KR102803036B1

KR102803036B1 - 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템과 이를 이용한 플라즈마 표면처리 방법

Info

Publication number: KR102803036B1
Application number: KR1020190106335A
Authority: KR
Inventors: 오준영; 곽재호; 장보은; 황석연; 서용석; 김상수; 김승환; 박종호; 이용관; 이종호; 김대욱; 이원필; 최장규
Original assignee: 삼성전자주식회사; 주식회사 뉴파워 프라즈마
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2025-05-12
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: US20210066046A1; US20230343560A1; KR20210027601A; US11728142B2

Abstract

플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 개시한다. 플라즈마 표면처리 장치는 표면처리용 처리 라디칼을 생성하는 플라즈마 생성기, 플라즈마 생성기와 이격되고 공급덕트를 통하여 공급된 처리 라디칼을 이용하여 처리대상 기판에 대한 표면처리 공정을 수행하는 공정챔버, 공급덕트에 배치되어 공정챔버로 공급되는 처리 라디칼의 온도를 저하시키는 냉각기, 및 처리 라디칼을 배출하는 배출덕트에 배치되어 공정챔버로부터 처리 라디칼을 배출하고 공정챔버 내부에서 처리 라디칼의 유동방향을 단일하게 유지하는 유동 제어기를 포함한다. 충분한 양의 처리 라디칼을 저온으로 공급하여 기판에 대한 손상없이 표면처리 공정을 수행할 수 있다.

Description

플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템과 이를 이용한 플라즈마 표면처리 방법{An apparatus for conducting a plasma surface treatment, a board treatment system having the same and a method of conducting a plasma surface treatment using the same}

본 발명은 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템과 이를 이용한 반도체 패키지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간접 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템과 이를 이용한 플라즈마 표면처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지 공정에서는 집적회로 칩과 회로기판의 표면으로부터 불순물을 제거하고 집적회로 칩과 회로기판 및 몰드와의 결합력을 높이기 위하여 표면처리 공정이 이용되고 있다.

특히, 반응성이 우수한 라디칼을 이용하여 집적회로 칩 및 회로기판의 표면으로부터 불순물을 제거하고 표면에 댕글링 본드(dangling bond)를 형성할 수 있는 플라즈마 표면처리 공정이 널리 이용되고 있다.

일반적인 플라즈마 표면처리 공정에 의하면, 집적회로 칩이 실장된 회로기판을 플라즈마를 생성하는 표면처리 챔버에 로딩하고 상기 표면처리 챔버의 내부에서 플라즈마를 직접 형성하여 칩과 회로기판의 표면에 대한 표면처리를 수행하고 있다. 이에 따라, 표면처리 챔버의 내부에서 생성된 플라즈마 이온(또는, 라디칼)에 칩과 회로기판이 직접 노출되어 표면처리(이하, 직접(direct) 플라즈마 표면처리)가 수행된다.

그러나, 이와 같은 직접 플라즈마 표면처리를 수행하는 경우, 표면처리의 균일성은 높일 수 있지만, 공정효율을 높이기 위해 파워를 높이거나 압력을 낮추는 경우 플라즈마 이온의 온도 상승으로 집적회로 칩에 손상을 야기하여 칩 특성을 저하시키게 된다.

따라서, 직접 플라즈마 표면처리의 경우, 라디칼을 생성하기 위한 파워가 제약되어 표면처리를 수행하는 라디칼의 농도가 일정한 범위까지만 증가시킬 수 있는 제약이 있다. 이에 따라, 직접 플라즈마 표면처리 공정의 공정효율 개선에 일정한 한계가 있다.

특히, 최근의 반도체 패키지에 대한 소형화 추세에 따라 집적회로 칩과 회로기판 사이의 이격공간인 실장 갭의 사이즈는 점점 작아지고 있다. 작은 실장 갭에서 충분한 표면처리를 위해서는 라디칼의 농도를 높일 필요가 있지만, 플라즈마 생성을 위한 파워를 상승시키는 경우 라디칼의 온도상승에 따라 집적회로 칩에 대한 손상 가능성도 증가하는 문제점이 있다.

이에 따라, 저온을 유지하면서 라디칼의 농도를 충분히 높일 수 있는 새로운 플라즈마 표면처리 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부에서 생성된 플라즈마 이온을 저온상태에서 기판과 평행한 방향으로 충분한 농도로 공급하여 미세 실장 이격오간에서도 표면처리를 수행할 수 있는 간접(indirect) 플라즈마 표면처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 간접 플라즈마 표면처리 장치를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 간접 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 집적회로 칩이 실장된 회로기판에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 표면처리 장치는 표면처리용 플라즈마 이온들인 다수의 처리 라디칼(treatment radicals)을 생성하는 플라즈마 생성기, 상기 플라즈마 생성기와 이격되어 배치되고 공급덕트를 통하여 공급된 상기 처리 라디칼로 처리대상 기판에 대한 표면처리 공정을 수행하는 공정챔버, 상기 공급덕트에 배치되어 상기 공정챔버로 공급되는 상기 처리 라디칼의 온도를 저하시키는 냉각기, 및 상기 처리 라디칼을 배출하는 배출덕트에 배치되어 상기 공정챔버로부터 상기 처리 라디칼을 배출하고 상기 공정챔버 내부에서 상기 처리 라디칼의 유동방향을 단일하게 유지하는 유동 제어기를 포함한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리 시스템은 회로기판에 집적회로 칩을 접합하여 보드 결합체를 형성하는 접합장치, 다수의 상기 보드 결합체들이 수납된 매거진을 수용하여 상기 보드 결합체들의 각각에 대하여 플라즈마 표면처리 공정을 수행하는 플라즈마 표면처리 장치, 및 플라즈마 표면처리된 상기 보드 결합체들을 개별적으로 추출하여 상기 회로기판 상에 외부로부터 상기 집적회로 칩을 보호하는 몰드를 형성하는 몰드장치를 포함한다. 이때, 상기 플라즈마 표면처리 장치는 표면처리용 플라즈마 이온들인 다수의 처리 라디칼(treatment radicals)을 생성하는 플라즈마 생성기, 상기 플라즈마 생성기와 이격되어 배치되고 공급덕트를 통하여 공급된 상기 처리 라디칼로 처리대상 기판에 대한 표면처리 공정을 수행하는 공정챔버, 상기 공급덕트에 배치되어 상기 공정챔버로 공급되는 상기 처리 라디칼들의 온도를 표면처리 온도로 저하시키는 냉각기, 및 상기 처리 라디칼을 배출하는 배출덕트에 배치되어 상기 공정챔버로부터 상기 처리 라디칼을 배출하고 상기 공정챔버 내부에서 상기 처리 라디칼의 유동방향을 단일하게 유지하는 유동 제어기를 구비한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상술한 바와 같은 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 집적회로 칩과 회로기판의 결합체에 대한 플라즈마 표면처리 방법이 개시된다.

먼저, 공급덕트와 연결된 제1 측벽과 대향하고 표면에 다수의 유입 홀들을 구비하는 공급배플과 배출덕트와 연결된 제2 측벽과 대향하고 표면에 다수의 배출 홀들을 구비하는 배출 배플에 의해 한정되는 처리공간을 구비하는 공정챔버로 적어도 하나의 처리대상 기판을 로딩한다.

이어서, 상기 공정챔버의 외부에 배치되어 상기 공급덕트에 의해 상기 공정챔버와 연결되는 플라즈마 생성기로부터 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼을 생성한다.

상기 공급덕트, 상기 공정챔버 및 상기 배출덕트에 상기 처리 라디칼을 유동시키는 유동압력을 인가하고, 상기 공급덕트를 통과하는 상기 처리 라디칼을 냉각하여 저온 처리 라디칼을 상기 공급배플로 공급한다.

상기 저온 처리 라디칼을 상기 처리공간으로 균일하게 확산시켜 상기 매거진에 수납된 각 기판에 대해 플라즈마 표면처리를 수행하고, 상기 저온 처리 라디칼을 상기 처리공간으로부터 상기 배출배플로 배출하여 상기 공급덕트, 상기 공정챔버 및 상기 배출덕트 사이에 상기 처리 라디칼의 단일한 유동경로를 형성한다.

본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리시스템 및 플라즈마 표면처리 방법에 의하면, 공정챔버의 외부에서 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼을 생성하고 공급덕트를 통하여 필요한 유량으로 공급한다. 이때, 공급덕트를 둘러싸는 냉각기에 의해 처리 라디칼을 냉각하여 기판(BS) 손상을 방지할 수 있는 적절한 온도로 공급할 수 있다. 이에 따라, 기판(BS)의 구조에 따라 적절한 유량의 처리 라디칼을 표면처리에 적절한 온도로 공급하여 표면처리 공정이 진행되는 동안 집적회로 칩(C)과 회로기판(B)의 손상을 현저하게 줄일 수 있다.

특히, 회로기판(B)과 집적회로 칩(C) 사이의 미세 실장 갭(MG)의 표면도 표면처리 할 수 있을 정도로 충분한 유량의 처리 라디칼(R)을 저온으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 미세 실장 갭(MG)을 한정하는 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)의 표면에도 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)에 대한 손상없이 표면처리를 할 수 있다.

또한, 공정챔버의 내부에는 공급덕트와 인접하게 배치되고 다수의 유입 홀 열(GR1)을 갖는 공급배플이 배치되어 공정챔버의 높이방향을 따라 균일하게 처리 라디칼을 기판(W)으로 공급할 수 있다. 또한, 공정챔버로부터 처리 라디칼을 배출하는 배출덕트와 인접하게 배치되고 다수의 배출 홀 열(HR2)을 갖는 배출배플이 배치되어 공정챔버의 높이방향을 따라 균일하게 처리 라디칼을 배출할 수 있다. 이에 따라, 매거진에 구비된 다수의 기판(BS)에 대하여 동시에 표면처리 공정을 수행하여 공정효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공정챔버를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공급배플 및 배출배플을 나타내는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 공급배플의 유입 홀들의 분포를 나타내는 측면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 공정챔버를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 홀 덮개를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 매거진을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 구비하는 기판 처리 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 플라즈마 표면처리를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 전극, 구조물들 또는 패턴들 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 구조물 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴들 또는 다른 구조물이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 공정챔버를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 공급배플 및 배출배플을 나타내는 사시도이다. 도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 공급배플의 유입 홀들의 분포를 나타내는 측면도들이다.

도 1 내지 도 4d를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치(500)는 표면처리 공정을 수행하는 공정챔버(100) 및 공정챔버(100)의 외부에 배치되어 표면처리용 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성기(200), 표면처리용 플라즈마의 온도를 낮추는 냉각기(300) 및 표면처리용 플라즈마를 배출하도록 플라즈마의 유동방향을 결정하는 유동 제어기(400)를 포함한다. 상기 표면처리용 플라즈마는 표면처리를 소스가스의 플라즈마로서 라디칼 형태로 형성된다. 이에 따라, 상기 표면처리용 플라즈마는 필요에 따라 표면처리 공정을 수행하는 처리 라디칼로 명명될 수 있다.

예시적인 실시예로서, 상기 공정챔버(100)는 상기 플라즈마 생성기(200)와 이격되어 배치되고 공급 덕트(SD)를 통하여 공급된 상기 처리 라디칼(R)들을 단일한 유동방향(F)으로 유동시켜 처리대상 기판(BS)에 대한 표면처리 공정을 수행한다.

예를 들면, 상기 공정챔버(100)는 몸체(110), 공급배플(120), 배출배플(130) 및 처리대상 기판을 고정하는 홀더(140)를 구비한다.

상기 몸체(110)는 제1 방향(I)을 따라 이격되고 제1 방향(I)과 수직한 제2 방향(II)을 따라 연장하고 공급덕트(SD) 및 배출덕트(DD)가 각각 연결되는 제1 측벽(111) 및 제2 측벽(112)과 상기 제1 측벽(111) 및 제2 측벽(112)의 단부와 연결되도록 제1 방향(I)을 따라 연장하는 후측벽(113)을 구비한다. 이에 따라, 상기 몸체(110)는 박스형상과 같은 입체형상으로 제공된다.

상기 후측벽(113)과 대향하는 몸체(110)의 전방부는 개방되어 처리대상 기판(BS)에 대한 로딩경로를 제공한다. 예를 들면, 상기 몸체(110)의 전방부는 개방영역을 선택적으로 폐쇄하거나 개방할 수 있는 게이트(150)가 배치된다. 표면처리 공정이 개시되는 경우, 상기 게이트(150)는 개방되어 공정챔버(100)로 처리대상 기판(BS)을 로딩할 수 있다. 로딩 후 게이트(150)는 몸체(110)와 결합되어 공정챔버(100) 내부를 외부로부터 밀폐하고 표면처리 공정을 수행하게 된다. 표면처리 공정이 완료되면, 게이트(150)는 개방되고 공정챔버(100) 내부로부터 표면처리가 완료된 기판(BS)을 언로딩하게 된다.

본 실시예의 경우, 상기 처리대상 기판(BS)은 집적회로 칩(C)과 회로기판(B)이 결합된 적어도 하나의 보드 결합체로 구성된다. 따라서, 상기 플라즈마 표면처리 장치(500)는 반도체 패키지를 제조하기 위한 표면처리 공정을 수행하게 된다.

그러나, 처리대상 기판(BS)은 보드 결합체뿐만 아니라 다양한 형태의 반도체 패키지로 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 처리대상 기판(BS)은 웨이퍼 상에 배치된 다수의 칩 상에 개별적으로 다이가 적층되어 미세 실장 갭을 갖는 칩 결합체를 포함할 수 있다.

상기 기판(BS)은 반도체 패키지 공정용 기판 이송수단인 매거진(M)에 적층되어 상기 표면처리 장치(500)로 이송되고 매거진(M) 단위로 상기 공정챔버(100)로 로딩된다. 이에 따라, 다수의 기판(BS)에 대하여 동시에 표면처리 공정을 수행할 수 있다.

상기 제1 측벽(111)에는 공급덕트(SD)가 연결되고 제2 측벽(112)에는 배출덕트(DD)가 연결된다. 후술하는 바와 같인 공급덕트(SD)는 공정챔버(100)와 이격되어 위치하는 플라즈마 생성기(200)와 연결된다. 이에 따라, 상기 처리 라디칼(R)은 공정챔버(100)의 외부에서 생성된 공급덕트(SD)에 의해 공정챔버(100)로 공급된다. 공정챔버(100)에서 기판(BS)에 대한 표면처리 공정을 완료한 처리 라디칼(R)은 제2 측벽(112)과 연결된 배출덕특(DD)를 통하여 공정챔버(100)로 배출된다.

상기 공급배플(120)은 상기 제1 측벽(111)과 이격되어 배치되고 상기 제1 측벽(111)과의 사이에 상기 냉각기(300)에 의해 냉각된 처리 라디칼(R)을 수용하는 공급 버퍼공간(SBS)을 제공한다. 또한, 상기 배출배플(130)은 제2 측벽(112)과 이격되어 배치되고 상기 제2 측벽(112)과의 사이에 배출덕트(DD)로 배출되는 처리 라디칼(R)을 수용하는 배출 버퍼공간(DBS)을 제공한다. 상기 공급배플(120)과 배출배플(130) 사이의 몸체(110) 내부공간은 상기 표면처리 공정을 수행하는 처리공간(TS)으로 제공된다.

예를 들면, 상기 공급배플(120) 및 상기 배출배플(130)은 제3 방향(III)을 따라 연장하여 상기 몸체(110)의 바닥부(미도시) 및 천정부(미도시)와 결합하고 소정의 두께를 갖는 수직평판으로 제공된다.

상기 공급배플(120) 및 배출배플(130)은 몸체(110)의 내부에서 몸체의 바닥부 및 천정부와 후측벽(113) 및 전측벽(미도시)과 충분히 밀착되어 공급 버퍼공간(SBS), 배출 버퍼공간(DBS) 및 처리공간(TS) 사이의 연통을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 처리 라디칼(R)은 몸체(110)의 내부에서 후술하는 유입 홀 및 배출 홀을 통해서만 유동하게 된다.

상기 공급배플(120) 및 배출배플(130)의 표면에는 다수의 유입 홀(H1)들 및 배출 홀(H2)들을 각각 배치된다.

상기 다수의 유입 홀(H1)들은 제2 방향(II)을 따라 일정한 간격으로 배치되어 유입 홀 열(hole row, HR1)을 구성하고 다수의 상기 유입 홀 열(HR1)들은 제3 방향(III)을 따라 일정한 간격으로 정렬된다.

상기 공급배플(120)은 몸체(110)에 충분히 밀착되어 있으므로, 공급덕트(SD)를 통하여 공급 버퍼공간(SBS)으로 유입된 처리 라디칼(R)은 유입 홀(H1)을 통하여 처리공간(TS)으로 공급된다. 이때, 상기 유입 홀(H1)은 제3 방향(III)을 따라 일정한 간격으로 이격된 다수의 유입 홀 열(HR1)을 갖는 매트릭스 형상으로 제공되므로, 상기 처리 라디칼(R)은 공급배플(120)의 표면을 통하여 균일하게 처리공간(TS)으로 공급될 수 있다.

마찬가지로, 상기 다수의 배출 홀(H2)들도 상기 제2 방향(II)을 따라 일정한 간격으로 배치되어 배출 홀 열(HR2)을 구성하고 다수의 상기 배출 홀 열(HR2)들은 제3 방향(III)을 따라 일정한 간격으로 정렬된다.

상기 배출배플(130)도 몸체(110)에 충분히 밀착되어 있으므로, 처리공간(TS)으로 유입된 처리 라디칼(R)은 배출 홀(H2)을 통해서만 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출된다. 이때, 상기 배출 홀(H2)은 제3 방향(III)을 따라 일정한 간격으로 이격된 다수의 배출 홀 열(HR2)을 갖는 매트릭스 형상으로 제공되므로, 상기 처리 라디칼(R)은 배출배플(130)의 표면을 통하여 균일하게 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출될 수 있다.

특히, 상기 다수의 유입 홀 열(HR1)과 상기 다수의 배출 홀 열(H2)은 서로 일대일로 대응하도록 제3 방향(III)을 따라 동일한 높이에 위치하도록 구성하여 공급 버퍼공간(SBS)으로부터 처리공간(TS)을 거쳐 배출 버퍼공간(DBS)으로 향하는 차리 라디칼의 유동(F)을 제3 방향을 따라 균일하게 유지할 수 있다.

상기 유입 홀(H1)과 배출 홀(H2)은 다양하게 공급배플(120)과 배출배플(130)에 배치될 수 있다. 이하, 공급배플(120)을 기준으로 유입 홀(H1)의 정렬구조를 설명한다. 그러나, 배출배플(130)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 유입 홀(H1)은 일정한 간격으로 이격된 유입 홀(H1)들이 제2 방향(II)을 따라 정렬된 유입 홀 열(HR1)들이 제3 방향(III)을 따라 동일한 간격으로 정렬되어 제1 내지 제8 유입 홀 열(HR11 내지 HR18)들이 공급배플(120)의 평면에 배치된다.

이에 따라, 상기 처리 라디칼(R)은 공급배플(120)의 표면에 균일하게 매트릭스 형상으로 분포하는 96개의 유입 홀(H1)을 통하여 균일하게 처리공간(TS)으로 공급될 수 있다.

이와 달리, 상기 처리 라디칼(R)이 거동과 표면처리 공정의 특성에 따라 유입 홀(H1)의 배치를 변형하여 처리 공간(TS)으로의 라디칼 공급을 균일하게 유지할 수 있다.

예를 들면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제3 방향(III)을 따라 일정한 간격으로 정렬된 다수의 유입 홀(H1)인 유입 홀 칼럼(HC1)을 제2 방향(II)을 따라 상대적으로 낮은 공급 위치를 갖는 낮은 칼럼(HC1a)과 상대적은 높은 공급위치를 갖는 높은 칼럼(HC1b)이 교대로 배치되도록 구성할 수 있다.

이에 따라, 상기 처리 라디칼(R)의 처리공간(TC)으로의 공급위치는 제2 방향(II)을 따라 상대적으로 낮은 제1 위치(P1)와 상대적으로 높은 제위치(P2)가 교대로 변화하게 된다. 즉, 제2 방향(II)을 따라 처리 라디칼(R)의 공급위치 궤적(PC)은 톱니바퀴 형상을 갖게 된다. 이와 같은 톱니바퀴 형상의 공급위치 궤적(PC)은 처리공간(TS) 내부에서의 라디칼 밀도의 균일성을 높일 수 있다.

처리공간(TS) 내에서 처리 라디칼(R)에 대한 밀도 균일성을 개선하기 위해 필요한 경우 도 4c에 도시된 바와 같이 낮은 칼럼(HC1a) 사이에 한 쌍의 높은 칼럼(HC1b)을 배치할 수 있다. 이때, 상기 공급위치 궤적(PC)은 사다리꼴 형상으로 제공되어 높은 위치(P2)된다.

이와 달리, 도 4d에 도시된 바와 같이 높은 칼럼(HC1b)을 구성하는 유입 홀(H1)의 일부를 생략할 수 있다. 이 경우, 상기 높은 칼럼(UC1b)을 구성하는 유입 홀(H1)들은 제3 방향(II)을 따라 불균일하게 배치되며, 제2 방향(II)을 따라 처리 라디칼(R)의 공급위치 궤적(PC)은 톱니바퀴 형상을 갖게 된다. 이때, 상기 톱니바퀴 형상의 공급위치 궤적(PC)은 제3 방향(III)을 따라 제2 방향(II)을 따라 연장하는 기준 유입 홀 열(RR)을 기준으로 제3 방향을 따라 반복된다. 따라서, 처리공간(TS) 내부에서 처리 라디칼(R)의 밀도를 기준 유입 홀 열(RR)을 기준으로 서로 상이하게 형성할 수 있다.

선택적으로, 상기 공정챔버는 유입 홀 열(HR1) 및 배출 홀 열(HR2) 중의 적어도 어느 하나를 선택적으로 덮을 수 있는 홀 덮개(160)를 더 구비할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 공정챔버를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 홀 덮개를 나타내는 사시도이다.

도 5에서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 공정챔버(101)는 홀 덮개(160)를 구비하는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 공정챔버(100)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 도 5에서 도 2와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 더 이상의 상세한 설명을 생략한다.

도 5를 참조하면, 유입 홀 열(HR1) 및 배출 홀 열(HR2)를 선택적으로 덮어 상기 처리 라디칼(R)의 유동을 차단할 수 있는 홀 덮개(160)가 배치된다.

예를 들면, 상기 홀 덮개(160)는 상기 몸체(110)의 후측벽(113)에 고정된 구동기(162)와 상기 구동기(162)로부터 제2 방향(II)을 따라 연장하여 대응하는 상기 유입 홀 열(HR1)들 및 상기 배출 홀 열(HR2)들 중의 적어도 하나를 덮는 커버 바(164)를 포함한다.

상기 구동기(162)는 특정한 범위에서 선형 이송을 수행하는 선형 구동기(미도시) 및 선형 구동기에 의해 선형 이송되는 구동축(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 선형 구동기는 정밀한 선형제어가 가능한 스텝모터를 포함할 수 있으며 상기 커버 바(164)는 구동축에 연결되어 선형 구동기의 동작에 따라 제3 방향(III)을 따라 일정한 동작범위(MA)에서 왕복 선형 이동할 수 있다.

상기 커버 바(164)는 구동기(162)로부터 제2 방향(II)을 따라 연장하는 세장부재로 구성되며 상기 공급배플(120) 및/또는 배출배플(130)의 폭과 동일한 길이(L)를 갖는다. 이에 따라, 유입 홀 열(HR1) 및/또는 배출 홀 열(HR2)은 상기 커버 바(164)에 의해 제2 방향(II)을 따라 완전히 커버될 수 있다.

이때, 상기; 커버 바(164)의 높이(H)는 서로 인접하는 유입 홀 열(HR1) 및/또는 배출 홀 열(HR2)의 피치의 절반으로 설정한다. 이에 따라, 처리 라디칼(R)의 유동을 차단하는 차단모드에서 커버 바(164)는 유입 홀 열(HR1) 및/또는 배출 홀 열(HR2)을 덮도록 위치하고, 처리 라디칼(R)이 유동하는 유동모드에서 커버 바(164)는 인접하는 유입 홀 열(HR1)사이의 열간 이격영역(도 4a의 IRA)에 위치하게 된다.

이때, 상기 유입 홀 열(HR1) 및/또는 배출 홀 열(HR2)은 커버 바(164)의 높이(H)에 대응하는 홀 사이즈를 갖고 서로 인접하는 홀 열과 커버 바(164)의 높이(H)에 대응하는 이격거리를 갖도록 정렬된다. 따라서, 상기 커버 바(164)의 상기 제3 방향(III)을 따른 동작범위(MA)는 유입 홀 열(HR1) 및/또는 배출 홀 열(HR2)의 피치의 절반의 범위내로 한정된다.

본 실시예의 경우, 상기 홀 덮개(160)는 유입 홀 열(HR1)을 덮는 공급 홀 덮개(160a) 및 배출 홀 열(HR2)을 덮는 배출 홀 덮개(16b)로 구성될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 상기 공급 홀 덮개(160a)와 배출 홀 덮개(160b) 중의 어느 하나만 배치될 수도 있다.

상기 공급 홀 덮개(160a)는 상기 공급배플(120)과 인접한 상기 후측벽(113)의 제1 영역(113a)에 운동가능하게 배치되고 각 유입 홀 열(HR1)들에 일대일로 대응하도록 다수 제공된다. 다수의 공급 홀 덮개(160a)는 각자 독립적으로 작동하여, 상기 다수의 유입 홀 열(HR1)들 중의 적어도 어느 하나를 선택적으로 폐쇄하여 상기 제3 방향(III)을 따라 특정한 높이에서 상기 처리 라디칼(R)이 상기 공급 버퍼공간(SBS)으로부터 상기 처리공간(TS)으로 공급되는 것을 차단할 수 있다.

마찬가지로, 상기 배출 홀 덮개(160b)는 상기 배출배플(130)과 인접한 상기 후측벽(113)의 제2 영역(113b)에 운동가능하게 배치되고 각 배출 홀 열(HR2)들에 일대일로 대응하도록 다수 제공된다. 다수의 배출 홀 덮개(160b)는 각자 독립적으로 작동하여, 상기 다수의 배출 홀 열(HR2)들 중의 적어도 어느 하나를 선택적으로 폐쇄하여 상기 제3 방향(III)을 따라 특정한 높이에서 상기 처리 라디칼(R)이 처리공간(TS)으로부터 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출되는 것을 차단할 수 있다.

이에 따라, 공급 홀 덮개(160a)는 대응하는 공급 홀 열(HR1)(이하, 대응 공급 홀 열)과 상기 제3 방향(III)을 따라 상기 대응 공급 홀 열과 인접한 열간 이격영역(IRA) 사이를 왕복하도록 배치되어 상기 공급 홀 덮개(160a)가 상기 대응 공급 홀 열(HR1)을 덮는 경우 상기 처리 라디칼(R)의 유동이 억제되고 상기 공급 홀 덮개(160a)가 상기 열간 이격영역(IRA)에 위치하는 경우 상기 처리 라디칼은 처리공간(TS)으로 공급된다.

마찬가지로, 상기 배출 홀 덮개(160b)는 대응하는 배출 홀 열(HR2)(이하, 대응 배출 홀 열)과 상기 제3 방향(III)을 따라 상기 대응 배출 홀 열과 인접한 열간 이격영역(IRA) 사이를 왕복하도록 배치되어 상기 배출 홀 덮개(160b)가 상기 대응 배출 홀 열(HR2)을 덮는 경우 상기 처리 라디칼(R)의 유동이 억제되고 상기 배출 홀 덮개(160b)가 상기 열간 이격영역(IRA)에 위치하는 경우 상기 처리 라디칼(R)은 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출된다.

이에 따라, 표면처리 공정의 특성과 조건에 따라 공정챔버(101)의 특정한 높이에서만 처리 라디칼(R)을 유동시킬 수 있다.

특히, 상기 몸체(110)의 바닥으로부터 상기 제3 방향(III)을 따라 동일한 높이에 위치하는 상기 공급 홀 덮개(160a)와 상기 배출 홀 덮개(160b)는 동시에 구동되어 동일한 높이의 상기 대응 공급 홀 열(HR1)과 상기 대응 배출 공급 홀(HR2)은 동시에 개방되거나 폐쇄되도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 공정챔버(101) 내부에서 상기 처리 라디칼(R)은 제1 방향(III)을 따라 간섭 없는 유동(F)을 형성할 수 있다.

상기 홀더(140)는 상기 처리공간(TS)을 한정하는 몸체(110)의 바닥부에 배치되어 상기 처리대상 기판(BS)을 고정한다.

본 실시예의 경우, 상기 홀더(140)는 반도체 패키지 공정에서 집적회로 칩(C)과 회로기판(B)이 결합된 보드 결합체에 대한 플라즈마 표면처리를 수행한다. 이에 따라, 상기 홀더(140)는 다수의 보드 결합체를 수용하는 매거진을 고정할 수 있도록 매거진 홀더로 제공된다.

이에 따라, 상기 포면처리 공정은 처리공간(TS)에 고정된 매거진(M)에 수용된 다수의 보드 결합체(BS)에 대하여 동시에 수행된다.

상기 매거진(M)은 제2방향(II)을 따라 연장하고 제1 방향(I)을 따라 매거진 폭만큼 이격된 제1 및 제2 측벽(SW1,SW2)으로 구성되고, 각 측벽의 내측면으로부터 돌출한 다수의 돌출부재(P)을 구비한다.

상기 돌출부재(P)는 각 측벽(SW1,SWw2)의 내측면에서 제3 방향을 따라 일정한 거리만큼 이격되도록 배치되어 서로 인접한 돌출부재(P)의 사이에 기판(BS)을 적재할 수 있는 공간인 슬롯(SL)이 제공된다. 상기 기판(BS)은 각 슬롯(SL)에 삽입되어 기판(BS)의 배면이 접촉하는 한 쌍의 돌출부재(P)에 의해 지지된다.

각 측벽(SW1,SW2)의 외측면에는 상기 슬롯(SL)을 노출하도록 제2 방향을 따라 연장하는 라인 형상의 제1 및 제2 라인개구(LO1,LO2)가 제공된다. 상기 제1 라인개구(LO1)는 제1 측벽(SW1)을 관통하여 상기 슬롯(SL)을 노출하고 제2 방향(II)을 따라 연장한다. 따라서, 상기 제1 라인개구(LO1)는 각 슬롯(SL)에 대응하도록 제3 방향(III)을 따라 다수개 배치된다.

이때, 각각의 제1 라인개구(LO1)는 상기 유입 홀 열(HR1)과 개별적으로 대응하도록 위치하여 각 유입 홀 열(HR1)을 통하여 처리공간(TS)으로 공급된 처리 라디칼(R)은 유입 홀 열(HR1)에 대응하는 제1 라인개구(LO1)를 통하여 매거진(M)의 내부로 공급된다.

따라서, 상기 처리 라디칼(R)은 제1 방향(I)을 따라 각 슬롯(SL)에 삽입된 보드 결합체(BS)의 상면을 따라 유동하여 다수의 보드 결합체(BS)에 대한 표면처리를 동시에 수행하게 된다.

또한, 각각의 제2 라인개구(LO2)는 상기 배출 홀 열(HR2)과 개별적으로 대응하도록 위치하여 표면처리를 완료한 처리 라디칼(R)은 제2 라인개구(LO2)를 통하여 각 슬롯(SL)별로 매거진(M)을 벗어나서 대응하는 배출 홀 열(HR2)을 경유하여 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출된다.

따라서, 상기 처리 라디칼(R)은 제1 방향(I)을 따라 각 슬롯(SL)별로 매거진(M)을 유동하여 대응하는 배출 홀 열(HR2)을 경유하여 배출된다.

이에 따라, 상기 홀더(140)에 다수의 처리대상 기판(BS)이 적재된 매거진(M) 자체를 로딩하여 다수의 처리대상 기판(BS)에 대한 표면처리를 효율적으로 동시에 수행할 수 있다.

특히, 상기 매거진(M)의 일부 슬롯(SL)에만 기판(BS)이 위치하는 경우, 기판(BS)이 위치하지 않는 기판 미슬롯에 대응하는 유입 홀 열(HR1)과 배출 홀 열(HR2)을 홀 덮개(160)로 폐쇄함으로써 기판(BS)이 위치하는 슬롯(SL)으로 처리 라디칼(R)을 집중함으로써 표면처리 공정의 효율을 높일 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 플라즈마 생성기(200)는 표면처리용 플라즈마 이온들로 구성되는 다수의 처리 라디칼들(treatment radicals)을 생성한다.

예를 들면, 상기 플라즈마 생성기(200)는 전극이 배치되어 플라즈마를 생성하기 위한 파워를 인가하는 전극부(210)와 소스가스를 플라즈마로 생성하는 생성부(220)를 구비한다.

상기 전극부(210)는 플라즈마를 생성 방법에 적절한 전극들을 다수 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 전극부(210)는 용량결합 플라즈마를 생성하기 위한 전극이나 유도결합 플라즈마를 생성하기 위한 전극을 다수 포함할 수 있다.

특히, 상기 플라즈마를 생성하는 동안 전극의 과열을 방지하여 플라즈마 생성기(200)를 보호할 수 있는 냉각유닛(212)이 더 배치될 수 있다. 상기 냉각유닛(212)은 전극부(210)의 측면을 둘러싸는 냉각 실린더로 구성될 수 있다.

기판(BS)에 대한 표면처리는 기판 표면의 이물질을 제거하고 후속하는 몰딩공정에서 결합력을 확보하도록 기판의 표면에 댕글링 본드를 생성하는 것에 목적이 있다. 이에 따라, 상기 표면처리용 플라즈마는 산화성이 우수한 물질의 라디칼로 구성된다. 예를 들면, 상기 표면처리용 플라즈마는 산소나 질소 라디칼로 구성될 수 있다.

상기 플라즈마 생성기(200)에서 생성된 표면처리용 플라즈마는 공급덕트(SD)를 통하여 공정챔버(100)로 공급된다. 이때, 상기 공급덕트(SD)에는 처리 라디칼(R)의 공급유량을 조절하는 공급밸브(V)가 배치된다.

기판(BS)의 표면처리에 요구되는 처리 라디칼(R)의 유량은 기판(BS)의 구조에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 특히, 집적회로 칩(C)과 회로기판(B) 사이의 실장 갭(mounting gap, MG)이 작을수록 요구되는 처리 라디칼(R)의 유량은 증가한다.

이에 따라, 상기 공급밸브(V)는 상기 기판(BS)의 구조에 따라 공급되는 처리 라디칼(R)의 유량을 조절할 수 있다.

이때, 상기 공급턱트(SD)를 둘러싸는 냉각기(300)가 배치되어 공정챔버(100)로 공급되는 처리 라디칼(R)의 온도를 저하시켜 냉각된 처리 라디칼을 형성한다. 예를 들면, 상기 처리 라디칼은 표면처리를 수행하는 동안 기판 결합체ㅐ(BS)에 대한 손상을 최소화할 수 있는 표면처리 온도로 냉각된다.

일실시예로서, 상기 냉각기(300)는 상기 공급덕트(SD)를 둘러싸고 상기 플라즈마 생성기(200)에서 생성된 처리 라디칼(R)보다 낮은 온도를 갖는 냉각유체(CF)가 유동하는 유동 실린더(310), 상기 유동 실린더(310)의 제1 단부(311)에 배치되어 상기 유동 실린더(310)로 상기 냉각유체(CF)를 공급하는 공급단(320) 및 상기 제1 단부(311)와 대칭적으로 위치하는 제2 단부(312)에 배치되어 상기 유동 실린더(310)로부터 배출되는 상기 냉각 유체(CF)를 수용하는 배출단(330)을 포함한다.

상기 유동 실린더(310)에는 냉각성능이 우수한 냉각유체(CF)가 저장되어 냉각 서큐레이터(340)에 의해 공급단(320)으로부터 배출단(330)으로 유동한다. 유동 실린더(310)는 공급덕트(SD)를 둘러싸는 실린더 형상으로 제공되고 냉각유체(CF)는 유동 실린더(310)의 내부에서 상기 처리 라디칼(R)과 열교환을 수행한다. 처리 라디칼(R)의 온도는 플라즈마 생성조건에 따라 상대적으로 고온을 유지하므로 냉각 유체(CF)와의 열교환에 의해 냉각된다. 바람직하게는 기판(BS)에 대한 표면처리 공정에 적절한 공정온도로 냉각될 수 있다.

공급단(320)으로부터 공급된 냉각유체(CF)는 배출단(330)으로부터 수집되어 냉각 서큐레이터(340)에 의해 다시 공급단(320)으로 회송된다. 이때, 처리 라디칼(R)과의 열교환에 의해 상승된 냉각유체(CF)의 온도는 냉각 서큐레이터(340)에 의해 다시 냉각될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 냉각유체(CF)는 냉각수 및 액화질소 중의 어느 하나로 구성할 수 있다. 그러나, 처리 라디칼(R)의 특성과 표면처리 온도에 따라 다양한 냉각유체(CF)가 사용될 수 있음은 자명하다.

상기 플라즈마 생성기(200)에서 생성된 처리 라디칼(R)은 유동 제어기(400)에 의해 인가되는 유동압력에 의해 공급덕트(SD)와 공정챔버(100) 및 배출덕트(DD)를 따라 단일한 유동(F)을 형성하게 된다.

표면처리용 플라즈마가 생성되면, 유동 제어기(400)에 의해 배출덕트(DD), 공정챔버(100) 및 공급덕트(SD)에 예정된 유동압력이 인가된다. 이에 따라, 플라즈마 생성기(200)로부터 공정챔버(100)를 거쳐 배출덕트(DD)로 향하는 단일한 유동이 플라즈마 표면처리 장치(500)의 내부에 형성된다.

예를 들면, 상기 유동 제어기(400)는 상기 배출 덕트(DD)와 연결된 가압기(410) 및 상기 배출덕트(DD)를 흐르는 처리 라디칼의 유량을 조절하는 유량조절 밸브(420)로 구성될 수 있다.

상기 가압기(410)는 배출덕트(DD)를 통하여 진공압을 인가할 수 있는 진공압 생성기를 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 반도체 패키지를 제조하기 위한 플라즈마 표면처리 장치를 개시하고 있지만, 외부에서 생성된 플라즈마를 저온처리한 후 공정챔버로 공급하여 기판에 대한 표면처리를 수행한다면 반도체 패키지 공정뿐만 아니라 다양한 공정에도 적용될 수 있음은 자명하다. 예를 들면, 평판 표시패널을 제조하기 위한 플라즈마 표면처리 공정에도 상기 플라즈마 표면처리 장치(500)를 응용할 수 있음은 자명하다.

상술한 바와 같은 플라즈마 표면처리 장치에 의하면, 공정챔버의 외부에서 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼을 생성하고 공급덕트를 통하여 필요한 유량으로 공급한다. 이때, 공급덕트를 둘러싸는 냉각기에 의해 처리 라디칼을 냉각하여 기판(BS) 손상을 방지할 수 있는 적절한 온도로 공급할 수 있다. 이에 따라, 기판(BS)의 구조에 따라 적절한 유량의 처리 라디칼을 표면처리에 적절한 온도로 공급하여 표면처리 공정이 진행되는 동안 집적회로 칩(C)과 회로기판(B)의 손상을 현저하게 줄일 수 있다.

특히, 공정챔버의 내부에는 공급덕트와 인접하게 배치되고 다수의 유입 홀 열(GR1)을 갖는 공급배플이 배치되어 공정챔버의 높이방향을 따라 균일하게 처리 라디칼을 기판(W)으로 공급할 수 있다. 또한, 공정챔버로부터 처리 라디칼을 배출하는 배출덕트와 인접하게 배치되고 다수의 배출 홀 열(HR2)을 갖는 배출배플이 배치되어 공정챔버의 높이방향을 따라 균일하게 처리 라디칼을 배출할 수 있다. 이에 따라, 매거진에 구비된 다수의 기판(BS)에 대하여 동시에 표면처리 공정을 수행하여 공정효율을 높일 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 구비하는 기판 처리 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리 시스템(1000)은 회로기판(B)에 집적회로 칩(C)을 접합하여 보드 결합체(BC)를 형성하는 접합장치(600), 다수의 상기 보드 결합체(BC)들이 수납된 매거진(M)을 수용하여 상기 보드 결합체(BC)들의 각각에 대하여 플라즈마 표면처리 공정을 수행하는 플라즈마 표면처리 장치(500) 및 플라즈마 표면처리된 상기 보드 결합체(BC)들을 개별적으로 추출하여 상기 회로기판(B) 상에 외부로부터 상기 집적회로 칩(C)을 보호하는 몰드를 형성하는 몰드장치(700)를 포함한다.

상기 접합장치(600)는 집적회로 칩(C)을 회로기판(B)에 실장하여 보드 결합체(BS)를 형성한다.

예를 들면, 반도체 전공정을 통하여 다수의 집적회로 칩(C)이 형성된 반도체 기판(예를 들면, 웨이퍼)이 전송되면, 먼저 언다이싱 공정을 통하여 반도체 기판으로부터 집적회로 칩(C)을 개별적으로 분리하여 웨이퍼로부터 분리된 집적회로 칩인 다이를 생성한다. 이어서, 피커 어셈블리와 같은 추출장치를 이용하여 각 다이를 개별적으로 회로기판(B)에 실장한다. 예를 들면, 상기 다이는 인쇄회로 기판(PCB) 상에 실장될 수 있다.

이어서, 집적회로 칩(C)이 실장된 회로기판(B)을 열처리하여 회로기판(B)의 접합패드와 집적회로 칩(C)의 접합부를 접합하여 보드 결합체(BS)를 형성한다. 이때, 상기 접합부는 마이크로 범프와 같은 범프 구조물을 구비하여 상기 회로기판(B)과 집적회로 칩(C) 사이에는 미세 실장 갭(MG)이 형성된다.

집적회로 칩(C)과 회로기판(B)이 접합이 완료되면, 상기 보드 결합체(BS)는 접합장치(600)로부터 언로딩되어 매거진(M)에 차례대로 수납된다. 이때, 매거진(M)에는 다수의 돌출부(P)에 슬롯(SL)이 구비되어 다수의 보드 결합체(BS)가 적층된다.

이어서, 상기 매거진(M)은 플라즈마 표면처리 장치(500)의 처리공간(TS)으로 로딩된다. 매거진(M)이 홀더(140)에 고정되면 플라즈마 생성기(200)에 의해 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼(R)이 생성되고 유동 제어기(400)에 의해 인가된 유동압력에 의해 상기 처리 라디칼(R)은 공급덕트(SD)를 통하여 공정챔버(100)로 공급된다. 이때, 공급덕트(SD)를 유동하는 동안 냉각기(200)에 의해 냉각되어 공정챔버(100)로 공급된다.

공정챔버(100)로 공급된 공급배플(120)을 통하여 균일하게 각 보드 결합체(BS)로 공급되어 보다 결합체(BS) 단위로 개별적으로 표면처리 공정이 수행된다.

매거진(M)을 경유하면서 표면처리 공정을 수행한 처리 라디칼(R)은 배출덕트(DD)를 통하여 공정챔버의 외부로 배출된다. 이때, 배출덕트(DD)와 인접하게 배치된 배출배플(130)은 공급배플(120)로부터 공급된 처리 라디칼(R)의 유동을 간섭없이 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출할 수 있다.

회로기판(B)과 집적회로 칩(C) 사이의 미세 실장 갭(MG)에도 불구하고 충분한 처리 라디칼(R)을 저온으로 보드 결합체(BS)로 공급함으로써 미세 실장 갭(MG)을 한정하는 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)의 표면에도 충분하게 표면처리를 할 수 있다.

상기 플라즈마 표면처리 장치(500)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 플라즈마 표면처리 장치(500)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에 따라, 상기 플라즈마 표면처리 장치(500)에 관한 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

상기 플라즈마 표면처리에 의해 보드 결합체(BS)의 표면으로부터 이물질을 충분히 제거하고 성형체와의 결합력을 높일 수 있는 충분한 댕글링 본드를 생성할 수 있다.

표면처리가 완료되면, 상기 매거진(M)은 공정챔버(100)로부터 언로딩되어 몰드장치(700)로 이송된다.

몰드장치(700)는 매거진(M)으로부터 보드 결합체(BS)를 개별적으로 추출하여 몰드장치(700)의 공정챔버로 공급한다. 상기 몰드 장치(700)는 기판(B)의 표면에 집적회로 칩(C)을 덮도록 몰드 성형체를 형성하여 집적회로 칩(C)을 기판(B)에 고정하고 외부환경으로부터 집적회로 칩(C)을 분리시킨다. 보드 결합체(BS)에 대한 충분한 플라즈마 표면처리에 의해 보드 결합체(BS)와 몰드 성헝체의 결합력을 안정적으로 확보할 수 있다.

매거진(M)에 수납된 보드 결합체(BS)에 대하여 모두 몰드 성형체를 형성하면 상기 매거진(M)은 후속 패키지 공정으로 이송된다.

이때, 상기 매거진(M)은 행거(hanger)와 같은 다양한 이송수단(미도시)을 이용하여 상기 접합장치(600), 상기 플라즈마 표면처리 장치(500) 및 상기 몰드장치(700) 사이를 이송할 수 있다.

이에 따라, 상기 보드 결합체를 구비하는 반도체 패키지는 안정적으로 몰드 성형체와의 결합력을 확보하고 표면 이물질을 제거함으로써 반도체 패키지의 몰드 불량을 방지할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 플라즈마 표면처리를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 먼저, 공급배플(120)과 배출배플(130)에 의해 한정되는 처리공간(TS)을 구비하는 공정챔버(100)로 보드 결합체(BS)를 로딩한다(단계 S100).

접합장치에 의해 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)의 실장이 완료되어 보드 결합체(BS)가 완성되면, 매거진(M)에 수납되고 상기 매거진(M)은 공정챔버(100)의 홀더(140)에 고정된다. 이에 따라, 다수의 보드 결합체(BS)가 동시에 공정챔버(100)로 로딩된다.

상기 공정챔버(100)의 제1 측벽(111)은 공급덕트(SD)와 연결되고, 다수의 유입 홀(H1)들을 구비하는 공급배플(120)이 제1 측벽(111)과 대향하도록 위치한다. 상기 공정챔버(100)의 제2 측벽(112)은 배출덕트(DD)와 연결되고, 다수의 배출 홀(H2)들을 구비하는 배출배플(130)이 제2 측벽(112)과 대향하도록 위치한다.

상기 공정챔버(10))의 내부공간은 제1 측벽(111)과 공급배플(120)에 의해 한정되는 공급 버퍼공간(SBS), 제2 측벽(112)과 배출배플(120)에 의해 한정되는 배출 버퍼공간(DBS) 및 공급배플(120)과 배출배플(130)에 의해 한정되는 처리공간(TS)으로 구분된다.

이어서, 공정챔버(100)의 외부에서 표면처리용 플라즈마를 생성한다(단계 S200). 상기 공정챔버(100)의 외부에 배치되어 상기 공급덕트(SD)에 의해 상기 공정챔버(100)와 연결되는 플라즈마 생성기(200)로부터 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼(R)을 생성한다.

예를 들면, 용량성 플라즈마 생성기 또는 유동성 플라즈마 생성기를 이용하여 산소나 질소 라디칼을 상기 표면처리용 플라즈마로 생성한다.

표면처리용 플라즈마가 생성되면, 상기 공급덕트(SD), 상기 공정챔버(100) 및 상기 배출덕트(DD)에 상기 처리 라디칼(R)을 유동시키는 유동압력을 인가한다(단계 S300).

예를 들면, 배출덕트(DD)를 통하여 예정된 진공압을 인가하고 공급덕트(SD)의 공급밸브를 개방하여 플라즈마 생성기(200)로부터 처리 라디칼(R)을 공급한다.

이때, 상기 유동압력은 배출덕트(DD)를 통하여 공정챔버(100) 및 공급덕트(SD)로 작용하므로 처리 라디칼(R)은 공급덕트(SD)로부터 공정챔버(100)를 거쳐 배출덕트(DD)로 향하는 단일한 유동을 형성하게 된다.

비록, 처리 라디칼(R)은 플라즈마 상태이지만 상기 유동압력에 의해 처리장치(500) 내부에서 단일한 유동을 형성하게 된다.

이어서, 공급덕트(SD)를 통과하는 처리 라디칼(R)을 냉각하여 냉각된 저온 처리 라디칼(R)을 상기 공급배플(120)로 공급한다(단계 S400).

예를 들면, 공급덕트(SD)를 둘러싸는 실린더 형상의 냉각기(300)로 냉각유체(F)를 통과시켜 열교환에 의해 플라즈마 생성기(100)로부터 생성된 고온 처리 라디칼(R)을 저온 처리 라디칼로 형성한다. 냉각수나 액체 질소를 공급덕트(SD) 주변부로 유동시켜 공급덕트(SD)를 통한 열전도에 의해 처리 라디칼(R)을 냉각할 수 있다.

본 실시예의 경우, 고온 처리 라디칼(R)을 표면처리를 수행하는 동안 집적회로 칩(C)이나 회로기판(B)에 대한 손상을 최소화할 수 있는 표면처리공정온도까지 로 냉각할 수 있다.

처리 라디칼(R)이 충분히 냉각되면, 냉각된 처리 라디칼(R)을 상기 처리공간(TS)으로 균일하게 확산시켜 상기 매거진(M)에 수납된 각 보드 결합체(BS)에 대해 플라즈마 표면처리를 수행한다(단계 S500).

냉각된 처리 라디칼(R)은 공급배플(120)에 의해 한정되는 공급 버퍼공간(SBS)으로 공급되고, 공급배플(120)에 구비된 유입 홀 열(HR1)을 통하여 공정챔버의 높이 방향을 따라 균일하게 처리공간(TS)으로 공급된다.

이때, 유입 홀 열(HR1)은 매거진(M)의 각 슬롯(SL)에 대응하도록 배치되어 처리 라디칼(R)은 매거진의 각 슬롯(SL)별로 균일하게 공급된다. 이에 따라, 각 슬롯(SL)에 위치하는 보드 결합체(BS)에 대하여 동시에 표면처리 공정이 수행된다.

처리공간(TS)에서 표면처리 공정을 수행한 처리 라디칼(R)과 표면처리 공정의 부산물은 배출덕트(DD)를 통하여 외부로 배출된다(단계 S600).

유동 제어기(400)에 의해 배출덕트(DD)에 인가되는 유동압력에 의해 처리 라디칼(R)과 공정 부산물은 배출덕트를 통하여 공정챔버(100)의 외부로 배출된다.

처리공간(TS)의 처리 라디칼과 공정 부산물은 배출배플(130)의 배출 홀 열(HR2)을 통하여 유동하여 배출 버프공간(DBS)으로 수집된다. 이때, 배출 홀 열(HR2)은 유입 홀 열(HR1)과 동일한 높이에 위치하므로 공급배플(120)을 통과하여 처리공간(TS)으로 공급된 처리 라디칼(R)은 유동의 혼란(fluid disturbance)없이 배출 버퍼공간(DBS)으로 배출할 수 있다. 이에 따라, 처리 라디칼(R)은 공정챔버(100)의 높이방향을 따라 균일하게 배출될 수 있다.

상술한 바와 같은 플라즈마 표면처리 방법에 의하면, 회로기판(B)과 집적회로 칩(C) 사이의 미세 실장 갭(MG)의 표면도 표면처리 할 수 있을 정도로 충분한 유량의 처리 라디칼(R)을 저온으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 미세 실장 갭(MG)을 한정하는 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)의 표면에도 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)에 대한 손상없이 표면처리를 할 수 있다.

특히, 본 실시예에서는 매거진(M)에 수용된 다수의 보드 결합체(BS)들에 대해 동시에 표면처리 공정을 수행하는 것을 예시하고 있지만, 매거진(M)은 선택적으로 이용될 수 있다.

예를 들면, 웨이퍼 상에 배치된 다수의 기저 다이와 개별적으로 적층 다이가 플립 칩 구조를 갖도록 결합되어 다수의 다이 결합체를 구비하는 웨이퍼 레벨 패키지를 형성하는 경우, 상기 표면처리 공정은 각 웨이퍼 별로수행될 수도 있다. 특히, 플립 칩 결합에 의해 다이 결합체의 실장 갭이 축소된 경우에도 본 실시예에 의한 표면처리 공정을 수행하는 경우 저온 라디칼을 충분한 유량으로 공급하여 미소 실장 갭 내부에서도 충분한 플라즈마 표면처리를 수행할 수 있다. 이에 따라, 칩-칩 혹은 다이-다이 결합체의 미소 실장 갭으로부터 충분히 불순물을 제거함으로서 다이 결합체의 본딩 특성을 높일 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 및 플라즈마 표면처리 방법에 의하면, 공정챔버의 외부에서 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼을 생성하고 공급덕트를 통하여 필요한 유량으로 공급한다. 이때, 공급덕트를 둘러싸는 냉각기에 의해 처리 라디칼을 냉각하여 기판(BS) 손상을 방지할 수 있는 적절한 온도로 공급할 수 있다. 이에 따라, 기판(BS)의 구조에 따라 적절한 유량의 처리 라디칼을 표면처리에 적절한 온도로 공급하여 표면처리 공정이 진행되는 동안 집적회로 칩(C)과 회로기판(B)의 손상을 현저하게 줄일 수 있다.

뿐만 아니라, 회로기판(B)과 집적회로 칩(C) 사이의 미세 실장 갭(MG)의 표면도 표면처리 할 수 있을 정도로 충분한 유량의 처리 라디칼(R)을 저온으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 미세 실장 갭(MG)을 한정하는 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)의 표면에도 회로기판(B)과 집적회로 칩(C)에 대한 손상없이 표면처리를 할 수 있다.

특히, 기저 다이와 적층 다이 사이의 플립 칩 결합에 의해 미소 실장 갭을 갖는 웨이퍼 레벨 패키지에 대해 충분한 유량의 저온 라디칼을 이용하여 표면처리를 수행함으로써 미소 실장 갭으로부터 불순물을 제거하고 접합품질을 높일 수 있다. 이와 같은 미소 실장 갭에 대한 효율적인 표면처리 공정은 재배선(re-directional line, RDL) 영역이 확장하는 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지(FOWLP)로 구성되는 애플리케이션 프로세서의 패키징 효율을 현저하게 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

표면처리용 플라즈마 이온들인 다수의 처리 라디칼(treatment radicals)을 생성하는 플라즈마 생성기;
상기 플라즈마 생성기와 이격되어 배치되고 공급덕트를 통하여 공급된 상기 처리 라디칼로 처리대상 기판에 대한 표면처리 공정을 수행하는 공정챔버;
상기 공급덕트에 배치되어 상기 공정챔버로 공급되는 상기 처리 라디칼의 온도를 저하시키는 냉각기; 및
상기 처리 라디칼을 배출하는 배출덕트에 배치되어 상기 공정챔버로부터 상기 처리 라디칼을 배출하고 상기 공정챔버 내부에서 상기 처리 라디칼의 유동방향을 단일하게 유지하는 유동 제어기를 포함하고,
상기 공정챔버는,
제1 방향을 따라 이격되고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 연장하고 상기 공급덕트 및 상기 배출덕트가 각각 연결되는 제1 측벽 및 제2 측벽과 상기 제1 측벽 및 제2 측벽과 연결되도록 상기 제1 방향을 따라 연장하는 후측벽을 구비하도록 입체형상을 갖는 몸체;
상기 제1 측벽과 이격되어 배치되고 상기 제1 측벽과의 사이에 상기 냉각기에 의해 냉각된 상기 처리 라디칼을 수용하는 공급 버퍼공간을 제공하며, 표면에 다수의 유입 홀들을 가지는 공급배플;
상기 제2 측벽과 이격되어 배치되고 상기 제2 측벽과의 사이에 상기 배출덕트로 배출되는 상기 처리 라디칼을 수용하는 배출 버퍼공간을 제공하고 상기 공급배플과의 사이에 상기 표면처리 공정을 수행하는 처리공간을 제공하며, 표면에 다수의 배출 홀들을 가지는 배출배플;
상기 후측벽에 고정된 구동기 및 상기 구동기로부터 상기 제2 방향을 따라 연장하여 상기 유입 홀들 및 상기 배출 홀들 중의 적어도 하나를 덮는 커버바를 가지는 홀 덮개를 포함하는 플라즈마 표면처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 생성기는 상기 표면처리 공정용 소스가스를 플라즈마로 변화하는 용량결합 플라즈마 생성기 및 유도결합 플라즈마 생성기 중의 어느 하나를 포함하는 플라즈마 표면처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 공정챔버는,
상기 처리공간의 바닥부에 배치되어 상기 처리대상 기판을 고정하는 홀더를 더 포함하는 플라즈마 표면처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 제2 방향을 따라 상기 후측벽으로부터 이격되고 상기 처리대상 기판을 상기 처리공간으로 로딩하거나 상기 처리공간으로부터 언로딩 하는 게이트를 구비하는 플라즈마 표면처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 공급배플 및 상기 배출배플은 상기 제1 방향 및 제2 방향에 모두 수직하는 제3 방향을 따라 연장하여 상기 몸체의 바닥부 및 천정부와 결합하고,
상기 다수의 유입 홀들은 상기 제2 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 유입 홀 열을 구성하고 다수의 상기 유입 홀 열들은 상기 제3 방향을 따라 일정한 간격으로 정렬되어, 상기 처리 라디칼은 상기 공급 배플로부터 상기 처리공간으로 상기 제3 방향을 따라 균일하게 공급되며,
상기 다수의 배출 홀들은 상기 제2 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 배출 홀 열을 구성하고 다수의 상기 배출 홀 열들은 상기 다수의 유입 홀 열들과 개별적으로 대응하도록 제3 방향을 따라 정렬되어, 상기 처리 라디칼은 상기 배출 배플로부터 상기 배출 버퍼공간으로 상기 제3 방향을 따라 균일하게 배출되는 플라즈마 표면처리 장치.
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제5항에 있어서, 상기 홀 덮개는,
상기 공급배플과 인접한 상기 후측벽의 제1 영역에 운동가능하게 배치되고 상기 다수의 유입 홀 열들 중의 적어도 어느 하나를 선택적으로 폐쇄하여 상기 제3 방향을 따라 특정한 높이에서 상기 처리 라디칼이 상기 공급 버퍼공간으로부터 상기 처리공간으로 공급되는 것을 선택적으로 차단하는 다수의 공급 홀 덮개; 및
상기 배출배플과 인접한 상기 후측벽의 제2 영역에 운동가능하게 배치되고 상기 다수의 배출 홀 열들 중의 적어도 어느 하나를 선택적으로 폐쇄하여 상기 제3 방향을 따라 특정한 높이에서 상기 처리 라디칼이 상기 처리공간으로부터 상기 배출 버퍼공간으로 배출되는 것을 선택적으로 차단하는 다수의 배출 홀 덮개를 포함하는 플라즈마 표면처리 장치.
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제8항에 있어서, 상기 공급 홀 덮개는 대응하는 대응 유입 홀 열과 상기 제3 방향을 따라 상기 대응 유입 홀 열과 인접한 열간 이격영역 사이를 왕복하도록 배치되어 상기 공급 홀 덮개가 상기 대응 유입 홀 열을 덮는 경우 상기 처리 라디칼의 유동이 억제되고 상기 공급 홀 덮개가 상기 열간 이격영역에 위치하는 경우 상기 처리 라디칼의 유동이 허용되고,
상기 배출 홀 덮개는 대응하는 대응 배출 홀 열과 상기 제3 방향을 따라 상기 대응 배출 홀 열과 인접한 열간 이격영역 사이를 왕복하도록 배치되어 상기 배출 홀 덮개가 상기 대응 배출 홀 열을 덮는 경우 상기 처리 라디칼의 유동이 억제되고 상기 배출 홀 덮개가 상기 배출 홀 열간 이격공간에 위치하는 경우 상기 처리 라디칼의 유동이 허용되는 플라즈마 표면처리 장치.
제8항에 있어서, 상기 몸체의 바닥으로부터 상기 제3 방향을 따라 동일한 높이에 위치하는 상기 공급 홀 덮개와 상기 배출 홀 덮개는 동시에 구동되어 동일한 높이의 상기 대응 유입 홀 열과 상기 대응 배출 홀 열은 동시에 개방되거나 폐쇄되어, 상기 공정챔버 내부에서 상기 처리 라디칼은 제1 방향을 따라 간섭 없이 유동하는 플라즈마 표면처리 장치.
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공급덕트와 연결된 제1 측벽과 대향하고 표면에 다수의 유입 홀들을 구비하는 공급배플과 배출덕트와 연결된 제2 측벽과 대향하고 표면에 다수의 배출 홀들을 구비하는 배출 배플에 의해 한정되는 처리공간을 구비하는 공정챔버로 적어도 하나의 처리대상 기판을 로딩하고;
상기 공정챔버의 외부에 배치되어 상기 공급덕트에 의해 상기 공정챔버와 연결되는 플라즈마 생성기로부터 표면처리용 플라즈마인 처리 라디칼을 생성하고;
상기 공급덕트, 상기 공정챔버 및 상기 배출덕트에 상기 처리 라디칼을 유동시키는 유동압력을 인가하고;
상기 공급덕트를 통과하는 상기 처리 라디칼을 냉각하여 저온 처리 라디칼을 상기 공급배플로 공급하고;
상기 저온 처리 라디칼을 상기 처리공간으로 균일하게 확산시켜 상기 적어도 하나의 처리대상 기판에 대해 플라즈마 표면처리를 수행하고;
상기 저온 처리 라디칼을 상기 처리공간으로부터 상기 배출배플로 배출하여 상기 공급덕트, 상기 공정챔버 및 상기 배출덕트 사이에 상기 처리 라디칼의 단일한 유동경로를 형성하고,
상기 공정챔버는,
제1 방향을 따라 이격되고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 연장하고 상기 공급덕트 및 상기 배출덕트가 각각 연결되는 제1 측벽 및 제2 측벽과 상기 제1 측벽 및 제2 측벽과 연결되도록 상기 제1 방향을 따라 연장하는 후측벽을 구비하도록 입체형상을 갖는 몸체;
상기 후측벽에 고정된 구동기 및 상기 구동기로부터 상기 제2 방향을 따라 연장하여 상기 유입 홀들 및 상기 배출 홀들 중의 적어도 하나를 덮는 커버바를 가지는 홀 덮개를 포함하는 플라즈마 표면처리 방법.