CN113731945A - 常压等离子体清洗装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体清洗装置，其连接于气源，包括：清洗装置本体，其具有气体供给腔、电离部和气体排出腔，电离部设置于气体供给腔和气体排出腔之间，气体供给腔容纳由气源输入的气体并用于将气体供给至电离部，电离部具有相对设置并且保持一定的间距的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极连接于电源，气体排出腔容纳在第一电极与第二电极之间通电后进行的电极反应而生成的等离子体气体；喷射部，其连接至清洗装置本体，喷射部具有可使等离子体气体通过的喷射通孔以及连通于喷射通孔与气体排出腔之间的蓄积腔，喷射通孔连通气体排出腔与喷射部外部，该等离子体清洗装置的常压放电适用于规模化连续工业生产，无需昂贵的真空设备，降低了成本。

Description

常压等离子体清洗装置
技术领域
本申请涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种半导体器件生产过程中的等离子体清洗装置。
背景技术
在半导体器件生产过程中会受到各种有害污染或侵蚀，半导体器件例如晶圆芯片表面会存在各种微粒、金属离子、有机物及残留的磨料颗粒等沾污杂质，如果不能将这些污染和侵蚀彻底清除则会对半导体器件的性质、质量、可靠性及成品率产生很大影响。等离子清洗已经成为传统清洗技术(如机械清洗、水洗与溶剂清洗)之外表面处理一种重要的工艺过程。等离子清洗通过使用由气体物质产生的高能等离子体从半导体器件的表面区域去除颗粒、杂质和污染物。等离子清洗可以有效处理传统清洗无法清除的表面污染物，提高键合作业的效率与作业的稳定性。然而目前的等离子清洗处理需要在真空环境下进行，不同阶段的半导体器件均要被送至真空环境下进行加热清洗，这使得设备昂贵、工艺过程复杂、生产效率低以及能耗高。
同时，利用等离子清洗虽然可以去除半导体器件表面的污染物，但半导体器件与离子清洗机的电极接触容易出现尖端放电，局部打火的现象，从而导致半导体器件带电，对半导体器件易造成损伤，降低了产品的可靠性。
发明内容
本申请的目的在于克服上述不足之处，本申请的技术方案解决了现有技术中等离子清洗工艺中工艺过程复杂，设备昂贵以及生产效率低的问题。
在本申请的一些具体实施方式中提供了一种常压等离子体清洗装置，其连接于气源，包括：
清洗装置本体，其具有气体供给腔、电离部和气体排出腔，其中，所述电离部设置于所述气体供给腔和所述气体排出腔之间，所述气体供给腔容纳由所述气源输入的气体并用于将气体供给至所述电离部，所述电离部具有相对设置并且保持一定的间距的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极连接于电源，所述气体排出腔容纳在所述第一电极与第二电极之间通电后进行的电极反应而生成的等离子体气体；
喷射部，其连接至所述清洗装置本体，所述喷射部具有可使所述等离子体气体通过的喷射通孔以及连通于所述喷射通孔与所述气体排出腔之间的蓄积腔，所述喷射通孔连通所述气体排出腔与所述喷射部的外部。
进一步地，所述蓄积腔由所述气体排出腔向所述喷射通孔逐渐收窄。
进一步地，所述第一电极连接至交流电源并包覆有第一电介质，第二电极接地并包覆有第二电介质，所述第一电介质和第二电介质相对设置并且之间形成根据电介质的充放电而产生等离子体的电介质空间，所述气体排出腔连通所述电介质空间。
进一步地，所述喷射部可拆卸地安装于所述喷射部的端部，所述喷射部为圆柱形或者圆锥体形。
进一步地，所述常压等离子体清洗装置具有若干个喷射部，所述若干个喷射部呈直线型排列，或者呈阵列分布。
进一步地，所述气体排出腔的剖面形状为圆形，所述气体排出腔的剖面形状为圆形，所述气体排出腔的内径为不大于15厘米，所述喷射通孔的剖面形状为圆形，所述喷射通孔的孔径为10至1000微米。
进一步地，所述气体排出腔的内径为0.2至11厘米，所述喷射通孔的孔径为100至800微米。
进一步地，所述喷射通孔的孔径为200至600微米。
进一步地，所述气体排出腔的剖面形状为圆形，所述气体排出腔的内径为不大于15厘米，所述喷射通孔的剖面形状为矩形，所述喷射通孔的长边与短边的长度分别为10至1000微米，所述喷射通孔的长边与短边的比值为1至100。
进一步地，所述气体排出腔的内径为0.2至11厘米，所述喷射通孔的长边与短边的长度分别为50至800微米，所述喷射通孔的长边与短边的比值为10至80。
从以上可以看出，本申请的技术方案通过在等离子体清洗装置中设置喷射部，能够在大气压下产生保持稳定放电的等离子气体束流，克服了现有技术中的缺陷。与现有技术相比，本申请的技术方案的等离子体清洗装置的常压放电更适用于规模化连续工业生产的需要，无需昂贵的真空设备及维护，成本大大降低。此外，应用本等离子体清洗装置还实现了对半导体器件表面的精准地清洗，避免传统的真空等离子清洗工艺中对于半导体器件的损害。
附图说明
本申请的特征、特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得显而易见。
图1显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置的结构示意图。
图2显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置的具有圆柱体形的喷射部的剖面结构示意图。
图3显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置的具有圆锥体形的喷射部的剖面结构示意图。
图4显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置的具有若干个圆锥体形的喷射部的剖面结构示意图。
图5显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置的具有不同尺寸的若干个喷射部的剖面结构示意图。
图6显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置的具有遮罩的喷射部的剖面结构示意图。
图7显示一个具体实施方式的常压等离子体清洗装置清洗半导体器件表面的示意图。
图8显示一个具体实施方式的包括常压等离子体清洗装置的半导体器件生产线的示意图。
图9显示一个具体实施方式的应用常压等离子体清洗装置的封装半导体器件的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图详细描述本申请的一些具体实施方式。
参考图1，显示了一种常压等离子体清洗装置10，该常压等离子体清洗装置10在大气常压下产生等离子体并且用于清洗对象物例如半导体器件的表面。如图所示，等离子体清洗装置10连接外部气源600，气源600用于向等离子体清洗装置10输入气体。等离子体清洗装置10包括如下结构：清洗装置本体100和喷射部500。其中，喷射部500连接至清洗装置本体100，喷射部500具有可使气体通过的喷射通孔510。
清洗装置本体100进一步包括：沿着气体输送方向D依次排列的气体供给腔200、电离部300、气体排出腔400。电离部300设置于气体供给腔200和气体排出腔400之间，气体供给腔200容纳由气源600输入的气体并将气体供给至电离部300，电离部300包括第一电极304和第二电极303，其中第一电极304连接至交流电源(图中未示出)，第二电极303接地，第二电极303与第一电极304相隔一定间距地设置。第一电极304包覆有第一电介质301，第二电极303包覆有第二电介质302，第一电介质301和第二电介质302可以为呈圆形或多边形的剖面形状。第一电极304连接于交流电源以在其与第二电极303之间形成交流电压。气体供给腔200向第一电极304和第二电极303之间供给其接受自气源600的气体例如氧气、氩气或者其混合气体，气体流入至第一电介质301和第二电介质302之间所形成的根据电介质的充放电而产生等离子体的电介质空间305，电介质空间305连通气体排出腔400。第一电极304和第二电极303以平板形状设置成相对于气体的流入及等离子体的喷射方向平行并且相互面对。气体供给腔200向第一电介质301及第二电介质302之间的电介质空间305持续地供给维持一定密度的气体，因为第一电介质301与第二电介质302设置成相互维持一定间距，所以在第一电介质301与第二电介质302之间按一定压力及生成率生成等离子气体，并且通过与电介质空间305相连通的气体排出腔400经由喷射部500的喷射通孔510向外喷射所生成的等离子气体，从而利用喷射出的等离子气体对待清洗的半导体器件进行表面处理。
喷射部500可拆卸地安装于清洗装置本体100的端部，喷射部500由耐腐蚀抗冲击的陶瓷材料、玻璃材料或者石英中的一种或者多种制成。喷射部500具有可使在第一电介质301和第二电介质302之间进行的电极反应而生成的等离子体气体通过的喷射通孔510以及连通于喷射通孔510与气体排出腔400之间的蓄积腔560，并且，喷射通孔510连通气体排出腔400与喷射部500的外部。等离子气体通过喷射通孔510向外喷射。气体排出腔的剖面形状为圆形并且气体排出腔的内径不大于15厘米，例如为0.2至11厘米。根据喷射通孔510的形态以不同的性能和形态形成具有喷射压力的等离子气体，调整喷射通孔510的形状、大小、间距或数量从而形成适合于表面处理对象物的表面状态或形状的等离子气体的喷射压力。
此外，常压等离子体清洗装置10还与周边装置或表面处理对象物保持一定的结合或连接状态，例如为了降低等离子体清洗装置工作后的温度可以包括冷却系统，冷却系统通过贯穿于清洗装置本体100或喷射部500的通孔连接至常压等离子体清洗装置10。一些实施方式中，排气系统的排气管通过贯穿于清洗装置本体100的通孔连接至常压等离子体清洗装置10，用于排出等离子清洗工艺过程中等离子气体和表面处理对象物的表面反应产生的副产物。
参考图2和图3，喷射部500为圆柱体或者圆锥体的形状，喷射部500具有由气体排出腔400向喷射通孔510逐渐收窄的蓄积腔560，蓄积腔560有利于等离子气体通过喷射通孔510向外喷射后具有更远的有效工作距离和范围。
图4和图5显示了常压等离子体清洗装置10可以具有若干个喷射部500的情形，如图所示，若干个喷射部500根据实际需要可以呈直线间隔的排列或者非直线间隔的排列，或者还可以呈阵列分布。根据表面处理对象物和环境，若干个喷射部500可以具有相同的形状和尺寸，也可以具有不同的形状和尺寸。
图2至图4显示了喷射通孔510的剖面形状为圆形，喷射通孔510的孔径取值为10至1000微米。一些实施方式中，喷射通孔510的孔径D取值为100至800微米；一些实施方式中，喷射通孔510的孔径D取值为200至600微米；一些实施方式中，喷射通孔510的孔径D取值为300至400微米。
继续参考图2至图4，喷射通孔510的剖面形状为矩形，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的长度分别取值为10至1000微米；一些实施方式中，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的长度分别取值为50至800微米；一些实施方式中，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的长度分别取值为100至600微米；一些实施方式中，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的长度分别取值为300至400微米。进一步地，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的比值为1至100；一些实施方式中，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的比值为10至80；一些实施方式中，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的比值为20至60；一些实施方式中，喷射通孔510剖面的长边X与短边Y的比值为30至50。
此外，图6还显示了一种设置在喷射部500处的具有开孔的遮罩530，遮罩530的开孔形成喷射通孔510，遮罩530具有一个或者多个喷射通孔510，喷射通孔510的数量、尺寸可以形成适合于表面处理对象物的表面状态或形状的等离子气体的喷射压力和喷射方式。遮罩530与喷射部500一体成型制造形成，也可以与喷射部500分开制造再组装在一起。遮罩530由耐腐蚀抗冲击的陶瓷材料(例如氧化铝，氧化镁)、玻璃材料及石英中的一种或者多种通过烧结的方式形成，或者遮罩530由金属材料例如不锈钢、铝合金、镍合金通过数控机床加工或者冲压成型的方式形成。
具有喷射通孔510的等离子体清洗装置10还实现了对半导体器表面的精准地清洗。参考图7，等离子体清洗装置10按照根据不同的半导体器件的尺寸形状以及承载的电子元器件所设定清洗的预设路径540(如箭头所示)进行移动，实现精确地清洗如图所示的清洗区域550，避免传统的真空等离子清洗工艺中对于半导体器件的损害。
图8显示了一个包括等离子体清洗装置的半导体器件生产线的示意图，其中，等离子体清洗装置10连接于移动机构20，由移动机构20的带动实现等离子体清洗装置10在三维空间内的移动。本实施方式中，移动机构20可以在三维空间的各方向上控制等离子体清洗装置10移动的精确度，本实施方式中，移动机构20具备10微米/inch移动的精确度。待进行表面处理的半导体器件承载在位于等离子体清洗装置10的喷射部520的下方的载台30上。在第一电极304与第二电极303之间生成的并且通过喷射通孔510喷射出的等离子气体对半导体器件40进行表面清洗。具体地，半导体器件40由可以向一侧移动的移送装置50从半导体器件生产线的上一个工位60被运输到清洗工位70，在完成表面清洗后，半导体器件40继续由移送装置150运输到半导体器件生产线的下一个工位80。
参考图9，图中示出了一个应用等离子体清洗装置的封装半导体器件的流程800。在半导体器件封装的生产线中，首先在第一工位810进行芯片粘结工艺(Die Attach)，随后在移送装置50的运输下，半导体器件被运输至第二工位820由等离子体清洗装置10进行表面清洗，随后移送装置50运输半导体器件至第三工位830进行引线键合工艺(WireBonding)，在完成引线键合工艺后移送装置50将半导体器件运输至第四工位840继续由进行等离子体清洗装置10进行表面清洗，在清洗完后，半导体器件进一步被运输到第五工位850，并在第五工位850进行封胶成型处理即模塑(Molding)。此处，作为清洗工位的第二工位820和第四工位840可以集成在半导体封装程序中的每个工位上，例如第二工位820集成在第一工位810上，第四工位840集成在第三工位830上，第二工位820和第四工位840也可以作为单独的清洗工位存在，甚至第二工位820和第四工位840可以是同一个工位。等离子体清洗装置10连接于移动机构20并由移动机构20的带动在三维空间内的移动，从而可以实现将清洗工位集成在封装半导体器件的生产线中，因此等离子体清洗装置10无需作为外接的专用的设备存在。
与传统的等离子体清洗装置相比，本实施方式中的等离子体清洗装置的常压放电更适用于规模化连续工业生产的需要，无需昂贵的真空设备及维护，成本大大降低。而且，等离子体清洗装置根据不同的清洗对象的表面状态和形态灵活地设置不同的喷射部，还可以实现对于清洗对象表面的精确清洗。

Claims (10)

1.一种常压等离子体清洗装置，其连接于气源，其特征在于，包括：
清洗装置本体，其具有气体供给腔、电离部和气体排出腔，其中，所述电离部设置于所述气体供给腔和所述气体排出腔之间，所述气体供给腔容纳由所述气源输入的气体并用于将气体供给至所述电离部，所述电离部具有相对设置并且保持一定的间距的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极连接于电源，所述气体排出腔容纳在所述第一电极与第二电极之间通电后进行的电极反应而生成的等离子体气体；
喷射部，其连接至所述清洗装置本体，所述喷射部具有可使所述等离子体气体通过的喷射通孔以及连通于所述喷射通孔与所述气体排出腔之间的蓄积腔，所述喷射通孔连通所述气体排出腔与所述喷射部的外部。
2.根据权利要求1所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述蓄积腔由所述气体排出腔向所述喷射通孔逐渐收窄。
3.根据权利要求2所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述第一电极连接至交流电源并包覆有第一电介质，第二电极接地并包覆有第二电介质，所述第一电介质和第二电介质相对设置并且之间形成根据电介质的充放电而产生等离子体的电介质空间，所述气体排出腔连通所述电介质空间。
4.根据权利要求3所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述喷射部可拆卸地安装于所述清洗装置本体的端部，所述喷射部为圆柱形或者圆锥体形。
5.根据权利要求4所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述常压等离子体清洗装置具有若干个喷射部，所述若干个喷射部呈直线型排列，或者呈阵列分布。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述气体排出腔的剖面形状为圆形，所述气体排出腔的内径为不大于15厘米，所述喷射通孔的剖面形状为圆形，所述喷射通孔的孔径为10至1000微米。
7.根据权利要求6所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述气体排出腔的内径为0.2至11厘米，所述喷射通孔的孔径为100至800微米。
8.根据权利要求6所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述喷射通孔的孔径为200至600微米。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述气体排出腔的剖面形状为圆形，所述气体排出腔的内径不大于15厘米，所述喷射通孔的剖面形状为矩形，所述喷射通孔的长边与短边的长度分别为10至1000微米，所述喷射通孔的长边与短边的比值为1至100。
10.根据权利要求9所述的常压等离子体清洗装置，其特征在于，所述气体排出腔的内径为0.2至11厘米，所述喷射通孔的长边与短边的长度分别为50至800微米，所述喷射通孔的长边与短边的比值为10至80。
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