DE102012105384A1 - Lift-off method useful in semiconductors and microsystems comprises providing semiconductor substrate, where structured photoresist layer is applied on semiconductor substrate and metal layer is applied on photoresist layer - Google Patents

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Abstract

Lift-off method comprises providing a semiconductor substrate (wafer), where a structured photoresist layer (2) is applied on the semiconductor substrate (1) and a metal layer (6) is applied on the photoresist layer. The portion of the metal layer located on the photoresist layer together with the photoresist layer is removed by treating with dimethyl sulfoxide and simultaneously applying megasound of the semiconductor substrate. An independent claim is also included for a device for carrying out the above method comprising a process chamber comprising a holding device for holding the wafer and a loading unit for loading the holding device with the wafer, and at least one supply unit for supplying and applying of dimethylsulfoxide on the wafer and a megasound device with which the wafer is subjected with megasound.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lift-off-Verfahren, bei dem ein Halbleitersubstrat (Wafer) vorgesehen ist, wobei auf dem Halbleitersubstrat eine strukturierte Fotolackschicht und auf der Fotolackschicht eine Metallschicht aufgebracht ist, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Lift-off-Verfahrens. The invention relates to a lift-off method in which a semiconductor substrate (wafer) is provided, wherein on the semiconductor substrate, a patterned photoresist layer and on the photoresist layer, a metal layer is applied, and a device for performing the lift-off method.

Ein solches Lift-off-Verfahren ist aus Wikipedia bekannt. Ebenfalls ist eine Vorrichtung zum Durchführen des Lift-off-Verfahrens bekannt. Das Lift-off-Verfahren wird in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik angewandt. Es wird insbesondere zur Herstellung von Leiterbahnebenen oder Kontaktflächen bei der Fertigung von integrierten Schaltungen oder Mikrosystemen eingesetzt. Durch eine Folge von Prozessschritten werden Mikrostrukturen, insbesondere Mikrostrukturen aus Metall, hergestellt. Dazu wird auf der Oberfläche eines Wafers zunächst eine strukturierte dünne Schicht aus Fotolack aufgebracht. Dies kann typischerweise durch fotolithographische Strukturierung erfolgen. Hierzu wird der Fotolack zunächst ganzflächig auf den Wafer aufgebracht. Danach wird die Fotolackschicht mit einem inversen Muster der späteren Struktur fotolitographisch strukturiert. Dann wird auf den Wafer mit der strukturierten Fotoschicht ganzflächig eine Schicht aus dem gewünschten Metall aufgebracht, so dass Anteile der Metallschicht auf der strukturierten Fotolackschicht aufgebracht sind und andere Anteile der Metallschicht direkt mit dem Substrat des Wafers in Kontakt stehen. Danach wird die Fotolackschicht z.B. nasschemisch entfernt. Dabei wird das Metall, das sich auf der Oberfläche der Fotolackschicht befindet, abgehoben und weggewaschen. Danach bleibt die Metallschicht in den Bereichen, in denen sie einen direkten Kontakt zum Substrat hatte, stehen. Such a lift-off method is known from Wikipedia. Also, an apparatus for performing the lift-off method is known. The lift-off process is used in semiconductor and microsystems technology. It is used in particular for the production of printed circuit traces or contact surfaces in the manufacture of integrated circuits or microsystems. Through a series of process steps, microstructures, in particular microstructures made of metal, are produced. For this purpose, a structured thin layer of photoresist is first applied to the surface of a wafer. This can typically be done by photolithographic patterning. For this purpose, the photoresist is first applied over the entire surface of the wafer. Thereafter, the photoresist layer is patterned photolithographically with an inverse pattern of the later structure. Then, a layer of the desired metal is applied over the entire surface of the wafer with the structured photo layer, so that portions of the metal layer are deposited on the patterned photoresist layer and other portions of the metal layer directly contact the substrate of the wafer. Thereafter, the photoresist layer is e.g. removed wet-chemically. The metal, which is located on the surface of the photoresist layer, lifted off and washed away. Thereafter, the metal layer remains in the areas where it had a direct contact with the substrate stand.

Als Beispiel für ein Lösungsmittel zum nasschemischen Entfernen der Fotolackschicht und der sich darauf befindenden Metallschicht wird in Wikipedia Aceton vorgeschlagen. As an example of a solvent for wet-chemical removal of the photoresist layer and the metal layer thereon is proposed in Wikipedia acetone.

Aus der Praxis ist es bekannt, NMP als Lösungsmittel zum Entfernen der Fotolackschicht von dem Halbleitersubstrat zu verwenden. Dadurch kann die Fotolackschicht vollständig und zuverlässig von dem Halbleitersubstrat abgelöst werden. Das NMP wird dazu mit Hochdruck unter Nebelbildung auf das Halbleitersubstrat aufgebracht. Dies hat zur Folge, dass aufgrund des Hochdrucks eine Explosionsgefahr für die Vorrichtung besteht, in der das Lift-Off-Verfahren durchgeführt wird. Zudem hat NMP stark toxische Eigenschaften, so dass sichergestellt werden muss, dass kein NMP in die Umgebungsluft gelangt. Daher sind bei der Verwendung von NMP entsprechende, aufwändige anlagentechnische Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Das mit Hochdruck unter Nebelbildung in die Prozesskammer eingebrachte NMP hat im nachfolgenden Reinigungs- und Spülschritt eine lange Abbauzeit. Deshalb ist ein nachfolgender Reinigungs- und Spülschritt mit Isopropanol erforderlich. In diesem Reinigungsschritt werden bereits geliftete Metallpartikel, welche sich auf der Substartoberfläche befinden, abgespült. Der Reinigungsschritt muss in einer von dem Lift-off-Prozess getrennten Prozesskammer erfolgen. Dadurch werden das Verfahren und die Vorrichtung komplex, aufwändig und teuer. It is known in practice to use NMP as a solvent for removing the photoresist layer from the semiconductor substrate. As a result, the photoresist layer can be completely and reliably detached from the semiconductor substrate. The NMP is applied to the semiconductor substrate under high pressure with misting. This has the consequence that due to the high pressure there is a risk of explosion for the device in which the lift-off process is performed. In addition, NMP has highly toxic properties, so it must be ensured that no NMP gets into the ambient air. Therefore, the use of NMP requires corresponding complex technical safety measures. The NMP introduced into the process chamber under high pressure with mist formation has a long degradation time in the subsequent cleaning and rinsing step. Therefore, a subsequent cleaning and rinsing step with isopropanol is required. In this cleaning step, already lifted metal particles, which are located on the surface of the substrate, are rinsed off. The cleaning step must be carried out in a separate process chamber from the lift-off process. As a result, the method and the device become complex, complicated and expensive.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges, effektives und einfacheres Lift-off-Verfahren zu schaffen, mit einer einfacheren Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. In view of this prior art, the present invention seeks to provide a reliable, effective and easier lift-off method, with a simpler apparatus for performing this method.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem die sich auf der Fotolackschicht befindenden Anteile der Metallschicht zusammen mit der Fotolackschicht durch Behandeln mit Dimethylsulfoxid (DMSO) unter gleichzeitigem Anwenden von Megaschall von dem Halbleitersubstrat entfernt werden. Ferner wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, die eine Prozesskammer mit einer Halteeinrichtung zum Halten eines Wafers, mit einer Ladeeinheit zur Beladung der Haltevorrichtung mit einem Wafer, mit wenigstens einer Zuführung zum Zuführen und Aufbringen von DMSO auf den Wafer und mit einer Megaschalleinrichtung mit der der Wafer mit Megaschall beaufschlagbar ist, aufweist. This object is achieved by a generic method in which the portions of the metal layer located on the photoresist layer are removed from the semiconductor substrate together with the photoresist layer by treatment with dimethyl sulfoxide (DMSO) with simultaneous application of megasonic. Furthermore, this object is achieved by a generic device having a process chamber with a holding device for holding a wafer, with a loading unit for loading the holding device with a wafer, with at least one feed for supplying and applying DMSO on the wafer and with a Megaschalleinrichtung with the wafer can be acted upon by megasonic.

Dadurch, dass als Lösungsmittel DMSO unter gleichzeitigem Anwenden von Megaschall verwendet wird, wird erreicht, dass sich die Metallschicht zusammen mit der sich darunter befindenden Fotolackschicht zuverlässig und effektiv von dem Substrat löst. Aufgrund der Eigenschaften von DMSO in Kombination mit Megaschall wird erreicht, dass die gelifteten Metallpartikel zuverlässig entfernt werden und sich aufgrund des integrierten Spülvorgangs mit Reinstwasser nicht wieder auf der Substratfläche anlagern können. Zudem ist DMSO nicht toxisch, so dass ein leichtes Arbeiten ermöglicht wird, ohne dass zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen, wie spezielle Filter und aufwändige Vorrichtungen erforderlich sind. Auch ist zur Entfernung von DMSO kein Isopropanol erforderlich, so dass die mit dessen Anwendung verbundenen aufwändigen Maßnahmen, wie Filtern und Rezirkulation nicht erforderlich sind und das Verfahren entsprechend vereinfacht werden kann. Des Weiteren sind nur sehr geringe Mengen von DMSO für den Prozess erforderlich, wodurch die nachfolgende externe Chemieneutralisation erheblich vereinfacht wird. Aufgrund des hohen Flammpunktes von DMSO besteht auch keine Explosionsgefahr für die Vorrichtung, in der der Prozess durchgeführt wird, so dass anlagentechnisch keine Explosions-Schutzmaßnahmen durchgeführt werden müssen. Dadurch können die Anlagenkosten erheblich reduziert werden. By using DMSO as the solvent with simultaneous use of megasonic, it is achieved that the metal layer, together with the photoresist layer underneath, reliably and effectively releases from the substrate. Due to the properties of DMSO in combination with megasonic, it is achieved that the lifted metal particles are reliably removed and can not be re-deposited on the substrate surface due to the integrated rinsing process with ultrapure water. In addition, DMSO is non-toxic, making it easy to work without the need for additional safety measures, such as special filters and sophisticated equipment. Also, isopropanol is not required for the removal of DMSO, so that associated with its application complex measures, such as filtering and recirculation are not required and the process can be simplified accordingly. Furthermore, only very small amounts of DMSO are required for the process, which greatly simplifies subsequent external chemical neutralization. Due to the high flash point of DMSO, there is also no risk of explosion for the device in which the process is carried out, so that no explosion protection measures are carried out in terms of plant technology have to. As a result, the system costs can be significantly reduced.

Es hat sich gezeigt, dass die gleichzeitige Anwendung von Megaschall in einem Frequenzbereich von etwa 400 kHz bis etwa 2 MHz zu besonders guten Resultaten führt. Der Frequenzbereich ist vom Prozess und vom Substrat abhängig. Er liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1 MHz. Zum Erzielen eines zuverlässigen Lift-Off-Prozesses wird konzentriertes DMSO verwendet, wodurch ein einfaches und kostengünstiges Arbeiten ermöglicht wird. Als Metallschicht kann beispielsweise eine Goldschicht verwendet werden. Wesentlich bei dem Verfahren ist, dass die Fotolackschicht so mit der Metallschicht bedeckt ist, dass die Seitenflanken der einzelnen Strukturelemente der Fotolackschicht nicht vollständig mit dem Metall der Metallschicht bedeckt sind, so dass zumindest eine Kante des jeweiligen Strukturelements freiliegt. Dies kann beispielsweise durch geeignetes Aufdampfen und Strukturieren der Fotolackschicht erreicht werden. So kann das DMSO an den freiliegenden Kanten der mit der Metallschicht an der Oberfläche bedeckten Strukturelemente der Fotolackschicht angreifen und diese auflösen. Damit werden die Anteile der Metallschicht, die sich auf der Oberfläche der Strukturelemente der Fotolackschicht befinden, ebenfalls von der Oberfläche des Wafers entfernt. It has been found that the simultaneous use of megasonic in a frequency range of about 400 kHz to about 2 MHz leads to particularly good results. The frequency range depends on the process and the substrate. It is preferably in the range of about 1 MHz. To achieve a reliable lift-off process, concentrated DMSO is used, allowing easy and cost effective operation. As the metal layer, for example, a gold layer can be used. What is essential in the method is that the photoresist layer is covered with the metal layer such that the side edges of the individual structural elements of the photoresist layer are not completely covered with the metal of the metal layer, so that at least one edge of the respective structural element is exposed. This can be achieved, for example, by suitable vapor deposition and structuring of the photoresist layer. Thus, the DMSO can attack and dissolve at the exposed edges of the structural elements of the photoresist layer covered by the metal layer on the surface. Thus, the portions of the metal layer that are on the surface of the features of the photoresist layer are also removed from the surface of the wafer.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie ohne zusätzliche Medien, wie Filter und Rezirkulationsanlagen ausgebildet werden kann. Sie ist dadurch einfach und kostengünstig. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften des nicht toxischen DMSO können auch die nachfolgenden Prozessschritte in der gleichen Prozesskammer durchgeführt werden, so dass für das gesamte Verfahren nur eine Prozesskammer erforderlich ist. Hierdurch können sowohl Kosten als auch Platz gespart werden. The device according to the invention has the advantage that it can be formed without additional media, such as filters and recirculation systems. It is therefore easy and inexpensive. Due to the advantageous properties of the non-toxic DMSO, the subsequent process steps in the same process chamber can be performed, so that only one process chamber is required for the entire process. This can save both costs and space.

Gemäß einem günstigen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Entfernen der sich auf der Fotolackschicht befindenden Anteile der Metallschicht zusammen mit der Fotolackschicht bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und 40°C. So kann das Verfahren bei Raumtemperatur durchgeführt werden und es ist nur eine geringe Vortemperierung des DMSO erforderlich, so dass sowohl Verbrauchskosten reduziert werden können als auch eine weitere Vereinfachung der Vorrichtung möglich ist. According to a favorable exemplary embodiment of the invention, the removal of the portions of the metal layer located on the photoresist layer takes place together with the photoresist layer at a temperature between approximately 20.degree. And 40.degree. Thus, the process can be carried out at room temperature and it is only a small pre-tempering of the DMSO required, so that both consumption costs can be reduced as well as a further simplification of the device is possible.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Wafer zum Entfernen sich auf der Fotolackschicht befindenden Anteile der Metallschicht zusammen mit der Fotolackschicht in Rotation versetzt und das DMSO wird auf den sich drehenden Wafer aufgebracht. Hierdurch wird erreicht, dass das DMSO schnell und gleichmäßig auf der gesamten Wafer-Oberfläche verteilt wird und somit das Entfernen der Fotolackschicht und der sich darauf befindenden Anteile der Metallschicht sehr schnell und effizient erfolgen kann. In an advantageous development of the invention, the wafer for removing portions of the metal layer located on the photoresist layer is set in rotation together with the photoresist layer and the DMSO is applied to the rotating wafer. This ensures that the DMSO is distributed quickly and uniformly over the entire wafer surface and thus the removal of the photoresist layer and the portions of the metal layer located thereon can be carried out very quickly and efficiently.

Vorteilhafterweise erfolgt das Behandeln mit DMSO und das Anwenden von Megaschall während einer Zeitdauer von etwa 1 bis 5 Minuten. Die genaue Zeitdauer wird abhängig vom Prozess und vom Substrat gewählt. In dieser kurzen Zeit werden die Fotolackschicht und die sich darauf befindenden Anteile der Metallschicht vollständig von dem Wafer entfernt, so dass eine kurze Prozesszeit und eine weitere Kosteneinsparung erzielt werden. Advantageously, the treatment with DMSO and the application of megasonic during a period of about 1 to 5 minutes. The exact time is chosen depending on the process and the substrate. In this short time, the photoresist layer and the portions of the metal layer thereon are completely removed from the wafer, so that a short process time and a further cost saving are achieved.

Auch ist es vorteilhaft, dass nach dem Entfernen der sich auf der Fotolackschicht befindenden Anteile der Metallschicht zusammen mit der Fotolackschicht das noch vorhandene DMSO mit Wasser entfernt wird. DMSO lässt sich mit Wasser zuverlässig entfernen. Die Reinigung mit Wasser ist einfach und kostengünstig. Die gute Wasserlöslichkeit von DMSO bewirkt, dass sich das DMSO mit Wasser vollständig wegspülen lässt. Dies hat den Vorteil, dass auch auf nachfolgende Spülschritte, beispielsweise mit Isopropanol, in einer separaten Prozesskammer verzichtet werden kann. It is also advantageous that, after removing the portions of the metal layer located on the photoresist layer, together with the photoresist layer, the remaining DMSO is removed with water. DMSO can be reliably removed with water. Cleaning with water is easy and inexpensive. The good water solubility of DMSO causes the DMSO to be completely rinsed off with water. This has the advantage that it is also possible to dispense with subsequent rinsing steps, for example with isopropanol, in a separate process chamber.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden das Entfernen der sich auf der Fotolackschicht befindenden Anteile der Metallschicht zusammen mit der Fotolackschicht, das Entfernen des DMSO und ein Trocknen des Halbeitersubstrats in einem Einkammersystem durchgeführt. Hierdurch kann die Vorrichtung weiter vereinfacht werden und bei dem Verfahren können weitere Kosten eingespart werden. According to an advantageous development of the invention, the removal of the portions of the metal layer located on the photoresist layer together with the photoresist layer, the removal of the DMSO and a drying of the semiconductor substrate are carried out in a single-chamber system. As a result, the device can be further simplified and in the method further costs can be saved.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vor dem Entfernen der sich auf der Fotolackschicht befindenden Anteile der Metallschicht zusammen mit der Fotolackschicht ein Pre-Soak-Prozess mit DMSO durchgeführt. Dies ist bei speziellen Lift-off-Prozessen vorteilhaft, wenn aus speziellen Gründen die Voraussetzungen für den Lift-off-Prozess verbessert werden sollen. In a further exemplary embodiment of the invention, a pre-soak process with DMSO is carried out prior to removal of the portions of the metal layer located on the photoresist layer together with the photoresist layer. This is advantageous in the case of special lift-off processes, if the conditions for the lift-off process are to be improved for special reasons.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind bis zu drei Prozessarme mit jeweils mindestens einer Düse vorgesehen, mit denen auf einen auf der Haltereinrichtung angeordneten Wafer gleichmäßig das Prozessmedium, z.B. DMSO aufgebracht werden kann. Hierdurch kann der Wafer ganzflächig und gleichmäßig mit DMSO während des Liftoff-Prozesses oder einer anderen Flüssigkeit, z.B. Wasser während des Reinigungsprozesses, besprüht werden. Dadurch kann der jeweilige Prozess noch effektiver und schneller durchgeführt werden. In an advantageous embodiment of the device according to the invention, up to three process arms each having at least one nozzle are provided, with which the process medium, e.g. DMSO can be applied. This allows the wafer to be blanket and uniform with DMSO during the liftoff process or other liquid, e.g. Water during the cleaning process, to be sprayed. This makes the process even more effective and faster.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist ein Lineararm vorgesehen, mit dem die Prozessarme jeweils bezüglich der drehbaren Halteeinrichtung verstellbar sind. So kann je nach Prozess und Prozessbedingungen eine optimale Anordnung der Prozessarme gegenüber dem mit einer Flüssigkeit zu behandelnden Wafer oder der Halteeinrichtung eingestellt werden. According to a favorable development of the invention, a linear arm is provided with which the process arms are each adjustable relative to the rotatable holding device. Thus, depending on the process and process conditions, an optimum arrangement of the process arms can be set in relation to the wafer or holding device to be treated with a liquid.

Bei dem erfindungsgemäßen Lift-off-Verfahren kann der Wafer in zwei Orientierungen prozessiert werden. Der Wafer kann „upside“, von oben oder „upside down“, von unten prozessiert werden. Die Vorrichtung wird für die Art der gewünschten Prozessierung geeignet ausgebildet. Dabei werden insbesondere die Prozesskammer, die Anordnung der Prozessarme und des oder mehrerer Lineararmes geeignet gewählt. In the lift-off method according to the invention, the wafer can be processed in two orientations. The wafer can be processed "upside down", from above or "upside down" from below. The device is designed to be suitable for the type of processing desired. In particular, the process chamber, the arrangement of the process arms and the one or more linear arm are suitably chosen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen: The invention will be described below in detail by means of an embodiment with reference to the attached figures. Show it:

1a bis 1d eine schematische Darstellung einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Lift-off-Verfahrens und 1a to 1d a schematic representation of individual steps of the lift-off method according to the invention and

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention.

In 1a ist ein Ausschnitt aus einem Wafer gezeigt, der ein Substrat, hier ein Halbleitersubstrat 1 aufweist, auf dem ganzflächig eine Fotolackschicht 2 aufgebracht ist. Vor dem Aufbringen der Fotolackschicht 2 wird die Oberfläche des Wafers soweit erforderlich den üblichen Reinigungs- und Planarisierungsverfahren unterzogen und ggf. eine Haftschicht oder ähnliches aufgebracht. 1b zeigt den gleichen Ausschnitt aus dem Wafer, bei dem die Fotolackschicht 2 strukturiert worden ist. Aufgrund der Strukturierung bleiben Strukturelemente 3 der Fotolackschicht 2, die durch Zwischenbereiche 4 voneinander getrennt sind, auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 stehen. Die Strukturierung der Fotolackschicht 2 erfolgt dabei nach einem herkömmlichen Verfahren, beispielsweise durch fotolitographische Strukturierung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde die Fotolackschicht 2 so strukturiert, dass sich die Seitenflanken 5 der Strukturelemente 3 der strukturierten Fotolackschicht 2 nach unten hin verjüngen. In 1a a section of a wafer is shown, which is a substrate, here a semiconductor substrate 1 has, on the entire surface of a photoresist layer 2 is applied. Before applying the photoresist layer 2 As far as necessary, the surface of the wafer is subjected to the usual cleaning and planarization processes and, if necessary, an adhesive layer or the like is applied. 1b shows the same section of the wafer where the photoresist layer 2 has been structured. Due to the structuring, structural elements remain 3 the photoresist layer 2 passing through intermediate areas 4 are separated from each other on the surface of the semiconductor substrate 1 stand. The structuring of the photoresist layer 2 takes place according to a conventional method, for example by photolithographic patterning. In the embodiment shown, the photoresist layer was 2 structured so that the side edges 5 the structural elements 3 the structured photoresist layer 2 to rejuvenate downwards.

In 1c ist der gleiche Ausschnitt aus dem Wafer wie in 1a und in 1b gezeigt, bei dem auf der strukturierten Fotolackschicht 2 der 1b eine Metallschicht 6, beispielsweise eine Goldschicht aufgebracht ist. Die Metallschicht 6 wird durch ein herkömmliches Verfahren aufgebracht, beispielsweise durch thermisches Verdampfen oder Sputterdeposition. Die Metallschicht 6 wird dabei so abgeschieden, dass die Seitenflanken 5 der Strukturelemente der Fotolackschicht 2 nicht mit der Metallschicht 6 bedeckt sind und Kanten 7 der Strukturelemente 3 freiliegen. Die Metallschicht 6 haftet sowohl auf der Oberfläche des Halbeleitersubstrats 1 in den Zwischenbereichen 4 als auch auf der Oberfläche der Strukturelemente 3 der Fotolackschicht 5. Diese Anordnung wird gleichzeitig mit DMSO und Megaschall behandelt. Dadurch, dass das DMSO mit der Fotolackschicht 2 an den freiliegenden Kanten 7 der Strukturelemente 3 in Berührung kommt, wird der Fotolack aufgelöst, wodurch die Strukturelemente 3 der Fotolackschicht 2 entfernt werden. In 1c is the same section of the wafer as in 1a and in 1b shown in which on the patterned photoresist layer 2 of the 1b a metal layer 6 , For example, a gold layer is applied. The metal layer 6 is applied by a conventional method, for example by thermal evaporation or sputter deposition. The metal layer 6 is deposited so that the side edges 5 the structural elements of the photoresist layer 2 not with the metal layer 6 are covered and edges 7 the structural elements 3 exposed. The metal layer 6 adheres both to the surface of the semiconductor substrate 1 in the intermediate areas 4 as well as on the surface of the structural elements 3 the photoresist layer 5 , This arrangement is treated simultaneously with DMSO and megasonic. Because of the DMSO with the photoresist layer 2 on the exposed edges 7 the structural elements 3 comes in contact, the photoresist is dissolved, causing the structural elements 3 the photoresist layer 2 be removed.

Gleichzeitig werden die sich auf der Fotolackschicht 2 befindenden Anteile der Metallschicht 6 mit abgehoben und entfernt. At the same time they will be on the photoresist layer 2 located portions of the metal layer 6 with lifted off and removed.

Als Ergebnis dieses Prozesses erhält man die in 1d gezeigte Struktur. Auf dem Halbleitersubstrat 1 ist nun die Metallschicht 6 mit dem inversen Muster der Fotolackschicht 2 aus 1b vorhanden. Damit ein zuverlässiges Ablösen der sich auf der Fotolackschicht 2 befindenden Anteile der Metallschicht 6 erzielt wird, wird das DMSO in flüssiger Form auf den Wafer aufgebracht und der Wafer gleichzeitig mit Megaschall in dem Frequenzbereich von etwa 400 kHz bis etwa 2 MHz beschallt. Die Kombination aus dem Lösen mit DMSO und dem Beaufschlagen mit Megaschall führt zu einem sehr guten Ablösen der Metallschicht 6 zusammen mit den Strukturelementen 3 der Fotolackschicht 2. Die Behandlung erfolgt in einer Zeitdauer von etwa 1 bis 5 Minuten, je nach Prozessparametern und bei einer Temperatur von etwa 20° C bis 40°C. Danach wird im integrierten Spülschritt das DMSO sowie noch vorhandene Metallpartikel mittels Reinstwasser abgespült und der Wafer hiermit gereinigt. Dann erfolgt das Trocknen des Wafers. Es kann aufgrund der voreilhaften Eigenschaften von DMSO und der Kombination mit Megaschall das Lift-off-Verfahren einschließlich der Reinigung und des Trocknens des Wafers in einem Einkammersystem durchgeführt werden. As a result of this process, the in 1d shown structure. On the semiconductor substrate 1 is now the metal layer 6 with the inverse pattern of the photoresist layer 2 out 1b available. Thus a reliable detachment of itself on the photoresist layer 2 located portions of the metal layer 6 is achieved, the DMSO is applied in liquid form to the wafer and the wafer simultaneously sonicated with megasonic in the frequency range of about 400 kHz to about 2 MHz. The combination of dissolution with DMSO and the application of megasonic leads to a very good detachment of the metal layer 6 together with the structural elements 3 the photoresist layer 2 , The treatment is carried out in a period of about 1 to 5 minutes, depending on the process parameters and at a temperature of about 20 ° C to 40 ° C. Thereafter, in the integrated rinsing step, the DMSO and remaining metal particles are rinsed off using ultrapure water and the wafer is hereby cleaned. Then the drying of the wafer takes place. Due to the precursors properties of DMSO and the combination with megasonic, the lift-off process including the cleaning and drying of the wafer can be performed in a single-chamber system.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als Einkammersystem ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist eine Prozesskammer 8 auf, in der eine drehbare Halteeinrichtung 9 zum Halten eines Wafers 10 vorgesehen ist, die in Betrieb mit einem Rotationsantrieb verbunden ist. Auf der Halteeinrichtung 9 ist ein Wafer 10 aufgebracht und so befestigt, dass er bei Rotation der Halteeinrichtung 9 fest mit dieser verbunden bleibt. Es ist eine erste Lade-Schleuse 11 vorgesehen, an die eine Automation zum automatischen Beladen und Entladen der Halteeinrichtung 9 mit einem Wafer 10 angebunden werden kann. Ferner ist eine zweite Ladeschleuse 12 vorgesehen, über die die Halteeinrichtung 9 alternativ manuell mit dem Wafer 10 beladen oder entladen werden kann. Die erste und die zweite Ladeschleuse können alternativ bzw. abhängig von den jeweiligen Prozessbedingungen bedient werden. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention, which is designed as a single-chamber system. The device has a process chamber 8th in, in which a rotatable holding device 9 to hold a wafer 10 is provided, which is connected in operation with a rotary drive. On the holding device 9 is a wafer 10 applied and fixed so that it upon rotation of the holding device 9 remains firmly connected to this. It is a first loading lock 11 provided to the automation for automatically loading and unloading the holding device 9 with a wafer 10 can be connected. Furthermore, a second load lock 12 provided over which the holding device 9 alternatively manually with the wafer 10 can be loaded or unloaded. The first and the second load lock can be operated alternatively or depending on the respective process conditions.

Es sind in der Prozesskammer 8 drei Prozessarme 13 angeordnet, von denen jeder wenigstens eine Düse zum Aufsprühen einer Flüssigkeit aufweist. Hinter der gezeigten Prozesskammer 8 ist ein hier nicht gezeigtes Linearsystem angeordnet, mit dem die Prozessarme 13 relativ zu der drehbaren Halteeinrichtung 9 verstellbar sind. Über die Prozessarme kann das DMSO, Wasser oder ein anderes für den Prozess erforderliches Medium zugeleitet werden. Die Prozessarme 13 können abhängig von den gewünschten Prozessbedingungen mit dem Linearsystem so eingestellt werden, dass gewünschte Bereiche des Wafers 10, der Halteeinrichtung 9 oder der Prozesskammer 8 mit einer gewünschten Flüssigkeit besprüht werden können. In dem gezeigten Beispiel ist einer der Prozessarme 13 oberhalb des Wafers 10 angeordnet. Wenn der Wafer 10 durch Rotation der Halteeinrichtung 9 in Drehung versetzt wird, kann der Wafer 10 gleichmäßig mit einer durch die Düse/n des oberhalb des Wafers 10 angeordneten Prozessarms 13 austretenden Flüssigkeit besprüht werden. It's in the process chamber 8th three process arms 13 arranged, each of which has at least one nozzle for spraying a liquid. Behind the process chamber shown 8th a linear system, not shown here, is arranged, with which the process arms 13 relative to the rotatable holding device 9 are adjustable. The process arms can be used to supply the DMSO, water or other medium required for the process. The process arms 13 can be adjusted depending on the desired process conditions with the linear system so that desired areas of the wafer 10 , the holding device 9 or the process chamber 8th can be sprayed with a desired liquid. In the example shown, one of the process arms 13 above the wafer 10 arranged. If the wafer 10 by rotation of the holding device 9 is rotated, the wafer can 10 evenly with one through the nozzle (s) of the wafer above 10 arranged process arm 13 be sprinkled liquid leaking.

Zudem ist eine nicht gezeigte Einrichtung zum Erzeugen von Megaschall in einem Frequenzbereich von etwa 400 kHz bis etwa 2 MHz vorgesehen, mit welcher der Wafer mit Megaschall beaufschlagt werden kann. Die Frequenz ist abhängig vom Prozess und den speziellen Verfahrensbedingungen und kann durch Einsatz unterschiedlicher Schallquellen im definierten Frequenzbereich variiert werden. Ferner ist an der Prozesskammer 8 ein Notschalter 14 zum manuellen Ausschalten und Unterbrechen eines Prozesses in einem Notfall vorgesehen. In addition, an unillustrated device for generating megasonic in a frequency range of about 400 kHz to about 2 MHz is provided, which can be applied to the wafer with megasonic. The frequency depends on the process and the specific process conditions and can be varied by using different sound sources in the defined frequency range. Further, at the process chamber 8th an emergency switch 14 for manually switching off and interrupting a process in an emergency.

An die Prozesskammer 8 sind zwei Abluftleitungen 15 zum Ableiten der Abluft aus der Prozesskammer 8, Medieneingänge 19 zum Zuführen von Chemikalien, Wasser oder anderen Substanzen, die zu einem in der Prozesskammer 8 durchgeführten Prozess benötigt werden, sowie eine Steuerungstechnik 16, mit der das gesamte Verfahren oder einzelne Prozessschritte gesteuert werden können, vorgesehen. To the process chamber 8th are two exhaust pipes 15 for diverting the exhaust air from the process chamber 8th , Media inputs 19 for supplying chemicals, water or other substances that are in the process chamber 8th performed process, as well as a control technology 16 with which the entire process or individual process steps can be controlled provided.

Es sind auf drei Seiten der Prozesskammer 8 Zugänge 17 zum Innern der Prozesskammer 8 vorgesehen, so dass alle sich in der Prozesskammer 8 befindenden Elemente optimal erreichbar sind. Dies ist für Wartungs- und Kontrollzwecke sehr vorteilhaft. Zur Steuerung des Verfahrens bzw. der einzelnen Prozessschritte ist ein Interface 18 vorgesehen, welches als Touch Panel ausgebildet sein kann. It is on three sides of the process chamber 8th Additions 17 to the interior of the process chamber 8th provided so that everyone is in the process chamber 8th are optimally accessible. This is very beneficial for maintenance and control purposes. To control the process or the individual process steps is an interface 18 provided, which may be designed as a touch panel.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Lift-off-Verfahrens wird die Halteeinrichtung 9 über die erste Ladeschleuse 11 mittels eines Roboters mit einem Wafer 10 beladen. Der Wafer, in der Regel ein Halbleitersubstrat, auf dem eine strukturierte Fotolackschicht aufgebracht ist, auf welcher eine Metallschicht, beispielsweise eine Goldschicht aufgebracht ist, wie dies in 1c gezeigt ist. Der Wafer 10 wird auf der Halteeinrichtung 9 unverrückbar gehalten. Einer der Prozessarme 13 wird mittels eines Linearsystems so verfahren, dass er über dem Wafer steht. Dann wird die Halteeinrichtung 9 in Rotation versetzt. Über eine Düse des Prozessarms 13 wird DMSO, welches über einen der Medieneingänge 19 zugeleitet wird, auf den rotierenden Wafer 10 aufgesprüht. Dadurch wird der Wafer 10 gleichmäßig mit DMSO bedeckt. Gleichzeitig wird der Wafer mit Megaschall beaufschlagt, dessen Frequenz hinsichtlich der sonstigen Prozessbedingungen optimal gewählt werden kann. Das DMSO gelangt über die nicht mit der Metallschicht 6 bedeckten Kanten 7 der Strukturelemente 3 der Fotolackschicht 2 in die Fotolackschicht 2 und löst diese auf. Dabei werden die sich auf der Fotolackschicht 2 befindenden Anteile der Metallschicht 6 gleichzeitig von dem Wafer 10 entfernt. Dieser Prozess wird durch das gleichzeitige Anwenden von Megaschall unterstützt, so dass sich die Metallpartikel vollständig und schnell von dem Halbleitersubstrat lösen und auch nicht auf dieses zurückfallen. Für den Lift-off-Prozessschritt wird eine Zeitdauer von 1 bis 5 Minuten gewählt. Diese wird abhängig von den Prozessparametern so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die gesamten Anteile der sich auf der Fotolackschicht befindenden Metallschicht 6 zusammen mit der Fotolackschicht 2 von dem Wafer 10 entfernt sind. Der Prozess wir in einem Temperaturbereich zwischen etwa 20°C und 40°C durchgeführt. Er kann also bei Raumtemperatur, lediglich mit einer geringen Vortemperierung des DMSO, durchgeführt werden. Als Ergebnis erhält man den Wafer 10, mit einer strukturierten Metallschicht 6 auf dem Halbleitersubstrat, wie dies in 1d dargestellt ist. For carrying out the lift-off method according to the invention, the holding device 9 over the first load lock 11 by means of a robot with a wafer 10 loaded. The wafer, usually a semiconductor substrate, on which a structured photoresist layer is applied, on which a metal layer, for example a gold layer, is applied, as shown in FIG 1c is shown. The wafer 10 is on the holding device 9 kept immovable. One of the process arms 13 is moved by means of a linear system so that it is above the wafer. Then the holding device 9 set in rotation. Via a nozzle of the process arm 13 DMSO, which is via one of the media inputs 19 is fed to the rotating wafer 10 sprayed. This will make the wafer 10 evenly covered with DMSO. At the same time, the wafer is loaded with megasonic, the frequency of which can be optimally selected with regard to the other process conditions. The DMSO does not get over the metal layer 6 covered edges 7 the structural elements 3 the photoresist layer 2 in the photoresist layer 2 and dissolve them. They will be on the photoresist layer 2 located portions of the metal layer 6 simultaneously from the wafer 10 away. This process is supported by the simultaneous use of megasonic, so that the metal particles completely and quickly dissolve from the semiconductor substrate and not fall back on this. For the lift-off process step, a time of 1 to 5 minutes is selected. Depending on the process parameters, this is selected so as to ensure that the entire portions of the metal layer located on the photoresist layer 6 together with the photoresist layer 2 from the wafer 10 are removed. The process is carried out in a temperature range between about 20 ° C and 40 ° C. It can therefore be carried out at room temperature, only with a slight pre-tempering of the DMSO. As a result, the wafer is obtained 10 , with a structured metal layer 6 on the semiconductor substrate, as in 1d is shown.

Danach wird über einen oder mehrere der Prozessarme 13 Wasser auf den rotierenden Wafer 10 geleitet, mit dem das DMSO weggespült und der Wafer 10 gereinigt wird. Dann wird der Wafer 10 getrocknet und über die erste Ladeschleuse 11 mittels eines Roboters bzw. über die Ladeschleuse 12 manuell entnommen. Wesentlich ist, dass hier der Lift-off-Prozess, das Spülen und das Trocknen in einer Prozesskammer bei oder nahe der Raumtemperatur durchgeführt werden können. Thereafter, one or more of the process arms 13 Water on the rotating wafer 10 passed, with which the DMSO washed away and the wafer 10 is cleaned. Then the wafer 10 dried and over the first load lock 11 by means of a robot or via the load-lock 12 taken manually. It is essential that the lift-off process, rinsing and drying in a process chamber can be performed at or near room temperature.

Abschließend ist noch anzumerken, dass die Prozessierung der Wafer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl in den Orientierungen „upside“ als auch „upside-down“ erfolgen kann. Bei Ersterem ist der Wafer so im Prozesstisch angeordnet, dass die zu prozessierende Schicht, also die zu entfernende Fotolackschicht nach vom Boden nach oben weg zeigt, während bei dem Letzterem die zu prozessierende Schicht des Wafers in entgegengesetzte Richtung, also zum Boden zeigt. Finally, it should be noted that the processing of the wafers can be carried out by the method according to the invention both in the orientations "upside" and "upside-down". In the former, the wafer is arranged in the process table such that the layer to be processed, ie the photoresist layer to be removed, points away from the bottom, while in the latter the layer to be processed of the wafer points in the opposite direction, that is to the bottom.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Halbleitersubstrat/Wafer Semiconductor substrate / wafer
22
Fotolackschicht Photoresist layer
33
Strukturelemente structural elements
44
Zwischenbereiche between areas
55
Seitenflanken der Strukturelemente Side flanks of the structural elements
66
Metallschicht metal layer
77
Kanten der Strukturelemente Edges of the structural elements
88th
Prozesskammer process chamber
99
Halteeinrichtung  holder
1010
Wafer wafer
1111
erste Ladeschleuse first load lock
1212
zweite Ladeschleuse second load lock
1313
Prozessarme process arms
1414
Notaustaster Emergency stop button
1515
Abluftleitungen exhaust pipes
1616
Steuerungstechnik control technology
1717
Zugänge Additions
1818
Interface interface
1919
Medieneingänge media inputs

Claims (11)

Lift-off-Verfahren, bei dem ein Halbleitersubstrat (Wafer) (10) vorgesehen ist, wobei auf dem Halbleitersubstrat (1) eine strukturierte Fotolackschicht (2) und über der Fotolackschicht (2) eine Metallschicht (6) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die sich auf der Fotolackschicht (2) befindenden Anteile der Metallschicht (6) zusammen mit der Fotolackschicht (2) durch Behandeln mit Dimethylsulfoxid unter gleichzeitigem Anwenden von Megaschall von dem Halbleitersubstrat entfernt werden. Lift-off method in which a semiconductor substrate (wafer) ( 10 ) is provided, wherein on the semiconductor substrate ( 1 ) a structured photoresist layer ( 2 ) and over the photoresist layer ( 2 ) a metal layer ( 6 ) is applied, characterized in that on the photoresist layer ( 2 ) portions of the metal layer ( 6 ) together with the photoresist layer ( 2 ) are removed from the semiconductor substrate by treatment with dimethylsulfoxide with simultaneous application of megasonic. Lift-off-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der sich auf der Fotolackschicht (2) befindenden Anteile der Metallschicht (6) zusammen mit der Fotolackschicht (2) bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und 40°C erfolgt. Lift-off method according to claim 1, characterized in that the removal of the on the photoresist layer ( 2 ) portions of the metal layer ( 6 ) together with the photoresist layer ( 2 ) at a temperature between about 20 ° and 40 ° C. Lift-off-Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer (10) zum Entfernen der sich auf der Fotolackschicht (2) befindenden Anteile der Metallschicht (6) zusammen mit der Fotolackschicht (2) in Rotation versetzt wird und das Dimethylsulfoxid auf den sich drehenden Wafer (10) aufgebracht wird. Lift-off method according to claim 1 or 2, characterized in that the wafer ( 10 ) for removing on the photoresist layer ( 2 ) portions of the metal layer ( 6 ) together with the photoresist layer ( 2 ) is set into rotation and the dimethylsulfoxide on the rotating wafer ( 10 ) is applied. Lift-off-Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandeln mit Dimethylsulfoxid und das Anwenden von Megaschall abhängig von Prozess und Substrat während einer Zeitdauer von etwa 1 bis 5 Minuten erfolgt. Lift-off method according to claim 4, characterized in that the treatment with dimethyl sulfoxide and the application of megasonic depending on the process and substrate during a period of about 1 to 5 minutes. Lift-off-Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der sich auf der Fotolackschicht (2) befindenden Anteile der Metallschicht (6) zusammen mit der Fotolackschicht (2) das noch vorhandene Dimethylsulfoxid mit Wasser entfernt wird Lift-off method according to one of the preceding claims, characterized in that after removal of the on the photoresist layer ( 2 ) portions of the metal layer ( 6 ) together with the photoresist layer ( 2 ) the remaining dimethyl sulfoxide is removed with water Lift-off-Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der sich auf der Fotolackschicht (2) befindenden Anteile der Metallschicht (6) zusammen mit der Fotolackschicht (2), das Entfernen des Dimethylsulfoxids und ein Trocknen des Halbeitersubstrats (1) in einem Einkammersystem durchgeführt werden. Lift-off method according to one of the preceding claims, characterized in that the removal of the on the photoresist layer ( 2 ) portions of the metal layer ( 6 ) together with the photoresist layer ( 2 ), removing the dimethyl sulfoxide and drying the semiconductor substrate ( 1 ) in a single-chamber system. Lift-off-Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Entfernen der sich auf der Fotolackschicht (2) befindenden Anteile der Metallschicht (6) zusammen mit der Fotolackschicht (2) ein Pre-Soak-Prozess mit Dimethylsulfoxid durchgeführt wird. Lift-off method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to removal of the on the photoresist layer ( 2 ) portions of the metal layer ( 6 ) together with the photoresist layer ( 2 ) a pre-soak process with dimethyl sulfoxide is performed. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Prozesskammer (8) mit einer Halteeinrichtung (9) zum Halten eines Wafers (10), einer Ladeeinheit (11, 12) zur Beladung der Haltevorrichtung (9) mit einem Wafer (10), wenigstens einer Zuführung zum Zuführen und Aufbringen von Dimethylsulfoxid auf den Wafer (10) und einer Megaschalleinrichtung mit der der Wafer (10) mit Megaschall beaufschlagbar ist. Device for carrying out a method according to claims 1 to 7, characterized by a process chamber ( 8th ) with a holding device ( 9 ) for holding a wafer ( 10 ), a loading unit ( 11 . 12 ) for loading the holding device ( 9 ) with a wafer ( 10 ), at least one feed for feeding and applying dimethylsulfoxide onto the wafer ( 10 ) and a megasonic device with the wafer ( 10 ) can be acted upon with megasonic. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (9) zum Halten eines Wafers (10) drehbar und mit einem Rotationsantrieb verbindbar ist, und die Zuführung wenigstens einen Prozessarm (13) mit wenigstens einer Düse zum Aufbringen von Dimethylsulfoxid auf den Wafer (10) aufweist. Apparatus according to claim 8, characterized in that the holding device ( 9 ) for holding a wafer ( 10 ) is rotatable and connectable to a rotary drive, and the supply at least one process arm ( 13 ) with at least one nozzle for applying dimethyl sulfoxide to the wafer ( 10 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu drei Prozessarme (13) mit jeweils mindestens einer Düse vorgesehen, mit denen ein auf der Halteeinrichtung (9) angeordneter Wafer (10) gleichmäßig mit einer Flüssigkeit benetzbar ist. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that up to three process arms ( 13 ) each provided with at least one nozzle, with which a on the holding device ( 9 ) arranged wafer ( 10 ) is evenly wettable with a liquid. Vorrichtung einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lineararm vorgesehen ist, mit dem die Prozessarme (13) jeweils bezüglich der drehbaren Halteeinrichtung (9) verstellbar sind. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that a linear arm is provided, with which the process arms ( 13 ) with respect to the rotatable holding device ( 9 ) are adjustable.
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