YES?制造的固化爐專門設計用于解決制造商對晶圓級封裝(WLP)/再分布層?(RDL)?電路中多個聚酰亞胺層的固化特性的?擔憂。聚酰亞胺是高溫工程聚合物，具有優異的機械、熱和?電性能。該工藝最重要的步驟是聚酰亞胺前體的固化，這可以在大氣或真空工藝條件下完成。本文將比較這兩種條件下固化的聚酰亞胺薄膜的特性。正確的固化過程的目標是：
為了將聚酰亞胺前體轉化為穩定的聚酰亞胺薄膜，需要高溫（~250℃ 至 450℃）長時間烘?烤以實現完全酰亞胺化；它還可以去除N-甲基吡咯烷酮(NMP) 澆鑄溶劑，并使聚合物鏈定向以獲得最佳的電氣和機械性能。
YES-PB12（圖1） 
YES–VertaCure（圖2）
圖 1：手動裝載 YES-PB12 烘箱（左上）配備了垂直層流預熱和過濾的 N2 吹掃裝置。?它還配備強制風冷以提高工藝吞吐量；?室排氣口處易于操作的一次性過濾器安裝和外殼組件，用于過濾和洗滌過程排氣：圖 2：（右中）自動垂直版本?(VertaCure)
正確固化的聚酰亞胺薄膜的工藝條件：
需要控制聚酰亞胺前體的酰亞胺化速率，以考慮聚酰亞胺薄膜和下面的基板之間的熱膨脹系數的差異。
如果酰亞胺化速率控制不當，晶圓上可能會出現局部機械應力變化。?此外，如果澆鑄溶劑在晶圓上不均?勻地演變，則由于不均勻的酰亞胺化可能會出現膜厚度不均勻性。?機械應力變化可以觀察為聚酰亞胺薄?膜起皺或聚酰亞胺層下方結構中扭曲的金屬線。?由于薄膜粘合性能尚未優化，聚酰亞胺薄膜也會分層。?由于機械應力變化會影響工藝的產量和可靠性，因此使用受控的升溫速率來為聚酰亞胺薄膜的正確固化?提供更大的工藝窗口至關重要。
不均勻的加熱會導致固化過程中聚酰亞胺薄膜表面形成結皮。?該表皮可以防止鑄造溶劑和其他揮發性氣?體的有效逸出。?如果固化的聚酰亞胺薄膜仍然有殘留溶劑或其他揮發性氣體，則聚酰亞胺薄膜的局部區?域可能會破裂，出現稱為“爆米花”?的現象。?這些破裂發生在工具的后續工藝步驟中，這些工具具有高真??空或高溫環境。?這種破裂是由于未正確固化的聚酰亞胺薄膜中捕獲的氣泡/溶劑突然釋放造成的。?此外，?當下一個工藝步驟是高真空工藝（例如金屬化）時，“無溶劑”?聚酰亞胺薄膜將最大限度地減少除氣所需的?排隊時間。
與標準的非光敏聚酰亞胺相比，光敏聚酰亞胺具有工藝簡單的優點，不需要光致抗蝕劑。這減少了工藝步?驟的數量。固化工藝參數，如溫度，隨著聚酰亞胺薄膜中光敏前驅體的類型而變化。對于某些類型的前驅?體，光敏成分可能很難從聚酰亞胺薄膜中演化出來。與標準的聚酰亞胺薄膜相比，殘留的光敏性聚酰亞胺?前驅體會引起更大的內部薄膜應力。
一些光敏聚酰亞胺前體及其副產品也有在工藝室壁上形成沉積物的趨勢。如果在固化過程中不能有效地將?副產品從腔體中移除，則很難去除大量的沉積物。此外，當這些副產品從腔室中排出時，它們也需要從排?氣氣流中大量去除，因為副產品可能會沿排氣管路重新沉積。總而言之，光敏成分必須從聚酰亞胺薄膜中?去除，并有效地從工藝腔中去除。
加工室中氧氣的存在抑制了聚酰亞胺前體與聚酰亞胺薄膜的適當交聯性。結果是不完全的亞胺化，這導致?了基片上的聚酰亞胺薄膜的脆性和可變的應力。此外，環境中的氧氣會使聚酰亞胺薄膜變暗。當在后續加?工過程中使用多個聚酰亞胺層時，這種薄膜透明度是至關重要的。對于多層工藝，工藝序列的對準標記可能會被低透明度聚酰亞胺薄膜層遮擋。總而言之，需要純氮氣環境來降低工藝室中的氧氣水平。
常壓硫化工藝和真空硫化工藝綜述
圖?3：常壓固化工藝圖。?測試在常壓烘箱中進行。?數字?1-8?是溫度節點。
節點 1 到節點 6 – 溶劑蒸發速率受到流過流動邊界層的蒸汽擴散的限制。因此，需要低溫停留步驟以允許溶 劑蒸發。?隨著溶劑的釋放，聚酰亞胺前體發生酰亞胺化。?酰亞胺化速率還受到工藝升溫速率的影響。由于 大氣中的氧氣含量約為 23%?，因此需要高流量的氮氣來降低氧氣含量。
節點6至節點7-該過程保持在聚酰亞胺膜完全酰亞胺化所需的溫度下。?此時可能仍需要高流量的氮氣以維持低氧氣水平。
節點 7 到節點 8 – 過程溫度逐漸下降。固化過程完成。
圖 4：Yield Engineering Systems 的真空固化工藝圖。?測試在 YES-PB12 系統上運行。?點 A、B、C 是壓力圖上真空/氮氣吹掃?循環的高節點。D、E、F、G 位于之后溫度圖上的所有節點上。?當腔室與大氣連通時，該過程在節點 H 處完成。
A 點到 D 點?–?三個短真空/熱氮氣吹掃循環可快速降低氧氣含量，因為氧氣在真空中去除得更快。NMP 澆?注溶劑在 50 Torr 下的沸點為 135°C，因此，循環吹掃的第一次真空抽吸使聚合物凝固，這可以提高聚合物?厚度均勻性。
D 點到 E 點?–?熱氮氣層流吹掃與真空平衡，可提供 200?托的壓力水平，持續去除氧氣。?在此減壓下，NMP 溶劑被有效地除去，而不會在聚合物上形成任何皮層，從而能夠控制溫度升至酰亞胺化溫度。
E點到F點——該過程保持在聚酰亞胺薄膜完全酰亞胺化所需的溫度下。F 點到 H 點?–?過程溫度逐漸下降。?處理室與大氣連通。?固化過程完成。
為了評估聚酰亞胺薄膜參數，埃文斯分析集團完成了第三方真空/大氣比較測試。?測試將 YES-PB12 真空烘?箱與常壓烘箱進行比較。?該測試在每個烘箱中運行了 5 微米 HD-4000?的工藝矩陣。
在進一步處理之前，將樣品在真空熱板上軟烘烤以除去溶劑。?然后將樣品分為 350°C 的 YES 工藝和 350°C ?的常壓烘烤。?固化周期完成后，對裂片進行三小時的氣相色譜處理，并對釋放的氣體進行測量和分析。?結果?圖如下。?分析顯示，與真空烘烤工藝相比，常壓烘烤工藝中捕獲的溶劑和氣體量高出 5 倍。
圖 5：兩個固化樣品的色譜圖比較圖。X 軸是以分鐘為單位的保留時間，Y 軸是離子數計數（豐度）。?為了清晰起見，每個峰的頂部都標有峰的保留時間。A) 真空工藝（YES-PB12 烘箱） B) 常壓工藝烘箱。
真空固化聚酰亞胺薄膜的觀察結果：
1、升溫至固化溫度的工藝時間縮短- 減壓使 NMP 溶劑能夠有效釋放，從而無需溫度停留步驟。
2、聚酰亞胺薄膜無皺紋——當澆鑄溶劑有效地從薄膜中析出時，可以更好地控制酰亞胺化速率。因此，可以調節受控的升溫速率，以為聚酰亞胺薄膜的正確固化提供更大的工藝窗口。
3、不會出現爆米花現象- 在這種減壓下，NMP 溶劑會被有效地去除，而不會在聚合物上形成任何表皮。聚酰亞胺薄膜中不存在溶劑/外來氣體的氣泡。由于脫氣所需的排隊時間減少，薄膜中的溶劑含量非常低，因此有助于?提高生產率
4、 減少氧氣含量所需的氮氣量?–?三個短真空/熱 N2 吹掃循環可快速降低氧氣含量，因為?氧氣在真空中去除得更快。
5、聚酰亞胺薄膜是透明的- 穩定的熱 N2 吹掃流與真空平衡，可提供 200 托的壓力水平，持續去除氧氣并保持氧氣含量?< 10 ppm。
6、為了提高晶片的清潔度，預熱的 N 2 層流優于來自標準大氣烘烤爐的再循環 N 2 流。
聚酰亞胺前體的酰亞胺化速率的工藝控制是聚酰亞胺薄膜正確固化的重要因素。當澆鑄溶劑可以有效地從薄?膜中逸出時，這種控制就會得到增強。?減壓環境能夠有效地釋放溶劑，而無需使用溫度停留步驟。因此，現在可以優化升溫速率，為聚酰亞胺薄膜的正確固化提供更大的工藝窗口。
