用于在表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于在晶片的表面上局部去除或者也更改聚合物材料的方法。本发明还涉及一种用于在晶片的表面上局部去除或者也更改聚合物材料的设备。


背景技术：

2.微机电(mems)传感器，例如加速度传感器和转速传感器，被封装或者说封盖，以便保护敏感的可运动传感器结构免受颗粒影响并且以便为最终产品提供模具封装。附加地，用封盖能够实现传感器在定义压力条件下的运行。封盖通过将盖晶片与传感器晶片键合的方式来实现。所提到的晶片中的每个都经过一系列技术步骤，以便提供所期望的传感器结构。在键合工艺之前，晶片涂覆有设置用于可运动mems结构的防粘层(英语：anti stiction coating)并且为每个mems芯片都产生相应的键合框架。
3.所提到的防粘层是薄聚合物层，该薄聚合物层应防止可运动传感器结构在与相邻的传感器结构接触的情况下的粘连。所提到的防粘层在键合工艺之前在批量处理中被施加，该批量处理在具有多个晶片的腔室中进行，其中，所述晶片整面地被涂覆，尽管在可运动传感器结构上仅局部地需要所提到的防粘层。
4.借助真空紫外辐射(vuv辐射：波长在10nm和200nm之间)对有机杂质或者聚合物进行表面清洁是一种已知的工艺，该工艺例如使用在平板显示器(英语：flat panel display，fpd)的制造中，以便去除光刻胶的残留物。在此，由准分子灯产生例如具有172nm的波长的vuv辐射。
5.已知，在键合框架上的防粘层在功能测试期间会损坏传感器的鲁棒性，因此目前实现回火工艺，以便从键合框架去除或者说降解防粘层。这是可能的，因为防粘层的热稳定性取决于它所沉积的表面材料。
6.在此，整个晶片被加热，其中，结果，需要具有不变特性防粘层的传感器结构也暴露于回火温度，从而防粘层的特性发生改变。键合框架的精确局部加热(在微米范围内)在技术上是无法实现的。
7.从不是在先公开的专利申请de 1o2018210064.0中已知一种用于在使用光掩模的情况下来局部vuv去涂层的方法和设备。


技术实现要素：

8.发明任务
9.本发明的任务是，提供一种特别有效的、用于在表面上局部去除或者也更改聚合物材料的方法。
10.发明优点
11.本发明涉及一种用于在晶片的表面上局部去除或者也更改聚合物材料的方法，其具有以下步骤：
12.a)将掩模相对于所述表面定向；
13.b)通过所述掩模借助vuv光源将所述表面局部曝光，其中，同时供应至少包含氧气(o2)的气体混合物；
14.c)以至少包含氮气(n2)和/或氧气(o2)的气体混合物冲洗所述表面，其中，关断所述vuv光源；
15.d)重复至少所述步骤b)和c)，直到完成所述聚合物材料的去除或者还有更改。
16.该方法的有利构型设置，在步骤b)中，在掩模和表面之间的曝光间隙(ge)中进行曝光，并且，在步骤c)中，在掩模和表面之间的冲洗间隙(gp)中进行冲洗，其中，冲洗间隙(gp)大于曝光间隙(ge)。有利地，在冲洗步骤期间能够增大在晶片和掩模之间的间距，并且因此能够更有效地用冲洗气体或者冲洗气体混合物将在曝光期间破裂的聚合物运走。
17.该方法的有利构型设置，在步骤c)中，供应外部产生的臭氧(o3)和/或氧自由基(o*)。有利地，如此能够将由于先前的曝光已经破裂的聚合物材料滤出并且运走。
18.该方法的有利构型设置，在步骤c)中，将晶片不平行于掩模地定向。有利地，由此在冲洗时，聚合物材料能够在整个晶片上特别均匀且同质地被去除或者也被更改。
19.根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除或者也更改聚合物材料的方法适用于替代在现有技术中所应用的回火，以便局部地从晶片去除防粘层(asc)或者由聚合物材料制成的一个其他的层。有利地，防粘层能够在空间上受限地从晶片表面被去除，而晶片的其他区域仍然不受影响。因此，例如能够将防粘层从mems晶片的键合框架去除，而保留具有未受损的防粘层的微机械结构、尤其是传感器结构。根据本发明的方法优化了对防粘层和由聚合物材料制成的其他层的去除，其中，其同质地在整个衬底或者整个晶片上起作用。在此，其上保留聚合物材料的表面的几何形状和尺寸相对于去除聚合物材料的这些区域被良好地定义并且在整个晶片上具有均匀的质量。根据本发明的方法能够匹配于不同的衬底和不同的晶片大小。根据本发明的方法的另外的应用可能性是：表面的局部光化学制备(aufbereitung)以便改善随后的粘接工艺，光刻胶的残余物的同质去除，表面电荷的局部更改，以及，沟槽聚合物的冷灰化。
20.本发明还涉及一种用于在晶片的表面上局部去除或者也更改聚合物材料的设备，其具有能够相对于所述表面以定义的方式定向的掩模，其中，借助布置在所述掩模上方的vuv光源能够将表面曝光，其中，能够将至少包含氮气(n2)和/或氧气(o2)的气体混合物引入到在所述晶片和所述掩模之间的中间空间中。本发明的核心在于，所述设备具有用于固定所述晶片的能够调整的晶片台并且设置用于，在第一运行状态下在所述晶片和所述掩模之间调设曝光间隙ge并且在第二运行状态下在所述晶片和所述掩模之间调设冲洗间隙，所述冲洗间隙大于所述曝光间隙。根据本发明，用这种设备能够执行具有连续曝光和冲洗步骤的vuv去涂层。有利地，在第一运行状态下，为曝光选择小的间隙，从而掩模的阴影清晰地成像在表面上。有利地，在第二运行状态下，为冲洗选择更大的间隙，以便以合适的流动速度引导足够的冲洗气体通过晶片的表面。
21.根据本发明的设备的有利构型设置，所述设备具有用于供应外部产生的臭氧(o3)或者还有氧自由基(o*)的气体供应装置。因此，有利地能够从外部供应活性氧用于冲洗步骤。
22.根据本发明的设备的有利构型设置，能够调整的晶片台构型成能够翻转的，从而所述晶片能够不平行于所述掩模地定向。有利地，由此在冲洗步骤期间能够如此引导气流，
使得vuv去涂层在整个晶片表面上非常同质地进行。
附图说明
23.图1a和图1b示出根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的设备。
24.图2示出在根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法的交替的方法步骤期间的根据本发明的设备。
25.图3a和图3b示出在根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法的两个构型中的根据本发明的设备的实施例。
26.图4以一个实施例示意性示出根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法。
具体实施方式
27.图1a和图1b示出根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的设备。该设备具有能够调整的晶片台1、掩模2、vuv光源3、密封的反应腔室5、气体入口6、气体出口7和气体流动控制器8。光源在这里是vuv准分子模块，该vuv准分子模块布置成与掩模2具有间距4。由间距4产生的中间空间能够填充有氮气n2或者一种其他的可透过vuv的惰性气体。在掩模2的对置侧上，在能够调整的晶片台1上能够布置有晶片w。晶片w在与掩模2对置的表面ow上具有聚合物涂层p。
28.图1a示出在第一运行状态期间、即曝光期间的设备。为了曝光，晶片台1调设成具有在晶片w和掩模2之间的曝光间隙ge(英语：gap exposure)。由曝光间隙ge产生的中间空间用至少包含氮气n2和/或氧气o2的气体混合物来冲洗。气体的总压力、分压和质量流量能够由质量流量和压力控制器8控制和调节。
29.图1b示出在第二运行状态期间、即冲洗期间的设备。为了冲洗晶片表面wo，晶片台1能够调设成具有在晶片w和掩模2之间的冲洗间隙gp(英语：gap purge)，该冲洗间隙尤其大于曝光间隙ge。由冲洗间隙gp产生的中间空间能够用气体混合物来冲洗。
30.图2示出在根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法的交替的方法步骤期间的根据本发明的设备。该方法以n个周期执行，其中，每个周期都具有曝光的第一步骤(分别在左图像侧)和冲洗的第二步骤(分别在右图像侧)。
31.在曝光期间，该设备如在图1a下所述地调设和运行。
32.在冲洗期间，该设备如在图1b下所述地调设和运行。
33.图3a和图3b示出在根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法的两个构型中的根据本发明的设备的实施例。部分地示出在第二运行状态期间、即冲洗期间的设备。在此，图3a和图3b示出能够调整的晶片台1，该晶片台具有布置在其上的晶片w，该晶片以其表面wo指向掩模2。在晶片和掩模之间的间隙形成中间空间，该中间空间由冲洗气体穿流。在掩模2上方，以间距4布置有vuv光源3。由间距4产生的中间空间填充有氮气n2
34.根据图3a，晶片1相对于掩模2如此翻转，使得在冲洗气体的入口6的侧上的冲洗间隙gp比在出口7的侧上的冲洗间隙更小。
35.根据图3b，晶片1相对于掩模2如此翻转，使得在冲洗气体的出口7的侧上的冲洗间隙gp比在入口6的侧上的冲洗间隙更小。
36.图4以一个实施例示意性示出根据本发明的用于在晶片的表面上局部去除和/或更改聚合物材料的方法。
37.所示出的方法包括以下步骤：
38.110将衬底或者晶片相对于光掩模定向
39.120在垂直方向上将晶片台调整到用于以在掩模和晶片之间的曝光间隙ge进行曝光的位置中
40.130在工艺腔室中调设具有恒定质量流量和压力的气体混合物
41.140将vuv准分子模块布置在工艺腔室的上侧上，其中，在vuv灯和光掩模之间的间距必须填充有氮气n2
42.150开启vuv准分子模块并且以曝光时间te曝光衬底
43.160关断vuv准分子模块并且在垂直方向上直接将晶片台偏置到用于以在掩模和晶片之间的冲洗间隙gp进行冲洗的位置中
44.170在工艺腔室中调控气体混合物的质量流量和压力，并且以冲洗持续时间tp进行冲洗
45.200决定：是否需要一个另外的工艺周期？
46.若“是”，则：
47.220在垂直方向上将晶片台偏置到用于以在掩模和晶片之间的曝光间隙ge进行曝光的位置中
48.若“否”，则
49.结束。
50.局部vuv清洁方法包含：172nm范围内的vuv光源，如在光刻中那样用于将要清洁的晶片定位在光掩模下方的调整机构，与具有自己的气体入口和气体出口的工艺腔室，工艺气体混合物的经调节的质量流量以及在曝光和冲洗的工艺步骤期间在工艺腔室中的经调节的气体压力。用具有172nm的波长的光照射能够使聚合物或者链分子破裂。组合工艺气体(如氮气、氧气或者还有臭氧)的经调节的流量能够将反应产物从如此处理的表面上去除，从而最终获得不含聚合物的表面。
51.为了均匀地在整个衬底上在未曝光的区域中获得确定且可靠的asc层厚度，该清洁方法由确定数量的周期组成。每个周期都包括曝光的步骤，其中，晶片或者衬底以确定的距离布置在光掩模附近，并且vuv灯开启确定的时间段。然后，进行冲洗的步骤，在该冲洗的步骤中关断vuv灯并且晶片或者衬底以确定的距离远离光掩模地布置，其中，工艺气体混合物在晶片表面上流过确定的时间段。曝光和冲洗的这种周期经历确定数量的重复。
52.已知，用vuv光(172nm)照射分子氧o2会产生臭氧(o3)和氧自由基(o*)。为了实现同质的工艺，可选地能够将外部产生的臭氧添加至工艺气体混合物。
53.在第一步骤中，将晶片相对于光掩模定向，以便能够遮盖要保护的表面区域并且能够曝光要清洁的表面区域。在遮盖区域中，聚合物涂层在清洁工艺之后仍然是完好无损的。
54.在第二步骤a)中，调设在掩模和晶片之间的间隙ge，以及提供具有氮气、氧气或者
也具有臭氧的气体混合物，以便除了以足够的空间分辨率良好地局部vuv曝光衬底之外还确保气体流动。
55.在第三步骤b)中，开启vuv灯，并且曝光以确定的曝光时间(辐射剂量)进行。以本地分辨率进行曝光。在具有asc涂层的mems设备的情况下，这意味着：仅对键合框架进行曝光，但是微机械功能元件仍然在阴影中。因此，在微机械结构上的asc涂层仍然是完好无损的，而asc涂层从键合框架上被局部去除(图1)。
56.在第四步骤c)中，关断vuv灯，并且调设在掩模和晶片之间的间隙gp。在此，在腔室中保持经调节的压力和气体流动，以便通过用气体混合物冲洗将所去除的聚合物的反应产物运走(图1)。
57.最后，以确定数量的重复重新实施(d)第二、第三和第四步骤，以便同质地在所有所期望的表面wo上清洁衬底或者晶片w(图2)。
58.为了改善在冲洗期间的工艺的同质性，晶片能够借助能够调整的晶片台1平行于光掩模2地(图1、图2)或者以确定的角度相对于光掩模2和气体入口6以及气体出口7翻转地(图3)定位。在下一曝光步骤中，再次占据晶片w相对于掩模2具有曝光间隙ge的平行的位置，从而在vuv曝光期间掩模和晶片总是彼此平行地布置。
59.附图标记列表
60.w
ꢀꢀꢀ
晶片
61.wo
ꢀꢀ
晶片的表面
62.p
ꢀꢀꢀ
聚合物材料
63.ge
ꢀꢀ
在曝光期间在掩模和晶片之间的间隙
64.te
ꢀꢀ
曝光时间
65.gp
ꢀꢀ
在冲洗期间在掩模和晶片之间的间隙
66.tp
ꢀꢀ
冲洗持续时间
[0067]1ꢀꢀꢀ
能够调整的晶片台
[0068]2ꢀꢀꢀ
掩模
[0069]3ꢀꢀꢀ
vuv灯
[0070]4ꢀꢀꢀ
在vuv灯和掩模之间的间距
[0071]5ꢀꢀꢀ
密封的工艺腔室
[0072]6ꢀꢀꢀ
用于气体混合物的入口
[0073]7ꢀꢀꢀ
用于气体混合物的出口
[0074]8ꢀꢀꢀ
质量流量和压力控制器
[0075]9ꢀꢀꢀ
工艺气体