KR102881202B1 - 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치 및 방법

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KR102881202B1
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는: 가열 판, 가열 판 위로 웨이퍼 샘플을 지지하기 위한 샘플 판, 및 샘플 판 위의 전자 부착 핀 판을 포함하며, 가열 판은 위 아래로 이동하며, 샘플 판을 접촉하고 가열할 수 있도록 구성된다.

Description

웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR WAFER OXIDE REMOVAL AND REFLOW TREATMENT}
본 발명은 웨이퍼 처리에 관한 것이며, 특히 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리에 관한 것이다.
웨이퍼 범핑은 내부 리드 접합을 위해 칩 접합 패드들 상에 두꺼운 금속 범프들을 만들기 위해 사용되는 프로세스이다. 범프들은 일반적으로 패드들 상에 솔더를 증착시키고 그 후 합금을 행하기 위해서 및 솔더 범프의 형태를 버섯-형에서 반구-형으로 변경하기 위해 리플로잉(본원에서 제1 리플로우로 지칭함)함으로써 만들어진다. 제1-리플로잉된 범프들을 가진 칩은 기판 상에서 솔더 습윤 가능 단자들의 풋프린트에 대응하기 위해 "플리핑(flip)"되며 그 후 솔더 이음부들을 형성하기 위해 제2 리플로우를 겪는다.
리플로우 및 솔더링은 솔더 이음부들을 만들기 위해 전자 구성요소들의 조립 시 중요한 프로세싱 단계들이다. 용어 "리플로우"는 예를 들어, 열 에너지와 같은 에너지 소스의 인가 시 기판 상에서 이전 도포된 솔더가 녹아 흐르게 하기 위한 프로세스를 나타낸다.
이음 표면들 상에서 용융된 솔더의 양호한 습윤을 보장하도록, 솔더 및 비금속(base metal) 상에 초기 표면 산화물들을 제거하기 위해 및 응고 전에 표면들을 깨끗한 상태에서 유지하기 위해 유기 플럭스들이 통상적으로 솔더 페이스트들에 함유된다.
전자(electron) 부착이 이 기술분야에 알려져 있다.
본 개시는 웨이퍼 범핑/리플로우를 위해, 특히 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위해 배치 무플럭스(batch fluxless) 프로세스를 제공하는 것을 목표로 한다. 본 개시는 또한 샘플 판의 고속 가열 및 냉각을 제공하는 것을 목표로 한다.
본 개시는 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는, 가열 판, 가열 판 위로 웨이퍼 샘플을 지지하기 위한 샘플 판, 및 샘플 판 위의 전자 부착 핀 판을 포함하며, 상기 가열 판은 위 아래로 이동하며, 샘플 판을 접촉하고 가열할 수 있도록 구성된다.
본 개시는 또한 본 개시의 장치를 갖고 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은, 샘플 판 상에서 웨이퍼 샘플의 표면이 전자 부착에 의해 처리될 전자 부착 핀 판에 충분히 가까울 때까지 샘플 판을 접촉하고 들어올리기 위해 가열 판을 위로 이동시키는 것, 가열 판이 샘플 판과 접촉할 때 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플을 가열하는 것, 전자 부착에 의해 웨이퍼 샘플의 표면상에서 산화물을 제거하는 것, 및 샘플 판이 선반 위에 있고 가열 판으로부터 분리될 때까지 가열 판을 아래로 이동시키는 것을 포함한다.
장치 및 방법을 이용하여, 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리가 이를테면, 길이 및/또는 폭 및/또는 직경 12"까지의 웨이퍼에 대해, 단계별 프로세싱에 의해 수행될 수 있다. 리플로잉 후 가열 판으로부터 웨이퍼 샘플을 지지하는 샘플 판의 분리가 빠르고 제어된 샘플 냉각을 위해 이행된다.
도 1은 본 개시의 장치의 구조를 보여주는 도면이다; 및
도 2는 본 개시의 장치의 구조를 보여주는 또 다른 도면이다.
일 양상에서, 본 개시는 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 가열 판, 가열 판 위로 웨이퍼 샘플을 지지하기 위한 샘플 판, 및 샘플 판 위의 전자 부착 핀 판을 포함하며, 가열 판은 위 아래로 이동하며, 샘플 판을 접촉하고 가열할 수 있도록 구성된다.
일 양상에서, 가열 판은 또한 회전할 수 있도록 구성된다. 샘플 판을 지지하는 가열 판의 회전은 샘플 표면의 균일한 산화물 제거를 제공할 수 있다.
일 양상에서, 가열 판은 위 아래 이동 및/또는 회전을 위해 에어 실린더들 또는 나사 막대들에 의해 제어된다.
일 양상에서, 가열 판은 최대 50℃/분의 가열 속도로 500℃까지의 온도로 샘플 판을 접촉하고 가열할 수 있다.
일 양상에서, 장치는 샘플 판을 지지하기 위한 선반을 추가로 포함하며, 선반은 샘플 판과 가열 판 사이에 위치되고 가열 판이 샘플 판을 들어올리는 것을 허용하도록 구성된다.
일 양상에서, 선반은 전자 부착 핀 판으로부터 분리되어, 샘플 판이 선반 위에 있을 때, 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 전자 부착 핀 판의 핀 팁들 간의 갭이 10mm보다 크도록 한다.
일 양상에서, 샘플 판, 및 전자 부착 핀 판은 챔버에 포함된다.
일 양상에서, 전자 부착 핀 판은 산화물들을 금속으로 환원하고 수증기를 생성하도록 수소 음이온들을 생성하기 위해 수소 분자들과 충돌하는 전자들을 방출할 수 있다.
일 양상에서, 장치는 전자 부착 핀 판, 고 전압 전원 공급장치, 및 펄스 발생기를 포함한 전자 부착 키트를 포함한다.
일 양상에서, 장치는 가열 판 및 가열 제어 수단을 포함한 가열 서브시스템을 포함한다.
일 양상에서, 가열 판은 실리콘 질화물로 만들어진다.
일 양상에서, 장치는 N2, H2, 또는 그 혼합물의 가스 전달 수단을 포함한다.
일 양상에서, 장치는 H2 또는 O2 함량, 가스 유량, 챔버 압력, 온도, 또는 냉각 수 흐름을 모니터링하기 위한 모니터링 시스템을 포함한다.
일 양상에서, 장치는 챔버의 안쪽을 모니터링하기 위해 카메라 또는 비디오를 포함한다.
일 양상에서, 본 개시는 본 개시에 따른 장치를 갖고 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 샘플 판 상에서 웨이퍼 샘플의 표면이 전자 부착에 의해 처리될 전자 부착 핀 판에 충분히 가까울 때까지 샘플 판을 접촉하고 이를 들어올리기 위해 가열 판을 위로 이동시키는 것, 가열 판이 샘플 판과 접촉할 때 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플을 가열하는 것, 전자 부착에 의해 웨이퍼 샘플의 표면상에서의 산화물을 제거하는 것, 및 샘플 판이 선반 위에 있으며 가열 판으로부터 분리될 때까지 가열 판을 아래로 이동시키는 것을 포함한다.
가열 판이 아래로 이동함에 따라 샘플 판이 선반 위에 있을 때, 샘플 판은 가열 판으로부터 분리된다. 리플로잉 후 가열 판으로부터 웨이퍼 샘플을 지지하는 샘플 판의 분리는 빠르고 제어된 샘플 냉각을 위해 이행된다.
일 양상에서, 웨이퍼 샘플은 최대 50℃/분의 가열 속도로 500℃까지의 온도로 가열된다.
일 양상에서, 가열 판은 균일한 산화물 제거를 얻기 위해 회전된다. 가열 판이 샘플 판을 지지할 때, 샘플 판을 지지하는 가열 판의 회전은 샘플 표면의 균일한 산화물 제거를 제공할 수 있다.
일 양상에서, 샘플 판은 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 전자 부착 핀 판의 핀 팁들 간의 갭이 10mm 이하일 때까지 가열 판에 의해 들어올려진다.
일 양상에서, 가열 판, 샘플 판, 및 전자 부착 핀 판이 챔버에 포함되며, 챔버는 10ppm 이하의 산소 함량을 달성하기 위해 진공 하에 있거나 또는 N2를 포함하며, 그 후 N2/H2 혼합 가스로 스위칭된다.
일 양상에서, 장치는 전자 부착을 위해 양의 및 음의 전력 공급장치 및 펄스 발생기를 포함하고, 가열 판, 샘플 판, 및 전자 부차 핀 판이 챔버에 포함되며, 상기 방법은 다음의 단계들: 챔버를 정화하기 위해 N2 퍼징을 턴 온하는 단계, O2를 미리 결정된 값(예컨대, 20ppm) 아래로 유지하면서, 가열 판 및 샘플 판을 위로 이동시키는 단계, H2/N2 가스 혼합물을 가열하고 전달하는 것을 시작하는 단계, 가열 판의 회전을 턴 온하는 단계, 양의 및 음의 전력 공급장치를 가능화하는 단계, 펄스 발생기를 스위칭 온하는 단계, H2/N2 가스 혼합물을 스위칭 오프하는 단계 및 다시 N2 퍼징으로 스위칭하는 단계, 펄스 발생기를 스위칭 오프하는 단계, 회전을 턴 오프하는 단계, 리플로우 처리를 위해 미리 결정된 리플로우 온도(예컨대, 260℃)로 계속해서 가열하는 단계, 및 리플로우 처리의 완료 후, 가열 판을 샘플 판으로부터 멀리 아래로 이동시키는 단계를 포함한다.
전체 프로세스는 예열, 전자 부착 탈산(온도 소킹(soaking) 및 전자 부착 안정화를 포함함), 리플로우 및 냉각을 포함하여 1시간 내에 완료될 수 있으며, 저-비용 프로세스이다.
장치 또는 방법은 환경 친화적이며, 소-규모 배치 프로세스에 적용 가능하다. 장치 또는 방법은 R&D 센터들, 대학들, 연구소들 및 IC 패키징 회사들에서와 같은, R&D 목적들에 적합하다.
참조가 도 1에 대해 이루어진다. 도 1은 본 개시의 장치의 구조를 보여주는 도면이다. 장치는 가열 판(1), 가열 판 위로 웨이퍼 샘플을 지지하기 위한 샘플 판(2), 샘플 판 위의 전자 부착 핀 판(3), 및 샘플 판을 지지하기 위한 선반(4)을 포함한다. 가열 판(1)은 위 아래로 이동하며, 샘플 판(2)을 접촉하고 가열할 수 있도록 구성된다. 가열 판(1)은 또한 회전할 수 있다. 가열 판(1)은 위 아래 이동 및/또는 회전을 위해 에어 실린더들 또는 나사 막대들에 의해 제어된다. 선반(4)은 샘플 판(2)과 가열 판(1) 사이에 위치되며 가열 판(1)이 샘플 판(2)을 들어올리는 것을 허용하도록 구성된다. 선반(4)은 전자 부착 핀 판(3)으로부터 분리되어, 샘플 판(2)이 선반 위에 있을 때, 샘플 판(2) 상에서의 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 전자 부착 핀 판(3)의 핀 팁들 간의 갭이 10mm보다 크도록 한다. 전자 부착 핀 판(3)은 산화물들을 금속으로 환원하고 수증기를 생성하도록 수소 음이온들을 생성하기 위해 수소 분자들과 충돌하는 전자들을 방출할 수 있다.
도 2는 본 개시의 장치의 구조를 보여주는 또 다른 도면이다. 가열 판, 샘플 판, 및 전자 부착 핀 판이 챔버(5)에 포함된다.
장치는 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 방법에서 사용될 수 있다. 방법은 다음의 단계들: 샘플 판(2) 상에서의 웨이퍼 샘플의 표면이 전자 부착에 의해 처리될 전자 부착 핀 판(3)에 충분히 가까울 때까지 샘플 판(2)을 접촉하고 들어올리도록 가열 판(1)을 위로 이동시키는 단계 - 예를 들어, 샘플 판(2)은 샘플 판(2) 상에서의 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 전자 부착 핀 판(3)의 핀 팁들 간의 갭이 10mm 이하일 때까지 가열 판(1)에 의해 들러올려진다 -; 가열 판(1)이 샘플 판(2)과 접촉할 때 샘플 판(2) 상에서의 웨이퍼 샘플을 가열하는 단계; 전자 부착에 의해 웨이퍼 샘플의 표면상에 있는 산화물을 제거하는 단계; 및 샘플 판(2)이 선반 위에 있으며 가열 판(1)으로부터 분리될 때까지 가열 판(1)을 아래로 이동시키는 단계를 포함한다. 가열 판(1)은 균일한 산화물 제거를 얻기 위해 회전될 수 있다.
방법은 구체적으로 다음의 단계들을 포함할 수 있다: 챔버를 정화하기 위해 N2 퍼징을 턴 온하는 단계; O2를 미리 결정된 값(예컨대, 20ppm) 아래로 유지하는 동안, 가열 판 및 샘플 판을 위로 이동시키는 단계; H2/N2 가스 혼합물을 가열하고 전달하는 것을 시작하는 단계; 가열 판의 회전을 턴 온하는 단계; 양의 및 음의 전력 공급장치를 가능화하는 단계; 펄스 발생기를 스위칭 온하는 단계; H2/N2 가스 혼합물을 스위칭 오프하며 다시 N2 퍼징으로 스위칭하는 단계; 펄스 발생기를 스위칭 오프하는 단계; 회전을 턴 오프하는 단계; 리플로우 처리를 위해 미리 결정된 리플로우 온도(예컨대, 260℃)로 계속해서 가열하는 단계; 리플로우 처리의 완료 후, 샘플 판으로부터 멀리 가열 판을 아래로 이동시키는 단계.
본 발명은 도면들에 의해 묘사된 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되지만, 다양한 수정들이 본 발명의 사상 또는 범위 내에서 가능하다는 것이 이해된다.

Claims (20)

  1. 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 장치로서,
    가열 판,
    상기 가열 판 위로 웨이퍼 샘플을 지지하기 위한 샘플 판,
    상기 샘플 판 위의 전자 부착 핀 판, 및
    상기 샘플 판을 지지하기 위한 선반으로서, 상기 선반은 상기 샘플 판과 상기 가열 판 사이에 위치되고 상기 가열 판이 상기 샘플 판을 들어올리는 것을 허용하도록 구성되는, 선반을 포함하며,
    상기 가열 판은 위 아래로 이동하며, 상기 샘플 판을 접촉하고 가열할 수 있도록 구성되고,
    상기 샘플 판은, 상기 샘플 판 상에서의 상기 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 상기 전자 부착 핀 판의 핀 팁들 간의 갭이 10mm 이하일 때까지, 상기 가열 판에 의해 들어올려지도록 구성되는 것인, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 판은 또한 회전할 수 있도록 구성되는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가열 판은 위 아래 이동 및/또는 회전을 위해 에어 실린더들 또는 나사 막대들에 의해 제어되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열 판은 최대 50℃/분의 가열 속도로 500℃까지의 온도로 상기 샘플 판을 접촉하고 가열할 수 있는, 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선반은 상기 전자 부착 핀 판으로부터 분리되어, 상기 샘플 판이 상기 선반 위에 있을 때, 상기 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 상기 전자 부착 핀 판의 핀 팁들 간의 갭이 10mm보다 크도록 하는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열 판, 상기 샘플 판, 및 상기 전자 부착 핀 판은 챔버에 포함되는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자 부착 핀 판은 산화물들을 금속으로 환원하고 수증기를 생성하도록 수소 음이온들을 생성하기 위해 수소 분자들과 충돌하는 전자들을 방출할 수 있는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 전자 부착 핀 판, 고 전압 전원 공급장치, 및 펄스 발생기를 포함한 전자 부착 키트를 포함하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 가열 판 및 가열 제어 수단을 포함한 가열 서브시스템을 포함하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가열 판은 실리콘 질화물로 만들어지는, 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 N2, H2, 또는 그 혼합물의 가스 전달 수단을 포함하는, 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 장치는 H2 또는 O2 함량, 가스 유량, 챔버 압력, 온도, 또는 냉각 수 흐름을 모니터링하기 위한 모니터링 시스템을 포함하는, 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 장치는 상기 챔버의 안쪽을 모니터링하기 위해 카메라 또는 비디오를 포함하는, 장치.
  15. 제1항에 따른 장치를 이용한 웨이퍼 산화물 제거 및 리플로우 처리를 위한 방법으로서,
    샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플의 표면이 전자 부착에 의해 처리될 전자 부착 핀 판에 충분히 가까울 때까지 상기 샘플 판을 접촉하고 들어올리도록 상기 가열 판을 위로 이동시키는 단계;
    상기 가열 판이 상기 샘플 판과 접촉할 때 상기 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플을 가열하는 단계;
    전자 부착에 의해 상기 웨이퍼 샘플의 표면상에서 산화물을 제거하는 단계; 및
    상기 샘플 판이 선반 위에 있으며 상기 가열 판으로부터 분리될 때까지 상기 가열 판을 아래로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 웨이퍼 샘플은 최대 50℃/분의 가열 속도로 500℃까지의 온도로 가열되는, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 가열 판은 균일한 산화물 제거를 얻기 위해 회전되는, 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 샘플 판은 상기 샘플 판 상에서의 웨이퍼 샘플의 샘플 표면과 상기 전자 부착 핀 판의 핀 팁들 간의 갭이 10mm 이하일 때까지 상기 가열 판에 의해 들어올려지는, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 가열 판, 상기 샘플 판, 및 상기 전자 부착 핀 판은 챔버에 포함되며, 상기 챔버는 10ppm 이하의 산소 함량을 달성하기 위해 진공 하에 있거나 N2를 포함하며, 그 후 N2/H2 혼합 가스로 스위칭되는, 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 장치는 상기 전자 부착을 위해 양의 및 음의 전력 공급장치 및 펄스 발생기를 포함하고, 상기 가열 판, 상기 샘플 판, 및 상기 전자 부착 핀 판은 챔버에 포함되며, 상기 방법은 다음의 단계들:
    상기 챔버를 정화하기 위해 N2 퍼징을 턴 온하는 단계;
    O2를 미리 결정된 값(예컨대, 20ppm) 아래로 유지하는 동안, 상기 가열 판 및 샘플 판을 위로 이동시키는 단계;
    H2/N2 가스 혼합물을 가열하고 전달하는 것을 시작하는 단계;
    상기 가열 판의 회전을 턴 온하는 단계;
    상기 양의 및 음의 전력 공급장치를 가능화하는 단계;
    상기 펄스 발생기를 스위칭 온하는 단계;
    H2/N2 가스 혼합물을 스위칭 오프하고 다시 N2 퍼징으로 스위칭하는 단계;
    상기 펄스 발생기를 스위칭 오프하는 단계;
    상기 회전을 턴 오프하는 단계;
    리플로우 처리를 위해 미리 결정된 리플로우 온도(예컨대, 260℃)로 계속해서 가열하는 단계;
    상기 리플로우 처리의 완료 후, 상기 샘플 판으로부터 멀어지도록 상기 가열 판을 아래로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
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