KR20150134392A - 열가소성 물질을 마이크로파 에너지로 경화시키는 방법 - Google Patents

열가소성 물질을 마이크로파 에너지로 경화시키는 방법 Download PDF

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Abstract

개선된 물리적인 성질 및 고도의 결정성을 생성시키면서 전자 회로와 함께 사용하기 위한 열가소성 물질, 특히, 폴리이미드의 밀도를 높이기 위한 방법은 전형적으로 유리전이 온도보다 100℃ 또는 그 미만으로 아래에 있는 온도에서 약 50 내지 100분의 시간 동안 가변 주파수 마이크로파(VFM) 프로세싱함을 포함한다. 이는 BPDA-PPD를 기반으로 하는 폴리머에 적용 가능하지만, 또한 동일한 피처를 지니는 다른 의도적으로 설계된 폴리이미드 구조물에도 일반적으로 적용될 수 있다. 본 발명은 작은 피처 크기 및 높은 Tg 및 다른 바람직한 성질을 지니는 폴리머의 오버코팅 및 작은 피처 크기를 지닌 집적회로를 포함한 층화된 구조물의 생성을 가능하게 한다.

Description

열가소성 물질을 마이크로파 에너지로 경화시키는 방법{METHOD OF CURING THERMOPLASTICS WITH MICROWAVE ENERGY}
발명의 분야
본 발명은 열가소성 폴리머를 밀도를 높이기 위한 장치 및 방법, 더욱 특히, 선택된 기판 상에서 개선된 결정성을 지니는 밀도가 높은 열가소성 필름을 생성시키는 방법에 관한 것이다.
관련 분야에 대한 설명
폴리이미드는 이들의 우수한 기계적, 전기적 및 화학적 성질 때문에 마이크로전자 산업에 매력적인 물질이다. 통상의 열 경화를 위한 프로세스 시간은 통상적으로는 4 내지 6 시간 범위이고; 완만한 온도 증감 속도(temperature ramp rate) 및 다양한 온도에서의 연장된 유지 시간이 완만한 반응 속도, 반응 부산물과 용매의 탈가스, 및 폴리머 사슬의 배향을 가능하게 하기 위해서 요구된다. 이들 폴리머를 경화시키기에 요구되는 프로세싱 시간(processing time)을 감소시키는 것을 처리량을 증가시킬 수 있고 전체 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
폴리아믹산 기반 폴리이미드(polyamic acid based polyamide), 예컨대, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 디안하이드라이드(BPDA) 및 p-페닐렌디아민 (PPD)는 낮은 잔류 응력 유전체가 필수인 전자 패키징 적용(electronic packaging application)에 바람직하다. 이러한 폴리머의 많은 독특한 성질은 이의 골격의 강성 본질 및 경화 동안에 발생하는 고도의 배향에 기인한다. 이러한 배향은 낮은 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion: CTE)를 달성시켜서 낮은 응력 필름을 생성시키는데 중요하다.
이러한 유형의 폴리머 시스템의 한 가지 명백한 단점은 높은 경화 온도(전형적으로는 350℃)이며, 이러한 온도는 작은 피처 크기(small feature size) 및 그에 상응하는 감소된 확산 거리가 다양한 공정 단계에 이용 가능한 열처리 경비를 심각하게 제한하는 많은 진보된 반도체 시스템에서 그 사용을 방해한다. 예를 들어, 최근 논문은 이러한 폴리머 시스템의 바람직한 성질을 보고하고 있지만(표 1), 보고된 필름 모두는 통상의 오븐 경화, 신속한 열판 경화(rapid hotplate curing), 또는 마이크로파 경화에 의해서 310 내지 350℃에서 처리되었다[K. D. Farnsworth et al., Variable Frequency Microwave Curing of 3,3',4,4'- Biphenyltetracarboxylic acid dianhydride/P-phennylenediamine (BPDA/PPD), Intl. Journal of Microcircuits and Electronic Packaging 23:162-71 (2002)]. 비록, VFM(Variable Frequency Microwave) 경화가 상당히 더 빠르지만, 경화 온도는 변화되지 않았으며, 그러한 범위에서의 경화 온도는 많은 관심 적용을 위한 허용 가능한 최대 온도를 많이 넘어서고 있다. 부담이 큰 전자 적용에 이들 폴리머 시스템을 적용시키는데 있어서의 어려움은 BPDA/PPD의 상업적 제품이 30년 이상 동안 구입 가능하였지만 아직 매우 제한적으로 사용되고 있다는 사실에 의해서 알 수 있다.
표 1: 종래 기술 방법에 의한 전형적인 경화된 PI 2611 성질
Figure pct00001
목적 및 이점
본 발명의 목적은 열가소성 필름의 밀도를 높이기 위한 개선된 방법을 제공하고; 반도체 기판 상의 열가소성 필름의 밀도를 높이기 위한 방법을 제공하고; 반도체 웨이퍼를 개선된 성질을 지니는 열가소성 필름으로 코팅하는 방법을 제공하고; 개선된 결정성을 지니는 열가소성 필름을 제조하는 저온 프로세스를 제공하고; 선택된 기판 상에 제어된 배향을 지니는 폴리이미드를 생성시키는 방법을 제공함을 포함한다. 본 발명의 이들 및 그 밖의 목적 및 이점은 도면을 참조하여 하기 명세서를 고려함으로부터 자명해질 것이다.
발명의 요약
본 발명의 한 가지 구체예에 따르면, 열가소성 필름의 밀도를 높이기 위한 방법은
선택된 기판 상에 가용성 형태의 열가소성 물질을 증착시키고;
필름을 소프트 베이킹(soft baking)시켜 잔류 용매를 제거하고;
상기 열가소성 물질의 유리 전이 온도 Tg보다 100℃ 미만으로 더 낮은 온도에서 20 내지 120분 동안 VFM에 의해서 필름을 경화시킴을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 마이크로전자 장치를 제조하는 방법은
집적회로가 위에 있는 반도체 웨이퍼를 제조하고;
반도체 웨이퍼 상에 가용성 형태의 열가소성 필름을 증착시키고;
필름을 소프트 베이킹시켜 잔류 용매를 제거하고;
상기 열가소성 물질의 유리 전이 온도 Tg보다 100℃ 미만으로 더 낮은 온도에서 20 내지 120분 동안 VFM에 의해서 필름을 경화시킴을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전자 장치는
기능성 집적회로가 위에 있는 반도체; 및
그 위에 있는 실질적으로 밀도가 높은 열가소성 코팅을 포함하며,
상기 코팅은 300 내지 400℃ 범위의 Tg를 지닌다.
본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 특정의 양태를 도시하기 위해서 포함된다. 본 발명 및 본 발명에 의해서 제공된 구성요소 및 시스템의 작동의 더욱 명확한 개념은 도면에서 예시되고 있는 예 및 그에 따른 비제한 구체예를 참조함으로써 더욱 용이하게 알게 될 것이며, 그러한 도면에서, 유사한 번호(이들이 한번 초과로 사용되는 경우)는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도면에서의 피처(feature)는 반드시 등척도로 작도되지는 않는다.
도 1은 BPDA-PPD의 구조의 개략도이다.
도 2는 다양한 조건하에 경화된 BPDA-PPD 필름의 탄성율(modulus)을 예시하고 있다.
도 3은 도 2와 동일한 조건하에 경화된 BPDA-PPD 필름의 경도를 예시하고 있다.
도 4는 다양한 시간 동안 VFM에 의해서 200℃에서 경화된 BPDA-PPD의 % 이미드화를 예시하고 있다.
도 5는 폴리이미드 PMDA-ODA의 굴절 사슬 특성을 예시하고 있다.
도 6은 선형 폴리이미드에 대한 이작용성 폴리아믹산 섹션을 제공할 수 있는 분자의 일부 대안적인 부류를 예시하고 있다.
도 7은 폴리이미드에 대한 이작용성 아민을 제공할 수 있는 분자의 일부 대안적인 부류를 예시하고 있다.
발명의 상세한 설명
일반적인 설명으로, 본 발명은 개선된 물리적인 성질 및 고도의 결정성을 생성시키면서 전자 회로와 함께 사용되도록 충분히 낮은 온도에서 열가소성 물질, 특히, 폴리이미드의 밀도를 높이기 위한 방법을 제공한다. 그러한 방법은 BPDA-PPD를 기반으로 하는 폴리머에 특히 적용 가능하지만, 그러한 방법은 그러한 방법이 동일한 피처를 지니는 다른 의도적으로 설계된 폴리이미드 구조에 일반적으로 적용될 수 있음을 따르는 본 개시내용에서 자명해질 것이다.
폴리머 BPDA-PPD, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 디안하이드라이드/P-페닐렌디아민은 HD 마이크로시스템즈(HD Microsystems)(250 Cheesequake Road, Parlin, NJ 00859-1241)에 의해서 제조된 폴리아믹산 기반 폴리이미드이고, 제품명 PI 2611으로 시판되고 있다. 고온(> 200℃)에서, 그러한 물질은, HD 마이크로시스템즈로부터 받은 바와 같이, 이의 가용성 폴리아믹산 형태로부터 불용성의 완전히 이미드화된 폴리머로 전환된다. 폴리머의 많은 독특한 성질은 이의 골격의 강성 본질 및 경화 동안 발생하는 고도의 배향에 기인하다.
권장된 350℃에서의 통상의 오븐 방법에 의해서 경화되는 때의 특이한 선형의 BPDA-PPD(도 1)는 탄성율의 증가, 열팽창 계수의 감소, 및 적외선(FTIR) 피크 이동에 의해서 입증되는 바와 같이, 배향의 증가 및 결정성을 나타낸다[J.C. Coburn, M.T. Pottiger, and C.A. Pryde, “Structure Development in Polyamide Films”, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 308, 475-87 (1993)]. 이들 높은 수준의 배향/결정화는 표 2에 나타낸 바와 같이 대류 가열에 의한 250℃ 내지 350℃의 경화 온도에 의해서 달성된다. Tg(340℃) 위에 있는 350 내지 400℃의 온도에서의 경화는 실제로 CTE를 감소시키고, 탄성율을 증가시키고, 그러한 탄성율의 증가는 필름에서의 잔류 응력 σ의 급격한 증가를 초래한다. 이는 실제로 표면에 대한 고리의 면내 배향(in-plane orientation)의 손실에 기인한다. Tg 위에서 BTDA/ODA/MPD와 같은 전형적인 비-선형 폴리이미드(표 3)를 경화시키는 것은 잔류 응력에 영향을 주지 않는데, 그 이유는 이들이 표면에 정렬되지 않기 때문이다.
표 2: 경화 온도에 대한 BPDA-PPD의 성질(Coburn et al. 1993)로부터의 데이터)
Figure pct00002
표 3: 경화 온도에 대한 BPDA-ODA-MPD의 성질
Figure pct00003
출원인들은, 집적회로 적용에 유용할 수 있는 범위에서 BPDA-PPD와 같은 물질들을 프로세싱(processing)하기 하기 위해서, 마이크로파 경화가 실질적으로 더 낮은 온도에서 수행될 수 있는 지를 측정하기 위해서 일련의 연구를 시작하였다. 5.65-7.0 GHz의 스위프 주파수 범위(sweep frequency range), 0.1초의 스위프 레이트(sweep rate) 및 200W 전력으로 MicroCure™ 2100 VFM (Lambda Technologies, Morrisville, NC)을 사용하여 실험을 수행하였다. 이어지는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 결과는 놀라울 뿐만 아니라, 사실 통상의 폴리머 이론의 관점의 직관과는 반대였다.
실시예
PI 2611의 필름을 5 내지 120분의 범위의 시간 동안 175 및 200℃에서 VFM 경화시켰다. 수지를 7 μm 두께 필름을 달성하기 위해서 4000rpm에서 실리콘 웨이퍼 상에 스피닝하였고, 이를 130℃에서 2 분 동안 후속 소프트-베이킹하여 경화 전에 잔류 용매를 제거하였다. 도 2는 오븐-경화된 샘플(350 및 400℃)에 비한 이들 샘플의 영율(Young's modulus)을 나타낸다. 놀라운 관찰은 200℃에서의 60분 경화 후에 탄성율에서의 점프이며, 그 지점에서, 탄성율은 통상의 오븐에서 경화된 물질의 탄성율보다 실제로 더 높다. 주: 탄성율은 기판 효과를 최소화하기 위해서 100 내지 200nm의 두께에 대해서 나노인덴테이션 방법(nanoindentation method)에 의해서 측정되었다.
실시예
도 3은 앞선 실시예에서 기재된 BPDA-PPD 필름의 경도를 나타낸다. 또한, 약 60분의 경화 시간에서 급격한 상승를 볼 수 있으며, 그러한 지점에서, 경도는 350℃ 오븐 경화에 의해서 생산된 경도와 비견된다.
실시예
도 4는, FTIR에 의해서 측정된 경우의, VFM 경화에 의한 200℃에서의 시간의 함수로서의 이미드화 백분율을 나타내고 있다. 이미드화는 20분 후에 약 80% 완료되며, 60분 후에는 기본적으로는 완전히 완료되고, 60분에서 120분까지는 미미한 변화가 있음을 알 수 있다.
BPDA-PPD는 마이크로파(VFM)에 의해서 단지 200℃에서 완전히 경화(Tg=350℃)되는 때에, 90 내지 100%의 경화 범위의 증가 및 배향이, 탄성율(도 2), 경도(도 3) 및 FTIR(도 4)에 의해서 나타낸 바와 같이, 프로세스로의 60 내지 75분 사이의 급격한 전이에서 발생한다. 이러한 배향은 예상치 못하게 MW에 의해서 제 시간에 급격한 상 전이로서 발생하지만, CTE는 3.1ppm/℃로 유지되면서 탄성율은 대류 오븐 경화에 의해서 보여진 더 높은 수준으로 증가하지 않는다. 이는 Tg 초과로 결코 가열되지 않으면서도 더욱 낮은 잔류 응력 수준을 나타낸다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼 상의 BPDA/PPD 필름의 VFM 경화는 추가의 뒤틀림을 나타내지 않는다.
이러한 높은 배향은 액정 상의 고도로 배향된 "막대-형태" 팩킹("rod-like" packing)과 유사한 폴리머 사슬의 더욱 타이트한 정렬을 나타낸다. 이러한 특정의 열가소성 구조의 전자적 본질은 도 1에 도시된 바와 같은 방향족 고리에서의 매우 잘 정렬된 sp2 오비탈과 이러한 매우 선형의 강성 구조를 따라 형성된 헤테로사이클릭 이미드 고리로부터 발생한다. 상업적으로 구입 가능한 폴리이미드의 더욱 일반적인 구조는, 대조적으로, Kapton® 필름에서의 일반적인 폴리이미드, PMDA-ODA(도 5)의 구조에서 도시된 바와 같이 더욱 굴곡되어 있고 가요성이다.
형태적으로 등방성인 PMDA-ODA는 면내 CTE(in-plane CTE)의 단지 1.2배인 면외 CTE(out-of-plane CTE)를 지니는 반면에, 배향된 BPDA-PPD는 면내보다 25배 더 높은 비율로 비등방성이다. 이러한 비등방성 및 낮은 CTE는 규소 웨이퍼에 코팅된 폴리머 필름이 냉각 후에 실제로 유도된 응력이 없게 하는 규소의 것(3ppm/℃)과 밀접하게 매치된다. 이는 매우 높은 밀도의 기능성을 제공하기 위해서 폴리이미드 유전 필름으로 코팅된 적층된 얇은 규소 웨이퍼의 사용이 증가하고 있는 전자제품 산업에 매우 중요하다. 폴리머 유전 필름(약 60ppm/℃)과 규소 웨이퍼 사이의 CTE의 현재의 부조화는 전형적으로는 300mm 직경 웨이퍼에서 300 내지 800㎛의 뒤틀림(warpage)을 생성시킨다. 이는 아주 다루기 힘든 문제였으며, 그 이유는 BPDA-PPD의 350 내지 400℃ 경화의 통상의 오븐 경화 온도가 진보된 장치 및 패키징 구조에 적합한 250℃ 미만의 경화 온도를 추구하는 전자제품 산업에 대한 웨이퍼 프로세싱의 실질적인 한계를 많이 넘어서 있기 때문이다. 예를 들어, 일부 진보된 메모리 장치, 예컨대, 폴리머 또는 세라믹 RAM 장치는 250℃를 훨씬 넘어선 온도에서는 작동 불능하게 제조된다. 마이크로파에 의한 단지 200℃의 경화 온도에서 고도로 배향된 낮은 CTE 폴리이미드 필름을 생성시키는 능력은 상당한 기술적 돌파구이다.
폴리이미드 필름은 300℃를 초과하는 온도에 대한 물질의 높은 열적, 화학적 및 기계적 안정성 때문에 마이크로전자 산업에서 수십년 동안 선택되는 유기 유전체였다. 전자 장치 기술에서의 최근의 진행은 250℃ 초과의 고온 프로세스에 대한 민감성을 흔히 발생시켰다. 이러한 한계는 그러한 산업에서 250℃ 미만의 경화 온도를 지니는 다른 화학적 부류, 예컨대, 폴리벤족사졸 및 에폭시에 대해서 조사를 하게 했다. 모든 경우에서, 폴리이미드에 대한 이들 대용물은 안정성 및 유전 성질을 저하시켰거나 제조 견고성을 감소시켰다. 300℃ 미만의 온도에서의 통상의 오븐에 의해서 불완전하게 경화된 폴리이미드는 마이크로전자 장치에 대한 허용 가능하지 않은 화학적 및 유전적 성질을 지닌다.
200℃만큰 낮은 온에서 고도로 배향된 낮은 CTE 폴리이미드 필름을 생성시키는 능력은 다이 부착(die attach), 다이 캡슐화(die encapsulation), 모울딩(molding), 다이 언더필(die underfill), 및 다이 적층 적용(die stacking application)에서 일반적으로 사용되는 에폭시 접착제의 분해를 피하기 위해서 대부분 250℃ 또는 그 미만인 패키징 프로세스 흐름의 강성 폴리이미드 필름 경화의 포함을 대체로 가능하게 한다.
또한, Tg 미만의 낮은 마이크로파 경화 온도와 패키징 또는 어셈블리에서 사용되는 다른 프로세스 단계들 중 어떠한 단계에 의해서 나타나는 최고 온도 사이의 차이는 이제 50℃ 또는 그 미만이다. 이러한 낮은 온도 범위 공정은 문헌[M.T. Pottiger and J.C. Coburn, "Modeling Stresses in Polyamide Films", Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol 308, 527-534 (1993)]에 기재된 바와 같은 통상의 오브 경화에 의해서 나타나는 탄성율 및 CTE에 대한 시간 및 온도의 강한 영향을 거의 제거한다.
물질의 대부분을 통한 임계 반응성 다이폴(critical reactive dipole)의 균일한 마이크로파 여기(microwave excitation)에 의해서, 폴리이미드 사슬의 경화 반응(이미드화/고리화)이 대량으로 훨씬 낮은 온도(200℃)를 유지하면서 고도로 효율적이게 한다. 폴리머의 저온 경화는 다양한 시스템에서 입증되었다. 반응이 완료에 가까워짐에 따라서(도 4에 도시된 바와 같이 거의 90%), 사슬의 견고성은 더욱 높아지고, 사슬은 덜 이동성이 된다. 회전 다이폴(현재의 상황에서 주로 카르보닐)에서의 마이크로파 에너지의 계속된 효과는 더 낮은 에너지의 적층 부위로의 이들 견고한 로드(rigid rod)의 배향/고리화를 돕는다. 유사한 현상이 0℃ 직전의 작은 물 분자의 동시 발생 결정화(동결) 점에서 발견될 수 있다. 이러한 동시발생은 폴리머의 표준 대류 가열에 의해서는 나타나지 않는데, 그 이유는 프로세스가 거의 질서(order)를 향상시킬 만큼 질서를 파괴하는 다른 것들과의 충돌에 의한 사슬의 무작위 충돌과 연루되어 더 높은 온도를 필요로 하기 때문이다.
본원 출원인들은 놀랍도록 낮은 온도에서의 마이크로파 유도된 배향이 BTDA-PPD의 선형 구조에 의해서 가능함을 알아냈다. 이러한 관찰을 기반으로 하여, 본원 출원인들은 이러한 현상이 동일한 피처를 지니는 다른 의도적으로 설계된 폴리이미드 구조로 확대될 수 있음을 예상했다.
실시예
본 발명의 프로세스를 개발하기 위한 다른 폴리머의 설계는 도 6의 일반적인 부류에 의해서 제시된 바와 같은 이작용성 폴리아믹산 섹션과 도 7에서 제시된 바와 같은 R1 및 R2를 지닌 이작용성 아민을 조합할 수 있다. 경화되는 때에, 높은 배향 확률을 지닌 선형의 컨쥬게이트된 및 견고한 폴리이미드 필름을 생성시킬 많은 다른 가능성이 있다.
화학 및 생물에서의 갑작스런 상 전이가 임계 분포 수준에서의 분자들 사이의 상호작용에 의해서 발생할 수 있음이 또한 밝혀졌다[Y. Kuramoto, Chemical Oscillations, Waves, and Turbulence. Springer, Berlin (1984)]. 경화의 마지막 단계 근처에서 감소된 속도로 이동하는 분극 가능한 폴리머 사슬의 마이크로파 유도된 상호작용은, 이들 사슬의 길이의 분포가 더욱 좁다면, 더욱 효과적으로 동시발생되고 고도로 배향될 수 있다.
실시예
BTDA-PPD의 관찰된 배향 또는 결정화는 상 전이의 방식으로 급격하게 동시 발생되는 듯하기 때문에(참조, 도 2 내지 도 4), 출발 물질에서의 사슬 길이 분포를 감소시킴으로써 MW 방사선에서의 다른 폴리이미드 및 다른 열가소성 물질 내의 높은 배향 수준을 유도하는 것이 가능할 것이다. 열가소성 물질의 다분산 지수(polydispersity index: PDI)를 감소시키는 것은 분리 기술, 예컨대, 크기 배제 크로마토그래피를 이용함으로써 또는 출발 물질의 형성에서의 열가소성 물질 엔드캡 반응(thermoplastic endcap reaction)의 초기 형성을 제한함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 방법에 의해서, 조절 가능한 경도 및 CTE로부터 이익을 얻는 폴리이미드뿐만 아니라 다른 열가소성 물질, 예컨대, 폴리올레핀, 폴리비닐, 폴리카르보네이트, 및 아크릴로니트릴의 훨씬 더 넓은 범위의 선택의 기계적 성질을 향상시키는 것이 가능할 것이다. 이러한 선택적인 설계 능력은 표준 열 경화 기술의 이용에 의해서는 명확하게 가능하지 않다.
앞선 실시예 및 논의를 기반으로 하여, 허용 가능한 결과를 발생시킬 수 있는 프로세스 변수의 범위가 있으며 최적의 파라미터는 한 가지 특정의 적용으로부터 또 다른 적용에 걸쳐서 다양할 수 있음이 인식될 것이다. 당업자는 통상의 실험을 통해서 특정의 시스템을 위한 프로세스를 용이하게 최적화시킬 수 있다. BPDA-PPD 시스템의 경우에, 본원 출원인들은 175 내지 225℃의 온도 범위에서 약 20 내지 120분 동안 처리하는 것을 선호한다. 주문 설계 폴리머 포뮬레이션(custom-designed polymer formulation), 예컨대, 도 6 및 도 7과 결부되는 논의된 것들의 경우에, Tg 값이 다소 다양할 것이지만, 많은 경우에서는 약 300 내지 400℃의 범위에 놓일 것임이 인식될 것이다. 이들 시스템의 경우에, BPDA-PPD에 대한 유추를 통해서, 본원 출원인들은 마이크로파 프로세싱이 특정의 포뮬레이션에 대한 Tg의 약 100℃ 이하 아래의 온도에서 수행되는 것을 선호한다. 바람직한 프로세싱 온도에 대한 상한치는 또한 최종 사용에 의해서 어느 정도까지 강요될 것이다. 전자 장치의 경우에, 산업은 일반적으로 약 250℃ 미만에서 유지되는 것을 선호하고, 많은 경우에는 가능하다면 200℃ 미만에서 유지되는 것을 선호한다.
당업자에게는 본 발명이 이전까지는 만드는 것이 불가능했던 구조물을 제작하는 것을 가능하게 하고 있음이 명확할 것이다. 특히, 250℃ 또는 그 미만의 온도 상한치를 지닌 기능성 실리콘 집적회로가 350℃ 또는 그 미만의 Tg를 지니는 열가소성 물질의 밀도 높은 층으로 코팅되는 복합 구조물을 만들 수 있다. 집적회로는 100 내지 15nm 범위의 피처를 포함할 수 있다. 모든 종래 기술 방법에 의해서는, 그러한 폴리머의 밀도를 높이기 위해서 요구되는 프로세싱 온도가 밑에 있는 회로 요소의 기능성을 파괴할 수 있다.
VFM 프로세싱은 당업자가 캐비티(cavity) 및 워크피스(workpiece)의 크기 및 모양, 기판의 유형 등과 같은 변수를 기반으로 하여 특정의 주파수 범위, 스윕 속도 등을 선택할 수 있는 본질적으로 유연한 방법임이 이해될 것이다. 어떠한 선택된 대역폭(전형적으로는 중심 주파수의 ±5% 또는 ±10%)를 가로지른 주파수를 스위핑(sweeping)하는 것이 균일성을 개선시킬 뿐만 아니라, 아아크(arcing) 및 워크피스에 있는 전자 부품에 대한 다른 손상 효과를 방지할 수 있음이 공지되어 있다. 따라서, 본원 출원인들은 중심 주파수의 ±5% 이상, 더욱 바람직하게는 ±10%의 대역폭에 걸친 주파수를 스위핑하는 것을 선호한다.

Claims (18)

  1. 열가소성 필름의 밀도를 높이는 방법으로서,
    선택된 기판 상에 가용성 형태의 상기 열가소성 물질을 증착시키고;
    상기 필름을 소프트 베이킹(soft baking)시켜 잔류 용매를 제거하고;
    상기 열가소성 물질의 유리 전이 온도 Tg보다 100℃ 미만으로 더 낮은 온도에서 20 내지 120분 동안 VFM에 의해서 상기 필름을 경화시킴을 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 이작용성 폴리아믹산 섹션과 이작용성 아민 섹션을 지니는 폴리이미드를 포함하고, 상기 폴리이미드가 300 내지 400℃ 범위의 Tg를 지니는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 폴리이미드가 BPDA-PPD를 포함하고, 상기 VFM 경화가 약 175 내지 225℃의 온도에서 수행되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, VFM 경화가 선택된 중심 주파수의 ±5% 이상의 대역폭에 걸친 스위핑 방식(sweeping manner)으로 마이크로파 파워(microwave power)를 적용시킴을 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기판이 집적회로가 위에 있는 반도체 웨이퍼를 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리비닐, 폴리카르보네이트, 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머를 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 열가소성 물질의 다분산 지수(PDI)를 감소시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 PDI가 크기 배제 크로마토그래피를 포함한 분리 기술을 이용함과 상기 열가소성 물질에 대한 출발 물질의 형성에서 열가소성 엔드캡 반응(thermoplastic endcap reaction)의 초기 형성을 제한함으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해서 감소되는 방법.
  9. 마이크로전자 장치를 제조하는 방법으로서,
    집적회로가 위에 있는 반도체 웨이퍼를 제조하고;
    상기 반도체 웨이퍼 상에 가용성 형태의 열가소성 필름을 증착시키고;
    필름을 소프트 베이킹시켜 잔류 용매를 제거하고;
    상기 열가소성 물질의 유리 전이 온도 Tg보다 100℃ 미만으로 더 낮은 온도에서 20 내지 120분 동안 VFM에 의해서 상기 필름을 경화시킴을 포함하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 이작용성 폴리아믹산 섹션과 이작용성 아민 섹션을 지니는 폴리이미드를 포함하고, 상기 폴리이미드가 300 내지 400℃ 범위의 Tg를 지니는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 폴리이미드가 BPDA-PPD를 포함하고, 상기 VFM 경화가 약 175 내지 225℃의 온도에서 수행되는 방법.
  12. 제 9항에 있어서, VFM 경화가 선택된 중심 주파수의 ±5% 이상의 대역폭에 걸친 스위핑 방식으로 마이크로파 파워를 적용시킴을 포함하는 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 집적회로가 폭이 100 내지 10nm 범위인 기능성 회로 피처(functional circuit feature)를 포함하고, 상기 열가소성 물질이 300 내지 400℃ 범위의 Tg를 지니는 방법.
  14. 기능성 집적회로가 위에 있는 반도체; 및
    그 위에 있는 실질적으로 밀도가 높은 열가소성 코팅을 포함하는 전자 장치로서,
    상기 코팅이 300 내지 400℃ 범위의 Tg를 지니는 전자 장치
  15. 제 14항에 있어서, 상기 집적회로가 폭이 100 내지 10nm 범위인 기능성 회로 피처를 포함하는 전자 장치.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리비닐, 폴리카르보네이트, 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머를 포함하는 전자 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 이작용성 폴리아믹산 섹션과 이작용성 아민 섹션을 지니는 폴리이미드를 포함하는 전자 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 폴리이미드가 BPDA-PPD를 포함하는 전자 장치.
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