TW202144093A - 大氣電漿清洗裝置 - Google Patents

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莊鑫毅
阿納克 亞根 沙根 戴威 阿福亞提
張耿嘉
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Abstract

一種電漿清洗裝置，其連接於氣體來源，包括：清洗裝置本體，其具有氣體供給腔、電離部和氣體排出腔，所述電離部設置於所述氣體供給腔和所述氣體排出腔之間，所述氣體供給腔容納由氣體來源輸入的氣體並用於將所述氣體供給至所述電離部，所述電離部具有相對設置並且保持一定的間距的第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極連接於電源，所述氣體排出腔容納在所述第一電極與所述第二電極之間通電後進行的電極反應而生成的電漿氣體；噴射部，其連接至所述清洗裝置本體，所述噴射部具有可使所述電漿氣體通過的噴射通孔以及連通於所述噴射通孔與所述氣體排出腔之間的蓄積腔，所述噴射通孔將所述氣體排出腔與所述噴射部外部連通，所述電漿清洗裝置的大氣放電適用於規模化連續工業生產，無需昂貴的真空設備，降低了成本。

Description

大氣電漿清洗裝置
本申請涉及整合電路製造技術領域，特別涉及一種半導體裝置生產過程中的電漿清洗裝置。
在半導體裝置生產過程中會受到各種有害污染物或侵蝕劑，半導體裝置例如晶圓晶粒表面會存在各種微粒、金屬離子、有機物及殘留的磨料顆粒等沾汙雜質，如果不能將這些污染物和侵蝕劑徹底清除則會對半導體裝置的特性、品質、可靠度及成品率產生很大影響。電漿清洗已經成為傳統清洗技術（如機械清洗、水洗與溶劑清洗）之外表面處理一種重要的製程過程。電漿清洗通過使用由氣體物質產生的高能電漿從半導體裝置的表面區域去除顆粒、雜質和污染物。電漿清洗可以有效處理傳統清洗無法清除的表面污染物，提高接合操作的效率與操作的穩定性。然而目前的電漿清洗處理需要在真空環境下進行，不同階段的半導體裝置均要被送至真空環境下進行加熱清洗，這使得設備昂貴、製程過程複雜、生產效率低以及能耗高。
同時，利用電漿清洗雖然可以去除半導體裝置表面的污染物，但半導體裝置與離子清洗機的電極接觸容易出現尖端放電，局部打火的現象，從而導致半導體裝置帶電，對半導體裝置易造成損傷，降低了產品的可靠性。
本申請的目的在於克服上述不足之處，本申請的技術方案解決了現有技術中電漿清洗製程中製程過程複雜，設備昂貴以及生產效率低的問題。
在本申請的一些具體實施方式中提供了一種大氣電漿清洗裝置，其連接於氣體來源，包括： 清洗裝置本體，其具有氣體供給腔、電離部和氣體排出腔，其中，所述電離部設置於所述氣體供給腔和所述氣體排出腔之間，所述氣體供給腔容納由所述氣體來源輸入的氣體並用於將所述氣體供給至所述電離部，所述電離部具有相對設置並且保持一定的間距的第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極連接於電源，所述氣體排出腔容納在所述第一電極與所述第二電極之間通電後進行的電極反應而生成的電漿氣體； 噴射部，其連接至所述清洗裝置本體，所述噴射部具有可使所述電漿氣體通過的噴射通孔以及連通於所述噴射通孔與所述氣體排出腔之間的蓄積腔，所述噴射通孔將所述氣體排出腔與所述噴射部的外部連通。
進一步地，所述蓄積腔由所述氣體排出腔向所述噴射通孔逐漸收窄。
進一步地，所述第一電極連接至交流電源並包覆有第一介電質，第二電極接地並包覆有第二介電質，所述第一介電質和所述第二介電質相對設置並且之間形成根據介電質的充放電而產生電漿的介電質空間，所述氣體排出腔連通所述介電質空間。
進一步地，所述噴射部可拆卸地安裝於所述噴射部的端部，所述噴射部為圓柱形或者圓錐體形。
進一步地，所述大氣電漿清洗裝置具有多個噴射部，所述多個噴射部呈直線型排列，或者呈陣列分佈。
進一步地，所述氣體排出腔的剖面形狀為圓形，所述氣體排出腔的剖面形狀為圓形，所述氣體排出腔的內徑為不大於15公分，所述噴射通孔的剖面形狀為圓形，所述噴射通孔的孔徑為10至1000微米。
進一步地，所述氣體排出腔的內徑為0.2至11公分，所述噴射通孔的孔徑為100至800微米。
進一步地，所述噴射通孔的孔徑為200至600微米。
進一步地，所述氣體排出腔的剖面形狀為圓形，所述氣體排出腔的內徑為不大於15公分，所述噴射通孔的剖面形狀為矩形，所述噴射通孔的長邊與短邊的長度分別為10至1000微米，所述噴射通孔的長邊與短邊的比值為1至100。
進一步地，所述氣體排出腔的內徑為0.2至11公分，所述噴射通孔的長邊與短邊的長度分別為50至800微米，所述噴射通孔的長邊與短邊的比值為10至80。
從以上可以看出，本申請的技術方案通過在電漿清洗裝置中設置噴射部，能夠在大氣壓下產生保持穩定放電的電漿氣體束流，克服了現有技術中的缺陷。與現有技術相比，本申請的技術方案的電漿清洗裝置的大氣放電更適用於規模化連續工業生產的需要，無需昂貴的真空設備及維護，成本大大降低。此外，應用本電漿清洗裝置還實現了對半導體裝置表面的精確地清洗，避免傳統的真空電漿清洗製程中對於半導體裝置的損害。
下面，結合附圖詳細描述本申請的一些具體實施方式。
參考圖1，顯示了一種大氣電漿清洗裝置10，該大氣電漿清洗裝置10在大氣大氣下產生電漿並且用於清洗對象物例如半導體裝置的表面。如圖所示，電漿清洗裝置10連接外部氣體來源600，氣體來源600用於向電漿清洗裝置10輸入氣體。電漿清洗裝置10包括如下結構：清洗裝置本體100和噴射部500。其中，噴射部500連接至清洗裝置本體100，噴射部500具有可使氣體通過的噴射通孔510。
清洗裝置本體100進一步包括：沿著氣體輸送方向D依次排列的氣體供給腔200、電離部300、氣體排出腔400。電離部300設置於氣體供給腔200和氣體排出腔400之間，氣體供給腔200容納由氣體來源600輸入的氣體並將氣體供給至電離部300，電離部300包括第一電極304和第二電極303，其中第一電極304連接至交流電源（圖中未示出），第二電極303接地，第二電極303與第一電極304相隔一定間距地設置。第一電極304包覆有第一介電質301，第二電極303包覆有第二介電質302，第一介電質301和第二介電質302可以為呈圓形或多邊形的剖面形狀。第一電極304連接於交流電源以在其與第二電極303之間形成交流電壓。氣體供給腔200向第一電極304和第二電極303之間供給其接受自氣體來源600的氣體例如氧氣、氬氣或者其混合氣體，氣體流入至第一介電質301和第二介電質302之間所形成的根據介電質的充放電而產生電漿的介電質空間305，介電質空間305連通氣體排出腔400。第一電極304和第二電極303以平板形狀設置成相對於氣體的流入及電漿的噴射方向平行並且相互面對。氣體供給腔200向第一介電質301及第二介電質302之間的介電質空間305持續地供給維持一定密度的氣體，因為第一介電質301與第二介電質302設置成相互維持一定間距，所以在第一介電質301與第二介電質302之間按一定壓力及生成率生成電漿氣體，並且通過與介電質空間305相連通的氣體排出腔400經由噴射部500的噴射通孔510向外噴射所生成的電漿氣體，從而利用噴射出的電漿氣體對待清洗的半導體裝置進行表面處理。
噴射部500可拆卸地安裝於清洗裝置本體100的端部，噴射部500由耐腐蝕抗衝擊的陶瓷材料、玻璃材料或者石英中的一種或者多種製成。噴射部500具有可使在第一介電質301和第二介電質302之間進行的電極反應而生成的電漿氣體通過的噴射通孔510以及連通於噴射通孔510與氣體排出腔400之間的蓄積腔560，並且，噴射通孔510連通氣體排出腔400與噴射部500的外部。電漿氣體通過噴射通孔510向外噴射。氣體排出腔的剖面形狀為圓形並且氣體排出腔的內徑不大於15公分，例如為0.2至11公分。根據噴射通孔510的形態以不同的性能和形態形成具有噴射壓力的電漿氣體，調整噴射通孔510的形狀、大小、間距或數量從而形成適合於表面處理對象物的表面狀態或形狀的電漿氣體的噴射壓力。
此外，大氣電漿清洗裝置10還與周邊裝置或表面處理對象物保持一定的結合或連接狀態，例如為了降低電漿清洗裝置工作後的溫度可以包括冷卻系統，冷卻系統通過貫穿於清洗裝置本體100或噴射部500的通孔連接至大氣電漿清洗裝置10。一些實施方式中，排氣系統的排氣管通過貫穿於清洗裝置本體100的通孔連接至大氣電漿清洗裝置10，用於排出電漿清洗製程過程中電漿氣體和表面處理對象物的表面反應產生的副產物。
參考圖2和圖3，噴射部500為圓柱體或者圓錐體的形狀，噴射部500具有由氣體排出腔400向噴射通孔510逐漸收窄的蓄積腔560，蓄積腔560有利於電漿氣體通過噴射通孔510向外噴射後具有更遠的有效工作距離和範圍。
圖4和圖5顯示了大氣電漿清洗裝置10可以具有多個噴射部500的情形，如圖所示，多個噴射部500根據實際需要可以呈直線間隔的排列或者非直線間隔的排列，或者還可以呈陣列分佈。根據表面處理對象物和環境，多個噴射部500可以具有相同的形狀和尺寸，也可以具有不同的形狀和尺寸。
圖2至圖4顯示了噴射通孔510的剖面形狀為圓形，噴射通孔510的孔徑取值為10至1000微米。一些實施方式中，噴射通孔510的孔徑D取值為100至800微米；一些實施方式中，噴射通孔510的孔徑D取值為200至600微米；一些實施方式中，噴射通孔510的孔徑D取值為300至400微米。
繼續參考圖2至圖4，噴射通孔510的剖面形狀為矩形，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的長度分別取值為10至1000微米；一些實施方式中，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的長度分別取值為50至800微米；一些實施方式中，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的長度分別取值為100至600微米；一些實施方式中，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的長度分別取值為300至400微米。進一步地，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的比值為1至100；一些實施方式中，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的比值為10至80；一些實施方式中，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的比值為20至60；一些實施方式中，噴射通孔510剖面的長邊X與短邊Y的比值為30至50。
此外，圖6還顯示了一種設置在噴射部500處的具有開孔的遮罩530，遮罩530的開孔形成噴射通孔510，遮罩530具有一個或者多個噴射通孔510，噴射通孔510的數量、尺寸可以形成適合於表面處理對象物的表面狀態或形狀的電漿氣體的噴射壓力和噴射方式。遮罩530與噴射部500一體成型製造形成，也可以與噴射部500分開製造再組裝在一起。遮罩530由耐腐蝕抗衝擊的陶瓷材料（例如氧化鋁，氧化鎂）、玻璃材料及石英中的一種或者多種通過燒結的方式形成，或者遮罩530由金屬材料例如不銹鋼、鋁合金、鎳合金通過電腦數值控制工具機(CNC machine tool)加工或者衝壓成型的方式形成。
具有噴射通孔510的電漿清洗裝置10還實現了對半導體器表面的精准地清洗。參考圖7，電漿清洗裝置10按照根據不同的半導體裝置的尺寸形狀以及承載的電子構件所設定清洗的預設路徑540（如箭頭所示）進行移動，實現精確地清洗如圖所示的清洗區域550，避免傳統的真空電漿清洗製程中對於半導體裝置的損害。
圖8顯示了一個包括電漿清洗裝置的半導體裝置生產線的示意圖，其中，電漿清洗裝置10連接於移動機構20，由移動機構20的帶動實現電漿清洗裝置10在三維空間內的移動。本實施方式中，移動機構20可以在三維空間的各方向上控制電漿清洗裝置10移動的精確度，本實施方式中，移動機構20具備10微米/吋移動的精確度。待進行表面處理的半導體裝置承載在位於電漿清洗裝置10的噴射部520的下方的載台30上。在第一電極304與第二電極303之間生成的並且通過噴射通孔510噴射出的電漿氣體對半導體裝置40進行表面清洗。具體地，半導體裝置40由可以向一側移動的移送裝置50從半導體裝置生產線的上一個工作站60被運輸到清洗工作站70，在完成表面清洗後，半導體裝置40繼續由移送裝置50運輸到半導體裝置生產線的下一個工作站80。
參考圖9，圖中示出了一個應用電漿清洗裝置的封裝半導體裝置的流程800。在半導體裝置封裝的生產線中，首先在第一工作站810進行晶粒黏接製程（Die Attach），隨後在移送裝置50的運輸下，半導體裝置被運輸至第二工作站820由電漿清洗裝置10進行表面清洗，隨後移送裝置50運輸半導體裝置至第三工作站830進行引線接合製程（Wire Bonding），在完成引線鍵合製程後移送裝置50將半導體裝置運輸至第四工作站840繼續由進行電漿清洗裝置10進行表面清洗，在清洗完後，半導體裝置進一步被運輸到第五工作站850，並在第五工作站850進行封膠成型處理即模塑（Molding）。此處，作為清洗工作站的第二工作站820和第四工作站840可以整合在半導體封裝程序中的每個工作站上，例如第二工作站820整合在第一工作站810上，第四工作站840整合在第三工作站830上，第二工作站820和第四工作站840也可以作為單獨的清洗工作站存在，甚至第二工作站820和第四工作站840可以是同一個工作站。電漿清洗裝置10連接於移動機構20並由移動機構20的帶動在三維空間內的移動，從而可以實現將清洗工作站整合在封裝半導體裝置的生產線中，因此電漿清洗裝置10無需作為外接的專用的設備存在。
與傳統的電漿清洗裝置相比，本實施方式中的電漿清洗裝置的大氣放電更適用於規模化連續工業生產的需要，無需昂貴的真空設備及維護，成本大大降低。而且，電漿清洗裝置根據不同的清洗對象的表面狀態和形態靈活地設置不同的噴射部，還可以實現對於清洗對象表面的精確清洗。
10:大氣電漿清洗裝置 20:移動機構 40:半導體裝置 50:移送裝置 60:工作站 70:清洗工作站 80:工作站 100:清洗裝置本體 200:氣體供給腔 300:電離部 301:第一介電質 302:第二介電質 303:第二電極 304:第一電極 305:介電質空間 400:氣體排出腔 500:噴射部 510:噴射通孔 530:遮罩 540:預設路徑 550:清洗區域 560:蓄積腔 600:氣體來源 800:流程 810:第一工作站 820:第二工作站 830:第三工作站 840:第四工作站 850:第五工作站
本申請的特徵、特點、優點和益處通過以下結合附圖的詳細描述將變得顯而易見。
[圖1]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置的結構示意圖。
[圖2]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置的具有圓柱體形的噴射部的剖面結構示意圖。
[圖3]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置的具有圓錐體形的噴射部的剖面結構示意圖。
[圖4]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置的具有多個圓錐體形的噴射部的剖面結構示意圖。
[圖5]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置的具有不同尺寸的多個噴射部的剖面結構示意圖。
[圖6]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置的具有遮罩的噴射部的剖面結構示意圖。
[圖7]顯示一個具體實施方式的大氣電漿清洗裝置清洗半導體裝置表面的示意圖。
[圖8]顯示一個具體實施方式的包括大氣電漿清洗裝置的半導體裝置生產線的示意圖。
[圖9]顯示一個具體實施方式的應用大氣電漿清洗裝置的封裝半導體裝置的流程示意圖。
10:大氣電漿清洗裝置
100:清洗裝置本體
200:氣體供給腔
300:電離部
301:第一介電質
302:第二介電質
303:第二電極
304:第一電極
305:介電質空間
400:氣體排出腔
500:噴射部
510:噴射通孔
560:蓄積腔
600:氣體來源

Claims (10)

  1. 一種大氣電漿清洗裝置，其連接於氣體來源，其特徵在於，包括： 清洗裝置本體，其具有氣體供給腔、電離部和氣體排出腔，其中，所述電離部設置於所述氣體供給腔和所述氣體排出腔之間，所述氣體供給腔容納由所述氣體來源輸入的氣體並用於將所述氣體供給至所述電離部，所述電離部具有相對設置並且保持一定的間距的第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極連接於電源，所述氣體排出腔容納在所述第一電極與第二電極之間通電後進行的電極反應而生成的電漿氣體；以及 噴射部，其連接至所述清洗裝置本體，所述噴射部具有可使所述電漿氣體通過的噴射通孔以及連通於所述噴射通孔與所述氣體排出腔之間的蓄積腔，所述噴射通孔將所述氣體排出腔與所述噴射部的外部連通。
  2. 根據請求項1所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述蓄積腔由所述氣體排出腔向所述噴射通孔逐漸收窄。
  3. 根據請求項2所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述第一電極連接至交流電源並包覆有第一介電質，第二電極接地並包覆有第二介電質，所述第一介電質和所述第二介電質相對設置並且之間形成根據介電質的充放電而產生電漿的介電質空間，所述氣體排出腔連通所述介電質空間。
  4. 根據請求項3所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述噴射部可拆卸地安裝於所述清洗裝置本體的端部，所述噴射部為圓柱形或者圓錐體形。
  5. 根據請求項4所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述大氣電漿清洗裝置具有多個噴射部，所述多個噴射部呈直線型排列，或者呈陣列分佈。
  6. 根據請求項1至5中任意一項所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述氣體排出腔的剖面形狀為圓形，所述氣體排出腔的內徑為不大於15公分，所述噴射通孔的剖面形狀為圓形，所述噴射通孔的孔徑為10至1000微米。
  7. 根據請求項6所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述氣體排出腔的內徑為0.2至11公分，所述噴射通孔的孔徑為100至800微米。
  8. 根據請求項6所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述噴射通孔的孔徑為200至600微米。
  9. 根據請求項1至5中任意一項所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述氣體排出腔的剖面形狀為圓形，所述氣體排出腔的內徑不大於15公分，所述噴射通孔的剖面形狀為矩形，所述噴射通孔的長邊與短邊的長度分別為10至1000微米，所述噴射通孔的長邊與短邊的比值為1至100。
  10. 根據請求項9所述的大氣電漿清洗裝置，其中，所述氣體排出腔的內徑為0.2至11公分，所述噴射通孔的長邊與短邊的長度分別為50至800微米，所述噴射通孔的長邊與短邊的比值為10至80。
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