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TWI850461B - 用於將表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的方法及裝置 - Google Patents

用於將表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的方法及裝置 Download PDF

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Abstract

一種將晶圓之表面上之聚合物材料局部移除/改質的方法，其具有以下步驟：a)相對於該表面對準遮罩；b)藉助於VUV光源透過遮罩局部曝光該表面，同時供應含有至少氧氣之氣體混合物；c)用含有至少氮氣及氧氣之氣體混合物吹掃該表面，該VUV光源經切斷；及d)重複至少步驟b)及c)直至移除/改質完成。
描述一種用於將晶圓之表面上之聚合物材料局部移除/改質的裝置，包含一遮罩。該裝置具有可調節晶圓台固持該晶圓，且經設置以在第一操作狀態中在該晶圓與該遮罩之間建立曝光間隙，且在第二操作狀態中在該晶圓與該遮罩之間建立大於該曝光間隙的吹掃間隙。

Description

用於將表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的方法及裝置
本發明關於一種將晶圓表面上之聚合物材料局部移除或者改質的方法。本發明亦關於一種用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除或者改質的裝置。
囊封或封蓋微機電(MEMS)感測器，例如加速度及旋轉感測器，以便保護敏感移動感測器結構免於粒子侵擾且以便為最終產物提供鑄模封裝。此外，封蓋可以使得能夠在經定義壓力條件下操作感測器。封蓋係藉由將蓋晶圓接合至感測器晶圓來達成。所提及之晶圓中之每一者經受多個技術步驟以便提供所要感測器結構。在接合製程之前，晶圓塗佈有設想用於移動MEMS結構之抗黏著塗層，且產生用於每一MEMS晶片之對應接合框架。
所提及之抗黏著層為意欲在與鄰近感測器結構接觸之情況下，防止移動感測器結構黏著的薄聚合物層。在接合製程之前的分批製程中施加所提及之抗黏著層，該分批製程發生在具有多個晶圓之腔室中，其中晶圓的整個區域被塗佈，而不管僅在移動感測器結構上局部需要所提及的抗黏著層之事實。
藉助於真空紫外線輻射（VUV輻射：波長在10 mm與200 nm之間）移除有機雜質或聚合物之表面清潔為例如在生產平板顯示器（flat panel display；FPD）期間使用以便移除光阻劑之殘餘物的已知製程。VUV輻射（例如具有172 nm之波長）在此處藉由準分子燈產生。
眾所周知的是，接合框架上之抗黏著層在功能測試期間削弱感測器之穩固性；因此，目前實施熱處理製程以便自接合框架移除或降解抗黏著層。此係可能的，因為抗黏著層之熱穩定性取決於上面沉積有該抗黏著層之表面材料。
此涉及加熱整個晶圓，因此亦使需要具有不變屬性之抗黏著層的感測器結構暴露於熱處理溫度，該熱處理溫度改變抗黏著層之屬性。接合框架之準確局部加熱（在μm範圍內）在技術上係不可行的。
在本申請案的優先權日尚未公開的專利申請案DE 102018210064.0關於一種用於使用光罩局部VUV層去除的製程及裝置。
本發明之目標係提供一種將表面上之聚合物材料局部移除或者改質之尤其有效的方法。
本發明之優點
本發明關於一種用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除或者改質的方法，其具有以下步驟： a）相對於該表面對準遮罩； b）藉助於VUV光源透過遮罩局部曝光該表面，同時供應含有至少氧氣（O2）之氣體混合物； c）用含有至少氮氣（N2）及/或氧氣（O2）之氣體混合物吹掃該表面，其中該VUV光源經切斷； d）重複至少步驟b）及c）直至完成該聚合物材料之移除及/或改質。
在該方法之一有利組態中，在步驟b）中之曝光係用遮罩與表面（OW）之間的曝光間隙（GE）實現，且在步驟c）中之吹掃係用遮罩與表面之間的吹掃間隙（GP）實現，該吹掃間隙（GP）大於該曝光間隙（GE）。有利地，在吹掃步驟期間，可以增加晶圓與遮罩之間的距離且因此可以用吹掃氣體或氣體混合物更有效地傳送在曝光期間分解之聚合物。
在本方法之一有利組態中，在步驟c）中供應外部產生之臭氧（O3）及/或反應性氧物質（O* ）。因此，有利地有可能濾出且傳送已藉由先前曝光分解之聚合物材料。
在該方法之一有利組態中，在步驟c）中使晶圓非平行於遮罩對準。以此方式，有利地有可能在吹掃操作中，在整個晶圓上尤其均一地且均勻地將聚合物材料移除或者改質。
用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除或者改質的本發明之方法適合於替代如先前技術中所採用之熱處理，以便自晶圓局部移除抗黏著層(ASC)或另一聚合物材料層。有利地有可能以局部定界方式自晶圓表面移除抗黏著層，而該晶圓之其他區域保持不受影響。舉例而言，有可能自MEMS晶圓之接合框架移除抗黏著層，而保留具有未受損之抗黏著層的微機械結構，尤其感測器結構。本發明之方法優化抗黏著層及聚合物材料之其他層的移除，在整個基板或整個晶圓上均勻地起作用。相對於聚合物材料經移除之彼等區域，聚合物材料保持之表面之幾何形式及尺寸經良好界定，且在整個晶圓上具有均一品質。本發明之方法可以適用於不同基板及不同晶圓大小。本發明之方法之其他可能用途係表面之局部光化學處理，以便改良後續黏著力製程、光阻劑之殘留物之均勻移除、表面電荷之局部改質及溝槽聚合物之低溫灰化。
本發明亦關於一種用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除或者改質的裝置，其具有可相對於表面以經定義方式對準之遮罩，其中該表面可藉助於安置於該遮罩上方之VUV光源曝光，其中含有至少氮氣（N2）及/或氧氣（O2）之氣體混合物可引入至該晶圓和該遮罩之間的空隙中。本發明之核心為該裝置具有可調節晶圓台，其用於固持該晶圓且經設置以在第一操作狀態中在該晶圓與該遮罩之間建立曝光間隙GE，且在第二操作狀態中在該晶圓與該遮罩之間建立大於該曝光間隙的沖洗間隙。根據本發明，此類裝置可以用以在後續曝光及吹掃步驟之情況下進行VUV層去除。有利地，在第一操作狀態中選擇小間隙用於曝光，使得遮罩之陰影在表面上形成清晰影像。有利地，在第二操作狀態中選擇較大間隙用於吹掃，以便使足夠吹掃氣體在適當流動速率下通過晶圓表面。
在本發明之裝置之一有利組態中，該裝置具有用於供應外部產生之臭氧（O3）或者反應性氧物質（O* ）的氣體供應器。因此有利地有可能外部供應用於吹掃步驟之反應性氧。
在本發明之裝置之一有利組態中，可調節晶圓台以某種方式具有可傾斜組態，其方式使得該晶圓可非平行於遮罩對準。以此方式，有利地有可能在吹掃步驟期間以某種方式傳導氣流，其方式使得在整個晶圓表面上極均勻地實現VUV層去除。
圖1a及b顯示一種用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之裝置。該裝置具有可調節晶圓台1、遮罩2、VUV光源3、密封反應器腔室5、氣體入口6、氣體出口7及氣體流量控制器8。此處之光源為安置於離遮罩2距離4處之VUV準分子模組。由距離4提供之空隙可填充有氮氣N2或對VUV透明之另一惰性氣體。在遮罩2之相對側上，晶圓W可安置於可調節晶圓台1上。晶圓W在與遮罩2相對之表面OW上具有聚合物塗層P。
圖1a顯示在第一操作狀態、曝光期間之裝置。為了曝光，晶圓台1經設定為在晶圓W與遮罩2之間具有曝光間隙GE。用含有至少氮氣N2及/或氧氣O2之氣體混合物吹掃由曝光間隙GE提供之空隙。總壓力、氣體之分壓及質量流動速率可經由質量流量及壓力控制器8藉由打開及閉合迴路控制來控制。
圖1b顯示在第二操作狀態、吹掃期間之裝置。為了吹掃晶圓表面WO，晶圓台1可設定為在晶圓W與遮罩2之間具有吹掃間隙GP，其尤其大於曝光間隙GE。可使用氣體混合物吹掃由吹掃間隙GP提供之空隙。
圖2顯示在用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之方法之交替方法步驟期間的本發明之裝置。該方法進行N次循環，每一循環具有第一曝光步驟(每一影像之左側)及第二吹掃步驟(每一影像之右側)。
在曝光期間，如圖1a中所描述調節及操作裝置。
在吹掃期間，如圖1b中所描述調節及操作裝置。
圖3a及b顯示用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之方法之呈兩種組態的本發明之裝置的實施例。其顯示了裝置在第二操作狀態、吹掃期間之細節。圖3a及b顯示上方安置有晶圓W之可調節晶圓台1，其中其表面WO面向遮罩2。晶圓與遮罩之間的間隙形成吹掃氣體流經的空隙。VUV光源3被安置於遮罩2上方之距離4處。由距離4提供之空隙填充有氮氣N2。根據圖3a，晶圓1以使得吹掃氣體之入口6之側面上的吹掃間隙GP小於出口7之側面上的吹掃間隙GP的方式相對於遮罩2傾斜。
根據圖3b，晶圓1以使得吹掃氣體之出口7之側面上的吹掃間隙GP小於入口6之側面上的吹掃間隙GP的方式相對於遮罩2傾斜。
圖4以示意圖形式顯示工作實例中的用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之方法。
所示方法包含以下步驟： 110 相對於光罩對準基板或晶圓 120 將在垂直方向上的晶圓台調節至用於曝光之位置中，其中曝光間隙GE在遮罩與晶圓之間； 130 在製程腔室中以恆定質量流動速率及壓力建立氣體混合物 140 將VUV準分子模組安置於製程腔室之頂端處，其中VUV燈與光罩之間的距離必須填充有氮氣N2 150 啟動VUV準分子模組且以曝光時間TE曝光基板 160 關掉VUV準分子模組且立即將在垂直方向上的晶圓台移動至用於吹掃之位置，其中吹掃間隙GP在遮罩與晶圓之間 170 調整製程腔室中之氣體混合物之質量流量及壓力且以吹掃時間TP吹掃 200 決定：另一製程循環是否必需？ 若「是」，則： 220 將在垂直方向上的晶圓台移動至用於曝光之位置，其中曝光間隙GE在遮罩與晶圓之間， 若「否」，則：結束。
局部VUV清潔方法包括：在172 nm區域中之VUV光源；如光微影之調節機構，以便定位光罩下方待清潔之晶圓；及製程腔室，其具有專用氣體入口及氣體出口、在曝光及吹掃製程步驟期間的製程氣體混合物的受控質量流量及製程腔室中的受控氣體壓力。用波長為172 nm之光照射可以分解聚合物或有機鏈分子。諸如氮氣、氧氣或者臭氧之經合併之製程氣體的受控流可以自由此處理之表面移除反應產物，其最終提供無聚合物表面。
為了在整個基板上在未曝光區域中均一地獲得特定且可靠的ASC層厚度，清潔方法由特定數目個循環組成。每一循環包含曝光步驟，其中晶圓或基板被安置在接近光罩的特定距離處，且啟動VUV燈持續特定時間段。此後為吹掃步驟，在該吹掃步驟中VUV燈經關閉，且晶圓或基板被安置於距光罩較遠之特定距離處，其中製程氣體混合物流動經過晶圓表面持續特定時間段。這個曝光及吹掃之循環經歷特定數目之重複。
已知用VUV光(172 nm)照射分子氧O2產生臭氧(O3)及反應性氧物質(O* )。為了實現均勻製程，可以視情況地將外部產生之臭氧添加至製程氣體混合物。在第一步驟中，晶圓相對於光罩對準以使得可以遮蔽待保護之表面區域且可以曝光待清潔之表面區域。在被遮蔽區域中，聚合物塗層即使在清潔製程之後仍保持完整。在第二步驟a）中，在遮罩與晶圓之間建立間隙GE，且提供包含氮氣、氧氣或者臭氧之氣體混合物，以便確保除了具有充足空間解析度之基板之良好局部VUV曝光之外的氣流。
在第三步驟b）中，啟動VUV燈，且進行曝光持續適合之曝光時間（輻射劑量）。藉由局部解析實現曝光。在具有ASC塗層之MEMS器件的情況下，此意謂僅曝光接合框架，但微機械功能元件保持在陰影下。在微機械結構上之ASC塗層因此保持完整，而接合框架之ASC塗層被局部移除（圖1）。在第四步驟c）中，關閉VUV燈，且在遮罩與晶圓之間建立間隙GP。腔室中之受控壓力及氣體流動速率維持在此處以便用氣體混合物經由吹掃來傳送經移除聚合物之反應產物（圖1）。最後，以特定重複次數再次執行第二、第三及第四步驟（d）），以便在所有所要表面WO上均勻地清潔基板或晶圓W（圖2）。
為了在吹掃期間改良製程之均勻性，晶圓可以藉助於可調節晶圓台1定位為平行於光罩2（圖1、2）或相對於光罩2及氣體入口6及氣體出口7以特定角度傾斜（圖3）。在曝光之下一步驟中，再次假定晶圓W與具有曝光間隙GE的遮罩2之平行位置，使得遮罩及晶圓在VUV曝光期間始終彼此平行地配置。
1:可調節晶圓台 2:遮罩 3:VUV燈 4:VUV燈與遮罩之間的距離 5:密封製程腔室 6:氣體混合物之入口 7:氣體混合物之出口 8:質量流量及壓力控制器 9:製程氣體 110,120,130,140,150,160,170,200,220:步驟 GE:在曝光期間遮罩與晶圓之間的間隙 GP:在吹掃期間遮罩與晶圓之間的間隙 P:聚合物材料 W:晶圓 WO:晶圓表面
[圖1a及b]顯示一種用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之裝置。
[圖2]顯示在用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之方法之交替方法步驟期間的本發明之裝置。
[圖3a及b]顯示用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之方法之呈兩種組態的本發明之裝置的工作實例。
[圖4]顯示工作實例中的用於將晶圓表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的本發明之方法之示意圖。
1:可調節晶圓台
2:遮罩
3:VUV燈
4:VUV燈與遮罩之間的距離
5:密封製程腔室
6:氣體混合物之入口
7:氣體混合物之出口
8:質量流量及壓力控制器
9:製程氣體
GP:在吹掃期間遮罩與晶圓之間的間隙
W:晶圓

Claims (7)

  1. 一種將晶圓(W)之表面(WO)上之聚合物材料局部移除及/或改質之方法，其具有以下步驟：a)相對於該表面(WO)對準遮罩(2)；b)藉助於VUV光源(3)透過遮罩(2)局部曝光該表面(WO)，同時供應含有至少氧氣(O2)之氣體混合物；c)用含有至少氮氣(N2)及/或氧氣(O2)之氣體混合物吹掃該表面(WO)，其中該VUV光源(3)經切斷；d)重複至少步驟b)及c)直至完成該聚合物材料之移除及/或改質。
  2. 如請求項1之將聚合物材料局部移除及/或改質之方法，其特徵在於步驟b)中之曝光係用該遮罩2與該表面(OW)之間的曝光間隙(GE)實現，且步驟c)中之吹掃係用該遮罩2與該表面(OW)之間的吹掃間隙(GP)實現，該吹掃間隙(GP)大於該曝光間隙(GE)。
  3. 如請求項1或2之將聚合物材料局部移除及/或改質之方法，其特徵在於外部產生的臭氧(O3)及/或反應性氧物質(O*)至少在步驟b)及/或步驟c)中被供應至該氣體混合物。
  4. 如請求項1或2之將聚合物材料局部移除及/或改質之方法，其特徵在於在步驟c)中使該晶圓(W)非平行於該遮罩(2)對準。
  5. 一種用於將晶圓(W)之表面(WO)上之聚合物材料(P)局部移除及/或改質之裝置，其具有：遮罩(2)，其可相對於該表面(WO)以經定義方式對準；其中該表面(WO)可藉助於安置於該遮罩上方之VUV光源(3)曝光；其中含有至少氮氣(N2)及/或氧氣(O2)之氣體混合物可引入至該晶圓(W) 與該遮罩(2)之間的空隙中，其特徵在於該裝置具有可調節晶圓台(1)，其用於固持該晶圓(W)且經設置以在第一操作狀態中在該晶圓(W)與該遮罩(2)之間建立曝光間隙GE，且在第二操作狀態中在該晶圓(W)與該遮罩(2)之間建立大於該曝光間隙(GE)的沖洗間隙(GP)。
  6. 如請求項5之用於將聚合物材料局部移除及/或改質之裝置，其特徵在於該裝置具有氣體供應器(6)，其用於供應外部產生之臭氧(O3)及/或反應性氧物質(O*)。
  7. 如請求項5或6之用於將聚合物材料局部移除及/或改質之裝置，其特徵在於該可調節晶圓台(1)以使得該晶圓(W)可非平行於該遮罩(2)對準之方式具有可傾斜組態。
TW109131704A 2019-09-16 2020-09-15 用於將表面上之聚合物材料局部移除及/或改質的方法及裝置 TWI850461B (zh)

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DE (1) DE102019214074A1 (zh)
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