特開 2024-117753 ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117753

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240822BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/92 604

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024021827

(22)【出願日】2024-02-16

(31)【優先権主張番号】18/111,134

(32)【優先日】2023-02-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】591035368

【氏名又は名称】エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100202441

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 純

(72)【発明者】

【氏名】ウー リャン

(72)【発明者】

【氏名】パン ウェンシャン

(72)【発明者】

【氏名】チー ルールー

(72)【発明者】

【氏名】ユイ シアン

(72)【発明者】

【氏名】ユイ レイチエン

(72)【発明者】

【氏名】チェン チオン

(72)【発明者】

【氏名】グレゴリー コスロブ アースラニアン

(72)【発明者】

【氏名】チョウ ユイシアン

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA35

5F131CA02

5F131CA12

5F131EA04

5F131EA13

5F131EB78

5F131EB81

(57)【要約】

【課題】ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ウエハ酸化物の除去及びリフロー処理のための装置及び方法に関する。特に、本発明は、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置であって、加熱プレートと、加熱プレートの上にウエハ試料を支持するための試料プレートと、試料プレートの上の電子付着ピンプレートと、を備え、加熱プレートが、上下に移動し、試料プレートに接触して加熱することができるように構成されている、装置に関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置であって、
加熱プレートと、
前記加熱プレートの上にウエハ試料を支持するための試料プレートと、
前記試料プレートの上の電子付着ピンプレートと、を備え、
前記加熱プレートが、上下に移動し、前記試料プレートに接触して加熱することができるように構成されている、装置。

【請求項2】

前記加熱プレートが、回転することができるように更に構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記加熱プレートが、上下運動及び／又は回転のためのエアシリンダ又はスクリューロッドによって制御される、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記加熱プレートが、前記試料プレートに接触し、最大５０℃／分の加熱速度で最大５００℃の温度まで加熱することができる、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記試料プレートを支持するための棚を更に備え、前記棚が、前記試料プレートと前記加熱プレートとの間に位置し、前記加熱プレートが前記試料プレートを持ち上げることを可能にするように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記棚が、前記電子付着ピンプレートから分離され、前記試料プレートが前記棚上に置かれるとき、前記試料プレート上の前記ウエハ試料の試料表面と、前記電子付着ピンプレートのピン先端との間のギャップが１０ｍｍよりも大きい、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記加熱プレート、前記試料プレート、及び前記電子付着ピンプレートが、チャンバに含まれる、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記電子付着ピンプレートが、水素分子と衝突する電子を放出して水素アニオンを生成し、酸化物を金属に還元し、水蒸気を生成することができる、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記装置が、前記電子付着ピンプレートと、高電圧電源と、パルス発生器と、を備える電子付着キットを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記装置が、前記加熱プレートと、加熱制御手段と、を備える加熱サブシステムを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記加熱プレートが、窒化ケイ素から作製される、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

前記装置が、Ｎ₂、Ｈ₂、又はそれらの混合物のガス送達手段を備える、請求項１に記載の装置。

【請求項13】

前記装置が、Ｈ₂又はＯ₂含有量、ガス流量、チャンバ圧力、温度、又は冷却水流を監視するための監視システムを備える、請求項７に記載の装置。

【請求項14】

前記装置が、前記チャンバの内部を監視するためのカメラ又はビデオを備える、請求項７に記載の装置。

【請求項15】

請求項１に記載の装置を用いたウエハ酸化物除去及びリフロー処理方法であって、
前記加熱プレートを上に移動させて、前記試料プレート上の前記ウエハ試料の表面が、電子付着によって処理される前記電子付着ピンプレートに十分に近づくまで、前記試料プレートに接触させ、持ち上げることと、
前記加熱プレートが前記試料プレートと接触しているときに、前記試料プレート上の前記ウエハ試料を加熱することと、
電子付着によって、前記ウエハ試料の前記表面上の酸化物を除去することと、
前記試料プレートが棚上に置かれ、前記加熱プレートから分離されるまで、前記加熱プレートを下に移動させることと、を含む、方法。

【請求項16】

前記ウエハ試料が、最大５０℃／分の加熱速度で最大５００℃まで加熱される、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記加熱プレートを回転させて、均一な酸化物除去を得る、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記試料プレートが、前記試料プレート上の前記ウエハ試料の前記試料表面と前記電子付着ピンプレートのピン先端との間のギャップが１０ｍｍ以下となるまで、前記加熱プレートによって持ち上げられる、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記加熱プレート、前記試料プレート、及び前記電子付着ピンプレートがチャンバ内に含まれ、前記チャンバが真空下にあるか、又はＮ₂を含み、１０ｐｐｍ以下の酸素含有量を達成し、その後Ｎ₂／Ｈ₂混合ガスに切り替えられる、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

前記装置が、正及び負の電源と、電子付着用のパルス発生器と、を備え、前記加熱プレート、前記試料プレート、及び前記電子付着ピンプレートが、チャンバ内に含まれ、前記方法が、
Ｎ₂パージをオンにして前記チャンバをパージするステップと、
Ｏ₂を所定の値（例えば、２０ｐｐｍ）未満に維持しながら、前記加熱プレート及び試料プレートを上に移動させるステップと、
加熱を開始し、Ｈ₂／Ｎ₂ガス混合物を送達するステップと、
前記加熱プレートの回転をオンにするステップと、
前記正及び負の電源を有効にするステップと、
前記パルス発生器をオンに切り替えるステップと、
Ｈ₂／Ｎ₂ガス混合物をオフに切り替え、Ｎ₂パージに戻すように切り替えるステップと、
前記パルス発生器をオフに切り替えるステップと、
前記回転をオフにするステップと、
リフロー処理のために所定のリフロー温度（例えば、２６０℃）まで加熱を継続するステップと、
前記リフロー処理の完了後、前記加熱プレートを前記試料プレートから離して下に移動させるステップと、を含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ処理、特に、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理に関する。

【背景技術】

【0002】

ウエハバンピングは、内側リード接合用のチップボンドパッドに厚い金属バンプを作製するために使用されるプロセスである。バンプは、一般に、パッド上にはんだを堆積させ、次いでリフロー（本明細書では第１のリフローと称される）して合金化を行い、はんだバンプの形状をキノコ形状から半球形状に変更することによって作製される。第１のリフローされたバンプを有するチップは、基板上のはんだ濡れ性端子のフットプリントに対応するように「反転」され、次いで第２のリフローに供され、はんだ接合部を形成する。

【0003】

リフロー及びはんだ付けは、はんだ接合部を作製するための電子部品の組み立てにおける重要な処理ステップである。「リフロー」という用語は、基板上に事前に塗布されたはんだを溶融させ、例えば、熱エネルギーなどのエネルギー源を塗布するときに流れさせるプロセスを指す。

【0004】

接合面上の溶融はんだの良好な濡れを確実にするために、有機フラックスは通常、はんだペーストに含まれ、はんだ及び卑金属の両方の初期表面酸化物を除去し、固化前に表面を清潔な状態に保つ。

【0005】

電子付着は、当業者に知られている。

【発明の概要】

【0006】

本開示は、ウエハバンピング／リフローのための、特に、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のためのバッチフラックスレスプロセスを提供することを目的とする。本開示はまた、試料プレートの高速加熱及び冷却を提供することを目的とする。

【0007】

本開示は、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置であって、加熱プレートと、加熱プレートの上にウエハ試料を支持するための試料プレートと、試料プレートの上の電子付着ピンプレートと、を備え、加熱プレートが、上下に移動し、試料プレートに接触して加熱することができるように構成されている、装置を提供する。

【0008】

本開示はまた、本開示の装置を用いたウエハ酸化物除去及びリフロー処理方法であって、加熱プレートを上に移動させて、試料プレート上のウエハ試料の表面が、電子付着によって処理される電子付着ピンプレートに十分に近づくまで、試料プレートに接触させ、持ち上げることと、加熱プレートが試料プレートと接触しているときに、試料プレート上のウエハ試料を加熱することと、電子付着によって、ウエハ試料の表面上の酸化物を除去することと、試料プレートが棚上に置かれ、加熱プレートから分離されるまで、加熱プレートを下に移動させることと、を更に含む、方法を提供する。

【0009】

装置及び方法を用いて、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理は、長さ及び／又は幅及び／又は直径が最大１２インチのウエハなどの段階的処理によって実行することができる。リフロー後のウエハ試料を支持する試料プレートの加熱プレートからの分離は、迅速かつ制御された試料冷却のために実行される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の装置の構造を示す図面であり、

【0011】

【図2】図２は、本開示の装置の構造を示す別の図面である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

一態様では、本開示は、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための装置であって、加熱プレートと、加熱プレートの上にウエハ試料を支持するための試料プレートと、試料プレートの上の電子付着ピンプレートと、を備え、加熱プレートが、上下に移動し、試料プレートに接触して加熱することができるように構成されている、装置に関する。

【0013】

一態様では、加熱プレートは、回転することができるように更に構成されている。試料プレートを支持する加熱プレートの回転は、試料表面の均一な酸化物除去を提供することができる。

【0014】

一態様では、加熱プレートは、上下運動及び／又は回転のためのエアシリンダ又はスクリューロッドによって制御される。

【0015】

一態様では、加熱プレートは、最大５０℃／分の加熱速度で試料プレートに接触し、最大５００℃の温度まで加熱することができる。

【0016】

一態様では、装置は、試料プレートを支持するための棚を更に備え、棚は、試料プレートと加熱プレートとの間に位置し、加熱プレートが試料プレートを持ち上げることを可能にするように構成されている。

【0017】

一態様では、棚は、電子付着ピンプレートから分離され、試料プレートが棚上に置かれるとき、試料プレート上のウエハ試料の試料表面と、電子付着ピンプレートのピン先端との間のギャップは１０ｍｍよりも大きい。

【0018】

一態様では、加熱プレート、試料プレート、及び電子付着ピンプレートは、チャンバに含まれる。

【0019】

一態様では、電子付着ピンプレートは、水素分子と衝突する電子を放出して水素アニオンを生成し、酸化物を金属に還元し、水蒸気を生成することができる。

【0020】

一態様では、装置は、電子付着ピンプレートと、高電圧電源と、パルス発生器と、を備える電子付着キットを備える。

【0021】

一態様では、装置は、加熱プレートと、加熱制御手段と、を備える、加熱サブシステムを備える。

【0022】

一態様では、加熱プレートは、窒化ケイ素から作製される。

【0023】

一態様では、装置は、Ｎ２、Ｈ２、又はそれらの混合物のガス送達手段を備える。

【0024】

一態様では、装置は、Ｈ２又はＯ２含有量、ガス流量、チャンバ圧力、温度、又は冷却水流を監視するための監視システムを備える。

【0025】

一態様では、装置は、チャンバの内部を監視するためのカメラ又はビデオを備える。

【0026】

一態様では、本開示は、本開示による装置を用いたウエハ酸化物除去及びリフロー処理方法であって、加熱プレートを上に移動させて、試料プレート上のウエハ試料の表面が、電子付着によって処理される電子付着ピンプレートに十分に近づくまで、試料プレートに接触させ、持ち上げることと、加熱プレートが試料プレートと接触しているときに、試料プレート上のウエハ試料を加熱することと、電子付着によって、ウエハ試料の表面上の酸化物を除去することと、試料プレートが棚上に置かれ、加熱プレートから分離されるまで、加熱プレートを下に移動させることと、を更に含む、方法に関する。

【0027】

加熱プレートが下に移動する際に、試料プレートが棚上に置かれると、試料プレートは、加熱プレートから分離される。リフロー後のウエハ試料を支持する試料プレートの加熱プレートからの分離は、迅速かつ制御された試料冷却のために実行される。

【0028】

一態様では、ウエハ試料は、最大５０℃／分の加熱速度で最大５００℃の温度まで加熱される。

【0029】

一態様では、加熱プレートを回転させて、均一な酸化物除去を得る。加熱プレートが試料プレートを支持するとき、試料プレートを支持する加熱プレートの回転は、試料表面の均一な酸化物除去を提供することができる。

【0030】

一態様では、試料プレートは、試料プレート上のウエハ試料の試料表面と電子付着ピンプレートのピン先端との間のギャップが１０ｍｍ以下であるまで、加熱プレートによって持ち上げられる。

【0031】

一態様では、加熱プレート、試料プレート、及び電子付着ピンプレートがチャンバ内に含まれ、チャンバが真空下にあるか、又はＮ２を含み、１０ｐｐｍ以下の酸素含有量を達成し、その後Ｎ２／Ｈ２混合ガスに切り替えられる。

【0032】

一態様では、装置は、正及び負の電源と、電子付着用のパルス発生器と、を備え、加熱プレート、試料プレート、及び電子付着ピンプレートが、チャンバ内に含まれ、方法は、チャンバをパージするためにＮ２パージをオンにするステップと、Ｏ２を所定の値（例えば、２０ｐｐｍ）未満に維持しながら、加熱プレート及び試料プレートを上に移動させるステップと、加熱を開始し、Ｈ２／Ｎ２ガス混合物を送達するステップと、加熱プレートの回転をオンにするステップと、正及び負の電源を有効にするステップと、パルス発生器をオンに切り替えるステップと、Ｈ２／Ｎ２ガス混合物をオフに切り替え、Ｎ２パージに戻すように切り替えるステップと、パルス発生器をオフに切り替えるステップと、回転をオフにするステップと、リフロー処理のために所定のリフロー温度（例えば、２６０℃）まで加熱を継続するステップと、リフロー処理の完了後、加熱プレートを試料プレートから離して移動させるステップと、を含む。

【0033】

完全なプロセスは、予熱、電子付着脱酸（温度浸漬及び電子付着安定化を含む）、リフロー及び冷却を含む１時間以内に完了することができ、低コストのプロセスである。

【0034】

装置又は方法は、環境に優しく、小規模のバッチプロセスに適用可能である。この装置又は方法は、研究開発センター、大学、研究機関、及びＩＣパッケージング会社などの研究開発目的に適している。

【0035】

図１を参照されたい。図１は、本開示の装置の構造を示す図である。この装置は、加熱プレート１と、加熱プレートの上にウエハ試料を支持するための試料プレート２と、試料プレートの上の電子付着ピンプレート３と、試料プレートを支持するための棚４と、を備える。加熱プレート１は、上下に移動し、試料プレート２に接触して加熱することができるように構成されている。加熱プレート１はまた、回転することができる。加熱プレート１は、上下運動及び／又は回転のためのエアシリンダ又はスクリューロッドによって制御される。棚４は、試料プレート２と加熱プレート１との間に位置し、加熱プレート１が試料プレート２を持ち上げることを可能にするように構成されている。棚４は、電子付着ピンプレート３から分離され、試料プレート２が棚４上に置かれるとき、試料プレート２上のウエハ試料の試料表面と、電子付着ピンプレート３のピン先端との間のギャップは１０ｍｍよりも大きい。電子付着ピンプレート３は、水素分子と衝突する電子を放出して水素アニオンを生成し、酸化物を金属に還元し、水蒸気を生成することができる。

【0036】

図２は、本開示の装置の構造を示す別の図である。加熱プレート、試料プレート、及び電子付着ピンプレートは、チャンバ５に含まれる。

【0037】

装置は、ウエハ酸化物除去及びリフロー処理のための方法で使用することができる。方法は、加熱プレート１を上に移動させて、試料プレート２上のウエハ試料の表面が電子付着によって処理される電子付着ピンプレート３に十分に近づくまで試料プレート２に接触させて持ち上げるステップ、例えば、試料プレート２上のウエハ試料の試料表面と電子付着ピンプレート３のピン先端との間のギャップが１０ｍｍ以下になるまで試料プレート２を加熱プレート１によって持ち上げるステップと、加熱プレート１が試料プレート２と接触しているときに試料プレート２上のウエハ試料を加熱するステップと、電子付着によってウエハ試料の表面上の酸化物を除去するステップと、試料プレート２が棚に置かれて加熱プレート１から分離されるまで加熱プレート１を下に移動させるステップと、を含む。加熱プレート１を回転させて、均一な酸化物除去を得ることができる。

【0038】

方法は、具体的には、チャンバをパージするためにＮ２パージをオンにするステップと、Ｏ２を所定の値（例えば、２０ｐｐｍ）未満に維持しながら、加熱プレート及び試料プレートを上に移動させるステップと、加熱を開始し、Ｈ２／Ｎ２ガス混合物を送達するステップと、加熱プレートの回転をオンにするステップと、正及び負の電源を有効にするステップと、パルス発生器をオンに切り替えるステップと、Ｈ２／Ｎ２ガス混合物をオフに切り替え、Ｎ２パージに戻すように切り替えるステップと、パルス発生器をオフに切り替えるステップと、回転をオフにするステップと、リフロー処理のために所定のリフロー温度（例えば、２６０℃）まで加熱を継続するステップと、リフロー処理の完了後、加熱プレートを試料プレートから離して移動させるステップと、を含むことができる。

【0039】

本発明は、図面によって示される好ましい実施形態を参照して説明されるが、本発明の趣旨又は範囲内で様々な修正が可能であることが理解される。

【図1】

【図2】

【外国語明細書】