[发明专利]温度梯度可控的晶片前烘方法及其热盘式前烘装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路芯片制作技术，具体地说明是一种温度梯度可控的前烘方法及其热盘式前烘装置。

技术背景

在半导体集成电路芯片制作工艺过程中，需要利用光刻技术这种微细加工手段，在基片的多种薄膜上反复进行开槽、开窗口、打孔、建造平台等微米以下、甚至纳米尺寸的加工。光刻工艺微细加工的精度保证的先决条件就是把欲加工的图形准确的转移到基片上去。图形转移精度完全由光刻效果决定，图形转移的媒介是光致抗腐蚀剂，俗称光刻胶；性能良好的胶膜形成首先取决于涂覆设备的性能，涂胶后的前烘也起着致关重要的作用。

涂胶后的晶片，需要在一定的温度下进行烘焙，这一步骤称之为前烘。前烘后的光刻胶中溶剂的含量降至到5％左右，从而降低灰尘的玷污；前烘同时可以减轻因高速旋转而形成的胶膜应力，从而提高光刻胶的附着性。

前烘的温度和时间需要严格的控制。如果前烘的温度太低，除了光刻胶层与晶片的黏附性变差之外，曝光的精确度也会因为光刻胶中溶剂的含量高而变差。同时，太高的溶剂浓度将使显影液对曝光区和非曝光区光刻胶的选择性下降，导致图形转移效果不好。如果过分延长前烘时间，又会影响到产量。另外，前烘温度过高，光刻胶的黏附性也会因为光刻胶变脆而降低。而且过高的烘焙温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，这就会使光刻胶在曝光时的敏感度变差。由此可见，前烘温度、时间、升降温过程是多么的重要。

半导体芯片生产中用于晶片前烘的设备，经历了干循环热风式的烘箱、红外线顶部加热方式的隧道炉和平板传导加热烘焙的热板炉等发展过程。前两种设备为集中多片和随进随出的连续性加工生产方式，技术等级低，生产的器件集程度不高，已很少采用。

上世纪八十年代热板(盘)式前烘装置应运而生。该种形式的烘焙装置的加工方式是一片接一片的单独烘焙；从热学原理的观点出发，它是通过晶片与热盘的接触表面，将热能传导到晶片背面的，光刻胶内的有机溶剂是由内向表面移动而离开光刻胶的。如果处于光刻胶表面的溶剂挥发速度比光刻胶内部的溶剂挥发速度快，当表面的光刻胶已经固化时，再继续进行烘焙，光刻胶表面将会变得粗糙，产生所谓“夹心”后果；为了解决这个问题，人们使用平板式加热器(即用热盘)完成晶片涂胶后的前烘工艺。

但是，多年来，人们一直在热盘的盘面温度的控制精度、结构、挥发气流控制等方面下功夫；烘焙参数也仅仅是围绕控制晶片在热盘中停留的时间，而晶片上胶膜的温度实际真实值是多少并不检测和控制。尤其是近年来，特别是那些需要胶膜较厚的工艺环节，如先进的BUMPING封装工艺，是靠光刻手段制造出蘑菇形或方形凸台焊点阵列，代替传统的焊盘再焊内引线的一种高端封装工艺，凸起焊点的高度完全取决于胶膜的厚度；该制程需要的胶膜厚度高达150微米，厚胶膜的前烘过程不仅温度时间要求严格，而且对升温速率的控制也提出了严峻的挑战。

如果将晶片直接放在热盘(Hot plat unit，缩写：HP)上烘焙，可能造成某些特殊晶片的爆裂，如铌酸锂基片，所以人们把晶片放在一个距离可变的机构上来烘焙，这就是前面提到的接近式的烘焙方法。虽然，目前国内外HP，增加了晶片上下移动功能，即人工给定晶片在热盘中停留的位置和时间，以满足工艺对温度的要求，而烘焙工艺的真正要求恰恰是温度和时间的对应关系，而这种只从位置和时间入手的方法一定会给期望的烘焙温度值带来较大的误差，难以实现理想的烘焙效果，从而严重影响晶片上胶膜光刻性能，降低图形转移的精度，使集成电路制造工艺技术难以向高端发展。从温度和时间的对应关系入手，将模糊控制理论应用于HP热盘的前烘工艺过程，使晶片胶膜烘焙温度梯度精确可控的方法及其所用前烘热盘式前烘装置目前尚未见报道。

发明内容

为了克服现有传统HP热盘在前烘工艺中不能直接控制晶片温度、获取最佳的光刻质量胶膜的不足，本发明的目的在于提供一种温度梯度可控的前烘方法及其前烘热盘式前烘装置，它从温度和时间的对应关系入手，将模糊控制理论应用于HP热盘的前烘工艺过程。

本发明技术方案如下：

温度梯度可控的晶片前烘方法：通过精确控制晶片在热盘本体中位置的变化、跟踪温度场中不同温度值，来控制晶片上胶膜的温度梯度和变化过程，包括下列步骤：

①在热盘温度控制器上设定烘焙工艺要求相适应的温度值，待热盘盘面温度达到该值并稳定；在晶片高出热盘盘面最小距离处的温度值高于或等于晶片烘焙工艺要求的最高温度值；

②顶针杆处于最高位即晶片为最低温度时将晶片放入炉体内，以顶针杆处于最高位处的温度为前烘工艺起始温度；然后开始前烘工艺过程；