CN111804498A - 用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置和喷涂方法 - Google Patents

用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置和喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置和喷涂方法，属于集成电路制造晶圆工艺中的喷胶处理技术领域。该喷嘴装置包括液体输送管、雾化装置和除灰化装置，所述液体输送管与所述雾化装置相连接，所述雾化装置与所述除灰化装置相连接；所述雾化装置用于将所述液体输送管输送的喷胶用光刻胶光刻胶或保护隔离层雾化成液滴，并将小尺寸液滴作用于晶圆表面，通过调节雾化装置中电压以及共振频率即可调节喷胶速率，以满足不同工艺需求。该喷嘴针对带有深孔结构的晶圆喷涂光刻胶或保护隔离层，以及需喷涂薄胶(2μm以下)工艺的晶圆同，能够解决常规喷胶方式难以满足工艺需求如高深宽比深孔结构晶圆以及薄胶喷涂晶圆喷涂。

Description

用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置和喷 涂方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造晶圆工艺中的喷胶处理技术领域，具体涉及一种用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置和喷涂方法，该装置与方法用于晶圆表面均匀喷涂光刻胶或保护隔离层，适用于半导体领域上的三维(3D)封装，尤其是TSV(硅通孔)制程、MEMS(微机电系统)制程等喷胶工艺处理。
背景技术
三维叠层封装、微机电系统(MEMS)封装、垂直集成传感器阵列以及台面MOS功率器件倒装焊技术等IC集成封装技术从2D向3D的转变开发，要求在高深宽比深孔结构晶圆表面，或需要喷涂一层薄胶的晶圆表面均匀涂布光刻胶或保护隔离层，传统的喷胶方式为采用超声波雾化喷嘴，雾化液滴尺寸18μm以上，对于高深宽比(深宽比＞2:1，或宽度窄，宽度＜30μm)深孔结构如30μm宽、100μm深的深孔结构，无法将光刻胶或保护隔离层均匀喷涂至深孔顶部、拐角处、侧壁、底部各处，或无法将光刻胶或保护隔离层在深孔中填满，甚至在深孔开口处光刻胶或保护隔离层黏附在一起，将深孔开口堵死，导致晶圆在后续加工工艺中出现缺陷，无法满足制程要求。
传统超声波雾化喷嘴，雾化液滴尺寸18μm以上，针对厚度2μm以下的薄胶工艺喷涂也存在很多弊端，表面均匀性差，甚至部分晶圆存在无涂敷情况。针对以上情况，亟待开发一种适用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷涂工艺。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置和喷涂方法，该装置及其方法能够实现晶圆上深孔顶部(T1-1、T1-2)、上拐角处(T2-1、T2-2)、侧壁(T3-1、T3-2、T4-1、T4-2)、下拐角(T5-1、T5-2、)和底部(T6)的光刻胶或保护隔离层的均匀涂敷，或能够实现将深孔均匀填满，以及薄胶均匀涂敷。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，包括液体输送管、雾化装置和除灰化装置，所述液体输送管与所述雾化装置相连接，所述雾化装置与所述除灰化装置相连接；其中：
液体输送管：用于将喷胶用光刻胶或保护隔离层输送至所述雾化装置；
雾化装置：用于将所述液体输送管输送的喷胶用光刻胶或保护隔离层雾化成液滴，并将液滴直接作用于晶圆表面；所述雾化装置包括雾化片；
除灰化装置：用于将灰化后的小液滴吸附出去，或者溶解喷洒时产生的微小液滴，以达到理想净化效果。
该喷嘴装置还包括外壳和密封盖，密封盖设于外壳顶部，外壳与密封盖形成一个密闭空间，外壳高度范围0.5-30mm；所述雾化装置设于该密闭空间内。
所述液体输送管伸入所述密封盖后连接临时储液槽，临时储液槽位于所述雾化片上方；所述雾化片上设有多个通孔，通孔的排布方式为环形排布、圆形排布、蜂窝排布或线性排布；雾化片上通孔大小范围为1-20μm，根据不同工艺需求设计通孔的排布方式、通孔数量和通孔大小。
所述雾化片上具有震荡片(压电陶瓷片)，可通过调节震荡片电压的大小以及共振频率的大小，即可调节喷胶速率与出液状态，以满足不同工艺需求；电压范围为20-60V，共振频率50-130KHZ。
所述除灰化装置通过管路连接于该喷嘴装置的外壳侧壁上，所述除灰化装置为真空发生器除灰化装置或丙酮buffer除灰化装置。
所述真空发生器除灰化装置包括真空发生器，真空发生器使用CDA气体，CDA压力范围为0.5-2bar，达到真空环境后将雾化片附近灰化后的小液滴吸附出去，达到净化效果。
所述丙酮buffer除灰化装置包括顶部开两个孔的容器，容器内盛装丙酮，容器顶部一个孔连接氮气管，另一个孔内插入玻璃管且玻璃管伸入丙酮中，玻璃管上端通过管路连接到所述喷嘴装置的外壳侧壁上；所述氮气管用于向容器内通入氮气打压(N2压力范围0.5-1bar)，使容器内部的丙酮加速挥发，玻璃管可将挥发(发泡)的丙酮气液混合物输送到喷嘴的终端(雾化片)，用以溶解喷洒时产生的微小液滴，达到理想的净化效果。
利用所述喷嘴装置对具有高深宽比深孔结构晶圆或薄胶晶圆进行喷涂时，晶圆固定在二维平台上，晶圆在被喷涂时处于加热状态，加热温度控制在20-150℃；喷嘴装置沿Y轴方向的扫描间距控制在0.1-5mm范围内，喷嘴装置沿X轴方向的扫描速度控制在10-100mm/min。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明喷嘴装置中的雾化装置用于将所述液体输送管输送的喷胶用光刻胶或保护隔离层雾化成液滴，将液滴直接作用于带图形的晶圆表面。与传统喷胶装置相比，避免了使用超声波喷嘴及其相关装置。
2、本发明喷嘴装置中的雾化片上通孔大小范围为1-20μm，可以选取适合大小通孔，用于满足不同深宽比深孔结构晶圆及薄胶喷涂晶圆工艺需求。所述通孔的排布方式为环形排布、圆形排布、蜂窝排布或线性排布中的一种。根据不同工艺需求选取通孔排布方式。该设计可以解决常规喷胶方式难以满足的工艺需求，如高深宽比深孔结构晶圆以及薄胶喷涂工艺的晶圆喷涂。
3、本发明喷嘴维护清洗简单，由于雾化装置产生振动的过程即可以进行清洗，清洗时液体输送管中加入丙酮即可进行清洗。维护或更换雾化装置仅需要拆卸更换孔板，易于操作，便于维护。
4、本发明喷嘴的外壳与盖体连接形成内置空间，所述雾化装置设计于所述内置空间内，所述液体输送管设置于所述内置空间上部。所述内置空间起到保护雾化装置的作用，并且结构美观，还可防止碰撞而损坏。
5、本发明喷嘴内设有临时储液槽，所述临时储液槽连通所述液体输送管和所述雾化装置。通过所述临时储液槽与所述雾化装置连接，可以降低所述液体输送管的横截面积，节约空间。
附图说明
图1为本发明用于高深宽比深孔结构晶圆及薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置整体结构示意图(俯视图)。
图2为本发明喷嘴装置中的雾化装置外部视图。
图3为本发明喷嘴装置中雾化装置的纵剖面。
图4为本发明喷嘴装置中除灰化装置示意图(真空发生器除灰化装置)。
图5为本发明喷嘴装置中除灰化装置示意图(丙酮buffer除灰化装置示意图)。
图6是晶圆上深孔结构的不同位置T1-T6示意图。
图中：1-雾化装置；2-管路；3-除灰化装置；4-液体输送管；5-密封盖；6-外壳；7-雾化片；8-临时储液槽。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明。
如图1-5所示，本发明提供一种用于高深宽比深孔结构晶圆及薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，包括液体输送管4、雾化装置1和除灰化装置3，所述液体输送管4与雾化装置1相连接，用于将喷胶用光刻胶或保护隔离层输送至所述雾化装置；所述雾化装置用于将所述液体输送管输送的喷胶用光刻胶或保护隔离层雾化成液滴，并将液滴直接作用于晶圆表面；所述雾化装置与除灰化装置3相连接，所述除灰化装置用于将灰化后的小液滴吸附出去，或者溶解喷洒时产生的微小液滴，以达到理想净化效果。
该喷嘴装置还包括上下两端开口的外壳6以及密封盖5，外壳高度0.5-30mm；密封盖通过螺栓固定于外壳的上端开口处，密封盖与外壳形成一个密闭空间，所述雾化装置设于该密闭空间内。所述雾化装置包括具有多个通孔的圆形雾化片7，通孔的排布方式为环形排布、圆形排布、蜂窝排布或线性排布；雾化片上通孔大小范围为1-20μm，根据不同工艺需求设计通孔的排布方式、通孔数量和通孔大小。所述雾化片通过螺栓固定于外壳6的下端开口处。
所述液体输送管4伸入所述密封盖后连接临时储液槽8，临时储液槽8位于所述雾化片7上方，雾化片上具有震荡片(压电陶瓷片)，可通过调节震荡片电压的大小以及共振频率的大小，即可调节喷胶速率与出液状态，以满足不同工艺需求；电压范围为20-60V，共振频率50-130KHZ。
所述除灰化装置为真空发生器除灰化装置或丙酮buffer除灰化装置，所述真空发生器除灰化装置包括真空发生器，真空发生器通过管路2连接于所述喷嘴装置的外壳侧壁上。真空发生器使用CDA气体，CDA压力范围为0.5-2bar，达到真空环境后将雾化片附近灰化后的小液滴吸附出去，达到净化效果。
所述丙酮buffer除灰化装置包括顶部开两个孔的容器，容器内盛装丙酮，容器顶部一个孔用于连接氮气管，另一个孔内插入玻璃细管并伸入丙酮中，玻璃管上端通过管路2连接到所述喷嘴装置的外壳侧壁上；所述氮气管用于向容器内通入氮气打压(N2压力范围0.5-1bar)，使容器内部的丙酮加速挥发，玻璃管可将挥发(发泡)的丙酮气液混合物输送到喷嘴的终端(雾化片)，用以溶解喷洒时产生的微小液滴，达到理想的净化效果。
利用上述喷嘴装置对晶圆上深孔结构的不同位置进行喷涂光刻胶或隔离层，如图6所示，各位置分别为深孔顶部T1(包括T1-1、T1-2)、上拐角处T2(包括T2-1、T2-2)、侧壁T3和T4(包括T3-1、T3-2、T4-1、T4-2)、下拐角T5(包括T5-1、T5-2)和底部(T6)。
本发明喷涂的工作过程如下：待喷涂晶圆放置于带有加热装置的载片台上，采用所述喷嘴装置将光刻胶或保护隔离层超微雾化，雾化液体颗粒加速喷向晶圆表面。通过真空发生器达到真空环境后将灰化后的小液滴吸附出去，达到净化效果或通过丙酮buffer除灰化装置用以溶解喷洒时产生的微小液滴，达到理想的净化效果。
本发明喷嘴装置由于通孔大小可调，排布可调，腔体环境可控，可解决常规超声波雾化喷嘴出现的高深宽比或薄胶喷涂工艺难关。常规超声波雾化喷嘴无法将光刻胶或保护隔离层均匀喷涂至深孔顶部、拐角处、侧壁、底部各处，或无法将光刻胶或保护隔离层在深孔中填满，甚至在深孔开口处光刻胶或保护隔离层黏附在一起，将深孔开口堵死，导致晶圆在后续加工工艺中出现缺陷，无法满足制程要求。传统超声波雾化喷嘴，雾化液滴尺寸18μm以上，针对2μm以下薄胶工艺喷涂也存在很多弊端，表面均匀性差，甚至部分晶圆存在无涂敷情况。
实施例1
本实施例中，深孔尺寸为120μm深，30μm宽，拐角处角度90°。雾化通孔大小为7μm。震荡片电压为30V，共振频率110KHZ。涂敷化学品为某光刻胶，CP值为2000cp。载片台温度设置为80°。Y轴方向的扫描间距0.5mm，X轴方向的扫描速度为20mm/s。喷嘴高度为3mm。
涂覆完成后，将深孔晶圆进行裂片，使用SEM检测样片截面处的形貌及膜厚值。形貌检测为深孔顶部(T1)、上拐角处(T2)、侧壁(T3、T4)、下拐角(T5、)底部(T6)各点涂敷厚度均匀一致，避免出现堆积及无涂敷情况。T1、T2、T3、T4、T5各处膜厚值为30±1μm，非均匀性为±5％。
实施例2
本实施例中，深孔尺寸为200μm深，50μm宽，拐角处角度90°。雾化通孔大小为5μm。震荡片电压范围为40V，共振频率120KHZ。涂敷化学品为某光刻胶，CP值为350cp。载片台温度设置为50°。Y轴方向的扫描间距0.3mm，X轴方向的扫描速度为30mm/s。喷嘴高度为2mm。
涂覆完成后，将深孔晶圆进行裂片，使用SEM检测样片截面处的形貌及膜厚值。形貌检测各深孔均已完全涂覆完全，深孔各处均不存在无光刻胶处。
实施例3
本实施例中，晶圆为无图形12”裸硅片。雾化通孔大小为10μm。震荡片电压范围为20V，共振频率50KHZ。涂敷化学品为某光刻胶，CP值为70cp。载片台温度设置为70°。Y轴方向的扫描间距2mm，X轴方向的扫描速度为80mm/s。喷嘴高度为8mm。
涂覆完成后，将晶圆使用光学膜厚仪检测样片膜厚值。形貌检测各深孔均已完全涂覆完全，深孔各处均不存在无光刻胶处。膜厚平均值为2μm，非均匀性为±3％。
实施结果表明，本发明针对带深孔的晶圆喷涂光刻胶或保护隔离层过程中，以及薄胶喷涂过程中，实现了高深宽比深孔结构晶圆及薄胶喷涂晶圆的均匀喷涂，深孔顶部(T1)、上拐角处(T2)、侧壁(T3、T4)、下拐角(T5、)底部(T6)各点涂敷厚度均匀一致或可实现完全填涂。

Claims (8)

1.一种用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：该喷嘴装置包括液体输送管、雾化装置和除灰化装置，所述液体输送管与所述雾化装置相连接，所述雾化装置与所述除灰化装置相连接；其中：
液体输送管：用于将喷胶用光刻胶或保护隔离层输送至所述雾化装置；
雾化装置：用于将所述液体输送管输送的喷胶用光刻胶或保护隔离层雾化成液滴，并将液滴直接作用于晶圆表面；所述雾化装置包括雾化片；
除灰化装置：用于将灰化后的小液滴吸附出去，或者溶解喷洒时产生的微小液滴，以达到理想净化效果。
2.根据权利要求1所述的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：该喷嘴装置还包括外壳和密封盖，密封盖设于外壳顶部，外壳与密封盖形成一个密闭空间，外壳高度范围0.5-30mm；所述雾化装置设于该密闭空间内。
3.根据权利要求2所述的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：所述液体输送管伸入所述密封盖后连接临时储液槽，临时储液槽位于所述雾化片上方；所述雾化片上设有多个通孔，通孔的排布方式为环形排布、圆形排布、蜂窝排布或线性排布；雾化片上通孔大小范围为1-20μm，根据不同工艺需求设计通孔的排布方式、通孔数量和通孔大小。
4.根据权利要求3所述的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：所述雾化片上具有震荡片(压电陶瓷片)，可通过调节震荡片电压的大小以及共振频率的大小，即可调节喷胶速率与出液状态，以满足不同工艺需求；电压范围为20-60V，共振频率50-130KHZ。
5.根据权利要求1所述的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：所述除灰化装置通过管路连接于该喷嘴装置的外壳侧壁上，所述除灰化装置为真空发生器除灰化装置或丙酮buffer除灰化装置。
6.根据权利要求5所述的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：所述真空发生器除灰化装置包括真空发生器，真空发生器使用CDA气体，CDA压力范围为0.5-2bar，达到真空环境后将雾化片附近灰化后的小液滴吸附出去，达到净化效果。
7.根据权利要求5所述的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷嘴装置，其特征在于：所述丙酮buffer除灰化装置包括顶部开两个孔的容器，容器内盛装丙酮，容器顶部一个孔连接氮气管，另一个孔内插入玻璃管且玻璃管伸入丙酮中，玻璃管上端通过管路连接到所述喷嘴装置的外壳侧壁上；所述氮气管用于向容器内通入氮气打压(N2压力范围0.5-1bar)，使容器内部的丙酮加速挥发，玻璃管可将挥发(发泡)的丙酮气液混合物输送到喷嘴的终端(雾化片)，用以溶解喷洒时产生的微小液滴，达到理想的净化效果。
8.一种利用权利要求1-7任一所述喷嘴装置进行的用于高深宽比深孔结构晶圆或薄胶喷涂晶圆的喷涂方法，其特征在于：喷涂过程中，晶圆固定在二维载片台上，晶圆在被喷涂时处于加热状态，加热温度控制在20-150℃；喷嘴装置沿Y轴方向的扫描间距控制在0.1-5mm范围内，喷嘴装置沿X轴方向的扫描速度控制在10-100mm/min。
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