DE69304804T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Trockenbeschichtung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Trockenbeschichtung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um unter Trockenbedingungen und mit hohen Geschwindigkeiten eine Reihe von Vorgängen auszuführen, die das Entfernen von Schneidspänen aus kleinen, in ein Substrat gebohrten Löchern, Beseitigen der Rauheit der Innenwande der Löcher und Aktivieren und Beschichten (Plattieren) dieser Wände enthalten.
  • WO-A-92/06224 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Komponenten, wobei mindestens ein Mikrowellen- Elektronen-Zyklotronresonanz-(ECR-)Plasma-Ätzverfahren und eine solche Vorrichtung enthalten sind.
  • Die Patent Abstracts of Japan, Band 16, Nr. 63 (C-0911) und JP- A-3 260 073 offenbaren ein Verfahren zum Ausbilden eines dünnen Isolierfilmes an einer Oberfläche eines Wafers, ohne den Wafer aufzuheizen. Die Wafer-Oberfläche wird während oder nach der Ausbildung dieses Films mittels Plasma-CVD (chemical vapour deposition = chemische Dampfabscheidung) mit einem Elektronen- Strahl bestrahlt.
  • Ein herkömmliches Verfahren zum Ausbilden von Bohrungen in Substraten aus Polyamidharz oder glasfaserverstärktem Epoxidharz wird ausgeführt durch Bearbeitung mit einem Bohrer. Das Problem bei diesem Verfahren ist, daß bei einer Verringerung des Bohrungsdurchmessers auf etwa 0,25-0,1 mm ein Brechen oder Verschleißen der Bohrerkanten oft ein Verstopfen der Bohrung durch Bohrspäne, Aufrauhen der Innenwände der Bohrungen und Grate verursacht, deren Beseitigung durch ein nasses Ultraschallreinigungsverfahren nicht mehr möglich war. Bei Elektroplattieren gilt, daß die Plattierungsflüssigkeit um so schwieriger in die Bohrungen eindringen kann, je kleiner der Bohrungsdurchmesser ist, da Luftbläschen in den Bohrungen zurückbleiben. Das Ergebnis ist ein schlecht verlaufender Plattierungsvorgang.
  • Ein Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen man fähig ist, aufeinanderfolgend und zuverlässig in kurzer Zeit eine Reihe von Vorgängen auszuführen, die darin bestehen, Schneid- oder Bohrspäne aus kleinen Bohrungen in einem Substrat zu entfernen, die Innenwände der Bohrungen zu glätten, Grate zu entfernen, und diese Innenwände zu aktivieren und kalt zu beschichten.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein kontinuierliches Trockenvorgangs-Beschichtungsverfahren geschaffen, das einen Plasmaentladungsvorgang und ein Elektronenzyklotronresonanz- Plasma-(electron cyclotron resonance plasma = ECR-Plasma-) Beschichtungsverfahren einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das kontinuierliche Trockenvorgangs-Beschichtungsverfahren zum Behandeln eines mit einer Vielzahl kleiner Bohrungen ausgebildeten Substrates dient und die Schritte umfaßt des Zuführens des Substrates zu einer Plasma-Entladungskammer, des Durchleitens des Substrates zwischen einem Paar Entladungselektronen in der Plasma-Entladungkammer und des Unterwerfens des Substrates dem Plasmaentladungsvorgang bei einem Druck in dem Bereich von 1,33 kPa bis 266 kPa (10 bis 2 x 10³ Torr) durch Anlegen gesteuerter Spannungsimpulse mit Impulslängen τON in dem Bereich von 5 us bis 20 s an die Entladungselektroden zur Oberflächenbehandlung der Flächen der kleinen Bohrungen in dem Substrat, wodurch während der Ausbildung der kleinen Bohrungen erzeugte Späne entfernt und die rauhen Innenwandflächen der Bohrungen geglättet und aktiviert werden, des Zuführens des Substrates aus der Plasma-Entladungskammer zu einer Beschichtungskammer, und des Unterwerfens des Substrates dem ECR- Plasmabeschichtungsvorgang zum Beschichten der Wandflächen der Bohrungen, welcher ECR-Plasmabeschichtungsvorgang in der Beschichtungskammer in einer auf einem Druck im Bereich von 1,33 mPa bis 133 Pa (1 x 10&supmin;&sup5; bis 1 x 10&sup0; Torr) gehaltene Atmosphäre ausgeführt wird, die ein Beschichtungsquellengas enthält, und der ECR-Plasmabeschichtungsvorgang das Erzeugen eines anisotropen gepulsten Magnetfeldes von mindestens 0,08 T durch Zuführen von Stromimpulsen mit Impulslängen im Bereich von 0,01 bis 500 ms zu einem Elektromagneten zum Erzeugen von Magnetfeldem in Richtungen senkrecht und parallel zur Fortpflanzungsrichtung des ECR-Plasmamikrowellenfeldes umfaßt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine kontinuierliche Trockenvorgangs-Beschichtungsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach dem einem Aspekt der Erfindung geschaffen, welche Vorrichtung enthält ein Plasma-Entladungsgerät zur Oberflächenbehandlung der Oberflächen kleiner in einem Substrat ausgebildeter Bohrungen, wodurch während der Ausbildung der Bohrungen erzeugte Späne entfernt und rauhe Innenwandflächen der Bohrungen geglättet und aktiviert werden, und ein Elektronen-Zyklotronresonanz-(ECR-)Plasma-Beschichtungsgerät zum Beschichten der Oberfläche der Bohrungen nach der Behandlung durch das Plasma-Entladungsgerät, welches ECR-Plasma-Beschichtungsgerät enthält einen Elektromagneten und Stromimpuls- Zuführmittel zum Zuführen von Stromimpulsen zu dem Elektromagneten zum Erzeugen von Magnetfeldern in Richtungen senkrecht und parallel zu der Fortpflanzungsrichtung des ECR-Plasmamikrowellenfeldes, um dadurch ein anisotropes gepulstes Magnetfeld zu erzeugen.
  • Die einzige Figur ist eine schematische Darstellung, welche ein Beispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des Trockenvorgang- Beschichtungsverfahrens dieser Erfindung zeigt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit mehr Einzelheiten beschrieben.
  • Bei der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Trockenvorgang- Beschichtungsvorrichtung werden zuerst Elektroden an gegenüberliegenden Seiten eines Substratmaterials angeordnet und ein Plasmaentladungs-Bearbeitungsvorgang ausgeführt, um Bohrspäne zu entfernen, die beim Bohren von Bohrungen mit kleinem Durchmesser in dem Substratmaterial erzeugt wurden, und um die rauhen Innenwandflachen der Bohrungen zu glätten und zu aktivieren. Daraufhin wird eine Elektronenzyklotronresonanz-Plasma- Beschichtung (ECR-Plasma-Beschichtung) durchgeführt.
  • Bei der bevorzugten Ausführung wird die Plasma-Entladung ausgeführt unter der Bedingung eines Atmosphärendruckes von 1,33 kPa bis 266 kPa (10 bis 2 x 10³ Torr) und einer EIN-Zeit τON eines Spannungswellenzuges von 5 us bis 20 s, und die ECR-Plasma-Beschichtung wird ausgeführt durch Anlegen eines Impulsstromes von 0,01 - 500 ms Impulslänge an einen Elektromagneten in einer Richtung senkrecht und parallel zu der Fortpflanzrichtung einer Mikrowelle, um ein Impuls-Magnetfeld von 0,08 T oder höher zu erzeugen. Während der ECR-Plasma-Beschichtung kann ein gepulstes elektrisches Feld mit einer τON von 0,1 µs - 1 x 10&sup6; µs an ein elektrisches Feld der Plasmaströmung angelegt werden.
  • Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Bandförderer benutzt werden, um die Plasmaentladungs-Bearbeitung und die ECR-Plasma-Beschichtung kontinuierlich durchzuführen.
  • Die bei dieser Erfindung benutzte Bearbeitungsatmosphäre ist jeweils eine, die Luft, ein nichtoxidierendes Gas, ein reaktives Gas und Wasserdampf enthält.
  • Die vorstehend erwähnte Plasma-Entladungsbearbeitung wurde bereits durch die Inhaber dieser Anmeldung vorgeschlagen in der JP-Anmeldung Nr. 4-85654 und der entsprechenden europäischen Patentveröffentlichung EP-A-0 565 341 mit einem früheren Prioritätsdatum, die jedoch nach dem Einreichungsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht ist. In Anwesenheit der vorher erwähnten Bearbeitungsatmosphäre werden Elektroden an gegenüberliegenden Seiten eines zu bearbeitenden Substratmaterials angesetzt; eine Spannung wird an diese Elektroden angelegt, um ein Plasma unter einem Atmosphärendruck von 1,33 kPa bis 266 kPa (10 - 2 x 10³ Torr) zu entladen und damit eine Oberflächenbehandlung der Innenwände der kleinen Bohrungen in dem Substratmaterial auszuführen. Diese Plasmaentladungs- Bearbeitung vermeidet einen zusätzlichen Schritt des Entfernens von Schneid- oder Bohrspänen aus den Bohrungen, gestaltet die Innenwände der kleinen Bohrungen glatt und gratfrei und aktiviert die Innenwände.
  • Die ECR-Plasma-Beschichtung kann selektiv Elektronen in dem Plasma durch ECR-Heizung aufheizen, so daß die Elektronen- Temperaturen hoch sind, während Ionen kalt bleiben. Dieses kennzeichnende Merkmal ist wichtig für das Erzeugen eines guten Strahls mit hohem Strom. Deswegen ist, wie in den früheren JP- Anmeldungen 4-150783 und 4-150787 der gleichen Inhaber diskutiert, bei der ECR-Plasma-Beschichtung überhaupt kein Aufheizen des Substrats erforderlich, anders als bei dem üblichen Wärme- CVD-Verfahren, und es ist auch möglich, eine anisotrope Bearbeitung durchzuführen.
  • Bei dem das ECR-Phänomen benutzenden ECR-Plasmaverfahren werden Ionen daran gehindert, auf hohe Temperaturen aufgeheizt zu werden, indem ein Impulsmagnetfeld in einer Richtung parallel zur Mikrowellenrichtung und senkrecht dazu angelegt wird.
  • Die Auswirkung des Impulsmagnetfeldes besteht darin, daß eine ausgezeichnete Präzisionsbeschichtung, eine erhöhte Beschichtungs-Geschwindigkeit und die Fähigkeit, eine Beschichtung bei niedriger Temperatur auszuführen ermöglicht wird. Weiter kann durch entsprechendes Festsetzen der Atmosphäre, des Druckes, der Entladungsimpulslänge und der Spitzenspannung sowie des Impulsmagnetfeldes die Bearbeitung aufeinanderfolgend ausgeführt werden.
  • Nun wird die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Die Figur zeigt eine kontinuierliche Bearbeitungsvorrichtung vom Bandförderertyp. Beginnend an der linken Seite der Vorrichtung, wird das Band in einem Reinigungsbad 1 gereinigt. Bevor das Band in eine Kammer A eintritt, werden Substrate auf das Band gesetzt. Der Atmosphärendruck wird stufenweise durch die mehreren Räume geändert, vom Raum A zu B zu C zu D, wobei zwischen den jeweiligen Räumen Absperrungen vorgesehen sind.
  • Die Substrate werden auf dem Band durch diese Räume und in den Raum E getragen, wo die Dicke jedes Substrates in einem Vorgang 2 erfaßt wird, und im Vorgang 4 eine Impulsquellenspannung durch eine Steuerschaltung 3 so gesteuert wird, daß eine Plasma-Entladungsbearbeitung unter niedrigem Druck von etwa 13,3 kPa (102 Torr) auszuführen. Gleichzeitig wird im Vorgang 6 auch die Menge des durchgelassenen Lichts erfaßt, um die Impulsspannungen durch eine Steuerschaltung 5 weiter zu steuern. Die auf diese Weise zuverlässig mit hoher Genauigkeit durch diese Steuerungen bearbeitenden Substrate werden dem nächsten Raum F zugeführt, wo sie einer ECR-Plasma-Bearbeitung unterworfen werden unter Benutzung von reaktiven Gasen aus CuI, VOCl&sub3; und PH&sub3; in einem Druckbereich von 133 Pa bis 1,33 mPa (1 x 100 bis 1 x 10&supmin;&sup5; Torr). Zur gleichen Zeit wird ein Strahlstrom in einem Vorgang 24 erfaßt, um den Impulsmagnetfeldstrom von einer Magnetfeld-Leistungsquelle 25 durch eine Steuerschaltung 22 zu steuern und dadurch den Substraten eine Anisotropie zu verleihen. Die Temperatur wird in einem Vorgang 7 erfaßt und durch Steuern der Mikrowellen-Leistungszufuhr 9 über eine Steuerschaltung 8 gesteuert. Die Filmdicke wird im Vorgang 23 erfaßt, um eine Impulsleistungsquelle (Ionenleistungszufuhr) 21 durch die Steuerschaltung 22 zu steuern und dadurch die Filmdicke zu regeln. Nachdem die Cu-Beschichtung eine gewisse Dicke erreicht hat, werden die Substrate durch den Bandförderer durch mehrere Räume von G zu H zu I zu J geführt, in denen der Druck stufenweise erhöht wird, und dann nach außen in die freie Luft abgegeben. Diese Reihe von Substratübertragungen wird erreicht durch entsprechendes Regeln der Geschwindigkeit des Bandförderers in einem Geschwindigkeits-Steuerabschnitt 10 mit einem Drehgenerator 11, einem Impulsoszillator 12, einem Untersetzungsgetriebe 13, einem Impulsmotor 14, einer Steuerschaltung 15, einer SCR-(Silicon controlled rectifier = gesteuerte Siliziumgleichrichter) Steuerschaltung 16 und einem Spannungsdetektor 17 entsprechend der Größe und der Dicke der zu bearbeitenden Substrate, der Bohrungsdurchmesser und der Zahl der Bohrungen. Bezugszeichen 19 bezeichnet ein Aufzeichnungsgerät für die Filmdicke, und ein Impulsmotor 18 wird durch eine Steuerschaltung 20 gesteuert.
    • Ausführungsbeispiel
  • Harzsubstrate, die jeweils 1 mm Dicke bei 20 cm Länge und 30 cm Breite besaßen, wurden durch eine NC-Bohrmaschine bearbeitet zur Ausbildung von Bohrungen mit Durchmessern von 0,2 mm und 0,15 mm in Abständen von 5 mm über die gesamte Oberfläche jedes Substrates. Insgesamt 2300 Bohrungen wurden in jedem Substrat ausgebildet. Das Zusetzen durch zurückbleibende Schneidspäne nahm in den durch den 0,2 mm Feinbohrer erzeugten Bohrungen beträchtlich nach dem Bohren von etwa 544 Bohrungen zu, während es bei den mit dem 0,15 mm Feinbohrer erzeugten nach dem Bohren von etwa 364 Bohrungen zunahm.
  • Diese Substrate wurden auf einem Bandförderer gelegt und mit einer Geschwindigkeit von 0,25 cm/s bewegt. Die Plasma-Entladung wurde durchgeführt mit zwei Elektroden in einem gegenseitigen Abstand von 8 mm und einer Spitzenspannung von 9000 V (τon des Spannungswellenzuges bei 10 ms) für die 0,2 mm Bohrungen unter einem Umgebungsdruck von 101 kPa (760 Torr). Für die 0,15 mm Bohrungen wurden die gleichen Bedingungen bei der Plasma-Entladung benutzt. Die ECR-Plasma-Bearbeitung wurde unter folgenden Bedingungen ausgeführt:
  • Druck der Reaktivgase CuI, VOCl&sub3; und PH&sub3;: 133,3 Pa (1 Torr), Impulsstrom: 0,05 ms Impulslänge in Richtung parallel zur Fortpflanzungsrichtung einer Mikrowelle und 0,05 ms Impulslänge in einer Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung einer Mikrowelle
  • Flußdichte: 0,12 T,
  • gepulstes elektrisches Feld: τON von 0,05 ms, und Cu-Beschichtungsgeschwindigkeit: 0,96 µm/min.
  • Die erhaltene Oberfläche war sehr glatt.
  • Wie aus den genannten Ergebnissen zu ersehen ist, ist es mit dem eine Plasma-Entladungsbearbeitung und eine ECR-Plasma- Bearbeitung kombinierenden, bei vollständiger Trockenhaltung ablaufenden kontinuierlichen Bearbeitungsverfahren dieser Erfindung möglich geworden, Schneidspäne in kleinen gebohrten Löchern mit hoher Geschwindigkeit zu entfernen und die ECR- Plasma-Beschichtung mit hoher Wirksamkeit auszuführen, was beides bis jetzt nahezu unmöglich zu erreichen war.

Claims (6)

1. Kontinuierliches Trockenvorgangs-Beschichtungsverfahren, das einen Plasmaentladungsvorgang und ein Elektronenzyklotronresonanz-Plasma- (electron cyclotron resonance plasma = ECR-Plasma-)Beschichtungsverfahren einschließt,
welches kontinuierliche Trockenvorgangs-Beschichtungsverfahren zum Behandeln eines mit einer Vielzahl kleiner Bohrungen ausgebildeten Substrates dient und die Schritte umfaßt:
Zuführen des Substrates zu einer Plasma-Entladungskammer, Durchleiten des Substrates zwischen einem Paar Entladungselektronen in der Plasma-Entladungkammer und Unterwerfen des Substrates dem Plasmaentladungsvorgang bei einem Druck in dem Bereich von 1,33 kPa bis 266 kPa (10 bis 2 x 10³ Torr) durch Anlegen gesteuerter Spannungsimpulse mit Impulslängen τON in dem Bereich von 5 µs bis 20 s an die Entladungselektroden zur Oberflächenbehandlung der Flächen der kleinen Bohrungen in dem Substrat, wodurch während der Ausbildung der kleinen Bohrungen erzeugte Späne entfernt und die rauhen Innenwandflächen der Bohrungen geglättet und aktiviert werden,
Zuführen des Substrates aus der Plasma-Entladungskammer zu einer Beschichtungskammer, und
Unterwerfen des Substrates dem ECR-Plasmabeschichtungsvorgang zum Beschichten der Wandflächen der Bohrungen, welcher ECR-Plasmabeschichtungsvorgang in der Beschichtungskammer in einer auf einem Druck im Bereich von 1,33 mPa bis 133 Pa (1 x 10&supmin;&sup5; bis 1 x 100 Tor) gehaltenen Atmosphäre ausgeführt wird, die ein Beschichtungsguellengas enthält, und der ECR- Plasmabeschichtungsvorgang das Erzeugen eines anisotropen gepulsten Magnetfeldes von mindestens 0,08 T durch Zuführen von Stromimpulsen mit Impulslängen im Bereich von 0,01 bis 500 ms zu einem Elektromagneten zum Erzeugen von Magnetfeldem in Richtungen senkrecht und parallel zur Fortpflanzungsrichtung des ECR-Plasmamikrowellenfeldes umfaßt.
2. Kontinuierliches Trockenvorgang-Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1, das enthält das Zuführen des Substrates zu der Plasma-Entladungskammer über eine erste Reihe von Kammern, die auf aufeinanderfolgend stufenweise geänderten Druckwerten gehalten werden und Uberführen des Substrates von der Beschichtungskammer an die Umgebungsatmosphäre über eine zweite Reihe von Kammern, die bei aufeinanderfolgend erhöhten Druckwerten gehalten werden.
3. Kontinuierliches Trockenvorgang-Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem während des ECR-Plasmabeschichtungsvorganges ein gepulstes elektrisches Feld mit einer Impulslänge τON im Bereich von 0,1 µs bis 1 x 10&sup6; µs an ein elektrisches Feld in dem Plasmastrom angelegt wird.
4. Kontinuierliches Trockenvorgang-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Plasma-Entladungsvorgang ausgeführt wird in einer Atmosphäre von jeweils einem der Bestandteile Luft, einem nichtoxidierenden Gas, einem reaktiven Gas und Wasserdampf.
5. Kontinuierliches Trockenvorgang-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Beschichtungsquellengas ein nichtoxidierendes Gas oder ein reaktives Gas ist.
6. Kontinuierliche Trockenvorgang-Beschichtungsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche Vorrichtung enthält ein Plasma-Entladungsgerät zur Oberflächenbehandlung der Oberflächen kleiner in einem Substrat ausgebildeter Bohrungen, wodurch während der Ausbildung der Bohrungen erzeugte Späne entfernt und rauhe Innenwandflächen der Bohrungen geglättet und aktiviert werden, und ein Elektronen-Zyklotronresonanz-(ECR-)Plasma- Beschichtungsgerät zum Beschichten der Oberfläche der Bohrungen nach der Behandlung durch das Plasma-Entladungsgerät, welches ECR-Plasma-Beschichtungsgerät enthält einen Elektromagneten und Stromimpuls-Zuführmittel zum Zuführen von Stromimpulsen zu dem Elektromagneten zum Erzeugen von Magnetfeldern in Richtungen senkrecht und parallel zu der Fortpflanzungsrichtung des ECR-Plasmamikrowellenfeldes, um dadurch ein anisotropes gepulstes Magnetfeld zu erzeugen.
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