微气泡对光刻胶层的影响

关键词：氧气、微气泡、光刻胶、高剂量离子注入、气水界面

介绍 

    微气泡是一种很有前途的环保光刻胶去除方法的候选方法。已经证明，臭氧微气泡可以去除硅片上的光刻剂，即使被高剂量的离子注入破坏了光刻剂。但重大挑战仍然存在，部分原因是去除率不足以首先在半导体制造业中使用微气泡。因此，我们需要通过明确了解微气泡去除光刻抗蚀剂层的功能机制，来提高微气泡的去除能力。本研究的目的是阐明微气泡对光刻胶层表面的影响。

与光刻胶去除相关的微气泡的特性

    微气泡是水溶液中的微小气泡，其直径可能小于50微米。由于内部气体向周围水的溶解，气泡的尺寸逐渐减小，最终在水中消失。这一特性使微小气泡能够获得有希望的功能，如在微小气泡破裂过程中，内部气体压力的增加和表面电的积累。图1显示了在臭氧微泡处理之前、期间和之后的高剂量离子植入光刻胶晶片的照片。晶圆通过单一晶圆旋转清洗方法处理，将臭氧微泡水倒在旋转台上的晶圆中心。考虑到处理条件，可以合理地预期清洁过程将从晶圆的中心开始并延伸到外部部分，如图中所示的仅烘烤光刻胶的情况。 2.但结果表明，高剂量离子植入光刻胶的矛盾模式相反，光刻胶层从晶片的外边缘剥离，而不是溶解。这些结果使我们能够获得微气泡在光刻胶去除中的重要信息。

实验程序

    作为本实验研究的样品，高剂量离子植入光电阻剂被用作半导体制造中最具挑战性的目标之一。硅晶圆为KrF准分子激光器，自涂高分辨率正型光刻胶，并通过曝光工具绘制图案。将Wafers植入剂量为1E15/cm2、能量为55keV的砷离子，并植入剂量为1E15/cm2、能量为11keV的硼离子。将晶片切成20*20mm2大小的样品，用桌子中心和边缘之间的棍状胶带放在桌子的旋转桌子上。测试是通过将含有氧微气泡的水倒入旋转旋转台的中心来进行的。水流速约为1L/min，温度控制在通过加热系统，约70ºC。

结果

图5为热水条件下氧微泡处理30分钟后样品的显微镜观察结果。在这些照片中清楚地显示，被离子植入的图案光刻胶层被侵入，由于微气泡注水的作用，该层的一部分从边缘剥离。照片还表明，水流的方向强烈影响了水液对光刻胶层的入侵。通过横断面扫描电镜图像，我们可以更清楚地识别出各层的变化，如图6所示。层的内部，部分大块抗胶被去除，地壳层的顶部和侧壁被保留。在70ºC左右的温度下，也用同样的方法对无氧微泡的热水进行了评估，我们没有观察到对光刻胶层的如此显著的损伤。

讨论

     考虑到氧气气体的氧化能力，研究结果告知了我们使用微气泡去除光刻胶的几个重要方面。光刻胶层的变化表明我们在系统中存在任何强氧化剂，但溶解在热水中的氧气不足以通过地壳壁侵入整体光刻胶。因此，对于评价微泡的影响，研究微泡产生氧中心自由基具有重要意义，因为已经证明酸性水中的微泡在坍塌过程中导致羟基自由基的产生。因此，我们还利用电子自旋共振(ESR)对自由基的测量进行了实验研究。实验结果表明，我们存在任何一种物质影响微气泡在光刻胶层表面的物理性质。由于水流方向对光刻胶层和微气泡更可能与光致胶层的上游接触具有重要意义，气泡与光刻胶层之间的相互作用可能引起光刻胶剥离现象的触发。我们还对微气泡对高剂量离子植入光阻剂的影响进行了实验研究。在强碱性水中产生的空气微泡在环境温度下进行测试，5%的四甲基氢氧化铵(TMAH)在大约10分钟内几乎完全剥离了图案光阻剂，除了更大的图案层（图7）。考虑到水溶液中微气泡的基本性质，碱性条件下的强剥离效应可能是由于微小气泡的气-水界面的表面电引起的。