JP2003318214A - プラズマ処理装置および表面改質方法 - Google Patents
プラズマ処理装置および表面改質方法Info
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- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/3011—Impedance
Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオンの加速エネルギを処理目的に応じて適
正に制御することができるプラズマ処理装置およびプラ
ズマ処理による基板の表面改質方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 処理室６内の電極部３上に樹脂表面を有
する基板７を載置し、電極部３と蓋部材２との間でプラ
ズマを発生させて基板７の樹脂表面の表面改質を行うプ
ラズマ処理装置において、処理室６内でプラズマを発生
させるための高周波電源部１４に加えて、プラズマ発生
時に電極部３に生じるセルフバイアス電圧を打ち消す電
圧を印加する直流電源部１８を備える。これにより、イ
オンの加速エネルギーを制御することができ、基板７の
樹脂表面の有機結合のうち、封止樹脂との密着性向上に
有用なカルボニル基のみを残して、カルボニル基よりも
結合エネルギーが小さい有機結合を選択的に除去するこ
とができる。
正に制御することができるプラズマ処理装置およびプラ
ズマ処理による基板の表面改質方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 処理室６内の電極部３上に樹脂表面を有
する基板７を載置し、電極部３と蓋部材２との間でプラ
ズマを発生させて基板７の樹脂表面の表面改質を行うプ
ラズマ処理装置において、処理室６内でプラズマを発生
させるための高周波電源部１４に加えて、プラズマ発生
時に電極部３に生じるセルフバイアス電圧を打ち消す電
圧を印加する直流電源部１８を備える。これにより、イ
オンの加速エネルギーを制御することができ、基板７の
樹脂表面の有機結合のうち、封止樹脂との密着性向上に
有用なカルボニル基のみを残して、カルボニル基よりも
結合エネルギーが小さい有機結合を選択的に除去するこ
とができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂表面を有する
基板の表面改質を目的とするプラズマ処理装置およびプ
ラズマ処理による基板の表面改質方法に関するものであ
る。
基板の表面改質を目的とするプラズマ処理装置およびプ
ラズマ処理による基板の表面改質方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子が実装される基板では、半導
体素子のフリップチップ工法による実装や半導体素子実
装後のワイヤボンディングや樹脂封止に先立って基板の
表面をプラズマ処理することが行われる。このプラズマ
処理は、ワイヤボンディングのボンディング点の表面を
清浄化することによりボンディング性を改善する目的
や、基板の表面を改質して封止樹脂との密着性を向上さ
せる目的で行われるものである。
体素子のフリップチップ工法による実装や半導体素子実
装後のワイヤボンディングや樹脂封止に先立って基板の
表面をプラズマ処理することが行われる。このプラズマ
処理は、ワイヤボンディングのボンディング点の表面を
清浄化することによりボンディング性を改善する目的
や、基板の表面を改質して封止樹脂との密着性を向上さ
せる目的で行われるものである。
【０００３】このようなプラズマ処理を行う装置とし
て、真空密に設けられた処理室の内部に１対の電極を対
向させて配置した平行平板電極型のプラズマ処理装置が
知られている。このプラズマ処理装置では、対向して配
置された２つの電極のうち、高周波電源部に接続された
非接地側の電極上に処理対象の基板を載置し、プラズマ
発生時のセルフバイアス電圧をできるだけ大きくできる
ようにして、プラズマによって発生したイオンが基板に
衝突する際の加速エネルギーを強くするようにしてい
る。
て、真空密に設けられた処理室の内部に１対の電極を対
向させて配置した平行平板電極型のプラズマ処理装置が
知られている。このプラズマ処理装置では、対向して配
置された２つの電極のうち、高周波電源部に接続された
非接地側の電極上に処理対象の基板を載置し、プラズマ
発生時のセルフバイアス電圧をできるだけ大きくできる
ようにして、プラズマによって発生したイオンが基板に
衝突する際の加速エネルギーを強くするようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
平行平板電極型のプラズマ処理装置を用いて樹脂基板を
対象として表面改質を行う場合には、以下のような不具
合が生じる。プラズマ処理では、プラズマ放電によって
発生したイオンや電子などの荷電粒子が基板の表面に衝
突することによるスパッタリング効果によって、樹脂表
面の物質を除去する。このとき荷電粒子の加速エネルギ
ーが強すぎるとスパッタリング効果が過剰になり、樹脂
表面が損傷を受けて封止樹脂との密着性をかえって低下
させ本来の処理目的に反することとなる。
平行平板電極型のプラズマ処理装置を用いて樹脂基板を
対象として表面改質を行う場合には、以下のような不具
合が生じる。プラズマ処理では、プラズマ放電によって
発生したイオンや電子などの荷電粒子が基板の表面に衝
突することによるスパッタリング効果によって、樹脂表
面の物質を除去する。このとき荷電粒子の加速エネルギ
ーが強すぎるとスパッタリング効果が過剰になり、樹脂
表面が損傷を受けて封止樹脂との密着性をかえって低下
させ本来の処理目的に反することとなる。
【０００５】このため、従来よりプラズマ処理における
スパッタリング効果を抑制するため、高周波電源出力を
下げてイオンや電子のエネルギーを低下させる方法が用
いられていた。しかしながら、安定してプラズマ処理を
行うための適正条件には種々の要因が関連しているた
め、高周波電源出力を制御するのみでは、スパッタリン
グ効果を所望の強さに安定して制御することは困難であ
った。
スパッタリング効果を抑制するため、高周波電源出力を
下げてイオンや電子のエネルギーを低下させる方法が用
いられていた。しかしながら、安定してプラズマ処理を
行うための適正条件には種々の要因が関連しているた
め、高周波電源出力を制御するのみでは、スパッタリン
グ効果を所望の強さに安定して制御することは困難であ
った。
【０００６】また平行平板電極を構成する２つの電極の
接地側を変更し、接地側の電極上に処理対象の基板を載
置することにより、基板に対するスパッタリング効果自
体を抑制することは可能である。ところがこの方法を採
用すると、基板に対向した非接地側の電極に対して強い
スパッタリング効果が作用し、対向した電極の表面から
スパッタリングによって除去された物質が基板の表面に
付着する逆スパッタリングが発生し、基板の表面を汚染
するという問題が発生する。
接地側を変更し、接地側の電極上に処理対象の基板を載
置することにより、基板に対するスパッタリング効果自
体を抑制することは可能である。ところがこの方法を採
用すると、基板に対向した非接地側の電極に対して強い
スパッタリング効果が作用し、対向した電極の表面から
スパッタリングによって除去された物質が基板の表面に
付着する逆スパッタリングが発生し、基板の表面を汚染
するという問題が発生する。
【０００７】このように、平行平板電極型のプラズマ処
理を用いて表面改質を目的として行われるプラズマ処理
には、イオンの加速エネルギーを処理目的に応じて適正
に制御することが困難であるという問題点があった。
理を用いて表面改質を目的として行われるプラズマ処理
には、イオンの加速エネルギーを処理目的に応じて適正
に制御することが困難であるという問題点があった。
【０００８】そこで本発明は、イオンの加速エネルギー
を処理目的に応じて適正に制御することができるプラズ
マ処理装置およびプラズマ処理による基板の表面改質方
法を提供することを目的とする。
を処理目的に応じて適正に制御することができるプラズ
マ処理装置およびプラズマ処理による基板の表面改質方
法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
処理装置は、処理室内に設けた第１電極の基板載置部上
に基板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向し
て配置された第２電極との間でプラズマを発生させて前
記基板の樹脂表面の表面改質を行うプラズマ処理装置で
あって、前記処理室内を減圧する真空排気部と、前記処
理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、
前記第１電極に整合回路を介して接続され、前記第１電
極に高周波電圧を印加することにより第１電極と第２電
極の間にプラズマを発生させる高周波電源部と、プラズ
マ発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電圧を
打ち消す電圧をこの第１電極に印加する直流電源部と、
この直流電源部と第１電極の間に介設され高周波電圧か
ら前記直流電源部を保護する高周波フィルタを備えた。
処理装置は、処理室内に設けた第１電極の基板載置部上
に基板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向し
て配置された第２電極との間でプラズマを発生させて前
記基板の樹脂表面の表面改質を行うプラズマ処理装置で
あって、前記処理室内を減圧する真空排気部と、前記処
理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、
前記第１電極に整合回路を介して接続され、前記第１電
極に高周波電圧を印加することにより第１電極と第２電
極の間にプラズマを発生させる高周波電源部と、プラズ
マ発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電圧を
打ち消す電圧をこの第１電極に印加する直流電源部と、
この直流電源部と第１電極の間に介設され高周波電圧か
ら前記直流電源部を保護する高周波フィルタを備えた。
【００１０】請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求
項１記載のプラズマ処理装置であって、前記基板載置部
は、前記第１電極の上面を覆う誘電体で形成されてい
る。
項１記載のプラズマ処理装置であって、前記基板載置部
は、前記第１電極の上面を覆う誘電体で形成されてい
る。
【００１１】請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求
項１記載のプラズマ処理装置であって、前記第２電極
が、前記第１電極の基板載置部に対向する処理室の壁面
である。
項１記載のプラズマ処理装置であって、前記第２電極
が、前記第１電極の基板載置部に対向する処理室の壁面
である。
【００１２】請求項４記載の表面改質方法は、処理室内
に設けた第１電極の基板載置部上に樹脂表面を有する基
板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向して配
置された第２電極との間でプラズマを発生させて前記基
板の樹脂表面の表面改質を行う表面改質方法であって、
前記第１電極に高周波電圧を印加することにより第１電
極と第２電極の間にプラズマを発生させるとともに、プ
ラズマ発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電
圧を打ち消す電圧をこの第１電極に印加する。
に設けた第１電極の基板載置部上に樹脂表面を有する基
板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向して配
置された第２電極との間でプラズマを発生させて前記基
板の樹脂表面の表面改質を行う表面改質方法であって、
前記第１電極に高周波電圧を印加することにより第１電
極と第２電極の間にプラズマを発生させるとともに、プ
ラズマ発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電
圧を打ち消す電圧をこの第１電極に印加する。
【００１３】請求項５記載の表面改質方法は、請求項４
記載の表面改質方法であって、前記処理対象の基板の樹
脂表面に存在する複数種類の有機結合を、有機結合の種
類に固有の結合エネルギーに応じて選択的に除去する。
記載の表面改質方法であって、前記処理対象の基板の樹
脂表面に存在する複数種類の有機結合を、有機結合の種
類に固有の結合エネルギーに応じて選択的に除去する。
【００１４】請求項６記載の表面改質方法は、請求項５
記載の表面改質方法であって、有機基板の樹脂表面のカ
ルボニル基よりも結合エネルギーが小さい有機結合を除
去する。
記載の表面改質方法であって、有機基板の樹脂表面のカ
ルボニル基よりも結合エネルギーが小さい有機結合を除
去する。
【００１５】本発明によれば、プラズマ発生時に平行平
板電極を構成する第１電極と第２電極との間に生じるセ
ルフバイアス電圧をうち消す電圧を第１電極に印加して
セルフバイアス電圧を制御することにより、プラズマに
よって発生するイオンの加速エネルギーを制御すること
ができる。
板電極を構成する第１電極と第２電極との間に生じるセ
ルフバイアス電圧をうち消す電圧を第１電極に印加して
セルフバイアス電圧を制御することにより、プラズマに
よって発生するイオンの加速エネルギーを制御すること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラ
ズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態の
プラズマ処理装置の部分断面図、図３は本発明の一実施
の形態のプラズマ処理による基板の表面改質の説明図、
図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理における電
極間電圧を示すグラフである。
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラ
ズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態の
プラズマ処理装置の部分断面図、図３は本発明の一実施
の形態のプラズマ処理による基板の表面改質の説明図、
図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理における電
極間電圧を示すグラフである。
【００１７】まず図１を参照してプラズマ処理装置につ
いて説明する。図１において、平板状のベース部材１の
上方には、蓋部材２が図示しない開閉機構によって昇降
自在に配設されている。ベース部材１には開口部１ａが
設けられており、開口部１ａには下方から電極部３（第
１電極）が絶縁部材４を介して装着されている。電極部
３はアルミナなどの誘電体で形成された誘電体層３ａで
上面を覆われており、誘電体層３ａ上には、プラズマ処
理対象の基板７が載置される。誘電体層３ａは、基板７
を載置する基板載置部となっている。基板７はポリイミ
ドなどをコーティングした樹脂表面層７ａ（図３参照）
を有しており、半導体素子を実装した後の樹脂封止工程
における封止樹脂と基板７の樹脂表面との密着性を向上
させる表面改質を目的としてプラズマ処理が行われる。
いて説明する。図１において、平板状のベース部材１の
上方には、蓋部材２が図示しない開閉機構によって昇降
自在に配設されている。ベース部材１には開口部１ａが
設けられており、開口部１ａには下方から電極部３（第
１電極）が絶縁部材４を介して装着されている。電極部
３はアルミナなどの誘電体で形成された誘電体層３ａで
上面を覆われており、誘電体層３ａ上には、プラズマ処
理対象の基板７が載置される。誘電体層３ａは、基板７
を載置する基板載置部となっている。基板７はポリイミ
ドなどをコーティングした樹脂表面層７ａ（図３参照）
を有しており、半導体素子を実装した後の樹脂封止工程
における封止樹脂と基板７の樹脂表面との密着性を向上
させる表面改質を目的としてプラズマ処理が行われる。
【００１８】蓋部材２の下端部がベース部材１に設けら
れた絶縁部材４に当接した状態では、ベース部材１、電
極部３および蓋部材２で閉囲された密閉空間は、基板載
置部に載置された基板７のプラズマ処理を行う処理室６
を形成する。この状態では、蓋部材２の天井面は電極部
３と平行に対向した位置にあり、電極部３と蓋部材２と
は平行平板電極を構成する。
れた絶縁部材４に当接した状態では、ベース部材１、電
極部３および蓋部材２で閉囲された密閉空間は、基板載
置部に載置された基板７のプラズマ処理を行う処理室６
を形成する。この状態では、蓋部材２の天井面は電極部
３と平行に対向した位置にあり、電極部３と蓋部材２と
は平行平板電極を構成する。
【００１９】ベース部材１には、処理室６内に開孔する
開孔部１ｂ，１ｃが設けられている。開孔部１ｂには真
空排気部１０が接続されており、真空排気部１０を駆動
することにより、処理室６内が真空排気される。開孔部
１ｃにはバルブ１１を介してガス供給部１２が接続され
ており、バルブ１１を開放するとガス供給部１２から処
理室６内にアルゴンガスや酸素ガスなどのプラズマ発生
用ガスが供給される。ここでは、プラズマ発生用ガスと
して酸素ガスを用いた例を示す。
開孔部１ｂ，１ｃが設けられている。開孔部１ｂには真
空排気部１０が接続されており、真空排気部１０を駆動
することにより、処理室６内が真空排気される。開孔部
１ｃにはバルブ１１を介してガス供給部１２が接続され
ており、バルブ１１を開放するとガス供給部１２から処
理室６内にアルゴンガスや酸素ガスなどのプラズマ発生
用ガスが供給される。ここでは、プラズマ発生用ガスと
して酸素ガスを用いた例を示す。
【００２０】電極部３は、整合回路１３を介して高周波
電源部１４に電気的に接続されている。高周波電源部１
４を駆動することにより、電極部３には高周波電圧が印
加され、これにより、処理室６内の電極部３と蓋部材２
の天井部との間には、プラズマ放電が発生する。処理室
６を構成する蓋部材２の天井部の壁面は、電極部３の基
板載置部に対向する第２電極となっている。整合回路１
３は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電
回路と高周波電源部１４のインピーダンスを整合させ
る。
電源部１４に電気的に接続されている。高周波電源部１
４を駆動することにより、電極部３には高周波電圧が印
加され、これにより、処理室６内の電極部３と蓋部材２
の天井部との間には、プラズマ放電が発生する。処理室
６を構成する蓋部材２の天井部の壁面は、電極部３の基
板載置部に対向する第２電極となっている。整合回路１
３は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電
回路と高周波電源部１４のインピーダンスを整合させ
る。
【００２１】また電極部３には、高周波フィルタ１７を
介して直流電源部１８が接続されている。高周波電源部
１４を駆動して処理室６内にプラズマを発生させること
により、誘電体層３ａ上に載置された基板７と接地部８
を接続する直流印加回路が処理室６内のプラズマを介し
て形成され、これにより、電極部３、高周波フィルタ１
７、直流電源部１８、プラズマ、基板７を順次結ぶ閉じ
た回路が形成される。
介して直流電源部１８が接続されている。高周波電源部
１４を駆動して処理室６内にプラズマを発生させること
により、誘電体層３ａ上に載置された基板７と接地部８
を接続する直流印加回路が処理室６内のプラズマを介し
て形成され、これにより、電極部３、高周波フィルタ１
７、直流電源部１８、プラズマ、基板７を順次結ぶ閉じ
た回路が形成される。
【００２２】この状態で直流電源部１８を駆動すると、
電極部３には直流電圧が印加される。この直流電圧の印
加により、後述するように電極部３と蓋部材２との間で
プラズマが発生したときに電極部３に生じるセルフバイ
アス電圧を打ち消す電圧が電極部３に印加される。この
とき、高周波フィルタ１７は、高周波電源部１４の高周
波電圧が直流電源部１８に直接印加されることを防止し
て、直流電源部１８を保護する。また電極部３を覆う誘
電体層３ａは、プラズマから過度の電流が直流電源部１
８に流れるのを防止している。
電極部３には直流電圧が印加される。この直流電圧の印
加により、後述するように電極部３と蓋部材２との間で
プラズマが発生したときに電極部３に生じるセルフバイ
アス電圧を打ち消す電圧が電極部３に印加される。この
とき、高周波フィルタ１７は、高周波電源部１４の高周
波電圧が直流電源部１８に直接印加されることを防止し
て、直流電源部１８を保護する。また電極部３を覆う誘
電体層３ａは、プラズマから過度の電流が直流電源部１
８に流れるのを防止している。
【００２３】次に図２を参照して、プラズマ発生用ガス
によってプラズマを発生させたときの処理室６の状態に
ついて説明する。図２に示すように、電極部３と蓋部材
２の天井部との間に高周波電圧を印加してプラズマ放電
を発生させることにより、処理室６には酸素ガスのプラ
ズマ（破線２０参照）が発生し、酸素イオンＯ+ 、電子
ｅ- などの荷電粒子が発生する。酸素イオンＯ+ 、電子
ｅ- はそれぞれ正電荷、負電荷を有する荷電粒子であ
る。なおプラズマ発生用ガスとしてここでは酸素を用い
る例を示しているが、アルゴンガスなどプラズマ放電に
よって荷電粒子が発生するものであれば他の種類のガス
であっても良い。
によってプラズマを発生させたときの処理室６の状態に
ついて説明する。図２に示すように、電極部３と蓋部材
２の天井部との間に高周波電圧を印加してプラズマ放電
を発生させることにより、処理室６には酸素ガスのプラ
ズマ（破線２０参照）が発生し、酸素イオンＯ+ 、電子
ｅ- などの荷電粒子が発生する。酸素イオンＯ+ 、電子
ｅ- はそれぞれ正電荷、負電荷を有する荷電粒子であ
る。なおプラズマ発生用ガスとしてここでは酸素を用い
る例を示しているが、アルゴンガスなどプラズマ放電に
よって荷電粒子が発生するものであれば他の種類のガス
であっても良い。
【００２４】このようなプラズマが発生した状態で、電
極部３の誘電体層３ａ上に処理対象の基板７を載置する
と、基板７の樹脂表面層７ａには、上述の酸素イオンＯ
+ と電子ｅ- などの荷電粒子による物理作用、すなわち
これらの荷電粒子が樹脂表面層７ａに衝突することによ
るスパッタリング効果が作用する。これにより、樹脂表
面層７ａが部分的に除去される。
極部３の誘電体層３ａ上に処理対象の基板７を載置する
と、基板７の樹脂表面層７ａには、上述の酸素イオンＯ
+ と電子ｅ- などの荷電粒子による物理作用、すなわち
これらの荷電粒子が樹脂表面層７ａに衝突することによ
るスパッタリング効果が作用する。これにより、樹脂表
面層７ａが部分的に除去される。
【００２５】ここで基板７の樹脂表面層７ａおよび表面
改質について図３を参照して説明する。樹脂表面層７ａ
を構成するポリイミドなどの樹脂は各種の有機結合によ
って構成されており、樹脂表面層７ａには図３（ａ）に
示すように、炭素結合基（Ｃ−Ｃ）やカルボニル基（Ｃ
＝Ｏ）など、酸素、炭素、水素を含む原子が固有の形態
で結合した有機結合が存在する。有機結合はそれぞれ固
有の結合エネルギーを有しており、この結合エネルギー
値より大きなエネルギーが外部から与えられることによ
って、これらの有機結合は分解する。
改質について図３を参照して説明する。樹脂表面層７ａ
を構成するポリイミドなどの樹脂は各種の有機結合によ
って構成されており、樹脂表面層７ａには図３（ａ）に
示すように、炭素結合基（Ｃ−Ｃ）やカルボニル基（Ｃ
＝Ｏ）など、酸素、炭素、水素を含む原子が固有の形態
で結合した有機結合が存在する。有機結合はそれぞれ固
有の結合エネルギーを有しており、この結合エネルギー
値より大きなエネルギーが外部から与えられることによ
って、これらの有機結合は分解する。
【００２６】基板７の表面改質を目的としたプラズマ処
理においては、樹脂表面層７ａに存在する複数種類の有
機結合のうち、特定種類の有機結合基のみを残して、他
の結合基を選択的に除去することが望ましい。ここでは
図３（ｂ）に示すように、カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を残
して、その他の炭素結合基（Ｃ−Ｃ）など結合エネルギ
ーが相対的に小さい結合基を除去するようにしている。
カルボニル基の結合エネルギーは、８０４（ｋＪ／ｍｏ
ｌ）であり、炭素結合基（Ｃ−Ｃ）の結合エネルギーは
３４８（ｋＪ／ｍｏｌ）である。このように特定種類の
有機結合基のみを選択的に残す表面改質により、樹脂封
止工程において、カルボニル基と封止樹脂とが結合して
封止樹脂の密着性を向上させることができる。
理においては、樹脂表面層７ａに存在する複数種類の有
機結合のうち、特定種類の有機結合基のみを残して、他
の結合基を選択的に除去することが望ましい。ここでは
図３（ｂ）に示すように、カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を残
して、その他の炭素結合基（Ｃ−Ｃ）など結合エネルギ
ーが相対的に小さい結合基を除去するようにしている。
カルボニル基の結合エネルギーは、８０４（ｋＪ／ｍｏ
ｌ）であり、炭素結合基（Ｃ−Ｃ）の結合エネルギーは
３４８（ｋＪ／ｍｏｌ）である。このように特定種類の
有機結合基のみを選択的に残す表面改質により、樹脂封
止工程において、カルボニル基と封止樹脂とが結合して
封止樹脂の密着性を向上させることができる。
【００２７】このような有機結合の選択的除去を可能と
するため、本実施の形態に示すプラズマ処理において
は、以下に説明するようにセルフバイアス電圧を制御す
ることにより、プラズマによって発生する荷電粒子のエ
ネルギーを制御するようにしている。これにより、樹脂
表面に存在する有機結合に対して特定エネルギー域の荷
電粒子を衝突させ、このエネルギーよりも結合エネルギ
ーが小さい種類の有機結合のみを選択的に分解して除去
するようにしている。
するため、本実施の形態に示すプラズマ処理において
は、以下に説明するようにセルフバイアス電圧を制御す
ることにより、プラズマによって発生する荷電粒子のエ
ネルギーを制御するようにしている。これにより、樹脂
表面に存在する有機結合に対して特定エネルギー域の荷
電粒子を衝突させ、このエネルギーよりも結合エネルギ
ーが小さい種類の有機結合のみを選択的に分解して除去
するようにしている。
【００２８】図４を参照して、上述のセルフバイアス電
圧について説明する。図４（ａ）は、高周波電源部１４
が発生する高周波電圧の印加パターンを示しており、規
則正しいステップ状波形の交番電圧が印加されるように
なっている。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す波形の交
番電圧を電極部３に印加した場合の電極間電圧Ｖ（図２
に示す電極部３と対向電極としての蓋部材２との間に実
際に生じる電位差）を示している。
圧について説明する。図４（ａ）は、高周波電源部１４
が発生する高周波電圧の印加パターンを示しており、規
則正しいステップ状波形の交番電圧が印加されるように
なっている。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す波形の交
番電圧を電極部３に印加した場合の電極間電圧Ｖ（図２
に示す電極部３と対向電極としての蓋部材２との間に実
際に生じる電位差）を示している。
【００２９】すなわち、交番電圧が電極間に印加される
ことにより、基板７が載置された電極部３の帯電状態
は、正、負を交互に繰り返す。そして電極部３が正電荷
によって帯電しているときには、処理室６内に発生した
荷電粒子のうちの負電荷である電子ｅ- が基板７に向か
って移動し、基板７の表面に到達して負電荷を基板７に
与える。これに対し、電極部３が負電荷によって帯電し
たときには、処理室６内に発生した荷電粒子のうちの正
電荷である酸素イオンＯ+ が基板７に向かって移動し、
基板７の表面に到達して正電荷を基板７に与える。
ことにより、基板７が載置された電極部３の帯電状態
は、正、負を交互に繰り返す。そして電極部３が正電荷
によって帯電しているときには、処理室６内に発生した
荷電粒子のうちの負電荷である電子ｅ- が基板７に向か
って移動し、基板７の表面に到達して負電荷を基板７に
与える。これに対し、電極部３が負電荷によって帯電し
たときには、処理室６内に発生した荷電粒子のうちの正
電荷である酸素イオンＯ+ が基板７に向かって移動し、
基板７の表面に到達して正電荷を基板７に与える。
【００３０】このとき、電子ｅ- は酸素イオンＯ+ と比
較して質量が格段に小さいことから、電子ｅ- は基板７
の表面に速やかに到達し、単位時間内に基板７に到達す
る電子ｅ- の数は多い。従って単位時間に多くの負電荷
が基板７に与えられ、この結果交番電圧印加中において
電極間電圧Ｖは低下する（図４（ｂ）に示すＡ参照）。
これに対し、電極部３が負に帯電して酸素イオンＯ+ が
基板７に対して移動する際には、酸素イオンＯ+ の質量
が大きいことから移動速度が遅く、単位時間内に基板７
に到達する酸素イオンＯ+ の数は少ない。従って、単位
時間に基板７に与えられる正電荷はわずかであり、交番
電圧印加中における電極間電圧Ｖ（負電圧）の低下は小
さい（図４（ｂ）に示すＢ参照）。
較して質量が格段に小さいことから、電子ｅ- は基板７
の表面に速やかに到達し、単位時間内に基板７に到達す
る電子ｅ- の数は多い。従って単位時間に多くの負電荷
が基板７に与えられ、この結果交番電圧印加中において
電極間電圧Ｖは低下する（図４（ｂ）に示すＡ参照）。
これに対し、電極部３が負に帯電して酸素イオンＯ+ が
基板７に対して移動する際には、酸素イオンＯ+ の質量
が大きいことから移動速度が遅く、単位時間内に基板７
に到達する酸素イオンＯ+ の数は少ない。従って、単位
時間に基板７に与えられる正電荷はわずかであり、交番
電圧印加中における電極間電圧Ｖ（負電圧）の低下は小
さい（図４（ｂ）に示すＢ参照）。
【００３１】このような電圧変化が交番印加の度に反復
されることにより、電極間電圧Ｖは次第に負側へ移動
し、定常状態においては負側にある電圧値（セルフバイ
アス電圧Ｖｄｃ）だけバイアスされた形となる。そして
このセルフバイアス電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って酸
素イオンＯ+ が基板７に対して衝突する際のエネルギー
が増大し、酸素イオンＯ+ によるスパッタリング効果が
増大する。
されることにより、電極間電圧Ｖは次第に負側へ移動
し、定常状態においては負側にある電圧値（セルフバイ
アス電圧Ｖｄｃ）だけバイアスされた形となる。そして
このセルフバイアス電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って酸
素イオンＯ+ が基板７に対して衝突する際のエネルギー
が増大し、酸素イオンＯ+ によるスパッタリング効果が
増大する。
【００３２】一般に、プラズマ放電を発生させるために
必要な高周波電圧を印加すると、少なくとも百数十ボル
トのセルフバイアス電圧が発生する。そして効率よく安
定したプラズマ処理条件を実現するために適正な高周波
電力を設定すると、セルフバイアス電圧はさらに大きく
なり、数百ボルトにも達する。このため、酸素イオンに
はこの高セルフバイアス電圧によって過大なエネルギー
が付与され、スパッタリング効果が過剰となっていた。
そして表面改質を目的としたプラズマ処理において、有
用なカルボニル基を含めて樹脂表面が除去され、本来の
処理目的に反することとなっていた。
必要な高周波電圧を印加すると、少なくとも百数十ボル
トのセルフバイアス電圧が発生する。そして効率よく安
定したプラズマ処理条件を実現するために適正な高周波
電力を設定すると、セルフバイアス電圧はさらに大きく
なり、数百ボルトにも達する。このため、酸素イオンに
はこの高セルフバイアス電圧によって過大なエネルギー
が付与され、スパッタリング効果が過剰となっていた。
そして表面改質を目的としたプラズマ処理において、有
用なカルボニル基を含めて樹脂表面が除去され、本来の
処理目的に反することとなっていた。
【００３３】そこで本実施の形態においては、上記スパ
ッタリング効果を所望の適正範囲に設定することを目的
として、セルフバイアス電圧を制御するため、電極部３
にプラズマによって発生するセルフバイアス電圧Ｖｄｃ
をうち消す方向に直流電圧を印加する。すなわち、電極
部３に正電圧Ｖ１を印加することにより、図４（ｃ）に
示すように、セルフバイアスによって生じた負電圧が低
下してＶｄｃよりも低い（Ｖｄｃ）となり、荷電粒子を
加速させる電位差が減少する。ここで電極部３に印加さ
れる電圧値を調整することにより、荷電粒子に与えられ
るエネルギー値を所定範囲に設定することができる。
ッタリング効果を所望の適正範囲に設定することを目的
として、セルフバイアス電圧を制御するため、電極部３
にプラズマによって発生するセルフバイアス電圧Ｖｄｃ
をうち消す方向に直流電圧を印加する。すなわち、電極
部３に正電圧Ｖ１を印加することにより、図４（ｃ）に
示すように、セルフバイアスによって生じた負電圧が低
下してＶｄｃよりも低い（Ｖｄｃ）となり、荷電粒子を
加速させる電位差が減少する。ここで電極部３に印加さ
れる電圧値を調整することにより、荷電粒子に与えられ
るエネルギー値を所定範囲に設定することができる。
【００３４】そしてこの電圧値の調整により、上述の固
有の結合エネルギー値を有するカルボニル基のみを残留
させ、この結合エネルギー値よりも小さい結合エネルギ
ー値を有する有機結合を全て除去することが可能とな
る。
有の結合エネルギー値を有するカルボニル基のみを残留
させ、この結合エネルギー値よりも小さい結合エネルギ
ー値を有する有機結合を全て除去することが可能とな
る。
【００３５】これにより、従来の平行平板電極型のプラ
ズマ処理装置を用いて樹脂基板を対象として表面改質を
行う場合に生じる不具合、すなわち、過剰なスパッタリ
ング効果によって樹脂表面が損傷を受けて封止樹脂との
密着性を低下させるという不具合を防止することができ
る。ここで、本実施の形態では、スパッタリング効果を
抑制するために高周波電源出力の調整と併せてセルフバ
イアス電圧をうち消す方向に直流電圧を印加するように
しているため、安定したプラズマの発生とスパッタリン
グ効果の強さの調整とを合わせて制御することが可能と
なっている。
ズマ処理装置を用いて樹脂基板を対象として表面改質を
行う場合に生じる不具合、すなわち、過剰なスパッタリ
ング効果によって樹脂表面が損傷を受けて封止樹脂との
密着性を低下させるという不具合を防止することができ
る。ここで、本実施の形態では、スパッタリング効果を
抑制するために高周波電源出力の調整と併せてセルフバ
イアス電圧をうち消す方向に直流電圧を印加するように
しているため、安定したプラズマの発生とスパッタリン
グ効果の強さの調整とを合わせて制御することが可能と
なっている。
【００３６】また平行平板電極を構成する２つの電極の
接地側を変更することなくスパッタリング効果を制御す
るようにしていることから、基板に対向した非接地側の
電極に対して強いスパッタリング効果が作用することが
ない。したがって対向した電極の表面からスパッタリン
グによって除去された物質が基板の表面に付着すること
による表面汚染が発生しない。
接地側を変更することなくスパッタリング効果を制御す
るようにしていることから、基板に対向した非接地側の
電極に対して強いスパッタリング効果が作用することが
ない。したがって対向した電極の表面からスパッタリン
グによって除去された物質が基板の表面に付着すること
による表面汚染が発生しない。
【００３７】なお本実施の形態のプラズマ処理装置で主
としてスパッタリング効果を目的とした処理（この場
合、基板の材質は樹脂以外も含む）を行う場合は、直流
電圧の印加を低下またはゼロとすればよく、表面改質以
外の用途にも使用できる。
としてスパッタリング効果を目的とした処理（この場
合、基板の材質は樹脂以外も含む）を行う場合は、直流
電圧の印加を低下またはゼロとすればよく、表面改質以
外の用途にも使用できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生時に平行
平板電極を構成する第１電極と第２電極との間に生じる
セルフバイアス電圧をうち消す電圧を第１電極に印加し
て、セルフバイアス電圧を制御することにより、プラズ
マによって発生するイオンの加速エネルギーを制御する
ことができる。
平板電極を構成する第１電極と第２電極との間に生じる
セルフバイアス電圧をうち消す電圧を第１電極に印加し
て、セルフバイアス電圧を制御することにより、プラズ
マによって発生するイオンの加速エネルギーを制御する
ことができる。
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断
面図
面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の部
分断面図
分断面図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理による基
板の表面改質の説明図
板の表面改質の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理における
電極間電圧を示すグラフ
電極間電圧を示すグラフ
２ 蓋部材
３ 電極部
６ 処理室
７ 基板
７ａ 樹脂表面層
８ 接地部
１０ 真空排気部
１２ ガス供給部
１３ 整合回路
１４ 高周波電源部
１５ 制御部
１７ 高周波フィルタ
１８ 直流電源部
Claims (6)
- 【請求項１】処理室内に設けた第１電極の基板載置部上
に基板を載置し、前記第１電極とこの第１電極に対向し
て配置された第２電極との間でプラズマを発生させて前
記基板の樹脂表面の表面改質を行うプラズマ処理装置で
あって、前記処理室内を減圧する真空排気部と、前記処
理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、
前記第１電極に整合回路を介して接続され、前記第１電
極に高周波電圧を印加することにより第１電極と第２電
極の間にプラズマを発生させる高周波電源部と、プラズ
マ発生時に前記第１電極に生じるセルフバイアス電圧を
打ち消す電圧をこの第１電極に印加する直流電源部と、
この直流電源部と第１電極の間に介設され高周波電圧か
ら前記直流電源部を保護する高周波フィルタを備えたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】前記基板載置部は、前記第１電極の上面を
覆う誘電体で形成されていることを特徴とする請求項１
記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３】前記第２電極が、前記第１電極の基板載置
部に対向する処理室の壁面であることを特徴とする請求
項１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項４】処理室内に設けた第１電極の基板載置部上
に樹脂表面を有する基板を載置し、前記第１電極とこの
第１電極に対向して配置された第２電極との間でプラズ
マを発生させて前記基板の樹脂表面の表面改質を行う表
面改質方法であって、前記第１電極に高周波電圧を印加
することにより第１電極と第２電極の間にプラズマを発
生させるとともに、プラズマ発生時に前記第１電極に生
じるセルフバイアス電圧を打ち消す電圧をこの第１電極
に印加することを特徴とする表面改質方法。 - 【請求項５】前記処理対象の基板の樹脂表面に存在する
複数種類の有機結合を、有機結合の種類に固有の結合エ
ネルギーに応じて選択的に除去することを特徴とする請
求項４記載の表面改質方法。 - 【請求項６】有機基板の樹脂表面のカルボニル基よりも
結合エネルギーが小さい有機結合を除去することを特徴
とする請求項５記載の表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002120423A JP3891028B2 (ja) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | 基板の表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002120423A JP3891028B2 (ja) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | 基板の表面改質方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003318214A true JP2003318214A (ja) | 2003-11-07 |
| JP3891028B2 JP3891028B2 (ja) | 2007-03-07 |
Family
ID=29536649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002120423A Expired - Fee Related JP3891028B2 (ja) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | 基板の表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3891028B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005249773A (ja) * | 2004-02-02 | 2005-09-15 | Toyota Motor Corp | レーダ装置ビーム経路内用成形品 |
| CN101978492B (zh) * | 2008-03-24 | 2012-10-03 | 株式会社村田制作所 | 电子元器件组件的制造方法 |
| CN103098558A (zh) * | 2010-09-23 | 2013-05-08 | 应用材料公司 | 用于检测基于电压的等离子体偏移的系统与方法 |
| US8503066B2 (en) | 2010-10-20 | 2013-08-06 | Seiko Epson Corporation | Electrophoretic display device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus |
-
2002
- 2002-04-23 JP JP2002120423A patent/JP3891028B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005249773A (ja) * | 2004-02-02 | 2005-09-15 | Toyota Motor Corp | レーダ装置ビーム経路内用成形品 |
| CN101978492B (zh) * | 2008-03-24 | 2012-10-03 | 株式会社村田制作所 | 电子元器件组件的制造方法 |
| CN103098558A (zh) * | 2010-09-23 | 2013-05-08 | 应用材料公司 | 用于检测基于电压的等离子体偏移的系统与方法 |
| US8503066B2 (en) | 2010-10-20 | 2013-08-06 | Seiko Epson Corporation | Electrophoretic display device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3891028B2 (ja) | 2007-03-07 |
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