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Processo Plasma Cleaning - Repositório Aberto da Universidade do

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1. a b Energia de superficie mN m Magazines c Figura 30 Valores m dios de energia superficial por magazine para a Op o A b Op o B c Op o C Na op o A obtiveram se excelentes valores de molhabilidade para al m de elevada homogeneidade de resultados no interior da c mara Nesta op o apesar de n o haver grande discrep ncia de valores entre as tr s posi es dos substratos analisadas verifica se que a posi o que apresenta maior indice de molhabilidade a posi o 1 a posi o 12 a que apresenta valores mais baixos Os resultados obtidos demonstram tamb m que a performance do processo bastante id ntica entre as magazines que se encontram na parte superior e as magazines localizadas na parte inferior da c mara A op o B que utiliza a conjuga o catodo anodo apresenta homogeneidade de resultados tal como a op o anterior Contudo de notar uma diferen a entre o comportamento dos dois el ctrodos sendo o el ctrodo inferior anodo o que apresenta melhores resultados Comparando estes resultados com os da Op o A verifica se que o valor m ximo da Op o B corresponde ao valor minimo da Op o A 48 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Em rela o a op o C utilizando a conjuga o anodo catodo os resultados foram os esperados ou seja o el ctrod
2. Capacidade para tr s formas de tratamento Totalmente control vel M todo eficiente para aplica es de tratamento e de limpeza de superficies Investimento relativamente diminuto O processo Plasma Cleaning constitui sem duvida alguma uma alternativa mais desej vel e favor vel ao meio ambiente que os processos tradicionais a base de solventes e acidos 33 A limpeza industrial com solventes produz volumes acrescidos de lixo Geralmente o objectivo m ximo dos processos de limpeza com solventes assenta na remo o de leos org nicos fluxos ou pol meros das superf cies podendo tamb m promover ades o ou eliminar a ocorr ncia de corros o Um processo de limpeza numa produ o escala industrial pode gerar elevados volumes de solventes contaminados Alguns dos solventes podem ser reciclados mas a maioria deve ser reencaminhada para incinera o ou para aterros 33 O Plasma Cleaning surge ent o como um metodo alternativo para a remo o de compostos org nicos Se um objecto esta mergulhado numa descarga de plasma de g s com composi o adequada o bombardeamento da superficie com i es e mol culas energ ticas resulta na remo o de contaminantes 47 39 Processo de Plasma Cleaning Plasma Num plasma comercial t pico a taxa de remo o org nica inferior a 0 4 m hora Por esta raz o se justifica o facto de nos processos industriais o plasma aparecer como etapa final de prepara o de
3. ee a b Figura 24 a Superficie nao tratada tensao superficial y lt 28 mN m b Superficie tratada tensao superficial y 72 mN m cm A tens o interfacial determinada deve ser considerada como uma medida do estado superficial instant neo do substrato uma vez que a energia superficial do liquido do Ink Test diminui com o aumento do tempo de armazenamento 44 Existem kits de Ink Test para diferentes gamas de tens o superficial que s o utilizados consoante a natureza do material a aplicar 46 38 Processo de Plasma Cleaning Plasma 2 8 Impacte Ambiental Os plasmas t m sido frequentemente utilizados na industria de componentes para microelectronica como etapa final de preparacao e limpeza de superficies em detrimento dos processos de ataque por via humida Um factor limitativo das tecnicas de Plasma Cleaning a taxa a que os materiais org nicos s o tradicionalmente removidos No entanto e segundo estudos recentes possivel o ataque e a limpeza por plasma ultra r pido controlando as condi es de plasma e as misturas de gases 33 De uma forma geral podemos considerar como principais pontos justificativos da implementa o do processo Plasma Cleaning 18 42 Processo amigo do ambiente m nima a probabilidade de se formarem subprodutos perigosos durante o processamento Processo sem qualquer perigo na medida em que n o existe qualquer exposi o a produtos quimicos t xicos
4. LA PORTO FEU FACULDADE DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO PORTO Departamento de Engenharia Metalurgica e de Materiais Mestrado Integrado em Engenharia de Materiais Processo Plasma Cleaning Silvia Alexandra Guerner Lopes Orientador FEUP Professor Doutor Luis Filipe Malheiros Orientador QIMONDA Portugal SA Doutora Isabel Barros Porto Novembro de 2008 CANDIDATO T TULO DATA LOCAL J RI Silvia Alexandra Guerner Lopes C digo Processo Plasma Cleaning 3 de Novembro de 2008 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Sala C 603 11h00 Presidente Professor Doutor Manuel Fernando Gon alves Vieira Arguente Professora Doutora Maria Teresa Freire Vieira Orientador Professor Doutor Lu s Filipe Malheiros Freitas Ferreira Co Orientador Doutora Isabel Barros 010508010 DEMM FEUP DEM FCTUC DEMM FEUP QIMONDA Agradecimentos No momento de conclus o da minha disserta o gostaria de agradecer em primeiro lugar ao Prof Luis Filipe Malheiros pela possibilidade de participa o no projecto desenvolvido em parceria com a QIMONDA Portugal SA e pela orienta o do trabalho Gostaria tamb m de agradecer Isabel Barros pela co orienta o desta disserta o Gostaria de agradecer ao meu supervisor Rui Batista pela disponibilidade preocupa o e apoio durante todo este trabalho Gostaria de agradecer ao Dr Carlos Sa e ao Prof Paulo Sa pela disponibilidade e ajuda durante a parte experimenta
5. Uma densidade i nica adequada e uniforme requer um equilibrio entre a pot ncia do processo e uma energia de reioniza o apropriada dentro da c mara Sem uma densidade ionica adequada pode ser necess rio um aumento do tempo de tratamento de plasma que por sua vez poder conduzir a resultados indesejados 15 2 3 3 DC bias O DC bias um par metro que desempenha um papel importante nos processos de Plasma Cleaning e de Activa o refere se a um potencial flutuante encontrado no electrodo da camara quando ocorre o plasma 17 15 A formacao do DC bias no catodo deve se aos diferentes niveis de mobilidade de electr es e i es Os electr es t m uma maior mobilidade em rela o aos ides pois possuem menor tamanho e s o mais leves O DC bias gerado quando os electr es se acumulam na 11 Processo de Plasma Cleaning Plasma superficie do catodo tornando se est vel quando os electr es e os i es alcan am a superficie a mesma velocidade Assim sendo a presen a de DC bias requer a presen a inicial de ides 17 O DC bias aumenta medida que as esp cies carregadas se movem e se acumulam no c todo 15 Um DC bias elevado no substrato pode aumentar a energia i nica e melhorar a efic cia do Plasma Cleaning 17 O DC bias influenciado por factores tais como a pot ncia gas de processo press o do sistema e a propor o entre a rea da superficie do c todo e do anodo Acstodo Asnodo 151 17 Uma pot nc
6. Manual T cnico Indu o Pessoas e Sistemas Qimonda 2007 http en wikipedia org wiki Wire bonding consultado a 23 02 08 http en wikipedia org wiki Die attachment consultado a 20 02 08 Dr James D Getty How Plasma enhance surface modification improves the production of microelectronics and optoelectronics Technical Forum March Plasma Systems Concord Calif 2007 C Almeida M Barbosa P Pereira R Santos Brasagem em PCB s Estudo e caracteriza o da liga o met lica ap s o processo de ball attach 2007 Ursula Meyer James D Getty Jack Zhao Application of Plasma in Electronic Production and Packaging March Plasma Systems 2005 Plasma systems for production and research Electronic Diener Plasma Surface Technology 2005 A guide to Plasma Cleaning March a Nordson Company 2007 Lou Fierro and James D Getty Plasma Processes for printed circuit board manufacturing March Plasma Systems 2002 Dr Rudy Vidael Leading Plasma Innovations Plasma Technology 2002 presentation March a Nordson Company European Sales Manage March Plasma Systems Christa Fairfield Optimization of ion and electron properties in IC packaging applications Plasma surface treatment can improve wire bonding and eliminate substrate delamination Published by March Instruments A Nordson Company 2004 Raymond L Boxman David M Sanders Philip J Martin Handbook
7. Nesta etapa as wafers s o testadas para verificar a sua integridade e o bom funcionamento dos chips b Pr Assembly Antes de se iniciar o processo de assemblagem as wafers s o sujeitas a desbaste para redu o da sua espessura e posterior corte em unidades dies singularizadas 4 5 6 c Assembly O processo de assemblagem propriamente dito come a com a coloca o de um adesivo atraves de um stencil numa das superficies dos substratos Esta etapa designa se por Printing e tem como finalidade permitir a posterior ades o entre os dies e o substrato O ultimo passo desta etapa consiste numa cura previa do adesivo para eliminar os solventes e estabilizar dimensionalmente o adesivo A etapa seguinte denominada por Die attach consiste na coloca o dos dies no substrato sobre a superficie onde previamente foi colocado o adesivo aplicando se de seguida press o e calor 7 A seguir os substratos v o para um forno para terminar o processo de cura do adesivo conferindo lhe as estabilidades fisica e quimica finais Uma vez terminado este processo os substratos passam etapa de Wire bond que consiste no estabelecimento das conex es el ctricas entre os dies e o substrato por meio de fio de ouro 6 Processo de Plasma Cleaning Introducao Apos Wire bond os substratos sao encaminhados para Plasma Cleaning que nesta etapa se designa por Plasma before Mold Nesta fase o plasma vai ter por funcao limpar e preparar a s
8. cia de processo muito superior obtida neste momento em linha Assim sendo prop e se a altera o do processo neste sentido de forma a empresa obter melhores resultados em termos da performance do Plasma BP 27 Processo de Plasma Cleaning Refer ncias bibliograficas 5 2 Sugestoes para Trabalhos Futuros Como continua o do projecto sugere se que sejam estudadas diferentes concentra es de gases usadas no protocolo de Plasma rela o Oxig nio rgon Uma vez que no processo de Plasma usado mais do que um tipo de equipamento de Plasma deve ser feito um estudo comparativo entre os diferentes equipamentos em termos do seu desempenho para o mesmo tipo de equipamento de Plasma existem c maras com diferentes capacidades volumetricas o que torna indispens vel aplicar se o mesmo protocolo de Plasma para identificar possiveis diferen as de desempenho 28 Processo de Plasma Cleaning Refer ncias bibliograficas 6 Refer ncias bibliograficas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 http dn sapo pt 2006 09 22 economia qimonda investe milhoes unidade vila html consultado a 04 01 08 http dn sapo pt 2008 05 05 economia qimonda portugal ganha producao celu html consultado a 09 01 08 http en wikipedia org wiki Semiconductor fabrication consultado a 20 02 08 http en wikipedia org wiki Die preparation consultado a 20 02 08
9. na segunda foi optimizado o protocolo do processo de plasma e por fim os resultados foram validados Foi utilizada a metodologia de Taguchi na execu o de combina es de par metros de protocolo no sentido de analisar de forma comparativa o efeito das vari veis envolvidas e reduzir o n mero de experi ncias Este projecto foi desenvolvido numa parceria DEMM FEUP e QIMONDA Portugal SA e contou com a colabora o do CEMUP Centro de Materiais da Universidade do Porto Abstract Plasma Cleaning process is applied to clean specific surfaces mainly in the semiconductor industry in different steps of the components production The purpose of this work is the study and optimization of Plasma Cleaning process and it was developed in two different and independent ways the ball pads surface characterization and the optimization of Plasma Cleaning process before Ball attach process The main purpose of ball pads characterization was to verify the effects of the Plasma Cleaning process and also some contaminations in pads surface This characterization was conducted by the XPS technique X ray Photoelectron Spectroscopy In the other approach more related with the equipment a sequence of stages was carried out in order to optimize the process This analysis was developed in three phases in the first phase the chamber configuration was chosen to be used in the plasma equipments It was concluded that the most effective configuration is w
10. ou seja superficies n o tratadas com molhabilidade baixa e superficies activadas com elevada molhabilidade Figura 21 a Superficie n o tratada b Superficie activada a b Figura 22 a Superf cie n o tratada b Superficie activada Ink Test Qualquer liquido ou qualquer tipo de adesivo apresenta a sua pr pria tens o superficial propriedade que lhes intrinseca A qualidade e a durabilidade da ades o de um revestimento dependem da tens o interfacial entre superficie a revestir e revestimento 44 37 Processo de Plasma Cleaning Plasma O Ink Test uma ferramenta util de suporte na estimativa da energia interfacial liquido solido Este metodo consiste na aplica o de um liquido com tens o superficial especifica na superficie a avaliar Se a gota de Ink Test colocada na superficie apresentar elevado ngulo de contacto ou seja se n o houver um bom espalhamento a energia interfacial inferior do liquido do Ink Test este tipo de comportamento pode ser observado na Figura 23 a Se pelo contr rio houver uma boa molhabilidade a energia interfacial ser igual ou maior que a do liquido do Ink Test ver Figura 23 b 44 a B Figura 23 ngulo de contacto a a Exemplo de m molhabilidade a gt 90 b Exemplo de boa molhabilidade a lt 90 Na Figura 24 possivel observar a aplica o do Ink Test na estimativa da tens o interfacial em duas superficies diferentes
11. 3 Manchas de Plasma obtidas nos lotes para cada experi ncia de configura o dos el ctrodos Manchas de Plasma 01806241610 QL806241 52 QL806216G20 QL811833G10 OH 813734630 QL807136G30 Molhabilidade da superf cie Ink Test A figura 29 apresenta os valores da energia superficial determinada nos substratos nas posi es 1 6 e 12 em cada magazine no interior da c mara de Plasma para cada uma das configura es de electrodos analisadas 80 70 10 E 60 S SS z 50 Si U E E 40 z oD mo 30 BE 3 et E 20 12 6 Op o A Op o B Op o C 1 6 12 1 6 12 1 Figura 29 Varia o da energia superficial entre as diferentes op es A Be C relativas as posi es 1 6 12 bem vis vel que a op o C apresenta grande discrep ncia de resultados entre as magazines que se encontram na parte superior e inferior da c mara de Plasma Por sua vez e para a mesma op o o posicionamento do substrato na magazine mostrou se irrelevante 47 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Na figura 30 est o representados os valores m dios da energia superficial obtidos em cada magazine para cada configura o dos ele ctrodos Energia de superf cie mN m Energia de superficie mN m o o A B C D E F Magazines Magazines
12. Ball attach Pretendeu se com a caracteriza o dos ball pads identificar Processo de Plasma Cleaning Introducao potenciais efeitos e altera es despoletadas pelo tratamento de plasma bem como possiveis contamina es na superficie dos pads Numa abordagem paralela ao n vel do equipamento foi realizada uma sequ ncia de etapas com vista a optimiza o do processo Esta an lise desenvolveu se em tr s fases a primeira fase consistiu na escolha da configura o conjuga o de electrodos a adoptar nos plasmas a segunda fase foi no sentido de optimizar o protocolo do processo de plasma e por fim a valida o desse mesmo protocolo O capitulo final sumaria as conclus es retiradas deste trabalho e apresenta algumas sugest es para desenvolvimentos futuros deste trabalho Processo de Plasma Cleaning Plasma 2 Plasma 2 1 Introducao Durante os ltimos 30 anos o plasma o quarto estado da mat ria tem vindo a ser bastante utilizado como metodo de modifica o de superficies e de deposi o de determinados materiais Para aplica es em PCB s o plasma utilizado de forma a preparar as superficies para o Die attach Wire bond Mold Encapsulation e Ball attach Al m disso os processos de remo o de contamina es e activa o de superf cies s o cruciais no melhoramento da efic cia e do rendimento da ind stria de produtos de tecnologia avan ada 8 Para al m destas aplica es o plasma pode ser utilizado
13. Cleaning Plasma permitindo fiabilidade reprodutibilidade de resultados de lote para lote No entanto existem outros factores tais como o design do el ctrodo o fluxo do gas e a exaust o que influenciam igualmente de forma relevante a uniformidade do processo 13 Os sistemas utilizados em linha para esta aplica o s o equipamentos com el ctrodos em paralelo Este tipo de sistemas bastante vers til uma vez que permite ajustar e remover os electrodos A possibilidade de adicionar ou remover electrodos ou ainda de ajustar a altura dos mesmos permite configurar a c mara de acordo com as necessidades de cada processo Os el ctrodos s o tipicamente produzidos em a o inoxid vel ou alum nio podendo o material variar de acordo com a aplica o requerida Como j foi referido o g s introduzido na c mara atraves dos controladores mass flow A regula o precisa dos debitos mass flow de cada g s do processo um factor cr tico para o sucesso do tratamento Os r cios de controlo de gas e os fluxos s o essenciais para o sucesso do processo Devido ao facto de as especies de gas activas esgotadas serem aspiradas da c mara o produto que se encontra mais perto das entradas de gas sera tratado mais rapidamente Por este motivo dever se a promover uma distribui o uniforme de gas para assegurar um tratamento id ntico de todas as unidades 13 A bomba de v cuo representa umas das pe as fundamentais de um
14. a opcao A outros tr s com a op o B e igualmente tr s com a op o C de forma a serem avaliadas as tr s possibilidades de configura o Cada lote composto por seis magazines completas com doze substratos cada uma PA B E A B B B E C TODO C TODO NODO BE SIB ABBI E C TODO ANODO CATODO a b c Figura 28 Configura es dos el ctrodos em estudo a Op o A b Op o B c Op o C Para avaliar a efic cia das configura es dos el ctrodos consideraram se os seguintes factores a Perdas de yield em SBA Sendo os golden pads o principal problema em analise neste trabalho foram contabilizados os golden pad sem bola extra e os golden pad com bola extra dos lotes processados b Manchas no Mold Cap Um dos defeitos associado por vezes ao Plasma BP o aparecimento de manchas no Mold Cap na superficie do mold compound Assim tornou se imperativo acompanhar a evolu o deste defeito em paralelo com o desenvolvimento das experi ncias 45 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Desta forma foi feita uma inspeccao a 100 de todos os lotes e realizado o mapeamento das manchas nos substratos De realcar que foi desenvolvido em paralelo com este trabalho um estudo mais aprofundado deste tipo de defeito no sentido de se avaliar e analisar as possiveis causas do aparecimento das manchas de Plasma no Mold Cap Esse trabalho deu origem a uma outra Disser
15. amostra mais elevada 10 38 Para processos quimicos s o utilizadas elevadas press es 200 800 mTorr o que resulta numa elevada concentra o de esp cies activas e numa elevada velocidade de ataque No caso dos processos f sicos sera conveniente a aplica o de baixas press es uma vez que estas promovem um percurso livre m dio longo garantindo uma elevada concentra o de especies depositadas 2 6 5 G s e concentra o A densidade do plasma um factor importante para a limpeza na medida em que esta directamente correlacionado com a taxa de reac o e consequentemente com o tempo de limpeza requerido 38 O tipo de gases e respectiva concentra o s o par metros de controlo cr ticos para o sucesso da aplica o O plasma de hidrog nio actua quimicamente os tomos de hidrog nio reactivos reagem com os contaminantes xidos na superficie e produzem mol culas de gua sob a forma de gas que s o ent o removidas do sistema por meio da bomba de v cuo O plasma de oxig nio actua quimicamente os tomos de oxig nio reagem com os contaminantes carbono produzindo mon xido e di xido de carbono O plasma de argon realiza se atrav s de um processo f sico em que os tomos activos de argon bombardeiam fisicamente a superficie removendo as contamina es da superficie 14 Na Figura 18 possivel observar de forma esquem tica e simplificada o comportamento de cada um dos gases referido anteriorme
16. amostras a fase inicial de an lise dividiu se em gt An lise quimica gt An lise morfol gica A an lise quimica teve como objectivo a detec o da presen a de hidrocarbonetos e de xidos a superficie dos ball pads atraves de Espectroscopia Auger No entanto devido ao facto da amostra em estudo n o ser condutora n o foi possivel identificar a presen a de tais compostos a superficie dos ball pads Por outro lado foi feita uma an lise morfol gica para caracteriza o da rugosidade dos pads tendo se recorrido Microscopia Electr nica de For a At mica N o foram detectadas diferen as de rugosidade relevantes entre pads sujeitos previamente a plasma o que permite concluir que o plasma que esta a ser utilizado em produ o n o afecta significativamente a rugosidade da superficie de ouro Perante tais factos a tecnica de analise escolhida para o estudo da superficie dos pads foi o XPS Espectroscopia de Fotoelectr es de Raios X Por m as caracteristicas das amostras limitaram a identifica o dos elementos presentes tornando impossivel a identifica o da respectiva associa o local ou a caracteriza o do estado de liga o quimica A an lise foi feita sobre tr s tipos de substratos um substrato antes de Printing A um substrato apos Mold Cure B e um substrato ap s Plasma BP C De cada um dos substratos foram retirados tr s fragmentos com dimens es id nticas rea quadrada com cerca de 1 cm x 1 cm
17. bombardeamento i nico 14 Realmente a temperatura dependente da pot ncia mas n o s Existem outros par metros com os quais a temperatura varia 29 Processo de Plasma Cleaning Plasma A variacao da temperatura do substrato durante o ataque envolve diversos factores que podem afectar positiva ou negativamente os resultados Caracteristicas como a taxa de ataque a selectividade a morfologia e a uniformidade podem reflectir pequenas alteracoes na temperatura do substrato Elevadas temperaturas podem implementar uma melhoria de ataque quimico mas tambem podem causar rugosidade na superficie bem como um ataque mais isotropico 33 O controlo da temperatura do substrato pode ser conseguido operando o plasma a baixa pot ncia ou aumentando a press o Aumentando a pot ncia o bombardeamento i nico vai tambem aumentar provocando um aumento de temperatura do substrato 33 A baixas press es a quantidade de calor transferido diminui Inversamente em situa es em que s o desejadas elevadas temperaturas o mesmo conseguido com uma pot ncia elevada e com uma diminui o da press o 33 De uma forma geral uma pot ncia elevada conduz a uma diminui o do tempo de processo a um aumento da taxa de ataque a um aumento da temperatura e a uma baixa uniformidade de ataque 14 2 6 3 Configura o da c mara A configura o dos el ctrodos representa um papel importante na taxa e na uniformidade de ataque A selec
18. capacidade de um controlo preciso do processo 13 No caso espec fico do fabrico de substratos a tecnologia Plasma Cleaning implica uma s rie de par metros cr ticos e processos que devem ser tomados em aten o As inova es da tecnologia em materiais PCB e o uso de geometrias cada vez mais pequenas t m conduzido a um aumento de requisitos e exig ncias do processo Plasma Cleaning a diferentes n veis ao longo do ciclo de produ o 12 Processo de Plasma Cleaning Plasma O tratamento por plasma pode ser usado para activacao de superficies e remocao de contamina es sem criar qualquer tipo de subproduto perigoso e alterar qualquer propriedade do material a tratar 19 20 No caso espec fico do Wire bond o processo de Plasma Cleaning remove as contamina es e torna a superficie limpa e activa resultando numa diminui o da ocorr ncia de delamina es na interface N o h d vida que a contamina o da superficie a principal causa da baixa resist ncia do wire bond e da fraca ades o de superficies 21 22 2 5 1 Processo O Processo de Plasma Cleaning traduz se em tr s etapas principais nomeadamente 1 cria o de v cuo na c mara Il a injec o de gas e igni o do plasma e a ventila o ll remo o das unidades 11 Na Figura 7 possivel visualizar a sequ ncia de etapas que comp em o processo de tratamento por plasma Es Bombeamento injec o Provesso da c mara de g s de Pla
19. cies activas presentes no plasma de oxig nio Radicais livres altamente reactivos TT O Ozono aa O TT EE UV Fot es luz ultra violeta O G O l es Positivos PLASMA mg e Electr es Figura 6 Representa o das esp cies activas presentes no plasma de oxig nio 12 Quando se atinge o estado de plasma os tomos e mol culas do gas fragmentam se dando origem a uma variedade de particulas altamente reactivas conhecidas como esp cies activas Esta fragmenta o n o permanente pois logo que a energia respons vel pela cria o do plasma se dissipa os constituintes recombinam se para formar as mol culas de gas originais Muitas das esp cies quimicas que s o produzidas no plasma n o existem com uma extens o significativa nos estados s lido liquido ou gasoso 12 O plasma e ent o constituido pelas seguintes especies activas Electroes loes positivos Processo de Plasma Cleaning Plasma loes negativos Radicais livres Fotoes UV Os electroes livres iniciam o processo a exposi o de electr es livres a uma fonte de energia externa permite aos electr es ganharem energia cin tica suficiente para que se d a colis o com um tomo ou mol cula dai resultando a forma o de i es e radicais As esp cies radicais activas est o aptas para o trabalho quimico enquanto os tomos ionizados e as especies moleculares est o aptos para o trabalho f sico atraves do bombardeamento spu
20. ctrodos conduzem geralmente a uma melhoria da taxa de ataque dado que o plasma confinado a uma rea menor Pelo contr rio o aumento da rea entre el ctrodos conduz a uma diminui o da taxa de ataque mas a uma melhoria em termos de uniformidade 35 36 Qualquer altera o do espa amento entre electrodos induz tamb m altera es na densidade do plasma no DC bias consequentemente o efeito do bombardeamento de i es sera tambem alterado 33 2 6 4 Press o A press o do plasma pode ser considerada um dos par metros mais importantes do processo A press o a for a media que as mol culas dos gases exercem sobre as paredes da camara A utiliza o de baixas press es implica a aplica o de um tempo de processo mais longo 14 33 Nos sistemas em que o primeiro mecanismo do ataque por plasma o ataque quimico um aumento da press o na c mara resulta num aumento de esp cies activas presentes 33 Pelo contr rio em sistemas em que o bombardeamento i nico a primeira etapa aumentar a press o n o trar qualquer efeito not rio embora a press o do sistema possa influenciar a densidade e a energia i nica Por exemplo atacando Si num plasma CF O0 a press es reduzidas o mecanismo dominante o bombardeamento i nico e o resultado um ataque anisotr pico 33 A press o do sistema tamb m influencia o DC bias Num sistema de i es reactivos um aumento da temperatura reduzira o DC bias A baixas press e
21. de Plasma Cleaning actuando sobre contaminantes organicos 11 b Redu o de xidos O metal constituinte da amostra metalica reage quimicamente com o gas do processo despoletando todo o processo de reducao de oxidos da superficie tratada Como gas do processo utilizado hidrog nio puro ou uma mistura com argon ver Figura 10 11 livre de Gaidos liure de residuum Elevada mulhabilidade Figura 10 Esquematiza o do processo de Plasma Cleaning actuando sobre os xidos 11 Os efeitos produzidos pelo processo de Plasma Cleaning resultam da ac o das esp cies activas geradas pela interac o do s g s es do processo com o plasma 27 Duas entradas importantes a considerar neste processo ser o o G s de trabalho de alimenta o o qual poder ser reflectido adsorvido absorvido ou reagir quimicamente com a superficie e as Esp cies activas que originam directamente ou indirectamente as colis es neutr o electr o e consequentemente as reac es quimicas no plasma 27 No entanto as reac es entre as esp cies activas do plasma e do substrato n o s o s influenciadas pelo tipo de g s mas tamb m pelos par metros mais importantes do processo plasma ver Cap 2 6 pot ncia aplicada press o no interior da c mara e dura o do processo Tais reac es podem ser divididas em processos quimicos e fisicos Nos processos de plasma qu micos os radicais livres reagem quimicamente com os compone
22. mara do processo onde ionizado o plasma secund rio de hidrog nio A for a magn tica aplicada no sistema no sentido de melhorar a uniformidade da distribui o das esp cies 15 Tal como nos sistemas microondas a configura o pode limitar a escolha do gas do processo Por exemplo n o recomend vel que se utilize oxig nio na medida em que este queima muito rapidamente o filamento de t ntalo altamente dispendioso Um outro aspecto importante e problem tico o facto de ao longo do tempo se encontrarem contamina es do filamento sobre as pe as processadas nas c maras 15 A car ncia de esp cies ionicas na camara de plasma pode ser ben fica em processos agressivos Por m importante lembrar que a frequ ncias RF 13 56 MHz a energia baixa o plasma est a potencial neutro e n o cria uma amea a ESD Actualmente os i es desempenham um papel importante em aplica es para este tipo de ind stria na medida em que aumentam a densidade do plasma e propiciam as reac es 15 40 100 kHz baixa frequ ncia LF Para valores de frequ ncia menores temos comprimentos de onda maiores A 40 kHz o comprimento de onda 339 vezes maior que a 13 56 MHz ou seja i es excitados a 40 kHz t m um n vel energ tico muito mais elevado que os encontrados a frequ ncias elevadas No entanto daqui surgem dois aspectos que poder o ser menos favor veis O primeiro refere se a presen a de electr es de elevadas tempera
23. o Plasma Free ion O Plasma downstream gerado a jusante da descarga prim ria e cont m os mesmos tipos de esp cies activas que o plasma prim rio muito embora com energia mais baixa Os i es e electr es da descarga prim ria s o bombeados para uma c mara de plasma secund rio Este tipo de plasma inicia se a partir destes ides e electr es e mantido com gas de processo adicional na c mara secund ria Este modo de plasma apresenta atributos e limita es id nticos ao plasma prim rio excep o de uma deficiente uniformidade e da quantidade tratada 32 Na Figura 16 est representado um exemplo de um sistema de Plasma Secund rio downstream de rgon 25 Processo de Plasma Cleaning Plasma Figura 16 Plasma secundario downstream em que a descarga primaria primeira fase se inicia entre dois el ctrodos um c todo P e um anodo G com posterior bombeamento de i es e electr es para a camara de plasma secund rio zona inferior Por outro lado existe o Plasma Free ion em que as amostras s s o expostas aos radicais do plasma gerado e n o aos i es e fot es Este tipo de plasma um plasma quimicamente activo e aplicado a processos em que se regista elevada sensibilidade ao bombardeamento ionico ou a exposi o a luz ultravioleta Na Figura 17 esta representado um sistema de Plasma Free ion de O com a presen a de um c todo e de um anodo Figura 17 Plasma Free ion com filtragem de e
24. plasma A bomba deve ter capacidade para remover rapidamente os subprodutos As aplica es de limpeza requerem um v cuo reduzido 5 mTorr a 1 Torr 14 2 6 Par metros do processo Plasma A escolha correcta dos diferentes tipos e sua rela o de gases de processo e das diferentes configura es de el ctrodos torna possivel uma optimiza o do processo de forma a obter se o m ximo de efic cia e ao mesmo tempo enquadrar e cumprir as exig ncias requeridas que aumentam com o desenvolvimento de novos produtos e materiais De entre todos os par metros do processo distinguem se como par metros chave aqueles que apresentam maior relev ncia e import ncia para o processo 10 A varia o da pot ncia aplicada e da press o no interior da c mara podem influenciar fortemente o resultado do processo sendo por esta raz o necess rio elaborar um protocolo especifico e diferenciado para cada um dos produtos e respectivos requisitos de processo de forma a serem alcan ados valores m ximos de efic cia 10 A maioria dos processos f sicos de limpeza requer elevada pot ncia e baixa press o de modo a ser conseguido um valor m ximo para a rela o acelera o energia de i es Uma pot ncia elevada permite aos i es adquirirem elevada velocidade e energia enquanto as 21 Processo de Plasma Cleaning Plasma baixas press es maximizam a distancia m dia que cada iao pode percorrer antes de colidir com outra esp cie do
25. resist camada de polimero que proporciona uma cobertura de proteccao permanente para as pistas de cobre de um PCB evitando os curto circuitos entre materiais condutores Tambem proporciona alguma proteccao relativamente a potencial agressividade do ambiente Sputtering pulverizacao do catodo bombardeamento Stencil moldura com o layout da area de aplicacao do adesivo Test designa o da opera o de teste el ctrico aos componentes Tray forma de armazenamento sob a forma de tabuleiro de componentes semicondutores para expedi o final Wafer fatia fina de material semicondutor normalmente de cristal de sil cio na qual s o implementados os microcircuitos Wafer level packaging fabrica o do produto ao n vel da wafer Wafer test designa o do processo onde as wafers s o testadas antes de entrarem no processo de assemblagem Wirebond designa o do processo de liga o do die ao substrato atraves do fio de ouro Printing designa o do processo onde aplicado o adesivo numa das superficies do substrato para posterior fixa o do chip Yield rendimento taxa de conformidade de uma opera o Vil Indice H Tu d Diet EE 1 Lo gent e e EE 1 12 OIMONDA Portugal EE EE 1 1 3 CICLO de produ o BaCk EE Eer EE 1 1 4 Contextualizacao do problema Golden Pads ce eee ceccceeeeeeeeeeeceeees 4 EE da PESO ege eet on dE ee AE ENEE 4 2 OT EE 6 EN We gel re E 6 2 2 Te
26. 12 Conclus es e Trabalho Futuro 80 TO Energiasuperficial mN m 0 l l l l l l l 1 6 12 6 12 1 1 6 12 QL806241G10 QL806241 52 QL806216G20 Energia superficial mN m 75 70 65 4 zc B 60 met lt D 55 E e F 50 45 40 1 6 12 Substrato Figura 37 Valores m dios obtidos na op o B por substrato 68 Processo de Plasma Cleaning Opcao C Conclusoes e Trabalho Futuro Energia superficial mN m 1 6 12 1 6 12 1 6 QL 811833G30 QL813234G30 QL807136G30 Figura 38 Varia o da energia superficial entre os diferentes lotes da op o C nas posi es 1 6 12 Energia superficial mN m 15 70 65 60 55 50 45 40 35 30 SS y 4 A vc B D k E 1 6 12 Substratos Figura 39 Valores m dios obtidos na op o C por substrato Processo de Plasma Cleaning Anexos 70
27. 600 W enquanto que o segundo 400 W O Quadro 4 apresenta os protocolos testados Quadro 4 Protocolos utilizados na valida o dos par metros escolhidos PAR METROS Protocolo Protocolo Il 600 400 130 180 80 80 O Ar sccm 20 40 20 40 53 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Como amostragem consideraram se dois lotes e a camara de Plasma cheia ou seja 6 magazines com 12 substratos em cada O produto e equipamento utilizados nesta fase foram os mesmos utilizados nas fases anteriores Tambem nesta fase foram realizados os mesmos tipos de controlo utilizados anteriormente perda de yield em Ball attach manchas de plasma e energia superficial 4 3 2 Resultados e Discussao gt Perdas de yield em SBA Em termos de yield qualquer um dos protocolos considerados promoveu a obtencao de bons resultados Apesar da amostragem ser pouco representativa a este nivel os resultados sao considerados bastante positivos Tabela 7 Este facto estara inteiramente ligado com os excelentes valores de energia superficial que cada um destes protocolos promove Tabela 7 Golden pads obtidos durante a validacao dos protocolos de Plasma Golden Pads Golden Pads Golden Pads Golden Pads com bola extra sem bola extra com bola extra sem bola extra Protocolo Lotes A gt Manchas no Mold Cap No que diz respeito as manchas de Plasma no Mold Cap dos substratos estes protocolos apresentam bons resultado
28. O A POR SUBSTRATO cceccccccccceccceccecceecceccecceevcseceeceeeceess 67 FIGURA 36 VARIA O DA ENERGIA SUPERFICIAL ENTRE OS DIFERENTES LOTES DA OP O B NAS POSI ES 1 6 12 68 FIGURA 37 VALORES M DIOS OBTIDOS NA OP O B POR SUBSTRATO cccccccceccecccecceccecccecceccsevcseceeceecceecs 68 FIGURA 38 VARIA O DA ENERGIA SUPERFICIAL ENTRE OS DIFERENTES LOTES DA OP O C NAS POSI ES 1 6 12 69 FIGURA 39 VALORES M DIOS OBTIDOS NA OP O C POR SUBSTRATO cer ers cer cces cen seaaso 69 Indice de Tabelas TABELA 1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS DIFERENTES FREQU NCIAS ccccccccccccccccccccecceccecceccccevcescescecs 29 TABELA 2 NUMERO DE GOLDEN PADS OBTIDOS EM CADA EXPERI NCIA DE CONFIGURA O DOS EL CTRODOS 46 TABELA 3 MANCHAS DE PLASMA OBTIDAS NOS LOTES PARA CADA EXPERI NCIA DE CONFIGURA O DOS EL CTRODOS 47 TABELA 4 PLANO DE EXPERI NCIAS usados cia cddenysaguewhadwen nding Soebauuseudenesavacae cup ada da Seu Nadia da dense 50 TABELA 5 GOLDEN PADS OBTIDOS EM CADA LOTE cccccccccccccccccccccccccvcccccceccsccccececcececcecsececcececceces 51 TABELA 6 MANCHAS DE PLASMA OBTIDAS NOS DIFERENTES LOTES cccccccccccccccccccccvccccceccvcesececscevsvsececes 51 TABELA 7 GOLDEN PADS OBTIDOS DURANTE A VALIDA O DOS PROTOCOLOS DE BUASMA 54 TABELA 8 MANCHAS DE PLASMA OBTIDAS NA VALIDA O DOS PROTOCOLOS DE PLASMA cccccecccceccccecccceceececees 54 Xi Indi
29. REQU NCIA VS DENSIDADE I NICA E DA FREQU NCIA VS ENERGIA I NICA 14 23 FIGURA 14 PLASMA DIRECTO DIRECCIONAL ENTRE DOIS EL CTRODOS UM C TODO P E UM NODO G E APLICANDO RGON EMMER EES e ege ee 24 FIGURA 15 ATAQUE IONICO REACTIVO RIE ENTRE DOIS ELECTRODOS UM CATODO P E UM ANODO G E APLICANDO COMO GAS DE PROCESSO O CRE EE 25 FIGURA 16 PLASMA SECUNDARIO DOWNSTREAM EM QUE A DESCARGA PRIMARIA PRIMEIRA FASE SE INICIA ENTRE DOIS ELECTRODOS UM CATODO P E UM ANODO G COM POSTERIOR BOMBEAMENTO DE IOES E ELECTROES PARA A CAMARA DE PLASMA SECUNDARIO ZONA IER e EE 26 FIGURA 17 PLASMA FREE ION COM FILTRAGEM DE ELEMENTOS COMO IOES E FOTOES NESTE PROCESSO A AMOSTRA E EXPOSTA SOMENTE AOS RADICAIS DO PLASMA cadeia ee 26 FIGURA 18 COMPORTAMENTO DE ALGUNS GASES DURANTE O TRATAMENTO POR PLASMA cecccceccececcecccceceececees 33 FIGURA 19 DEFINI O GEOM TRICA DO NGULO DE CONTACTO ENTRE UM L QUIDO E UM S LIDO sossesessessoesossoee 36 FIGURA 20 ESQUEMATIZA O DO NGULO DE CONTACTO EM TR S SUPERF CIES COM CARACTER STICAS DE MOLHABILIDADE DISTINTAS A MOLHABILIDADE ELEVADA B MOLHABILIDADE M DIA C MOLHABILIDADE BAIXA cceeeececees 37 FIGURA 21 A SUPERF CIE N O TRATADA B SUPERF CIE ACTIVADA ccesccccccccccceesssceceesssceeeececeseseeeeees 37 FIGURA 22 A SUPERF CIE N O TRATADA B SUPERF CIE ACTIVADA ccesccccccccccceeccceeeecscceeeecsce
30. Relativamente robusto Componentes de vidro 2 45 GHz e A mais elevada taxa de ataque paraa Plasma n o homog neo devido ao mesma pot ncia pequeno comprimento de onda e Efic cia de aprox 60 Apesar de cada frequ ncia apresentar as suas pr prias vantagens a frequ ncia de 13 56 MHz oferece a melhor gama de escolhas no desenvolvimento do processo Normalmente os sistemas de plasma RF de baixa frequ ncia podem ser construidos a baixos custos porque n o requerem o desenvolvimento de uma configura o complexa ou de um sistema de varia o de imped ncia Eles podem tamb m ser eficazmente utilizados em aplica es em que se torna vantajosa a utiliza o de uma elevada pot ncia 15 Os sistemas Microonda downstream requerem um menor desenvolvimento em termos tecnol gicos 15 A escolha de sistema de plasma DC oferece a vantagem de um fornecimento de pot ncia mais econ mico 15 Considerando os requisitos das aplica es IC os sistemas a 13 56 MHz garantem a maior flexibilidade e os melhores resultados 15 2 6 2 Pot ncia O valor da pot ncia aplicada ao sistema de plasma afecta v rios par metros do plasma nomeadamente a temperatura do el ctrodo O factor mais dirigido para a pot ncia do plasma o DC bias do sistema sendo este directamente proporcional pot ncia Com a utiliza o de elevada pot ncia a baixa temperatura s o obtidas melhores energias ionicas promovendo a melhoria de ataque devido ao
31. SCUSS AO EE 54 5 Conclusoes Trabalho FUTUNO aqu ENeeee ege Ee EE deeg 56 SEENEN 56 5 2 Sugest es para Trabalhos Futuros 58 6 Referencias DIDIIOgraficasS canoe iss dna ciisa idas 59 ANEXO A Relatorio Tecnico ANEXO B Escolha da configura o dos electrodos a adoptar no plasma Indice de Figuras FIGURA 1 FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE BACK END PARA PRODU O DE MEM RIAS cccescccccesccccceececeeesseceeeeees 2 FIGURA 2 GOLDEN PAD COMBOLA EXT EE 4 FIGURA 3 GOLDEN PAD SEM BOLA DITRA ee ee 4 FIGURA 4 REPRESENTA O ESQUEMATICA DOS DIFERENTES ESTADOS DA MATERIA 11 cccccescceccecccceeeeccceseees 7 FIGURA 5 ILUSTRA O DOS QUATRO ESTADOS F SICOS DO OXIG NIO III 8 FIGURA 6 REPRESENTA O DAS ESP CIES ACTIVAS PRESENTES NO PLASMA DE OXIG NIO 12 cccceeccccceeccccceeees 8 FIGURA 7 SEQU NCIA DO PROCESSO DE TRATAMENTO POR PLASMA MONITOR DO EQUIPAMENTO 23 13 FIGURA 8 ESQUEMA DO PROCESSO DE PLASMA CLEANING ENEE eege ne bein as nana SEN See 14 FIGURA 9 ESQUEMATIZACAO DO PROCESSO DE PLASMA CLEANING ACTUANDO SOBRE CONTAMINANTES ORG NICOS 11 15 FIGURA 10 ESQUEMATIZA O DO PROCESSO DE PLASMA CLEANING ACTUANDO SOBRE OS XIDOS 11 15 FIGURA 11 ESTRUTURA B SICA DO SISTEMA DE PLASMA 11 nee 20 FIGURA 12 INTERIOR DE UMA CAMARA DE PLASMA NA FASE DO PROCESSAMENTO POR PLASMA 14 20 FIGURA 13 RELA O DA F
32. acao das manchas nao obedece a um padrao nao sendo possivel estabelecer uma correlacao directa com nenhum dos parametros do processo Perante estes resultados pode se afirmar que qualquer alteracao de parametros dentro dos limites estudados neste trabalho nao teve influ ncia no aparecimento das manchas de Plasma gt Molhabilidade da superficie Ink T est A determina o da energia superficial traduz o nivel de molhabilidade e o grau de limpeza da superficie que tera sido sujeita ao Processo de Plasma Cleaning A Figura 31 mostra a influ ncia das variaveis do processo na energia superficial apresentada sob a forma de valor m dio para cada nivel Na Figura 32 esta representado o desvio padr o obtido para cada vari vel em cada nivel Optimizacao do protocolo de Plasma Energia superficial mN m Hi N2 N3 N1 N2 N3 N1 N2 N3 N1 N2 N3 Pot ncia W Tempo do processo Press o do processo O2 Ar sccm seg mTorr Figura 31 Energia superficial para cada nivel das variaveis do processo Optimiza o do protocolo de Plasma Desvio Padr o Desvio padr o mN m N1 N2 N3 N1 N2 N3 N1 N2 N3 N1 N2 N3 Pot ncia W Tempo do processo Press o do processo O2 Ar sccm seg mTon Figura 32 Desvio padr o associado a cada valor m dio de energia superficial apresentado na Fig 31 52 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Em relacao ao parametro Pot ncia o nivel 3 600 W foi o
33. ais como di xido de carbono e gua e que desta forma podem ser rapidamente removidos da c mara de v cuo O e gt 0 0 e O Org nico CO H20 A taxa de oxida o dos compostos org nicos varia com a concentra o de oxig nio e deste modo para uma elevada press o 200 800 mTorr a velocidade de tratamento tamb m ser maior prefer vel o uso do oxig nio ao rgon dada a elevada rapidez com que a limpeza executada A desvantagem da utiliza o do oxigenio reside no facto de devido a sua oxida o o substrato poder ser inoportunamente descolorido caso tipico de substratos met licos ou de substratos com componentes met licos O oxig nio pode tamb m ser muito agressivo para determinadas interfaces Para minimizar a oxida o e possiveis danos pode ser utilizado argon ou uma mistura de argon oxigenio 14 c Hidrog nio O hidrog nio o gas de elei o quando se pretende remover os xidos presentes na superficie O hidrog nio pode ser misturado com argon para promover um aumento da taxa de remo o 34 Processo de Plasma Cleaning Plasma Neste tipo de plasma importante n o esquecer a inflamabilidade do hidrog nio e ter os devidos cuidados com o seu manuseamento 14 Uma outra preocupa o com este tipo de plasma a armazenagem do gas que deve ser devidamente projectada e aplicada ao sistema As principais aplica es do plasma de Hidrog nio s o a limpeza de metais sem ocorr n
34. asma Desta forma a descarga electroestatica ESD devida ao aumento de carga n o concentrada 32 Existem duas variantes de plasma prim rio o Plasma Directo Direccional e o Ataque i nico reactivo RIE 32 O primeiro permite que a amostra seja colocada quer no catodo quer no anodo ou at mesmo na descarga flutuante O posicionamento da amostra num plasma directo determinado pelo processo requerido pelas propriedades quimicas e fisicas da amostra e pela quantidade tratada O c todo normalmente mais agressivo que o anodo A limpeza a activa o de superficies e o ataque s o mais r pidos no catodo do que no anodo no entanto importante considerar tambem possiveis efeitos como o aumento de temperatura e o bombardeamento i nico intenso 32 Na Figura 14 esta representado um sistema de Plasma Directo Direccional de argon entre c todo e anodo Figura 14 Plasma Directo Direccional entre dois el ctrodos um c todo P e um nodo G e aplicando rgon como g s de processo Por outro lado o anodo ligeiramente menos agressivo e normalmente limpa e activa a superf cie mais uniformemente e sem aumento excessivo de temperatura No entanto se a amostra for colocada entre os dois electrodos ser o garantidas ao plasma condi es interm dias as fornecidas no c todo e no anodo Contudo n o subsiste qualquer d vida para o facto de a chave da compreens o e escolha do el ctrodo ou direc o mais adequa
35. cao do Processo de Plasma Cleaning 4 Optimiza o do Processo de Plasma Cleaning 4 1 Escolha da configura o dos el ctrodos a adoptar nos Plasmas 4 1 1 Metodologia de An lise Como referido anteriormente Capitulo 2 6 3 a configura o dos el ctrodos estabelecida no interior da c mara influencia fortemente o processo de plasma o que leva necessidade de optimizar a escolha dos el ctrodos no sentido de tirar maior partido do processo Em avalia o estiveram as shelves power e ground que poder o ser visualizadas na Figura 26 e que n o s o mais que respectivamente catodo e anodo Power shelf roma shelf Figura 26 Power shelf e Ground shelf e diferentes estruturas utilizadas nesta fase do estudo Tr s configura es possiveis foram alvo de avalia o Op o A C todo C todo Op o B Catodo Anodo Op o C nodo C todo Figura 27 Configura es dos el ctrodos em avalia o a Op o A b Op o B c Op o C Tanto o produto escolhido como o equipamento de Plasma usado foram sempre os mesmos tendo se recorrido ao protocolo de Plasma indicado no Quadro 2 44 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Quadro 2 Protocolo utilizado no processo de Plasma Este protocolo era o utilizado no ciclo de producao da empresa pelo que foi o escolhido para protocolo base deste estudo Processaram se nove lotes com este protocolo tr s dos quais com
36. ce de Quadros QUADRO 1 PAR METROS DE ENTRADA E DE SA DA DO PROCESSO PLASMA ccccecccccccecccceccccuccccuccccecsccecsececes 22 QUADRO 2 PROTOCOLO UTILIZADO NO PROCESSO DE PLASMA ccccccccccccccccvcvcccvcvcccccvccccccccccccccecsceceeecs 45 QUADRO 3 VARI VEIS E N VEIS USADOS NO PLANO DE EXPERI NCIAS cccceccccecccccccecccceccccuccccuccccecssceceececes 50 53 QUADRO 4 PROTOCOLOS UTILIZADOS NA VALIDA O DOS PAR METROS ESCOLHIDOS cceccceccccccceecccecceevceeecs Xii Processo de Plasma Cleaning Introducao 1 Introducao 1 1 Objectivos A realiza o da presente Disserta o de Mestrado surge no mbito de um projecto proposto pela QIMONDA Portugal SA ao Departamento de Engenharia Metalurgica e de Materiais da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FEUP Este trabalho corresponde a necessidade de estudar e optimizar o processo designado por Plasma Cleaning comummente utilizado na industria dos semicondutores para limpeza de superficies de alguns componentes Este trabalho visou a optimiza o do processo de plasma no sentido de reduzir o numero de falhas associadas a esta etapa melhorando assim a efic cia do processo de assemblagem 1 2 QIMONDA Portugal SA A ind stria de semicondutores divide se em duas fases de produ o o Front ende o Back end A QIMONDA Portugal SA uma f brica de produ o Back end sendo respons vel pela produ o de semicondutores nomeadamente mem r
37. cia de oxida o e tamb m a remo o das camadas de xidos da superficie dos metais 14 2 6 6 Tempo de processo O tempo de plasma estabelecido em fun o do tipo de material a processar e do tipo de aplica o O tempo de processo deve ser suficiente para assegurar um tratamento adequado mas nunca excessivo para que se evitem danos resultantes de exposi es de dura o exagerada 40 No caso de o tempo de processo ser longo maior sera a quantidade de material removido No entanto a rapidez do ataque est directamente relacionada com alguns par metros nomeadamente a pot ncia rapidez de ataque favorecida por elevada pot ncia a press o rapidez do ataque favorecida por elevada press o o tipo e concentra o de gases e a configura o da c mara e el ctrodos Assim uma minimiza o do tempo de processo traduz se numa maximiza o da quantidade tratada 14 2 7 M todos de avalia o do Processo Plasma Cleaning Na produ o de dispositivos microelectronicos o material depositado apos limpeza por plasma devera ter um contacto perfeito com a superficie subjacente Por sua vez o material constituinte da camada de baixo dever apresentar a m xima ades o relativamente a camada subjacente A este nivel os tratamentos de plasma de argon constituem uma solu o atractiva uma vez que removem as contamina es sem causar danos no substrato Com tempos de plasma curtos o substrato n o sujeito a aquecimentos e
38. concentra o dos gases O2 Ar sccm Os par metros seleccionados tomaram valores dentro dos limites da pr tica industrial para este tipo de protocolo de Plasma O produto e o equipamento utilizados foram os mesmos que se escolheram para o estudo anterior capitulo 4 1 O Quadro 3 apresenta as vari veis e os niveis adoptados no plano de experi ncias 49 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Quadro 3 Variaveis e niveis usados no plano de experi ncias N VEIS PARAMETROS N2 N3 Pot ncia 400 500 600 Tempo de 120 180 240 processo seg NEE 80 120 200 processo O Ar sccm 25 72 20 40 15 20 Os valores apresentados nas celulas a sombreado no Quadro 3 correspondem aos valores usados no protocolo standard em producao O programa de experi ncias apresentado na tabela seguinte Tabela 4 Plano de experi ncias Exp n Pot ncia W Tempo mat ae fiero aes 1 400 120 80 25 72 400 180 120 20 40 E a 240 200 15 20 E 500 120 120 15 20 a 180 200 25 72 i Sch 240 80 20 40 j Ze 120 200 20 40 180 80 15 20 a 600 240 120 95 72 Cada experi ncia foi repetida 2 vezes com a camara de Plasma cheia 6 magazines com 12 substratos cada Como parametros de saida das experi ncias consideraram se as perdas de yield em SBA as manchas no Mold Cap e a Molhabilidade da superficie Ink Test a semelhanca do que se fez anteriormente na fase de estudo das diferentes configura es dos e
39. cuitos integrados As contamina es podem surgir de produtos quimicos utilizados no processo de fabrico dos circuitos integrados das wafers de determinados tipos de resinas ou gorduras oriundas de materiais do substrato ou de materiais adesivos de contamina es do pr prio ar ou at mesmo de algum eventual contacto com a pele humana 14 extremamente dif cil evitar a contamina o da superf cie durante o processo de fabrico As contamina es da superficie podem influenciar os processos de ades o de variadissimas formas No caso do Die bond as contamina es podem reduzir a energia superficial e a molhabilidade da superficie pela goticula de solda Elas conduzem a delamina o do mold e no caso extremo origem de fissuras No Wire bond podem mesmo induzir um aumento da taxa de fractura das liga es estabelecidas durante este processo 14 Um dos problemas principais sem duvida o facto de a interface mold compound solder resist normalmente caracterizada por uma debil ades o resultar em delamina es 14 A remo o de contamina es da superficie por plasma considerada um processo de abla o em que o bombardeamento f sico e o ataque quimico constituem a chave dos processos envolvidos Por isso este processo envolve o uso de energia quimica e ou fisica do plasma para remover contamina es a escala de alguns micron 8 19 28 O processo Plasma Cleaning remove contaminantes org nicos tais como solventes
40. dente s coordenadas seguintes A1 B1 C1 coordenadas B C 1 2 A2 B2 C2 coordenadas K L 2 2 A3 B3 C3 coordenadas S T 3 2 e dois fragmentos das regi es perif ricos sem terminais revestidos a Au regi o do topo superior Av Bv Cv regi o do topo inferior Ap Bp Cp Prepara o das Amostras As amostras foram cortadas a seco sem contacto da superf cie til com qualquer outro material e colocadas em v cuo poucos minutos ap s a abertura das embalagens seladas sendo mantidas em UHV durante todo o per odo de an lise Respons vel Dr Carlos P Moreira de S Pag 1 2 62 Processo de Plasma Cleaning Conclus es e Trabalho Futuro CEMUP RELATORIO TECNICO Ref RT2007 35 CENTRO DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO PORTO Data 2007 12 13 M todos Analiticos Espectroscopia de Fotoelectr es de Raios X XPS VG Escalab 200A Resultados As amostras foram examinadas por Espectroscopia de Fotoelectr es de Raios X XPS no estado recebido e ap s eros o i nica da superf cie de cada amostra tendo sido obtidas e espectros globais e de detalhe respeitantes aos elementos de maior interesse que permitiram verificar o seguinte l Todas as amostras Ai Bi Ci i 1 3 apresentam a superf cie composta maioritariamente por C O Au contendo tamb m N e Mg F Cu Si e Na e nas amostras Bi e Ci h uma redu o do teor em F aumento significativo do Na e Si e um aumento da rela o O C As amostras Av Bv Cv apresen
41. do para uma dada opera o de ataque ou de limpeza ser a experi ncia 32 O ataque i nico reactivo RIE normalmente utilizado em aplica es de an lises de falhas ou quando s o exigidas determinadas propriedades nas superficies a serem atacadas 24 Processo de Plasma Cleaning Plasma Esta uma forma extrema de plasma directo que utiliza uma pequena area da superficie dos el ctrodos que por sua vez se encontram pouco espacados E utilizado um elevado campo el ctrico para iniciar o plasma A combina o destes dois factores elevada proximidade e alta pot ncia resulta num aumento do nivel do DC bias e consequentemente na forma o de um plasma RIE altamente anisotr pico e agressivo 32 Na Figura 15 est representado um exemplo de Ataque i nico reactivo de O e CF entre anodo e catodo Figura 15 Ataque i nico reactivo RIE entre dois el ctrodos um catodo P e um anodo G e aplicando como g s de processo o CF e 0 Plasma Secund rio O plasma secund rio utilizado para materiais que poder o apresentar algum tipo de sensibilidade a um ou at mesmo a todos os componentes do plasma prim rio Os tempos de processo s o geralmente mais longos para os plasmas secund rios devido ao facto de quer a concentra o quer a energia das esp cies activas serem mais reduzidas no plasma secund rio 32 O plasma secund rio apresenta igualmente duas variantes o Plasma secund rio Downstream e
42. e Pe a presen a de Au e Ni nos terminais de Au Composi o da superf cie das regi es analisadas determinada por XPS E 000 ag 272 63 Processo de Plasma Cleaning Conclus es e Trabalho Futuro 3 Espectros XPS das amostras no estado recebido Mimonda 64 Processo de Plasma Cleaning Conclus es e Trabalho Futuro Aning Era gai Herat ress gel el Hunting Eragi Hekeag Lager T E i 65 Conclusoes e Trabalho Futuro Processo de Plasma Cleaning L E p H H a S TY epesuopad a ry ano Gears Ata p EIST BOT opsO a sode Sax sorpadsy ppo 66 Processo de Plasma Cleaning Conclus es e Trabalho Futuro ANEXO B Escolha da configura o dos electrodos a adoptar nos plasmas d Op o A Energia superficial mN m 1 6 12 1 6 12 1 6 12 QL808284 52 QL806216611 QL807080 53 Figura 34 Varia o da energia superficial entre os diferentes lotes da op o A nas posi es 1 6 12 15 70 65 e A E 60 E C 8 55 E a Ee E 5 50 F LJ 45 40 1 6 12 Substratos Figura 35 Valores m dios obtidos na op o A por substrato Processo de Plasma Cleaning d Op o B Figura 36 Varia o da energia superficial entre os diferentes lotes da op o B nas posi es 1 6
43. e ambos usando argon e oxigenio como gases de trabalho Um plasma baseado em oxig nio trar vantagens na medida em que os radicais de oxigenio reagem quimicamente com a resina originando um gas que pode ser extraido da c mara de v cuo Tem vindo a ser demonstrado ao longo do tempo que o plasma de oxig nio bastante eficaz na remo o da resina do die Nos casos em que se observa a presen a de xidos deve ser aplicado um processo f sico para preparar as superficies dos bond pads 8 Tem vindo a ser demonstrado que um tratamento com argon as unidades de PBGA conduz a uma melhoria da resist ncia trac o da wirebond a volta de 20 8 No entanto e como teremos oportunidade de referir mais adiante o tratamento unica e exclusivamente com argon pode trazer alguns inconvenientes sendo o principal a heterogeneidade de resultados no interior da c mara A oxida o do metal pode actuar como uma barreira fisica para o Wirebond e para o solder reflow Um processo combinado fisico quimico usando rgon e hidrog nio pode reduzir os xidos met licos Por exemplo a redu o do xido de cobre a cobre met lico conseguida num plasma de hidrog nio atraves da reac o dos radicais de hidrog nio com o 17 Processo de Plasma Cleaning Plasma oxido de metal 8 CuO 2H gt Cu H 0 Mesmo na aus ncia de uma fonte de contamina o a abla o originara rugosidade na superficie e proporcionar uma maior rea superf
44. erficie do substrato em cerca de 30 segundos o que na maioria dos casos suficiente para remover a contamina o alvo 36 Em processos de ataque requerida uma maior pot ncia e tempo ou um plasma mais reactivo Por m importante que haja um equilibrio de vari veis e de condi es pois 33 Processo de Plasma Cleaning Plasma possivel que no sentido de se obter um bom processo de limpeza se incorra no erro de promover uma remocao excessiva de material 14 Segundo estudos efectuados mais especificamente com uma fonte microondas a aproximadamente 7 mTorr 14 tratamentos de plasma com 100 de Ar apresentam grandes heterogeneidades de resultados nas unidades para diferentes locais da camara Neste caso 100 Ar a limpeza realiza se atraves de ac o mec nica e nao atraves de reac o quimica resultando numa forte varia o da corrente i nica dentro da c mara nos diferentes locais A adi o de oxig nio vai resultar numa melhoria da limpeza O tempo de processo requerido devera ser proporcional ao fluxo de oxig nio activado Os sistemas de tratamento de plasma comerciais podem ser utilizados para limpezas efectivas de contamina es org nicas de fluor e de xidos de superficies de uma variedade de substratos da industria microelectronica 39 b Oxig nio O plasma de oxig nio baseia se na oxida o de compostos org nicos nao vol teis que s o transformados em compostos org nicos vol teis t
45. es inelasticas electrao neutrao tendo a popula o de electr es uma temperatura cin tica caracter stica a temperatura electronica cujo valor ronda os 2 10 eV Estas temperaturas cineticas relativamente elevadas quando comparadas com as temperaturas de esp cies neutras fornecem electr es suficientemente energ ticos para promover tais processos inel sticos como a ioniza o a excita o e a desintegra o molecular quando colidem com os constituintes do plasma 27 Na produ o de circuitos microelectronicos este tipo de pr tica tratamento de superficies exige quartos limpos e dispendiosos e conjuntos de ferramentas muito especificas O requisito para ataques r pidos traduz se em elevados fluxos de especies activas do plasma que resultam de elevadas densidades de plasma 27 Assim para que em termos industriais se consigam efeitos importantes os plasmas utilizados para o tratamento de superficies devem ter uma densidade de electr es suficientemente elevada para permitir os fluxos de esp cies activas necess rios mas n o excessivamente elevada para n o danificar as unidades que s o sujeitas a tratamento 27 2 5 3 Equipamento O equipamento t pico de Plasma consiste em quatro componentes principais a c mara de v cuo el ctrodos sistema de v cuo e gerador de pot ncia 13 Na Figura 11 est representada a estrutura de um sistema de Plasma com os seus principais componentes 19 Processo de Plasma C
46. estas areas O ngulo de contacto uma medida quantitativa da molhabilidade de um s lido por um liquido que geometricamente se define como o ngulo formado por um l quido sob a superficie de um solido no lado da interface com o gas ver Figura 19 45 ngulo de contacto Figura 19 Defini o geom trica do ngulo de contacto entre um l quido e um s lido O CAM Medidor de ngulos de contacto n o mais que um dispositivo que mede o angulo de contacto entre um l quido e um s lido como consequ ncia da deposi o de uma gota de um liquido com uma tens o superficial especifica sobre uma superficie Este equipamento executa as medi es atraves do auxilio de modelos fisico matem ticos permitindo inferir sobre o valor da energia superficial 44 De uma forma simplista quanto maior for a activa o e a limpeza da superf cie menor sera o ngulo de contacto Na Figura 20 est o esquematizados tr s tipos de comportamento de um l quido perante diferentes superficies com caracteristicas de molhabilidade distintas 36 Processo de Plasma Cleaning Plasma a b c Figura 20 Esquematiza o do ngulo de contacto em tr s superficies com caracter sticas de molhabilidade distintas a Molhabilidade elevada b Molhabilidade m dia c Molhabilidade baixa Em cada uma das figuras 21 e 22 possivel observar diferentes comportamentos de um liquido perante superficies com indices de molhabilidade diferentes
47. extremamente sens veis ou partes que n o t m capacidade para tolerar um forte bombardeamento i nico 10 Modos do Plasma Plasma Prim rio O plasma prim rio o nico em que utilizada r dio frequ ncia para gerar a descarga geralmente entre os electrodos As amostras ou os substratos a serem tratados pelo plasma s o colocados directamente no campo electromagnetico entre electrodos sendo o produto ent o processado na rea entre os el ctrodos o campo prim rio do plasma As especies activas que executam o trabalho no plasma s o os i es e os radicais livres Como t m um tempo de vida relativamente curto assistindo se a processos de recombina o e reac o estas esp cies devem ser constantemente renovadas A renova o feita atraves da aplica o continua de um campo electromagn tico que assegura uma elevada uniformidade de activa o da superficie ataque e remo o de contamina es 15 32 23 Processo de Plasma Cleaning Plasma O plasma prim rio capaz de gerar DC bias negativo nos el ctrodos O DC bias negativo o resultado do aumento de carga negativa no catodo O DC bias extremamente util quando s o requeridos ataques agressivos e anisotr picos como por exemplo segundo uma direc o perpendicular a superficie do el ctrodo devido ao facto de aumentar o bombardeamento i nico da superficie da amostra Em determinados plasmas o DC bias dissipado para terra durante o processo de pl
48. fico desta disserta o o estudo centra se nos dois primeiros processos remo o de contamina es e activa o de superficies Processo de Plasma Cleaning Plasma As modifica es de superficie s o de uma forma geral sensiveis ao intervalo de tempo e ao ambiente de exposi o podendo com o passar do tempo ocorrer perdas de propriedades f sicas e quimicas anteriormente adquiridas atraves do plasma 8 A evolu o da tecnologia a este nivel est sendo conduzida no sentido da utiliza o de novos materiais avan ados e de dimens es cada vez mais reduzidas A pureza e as propriedades das superficies das diferentes pe as de montagem desempenham um papel importante devido as novas geometrias dos componentes nomeadamente dies bond pads etc 10 Nestes casos o tratamento por plasma n o so uma tecnologia que promove o aumento da fiabilidade do produto mas tamb m uma etapa essencial para o sucesso da produ o 10 Os par metros chave do processo selec o do g s press o da c mara pot ncia aplicada e tempo de processo determinam o tipo de tratamento por plasma e seus efeitos para uma dada configura o do sistema Estes par metros devem ser optimizados no sentido de se obter o m ximo benef cio do tratamento por plasma imposs vel obter um n vel m ximo de efic cia do plasma sem uma optimiza o direccionada e individualizada do processo por isso torna se essencial e indispens vel o ajuste dos par met
49. g Member IEEE Joseph B Bernstein Senior Member IEEE and Kai Choong Leong Effect of the Plasma Cleaning Process on Plastic Ball Grid Array Package Assembly Reliability 1998 J Reece Roth loP Industrial Plasma Engineering Vol 2 Applications to nonthermal plasma processing 1997 H Yasuda Plasma Polymerization Academic Press Orlando FL USA 1985 Sebastian Deiries Armin Silber Olaf Iwert Evi Hummel Jean Louis Lizon Plasma Cleaning A new method of ultra cleaning detector cryostats European Southern Observatory Garching Germany 2005 R H Bruce J Applied Phys 52 7065 1981 de 35 R H Bruce Solid State Technol p64 1981 de 35 Plasma modes Primary and Secondary Plasma March a Nordson Company 2006 Sugano Applications of Plasma Process to VLSI p165 1985 de 35 Salimian et al J Vac Sci Technol B5 1606 1987 de 35 Aydil and Economou Proceed 8th Plasma Process Symp Electrochem Soc p25 1990 de 35 http www plasmapot nciaplus com viewtopic php t 10 consultado a 09 01 08 A Scott D Szymanski Argon Plasma Cleaning of Fluorine Organic and Oxide Contamination Using an Advanced Plasma Treatment System March Plasma Systems 2006 www nexxsystems com pdfs cirrus Cirrus8Oplasmaclean pdf consultado a 09 01 08 60 Processo de Plasma Cleaning Refer ncias bibliograficas 39 40 41 42 43 44 45 46 47 Applicati
50. ia do Wire bond em que necess rio um bombardeamento i nico 14 15 Por exemplo durante a fabrica o de wafers os dies s o expostos a cido fluoridrico o que resulta numa contamina o do die com fluor A presen a de fluor no alum nio dos bond pads prejudicial resist ncia mec nica dos wire bonds de ouro existindo j numerosos estudos que o confirmam A remo o do fl or e de outros contaminantes tais como xidos magn sio e chumbo favorecida pelo componente fisico do bombardeamento i nico Nestes casos a limpeza quimica ou n o eficiente porque n o permite a produ o de um subproduto vol til e ou necess ria energia cin tica adicional para catalisar a reac o quimica 15 Por m um excesso de energia pode resultar em situa es indesejadas tais como deposi es na zona do bond pad Bombardear sputtering o material do bond pad pode conduzir redeposi o daquele material noutras partes do die ou package e a um potencial curto circuito Ent o para que se possa controlar mais eficazmente o processo necess rio manter a energia numa gama estreita de valores 14 2 3 2 Densidade i nica Designa se por densidade i nica o numero de i es de todas as esp cies presentes na regi o do plasma Uma elevada densidade ionica corresponde a um aumento do numero de esp cies reactivas na c mara Isto contribui para a efic cia uniformidade e velocidade do processo de Plasma Cleaning 15
51. ia elevada conduz a um elevado DC bias devido ao facto de a densidade ionica ser maior Da mesma forma quando diminuida a press o do sistema o percurso livre m dio das particulas aumenta e o movimento electr nico torna se mais r pido consequentemente esta acelera o do movimento resultar na acumula o de mais electr es no c todo aumentando o DC bias 17 Quanto mais negativo for o DC bias mais eficaz sera o tratamento de plasma Sendo o DC bias inversamente proporcional ao quociente entre as reas do catodo e do anodo o DC bias sera tanto maior quanto mais pequena for a area do c todo relativamente do anodo 15 2 5 Plasma Cleaning Processo Industrial inquestion vel que as produtividades tendem a ser cada vez mais elevadas e desta forma essencial que se adoptem processos eficazes e simultaneamente mais r pidos O plasma a baixa press o para tratamento e limpeza de superficies um metodo eficiente que sustem t cnicas vers teis de modifica o de propriedades de superficie de materiais apresenta custos razo veis e amigo do ambiente 18 Enquanto que determinados processos quimicos de limpeza n o s o ideais porque n o conseguem penetrar nas pequenissimas vias presentes nas multicamadas dos substratos e t m at dificuldade em atacar determinados materiais constituintes das unidades o processo Plasma Cleaning supera todas estas limita es devido a natureza penetrante que lhe inerente e
52. ias DRAM para servidores computadores e outros equipamentos digitais telem veis c maras fotogr ficas leitores de MP3 consolas de jogos etc com elevados padr es de qualidade tecnologia de ponta e elevado desempenho Para al m disto a unidade de Vila do Conde envolve tamb m um investimento em novas tecnologias Front End Wafer test e Wafer level packaging 1 Fundada em 1996 a QIMONDA Portugal SA emprega actualmente cerca de 2000 pessoas e considerada a maior f brica europeia de montagem e teste de produtos de mem rias 2 1 3 Ciclo de produ o Back end A produ o de dispositivos semicondutores n o mais do que o processo utilizado para a cria o de chips os circuitos integrados IC que est o presentes no dia a dia de cada um tanto em dispositivos el ctricos como electr nicos 2 Este processo engloba uma sequ ncia de m ltiplas etapas ao longo das quais os circuitos electr nicos v o sendo criados sobre uma wafer feita de um material semicondutor de elevada pureza O sil cio o material semicondutor mais utilizado nos dias que correm 2 Processo de Plasma Cleaning Introducao Na Figura 1 possivel visualizar a sequ ncia de processos realizados nas ind strias de Back end Se peido Dislike ion Condor Figura 1 Fluxograma do processo de Back end para produ o de mem rias A seguir apresenta se de uma forma muito sucinta algumas das etapas do fluxo de produ o a Wafer Test
53. icial para wirebond resultando numa melhoria da uniformidade dos bonds 8 Os m todos convencionais de limpeza tais como a limpeza mec nica ou quimica seguidos de um determinado ciclo de cura oferecem ja bons resultados No entanto e segundo algumas investiga es realizadas na industria a ultra limpeza entenda se limpeza ultra eficaz so obtida com o processo de Plasma Cleaning 29 O Plasma Cleaning um metodo facil relativamente econ mico e que requer instala es simples Para al m de comportar baixos riscos oferece excelentes resultados em termos de limpeza 29 O Plasma Cleaning adequado para a remo o de filmes de espessura reduzida especialmente de hidrocarbonetos e de xidos que persistem depois de uma limpeza convencional Um par metro importante a ter em conta e que deve ser muito bem escolhido consoante as diferentes formas de remo o de contaminantes o gas de trabalho a ser utilizado no processo O oxig nio remove contaminantes por oxida o enquanto outros gases inertes como o argon limpam por ac o mec nica 29 Activa o de superf cies A activa o de superficie actua no sentido de aumentar a energia superficial do material permitindo um consequente aumento de ades o nomeadamente nos processos de Mold Die bond entre outros 14 O plasma de activa o de superficies utiliza gases tais como oxig nio argon hidrog nio ou a mistura destes tr s gases que quando ex
54. ith two cathodes The second phase was in order to optimize the plasma s recipe Experimental results were validated at the third phase of the study Taguchi Method was applied to combine the recipe parameters in order to reduce the number of the experiments and to analyze more effectively the effect of the different variables involved This project was developed in a partnership DEMM FEUP and QIMONDA Portugal SA and with the collaboration of CEMUP Materials Center of the University of Porto jii Glossario Assembly montagem Aurora Borealis fenomeno ptico caracterizado por um brilho intenso observado nos c us nocturnos em regi es pr ximas a zonas polares A sua origem esta no impacto de particulas de vento solar no campo magn tico terrestre Back end conjunto de processos que comp em a fase final do processo de produ o de semicondutores assemblagem Ball attach designa o do processo em que s o aplicadas as bolas ao substrato Ball pad superficie onde colocada a bola de solda Bond channel rea correspondente a liga o el ctrica atraves dos fios de ouro entre os dies e o substrato Bond pads pequenas superficies de conex o entre substrato e bolas de solda Burn in designa o do processo onde provocado o envelhecimento das mem rias Cap matriz de molda o Chip circuito integrado DC bias potencial negativo est vel encontrado no el ctrodo da c mara quando ocorre o
55. l Gostaria de agradecer ao Carlos Maio e ao Miguel Silva pelo apoio ao nivel da produ o Gostaria de agradecer a todos os meus colegas pela amizade companhia e ajuda em especial Andreia Joana ao Marco ao Jens Martin e ao Pedro Torres Em especial aos meus Pais ao Jo o a Daniela Rita e ao Fernando por estarem sempre comigo Resumo O processo Plasma Cleaning respons vel pela limpeza de superficies espec ficas e aplicado na ind stria de semicondutores em determinadas etapas do ciclo de fabrico de componentes Este trabalho visou o estudo e optimiza o do processo de Plasma Cleaning tendo sido desenvolvido sob duas vertentes paralelas e independentes caracteriza o da superficie dos ball pads dos substratos e optimiza o da opera o de Plasma Cleaning antes do processo de Ball attach Pretendeu se com a caracteriza o dos ball pads verificar efeitos e altera es despoletadas pelo tratamento por plasma bem como possiveis contamina es na superficie dos pads Esta caracteriza o foi feita atraves da tecnica de XPS Espectroscopia de Fotoelectr es de Raios X Na outra abordagem ao n vel do equipamento foi realizada uma sequ ncia de etapas com vista a optimiza o do processo Esta an lise desenvolveu se em tr s fases na primeira fase foi escolhida a configura o da c mara a adoptar nos equipamentos tendo sido observado que a configura o mais eficaz a que aplica dois c todos
56. leaning Plasma Figura 11 Estrutura basica do sistema de Plasma 11 Para aplica es em PCB s as magazines que cont m as unidades sao colocadas de modo manual ou autom tico entre dois el ctrodos localizados dentro da camara A camara colocada a press o pretendida O sistema de vacuo utilizado para manter a press o que neste caso baixa ronda os 80 mTorr O fornecimento de gas feito a um fluxo espec fico Uma vez atingida a press o desejada aplicada a pot ncia aos el ctrodos iniciando se assim o processo de plasma 13 14 A amostra ent o processada por um periodo de tempo pre definido Depois de cumprido o tempo de processo a c mara ventilada e as amostras podem ent o ser retiradas 14 o Figura 12 Interior de uma c mara de Plasma na fase do processamento por plasma 14 O gas do processo ionizado e dissociado atraves da aplica o da energia Normalmente os geradores operam numa gama entre os kHz e os MHz O processo a Plasma resolve alguns problemas comuns associados produ o de PCB s tais como incrusta es de resinas residuos ades o fraca e activa o da superficie O equipamento do plasma de tratamento tem se modificado com os avan os da tecnologia na produ o de PCB s A uniformidade de tratamento do processo um par metro de aplica o cr tico O design dos equipamentos mais recentes assegura uniformidade de processamento 20 Processo de Plasma
57. lectrodos 4 2 2 Resultados e Discuss o gt Perdas de yield em SBA Analisando a perda de yield por golden pad com e sem bola extra verificou se que a maior parte dos protocolos aplicados n o apresentaram falhas sendo esse n mero muito reduzido nas outras ver Tabela 5 50 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Perante os resultados nao foi possivel estabelecer uma correspond ncia entre os golden pads e os parametros usados Tabela 5 Golden pads obtidos em cada lote Lotes A Golden Pad Golden Pad Lotes B Golden Pad Golden Pad com bolaextra sem bola extra com bola extra sem bola extra o f o CI f o o o fee o o e fem o fo o o foma o f o ommo o o omma o o o o p o o o L mmes a o o o Lamm o f o o e p a gt Manchas no Mold Cap Na Tabela 6 apresentam se os resultados obtidos para as manchas de Plasma superficie dos substratos moldados Tabela 6 Manchas de Plasma obtidas nos diferentes lotes Exp n Lotes A Manchas de Lotes B Manchas de Plasma Plasma cad MS nend BEE ER oreo E Ei end MS ie DE KE o pemr o rsa e penna oo esse ese E Jusen mmm 2 lass mme Na maioria das experi ncias efectuadas para o mesmo protocolo existe um lote com manchas e outro sem manchas 51 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning Apos uma inspeccao a 100 de todos os substratos verificou se que a localiz
58. lementos como i es e fot es Neste processo a amostra exposta somente aos radicais do plasma Quer o plasma prim rio quer o secund rio est o totalmente direccionados para a modifica o de superficies estando aptos para muitos tipos de substratos ou de materiais A selec o do modo de plasma mais apropriado depende de factores como o processo requerido de modifica o de superficie as propriedades quimica fisica e el ctrica do material a processar e a capacidade exigida 32 A maioria dos sistemas encontrados neste tipo de ind stria que utiliza DC e microondas condicionada pela gera o de plasma secund rio No caso de DC utilizada a configura o Downstream porque as voltagens DC n o s o eficientes tornando se ent o necess ria a utiliza o de tens es extremamente altas para iniciar a excita o A exposi o a tens es elevadas poder ser altamente prejudicial para o produto 15 26 Processo de Plasma Cleaning Plasma As frequ ncias a aplicar podem variar entre 14 DC Corrente continua Baixa frequ ncia 40 kHz 100 kHz Radiofrequ ncia 13 56 MHz Microondas 2 45 GHz 14 DC Corrente cont nua Normalmente na configura o escolhida para sistemas DC utiliza se um filamento de tantalo ou de um material id ntico tal como o tungst nio para activar plasma de argon muito intenso na c mara prim ria A for a magn tica ent o usada para extrair i es da cavidade da c
59. m bola extra Dado o impacto relevante e a import ncia que este defeito tem neste tipo de ind stria cada vez mais s o analisadas formas de diminuir a frequ ncia desta falha Daqui surge a necessidade de estudar e optimizar o processo de limpeza de superficie Plasma Cleaning aplicado na remo o de contaminantes da superficie dos pads O principal objectivo a que se prop e ent o este trabalho o estudo da influ ncia do processo de Plasma Cleaning no aparecimento dos golden pads e a consequente optimiza o do mesmo no sentido da diminui o destes defeitos Uma vez que o Plasma BP a etapa que precede o Ball attach sendo a sua principal fun o tal como visto limpar e activar a superficie dos pads para receber esferas de brasagem espera se que tenha realmente influ ncia no aparecimento do defeito no entanto ao longo do processo existem in meras condicionantes impossiveis de controlar 1 5 Organiza o da Tese Relativamente organiza o da tese no capitulo 2 efectuada uma descri o sobre a teoria dos Plasmas e mecanismos envolvidos bem como as propriedades relevantes para o processo de Plasma e os processos industriais usados Os capitulos 3 e 4 abordam as diversas etapas pr ticas deste trabalho Este trabalho desenvolveu se sob duas vertentes paralelas e independentes a da caracteriza o da superficie dos ball pads dos substratos e a da optimiza o da opera o de Plasma Cleaning antes do processo de
60. na posi o 1 revela ter o melhor desempenho 59 Processo de Plasma Cleaning Refer ncias bibliograficas 5 Conclusoes e Trabalho Futuro 5 1 Conclusoes No presente trabalho pretendeu se analisar o impacto de certos factores na redu o do numero de golden pads obtidos na opera o de Ball attach Os principais pontos abordados foram os seguintes 1 Caracteriza o do ball pad 2 Configura o dos el ctrodos da c mara de Plasma 3 Optimiza o do protocolo de Plasma De acordo com as op es tomadas e os resultados obtidos retiram se as conclus es que a seguir se apresentam A configura o do interior da c mara de Plasma com a conjugacao de el ctrodos catodo catodo demonstrou ser a mais eficaz promovendo uma melhor performance do processo comparativamente as restantes configura es estudadas nomeadamente a catodo anodo e a anodo catodo Em rela o a superficie dos ball pads utilizaram se diversas tecnicas de caracteriza o de superficies No entanto a natureza das amostras n o permitiu identificar potenciais contamina es ou rugosidades que pudessem contribuir para a ocorr ncia de golden pads A posi o do substrato nas magazines que conferiu melhores resultados valores m ximos em termos de molhabilidade foi a posi o 1 ou seja o substrato que se encontra na primeira posi o da magazine a contar de cima para baixo a posi o 12 posi o oposta a posi o 1 foi a que apresentou os val
61. nte 32 Processo de Plasma Cleaning Plasma Figura 18 Comportamento de alguns gases durante o tratamento por Plasma a Argon Um plasma de limpeza baseado em argon geralmente conveniente porque remove todo o tipo de contamina es atraves do bombardeamento i nico sputtering sem desencadear uma reac o quimica ou oxida o da superf cie do substrato Usando plasma de argon os contaminantes s o literalmente removidos da superficie do substrato a n vel molecular e retirados da c mara antes que possa ocorrer a sua re deposi o Al m disso o plasma de argon eficiente para muitos tipos de contamina es devido ao facto de n o ser selectivo e remover diferentes contaminantes a taxas id nticas 39 Para al m de ser efectivo para remo o de contamina es o plasma de argon aplica se na cria o de rugosidade na activa o de liga es quimicas e em situa es que requerem elevadas taxas de molhabilidade da superficie 36 O processo f sico nos plasmas de argon funciona como que segundo uma forma de ataque mais suave em que em processos de ataque s o removidas elevadas quantidades de material 1 micron contudo em processos de limpeza permite a remo o de menores quantidades de material 2 a 5 nan metros 14 Ar e Ar 2e Ar Contaminante contaminante vol til Os processos de limpeza baseados em argon podem remover camadas com cerca de 100 A ou mais de espessura da sup
62. ntes da superficie das amostras Este processo pode conduzir forma o de pequenas mol culas que s o bombeadas atrav s da bomba de vacuo sendo designado por limpeza quimica Para al m disso podem ser introduzidos novos grupos funcionais na superficie das amostras atraves das reac es qu micas activa o de superf cies 15 Processo de Plasma Cleaning Plasma Nos processos f sicos a superficie da amostra bombardeada por i es com elevada velocidade e energia Durante este processo as mol culas s o fragmentadas e dissociadas podendo ser removidas atraves da bomba de v cuo 10 Cada mecanismo quimico ou f sico apresenta as suas pr prias vantagens e desvantagens no que diz respeito a limpeza e activa o de substratos 10 As diferentes conjuga es destes mecanismos podem resultar em modos distintos de actua o do processo Plasma Cleaning j referidos anteriormente nomeadamente a remo o de contamina es e a activa o de superficies Remo o de contamina es A limpeza da superficie vital para que seja garantida uma boa ades o dos filmes finos revestimentos As superf cies devem estar isentas de contamina es de modo a que se garanta estabilidade mec nica boa condu o el ctrica e t rmica As contamina es superficiais incluem humidade hidrocarbonetos oxig nio enxofre cloro fosforo 14 Qualquer tipo de contamina o pode comprometer a ades o no processo de fabrico de cir
63. ntroladores de caudal do gas de processo Mold compound material usado para encapsular dispositivos semicondutores trata se de um material composito de matriz polim rica Mold opera o de moldar Molding moldacao Package material aplicado em volta de um circuito ou componente integrado tendo por fun o proteg lo PCB Print Circuit Board circuito impresso no qual s o desenhadas as pistas condutoras que representam o circuito onde ser o fixados os componentes electr nicos PEEK polimero pertencente ao grupo das Poliacetonas e que resulta da combina o de resinas cristalizadas de altas temperaturas desenvolvidas fundamentalmente para o emprego como materiais de revestimento e isolamento Yield Loss aumento de taxa de n o conformidade de uma opera o Plasma BP designa o do processo de Plasma realizado imediatamente antes do processo de Ball attach Plasma Cleaning limpeza por plasma Power shelf catodo parte constituinte do equipamento de plasma que funciona como el ctrodo permitindo estabelecer condu o com a ground shelf anodo neste caso constituida por Aluminio Pr assembly pr assemblagem Reel forma de armazenamento sob a forma de rolo de componentes semicondutores para expedi o final Reflow ciclo t rmico realizado no processo de Ball attach Singulation designa o do processo onde o substrato singularizado em componentes Vi Solder
64. num total de 15 amostras Figura 25 As amostras foram analisadas em XPS no estado bruto de recep o e ap s eros o ionica da superficie de cada amostra 41 Processo de Plasma Cleaning Caracteriza o da superficie do Ball Pad A B C v A B C 3 A B C p A B C 2 Figura 25 Figura identificativa do posicionamento das amostras que foram retiradas para analise de cada substrato Nas zonas A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 verifica se que a superficie composta maioritariamente por C O e Au contendo ainda embora em menor teor N Mg F Cu Si e Na Nas tr s regides internas dos substratos B e C B1 B2 B3 C1 C2 e C3 nota se uma diminuicao do teor de F um aumento significativo dos teores de Na e de Si bem como um aumento da relacao O C para mais detalhes favor consultar Anexo A No que diz respeito as amostras das regi es perif ricas as amostras Av Bv e Cv apresentam uma superficie maioritariamente constituida por C e O contendo ainda N e Mg Particularmente nas amostras Av e Bv foi detectada a presen a de F enquanto que nas amostras Bv e Cv foi detectada a presen a de Na Si e um aumento da rela o O C As amostras Ap Bp e Cp apresentam uma superficie composta maioritariamente por Ce O contendo tamb m N e Mg em menores quantidades Ap s eros o i nica registaram se algumas altera es na composi o de todas as amostras internas dos tr s substratos nomeadamente uma redu o significativa dos teo
65. o dos materiais do electrodo tem um efeito significativo na capacidade de alguns sistemas para atacar determinados materiais A partir do momento em que ha a possibilidade de alguns electrodos poderem ser atacados e atingidos bombardeados uma inadequada selec o do electrodo pode resultar numa contamina o induzida e numa diminui o de rendimento ou altera es constantes de dimens es do el ctrodo para al m de induzir processos nao reprodutiveis ou nao uniformes 33 Por exemplo os electrodos de alum nio podem ser bombardeados com fluor ou atacados por gases contendo cloro Por sua vez os electrodos de alumina s o resistentes aos gases que cont m fl or mas podem ser lentamente atacados por gases contendo cloro O facto de os electrodos n o serem paralelos pode tambem resultar num ataque nao uniforme e num contacto insuficiente entre as unidades podendo o el ctrodo afectar a taxa de ataque e respectiva uniformidade 33 Outros factores a ter em conta aquando da selec o de um el ctrodo s o os possiveis efeitos de aquecimento Os el ctrodos que n o s o activamente arrefecidos atingem muitas vezes temperaturas muito elevadas Este aquecimento pode ter um efeito negativo ou positivo na taxa de ataque dependendo do sistema e do material a ser removido 34 30 Processo de Plasma Cleaning Plasma O espa amento entre os el ctrodos constitui igualmente uma vari vel para a taxa de ataque Espa amentos curtos entre os el
66. o superior anodo apresentou valores de energia superficial minimos Tal facto deve se inexist ncia de corrente entre superf cies anodo que neste caso o el ctrodo e as paredes tecto que tambem funcionam como tal da c mara A condu o deve fazer se atraves de electrodos de diferentes materiais neste caso PEEK polimero e aluminio Como conclus o retira se que a configura o de electrodos catodo catodo a que promove a obten o de melhores valores de energia superficial Perante isto esta configura o foi a escolhida para a optimiza o do protocolo de Plasma 4 2 Optimiza o do Protocolo de Plasma 4 2 1 Metodologia de An lise Ap s a escolha da configura o dos el ctrodos no interior da camara de Plasma procedeu se a optimiza o do protocolo de Plasma no sentido de se obter o menor numero de falhas por golden pads manchas na superficie do Mold Cap e simultaneamente a m xima efic cia do processo traduzida em termos de energia superficial Para analisar de forma comparativa o efeito das vari veis envolvidas no protocolo de Plasma e simultaneamente se reduzir o n mero de experi ncias adoptou se a metodologia de Taguchi O procedimento da avalia o assentou num plano de experi ncias DOE com 4 par metros a 3 n veis o que corresponde a uma matriz L9 As vari veis do protocolo a avaliar consistiram na Pot ncia W Tempo do processo seg Press o do processo mTorr e rela o entre
67. ocesso de plasma em que os i es de oxig nio do plasma reagem com contaminantes hidrocarbonetos produzindo mon xido e di xido de carbono que s o aspirados Radia o UV iesse D I a Di xido de carbono d been Figura 8 Esquema do processo de Plasma Cleaning 26 2 5 2 Modos de actua o De uma forma geral o Plasma Cleaning actua sob duas formas distintas a Remocao de camadas de produtos organicos O material atacado quimicamente por exemplo por oxig nio e devido a elevada energia das particulas do plasma as impurezas s o retiradas e dissociadas em pequenas mol culas podendo desta forma ser mais facilmente removidas Para al m disso a exist ncia de v cuo e o aquecimento da superficie conduzem vaporiza o de grande parte das impurezas 11 Na Figura 9 possivel observar de forma esquem tica o fen meno de remo o de contaminantes org nicos atraves do Plasma Cleaning 1 A unidade de press o no S I corresponde a Pascal no entanto no entanto nesta disserta o adoptou se o mTorr por ser a unidade usada nos equipamentos desta unidade industrial facilitando assim a directa correspond ncia ao protocolo usado 14 Processo de Plasma Cleaning Plasma co co e den Bo 5 Le e gdbeeee Amostra metalica Antes do tratamento de Plasma Tratamento de Plasma com oxig nio Depois do tratamento de Plasma Figura 9 Esquematizacao do processo
68. of vacuum arc science and technology Fundamentals and Applications NOYES PUBLICATIONS 2001 Comparison of E8 e HTP Technologies Application Note March Plasma Systems 2007 Surface Preparation for improved adhesion application note Published by March Plasma Systems 2006 59 Processo de Plasma Cleaning Refer ncias bibliograficas 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 E Finson S L Kaplan and L Wood Plasma Treatment of Webs and Films Society of Vacuum Coaters 38th Annual Technical Conference Proceedings 1995 S M Rossnagel J J Cuomo e W D Westwood Noyes Handbook of Plasma Processing Technology Fundamentals Etching Deposition e Surface Interactions Publication Westwood NJ USA 1998 Y Sung J K Kim C Y Yue and J H Hsieh Bonding strengths at plastic encapsulant gold plated copper leadframe interface Microelectronics Reliability 40 2000 1207 1214 F Djennas E Prack Y Matsuda Investigation of Plasma Effects on Plastic Packages delamination and Cracking IEEE Trans CHMT 16 1993 919 924 C Diener J Eisenlohr Plasma Technology Diener Electronic 2000 http www plasmapot nciaplus com viewtopic php t 15 consultado a 09 01 08 James D Getty PH D Important considerations when applying Plasma to advanced packaging March Plasmas Systems 2003 Liyu Steve Yan
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70. ores mais baixos De real ar que esta constata o mostrou ser independente da posi o da magazine na c mara de Plasma Ao longo deste estudo tamb m se verificou que de entre os 3 caps matrizes que constituem cada substrato o que apresenta piores indices de molhabilidade o cap central do substrato Em rela o ao aparecimento das manchas de Plasma n o foi poss vel obter qualquer correla o com a configura o dos el ctrodos nem com os par metros e respectivos n veis do protocolo de Plasma Quanto ao padr o das manchas este revelou ser aleat rio Para os limites de par metros analisados o protocolo mais eficaz em termos de limpeza de superficie o protocolo para uma pot ncia de 600 W ver capitulo 4 2 2 No entanto e com valores a rondar os obtidos com aquele protocolo o protocolo Il em que sao 26 Processo de Plasma Cleaning Refer ncias bibliograficas aplicados 400 W de pot ncia apresentou igualmente resultados muito bons ver capitulo 4 2 2 A um nivel de produ o a utiliza o do protocolo Il traz benef cios em rela o ao protocolo uma vez que n o exige um esfor o t o grande por parte do equipamento e o seu consequente desgaste opera a 400 W e n o a 600 W e promove simultaneamente bons resultados de molhabilidade muito superiores ao limite estipulado para o processo 42 mN m A utiliza o da conjuga o de el ctrodos catodo catodo e a aplica o do protocolo II promovem uma efic
71. org nicos residuais residuos de resinas xidos entre outros Tal como j foi referido este 16 Processo de Plasma Cleaning Plasma processo aplica o desgaste erosao sendo os ides positivos constituintes do plasma os responsaveis pelo bombardeamento da superficie Este processo de ablacao pode retirar as particulas contaminantes da superficie assim como torna la rugosa ainda que a uma escala atomica Os valores de rugosidade podem ser determinados por Microscopia de Forca Atomica 8 19 28 O processo quimico largamente aplicado a situa es em que se pretende remover materiais residuais com dimens es inferiores a alguns micron tais como filmes org nicos e xidos O processo quimico utiliza a redu o ou oxida o por meio dos radicais de fases gasosas 8 De uma forma generalizada os contaminantes da superficie sofrem cortes nas cadeias que os constituem atraves da influ ncia de i es radicais livres e electr es do plasma at o seu peso molecular ser suficientemente baixo que permita a sua volatiliza o no v cuo 19 28 O aparecimento de contamina es na fase precedente ao processo de Wire bond contribui para uma brasagem pobre e insuficiente que por sua vez levara a uma fraca resist ncia a fractura e ao aparecimento de vazios voids dois dos defeitos mais usuais na industria microelectronica 8 Na preparacao dos bond pads pode ser utilizado um processo quimico fisico ou ainda uma combinacao d
72. oria do Plasma e seus mecanismos ENEE NENNEN ENNEN ENNEN NNN 7 2 3 Propriedades que ditam o desempenho do processo cceecccecceecceeccees 10 ZB ENCRO TA NM Caled ER 10 23 2 Denda dE ION A ET 11 225 5 DO e EE 11 2 5 Plasma Cleaning Processo Industrial 12 ZE De PROCESSO ias ia a ia ASA Ri Uia dai ii cad 13 2 9 2 MOJOS de ACLUA O naus presa a bao ot Dae o Radeon gas 14 25 39 EQUIPAMENTO EE 19 2 6 Par metros do processo langen ENEE dg EE Eege 21 2 ER ESCO A EE 22 2 02 POLENCIA usas EE Ee 29 76 3 Configuracao da Camara EE 30 20A EE 31 2 6 5 Gas CONCEN LEE 32 2O O Tempo de PhOCCSSO DEE EE 35 2 7 Metodos de avalia o do Processo Plasma Ceamntmng eos 35 728 MMADACte ue e EE 39 3 Caracteriza o da superf cie dos Ball PadS scsecscececcececcccceeeeeeeueneseeeetss 41 4 Optimiza o do Processo de Plasma Cleaning ssssssccccceueceeeeeeeeeeeeeeeneugs 44 4 1 Escolha da configura o dos el ctrodos a adoptar nos Plasmas 44 4 1 1 Metodologia de Analise EE 44 4 1 2 Resultados DISCUSSAO EE 46 viii 4 2 Optimiza o do Protocolo de Plasma cece cece ee cece eee eecceeecceeeeeceaeees 49 4 2 1 Metodologia de An ltse eee eeee er err rrr rr er err rr errre aa aaaedo 49 422 ResUltados DISCUSS O E 50 4 3 Valida o do Protocolo de basma cc cece cee e ccc ee ec ceeesceeeeeceeeeeecseeeees 53 4 3 1 Metodologia des Analise passas caspa ruas eege SEN 53 4 5 7 Resultados DI
73. os gerar campos magn ticos O conjunto movimento de part culas campos electromagn ticos d origem ao comportamento colectivo das particulas de plasma ou seja a concentra o de particulas carregadas e o seu movimento podem conduzir a campos el ctricos e magn ticos que podem promover a influ ncia da concentra o ou movimento das part culas de plasma Um efeito colectivo da sua not vel influ ncia a tend ncia do plasma para ser neutro o desequil brio Processo de Plasma Cleaning Plasma nas densidades de carga positiva e negativa cria um campo el ctrico que conduzir o plasma na direc o da neutralidade 16 Assim sendo as condi es b sicas requeridas para gerar o plasma s o Fonte de energia que pode ser electromagn tica ou t rmica tomos ou mol culas de um g s Ocorr ncia a partir de situa es naturais Fogo No caso do fogo os gases sobreaquecidos s o expelidos do material queimando e ganhando energia suficiente para se tornarem plasma Rel mpago A luz do plasma o resultado da interac o da energia el ctrica com as mol culas de agua e de ar Aurora Borealis A aurora produzida atrav s de uma interac o complexa entre a radia o solar e o campo magn tico da Terra 12 2 3 Propriedades que ditam o desempenho do processo Os tratamentos de Plasma Cleaning usados neste tipo de ind stria podem melhorar decisivamente a efic cia e fiabilidade de alguns processos e
74. para preparar e melhorar superficies para marca es a laser para limpeza de superficies para aplica es pticas e para limpeza da superficie dos ball pads antes de receberem o fluxo e consequentemente as bolas de solda Normalmente os adesivos e materiais do substrato que s o utilizados para unir e fixar n o possuem as caracteristicas fisicas e quimicas requeridas para uma boa ades o necessitando de modifica es de superficie As modifica es de superficie criadas pelo plasma envolvem a interac o das especies activas do plasma gerado com a interface solida O processo Plasma Cleaning resulta numa modifica o fisica e ou quimica de algumas das primeiras camadas moleculares da superficie mantendo as propriedades do todo 8 Os materiais tipicamente aplicados na ind stria microelectr nica s o os polimeros e os metais tais como ouro cobre aluminio n quel estanho e prata 8 9 A efic cia do plasma nestas superficies complexas determinada pelo tipo de gas utilizado pela configura o do sistema de Plasma Cleaning e pelos par metros do pr prio processo 8 Os processos de modifica o de superficie podem ser classificados em quatro categorias gt Remo o de contamina es gt Activa o de superficie gt Ataque gt Liga es cruzadas Cross linking A selec o do processo espec fico a utilizar determinada pela composi o fisica e quimica do material a ser processado No caso especi
75. plasma Delamina o defeito causado pela insuficiente ades o entre as camadas adjacentes de diferentes materiais Neste caso fala se de delamina o entre mold compound e die Die fragmento de material semicondutor sobre o qual fabricado um determinado circuito funcional Die attach designa o do processo em que o die aplicado ao substrato DRAM Dynamic Random Access Memory tipo de mem ria de acesso aleat rio que armazena cada bit num condensador isolado dentro de um circuito integrado EMC Epoxy Mold Compound ver Mold compound Encapsulation encapsulamento ESD Electro Static Discharge transfer ncia de energia entre dois corpos carregados a potenciais diferentes originada por contacto directo ou induzida por um campo magn tico Front end refere se neste caso a todo o conjunto de processos que integram a fase inicial de produ o de mem rias Este est dio respons vel pela forma o de transistores directamente no sil cio Golden pad designa o de um defeito no processo de Ball attach onde se regista a falta de uma bola de solda Ground shelf anodo parte constituinte do equipamento de plasma que funciona como el ctrodo permitindo estabelecer condu o com a power shelf c todo neste caso constituida por PEEK ver PEEK Magazine suporte para coloca o de substratos Mark Scan and Pack marca o inspec o e embalagem Mass flow controler co
76. plasma A influ ncia de cada par metro sera aprofundada mais frente 10 Na Quadro 1 est o descritas as vari veis de entrada input e de saida output do processo de plasma bem como os par metros associados Quadro 1 Par metros de entrada e de sa da do processo Plasma Vari veis independentes Par metros do Plasma Vari veis dependentes INPUT OUTPUT GAS DO PROCESSO Tipo de gas Rela o entre os gases r cio Fluxo S Press o DENSIDADE ELECTR NICA TEMPERATURA ELECTR NICA GEOMETRIA x Taxa de ataque GE POTENCIA DC Sch Let epas es S Direccionamento Area do el ctrodo DISTRIBUI O DA ENERGIA I NICA gt ic i d Selectividade neces PRESSAO DEGAS NEUTRO K Uniformidade FLUXO DE ENERGIA I NICA REACTOR DE PLASMA FLUXO DE ESP CIES ACTIVAS Pot ncia Frequ ncia DC wafer BIAS 2 6 1 Frequ ncia A pot ncia e a frequ ncia a que o plasma opera podem constituir um papel importante no desempenho do plasma A aplica o da corrente alternada de frequ ncia vari vel no processo pode influenciar e induzir as propriedades el ctricas e qu micas do plasma A baixas frequ ncias os electr es s o capazes de responder s oscila es do campo el ctrico medida que a frequ ncia da corrente do plasma aumenta os electr es oscilar o mais provocando in meras colis es com os neutr es A elevadas frequ ncias a tens o de opera o sera menor para a mesma dissipa o de pot ncia A frequ ncias infe
77. postos ao plasma se dissociam e reagem com a superficie criando diferentes grupos funcionais na superficie Desta forma possivel controlar o tipo de grupo que introduzido atraves da selec o do gas do processo 81 19 Os diferentes grupos funcionais alteram a reactividade quimica da superficie Os grupos funcionais novos possuem fortes liga es quimicas com o material e t m a capacidade de favorecer as liga es com adesivos promovendo assim uma melhoria da ades o Os radicais OH COOH NH e F s o alguns exemplos de grupos introduzidos mais recentemente 8 10 18 Processo de Plasma Cleaning Plasma A seleccao do gas e o tipo de superficie determinam o grupo funcional que sera substituido na superficie 8 Nas aplica es microelectronicas a activa o de superficie pelo plasma antes do Die bond promove um melhor contacto um aumento da transfer ncia de calor e a minimizacao do aparecimento de vazios voids 8 A activacao pode facilmente ser comprovada atraves da imersao das partes tratada e nao tratada em agua Nas partes nao tratadas e caracteristica a formacao de gotas Ao contr rio as zonas tratadas sao totalmente molhadas pela agua 23 A resist ncia da activa o pode ainda ser testada tamb m por determinados metodos que ser o descritos mais a frente A principal fun o da descarga do plasma neste tipo de aplica es gerar i es e especies activas Estas especies resultam de colis
78. que apresentou maior energia superficial No entanto com uma pot ncia de 400 W tamb m se conseguiram valores de energia superficial bem acima do valor minimo considerado como requisito para a efectividade do Plasma gt 42 mN m Acresce ainda o facto do desvio padr o ser nulo e a vantagem de n o se trabalhar no limite com o equipamento promovendo o seu desgaste e o gasto superfluo de energia Desta forma coloca se em quest o a aplica o de 400 W ou 600 W respectivamente niveis 1 e 3 O tempo de processo que correspondeu a um melhor desempenho do Plasma foi o de 180 segundos nivel 2 tendo se obtido maior valor m dio de energia superficial e um desvio padr o aceit vel Quanto press o o valor que conferiu melhores resultados bem como um desvio medio baixo foi o nivel 1 correspondente aos 80 mTorr Para os gases a propor o favor vel assume se como sendo a do nivel 2 que corresponde a 20 40 de 0 Ar sccm de sublinhar que os desvios m dios obtidos s o muito baixos o que demonstra a sustentabilidade e consist ncia do processo 4 3 Valida o do Protocolo de Plasma 4 3 1 Metodologia de An lise Depois de concluida a fase anterior procedeu se valida o dos valores escolhidos para o protocolo de Plasma Cleaning Como um dos par metros apresentou algumas d vidas em rela o a sua escolha foram considerados dois protocolos Estes dois protocolos diferem somente no valor da pot ncia o primeiro aplica
79. res de O e de Si uma redu o dos teores de Mg e de N e o aumento dos teores de Ba e de S Esta redu o dos teores de O Si Mg e N leva a crer que qualquer um destes elementos provenha de contamina es mas sim de constituintes da superf cie Nessas mesmas amostras verifica se simultaneamente o desaparecimento do Na e do Cu o que leva a supor que estes elementos sejam oriundos de contamina es de origem desconhecida Apos esta an lise da superficie possivel observar que em todas as zonas analisadas se registou um aumento significativo da rela o entre os teores O C desde o inicio do ciclo produtivo at Mold Cure persistindo ainda em Plasma BP 42 Processo de Plasma Cleaning Caracteriza o da superficie do Ball Pad Ate ao processo de Mold Cure os substratos encontram se contaminados com sodio Na de origem desconhecida Verifica se igualmente em todas as zonas analisadas at ao Processo de Mold Cure persistindo at ao final de Plasma BP um aumento do teor de Si o que n o parece constituir uma contamina o uma vez que n o desaparece totalmente ap s eros o i nica Constata se ainda e apos eros o i nica um aumento dos teores de Ba e de S nas superf cies dos ball pads Atraves desta an lise foi possivel verificar a exist ncia de elementos estranhos Dada a escassez de dados e an lises a este n vel n o possivel identificar a origem destes elementos 43 Processo de Plasma Cleaning Optimiza
80. riores frequ ncia de transi o aproximadamente 1 MHz os i es podem atravessar a magazine antes do campo el ctrico se inverter Ent o abaixo de 1 MHz o processo assegura uma melhor condutividade el ctrica 30 31 A frequ ncia da corrente uma vari vel independente bastante importante no processo Plasma A ela est o associados dois par metros que em muito fazem depender a eficacia do processo Plasma a energia e a densidade i nica j anteriormente referidas 22 Processo de Plasma Cleaning Plasma Para frequ ncias de corrente elevadas a energia ionica diminui no entanto a densidade i nica comporta se de forma contr ria Na Figura 13 possivel visualizar de forma simplista o comportamento destas tr s vari veis 14 Densidade i nica Energia i nica DC 40 100 kHz 13 56 MHz 2 45GHz Frequ ncia Figura 13 Rela o da frequ ncia vs densidade i nica e da frequ ncia vs energia i nica 14 O Plasma pode apresentar regimes de funcionamento distintos designados de modos Os modos do plasma dividem se em duas categorias a prim ria e a secund ria 10 De uma forma global o plasma prim rio o modo mais comum em que para serem activados os substratos s o colocados directamente no campo electromagnetico entre os el ctrodos na c mara de v cuo por sua vez os plasmas secund rios s o gerados a jusante e exteriormente ao campo magn tico e usados para tratamento de plasma a substratos
81. ros do plasma 10 2 2 Teoria do Plasma e seus mecanismos Numa abordagem sintetizada podemos considerar o plasma como um gas ionizado geralmente encarado como um distinto estado da mat ria em contraste com o s lido liquido e gasoso devido as suas propriedades nicas 11 O que define e separa os diferentes estados a quantidade de energia contida no material sendo o plasma um estado de elevada energia e muito reactivo quimicamente ver esquema Figura 4 Esta reactividade faz do plasma uma ferramenta extremamente util para a modifica o da superf cie de materiais 12 GE S lido A Pi ZF Gas AP Plasma ENERGIA ENERGIA ENERGIA Figura 4 Representa o esquem tica dos diferentes estados da mat ria 11 Processo de Plasma Cleaning Plasma O plasma uma mistura electricamente neutra de especies quimica e fisicamente activas em fase gasosa incluindo electr es i es radicais livres e fot es UV e luz visivel criado pelo fornecimento de energia como por exemplo radiofrequ ncia RF a um determinado gas contido numa camara de v cuo Estas esp cies activas podem conduzir como vimos a numerosos processos de modifica o da superficie 8 10 13 S LIDO L QUIDO Figura 5 Ilustra o dos quatro estados f sicos do oxig nio 12 Em suma o plasma um gas parcialmente ionizado electricamente condutor e que pode ser controlado magneticamente 10 Na figura 6 encontram se representadas as esp
82. s a temperatura dos electr es diminui o que resulta num aumento no DC bias Ent o nestes casos a taxa de ataque podera ser reduzida pelo aumento da press o 34 Em sistemas de elevadas press es s o necess rios baixos picos de voltagem que conduzem a m dias baixas de energias ionicas ou seja como a press o aumenta o fluxo de i es aumenta mas a energia i nica diminui 37 A press o de opera o determina o comprimento do percurso livre m dio das esp cies ionizadas e activas no plasma sendo estas duas vari veis inversamente proporcionais o percurso livre m dio aumenta com a redu o da press o de opera o 10 Se a press o do processo elevada as particulas energ ticas experimentam um elevado numero de colis es com outras particulas antes de atingirem os bond pads reduzindo assim a sua capacidade de limpeza 36 31 Processo de Plasma Cleaning Plasma A baixas press es o percurso livre m dio das esp cies mais longo permitindo uma difus o pela magazine Desta forma e devido ao facto de as magazines estabelecerem uma especie de barreira f sica o tratamento de plasma em magazines deve ocorrer a baixas press es por exemplo 100 mTorr de modo a optimizar a efic cia do processo 17 Assim sendo o comprimento do percurso livre m dio determina o modo como o plasma penetra em locais de pequenissima dimens o sendo que para um percurso livre medio mais longo a probabilidade dos i es bombardearem a
83. s pois n o foram detectadas manchas de Plasma em nenhum dos lotes ver Tabela 8 Tabela 8 Manchas de Plasma obtidas na valida o dos protocolos de Plasma Protocolo Eddie di Manchas de Lotes Manchas de Plasma Plasma QL810312G20 0 l Depp gt Molhabilidade da superf cie Ink Test As Figuras 33 a e 33 b apresentam os valores m dios da energia superficial obtidos com os dois protocolos de Plasma 4 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning q N N CH 72 70 p E E 68 E E S ES T S 66 2 64 t E g E 64 a Ge Il n D a 60 0 S 1 d 58 1 60 E 6 dm 12 58 54 A B C D E F A B o D E F Magazine Magazine a b Figura 33 Energia superficial para cada magazine processada com o protocolo a e com o protocolo II b A energia superficial apresentada pelos substratos que passaram em cada um destes protocolos elevada bastante superior ao limite imposto para o processo 42 mN m O protocolo Il apresentou um valor pontual minimo de 60 mN m superior ao requerido gt 42 mN m Verifica se em ambas as situa es que a posi o do substrato que apresenta piores indices de molhabilidade a posi o 12 tal como visto anteriormente na primeira fase de optimiza o do protocolo em contrapartida o substrato
84. sembly as unidades seguem para Burn ine Test No Burn In as unidades s o sujeitas a um processo de envelhecimento ou seja s o submetidas a condi es de temperatura extremas simulando o seu funcionamento e desempenho ao longo do tempo Finda esta fase as unidades s o encaminhadas para a opera o de Test Esta etapa do processo consiste na realiza o de testes electricos para avaliar o comportamento dos componentes sujeitando os a impulsos el ctricos Durante o Teste Final s o executados v rios testes el ctricos de forma a verificar se as unidades est o de acordo com todas as especifica es de funcionamento e Mark Scan and Pack Nesta fase final os componentes s o sujeitos a uma inspec o visual a 3D e posteriormente s o marcados a laser Apos marca o s o embalados em trays ou em reels consoante o pedido do cliente Processo de Plasma Cleaning Introducao 1 4 Contextualiza o do problema Golden Pads O golden pad um defeito com impacto na perda de yield rendimento da produ o de semicondutores e consiste na falta de bola de solda nos ball pads A ocorr ncia dos golden pads pode apresentar se sob duas formas diferentes com bola extra Figura 2 quando se regista falta de bola de solda e esta passou para outro ball pad e sem bola extra Figura 3 quando se observa falta de uma bola e o pad se apresenta com a cor do filme de ouro Figura 2 Golden Pad com bola extra Figura 3 Golden Pad se
85. seseeeeees 37 FIGURA 23 ANGULO DE CONTACTO A A EXEMPLO DE M MOLHABILIDADE A gt 90 B EXEMPLO DE BOA MOLHABILIDADE EE 38 FIGURA 24 A SUPERF CIE NAO TRATADA TENS O SUPERFICIAL T lt 28 MN M B SUPERF CIE TRATADA TENS O SUPERFICIAL I ZA MNAM eege e Ee 38 FIGURA 25 FIGURA IDENTIFICATIVA DO POSICIONAMENTO DAS AMOSTRAS QUE FORAM RETIRADAS PARA ANALISE DE CADA SUBSTRATO EE 42 FIGURA 26 POWER SHELF E GROUND SHELF E DIFERENTES ESTRUTURAS UTILIZADAS NESTA FASE DO ESTUDO 44 FIGURA 27 CONFIGURA ES DOS EL CTRODOS EM AVALIA O cceccceccccccccccccecceecccecceeecesesctecesecesecsess 44 FIGURA 28 CONFIGURA ES DOS EL CTRODOS EM ESTUDO cerco cer cea cer cces cer c cen seass 45 FIGURA 29 VARIA O DA ENERGIA SUPERFICIAL ENTRE AS DIFERENTES OP ES A BE C RELATIVAS AS POSI ES 1 6 12 47 FIGURA 30 VALORES M DIOS DE ENERGIA SUPERFICIAL POR MAGAZINE PARA A OP O A B OP O B c OP O C 48 FIGURA 31 ENERGIA SUPERFICIAL PARA CADA N VEL DAS VARI VEIS DO PbROCEseg crer cerseraso 52 FIGURA 32 DESVIO PADR O ASSOCIADO A CADA VALOR M DIO DE ENERGIA SUPERFICIAL APRESENTADO NA FIG 31 52 FIGURA 33 ENERGIA SUPERFICIAL PARA CADA MAGAZINE PROCESSADA COM O PROTOCOLO A E COM O PROTOCOLO II B 55 FIGURA 34 VARIA O DA ENERGIA SUPERFICIAL ENTRE OS DIFERENTES LOTES DA OP O A NAS POSI ES 1 6 12 67 FIGURA 35 VALORES M DIOS OBTIDOS NA OP
86. sma Figura 7 Sequ ncia do processo de tratamento por Plasma Monitor do equipamento 23 Os par metros de trabalho s o totalmente controlados e seleccionados antes do in cio de cada ciclo Cada protocolo elaborado de acordo com o tipo de material a processar 11 O v cuo criado na c mara atraves de uma bomba de v cuo segue se a injec o de gas de processo na c mara de v cuo e o fornecimento de energia assistindo se ao in cio da descarga de plasma A c mara de v cuo tamb m conhecida por c mara de reac o basicamente o local onde a reac o de plasma acontece 11 24 25 A energia pode ser aplicada por exemplo sob a forma de energia t rmica radia o ou campo el ctrico 25 O plasma forma se quando uma corrente electromagnetica de radiofrequ ncia ou microonda aplicada a gases espec ficos Os mesmos gases reagem com cadeias de 13 Processo de Plasma Cleaning Plasma hidrocarboneto formando gases vol teis que ser o evacuados da c mara atraves do sistema de exaust o 26 Nesta altura a press o do processo dever rondar os 75 750 mTorr O g s ionizado dentro da c mara e o material ent o exposto e sujeito ao plasma O gas fornecido continuamente ao processo e o contaminante removido Depois de respeitado o tempo de tratamento que pode normalmente ser entre 1 30 min a c mara ventilada e o material removido 11 Na Figura 8 apresenta se um esquema do pr
87. superficies 33 Para que o Plasma Cleaning constitua uma ferramenta totalmente eficaz na minimiza o de produ o de residuos o processo deve ser acelerado maximizando a pot ncia de forma a ser desnecess ria uma limpeza previa 33 Ou seja com o crescente aumento da consciencializa o ambiental da popula o s o exigidos cada vez mais metodos de limpeza e de processamento de materiais assim como o desenvolvimento de t cnicas inovadoras neste sentido que o Plasma Cleaning se revela um processo de limpeza totalmente inovador e amigo do ambiente 33 40 Processo de Plasma Cleaning Caracteriza o da superficie do Ball Pad 3 Caracteriza o da superficie dos Ball Pads A caracteriza o da superficie dos ball pads torna se um elemento fundamental neste trabalho uma vez que a qualidade da superficie potencialmente afectada pelo plasma pode ditar o potencial aparecimento do defeito golden pad Desta forma pretendeu se avaliar o efeito do processo de Plasma Cleaning na superficie dos ball pads camadas de ouro e para efeitos de compara o nas zonas perif ricas superior e inferior do substrato Dadas as t cnicas a utilizar para este tipo de an lise recorreu se aos servi os do CEMUP Centro de Materiais da Universidade do Porto No sentido de garantir quais as tecnicas mais direccionadas para este tipo de amostra tanto ao nivel das caracteristicas intrinsecas ao material como ao nivel da dimens o das
88. ta o de Mestrado de um colega de empresa c Molhabilidade da superficie No sentido de avaliar a efic cia do processo de plasma na limpeza da superficie foi realizado o Ink Test Esta avalia o foi feita sobre tr s substratos por magazine em que os mesmos se encontravam igualmente espa ados entre si ou seja foram analisados todos os substratos relativos as posi es 1 6 e 12 de todas as magazines 4 1 2 Resultados e Discuss o Perdas de yield em SBA Os dados referentes aos golden pads n o s o infelizmente conclusivos pois n o foi possivel estabelecer uma rela o directa entre o aparecimento deste tipo de falha e o desempenho de qualquer uma destas configura es ver Tabela 2 Tabela 2 N mero de golden pads obtidos em cada experi ncia de configura o dos el ctrodos Golden Pads com Golden Pads sem bola extra bola extra QL806241G10 0L806241 52 QL806216G620 QL811833G10 QL813234G30 QL807136G30 Manchas no Mold Cap Como se pode verificar nenhuma das op es testadas promoveu o aparecimento de manchas de Plasma muito prov vel que houvesse necessidade de ampliar a amostragem a 46 Processo de Plasma Cleaning Optimizacao do Processo de Plasma Cleaning fim de poder encontrar uma rela o No entanto saliente se que cada op o foi testada 3 vezes e que os resultados foram consistentes e excelentes uma vez que nenhuma op o promoveu o aparecimento de defeitos ver Tabela 3 Tabela
89. tam a superf cie composta maioritariamente por C O contendo tamb m N e Mg e ainda e nas amostras Av e Bv a presen a de F e nas amostras Bv e Cv a presen a de Na Si e um aumento da rela o O C As amostras Ap Bp Cp apresentam a superf cie composta maioritariamente por C O contendo tamb m Ne Mg e ainda e nas amostras Bv e Cv a presen a de Na Si e um aumento da rela o O C Por efeito da eros o i nica remo o de alguns nan metros de espessura verifica se e em todas as amostras Ai Bi e Ci uma redu o substancial do teor em O uma redu o do teor em Mg e N e o aumento do teor em Bae S em todas as amostras Ai Bi e Ci o desaparecimento do Na e Cu uma redu o significativa do teor em Si Observa es A an lise XPS no instrumento utilizado envolve a emiss o proveniente de uma superf cie de cerca de 10 mm que no caso das amostras das regi es com terminais revestidos a Au implica que os espectros obtidos s o a soma de espectros de diferentes materiais cuja superf cie se pode mesmo encontrar a potenciais diferentes como foi observado com os terminais de Au Deste modo as caracter sticas das amostras limitam as possibilidades de an lise identifica o dos elementos presentes e tornam imposs vel a identifica o da respectiva associa o local ou caracteriza o do estado de liga o qu mica A an lise EDS comprovou a presen a de Ba S Si Ale Mg e O no substrato da zona V
90. ttering 14 15 A colis o de um electr o pode resultar ent o na remo o de um electr o de um tomo ou de uma mol cula e neste caso um tomo que perdeu um ou mais electr es um i o positivo Por outro lado pode resultar na adi o de um electr o a um tomo ou mol cula e nesse caso esse tomo ou mol cula constitui um iao negativo Os i es positivos s o importantes nos mecanismos de limpeza fisica em tratamentos de superficie por bombardeamento da superficie 14 A emiss o de fotoes no plasma o resultado da forma o de particulas neutr es ou i es que ao perderem esse excesso de energia emitem fot es 8 Os i es e radicais livres formados no plasma n o s o est veis devido aos seus elevados estados de energia Estas esp cies podem perder esta energia atraves de colis es com outros electr es atomos ou mol culas para produzir especies de fases neutras ou libertar a energia sob a forma de fot es A energia ent o muitas vezes libertada sob a forma de luz ultravioleta 8 14 Na descarga el ctrica a corrente conduzida entre dois electrodos por electr es num plasma de gas ou vapor ionizado O movimento dos electr es limitado pelas colis es com tomos e i es Algumas das colis es podem ionizar tomos o que crucial para manter o plasma 16 O plasma assim composto por electr es e i es que s o influenciados pelos campos electromagn ticos e que t m inclusive a capacidade de
91. tunidade de seleccionar o modo de plasma permite flexibilidade no desenvolvimento do processo o que conduz a resultados superiores em todas as aplica es 15 2 45 GHz microondas A 2 45 GHz o plasma pode muito provavelmente n o ser homog neo O facto do comprimento de onda ser menor comparativamente s outras frequ ncias menores faz com que o alcance das esp cies n o seja muito elevado aumentando a probabilidade de existirem zonas n o abrangidas pelo plasma No entanto com este tipo de frequ ncias o plasma apresenta a taxa de ataque mais elevada comparativamente a processos com outras frequ ncias e mesma pot ncia A Tabela 1 procura sintetizar de uma forma simplista as vantagens e desvantagens correspondentes a cada uma das gamas de frequ ncia 28 Processo de Plasma Cleaning Plasma Tabela 1 Vantagens e desvantagens das diferentes frequ ncias FREQUENCIA VANTAGENS DESVANTAGENS Solu o mais economica Para a mesma taxa de ataque e Robustez necess rio maior pot ncia que a 13 56 e Possibilidade de obter uma maior MHz 40 kHz homogeneidade e Extremamente caro e Possibilidade de elevada taxa de e Eficacia de aprox 50 ataque s Eficacia de aprox 90 e Possibilidade de elevada taxa de e Investimento instala o dispendioso ataque 13 5 6 MHz Re superior a de 2 45 e Para a mesma pot ncia a taxa de ataque mais elevada que a 40 kHz Econ mico Investimento instala o dispendioso
92. turas o que faz aumentar a temperatura do plasma e consequentemente a temperatura das unidades processadas A segunda consequ ncia a presen a de i es de elevada energia que poder o ser ben ficos para o sputtering mas indesej veis para outros tipos de aplica es 15 27 Processo de Plasma Cleaning Plasma Alem disto a esta frequ ncia ha um aumento da impedancia e os sistemas de baixa frequ ncia n o est o normalmente projectados para suportarem varia es de imped ncia Consequentemente h uma elevada perda de energia devido elevada imped ncia presente a esta frequ ncia Esta perda resulta numa redu o significativa da densidade i nica Consequentemente a efic cia do fornecimento de pot ncia n o igual do plasma a 13 56 MHz Podem existir alguns benef cios em trabalhar com comprimentos de onda maiores e energias de plasma menores como nos sistemas de 40 kHz por m estes benef cios perdem se em sistemas que utilizam a configura o de plasma secund rio 13 56 MHz Esta frequ ncia oferece a vantagem de aumentar a energia i nica realizada a 2 45 GHz sem as complica es da imped ncia correspondente Com a optimiza o da densidade i nica o sistema garante um aumento do controlo sobre as energias ionicas Com as densidades e energias ionicas optimizadas poss vel desenvolver se uma larga extens o da configura o de c maras incluindo sistemas de plasma prim rio e secund rio A opor
93. uperficie para a posterior aplicacao do mold compound Apos esta operacao segue se o processo de moldacao Molding que se baseia no encapsulamento dos dies e das areas de ligacao de fio de ouro atraves de uma resina EMC Epoxy Mold Compound O encapsulamento tem como finalidade assegurar a resist ncia mec nica dos componentes proteg los das agressividades quimicas e facilitar o seu transporte A seguir os substratos moldados s o levados para um forno para finalizar o processo de cura da resina 8 Depois de sujeitos a um processo de cura os substratos s o sujeitos ao Plasma BP Desta vez o plasma tem como finalidade limpar a superficie dos ball pads de possiveis contamina es para posterior brasagem das bolas de solda Durante o processo de Ball attach s o colocadas pequenas esferas de uma liga de estanho e prata nos ball pads do substrato que estabelecer o o contacto el ctrico e f sico com o PCB 5 Inicialmente colocado um fluxo nos ball pads e depois as bolas de solda Em seguida os substratos passam por um forno de reflow que compreende um ciclo t rmico de 5 etapas Este ciclo t rmico vai permitir a brasagem entre as bolas de solda e os ball pads registando se a forma o de intermet lico sobretudo na interface Por fim os substratos seguem para a etapa de Singulation onde os substratos s o cortados em unidades individuais e sujeitos a uma inspec o visual 5 d Burn in e Test Terminado o processo de As
94. x Wire bond Ball attach etc Para que estes processos tenham sucesso devem ser promovidas as reac es quimicas e fisicas necess rias o que requer uma optimiza o das propriedades dos i es e dos electr es ao n vel do plasma Distinguem se pela sua import ncia no processo a energia i nica a densidade i nica e o DC Bias 15 2 3 1 Energia i nica Como dito anteriormente o plasma um g s ionizado contendo igual n mero de particulas carregadas positiva e negativamente A ioniza o destas particulas induzida atraves de uma fonte de excita o inicial tal como uma descarga RF radiofrequ ncia ou uma descarga DC corrente directa e com uma ioniza o secund ria atraves das esp cies carregadas do plasma 15 A deposi o sputtering uma aplica o comum do plasma O termo refere se ao fen meno associado com as esp cies carregadas que colidem fisicamente com a superficie quebrando liga es e conduzindo liberta o do material da superf cie importante que a energia ionica seja adequada ao processo pois contribui para a capacidade de deposi o do plasma Se pelo contr rio existir um excesso de energia i nica dar se um bombardeamento indesejado no entanto se essa energia for demasiado baixa possivel que n o haja sequer bombardeamento ou ent o que o processo se realize muito lentamente 10 Processo de Plasma Cleaning Plasma Existem variadas aplica es entre as quais a melhor
95. xcessivos e nem se corre o risco de observar a sua danifica o durante todo o processo 39 Na realidade a maioria dos substratos s o suficientemente robustos e suportam facilmente as pequenas subidas de temperatura que podem ocorrer durante os processos de plasma de rgon curtos Um processo de plasma t pico considerado de tempo reduzido ou curto com uma r dio frequ ncia e tempos entre os 30 e 300 segundos altamente efectivo 40 35 Processo de Plasma Cleaning Plasma Alem disso os tratamentos de plasma de argon sao bastante reconhecidos pela sua capacidade para aumentar a molhabilidade de uma superficie atraves do processo activacao de superficies ja anteriormente referido Assim o plasma de argon promove a transformacao de uma superficie hidrofobica numa superficie hidrofilica com elevada molhabilidade 41 42 43 A eficacia do tratamento por plasma pode ser facilmente quantificada atraves de um medidor de angulos de contacto CAM e de um conta gotas de agua desionizada No entanto existem outros metodos de determinacao qualitativa que podem tambem ser aplicados tais como o Ink Test 39 CAM Medidor de angulos de contacto Como ja foi referido para este tipo de aplica es extremamente importante o conhecimento das propriedades dos materiais especialmente no que se refere a propriedades como a ades o e a molhabilidade Neste sentido a medi o do ngulo de contacto torna se fundamental para

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