超臨界CO2用于光刻膠去除和低k材料修復(fù)的研究.pdf

1、當(dāng)CO2溫度和壓力同時(shí)高于其臨界值（TC=31.1℃、PC=7.38MPa）時(shí)，稱之為超臨界CO2(scCO2)。CO2無毒、不易燃、無污染，而且價(jià)格便宜，是一種綠色化學(xué)溶劑，因此作為一種“環(huán)境友好”型溶劑，由于其極低的表面張力、良好的擴(kuò)散特性及溫和的臨界條件，scCO2近年來一直被嘗試用于微電子工藝超臨界清洗中。因?yàn)楹砻婊钚詣┰趕cCO2中具有較大的溶解度，因此在該方面的研究大多集中在以該類表面活性劑形成的scCO2微乳液，而對于

2、應(yīng)用更環(huán)保、成本更低的碳?xì)浔砻婊钚詣﹨s鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本文研究了在不同條件下，利用scCO2體系去除硅片表面及通孔內(nèi)光刻膠的殘留，系統(tǒng)地分析了表面活性劑、助溶劑及溫度、壓強(qiáng)、時(shí)間等因素對光刻膠去除率的影響。此外還探究了scCO2對低k材料薄膜的修復(fù)作用。
　　 主要進(jìn)行的研究工作如下:
　　 (1)對比研究了兩種碳?xì)浔砻婊钚詣┰趕cCO2清洗中的作用
　　 利用兩種非離子碳?xì)浔砻婊钚詣?，6，8-三甲基-4-壬基

3、醇聚氧乙烯醚(TMN-3)和2-乙基己醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚(EH-3)形成scCO2微乳液，去除刻蝕后表面及通孔內(nèi)的光刻膠殘留。清洗結(jié)束后，利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)對不同條件下清洗的樣品進(jìn)行了對比分析、觀察和表征，用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)分析樣品清洗前后表面成分變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與TMN-3相比，EH-3形成的scCO2微乳液在相同條件下對光刻膠去除效果更顯著。并且通過實(shí)驗(yàn)得到了EH

4、-3的最佳清洗濃度為3wt.％及形成scCO2微乳液的最佳Wwater/WEH-3比例為1∶1。
　　 (2)對比研究了兩種助溶劑在scCO2清洗中的作用
　　 在兩種助溶劑—異丙醇、二甲基亞砜(DMSO)的輔助下，超臨界清洗效果都有了明顯的改善。在0-8mL不同的助溶劑用量條件下，利用金相顯微鏡對樣品進(jìn)行觀察表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，向超臨界清洗系統(tǒng)中加入4mL助溶劑就可以將光刻膠去除率從15％提高到85％，繼續(xù)加大用量清洗

5、效果改善不明顯。并且同樣劑量的DMSO比異丙醇對清洗效果的影響更顯著。
　　 (3)研究了溫度、壓強(qiáng)、磁攪拌及時(shí)間對scCO2清洗效果的影響
　　 在10-25MPa，40-80℃范圍內(nèi)進(jìn)行利用scCO2微乳液去除光刻膠的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，清洗溫度低于70℃時(shí)，光刻膠去除率隨溫度升高而逐漸增加，70℃時(shí)光刻膠去除率達(dá)到90％，之后去除率隨溫度上升而有所下降，這是由scCO2密度降低引起的光刻膠溶解能力下降所導(dǎo)致的。

6、隨清洗釜壓強(qiáng)由10MPa上升到25MPa，光刻膠去除率從40％升高到了85％。
　　 在無磁攪拌、中速磁攪拌(660r/min)及高速磁攪拌(1320r/min)三種條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果顯示，磁攪拌對于光刻膠剝離有很大的促進(jìn)作用。
　　 (4)與傳統(tǒng)清洗進(jìn)行了對比
　　 與傳統(tǒng)清洗方法對比，超臨界清洗方法完全沒有造成刻蝕圖案的變形與結(jié)構(gòu)的坍塌，也沒有出現(xiàn)清洗液殘留的現(xiàn)象，而且清洗效果也得到了明顯的改善。