先進的晶圓層級清洗方法先進去除化學品的研發
近年來覆晶和晶圓層級封裝(WLP)技術已經普遍的應用自消費性和無線通訊產品至高效能的電子產品中。因為在這些應用中對於高效能和減少形狀係數的需求成長，所以在這些封裝技術上亦有此等需求。
各種的高級製程使用在凸塊或晶圓級封裝如WLP，金屬電鍍和焊錫沉積使用的材料例如光阻和焊劑在生產製程期間必需要被完全地移除。不能完全地去除這些材料會導致在下游測試和電路板－等級組裝的污染、良率損失問題，以及區域內偶發的可靠性影響。
凸塊和WLP製程對於電鍍和焊錫膏有嚴格的洗淨要求，晶圓被覆晶或WLP處理製程伴隨過多不同的凸塊下方金屬化(UBM)、保護層(有機的和無機的)、焊錫和基板。所用的這些材料需要強力的清洗和去除溶液處理，清洗化學和製程必須移除聚合和烘烤覆上的薄膜而沒有損傷或干擾曝露在製程中的材料。
去除
去除是將晶圓上的有機材料完全移除，使用的媒介例如液態化學品或電漿。有機材料，例如：光阻和焊劑使用在先進的晶圓等級封裝中，針對凸塊的形成、存在的金屬層圖樣化、在定義的圖樣中成長金屬或減少/預防在高溫製程期間的氧化例如焊錫回流。一個矽元件簡化的流程透過兩個普通的WLP製程、銅柱電鍍和焊錫膏凸塊表示於圖一中。
在電鍍中，金屬(典型為鈦(鎢)銅或鈦鎳釩)是被沉積在整個晶圓上以確保附著和提供針對電鍍電極間連接的電性匯流排；對於覆晶凸塊或銅柱，光阻覆蓋以定義圖樣，在移除光阻之前需要電鍍底層金屬(UBM)、焊錫、銅或其他的金屬，使用特別地研發的去除化學品；這些化學品必須是相當有活性的移除光阻。不幸地，這些相同的化學特性，使得它們潛在地傷害到新電鍍的元件中許多的材料，焊錫、UBM和匯流排金屬由於使用過度活性的化學品透過化學氧化和蝕刻有被攻擊的傾向，和聚合物覆蓋層可能被傷害。
在先進的WLP中有三個主要的區域，去除化學品和製程的研發對未來產品是重要的：使用於電鍍高結構的厚光阻，針對精細線圖樣的光阻及高溫曝露聚合的光阻。(表一)
電鍍的銅柱已經被使用在WLP有許多年，近來已經出現在下一世代覆晶技術的研發中；高的銅柱需要厚的光阻作電鍍，光阻主要使用一種乾式薄膜光阻(DFR)或一種液態光阻的多次披覆可以達到120到140微米厚。厚的光阻移除需要長的浸泡時間和高溫，過久的曝露到升溫活性強的去除化學品可以蝕刻銅柱的上面和側面，在極端的例子中，去除液已經吃穿匯流排金屬和攻擊在下面的有機保護層。
針對形成焊錫凸塊使用焊錫膏和現場面罩，數種的技術已經被開發出來，在這情形中，厚的光阻(一般性50至100微米厚DFR)是被壓膜在晶圓上並產生圖案。在焊錫膏藉由網印沉積在現場面罩後，該晶圓是被送入烤箱回流焊錫膏；光阻的厚度和它在製程中的曝露溫度使得它特別地難以去除，焊錫凸塊、曝露的UBM/覆蓋層介面和覆蓋層例如聚醯亞銨或環苯丁烷(BCB)等的攻擊已經觀察到。
光阻和助焊劑使用在無鉛和高鉛的焊錫凸塊是特別地難以去除，因為高溫需要作回流；許多的去除製程的最佳化針對使用在凸塊形成的材料，具有共融的63錫/37鉛的焊錫，有大約攝氏220到230度峰值的回流溫度。這些的使用或其他的有機材料帶有錫銀銅合金有攝氏240到250度的回流峰值或高鉛合金具有超過攝氏300度的回流峰值，導致高度地交聯聚合或烘烤覆上的薄膜都是黏性強的。
針對烘烤覆上的薄膜的黏性，工程師們經常需要增加去除溫度或時間予以補償，由於這個結果所以過度活性強的去除液，開始攻擊這凸塊、UBM或有機覆蓋層。
最近的興趣是在後－覆蓋層(PPL)上正推動著研發製程，是在WLP中作精細線重分佈層、電感器和其他的功能性－強化構造；在許多的情況中，金屬必須被電鍍在已經預先被看到曝露於去除化學品的最上層。在基板金屬上去除液所衍生的傷害可以引起附著問題和其他的品質事項，對於去除液和製程而言，從這些像深峽谷般結構之間必須移除光阻，在精細的幾何圖樣和高的深寬比(接近5微米寬和5微米間隔及10微米厚的線)將產生問題。
不良去除的效果
一個拙劣控制製程的分支可能是龐大的，雖然文獻尚未對去除的技術受到相當的重視；在凸塊或銅柱的形成，無法完全地去除光阻可以留下殘留在蝕刻光罩的區域，那將導致不完全的匯流排金屬的蝕刻，產生品質和良率的問題。自晶圓的表面不完全的有機去除，在下游的組裝或測試中可以導致嚴重的問題。這些有機物可以抑制探針和元件上I/O兩者之間好的機械的和電性的接觸，同樣地，在組裝回流製程期間有機的污染，可以讓焊錫無法完全浸濕在目標焊墊上，導致在完成的組裝中良率的損失。
元件上不同結構的蝕刻和攻擊是精巧的，UBM的缺口、匯流排金屬中的針孔和焊錫凸塊中金屬的優先蝕刻，所有缺陷是會影響良率、品質和可靠性(圖二和圖三)。
去除化學品：機制和設計
去除化學品的功效，以及它傾向於攻擊元件上的金屬和有機物，為化學組成、製程、時間和溫度的函數。在先進的WLP製程中的去除化學品不遵守 "愈強愈好"的通則，對特殊的光阻化學和晶圓材料的最佳化去除液，提供較高的良率、產量和品質。
了解化學、交聯聚合和光阻的溶解度參數，幫助研發有效的去除化學品。這些交聯結合的聚合物自晶圓表面移除，通常需要配方包含一個或更多的溶劑結合一個鹼性物質。選擇的溶劑或溶劑結合是根據它的溶解度參數，聚合物有一個溶解度視窗與它的氫鍵結力、離子化鍵結力和分散力有關的。共同地，這些組成Hansen溶解度參數；針對應用需求最適宜的溶劑或混合的溶劑，利用溶解度視窗把這些參數畫出。若混合的溶劑的溶解度視窗和聚合物重疊，基於溶劑/溶劑混合的化學將使這交聯聚合的光阻薄膜膨脹，透過鹼性物質的交互作用使得光阻薄膜對化學鍵結更脆弱的易於破壞。該鹼性的材料可能是鹽基例如：氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)或氨化學劑。
製備的溶劑和鹽基會膨脹和溶解此薄膜，鹼性成分的滲透使膨脹增加，但是可能也引起該晶圓表面薄膜的剝落，最後配方產品需要平衡在光阻及晶圓表面薄膜分子鍵間上的攻擊率。控制移除光阻薄膜的粉體尺寸可限制溶液中的溶解物質再附著於晶圓表面。
晶圓表面上所有材料的相容性，限制混合物中材料的侵略性，特別的添加劑被使用來提高去除溶液的特性，表面活化劑使用來降低表面張力，促進穿透力和再沉積；緩衝液和腐蝕抑制劑可能加入以減少或消除金屬蝕刻。
在去除製程中時間和溫度是重要的，較高的溫度可以縮短去除時間和增加產量，但是可能增加去除化學品的活性，產生對金屬和覆蓋層的攻擊。較低的溫度常常減少在晶圓上不想被蝕刻和攻擊的範圍，卻在製程時間上的浪費；甚至當長的製程時間是可容忍的時候，較低的溫度可能減少該化學品的效果和壽命。使用在去除化學品中許多的溶劑是吸濕性的，在低溫時吸收過多水量，而效力減弱的。
結論
在高溫曝露和自精細的間距凸塊結構去除厚的電鍍光阻、材料的技術，在未來晶圓等級的產品中已經被看到是非常重要；先進的去除化學品必須完全地移除這些黏性強的製程材料，且未傷害在晶圓上的材料或結構，這些重要的去除化學品的研發將需要在晶圓凸塊、晶圓等級封裝業者和先進的封裝化學家之間增加合作。SST-AP/Taiwan
參考文獻
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作者
Diane Scheele 為Dynaloy Inc技術服務處長，聯絡地址：P.O. Box 33609, Indianapolis, IN 46203。電子郵件信箱：dianescheele@dynaloy.com. Thomas Goodman 的聯絡方式：E&G Technology Partners LLC, 1840 East Warner Rd., A105, #249, Tempe, AZ 85284。電子郵件信箱：tgoodman@egtechpartners.com。