在本文中提供用于处理例如电子器件中使用的光敏聚酰亚胺(PSPI)膜的方法和装置。在一些实施方式中，一种用于固化光敏聚酰亚胺(PSPI)膜的方法包括：在所选基板上沉积PSPI膜；以及在包含从约20ppm至200,000ppm的氧浓度的所选气氛中、在从约200℃至340℃的所选温度下通过微波加热来固化所述膜。所述工艺气氛可为静止或流动的。氧的添加改进对丙烯酸酯残余物的去除并且改进固化的膜的Tg，而微波工艺的低处理温度特性防止氧损伤聚酰亚胺主干。所述方法可进一步包括以下步骤：在固化前，光图案化所述PSPI膜并且使所述PSPI膜显影。所述工艺尤其适于用于电子应用的硅上的介电膜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开案的实施方式涉及用于使用微波能量进行材料处理的装置和方法，并且尤其涉及用于处理用于电子器件的光敏聚酰亚胺(PSPI)膜的方法。
技术介绍
众所周知并已证实微波(MW)能量用于增强化学反应速度的用途。这种产生热量的独特方法可以致使活化能(Ea)减小或反应物的组合的动能(等式1中的f和p)增大[参见D.A.Lewis,J.D.Summers,T.C.Ward,和J.E.McGrath,\Accelerated Imidization Reactions using Microwave Radiation(使用微波辐射加速的亚胺化反应)\,Journal of Polymer Science:Part A(高分子科学期刊：A版)；Polymer Chemistry(高分子化学),第30期,1647-53(1992)]。化学文献还表明了[参见J.Mijovic和J.Wijaya,\Comparative Calorimetric Study of Epoxy Cure by Microwave vs.Thermal Cure(通过微波进行的环氧树脂固化与热固化的比较量热研究)\,Macromolecules(大分子)23:3671(1990)，以及J.Mijovic,A.Fishbain,和J.Wijaya,\Mechanistic Modeling of Epoxy-Amine Kinetics:2-Comparison of Kinetics in Thermal and Microwave Fields(环氧树脂-胺动能机械建模：2-热和微波场中的动能比较)\,Macromolecules(大分子)25:986(1992)]微波能量不是实践中和商业上可行的。然而，最近二十年来，在广泛应用中，已采用了微波能量来对许多重要树脂进行固化。这种矛盾中的一些在于微波加热的机制的反直观性。另外，即使彻底理解这种机制也不预期微波能量提供一些出人意料且幸运的机会。k＝fpexp[Ea/RT] 等式1传导、感应和对流的基础加热方法涉及热量在一组更高能的分子与另一组较少能量的分子之间通过随机碰撞进行传递。这些碰撞是物理顺序的，并独立于分子结构(除了分子的体加热焓(ΔH))之外)。相比之下，MW辐照在许多相关材料(包括聚合物)中具有高渗透深度，这消除了标准热传递方法中相
邻分子顺序相互作用的需要。MW加热仅取决于可极化键中的介电松弛，介电松弛导致化学官能团的双极旋转。这些旋转(在所有可极化键处，无论它们是否处于潜在反应位点)形成高度有效且高产的运动以及在辐照路径中的所有分子之间的碰撞。对于一些商业用途而言，微波加热会通常因在任何电磁场(包括微波)中的高能量分布节点和低能量分布节点而一般不可行。可商购的定频、多模式微波加热系统众所周知在大空腔中产生空间不均匀性，并且易于在处理金属材料时引发电弧以及其他不利影响。然而，这些影响在必要时可通过使用特别是如1998年4月14日颁发给Fathi等人的美国专利5,738,915和1999年3月9日颁发给Fathi等人的美国专利5,879,756教示的可变频率微波(VFM)来缓解，上述专利名称均为“Curing polymer layers on semiconductor substrates using variable frequency microwave energy(使用可变频率微波能量在半导体基板上固化聚合物层)”。通过在无金属电弧风险的情况下形成高度均匀的场，VFM已允许MW固化在更多工业应用中变为商业有用的。使用微波操纵反应温度已被发现在降低体材料中测量到的反应(或“固化”)温度而无特殊化学改性的方面是一直有用的。在375℃以上的常规烘炉中完全地亚胺化的未改性的聚酰胺酸树脂能够在低至200℃的温度下利用MV来完全地亚胺化[参见R.Hubbard,Z.Fathi,I.Ahmad,H.Matsutani,T.Hattori,M.Ohe,T.Ueno,C.Schuckert,\Low Temperature Curing of Polyimide Wafer Coatings(聚酰亚胺晶片涂层的低温固化)\,Proceedings of the International Electronics and Manufacturing Technologies(国际电子学和制造技术学报),(2004)，以及,R.Hubbard,\Reduced Stress and Improved 2.5D and 3DIC Process Compatibility With Stable Polyimide Dielectrics(减小的应力以及与稳定的聚酰亚胺电介质的改进的2.5D和3DIC工艺兼容性)\,Proceedings of the International Wafer Level Packaging Conference(国际晶片级封装会议学报),2013年11月4-7日,San Jose,CA(加利福尼亚州圣何塞市)，以便了解更多背景信息]。在微电子行业中用作晶片上的介电涂层的大部分的聚酰亚胺具有光敏特性，这允许它们被直接地图案化，而不需要另外的光刻胶涂布、掩模曝光、显影和去除步骤[参见K.Horie和T.Yamashita,\Photosensitive Polyimides-
Fundamentals and Applications(光敏聚酰亚胺-基础和应用)\,Lancaster,Pennsylvania,Technomic Publishing Co.,Inc.(宾夕法尼亚州兰开斯特技术出版有限公司),第15-88页(1995)]。有用的光敏特性通过用光敏甲基丙烯酸醇酯(methacrylate alcohol)使聚酰胺酸(PAA)前驱物树脂的一些位点改性实现，以便形成如图1所示的光敏聚酰胺酯(PAE)。所描绘的醇是甲基丙烯酸酯族类(R-CH2CH2OC(O)CH＝C(CH3)2)单体和寡聚物中的一或多种，已知所述醇通过UV光曝光而交联并形成许多光刻胶材料族类的基础。目前，PAA/PAE共聚物能像常规的光刻胶那样直接光图案化。如图1示意性地示出，通过掩模开口暴露于光的区域在感光基团“R”处交联，从而形成不太溶解于显影溶液的区域。更易溶解区域被显影剂去除，从而留下高分辨率图案。光敏聚酰亚胺膜的“固化”现在涉及(1)亚胺化(或闭环(ring closure))反应步骤以及(2)所述亚胺化的丙烯酸酯残余物副产物的释放，如图2示意性地示出。随后在相同375℃浸渍温度下实现丙烯酸酯残余物的去除。丙烯酸酯残余物的化学反应涉及通常达至少1小时的延长时间(所述时间取决于残余物去除的所需程度)的在超过350℃的温度下的分解反应[参见M.Zussman和R.Hubbard,\Rapid Cure of Polyimide Coatings for Packaging Applications(用于封装应用的聚酰亚胺涂层的快速固化)\,Proceedings of The13th Symposium on Polymers for 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于固化光敏聚酰亚胺(PSPI)膜的方法，所述方法包括：在所选基板上沉积PSPI膜；以及在包含从约20ppm至200,000ppm范围的氧浓度的所选气氛中、在从约200℃至约340℃的所选温度下通过微波加热达所选时间来固化所述膜。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.13 US 61/964,7481.一种用于固化光敏聚酰亚胺(PSPI)膜的方法，所述方法包括：在所选基板上沉积PSPI膜；以及在包含从约20ppm至200,000ppm范围的氧浓度的所选气氛中、在从约200℃至约340℃的所选温度下通过微波加热达所选时间来固化所述膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PSPI包含聚酰胺酸(PAA)前驱物树脂，所述聚酰胺酸前驱物树脂用光敏甲基丙烯酸醇酯改性以形成光敏聚酰胺酯(PAE)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸醇酯包含甲基丙烯酸酯族类(R-CH2CH2OC(O)CH＝C(CH3)2)的单体和寡聚物中的一或多种组合物，其中R表示附在所指示的位置处的任何所选有机部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述所选时间从约60分钟至约180分钟。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述所选温度的范围从约200℃至约275℃。6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述所选气氛包含从约200ppm至200,000...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·L·哈伯德，伊夫蒂哈尔·艾哈迈德，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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