[发明专利]温度梯度可控的晶片前烘方法及其热盘式前烘装置

权利要求书

1.一种温度梯度可控的晶片前烘方法，其特征在于：通过精确控制晶片在热盘本体中位置的变化、跟踪温度场中不同温度值，来控制晶片上胶膜的温度梯度和变化过程，包括下列步骤：

①在热盘温度控制器上设定烘焙工艺要求相适应的温度值，待热盘盘面温度达到该值并稳定；在晶片高出热盘盘面最小距离处的温度值高于或等于晶片烘焙工艺要求的最高温度值；

②顶针杆处于最高位即晶片为最低温度时将晶片放入炉体内，以顶针杆处于最高位处的温度为前烘工艺起始温度；然后开始前烘工艺过程；

③烘焙，采用接近式烘焙方式，在热盘本体和上盖之间形成温度随高度变化的温度场；具体是：采用模糊控制理论，将用户对前烘温度的要求转换为温度与位置的曲线，将晶片温度控制分为三个闭环控制步骤：

第一个闭环为热盘的温度闭环，它是晶片热量的来源，由恒定的给定热盘温度与反馈的热盘温度检测值作差，给晶片提供稳定的温度，作热源；

第二个闭环为晶片的位置闭环，它通过反馈的晶片的位置检测，由晶片的位置调节与控制，即将以热盘温度作热源的晶片的温度与前烘的时间的关系转换为晶片温度对晶片在热盘中到达的位置的关系，来完成晶片在热盘中到达的不同位置对应不同温度的计算；

第三个闭环是晶片的温度闭环，它由晶片温度曲线给定，即通过接收来自用户要求的晶片温度与时间的前烘工艺参数，再以晶片离线实测温度对位置的数据为反馈值，经晶片温度调节与控制的插补计算，即将晶片在热盘中到达的温度对位置的关系转换为晶片在热盘中到达的位置对时间的关系，最后通过所述位置对时间的曲线关系控制升降机构，以实现晶片胶膜温度的实时控制；其中位置指热盘本体离开晶片的高度；

④烘焙过程中的挥发物由顶盖的抽风口排出，保证排风气流恒定；

⑤烘焙过程结束后，在顶针杆处于最高位时将晶片从炉体中取出。

2.按照权利要求1所述方法，其特征在于：所述顶杆承载晶片上下运动的下极限位置是顶杆端头不高出热盘盘面；其上极限位置，即晶片所能到达的最高位，为晶片离开盘面大于等于50mm的距离，以适应较小的温升速率。

3.按照权利要求1所述方法，其特征在于：当被烘晶片进入炉内后先延时启动前烘程序，待晶片温度达到程序规定的起点温度值时再开始前烘。

4.按照权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤①中晶片高出热盘盘面最小距离处的温度值高于或等于晶片烘焙工艺要求的最高温度值；步骤③中：当热盘稳定在某一温度值时，距离热盘盘面高度不同，晶片温度不同；热盘中晶片顶杆端头所在的承载晶片的平面，在升降机构上下运动的过程中始终与热盘的盘面平行；使晶片在同一高度的水平面内各点的温度一致；热盘自身的稳定温度即为晶片的最高温度，其可调范围为80℃～180℃；晶片位移控制精度高于与晶片前烘温度精度，即晶片移动0.1mm的距离，其温度差大于等于0.1℃；保持晶片升降速度和晶片的热容量相适应，即晶片热容量小时升降速度慢，在到达一个新位置后，待整个晶片温度达到期望的温度值后再移动到下一个高度。

5.一种按权利要求1所述方法所用的热盘式前烘装置，其特征在于包括：

一炉体，具有框架环绕的四壁，带抽风口的上盖，侧壁设有晶片进出用的门；

一热盘本体，安装在炉体中；

一加热器，设于热盘本体中，与热盘温度控制器电连接；

一温度检测装置，设于热盘本体中，与热盘温度控制器电连接；

一晶片顶杆，设在热盘本体上，具有垂直设置的针杆，用于支撑晶片，通过与热盘本体相应位置处的穿孔与升降机构相连接；

一升降机构，包括丝杆、电机、编码器和伺服驱动器，电机与伺服控制器相连，输出轴装有编码器，经丝杠接至针杆的底端，驱动顶杆承载着晶片上下运动。

6.按权利要求5所述方法所用的热盘式前烘装置，其特征在于：所述晶片顶杆的端头所在平面与热盘本体的盘面平行。

7.按权利要求5所述方法所用的热盘式前烘装置，其特征在于：所述温度检测装置的测量探头选择半导体工艺测量用探头；其探头尺寸与欲烘焙的晶片的尺寸相同；每个测量探头上的探点至少为5个。

8.按权利要求7所述方法所用的热盘式前烘装置，其特征在于：测量探头放在晶片顶杆端头所在平面的晶片上，并且使测量探头整体处于热盘本体中央，即测试探头的圆心和热盘本体的圆心同在一个垂直轴线上。