TWI625774B

TWI625774B - 半導體製程設備與用於半導體製程之固化方法

Info

Publication number: TWI625774B
Application number: TW106127083A
Authority: TW
Inventors: 李其鴻; 楊雅淇
Original assignee: 李其鴻; 楊雅淇
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2018-06-01
Also published as: TW201911394A

Abstract

本發明揭露了一種半導體製程設備與一種用於半導體製程的固化方法，該設備與方法是用來固化一半導體元件的一材料。該設備的一實施例包含：一腔室，用來放置一半導體元件；一電場提供裝置，用來施加一電場於該半導體元件之一極性材料，以控制該極性材料的分子排列；以及一固化裝置，用來於該電場作用於該半導體元件的該極性材料後，對該極性材料進行固化。相較於先前技術，本發明能夠使該極性材料的熱膨脹係數、玻璃轉化溫度、機械強度等等於固化後改變。

Description

半導體製程設備與用於半導體製程之固化方法

本發明是關於半導體製程，尤其是關於用於固化的半導體製程設備與方法。

一半導體製程（例如：一積體電路生產製程或一積體電路封裝製程）通常包含一固化作業，用來固化一半導體元件的一可固化材料。此固化作業可以是一熱固化作業（例如：烘烤作業）或一光固化作業（例如：紫外光（ultraviolet, UV）、遠紅外光（far infrared, FIR）固化作業）。在固化前，該可固化材料具有可塑性，以便於塗布或作其它方式的利用；在固化後，該可固化材料通常可對其所覆蓋的電路，提供物理性及/或化學性的保護、或者提供黏著或固定作用等。

然而，前述可固化材料（例如樹脂）的分子排列通常是不規則的，因此在固化後，該可固化材料可能有熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion, CTE）高與玻璃轉化溫度（glass transition temperature, Tg）低的問題。熱膨脹係數高會使得一半導體元件在溫度變化的環境下蒙受較大的熱應力，從而較易破裂與變形；玻璃轉化溫度低則會使得一半導體元件在運作受熱時較易超過該玻璃轉化溫度而變形。

因此，如何改良前述可固化材料於固化後的特性，是本產業領域極欲解決的問題。

本發明之一目的在於提供一種半導體製程設備與一種用於半導體製程的固化方法，以解決先前技術的問題。

本發明揭露了一種半導體製程設備，用來固化一半導體元件的一極性材料。該半導體製程設備之一實施例包含：一腔室，用來放置一半導體元件；一電場提供裝置，用來施加一電場於該半導體元件的一極性材料；以及一固化裝置，用來於該電場作用於該半導體元件的該極性材料後，對該極性材料進行固化。上述電場提供裝置之一實施例包含：一高電位電極件，位於該腔室之一側，用來提供一高電位；以及一低電位電極件，位於該腔室之另一側，用來提供一低電位，該高電位電極件與該低電位電極件之距離以及該高電位與該低電位之差，決定了該電場之強度。

本發明另揭露一種用於一半導體製程的固化方法，用來固化一半導體元件的一材料。該固化方法之一實施例包含下列步驟：施加一電場於一半導體元件的一材料；以及於該電場作用於該半導體元件之該材料後，對該材料進行固化。

相較於先前技術，本發明之用於固化的半導體製程設備與方法能夠使一半導體元件的一可固化材料，於固化後的熱膨脹係數較小及/或玻璃轉化溫度較高。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

本發明揭露了一種半導體製程設備與一種用於半導體製程之固化方法，能夠控制一可固化材料的分子排列，以改善該可固化材料於固化後的特性。上述可固化材料是一極性材料，或是一可被極性化的材料，舉例而言，該可固化材料是一膠材、一塑料、或一高分子材料。

圖1顯示本發明之半導體製程設備的一實施例。如圖1所示，半導體製程設備100包含一腔室110、一電場提供裝置120、以及一固化裝置130。腔室110用來放置一半導體元件10，並可包含一載具（未顯示於圖）以供半導體元件10之設置，腔室110之環境狀態可依使用者的需求來設定，例如為真空狀態、常壓（例如：一大氣壓）狀態、加壓（例如：複數個大氣壓）狀態、包含特定氣體（例如：氮氣）之狀態等等，上述環境狀態可於特定的時間點或時間區間（例如：電場提供裝置120提供電場時）被設定或調整，此設定與調整單獨而言屬於習知技術，故細節在此予以省略。電場提供裝置120用來施加一電場於半導體元件10之一可固化材料12，從而使材料12之分子排列由一原始排列趨向一預設排列（例如：相較於施加電場之前，一較為規則的排列，如圖2所示），其中半導體元件10與材料12於圖示中之樣態僅為示意，非本發明之實施限制，半導體元件10之材料12也可以是/包含底部填充劑（underfill）、介電材料塗層（dielectric material coating）、片狀模造料（sheet molding compound）等等。電場提供裝置120的一實施例如圖1所示，包含一高電位電極件V+（例如：一高電位電極板、一高電位電極棒或一高電位電極端）與一低電位電極件V-（例如：一低電位電極板、一低電位電極棒或一低電位電極端），高電位電極件V+位於腔室110之一內側或一外側，用來提供一高電位；低電位電極件V-位於腔室110之另一內側或另一外側，用來提供一低電位，其中高電位電極件V+與低電位電極件V-之距離以及該高電位與該低電位之差，決定了該電場的強度。固化裝置130用來於該電場作用於半導體元件10之材料12後，對材料12進行固化，固化裝置130例如是一熱固化裝置（例如：一烘烤裝置）或一光固化裝置（例如：一紫外光（UV）照射裝置或一遠紅外光（FIR）照射裝置），單獨而言屬於本領域之習知技術。

於一實施樣態中，藉由適當設定（例如：使用者之設定、依據偵測結果之自動設定等），電場提供裝置120可依據材料12之特性來決定或調整該高電位與該低電位之差，以控制材料12之分子排列，本實施例中，該高電位與該低電位之差介於100伏特至1500伏特之間，然此並非本發明之實施限制，實施本發明者可依其需求來決定該電位差。舉例而言，當材料12之極性愈小，電場提供裝置120令該電位差愈大；反之，當材料12之極性愈強，電場提供裝置120令該電位差愈小。強極性材料之一非限制性的範例含有以下官能基的至少其中之一：醯胺基、羧基、胺基、酯基、酮基、硫醇基等等；一般極性材料之一非限制性的範例含有以下官能基的至少其中之一：羥基、醚基等等。

於一實施樣態中，電場提供裝置120決定或調整該高電位與該低電位之差，以控制材料12之分子排列，從而控制材料12於固化後的至少一物理特性，該至少一物理特性例如是熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion, CTE）、玻璃轉化溫度（glass transition temperature, Tg）、機械強度等等的至少其中之一。舉例來說，相較於在缺少該電場之作用下完成固化的材料12，在該電場之作用下的材料12於固化後的熱膨脹係數較小及/或玻璃轉化溫度較高，從而使半導體元件10較不易在溫度變化環境下破裂、及/或較不易在運作時達到玻璃轉化溫度而蒙受熱變形、及/或對於後續作業的環境與參數選擇等具有較高的容忍度。

除前揭半導體製程設備外，本發明另揭露一種用於一半導體製程（例如：一積體電路生產製程或一積體電路封裝製程）的固化方法，同樣用來固化一半導體元件的一材料。該方法之一實施例如圖3所示，包含下列步驟：步驟S310：施加一電場於一半導體元件之一材料。本步驟可由前揭電場提供裝置120或其等效裝置來執行。步驟S320：於該電場作用於該半導體元件之該材料後，對該材料進行固化。本步驟可由前揭固化裝置130或其等效裝置來執行。

該方法之另一實施例如圖4所示，相較於圖3之實施例，圖4進一步包含下列步驟：步驟S410：藉由一物理手段及/或一化學手段（例如：添加極性原料、或引入極性官能基團），使該材料產生極性，或者使該材料之極性增加。本步驟應執行於步驟S320之前，並可執行於步驟S310之前或之後。

由於本領域具有通常知識者能夠參酌前揭裝置發明之揭露來瞭解本方法發明之實施細節與變化，亦即前述裝置發明之技術特徵均可合理應用於本方法發明中，因此，在不影響本方法發明之揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘之說明在此予以節略。

請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

綜上所述，本發明能夠應用於一半導體製程中，以控制一可固化材料之分子排列，從而改善該可固化材料於固化後的特性。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧半導體製程設備

110‧‧‧腔室

120‧‧‧電場提供裝置

130‧‧‧固化裝置

10‧‧‧半導體元件

12‧‧‧可固化材料

V+‧‧‧高電位電極件

V-‧‧‧低電位電極件

S310~S320、S410‧‧‧步驟

［圖1］顯示本發明之半導體製程設備的一實施例；［圖2］顯示圖1之材料於施加電場前後的示範性的分子排列；［圖3］顯示本發明之固化方法的一實施例；以及［圖4］顯示本發明之固化方法的另一實施例。

Claims

一種半導體製程設備，用來固化一半導體元件的一極性材料，該半導體製程設備包含：一腔室，用來放置該半導體元件；一電場提供裝置，用來施加一電場於該半導體元件之該極性材料，該電場提供裝置包含：一高電位電極件，位於該腔室之一側，用來提供一高電位；以及一低電位電極件，位於該腔室之另一側，用來提供一低電位；以及一固化裝置，用來於該電場作用於該半導體元件之該極性材料後，對該極性材料進行固化，其中該電場提供裝置依據該極性材料之特性來決定或調整該高電位與該低電位之差，以控制該極性材料之分子排列。
如申請專利範圍第1項所述之半導體製程設備，其中該高電位與該低電位之差介於100伏特至1500伏特之間。
一種半導體製程設備，用來固化一半導體元件的一極性材料，該半導體製程設備包含：一腔室，用來放置該半導體元件；一電場提供裝置，用來施加一電場於該半導體元件之該極性材料，該電場提供裝置包含：一高電位電極件，位於該腔室之一側，用來提供一高電位；以及一低電位電極件，位於該腔室之另一側，用來提供一低電位；以及一固化裝置，用來於該電場作用於該半導體元件之該極性材料後，對該極性材料進行固化，其中該電場提供裝置決定或調整該高電位與該低電位之差，以控制該極性材料之分子排列，從而控制該極性材料於固化後的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)與玻璃轉化溫度(glass transition temperature,Tg)的至少其中之一。
一種用於一半導體製程之固化方法，用來固化一半導體元件的一材料，該方法包含下列步驟：添加極性原料或引入極性官能基團至該材料，使該材料之極性改變；施加一電場於該半導體元件之該材料；以及於該電場作用於該半導體元件之該材料後，對該材料進行固化。
一種用於一半導體製程之固化方法，用來固化一半導體元件的一材料，該方法包含下列步驟：施加一電場於該半導體元件之該材料；以及於該電場作用於該半導體元件之該材料後，對該材料進行固化，其中相較於在缺少該電場之作用下完成固化的該材料，在該電場之作用下的該材料於固化後的熱膨脹係數較小及/或玻璃轉化溫度較高。