去胶液的任务是在完成相应的技术工艺步骤(点蚀、蚀刻或其他)后完全溶解所有光刻胶结构或残留物。在光刻的早期,大多数强力去胶液被用于此目的。环保思想不像今天那样受到关注,DMF(二甲基甲酰胺)、DMSO(二甲基亚砜)或氨基醇等溶剂仍在使用中。今天的光刻胶制造商为提供对环境安全的去胶液做出了重大努力。2011 年 NMP(N-甲基吡咯烷酮)被列为对健康有害的物质后,Allresist 立即用对生态无害的 NEP(N-乙基吡咯烷酮)取代了这种化合物。

溶剂型去胶液

经典的去胶液是丙酮,它与异丙醇一起在世界各地的每个实验室中用作清洗液。丙酮对非或仅低烘烤胶膜(最高 120 °C)的溶解能力非常出色。然而,必须注意低沸点 (56 °C) 和仅 -20 °C 的闪点。在不幸的情况下,静电电荷可能会导致爆炸。NEP(N-乙基吡咯烷酮)或 NMP 不会出现此问题。两种去胶液的沸点均超过 200 °C。溶解能力与丙酮的能力相当,并且可以通过加热到最大来进一步增强。80 °C(就安全问题而言,这是无害的,但在此温度下会开始产生令人不安的蒸汽)。原则上,其他溶剂也适合作为去胶液:IPA、PGMEA (PMA)、甲乙酮 (MEK) 或稀释剂(参见稀释剂)可溶解没有做坚膜处理的光刻胶的残留物。然而,在大多数情况下,如果使用这些溶剂,则需要相当长的时间。溶剂去胶液同样适用于基于酚醛树脂的光刻胶以及所有聚合物光刻胶(例如 PMMA)。

水碱去胶液

最简单但高效的去胶液是氢氧化钠 (NaOH) 和氢氧化钾 (KOH) 溶液。4% KOH 溶液已经可以在几秒钟内基本上去除所有基于酚醛树脂的光刻胶和电子束光刻胶。只有特别设计为耐碱的光刻胶除外(参见碱稳定和溶剂稳定负胶)。将 NaOH 或 KOH 的浓度提高到 40% 也是可以的。这些强碱性溶液也适用于难去胶的情况,特别是坚膜烘烤后的光刻胶膜。碱性溶液通常不能完全去除残留的光刻胶,但在这种情况下会在光刻胶薄膜钻蚀,然后或多或少地剥离掉残留物,随后完全去除。然而,应该考虑到高浓度的碱性溶液也可能侵蚀晶圆的硅,从而破坏表面。上述碱性溶液的替代品是基于缓冲碱性盐的浓缩显影液 AR 300-26。未稀释的显影剂也会迅速去除大部分光刻胶薄膜。

四甲基氢氧化铵 (TMAH) 溶液也可用作去胶液,最大浓度为 25%。在此浓度下,TMAH 可与高浓度 NaOH 和 KOH 溶液相媲美。TMAH 也会攻击硅,在使用过程中同样需要小心。浓度低四倍的 TMAH 基去胶液 AR 300-73 更容易处理(即更安全),而且由于 TMAH 消耗量更低,因此更环保。水碱性去胶液不适用于所有聚合物(PMMA、聚苯乙烯、碳氢)。然而,该特征可以专门用于双层胶体系(PMMA/光刻胶;碳氢/光刻胶)中,用于选择性显影上层光刻胶。

一般去胶液

在特别难去胶的情况下(例如在强烈的等离子蚀刻或溅射之后),超声或兆声辅助去胶可对去胶的过程产生帮助。然而,晶圆上的敏感结构在此过程中必须受到保护,否则会被破坏。由于溶解的光刻胶含量增加,去胶液在长时间使用过程中会变得更弱。即使从未达到理论饱和极限(远高于 50% 的固体含量),使用过的去胶液仍会连续富集颗粒并变得不透明,从而不再可能进行可重复的清洁。溶解速率进一步降低并且去除过程将需要更多时间。通常的做法是级联清洗。在此过程中,去胶液用于三个不同的去胶槽步骤。将涂覆的晶片放置在第一槽中,其中光刻胶残留物几乎完全去除。然后将晶圆转移到第二个槽中,然后是第三个槽,在第三个槽中去除最后的残留物,然后用水冲洗晶圆。一旦达到预定的溶解能力,第一个槽中的去胶液就被丢弃,第二个和第三个槽位向上移动一个位置。

根据对去胶液如 AR 300-70 (NEP) 的可用性的估计,大约 100 片 2 µm 膜厚的 4 英寸晶圆可以用一升去胶液安全地清洗。光刻胶去胶液的功能还可以通过强氧化酸如王水、食人鱼、硫酸或硝酸来实现。这些酸用于最后的清洁。但除了环境保护方面(用过的酸的处理)之外,这些混合物通常不仅会侵蚀光刻胶,还会侵蚀晶圆表面的其他材料。

另外,我们还可以通过氧等离子体来实现对变性(长时间等离子体刻蚀)或者高剂量离子注入后的光刻胶进行去除,其中微波等离子去胶机可实现仅对光刻胶去除而不伤害沉底的目的,但是需要注意,样品上暴露的容易氧化的金属或者聚合物层也有可能受到侵蚀。

去胶液概述:

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