臺灣博碩士論文加值系統

光阻去除是微影製程中的最後一個步驟，其要求是光阻必須完全去除洗淨，以確保後續製程的潔淨度。現行的方式大都以高溫硫酸/雙氧水洗劑去除，缺點是會產生大量的廢酸與循環使用所造成二次污染對產品的影響。因此研究臭氧技術被來取代現有光阻去除劑，其優點是去除後效果與現行的方式相同，而且反應後沒有廢水與廢酸的處理問題。但是由於臭氧技術受限於溶解度與質傳速度之限制，到目前為止，利用臭氧水來取代現行的光阻去除方法的研究中，有效增加去除效率依舊是一大挑戰。
本文主要研究臭氧水在單片晶圓旋式蝕刻機中，來去除晶圓表面的光阻的能力。並研究在不同的臭氧水流量，溫度與不同轉速下之影響。之後加入紫外光，運用紫外光會激發臭氧與紅外線加熱系統且比較光阻去除效果。
實驗結果顯示，在浸泡式中對I-line光阻去除率約在1000 Å /min，在相同的濃度下旋轉條件至1000RPM以上對I-line光阻去除率可以達約2300 Å /min，但再高的轉速就無顯著的效果。加入紫外光後對光阻去除效率更可以提升至約3300 Å/min。唯利用紅外線加溫至晶片表面達約五十幾度時，對光阻去除並沒有顯著提升。

Photoresist stripping is last step of the lithography process. In order to maintain defect-free conditions for subsequent processes, photoresist must be removed completely. The conventional photoresist stripping uses the SPM method in high temperatures. The disadvantage of the method is the large volume of chemical wastewater produced. Ozone technology was evaluated to replace the SPM process. The advantage is its strong oxidization capability for organics like photoresist. After reacting, there is no problem of chemical wastewater. Due to the situation that ozone is limited to its solubility and mass transfer rate, it is still a challenge to replace PR stripping using SPM by ozonized water.
In this study, ozonized water in the single wafer processor was used to study photoresist stripping. Parameters evaluated including ozonized water flow, temperature and chuck speed. In addition UV activation and IR heating to ozone reaction were also evaluated.
Results show that the I-line photoresist stripping rate in wet bench is approximately 1000 Å/min. At the same concentration, the stripping rate is 2313 Å/min on spin speed of 1000 RPM, but no further improvement on higher spin speed. It is improved to 3300 Å/min by adding UV lamp to the system. However, IR heating to increase the temperature by approximately 50℃ shows no significant effect.

目錄
第一章 導論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究內容 3
第二章 原理與文獻回顧 4
2.1 光阻去除製程介紹 4
2.2 光阻劑簡介 5
2.3 臭氧水簡介 5
2.3.1 臭氧基礎物化性質 5
2.3.2 臭氧自解反應 6
2.3.3 臭氧與有機物的反應機制 7
2.3.4 臭氧/紫外光與有機物的反應機制 9
2.3.5 臭氧水去除光阻機制 10
2.4 單片晶圓溼蝕刻機清洗機制 11
2.4.1 單片晶圓溼蝕刻機介紹 11
2.4.2 臭氧水在平板上流體現象分析 12
2.4.3旋轉圓盤上噴注液體現象模式 13
2.4.4旋轉圓盤上噴注臭氧水去除反應速率 14
第三章 實驗材料 設計與方法 16
3.1 實驗設計與方法 16
3.2 實驗材料 16
3.2.1 八吋矽晶圓片 16
3.2.2 光阻劑 17
3.3 實驗設備 17
3.3.1 單片晶圓溼蝕刻機 17
3.3.2 臭氧水生成模組 17
3.3.3 旋轉塗佈機台 18
3.3.4 光學薄膜測厚儀 18
3.3.5 紫外光燈管 19
3.3.5.1 254 nm紫外光燈管 19
3.3.5.2低壓汞蒸氣燈(254nm/185nm UV) 20
3.3.5.3 紫外線光強度計 21
3.3.5.4 紅外線燈管 21
3.4 光阻塗佈程式 22
3.5 厚度量測 22
3.6.1臭氧水在單片晶圓溼蝕刻機中對去除光阻的影響 24
3.6.1.1 實驗目的 24
3.6.1.2 實驗步驟 24
3.6.2 臭氧水/紫外光在單片晶圓溼蝕刻機中對去除光阻的影響 25
3.6.2.1 實驗目的 25
3.6.2.2 實驗步驟 25
3.6.3 紅外線加熱臭氧水在單片晶圓溼蝕刻機中對去光阻反應的影響 26
3.6.3.1 實驗目的 26
3.6.3.2 實驗步驟 26
第四章 實驗結果與討論 27
4.1 臭氧水在單片晶圓溼蝕刻機去光阻實驗結果與討論 27
4.1.1 不同臭氧水溫度對去除光阻之結果 27
4.1.2 不同臭氧水濃度對去光阻結果 28
4.1.3 不同臭氧水流速對去光阻結果 28
4.1.4 不同轉盤轉速對去光阻結果 29
4.2 紫外光/臭氧水去光阻實驗結果與討論 29
4.2.1 254 nm紫外光強度量測 29
4.2.1.1 單紫外燈管強度量測 29
4.2.1.2 多紫外燈管在不同位置下下強度測量 30
4.2.1.3 多紫外燈管在不同高度下下強度測量 30
4.2.1.4 185 nm/254 nm紫外燈管強度測量 30
4.2.2 不同強度下的紫外光/臭氧水去光阻結果 31
4.2.3 不同高度下的紫外光/臭氧水去光阻結果 31
4.2.4 185 nm/254 nm紫外光/臭氧水去光阻結果 31
4.2.5 預照紫外光與紫外光/臭氧水去光阻結果 32
4.2.6 臭氧水與紫外光/臭氧水去光阻結果 32
4.3 紅外線加熱臭氧水在旋轉蝕刻機去光阻結果與討論 32
4.3.1 紅外線加熱晶圓表面流體溫度量測 32
4.3.2 紅外線加熱晶圓表面的光阻去除能力結果 33
第五章 結論與建議 34
參考文獻 36
表目錄
表2.1 正光阻成份 40
表2.2 臭氧危害資料表(Chiu and Leu, 2001) 40
表 2.3 The reduction potentials of various oxidants.（Prengle, 1978） 41
表 2.4 Reactivity and rate constants of micro-pollutants via direct ozonation reaction (kO3)（Hoigne, 1983） 42
表 2.5 Reactivity and rate constants of some micro-pollutants via：direct (kO3) and radical ozonation reactions (kOH．).（Barker, 1988） 43
表 2.6 轉盤轉數 vs. 旋轉雷諾數 44
表3.1 光阻塗佈設定參數條件 44
表3.2 光阻塗佈設定參數條件 45
表3.3 程式設定參數條件 45
圖目錄
圖2.1 微影製程 46
圖 2.2 臭氧自身反機制( Staehelin, 1984) 47
圖 2.3 光分解臭氧反應機制﹙Peyton and Glaze,1988﹚ 48
圖 2.4 臭氧在水中對有機物反應途徑(Nelson and Carter,1999) 49
圖 2.5溫度對臭氧水溶解度之影響(Mykrolis Co.Ltd) 50
圖 2.6水酸鹼對臭氧水溶解度之影響( in NH4OH solution ) (Sotelo, 1987) 51
圖 2.7水酸鹼對臭氧水溶解度之影響( in dilute HCl or HF solution )( Sotelo, 1987) 51
圖 2.8 MKS 臭氧與二氧化碳混合系統（MKS.Co.Ltd） 52
圖 2.9 MKS系統濃度與流量關係圖（MKS.Co.Ltd） 52
圖 2.10 SEMITOOL臭氧去光阻系統示意圖(SEMITOOL Co., Ltd.) 53
圖 2.11 TEL公司臭氧去光阻系統示意圖(TEL Co.,Ltd) 53
圖 2.12 FSI公司臭氧去光阻系統示意圖(FSI Co.,Ltd) 54
圖 2.13 臭氧氣泡系統示意圖(ITRS) 54
圖 2.14 單晶片旋轉溼式系統示意圖(SEZ Co.,Ltd) 55
圖2.15 流體與晶片表面邊界層示意圖 55
圖 2.16 臭氧水與晶片表面擴散層示意圖 56
圖 2.17 轉盤轉速與流速邊界層關係圖 56
圖3.1單片晶圓溼蝕刻機正面照片 57
圖3.2單片晶圓溼蝕刻機內部傳送照片 57
圖3.3 臭氧產生器 58
圖3.4 臭氧濃度控制 58
圖3.5 冷卻器 59
圖3.6 臭氧濃度分析 59
圖3.7 臭氧水生成示意圖 60
圖3.8 旋轉塗佈機 61
圖3.9 光學薄膜測厚 61
圖3.10 254 nm 紫外燈(千川) 62
圖3.11 254 nm 紫外燈管光譜(千川) 62
圖3.12 254 nm/183 nm 紫外燈管 (智群) 63
圖3.13 254 nm/183 nm 紫外燈管光譜(智群) 63
圖3.14 紫外光強度計 64
圖3.15 紅外光燈管 64
圖3.16 量測點位置 65
圖4.1 不同溫度下臭氧水濃度與時間關係圖(設定點:40ppm) 66
圖4.2不同溫度下臭氧水濃度與時間關係圖(設定點:80ppm) 66
圖4.3 DIO3不同溫度條件對光阻之平均去除率 67
圖4.4 DIO3不同時間條件對光阻之平均去除 67
圖4.5 DIO3不同濃度條件對光阻之平均去除 68
圖4.6 DIO3在不同流速下條件對光阻之平均去除 68
圖4.7 DIO3在不同轉速下條件對光阻之平均去除 69
圖4.8 紫外線光強度計圖 69
圖4.9 UV光燈管量測示意圖 70
圖4.10 單UV光燈管距離之光強度 70
圖4.11 五隻UV光燈管的裝置示意圖 71
圖4.12 不同位置下五隻UV(254 nm)光燈管之光強度 71
圖4.13 不同高度下UV光示意圖 72
圖4.14 不同高度下UV光(254 nm)之光強度 72
圖4.15 不同UV光之光強度 73
圖4.16 UV光(254 nm)強下對光阻之平均去除率 73
圖4.17 不同UV光高度對光阻之平均去除率(UV燈管3根,254nm) 74
圖4.18 不同UV光對光阻之平均去除率(UV燈管 3根,254nm) 74
圖4.19 預照UV光(2.6 mW/cm2)對光阻之平均去除率 75
圖4.20 紫外光(2.6 mW/cm2)與沒有紫外光照射在各時間點光阻厚度變化 75
圖4.21 紫外光(2.6 mW/cm2)與沒有紫外光照射條件在表面均勻分佈(3min) 76
圖4.22 紫外光/臭氧水對各時間點照片 76
圖4.23臭氧水對各時間點照片 77
圖4.24 紅外線加熱晶片表面示意圖 78
圖4.25 紅外線加熱裝置與無加熱裝置溫度對時間比較 78
圖4.26 晶圓表面溫度與光阻平均去除率之關係圖 79

Buhler, R. E., J. Staehelin and J. Hoigne, “Ozone Decomposition in Water Studied by Pulse Radiolysis, 1. HO2/O2- and HO3/O3- as Intermediates,” J. Phys. Chem., Vol 88 pp. 2560-2568, 1984.
Chiu, C. Y. and S. R. Leu, ”Study on The Bubble Column and Cstr Operations of Ozonation Process,” Bulletin of the College of Engineering, N. T. U., No. 82, pp. 77-91, 2001.
Huang, T. C. and D. H. Chen, “Kinetics of Ozone Decomposition in Aqueous Solution with and without Ultraviolet Radiation,” J. Chin. I. Ch. E. (Taiwan), Vol 24, No.4, pp. 207-216, 1993.
Kashkoush, I., R. Matthews, and R. E. Novak, “Photoresis Stripping Using Ozone/Deionized Water Chemistry,” in Cleaning Technology in Semiconductor Device Manufacturing V, V, J. Ruzyllo, R. Novak, eds., Electrochem. Sec. Proc., Vol. 97-35, pp. 471-479, 1998.
Nelson, S., and Carter, L. E., “A Process Using Ozonated Water Solutions to Remove Photoresist after Metallization,” Solid State Phenomena 65-66,pp. 287-290, 1999.
Nelson, S., L. “Ozonated Water for Photoresist Removal,” Solid State Technol., Vol 42, pp. 107-112, 1999.
Park, J. -G., and J. –H. Han, “The Behavior of Ozone in Wet Cleaning Chemicals,” in Cleaning Technology in Semiconductor Device Manufacturing V, V, J. Ruzyllo, R. Novak, eds., Electrochem. Soc. Proc., Vol. 97-35, pp. 231 ,1998.
Peyton, G. R. and W. H. Glaze, ”Destruction of Pollutants in Water Withozone in Combination with Ultraviolet Radiation. 3. Photolysis of Aqueous Ozone,” Environ. Sci. & Technol., Vol 22, pp.761, 1988.
Vroom R., De Gendt S., “The Use of Ozonated Water as Resist Strip and Post Ash Clean in a Production Fab,” IEEE International Symposium on Semiconductor Manufacturing Conference Proceedings, pp. 165-169, 1999.
Sotelo, J.L., F. J. Beltran, F. J. Benitez and J. Beltran-Heredia, “Ozone Decomposition in Water: Kinetic Study,” Ind. Eng. Chem. Res., Vol 26, pp 39-47, 1987.
Staechlin, J., R. E. Buhler and J. Hoigne, “Ozone Decomposition in Water Studied by Pulse Radiolysis, 2. OH and HO4 as Chain Intermediates,” J. Phys. Chem., Vol 88, pp. 5999-6006, 1984.
Weiss, J., “Investigation on The Radical HO2 in Solution,” Trans. Faraday Soc., Vol 31, pp. 668-675, 1935.
http://www.semitool.com/(2007)
http://www.fsi-intl.com/(2007)
http://www.tel.com/jpn/product/index.htm(2007)

李奇威 . 2002.以臭氧與紫外光處理半導體製造業廢水中之甲基丙烯酸甲酯，國立臺灣大學環境工程學研究所碩士論文。
金光祖, 陳秋美, 蔡幸芬. 2002. Green technology-臭氧水技術在深次微米IC製程之應用. 電子月刊 8(3): 150-155.
金光祖, 陳秋美, 羅正忠. 2002. 臭氧水技術在光阻去除製程之應用. 電子月刊 8(9): 128-133.
金光祖, 陳秋美, 徐靜怡, 郭詠琪. 2006. 半導體封裝產業概況與臭氧光阻計術發展. 永續產業發展雙月刊 NO 30:50-61
金光祖、陳秋美、徐靜怡. 2005氣泡式臭氧光阻去除,工研院能環所研究報告
陳志偉. 2003. 以臭氧去除光阻的機制研究. 碩士論文. 交通大學電子所.
邵明哲. 2004. 以臭氧氣泡去光阻可行性之研究. 碩士論文. 東海大學 環境科學系
鄧宗禹, 蔡明蒔. 2001. 以臭氧超純水清洗晶圓表面之簡介及應用. 中文半導體技術雜誌 July: 35-45.金光祖, 陳秋美, 徐靜怡, 郭詠琪. 2006. 半導體封裝產業概況與臭氧光阻計術發展. 永續產業發展雙月刊 NO 30:50-61
金光祖、陳秋美、徐靜怡. 2005氣泡式臭氧光阻去除,工研院能環所研究報告
陳志偉. 2003. 以臭氧去除光阻的機制研究. 碩士論文. 交通大學電子所.
鄧宗禹, 蔡明蒔. 2001. 以臭氧超純水清洗晶圓表面之簡介及應用. 中文半導體技術雜誌 July: 35-45.