KR19990062418A - 반도체 패키징 도구에서 이용되는 주형에서, 표면 오염 물질을제거하기 위한 시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 이용되는 주형에서의 그리이스, 왁스, 또는 잔존 수지(resin residue) 등과 같은 표면 오염 물질을 제거할 목적으로, 레이저를 이용한다. 레이저를 이용하는 오염 물질 제거 공정은, 오염 물질을 가지는 주형의 표면으로 레이저빔을 쏘는 것을 포함한다. 단지 짧은 기간을 지속하는 펄스(pulse)로써 레이저를 전달한다. 완전하게 오염 물질을 제거하기 위하여 다수의 펄스는 필요할 수 있다. 보통 각각 펄스에 대한 적용 범위 청소 영역은, 주형 표면의 전체 청소 영역 보다 훨씬 더 작기 때문에, 전체 주형 표면을 레이저에 노출시킬 때까지, 레이저빔을 주위에서 움직일 필요가 있다. 레이저가 오염 물질을 붕괴시킬 때, 증기를 생성시키기 때문에, 잔존하는 가스나 다른 부스러기 등을 제거하는데, 진공 청소기와 같은 유형을 이용하여야만 한다.

Description

반도체 패키징 도구에서 이용되는 주형에서, 표면 오염 물질을 제거하기 위한 시스템.

본 발명은 일반적으로 반도체 패키징(semiconductor packaging)의 분야에 관한 것으로써, 상세하게, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 이용되는 주형에서 표면 오염 물질을 제거하기 위한 레이저 청소 방법 및 시스템에 관한 것이다.

반도체 디바이스를 봉입(封入)하기 위한 공정(process)은 잘 공지(公知)되어 있다. 일반적으로 말하면, 전형(典型)적인 경우로써 공정은 두 개의 주형 절반(mould half) 등의 사이에 칩을 갖춘 기판(chip-carrying substrate)을 놓고, 주형 절반(mould half) 등을 닫으며, 강한 열과 압력 아래에서 수지(resin) 물질 유형을 주입함으로써, 수지(resin) 물질을 녹이고 경화시킨다. 일반적으로 상대적으로 짧은 시간에 많은 수의 디바이스를 처리한다는 점에서, 이상 말한 것은 상당히 양이 많은(high-volume) 공정이다.

캡슐에 넣는 공정(encapsulation process)은, 패키징 도구를 계속해서 작동시킨 몇 시간 후에, 상당히 두꺼워진 주형의 표면에 표면 오염 물질을, 종종 남긴다. 상기 오염 물질은 그리이스, 왁스, 또는 잔존 수지 등이 될 수 있다. 캡슐에 넣는 공정은 강한 열과 압력 아래에서 일어나기 때문에, 오염 물질은 강하게 표면에 붙어 있기 때문에, 오염 물질의 제거는 상당히 어려운 작업이 될 수 있다.

결과적으로, 상기 표면 오염 물질의 제거는 포함되는 공정이다. 요즘에는, 비어 있는 주형으로 말라민(malamine)이라고 불리는 물질을 주입하는 것에 의하여, 주형의 청소는 이루어지며, 강한 열과 압력 등에 말라민을 노출시키고, 그리고, 그 다음에 말라민을 고체로 응고시킨다. 상기 공정 중에, 오염 물질은 말라민 화합물과 반응하며, 오염 물질은 응고된 말라민 화합물의 표면에 접합한다. 한 번 응고되면, 말라민 화합물은 던져 버린다.

이상 말한 것은 공업에서 광범위하게 이용되는 주형 청소의 확립된 방법이지만, 다수의 결점을 가지고 있다. 하나를 들면, 시간을 낭비하는 것이며 ; 전체 공정은 2 시간 이상을 끌 수 있다. 고-생산성(high-volume production)이 최고로 중요한 공업에 있어서, 상기 시간의 소비는 상당히 많은 비용이 들 수 있다. 더욱이, 심지어 공정 후에 약간의 잔존하는 오염 물질이 남아 있다는 점에서, 청소 공정은 완전할 수 없다. 상기 잔존 물질은 결함이 있는 패키지가 될 수 있는 것처럼, 캡슐에 넣는 공정(encapsulation process)에 유해할 수 있다. 게다가, 청소 물질인 말라민은, 인간에 해로운 유독한 증기를 방출한다. 그러므로, 말라민 물질의 조심스런 다룸은 위험을 줄이는데 필요하다.

상기 이유 때문에, 공업에서 효과적인 청소 공정을 가질 필요가 크게 있다. 이상적으로, 상기 공정은 빠르고, 완전하고, 그리고 상대적으로 안전해야 한다. 하지만, 현재 반도체 패키지 공업에서 상기 청소 시스템을 따라 잡는데 있어서, 공업은 성공하지 못 하고 있다.

그러므로, 청소 공정이 빠르고, 완전하고, 그리고 상대적으로 안전한 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 이용되는 주형에서, 표면 오염 물질을 제거하기 위한 공정 및 시스템 등을 공급하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명은, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 이용되는 주형에서의 그리이스, 왁스, 또는 잔존 수지(resin residue) 등과 같은 표면 오염 물질을 제거할 목적으로, 레이저를 이용한다. 일반적으로, 레이저를 이용하는 오염 물질 제거 공정은, 오염 물질을 가지는 주형의 표면으로 레이저빔을 쏘는 것을 포함한다. 단지 짧은 기간, 예를 들면 23 nanoseconds(ns)를 지속하는 펄스(pulse)로써 레이저를 전달한다. 완전하게 오염 물질을 제거하기 위하여 다수의 펄스는 필요할 수 있다. 보통 각각 펄스에 대한 적용 범위 청소 영역은, 주형 표면의 전체 청소 영역 보다 훨씬 더 작기 때문에, 전체 주형 표면을 레이저에 노출시킬 때까지, 레이저빔을 주위에서 움직일 필요가 있다. 레이저가 오염 물질을 붕괴시킬 때, 증기를 생성시키기 때문에, 잔존하는 가스나 다른 부스러기 등을 제거하는데, 진공 청소기와 같은 유형을 이용하여야만 한다.

레이저 공정을 성공적으로 이용할 목적으로, 최적의 결과를 생성시키기 위하여, 다수의 인자(因子)(factor) 등을 고려해야만 한다. 하나를 들면, 공정은 상대적으로 빨라야 한다 -- 즉, 레이저는 표면 오염 물질을 제거하는데 엄청난 시간을 필요로 해서는 아니 된다. 또한, 제거 공정은 완전해야만 한다 -- 즉, 레이저는 모든 것, 또는 실질적으로 표면 오염 물질의 모든 것을 제거해야만 한다. 추가로, 제거 공정은 침입이 없어야만 한다 -- 즉, 어떤 실질적 방법으로 주형 표면에 해를 입혀서는 아니 된다.

최적의 결과를 생성시키기 위하여, 많은 레이저 파라미터 등을 제어해야만 한다. 예를 들며, 상기 파라미터는 레이저 유형, 파워 출력, 레이저 파장, 레이저 전달 유형(펄스 또는 지속파) 따위 등이다. 본 시스템에서, 많은 레이저 유형이 존재한다고는 하나, 같은 종류의 에너지 특징을 가지고, 코히어런트(coherent)가 아닌 펄스 레이저빔을 생성시키는 레이저를 이용하는 편이 낫다. 보다 높은 픽(peak) 파워에 대하여, 상기 조건은 레이저빔의 더 나은 제어를 가능하게 하며, 그러므로, 보다 낫은 오염 물질 제거 공정을 가능하게 한다. 다른 레이저 유형이 상기 특성을 잘 갖추었다고 하더라도, KrF 엑시머(excimer) 레이저는 상기 특성을 가지며, 그러므로, 선호되는 레이저 유형이다. 또한, 레이저 펄스는 23 ns 의 펄스 너비를 갖추는 것이 낫다.

오염 물질을 성공적으로 제거하기 위하여, 레이저빔은 특별한 파장에서 충분한 파워를 가져야만 한다. 레이저 응용에 있어서, 단위가 mJ/cm²인 영역에 의해서 나뉘어지는 에너지로써 정의되는 플루언스(fluence)에 관하여 정의한다. 일반적으로, 파장은 nanometer 또는 짧게 nm 에서 측정된다. 파장의 범위는 확실하게 가능함에도, 선호되는 파장은 248 nm 이다. 비슷하게, 파워 출력의 범위는 가능하다고 하나, 선호되는 파워 출력은 300 mJ/cm²이다.

오염 물질 밑에서 주형 표면에 해를 끼치는 파워 출력을 이용하지 않는 것이 중요하다. 해를 일으키는데 필요한 파워의 양은 부분적으로 레이저의 파장 및 레이저에 의해서 때려지는 물질의 유형과 성질 등에 의존한다.

248 nm 의 파장, 23 ns 의 펄스 너비, 1 cm²의 적용 범위를 가지는 펄스 청소 영역 및 300 mJ/cm²플루언스(fluence) 수준 등을 가지는 KrF 엑시머(excimer) 레이저와 같은 선호되는 설정에 있어서, 적용 범위의 청소 영역 내(內)에서 오염 물질 층의 완전한 제거를 확실하게 하기 위하여, 같은 위치에서 적어도 두 개의 펄스를 필요로 한다. 일반적으로, 오염 물질 층은 약 1 내지 2 마이크로미터의 두께이다. 약 24 시간의 주기 동안의 캡슐에 넣는 도구(encapsulation tool)의 지속적인 작동에서, 1 내지 2 마이크로미터의 오염 물질 두께는 형성된다. 더 긴 주기 동안 도구가 작동하게 될 경우에, 물론 오염 물질 층의 두께는 증가한다. 오염 물질 층의 다른 두께를 책임지기 위하여, 다른 파라미터의 어떤 것에서의 변화는 일어날지라도, 펄스 두께 또는 청소 영역 당(當) 펄스의 수 또는 두께나 수 등 둘 다 등에서, 어느 하나를 수정할 필요가 있다.

예처럼 1 내지 2 마이크로미터의 두께를 얻는다면, 상기에서 기술된 공정 파라미터를 이용하여서 약 2 내지 3 분 내(內)에서 전체의 주형 표면(약 468 cm²의 표면 청소 영역을 가진다)을 청소될 수 있다. 하지만, 청소하기 위한 전체의 시간을 감소시킬 목적으로, 적용 범위의 펄스 청소 영역은 증가할 수 있다. 기본적으로 적용 범위의 펄스 청소 영역은 레이저빔의 크기에 의하여 결정된다 ; 크기가 크면 클수록 각각 펄스에 의하여 적용되는 청소 영역도 커진다.

반도체 장치를 수용하기 위한 그리고 수지를 전달하기 위한 다양한 구멍을 주형 표면을 가지기 때문에, 주형 표면은 완전하게 평평하지 않다. 이 때에, 특히 레이저빔의 크기가 상당히 크면, 레이저 펄스는 동시에 다른 깊이의 두 개나 그 이상의 표면 등으로 노출된다. 일반적으로 레이저 에너지 레벨이 거리에 대하여 일정할지라도, 초점 길이는, 다른 깊이에 대한 레이저 에너지 레벨을 용이하게 다르게 할 수 있다. 초점 길이가 매우 작은 경우에, 차이(다름)는 중요할 수 있다. 상기 문제를 피하기 위하여, 오히려 매우 긴 초점 길이를 가지며, 조준된 빔(collimated beam)을 이용한다.

주형에서 구멍은, 레이저 청소 공정에 대한 추가의 문제를 하나 만든다. 주형의 주 표면에 수직인 측 벽을 구멍이 가지는 것은 일반적이다. 레이저가 주형의 표면에 수직으로 쏘아진다면, 빔이 실질적으로 측 벽에 평행일 때, 측 벽은 레이저빔에서 충분한 에너지를 수용하지 못 한다. 상기 문제를 피하기 위하여, 레이저빔이 주형의 표면에 대하여 어떤 각도로 쏘아지는 것이 오히려 낫다. 이러한 방법으로, 모든 표면은 레이저에서 충분한 에너지를 수용할 수 있다.

본 발명의 선호되는 실시예에서, 주형을 이용하는 반도체를 캡슐에 넣는 도구(semiconductor encapsulating tool)의 다음으로 조정될 수 있는 독립형 청소 시스템으로써, 레이저 청소 공정은 구현될 수 있다. 시스템에서, 의도되는 타깃에 도달하도록 몇몇의 거울을 통하여 레이저빔을 향하게 한다. 시스템에서, 캡슐에 넣는 기계(encapsulating machine)의 주형 절반 등의 사이에 거울을 위치시킨다. 어떠한 각도로 정확하게 거울을 돌릴 수 있는, 그리고 또한 주형의 표면에 평행인 평면의 어떠한 위치에 정확하게 거울을 바꿀 수 있는 로버트 아암(robotic arm)에 거울은 붙어 있다. 로버트 아암(robotic arm)을 용이하게 위치시키는 X - Y 테이블에 로버트 아암(robotic arm)은 붙어 있다. 일련의 다른 거울을 통하여 향하게 되는 레이저빔을 거울은 받아들인다.

청소 기계를 작동시키기 위하여, 독립형 유닛(standalone unit)을 주형 기계에서 가깝도록 조정된다. 로버트 아암(robotic arm)은 두 개의 주형 절반 등의 사이에 뻗어 있고, 주형 표면의 기준 점에 거울을 정렬시킨다. 한 번 정렬되면, 주형의 표면에서 일련의 거울을 통하여 청소 영역으로 향하는 레이저빔의 두 개 펄스 등을 레이저 생성기는 방출하다. 오염 물질의 층을 분해시킬 때, 흡입 시스템은 증기나 다른 부스러기 등을 빨아들인다. 청소 영역에 대한 오염 물질이 제거되면, X - Y 테이블은 다음의 위치로 움직이며, 제거 공정은 다시 초기화된다. 주형의 표면이 흠 잡을 데 없을 때까지, 공정은 스스로 반복된다.

도 1 은, 일반적으로 반도체 패키징(semiconductor packaging) 기계에서 이용되는 주형 조립품에 가깝게 서 있는 본 발명의 선호되는 실시예의 도해이다.

도 2 는, 본 발명의 선호되는 실시예에 대한 빔(beam) 전달 부속품의 도해이다.

도 3 은, 본 발명의 선호되는 실시예에 대한 X - Y 테이블(X - Y table)의 도해이다.

도 4 는, 본 발명의 레이저 청소 공정의 영향을 받기 전에, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 기계에서 이용되는 주형에서 보통 찾을 수 있는 오염 물질 층의 깊이 특징을 설명하는 오제 전자 분광(Auger electron spectroscopy, AES) 스펙트럼 그래프이다.

도 5 는, 본 발명의 레이저 청소 공정의 영향을 받은 후에, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 기계에서 이용되는 주형에서 보통 찾을 수 있는 오염 물질 층의 깊이 특징을 설명하는 오제 전자 분광(Auger electron spectroscopy, AES) 스펙트럼 그래프이다.

도 6 는, 한 시간동안 계속해서 본 발명의 레이저 청소 공정의 영향을 받은 후에, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 기계에서 이용되는 주형에서 보통 찾을 수 있는 오염 물질 층의 깊이 특징을 설명하는 오제 전자 분광(Auger electron spectroscopy, AES) 스펙트럼 그래프이다.

* 부호 설명

1 : 독립형 청소 시스템(standalone cleaning system)

2 : 레이저빔(laser beam)

5, 10 : 주형 절반(mould half)

5a, 5b : 주형의 표면

30 : 렌즈 1

35 : 렌즈 2

50 : X - Y 테이블(X - Y table)

52 : 로버트 아암(robotic arm)

60 : 반도체를 캡슐에 넣는 도구(semiconductor encapsulating tool)

본 발명은, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 이용되는 주형에서의 그리이스, 왁스, 또는 잔존 수지(resin residue) 등과 같은 표면 오염 물질을 제거할 목적으로, 레이저를 이용한다. 일반적으로, 레이저를 이용하는 오염 물질 제거 공정은, 오염 물질을 가지는 주형의 표면으로 레이저빔을 쏘는 것을 포함한다. 단지 짧은 기간, 예를 들면 23 nanoseconds(ns)를 지속하는 펄스(pulse)로써 레이저를 전달한다. 완전하게 오염 물질을 제거하기 위하여 다수의 펄스는 필요할 수 있다. 보통 각각 펄스에 대한 적용 범위 청소 영역은, 주형 표면의 전체 청소 영역 보다 훨씬 더 작기 때문에, 전체 주형 표면을 레이저에 노출시킬 때까지, 레이저빔을 주위에서 움직일 필요가 있다. 레이저가 오염 물질을 붕괴시킬 때, 증기를 생성시키기 때문에, 잔존하는 가스나 다른 부스러기 등을 제거하는데, 진공 청소기와 같은 유형을 이용하여야만 한다.

레이저 공정을 성공적으로 이용할 목적으로, 최적의 결과를 생성시키기 위하여, 다수의 인자(因子)(factor) 등을 고려해야만 한다. 하나를 들면, 공정은 상대적으로 빨라야 한다 -- 즉, 레이저는 표면 오염 물질을 제거하는데 엄청난 시간을 필요로 해서는 아니 된다. 레이저에 대하여 선택되는 파라미터에 의존하면서, 제거의 속도가 다양해질 수 있음에도, 오히려, 단 하나의 주형 절반에서 오염 물질의 모두를 제거하는데 필요한 기간이 단지 5 분이도록, 파라미터를 선택해야만 한다.

또한, 제거 공정은 완전해야만 한다 -- 즉, 레이저는 모든 것, 또는 실질적으로 표면 오염 물질의 모든 것을 제거해야만 한다. 물론, 필요로 하는 완전함의 레벨은 공정의 조건(명세)에 의존한다. 추가로, 제거 공정은 침입이 없어야만 한다 -- 즉, 어떤 실질적 방법으로 주형 표면에 해를 입혀서는 아니 된다. 예를 들어, 일반적으로 주형의 표면은 철 기면(基面, substrate) 위에 크롬 코팅을 가지며, 그리고, 레이저빔이 상기 코팅을 벗긴다든지 밑에 놓인 기면에 해를 일으키지 않는 것이 중요하다. 그리고, 마지막으로, 공정은 상대적으로 레이저 청소 시스템을 작동시키는 사람에게 안전해야만 한다.

최적의 결과를 생성시키기 위하여, 많은 레이저 파라미터 등을 제어해야만 한다. 예를 들며, 상기 파라미터는 레이저 유형, 파워 출력, 레이저 파장, 레이저 전달 유형(펄스 또는 지속파) 따위 등이다. 본 시스템에서, 많은 레이저 유형이 존재한다고는 하나, 같은 종류의 에너지 특징을 가지고, 코히어런트(coherent)가 아닌 펄스 레이저빔을 생성시키는 레이저를 이용하는 편이 낫다. 보다 높은 픽(peak) 파워에 대하여, 상기 조건은 레이저빔의 더 나은 제어를 가능하게 하며, 그러므로, 보다 낫은 오염 물질 제거 공정을 가능하게 한다. 다른 레이저 유형이 상기 특성을 잘 갖추었다고 하더라도, KrF 엑시머(excimer) 레이저는 상기 특성을 가지며, 그러므로, 선호되는 레이저 유형이다. 또한, 레이저 펄스는 23 ns 의 펄스 너비를 갖추는 것이 낫다.

주형의 표면에서 오염 물질의 제거를 위하여 하나 이상의 레이저 타입을 최적화 할 수 없음을 실험은 보여주고 있다. 예를 들어, 7 nano-second 의 펄스 너비를 두 개의 빔은 가지는데, 532 nm 파장을 가지는 빔인 YAG 레이저빔과 그리고 1064 nm 파장을 가지는 또 하나의 빔 등을 이용하는 실험은, 최적의 결과를 생성시키지 않는다. 왜냐하면, 표면의 오염 물질을 제거하는 동안에, 레이저빔은 쉽게 주형의 표면에 해를 끼치며, 바람직하지 않는 높은 결과를 낸다.

오염 물질을 성공적으로 제거하기 위하여, 레이저빔은 특별한 파장에서 충분한 파워를 가져야만 한다. 레이저 응용에 있어서, 단위가 mJ/cm²인 영역에 의해서 나뉘어지는 에너지로써 정의되는 플루언스(fluence)에 관하여 정의한다. 일반적으로, 파장은 nanometer 또는 짧게 nm 에서 측정된다. 파장의 범위는 확실하게 가능함에도, 선호되는 파장은 248 nm 이다. 비슷하게, 파워 출력의 범위도 가능하다고 하나, 선호되는 파워 출력은 300 mJ/cm²이다.

바람직한 파장과 파워 출력 등을 선택하는 것은 중요하고, 그리고, 몇몇의 인자(因子)(factor) 등을 고려해야만 한다. 파장에 대하여, 오염 물질에 의하여 충분한 에너지 흡수가 있을 정도는 아니어야만 한다. 본 응용에 대하여, 248 nm 는 충분하다는 것을 알려져 있다. 파워 출력에 대하여, 오염 물질을 제거하는데 최소 문턱 전압을 파워는 넘어서야 한다. 뭍턱은 주로 오염 물질의 화학결합에 의존한다. 일반적으로, 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구의 주형 표면에서 발견되는 오염 물질 유형, 보통 탄소에 바탕을 둔 그리이스, 왁스, 또는 잔존 수지(resin residue) 등에 대하여, 일반적으로 문턱은 248 nm 의 파장에 약 150 mJ/cm²에서 발견된다.

하지만, 제거 속도는 느릴 수 있고, 또한 제거 공정은 완전할 수 없기 때문에, 즉, 어떤 잔존 물질은 남을 수 있고, 그러므로, 완전한 제거에 대하여 많은 펄스가 필요할 수 있기 때문에, 오염 물질의 제거에 충분하다 하나, 최소 파워 출력은 최적화 될 수 없다, 그러므로, 공정의 속도를 높이기 위하여, 최소 문턱 보다 높은 레이저를 작동시키는 것은 바람직하다. 추가로, 레이저에 대하여 더 짧은 파장을 이용하는 것에 의하여 제거 공정은 증가할 수 있고, 그러므로, 레이저 흡수의 양은 증가한다.

더 높은 파워가 제거 속도를 증가시킬 수 있고, 그러므로, 일반적으로 바람직할 지라도, 오염 물질 밑의 주형 표면에 해를 끼치는 파워 출력을 이용하지 않는 것이 중요하다. 다시, 해를 일으키는 필요한 파워의 양은 부분적으로 레이저 파장과 타입과 레이저에 의하여 때려지는 물질의 성질 등에 의존한다. 반도체 패키징(semiconductor packaging) 공업에 이용되는 주형의 경우에 있어서, 일반적으로 철 기면(steel substrate)에 코팅되는 2 내지 3 마이크로미터의 크롬을, 주형이 가진다. 기면에 대한 공통의 물질은 AST 분말 고속도강(high-speed steel)이다. 상기 상태에서, 크롬 코팅 또는 강 기면(steel substrate) 등에서 레이저가 어떠한 붕괴를 일으키지 않는 것이 중요하다. 청소 공정이 크롬 코팅을 벗기지 않는 것이 특히 중요하다.

밑에 있는 물질에 해를 가하는 가능성과 관계된 파워 출력을 분석하는 두 개의 개념은, 열 확산 길이 μ와 주형의 표면에서의 온도 상승 ㅿT 등이며, 두 개의 개념은 당해(當該) 기술자에게 잘 알려져 있다. 본 경우에 있어서 μ 는 크롬 코팅의 두께보다 작은 1,42 마이크로미터라는 것은 실험적으로 결정되어 있다. 일반적으로, 본 경우에 있어서 특히 작은 μ를 가지는 것이 바람직하며, μ는 크롬 코팅의 두께를 초과하지 않는 것이 낫다.

섭씨 400 도 보다 높은 평균 온도 상승 후에, 일반적으로 크롬 코팅과 밑에 있는 강 기면 등의 사이에서 열 확산 차이는 중요하며, 그리고, 상기 레벨을 초과하는 온도 상승을 일으키는 파워 출력을 피하는 것이 바람직하다. 23 ns 의 펄스 너비와 200 mJ/cm²등의 레이저 플루언스(fluence)는 섭씨 175 도의 평균 온도 상승을 일으키며, 그리고 같은 펄스 너비와 300 mJ/cm²등의 레이저 플루언스(fluence)는 섭씨 227 도의 평균 온도 상승을 일으키며, 양쪽 다 400 도 상승의 바람직하지 않은 레벨의 밑이다. 섭씨 400 도의 온도 상승을 일으키는 정확한 출력 레벨은 확실하게 공지되어있지 않지만, 주형 표면에서의 해는 약 1500 mJ/cm²의 플루언스(fluence) 출력에서 일어난다.

248 nm 의 파장, 23 ns 의 펄스 너비, 1 cm²의 적용 범위를 가지는 펄스 영역 및 300 mJ/cm²플루언스(fluence) 수준 등을 가지는 KrF 엑시머(excimer) 레이저와 같은 선호되는 설정에 있어서, 적용 범위의 청소 영역 내(內)에서 오염 물질 층의 완전한 제거를 확실하게 하기 위하여, 같은 위치에서 적어도 두 개의 펄스를 필요로 한다. 일반적으로, 오염 물질 층은 약 1 내지 2 마이크로미터의 두께이다. 약 24 시간의 주기 동안의 캡슐에 넣는 도구(encapsulation tool)의 지속적인 작동에서, 1 내지 2 마이크로미터의 오염 물질 두께는 형성된다. 더 긴 주기 동안 도구가 작동하게 될 경우에, 물론 오염 물질 층의 두께는 증가한다. 오염 물질 층의 다른 두께를 책임지기 위하여, 다른 파라미터의 어떤 것에서의 변화는 일어날지라도, 펄스 두께 또는 청소 영역 당(當) 펄스의 수 또는 두께나 수 등 둘 다 등에서, 어느 하나를 수정할 필요가 있다. 예를 들면, 오염 물질 층은 4 마이크로미터보다 2 배로 두껍다면, 펄스 나비는 2 배가 될 필요가 있고, 또는 가능한 한 두 배 대신에 4 배일 필요가 있다. 하지만, 공정이 전체적으로 선형이 아니기 때문에, 오염 물질 층 두께의 두 배는 공정 파라미터의 두 배를 필요로 한다. 그러므로, 적용 범위의 주어진 청소 영역에서 오염 물질 층의 효과적인 제거를 위하여 필요한 최적의 펄스 나비 및 펄스의 수를 몇몇의 실험에서 찾을 필요가 있다.

예처럼 1 내지 2 마이크로미터의 두께를 얻는다면, 상기에서 기술된 공정 파라미터를 이용하여서 약 2 내지 3 분 내(內)에서 전체의 주형 표면(약 468 cm²의 표면 청소 영역을 가진다)을 청소될 수 있다. 하지만, 청소하기 위한 전체의 시간을 감소시킬 목적으로, 적용 범위의 펄스 청소 영역은 증가할 수 있다. 기본적으로 적용 범위의 펄스 청소 영역은 레이저빔의 크기에 의하여 결정된다 ; 크기가 크면 클수록 각각 펄스에 의하여 적용되는 청소 영역도 커진다. 하지만, 플루언스(fluence)는 표면 청소 영역에 의하여 분리된 레이저 에너지로써 정의되기 때문에, 같은 플루언스(fluence)를 유지한다면, 펄스에 의한 적용 범위의 청소 영역을 증가시키는 것은 펄스에 의한 레이저 에너지의 증가를 필요로 한다. 얼마 만큼 적용 범위의 청소 영역이 큰 가에 의존해서, 좀 더 강력한 레이저 생성기가 필요할 수 있다. 물론, 다수 빔으로 나눌 수 있는 다수 레이저 생성기 및 더 강력한 레이저가 필요하더라도, 청소 시간을 줄이는 또 하나의 방법은 서로 다른 청소 영역에 쏘아대는 다수의 레이저빔을 갖춘다.

반도체 장치를 수용하기 위한 그리고 수지를 전달하기 위한 다양한 구멍을 주형 표면을 가지기 때문에, 주형 표면은 완전하게 평평하지 않다. 이 때에, 특히 레이저빔의 크기가 상당히 크면, 레이저 펄스는 동시에 다른 깊이의 두 개나 그 이상의 표면 등으로 노출된다. 일반적으로 레이저 에너지 레벨이 거리에 대하여 일정할지라도, 초점 길이는, 다른 깊이에 대한 레이저 에너지 레벨을 용이하게 다르게 할 수 있다. 초점 길이가 매우 작은 경우에, 차이(다름)는 중요할 수 있다. 상기 문제를 피하기 위하여, 오히려 매우 긴 초점 길이를 가지며, 조준된 빔(collimated beam)을 이용한다. 예에서처럼, 전형적인 주형은 약 5 mm 의 깊이인 구멍을 가진다. 155 mm 초점 길이가 선택된다면, 다른 깊이에 전달되는 에너지의 차이는, 받아들이는 차이는 단지 약 6.8 % 이다. 물론, 차이는 보다 큰 촛점 길이에 의해서 줄 수 있다.

주형에서 구멍은, 레이저 청소 공정에 대한 추가의 문제를 하나 만든다. 주형의 주 표면에 수직인 측 벽을 구멍이 가지는 것은 일반적이다. 레이저가 주형의 표면에 수직으로 쏘아진다면, 빔이 실질적으로 측 벽에 평행일 때, 측 벽은 레이저빔에서 충분한 에너지를 수용하지 못 한다. 상기 문제를 피하기 위하여, 레이저빔이 주형의 표면에 대하여 어떤 각도로 쏘아지는 것이 오히려 낫다. 이러한 방법으로, 모든 표면은 레이저에서 충분한 에너지를 수용할 수 있다. 레이저의 정렬은 다소 각각 레이저 펄스에 대하여 적용 범위의 청소 영역을 증가시키더라도, 이것은 중요하지 않고, 또한 펄스의 레이저 레벨을 증가시키는 것에 의하여 수정할 수 있다.

도 4 내지 도 6 는, 상기에서 기술된 청소 공정의 효과를 설명한다. 도 4 내지 도 6 는, 다른 깊이에서 물질의 합성을 분석하는데 이용되는 이용될 수 있는 오제 전자 분광(Auger electron spectroscopy, AES) 스펙트럼 그래프이다. AES 기술은 일반적으로 당해(當該) 기술자에 공지(公知)되어 있다.

도 4 는, 주형이 레이저 청소 공정의 영향을 받기 전에, 크롬 코팅을 가지는 주형의 표면에서 찾을 수 있는 실질적인 오염 물질 층의 합성을 설명하는 그래프이다. 각각의 곡선은 위층 표면 밑에 특별한 깊이를 나타낸다. 그러므로, 이 경우에 0 의 깊이는 오염 물질 층의 가장 위층이다. 각각의 픽(peak)는 특별한 물질의 존재를 지적한다. ; 일반적으로 픽이 높으면 높을수록 존재가 커진다. C라고 표시된 픽은 탄소의 존재를 지적하고 ; Cr 라고 표시된 픽은 크롬의 존재를 ; O라고 표시된 픽은 산화물 형태의 산소의 존재를 지적한다. 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 발견되는 오염 물질의 많은 양은 탄소를 지니며, 그러므로, 탄소의 많은 존재는 오염 물질의 높은 레벨을 지적한다. 레이저가 표면에서 산화를 일으킬 때, 일반적으로 산화물의 존재는 크롬 코팅의 표면에서 일어나는 해를 지적한다. 또한, 어떤 산화물은 오염 물질 자체에서 나온다. 다른 면에서, 이것이 주형 표면에 대한 코팅 물질이기 때문에, 크롬의 존재는 바람직하다. 도 4 의 그래프에서 보이듯이, 거의 104 nm 까지의 탄소의 높은 레벨이 있다.

도 4 의 그래프와 도 5 의 그래프 등의 비교에서, 도 5 는 레이저 청소 공정의 영향을 받은 후에, 오염 물질 층의 합성을 설명한다. 탄소의 낮은 레벨은 층의 가장 위층에서 단지 찾을 수 있고, 그리고, 중요하게도 깊이에 있어서 수 nm 후에 레벨의 떨어짐을 찾을 수 있다는 것이 주목한다. 다른 면에서, 전체의 층을 통하여 크롬의 높은 레벨이 있다. 산화물의 어떤 레벨은 위층에 가까운 곳에서 찾을 수 있으며, 크롬 표면에 해가 없다는 것을 지적하는 것이며, 하지만, 측정 단계의 청소 단계에서 주형의 이동 중에 산화물을 흡수한다는 것을 지적한다.

본 발명의 선호되는 실시예에서, 도 1 의 도해에서처럼, 주형을 이용하는 반도체를 캡슐에 넣는 도구(60)(semiconductor encapsulating tool)의 다음으로 조정될 수 있는 독립형 청소 시스템(1)(standalone cleaning system)으로써, 레이저 청소 공정은 구현될 수 있다. 당해(當該) 기술 종사자 중에서 하나는 확실하게 많은 방식을 평가하더라도, 상기 공정은 구현될 수 있으며, 선호되는 구현은 도 1, 도 2, 도 3 등에서 설명된다.

도 2 의 도해에서처럼, 의도되는 타깃에 도달하도록 몇몇의 거울을 통하여 레이저빔(2)을 향하게 한다. 레이저 생성기(20)(laser generator)는 펄스 레이저 빔(2)을 생성시키며, 펄스 레이저 빔(2)은 거울 m1 으로 빔의 일부분을 나누는 빔스플리터(beamsplitter)로 향하게 하며, 거울 m1 은 거울 m2 로 빔(2)을 향하게 한다. 빔의 다른 일부분은 레이저의 파워 레벨을 감시하는데 이용된다. 거울 m2 는 빔(2)을 거울 m3 로 다시 향하게 하며, 거울 m3 는 렌즈 1(30) 과 렌즈 2(35) 등으로 향하게 한다. 렌즈 1 과 렌즈 2 등은 빔(2) 를 조준하며, 그 후로 빔(2)는 거울 m4 를 친다. 거울 m4 는 주형의 표면으로 빔(2)를 다시 향하게 한다. 물론 필요한 거울의 수는 시스템의 구조와 특별한 경로에서 빔을 향하게 할 필요 등에 의존하지만, 레이저 청소 공정에 합병되지 않는다.

도 1 과 도 3 등에서 지금 언급된 것처럼, 거울 m4 는 주형 절반(5, 10) 등의 사이에 위치된다. 어떠한 각도로 정확하게 거울 m4 를 돌릴 수 있는, 그리고 또한 주형(5, 10)의 표면(5a, 5b)에 평행인 평면의 어떠한 위치에 정확하게 거울을 바꿀 수 있는 로버트 아암(robotic arm)에 거울 m4 는 붙어 있다. 로버트 아암(robotic arm)을 용이하게 위치시키는 X - Y 테이블(50)에 로버트 아암(robotic arm)은 붙어 있다.

도 3 은, 도 1 의 X - Y 테이블(50)의 도해를 설명한다. 보여지듯이, X - Y 테이블(50)에 붙어 있는 로버트 아암(52)(robotic arm)에, 거울 m4 는 붙어 있다. 도 2 에서 보여지듯이 거울 m3, 거울 m2, 거울 m1 등을 통하여 방향을 잡는 레이저빔(2)을, 거울 m4 는 받아들인다.

도 1, 도 2 및 도 3 등에서 지금 언급된 것처럼, 청소 시스템을 작동시키기 위하여, 독립형 유닛 1(standalone unit)을 주형 기계(60)에서 가깝도록 조정된다. 로버트 아암(52)(robotic arm)은 두 개의 주형 절반(5, 10) 등의 사이에 뻗어 있고, 로버트 아암(52)(robotic arm)은 주형(10) 표면의 기준 점에 거울 m4 를 정렬시킨다. 한 번 정렬되면, 주형(10)의 표면에서 일련의 거울 m1, m2, m3 및 m4 등을 통하여 청소 영역으로 방향을 잡는 레이저빔(2)의 두 개 펄스 등을, 레이저 생성기(20)는 방출하다. 상기에서 기술된 것처럼, 주형의 표면으로 레이저가 방향을 잡는 각도와 레이저의 에너지 레벨 등은 이용되고 있는 주형의 타입에 다소 의존한다. 오염 물질의 층을 분해시킬 때, 흡입 시스템(보이지 않음)은 증기나 다른 부스러기 등을 빨아들인다. 청소 영역에 대한 오염 물질이 제거되면, X - Y 테이블은 다음의 위치로 움직이며, 제거 공정은 다시 초기화된다. 주형의 표면이 흠 잡을 데 없을 때까지, 공정은 스스로 반복된다. 이제부터, 주형(5)의 위쪽으로 레이저빔이 방향을 잡도록 거울 m4 는 회전되고, 그리고 청소 공정은 주형(10) 밑쪽에 대하여 적용되는 같은 공정에 의하여 반복된다.

여기서 레이저 청소 시스템의 선호되는 실시예가 독립형 시스템이더라도, 독립형 시스템이 캡슐에 넣는 도구(encapsulating tool) 자체에 합체됨이 쉽다는 것을 평가해야만 한다. 그리고 여기에 단 하나의 레이저 시스템을 들었지만, 동시에 몇몇의 주형을 청소하는 다수의 유닛을 가짐이 가능하다. 게다가, 위쪽 주형과 아래쪽 주형 등을 동시에 청소할 수 있도록, 단 하나의 레이저빔을 다수의 빔으로 나눌 수 있다.

그러므로, 본 발명은, 중심적인 특징이나 정신에서 벗어남 없이 다른 특별한 형에서 구현될 수 있다. 그러므로, 설명된 것처럼, 그리고 제한없이 모든 점에서 본 실시예는 고려될 수 있으며, 뒤따르는 청구항과 의미 내에서 나타나는 모든 변화 등에 의하여 발명의 범위는 지적되며, 그러므로, 청구항과 동등한 범위를 포함할 수 있다.

Claims (24)

1. 반도체 패키징(semiconductor packaging) 도구에서 이용되는 주형에서 표면 오염 물질을 제거하는 시스템에 있어서 :

   레이저빔을 생성시키기 위한 레이저 생성기(laser gererator) ; 그리고,

   주형 표면에서 적용 범위의 청소 영역으로 상기 빔을 향하게 하는 수단 등을 포함하고 ;

   레이저의 상기 빔은 실질적으로 상기 적용 범위의 모든 청소 영역을 제거하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 빔스플리터와 레이저빔의 파워를 감시하기 위한 수단 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 빔을 조준하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 오염 물질은 그리이스, 왁스, 또는 잔존 수지(resin residue) 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수단은 하나 이상의 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 주형의 표면의 어떤 방향으로도 빔을 향하게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 주형의 표면의 어떤 방향으로도 빔을 향하게 하는 상기 수단은 X - Y 테이블(X -Y table)인 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 독립형 시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 증기와 부스러기 등을 제거하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는 KrF 엑시머(excimer) 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 149 내지 301 mJ/cm²의 파워 영역 등의 사이에서 상기 레이저빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저빔을 248 nanometers 의 파장으로 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 레이저빔은 23 nanoseconds 의 펄스 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저빔을 주형의 표면으로 어떤 각도로 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 레이저빔을 조준하는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 적용 범위의 청소 영역은 대략 1 cm²인 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 주형의 표면에서 모든 오염 물질을 제거하기 위한 총 시간은 5 분 보다 작은 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제 3 항에 있어서, 상기 레이저는 KrF 엑시머(excimer) 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제 18 항에 있어서, 149 내지 301 mJ/cm²의 파워 영역 등의 사이에서 상기 레이저빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 레이저빔을 248 nanometers 의 파장으로 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 레이저빔은 23 nanoseconds 의 펄스 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 레이저빔을 주형의 표면으로 어떤 각도로 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 적용 범위의 청소 영역은 대략 1 cm²인 것을 특징으로 하는 시스템.
24. 제 23 항에 있어서, 주형의 표면에서 모든 오염 물질을 제거하기 위한 총 시간은 5 분 보다 작은 것을 특징으로 하는 시스템.