JP2002001253A

JP2002001253A - プラズマ洗浄装置及びプラズマ洗浄方法並びに半田付けシステム及び半田付け方法

Info

Publication number: JP2002001253A
Application number: JP2000193414A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Yasuda; 正治安田; Koji Sawada; 康志澤田; Makoto Soma; 誠相馬
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ洗浄時の半導体素子に加わるチャー
ジアップダメージを低減することができ、しかも、表面
に金属部分が露出している被処理物に対してアーク放電
が発生することがなく、被処理物にアーク放電による損
傷を与えないようにすることができるプラズマ洗浄装置
を提供することを目的とするものである。【解決手段】絶縁材料で形成される反応容器７と、反
応容器７内に交流又はパルス状の電圧を印加するための
電極９、１０とを具備して構成される。反応容器７内に
プラズマ生成用ガス８を供給すると共に反応容器７内に
交流又はパルス状の電圧を印加することにより大気圧近
傍の圧力下で反応容器７内に放電を生じさせてプラズマ
１３を生成する。反応容器７に設けた吹き出し口１２か
ら被処理物１５に向かって上記プラズマ１３をジェット
状に吹き出すプラズマ洗浄装置Ａに関する。プラズマ生
成用ガス８としてアルゴンと水素の混合ガスを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品などの被
処理物の表面に析出している金属酸化物を還元すること
によって、ボンディング性や半田の濡れ性を改善して接
着強度を向上させたり、封止樹脂との密着性や濡れ性の
改善、製膜などのプラズマによる洗浄に利用されるプラ
ズマ洗浄装置及びこれを用いたプラズマ洗浄方法、並び
に上記のプラズマ洗浄装置と、プラズマ処理された被処
理物と接合部品とを半田付けするための半田付け装置と
を備えた半田付けシステム及びこれを用いた半田付け方
法に関するものであり、特に、精密な接合が要求される
電子部品において、その信頼性を向上させるために、電
子部品の表面のクリーニングに好適に応用されるもので
あって、半導体素子へのダメージを低減したり被処理物
へのアーク放電を防止することを狙いとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大気圧下でプラズマ処理を行
うことが試みられている。例えば、特開平２−１５１７
１号公報や特開平３−２４１７３９号公報や特開平１−
３０６５６９号公報には、反応容器内の放電空間に一対
の電極を配置すると共に電極の間に誘電体を設け、放電
空間をＨｅ（ヘリウム）やＡｒ（アルゴン）などの希ガ
スを主成分とするプラズマ生成用ガスで充満し、反応容
器に被処理物を入れると共に電極の間に交流電界を印加
するようにしたプラズマ処理方法が開示されており、誘
電体が配置された電極の間に交流電界を印加することに
より安定的にグロー状の放電を発生させ、このグロー状
の放電によりプラズマ生成用ガスを励起して反応容器内
にプラズマを生成し、このプラズマにより被処理物の処
理を行うようにしたものである。

【０００３】また、特開平４−３５８０７６号公報や特
開平４−２１２２５３号公報や特開平４−２１９０８２
号公報にも、大気圧下でグロー状の放電により生成した
プラズマを被処理物にジェット状に吹き出してプラズマ
処理を行うことが提案されている。さらに、特開平９−
１６７７５７号公報にはプラズマ生成用ガスとして、Ｈ
ｅやＡｒやＫｒやＸｅの中から選ばれる不活性ガスを含
有（添加）したもの、あるいはＯ₂、ＣＦ₄、Ｎ₂、Ｃ
Ｏ₂、ＳＦ₆、ＣＨＦ₃の中から選ばれた反応性ガス、少
なくともＯ、Ｈ、Ｆ、Ｃｌを含むガスを使用してプラズ
マ処理することが記載されている。

【０００４】また、特開平５−１６０１７０号公報にお
いては、減圧下にした処理室内に水素を充満させて水素
プラズマ（水素ラジカルを含むプラズマ）を発生させ、
この水素プラズマをリードフレームに吹き付けて還元処
理する方法が記載されている。また、特開平８−３７２
００号公報においては、プラズマ生成用ガスとして、Ｈ
ｅと窒素や空気から選ばれるガスを使用し、水分や水素
ガスの存在下でプラズマを発生させ、このプラズマをリ
ードフレーム上に導入してリードフレームの表面の金属
酸化物を改質（還元）する方法が記載されている。さら
に、特開平８−７８５２９号公報には、水素または有機
物を含むガス中に気体放電を生じさせたり、さらにガス
に水蒸気を加えて金属酸化物を還元処理する方法が記載
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のプラズ
マ処理方法及び装置においては、半導体素子の表面改質
に着目したプラズマ処理装置であって、特に、電子回路
基板などの被処理物上に半導体素子を搭載した状態でプ
ラズマ処理をした場合のチャージアップ現象については
なんら検討されていない。プラズマを半導体素子に照射
すればチャージアップが発生して、半導体素子の特性不
良を引き起こすことは半導体（製造）プロセスでも問題
となっている。また、上記のプラズマ処理方法及び装置
においては、表面に金属部分が露出している被処理物
（リードフレームなど）に対してアーク放電が発生し、
被処理物に損傷を与える恐れがあった。

【０００６】以下、チャージアップについて、図８を参
考に説明する。図８は半導体素子１４の断面図であっ
て、シリコン単結晶基板１上に形成されたゲート電極２
の概略図である。チャージアップは、プラズマ中の荷電
粒子３が半導体素子１４のゲート電極２と電気的に接続
された配線６に注入され、配線６とゲート電極２を介し
てゲート酸化膜５に蓄積されることで起こる現象であ
る。配線６上には半導体素子１４の表面を保護するため
にパッシベーション膜４が形成されているが、配線６の
ワイヤボンドを行う部分であるボンディング部２０に対
応する位置にはパッシベーション膜４が形成されておら
ず、クリーニング時（プラズマ処理時）にはこのボンデ
ィング部２０が直接プラズマに曝されることになって、
ボンディング部２０がプラズマ中の荷電粒子３を拾うア
ンテナの役割を果たすのである。

【０００７】そして、上記のチャージアップ現象が過度
に進むと、やがてゲート酸化膜５の物理特性に影響を及
ぼす。具体的には、ゲート酸化膜５の物理特性が変化し
た結果、ＭＯＳＦＥＴ（電解効果トランジスタ）の場合
にはｇｍ（コンダクタンス）やＶｔｈ（スレッシュホル
ド電圧）などが変動する。これがチャージアップダメー
ジと呼ばれる現象である。

【０００８】チャージアップダメージの評価方法として
は、ＭＮＯＳ（メタル−シリコンナイトライド−シリコ
ン酸化膜−シリコン）素子を用いて、プラズマ処理前後
でのＶＦＢ（フラットバンド電圧）のシフト量を測定す
る方法や、酸化膜に定電流を流し込みメタル−シリコン
間がブレークダウンするまでの時間を計測する方法（Ｑ
ｂｄ評価法）などがあり、これらの方法によりダメージ
の発生の有無や大きさをプラズマ照射前後での酸化膜寿
命の変化量で知ることができるのである。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、プラズマ生成用ガスの組成によって、プラズマ洗
浄時の半導体素子に加わるチャージアップダメージを低
減することができ、しかも、表面に金属部分が露出して
いる被処理物に対してアーク放電が発生することがな
く、被処理物にアーク放電による損傷を与えないように
することができるプラズマ洗浄装置及びこれを用いたプ
ラズマ洗浄方法を提供することにある。

【００１０】さらに、本発明はプラズマ洗浄された被処
理物と接合部品との接合性を高めることができる半田付
けシステム及びこれを用いた半田付け方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
プラズマ洗浄装置Ａは、絶縁材料で形成される反応容器
７と、反応容器７内に交流又はパルス状の電圧を印加す
るための電極９、１０とを具備して構成され、反応容器
７内にプラズマ生成用ガス８を供給すると共に反応容器
７内に交流又はパルス状の電圧を印加することにより大
気圧近傍の圧力下で反応容器７内に放電を生じさせてプ
ラズマ１３を生成し、反応容器７に設けた吹き出し口１
２から被処理物１５に向かって上記プラズマ１３をジェ
ット状に吹き出すプラズマ洗浄装置Ａにおいて、プラズ
マ生成用ガス８としてアルゴンと水素の混合ガスを用い
て成ることを特徴とするものである。

【００１２】また本発明の請求項２に係るプラズマ洗浄
装置Ａは、請求項１の構成に加えて、プラズマ生成用ガ
ス８にヘリウムを含有させて成ることを特徴とするもの
である。

【００１３】また本発明の請求項３に係るプラズマ洗浄
装置Ａは、請求項２の構成に加えて、反応容器７に供給
されるプラズマ生成用ガス８中の希ガスの総流量に対し
てヘリウムの流量が１０〜３０ｖｏｌ％、反応容器７に
供給されるプラズマ生成用ガス８の総流量に対して水素
の流量が０．３〜３ｖｏｌ％であることを特徴とするも
のである。

【００１４】また本発明の請求項４に係るプラズマ洗浄
装置Ａは、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、
複数個の電極９、１０を反応容器７に設けると共に反応
容器７の外面の全周に亘って電極９、１０が接するよう
に電極９、１０をリング状に形成して成ることを特徴と
するものである。

【００１５】本発明の請求項５に係るプラズマ洗浄方法
は、請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ洗浄装
置Ａを用いて被処理物１５の表面の金属酸化物を還元す
ることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の請求項６に係る半田付けシステム
は、請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ洗浄装
置Ａと、このプラズマ洗浄装置Ａでプラズマ処理された
被処理物１５に接合部品２９を半田付けするための半田
付け装置Ｂとを具備して成ることを特徴とするものであ
る。

【００１７】また本発明の請求項７に係る半田付けシス
テムは、請求項６の構成に加えて、プラズマ洗浄装置Ａ
と半田付け装置Ｂとを非酸化性雰囲気中に維持するため
のカバー２３を備えて成ることを特徴とするものであ
る。

【００１８】また本発明の請求項８に係る半田付け方法
は、請求項６又は７に記載の半田付けシステムを用い
て、プラズマ洗浄装置Ａで被処理物１５にプラズマ処理
を行った後、半田付け装置Ｂでプラズマ処理された被処
理物１５に接合部品２９を半田付けすることを特徴とす
るものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２０】図１に本発明のプラズマ洗浄装置Ａの一例
を示す。このプラズマ洗浄装置は、反応容器７の外周の
全周に亘って、対をなす（一対の）電極９、１０を接触
させて設けると共に電極９、１０を上下に対向させて配
置することによって形成されており、電極９、１０の間
に対応する位置において反応容器７内には放電空間２１
が形成されている。また、電極９、１０はインピーダン
ス整合回路（図示省略）を介して放電空間２１に交流
（高周波）またはパルス状の電圧を発生する電源１１と
電気的に接続されており、上側に配置される一方の電極
９は高圧電極として、下側に配置される他方の電極１０
は低圧電極（接地電極）としてそれぞれ形成されてい
る。尚、電極９、１０はそれぞれ一個ずつ以上あれば何
個あっても良い。

【００２１】反応容器７は高融点の絶縁材料（誘電体材
料）で略円筒状あるいは略角筒状に形成されるものであ
る。反応容器７を構成する絶縁材料の誘電率は放電空間
２１におけるプラズマの低温化の重要な要素であって、
具体的には絶縁材料として、石英、アルミナ、イットリ
ア部分安定化ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミ
ック材料などを例示することができる。また、反応容器
７の上面はガス導入口５１として略全面に亘って開放さ
れていると共に反応容器７の下面は吹き出し口１２とし
て略全面に亘って開放されている。この吹き出し口１２
は反応容器７内の放電空間２１と連通している。

【００２２】電極９、１０は、例えば、銅、アルミニウ
ム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４な
ど）などの導電性の金属材料で形成することができる。
また、電極９、１０はリング状（環状）に形成されてい
るが、その形状（特に内周形状）は反応容器７の形状
（特に外周形状）に対応して形成されている。すなわ
ち、反応容器７が円筒状に形成されている場合は電極
９、１０は円環状に形成され、反応容器７が角筒状に形
成されている場合は電極９、１０は角環状に形成される
ものである。そして、電極９、１０の内側に反応容器７
を挿着することによって、反応容器７の外周に電極９、
１０を取り付けることができる。この時、電極９、１０
の内周面は反応容器７の外周面に全周に亘って接触させ
て配置していると共に電極９、１０は吹き出し口１２に
対して上下に対向させて配置されている。また、電極
９、１０の間隔はプラズマを安定に生成するために３〜
２０ｍｍに設定するのが好ましい。

【００２３】電源１１としては、交流（高周波）または
パルス状の電圧でプラズマを放電空間２１で連続的に生
成するのに必要な電圧（例えば、０．５〜５ｋＶ）を発
生し、電極９、１０を介してこの電圧を放電空間２１に
印加することができるものを用いる。本発明において、
放電空間２１に印加される交流電界の周波数は１ｋＨｚ
〜２００ＭＨｚに設定するのが好ましい。交流の周波数
が１ｋＨｚ未満であれば、放電空間２１での放電を安定
化させることができなくなり、プラズマ処理を効率よく
行うことができなくなる恐れがある。また、交流の周波
数が２００ＭＨｚを超えると、放電空間２１でのプラズ
マの温度上昇が著しくなり、反応容器７や電極９や電極
１０の寿命が短くなる恐れがあり、しかも、被処理物が
熱的損傷を受けたり、プラズマ洗浄装置が複雑化及び大
型化する恐れがある。また本発明において、放電空間２
１に印加される印加電力の密度は２０〜３５００Ｗ／ｃ
ｍ ³に設定するのが好ましい。放電空間２１に印加され
る印加電力の密度が２０Ｗ／ｃｍ³未満であれば、プラ
ズマを充分に発生させることができなくなり、逆に、放
電空間２１に印加される印加電力の密度が３５００Ｗ／
ｃｍ³を超えると、安定した放電を得ることができなく
なる恐れがある。尚、印加電力の密度（Ｗ／ｃｍ³）
は、（印加電力／放電空間体積）で定義される。また、
電極９、１０はそれぞれ一個ずつ以上あれば何個あって
も良い。

【００２４】本発明ではプラズマ生成用ガス（図１に矢
印で示す）８としてアルゴン（Ａｒ）と水素ガス
（Ｈ₂）の混合気体を用いる。このようにプラズマ生成
用ガス８に含有させる希ガスとしてアルゴンのみを用い
るので、ヘリウムよりも電離しやすいアルゴンのみを用
いることによって、希ガスとしてヘリウムのみを用いる
場合よりも放電しやすくなって放電性を高めることがで
き、プラズマを効率よく生成することができてプラズマ
洗浄の効率を高めることができるものである。また、プ
ラズマ生成用ガス８に水素ガスを含有させると、プラズ
マ１３中の電子を水素ガスが吸着して自ら負イオンとな
り、プラズマ１３中の電子密度を下げる作用をするもの
である。一般的に、電子の方がイオンに比べると移動度
が大きくまた寿命もイオンより長いので、ジェット状の
プラズマ（プラズマジェット）の吹き出してプラズマ処
理を行う場合においては、チャージアップダメージは電
子によって主に引き起こされることが確認されている。
よって、水素ガスをプラズマ生成用ガスに加えることに
よって、電子を被処理物１５に到達するまでに吸着して
消滅させることができ、電子によるチャージアップを少
なくすることができる。また、水素の負イオンは被処理
物１５に到達するまでに消滅するので水素の負イオンは
チャージアップに影響を及ぼさず、水素の負イオンによ
るチャージアップを少なくすることができる。このよう
に、チャージアップの原因である被処理物１５の表面に
到達する電子を減らすことができるので、被処理物１５
として半導体素子１４が搭載された基板５０をプラズマ
処理した場合でも、チャージアップダメージの発生を抑
えて、半導体素子１４の特性不良を低減できる。

【００２５】また、プラズマ生成用ガス８にはヘリウム
（Ｈｅ）を含有させることもできる。このようにプラズ
マ生成用ガス８にヘリウムを含有させることによって、
クリーニング性能を向上させることができると共に、チ
ャージアップダメージの発生をより抑えて半導体素子１
４の特性不良を低減できるものである。すなわち、ヘリ
ウムをプラズマ生成用ガス８に加えることにより、放電
開始電圧を低下させることができ、プラズマ１３の生成
効率が高まって洗浄（クリーニング）性能を向上させる
ことができるものである。また、その一方でアルゴンは
原子量がヘリウムよりも重く、本発明のようにダウンフ
ロー方式（吹き出し口１２よりも下側に配置される被処
理物１５にプラズマ１３を吹き付けること）の場合に
は、原子量が重いアルゴンの方が原子量が軽いヘリウム
よりも被処理物１５に達する時間が短く、それだけ、ア
ルゴンイオンはヘリウムイオンよりも死滅せず、被処理
物１５上に搭載された半導体素子１４の表面に達しやす
くなり、よって、ヘリウムガスをプラズマ生成用ガス８
に加えることで、放電により生じるアルゴンイオンの数
を減らして半導体素子１４（被処理物１５）に達するイ
オンの数を減少させることができ、チャージアップダメ
ージを低減することができるものである。

【００２６】水素ガスは反応容器７に供給されるプラズ
マ生成用ガス８の総流量に対して０．３〜３ｖｏｌ％の
流量に設定するのが好ましく、これにより、反応容器７
内でプラズマ１３が効率的に生成されて還元性能が大き
くすることができ、また、被処理物１５として半導体素
子１４が搭載された基板５０をプラズマ洗浄した場合で
も、チャージアップダメージの発生を確実に抑えて半導
体素子１４の特性不良をさらに低減することができるも
のである。また同時に被処理物１５に対するアーク放電
も確実に防止することができるものである。水素ガスの
流量が０．３ｖｏｌ％未満では、アーク放電が発生する
恐れがある。これは水素の濃度が低いと、水素による電
子の吸着効果が薄くなり、プラズマ１３中の荷電粒子密
度が高くなるためである。また、水素ラジカルの生成が
少なくなるために水素（ラジカル）による洗浄性能も低
くなる恐れがある。一方、水素ガスの流量が３ｖｏｌ％
を超えると、反応容器７内におけるプラズマ生成用ガス
８の流速（ガス速度）が速くなって放電空間２１内に滞
在する時間が短くなり、よって、プラズマ生成用ガス８
に効率よく高周波電界のエネルギーが伝わらないため
に、水素ラジカルの生成が少なくなって上記と同様に洗
浄性が低下する恐れがある。しかも、水素の爆発限界量
の４％に近くなるために、装置の安全性が低下する恐れ
がある。

【００２７】また、プラズマ生成用ガス８の希ガスとし
てアルゴンとヘリウムの混合ガスをを用いる場合は、反
応容器に供給されるアルゴンとヘリウムの総流量に対し
てヘリウムの流量が１０〜３０ｖｏｌ％にするのが好ま
しい。ヘリウムの流量が１０ｖｏｌ％未満であれば、チ
ャージアップダメージの発生やアーク放電の発生を抑え
る効果が低くなる恐れがあり、ヘリウムの流量が３０ｖ
ｏｌ％を超えると、相対的にアルゴンの流量が低くなっ
てプラズマを効率よく生成することができなくなってプ
ラズマ洗浄の効率が低くなる恐れがある。

【００２８】そして、上記のようなプラズマ洗浄装置を
用いてプラズマ洗浄（金属酸化物を還元する処理）を行
うにあたっては、次のようにして行う。まず、ガス導入
口５１から反応容器７内にプラズマ生成用ガス８を導入
すると共にプラズマ生成用ガス８を反応容器７内で上か
ら下に向かって流して放電空間２１に導入する。次に、
インピーダンス整合回路（図示省略）を介して電極９、
１０に電源１１から交流又はパルス状の電圧を印加する
と共に電極９、１０から反応容器７内の放電空間２１に
交流又はパルス状の電圧を印加する。このようにして放
電空間２１に印加された交流又はパルス状の電圧により
大気圧近傍の圧力下（９３．３〜１０６．７ｋＰａ（７
００〜８００Ｔｏｒｒ））で放電空間２１にグロー状の
放電が発生し、グロー状の放電でプラズマ生成用ガス８
をプラズマ化してプラズマ活性種を含むプラズマ１３が
連続的に生成される。そして、このようにして生成され
たプラズマ１３を吹き出し口１２から下方に向かってジ
ェット状に連続的に流出させて吹き出し口１２の下側に
配置された被処理物１５の表面にプラズマを吹き付ける
ようにする。このようにしてジェット状のプラズマ１３
を被処理物１５に供給することによって、プラズマ中で
生成された水素原子の励起種（ラジカル）を被処理物１
５上の金属酸化物と還元反応させて金属に変化させるこ
とでプラズマ洗浄することができるものである。例え
ば、被処理物１５が無電解金メッキ基板やフラッシュ金
メッキ基板である場合は、基板の表面に析出したニッケ
ル酸化物を還元して洗浄することができるものである。

【００２９】図２に本発明の半田付けシステムを示す。
この半田付けシステムは、表面に接合部品２９が接合さ
れる金属製のパッド部などの接合部を設けた基板を被処
理物１５とし、この被処理物１５の接合部に上記のプラ
ズマ洗浄処理を行った後、リードフレームなどの金属製
の接合部品２９を半田付け（半田リフロー）するもので
ある。そして、半田付けシステムはプラズマ洗浄装置Ａ
と半田付け装置Ｂとカバー２３と搬送手段２７などを具
備して形成されている。半田付け装置Ｂは図３（ａ）に
示すように、複数個の固形の半田３２を載置した半田台
６０と、複数個の接合部品２９を載置した部品台６１
と、半田３２及び接合部品２９を搬送する搬送具６２
と、搬送手段２７の上側に配設される冷却部６３などを
備えて形成されている。搬送具６２はその先端に半田３
２や接合部品２９を吸着して保持することができる真空
ピンセットのようなものである。また、搬送具６２は半
田台６０や部品台６１と搬送手段２７との間を移動自在
に形成されている。また、冷却部６３は例えば冷風を吹
き付けて溶融状態の半田を固化させるものである。尚、
半田付け装置Ｂはその全部をカバー２３内に収めてもよ
いが、その一部（少なくとも冷却部６３）はカバー２３
内に収めるようにする。

【００３０】カバー２３はプラズマ洗浄装置Ａと半田付
け装置Ｂとを非酸化性雰囲気中に維持するものであり、
カバー２３内にプラズマ洗浄装置Ａと半田付け装置Ｂが
収納されている。また、カバー２３には導入管６４と導
出管６５とが設けられており、導入管６４から導入され
る非酸化性ガスをカバー２３内に充満させるものであ
る。また、導入管６４からカバー２３内に窒素などの非
酸化性ガスを導入すると共に導出管６５からカバー２３
外に非酸化性ガスを導出するようにして非酸化性ガスを
循環させることができるものである。搬送装置２７は、
プラズマ洗浄装置Ａから半田付け装置Ｂの方に向かって
進行するベルトで形成されるものであって、プラズマ洗
浄装置Ａの下側と半田付け装置Ｂの冷却部６３の下側を
通ってカバー２３内を通過するように進行するものであ
る。

【００３１】上記のような半田付けシステムを用いて半
田付けを行うにあたっては次のようにして行う。まず、
搬送装置２７の上に被処理物１５を載せて搬送装置２７
の進行によりカバー２３内に被処理物１５を導入し、被
処理物１５をプラズマ洗浄装置Ａの吹き出し口１２の下
側に位置させる。ここで、被処理物１５の表面にジェッ
ト状のプラズマが吹き付けられて被処理物１５の接合部
が洗浄される。この後、搬送装置２７の進行により被処
理物１５が半田付け装置Ｂにまで搬送される。次に、図
３（ｂ）に示すように、搬送具６２の先端に半田３２を
吸着して保持し、この半田３２を搬送具６２の移動によ
り洗浄された被処理物１５の接合部の上に載せる。接合
部に載せられた半田３２は上記の洗浄の際にプラズマが
吹き付けられたことにより加熱された接合部の熱で溶融
することになる。この後、搬送具６２の先端に接合部品
２９を吸着して保持し、この接合部品２９を接合部の上
の溶融状態の半田３２の上に載せる。次に、搬送装置２
７の進行により被処理物１５を冷却部６３に導入し、こ
こで溶融状態の半田３２を冷却して速やかに固化させる
ことにより、被処理物１５の接合部に接合部品２９を接
合する。この後、搬送装置２７の進行により被処理物１
５をカバー２３外に導出して次工程に搬送する。

【００３２】この半田付けシステムでは、プラズマ洗浄
装置Ａで被処理物１５の接合部を洗浄した後、接合部品
２９を接合部に半田付けにより接合するので、接合部の
表面に析出している金属酸化物を金属に還元して除去し
た後半田付けすることができ、接合部の半田の濡れ性が
高くなって被処理物と接合部品との接合性を向上させる
ことができるものであり、例えば、従来よりも少ない半
田３２の量で被処理物１５の接合部と接合部品２９の接
合強度を従来のものよりも高くすることができるもので
ある。

【００３３】また、洗浄の際にプラズマが吹き付けられ
ることにより加熱される接合部の熱を利用して半田３２
を溶融させるので、半田３２を溶融させる熱源を別途設
ける必要がなく、装置の簡素化及び省エネルギー化を図
ることができるものである。尚、洗浄の際のプラズマに
よる加熱では熱量が不足する場合は別途熱源を設けても
良いが、この場合であっても省エネルギー化を図ること
ができる。

【００３４】また、洗浄直後に半田付けを行い、しか
も、被処理物１５の洗浄、搬送、半田付けが非酸化性雰
囲気中で行われるので、洗浄により還元された接合部が
空気に触れることが無くて再び酸化されないようにする
ことができ、被処理物と接合部品との接合性を低下させ
ないようにすることができるものである。

【００３５】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００３６】（実施例１）図１に示す構造のプラズマ洗
浄装置Ａを形成した。反応容器７としては石英ガラス製
の円筒を用いた。また、上側の電極９と下側の電極１０
は銅製のものを用い、電極９が高圧電極に、電極１０が
接地電極となるように電源１１と電気的に接続した。プ
ラズマ生成用ガス８はヘリウムを０．２９リットル／
分、アルゴンを１．４６リットル／分、水素ガスを０．
０１７リットル／分の割合で混合したものを流して反応
容器７に供給した。そして、大気圧下で電極９、１０を
介して放電空間２１に高周波電圧を印加することによっ
て、印加電力１００Ｗで１３．５６ＭＨｚの高周波電界
でプラズマを発生させ、これを吹き出し口１２からジェ
ット状に吹き出すように形成した。

【００３７】（比較例）水素ガスを用いなかった以外
は、実施例１と同様にしてプラズマ洗浄装置Ａを形成し
た。

【００３８】上記の実施例１と比較例についてチャージ
アップ電荷を測定した。チャージアップ電荷は図４に示
すようにして測定した。すなわち、ガラス基材エポキシ
樹脂基板である基板５０の表面にアルミニウム箔テープ
７１を配設し、アルミニウム箔テープ７１から導線７２
を導出すると共に導線７２をコンデンサ７３の一端に接
続し、コンデンサ７３の他端をアースに接続し、コンデ
ンサ７３に対して並列にデジタルマルチメータなどの電
荷測定器７４を接続したものを用い、アルミニウム箔テ
ープ７１の表面にプラズマ１３を吹き付けることによ
り、プラズマ中の電荷がコンデンサ７３に蓄積されるよ
うに形成し、コンデンサ７３の両端の電圧を電荷測定器
７４により測定することにより、チャージアップ電荷の
発生量を考察した。結果を図５にグラフで示す。

【００３９】図５から明らかなように、実施例１の方が
比較例よりも経時的な電位（電圧）の低下が緩やかであ
り、水素ガスを用いた実施例１の方が水素ガスを用いな
かった比較例よりもプラズマ１３中の電荷粒子（電子）
の含有量が少ないことが判る。（実施例２）実施例１のプラズマ洗浄装置Ａを用いて被
処理物１５のプラズマ洗浄を行った。被処理物１５はガ
ラス基材エポキシ樹脂基板である基板５０に半導体素子
１４としてＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜５を形成したも
のを用いた。また、プラズマ１３は被処理物１５に５秒
間吹き付けた。

【００４０】そして、プラズマ洗浄前（未処理）と洗浄
後でのチャージアップダメージをＱｂｄ評価による寿命
の差により評価した。評価結果を図６にグラフで示す。
図６から明らかなように、未処理と洗浄後でのゲート酸
化膜の寿命に変化はほとんどなく、本発明のプラズマ洗
浄装置による洗浄ではチャージアップダメージが緩和さ
れていることが判る。（実施例３）プラズマ生成用ガスとしてアルゴンを１．
４６リットル／分、水素ガスを０．０１４リットル／分
の割合で混合したものを流して反応容器７に供給した以
外は、実施例２と同様にして、プラズマ洗浄前（未処
理）と洗浄後でのチャージアップダメージをＱｂｄ評価
による寿命の差により評価した。評価結果を図７にグラ
フで示す。図７から明らかなように、未処理と洗浄後で
のゲート酸化膜の寿命に変化はほとんどなく、本発明の
プラズマ洗浄装置による洗浄ではチャージアップダメー
ジが緩和されていることが判る。

【００４１】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１の発明
は、絶縁材料で形成される反応容器と、反応容器内に交
流又はパルス状の電圧を印加するための電極とを具備し
て構成され、反応容器内にプラズマ生成用ガスを供給す
ると共に反応容器内に交流又はパルス状の電圧を印加す
ることにより大気圧近傍の圧力下で反応容器内に放電を
生じさせてプラズマを生成し、反応容器に設けた吹き出
し口から被処理物に向かって上記プラズマをジェット状
に吹き出すプラズマ洗浄装置において、プラズマ生成用
ガスとしてアルゴンと水素の混合ガスを用いるので、プ
ラズマ中の電子を水素ガスが吸着して自ら負イオンとな
り、プラズマ中の電子密度を下げることができ、プラズ
マ洗浄時の半導体素子に加わるチャージアップダメージ
を低減することができ、しかも、表面に金属部分が露出
している被処理物に対してアーク放電が発生することが
なく、被処理物にアーク放電による損傷を与えないよう
にすることができるものである。

【００４２】また本発明の請求項２の発明は、プラズマ
生成用ガスにヘリウムを含有させるので、ヘリウムをプ
ラズマ生成用ガスに加えることにより、放電開始電圧を
低下させることができ、プラズマの生成効率が高まって
洗浄（クリーニング）性能を向上させることができるも
のであり、しかも、放電により生じるアルゴンイオンの
数を減らして被処理物に達するイオンの数を減少させる
ことができ、よりチャージアップダメージの発生を抑え
て半導体素子の特性不良を低減できるものである。

【００４３】また本発明の請求項３の発明は、反応容器
に供給されるプラズマ生成用ガス中の希ガスの総流量に
対してヘリウムの流量が１０〜３０ｖｏｌ％、反応容器
に供給されるプラズマ生成用ガスの総流量に対して水素
の流量が０．３〜３ｖｏｌ％であるので、安全性を損な
うことなくプラズマ中に水素ラジカルを多く生成するこ
とができ、被処理物の表面の金属酸化物を効率よく還元
することができるものであり、よりチャージアップダメ
ージの発生を抑えて半導体素子の特性不良を低減でき、
また同時に被処理物に対してアーク放電の発生も防止す
ることができるものである。

【００４４】また本発明の請求項４の発明は、複数個の
電極を反応容器に設けると共に反応容器の外面の全周に
亘って電極が接するように電極をリング状に形成するの
で、反応容器の全周に亘って電極を配置することがで
き、電極と反応容器との接触面積を大きくして接触性を
向上させることができ、プラズマの生成が容易になるも
のである。

【００４５】また本発明の請求項５の発明は、請求項１
乃至４のいずれかに記載のプラズマ洗浄装置を用いて被
処理物の表面の金属酸化物を還元するので、プラズマ中
の電子を水素ガスが吸着して自ら負イオンとなり、プラ
ズマ中の電子密度を下げることができ、プラズマ洗浄時
の半導体素子に加わるチャージアップダメージを低減す
ることができ、しかも、表面に金属部分が露出している
被処理物に対してアーク放電が発生することがなく、被
処理物にアーク放電による損傷を与えないようにするこ
とができるものである。

【００４６】また本発明の請求項６の発明は、請求項１
乃至４のいずれかに記載のプラズマ洗浄装置と、このプ
ラズマ洗浄装置でプラズマ処理された被処理物に接合部
品を半田付けするための半田付け装置とを具備するの
で、プラズマ洗浄装置で被処理物を洗浄した後、接合部
品を半田付けにより接合することによって、被処理物の
表面に析出している金属酸化物を金属に還元して除去し
た後半田付けすることができ、被処理物の半田の濡れ性
が高くなって被処理物と接合部品との接合性を向上させ
ることができるものである。しかも、洗浄の際に吹き付
けられるプラズマの熱を利用して半田を溶融させること
ができ、半田を溶融させる際の熱源が不要となって装置
を簡素化することができると共に省エネルギー化を図る
ことができるものである。

【００４７】また本発明の請求項７の発明は、プラズマ
洗浄装置と半田付け装置とを非酸化性雰囲気中に維持す
るためのカバーを備えるので、カバー内に非酸化性ガス
を充満させることによって、被処理物の洗浄、搬送、半
田付けを非酸化性雰囲気中で行うことができ、洗浄によ
り還元された被処理物が空気に触れることが無くて再び
酸化されないようにすることができて被処理物と接合部
品との接合性を低下させないようにすることができるも
のである。

【００４８】また本発明の請求項８の発明は、請求項６
又は７に記載の半田付けシステムを用いて、プラズマ洗
浄装置で被処理物にプラズマ処理を行った後、半田付け
装置でプラズマ処理された被処理物に接合部品を半田付
けするので、被処理物の表面に析出している金属酸化物
を金属に還元して除去した後半田付けすることができ、
被処理物の半田の濡れ性が高くなって被処理物と接合部
品との接合性を向上させることができるものである。し
かも、洗浄の際に吹き付けられるプラズマの熱を利用し
て半田を溶融させることができ、半田を溶融させる際の
熱源が不要となって装置を簡素化することができると共
に省エネルギー化を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のプラズマ洗浄装置の一例
を示す正面の概略図である。

【図２】同上の実施の形態の半田付けシステムの一例を
示す概略図である。

【図３】同上の半田付け装置を示し、（ａ）は平面の概
略図、（ｂ）は側面の概略図である。

【図４】同上のチャージアップ電荷の測定方法を示す概
略図である。

【図５】同上の実施例１と比較例におけるチャージアッ
プ電荷の測定結果を示すグラフである。

【図６】同上の実施例２における未処理と洗浄後のＱｂ
ｄ寿命を示すグラフである。

【図７】同上の実施例３における未処理と洗浄後のＱｂ
ｄ寿命を示すグラフである。

【図８】チャージアップの説明図である。

【符号の説明】

７反応容器８プラズマ生成用ガス９電極１０電極１２吹き出し口１３プラズマ１５被処理物２３カバー２９接合部品Ａプラズマ洗浄装置Ｂ半田付け装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/28 Ｈ０１Ｌ 23/28 ＡＨ０５Ｈ 1/24 Ｈ０５Ｈ 1/24 1/26 1/26 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７Ｄ (72)発明者相馬誠大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3B116 AA46 AB01 BC01 CC05 4M109 AA01 BA01 FA10 5E319 CC33 CD01 GG03 5F061 AA01 BA01 DD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁材料で形成される反応容器と、反応
容器内に交流又はパルス状の電圧を印加するための電極
とを具備して構成され、反応容器内にプラズマ生成用ガ
スを供給すると共に反応容器内に交流又はパルス状の電
圧を印加することにより大気圧近傍の圧力下で反応容器
内に放電を生じさせてプラズマを生成し、反応容器に設
けた吹き出し口から被処理物に向かって上記プラズマを
ジェット状に吹き出すプラズマ洗浄装置において、プラ
ズマ生成用ガスとしてアルゴンと水素の混合ガスを用い
て成ることを特徴とするプラズマ洗浄装置。
【請求項２】プラズマ生成用ガスにヘリウムを含有さ
せて成ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ洗
浄装置。
【請求項３】反応容器に供給されるプラズマ生成用ガ
ス中の希ガスの総流量に対してヘリウムの流量が１０〜
３０ｖｏｌ％、反応容器に供給されるプラズマ生成用ガ
スの総流量に対して水素の流量が０．３〜３ｖｏｌ％で
あることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ洗浄装
置。
【請求項４】複数個の電極を反応容器に設けると共に
反応容器の外面の全周に亘って電極が接するように電極
をリング状に形成して成ることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載のプラズマ洗浄装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のプラ
ズマ洗浄装置を用いて被処理物の表面の金属酸化物を還
元することを特徴とするプラズマ洗浄方法。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれかに記載のプラ
ズマ洗浄装置と、このプラズマ洗浄装置でプラズマ処理
された被処理物に接合部品を半田付けするための半田付
け装置とを具備して成ることを特徴とする半田付けシス
テム。
【請求項７】プラズマ洗浄装置と半田付け装置とを非
酸化性雰囲気中に維持するためのカバーを備えて成るこ
とを特徴とする請求項６に記載の半田付けシステム。
【請求項８】請求項６又は７に記載の半田付けシステ
ムを用いて、プラズマ洗浄装置で被処理物にプラズマ処
理を行った後、半田付け装置でプラズマ処理された被処
理物に接合部品を半田付けすることを特徴とする半田付
け方法。