CH671303A5

CH671303A5 -

Info

Publication number: CH671303A5
Application number: CH402686A
Authority: CH
Inventors: Richard Dipl-Ing Ehrenfeldner; Dieter Dr Wagner
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1985-11-04
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1989-08-15
Also published as: JPS62112791A; AT386315B; ATA317085A; DE3635647A1; JPH0129875B2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmareaktor zum Ätzen insbesonder von Leiterplatten, mit einer Reaktionskammer, einer Gaszu- und Gasableitung und mit Elektroden, zwischen denen die zu behandelnden Leiterplatten angeordnet werden können. The invention relates to a plasma reactor for etching, in particular of printed circuit boards, with a reaction chamber, a gas supply and gas discharge line and with electrodes between which the printed circuit boards to be treated can be arranged.

Bei mehrlagigen Leiterplatten sind durchkontaktierte Bohrlöcher vorgesehen und zwar oft einige tausend Bohrungen je Platte. Nach dem Bohren der Löcher sollen diese mit einer Kupferplattierung versehen werden, doch treten beim Bohren organische Verschmierungen auf, die vor dem Plattieren entfernt werden müssen, um ein einwandfreies Durchkontaktieren zu ermöglichen. Zur Entfernung dieser Verschmierungen ist es bekannt, die Leiterplatten in einem Gasplasma zu reinigen. Zu diesem Zweck wird ein Gasgemisch, z. B. Sauerstoff und Tetrafluormethan, in eine Reaktionskammer geleitet, in welcher die Leiterplatten zwischen Elektroden angeordnet sind. Eine Hochfrequenzspannung an den Elektroden ionisiert das Gasgemisch und die Plasmabestandteile (Elektronen, Ionen, Radikale) tragen die Verunreinigungen ab. With multilayer printed circuit boards, plated-through holes are provided, often several thousand holes per board. After drilling the holes, they should be provided with a copper plating, but organic smearing occurs during drilling, which must be removed before the plating in order to allow proper through-plating. To remove these smears, it is known to clean the circuit boards in a gas plasma. For this purpose a gas mixture, e.g. As oxygen and tetrafluoromethane, passed into a reaction chamber in which the circuit boards are arranged between electrodes. A high frequency voltage at the electrodes ionizes the gas mixture and the plasma components (electrons, ions, radicals) remove the impurities.

Ein bekannter Reaktor für diesen Zweck (US-PS 4 289 595) besitzt eine liegende Reaktionskammer mit kreisförmigem Querschnitt, die an einer Seite mit einer den ganzen Querschnitt freigebenden Türe gasdicht verschliessbar ist. Im Inneren der Kammer sind Stab- oder plattenförmige Elektroden parallel zueinander angeordnet, wobei die Elektroden abwechselnd an die Pole einer Hochfrequenz-Spannungsquelle angeschlossen sind. Mittels einer geeigneten Aufhängung können die zu behandelnden Leiterplatten so in die Kammer eingebracht werden, dass jede Leiterplatte zwischen Elektroden unterschiedlicher Polarität liegt. Für das Reaktionsgas ist ein Gaszuleitung vorgesehen, die zu drei oder mehr Auslässen im Inneren der Kammer führt. Die Auslässe sind gegen Prallplatten gerichtet, um eine gleichmässigere Gasströmung zu erreichen. A known reactor for this purpose (US Pat. No. 4,289,595) has a horizontal reaction chamber with a circular cross-section, which can be closed gas-tight on one side with a door that opens the entire cross-section. Rod-shaped or plate-shaped electrodes are arranged parallel to one another in the interior of the chamber, the electrodes being connected alternately to the poles of a high-frequency voltage source. The circuit boards to be treated can be introduced into the chamber by means of a suitable suspension such that each circuit board lies between electrodes of different polarity. A gas feed line is provided for the reaction gas, which leads to three or more outlets in the interior of the chamber. The outlets are directed against baffle plates in order to achieve a more uniform gas flow.

Bei dem bekannten Reaktor ergibt sich jedoch keine zufriedenstellende Homogenität des Plasmas, da trotz der Prallplatten für das einströmende Gas im Bereich der Leiterplatten Turbulenzen bzw. verschiedene Gasgeschwindigkeiten auftreten, die zu ungleichmässigen Abtragraten der Verunreinigungen führen. In the known reactor, however, there is no satisfactory homogeneity of the plasma since, despite the baffle plates for the inflowing gas, turbulence or different gas velocities occur in the area of the printed circuit boards, which lead to uneven removal rates of the impurities.

Für das Plasmaätzen sehr kleiner Teile ist es bereits bekannt geworden (DE-OS 3 140 675 und DE-OS 3119 742), eine Elektrode aus porösem Material auszubilden und das Gas durch diese Elektrode einströmen zu lassen, um auf diese Weise eine gleichmässigere Gasströmung zu erhalten. Abgesehen davon, dass diese Lösung nur für kleine Teile anwendbar ist, ergibt die Kombination Elektrode-Gasauslass die Problematik, dass Änderungen der Elektrodenform zu einer Änderung der Strömungsverteilung führen. An eine Anwendung für die Reinigung von Leiterplatten ist nicht zu denken, da in diesem Fall viele Elektroden und grosse zu reinigende Flächen vorliegen. For the plasma etching of very small parts, it has already become known (DE-OS 3 140 675 and DE-OS 3119 742) to form an electrode from porous material and to allow the gas to flow in through this electrode in order in this way to allow a more uniform gas flow receive. Apart from the fact that this solution can only be used for small parts, the combination of electrode and gas outlet raises the problem that changes in the shape of the electrodes lead to a change in the flow distribution. An application for cleaning printed circuit boards is out of the question, since in this case there are many electrodes and large areas to be cleaned.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Plasmareaktor zu schaffen, der die gleichmässige Behandlung auch grossflächiger Werkstücke mit sehr gutem Wirkungsgrad ermöglicht. Dieses Ziel lässt sich mit einem Plasmareaktor der eingangs angegebenen Art erreichen, bei welchem erfindungsgemäss vorzugsweise an der Oberseite der Reaktionskammer eine sich im wesentlichen über deren gesamte Länge und Breite erstreckende Fritte zur Gaszuführung vorgesehen ist, die nach aussen von einer gasdichten Haube abgedeckt ist. It is an object of the invention to provide a plasma reactor which enables even workpieces of large area to be treated evenly with very good efficiency. This goal can be achieved with a plasma reactor of the type specified at the outset, in which, according to the invention, a frit for gas supply which extends essentially over its entire length and width is preferably provided on the top of the reaction chamber and is covered on the outside by a gas-tight hood.

Dank der Erfindung lässt sich eine homogene und laminare Gasströmung über den genutzten Reaktorquerschnitt erreichen, wodurch sich kürzere Durchsatzzeiten ergeben und die Verunreinigungen auf den Leiterplatten gleich-mässig abgetragen werden. Thanks to the invention, a homogeneous and laminar gas flow can be achieved over the reactor cross-section used, which results in shorter throughput times and the contamination on the printed circuit boards is removed evenly.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Fritte selbsttragend ausgebildet und an ihren Rändern an der Wandung der Reaktionskammer abgestützt ist. An advantageous development of the invention is characterized in that the frit is designed to be self-supporting and is supported at its edges on the wall of the reaction chamber.

In Hinblick auf die Druckdifferenz an den beiden Seiten der Fritte kann es aber auch empfehlenswert sein, wenn die Fritte auf einer Lochplatte aufliegt, die mit ihren Rändern an der Wandung der Reaktionskammer abgestützt ist. Die zusätzliche Verwendung der Lochplatte stört die Homogenität der Gasverteilung kaum, da nach Durchtritt des Gases durch die Fritte dessen Geschwindigkeit und Druck auf die niedrigen, in der Reaktionskammer vorherrschenden Werte verringert wird. In view of the pressure difference on the two sides of the frit, it can also be advisable if the frit rests on a perforated plate which is supported with its edges on the wall of the reaction chamber. The additional use of the perforated plate hardly disturbs the homogeneity of the gas distribution, since after the gas has passed through the frit, its speed and pressure are reduced to the low values prevailing in the reaction chamber.

Wenn die Dicke der Fritte über die Reaktorlänge bzw. -breite unterschiedlich ist, lassen sich Unsymmetrien der Reaktionskammer kompensieren. So wird z. B. bei gleich-mässiger Dicke der Fritte und zentraler Absaugung im allgemeinen ein über den Querschnitt ungleichmässiges Geschwindigkeitsprofil auftreten. Dies lässt sich vermeiden, wenn die Dicke der Fritte über den Reaktorquerschnitt unterschiedlich bemessen ist, z. B. über den Reaktor von einem Rand bis zur Mitte ansteigt und zum anderen Rand wieder abfällt. If the thickness of the frit varies over the length or width of the reactor, asymmetries in the reaction chamber can be compensated for. So z. B. with uniform thickness of the frit and central suction generally an uneven speed profile across the cross-section occur. This can be avoided if the thickness of the frit is dimensioned differently across the reactor cross-section, e.g. B. rises over the reactor from one edge to the middle and falls to the other edge again.

Die Erfindung samt ihren weiteren Vorteilen und Merkmalen ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen Fig. 1 in schaubildlicher und schematischer Ansicht einen Plasmareaktor nach der Erfindung, teilweise geschnitten, Fig. 2 geschnitten und in vergrös-serter Darstellung in einem Randbereich die Anordnung einer Fritte auf einer Lochplatte mit einer Abdeckhaube und Fig. 3 und 4 in schematischem Schnitt das Strömungsprofil durch den Reaktor bei unterschiedlicher Ausbildung der Fritte. The invention together with its further advantages and features is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments which are illustrated in the drawing. 1 shows a diagrammatic and schematic view of a plasma reactor according to the invention, partially in section, FIG. 2 in section and in an enlarged representation in an edge area the arrangement of a frit on a perforated plate with a cover and FIGS. 3 and 4 in schematic section of the flow profile through the reactor with different frit design.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

671303 671303

Gemäss Fig. 1 weist der Plasmareaktor eine Reaktionskammer 1 auf, die von einer druckfesten Wandung 2 umschlossen ist. An der Oberseite der Kammer ist die Wandung geöffnet und besitzt an ihren Rändern Schultern 3, auf welchen eine Lochplatte 4 aufliegt, die z. B. aus Stahl besteht und mit einer grösseren Anzahl von Bohrungen 5 durchsetzt ist. Auf der Lochplatte 4 liegt eine Fritte 6 auf, die aus gesintertem, gasdurchlässigem Material, z. B. aus Keramik od. dgl., bestehen kann. Die Fritte kann auch aus, gegebenenfalls gepresstem, in geeigneterWeise gehaltenem Schüttgut bestehen. Die Lochplatte 4 und die Fritte 6 sind nach oben von einer gasdichten Haube 7 abgedeckt, die an ihrer Oberseite eine Gaszuführleitung 8 aufweist. Die Haube 7 ist gegen die Wandung 2 der Reaktionskammer 1 abgedichtet und in üblicher Weise, hier nur angedeutet, mit dieser fest verbunden, z. B. verschraubt. 1, the plasma reactor has a reaction chamber 1, which is enclosed by a pressure-resistant wall 2. At the top of the chamber, the wall is open and has shoulders 3 on its edges, on which a perforated plate 4 rests, the z. B. consists of steel and is penetrated with a larger number of holes 5. On the perforated plate 4 is a frit 6, which is made of sintered, gas-permeable material, for. B. ceramic or the like., Can exist. The frit can also consist of, optionally pressed, suitably held bulk material. The perforated plate 4 and the frit 6 are covered at the top by a gas-tight hood 7, which has a gas supply line 8 on its top. The hood 7 is sealed against the wall 2 of the reaction chamber 1 and in the usual way, only hinted at here, firmly connected to it, for. B. screwed.

An der Unterseite der Kammer 1 sind in deren Wandung 2 eine oder besser mehrere, nicht gezeigte Gasaustrittsöffnungen vorgesehen, die mit einer Gasableitung 9 verbunden sind. An diese Leitung 9 ist eine Vakuumpumpe 10 angeschlossen. Längs der Reaktionskammer erstrecken sich mehrere Reihen von Elektroden 11, die platten- oder stabförmig ausgebildet sein können und hier - als zum Stande der Technik gehörend (siehe z. B. US-PS 4 289 598) - nur angedeutet sind. Die Elektroden sind isoliert aufgehängt und abwechselnd mit je einem Pol einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 12 verbunden. Zwischen die Elektroden 11 können die zu behandelnden Leiterplatten 13 eingebracht werden, wobei je gleicher Abstand zu der links bzw. rechts benachbarten Elektrode eingehalten ist. Die Leiterplatten 13 können in Halterungen eingehängt sein, die längs am oberen Bereich der Reaktionskammer 1 vorgesehener, hier nicht gezeigter, Schienen verfahrbahr sind, um ein einfaches Be-und Entladen der Kammer 1 zu ermöglichen. Die Aufhängung der Leiterplatten 13 ist beispielsweise in der eben genannten US-Patentschrift beschrieben. On the underside of the chamber 1, one or better several gas outlet openings, not shown, are provided in the wall 2 thereof, which are connected to a gas discharge line 9. A vacuum pump 10 is connected to this line 9. A plurality of rows of electrodes 11 extend along the reaction chamber, which can be plate-shaped or rod-shaped and are only indicated here as belonging to the prior art (see, for example, US Pat. No. 4,289,598). The electrodes are suspended in isolation and alternately connected to one pole of a high-frequency voltage source 12. The circuit boards 13 to be treated can be introduced between the electrodes 11, the same distance from the adjacent electrode on the left or right being maintained. The printed circuit boards 13 can be suspended in holders which can be moved along the rails provided along the upper area of the reaction chamber 1, not shown here, in order to enable the chamber 1 to be loaded and unloaded easily. The suspension of the printed circuit boards 13 is described, for example, in the US patent just mentioned.

Fig. 2 ist entnehmbar, dass die Lochplatte 4 mittels einer Dichtung 14 gegen die Schulter 3 der Behälterwandung 2 abgedichtet ist. Auch die Haube 7, welche die Reaktionskammer nach oben abschliesst, ist mit einer Dichtung 15 2 that the perforated plate 4 is sealed against the shoulder 3 of the container wall 2 by means of a seal 14. The hood 7, which closes off the reaction chamber at the top, is also provided with a seal 15

gegen die Wandung 2 abgedichtet. Sofern eine Fritte 6 mit genügend hoher Festigkeit gewählt wird, kann die Lochplatte 4 entfallen und die in diesem Fall selbsttragende Fritte 6 kann an ihrem Rand, z. B. an einer Schulter, der Behälter-5 wandung 2 abgestützt werden. Sie nimmt dann die vorhandene Druckdifferenz (z. B. Aussendruck 350 kPa, Innendruck 10 Pa) auf. sealed against the wall 2. If a frit 6 with a sufficiently high strength is selected, the perforated plate 4 can be omitted and the frit 6, which in this case is self-supporting, can be provided on its edge, e.g. B. on a shoulder, the container-5 wall 2 are supported. It then takes up the existing pressure difference (e.g. outside pressure 350 kPa, inside pressure 10 Pa).

Ein weiterer, der Erfindung inhärenter Vorteil ist an Hand der Fig. 3 und 4 erläutert. Aus der Fritte 6 strömt ein prak-lo tisch homogener Gasstrom, doch wird dieser in der Folge von der Geometrie der Reaktionskammer bzw. von den Elektroden- und Leiterplattenaufhängungen etc. beeinflusst. Insbesondere wird das durch Pfeile angedeutete Geschwindigkeitsprofil in vielen Fällen zur Behälterwandung abneh-15 mende Gasgeschwindigkeiten aufweisen. Im letztgenannten Fall kann das Geschwindigkeitsprofil dadurch homogenisiert werden, dass die Fritte 6 eine zu ihren Rändern abnehmende Dicke aufweist, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Aber auch anders verlaufende Inhomogenitäten des Geschwindig-20 keitsprofils können durch entsprechende Formgebung der Fritte 6 ausgeglichen werden. Die erforderliche Form kann in einfacheren Fällen unter Zuhilfenahme der Strömungstheorie berechnet oder aber durch Versuche ermittelt werden. Another advantage inherent in the invention is explained with reference to FIGS. 3 and 4. A practically homogeneous gas stream flows out of the frit 6, but this is subsequently influenced by the geometry of the reaction chamber or by the electrode and circuit board suspensions, etc. In particular, the speed profile indicated by arrows will in many cases have decreasing gas speeds towards the container wall. In the latter case, the speed profile can be homogenized in that the frit 6 has a thickness that decreases towards its edges, as shown in FIG. 4. However, other inhomogeneities in the speed profile that run differently can also be compensated for by appropriate shaping of the frit 6. In simpler cases, the required shape can be calculated with the help of flow theory or determined by experiments.

25 Die Erfindung ist natürlich auch in Zusammenhang mit anderen Formen der Reaktorkammer, z. B. stehende Kammer, anderer Querschnitt u. s. w., anwendbar. Ebenso muss die Fritte nicht notwendigerweise an der Oberseite der Kammer vorgesehen sein. Sie soll sich jedoch im wesent-30 liehen über die gesamte Länge und Breite der Reaktionskammer erstrecken, worunter zu verstehen ist, dass sie - in Strömungsrichtung des Gases gesehen - im wesentlichen den genutzten Raum der Reaktionskammer abdecken soll. Dank der Erfindung können grosse Chargen von grossflächigen 35 Leiterplatten mit Flächen in der Grössenordnung bis zu einem Quadratmeter je Platte rasch und gleichmässig behandelt werden. Ganz allgemein ist die Erfindung aber auch im Zusammenhang mit der Plasmabehandlung anderer Wer-stücke einsetzbar, da der Vorteil der homogenen Gas- und 40 Plasmaverteilung nicht nur beim Leiterplatten-Plasmaätzen zum Tragen kommt. 25 The invention is of course also in connection with other forms of the reactor chamber, for. B. standing chamber, different cross section u. s. w., applicable. Likewise, the frit need not necessarily be on the top of the chamber. However, it should essentially extend over the entire length and width of the reaction chamber, which is to be understood as meaning that, viewed in the direction of flow of the gas, it should essentially cover the space used in the reaction chamber. Thanks to the invention, large batches of 35 large circuit boards with areas in the order of magnitude up to one square meter per board can be treated quickly and uniformly. In general, however, the invention can also be used in connection with the plasma treatment of other workpieces, since the advantage of homogeneous gas and plasma distribution does not only come into play in the case of circuit board plasma etching.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

671303 PATENT CLAIMS

1. Plasma reactor for etching, in particular, Leitrer plates with a reaction chamber, a gas supply and gas discharge line and with electrodes, between which the circuit boards to be treated can be arranged, characterized in that the reaction chamber (1) is essentially over its entire Frit (6), which extends in length and width, is provided for the gas supply and is covered on the outside by a gas-tight hood (7).

2. Plasma reactor according to claim 1, characterized in that the frit (6) is arranged on the top of the reaction chamber (1).

3. Plasma reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the frit (6) is self-supporting and is supported at its edges on the wall (2) of the reaction chamber (1).

4. Plasma reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the frit (6) rests on a perforated plate (4) which is supported with its edges on the wall (2) of the reaction chamber (1).

5. Plasma reactor according to one of claims 1 -4, characterized in that the thickness of the frit (6) is different over the reactor length or width.

6. Plasma reactor according to claim 5, characterized in that the thickness of the frit (6) over the reactor cross-section is dimensioned differently, for. B. increases across the reactor width from one edge to the center and falls back to the other edge (Fig. 4).