JP2005100910A - パルス電圧印加方式プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂基板において微細な回路パターンを形成する場合に、レーザー等により小径のスルーホールやヴィアを形成した後に銅等のメッキする前にこれらの穴中の残渣を除去することが必要である。しかしファイン化に伴い穴径が小さいと液体を使用しては難しいため、プラズマを使用して、多数の基板を同時に品質上問題なく、尚かつ経済的に行うプラズマ装置を提供する。
【解決の手段】 パルストランスを使用して、１次側に立ち上がり、立ち下がりの速いパルス電圧を印加し、尚かつ２次側のコイル中心を接地して、コイルの両端の出力端子の出力電圧の立ち上がり、立ち下がりを速くすることにより、プラズマ密度を大きくするとともに、パルス電圧のオン時間、オフ時間を制御することにより、発熱を抑制するようにしたプラズマ装置である。尚単一電源で多数の基板を同時処理するために、多数の電極を２次側出力端子にコンデンサーを介して接続して、均一にプラズマ処理を行うため極めて経済的で有効的に行うことを可能とした。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は樹脂基板のレーザー穴加工後の残渣除去を多数の樹脂基板を同時にプラズマを利用して行うプラズマ装置に関する。

従来、プリント基板等のスルホールやヴィヤ中の残渣除去（ディスミヤ）またはラミネートの前処理として過マンガン酸カリ等の溶液を使用して行われていた。しかしプリント基板の微細化にともないスルーホールの径またはヴィア径が微小径化され、これらの径が約６０μｍ以下になると液体による処理ではスルーホール中またはヴィア中に溶液が入りにくいため、ディスミヤが難しい。

これらの小径中のディスミヤのためには、気体のガスを電界によりプラズマ化してプラズマ中の活性化された粒子によるディスミヤが行われつつある。一般的にプラズマを発生させるために、マイクロ波または１３．５６ＭＨｚ等の高周波が使用されている。

周波数が高い程プラズマ密度が高くなり、化学反応を主体としたプラズマ処理には、周波数の高い電源が使用されているが、イオンのエネルギーを利用した物理的スパッタリング効果（ＲＩＥ）のように物理的にプラズマ処理する場合は、周波数が低い程イオンエネルギーが大きくなるので、目的に応じて周波数の選定をする必要がある。また高い周波数と低い周波数を組合せて、高密度でイオンエネルギーを大きくして効果的にプラズマ処理することが行われている。

プリント基板等のディスミヤを行う場合に、フィルムのように基板が薄い場合でスルーホールまたはヴィヤの深さが浅い場合には、イオンエネルギーが小さくても、ラジカル粒子によりスルーホールまたはヴィヤ中のディスミヤは充分可能であるが、多層板のように基板が厚く、また樹脂層が厚い場合は、スルーホールまたはヴィヤの底が深いため、穴中にイオンやラジカル粒子が入りにくい。特に３．３ＭＨｚ以上の高い周波数ではイオンがほとんど半周期の間に動くことができないので、穴中への進入が難しい。また物理的なガス流だけでは小径中へのイオンまたはラジカル粒子の進入が難しいため、ディスミヤ等が困難である。

発明が解決しようとする課題

従って、小径のスルーホールまたはヴィヤ中のディスミヤ等を行うためには、数百ＫＨｚ以下の低い周波数を使用することにより、イオンが半周期の間に充分追従できるとともに、またイオンエネルギーも大きくできるので、微小径の穴中にイオンの進入が可能となり、同時にラジカル粒子もイオンの衝突により穴中に侵入可能となり穴中のディスミヤが可能となる。しかし低い周波数ではプラズマ密度が低いため、処理時間が長くなる欠点がある。そのため高い周波数でプラズマ密度を大きくして、更に低い周波数を併用してイオンエネルギーを大きくして処理効率をあげる方法が実施されている。

しかし処理すべき基板等の試料が１枚のように少ないときは各電源の各電極が単一で良いため問題がないが、多数の基板等の試料を同時にプラズマ処理する場合には、均一性を重要視するため多数の各電極を対にする必要がある。この場合数十ＫＨｚ程度での低い周波数では、単一の電源から多数の電極を並列に配置接続することは難しくないが、１３．５６ＭＨｚ程度の高い周波数になると、単一電源から多数の電極を並列に配置することは、回路の負荷インピーダンスとのマッチングが難しいとともに、チャンバが大型になり電波の共鳴現象が起こり、単一電源から多数の電極を並列に配置することは困難である。従って、各高い周波数の電源を多数配置して各電極に接地電極を対向させて、これらの問題が起こらないようにしているが、経済的に非常に高価となり実用的でない。

本発明はこれらの問題を解決して、経済的に有利で尚かつ効率良く深いスルーホールまたはヴィア中のディスミヤ及び表面処理する方法を提供するものである。以下、具体的実施例について説明する。

図１に示すようにパルストランス９の２次側のコイルのセンターＣを接地したプシュプル型のトランスを利用して、２次側端子Ａ、Ｂを各々プラスまたはマイナスと交互に電位が代わるようにして、このトランスの２次側の接地端子Ｃ以外の両側の各端子Ａ、Ｂに必要とする多数の電極４をプラス、マイナス交互になるように並列にチャンバ１内に配列して、各電極４に、最適の容量を有するコンデンサー８を介して接続する。

１次側のコイルには数ＫＨｚから数百ＫＨｚの間の最適な周波数で立ち上がり、立ち下がりの速いパルス電圧を印加する。プラズマ密度は立ち上がり電圧が速い程大きくすることができるため、立ち上がりの速いパルス電圧をパルストランス９の１次側に印加するとともに、トランスの２次側にコイルのセンターＣを接地して、コイルの両側端子Ａ、Ｂを交互にプラス、マイナスの電位になるように出力することにより、２次側コイルの端子を出力端子のみにする場合より、２次側の出力電圧の立ち上がりを速くすることが可能となり、プラズマ密度をより効果的に高くすることが可能となる。印加するパルス電圧の周波数は高い程プラズマ密度を高くすることが可能であるが、発熱との関係で目的に応じて最適の周波数を選定することが重要である。

図１のようにプラズマ処理すべき各基板７に対して、数ｃｍの間隔をおいてプラス、マイナスの電位を有する各電極４が対面するように、各基板７の両側に配置する。今、ガス圧力をＰとし、各プラス、マイナスの対面した電極の距離をｄとするとき、パッシェンの法則のＰｄ積から放電開始電圧が変化するので、できるだけ放電開始電圧が最小値の近辺にガス圧力Ｐと電極間距離ｄを選定して、プラズマを発生させるようにすることが好ましい。

今、チャンバ１の排出口２より真空装置により排気して後、目的に応じたガスをチャンバのガス導入口３から、ガスがチャンバ全体に均一に導入するように、多数の小径の穴を形成したシャワー構造５のガス導入口からガスを均一に導入するようにする。また電極の端とシャワー構造のガス導入面とはシールド板６を取り付けるのが好ましい。更にガスの導入口とガスの排気口を交互に変更して試料面をより均一にプラズマ処理をする。

以上のようにして、目的とするガスの種類を選定して、最適なガス圧力に設定した後、電力を印加することにより、チャンバ中の各電極間で均一にプラズマを発生させることができる。一般的にプリント基板の場合のディスミヤに対してはＯ_２ガス、Ｎ_２ガス、およびＣＦ_４ガスを混入して使用するのが効果的である。スミヤ等の有機物に対してＯ_２ガスに１０％〜２０％程度のＣＦ_４ガスを混入することにより、より効果的に化学反応が遂行する。またＮ_２ガスの混入により、より放電開始電圧を下げることができ、より効果的にプラズマを発生させることができる。

また均一に各電極４間でプラズマを発生させるためには、ガスの導入の均一化とともに各電極４に対して、電源の出力端子Ａ、Ｂからの各配線に対するインピーダンスをできるだけ均一にすることは重要である。

トランスのコイルの１次側に、立ち上がり、立ち下がりの速いパルス電圧を印加する。パルスのピーク電圧値、および周波数は使用する電子デバイスの経済性と目的とするプラズマ密度から目的に応じた値と電子デバイスを選定することが好ましい。また印加するパルスのオン時間とオフ時間の制御により、発熱等を制御することが重要である。

尚かつ各電極に形成された小径の多数の穴によるホロー陰極効果により、電子密度と電子エネルギーを大きくすることが可能となり、プラズマ密度を大きくするとともに、電極の発熱を小さくすることが可能となる。なぜなら電極の穴から多数の電子が発生するため、今電極がマイナスの時、発生したプラズマ中からイオンが電極に引き付けられ、強いエネルギーで衝突すると発熱するが、発生した多数の電子がこれらのイオンを中和するようになり、電極の発熱を小さく抑制することが可能となり、耐熱性の低い基板には有効的である。

上記の方式のプラズマ処理は基板のディスミヤだけでなく、基板の表面の洗浄または表面活性化が可能であり、各基板の材料間の接合性を向上させることが可能となり基板をラミネートする場合の前処理としても有効的である。（参考文献、特許第３０４０３５８号、公開番号２００２−３１９５６４、特願番号２００２−３８３５９３）

今、ＩＣのＢＧＡ用の基板として一般的に使用されているＢＴ基板で基板の上層の絶縁層の下地の銅板までの厚さが５０μｍでレーザーによる開口径が６０μｍでの残渣除去の実験結果を下記する。
試料としてＢＴ基板を使用した。
ＢＴ基板は大きさ、５２０×３５０×０．２５ｍｍ、４枚
各基板と各電極間の距離は約２０ｍｍ、
ＲＦ出力 ２．４ＫＷ、電極 ５３０×３６０×６ｍｍ ８枚
周波数 ４０ＫＨｚ パルスオン時間とパルスオフ時間は同じとした。
使用ガスは Ｏ_２ １２００ｓｃｃｍ
ＣＦ_４ １５０ｓｃｃｍ
Ｎ_２ １５０ｓｃｃｍ
ガス圧力 ７０Ｐａ
照射時間 ２０分間で残渣は完全に除去できた。変色は見られなかった。メッキ前処理後銅メッキを１μｍ前後施した密着強度は、８００ｇｒ／ｃｍ^２以上のため全く問題がなかった。

発明の効果

本発明のパルス電圧印加方式のプラズマ発生装置は、立ち上がり、立ち下がりの速いパルス電圧を使用して、プラズマ密度を大きくすることを可能にするとともに、パルス電圧のオン時間、オフ時間の制御により、プラズマ密度と発熱を制御可能であるために、樹脂基板のディスミヤを発熱による変色等の問題を発生させることなく、効率良く処理することが可能となった。更に１３．５６ＭＨｚ等の高い周波数では、多数の樹脂基板を同時プラズマ処理する場合に多数の電極を必要とするため、回路のマッチングが難しく、また経済的に高価であったが本発明のパルス電圧印加方式では単一パルス発生電源により、多数の電極を並列に使用することが可能となり、非常に経済的に基板のディスミヤ処理とともに表面処理が可能となった。

本発明の一実施の形態におけるパルス電圧印加方式プラズマ発生の断面図

符号の説明

１ チャンバ
２ ガス排出口
３ ガス導入口
４ 電極
５ シャワー構造
６ シールド板
７ 試料基板
８ コンデンサー
９ トランス
Ａ、Ｂ 出力端子
Ｃ 接地端子

Claims (3)

1. プラズマを発生させるためのチャンバ中にガスの排気口と導入口を設置し、チャンバは接地する。チャンバ中にパルス電圧発生用のトランスの２次側コイルの中心に端子を出し、接地する。その２次側コイルの両側端子に各々必要とする数の電極を最適の容量を有するコンデンサーを介して並列に接続する。各電極に交互にプラスマイナスの逆の電位になるように電源を接続して、この各電極間に試料を配置する。トランスの１次側には立ち上がり、立ち下がりの速いプラスマイナスの電圧を交互に印加し、トランスの出力側において、立ち上がり、立ち下がりの速い電圧を得るようにして、プラズマ処理することを特徴とするパルス電圧印加方式プラズマ発生装置。
2. 上記のように電極と試料が配置されたチャンバ中を目的とするプラズマ密度を得るために、目的とするガスを選定してガスを導入して０．１ｐａの減圧から大気圧の間の目的とする最適なガス圧力に制御した後、パルス電圧を印加して各電極間にプラズマを均一に発生させ各試料の両面を同時に均一にプラズマ処理することを特徴とする請求項１記載のパルス電圧印加方式プラズマ発生装置。
3. 各電極はホロー陰極効果を利用して、プラズマ密度を大きくするとともに電極の発熱を小さくするように、各電極に多数の小径の穴を形成して、各穴径より電極の厚さを大きくしたことを特徴とする請求項１、請求項２記載のパルス電圧印加方式プラズマ発生装置。

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