Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제10권3호
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pp.71-74
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2009
Electroplated Cu is a cost efficient metallization method in microelectronic packaging applications. Typically in 3-D chip staking technology, utilizing through silicon via (TSV), electroplated Cu metallization is inevitable for the throughput as well as reducing the cost of ownership (COO).To achieve a comparable film quality to sputtering or CVD, a pre-cleaning process as well as plating process is crucial. In this research, atmospheric plasma is employed to reduce the usage of chemicals, such as trichloroethylene (TCE) and sodium hydroxide (NaHO), by substituting the chemical assisted organic cleaning process with plasma surface treatment for Cu electroplating. By employing atmospheric plasma treatment, marginally acceptable electroplating and cleaning results are achieved without the use of hazardous chemicals. The experimental results show that the substitution of the chemical process with plasma treatment is plausible from an environmentally friendly aspect. In addition, plasma treatment on immersion Sn/Cu was also performed to find out the solderability of plasma treated Sn/Cu for practical industrial applications.
To generate the plasma required in dry cleaning processes, the plasma chamber must be supplied with a high-quality AC voltage with a voltage of more than 1 kV and a frequency of 400 kHz. In the existing research, many methods to supply high power have been studied, but how to improve the quality of the power for high-quality plasma has been relatively little studied. In this paper, we propose a study to improve the quality of RF power circuit for high-quality plasma generation in dry cleaning method. Existing methods in the environment of full-bridge-based RF power circuits must perform PWM duty control in the light load region. This causes distortions in the waveform, resulting in poor power quality, which directly leads to poor plasma quality. To solve these problems, a half-bridge switching method is proposed and the improvement in waveform quality is verified. To verify the feasibility of the design and control algorithm proposed in this paper, an RF power circuit prototype is fabricated and the proposed design and control method is verified through simulation and actual experiments under dummy load.
The purpose of this work is to develop a high-efficiency air cleaning system for air pollutants such as particulate and gaseous state in indoor environments. In order to enhance a removal efficiency of gaseous state pollutants, we suggested that pulsed discharge plasma be combined with $TiO_2$ photocatalyst (photocatalytic plasma air cleaning unit). We investigated experimentally the basic characteristics of photocatalytic plasma air cleaning unit and measured air pollutants removal efficiency. The wavelength of light radiated from pulsed discharge plasma under the atmospheric condition was 310~380nm. Its energy is enough to excite the $TiO_2$ photocatalyst and it makes a photochemical reaction in the surface of $TiO_2$ photocatalyst. The removal quantity of trimethylamine$((CH_3)_3N)\; was\; 130mg/m^34 which is twice quantity of pulsed discharge plasma without $TiO_2$ phtocatalyst unit. From the result of gas analysis using FT-IR, nitric oxide was not detected and trimethylamine was decomposed to $H_2O\; and \;CO_2$. And trimethylamine removal efficiency was 95%. These experimental results indicate that photocatalytic plasma air cleaning unit is a potential method in removing the pollutants.
In this study, the plasma corrosion resistance and the change in the number of contamination particles generated using the plasma etching process and cleaning process of coating parts for semiconductor plasma etching equipment were investigated. As the coating method, atmospheric plasma spray (APS) was used, and the powder materials were Y2O3 and Y3Al5O12 (YAG). There was a clear difference in the densities of the coatings due to the difference in solubility due to the melting point of the powdered material. As a plasma environment, a mixed gas of CF4, O2, and Ar was used, and the etching process was performed at 200 W for 60 min. After the plasma etching process, a fluorinated film was formed on the surface, and it was confirmed that the plasma resistance was lowered and contaminant particles were generated. We performed a surface cleaning process using piranha solution(H2SO4(3):H2O2(1)) to remove the defect-causing surface fluorinated film. APS-Y2O3 and APS-YAG coatings commonly increased the number of defects (pores, cracks) on the coating surface by plasma etching and cleaning processes. As a result, it was confirmed that the generation of contamination particles increased and the breakdown voltage decreased. In particular, in the case of APS-YAG under the same cleaning process conditions, some of the fluorinated film remained and surface defects increased, which accelerated the increase in the number of contamination particles after cleaning. These results suggest that contaminating particles and the breakdown voltage that causes defects in semiconductor devices can be controlled through the optimization of the APS coating process and cleaning process.
Plasma information based virtual metrology (PI-VM) that predicts wafer-to-wafer etch rate variation after wet cleaning of plasma facing parts was developed. As input parameters, plasma information (PI) variables such as electron temperature, fluorine density and hydrogen density were extracted from optical emission spectroscopy (OES) data for etch plasma. The PI-VM model was trained by stepwise variable selection method and multi-linear regression method. The expected etch rate by PI-VM showed high correlation coefficient with measured etch rate from SEM image analysis. The PI-VM model revealed that the root cause of etch rate variation after the wet cleaning was desorption of hydrogen from the cleaned parts as hydrogen combined with fluorine and decreased etchant density and etch rate.
UBM-coated Si-wafer was fluxlessly soldered with glass substrate in $N_2$ atmosphere using plasma cleaning method. The bulk Sn-37wt.%Pb solder was rolled to the sheet of $100\mu\textrm{m}$ thickness in order to bond a solder disk by fluxless 1st reflow process. The oxide layer on the solder surface was analysed by AES(Auger Electron Spectroscopy). Through rolling, the oxide layer on the solder surface became thin, and it was possible to bond a solder disk on the Si-wafer with fluxless process in $N_2$ gas. The Si-wafer with a solder disk was plasma-cleaned in order to remove oxide layer formed during 1st reflow and soldered to glass by 2nd reflow process without flux in $N_2$ atmosphere. The thickness of oxide layer decreased with increasing plasma power and cleaning time. The optimum plasma cleaning condition for soldering was 500W 12min. The joint was sound and the thicknesses of intermetallic compounds were less than $1\mu\textrm{m}$.
본 연구에서는 중고 레이저 복합기의 재제조 과정에서 복합기의 성능에 큰 영향을 미치는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB) 등 전자부품에 대하여 세정공정의 도입 적용 가능성을 분석하고 세정장치 및 최적의 운전조건을 설계하였다. 1단계로 물에 의한 부식의 염려가 없는 건식세정방식으로 플라즈마세정에 의한 세정성을 분석하였다. 플라즈마세정 의한 PCB세정에서는 세정이 어느 정도 이루어졌으나 플라즈마가 전도 될 수 있는 피세정물의 금속 부분 주위에서 피 세정물의 손상을 확인할 수 있었으며 레이저 복합기의 재제조용으로는 생산성 및 경제성이 부족하였다. 2단계에서는 경제성이 있는 초음파세정방식을 위하여 현재 현장에서 사용되고 있는 세정제를 포함하여 세정효율이 우수한 4종의 대체 세정제를 선정하여, 세정제의 물성을 측정하였고 세정성을 평가하였다. 준수계 세정제와 비수계 세정제보다 수계 세정제의 세정력이 우수 하였으며, 초음파 주파수가 작을수록 세정력이 우수하였다. 수계세정제 A를 사용하여 28 kHz의 초음파 세기에서 세정을 한다면 30초~1분 내에 빠른 세정이 가능할 것으로 판단되었다. 3단계에서는 선정된 세정제로 초음파 세정시스템을 구축하고, 실제 부품들을 초음파 세정하여 현장에서 사용이 적합한 최적의 세정조건을 구하였다. PCB 보드 및 대전기에 대하여 최적 세정 조건을 구한 결과, 40 kHz, $50^{\circ}C$에서 1분 30초 및 2분에 세정을 끝낼 수 있었다. 수작업에 의존하거나 외부처리를 하고 있는 중소 재제조 업체들은 본 세정시스템의 도입으로 전자부품 기능의 신뢰성이 확보되며 전체적인 재제조 공정의 생산성 및 경제성 향상에 큰 효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문은 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비 공정용 챔버(Chamber) 세정을 위한 새로운 플라즈마 세정방법에 적합한 플라즈마 발생방법과 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 전력회로에 관한 연구이다. 세정에 요구되는 고밀도 플라즈마는 안테나 형태의 기존 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식에 강자성체인 페라이트 코어를 적용하므로 써 $1{\times}10^{11}[EA/cm^3]$이상의 고밀도 플라즈마 발생을 가능하게 하였다. 플라즈마 발생을 위한 400[kHz] 고주파 전력 변환장치의 경우 범용 HB(Half Bridge) 인버터 방식을 적용하여 플라즈마 부하에서도 안정적인 영전압 스위칭 동작을 확인 하였다. 변압기 직렬결합 방식을 사용한 10[kW] 고출력을 통해 $A_r$과 $NF_3$가스 분위기하에서 플라즈마의 밀도와 $NF_3$가스 분해율을 측정하므로서 고주파 전력 변환 장치의 성능을 입증하였다.
In this study, a gas-liquid hybrid atmospheric pressure plasma reactor of the dielectric barrier discharge method was fabricated and characterized. The solubility of copper oxide in the organic acid solution was increased when argon having a larger atomic weight than helium was used during plasma discharge. There was no significant effect of mixing organic acid solutions under plasma discharge treatment on the variation of copper oxide's solubility. As the applied voltage for plasma discharge and the concentration of the organic acid solution increased, the dissolution and removal power of the copper oxide layer increased. Solubility of copper oxide was more affected by the concentration in organic acid solution rather than the variation of plasma applied voltage. The usefulness of hybrid plasma reactor for the surface cleaning process was confirmed.
The surface cleaning method based on the laser-induced breakdown (LIB) of gas and subsequent plasma and shock wave generation can remove small particles from solid surfaces. In the laser shock cleaning (LSC) process, a high-power laser pulse induces optical breakdown of the ambient gas above the solid surface covered with contaminant particles. The subsequently created shock wave followed by a high-speed flow stream detaches the particles. In this work, a novel surface cleaning process using laser-induced breakdown of liquid is introduced and demonstrated. LIB of a micro liquid jet increases the shock wave intensity and thus removes smaller particle than the conventional LSC method. Experiments demonstrate that the cleaning force and cleaning efficiency are also increased significantly by this method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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