TWI697953B - 清潔方法 - Google Patents
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Abstract
一種清潔方法，包含提供已焊上IC之電路基板；提供大氣電漿產生裝置；導入氣體至大氣電漿產生裝置中，並利用大氣電漿產生裝置活化氣體以形成電漿，且讓大氣電漿產生裝置以約100至約300公尺/秒(m/s)的風速噴出電漿；以及利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面。
Description
本發明實施例係關於一種清潔方法，特別是一種利用大氣電漿清潔已焊上IC之電路基板上之汙染物的方法。
電漿為一種主要由帶電離子及自由電子所組成的物質形態。除了固態、液態及氣態之外，電漿常被視為物質的第四態。利用電漿的特性可引發許多特殊的化學與物理反應，現已廣泛應用於各種領域，例如半導體製程中的乾式蝕刻、電路板的清潔及材料表面性質的改變等等。
傳統印刷電路板製程中，大量使用濕式蝕刻製程來清潔生產過程中或工件上的汙染物。而濕式蝕刻製程會使用大量的水及溶劑，不僅對環境不友善，亦會造成水資源的浪費，故乾式蝕刻製程的應用日漸廣泛。傳統乾式蝕刻製程中有機類汙染物是採用氧氣或氧化性氣體進行清潔，無機類汙染物是使用特殊氣體(如SF6、Cl2或其他類似物)。然而，特殊氣體價格昂貴、具有安全上的疑慮亦對環境不友善，故發展一種新的清潔方法為當前亟需解決 的問題。
本發明之一態樣為一種清潔方法，包含提供已焊上IC之電路基板；提供大氣電漿產生裝置；導入氣體至大氣電漿產生裝置中，並利用大氣電漿產生裝置活化氣體以形成電漿，且讓大氣電漿產生裝置以約100至約300公尺/秒(m/s)的風速噴出電漿；以及利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面。
根據本發明的一些實施方式，其中導入氣體至大氣電漿產生裝置中包含提供約20至約40標準升/分鐘(SLM)的氣體至大氣電漿產生裝置中。
根據本發明的一些實施方式，其中利用大氣電漿產生裝置活化氣體以形成電漿包含形成具有約60至約80伏特(V)之電漿電位的電漿。
根據本發明的一些實施方式，其中利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面包含將電漿接觸已焊上IC之電路基板的表面，且大氣電漿產生裝置以約50至約200公釐/秒(mm/s)的掃描線速度在工件表面上方掃描移動。
根據本發明的一些實施方式，其中利用大氣電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面包含利用電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面約10至約50次。
根據本發明的一些實施方式，其中利用大氣電 漿產生裝置活化氣體以形成電漿包含提供約500至約700瓦特(watt)的射頻功率至大氣電漿產生裝置以活化氣體。
根據本發明的一些實施方式，其中利用大氣電漿產生裝置活化氣體以形成電漿包含提供約500至約700瓦特(watt)的多頻功率至大氣電漿產生裝置以活化氣體。
根據本發明的一些實施方式，其中在利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面的步驟中，大氣電漿產生裝置與已焊上IC之電路基板之間存在第一工作距離，且此第一工作距離為約5至約8公釐(mm)。
根據本發明的一些實施方式，其中氣體為空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣，或上述之組合。
根據本發明的一些實施方式，其中利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面包含利用噴出的電漿移除表面的至少一有機污染物。
根據本發明的一些實施方式，其中利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面包含利用噴出的電漿移除表面的至少一金屬鹽類污染物。
根據本發明的一些實施方式，其中利用噴出的電漿移除表面的金屬鹽類污染物包含利用噴出的電漿將金屬鹽類污染物氧化成為金屬氧化物；以及利用高速電漿氣流衝擊表面後產生的側向氣流移除金屬氧化物。
根據本發明的一些實施方式，其中利用噴出的電漿清潔已焊上IC之電路基板的表面包含利用噴出的電漿移除表面的至少一無機污染物。
10‧‧‧氣體
20‧‧‧排出之氣體
100‧‧‧系統
110‧‧‧大氣電漿產生裝置
120‧‧‧大氣電漿產生裝置控制器
130‧‧‧工作臺
140‧‧‧抽氣口
150‧‧‧導線
160‧‧‧入氣管
170‧‧‧接地線
180‧‧‧電漿
190‧‧‧側向氣流
210‧‧‧已焊上IC之電路基板
212‧‧‧表面
215A‧‧‧無機汙染物
215B‧‧‧具可被蝕刻性的汙染物
220‧‧‧汙染物
220’‧‧‧氧化物
300‧‧‧區域
H‧‧‧第一工作距離
當結合附圖閱讀以下詳細描述時將更好地理解本揭露內容之態樣。但須注意依照本產業的標準做法，各種特徵未按照比例繪製。事實上，各種特徵的尺寸為了清楚的討論而可被任意放大或縮小。
第1圖係根據本發明一些實施方式，繪示一種利用電漿清潔方法的系統示意圖。
第2A圖至第2C圖係根據本發明一些實施方式，繪示第1圖中區域300的局部放大示意圖。
第3A圖至第3C圖係根據本發明一些實施方式，繪示第1圖中區域300的局部放大示意圖。
本揭露接下來將會提供許多不同的實施方式或實施例以實施本揭露中不同的特徵。各特定實施例中的組成及配置將會在以下作描述以簡化本揭露。這些為實施例僅作為示範並非用於限定本揭露。例如，一第一元件形成於一第二元件「上方」或「之上」可包含實施例中的第一元件與第二元件直接接觸，亦可包含第一元件與第二元件之間更有其他額外元件使第一元件與第二元件無直接接觸。此外，在本揭露各種不同的範例中，將重複地使用元件符號及/或字母。此重複乃為了簡化與清晰的目的，而 其本身並不決定各種實施例及/或結構配置之間的關係。此外，各種特徵乃為了簡化與清晰可能會依不同比例做繪製。
更進一步，像是「之下」、「下面」、「較低」、「上面」、「較高」、以及其他類似之相對空間關係的用語，可用於此處以便描述圖式中一元件或特徵與另一元件或特徵之間的關係。該等相對空間關係的用語乃為了涵蓋除了圖式所描述的方向以外，裝置於使用或操作中之各種不同的方向。舉例來說，若於圖中的裝置被翻轉過來，原先被描述為在其他元件或特徵「之下」或「下面」的元件則變成在其他元件或特徵「上面」。因此，範例用語「之下」皆能包含上面及之下之方位。上述裝置可另有其他導向方式(旋轉90度或朝其他方向)，此時的空間相對關係也可依上述方式解讀。
第1圖係根據一些實施方式，繪示一種利用大氣電漿產生裝置來進行清潔的系統示意圖。此系統100包含大氣電漿產生裝置110、大氣電漿產生裝置控制器120、工作臺130、抽氣口140、入氣管160及已焊上IC之電路基板210。
根據一些實施方式，此系統100提供一種清潔方法，包含提供已焊上IC之電路基板210；提供大氣電漿產生裝置110；導入氣體10至大氣電漿產生裝置110中，並利用大氣電漿產生裝置110活化氣體10以形成電漿180，且讓大氣電漿產生裝置110以約100至約300公尺/秒(m/s)的 風速噴出電漿180；以及利用噴出的電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212。
氣體10可藉由氣體供應器(未繪示)持續提供，並經過入氣管160導入大氣電漿產生裝置110。在某些實施方式中，導入氣體10至大氣電漿產生裝置110中的步驟包含提供約20至約40標準升/分鐘(SLM)的氣體10至大氣電漿產生裝置110中。此外，基於成本及安全性的考量，本實施方式係採用低成本及對環境友善的氣體。故在一些實施方式中，氣體10可為空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣，或上述氣體之組合。
大氣電漿產生裝置110可藉由導線150電性連接大氣電漿產生裝置控制器120。大氣電漿產生裝置控制器120可提供大氣電漿產生裝置110所需之電源，使得大氣電漿產生裝置110可活化氣體10進而產生電漿180。在另一實施例中，大氣電漿產生裝置控制器120亦可包含但不限於各種外部元件，例如電腦，以調控此系統100中的各種製程參數。大氣電漿產生裝置控制器120可為射頻電源系統或多頻電源系統。故在某些實施方式，利用大氣電漿產生裝置110活化氣體10以形成電漿180的步驟中，包含提供約500至約700瓦特(watt)的射頻功率至大氣電漿產生裝置110以活化氣體10。在一些其他實施方式，利用大氣電漿產生裝置110活化氣體10以形成電漿180的步驟中，則是包含提供約500至約700瓦特(watt)的多頻功率至大氣電漿產生裝置110以活化氣體10。
電漿180中任一點皆具有相同電位。也就是說，電漿180可視為具有等電位(平衡電位)的電漿體，而電漿電位(Vp)則是此等電位相對於接地測量(接地線170)時所呈現的電位。在某些實施方式中，利用大氣電漿產生裝置110活化氣體10以形成電漿180包含形成具有約60至約80伏特(V)之電漿電位的電漿180。若電漿電位低於60伏特，可能無法提供足夠的離子轟擊能量來清除已焊上IC之電路基板210表面212上的汙染物。
大氣電漿產生裝置110可耦接於具有機動性的機構上，故可線性移動並對下方已焊上IC之電路基板210的不同區域做清潔。在某些實施方式中，利用噴出的電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212的步驟中，包含將電漿180接觸已焊上IC之電路基板210的表面212，且大氣電漿產生裝置110以約50至約200公釐/秒(mm/s)的掃描線速度移動。在一實施方式中，大氣電漿產生裝置110的掃描線速度低於50公釐/秒使得已焊上IC之電路基板210累積熱量過多，造成電路基板翹曲變形或工件上的元件受損。在另一實施方式中，大氣電漿產生裝置110的掃描線速度高於200公釐/秒，則會導致電漿180於已焊上IC之電路基板210上所經之處的停留時間過於短暫，而有清潔不夠徹底的情形發生。此外，大氣電漿產生裝置110與已焊上IC之電路基板210之間存在第一工作距離H。在某些實施方式中，大氣電漿產生裝置110與已焊上IC之電路基板210之間的第一工作距離H為約5至約8公釐(mm)。
當已焊上IC之電路基板210的表面212上存在有機汙染物時，電漿180可與有機汙染物發生化學反應，使得有機汙染物反應變成氣態的反應產物。此氣態的反應產物隨後可經由抽氣口140排放出去。舉例而言，在一實施例中，電漿180的氣體來源為氧時，則電漿180與有機汙染物的化學反應式如下：O* (g)+CxHy(s)→xCO2(g)+1/2yH2O(g)。故在一些實施方式中，利用噴出的電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212包含利用噴出的電漿180移除表面212的至少一有機污染物。
接著，請參照第2A圖至第2C圖，係根據一些實施方式，為第1圖中區域300的局部放大示意圖。在一些實施方式中，已焊上IC之電路基板210的表面212存在金屬鹽類汙染物220，故前述利用噴出的電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212的步驟中可包含利用噴出的電漿180移除表面212的至少一金屬鹽類污染物220。
更詳細而言，在第2A圖中，電漿180向下噴出與金屬鹽類汙染物220接觸並進行化學反應，從而在第2B圖中將金屬鹽類汙染物220氧化為金屬氧化物220'。此外，電漿180向下噴出時會持續衝擊已焊上IC之電路基板210的表面212並產生側向氣流190。最後，在第2C圖中，金屬氧化物220'會隨著此側向氣流190自電路基板210的表面212移除。在一些實施例中，電漿180噴出時的風速為約100至約300公尺/秒。當電漿180噴出時的風速低於100公尺/秒時，電漿180衝擊表面212所產生的側向氣流190其強度 不足以移除附著在表面212上的金屬氧化物220'。當電漿180噴出時的風速高於300公尺/秒時，電漿180對已焊上IC之電路基板210的衝擊力道可能會過強而導致已焊上IC之電路基板210的損害。
透過大氣電漿產生裝置110所噴出的電漿180，對已焊上IC之電路基板210同一區域的處理次數可視需求進行調整。若清潔次數低於10次，可能會殘留或多的汙染物於已焊上IC之電路基板210的表面212。但清潔次數過多(例如超過50次)，則會提高已焊上IC之電路基板210的表面212損壞的風險。故在某些實施方式中，利用電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212的步驟中包含利用電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212約10至約50次。在某些實施方式中，將電漿180接觸已焊上IC之電路基板210的表面212的步驟之後，表面212殘留的酸根離子濃度小於4毫克/平方英寸(μg/in2)。習知電漿與金屬鹽類汙染物進行化學反應會產生固態的金屬氧化物及揮發性的氣體產物。氣體產物可透過抽氣系統從已焊上IC之電路基板表面移除，而固態的金屬氧化物會殘留在已焊上IC之電路基板表面，無法藉由抽氣的方式來進行移除。然而，根據本揭露的一些實施方式，可利用高速電漿氣流衝擊已焊上IC之電路基板表面後所產生的側向氣流移除掉附著於已焊上IC之電路基板表面的金屬鹽類汙染物。
繼續參照第3A圖至第3C圖，係根據一些實施方式，為第1圖中區域300的局部放大示意圖。在一些實施 方式中，已焊上IC之電路基板210的表面212存在汙染物220，其中污染物220可包含無機汙染物215A及具可被蝕刻性的汙染物215B，而在前述利用噴出的電漿180清潔已焊上IC之電路基板210的表面212的步驟中可包含利用噴出的電漿180移除表面212的至少一無機污染物215A。
更詳細而言，在第3A圖中，電漿180向下噴出與汙染物220接觸，而在電漿180衝擊表面212所產生的側向氣流190亦會帶動電漿180於側向對汙染物220進行蝕刻。如第3B圖所示，汙染物220中具可被蝕刻性的汙染物215B會受電漿180蝕刻而被移除。具可被蝕刻性的汙染物215B被移除後，無機汙染物215A失去附著點因而也被移除。繼續參照第3C圖，在無機汙染物215A尚未固著於已焊上IC之電路基板210的表面212同時，側向氣流190便將無機汙染物215A帶走，從已焊上IC之電路基板210的表面212移除。習知無機汙染物無法藉由乾式蝕刻(例如：利用電漿)從已焊上IC之電路基板表面移除。然而，透過本揭露的一些實施方式，在電漿清潔已焊上IC之電路基板表面時，會先將已焊上IC之電路基板表面上具可被蝕刻性的污染物移除，而在具可被蝕刻性的污染物被移除的同時，亦藉由側向氣流一併將無機汙染物帶走。
最後，為證實本實施方式之清潔方法具有極佳的移除汙染物能力，遂進行下列試驗。
電漿處理前後之酸根離子殘留量分析
用於試驗的樣品為市售常見帶有積體電路 (Integrated Circuit,IC)的電路板。分析利用本實施方式之電漿處理前及電漿處理後，電路板上的酸根離子殘留量。如下表一所示，SPEC為工業標準規格，為電路板上可容許的標準殘留量，而實施例1至實施例3的差異在於電漿清潔的次數不同。具體而言，實施例1中的電漿清潔次數為0次，亦即尚未經電漿處理的樣品。實施例2中的電漿清潔次數為10次。實施例3中的電漿清潔次數為20次。
在電漿處理前，實施例1殘留的硫酸根離子(SO4 2-)含量為436.120636μg/in2，明顯超出允許值4μg/in2許多。以電漿處理清潔10次之後，實施例2殘留的硫酸根離子(SO4 2-)含量為4.926163μg/in2，仍略大於標準規格所界定的4μg/in2。而在電漿處理清潔20次之後，實施例3殘留的硫酸根離子(SO4 2-)含量為1.18875μg/in2，遠小於標準規格所界定的4μg/in2。故利用本發明之實施方式以電漿處理電路板表面可具有極佳的清潔效果。
前文概述數個實施例之特徵以使得熟習該項 技術者可更好地理解本揭露之態樣。熟習該項技術者應瞭解，可容易地將本揭露內容用作設計或修改用於實現相同目的及/或達成本文引入之實施例的相同優點之其他製程及結構之基礎。熟習該項技術者亦應認識到，此類等效物構造不違背本揭露內容之精神及範疇，且可在不違背本揭露內容之精神及範疇之情況下於此作出各種變化、替代以及變更。
180‧‧‧電漿
190‧‧‧側向氣流
210‧‧‧已焊上IC之電路基板
212‧‧‧表面
220‧‧‧汙染物
220’‧‧‧氧化物
300‧‧‧區域
Claims (11)
- 一種清潔方法，包含：提供一已焊上IC之電路基板；提供一大氣電漿產生裝置；導入一氣體至該大氣電漿產生裝置中，並利用該大氣電漿產生裝置活化該氣體以形成電漿，且讓該大氣電漿產生裝置以約100至約300公尺/秒(m/s)的風速噴出該電漿；以及利用噴出的該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的一表面；其中，該電漿衝擊該表面後產生的一側向氣流以清潔該表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中導入該氣體至該大氣電漿產生裝置中包含：提供約20至約40標準升/分鐘(SLM)的該氣體至該大氣電漿產生裝置中。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中利用噴出的該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面包含將該電漿接觸該已焊上IC之電路基板的該表面，且該大氣電漿產生裝置以約50至約200公釐/秒(mm/s)的掃描線速度移動。
- 如申請專利範圍第3項所述之清潔方法， 其中利用該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面包含利用該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面約10至約50次。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中利用該大氣電漿產生裝置活化該氣體以形成該電漿包含提供約500至約700瓦特(watt)的射頻功率至該大氣電漿產生裝置以活化該氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中利用該大氣電漿產生裝置活化該氣體以形成該電漿包含提供約500至約700瓦特(watt)的多頻功率至該大氣電漿產生裝置以活化該氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中在利用噴出的該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面的步驟中，該大氣電漿產生裝置與該已焊上IC之電路基板之間存在一第一工作距離，且該第一工作距離為約5至約8公釐(mm)。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中該氣體可為空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣，或上述氣體之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中利用噴出的該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面包含利用噴出的該電漿移除該表面的至少一有機污染物。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中利用噴出的該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面包含利用噴出的該電漿移除該表面的至少一金屬鹽類污染物。
- 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其中利用噴出的該電漿清潔該已焊上IC之電路基板的該表面包含利用噴出的該電漿移除該表面的至少一無機污染物。
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