详解无臭氧抗蚀剂剥离工艺

摘要

近年来，光掩模抗蚀剂剥离和清洁技术的发展主要是由于行业需要通过从这些过程中消除硫酸和氢氧化铵来防止表面雾霾的形成。因此，传统的 SPM (H2SO4 + H2O2) 被臭氧水 (DIO3) 取代，用于抗蚀剂剥离和有机物去除，以消除化学雾的形成。然而，已经表明基于 DIO3 的剥离和清洁工艺会导致光掩模材料的氧化降解。这种材料损坏会影响功能掩模层的光学特性，导致 CD 线宽、相位、透射和反射变化，对光刻过程中的图像传输产生不利影响。

为了克服臭氧引起的表面损伤，SUSS MicroTec 成功开发了一种高效的剥离工艺，其中 DIO3 的光解导致高反应性羟基自由基的形成，这是在没有表面损伤的情况下去除碳氢化合物的主要贡献 。该技术已进一步扩展到最终清洁过程，即在最终清洁过程中使用纯去离子水去除残留有机物质 。

介绍

传统的抗蚀剂剥离工艺采用多种步骤，旨在从掩模表面高效去除有机和无机污染物。

图 1. 光掩模清洁工艺的原理顺序，说明随着工艺时间的推移，光掩模的清洁度会不断提高。

为了用清洁化学品适当润湿光掩模表面，需要更高的表面能。在应用湿化学之前，光掩模表面需要处于亲水状态。亲水表面促进更好的液体分布和整个表面的均匀化学作用；作为 POR 清洗工艺流程的一部分，使用 172nm 准分子 VUV 步骤来实现表面上的低水接触角。氧气气氛下的紫外线辐射会产生氧自由基，导致表面有机键断裂以及直接表面活化以实现更好的润湿。然而，光掩模表面的高能辐射暴露也可能导致界面应力或材料扩散，最终转变为不可预测的掩模配准偏移。臭氧水 (DIO3) 或传统的 SPM (H2SO4 + H2O2) 用于光刻胶剥离和有机物去除，但是已经观察到雾霾形成 或光掩模材料的氧化降解，臭氧和硫酸根离子的高氧化电位被捕获在表面上并与以下工艺步骤中使用的铵离子发生反应。这种材料损坏会影响材料的光学特性，也可能导致 CD 偏移。

图 2. 光掩模清洁过程的修改顺序：直接紫外线吸收或紫外线介导的光化学产品用于表面调节和块状抗蚀剂去除。用 TMAH 作为碱性化学品改进了物理力清洁。

图 3：存在非吸收性介质时直接吸收 254 nm 紫外光 (A)；吸收介质的光解导致光产物，这些光产物又附着有机分子并降解它们 (B)。

工艺参数

所有测试均使用 SUSS SMT PE MaskTrackPro (MTPro) 掩模清洁工具进行。工艺参数通过在 MTPro 工具上编程的标准配方自动监测和控制。用于测试的去离子水在供应到清洁化学品分配系统之前经过脱气处理。将化学品（TMAH 或 H2O2）和气体（CO2）加入脱气水中以制备相应的清洁介质。测试的清洁介质为：SC1、TMAH、臭氧。

结果与讨论

在汞灯照射 254 nm 时，用 DI-CO2 水处理代替 172 nm 紫外线照射。铬表面暴露 1、2 和 3 分钟有效地将接触角降低到 <5°，从而形成非常亲水的表面。结果总结在图 5 中。更温和的光化学条件（更长的波长）确保防止金属表面损坏。

概括

在本文中，已经讨论了清洁过程，其中可能存在由强氧化剂引起的缺点，并且在物理力清洁过程中不利于气蚀的化学物质。这里提出并讨论了另一种不含硫酸盐和铵的工艺。结果表明，用原位紫外线光化臭氧或过氧化氢代替 SPM 可以实现表面保护；此外，用四甲基氢氧化铵 (TMAH) 替代氢氧化铵有利于影响空化特性，从而减少 FRAS 193i 光掩模中的特征损坏。由于 SPM 和 APM 化学物质的组合，硫酸盐和铵的消除还可以防止雾霾的形成。

　　审核编辑：汤梓红