CN101611482A - 用于使集成电路表面暴露的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过烧蚀初始覆盖集成电路的聚合物涂层使所述集成电路暴露的方法，其特征在于，所述方法包括将激光辐射和等离子体组合施加到初始覆盖所述集成电路的所述涂层。

Description

用于使集成电路表面暴露的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过烧蚀初始覆盖集成电路的聚合物涂层而使集成电路暴露的方法。
背景技术
集成电路被刻蚀在配备有横向连接的硅块中，特别地，该横向连接是由铜构造的并且允许内部电路连接到承载其他电子部件的印刷电路。
集成电路封装在聚合物涂层中，该聚合物涂层刚性保持连接片(connection lug)，以允许操纵电路并且确保其保护。
为了分析集成电路的操作，在某些情况中有必要能够接入集成电路同时保持其完整性及其操作能力。
为此，已知局部执行聚合物涂层的烧蚀，允许使集成电路的表面暴露。
为了烧蚀聚合物涂层，已知将高功率激光束施加到聚合物涂层并且扫过集成电路以便于引发涂层的降解。
该方法是在允许对激光施加精确控制的特定设备中执行的。
使用激光束的过大的施加导致了对硅的腐蚀和对电路的损害。
为了避免该损害，以温和的方式施加激光，但是聚合物小岛仍保留在电路上的位置中，这削弱了集成电路的后继观察。
而且，已知使用等离子体以便于腐蚀(attck)集成电路区域中的聚合物涂层。该腐蚀是在适当密封的容器中执行的，其中电路布置在该容器中。该容器允许在电路上方产生等离子体。
该等离子体引发对聚合物涂层的腐蚀。然而，等离子体的作用是非常慢的并且仅允许移除厚度非常小的塑料涂层。
文献US 4 689 467描述了一种用于切割由单个材料构造的生产部件的装置。该装置包括激光器和等离子体枪。
然而，该激光器具有过高的功率电平以致不能在微电子领域中使用。
等离子体枪进一步超越将生产部件加热的所有辅助能量发生器以便于更迅速地切割该生产部件。由于该枪具有使聚合物涂层、连接导体和电路部件熔化的效果，因此不能用于使集成电路暴露。因此，该等离子体枪将损害未集成的印刷电路。
如该文献的第11列第40行中指出的，生成电晕放电，即电弧，以便于产生等离子体。如果将该电弧用于使集成电路暴露，则其将破坏集成电路。从等离子体枪泄放的等离子体流具有原子级的微磨损效果。
因此，该文献中描述的切割装置不能用于使集成电路暴露。
题为“Multichip module packaging of Microelectromechanicalsystems”的文献描述了一种用于使微机电系统(MEMS)的微板暴露的方法。根据该方法，通过在首先施加激光束并且随后施加等离子体腐蚀的过程中的烧蚀，移除覆盖微板的两个介电材料层。
然而，该文献没有提及在施加激光和施加等离子体的过程中将微板固持在相同的支撑物上和相同的容器中。考虑到待处理的集成电路部分的尺寸，当在施加激光之后移除微板时，不可能准确地在所选择的位置执行等离子体腐蚀。
考虑到等离子体的低烧蚀能力，已知通过机械或化学地减小在集成电路上提供的聚合物涂层的厚度，制备测试工件。
为此，根据第一实施例，使用砂轮执行集成电路的涂层的平坦研磨，由此仅允许留下小厚度的涂层，该涂层随后通过等离子体的作用移除。
根据另一实施例，使用酸，特别地使用硝酸或硫酸通过化学腐蚀移除涂层的主体厚度。
使酸的作用停止是复杂的并且酸的作用可能引起对电路或者对到壳体的电气连接的损害。
因此这两种实现方案提供了：在用于施加等离子体的容器外部的测试工件的制备，随后的在已将测试工件置于在其中产生等离子的容器中的同时，利用等离子体对测试工件进行处理以移除聚合物的最终厚度的后继步骤。
这些方法的执行耗用相对长的时间，这是因为它们需要使用两种不同的烧蚀技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于使集成电路表面暴露的方法，该方法可以在允许获得令人满意的集成电路表面状态的同时迅速地执行。
为此，本发明涉及一种用于通过烧蚀初始覆盖集成电路的聚合物涂层使集成电路暴露的方法，该方法的特征在于，该方法包括将激光辐射和等离子体组合施加到初始覆盖集成电路的涂层，该组合施加是在相同的容器中执行的。
在独立权利要求中描述了具体实施例。
本发明还涉及一种用于初始被聚合物涂层覆盖的集成电路的连接导体的剪切测试方法，该方法包括：
通过上述方法使集成电路和连接导体暴露的初始步骤，和
对于通过该方式暴露的导体的剪切测试步骤。
最后，本发明涉及一种用于通过烧蚀初始覆盖集成电路的聚合物涂层使集成电路暴露的设备，该设备包括：
用于将激光辐射施加到集成电路表面的装置；
用于与激光辐射的施加组合，通过等离子体将腐蚀施加到初始覆盖集成电路的涂层的装置；和
用于在集成电路处理过程中支撑集成电路的板，并且用于激光辐射的施加装置和用于等离子体的施加装置能够作用于相同的支撑板。
附图说明
通过参考附图阅读完全借助示例给出的下面的详细描述，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的用于使集成电路暴露的设备的第一实施例的示意图；
图2是图1的设备的腔室的透视图；
图3是用于使集成电路暴露的方法的流程图；
图4是用于执行该方法的设备的另一实施例的示意性正视图；并且
图5是示出用于处理相同涂层中包括两个电路的测试工件的连续步骤的示图。
具体实施方式
图1中示出的设备10能够通过在减小的压力下连续使用激光束和等离子体，确保使被包含在聚合物涂层中的集成电路形成的测试工件12暴露。电路12由板13承载。
该设备包括确定密封容器16的边界的真空腔室14。在图2中更加详细地示出了腔室14。
腔室14具有平坦底部18、通常圆柱的横向壁20和封盖22，该封盖22通常在平坦上部24下面具有截头锥的形状。上部24具有透明窗口26，该透明窗口26是垂直设置在底部18的中心部分上面，在图1中当板13处于用于处理电路的位置时该板13位于该透明窗口26处。
激光源28被布置在腔室14外部，该激光源28面对窗口26并且指向测试工件12。该激光器是例如，galvano激光器、Nd:YAG类型激光器或准分子(Excimer)激光器。该激光器连接用于控制该激光器的中心控制单元30。
中心控制单元30由例如，与输入和输出卡关联的处理器形成。
激光源28由用于使激光束在电路12的平面中在相互垂直的两个方向中移动的装置32承载。这些移动装置连接到中心控制单元30，该中心控制单元30能够控制激光的位置并且允许通过激光束扫描电路12的上表面。
封盖的截头锥壁22进一步配备有透明窗口34，在该透明窗口34后面提供了监视摄像机36，该监视摄像机36位于容器外部并且被定向来观察布置在该容器中的测试工件12。
摄像机36连接到观看监视器38，该观看监视器38允许监视的集成电路的表面暴露的进展。
如图1中示出的，摄像机36的光轴相对于电路12的法线成角度移位。
通过该方式，有利地，用于校正图像的电路被置于摄像机36和监视器38之间。图像校正电路能够实现用于处理图像的算法，允许校正初始具有不等边四边形的形式的所获得的电路图像，由此该图像具有矩形的形状，如同通过垂直于电路的法线的摄像机的光轴观看到的。
在变化的方案中，镜子或者镜子组件被布置在摄像机36和电路12之间在容器内部，以便于修改摄像机和电路之间的光束并且由此通过校正角度确保图像的校正。
根据另一实施例，安置具有不同角度的两个摄像机以便于观察电路。两个摄像机获得的图像被传送到图像处理单元，该图像处理单元允许产生电路的立体图像。
根据有利的实施例，将三个前面的方法组合。通过该方式，使用例如两个摄像机以便于获得电路的立体图像，同时第三摄像机与一组镜子或者图像处理单元关联以便于获得电路的校正了的矩形图像。
穿过截头锥壁22提供用于注入清洁气体的喷嘴40。该喷嘴指向集成电路12。喷嘴40由加压清洁气体源42供气。来自源32中包含的气体的喷嘴40的供气由控制阀门44的中心控制单元30控制。
由喷嘴40射出的源42中包含的气体由例如二氧化碳形成，二氧化碳能够使等离子体未移除的材料原子化(atomised)。
容器进一步包括用于在待暴露的集成电路12的表面处产生等离子体的装置46。这些装置46包括用于注入能够离子化的气体的环48。该环是根据窗口26边上的腔室内部的腔室的轴提供的。环48包括穿孔组件，该穿孔分布在环48外周并且指向电路12。
环48由在腔室外部提供的离子化气体源50供气，该环经由阀门52连接到该离子化气体源50，阀门52由中心控制单元30控制。
源50中包含的气体由例如氧和四氟化碳的混合物形成。
用于产生等离子体的装置46进一步包括射频发生器54，射频发生器54连接到用于支撑测试工件的板13。该发生器54能够产生强电磁场，该强电磁场能够引发腔室中所含的气体的离子化。
发生器54连接到中心控制单元30，其用于控制该发生器54。
在测试工件12周围在底部18中提供吸气开口56。这些开口连接到由中心控制单元30控制的真空泵58。开口56能够抽取腔室中包含的气体和在激光辐射和等离子体的作用下在涂层转移的过程中产生的碎屑。
如图2中示出的，用于支撑测试工件13的板被安装为可以滑动地相对于腔室14移动。腔室14包括其横向壁20中的入口开口60，支撑测试工件12的板13被安置为通过该入口开口60滑动。板13固定接合到滑动部件62，滑动部件62以可移动的方式安装在固定接合到腔室14的两个横向滑道64上。部件62可以在用于安置电路的位置(其中板基本上位于腔室14外部)和用于处理电路的位置(其中板13，并且特别地，测试工件垂直位于窗口26下面)之间移动。
板13和部件62配备有密封接头，当该板处于用于处理测试工件的位置时，该密封接头允许确保腔室16的密封。该板包括用于安置集成电路12的角66。
最后，在电路上面提供保护掩模68并且掩模68由板13承载。该掩模确定用于使激光束和等离子体相对于须暴露的集成电路部分垂直通过的孔隙70的边界。
为了使集成电路暴露，电路首先被安置在掩模68下面的板13上，随后将该板引入到腔室中。为了创建真空条件，随后使用泵58减小腔室中的压力。在图3的步骤72中，须暴露的集成电路的表面随后经历来自源28的激光辐射。所使用的激光束优选地具有1-50瓦的功率水平。施加该激光辐射的时间期为例如，5-30秒。特别地，该激光束被施加为，允许在电路涂层的主体厚度上烧蚀该涂层，仅留下50-200μm并且优选地100μm的残余厚度。
在激光束的处理过程中，经由摄像机36观察电路进展。自涂层移除的碎屑由开口56接收。
在仅剩下残余聚合物涂层之后，在步骤74中在电路12附近产生等离子体，不需要将电路从容器16中移除同时电路仍处于减小的压力下。通过自环48注入的气体和发生器54产生的磁场产生该等离子体。
该等离子体优选地具有适用于确保所存在的树脂转移的特性。根据树脂的类型和厚度选择所使用的温度、工作压力水平和气体类型。
施加该等离子体的时间期是30-240分钟。
由于离子化粒子的作用，等离子体的存在允许完全移除残余的聚合物层，甚至允许移除电路的底切(undercut)部分中的和铜连接下面的残余聚合物层。
在施加等离子体的过程中，二氧化碳的周期性原子化允许消除所产生的残留物。
根据构造的变化方案，在使集成电路经历等离子体的同时执行使用激光辐射的第一步骤72。
在发现有必要时，例如，由于覆盖电路的残余聚合物层的不相等的厚度，重复执行关于激光和等离子体的连续的施加步骤72和74，以便于在先前的激光和等离子体的作用之后，允许借助于激光束烧蚀最厚的区域中的残余层。在第二次施加激光辐射之后，施加等离子体处理的最终步骤。
根据另一实施例，腔室16中产生的等离子体并非通过发生器54产生的磁场保持，而是通过经历具有适当的功率水平的激光辐射保持，该辐射适用于使腔室中的气体离子化，但是其自身不足以腐蚀聚合物涂层。
将认识到，通过该方法，由于等离子体的最终作用，可以非常精确地使电路暴露。
相同容器中的激光辐射和等离子体的组合使用进一步减少了操作，并且因此允许非常迅速的和易于执行的暴露方法。在两个操作之间保持在减小的压力下这一事实允许构成电路或电路连接的金属不会由于环境空气而被氧化。
首先使用激光并且在第二步骤中使用等离子体的组合作用允许非常令人满意地使连接线暴露，该连接线将集成电路自身连接到相对于壳体突出的横向连接片。激光的作用允许使这些连接线的上表面暴露，同时位于该连接线下面的聚合物通过等离子体的作用被移除，而未损害连接线。
该连接线的暴露对于后继的对连接线的剪切测试步骤是特别有利的，为了移除聚合物使用的侵略性作用不会修改张力测试过程中获得的结果。
图4示出了用于使集成电路暴露的另一实施例。在该图中，与图1的元件相同或对应的元件由相同的参考数字表示。
在该实施例中，减小压力下的，即真空条件下的等离子体由大气等离子体替换。通过该方式，腔室14是不必要的。如同上文，由板13支撑的测试工件12被布置为面对激光源28并且提供用于注入清洁气体的装置40、42、44。
用于产生大气激光的装置包括用于泄放等离子体气体的喷嘴100，喷嘴100连接到包含氧或者氧和四氟化碳的混合物的气体源102。激光用作用于激励所注入的气体的源，以便于引发等离子体气体的离子化。
该设备中的实现方法与图1的设备中使用的方法相同，电路12首先经历激光辐射，随后经历等离子体腐蚀。
图5示出了用于使由聚合物形成的相同壳体中的两个集成电路的表面暴露的连续步骤。
当前，已知在相同的聚合物102中使多个集成电路100A、100B关联，由此允许提供等效的微型电子卡。该电路通常被称为“系统级封装(SIP)”或“多芯片模块”(MCM)。该壳体中提供的集成电路可以具有位于不同水平面上的上表面，特别是在集成电路具有不同的厚度的时候。
根据本发明，在步骤104中首先使壳体经历激光辐射，该激光辐射的目的在于移除覆盖层的主体厚度。所移除的部分被指定为105。通过执行激光辐射多次，执行该烧蚀，在上表面最深的电路上面，操作的次数是较大的。通过该方式，激光被施加以允许在每个电路上保留具有基本上相同厚度的聚合物层102。
随后，如步骤106中示出的，使集成电路100A、100B经历等离子体，该等离子体引发保留在多种电路上面的残余聚合物层的同时烧蚀。
不论设备的实施例是怎样的，根据本发明的一个特别有利的实施例，保护掩模68初始是由聚合物或金属形成的固体板。孔隙70由来自激光器28的激光辐射直接处理。通过该方式，该孔隙被非常精确地安置并且具有用于处理下面布置的电路的完全令人满意的形状。该调节难于通过机械安置预处理的掩模手动执行。
在电路的处理过程中，如果必须研究电路的其他区域并且该其他区域由保护掩模68覆盖，则通过来自激光器28的激光辐射的作用在保护掩模68中进一步提供补充性孔隙以便于产生另一工作区域。
类似地，在变化的方案中，初始孔隙70通过激光的作用被扩大。
在步骤74中执行的等离子体腐蚀是反应性离子刻蚀(RIE)。通过在通常10mTorr-1000mTorr的压力下在气体中生成磁场，产生该等离子体。这是所谓的低压等离子体。
该磁场是在低压下的氧和四氟化碳的混合物的环境中，由连接到安置在容器116中的电极的射频发生器54产生的。该磁场使气体混合物的分子离子化，剥离其电子并且由此生成等离子体。
集成电路12吸收由磁场加速的自由电子，由此变为带负电。相反地，由于等离子体相比于自由电子的高正离子浓度，因此该等离子体带正电。由于该电位的重要差别，正离子朝向电路12移动，其中该正离子与残余聚合物碰撞并且位于连接导体下面的聚合物被化学腐蚀。该离子与残余聚合物化学反应并且逐出一部分聚合物，该离子的动能被转移。
在施加激光的过程中或者在其之后执行等离子体腐蚀，同时集成电路12保持在相同的支撑板上并且该支撑板未移动。
在变化的方案中，执行激光辐射的施加直至集成电路上面的残余聚合物层厚度为200μm-0μm。
所使用的激光的功率约为0.5瓦/cm2。
根据本发明的一个实施例，根据下文描述的步骤执行用于使集成电路表面暴露的方法。
测试工件是具有约数cm2的尺寸的电子部件。该部件涂覆有基于聚合物的树脂(外观上为黑色塑料材料)。该部件必须打开，以便于使集成电路暴露。在该集成电路的生产过程中，集成电路安装在通常金属的强化件上，外部连接的引脚(或连接片)布置在该强化件上。通过在一侧和另一侧上焊接的连接导体致使集成电路和引脚之间的连接。
该组件涂敷有基于聚合物的树脂，仅使连接引脚的末端是暴露的。在涂覆方法中，集成电路很少精确安置在中心而且较少安置在与部件涂层表面完全平行的平面中。
因此，在该表面上，为了使集成电路表面暴露，待移除的聚合物的厚度不是均匀的。
通过优选方式，获得该部件的X射线图像以便于估计集成电路的尺寸。通过使X射线图像与通过校准光学摄像机获得的部件尺度的图像相关，可以测量集成电路的位置(顶视图)以便于相对部件自身重新安置激光和等离子体的施加区域。
在该情况中，集成电路具有200μmx200μm的尺寸。
电子部件安置在板上以便于被引入到根据本发明的设备中。
孔隙用于保护测试工件的外部引脚。保护掩模68的孔隙70具有约1mm2的尺寸。在该孔隙中，在集成电路的预先定义区域上执行激光和等离子体的组合施加。
因此施加区域的位置测量与安置在支撑板13上的部件对准。可以通过允许相对于板的基准的尺寸测量的测量系统，或者通过校准光学摄像机或电机驱动激光指向器，以多种方式执行该安置。类似地，可以通过测量系统(电机驱动传感器)或者通过干涉测量系统，或者通过配备有校准深度系统的摄像机，测量深度。
对于第一部件，不能精确地测量树脂的厚度。因此，有利地定义宽于电路的区域，激光和/或等离子体将施加到该区域。
在测量为220μmx220μm的区域上开始第一激光烧蚀，以便于覆盖测量为200μmx200μm的集成电路的区域。在数分钟之后，停止操作以便于检查所移除的树脂的深度。优选地在容器16中测量该深度以便于消除任何在容器中重新安置支撑板13时的误差风险。非常难于在数十微米的范围内重新安置机械元件。该重新安置将是误差风险，该误差风险将减损使部件打开的成功度，并且必要的步骤将过度延长该打开操作的总持续时长。
例如，通过摄像机36执行测量，调节聚焦以便于进行深度测量。
该测量允许增加激光烧蚀的速度。
在该示例中，树脂厚度为1.5mm。
产生了略微小于220μmx210μm的另一区域以便于保留台阶M1。台阶M1的深度将随后测量以便于更加精确地确定激光烧蚀速度。
由于电子部件的位置已被保持，因此在不重新对准板的情况下直接开始激光烧蚀。计算烧蚀时间以留下700μm的树脂。
再一次地，停止操作并且执行测量以便于更好地校准刻蚀速度并且留下台阶M2。
此时，在仍然不从容器16中移除电子部件的情况下，开始等离子体刻蚀。通过反应性离子刻蚀(RIE)型物理化学等离子体，典型的刻蚀速度是27μm/h。因此，在测量为210μmx210μm的区域中执行第一次操作以便于通过台阶M3校准树脂的刻蚀速度。
在测量为200μmx210μm的较小的区域上再次开始激光烧蚀以便于留下例如200μm的树脂。
当操作停止时，电路边缘显然已是可见的。相，激光烧蚀已经比预期的略微更进一步。在该示例中，解释牵涉电路的倾斜位置(垂直)。
因此决定再次产生烧蚀区域以便于使电路的剩余部分暴露。该烧蚀区域具有三角形的形状，经由仍未暴露的三个角部通过。
在深度方面，选择梯度以便于在暴露角部的完全相对的角部中具有较大的深度。
在该新的三角形区域中重新开始烧蚀以便于移除最深20μm的深度，该深度是通过我们对所讨论的倾斜的梯度进行估计而推断的。
随后，在略微较宽的区域上开始等离子体步骤，以便于移动更加接近于电路，并且使电路的剩余部分暴露。
如果必要，再次使用激光烧蚀。随后可以依次进行等离子体烧蚀直至电路完全暴露。
为了使相同类型的第二部件暴露，例如，可以通过台阶M1、M2和M3的精细测量校准刻蚀速度。相似地，在第一电路测量涂层表面和集成电路之间的精确深度并且将该深度用作用于随后的电路的参考。
可以开始烧蚀以便于在电路的完整表面上留下约200μm。然而，根据保持与从一个部件到下一部件的电路位置的变化性相关的置信度，可以例如允许容差(250μm替换200μm)或者相反地，追求较低的值(50μm替换200μm)以便于针对等离子体更快地操作。
所使用的等离子体是刻蚀等离子体。优选地，使用这两个等离子体之间的RIE(反应性离子刻蚀)类型的等离子体。然而，电感ICP类型等离子体(电感耦合等离子体)将实现非常好的性能水平。这两个等离子体之间的差异在于在外部腔室中执行的等离子体的制备。等离子体随后由管道传输到测试工件所处的腔室，隔开两个腔室的距离典型地是10cm。
在所有情况中，刻蚀等离子体可以具有小于120μm每小时的刻蚀速度。典型地，在使用RIE类型等离子体时，速度是27μm每小时。

Claims (14)

1.用于通过烧蚀初始覆盖集成电路的聚合物涂层使所述集成电路暴露的方法，其特征在于，所述方法包括将激光辐射和等离子体组合施加到初始覆盖所述集成电路的所述涂层，所述组合施加是在相同的容器中(16)执行的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，首先施加激光辐射的步骤(72)和随后施加等离子体的步骤(74)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述集成电路仍然经历激光辐射的同时，开始所述施加所述等离子体的步骤(74)。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，执行所述激光辐射的施加(72)直至所述集成电路上面的残余聚合物涂层的厚度为50-200μm。
5.如权利要求2-4中的任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括两个连续的处理步骤，即首先施加激光辐射并且随后施加等离子体。
6.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，在所述集成电路经历所述等离子体施加的同时，执行所述激光辐射(72)的施加。
7.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括使流向所述集成电路的表面的气体原子化的步骤，所述气体能够使所述集成电路上存在的残余粒子脱离。
8.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述等离子体是压力减小的等离子体。
9.如权利要求1-7中的任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述等离子体是大气等离子体。
10.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述等离子体包含氧和四氟化碳。
11.如前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括减小所述容器(16)的压力以生成真空的在先步骤，并且其中所述容器(16)在所述激光辐射和所述等离子体的组合施加过程中保持在减小的压力下。
12.用于初始被聚合物涂层覆盖的集成电路的连接导体的剪切测试方法，包括：
通过根据前面任何一个权利要求的方法使所述集成电路和所述连接导体暴露的初始步骤(72、74)，和
对于通过以该方式暴露的所述导体的剪切测试步骤。
13.如权利要求12所述的测试方法，其特征在于，所述等离子体的施加能够移除位于所述连接导体上的聚合物和残余聚合物。
14.用于通过烧蚀初始覆盖集成电路的聚合物涂层使所述集成电路暴露的设备，所述设备包括：
用于将激光辐射施加到所述集成电路的表面的装置(28)；
用于与所述激光辐射的施加组合，通过等离子体将腐蚀施加到初始覆盖所述集成电路的所述涂层的装置；和
用于在所述集成电路的处理过程中支撑所述集成电路的板(13)，用于所述激光辐射的所述施加装置(28)和用于所述等离子体的所述施加装置(46)能够作用于相同的支撑板(13)。
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