JP2002141325A

JP2002141325A - マガジン電極方式の減圧プラズマ装置

Info

Publication number: JP2002141325A
Application number: JP2000372128A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Saito; 幸斎藤; Shunji Miura; 俊二三浦; Rikuo Sakurai; 陸生桜井
Original assignee: MORI ENGINEERING KK
Current assignee: MORI ENGINEERING KK
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】複数の基板を収納するマガジンの従来の寸法を
大きく変えないで、均一性と効率性にすぐれたプラズマ
装置を提供する。【解決手段】真空チャンバー内に設置される、基板を収
納するマガジン７を、各段階層に基板１を収納するため
のスリット２が設けられ、両端部５，６を絶縁体で構成
し、基板１を支える２枚の金属板をスリット付陰極電極
３とスリット付陽極電極４とし、これ等の電極間に高周
波電力を印加し、プラズマを発生させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一括処理方式（以下
バッチ式と言う）多段収納ピッチおよびスリットを持っ
た電極方式のマガジンとこれらマガジンを設置する真空
チャンバ内の多孔形電極構造および振動、回転運動等の
機構を具備したプラズマクリーニング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体ＩＣ等の高度化と共にＩＣチ
ップ等の多電極化が進み、従来からパッケージングされ
たＳＯＰ（ｓｍａｌｌｏｕｔｌｉｎｅｐａｃｋａｇ
ｅ）ＳＯＪ（ｓｍａｌｌｏｕｔｌｉｎｅｊ−ｌｅａ
ｄ）のようなガルウィン型リードパッケージまたはＤＩ
Ｐ（ｄｕａｌｉｎｌｉｎｅｐａｃｋａｇｅ）に代表
されるような挿入実装タイプパッケージが用いられてい
たが、ＩＣパッケージの小型化、多機能化と共にエリア
アレイ状に配線したＱＦＰ（ｑｕａｄｆｌａｔｐａｃ
ｋａｇｅ）ＢＧＡ（ｂａｌｌｇｒｉｄａｒｒａｙ）Ｃ
ＰＳ（ｃｈｉｐｓｉｚｅ／ｓｃａｌｅｐａｃｋａｇ
ｅ）およびＭＣＭ（ｍｕｌｔｉ−ｃｈｉｐｍｏｄｕｌ
ｅ）等の表面実装型パッケージが多用されるようになっ
た。

【０００３】これらに使用される基板はフレックス、リ
ジット、セラミック、リードフレーム、インタポーザ等
のタイプがあり、多ピン化に対応してファイン配線化が
進み、ワイヤボンダのためのパッド電極の小型化および
パッケージ面積の縮小化と共に、ワイヤボンダの接合の
信頼性向上やモールド樹脂と基板との間に発生するデラ
ミネーション現象等の対策が強く要望されるようになっ
てきた。更に基板上のメッキ等の価格低下を目的に電解
メッキからフラッシュ無電解メッキの方法へ変換されつ
つあって、メッキ層上にＮｉ等の金属酸化物やフラック
スがワイヤボンドの接合に甚だしく悪影響を与えている
のが現状であり、ワイヤボンドの接合の信頼性と共にモ
ールド樹脂と基板との密着性向上のため溶液洗浄やＯ_３
洗浄に変って、プラズマクリーニング方式が多用されつ
つある。

【０００４】近年このプラズマクリーニングをＩＣ組立
工程の中で、ワイヤボンダ前のＩＣチップが搭載された
基板やリードフレームまたはモールド前の状態のときに
Ｏ_２、Ａｒ、ＣＦ_４、Ｈ_２等の反応ガスを利用してクリ
ーニングすることにより、総合的にＩＣパッケージ等の
信頼性向上が可能となり、プラズマクリーニングが多用
されつつある。

【０００５】これらの処理工程をおこなう場合に一般的
に、ＩＣ組立工程において使用されている金属性のマガ
ジンは、収納ピッチ３〜５ｍｍをもつものが用いられて
いる。これらはまたリードフレームまたは基板を保存ま
たは搬送用にも運用している。

【０００６】上記プラズマによるクリーニングをおこな
う場合、各社が標準寸法に規格化した金属製マガジンを
利用し、各種寸法基板をこのマガジン中に搭載して、マ
ガジンをプラズマクリーニング装置の真空チャンバ内に
設置したのち、チャンバ中を真空ポンプで減圧させ、１
０ｍｌ／ｓｅｃから０．５１／ｓｅｃ位の目的に応じた
最適条件にて反応ガスを送入し、クリーニングに適合し
たプラズマを発生させて、マガジン中の基板表面をクリ
ーニングするバッチ式が一般的に適用されている。

【０００７】また近年ＩＣ組立ラインの合理化のため
に、クリーニングすべき基板を一枚乃至二枚毎に小型チ
ャンバ中に自動搬送して、クリーニングする枚葉式が実
施されている。更に上記チャンバ内を減圧して、プラズ
マを発生させるのではなく、大気圧中でプラズマ化して
クリーニング効果をだす大気圧プラズマ方式も開発さ
れ、スポット部分のクリーニングやインライン化による
連続処理をさせて、クリーニングの目的に適合した分野
にも利用されつつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のバッチ式プラズマクリーニング方式にあって
は、一回の操作で多数のマガジンを同時処理できるた
め、生産性とランニングコスト等は有効であるが、処理
すべき基板の均一性については極めて困難である。例え
ば表面のクリーン度を示す水滴接触角のデータでは、処
理前の角度が７０°〜１００°に対して処理後は１０°
〜３０°程度にはなるが、市場要求の２０°以下（ベス
ト基準として１０°以下）に全てをもって行くことは非
常に困難とされている。

【０００９】この原因として考えられるのは、大きなチ
ャンバ内に一組または二組の平行平板電極を有するステ
ージ内に高周波電力を印加する場合、平行平板の電極距
離間隔内に上記の不均一性を発生させるような、切り欠
き構造の金属マガジンを設置させるため、クリーンにす
べき基板面に対して金属製マガジンが電界を不均一にさ
せている。プラズマを均一に発生するためには、反応ガ
スの均一な拡散と電界の均一性且つ温度の均一性等が重
要な条件であるが、一般に使用されている金属製マガジ
ンを用いている限り、各基板面の電界の均一化には非常
に困難である。

【００１０】また容積の大きなチャンバ内を、プラズマ
発生のためのガス流出の均一化や発生するラジカル粒子
が各基板表面上に均一に散布、滞在することも極めて難
しい事が実験結果から判明している。

【００１１】更に枚葉式のクリーニング方法では、上記
のクリーン度の均一性は極めて容易であり、水滴接触角
の調査においても１０°以下に揃えられることも充分な
可能性がある。しかしこの方法では、マガジンから１工
程につき一枚乃至二枚の引き出し処理するため、プラズ
マ条件である減圧、照射、排気工程のタクトタイムに時
間がかかる。従ってこれら工程に対して、自動搬送方式
が考えられるが、生産性に見合ったコストにならない欠
陥があり、更には基板の両面（表と裏）を同時にクリー
ニングすると大きなコストアップにつながる問題があ
る。

【００１２】また従来のマガジン方式にあっては、図６
に示すように、分割式スリット２０等のない場合は全く
問題にならないが、スリットのあり方でバラツキが大き
く生じ不具合になる。特にマガジン全体を良く考察すれ
ば、フレームの切り欠き部１９を中心にプラズマが発生
したり、ラック形状とクリアランスにより最上部や最下
部にバランスの不均一性を生じ、プラズマ発光の強弱等
が部分的にみられ、甚だしくは部分放電やバーニングが
生じている。何れもこれらの結果は、統括的にプラズマ
効果が不安定であり

【００１３】プラズマ照射後の観察によれば、フレーム
上に変色や基板剥れ、コーナ部の焦げ等を生じ、特に多
段階層において最上段、中央部、最下段に大きなバラツ
キと同時に両壁スリットの切り欠き残部が、ガスの循環
を阻害するため、プラズマ効果の薄い現象を生じてい
る。

【００１４】更に近年開発された大気圧プラズマ方式
は、極めて有効的手段と考えられているが、基本的に枚
葉式であり、大面積の同時処理やクリーン度の均一化に
ついて困難とされている。

【００１５】また高価な電極部は発熱のために、冷却機
構と合わせて、反応ガスの隔膜に高価なＨｅガスを使用
することなど、ランニングコストがかかり多くの問題を
かかえている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、従来の各プラズマクリーニ
ングの欠陥を改良するために

【００１７】図１は従来より利用しているスリットつき
マガジンの定形的構造を示すもので、パッケージ基板１
（以下基板と言う）等が容易に挿入でき、プラズマ発生
するための反応ガス等が、均一に通過するように５ｍｍ
程度の収納ピッチ１８をもち、且つ２〜３ｍｍ程度のス
リット２が設けられ、２０〜４０階層をもつ左右対称、
上下対称の構造をもつバッチ式マガジンである。

【００１８】本発明にかかる実施例を説明する。まず構
成を説明する。図２（ａ）に示すように、一般的に使用
されている金属製マガジンの寸法を大きく変えることが
なく、ぜんたいが金属で構成された従来のマガジンに、
基板１を支える金属部の両壁はそのままの状態にして、
この平行した二枚の金属板をスリットつき陰極電極３と
スリットつき接地（陽極）電極４に結合する金属部分を
絶縁体５、６で構成したスリットつき絶縁型マガジン
（以下マガジンと言う）７を製作し、この二枚の金属板
に各々高周波電力１３．５６ＭＨｚ等を印加して、マガ
ジン内に均一なプラズマを発生させて、マガジン内に搭
載した基板１の表面をクリーニングする方式である。

【００１９】更に基板１でのプラズマの発生とラジカル
粒子の界面を均一化するために、プラズマ発生用の反応
ガスが均等にあたるように、各電極部に流通用の２．５
〜６．０ｍｍ巾のスリット２または多くの小孔若しくは
素焼気孔、蜂巣形状孔等を形成したことを特徴としたマ
ガジン電極方式の装置である。

【００２０】この基板を搭載したマガジンを図２（ｂ）
に示すように、アルミ製等の金属で形成されたチャンバ
中に設置した陰極部または陽極部にマガジンの陰極部ま
たは陽極部を合せて接続し、チャンバ内を真空ポンプで
減圧させたのち、クリーニングに適合したプラズマを発
生する反応ガス例えば３ｍｌ／ｓｅｃの一定量を制御導
入して、チャンバ中に形成されている固定式多孔形接地
電極８とマガジンの陰極部３との間で、予備プラズマ１
０を発生させて、ラジカル粒子等をマガジン内に流通さ
せ、更にマガジン内においてスリットつき陰極電極３と
スリットつき接地電極４の間にプラズマ領域１１を発生
させて、基板１に充分なラジカル粒子等を均一に吸着さ
せるようにして、解維、正負再結合等の反応が繰り返さ
れ、迅速に効率良く、均一にクリーニングする方法を提
供するものである。

【００２１】この方法の適用により、プラズマ処理前の
水滴接触角が７０°〜１００°あったものが、全数２０
°以下にすることが可能となった。

【００２２】しかし上記の方法は、リードフレーム等の
電気導電性のある基板の場合には、電気的に短絡するの
で適用が不可能であり、このような場合を解決するに
は、図３（ａ）に示すようにクリーニングすべき基板１
をマガジンが構成する二板の平行した金属板の変わりに
絶縁板で構成し、更にその外側を二枚のスリットつき電
極でマガジンを挟み込むようなマガジン７とし、この外
側の二枚は各々陰極側と陽極側として構成したマガジン
である。この場合陰極側と接地側はマガジンの外に設置
構成させることも可能である。

【００２３】図３（ｂ）に示すように、マガジン７をチ
ャンバ内に設置して、陰極側と接地側に高周波電力を印
加できるように接続し、チャンバの中を真空ポンプで減
圧したのち、適合した反応ガスを導入し、チャンバ内に
予め構成された反応ガスの吸気側にある固定式多孔形接
地電極８とマガジン７に接続した陰極の間で予備プラズ
マ領域１０を発生させる。同様に固定式多孔形陰極電極
９とマガジン間へもプラズマが発生して、基板１の表面
に効率よく且つ均一にクリーニングするようにしように
した電極構造をもつことを特徴としたプラズマ装置。

【００２４】なお均一なプラズマの発生と、発生したラ
ジカル粒子等が均等に基板１に触れるようにするには、
上記絶縁体部、電極部にガス流通均一化するために、一
様にあけたスリット２や小気孔等を多数形成することに
より有効的であった。

【００２５】更に近年リードフレームまたはプラスチッ
ク基板等の価格低下があるため、電解メッキからフラッ
シュメッキ等の無電解メッキに切替えつつあり、メッキ
表面の有機質不純物のみの問題だけでなく、Ｎｉ酸化物
等の無機質の不純物が、ワイヤボンダ強度（例えばプル
カット強度）またはパッケージ用モールド樹脂とソルダ
ー基板との密着性に問題起こしている。これらの問題解
決するために、プラズマクリーニングが多用されつつあ
り、特に水酸化無機物等の不純物を削除するためにＲＩ
Ｅ（ＲｅａｃｔｉｏｎＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）方式
のような強いプラズマ処理が必要となってきている。

【００２６】上記ＲＩＥ方式は陰極側と陽極側の間に高
周波電力を印加した場合、電極間にプラズマ粒子として
発生する電子または陽イオン、ラジカル粒子等のちがい
で、電子と陽イオンの電界による速度差からプラズマ中
に陽イオンが残り、プラズマ中をプラス電位にすると同
時に、陰極部の電位をマイナスに帯電させる。

【００２７】この電位差は陰極部の面積と陽極部の面積
比によって変化し、陰極部の面積が小さい程電位差は大
きくなる。一般に数拾Ｖから数百Ｖとなり、この電位差
は高周波電力とガスの種類や流量等によっても変わる。

【００２８】この発生した電位差によって、プラズマ中
の陽イオンが陰極部に強く引かれるため、化学作用が大
きくなるだけでなく、物理的に表面をスパッタする効果
が発生する。試料をこの陰極面上に置くことにより、よ
り効果的にクリーニングすることが可能になった。

【００２９】上記ＲＩＥ効果を基板面に発生させるため
図４（ａ）および図５（ａ）に示す。図４（ａ）５
（ａ）はクリーニングすべき基板１の上面と下面にそれ
ぞれスリットつき陰極電極３スリットつき接地電極４に
接続したとして、基板１の上下に設置するが、更にＤＣ
バイアスをかけることによりより有効的な手段となっ
た。

【００３０】この場合、金属プレートにガスの流通また
はラジカル粒子の通過を均一化するために、小孔を形成
することにより効果的となる。

【００３１】基板１は、この各メッシュ状陰極プレート
１２とメッシュ状陽極プレート１３の中間に図４（ａ）
のように電極と接触させないで設置してもよく、また図
５（ａ）のようにメッシュ状陰極プレート１２の上に置
いてもよい。またメッシュ状陽極プレート１３に置いて
も良い。

【００３２】更にこの金属電極プレートに絶縁塗料等を
塗布させるか、薄い電気絶縁物を設置することにより、
ストリーマ放電を防止するために、特に狭い電極間距離
で高密度プラズマを発生させるために有効的手段であっ
た。

【００３３】これらのマガジン７を図４（ｂ）、図５
（ｂ）のように、チャンバ中に設置して各スリットつき
電極３、４を高周波電力を印加できるように接続して、
チャンバ中に予め設置してある多孔形陽極電極１４と陰
極電極３の間で予備プラズマ１０を発生させると共に、
陰極電極３、陽極電極４および陰極プレート１２、陽極
プレート１３によりマガジン７内にプラズマを発生させ
ることにより、より効果的にクリーニングを可能にする
ことができた。多孔形陰極電極１５と陽極電極４におい
ても同様に発生する。また移動式スリットつき電極１
６、１７はマガジン７との距離を任意に変えることによ
り、ＩＣ構造や素材等の変遷に対して、影響しないよう
に対応することができる。

【００３４】またこのメッシュ状陰極プレート１２、メ
ッシュ状陽極プレート１３の設置により、基板１にて高
密度のプラズマを均一に発生させることが可能となり、
短時間で効率よくクリーニングが可能となった。

【００３５】上記処理により、処理前の水滴接触角７０
°〜１００°のものが全て１０°以下にすることが可能
である。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上述べたように半導体ＩＣ
等の端子をエリアアレイ状に配線したパッケージに代表
される実装工程において、従来の枚葉式クリーニング方
式と同程度のプラズマ処理時間で、１０倍以上の基板処
理が可能となり、クリーン度の均一性についても同程度
が可能になった。更に従来より実施されているバッチ式
プラズマクリーニング方式に比べて、クリーン度の不均
一性が５０％以下に押えることが可能であるだけでな
く、基板面へのプラズマが、効率良く発生できるため、
クリーニングに必要なラジカル粒子が高密度で接触する
ようになり、プラズマの処理が従来のバッチ式に比べて
非常に小さな高周波電力、例えば５分の１以下で処理す
ることが可能となった。更に大気圧プラズマ方式に比べ
て、Ｈｅガス等の高価なガスを使用しないために、ラン
ニングコストを低く押えることが可能であり、総合的に
低価格で能率の良いクリーニングを達成することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来利用しているプラズマクリーニング
用スリットつきマガジンの斜視図である。

【図２（ａ）】本発明のスリットつき絶縁形マガジンの
縦断面図である。

【図２（ｂ）】本発明のスリットつき絶縁形マガジンを
設置する減圧プラズマ装置の縦断面図である。

【図３（ａ）】本発明のスリットつき絶縁形マガジンの
縦断面図である。

【図３（ｂ）】本発明のスリットつき絶縁型マガジンを
設置する減圧プラズマ装置の縦断面図である。

【図４（ａ）】本発明の電極組み込みのスリットつき絶
縁形マガジンの縦断面図である。

【図４（ｂ）】本発明の電極組み込みのスリットつき絶
縁形マガジンを設置する減圧プラズマ装置の縦断面図で
ある。

【図５（ａ）】本発明の電極組み込みのスリットつき絶
縁形マガジンの縦断面図である。

【図５（ｂ）】本発明の電極組み込みのスリットつき絶
縁形マガジンを設置する減圧プラズマ装置の縦断面図で
ある。

【図６】過去一般に利用していた定型的形状の分
割スリットつきマガジンの斜視図である。

【符号の説明】

１基板２スリット３スリットつき陰極電極４スリットつ
き接地（陽極）電極５絶縁体６絶縁体７スリットつき絶縁型マガジン８固定式多孔
形接地電極９固定式多孔形陰極電極１０予備プラズ
マ領域１１プラズマ領域１２メッシュ
状陰極プレート１３メッシュ状陽極プレート１４多孔形陽
極電極１５多孔形陰極電極１６移動式ス
リットつき陰極電極１７移動式スリットつき陽極電極１８収納ピッ
チ１９切り欠き部２０分割式ス
リット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ＩＣ等の端子配線を含んだパッケー
ジ基板を実装の前後工程に行なう一括処理方式のプラズ
マクリーニング処理に関するマガジンの電極構造にあっ
て、パッケージ基板を挿入する収納ピッチとスリットを
設けたマガジンの挿入取出口部の両端部を絶縁体にさ
せ、対向電極の片側は高周波印加電極に、他方に接地用
電極を設ける事を特徴とするマガジン電極方式の装置。
【請求項２】前記マガジンの収納ピッチにあたり、直接
パッケージ基板が接触するような内側の周辺について電
気的絶縁処理を施し、その外周の対向電極の片側は高周
波印加電極として、他方は接地用電極を設けたことを特
徴とする請求項１記載のマガジン電極方式の装置。
【請求項３】前記マガジンの収納ピッチ内の片側に高周
波電力を印加する電極と接続した電極プレートを有し、
他方は接地電極に接続させた電極プレートにおいてその
中間にパッケージ基板を挿入させることにより均一性の
高い電界の保持と容易に高密度したプラズマが発生でき
るようにしたことを特徴とする請求項２記載のマガジン
電極方式の装置。
【請求項４】前記マガジンの収納ピッチ内に高周波電力
印加する電極構造と接地電極構造を交互にもつようにし
たことを特徴とする請求項３記載のマガジン電極方式の
装置。
【請求項５】前記マガジンは金属、非金属、プラスチッ
ク、磁性、非磁性等において、反応ガス等が均一且つ一
様にパッケージ基板面を通過できるようなスリットが設
けられ又スリット以外においても反応ガス等が容易に通
過するような小孔もしくは素焼孔または蜂巣形状孔等が
多数形成することを特徴としたマガジン装置。
【請求項６】前記マガジンは均一で一様に設けられた収
納ピッチ２．５〜１０．０ｍｍを持ち２．５〜６．０ｍ
ｍのスリットが設けられ１０階層〜３０階層をもつこと
を特徴とする請求項１記載のマガジン電極方式の装置。
【請求項７】前記マガジンのスリットに関し、一面に対
する通気口の空隙率が５０〜８５％であり搬送時の機械
的強度を保持し、ガス通過が均一一様になるような形状
を持つことを特徴としたマガジン電極方式の装置。
【請求項８】前記マガジンを設置する真空チャンバの内
部構造においてガスイン側とガスアウト側の近傍にマガ
ジンを挟み込む位置に多孔形電極を設け絶縁体を介して
両電極が切り換えのできる構造をもつことを特徴とした
減圧プラズマ装置。
【請求項９】前記マガジンを設置する真空チャンバの内
部構造においてガスイン側に多孔形陽極電極を配しガス
アウト側に多孔形陰極電極を配し、設置するマガジンを
夫々挟み込むようにスリット付き移動電極を設けたこと
を特徴とする請求項８記載の減圧プラズマ装置。
【請求項１０】前記設置したマガジンが真空チャンバ内
において機械的微振動が与えられるか斜傾しておいた状
態等で回転運動をさせるような機構を有したことを特徴
とする請求項８記載の減圧プラズマ装置。