TW201707081A - 利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備 - Google Patents

Abstract

一種利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，包含有一容置有一半導體元件的腔室以及一設置於該腔室內之電漿清潔組件，該電漿清潔組件包含有一第一電極管體、一同軸設於該第一電極管體內的一絕緣管體，以及一第二電極管體，該第二電極管體設置於該絕緣管體內，且接收一奈秒等級的電脈衝，並點燃由該第一電極管體進入該第二電極管體的一工作氣體，藉此產生一冷電漿，以對該半導體元件進行清潔。本案利用管狀結構配合奈秒等級的該電脈衝點燃該工作氣體產生該冷電漿對該半導體元件進行清潔。

Description

利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備

本發明係有關一種半導體元件清潔設備，尤指一種利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備。

半導體製程設備中，係使用矽半導體元件作為半導體元件，而於半導體元件上進行金屬導線的佈置，配合不同絕緣材料或金屬離子的使用，以做成各種不同用途的晶片。

一般來說，製程經常會使用化學氣相沉積、物理氣相沉積、蒸鍍或濺鍍等方法來達到各種不同的佈線，亦會經常使用不同形式的光阻以及遮蔽材料作為輔助，以達到在設定位置進行佈線的目的。在完成所需佈線後，必須去除光阻或遮蔽材料才能繼續進行晶片的製備。舉例來說，目前現有的技術經常使用濕式蝕刻或乾式蝕刻的方式來去除光阻及遮蔽材料；另外，亦有使用電漿的方式來去除半導體元件上的殘留物質。電漿之清潔方法係於一腔體內設置一非反應的金屬平台，並將待清潔的半導體元件置放於該金屬平台上，接著將一射頻電源對準將該金屬平台，並以該金屬平台作為陽極，配合特定氣體產生電漿，而轟擊位於金屬平台上的半導體元件，藉此達到清潔之目的。然而，這樣的做法所導致的高溫往往造成半導體元件上已經製作完成的金屬導線發生「再濺鍍」的現象 ，如此便會造成半導體元件之元件電性不佳的問題，進而影響整體良率。

如美國發明專利公開第US2005/0189075號之「Pre-clean chamber with wafer heating apparatus and method of use」，其係揭露了一種利用加熱裝置進行前處理室的半導體元件清潔方法，透過預先設置加熱裝置的方式，控制電漿產生時熱度的問題。而降低再濺鍍的狀況。然而，不論是習知技術或者上述之美國專利案，仍將會有熱度的產生，隨著半導體製程的廣泛應用，未來將會有可能應用在不耐高溫製程的材料上，如何在侷限的溫度內達到有效的製程清潔效果，係為業者所共同努力之目標。除此之外，隨著技術的成熟，半導體製程中之線寬亦不斷地下降，其所產生的凹槽與間隙亦越來越小，利用一般的乾濕式蝕刻或加熱型電漿所能達到的清潔效果將更為有限。該如何有效增加清潔能力且不影響已於半導體元件上已完成之佈線電路，亦為研發人員之共同目標。

本發明之主要目的，在於降低電漿清潔設備所產生之熱源對於半導體製程中之半導體元件的影響。

本發明之另一目的，在於解決隨著線寬下降而越來越難以清除半導體元件上之殘留物質的問題。

為達上述目的，本發明提供一種利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其包含有一腔室以及一設置於該腔室內之電漿清潔組件，該腔室係容置有待清潔的一半導體元件，該電漿清潔組件包含有一第一電極管體、一同軸設於該第一電極管體內的絕緣管體，以及一第二電極管體。該第一電極管體包含有一第一電極內壁面以及一設於該第一電極管體一端的連通出口，一工作氣體係通過該第一電極內壁面往該連通出口方向進行輸送；該絕緣管體同軸於該第一電極管體且設於該第一電極內壁面，且該絕緣管體包含有一絕緣內壁面以及一相鄰該連通出口的電漿出口；該第二電極管體同軸於該第一電極管體且設於該絕緣內壁面，該第二電極管體係接收一奈秒等級的電脈衝，並點燃進入該第二電極管體的該工作氣體，產生一冷電漿，而由該電漿出口進行輸出對該半導體元件進行清潔。其中，該冷電漿之出射方向係與該半導體元件之平面方向具有一傾斜角，該傾斜角小於90度。

由上述說明可知，本發明具有下列特點：

一、利用管狀之電漿設備，配合工作氣體以壓力進入該第一電極管體並將所產生之冷電漿，將提供優良的清潔效果，特別適用於細線寬覆晶(flip-chip)或採用立體封裝(3D flip-chip)技術之半導體結構。

二、本發明由該電漿出口的氣流強迫噴射出該冷電漿的方式以及傾斜角度設計，對半導體元件的縫細/孔細處進行清潔，將可避免因使用傳統低真空電漿的電場牽引所產生之電漿流向無法有效進入清洗和電場垂直的縫細/孔細處問題。

三、本發明使用奈秒等級的高電壓短脈衝作為該第二電極管體點燃該工作氣體產生常溫常壓電漿的方式，而有效降低熱能的產生。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖示說明如下：

請配合參閱「圖1」及「圖2」所示，本發明為一種利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其包含有一腔室10以及一設置於該腔室10內之電漿清潔組件20，該腔室10係容置有待清潔的一半導體元件11，該電漿清潔組件20包含有一第一電極管體21、一同軸設於該第一電極管體21內的絕緣管體22，以及一第二電極管體23。該第一電極管體21包含有一第一電極內壁面211以及一設於該第一電極管體21一端的連通出口212，一工作氣體30係通過該第一電極內壁面211往該連通出口212方向進行輸送，於本實施例中，該工作氣體30係由外部供應源(未圖示)提供，並由遠離該連通出口212之一端進入該第一電極管體21內；該絕緣管體22同軸於該第一電極管體21且設於該第一電極內壁面211，且該絕緣管體22包含有一絕緣內壁面221以及一相鄰該連通出口212的電漿出口222；該第二電極管體23同軸於該第一電極管體21且設於該絕緣內壁面221，該第二電極管體23係接收一奈秒等級的電脈衝，並點燃進入該第二電極管體23的該工作氣體30，產生一冷電漿40，而由該電漿出口222進行輸出對該半導體元件11進行清潔。其中，該冷電漿40之出射方向係與該半導體元件11之平面方向具有一傾斜角50，該傾斜角50小於90度。除此之外，本發明所稱之該冷電漿40係指電漿具有常溫常壓之特性，與一般高溫高壓所產生之電漿不同。

於本發明中，該工作氣體30係可為惰性氣體，特別是氦氣或氬氣，除此之外，亦可混和氧氣與惰性氣體作為該工作氣體30，如氧氣混和氦氣或氧氣混和氬氣，端看使用需求而定。而該第一電極管體21與該第二電極管體23之材質可為良好導電功能之金屬，該絕緣管體22於本實施例中則為陶瓷材質，而達到良好絕緣之效果。該電脈衝係屬於高電壓短脈衝形式，其寬度小於100奈秒，其頻率介於0.5kHz至2kHz，其電壓介於6kV～10kV，而於本實施例中，係透過一導電線60電性連接於該第二電極管體23遠離該電漿出口222之一側，且該導電線60由該絕緣內壁面221往遠離該電漿出口222之方向延伸至該絕緣管體22外，藉此將該電脈衝引入至該第二電極管體23。

更進一步說明，於本實施例中，該絕緣管體22之軸向長度小於該第一電極管體21之軸向長度，且該絕緣管體22更具有一設置於該絕緣內壁面221及該連通出口212之間的厚絕緣部223，以形成該電漿出口222，該絕緣內壁面221之口徑大於該電漿出口222之口徑，而該第二電極管體23係設置於該絕緣內壁面221相鄰該厚絕緣部223之位置，且該第二電極管體23之內管徑小於該絕緣內壁面221及該電漿出口222之口徑，其中該第一電極管體之口徑介於50um~2000um之間，且所產生之電漿長度介於1cm ～5 cm之間。

請配合參閱「圖2」所示，該工作氣體30於本實施例中係由外部提供並進入該第一電極管體21內，且係由該第一電極內壁面211往該連通出口212的方向輸送，最後沿著該絕緣管體22到達該第二電極管體23，該第二電極管體23由於週期性產生之該電脈衝而點燃該工作氣體30，進而產生該冷電漿40，接著由於該工作氣體30仍不斷的進行輸送，由壓力推動的狀況下，該冷電漿40便會由該電漿出口222進行輸出，且於本實施例中，該冷電漿40係以火炬的方式由該電漿出口222輸出，而對該半導體元件11進行清潔。需說明的是，利用本發明之結構所產生之該冷電漿40，不需經過高壓高溫的過程，而具有室溫且於一大氣壓下便可產生之特性，因此相當適合於不耐高溫或容易因為高溫而變化之製程上。需特別說明的是，於本實施例中，該第一電極管體21之軸心方向係與該半導體元件11之平面方向具有一傾斜角50，且該傾斜角50小於90度，藉此可將該冷電漿40以傾斜於該半導體元件11的方向射出，加強該冷電漿40之流動散佈能力，進而達到加強清潔該半導體元件11之效果。

再請配合參閱「圖3」所示，其係為本發明之第二實施例，除了上述改變該電漿清潔組件20的軸向設置方向之外，亦可利用一設置於該電漿出口222之斜向導引板70，便可導引該冷電漿40以斜向射出對該半導體元件11進行清潔。除此之外，請配合參閱「圖4」所示，其係為本發明之第三實施例，該電漿出口222的平面方向與該第一電極管體21及該絕緣管體22之軸向方向具有該傾斜角50，使該冷電漿40由該電漿出口222以斜向射出對該半導體元件11進行清潔。

而除了對一般進行製程或前製程之該半導體元件11進行清潔之外，請參閱「圖5」所示，由於該冷電漿40之常溫特性，本發明亦可使用於覆晶（Flip-Chip）封裝之該半導體元件11清潔，特別是晶片112和晶片112或晶片112和基板113接合的縫細或孔細處。因此進行銲點111連接後之晶片112，仍可透過本發明之該冷電漿40達到清潔之效果，以去除晶片112在製程中所受到的污染，以去除晶片在製程中所受到的污染，而不會因為清潔之環境因素造成晶片之銲點發生變化之問題。

綜上所述，本發明具有下列特點：

一、利用管狀之電漿設備，配合工作氣體以壓力進入該第一電極管體並將所產生之該冷電漿，將提供優良的清潔效果，特別適用於細線寬覆晶(flip-chip)或採用立體封裝(3D flip-chip)技術之半導體結構。

二、本發明由該電漿出口的氣流強迫噴射出該冷電漿的方式以及傾斜角度設計，對半導體元件的縫細/孔細處進行清潔，將可避免因使用傳統低真空電漿的電場牽引所產生之電漿流向無法有效進入清洗和電場垂直的縫細/孔細處問題。

三、本發明使用奈秒等級的高電壓短脈衝作為該第二電極管體點燃該工作氣體產生常溫常壓電漿的方式，而有效降低熱能的產生。

因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈  鈞局早日賜准專利，實感德便。

10．．．腔室
11．．．半導體元件
111．．．焊點
112．．．晶片
113．．．基板
20．．．電漿清潔組件
21．．．第一電極管體
211．．．第一電極內壁面
212．．．連通出口
22．．．絕緣管體
221．．．絕緣內壁面
222．．．電漿出口
223．．．厚絕緣部
23．．．第二電極管體
30．．．工作氣體
40．．．冷電漿
50．．．傾斜角
60．．．導電線
70．．．斜向導引板

圖1，為本發明第一實施例之剖面示意圖。 圖2，為本發明第一實施例之使用狀態示意圖。 圖3，為本發明第二實施例之剖面示意圖。 圖4，為本發明第三實施例之剖面示意圖。 圖5，為本發明第五實施例之剖面示意圖。

10‧‧‧腔室

11‧‧‧半導體元件

111‧‧‧焊點

112‧‧‧晶片

113‧‧‧基板

20‧‧‧電漿清潔組件

21‧‧‧第一電極管體

211‧‧‧第一電極內壁面

212‧‧‧連通出口

22‧‧‧絕緣管體

221‧‧‧絕緣內壁面

222‧‧‧電漿出口

223‧‧‧厚絕緣部

23‧‧‧第二電極管體

50‧‧‧傾斜角

60‧‧‧導電線

Claims (10)

1. 一種利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其包含有： 一腔室，係容置有待清潔的一半導體元件；以及 一設置於該腔室內之電漿清潔組件，該電漿清潔組件包含有： 一第一電極管體，包含有一第一電極內壁面以及一設於該第一電極管體一端的連通出口，一工作氣體係通過該第一電極內壁面往該連通出口方向進行輸送； 一同軸於該第一電極管體且設於該第一電極內壁面的絕緣管體，其包含有一絕緣內壁面以及一相鄰該連通出口的電漿出口；以及 一同軸於該第一電極管體且設於該絕緣內壁面的第二電極管體，其係接收一奈秒等級的電脈衝，並點燃進入該第二電極管體的該工作氣體，產生一冷電漿，而由該電漿出口進行輸出對該半導體元件進行清潔； 其中，該冷電漿之出射方向係與該半導體元件之平面方向具有一傾斜角，該傾斜角小於90度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該絕緣管體之軸向長度小於該第一電極管體之軸向長度，且該絕緣管體更具有一設置於該絕緣內壁面及該連通出口之間的厚絕緣部，以形成該電漿出口，該絕緣內壁面之口徑大於該電漿出口之口徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該第二電極管體係設置於該絕緣內壁面相鄰該厚絕緣部之位置，且該第二電極管體之內管徑小於該絕緣內壁面及該電漿出口之口徑。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該工作氣體係為氧氣與惰性氣體之混和氣體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該工作氣體係為選自於氦氣與氬氣之任一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該電脈衝之寬度小於100奈秒，其頻率介於0.5kHz至2kHz，其電壓介於6kV～10kV。
7. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中更具有一電性連接於該第二電極管體遠離該電漿出口之一側的導電線，該導電線更由該絕緣內壁面往遠離該電漿出口之方向延伸至該絕緣管體外。
8. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該第一電極管體之軸心方向係與該半導體元件之平面方向具有該傾斜角，使該冷電漿由該電漿出口以斜向射出對該半導體元件進行清潔。
9. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中更具有一設置於該電漿出口的斜向導引板，該斜向導引板導引該冷電漿以該傾斜角射出對該半導體元件進行清潔。
10. 如申請專利範圍第1項所述之利用冷電漿進行半導體元件清潔的設備，其中該電漿出口的平面方向與該第一電極管體及該絕緣管體之軸向方向具有該傾斜角，使該冷電漿由該電漿出口以斜向射出對該半導體元件進行清潔。