[發(fā)明專利]溫度梯度可控的晶片前烘方法及其熱盤式前烘裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610047732.1
• 申請日: 2006-09-13
• 公開（公告）號: CN101144988A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于海川;程金勝;張軍
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽芯源先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)有限公司
• 主分類號: G03F7/38
• 分類號: G03F7/38;H01L21/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路芯片制作技術(shù)，具體地說明是一種溫度梯度可控的前烘方法及其熱盤式前烘裝置。

技術(shù)背景

在半導(dǎo)體集成電路芯片制作工藝過程中，需要利用光刻技術(shù)這種微細(xì)加工手段，在基片的多種薄膜上反復(fù)進(jìn)行開槽、開窗口、打孔、建造平臺等微米以下、甚至納米尺寸的加工。光刻工藝微細(xì)加工的精度保證的先決條件就是把欲加工的圖形準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)移到基片上去。圖形轉(zhuǎn)移精度完全由光刻效果決定，圖形轉(zhuǎn)移的媒介是光致抗腐蝕劑，俗稱光刻膠；性能良好的膠膜形成首先取決于涂覆設(shè)備的性能，涂膠后的前烘也起著致關(guān)重要的作用。

涂膠后的晶片，需要在一定的溫度下進(jìn)行烘焙，這一步驟稱之為前烘。前烘后的光刻膠中溶劑的含量降至到5％左右，從而降低灰塵的玷污；前烘同時可以減輕因高速旋轉(zhuǎn)而形成的膠膜應(yīng)力，從而提高光刻膠的附著性。

前烘的溫度和時間需要嚴(yán)格的控制。如果前烘的溫度太低，除了光刻膠層與晶片的黏附性變差之外，曝光的精確度也會因為光刻膠中溶劑的含量高而變差。同時，太高的溶劑濃度將使顯影液對曝光區(qū)和非曝光區(qū)光刻膠的選擇性下降，導(dǎo)致圖形轉(zhuǎn)移效果不好。如果過分延長前烘時間，又會影響到產(chǎn)量。另外，前烘溫度過高，光刻膠的黏附性也會因為光刻膠變脆而降低。而且過高的烘焙溫度會使光刻膠中的感光劑發(fā)生反應(yīng)，這就會使光刻膠在曝光時的敏感度變差。由此可見，前烘溫度、時間、升降溫過程是多么的重要。

半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)中用于晶片前烘的設(shè)備，經(jīng)歷了干循環(huán)熱風(fēng)式的烘箱、紅外線頂部加熱方式的隧道爐和平板傳導(dǎo)加熱烘焙的熱板爐等發(fā)展過程。前兩種設(shè)備為集中多片和隨進(jìn)隨出的連續(xù)性加工生產(chǎn)方式，技術(shù)等級低，生產(chǎn)的器件集程度不高，已很少采用。

上世紀(jì)八十年代熱板(盤)式前烘裝置應(yīng)運(yùn)而生。該種形式的烘焙裝置的加工方式是一片接一片的單獨烘焙；從熱學(xué)原理的觀點出發(fā)，它是通過晶片與熱盤的接觸表面，將熱能傳導(dǎo)到晶片背面的，光刻膠內(nèi)的有機(jī)溶劑是由內(nèi)向表面移動而離開光刻膠的。如果處于光刻膠表面的溶劑揮發(fā)速度比光刻膠內(nèi)部的溶劑揮發(fā)速度快，當(dāng)表面的光刻膠已經(jīng)固化時，再繼續(xù)進(jìn)行烘焙，光刻膠表面將會變得粗糙，產(chǎn)生所謂“夾心”后果；為了解決這個問題，人們使用平板式加熱器(即用熱盤)完成晶片涂膠后的前烘工藝。

但是，多年來，人們一直在熱盤的盤面溫度的控制精度、結(jié)構(gòu)、揮發(fā)氣流控制等方面下功夫；烘焙參數(shù)也僅僅是圍繞控制晶片在熱盤中停留的時間，而晶片上膠膜的溫度實際真實值是多少并不檢測和控制。尤其是近年來，特別是那些需要膠膜較厚的工藝環(huán)節(jié)，如先進(jìn)的BUMPING封裝工藝，是靠光刻手段制造出蘑菇形或方形凸臺焊點陣列，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊盤再焊內(nèi)引線的一種高端封裝工藝，凸起焊點的高度完全取決于膠膜的厚度；該制程需要的膠膜厚度高達(dá)150微米，厚膠膜的前烘過程不僅溫度時間要求嚴(yán)格，而且對升溫速率的控制也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

如果將晶片直接放在熱盤(Hot?plat?unit，縮寫：HP)上烘焙，可能造成某些特殊晶片的爆裂，如鈮酸鋰基片，所以人們把晶片放在一個距離可變的機(jī)構(gòu)上來烘焙，這就是前面提到的接近式的烘焙方法。雖然，目前國內(nèi)外HP，增加了晶片上下移動功能，即人工給定晶片在熱盤中停留的位置和時間，以滿足工藝對溫度的要求，而烘焙工藝的真正要求恰恰是溫度和時間的對應(yīng)關(guān)系，而這種只從位置和時間入手的方法一定會給期望的烘焙溫度值帶來較大的誤差，難以實現(xiàn)理想的烘焙效果，從而嚴(yán)重影響晶片上膠膜光刻性能，降低圖形轉(zhuǎn)移的精度，使集成電路制造工藝技術(shù)難以向高端發(fā)展。從溫度和時間的對應(yīng)關(guān)系入手，將模糊控制理論應(yīng)用于HP熱盤的前烘工藝過程，使晶片膠膜烘焙溫度梯度精確可控的方法及其所用前烘熱盤式前烘裝置目前尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有傳統(tǒng)HP熱盤在前烘工藝中不能直接控制晶片溫度、獲取最佳的光刻質(zhì)量膠膜的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種溫度梯度可控的前烘方法及其前烘熱盤式前烘裝置，它從溫度和時間的對應(yīng)關(guān)系入手，將模糊控制理論應(yīng)用于HP熱盤的前烘工藝過程。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

溫度梯度可控的晶片前烘方法：通過精確控制晶片在熱盤本體中位置的變化、跟蹤溫度場中不同溫度值，來控制晶片上膠膜的溫度梯度和變化過程，包括下列步驟：

①在熱盤溫度控制器上設(shè)定烘焙工藝要求相適應(yīng)的溫度值，待熱盤盤面溫度達(dá)到該值并穩(wěn)定；在晶片高出熱盤盤面最小距離處的溫度值高于或等于晶片烘焙工藝要求的最高溫度值；

②頂針桿處于最高位即晶片為最低溫度時將晶片放入爐體內(nèi)，以頂針桿處于最高位處的溫度為前烘工藝起始溫度；然后開始前烘工藝過程；