JP6619625B2 - Electrode cleaning method and integrated circuit device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、電極のクリーニング方法および集積回路装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an electrode cleaning method and an integrated circuit device manufacturing method.

特許文献1には、ワイヤボンディング装置に関する技術が開示されている。この文献に記載されたワイヤボンディング装置では、半導体ベアチップの電極に付着するカーボンや埃等の汚れを除去する為に、レーザ光照射部が、半導体ベアチップの電極表面にレーザ光を照射する。   Patent Document 1 discloses a technique related to a wire bonding apparatus. In the wire bonding apparatus described in this document, in order to remove dirt such as carbon and dust adhering to the electrode of the semiconductor bare chip, the laser light irradiation unit irradiates the electrode surface of the semiconductor bare chip with laser light.

特開平4−346236号公報JP-A-4-346236 特開2010−44030号公報JP 2010-44030 A 特許第3800802号公報Japanese Patent No. 3800802

半導体集積回路素子をパッケージ内に実装する方法として、ワイヤボンディングが広く用いられている。ワイヤボンディングは、金属線(ワイヤ)の一端部を治具により把持した状態で、金属電極の表面に該一端部を押し付け、圧着することによって行われる。その際、金属電極の表面が汚れているとワイヤの一端部と金属電極との接合強度が低下し、信頼性向上の妨げとなる。そこで、ワイヤボンディングを行う前に金属電極の表面のクリーニングが行われる。このようなクリーニングの方法としては、例えば、洗浄液として有機溶剤を使用する有機洗浄、電極をプラズマに曝すプラズマ洗浄などが挙げられる。有機洗浄では、電極を有機溶剤に浸しながら超音波が照射される場合もある。   Wire bonding is widely used as a method for mounting a semiconductor integrated circuit element in a package. Wire bonding is performed by pressing and crimping one end of a metal wire (wire) against the surface of the metal electrode in a state where the end is held by a jig. At that time, if the surface of the metal electrode is dirty, the bonding strength between the one end portion of the wire and the metal electrode is lowered, which hinders improvement in reliability. Therefore, the surface of the metal electrode is cleaned before wire bonding. Examples of such cleaning methods include organic cleaning using an organic solvent as a cleaning liquid, and plasma cleaning in which an electrode is exposed to plasma. In organic cleaning, ultrasonic waves may be irradiated while the electrode is immersed in an organic solvent.

しかしながら、これらの方法には次のような問題がある。有機洗浄(超音波洗浄)、及びプラズマ洗浄では、パッケージ全体が洗浄液或いはプラズマに曝されることとなる。従って、ワイヤボンディング以外の方法によりパッケージ内に実装された他の半導体集積回路素子が既に存在する場合、その半導体集積回路素子も洗浄液或いはプラズマに曝されることとなり、その半導体集積回路素子への影響が懸念される。   However, these methods have the following problems. In organic cleaning (ultrasonic cleaning) and plasma cleaning, the entire package is exposed to a cleaning liquid or plasma. Therefore, when another semiconductor integrated circuit element mounted in the package by a method other than wire bonding already exists, the semiconductor integrated circuit element is also exposed to the cleaning liquid or plasma, and the influence on the semiconductor integrated circuit element is increased. Is concerned.

上記の問題に対し、例えば特許文献1に記載されたようなレーザ照射による洗浄では、レーザ光を電極表面に局所的に照射できるので、他の半導体集積回路素子への影響を回避することが可能となる。しかし、レーザ光のクリーニング能力が弱いと、電極のクリーニングに長時間を要してしまい、製造工程の作業時間が長くなってしまう。また、単純にレーザ光のエネルギーを高くすると、レーザ光に起因する発熱によって他の半導体集積回路素子にダメージを与えるおそれがある。   With respect to the above problems, for example, cleaning by laser irradiation as described in Patent Document 1 can locally irradiate the surface of the electrode with laser light, so that the influence on other semiconductor integrated circuit elements can be avoided. It becomes. However, if the laser beam cleaning ability is weak, it takes a long time to clean the electrodes, and the working time of the manufacturing process becomes long. Further, if the energy of the laser beam is simply increased, other semiconductor integrated circuit elements may be damaged by heat generated by the laser beam.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ照射による洗浄のクリーニング能力を高めることが可能な、電極のクリーニング方法および集積回路装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method for cleaning an electrode and a method for manufacturing an integrated circuit device, which can improve the cleaning capability of cleaning by laser irradiation. To do.

上述した課題を解決するために、本発明による電極のクリーニング方法は、Ni及びNi合金の少なくとも一方を含む下地層と、下地層上に設けられたAuを含む表層とを有する電極の表層の表面に対し、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光を照射することにより、表層の表面に析出したNi及びNi合金の少なくとも一方を含む析出物を除去するための表層の表面のクリーニングを行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a method for cleaning an electrode according to the present invention includes a surface of an electrode surface layer including a base layer containing at least one of Ni and a Ni alloy, and a surface layer containing Au provided on the base layer. In contrast, by irradiating pulsed light emitted from a femtosecond laser or a picosecond laser, the surface of the surface layer is cleaned to remove precipitates containing at least one of Ni and Ni alloy deposited on the surface of the surface layer. It is characterized by performing.

電極の構造として、Ni及びNi合金の少なくとも一方(以下、Ni等という)を含む下地層と、下地層上に設けられたAuを含む表層とが存在する場合がある。その場合、例えば他の半導体集積回路素子の実装の際に付着した水溶性フラックスを水により洗浄すること、及び(又は)リフロー等の熱処理時における熱拡散に起因して、下地層のNi等が表層の表面に析出することがある。Ni等の析出物は、ボンディングワイヤの端部と表層との接合の妨げとなるので、クリーニングにより除去されることが望まれる。   As an electrode structure, there may be a base layer containing at least one of Ni and Ni alloy (hereinafter referred to as Ni) and a surface layer containing Au provided on the base layer. In that case, for example, the water-soluble flux adhering during mounting of other semiconductor integrated circuit elements is washed with water, and / or due to thermal diffusion during heat treatment such as reflow, Ni or the like of the underlying layer It may be deposited on the surface of the surface layer. Precipitates such as Ni hinder the bonding between the end portion of the bonding wire and the surface layer, and are therefore desirably removed by cleaning.

本発明者は、Auを含む表層上に析出したNi等を除去する方法として、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光を照射することが極めて有効であることを実験により見出した。すなわち、このような極めて短時間のパルス光であれば、パルス光全体のエネルギーを抑えつつ、ピークエネルギーを高めることができる。従って、これらのレーザから出射されたパルス光を表層上に照射することにより、パルス光に起因する発熱を抑制しながら、Ni等の析出物に対するクリーニング能力を高めることができる。これにより、Ni等の析出物を短時間で除去できるので、電極のクリーニングに要する時間を短くし、製造工程の作業時間を短縮することができる。   The present inventor has found through experiments that irradiation with pulsed light emitted from a femtosecond laser or a picosecond laser is extremely effective as a method for removing Ni or the like deposited on the surface layer containing Au. That is, such an extremely short time pulse light can increase the peak energy while suppressing the energy of the entire pulse light. Therefore, by irradiating the surface layer with pulsed light emitted from these lasers, it is possible to enhance the cleaning ability for precipitates such as Ni while suppressing heat generation due to the pulsed light. Thereby, since precipitates such as Ni can be removed in a short time, the time required for cleaning the electrode can be shortened, and the working time of the manufacturing process can be shortened.

上記のクリーニング方法は、パルス光の時間幅が100ピコ秒以下であることを特徴としてもよい。本発明者の知見によれば、このような極めて短時間のパルス光を照射することによって、Auを含む表層上に析出したNi等をより効果的に除去することができる。   The cleaning method may be characterized in that the time width of the pulsed light is 100 picoseconds or less. According to the knowledge of the present inventor, Ni and the like deposited on the surface layer containing Au can be more effectively removed by irradiating such an extremely short time pulse light.

上記のクリーニング方法は、パルス光の波長が、YAGレーザの第二高調波に相当する波長であることを特徴としてもよい。本発明者の実験によれば、このような波長のパルス光を照射することによって、Ni等をより効果的に除去することができる。   The cleaning method may be characterized in that the wavelength of the pulsed light is a wavelength corresponding to the second harmonic of the YAG laser. According to the inventor's experiment, Ni and the like can be more effectively removed by irradiating pulsed light having such a wavelength.

また、本発明による集積回路装置の製造方法は、Ni及びNi合金の少なくとも一方を含む下地層と、下地層上に設けられたAuを含む表層とを有する電極が設けられたパッケージ内の電極とは別の領域に第1の半導体集積回路素子を表面実装する第1実装工程と、パッケージ内の電極に対し、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光を照射することにより、表層の表面に析出したNi及びNi合金の少なくとも一方を含む析出物を除去するための表層の表面のクリーニングを行うクリーニング工程と、電極と第2の半導体集積回路素子とをワイヤボンディングにより電気的に接続する第2実装工程と、を含むことを特徴とする。この製造方法によれば、上記のクリーニング方法を用いたクリーニング工程を含むことにより、Ni等の析出物に対するクリーニング能力を高めることができる。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an integrated circuit device comprising: an electrode in a package provided with an electrode having a base layer including at least one of Ni and Ni alloy; and a surface layer including Au provided on the base layer The first mounting step of surface-mounting the first semiconductor integrated circuit element in another region, and irradiating the electrodes in the package with pulsed light emitted from a femtosecond laser or picosecond laser , A cleaning process for cleaning the surface of the surface layer for removing precipitates including at least one of Ni and Ni alloy deposited on the surface, and the electrode and the second semiconductor integrated circuit element are electrically connected by wire bonding. And a second mounting step. According to this manufacturing method, the cleaning capability with respect to precipitates such as Ni can be enhanced by including the cleaning step using the above-described cleaning method.

上記の製造方法は、第1実装工程の後、クリーニング工程の前に、フラックスを水により洗浄する工程及び/又は加熱工程を更に含むことを特徴としてもよい。本発明者の知見によれば、第1実装工程後に残存したフラックスを水により洗浄する場合、その後に残存した水分による電池効果が生じ、Auを含む表層上に下地層のNi等が析出し易くなる。また、例えばリフローの際の熱処理といった加熱工程におけるNiの熱拡散によっても同様にNi等の析出が生じる。そのような場合であっても、上記の製造方法によれば、Ni等の析出物を効果的に除去することができる。   The manufacturing method may further include a step of washing the flux with water and / or a heating step after the first mounting step and before the cleaning step. According to the knowledge of the present inventor, when the flux remaining after the first mounting process is washed with water, a battery effect due to the moisture remaining after that occurs, and Ni or the like of the underlayer easily deposits on the surface layer containing Au. Become. In addition, precipitation of Ni or the like similarly occurs due to thermal diffusion of Ni in a heating process such as heat treatment during reflow. Even in such a case, according to the above manufacturing method, precipitates such as Ni can be effectively removed.

本発明による電極のクリーニング方法および集積回路装置の製造方法によれば、レーザ照射による洗浄のクリーニング能力を高めることができる。   According to the method for cleaning an electrode and the method for manufacturing an integrated circuit device according to the present invention, it is possible to improve the cleaning capability of cleaning by laser irradiation.

本発明の一実施形態による電極のクリーニング方法を概念的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates notionally the cleaning method of the electrode by one Embodiment of this invention. 電極のクリーニング方法を実施するためのクリーニング装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the cleaning apparatus for enforcing the cleaning method of an electrode. 電極クリーニング方法を含む集積回路装置の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the integrated circuit device containing an electrode cleaning method. (a)第1実装工程を説明するための平面図である。(b)第2実装工程を説明するための平面図である。(A) It is a top view for demonstrating a 1st mounting process. (B) It is a top view for demonstrating a 2nd mounting process. 実施例及び比較例において用いられたクリーニング装置の照射条件を示す図表である。It is a graph which shows the irradiation conditions of the cleaning apparatus used in the Example and the comparative example. 電極表面のオージェ分析結果を示す図表である。It is a graph which shows the Auger analysis result of the electrode surface. クリーニング前の電極表面と、実施例(ピコ秒レーザ、波長515nm)によるクリーニング後の電極表面とを拡大して示す画像である。It is an image which expands and shows the electrode surface before cleaning, and the electrode surface after cleaning by the Example (picosecond laser, wavelength 515nm). クリーニング前の電極表面と、実施例(ピコ秒レーザ、波長343nm)によるクリーニング後の電極表面とを拡大して示す画像である。It is an image which expands and shows the electrode surface before cleaning, and the electrode surface after cleaning by an Example (picosecond laser, wavelength 343 nm). クリーニング前の電極表面と、比較例(ナノ秒レーザ、波長532nm)によるクリーニング後の電極表面とを拡大して示す画像である。It is an image which expands and shows the electrode surface before cleaning, and the electrode surface after cleaning by the comparative example (nanosecond laser, wavelength 532nm). 実施例によるクリーニング方法を実施後、電極表面に接合されたボンディングワイヤの強度試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the strength test of the bonding wire joined to the electrode surface after implementing the cleaning method by an Example.

以下、添付図面を参照しながら本発明による電極のクリーニング方法および集積回路装置の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Embodiments of an electrode cleaning method and an integrated circuit device manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の一実施形態による電極のクリーニング方法を概念的に説明する断面図である。この方法は、Ni及びNi合金の少なくとも一方を含む下地層31と、下地層31上に設けられたAuを含む表層32とを有する電極(ワイヤボンディングパッド)30をクリーニングする方法である。この方法では、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光Lを照射することにより、表層32の表面32aのクリーニングを行う。パルス光Lの時間幅は例えば100フェムト秒以上であり、より好適には540フェムト秒以上である。また、パルス光Lの時間幅は例えば100ピコ秒以下であり、より好適には10.9ピコ秒以下である。パルス光Lのピークパワーは例えば1MW以上であり、例えば40MW以下である。パルス光Lのフルーエンス(単位面積あたりの照射エネルギー)は例えば10mJ/cm2以上であり、例えば300mJ/cm2以下である。パルス光Lの波長は、例えばYAGレーザの第二高調波に相当する波長(一例では515nm)、第三高調波に相当する波長(一例では343nm)、或いは第四高調波に相当する波長(一例では258nm)である。 FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually illustrating an electrode cleaning method according to an embodiment of the present invention. This method is a method for cleaning an electrode (wire bonding pad) 30 having a base layer 31 containing at least one of Ni and Ni alloy and a surface layer 32 containing Au provided on the base layer 31. In this method, the surface 32a of the surface layer 32 is cleaned by irradiating pulsed light L emitted from a femtosecond laser or a picosecond laser. The time width of the pulsed light L is, for example, 100 femtoseconds or more, and more preferably, 540 femtoseconds or more. Further, the time width of the pulsed light L is, for example, 100 picoseconds or less, and more preferably 10.9 picoseconds or less. The peak power of the pulsed light L is, for example, 1 MW or more, for example, 40 MW or less. The fluence (irradiation energy per unit area) of the pulsed light L is, for example, 10 mJ / cm 2 or more, for example, 300 mJ / cm 2 or less. The wavelength of the pulsed light L is, for example, a wavelength corresponding to the second harmonic of a YAG laser (in the example, 515 nm), a wavelength corresponding to the third harmonic (in the example, 343 nm), or a wavelength corresponding to the fourth harmonic (an example). 258 nm).

図2は、本実施形態による電極のクリーニング方法を実施するためのクリーニング装置の構成例を示すブロック図である。図2に示されるように、このクリーニング装置1Aは、本体部3と、表示部(ディスプレイ)5と、入力部7とを備える。表示部5は、本体部3の内部でクリーニングされている電極表面の映像を表示する。入力部7は、各種の設定情報を操作者が本体部3に対して入力する際に用いられる。入力部7は、例えばキーボード等によって構成される。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a cleaning device for performing the electrode cleaning method according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the cleaning device 1 </ b> A includes a main body unit 3, a display unit (display) 5, and an input unit 7. The display unit 5 displays an image of the electrode surface that has been cleaned inside the main body unit 3. The input unit 7 is used when an operator inputs various setting information to the main body unit 3. The input unit 7 is configured by a keyboard or the like, for example.

本体部3は、パルス光LBを生成するフェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザを構成する要素として、超短パルスレーザ11、パルスピッカー12、波長変換ユニット13、及び出射シャッタ14を有する。超短パルスレーザ11は、例えば1030nmといった波長の超短パルス光LAを周期的に出力する。この超短パルス光LAのパルス幅は、例えば100フェムト秒〜100ピコ秒である。超短パルスレーザ11としては、例えばLD直接励起型のYb:YAGピコ秒パルスレーザである浜松ホトニクス社製MOIL−ps(第二高調波でのパルス幅0.54〜10.9ピコ秒、繰り返し周波数1kHz〜200kHz)が挙げられる。MOIL−psの励起源はレーザダイオード(波長940nm)である。   The main body 3 includes an ultrashort pulse laser 11, a pulse picker 12, a wavelength conversion unit 13, and an exit shutter 14 as elements constituting a femtosecond laser or a picosecond laser that generates the pulsed light LB. The ultrashort pulse laser 11 periodically outputs ultrashort pulse light LA having a wavelength of, for example, 1030 nm. The pulse width of the ultrashort pulse light LA is, for example, 100 femtoseconds to 100 picoseconds. As the ultrashort pulse laser 11, for example, MOIL-ps manufactured by Hamamatsu Photonics, which is an LD direct excitation type Yb: YAG picosecond pulse laser (pulse width of 0.54 to 10.9 picoseconds at the second harmonic, repetitive) Frequency 1 kHz to 200 kHz). The excitation source of MOIL-ps is a laser diode (wavelength 940 nm).

パルスピッカー12は、超短パルスレーザ11から周期的に出力される超短パルス光LAから、一つのパルス光LA2を取り出す。パルスピッカー12により取り出されたパルス光LA2は、波長変換ユニット13によって波長変換され、パルス光LBとなる。このとき、パルス光LBの波長は、超短パルスレーザ11の出力波長の高調波(第二高調波、第三高調波等)となる。超短パルスレーザ11の出力波長が1030nmである場合、波長変換ユニット13は、515nm(第二高調波)若しくは343nm(第三高調波)のパルス光LBを出力する。このパルス光LBは、出射シャッタ14を介して後段の光学部品へ出力される。また、パルスピッカー12によって取り除かれたパルス光LA1は、パワーメータ22に入力される。パワーメータ22は、パルス光LA1の光強度を検出し、その検出結果に係る信号を制御部24へ送る。   The pulse picker 12 extracts one pulsed light LA2 from the ultrashort pulsed light LA periodically output from the ultrashort pulse laser 11. The pulsed light LA2 taken out by the pulse picker 12 is wavelength-converted by the wavelength conversion unit 13 to become pulsed light LB. At this time, the wavelength of the pulsed light LB becomes a harmonic (second harmonic, third harmonic, etc.) of the output wavelength of the ultrashort pulse laser 11. When the output wavelength of the ultrashort pulse laser 11 is 1030 nm, the wavelength conversion unit 13 outputs 515 nm (second harmonic) or 343 nm (third harmonic) pulsed light LB. The pulsed light LB is output to the subsequent optical component via the emission shutter 14. Further, the pulsed light LA 1 removed by the pulse picker 12 is input to the power meter 22. The power meter 22 detects the light intensity of the pulsed light LA1 and sends a signal related to the detection result to the control unit 24.

本体部3は、後段の光学部品として、ビームエキスパンダ18、及びガルバノスキャナ19を有する。ビームエキスパンダ18は、パルス光LBを精度良く平行化するとともに、パルス光LBのビーム径を調整する。調整後のパルス光LCは、ガルバノスキャナ19に入力される。ガルバノスキャナ19は、パルス光LCを、図1に示されたパルス光Lとして載物台20に向けて照射する。載物台20上には、図1に示された電極30を有するパッケージ等の対象物が配置される。ガルバノスキャナ19は、電極30の表面32aにおいてパルス光LCの走査(スキャン)を行う。なお、載物台20は移動・回転ステージ21上に設けられており、移動・回転ステージ21によって載物台20の角度及び位置が可変となっている。これにより、ガルバノスキャナ19と合わせてより広範囲にパルス光LCを照射することができる。載物台20上の対象物は、カメラ23によって撮影される。その映像データは、カメラ23から制御部24へ送られる。   The main body 3 includes a beam expander 18 and a galvano scanner 19 as subsequent optical components. The beam expander 18 parallelizes the pulsed light LB with high accuracy and adjusts the beam diameter of the pulsed light LB. The adjusted pulsed light LC is input to the galvano scanner 19. The galvano scanner 19 irradiates the stage 20 with the pulsed light LC as the pulsed light L shown in FIG. An object such as a package having the electrode 30 shown in FIG. The galvano scanner 19 scans the surface of the electrode 30 with the pulsed light LC. The stage 20 is provided on the moving / rotating stage 21, and the angle and position of the stage 20 are variable by the moving / rotating stage 21. Thereby, the pulsed light LC can be irradiated over a wider range together with the galvano scanner 19. The object on the stage 20 is photographed by the camera 23. The video data is sent from the camera 23 to the control unit 24.

制御部24は、入力部7から入力された設定情報、及びパワーメータ22からの検出結果等に基づいて、レーザ制御部25に指示を与える。レーザ制御部25は、超短パルスレーザ11から出力される超短パルス光LAのピークパワー、パルス時間幅、繰り返し周期等を制御する。また、制御部24は、パルスピッカー12、出射シャッタ14、及びガルバノスキャナ19の動作を制御する。   The control unit 24 gives an instruction to the laser control unit 25 based on the setting information input from the input unit 7, the detection result from the power meter 22, and the like. The laser control unit 25 controls the peak power, pulse time width, repetition period, and the like of the ultrashort pulsed light LA output from the ultrashort pulse laser 11. Further, the control unit 24 controls operations of the pulse picker 12, the emission shutter 14, and the galvano scanner 19.

なお、本体部3には排気系統A1及び吸気系統A2が更に設けられている。排気系統A1は、載物台20が設けられた空間の真空吸着を行う。吸気系統A2は、該空間内にアシストガスを導入する。   The main body 3 is further provided with an exhaust system A1 and an intake system A2. The exhaust system A1 performs vacuum suction of the space in which the stage 20 is provided. The intake system A2 introduces assist gas into the space.

図3は、本実施形態に係る電極クリーニング方法を含む集積回路装置の製造方法を示すフローチャートである。この製造方法は、第1実装工程S11、洗浄工程S12、クリーニング工程S13、及び第2実装工程S14を含んでいる。また、図4(a)及び図4(b)は、第1実装工程S11及び第2実装工程S14を説明するための平面図である。   FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing method of the integrated circuit device including the electrode cleaning method according to the present embodiment. This manufacturing method includes a first mounting step S11, a cleaning step S12, a cleaning step S13, and a second mounting step S14. FIGS. 4A and 4B are plan views for explaining the first mounting step S11 and the second mounting step S14.

第1実装工程S11では、図4(a)に示されるように、電極30が設けられたパッケージ35内の電極30とは別の領域36において、第1の半導体集積回路素子37の表面実装を行う。パッケージ35は、例えばセラミックパッケージである。第1の半導体集積回路素子37は、例えばASIC(application specific integrated circuit、特定用途向け集積回路)である。第1の半導体集積回路素子37は、例えばフリップチップ実装(flip chip bonding;FCB)により実装される。また、この工程S11は加熱工程(具体的には、リフローの際の熱処理)を含む。   In the first mounting step S11, as shown in FIG. 4A, the surface mounting of the first semiconductor integrated circuit element 37 is performed in a region 36 different from the electrode 30 in the package 35 provided with the electrode 30. Do. The package 35 is a ceramic package, for example. The first semiconductor integrated circuit element 37 is, for example, an ASIC (application specific integrated circuit). The first semiconductor integrated circuit element 37 is mounted by, for example, flip chip bonding (FCB). Further, this step S11 includes a heating step (specifically, heat treatment during reflow).

次に、洗浄工程S12では、先の表面実装の際に用いられたはんだ材に含まれる水溶性フラックスを、水により洗浄する。続いて、クリーニング工程S13では、パッケージ35内の電極30に対し、前述したパルス光LC(図2を参照)を照射することにより、電極30の表層32の表面32a(図1を参照)のクリーニングを行う。続いて、第2実装工程S14では、図4(b)に示されるように、電極30と第2の半導体集積回路素子38とを、ボンディングワイヤ39を用いて電気的に接続する。その後、他の電気素子の実装やパッケージ35の封止等を行って、集積回路装置が完成する。   Next, in the washing step S12, the water-soluble flux contained in the solder material used in the previous surface mounting is washed with water. Subsequently, in the cleaning step S13, the surface 30a (see FIG. 1) of the surface layer 32 of the electrode 30 is cleaned by irradiating the electrode 30 in the package 35 with the pulsed light LC (see FIG. 2). I do. Subsequently, in the second mounting step S <b> 14, as shown in FIG. 4B, the electrode 30 and the second semiconductor integrated circuit element 38 are electrically connected using a bonding wire 39. Thereafter, other electrical elements are mounted, the package 35 is sealed, and the integrated circuit device is completed.

以上に説明した、本実施形態による電極のクリーニング方法及び集積回路装置の製造方法によって得られる効果について説明する。電極30の構造として、Ni及びNi合金の少なくとも一方(以下、Ni等)を含む下地層31と、下地層31上に設けられたAuを含む表層32とが存在する場合、例えば他の半導体集積回路素子37の実装の際に付着した水溶性フラックスを水により洗浄する工程S12、及び(又は)リフロー等の熱処理時における熱拡散に起因して、下地層31のNi等が表層32の表面32aに析出することがある。具体的には、洗浄工程S12後に残存した水分によって電池効果が生じ、Auを含む表層32上に下地層のNi等が析出し易くなる。また、第1実装工程S11におけるリフローの際の熱処理といった加熱工程におけるNiの熱拡散によっても同様にNi等の析出が生じる。Ni等の析出物は、ボンディングワイヤ39の端部と表層32との接合の妨げとなるので、クリーニングにより除去されることが望まれる。   The effects obtained by the electrode cleaning method and integrated circuit device manufacturing method according to the present embodiment described above will be described. When the base layer 31 including at least one of Ni and Ni alloy (hereinafter referred to as Ni) and the surface layer 32 including Au provided on the base layer 31 are present as the structure of the electrode 30, for example, other semiconductor integration The surface layer 32a of the surface layer 32 is caused by Ni or the like in the underlayer 31 due to thermal diffusion during the heat treatment such as step S12 in which the water-soluble flux attached when the circuit element 37 is mounted is washed with water and / or reflow. May precipitate. Specifically, the battery effect is generated by the moisture remaining after the cleaning step S12, and Ni or the like of the underlayer is easily deposited on the surface layer 32 containing Au. In addition, precipitation of Ni or the like similarly occurs due to thermal diffusion of Ni in a heating process such as a heat treatment during reflow in the first mounting process S11. Precipitates such as Ni hinder the bonding between the end portion of the bonding wire 39 and the surface layer 32, and therefore it is desirable to remove them by cleaning.

後述する実施例に示されるように、本発明者は、Auを含む表層32上に析出したNi等を除去する方法として、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光Lを照射することが極めて有効であることを見出した。すなわち、このような極めて短時間のパルス光Lは、パルス幅が短い故に高いピークパワーを持つ。言い換えれば、パルス光L全体のエネルギーを抑えつつ、ピークエネルギーを高めることができる。そして、その高いピークパワーにより加工閾値を大きく超えたエネルギーで電極をクリーニングすることができる。従って、これらのレーザから出射されたパルス光Lを表層32に照射することにより、パルス光Lに起因する発熱を抑制して他の半導体集積回路素子37へのダメージを抑えながら、Ni等の析出物に対するクリーニング能力を高めることができる。これにより、Ni等の析出物を短時間で除去できるので、電極30のクリーニングに要する時間を短くし、製造工程の作業時間を短縮することができる。   As shown in Examples described later, the inventor irradiates pulsed light L emitted from a femtosecond laser or a picosecond laser as a method for removing Ni or the like deposited on the surface layer 32 containing Au. Was found to be extremely effective. That is, such an extremely short-time pulsed light L has a high peak power because the pulse width is short. In other words, the peak energy can be increased while suppressing the energy of the entire pulsed light L. The electrode can be cleaned with energy that greatly exceeds the processing threshold due to the high peak power. Therefore, by irradiating the surface layer 32 with the pulsed light L emitted from these lasers, the heat generation due to the pulsed light L is suppressed and damage to other semiconductor integrated circuit elements 37 is suppressed, while precipitation of Ni or the like is performed. It is possible to improve the cleaning ability for objects. Thereby, since precipitates such as Ni can be removed in a short time, the time required for cleaning the electrode 30 can be shortened and the working time of the manufacturing process can be shortened.

また、本実施形態のように、パルス光Lの時間幅は100ピコ秒以下であってもよい。本発明者の知見によれば、このような極めて短時間のパルス光Lを照射することによって、Auを含む表層32上に析出したNi等をより効果的に除去することができる。   Further, as in the present embodiment, the time width of the pulsed light L may be 100 picoseconds or less. According to the knowledge of the present inventor, Ni or the like deposited on the surface layer 32 containing Au can be more effectively removed by irradiating the pulsed light L for such an extremely short time.

また、後述する実施例に示されるように、パルス光Lの波長は、YAGレーザの第二高調波に相当する波長(例えば515nm)であることが好ましい。このような波長のパルス光Lを照射することによって、Ni等をより効果的に除去することができる。   Further, as shown in the examples described later, the wavelength of the pulsed light L is preferably a wavelength corresponding to the second harmonic of the YAG laser (for example, 515 nm). By irradiating the pulsed light L having such a wavelength, Ni or the like can be more effectively removed.

(実施例)
ここで、上記実施形態に係る電極のクリーニング方法の一実施例及び比較例について説明する。図5は、本実施例及び比較例において用いられたクリーニング装置の照射条件(波長、繰り返し周波数、照射パワー若しくはエネルギー、スキャン速度、走査ライン間隔、及びビーム径)を示す図表である。同図に示されるように、本実施例では3つの照射条件(No.1、No.2、及びNo.3)で電極のクリーニングを行った。なお、上記実施例に係る照射条件No.1のパルス時間幅は0.8ピコ秒、照射条件No.2のパルス時間幅は0.8ピコ秒であった。また、比較例に係る照射条件No.3のパルス時間幅は1ナノ秒であった。
(Example)
Here, an example and a comparative example of the electrode cleaning method according to the embodiment will be described. FIG. 5 is a chart showing the irradiation conditions (wavelength, repetition frequency, irradiation power or energy, scanning speed, scanning line interval, and beam diameter) of the cleaning device used in this example and the comparative example. As shown in the figure, in this example, the electrodes were cleaned under three irradiation conditions (No. 1, No. 2, and No. 3). In addition, irradiation condition No. which concerns on the said Example. 1 has a pulse time width of 0.8 picoseconds and irradiation condition no. The pulse time width of 2 was 0.8 picoseconds. In addition, the irradiation condition no. The pulse time width of 3 was 1 nanosecond.

図6は、電極表面のオージェ分析結果を示す図表である。なお、検出深さは1nmであった。また、電極の下地層は無電解Niメッキ層(厚さ1.27〜8.89μm)、表層は無電解Auメッキ層(厚さ0.50μm)であった。また、図6の最下段(REF)は、第1実装工程S11の前のオージェ分析結果を示す。図6に示されるように、クリーニングを行っていない未照射の2つのサンプルでは、電極表面においてAuが全く検出されず、Ni、O、及びClが多く検出されている。これは、析出したNi系酸化物やフラックス残渣などが原因と考えられる。これに対し、ピコ秒レーザからのパルス光が照射されたNo.1及びNo.2の各2つのサンプルでは、これらの元素の検出量が大幅に減っており、Auの検出量が増えている。特に、Niが全く検出されていない。また、No.1のサンプルでは、上記実施形態のクリーニングによって第1実装工程S11の前(REF)と同等の表面状態となっている。このことから、上記実施形態のクリーニング方法は、電極表面のクリーニング(特に、Ni等の除去)に極めて有効であることがわかる。なお、ナノ秒レーザからのパルス光が照射された比較例に係るNo.3の2つのサンプルでは、或る程度のクリーニング効果が得られたものの、Ni、O、及びClの減少量はNo.1及びNo.2と比較して少なく、またNiが少量ながら検出されている。従って、No.1及びNo.2の照射条件によれば、No.3と比較して、極めて高いクリーニング効果を得ることができる。   FIG. 6 is a chart showing the results of Auger analysis of the electrode surface. The detection depth was 1 nm. The electrode underlayer was an electroless Ni plating layer (thickness 1.27 to 8.89 μm), and the surface layer was an electroless Au plating layer (thickness 0.50 μm). Further, the lowermost stage (REF) in FIG. 6 shows the Auger analysis result before the first mounting step S11. As shown in FIG. 6, in two unirradiated samples that have not been cleaned, Au is not detected at all on the electrode surface, and a lot of Ni, O, and Cl are detected. This is considered to be caused by precipitated Ni-based oxides or flux residues. In contrast, No. 1 irradiated with pulsed light from a picosecond laser was used. 1 and no. In each of the two samples of 2, the detection amount of these elements is greatly reduced, and the detection amount of Au is increased. In particular, Ni is not detected at all. No. In the sample 1, the surface state equivalent to that before the first mounting step S11 (REF) is obtained by the cleaning of the above embodiment. From this, it can be seen that the cleaning method of the above embodiment is extremely effective for cleaning the electrode surface (in particular, removal of Ni and the like). It should be noted that No. 1 in the comparative example irradiated with the pulsed light from the nanosecond laser. In the two samples of No. 3, although a certain degree of cleaning effect was obtained, the amount of decrease in Ni, O, and Cl was No. 3. 1 and no. Compared to 2, the amount of Ni is detected with a small amount. Therefore, no. 1 and no. According to the irradiation condition No. 2, Compared with 3, an extremely high cleaning effect can be obtained.

図7は、クリーニング前の電極表面E1と、本実施例(No.1)によるクリーニング方法を実施した後の電極表面E2とを拡大して示す画像である。また、図8は、クリーニング前の電極表面E3と、本実施例(No.2)によるクリーニング方法を実施した後の電極表面E4とを拡大して示す画像である。図7及び図8を参照すると、電極表面E2,E4では、電極表面E1,E3と比較してクリーニングが十分に行われていることがわかる。これに対し、図9は、クリーニング前の電極表面E5と、比較例(No.3)によるクリーニング方法を実施した後の電極表面E6とを拡大して示す画像である。図9を参照すると、電極表面E6では、電極表面E5と比較してクリーニングが不十分であることがわかる。   FIG. 7 is an enlarged image showing the electrode surface E1 before cleaning and the electrode surface E2 after performing the cleaning method according to this example (No. 1). FIG. 8 is an enlarged image of the electrode surface E3 before cleaning and the electrode surface E4 after performing the cleaning method according to this example (No. 2). 7 and 8, it can be seen that the electrode surfaces E2 and E4 are sufficiently cleaned compared to the electrode surfaces E1 and E3. In contrast, FIG. 9 is an enlarged image of the electrode surface E5 before cleaning and the electrode surface E6 after performing the cleaning method according to the comparative example (No. 3). Referring to FIG. 9, it can be seen that the electrode surface E6 is insufficiently cleaned as compared with the electrode surface E5.

図10は、本実施例によるクリーニング方法を実施後、電極表面に接合されたボンディングワイヤの強度試験(プル試験及びシェア試験)の結果を示すグラフである。図10には、パルス光のピークパワーを99.0mWから694.2mWまで変化させたとき、及び未照射のときのプル強度及びシェア強度が示されている。なお、各プル強度及び各シェア強度において、左側のグラフは平均値であり、右側のグラフは最小値である。また、図中の破線F1はプル強度の合格値であり、破線F2はシェア強度の合格値である。図10を参照すると、概ねパルス光のピークパワーが増すほど、プル強度及びシェア強度が向上していることがわかる。   FIG. 10 is a graph showing the results of the strength test (pull test and shear test) of the bonding wire bonded to the electrode surface after performing the cleaning method according to this example. FIG. 10 shows the pull intensity and the shear intensity when the peak power of the pulsed light is changed from 99.0 mW to 694.2 mW and when it is not irradiated. In each pull strength and each shear strength, the left graph is an average value, and the right graph is a minimum value. Moreover, the broken line F1 in a figure is a pass value of pull strength, and the broken line F2 is a pass value of shear strength. Referring to FIG. 10, it can be seen that the pull strength and the shear strength are improved as the peak power of the pulse light is increased.

1A…クリーニング装置、3…本体部、5…表示部、7…入力部、11…超短パルスレーザ、12…パルスピッカー、13…波長変換ユニット、14…出射シャッタ、18…ビームエキスパンダ、19…ガルバノスキャナ、20…載物台、21…移動・回転ステージ、22…パワーメータ、23…カメラ、24…制御部、25…レーザ制御部、30…電極、31…下地層、32…表層、32a…表面、35…パッケージ、37…第1の半導体集積回路素子、38…第2の半導体集積回路素子、39…ボンディングワイヤ、A1…排気系統、A2…吸気系統、L,LA,LA1,LA2,LB,LC…パルス光。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Cleaning apparatus, 3 ... Main-body part, 5 ... Display part, 7 ... Input part, 11 ... Ultra-short pulse laser, 12 ... Pulse picker, 13 ... Wavelength conversion unit, 14 ... Output shutter, 18 ... Beam expander, 19 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Galvano scanner, 20 ... Mounting stage, 21 ... Moving / rotating stage, 22 ... Power meter, 23 ... Camera, 24 ... Control part, 25 ... Laser control part, 30 ... Electrode, 31 ... Underlayer, 32 ... Surface layer, 32a ... surface, 35 ... package, 37 ... first semiconductor integrated circuit element, 38 ... second semiconductor integrated circuit element, 39 ... bonding wire, A1 ... exhaust system, A2 ... intake system, L, LA, LA1, LA2 , LB, LC: Pulse light.

Claims (5)

Ni及びNi合金の少なくとも一方を含む下地層と、前記下地層上に設けられたAuを含む表層とを有する電極の前記表層の表面に対し、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光を照射することにより、前記表層の表面に析出したNi及びNi合金の少なくとも一方を含む析出物を除去するための前記表層の表面のクリーニングを行うことを特徴とする、電極のクリーニング方法。 Pulse light emitted from a femtosecond laser or picosecond laser to the surface of the surface layer of an electrode having a base layer containing at least one of Ni and Ni alloy and a surface layer containing Au provided on the base layer Cleaning the surface of the surface layer to remove precipitates containing at least one of Ni and Ni alloy deposited on the surface of the surface layer by irradiating the surface of the electrode. 前記パルス光の時間幅は100ピコ秒以下であることを特徴とする、請求項1に記載の電極のクリーニング方法。   2. The electrode cleaning method according to claim 1, wherein a time width of the pulsed light is 100 picoseconds or less. 前記パルス光の波長は、YAGレーザの第二高調波に相当する波長であることを特徴とする、請求項1に記載の電極のクリーニング方法。   2. The electrode cleaning method according to claim 1, wherein the pulsed light has a wavelength corresponding to a second harmonic of a YAG laser. Ni及びNi合金の少なくとも一方を含む下地層と、前記下地層上に設けられたAuを含む表層とを有する電極が設けられたパッケージ内の前記電極とは別の領域に第1の半導体集積回路素子を表面実装する第1実装工程と、
前記パッケージ内の前記電極に対し、フェムト秒レーザ若しくはピコ秒レーザから出射されたパルス光を照射することにより、前記表層の表面に析出したNi及びNi合金の少なくとも一方を含む析出物を除去するための前記表層の表面のクリーニングを行うクリーニング工程と、
前記電極と第2の半導体集積回路素子とをワイヤボンディングにより電気的に接続する第2実装工程と、
を含むことを特徴とする、集積回路装置の製造方法。
A first semiconductor integrated circuit in a region different from the electrode in the package provided with an electrode having a base layer containing at least one of Ni and Ni alloy and a surface layer containing Au provided on the base layer A first mounting step for surface mounting the element;
In order to remove precipitates containing at least one of Ni and Ni alloy deposited on the surface of the surface layer by irradiating the electrodes in the package with pulsed light emitted from a femtosecond laser or picosecond laser. A cleaning step of cleaning the surface of the surface layer,
A second mounting step of electrically connecting the electrode and the second semiconductor integrated circuit element by wire bonding;
A method for manufacturing an integrated circuit device, comprising:
前記第1実装工程の後、前記クリーニング工程の前に、フラックスを水により洗浄する工程及び/又は加熱工程を更に含むことを特徴とする、請求項4に記載の集積回路装置の製造方法。   5. The method of manufacturing an integrated circuit device according to claim 4, further comprising a step of cleaning the flux with water and / or a heating step after the first mounting step and before the cleaning step.
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