发明的一个实施方案，用于在蚀刻腔室中使用H2O蒸汽进行偏压光致抗蚀剂剥离过程的方法流程图。
具体实施例方式
本发明公开了使用水蒸汽作为处理气，从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法和装置，其中该衬底上具有曾作为离子植入掩模的带有图案的光致抗蚀剂层。用带有图案的光致抗蚀剂层作为离子植入掩模，将使光致抗蚀剂材料形成具有交联化学键的外部光致抗蚀剂硬壳。光致抗蚀剂硬壳覆盖了具有普通光致抗蚀剂化学键的松光致抗蚀剂部分。一般而言，本发明用于使用水蒸汽有效地剥离光致抗蚀剂硬壳，而不会使松光致抗蚀剂部分爆裂光致抗蚀剂硬壳或者从光致抗蚀剂的硬壳下底切。因此，本发明通过使用水蒸汽作为安全、高效和经济的处理气，用于剥离具有光致抗蚀剂硬壳的光致抗蚀剂材料，从而解决了现有技术的问题。
在下面的说明书中，给出了大量具体细节，以便可以全面地理解本发明。然而本领域技术人员可以理解，没有部分或者全部这些具体细节也可以实施本发明。在其它情况下，并没有详细地描述已知处理工序，以免对本发明造成不必要地混淆。
在制造离子植入掩模的光刻过程中，光致抗蚀剂材料首先沉积到半导体晶片上。然后，用经分划板过滤的光线对光致抗蚀剂材料进行曝光。分划板通常是一块玻璃板，其上具有带会阻止光通过分划板的示例特征几何图形的图案。光线在通过分划板之后接触光致抗蚀剂材料的表面。光线将改变曝光后的光致抗蚀剂材料的化学组成。对于阳性光致抗蚀剂材料来说，曝光将导致曝光后的光致抗蚀剂材料不溶于显影溶液。相反，对于阴性光致抗蚀剂材料来说，曝光可使曝光后的光致抗蚀剂材料溶于显影溶液。在曝光之后，光致抗蚀剂材料的可溶区域将被去除，而留下带有图案的光致抗蚀剂层。然后，将对有带图案的光致抗蚀剂层的半导体晶片进行离子植入过程。一般而言，离子植入过程涉及将元素(例如P、B、As等)的离子植入半导体晶片上没有被带图案的光致抗蚀剂材料保护的区域。在离子植入过程完成之后，必须将带有图案的光致抗蚀剂材料从半导体晶片上剥离(即除去)。剥离带有图案的光致抗蚀剂材料必须彻底而精细，以免破坏半导体晶片。
离子植入给在离子植入后的光致抗蚀剂剥离的过程带来了去除光致抗蚀剂材料的难题。特别地，在离子植入的过程中，离子渗入光致抗蚀剂材料的表面区域，使光致抗蚀剂材料的化学键发生交联(例如，H-C-H变成C-C-C)。因此，光致抗蚀剂的交联外部区域形成光致抗蚀剂硬壳，其在剥离光致抗蚀剂的过程中是很难去除的。本发明给出了将水蒸汽用于剥离用作离子植入掩模的硬壳和相应的松光致抗蚀剂材料的方法和装置。
图2是根据本发明的一个实施方案的下游光致抗蚀剂剥离腔室(“下游腔室”)200的示意图。下游腔室200是一个装置，可用于完成离子植入后的光致抗蚀剂剥离过程。腔室内部区域208由腔室壁202、腔室底204以及腔室顶206来进行限定。半导体晶片支撑结构(或者“卡盘”)217安置在腔室内部区域208中，靠近腔室底204的位置。卡盘217包括许多升降腿219，用于升高和降低放置在卡盘217上进行处理的半导体晶片(或者“晶片”)221。卡盘217还包括电动运转的加热体223。下游腔室200进一步由位于腔室顶206上方的施加管203来限定。施加管203通过喷头209与腔室内部区域208连通。处理气供应管线201与施加管203流体连通，以便供应处理气。在本发明中，优选的处理气可以是水蒸汽或者含有水蒸汽的混合气体。然而，处理气供应管线201可以被构成为实际上能供应任何类型的处理气。微波能量源205连接到施加管203上，向施加管203内的处理气提供微波能量。微波能量使处理气变换为其组成元素的自由基215。在本发明中，自由基215主要包括H自由基和O自由基。自由基215流过喷头209后，进入腔室内部区域208，到达晶片221。自由基各向同性(即在各方向上均匀)地接触晶片221，并与晶片221进行反应，以便去除晶片221表面上存在的材料。
在本发明的优选实施方案中，水蒸汽作为下游腔室200中的处理气，剥离光致抗蚀剂硬壳。在该优选实施方案中，在腔室内部区域208中提供大约1托的局部真空压。在替换实施方案中，局部真空压是大约0.5托到大约5托的范围。在优选实施方案中，水蒸汽以大约2000标准cm3每秒(std.cc/sec)的流速进入施加管203。在替换实施方案中，水蒸汽的流速为大约100std.cc/sec到大约4000std.cc/sec的范围，而更优选地是大约500std.cc/sec至大约3000std.cc/sec的范围。优选实施方案进一步包括，从微波能量源205向施加管203中的水蒸汽施加大约3kW的微波能量。在替换实施方案中，微波能量的施加范围是大约0.5kW到大约5kW，而更优选地是1kW到4kW。在优选实施方案中，加热体223对卡盘217进行加热，保持晶片221的温度为大约100℃。在替换实施方案中，晶片的温度保持为大约25℃到大约130℃的范围，而更优选地是大约70℃到大约110℃的范围。当晶片221的温度较高时，光致抗蚀剂硬壳的剥离率将增加。然而，必须保持晶片221的温度低于大约130℃，以便防止松光致抗蚀剂部分从光致抗蚀剂硬壳爆裂。在光致抗蚀剂剥离的过程中，晶片221升降腿219可以升高或者降低。然而，因为晶片221的温度主要是通过卡盘217的热传递来进行控制的，因此优选地是，在光致抗蚀剂剥离的过程中，使升降腿219降低，从而使晶片221更接近卡盘217。
通过一系列实验，可以证明本发明的有效性。在一系列实验中，在下游腔室200中，测试了大量不同的处理气化学成分对离子植入后的光致抗蚀剂的剥离效率。要素实验参数包括处理气化学成分、腔室内部区域208的压力、微波能量、处理气流速、晶片221的温度以及剥离过程的持续时间。对于每种所测试的处理气化学成分，表1给出了要素实验参数的汇总表。实验结果用光致抗蚀剂硬壳剥离率(“硬壳剥离率”)和松光致抗蚀剂部分剥离率(“松剥离率”)来表征。而且，计算硬壳剥离率与松剥离率的比值，以便测量有多少松光致抗蚀剂优先被剥离掉。硬壳剥离率与松剥离率的比值称为“硬壳选择性”。最理想地是，光致抗蚀剂硬壳与松光致抗蚀剂以相等的比率剥离(即硬壳选择性等于1)，以便使松光致抗蚀剂的底切最小化。然而，光致抗蚀剂硬壳的交联性，通常会导致硬壳选择性远小于1。然而，有必要实现可接受的高硬壳选择性，以便克服现有技术中底切问题。表2给出了下游腔室200的实验结果的汇总表，这些实验结果对应于表1中所列的要素实验参数。
图3是带有图案的光致抗蚀剂层的示范性截面300的示意图，其中在如表1所述的在下游腔室200中所进行光致抗蚀剂剥离实验之前，该光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模。该示范性截面300包括光致抗蚀剂材料，设置在包含植入离子302的离子植入靶区之间。光致抗蚀剂材料由顶部光致抗蚀剂硬壳301，侧面光致抗蚀剂硬壳303以及松光致抗蚀剂部分305加以限定。整个带有图案的光致抗蚀剂层设置在衬底材料307的顶部。根据晶片221的上表面上存在的设计特征，衬底材料307可以包括多种类型的材料。通常，衬底材料307的类型对光致抗蚀剂剥离过程没有影响。然而，光致抗蚀剂剥离过程必须仔细进行，以避免剥离或者破坏衬底材料307。
表1.下游剥离腔室实验的要素参数汇总表
表2.下游剥离腔室实验结果的汇总表
如表1所示，在下游腔室200的实验中，使用了O2∶N2H2的处理混合气。具体的说，处理混合气由混合比为9∶1的O2与N2H2构成，其中N2H2包含重量为4％的H2。对于本领域技术人员来说，使用O2∶N2H2的处理混合气来进行低温光致抗蚀剂剥离过程是一种已知技术。O2∶N2H2显处理气的一个问题就是，完成对典型厚度光致抗蚀剂硬壳的剥离需要花费不可接受的极长时间(例如，大约4至5分钟)。在表1显示的所测试的四种处理气化学成分中，O2∶N2H2具有最低的硬壳剥离率250/min。同时，O2∶N2H2处理气具有不可接受的低硬壳选择性0.08。
图4表示与在下游腔室200中使用O2∶N2H2作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在O2∶N2H2处理气实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面308。截面308显示了残留的顶部光致抗蚀剂硬壳309，其位于部分去除后的松光致抗蚀剂部分310之上。在实验过程中，侧面光致抗蚀剂硬壳303(见图3)已经完全被去除，从而使松光致抗蚀剂部分310暴露于O2∶N2H2处理气自由基之中。O2∶N2H2处理气的不可接受的低硬壳选择性0.08，导致了明显的底切区域311。不希望出现底切区域311，因为留下了残留顶部光致抗蚀剂硬壳309，其容易断裂或者落到衬底材料307上。如果接触衬底材料307，残留顶部光致抗蚀剂硬壳309将牢固地粘贴到衬底材料307上，并且难以完成光致抗蚀剂材料剥离过程。
如表1所示，在下游腔室200的实验中，使用了O2∶N2∶CF4的处理混合气。具体的说，处理混合气包括混合比为9∶1的O2与N2，并且以大约2000份每百万份(ppm)的质量比添加CF4。CF4通常用于去除坚硬的残渣和聚合物。实验表明，少量CF4将极大地增加松剥离率，而对于硬壳剥离率只有很少地改进。因此，关于O2∶N2H2处理气需要不可接受的长时间来完全剥离典型厚度的光致抗蚀剂硬壳的的问题也同样在O2∶N2∶CF4处理气中存在。而且，O2∶N2∶CF4处理气的松剥离率16000/min，将产生极低的硬壳选择性0.02。
图5表示与在下游腔室200中使用O2∶N2∶CF4作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在O2∶N2∶CF4处理气实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面314。截面314显示了残留的顶部光致抗蚀剂硬壳315，其位于部分去除后的松光致抗蚀剂部分319之上。在实验过程中，侧面光致抗蚀剂硬壳303(见图3)已经完全被去除，从而使松光致抗蚀剂部分319暴露于O2∶N2∶CF4处理气自由基之中。O2∶N2∶CF4处理气极低的硬壳选择性0.02，产生了严重的底切区域317。与O2∶N2H2处理气实验中类似的底切区域311相比，底切区域317更为显著。与O2∶N2H2实验类似，并不希望出现底切区域317，因为，留下了残留顶部光致抗蚀剂硬壳315，其容易断裂或者落到衬底材料307上。
如表1所示，在下游腔室200的实验中，使用了NH3(即氨水)作为处理气。NH3处理气作为氢气源。实验表明，与O2∶N2H2处理气或者O2∶N2∶CF4处理气相比，NH3处理气具有较高的硬壳剥离率(563/min)。实验还表明，NH3处理气具有可接受的硬壳选择性0.3。可惜地是，NH3有毒，并且需要适当的处理保护措施。
图6是与在下游腔室200中使用NH3作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在NH3处理气实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面322。截面322显示了残留的顶部光致抗蚀剂硬壳323，其位于残留的松光致抗蚀剂部分327之上。在NH3处理气实验之后，残留的顶部光致抗蚀剂硬壳323明显地变薄了。而且，在实验过程中，侧面光致抗蚀剂硬壳303(见图3)已经完全被去除，从而使松光致抗蚀剂部分327暴露于自由基之中。然而，残留的松光致抗蚀剂部分327上仅出现了微小的底切325。由于具有可接受的硬壳选择性0.3，所以可以预期底切325相对较小。
如表1所示，在下游腔室200的实验中，使用了H2O蒸汽作为处理气。H2O蒸汽作为氢气源。实验表明，在所测试的四种处理气中，H2O蒸汽具有最高的硬壳剥离率750/min。实验还表明，H2O蒸汽具有可接受的硬壳选择性0.2。此外，H2O蒸汽还具有无毒、安全(例如，不可燃)、易于得到、并且便宜的优点。
图7表示依据本发明的一个实施方案，与在下游腔室200中使用H2O蒸汽作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在H2O蒸汽实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面331。截面331仅显示了残留的松光致抗蚀剂部分333。在实验过程中，顶部光致抗蚀剂硬壳301(见图3)和侧面光致抗蚀剂硬壳303(见图3)已经完全被去除，从而使松光致抗蚀剂部分333暴露于自由基之中。由于具有快速硬壳剥离率750/min和可接受的硬壳选择性0.2，松光致抗蚀剂部分333上没有任何底切。
下游腔室200实验清楚地表明以H2O蒸汽作为处理气剥离离子植入后的光致抗蚀剂材料的有效性。然而，在某些情况下，甚至需要更高的硬壳剥离率。作为利用下游腔室200进行各向同性的光致抗蚀剂剥离技术的一种替代，可以利用电感耦合等离子体蚀刻腔室(“蚀刻腔室”)400来进行实现定向偏压剥离技术(“偏压剥离”)。偏压剥离优选引导离子沿着基本上垂直于具有偏压的卡盘上表面的方向移动。因此，偏压剥离使得离子以基本上垂直的方式接触晶片的上表面，从而光致抗蚀剂的顶部硬壳优先剥离。然而，必须仔细地完成偏压剥离过程，以免造成对衬底材料的不良蚀刻，这将使晶片上所形成的集成电路产生缺陷。
图8表示根据本发明的一个实施方案，在蚀刻腔室400中进行偏压光致抗蚀剂剥离的过程的示意图。腔室内部区域402由腔室壁401、腔室顶404以及腔室底406来进行限定。腔室顶404上的开口通向腔室内部区域402。腔室顶404的开口上覆盖着窗口403。半导体晶片支撑结构(或者“卡盘”)405安置在腔室内部区域402中，靠近腔室底406的位置。卡盘405包括许多升降腿(未示出)，用于升高和降低放在卡盘405上以进行处理的半导体晶片(或者“晶片”)407。卡盘405进一步设置为可以接收液体流，以便控制卡盘405的温度。处理气供应管线415与腔室内部区域402流体连通，以便供应处理气。电导线圈409设置在窗口403的上方。射频能量源421用于向线圈419提供射频能量。通常，射频能量源421通过接线437，与匹配电路423相连。匹配电路423通过接线435，进一步与线圈419相连。提供给线圈419的射频能量将在线圈419的周围产生电磁场。电磁场将在腔室内部区域402中产生感应电流。感应电流将处理气转变为等离子体425，该等离子体中包含其组成元素的离子和自由基。卡盘405接受偏压。通常，射频能量源427通过接线433，与匹配电路429相连。匹配电路429通过接线431，进一步与卡盘405电相连。在这种情况下，射频能量源427用于向卡盘405提供偏压。偏压将产生电势，吸引等离子体425离子到达晶片407。离子沿着特定方向(即，偏向对着晶片407上表面的方向)到达晶片407，并与晶片407进行反应，以便去除晶片407表面上出现的光致抗蚀剂材料。而且，等离子体425自由基各向同性(即在各方向上均匀)地接触晶片407，并与晶片407进行反应，以便去除晶片407表面上存在的光致抗蚀剂材料。
在本发明的优选实施方案中，水蒸汽作为蚀刻腔室400中的处理气，剥离光致抗蚀剂硬壳。在该优选实施方案中，腔室内部区域402中的局部真空压大约是0.2托。在替换实施方案中，局部真空压是大约0.001托到大约1托的范围，而更优选地是大约0.07托到大约0.5托的范围。而且，在优选实施方案中，水蒸汽以大约2000std.cc/sec的流速到达腔室内部区域402。在替换实施方案中，水蒸汽的流速为大约100std.cc/sec到大约4000std.cc/sec的范围，而更优选地是大约500std.cc/sec至大约3000std.cc/sec的范围。优选实施方案进一步包括，从射频能量源421向线圈419施加大约2.5kW的射频能量，以便在腔室内部区域402中产生感应电流，这样会产生等离子体425。在替换实施方案中，射频能量的施加范围是大约0.5kW到大约3kW，而更优选地是大约1.5kW到大约3kW。在优选实施方案中，控制卡盘405的温度，以保持晶片407的温度为大约70℃。在替换实施方案中，晶片的温度保持为大约25℃到大约130℃的范围，而更优选地是大约25℃到大约100℃的范围。随着晶片407的温度升高，光致抗蚀剂硬壳的剥离率将增加。然而，必须保持晶片407的温度低于大约130℃，以便防止松光致抗蚀剂部分从光致抗蚀剂硬壳爆裂。在偏压光致抗蚀剂剥离的过程中，卡盘405所包含的晶片407升降腿可以升高或者降低。然而，因为晶片407的温度主要是通过卡盘405的热传递来进行控制的，因此优选地是，在偏压光致抗蚀剂剥离的过程中，使升降腿降低，从而使晶片407更接近卡盘405。优选实施方案进一步包括，从射频能量源427向卡盘405施加大约250W的射频能量。射频能量向卡盘405提供偏压，该偏压将产生电势，将离子吸引到卡盘405和晶片407。在替换实施方案中，射频能量的施加范围是大约0W到大约800W，而更优选地是大约0W到大约600W。
通过一系列实验，可以证明本发明的有效性。在一系列实验中，在蚀刻腔室400中，测试了大量不同的处理气化学成分对离子植入后的光致抗蚀剂的剥离效率。要素实验参数包括处理气化学成分、腔室内部区域402的压力、施加到线圈419上的射频能量(“线圈能量”)、施加到卡盘405上的射频能量(“卡盘能量”)、处理气流速、晶片407的温度以及剥离过程的持续时间。对于每种所测试的处理气化学成分，表3给出了要素实验参数的汇总表。实验结果用光致抗蚀剂硬壳剥离率(“硬壳剥离率”)和由于蚀刻产生的衬底损耗率(“衬底蚀刻率”)来进行表征。表4给出了蚀刻腔室400的实验结果的汇总表，这些实验结果对应于表3中所列的要素实验参数。
表3.蚀刻腔室实验的要素参数汇总表
表4.蚀刻腔室实验结果的汇总表
如表3所示，在蚀刻腔室400的实验中，使用了O2作为处理气。O2处理气的硬壳剥离率为2250/min。而且，使用O2处理气不会造成衬底材料的蚀刻。
图9表示与在蚀刻腔室400中使用O2作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在O2处理气实验之后离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面508。截面508表示，从残留松光致抗蚀剂部分513上去除了顶部光致抗蚀剂硬壳301(见图3)。残留的松光致抗蚀剂部分513以残留的侧面光致抗蚀剂硬壳部分511为界，并且残留的侧面光致抗蚀剂硬壳部分511与残留的松光致抗蚀剂部分513具有近似相同的高度。
如表3所示，在蚀刻腔室400的实验中使用了O2∶Cl2作为处理混合气。具体的说，处理混合气由混合比为2∶1的O2与Cl2构成。O2∶Cl2处理气的一个问题就是，完成对典型厚度光致抗蚀剂硬壳的剥离需要花费不可接受的长时间。表3示出在所测试的四种处理气化学成分中，O2∶Cl2具有最低的硬壳剥离率530/min。
图10表示与在蚀刻腔室400中使用O2∶Cl2作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在O2∶Cl2处理气实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面516。截面516表示，从残留松光致抗蚀剂部分521上去除了顶部光致抗蚀剂硬壳301(见图3)和侧面光致抗蚀剂硬壳303(见图3)。
如表3所示，在蚀刻腔室400的实验中，使用了O2∶CF4作为处理混合气。具体的说，处理混合气由混合比为40∶1的O2与CF4构成。使用O2∶CF4处理气的硬壳剥离率为1500/min。然而，在O2∶CF4处理气中使用相对少量的CF4，将导致不可接受的衬底蚀刻率150/min。
图11是与在蚀刻腔室400中使用O2∶CF4作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在O2∶CF4处理气实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面524。截面524表示，从残留松光致抗蚀剂部分529上去除了顶部光致抗蚀剂硬壳301(见图3)和侧面光致抗蚀剂硬壳303(见图3)。此外图中显示，衬底材料307受到了不可接受的蚀刻，如区域533所示。
如表3所示，在蚀刻腔室400的实验中，使用了H2O蒸汽作为处理气。H2O蒸汽作为氢气源。实验表明，在所测试的四种处理气中，H2O蒸汽具有最高的硬壳剥离率3000/min。实验还表明，H2O蒸汽具有可接受的低衬底蚀刻率8/min。在本发明的优选实施方案中，基本上没有蚀刻衬底材料。此外，H2O蒸汽还具有无毒、安全(例如，不可燃)、易于得到、并且便宜的优点。
图12表示根据本发明的一个实施方案，与在蚀刻腔室400中使用H2O蒸汽作为处理气的实验相对应的光致抗蚀剂剥离效果的示意图。图中显示了在H2O蒸汽处理气实验之后，离子植入后的光致抗蚀剂材料的截面534。截面534表示，从残留松光致抗蚀剂部分539上去除了顶部光致抗蚀剂硬壳301(见图3)。残留的松光致抗蚀剂部分539以残留的侧面光致抗蚀剂硬壳部分537为界，并且残留的侧面光致抗蚀剂硬壳部分537与残留的松光致抗蚀剂部分539具有近似相同的高度。
蚀刻腔室400实验清楚地表明以H2O蒸汽作为处理气对剥离离子植入后的光致抗蚀剂材料的有效性。因此，在下游腔室200和蚀刻腔室400中，使用H2O蒸汽作为处理气可以实现光致抗蚀剂硬壳的有效剥离，而不会产生现有技术中爆裂和底切的问题。在下游腔室200和蚀刻腔室400中，将H2O蒸汽与其它处理气进行混合，例如O2或者N2，还可以有效地剥离光致抗蚀剂材料。
图13表示依据本发明的一个实施方案，与在下游腔室200中使用H2O进行光致抗蚀剂剥离过程的方法示意图。方法以步骤601开始，将晶片221放在下游腔室200中的卡盘217上。在步骤603中，将下游腔室200密封。步骤605要求，在下游腔室200中得到所需的局部真空压。步骤607要求，加热卡盘217，从而得到用于光致抗蚀剂硬壳剥离过程的适当的晶片221温度。在步骤609中，H2O蒸汽作为处理气，以适当地流速流入施加管203。接下来是步骤611，从微波能量源205向施加管203中的H2O蒸汽处理气提供所需的微波能量。微波能量使H2O蒸汽转变为H自由基和O自由基。在步骤613中，H自由基和O自由基流动到晶片221的表面上。H自由基和O自由基以各向同性的方式接触晶片221，以与晶片221表面上的光致抗蚀剂材料进行反应。H自由基和O自由基不断地与晶片221表面上的光致抗蚀剂材料进行反应，直到去除掉光致抗蚀剂硬壳为止。去除光致抗蚀剂硬壳之后，可以按照选项A614或者选项B622的不同方法，来去除残留的松光致抗蚀剂部分。选项A614包括步骤615，其中加大的提高卡盘217的温度。选项A614下面接着是步骤617，H自由基和O自由基不断地与残留地松光致抗蚀剂材料进行反应，同时增加温度有助于通过挥发作用来去除残留的松光致抗蚀剂材料。选项B622以步骤619开始，将下游腔室200恢复到其在光致抗蚀剂剥离过程之前的初始状态。接着是步骤621，将晶片221从下游腔室200中取出。选项B622的方法以步骤623来结束，将晶片221转移到高温腔室中，并使残留的松光致抗蚀剂材料暴露在高温中(例如200℃至300℃)。通过挥发作用，利用高温可以去除残留的松光致抗蚀剂材料。
图14表示依据本发明的一个实施方案，与在蚀刻腔室中使用H2O进行偏压光致抗蚀剂剥离过程的方法流程图。方法以步骤701开始，将晶片407放在蚀刻腔室400中的卡盘405上。在步骤703中，将蚀刻腔室400密封。步骤705要求，在蚀刻腔室400中得到所需的局部真空压。步骤707要求，加热卡盘405，从而得到用于光致抗蚀剂硬壳剥离过程的适当的晶片407温度。在步骤709中，H2O蒸汽作为处理气，以适当地流速流入腔室内部区域402。接下来是步骤711，从射频能量源421向线圈419，施加所需的射频能量。利用射频能量，线圈419在腔室内部区域402中产生了感应电流。腔室内部区域402中的感应电流使H2O蒸汽处理气转变为H离子、H自由基、O离子和O自由基。在步骤713中，从射频能量源427向卡盘405施加射频能量，以便为卡盘405提供偏压。偏压产生的电势施加到卡盘405上，将H离子和O离子吸引到晶片407上。在步骤715中，H离子和O离子沿着特定方向(即，偏向对着晶片407上表面的方向)到达晶片407，并与晶片407进行反应，以便去除晶片407表面上出现的光致抗蚀剂材料。在步骤715中，H自由基和O自由基可以各向同性地接触晶片407，并与晶片407进行反应，以便去除晶片407表面上存在的光致抗蚀剂材料。由于H离子和O离子具有方向性，优选地是，从顶到底地去除光致抗蚀剂材料。去除顶部光致抗蚀剂硬壳之后，可以按照选项A717、选项B721或者选项C727的不同方法，来去除残留的侧面光致抗蚀剂硬壳和松光致抗蚀剂部分。选项A717以步骤719来结束该方法，其中H离子、H自由基、O离子和O自由基不断地与残留的侧面光致抗蚀剂硬壳和松光致抗蚀剂部分进行反应，直到从晶片407上完全去除掉光致抗蚀剂材料为止。选项B721中包括步骤723，其中将蚀刻腔室400恢复到其在光致抗蚀剂剥离过程之前的初始状态。接着是选项B721，步骤725，将晶片407从蚀刻腔室400转移到高温腔室中。选项B721的方法以步骤726来结束，通过挥发作用，利用高温腔室可用于去除残留的光致抗蚀剂材料。选项C727包括步骤729，其中将蚀刻腔室400恢复到其在光致抗蚀剂剥离过程之前的初始状态。接着是步骤731，将晶片407从蚀刻腔室400转移到下游腔室200中。选项C727的方法以步骤733来结束，其中利用下游腔室200去除残留的光致抗蚀剂材料。
虽然本发明描述了多个实施方案，但是应当理解，在阅读前面的说明书并且研究附图之后，本领域技术人员可以实现其不同的替换、增加、置换(permutations)以及等价方案。因此，本发明所包括所有这些替换、增加、置换以及等价方案，应当属于本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，包括提供具有带图案的光致抗蚀剂层的衬底，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，该带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室中；在腔室中加热衬底；并且提供水蒸汽，使水蒸汽转变为活性状态的H和活性状态的O，其特征在于活性状态的H和O与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。
2.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于将衬底加热到从大约25℃至大约130℃的温度。
3.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括在腔室产生局部真空压，该局部真空压在从大约0.001托至大约5托的范围。
4.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽，其流速为从大约100标准立方厘米每秒(std.cc/sec)至大约4000std.cc/sec。
5.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括使用微波源，使水蒸汽转变为H自由基和O自由基，该微波源工作在从大约500瓦至大约5000瓦的能量范围内。
6.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括使用射频源，使水蒸汽转变为H离子、H自由基、O离子和O自由基，该射频源工作在从大约500瓦至大约3000瓦的能量范围内。
7.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽作为多种气体混合物的成分。
8.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽，从而去除带图案的光致抗蚀剂层的光致抗蚀剂硬壳和松光致抗蚀剂部分。
9.如权利要求1所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括检测光致抗蚀剂硬壳的去除；并且去除光致抗蚀剂硬壳之后，提高衬底的温度，温度在从大约130℃至大约300℃的范围内提高，在去除带图案的光致抗蚀剂层上的松光致抗蚀剂部分的过程中，保持所提高的温度。
10.一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，衬底具有带图案的光致抗蚀剂层，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室的卡盘上；该方法包括向施加管提供水蒸汽；对施加管中的水蒸汽施加微波能量，使水蒸汽转变为H自由基和O自由基；并且H自由基和O自由基从施加管流动到衬底上，其中H自由基和O自由基与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分，去除光致抗蚀剂硬壳。
11.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括加热卡盘，从而将衬底的温度提高至大约25℃至大约130℃的范围内。
12.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括检测光致抗蚀剂硬壳的去除；并且去除光致抗蚀剂硬壳之后，加热卡盘以便提高衬底的温度，该温度在从大约130℃至大约300℃的范围内增加，在去除带图案的光致抗蚀剂层上的松光致抗蚀剂部分的过程中，保持所提高的温度。
13.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括在腔室产生局部真空压，该局部真空压在从大约0.5托至大约5托的范围。
14.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于向施加管输送水蒸汽，其流速为从大约100标准立方厘米每秒(std.cc/sec)至大约4000std.cc/sec。
15.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提高从大约500瓦至大约5000瓦的范围内的微波能量。
16.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽作为多种气体混合物的成分。
17.如权利要求10所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽，从而去除带图案的光致抗蚀剂层的光致抗蚀剂硬壳和松光致抗蚀剂部分。
18.一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，衬底具有带图案的光致抗蚀剂层，该带图案的光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，从而在带图案的光致抗蚀剂层的外表面上形成了光致抗蚀剂硬壳，因此，带图案的光致抗蚀剂层由松光致抗蚀剂部分和光致抗蚀剂硬壳加以限定，将衬底放在腔室的卡盘上；该方法包括向腔室提供水蒸汽；对腔室的水蒸汽施加射频能量，使水蒸汽转变为含有H离子、H自由基、O离子和O自由基的等离子体；并且对卡盘施加偏压，从而把H离子和O离子吸引到衬底上，其特征在于H离子和O离子与光致抗蚀剂硬壳进行反应，与光致抗蚀剂硬壳的反应用于从带图案的光致抗蚀剂层的松光致抗蚀剂部分去除光致抗蚀剂硬壳。
19.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括加热卡盘，从而将衬底的温度提高至大约25℃至大约130℃的范围内。
20.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括在腔室产生局部真空压，该局部真空压在从大约0.001托至大约1托的范围。
21.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于向施加管提供水蒸汽，其流速为从大约100标准立方厘米每秒(std.cc/sec)至大约4000std.cc/sec。
22.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于施加大约500瓦至大约3000瓦的范围内的射频能量。
23.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于施加到卡盘上的偏压是利用从大约0瓦至大约800瓦范围内的射频能量获得的。
24.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，其特征在于提供水蒸汽作为多种气体混合物的成分。
25.如权利要求18所述的一种在腔室从衬底上剥离光致抗蚀剂材料的方法，进一步包括检测光致抗蚀剂硬壳的去除；并且向腔室提供水蒸汽，从而去除带图案的光致抗蚀剂层上的松光致抗蚀剂部分。
26.一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，包括具有内部区域的腔室，并且该内部区域用于容纳等离子体；设置在该腔室内部区域中的半导体晶片支撑结构，所述半导体晶片支撑机构用于夹持暴露在等离子体中的半导体晶片；水蒸汽供应管线，用于将水蒸汽输送到等离子体生成区域；并且能量源，用于在等离子体生成区域中产生等离子体，该等离子体生成区域用于向腔室内部区域输送等离子体。
27.如权利要求26所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，进一步包括加热体，用于提高半导体晶片支撑结构的温度，半导体晶片支撑结构温度升高将增加半导体晶片的温度。
28.如权利要求26所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，其特征在于能量源是微波能量源，用于施加从大约500瓦至大约5000瓦范围内的微波能量。
29.如权利要求26所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，其特征在于能量源是射频能量源，用于施加从大约500瓦至大约3000瓦范围内的射频能量。
30.如权利要求26所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，进一步包括射频能量源，用于向半导体晶片支撑结构提供射频能量，射频能量在从大约0瓦至大约800瓦的范围内，射频能量向半导体晶片支撑结构提供偏压。
31.一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，包括具有内部区域的腔室，该内部区域由顶部、底部和侧面加以限定；半导体晶片支撑结构，设置在靠近腔室内部区域底部的位置，半导体晶片支撑结构用于夹持具有带图案的光致抗蚀剂层的半导体晶片；施加管，其与腔室内部区域的顶部连通；水蒸汽供应管线，用于向施加管输送水蒸汽；和能量源，用于向施加管施加微波能量，微波能量用于将水蒸汽转变为H自由基和O自由基，H自由基和O自由基流经腔室内部区域，到达半导体晶片上带图案的光致抗蚀剂层，其特征在于H自由基和O自由基反应以去除带有图案的光致抗蚀剂层的至少一部分。
32.如权利要求31所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，进一步包括加热体，用于将半导体晶片支撑结构的温度提高至大约25℃至大约300℃的范围内，半导体晶片支撑结构温度升高将增加半导体晶片的温度。
33.如权利要求31所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，其特征在于能量源用于提供从大约500瓦至大约5000瓦范围内的微波能量。
34.一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，包括具有内部区域的腔室，该内部区域由顶部、底部和侧面加以限定；半导体晶片支撑结构，设置在靠近腔室内部区域底部的位置，半导体晶片支撑结构用于夹持晶片具有带图案的光致抗蚀剂层的半导体晶片；导电线圈，设置在腔室内部区域顶部的上方；水蒸汽供应管线，用于向腔室内部区域输送水蒸汽；第一能量源，用于向线圈施加射频能量，该施加到线圈上的射频能量用于在腔室内部区域产生感应电流，该感应电流使水蒸汽转变为H离子、H自由基、O离子和O自由基；和第二能量源，用于向半导体晶片支撑机构施加射频能量，该射频能量使半导体晶片支撑结构具有偏压，该偏压可以吸引H离子和O离子，使其到达半导体晶片上带图案的光致抗蚀剂层，其特征在于H离子和O离子反应以去除带有图案的光致抗蚀剂层的至少一部分。
35.如权利要求34所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，进一步包括加热体，用于将半导体晶片支撑结构的温度提高至从大约25℃至大约130℃的范围内，半导体晶片支撑结构温度升高将增加半导体晶片的温度。
36.如权利要求34所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，其特征在于所述第一能量源用于提供从大约500瓦至大约3000瓦范围内的射频能量。
37.如权利要求34所述的一种从半导体晶片上去除带图案的光致抗蚀剂层的装置，其特征在于所述第二能量源用于提供从大约0瓦至大约800瓦范围内的射频能量。
全文摘要
水蒸汽作为处理气，从具有带图案的光致抗蚀剂层的衬底上剥离光致抗蚀剂材料，该光致抗蚀剂层曾作为离子植入掩模，其中该带图案的光致抗蚀剂层由覆盖在松光致抗蚀剂部分上的光致抗蚀剂硬壳加以限定。广义地说，水蒸汽可以更有效地剥离具有交联光致抗蚀剂硬壳的光致抗蚀剂材料，而不会使光致抗蚀剂硬壳爆裂，或者使松光致抗蚀剂底切。因此，水蒸汽作为一种安全、有效、而且经济的处理气，可用来剥离具有因离子植入而导致的光致抗蚀剂硬壳的光致抗蚀剂材料。
文档编号G03F7/42GK1495861SQ0314705
公开日2004年5月12日 申请日期2003年8月30日 优先权日2002年8月30日
发明者A·陈, 罗素芸, A 陈 申请人:兰姆研究有限公司