CN104261344B - 聚酰亚胺涂布及烘烤方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低成本、低缺陷密度的高粘度聚酰亚胺涂布及烘烤方法，该方法依次包括以下步骤：在晶圆表面涂布增粘剂；对所述涂布过增粘剂的晶圆进行第一烘烤；对所述第一烘烤过的晶圆进行第一冷却；在所述第一冷却后的晶圆表面涂布聚酰亚胺；对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤；对所述第二烘烤过的晶圆进行第二冷却；对所述第二冷却后的晶圆进行紫外烘烤，所述紫外烘烤采用真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式。本发明实施例解决了由于PI胶由于粘度大而产生的气泡缺陷问题，进而提高了产品成品率及成像品质。

Description

聚酰亚胺涂布及烘烤方法

技术领域

本发明涉及MEMS技术领域，尤其涉及一种低成本、低缺陷密度的聚酰亚胺涂布及烘烤方法。

背景技术

MEMS(微机电系统)是一种先进的制造技术平台。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料。使用先进的MEMS微加工技术可以制造出性能优越的红外传感器。当今，红外传感器的应用越来越广泛，例如在医学上进行非接触式快速测量体温方面，这在需要对大范围人群测温方面有着重要意义；此外它还应用于科学研究和军事上，比如红外线光谱仪、导弹导向、热成像、激光侦测等用途。在民用商业方面，红外传感器也被广泛应用于遥控器、防盗器等常见民用设备上。

由于红外传感器的形貌一般是吸收红外，需要一个较大的水平表面来接收红外辐射，主流生产方法多采用表面牺牲层工艺制作。其中，聚酰亚胺高粘度聚酰亚胺被广泛运用于MEMS红外传感器制造工艺的牺牲层。

但在现有的加工工艺中，由于高粘度聚酰亚胺特有的粘度系数，PI涂胶后会在硅片表面形成大小约为1-7um左右的气泡缺陷且硅片背面有部分胶残留，气泡缺陷形貌如图2和图3所示。气泡缺陷在晶片表面的分布没有规律，一旦在像元区域形成，由于有气泡区域失去了PI的支撑作用，在后续工艺中就会形成断裂，直接会形成坏斑，进而影响成像质量，气泡的连续分布甚至会造成一个片子直接报废。

因此，希望提出一种高粘度聚酰亚胺涂布及烘烤工艺方法，来有效的降低气泡缺陷。

发明内容

本发明提供了一种可以降低气泡缺陷的聚酰亚胺涂布及烘烤方法。

根据本发明所提供的一种聚酰亚胺涂布及烘烤方法依次包括以下步骤：

a)在晶圆表面涂布增粘剂；

b)对所述涂布过增粘剂的晶圆进行第一烘烤；

c)对所述第一烘烤过的晶圆进行第一冷却；

d)在所述第一冷却后的晶圆表面涂布聚酰亚胺；

e)对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤；

f)对所述第二烘烤过的晶圆进行第二冷却；

g)对所述第二冷却后的晶圆进行紫外烘烤，所述紫外烘烤工艺采用真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式。

与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案具有如下优点：相对于现有技术的聚酰亚胺涂布及烘烤方法，本发明实施例的聚酰亚胺涂布及烘烤方法增加了采用真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式的紫外烘烤步骤，减少了由于PI胶由于粘度大而产生的气泡缺陷问题，进而提高了产品成品率及成像品质。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤a)在晶圆表面涂布增粘剂后对晶圆进行增粘剂浸润。

在晶圆表面涂布增粘剂后对晶圆进行增粘剂浸润，能进一步减少气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，对晶圆进行增粘剂浸润的时间为15-25秒。

对晶圆进行增粘剂浸润的时间为15-25秒，相比于其他时间长度，能进一步减少气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述步骤d)具体包括：旋转晶圆，采用喷涂旋转式对晶圆进行聚酰亚胺涂布；对涂布后的晶圆进行静置；旋转晶圆进行匀胶。

喷涂旋转式涂布的方式减少了涂胶时间，相对于现有技术的聚酰亚胺涂布及烘烤方法单片耗胶量大的缺点，减少单片耗胶量；相对于现有技术聚酰亚胺涂布及烘烤方法晶圆背面胶残留的缺点，减少了晶圆背面的胶残留。

根据本发明的一个实施例，所述涂布的时间为20-25秒。

涂布的时间为20-25秒，可进一步减少单片耗胶量。

根据本发明的一个实施例，对晶圆进行静置的时间为25-35秒。

对晶圆进行静置的时间为25-35秒，相比于其它静置时间，进一步减小了晶圆表面气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，匀胶的具体步骤为：

首先调整晶圆转速为第一转速，进行一定时间的第一步匀胶；

然后调整晶圆转速至第二转速，进行一定时间的第二步匀胶；

最后调整晶圆转速至第三转速，进行一定时间的第三步匀胶。

三步匀胶进一步消除了晶圆背面胶残留，减少了晶圆表面气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述第一转速小于第三转速小于第二转速。

根据本发明的一个实施例，所述步骤e)中对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤的时间为25-35秒。

对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤的时间为25-35秒，即相对于现有技术减少了第二烘烤的时间，进一步减少了气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，步骤f)对所述烘烤过的晶圆进行第二冷却的时间为25-35秒。

对所述烘烤过的晶圆进行第二冷却的时间为25-35秒，即相对于现有技术减少了第二冷却的时间，进一步减少了气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式具体包括：用真空吸盘吸住第二冷却后的晶圆，真空吸盘以初始温度升至指定温度，深紫外灯在此过程内闪烁两次但不工作；真空吸盘温度保持在上述指定温度恒定，同时深紫外灯开始工作，首先在第一时间范围内先进行低温照射时间，然后在第二时间范围内进行高温照射。

用上述真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式，即先用真空吸盘升至指定温度再保持不变同时深紫外灯工作的模式，比用上述真空吸盘与深紫外灯共同加热的其他模式，能进一步减少气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述真空吸盘升至的指定温度为150-175度。

与真空吸盘升至其他温度相比，所述真空吸盘升至的指定温度为150-175度，能进一步减少气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述真空吸盘10秒内从初始温度升至指定温度。

与其它升温时间相比，所述真空吸盘10秒内从初始温度升至指定温度，能进一步减少气泡缺陷。

根据本发明的一个实施例，所述第一时间范围为从深紫外灯开始工作开始15秒，第二时间范围为从深紫外灯开始工作后15秒开始到深紫外灯开始工作后40秒。

与其它第一时间范围和第二时间范围相比，上述时间范围能够进一步减少气泡缺陷。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为根据本发明的实施例的聚酰亚胺涂布及烘烤方法的流程图；

图2为采用传统工艺时低倍率下的气泡缺陷图；

图3为采用传统工艺时高倍率下的气泡缺陷图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

在本发明中，并未对晶圆的尺寸进行限定，本领域技术人员可根据需要将本发明所提供的工艺方法用于不同尺寸的晶圆。

在本发明中，对晶圆所进行的喷涂等操作，均对晶圆的上表面(即形成薄膜的一面)执行。对晶圆的另外一面可根据需要进行不同的操作。

本发明提供了一种高粘度聚酰亚胺涂布及烘烤工艺方法。下面，将通过本发明的一个实施例对图1的高粘度聚酰亚胺涂布及烘烤工艺方法进行具体描述。如图1所示，本发明所提供的工艺方法包括以下步骤：

在步骤S101中，在晶圆表面涂布增粘剂。

具体地，本发明所采用的增粘剂为VM652，涂布方式为喷涂旋转式，首先低速旋转晶圆一定时间，便于VM652增粘剂在短时间内布满整片晶圆，喷涂完成后晶圆静止，然后对晶圆进行一定时间的VM652浸润，充分的浸润可以减少气泡缺陷数量。浸润完成后高度旋转晶圆一定时间，将大部分VM652甩出晶圆。

一定时间的VM652浸润优选是15-25秒，这样减少气泡的效果较好。

在本发明的一个实施例中，喷涂时间为25秒，浸润时间为20秒，甩干转速为1500RPM，甩干时间是15秒，在其它实施例中，浸润时间还可以为15秒或25秒。本领域普通技术人员可以根据需要采用其他参数。

在步骤S102中，对所述涂布过增粘剂的晶圆进行第一烘烤。

具体的，在完成步骤S101后，采用恒温热板烘烤的方式对表面覆盖有VM652溶液的晶圆进行烘烤，以此增加VM652增粘的作用，热板温度和烘烤时间本领域技术人员可根据需要自行调节。

在本发明的一个实施例中，热板烘烤温度为120℃，时间为90s。本领域普通技术人员可以根据需要采用其他参数。

在步骤S103中，对所述烘烤过的晶圆进行第一冷却。

具体的，在完成步骤S102后，采用恒温冷板冷却的方式对加热后的晶圆进行第一冷却，以方便完成下一步的高粘度聚酰亚胺涂布，冷板温度和冷却时间本领域技术人员可根据需要自行调节。

在本发明的一个实施例中，冷板温度为23℃，冷却时间为90s。本领域普通技术人员可以根据需要采用其他参数。

在步骤S104中，在所述第一冷却后的晶圆表面涂布聚酰亚胺。

具体的，当在步骤S103中完成对晶圆的冷却后，采用喷涂旋转的方式对晶圆进行高粘度聚酰亚胺涂布，首先以一定的转速旋转晶圆，同时对晶圆喷涂高粘度聚酰亚胺，持续一定时间，在本发明的实施例中所述涂胶的时间为20-25秒。相对传统工艺，本发明减少了涂胶时间，可减少单片耗胶量，并可消除晶圆背面胶残留。然后使晶圆静止一定时间，在本发明的实施例中对晶圆进行静置的时间为25-35秒，增加静置时间，可减少晶圆表面气泡缺陷数量。接着对晶圆进行匀胶操作，匀胶共分为三步，首先调整晶圆转速为一较低值，进行一定时间的第一步匀胶；然后调整晶圆转速至较高转速，进行一定时间的第二步匀胶；最后调整晶圆转速至一中间转速，进行一定时间的第三步匀胶，匀胶操作结束。在本发明的一个实施例中，喷涂时晶圆的转速为500RPM，时间为20s。匀胶转速依次分为三步，转速及时间分别为:800RPM，时间17s；4000RPM，时间5s；1500RPM，时间55s，静置时间30s。在其他不同的厚膜工艺中，本领域技术人员可以根据需要采用其他参数。上述第一步中的晶圆转速小于第三步中的晶圆转速小于第二步中的晶圆转速时，能进一步减少气泡，提供成品率。

在步骤S105中，对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤。

具体的，在完成步骤S104后，采用恒温热板烘烤的方式对表面覆盖有高粘度聚酰亚胺的晶圆进行烘烤，大量实验证实，烘烤时间过长会产生气泡缺陷，因此本发明将烘烤时间设定的值跟步骤S102的烘烤时间相比大为缩短，优选为25-35s。

在本发明的一个实施例中，热板烘烤温度为120℃，时间为30s，在其它实施例中烘烤的时间还可以为25秒或35秒。本领域普通技术人员可以根据需要采用其他参数。

在步骤S106中，对所述烘烤过的晶圆进行第二冷却。

具体的，在完成步骤S105后，采用恒温冷板冷却的方式对烘烤后的晶圆进行冷却，以方便对晶圆的运输和下一步操作，恒温冷板的冷却时间跟步骤S105中热板烘烤的时间相同，即25-35秒时，更能够减少气泡数量。

在本发明的一个实施例中，冷板温度为23℃，冷却时间为30s，在其它实施例中冷却的时间还可以为25秒或35秒。本领域普通技术人员可以根据需要采用其他参数。

在步骤S107中，对所述冷却后的晶圆进行紫外烘烤。

具体的，本发明采用紫外固胶机的真空吸盘与深紫外灯共同加热模式来进行紫外烘烤，具体为：

真空吸盘以一定的温度升至指定温度，深紫外灯在此过程内闪烁两次但不工作；

真空吸盘温度保持在上述指定温度恒定，同时深紫外灯开始工作，首先在第一时间范围内先进行低温照射，然后在第二时间范围内进行高温照射。

在本发明的一个实施例中，首先真空吸盘温度在10s(10s相对于其它时间更能进一步减少气泡)内从110℃升温至150-175摄氏度(相对于其它温度更能进一步减少气泡)，比如160摄氏度，此时深紫外灯只是闪烁两次，为加热工作做准备，没有实际工作；然后真空吸盘温度保持上述150-175摄氏度恒定，同时深紫外灯开始进行低温照射15s，再进行高温照射25s，低温为110摄氏度，高温为160摄氏度，在开灯后2秒左右，真空吸盘温度会稍微大于160℃。但是机台内部通过对真空吸盘温度的调节，使其总温度依然保持在160℃恒定，直到50秒结束，工艺完成。在此过程中有一个加热模式的转变，即从单一的真空吸盘加热变化为真空吸盘与深紫外灯共同加热，但是最终温度保持不变。在其它实施例中，真空吸盘升至的指定温度还可以为150或175度。深紫外灯开始进行低温照射15s，再进行高温照射25s的效果是达到坚膜的目的，与传统工艺相比，可达到坚膜的目的，同时可减少气泡缺陷数量。上述低温110摄氏度、高温160摄氏度只是举例，也可以是其它温度。

步骤d)所采用的聚酰亚胺为PI2610，其特征为粘度系数大于1000cp。

在一个实验中，在晶圆表面喷涂旋转式涂布VM65225秒，然后对晶圆进行20秒的VM652浸润，然后以1500RPM的甩干转速甩干15秒。然后，对所述涂布过增粘剂的晶圆进行第一烘烤，具体采用恒温热板烘烤的方式，烘烤温度为120℃，时间为90s。然后，对所述烘烤过的晶圆进行第一冷却，冷却温度为23℃，冷却时间为90s。然后，在所述第一冷却后的晶圆表面涂布聚酰亚胺，具体的是采用喷涂旋转的方式对晶圆进行高粘度聚酰亚胺涂布，首先以500RPM的转速旋转晶圆，同时对晶圆喷涂高粘度聚酰亚胺，持续20s。接着对晶圆进行匀胶操作，三步匀胶操作中转速及时间分别为:第一步800RPM，时间17s；第二步4000RPM，时间5s；第三步1500RPM，时间55s。接着，对晶圆进行静置的时间为30秒。然后，采用恒温热板烘烤的方式对表面覆盖有高粘度聚酰亚胺的晶圆进行烘烤，热板烘烤温度为120℃，时间为30s。接着，对所述烘烤过的晶圆进行第二冷却，冷板温度为23℃，冷却时间为30s。接着，对所述冷却后的晶圆进行紫外烘烤，具体为：真空吸盘温度在10s内从110℃升温至160摄氏度。此时深紫外灯只是闪烁两次，为加热工作做准备，没有实际工作；然后真空吸盘温度保持上述160摄氏度恒定，同时深紫外灯开始进行低温照射15s，再进行高温照射25s，低温为110摄氏度，高温为160摄氏度。在开灯后2秒左右，真空吸盘温度会稍微大于160℃。但是机台内部通过对真空吸盘温度的调节，使其总温度依然保持在160℃恒定，直到高温照射结束。所采用的聚酰亚胺为PI2610，粘度系数大于1000cp。然后，测得上述涂布及烘烤后的聚酰亚胺，其气泡率为0.005/cm2，比现有技术大为降低。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过对高粘度聚酰亚胺喷涂工艺及涂胶后烘烤工艺的开发，同时用新的方式运用了紫外固胶机的加热模式，大幅降低了PI工艺的生产成本，解决了由于PI胶由于粘度大而产生的气泡缺陷问题，进而提高了各类型产品的成像清晰度，减少成像中的坏点，使得产品的成品率和成像品质均得到有效提升。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (15)

1.一种聚酰亚胺涂布及烘烤方法，其特征在于，该方法依次包括以下步骤：

a)在晶圆表面涂布增粘剂；其中，在晶圆表面涂布增粘剂后对晶圆进行增粘剂浸润

b)对所述涂布过增粘剂的晶圆进行第一烘烤；

c)对所述第一烘烤过的晶圆进行第一冷却；

d)在所述第一冷却后的晶圆表面涂布聚酰亚胺；

e)对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤；

f)对所述第二烘烤过的晶圆进行第二冷却；

g)对所述第二冷却后的晶圆进行紫外烘烤，所述紫外烘烤采用真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对晶圆进行增粘剂浸润的时间为15-25秒。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤d)具体包括：

旋转晶圆，采用喷涂旋转式对晶圆进行聚酰亚胺涂布；

对涂布后的晶圆进行静置；

旋转晶圆进行匀胶。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述涂布的时间为20-25秒。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述对晶圆进行静置的时间为25-35秒。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述匀胶的具体步骤为：

首先调整晶圆转速为第一转速，进行一定时间的第一步匀胶；

然后调整晶圆转速至第二转速，进行一定时间的第二步匀胶；

最后调整晶圆转速至第三转速，进行一定时间的第三步匀胶。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一转速小于第三转速小于第二转速。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤e)中对所述涂布有聚酰亚胺的晶圆进行第二烘烤的时间为25-35秒。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤f)对所述烘烤过的晶圆进行第二冷却的时间为25-35秒。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述真空吸盘与深紫外灯共同加热的模式具体包括：

用真空吸盘吸住第二冷却后的晶圆，真空吸盘以初始温度升至指定温度，深紫外灯在此过程内闪烁两次但不工作；

真空吸盘温度保持在上述指定温度恒定，同时深紫外灯开始工作，首先在第一时间范围内先进行低温照射时间，然后在第二时间范围内进行高温照射。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述真空吸盘升至的指定温度为150-175度。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述真空吸盘10秒内从初始温度升至指定温度。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一时间范围为从深紫外灯开始工作开始15秒，第二时间范围为从深紫外灯开始工作后15秒开始到深紫外灯开始工作后40秒。

14.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)所采用的增粘剂为VM652。

15.根据权利要求1所述的方法，其中步骤d)所采用的聚酰亚胺为PI2610，粘度系数大于1000cp。