KR19990062423A - 반도체 포장기구에 사용되는 주형의 표면오염을 제거하기 위한방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 반도체 포장기구에서 사용되는 주형으로부터 그리스, 왁스, 및 잔여수지 등을 제거하기 위해 레이저를 이용한다.

레이저를 이용하는 오염물의 제거공정은 오염물을 가지는 주형의 표면으로 레이저 빔을 발사하는 것을 포함한다.

레이저는 오직 짧은 기간, 예를 들어 23나노초(ns) 동안 유지되는 펄스(pulse)로써 전달되는데, 오염물을 완전히 제거하기 위해 다중펄스가 필요할 수도 있다.

각 펄스에 대하여 포장의 영역이 대개 주형표면의 전체 영역보다 매우 작기 때문에 전체주형표면이 레이저에 노출될 때까지 레이저 빔이 움직일 필요가 있다.

레이저가 오염물을 분해시킬 때 냄새가 발생하기 때문에 잔여가스와 다른 부스러기를 제거하기 위해 어떤 형태의 진공이 사용되어야 한다.

Description

반도체 포장기구에 사용되는 주형의 표면오염을 제거하기 위한 방법

본 발명은 일반적으로 반도체 포장분야에 관한 것으로 특히, 반도체 포장기구에 사용되는 주형의 클리닝(cleaning)방법 또는 표면오염을 제거하기 위한 체계에 관한 것이다.

반도체 장치를 포장하는 공정은 당업자(Those skilled in the art)에게 잘 알려져 있다.

일반적으로, 상술한 공정은 전형적으로 주형의 절반을 닫고 수지재료를 액화하고 경화하기 위해 강한 열과 압력 하에서 수지재료의 형태를 주입하는 두 주형의 절반부분 사이의 칩 운반 기층(chip-carrying substrate)을 놓는 것을 포함한다.

이것은 다수의 장치가 비교적 짧은 시간에 처리된다는 점에서 대량의 공정이다.

캡슐화 공정은 대개 포장기구가 일정시간 동안 계속 가동되고 나면 상당한 양의 오열물질을 표면에 남기게 된다.

상기 오염물질은 그리스(grease), 왁스(wax), 잔여수지(resin)등이다.

캡슐화 공정이 강한 열과 압력 하에서 수행되기 때문에 상기 오염물질은 표면에 고착되게 되므로 이것을 제거하는 일은 대단히 어려운 작업이다.

결과적으로, 상기 표면 오염물질의 제거는 공정에 포함되게 되어 현재 주형의 클리닝은 물질을 액화시키는 강한 열과 압력이 가해져서 굳어지는 빈 주형 안으로 맬라민(malamine)이라는 물질을 분사함으로써 달성된다.

상기 공정동안, 오염물질들은 맬라민 화합물과 반응하여 표면에 맬라민 화합물을 접착한 뒤 고체화되면 상기 멜라민 화합물이 떨어져 나간다.

한편, 상기와 같은 주형 클리닝 방법이 당업계에서 광범위하게 사용되어 왔으나 거기에는 많은 결점이 있다. 그 하나는, 시간이 많이 든다는 것인데 즉, 전체공정이 두 시간이상이나 소요된다는 것이다.

대량생산이 중요한 산업에서 상기와 같이 많은 시간이 소요된다는 것은 막대한 비용을 요하는 일인 것이다.

또한, 상기 클리닝 공정은 공정후에도 다소의 잔여 오염물들이 남아있게되는 관계로 완전하지 못하며, 상기 잔여물들은 포장공정에 결함을 발생시킬 수 있기 때문에 캡슐화 공정에 악영향을 끼칠 수 있다.

또한, 맬라민과 같은 클리닝 물질은 인체에 해로운 독성이 있는 향을 발산하기 때문에 맬라민을 주의 깊게 관리하는 것은 위험을 최소화하기 위해 필수적이다.

상술한 이유로, 당해 업계에서는 효과적인 클리닝공정의 필요성이 대두되었다.

빠르고, 완전하며, 비교적 안전한 공정이 바람직하지만, 현재까지의 반도체 포장산업의 당해 업계에서는 그러한 클리닝시스템이 안출되지 못해왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 포장기구에서 사용되는 주형상의 표면오염물을 빠르고, 완전하며, 비교적 안전하게 제거하는 공정 및 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 반도체 포장 기계에 사용되는 주형 집합체에 인접하여 설치된 본 시스템의 바람직한 실시예의 사시도.

도 2는 본 시스템의 바람직한 실시예를 위한 빔 전달 집합체의 사시도.

도 3은 본 시스템의 바람직한 실시예를 위한 X-Y 테이블의 사시도.

도 4는 본 발명의 레이저 클리닝 공정을 수행하기 전에 반도체 포장기계에서 사용되는 주형 상에서 전형적으로 발견되는 오염물 층의 깊이 단면을 도시하는 오거 전자 분광기(Auger Electron Spectroscopy, AES)의 스펙트럼 그래프.

도 5는 본 발명의 레이저 클리닝 공정을 수행한 후에 반도체 포장기계에서 사용되는 주형 상에서 전형적으로 발견되는 오염물 층의 깊이 단면을 도시하는 오거 전자 분광기(Auger Electron Spectroscopy, AES)의 스펙트럼 그래프.

도 6은 본 발명의 레이저 클리닝 공정을 수행한 후에 한시간 동안 계속된, 반도체 포장기계에서 사용되는 주형 상에서 전형적으로 발견되는 오염물 층의 깊이 단면을 도시하는 오거 전자 분광기(Auger Electron Spectroscopy, AES)의 스펙트럼 그래프.

* 부호설명

1 ... 독립장치 2 ... 레이저빔

5,10 ... 주형 20 ... 레이저 발생기

30,35 ... 렌즈 50 ... X-Y 테이블

52 ... 로버트 팔 60 ... 캡슐화 도구

m1,m2,m3,m4 ... 거울

본 발명에서는 반도체 포장기구에서 사용되는 주형으로부터 그리스, 왁스, 및 잔여수지 등을 제거하기 위해 레이저를 이용한다.

일반적으로 레이저를 이용하는 오염물의 제거공정은 오염물을 가지는 주형의 표면으로 레이저 빔을 발사하는 것을 포함한다.

레이저는 오직 짧은 기간, 예를 들어 23나노초(ns) 동안 유지되는 펄스(pulse)로써 전달되는데, 오염물을 완전히 제거하기 위해 다중펄스가 필요할 수도 있다.

각 펄스에 대하여 포장의 영역이 대개 주형표면의 전체 영역보다 매우 작기 때문에 전체주형표면이 레이저에 노출될 때까지 레이저 빔이 움직일 필요가 있다.

레이저가 오염물을 분해시킬 때 냄새가 발생하기 때문에 잔여가스와 다른 부스러기를 제거하기 위해 어떤 형태의 진공이 사용되어야 한다.

상기 레이저 공정을 성공적으로 사용하여 적절한 결과를 얻기 위해서는 적 많은 요소들이 고려되어야 하는데, 그 중 하나는, 상기 공정이 비교적 빨리 이루어져야 한다는 점이다. 즉, 상기 레이저는 표면의 오염물을 제거하는데 지나치게 시간이 걸려서는 안된다.

상기 제거공정은 역시 완전히 이루어져야 하는데, 즉, 상기 레이저가 표면 오염물을 모두 또는 실질적으로 모두 제거하여야 한다.

또한, 상기 제거 공정은 침해적이 되어서는 안되는데, 즉, 어떤 경우에도 주형표면에 손상을 입히지 않아야 한다.

적절한 결과를 달성하기 위해 다수의 레이저 파라미터(parameter)가 제어되어야 한다.

예를 들면 세 개의 파라미터는 레이저의 형태, 출력파워, 레이저의 파장, 레이저의 전달형태(펄스 또는 계속적), 등등이다.

현재의 시스템에서는 많은 레이저 형태가 존재하기 때문에 균일한 에너지 양상을 가지고 간섭하지 않는 펄스 레이저 빔을 발생하는 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.

상술한 상태는 높은 피크파워(peak power), 레이저 빔의 더 나은 제어, 및 더 용이한 오염물 제거공정을 가능하게 한다.

케이 알 에프 엑시머 레이저(KrF excimer laser)가 상술한 특질을 같는 것이 도시되어 있으며, 마찬가지로 상술한 특질들을 갖는 다른 레이저 형태가 있더라도 상기 타입이 선호된다.

이것은 역시 레이저 펄스가 23나노초(ns)의 펄스폭을 가지는 것이 바람직하다.

성공적으로 오염물들을 제거하기 위해서 상기 레이저 빔은 특정 파장에서 충분한 파워를 가져야 하는데, 레이저 응용을 위해, 파워는 단위가 mJ/cm²인 영역으로 분할되는 에너지로서 정의되는 영향에 대하여 정의된다.

상기 파장은 짧기 때문에 대개 나노미터(nano-meter, nm)로 측정된다.

파장의 대역은 가능한한 248nm이 되는 것이 바람직하다. 유사하게 가능한 파워출력의 범위는 300mJ/cm²이 바람직하다.

오염물 밑에 있는 주형의 표면이 손상될 수 있는 파워출력을 사용하지 않는 것이 중요한데, 손상을 유발시킬 정도가 되는 파워의 양은 부분적으로는 레이저의 파장과 형태 및 레이저가 비추어지는 물질의 특성에 달려있다.

바람직한 셋팅(setting)에서, 248nm의 파장, 23ns의 펄스폭, 1cm²의 펄스의 작용범위 영역 및 300mJ/cm²의 영향레벨(level)을 갖는 케이알에프 엑시머 레이저는작용범위 영역 내의 오염물 층을 완전하게 제거하기 위하여 동일한 위치에서 최소한 두 펄스를 가진다.

상기 오염물 층은 두께가 대개 약 1에서 2m 인데, 이 깊이는 약 24시간동안 캡슐화 도구가 계속 작동함에 따라 형성된다.

여기서, 상기 도구는 더 긴 기간동안 작동됨에 따라 상기 오염물 층의 두께가 더욱 증가될 수 있다.

상기 오염물 층의 다른 두께를 계산하기 위하여, 비록 몇몇 다른 파라미터에서 변화가 일어날지라도 펄스폭이나 영역당 펄스의 수 또는 양쪽의 조합 중의 하나가 수정될 필요가 있다.

예를 들어, 1-2m 두께를 가지는 전체 주형표면(약 468cm²의 표면영역을 가지는)은 상술한 공정파라미터를 사용하여 약 2에서 3분내에 클리닝될 수 있다.

그러나 클리닝을 위한 전체시간이 감소한 펄스의 작용범위 영역이 증가될 수 있다.

상기 펄스의 작용범위 영역은 기본적으로 레이저빔의 크기에 의해 결정되는데, 크기가 클수록 각 펄스에 의해 커버되는 영역이 크다.

왜냐하면, 주형표면이 반도체 장치를 받아들이고 수지를 분배하기 위하여 다양한 공동을 가지기 때문에 상기 주형 표면은 완전히 평평하지 않기 때문이다.

특히, 만약 레이저 빔의 크기가 상당히 큰 경우, 레이저 펄스는 동시에 둘이상의 다른 깊이의 표면에 노출될 수 있다.

상기 레이저 에너지 레벨이 일반적으로 거리에 관계없이 일정할지라도 초점길이는 다른 깊이로 인하여 레이저 에너지 레벨 내에서 달라지기 쉽우며, 상기 차이는 초점길이가 매우 작을 때 명확하다.

상술한 문제점을 피하기 위해, 매우 긴 초점길이를 가지고 평행한 빔을 사용하는 것이 바람직하다.

주형상의 공동은 레이저 클리닝 공정에서 한 부수적인 문제점을 일으키는데, 그것은 대개 공동이 주형의 주표면에 수직인 측벽을 가지는 것이다.

만약 레이저가 주형의 표면에 수직으로 발사된다면, 빔이 본질적으로 측벽에 평행하게 되기 때문에 측벽은 레이저 빔으로부터 레이저 에너지를 충분히 받아들이지 못한다.

상기 문제를 피하기 위해, 레이저 빔이 주형표면과 같은 각도로 발사되는 것이 바람직한데, 이 방향에서는 모든 표면이 레이저로부터 충분한 에너지를 받아들일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 레이저 클리닝 공정은 주형을 사용하는 어떤 반도체 캡슐화 기구 바로 옆에서 조종할 수 있는 독립형의 클리닝 시스템으로 수행된다.

상기 시스템에서, 레이저 빔은 의도된 목적지에 도달하기 위해 몇 개가 거울을 경유하여 나아가고 거울은 캡슐화 기계 주형의 절반사이에 위치한다.

상기 거울은 어떤 각도에서도 거울을 정밀하게 회전시킬 수 있고, 주형의 표면에 평행한 평면에서 어떤 위치에서도 거울을 정밀하게 배치할 수 있는 로버트 팔에 결합되어 있으며, 상기 로버트 팔은 상기 로버트 팔의 위치를 용이하게 하는 X-Y 테이블에 결합되어 있다.

상기 거울은 연속된 다른 거울을 경유하여 나아가는 레이저 빔을 받아들인다.

클리닝 시스템을 작동시키기 위해, 상기 독립장치는 주형기계에 인접하여 조종된다. 상기 로버트 팔은 두 주형의 절반사이에서 확장되며, 주형의 표면상의 참고점에 거울을 정렬한다.

한번 정렬된 레이저 발생기는 연속되는 거울들을 경유하여 주형의 표면상의 영역으로 향하는 두 펄스의 레이저 빔을 방출한다.

상기 오염물 층이 떨어질 때 흡입 시스템은 냄새와 다른 잔여물을 빨아들인다.

한번 오염물이 영역에서 제거되면, X-Y 테이블은 다음 위치로 움직이고, 제거공정이 다시 초기화 된다. 상기 공정은 주형의 전체 표면이 완전해 질 때까지 스스로 반복된다.

본 발명에서는 반도체 포장기구에서 사용되는 주형으로부터 그리스, 왁스, 및 잔여수지 등을 제거하기 위해 레이저를 이용한다.

일반적으로 레이저를 이용하는 오염물의 제거공정은 오염물을 가지는 주형의 표면으로 레이저 빔을 발사하는 것을 포함한다.

레이저는 오직 짧은 기간, 예를 들어 23나노초(ns) 동안 유지되는 펄스(pulse)로써 전달되는데, 오염물을 완전히 제거하기 위해 다중펄스가 필요할 수도 있다.

각 펄스에 대하여 포장의 영역이 대개 주형표면의 전체 영역보다 매우 작기 때문에 전체주형표면이 레이저에 노출될 때까지 레이저 빔이 움직일 필요가 있다.

레이저가 오염물을 분해시킬 때 냄새가 발생하기 때문에 잔여가스와 다른 부스러기를 제거하기 위해 어떤 형태의 진공이 사용되어야 한다.

상기 레이저 공정을 성공적으로 사용하여 적절한 결과를 얻기 위해서는 적 많은 요소들이 고려되어야 하는데, 그 중 하나는, 상기 공정이 비교적 빨리 이루어져야 한다는 점이다. 즉, 상기 레이저는 표면의 오염물을 제거하는데 지나치게 시간이 걸려서는 안된다.

비록 제거 속도가 레이저를 위해 선택된 파라미터에 따라 달라질 수 있지만 바람직하게는, 상기 파라미터가 단일 주형 절반(바닥이나 상부의 절반)으로부터 모든 오염물을 제거하기 위해 요구되는 시간이 5분이상이 되지 않도록 선택되어야 한다.

상기 제거공정은 레이저가 표면의 오염물을 모두 혹은 실질적으로 완전히 제거해야 하며, 요구되는 완전도의 수준은 물론 공정의 고찰에 달려있다.

또한, 상기 제거공정은 상기 제거 공정은 침해적이 되어서는 안되는데, 즉, 어떤 경우에도 주형표면에 손상을 입히지 않아야 한다.

예를 들어, 상기 주형표면은 대개 강 재질위에 크롬(chrome) 코팅이 되어있는데, 상기 레이저 빔이 상기 코팅의 껍질을 벗기거나 밑에 있는 기층을 손상시켜서는 안된다.

마지막으로 상기 공정은 레이저 클리닝 시스템을 작동하는 사람들에게 비교적 안전해야 한다.

적절한 결과를 달성하기 위해 다수의 레이저 파라미터(parameter)가 제어되어야 한다.

예를 들면 세 개의 파라미터는 레이저의 형태, 출력파워, 레이저의 파장, 레이저의 전달형태(펄스 또는 계속적), 등등이다.

현재의 시스템에서는 많은 레이저 형태가 존재하기 때문에 균일한 에너지 양상을 가지고 간섭하지 않는 펄스 레이저 빔을 발생하는 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.

상술한 상태는 높은 피크파워(peak power), 레이저 빔의 더 나은 제어, 및 더 용이한 오염물 제거공정을 가능하게 한다.

케이 알 에프 엑시머 레이저(KrF excimer laser)가 상술한 특질을 같는 것이 도시되어 있으며, 마찬가지로 상술한 특질들을 갖는 다른 레이저 형태가 있더라도 상기 타입이 선호된다.

이것은 역시 레이저 펄스가 23나노초(ns)의 펄스폭을 가지는 것이 바람직하다.

실험은 다음과 같은 결과를 보여주는데, 주형표면상의 오염물을 제거하는데 있더 최소한 한가지 형태의 레이저가 적절하지 않을 수도 있다.

예를들면, 빔이 532nm의 파장을 가지고 다른 빔은 1064nm의 파장을 가지며 둘다 펄스폭이 7ns인, 실험에서 사용하는 야그(YAG)레이저는 적절한 결과를 나타내지 못한다.

왜냐하면 상기 레이저 빔은 표면오염을 제거하는 동안 주형표면을 쉽게 손상시키는 대단히 만족스럽지 못한 결과를 가져오기 때문이다.

성공적으로 오염물들을 제거하기 위해서 상기 레이저 빔은 특정 파장에서 충분한 파워를 가져야 하는데, 레이저 응용을 위해, 파워는 단위가 mJ/cm²인 영역으로 분할되는 에너지로서 정의되는 영향에 대하여 정의된다.

상기 파장은 짧기 때문에 대개 나노미터(nano-meter, nm)로 측정된다.

파장의 대역은 가능한한 248nm이 되는 것이 바람직하다. 유사하게 가능한 파워출력의 범위는 300mJ/cm²이 바람직하다.

적절한 파장과 파워출력을 선택하는 것은 중요하며, 몇가지 요소가 고려되어져야 한다.

파장에 대해서는, 오염된 물질이 충분한 에너지를 흡수하기에 알맞게 짧아야 한다. 현재의 응용에서는 248nm가 적절한 것으로 판단된다.

파워출력에 대해서는, 파워가 오염물을 제거하기 위해 최소의 경계를 넘어야 하며, 상기 경계는 대개 오염물의 화학적 구성에 좌우된다.

반도체 포장기구의 주형표면에서 대개 발견되는 오염물의 형태를 예로 들면, 그리스, 왁스, 수지 잔여물 등인데 대개 탄소화합물이다.

상기 경계는 일반적으로 28nm의 파장에서 150mJcm²근처에서 발견된다.

그러나, 오염물의 제거가 충분히 되는 동안 최소 파워 출력으로 하는 것은 적절하지 않는데, 왜냐하면 제거율이 느려지거나 제거공정이 완전하게 되지 않을 우려가 있기 때문이다. 즉, 약간의 잔여물이 남게되어 완전한 제거를 위해 많은 펄스가 요구될 수도 있다.

여기서, 상기 공정의 속도를 높이기 위해 최소 경계보다 높은 레이저를 작동시키는 것이 바람직할 수 있다.

또한 제거성능은 짧은 파장의 레이저를 사용하고 레이저 흡수량이 증가함으로써 향상될 수 있다.

비록 높은 파워가 제거율을 향상시기키 때문에 일반적으로 바람직하지만, 상기 오염물 밑에 있는 주형표면을 손상시키지 않을 정도의 출력을 사용하는 것이 중요하다.

다시, 상기 손상을 입힐 수 있는 파워의 양은 레이저에 의해 타격을 받는 물질의 성질과 형태과 레이저의 파장에 부분적으로 좌우된다.

반도체 표장산업에서 사용되는 주형의 경우에는, 대개 주형이 강 기층위에 2-3m 의 크롬 코팅이 되어있다.

상기 기층으로 쓰이기 위한 통상의 물질은 AST 파우더 고속도 강이다.

상술한 점에서, 상기 레이저가 강의 기층이나 크롬 코팅을 손상시켜서는 안된다는 것이 중요하며 , 클리닝공정이 코롬코팅을 벗겨서는 안된다는 것은 특히 중요하다.

밑에 있는 물질을 손상시킬 수 있는 데 관련되는 파워 출력을 해석하는 두 가지 중요한 개념은 둘 다 당업자에게 잘 알려진 개념인, 주형의 표면에서의 열확산와 온도상승T이다.

이것은 경험적으로 현재 경우에서 크롬 코팅의 두께 보다 적은 1.42m이다.

일반적으로,값이 낮은 것이 이상적이며, 특히 상기 경우에는는 크롬 코팅의 두께를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

코롬 코팅과 밑에 있는 기층 강 사이의 열팽창 차이는 일반적으로, 400°C의 평균온도 상승 후에 명확해 진다. 여기서, 상기 수준을 초과하는 온도상승을 유발하도록 레이저의 파워출력을 높이는 것은 피하는 게 좋다.

폭 23ns의 펄스를 가지는 200mJ/cm²의 레이저의 영향은 175°C 의 평균온도 상승을 가져오고, 같은 펄스르 f가지는 300mJ/cm²의 영향은 227°C 의 평균온도 상승을 가져오며, 둘다 바람직하지 못한 상승온도 수준인 400°C 이하이다.

400°C 의 온도 상승을 가져오는 정밀한 출력수준은, 확실히 알려지지는 않았지만, 주형표면에 대한 손상이 약 1500mJ/cm²에서 일어날 수 있다고 믿어지고 있다.

바람직한 셋팅(setting)에서, 248nm의 파장, 23ns의 펄스폭, 1cm²의 펄스의 작용범위 영역 및 300mJ/cm²의 영향레벨(level)을 갖는 케이알에프 엑시머 레이저는작용범위 영역 내의 오염물 층을 완전하게 제거하기 위하여 동일한 위치에서 최소한 두 펄스를 가진다.

상기 오염물 층은 두께가 대개 약 1에서 2m 인데, 이 깊이는 약 24시간동안 캡슐화 도구가 계속 작동함에 따라 형성된다.

여기서, 상기 도구는 더 긴 기간동안 작동됨에 따라 상기 오염물 층의 두께가 더욱 증가될 수 있다.

상기 오염물 층의 다른 두께를 계산하기 위하여, 비록 몇몇 다른 파라미터에서 변화가 일어날지라도 펄스폭이나 영역당 펄스의 수 또는 양쪽의 조합 중의 하나가 수정될 필요가 있다.

예를 들어 만약 오염물 층의 두께가 두배라면, 즉, 4m라면, 펄스폭은 두백 될 필요가 있으며, 또는 둘 대신 4 펄스가 필요할 수 도 있다.

그러나, 상기 공정이 전체적으로 선형이 아니기 때문에, 오염물 층의 두께를 두배로 하는 것이 항상 공정파라미터를 두배로 할 것을 요하는 것은 아니다.

따라서, 몇가지 실험에서 주어진 작용범위 영역에서 오염물층의 제거를 효과적으로 하는데 필요한 최적의 펄스폭 또는 펄스의 수가 발견되어 질 필요가 있다.

예를 들어, 1-2m 두께를 가지는 전체 주형표면(약 468cm²의 표면영역을 가지는)은 상술한 공정파라미터를 사용하여 약 2에서 3분내에 클리닝될 수 있다.

그러나 클리닝을 위한 전체시간이 감소한 펄스의 작용범위 영역이 증가될 수 있다.

상기 펄스의 작용범위 영역은 기본적으로 레이저빔의 크기에 의해 결정되는데, 크기가 클수록 각 펄스에 의해 커버되는 영역이 크다.

그러나, 영향력이 표면영역으로 나누어지는 레이저 에너지에 의해 결정되기 때문에, 같은 영향력을 유지하고자 할 때, 펄스 당 작용범위 영역을 증가 시키려면펄스 당 레이저 에너지를 증가시켜야 한다.

작용범위 영역의 크기를 좌우하는 것은 얼마나 강력한 레이저 발생기가 존재하느냐에 달려있다. 물론, 클리닝 시간을 줄이기 위해 다른 영역에 발사되는 다중 레이저 빔이라는 다른 방법이 있지만, 이것은 다중 레이저 발생장치 또는 다중 빔으로 갈라서 발사할 수 있는 더 강력한 레이저가 필요하다.

왜냐하면, 주형표면이 반도체 장치를 받아들이고 수지를 분배하기 위하여 다양한 공동을 가지기 때문에 상기 주형 표면은 완전히 평평하지 않기 때문이다.

특히, 만약 레이저 빔의 크기가 상당히 큰 경우, 레이저 펄스는 동시에 둘이상의 다른 깊이의 표면에 노출될 수 있다.

상기 레이저 에너지 레벨이 일반적으로 거리에 관계없이 일정할지라도 초점길이는 다른 깊이로 인하여 레이저 에너지 레벨 내에서 달라지기 쉽우며, 상기 차이는 초점길이가 매우 작을 때 명확하다.

상술한 문제점을 피하기 위해, 매우 긴 초점길이를 가지고 평행한 빔을 사용하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이 대개 주형은 약 5mm 깊이의 공동을 가질 수 있는데, 만약 초점길이가 150mm로 선택된다면, 다른 깊이에 가해지는 에너지의 차이는 단지 6.8%정도 일 수가 있는데 이것을 용납될 정도의 차이이다.

주형상의 공동은 레이저 클리닝 공정에서 한 부수적인 문제점을 일으키는데, 그것은 대개 공동이 주형의 주 표면에 수직인 측벽을 가지는 것이다.

만약 레이저가 주형의 표면에 수직으로 발사된다면, 빔이 본질적으로 측벽에 평행하게 되기 때문에 측벽은 레이저 빔으로 부터 레이저 에너지를 충분히 받아들이지 못한다.

상기 문제를 피하기 위해, 레이저 빔이 주형표면과 같은 각도로 발사되는 것이 바람직한데, 이 방향에서는 모든 표면이 레이저로부터 충분한 에너지를 받아들일 수 있다.

비록 레이지의 앵글링(angling)이 레이저 펄스의 작용범위 영역에서 미세하게 증가할지라도 이것은 명확하지는 않을 것이며, 또한 펄스의 에너지 레벨을 증가시킴에 따라 고쳐질 수 있을 것이다.

도 4 내지 6은 상술한 클리닝 공정의 효과를 도시하고 있다.

도 4 내지 6은 다른 깊이의 물질의 구성을 해석하는데 사용될 수 있는 AES 그래프인데, 상기 AES 기술은 일반적으로 당업자에게 잘 알려져 있다.

도 4는 주형에 레이저 클리닝 공정이 실시되기 전에, 크롬 코팅을 가지는 주형표면에서 발견되는 실제 오열물층의 구성을 도시하고 있다.

각 곡선은 상단층의 표면밑에 있는 입자의 깊이며 이 경우 깊이 0는 오염물 층의 최상단부를 나타낸다.

다양한 피크(peak)는 특정물질의 존재를 나타내고, 피크가 높을수록 크게 존재한다. 상기 C 로 표시된 피크는 탄소의 존재를 나타내고, Cr로 표시된 피크는 크롬을 나타내며, O로 표시된 피크는 산화물 형태의 산소를 나타낸다.

반도체 포장 기구에서 발견되는 많은 오염물은 탄소를 지나고 있고 여기서, 산화물의 존재는 일반적으로 크롬 코팅의 표면에서 발생될 수 있는 손상을 나타내며. 몇몇 산화물은 역시 오염물 자체에서 발생할 수 도 있다.

한편, 크롬의 존재는 이것이 주형표면의 코팅물질이기 때문에 바람직하다.

도 4의 그래프에서 보여지는 것 처럼, 여기에는 탄소수준이 거의 104nm 깊이에 이른다.

도 5와 도 4의 그래프를 비교하면 도 5는 레이저 클리닝 공정을 수행한 후의 오염물 층의 구성을 도시하고 있다.

적은 수준의 탄소는 오직 층의 상부에서만 발견될 수 있다는 점에 주목해야 하는데, 이 수준은 수 nm 깊이 후에도 명확하게 낮아진다.

한편, 전체 층을 통해서는 높은 수준의 크롬이 존재한다.

몇몇 수준의 산화물은 오직 상층부 근처에서만 발견 될 수 있는데. 이것은 크롬표면이 손상을 받지 않고 산화물이 클리닝 단계에서부터 측정단계까지 주형이 전이 되는 동안 흡수되었다는 것을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 레이저 클리닝 공정은 주형을 사용하는 어떤 반도체 캡슐화 기구 바로 옆에서 조종할 수 있는 독립형의 클리닝 시스템으로 수행된다.

당업자라면 본 공정이 수행될 수 있는 다양한 방법을 확실히 인식할 수 있겠지만 바람직한 실시예를 도 1,2, 및 3에 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 레이저 빔(2)은 의도하는 목적지에 도달하기 위해 몇 개의 거울을 경유하여 나아간다.

레이저 발생기(20)는 빔 분파기로 향하는 펄스레이저 빔(2)를 발생시키는데, 상기 분파기는 거울(m2)로 빔(2)를 향하게 하는 거울(m1)으로 빔의 부분을 나누는데, 다른 부분의 빔은 레이저의 파워레벨을 감시하기 위해 사용된다.

상기 거울(m2)은 빔(2)를 빔(2)를 렌즈(30,35)로 방향을 바꾸게 하는 거울m3로 방향을 바꾸게 한다.

상기 렌즈(1,2)는 그 후에 거울(m4)로 발사되는 상기 빔(2)을 평행하게 한다. 거울 (m4)는 상기 빔(2)을 주형표면으로 방향을 바꾼다.

물론 시스템의 구조에 따라 다수의 거울들이 필요하고 특정한 경로에서 상기 빔을 향할 필요가 있으며, 레이저 클리닝공정으로 통합되지 않는다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 거울(m4)는 주형의 절반(5,10)사이에 위치하며, 상기 거울(m4)은 이것을 어떤 각도로 정밀하게 회전시키고, 주형(5,10)의 표면(5a,10a)에 평행한 평면의 어떤 위치에서도 상기 거울을 정밀하게 위치시키는 로버트팔(도 3에는 도시되어 있으나 도 1에는 도시되지 않음)에 결합된다.

상기 로버트 팔은 이것의 배치를 용이하게 하는 X-Y 테이블(50)에 결합되어 있다.

도 3은 도 1의 X-Y 테이블의 사시도이다. 도시된 바와 같이 상기 거울(m4)는 X-Y 테이블(50)에 결합된 로버트 팔(52)에 결합되어 있다.

상기 거울(m4)은 도 2에 도시된 거울들(m3, m2, m1)을 경유하는 레이저 빔(2)를 받아들인다.

클리닝 시스템을 작동시키기 위해, 도 1, 2, 3에 도시된 독립장치(1)는 주형기계(60)에 인접하여 조종된다. 상기 로버트 팔(52)은 두 주형의 절반(5,10)사이에서 확장되며, 주형(10)의 표면상의 참고점에 거울(m4)을 정렬한다.

한번 정렬된 레이저 발생기(20)는 연속되는 거울들(m1, m2, m3, m4)을 경유하여 주형의 표면(10)상의 영역으로 향하는 두 펄스의 레이저 빔(2)을 방출한다.

상기 레이저가 주형의 표면으로 향하게 하는 각도와 상기 에너지 레벨은 상술한 바와 같이, 사용되는 주형의 형태에 어느 정도 좌우된다.

상기 오염물 층이 떨어질 때 흡입 시스템은 냄새와 다른 잔여물을 빨아들인다.

한번 오염물이 영역에서 제거되면, X-Y 테이블은 다음 위치로 움직이고, 제거공정이 다시 초기화 된다. 상기 공정은 주형(10)의 전체 표면이 완전해 질 때까지 스스로 반복된다.

그후 상기 거울(m4)은 상기 레이저 빔이 주형의 상부로 향하도록 회전하고, 클리닝 공정 하부 주형(10)에 적용되는 같은 공정마다 반복된다.

비록 여기서는 상기 레이저 클리닝 시스템이 독립장치이지만 그 자체는 캡슐화 기구에 쉽게 통합될 수 있다.

그리고 여기서는 오직 하나의 레이저 시스템이 보여지지만, 동시에 몇 개의 주형을 클리닝하는 다중 클리닝 장치도 가능하다.

또한, 단일 레이저 빔이 상부와 하부의 주형을 동시에 클리닝 할 수 있도록 다중 빔으로 나누어 질 수 있다.

따라서, 본 발명은 그 특징이 되는 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 형태로 실현될 수 있다. 그러므로, 여기서 공개된 실시예는 제한적이 아닌 모든 도시된 모든 실시태양 내에서 고려되어야 하며, 본 발명의 범위는 부가된 청구범위에서 나타나고 상기 청구범위가 내포할 수 있는 균등의 범위와 의미 내에서 오는 모든 변형예를 포함한다.

Claims (19)

1. 표면에 오염물을 가진 주형의 오염물 영역에서 실질적으로 오염물이 제거될 때 까지 주형표면의 작용범위영역에 레이저 빔을 발사하는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 새로운 작용범위 영역에서 오염물이 실질적으로 제거될 때 까지 상기 오염물을 가지는 주형의 표면에 새로운 작용범위로 레이저 빔을 발사하고,

   주형의 표면으로부터 모든 오염물이 제거될 때 까지 새로운 작용범위 영역에 레이저 빔의 발사를 반복하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 주형 부근의 잔여물과 냄새를 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 빔이 케이 알 에프 엑시머 펄스 (KrF eximer pulse)레이저 인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 레이저 빔의 파워대역이 149-301 mJ/cm²인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 레이저 빔이 248nm의 파장에서 발사되는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 레이저 빔이 23ns 의 펄스 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 레이저 빔이 주형의 표면에 대한 각도에서 발사되는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 레이저 빔이 평행한 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 작용범위 영역이 약 1 cm²인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 주형의 표면에서 전체 오염물을 제거하는 시간이 5분이하 인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
12. 제 2항에 있어서, 상기 상기 레이저 빔이 케이 알 에프 엑시머 펄스 (KrF eximer pulse)레이저 인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 레이저 빔의 파워 범위가 149-301 mJ/cm²인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 레이저 빔이 248nm의 파장에서 발사되는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 상기 레이저 빔이 23ns 폭의 펄스를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 레이저 빔이 주형표면의 각도에서 발사되는 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 레이저 빔이 평행한 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 작용범위 영역이 약 1 cm²인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.
19. 제 18항에 있어서, 상기 주형의 표면에서 전체 오염물을 제거하는 시간이 5분 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 포장 기구에서 사용되는 주형으로부터 표면 오염물들을 제거하는 방법.