光刻胶去除方法与流程
本公开实施例涉及一种光刻胶去除方法。
背景技术：
半导体装置已广泛用在各种不同的电子产品上，例如个人电脑、手机、数码相机及其他电子设备。半导体装置的制造通常通过按序沉积绝缘或介电层、导电层及半导体层的材料于半导体基板上，且利用光刻技术以图案化各种不同的材料层来形成电路组件及元件于半导体基板上。
在光刻工艺中，使用给定频率的光将预期的图案转移到经受半导体工艺的半导体基板(例如硅晶圆)上。掩模(photomask)(也称为掩模(mask)或倍缩掩模(reticle))用于允许和防止期望图案中的光到达晶圆的材料层上方(例如光刻胶(photoresist，pr)层)，上述材料层对曝光产生化学反应，以去除光刻胶层的某些部分并留下其他部分。然后使用剩余的光刻胶层来图案化底下的层。因为保留在晶圆上的光刻胶材料可能导致制造的半导体装置(例如集成电路)中的缺陷，所以在加工晶圆期间希望可从晶圆上完全去除光刻胶层(在图案化底下的层之后)。
尽管现有的光刻胶去除设备和方法通常已经足够用于其预期的目的，但它们并非在所有方面都完全令人满意。
技术实现要素：
本公开提供了一些光刻胶去除方法的实施例。光刻胶去除方法包括通过残留气体分析仪对正在经受测试等离子体灰化工艺的多个半导体基板模型的每一者的工艺状态进行分析。用于半导体基板模型的测试等离子体灰化工艺使用多个测试配方；光刻胶去除方法还包括基于残留气体分析仪的分析结果以及至少一个预期的性能标准，选择测试配方的其中一者作为工艺配方。此外，光刻胶去除方法包括根据工艺配方，在半导体基板上进行等离子体灰化工艺，以从半导体基板上去除光刻胶层。
本公开提供了光刻胶去除方法的另一些实施例。光刻胶去除方法包括在光刻胶去除设备中对半导体基板进行等离子体灰化工艺，以从半导体基板上去除光刻胶层。光刻胶去除方法还包括通过残留气体分析仪检测在等离子体灰化工艺中从光刻胶去除设备排出的副产物气体中与选定类型的气体分子相关的离子信号。光刻胶去除方法亦包括比较在选定时间点检测的离子信号以及与选定时间点相关的期望离子信号。此外，光刻胶去除方法包括基于比较的操作，当检测的离子信号以及期望离子信号的差异超过与选定时间点相关的可接受数值的范围时，发出警报状况的指示。
本公开提供了光刻胶去除方法的另一些实施例。光刻胶去除方法包括在光刻胶去除设备中对半导体基板进行等离子体灰化工艺，以从半导体基板上去除光刻胶层。光刻胶去除方法还包括通过残留气体分析仪检测在等离子体灰化工艺中从光刻胶去除设备排出的副产物气体中与选定类型的气体分子相关的离子信号。光刻胶去除方法亦包括比较在选定时间点检测到的离子信号以及与选定时间点相关的期望离子信号。此外，光刻胶去除方法包括当检测到的离子信号以及与选定时间点相关的期望离子信号间存在差异时，调整等离子体灰化工艺的工艺参数，以使检测到的离子信号与期望离子信号校准。
附图说明
为了更完整地理解本公开以及本公开的优点，以下将配合说明书附图详述本公开的实施例，其中：
图1a是根据一些实施例的在加工基板时处于中间阶段的半导体基板的剖面图。
图1b是根据一些实施例的在加工基板时处于中间阶段的半导体基板的剖面图。
图1c是根据一些实施例的在加工基板时处于中间阶段的半导体基板的剖面图。
图1d是根据一些实施例的在加工基板时处于中间阶段的半导体基板的剖面图。
图1e是根据一些实施例的在加工基板时处于中间阶段的半导体基板的剖面图。
图1f是根据一些实施例的在加工基板时处于中间阶段的半导体基板的剖面图。
图2是根据一些实施例的光刻胶去除设备的示意图。
图3是示出根据一些实施例的在等离子体灰化工艺期间残留气体分析仪的检测结果的图表。
图4是根据一些实施例的光刻胶去除方法的简化流程图。
图5示出根据一些实施例的在多个等离子体灰化工艺期间残留气体分析仪的检测结果的图表，其中该等等离子体灰化工艺具有用于半导体基板模型的不同测试配方。
图6是根据一些实施例的使用残留气体分析仪进行工艺实时(real-time)监控防御的光刻胶去除方法的简化流程图。
图7是示出根据一些实施例的在等离子体灰化工艺期间检测的离子信号和预期的离子信号之间的比较的图表。
图8是根据一些实施例的使用残留气体分析仪进行工艺实时监控防御的光刻胶去除方法的简化流程图。
图9是示出根据一些实施例的在等离子体灰化工艺期间的离子信号实时校准的图表。
附图标记说明：
100基板
110介电层(材料层)
120底部抗反射涂层(材料层)
130光刻胶层(掩模)
140开口
150特征(沟槽)
160反应离子蚀刻工艺
170硬壳层
180、190光刻胶剥离工艺
200光刻胶去除设备
201处理腔室
202基板支撑装置
203加热器
204进气口(管道)
205射频电源
206出气口(泵送管线)
207残留气体分析仪
208控制单元
400、600、800光刻胶去除方法
410、420、430、440、610、620、630、640、650、810、820、830、840、850操作
p等离子体
w半导体基板
具体实施方式
以下公开内容提供了用于实现本公开的不同特征的许多不同实施例或示例。以下描述组件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而不是限制性的。例如，在以下描述中在第二特征的上或的上形成第一特征可以包括其中第一和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括其中可以在其之间形成附加特征的实施例。第一和第二特征，使得第一和第二特征可以不直接接触。另外，本公开可以在各种示例中重复参考数字及/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不表示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。
此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
总的来说，本公开提供了关于从半导体基板上去除光刻胶(photoresist，pr)层的方法和用于实施此方法的光刻胶去除设备的示例性实施例。此方法利用设置于光刻胶去除设备中的残留气体分析仪(residuegasanalyzer，rga)来辅助调节用于光刻胶去除工艺的配方(recipe)(包括多个工艺参数)，以降低从半导体基板上去除整个光刻胶层所需的时间，且减少在光刻胶去除工艺期间所产生的缺陷。在一些实施例中，残留气体分析仪还用于在光刻胶去除工艺期间实时监控光刻胶去除工艺的状态。因此可以避免由于工具蚀刻速率偏移(tooletchingrateshift)或光刻胶条件异常所引起的大量冲击。本说明书描述了实施例的一些变化例。在各种附图和示意性实施例中，相似的元件使用相似的标号。
参考图1a至图1f，其是根据一些实施例的在加工基板时处于各个连续阶段的半导体基板的剖面图。从图1a开始，在一些实施例中，半导体基板100是硅基板(例如硅晶圆)。然而，基板100亦可为锗基板或包括任何其他合适的材料。此外，基板100可以包括化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。此外，亦可提供如绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)及/或外延层的半导体布置。基板100还可以包含各种主动或无源元件(未示出)，例如晶体管、二极管、电阻器、电容器和用于集成电路的其他合适的元件。
介电层110形成在基板100上方。在一些实施例中，介电层110例如可为低介电常数(low-k)的氟掺杂硅酸盐玻璃(fluoride-dopedsilicateglass，fsg)，其中k是介电常数。然而，介电层110亦可以包括聚酰亚胺(polyimide)、black
在一些实施例中，介电层110作为金属间介电层(intermetaldielectriclayer，imdlayer)或层间介电层(interlayerdielectric，ild)，以在基板100内的元件之间形成内连线。为了简单和清楚起见，此处描述了一层金属间介电层。然而，应理解的是，待制造的集成电路亦可包括多于一层的金属间介电层以及其他用于互连在基板100中的主动和无源元件的绝缘层和金属层。
在一些实施例中，通过例如旋转涂布或化学气相沉积(cvd)的任何方法中的任一种在介电层110上形成底部抗反射涂层(bottomanti-reflectivecoating，barc)120。举例来说，底部抗反射涂层120可以由氮氧化硅制成。然而，在一些实施例中，底部抗反射涂层120亦可包括碳氧化硅、氮化硅、氮化钽或任何其他合适的材料。
在底部抗反射涂层120上形成光刻胶(掩模)层130。光刻胶层130中具有通过光刻工艺(未示出)所图案化的开口140。光刻工艺通过掩模(或倍缩掩模)将光刻胶层130暴露于辐射源，以对光刻胶层130进行图案化。在一些实施例中，光刻胶层130包括正光刻胶。或者光刻胶层130可包括负光刻胶或其他合适的材料。辐射源是合适的光源，例如紫外光(ultra-violetuv)、深紫外光(deepultra-violet，duv)、或极紫外光(extremeultra-violet，euv)辐射源。举例来说，辐射源可为但不限于波长为436nm(g线)或365nm(i线)的汞灯；波长为248nm的氟化氪(krf)准分子激光(excimerlaser)；波长为193nm的氟化氩(arf)准分子激光；波长为157nm的氟(f2)准分子激光；或其他波长低于约100nm的光源。在一些实施例中，光刻胶层130是由碱性显影剂来进行显影，以去除光刻胶层130露出的部分，并在光刻胶层130中留下开口140。应理解的是，可使用各种技术来图案化光刻胶层130，并且光刻仅是一种范例。
参考图1b和图1c，使用具有开口140的光刻胶(掩模)层130在介电层110中形成特征150(例如沟槽，参考图1c)。开口140露出底部抗反射涂层120的一部分。在一些实施例中，执行干蚀刻工艺(未示出)以去除底部抗反射涂层120的露出部分，进而形成被蚀刻的底部抗反射涂层。然而，亦可通过湿蚀刻工艺、化学蚀刻工艺或其他合适的工艺来蚀刻底部抗反射涂层120。然后通过在介电层110上执行的反应离子蚀刻(reactiveionetching，rie)工艺160形成沟槽150。或者，可在用于蚀刻底部抗反射涂层120的工艺或一些其他合适类型的去除工艺之后继续蚀刻沟槽。
在介电层110的反应离子蚀刻期间，光刻胶层130的离子轰击(ionbombardment)使光刻胶层130的最外层硬化并形成硬壳层(crustlayer)170。硬壳层170难以溶解并且需要使用侵蚀性化学物质来去除光刻胶层130。因此，在一些实施例中，随后在包括硬壳层170的光刻胶层130上执行等离子体灰化工艺，以从基板100去除整个光刻胶层。在一些实施例中，使用等离子体源来产生反应性物质以与光刻胶层结合形成灰分(ash)，然后使用真空帮浦来去除灰分。举例来说，等离子体灰化工艺可包括第一等离子体灰化工艺步骤和第二等离子体灰化工艺步骤。
参考图1d，在一些实施例中，执行第一等离子体灰化工艺步骤以去除光刻胶层130上方的硬化的硬壳层170。第一等离子体灰化工艺步骤例如包括光刻胶剥离工艺180。在一些实施例中，光刻胶剥离工艺180利用蚀刻化学品(当其转换成等离子体时可产生反应物质或蚀刻物质)和适于软化和去除硬壳层170的蚀刻条件。举例来说，蚀刻化学品包括含氟气体(例如cf4)、含氧气体(例如o2)、含氮气体(例如n2h2)、其他合适的气体或其组合。
参考图1e，在一些实施例中，执行第二等离子体灰化工艺步骤以去除光刻胶层剩余的部分。举例来说，第二等离子体灰化工艺步骤去除光刻胶层130和任何剩余的硬化的硬壳层170。第二等离子体灰化工艺步骤可包括光刻胶剥离工艺190。在一些实施例中，光刻胶剥离工艺190利用蚀刻化学品(当其转换成等离子体时可产生反应物质或蚀刻物质)和适于去除光刻胶层剩余的部分的蚀刻条件。举例来说，蚀刻化学品包括含氧气体(例如o2)、含氮气体(例如n2h2)、其他合适的气体或其组合。在一些实施例中，光刻胶剥离工艺180和光刻胶剥离工艺190实施了不同的蚀刻条件(例如温度、腔室压力、和射频(radiofrequency，rf)功率等)。
应理解的是，等离子体灰化工艺还可以包括在第一和第二电化灰化工艺步骤之后的额外等离子体灰化工艺步骤(未示出)。额外等离子体灰化工艺步骤用于从基板100去除等离子体灰化工艺期间产生的副产物。额外等离子体灰化工艺步骤包括光刻胶剥离工艺，其利用蚀刻化学品(当其转换成等离子体时可产生反应物质或蚀刻物质)和适于基板100去除等离子体灰化工艺期间产生的副产物而不损坏低介电常数介电层110的蚀刻条件。举例来说，蚀刻化学品包括含氧气体(例如o2)、含氮气体(例如n2)、其他合适的气体或其组合。在一些实施例中，额外等离子体灰化工艺步骤的蚀刻条件(例如温度、腔室压力和射频(rf)功率等)与第二等离子体灰化工艺步骤的蚀刻条件不同。
利用上述等离子体灰化工艺从基板100上完全去除剩余的图案化光刻胶层130，如图1f所示。基板100可以继续进行后续的工艺步骤(未示出)以完成金属内连线的形成，例如用导电铜层填充沟槽150、以及平坦化导电层和介电层110。
参考图2，其示意性地示出根据一些实施例的光刻胶去除设备200的部分元件。光刻胶去除设备200配置以执行等离子体灰化工艺(例如上述等离子体灰化工艺)以从半导体基板上去除剩余的图案化光刻胶层。应注意的是，可将一些额外的元件增加到图2中的光刻胶去除设备200中，并且在光刻胶去除设备200的其他实施例中可以替换或减除下述的一些元件。
光刻胶去除设备200包括处理腔室201(也称为等离子体腔室)，在处理腔室201中具有基板支撑装置202。基板支撑装置202配置以在光刻胶去除工艺(即等离子体灰化工艺)期间支撑半导体基板w。举例来说，半导体基板w可以包括基板100和图案化的材料层110、120、图案化的光刻胶层130、和在基板100上形成的硬壳层170，如图1c所示。在一些实施例中，基板支撑装置202是静电吸座(electrostaticchuck，esc)，其可使用静电力来固定半导体基板w。然而，基板支撑装置202亦可使用机械、真空或其他夹持技术来固定半导体基板w。
此外，加热器203配置以加热基板支撑装置202，使得基板支撑装置202上的半导体基板w的温度保持在适合于等离子体灰化工艺的范围内。在一些实施例中，等离子体灰化工艺的温度在约190度至约210度的范围内。
根据等离子体灰化工艺的要求，通过一或多个进气口204(例如管道)将各种工艺气体(例如cf4、o2、n2h2、n2等)供应到处理腔室201中。尽管未示出，每个管道204皆连接到气体源，并且(节流)阀设置在相应的管道204上，以控制管道204中的气体流速。通过解离工艺(ionizationprocess，即解离工艺气体)，在处理腔室201中产生包括多个离子的等离子体p。
如图2所示，在一些实施例中，处理腔室201接地的腔壁作为第一电极。处理腔室201中的基板支撑装置202作为第二电极，其由射频(rf)电源205供电。第一电极和第二电极形成电场，并通过此电场加速等离子体p的离子。在等离子体灰化工艺期间，加速的离子(也称为反应物或蚀刻物质)撞击半导体基板w未受保护的表面。因此，半导体基板w未受保护的表面上的原子被去除(dislodged)，以去除半导体基板w的一部分(例如图1c至图1e中所示的硬壳层170及/或图案化光刻胶层130)。
应注意的是，虽然图2示出单个射频电源205，但是在一些实施例中射频电源205可以包括两个分隔的射频电源，即高频射频电源(highfrequencyrfsource)和低频射频电源(lowfrequencyrfsource)。高频射频电源(未示出)用于解离工艺气体以产生等离子体p。另一方面，低频射频电源(未示出)主要用于加速等离子体p的离子，使得等离子体p的离子轰击能量可调节到适合于不同半导体层的蚀刻工艺的水平。也就是说，为了调节蚀刻速率，可以相应地调节低频射频电源的振辐。
处理腔室201还可包括至少一个出气口206(例如泵送管线)。在等离子体灰化工艺期间可能会产生大量的副产物气体。可以通过真空帮浦(未示出)并通过泵送管线206连续地去除这种副产物气体。尽管未示出，但在一些实施例中，(节流)阀设置在泵送管线206上以控制其中的气体流速。通过调节进气口(管道)204中的气体流速和出气口(泵送管线)206中的气体流速，可以相应地调节处理腔室201内的腔室压力。
在图2所示的实施例中，光刻胶去除设备200还包括残留气体分析仪(rga)207。在一些实施例中，残留气体分析仪207可以安装在泵送管线206上(例如位于靠近处理腔室201的泵送管线206上)且连接并开放于处理腔室201，以便通过分析从处理腔室201排出的气体副产物来实时监控光刻胶去除工艺的状态。在一些实施例中，使用qualitorr远程系统(qualitorrremotesystem，基于四极质谱仪(quadrupolemassspectrometer))作为残留气体分析仪207，但只要能成功进行操作，本公开并不依赖于质谱仪的任何特定类型或设计。
一般来说，四极质谱仪是构建为具有四个导电杆，这四个导电杆围绕共同轴而对称地分布。成对的相对导电杆连接到直流(directcurrent，dc)和射频电压供应器。待分析的气体通过标准装置(例如用于解离气体的灯丝)在导电杆前方的解离区域中进行解离，然后离子沿着导电杆的共同轴加速。对于导电杆中心之间的给定空间来说，选择直流和射频电压以允许单一质量的离子(即e/m比(电荷与质量的比率))在稳定的轨道中振荡，从而到达位于导电杆远端的离子检测器。而所有其他离子的轨迹向外螺旋并终止于其中一个导电杆的表面。通过提高射频的频率来增加离子质量的分辨率。通过改变直流与射频电压的比率来控制灵敏度。通常通过电子倍增管(electronmultiplier)或法拉第杯(faradaycup)来检测离子。
残留气体分析仪207的离子检测器可以检测具有选定质量的气体分子(来自处理腔室201的副产物气体中)的离子(电流)信号，并通过软件处理将离子信号转换为气体分压。因此，残留气体分析仪207可用于在等离子体灰化工艺期间实时监控光刻胶去除工艺的状态。
举例来说，参考图3，其是示出根据一些实施例的等离子体灰化工艺期间残留气体分析仪207的检测结果的图表。在此例中，对残留气体分析仪207进行操作以检测在等离子体灰化制造期间产生的副产物气体中具有选定质量的气体分子(例如co2)的离子信号。然而，副产物气体中所选定和检测的气体分子可为其他可以表示光刻胶去除工艺状态的合适气体。
从图3中所示的检测结果(即所检测的离子信号的变化)可知，硬壳层170(图1d)在(时间)点a(也称为硬壳打开点)时被完全去除。应理解的是，当工艺气体或等离子体p去除硬壳层170并开始与硬壳层170下的光刻胶层130(图1d至图1e)反应时，产生的co2量开始逐渐增加。此外，根据图3所示的检测结果，可以知道残留的光刻胶层130被完全去除的(时间)点b。应理解的是，当完全去除残留的光刻胶层130时，产生的co2量会减少或回到相对低水平。而且根据图3所示的检测结果，可以获得过度蚀刻(或灰化)的期间c，即点b和预定的(等离子体灰化)工艺终点之间的时间间隔。
应理解的是，光刻胶去除工艺被期望会具有短的光刻胶去除时间，并且在光刻胶去除工艺期间所产生的缺陷会很少。以下实施例提供了一种使用上述残留气体分析仪来辅助微调光刻胶去除工艺的配方(即多个工艺参数)的方法，使得光刻胶去除工艺从半导体基板上去除整个光刻胶层所需的时间可减少，并且会减少产生的缺陷。
参考图4，其是根据一些实施例的光刻胶去除方法400的简化流程图。为了说明，将参考图2和图5所示的示意图一并描述此流程图。可以在不同的实施例中替换或消除下述的一些操作。或者可以在不同实施例中增加一些操作。光刻胶去除方法400包括多个操作(410、420、430、440)。
在操作410中，首先提供多个半导体基板模型。半导体基板模型(未示出)具有与光刻胶去除工艺的半导体基板相同的结构配置(例如包括如图1c所示包括基板100、图案化的材料层110、120、图案化的光刻胶层130和在基板100上形成的硬壳层170的半导体基板w(图2))。在一些实施例中，在当通过相同制造方法形成的一批半导体基板将经受光刻胶去除工艺的情况下，前几个半导体基板被称为半导体基板模型。
然后使半导体基板模型经受上述的“测试”(tested)等离子体灰化工艺(例如在如图2所示的光刻胶去除设备200中进行)，以从每个半导体基板模型上去除光刻胶层。在一些实施例中(如图5所示)，等离子体灰化工艺包括第一等离子体灰化工艺步骤、第二等离子体灰化工艺步骤和额外等离子体灰化工艺步骤。先前已描述了第一、第二、和额外等离子体灰化工艺步骤的功能，故于此不再赘述。
在一些实施例中，第一等离子体灰化工艺步骤中的配方(包括一组工艺参数，例如工艺气体类型、气体流速、射频功率和腔室压力等)与第二等离子体灰化工艺步骤中的配方不同。举例来说，在第一等离子体灰化工艺步骤中提供的工艺气体可以包括cf4、o2和n2h2，并且在第二等离子体灰化工艺步骤中提供的工艺气体可以包括o2和n2h2。第一等离子体灰化工艺步骤中的气体流速可低于第二等离子体灰化工艺步骤中的气体流速。第一等离子体灰化工艺步骤中的射频功率和腔室压力可以低于第二等离子体灰化工艺步骤中的射频功率和腔室压力。
在一些实施例中，额外等离子体灰化工艺步骤中的配方(包括一组工艺参数，例如工艺气体类型、气体流速、射频功率和腔室压力等)与第二等离子体灰化工艺步骤中的配方不同。举例来说，在额外等离子体灰化工艺步骤中提供的工艺气体可以包括o2和n2，并且在第二等离子体灰化工艺步骤中提供的工艺气体可以包括o2和n2h2。额外等离子体灰化工艺步骤中的气体流速可以低于第二等离子体灰化工艺步骤中的气体流速(但大于第一等离子体灰化工艺步骤中的气体流速)。额外等离子体灰化工艺步骤中的射频功率和腔室压力可低于第二等离子体灰化工艺步骤中的射频功率和腔室压力(但大于第一等离子体灰化工艺步骤的射频功率和腔室压力)。
用于半导体基板模型的多个“测试”等离子体灰化工艺使用了各种“测试”配方。在一些实施例中，测试配方的数量(例如三个)对应于半导体基板模型的数量(例如三个)，即一个测试配方对应于一个半导体基板模型。然而，测试配方的数量可以小于半导体基板模型的数量，并且每个测试配方对应于数个半导体基板模型。举例来说，下述表1.1中示出在“测试”等离子体灰化工艺期间在光刻胶去除设备200(图2)中所使用的一些测试配方(每个测试配方包括一组“测试”工艺参数)。
表1.1
应注意的是，虽然上述对于半导体基板模型具有不同的测试配方的“测试”等离子体灰化工艺具有相同长度的处理时间(与第一、第二和额外等离子体灰化工艺步骤(见图5)相关)，但其并不限于此。举例来说，在各种实施例中，与测试配方相关的等离子体灰化工艺的第一、第二和额外等离子体灰化工艺步骤的处理时间可以相同或不同。
在操作410中，使用残留气体分析仪(例如图2中所示的残留气体分析仪207)对正在经受使用表1.1中所示的一种测试配方(即一组测试工艺参数)的“测试”等离子体灰化工艺的每个半导体基板模型的工艺状态进行分析。残留气体分析仪207检测与每个半导体基板模型的“测试”等离子体灰化工艺期间产生的副产物气体中的选定类型的气体分子(例如co2)相关的离子信号，从而实时分析在光刻胶去除工艺期间半导体基板模型的工艺状态。回头参考图2，残留气体分析仪207连接到控制单元208(例如电脑系统)。在一些实施例中，控制单元208接收、存储来自残留气体分析仪207的检测/分析结果，并显示检测/分析结果(参见图5)以便于操作者。
根据图5中所示的检测结果(即所检测的离子信号的变化)，可以知道每个半导体基板模型正在经历使用一种测试配方(即一组测试工艺参数，包括工艺气体类型、气体流速、射频功率和腔室压力、以及等离子体灰化工艺中每个步骤的处理时间)的“测试”等离子体灰化工艺的工艺状态。工艺状态包括去除图案化光刻胶层130上方的硬壳层170的时间点(a1、a2、a3)(也称为硬壳打开点)、结束去除剩余的图案化光刻胶层130的时间点(b1、b2、b3)、以及过度灰化的期间(c1、c2、c3)。时间点a1、时间点b1、和期间c1对应于配方1。时间点a2、时间点b2、和期间c2对应于配方2。时间点a3、时间点b3、和期间c3对应于配方3。
在操作420中，在上述“测试”等离子体灰化工艺之后，从光刻胶去除设备200中取出每个半导体基板模型以进行检视(例如光学检视、电性检视或其他可用类型的检视)来计算“测试”等离子体灰化工艺中产生保留在半导体基板模型上的缺陷。然而，可以由光刻胶去除设备200提供的检视单元(未示出)原位(in-situ)执行检视过程，以得到在“测试”等离子体灰化工艺期间所产生缺陷的数量。检视单元可以使用光学、电学或其他可用类型的检视机构。检视结果可以存储在控制单元208的数据库(未示出)中。在一些其他实施例中，可以省略操作420。
在操作430中，基于残留气体分析仪207的检测/分析结果和对于光刻胶去除工艺的至少一个预期的性能标准(expectedperformancecriteria)，来选择一种测试配方作为(预期的)工艺配方。在一些实施例中，预期的性能标准包括减少去除硬壳层170(图1d)所需的时间。此外，预期的性能标准包括减少去除剩余的图案化光刻胶层130(图1d至图1e)所需的时间。此外，预期的性能标准包括减少在等离子体灰化制造期间产生的缺陷(例如硬壳层170、光刻胶层130、或其他材料层的未去除的碎片、以及过度蚀刻)。然而，在一些实施例中，预期的性能标准可包括一种或两种上述预期的性能标准。
在一些实施例中，通过分析在具有各种测试配方的等离子体灰化工艺期间的残余气体分析仪207的检测/分析结果以及存储在数据库中的检视结果，控制单元208从用于等离子体灰化工艺的测试配方中选择或决定一种(预期的)工艺配方。举例来说，在图5所示的实施例中，由于时间点a1在时间点a2和a3之前，时间点b1在时间点b2和b3之前，并且在利用配方1等离子体灰化工艺期间所产生的缺陷也较少(未示出)，所以配方1被选为随后的半导体基板的等离子体灰化工艺的(预期的)工艺配方。
还应理解的是，选定的工艺配方可以包括与第一、第二和额外的等离子体灰化步骤中的每一者有关的适当长度的处理时间，从而避免过度蚀刻(例如过度灰化的期间c1(图5)被期望并不会太长)。
在操作440中，然后根据决定的工艺配方在半导体基板(例如与半导体基板模型相同的批次中的后面的半导体基板)执行等离子体灰化工艺，以从半导体基板上去除光刻胶层。利用残留气体分析仪进行实时监控，以及由上述操作所决定的工艺配方，减少了从半导体基板上去除整个光刻胶层所需的时间，并且在光刻胶去除工艺(即等离子体灰化工艺)期间会产生较少的缺陷。
此外，残留气体分析仪207(图2)还可用于在光刻胶去除设备200中执行的等离子体灰化工艺期间进行实时监控防御(real-timemonitordefense)，以避免由工具蚀刻速率偏移或光刻胶条件异常所引起的大量冲击。图6是根据一些实施例的使用残留气体分析仪进行工艺实时监控防御的光刻胶去除方法600的简化流程图。为了说明，将参考图2和图7所示的示意图来描述此流程图。可以在不同的实施例中替换或消除下述的一些操作。或者，可以在不同实施例中增加一些操作。光刻胶去除方法600包括多个操作(610、620、630、640、650)。
在操作610中，决定用于等离子体灰化工艺(包括一些等离子体灰化工艺步骤)的(预期的)工艺配方。在一些实施例中，根据上述的操作410至430(图4)以决定用于光刻胶去除设备(例如图2中的光刻胶去除设备200)中的等离子体灰化工艺的工艺配方，于此不再赘述。
此外，在一些实施例中，当在决定用于等离子体灰化工艺的(预期的)工艺配方时，由残留气体分析仪207在上述多个半导体基板模型上进行的“测试”等离子体灰化工艺期间(例如许多半导体基板模型经受了具有(预期的)工艺配方的“测试”等离子体灰化工艺)，收集从光刻胶去除设备排出的副产物气体中与选定类型的气体分子相关的离子信号相关的数据，并存储在控制单元208(图2)的数据库(未示出)中。应理解的是，可以在将数据存储在数据库中的前进一步处理数据。举例来说，可计算出在多个半导体基板模型的多个“测试”等离子体灰化工艺的每个时间点(应注意的是，在测试等离子体灰化工艺中，离子信号的数据是以规则的时间间隔(例如每0.5秒)检测多次)所检测到的离子信号的平均值，并存储在数据库中。因此，代表在利用(预期的)工艺配方的“测试”等离子体灰化工艺期间的半导体基板模型的离子信号曲线/变化的预期的离子信号曲线(例如参见图7中的细线所示的曲线)可从控制单元208的数据库得到。
随后在操作620中，对在光刻胶去除设备200中的半导体基板(其具有与上述半导体基板模型相同的结构配置)执行等离子体灰化工艺，以从半导体基板上去除光刻胶层。在一些实施例中，此等离子体灰化工艺使用在操作610中获得的(预期的)工艺配方。
在操作630中，光刻胶去除设备200中的残留气体分析仪207进一步用于检测在操作620中的等离子体灰化工艺期间从光刻胶去除设备200排出的副产物气体中与选定类型的气体分子(与操作610中的所选类型的气体分子相同)相关的离子信号。在一些实施例中，操作630和操作610中的残余气体分析仪207的检测频率(或时间间隔)是相同的。因此，在操作620中的等离子体灰化工艺期间，通过残余气体分析仪207检测并获得半导体基板的离子信号曲线(例如图7中粗线所示的曲线)，然后发送至控制单元208以进一步进行下述的处理。
在操作640中，将在选定的时间点检测到的离子信号与和选定的时间点相关的预期的离子信号进行比较。在一些实施例中，在分析在操作630中获得的检测到的离子信号之前，决定或选择等离子体灰化工艺期间的多个特定时间点。如图7所示，这些时间点包括预期会去除硬壳层170(图1d)的时间点a、预期会去除残留的光刻胶层130(图1d至图1e)的时间点b、在时间点a之后的时间点cp、以及在时间点b之后的时间点cp'。
先前已描述了如何决定时间点a和时间点b(例如通过操作者或控制单元208)，于此不再赘述。在一些实施例中，时间点cp是光刻胶去除工艺可能会受到延迟去除硬壳层170的负面影响的时间点。时间点cp'是光刻胶去除工艺可能会受到延迟去除光刻胶层130的负面影响的时间点。在一些实施例中，操作者可以基于经验或实验结果决定时间点a和cp之间的时间间隔和时间点b和cp'之间的时间间隔，并且将其设定到控制单元208中。
接下来，决定与在等离子体灰化工艺期间检测到的离子信号和预期的离子信号之间的差异的选定时间点(例如时间点a、b、cp、或cp’)相关的可接受数值的范围。在一些实施例中，可接受的数值范围可为在上述多个半导体基板模型的每个等离子体灰化工艺中的预期的离子信号的标准差，其可以由控制单元208计算。或者在一些实施例中，操作者可以基于经验或实验结果决定可接受数值的范围，并且将其设定到控制单元208中。
在决定等离子体灰化工艺期间的上述特定时间点以及决定与选定的时间点相关的可接受数值的范围之后，控制单元208比较在操作630中由残留气体分析仪207所检测到的离子信号以及来自数据库的与选定的时间点相关的期望离子信号，以决定它们之间的差异是否超出与选定的时间点相关的可接受数值的范围。
在进行比较之后，如果所检测的离子信号与预期的离子信号之间的差异在可接受数值的范围内，则方法600重复进行操作620至操作640，直到等离子体灰化工艺结束。然而，如果所检测的离子信号和预期的离子信号之间的差异超过与选定的时间点相关的可接受数值的范围，则方法600继续进行到发出警报状况的指示的操作650。举例来说，如图7所示，在时间点cp，检测到的离子信号小于预期的离子信号的可接受数值的范围(例如一或多个标准差)，或者在时间点cp'，检测到的离子信号大于预期的离子信号的可接受数值的范围(例如一或多个标准差)，即所检测的离子信号与预期的离子信号之间的差异超出了可接受数值的范围。
在一些实施例中，当控制单元208指出检测到的离子信号已偏离预期的离子信号时(换句话说，当控制单元208检测到等离子体灰化工艺中的异常时)，控制单元208会触发警报。在一些实施例中，已发现可能由于工具蚀刻速率偏移(例如表现出与工艺气体泄漏或与射频功率偏移相关的行为)或异常的光刻胶条件而引起等离子体灰化工艺中的异常。因此，为了保护光刻胶去除设备200或半导体基板w不被损坏，控制单元208会触发警报并通知操作者停止光刻胶去除设备200所执行的工艺，采取其他动作或其组合。因此，可以识别和修复光刻胶去除设备200或半导体基板w的任何问题，以避免光刻胶去除工艺的良率降低。
图8是根据一些实施例的使用残余气体分析仪进行工艺实时监控防御的另一个光刻胶去除方法800的简化流程图。光刻胶去除方法800包括多个操作(810、820、830、840、850)。应理解的是，方法800的操作810、820、830与上述方法600的操作610、620、630相同或类似，于此不再赘述。
在操作840中，将在选定的时间点检测到的离子信号与和选定的时间点相关的预期的离子信号进行比较。在一些实施例中，选定的时间点可为残留气体分析仪207(图2)检测到的每个时间点。然而，在一些实施例中，选定的时间点还可以包括在等离子体灰化工艺期间的多个特定时间点，例如图7中所示的时间点a、b、cp、和cp'。
在一些实施例中，控制单元208比较在操作830中由残留气体分析仪207检测到的离子信号和来自数据库的与选定的时间点(例如每个检测到的时间点)相关的预期的离子信号，以决定它们之间的差异是否超出与选定的时间点相关的可接受数值的范围。
在比较之后，如果检测到的离子信号与预期的离子信号之间没有差异，则方法800重复进行操作820至操作840，直到等离子体灰化工艺结束。但是如果在于选定的时间点(例如图9中圈起来的点p)检测到的离子信号和预期的离子信号之间有差异，则方法800继续到执行实时校正处理的操作850。
通过调整等离子体灰化工艺的目前的电流灰化工艺步骤的工艺配方来进行实时校正处理，以将所述检测的离子信号实时校准为预期的离子信号，即消除它们之间的差异。在一些实施例中，可调整的工艺配方包括在光刻胶去除设备中使用的气体流速、射频功率及/或腔室压力。举例来说，当检测到的离子信号低于预期的离子信号时(代表蚀刻速率可能低于预期值)，控制单元208(图2)可以控制并适当增加上述至少一个工艺参数以提高蚀刻速率。当检测到的离子信号大于预期的离子信号时(代表蚀刻速率可能大于预期值)，控制单元208可以控制并适当地减少至少一个工艺参数以降低蚀刻速率。因此，在等离子体灰化工艺期间所期望的工艺条件被保持，从而提高了光刻胶去除工艺的良率。
应注意的是，方法800仅仅是说明性的范例，并且在不同实施例中可以替换或消除上述的一些操作。或者可以在不同实施例中增加一些操作。举例来说，如果发现所述检测的离子信号和预期的离子信号之间的差异在几个连续的检测时间点变得越来越大(即无法成功校准差异)，则控制单元208可以进一步触发警报并通知操作员停止光刻胶去除设备200执行的工艺，采取其他移动或其组合，以识别和修复光刻胶去除设备200或半导体基板w的任何问题，进而避免光刻胶去除工艺的良率降低。
本公开的实施例具有一些有利的特征：通过在光刻胶去除设备中提供残留气体分析仪(rga)以帮助调节用于光刻胶去除工艺的工艺配方，使得从半导体基板去除整个光刻胶层所需要的时间减少，并且降低在光刻胶去除工艺期间产生的缺陷(即良率和产率得到改善)。此外，残留气体分析仪还可以用于在光刻胶去除工艺期间实时监控光刻胶去除工艺的状态，从而避免由工具蚀刻速率偏移或光刻胶条件异常引起的大量冲击。
本公开提供了一些光刻胶去除方法的实施例。光刻胶去除方法包括对使用残留气体分析仪向半导体基板模型的每一者进行的测试等离子体灰化工艺的工艺状态进行分析。半导体基板模型的测试等离子体灰化工艺使用多个测试配方。光刻胶去除方法还包括基于从残留气体分析仪以及至少一个预期的性能标准得到的分析操作的结果，选择测试配方的其中一者作为工艺配方。此外，光刻胶去除方法包括根据工艺配方，在半导体基板上进行等离子体灰化工艺，以从半导体基板上去除光刻胶层。
本公开提供了光刻胶去除方法的另一些实施例。光刻胶去除方法包括在光刻胶去除设备中在半导体基板上进行等离子体灰化工艺，以从半导体基板去除光刻胶层。光刻胶去除方法还包括通过残留气体分析仪，检测在等离子体灰化工艺从光刻胶去除设备产生的副产物气体的与选定形态的气体分子相关的离子信号。光刻胶去除方法亦包括比较在选定时间点检测的离子信号以及与选定时间点相关的期望离子信号。此外，光刻胶去除方法包括以及基于比较操作，当检测的离子信号以及期望离子信号的差异超过与选定时间点相关的可接受数值的范围时，发出警报状况的指示。
本公开提供了光刻胶去除方法的另一些实施例。光刻胶去除方法包括在光刻胶去除设备中的半导体基板上进行等离子体灰化工艺，以从半导体基板去除光刻胶层。光刻胶去除方法还包括通过残留气体分析仪，检测在等离子体灰化工艺从光刻胶去除设备产生的副产物气体的与选定形态的气体分子相关的离子信号。光刻胶去除方法亦包括比较在选定时间点检测到的离子信号以及与选定时间点相关的期望离子信号。此外，光刻胶去除方法包括当检测到的离子信号以及与选定时间点相关的期望离子信号间存在差异时，调整等离子体灰化工艺的工艺参数，以使检测到的离子信号与期望离子信号校准。
如本公开一些实施例所述的光刻胶去除方法，分析的操作包括通过残留气体分析仪检测在测试等离子体灰化工艺中产生的副产物气体中与选定类型的气体分子相关的离子信号。在一些实施例中，工艺状态包括去除半导体基板模型上的光刻胶层上方的硬壳层的时间点、结束去除光刻胶层的时间点、以及过度灰化的期间。在一些实施例中，至少一个预期的性能标准包括降低去除在半导体基板模型上的硬壳层所需的时间。在一些实施例中，至少一个预期的性能标准包括降低去除在半导体基板模型上的光刻胶层所需的时间。在一些实施例中，至少一个预期的性能标准包括减少在测试等离子体灰化工艺中在半导体基板模块上产生的缺陷。
如本公开一些实施例所述的光刻胶去除方法，还包括在测试等离子体灰化工艺之后检视半导体基板模型的每一者，以确定在测试等离子体灰化工艺中产生的缺陷数量。在一些实施例中，工艺配方包括系列工艺参数，工艺参数包括工艺气体类型、气体流速、射频功率、腔室压力、以及处理时间。在一些实施例中，等离子体灰化工艺包括第一等离子体灰化工艺步骤以及第二等离子体灰化工艺步骤，且第一等离子体灰化工艺步骤中的工艺配方与第二等离子体灰化工艺步骤中的工艺配方不同。在一些实施例中，等离子体灰化工艺还包括在第二等离子体灰化工艺步骤之后的额外等离子体灰化工艺步骤，且额外等离子体灰化工艺步骤中的工艺配方与第二等离子体灰化工艺步骤中的工艺配方不同。
如本公开一些实施例所述的光刻胶去除方法，还包括在发出警报状况的指示时，停止操作光刻胶去除设备。在一些实施例中，选定时间点在特定时间点之后，且特定时间点为光刻胶层上方的硬壳层的时间点。在一些实施例中，选定时间点在特定时间点之后，且特定时间点为光刻胶层预期会被去除的时间点。在一些实施例中，选定时间点为光刻胶层上的硬壳层预期会被去除的时间点。在一些实施例中，选定时间点为光刻胶层预期会被去除的时间点。在一些实施例中，光刻胶去除方法还包括在对多个半导体基板模型进行的测试等离子体灰化工艺中，收集从光刻胶去除设备排出的副产物气体中与选定类型的气体分子相关的离子信号相关的数据，以及将数据存储在数据库中，其中期望离子信号是来自于数据库。
如本公开一些实施例所述的光刻胶去除方法，工艺参数包括气体流速、射频功率、及/或光刻胶去除设备中所使用的腔室压力。在一些实施例中，等离子体灰化工艺包括第一等离子体灰化工艺步骤以及第二等离子体灰化工艺步骤，且选定时间点是在第一等离子体灰化工艺步骤以及第二等离子体灰化工艺步骤的至少一者之中。
尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但是应理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变，替换和更改。例如，本领域技术人员将容易理解，可以改变本文描述的许多特征，功能，过程和材料，同时保持在本公开的范围内。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程，机器，制造，物质组成，装置，方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将从本公开的公开内容容易理解，执行基本相同功能的当前存在或稍后开发的过程，机器，制造，物质组成，装置，方法或步骤。或者实现与根据本公开的本文描述的对应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程，机器，制造，物质组成，装置，方法或步骤。另外，每个权利要求构成单独的实施例，并且各种权利要求和实施例的组合在本公开的范围内。
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