JP2012212803A - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.
近年、電子製品の小型化に伴い、部品の微細化要望がますます高まっている。これに対応するべく、部品の表面状態が製品の品質に与える影響が考慮されるようになり、超精密洗浄技術が求められている。このような電子部品などの被処理物の表面には、表面部分の原子が酸素原子、窒素原子または硫黄原子のうち少なくとも1種類と結合することにより被膜が形成している。 In recent years, with the miniaturization of electronic products, there is an increasing demand for miniaturization of parts. In order to cope with this, the influence of the surface condition of the parts on the quality of the product has been taken into consideration, and an ultra-precise cleaning technique is required. A film is formed on the surface of an object to be processed such as an electronic component by bonding atoms of the surface portion to at least one of oxygen atom, nitrogen atom and sulfur atom.
特許文献1においては、ワイヤーボンディング前のアルミニウムや銅の金属電極の表面に形成された酸化膜を除去するために、水素を0.5〜50体積%含有させたプラズマ生成用ガスが供給され、一対の対向電極の少なくとも一方の対向面に固定誘電体が設置されたプラズマ源にパルス化された電界を印加することにより発生したプラズマをアルミニウムや銅などの被処理物に照射して、酸化膜を除去している。
In
この他にも、はんだの表面に形成された酸化膜に対して、水素ガスを含むプラズマ生成用ガスを用いて発生させたプラズマを照射することによって、プラズマ中に生成された水素プラズマを用いて酸化膜を還元する酸化膜の除去方法が記載されている(特許文献2)。 In addition to this, the plasma generated by using a plasma generating gas containing hydrogen gas is irradiated to the oxide film formed on the surface of the solder, thereby using the hydrogen plasma generated in the plasma. A method for removing an oxide film that reduces the oxide film is described (Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1においては、水素ガスが50体積%を超えると大気放出時の爆発限界を超えるため、0.5〜50体積%という水素ガスの添加量に制限を設けており、生成されるプラズマ中の水素ラジカルの濃度を一定量以上とすることができない。
また、プラズマ源に誘電体を設置しているために、プラズマ生成用ガスに印加される電力が弱くなり、生成されるプラズマのパワーが弱くなる。さらに、パルス化された電界によってプラズマ源に電力を印加しているため、プラズマ生成用ガスへの時間平均的な入力電力が小さくなる。その結果、ラジカル化される水素原子および/または水素分子の数が少なり、生成されたプラズマに含まれる水素ラジカルの濃度が薄くなって、処理時間が長くなるという問題を有している。
However, in
Further, since the dielectric is provided in the plasma source, the power applied to the plasma generating gas is weakened, and the power of the generated plasma is weakened. Further, since power is applied to the plasma source by the pulsed electric field, the time average input power to the plasma generating gas is reduced. As a result, there are problems that the number of hydrogen atoms and / or hydrogen molecules to be radicalized is reduced, the concentration of hydrogen radicals contained in the generated plasma is reduced, and the processing time is increased.
また、特許文献2による被膜の除去方法においては、水素プラズマによる酸化膜の還元作用を促進させるために、被処理物を加熱ステージによって常温よりも高くかつ、はんだの融点よりも低い温度、例えば約150℃に加熱している。このような加熱は、はんだに対してはダメージを与えないものの、部品が電子基板上に配設された状態で酸化膜除去を行う場合には、基板に用いられる樹脂板やその他の部品にダメージを与えるため、被処理物が基板上の部品とされる際には加熱することができず、処理時間が長くなるという問題を有している。
Further, in the method of removing a film according to
さらに、プラズマ中の水素ラジカルの濃度を高くするために、プラズマに印加する電力を増加すると、電力の増加に伴って発生するプラズマの温度が高くなり、酸化膜を除去するだけでなく、被処理物さらには被処理物が載置される基材に対してもダメージを与えてしまうという問題を有している。 Furthermore, when the power applied to the plasma is increased to increase the concentration of hydrogen radicals in the plasma, the temperature of the plasma generated with the increase in power increases, and not only the oxide film is removed but also the object to be processed. Further, there is a problem that damage is given to the substrate on which the object and the object to be processed are placed.
そこで、本発明においては、金属や合金などの被処理物の表面の原子が酸素原子、窒素原子または硫黄原子のうち少なくとも1種類と結合することにより形成された被膜に対して、プラズマ生成用ガスに放電することにより発生したプラズマを照射して被膜を高速に除去するとともに、プラズマ処理時における被処理物等へのプラズマの熱によるダメージの発生を防止することのできるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, a plasma generating gas is applied to a coating formed by bonding atoms on the surface of an object to be processed such as metal or alloy with at least one of oxygen atom, nitrogen atom and sulfur atom. Plasma processing method and plasma processing apparatus capable of irradiating plasma generated by electrical discharge to remove the coating at high speed and preventing damage to the object to be processed by plasma heat during plasma processing The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様のプラズマ処理方法は、被処理物の表面の原子が酸素原子、窒素原子または硫黄原子のうち少なくとも1種類と結合することにより形成された被膜に対して、プラズマ生成用ガスに放電することにより発生したプラズマを照射して前記被膜中の前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子を除去するプラズマ処理方法であって、前記プラズマは、前記プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルと、前記プラズマ生成用ガスそのものとを含み、前記プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルは、前記被膜に含まれる前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子を被処理物から分離させることのできる水素ラジカルを少なくとも含み、前記被膜の除去は、除去するべき被膜中に含まれるすべての前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子を分離させるために必要な量以上の前記水素ラジカルを前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子に接触させて行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the plasma processing method according to the first aspect of the present invention is formed by combining atoms on the surface of an object to be processed with at least one of oxygen atoms, nitrogen atoms and sulfur atoms. A plasma processing method for removing the oxygen atoms, nitrogen atoms or sulfur atoms in the coating by irradiating the coating with plasma generated by discharging to a plasma generating gas, wherein the plasma is the plasma The radical generated from the substance contained in the generating gas and the plasma generating gas itself, and the radical generated from the substance contained in the plasma generating gas includes the oxygen atom and nitrogen contained in the coating film. At least hydrogen radicals capable of separating atoms or sulfur atoms from the object to be treated, and the removal of the film is performed by removing the film to be removed. Characterized contains all of the oxygen atoms, the oxygen atom of the amount or more of the hydrogen radicals required for separating nitrogen atom or a sulfur atom, to make in contact with the nitrogen atom or sulfur atom in the.
このような、本発明の第1の態様のプラズマ処理方法によれば、除去するべき被膜に対して、当該被膜中に含まれる全ての酸素原子、窒素原子または硫黄原子を分離させるために十分な量の水素ラジカルを被膜に接触させることができるので、当該被膜中に含まれる酸素原子、窒素原子または硫黄原子を被膜から効率よく分離することを可能とし、被処理物から当該被膜を高速に除去することを実現する。 According to the plasma processing method of the first aspect of the present invention, sufficient to separate all oxygen atoms, nitrogen atoms or sulfur atoms contained in the coating film to be removed from the coating film to be removed. Since an amount of hydrogen radicals can be brought into contact with the coating, it is possible to efficiently separate oxygen atoms, nitrogen atoms or sulfur atoms contained in the coating from the coating, and the coating is removed from the object to be processed at high speed. Realize that.
本発明の第2の態様のプラズマ処理方法は、前記水素ラジカルによる前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子の分離は、前記水素ラジカルが前記被膜に衝突して当該被膜から前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子をはじき出すことによる分離および/または前記水素ラジカルと前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子との化学反応によって前記被膜を還元することによる分離であることを特徴とする。 In the plasma processing method of the second aspect of the present invention, the separation of the oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom by the hydrogen radical is carried out by the collision of the hydrogen radical with the coating film and the oxygen atom, nitrogen atom or Separation by ejecting sulfur atoms and / or separation by reducing the film by a chemical reaction between the hydrogen radical and the oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom.
このような、本発明の第2の態様のプラズマ処理方法によれば、水素ラジカルによって、被膜中から酸素原子、窒素原子または硫黄原子を物理的および化学的に分離することができるので、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the second aspect of the present invention, oxygen atoms, nitrogen atoms or sulfur atoms can be physically and chemically separated from the film by hydrogen radicals. It is possible to remove the coating from the object at high speed.
本発明の第3の態様のプラズマ処理方法は、前記水素ラジカルの量は、前記プラズマ生成用ガス中の水素原子および水素分子の濃度と、前記プラズマ生成用ガスに印加される電圧値とを制御することによって調整することを特徴とする。 In the plasma processing method of the third aspect of the present invention, the amount of the hydrogen radicals controls the concentration of hydrogen atoms and hydrogen molecules in the plasma generating gas and the voltage value applied to the plasma generating gas. It is characterized by adjusting by doing.
このような、本発明の第3の態様のプラズマ処理方法によれば、除去するべき被膜の様態によって、常に最適な水素ラジカルの量へ調整することができるので、被処理物から当該被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the third aspect of the present invention, the amount of hydrogen radicals can always be adjusted according to the state of the film to be removed. Can be removed.
本発明の第4の態様のプラズマ処理方法は、前記プラズマが、前記プラズマ生成用ガスの温度を制御することにより、所定温度に調整されることを特徴とする。 The plasma processing method of the fourth aspect of the present invention is characterized in that the plasma is adjusted to a predetermined temperature by controlling the temperature of the plasma generating gas.
このような、本発明の第4の態様のプラズマ処理方法によれば、プラズマの温度を、例えば、被処理物に熱損傷を与えない温度、または、被処理物が配設された基板等に熱損傷を与えない温度に調整することにより、プラズマを被処理物に照射する際に、被処理物または前記基板などに対して、プラズマの熱により熱損傷などのダメージが発生することを防止できる。 According to the plasma processing method of the fourth aspect of the present invention as described above, the plasma temperature is set at, for example, a temperature that does not cause thermal damage to the object to be processed, or a substrate on which the object to be processed is disposed. By adjusting the temperature so as not to cause thermal damage, it is possible to prevent damage to the object to be processed or the substrate from being damaged due to heat of the plasma when the object is irradiated with plasma. .
本発明の第5の態様のプラズマ処理方法は、前記プラズマの温度が、前記被処理物にダメージを与えない温度に調整されることを特徴とする。 The plasma processing method of the fifth aspect of the present invention is characterized in that the temperature of the plasma is adjusted to a temperature that does not damage the object to be processed.
このような、本発明の第5の態様のプラズマ処理方法によれば、被処理物に熱損傷を与えることなく、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the fifth aspect of the present invention, it is possible to remove the coating film from the processing object at high speed without causing thermal damage to the processing object.
本発明の第6の態様のプラズマ処理方法は、前記プラズマが、前記プラズマ生成用ガスに高周波電圧を印加して発生させることを特徴とする。 The plasma processing method of the sixth aspect of the present invention is characterized in that the plasma is generated by applying a high frequency voltage to the plasma generating gas.
このような、本発明の第6の態様のプラズマ処理方法によれば、時間平均的な入力電力を大きくすることができるので、プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルを大量に生成することができる。その結果、水素ラジカルの濃度が高いプラズマとすることで、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the sixth aspect of the present invention, since the time average input power can be increased, a large amount of radicals generated from the substance contained in the plasma generating gas are generated. can do. As a result, the plasma having a high concentration of hydrogen radicals can be used to remove the coating from the object to be processed at high speed.
本発明の第7の態様のプラズマ処理方法は、前記プラズマ生成用ガスが、水素ガスであることを特徴とする。 The plasma processing method of the seventh aspect of the present invention is characterized in that the plasma generating gas is hydrogen gas.
このような、本発明の第7の態様のプラズマ処理方法によれば、プラズマ中のプラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルを水素ラジカルのみとすることができるので、水素ラジカルの濃度が高いプラズマとすることで、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the seventh aspect of the present invention, since the radicals generated from the substance contained in the plasma generating gas in the plasma can be only hydrogen radicals, the concentration of hydrogen radicals By using high plasma, it is possible to remove the coating film from the object to be processed at high speed.
本発明の第8の態様のプラズマ処理方法は、前記プラズマ生成用ガスが、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスおよび空気から少なくとも1つ選ばれるベースガスと、水素ガス、メタン系ガスおよびエタン系ガスから少なくとも1つ選ばれる添加ガスとの混合ガスであることを特徴とする。 In the plasma processing method of the eighth aspect of the present invention, the plasma generating gas is a base gas selected from at least one of argon gas, helium gas, nitrogen gas and air, hydrogen gas, methane gas and ethane gas. It is a mixed gas with at least one additive gas selected from the above.
このような、本発明の第8の態様のプラズマ処理方法によれば、プラズマ生成用ガスを混合ガスとすることにより、プラズマ化したベースガスによって、添加ガス中に含まれる水素原子および/または水素分子に対してエネルギーを与えてラジカル化させることができるので、水素ラジカルを高濃度に含むプラズマとすることができるとともに、水素ラジカルの寿命を長く保つことをができるので、水素ラジカルを多く含むプラズマを被膜に照射して、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the eighth aspect of the present invention, hydrogen atoms and / or hydrogen contained in the additive gas are generated by the plasma-generated base gas by using the plasma generating gas as a mixed gas. Since it can be radicalized by applying energy to the molecule, it can be a plasma containing a high concentration of hydrogen radicals, and the life of the hydrogen radicals can be kept long, so that the plasma contains a lot of hydrogen radicals. Can be removed from the workpiece at high speed.
本発明の第9の態様のプラズマ処理方法は、前記被処理物が金属であることを特徴とする。 The plasma processing method of the ninth aspect of the present invention is characterized in that the object to be processed is a metal.
このような、本発明の第9の態様のプラズマ処理方法によれば、金属に形成された酸素膜、窒化膜または硫化膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the ninth aspect of the present invention, the oxygen film, nitride film or sulfide film formed on the metal can be removed at high speed.
本発明の第10の態様のプラズマ処理方法は、前記被処理物に対する前記プラズマの照射方向において、前記被処理物の下流側には、前記被処理物を載置もしくは前記被処理物が配設される部材を載置するベースを有し、前記プラズマ生成用ガスに電圧を印加するための電極と、前記ベースとにバイアス電圧を印加することにより、前記プラズマにエネルギーを加えるとともに、前記水素ラジカルを前記被膜に誘導することを特徴とする。 In the plasma processing method according to the tenth aspect of the present invention, the object to be processed is placed or the object to be processed is disposed on the downstream side of the object to be processed in the plasma irradiation direction with respect to the object to be processed. A base on which a member to be mounted is placed, and applying a bias voltage to the electrode for applying a voltage to the plasma generating gas and applying a bias voltage to the base, the energy is applied to the plasma, and the hydrogen radical Is induced in the coating.
このような、本発明の第10の態様のプラズマ処理方法によれば、バイアス電圧によって、電極とベースとの間の空間において発生したプラズマにエネルギーを加えるので、噴出されてから被処理物に到達するまでの間に水素ラジカルの活性が失われることを防止することができる。また、水素ラジカルを被処理物に対して誘導するので、照射後の水素ラジカルが拡散することを防止することができる。これらの作用によって、水素ラジカルを被膜に対して効率よく接触させることができるため、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing method of the tenth aspect of the present invention, energy is applied to the plasma generated in the space between the electrode and the base by the bias voltage, so that it reaches the object to be processed after being ejected. It is possible to prevent the loss of hydrogen radical activity during the time period until Further, since hydrogen radicals are induced to the object to be processed, it is possible to prevent the hydrogen radicals after irradiation from diffusing. By these actions, hydrogen radicals can be efficiently brought into contact with the film, so that the film can be removed from the object to be processed at high speed.
本発明の第1の態様のプラズマ処理装置は、前記プラズマ生成用ガスをプラズマとするプラズマ源と、前記プラズマ源に供給するプラズマ生成用ガスの温度を調整するプラズマ生成用ガス温度制御部と、前記プラズマ源に供給するプラズマ生成用ガスの温度を測定するプラズマ生成用ガス温度測定部と、前記プラズマ源から噴出するプラズマの温度を測定するプラズマ温度測定部とを備え、前記プラズマ温度測定部で測定されたプラズマの温度を前記プラズマ生成用ガス温度制御部にフィードバックして、前記プラズマ生成用ガスの温度を制御することを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to the first aspect of the present invention includes a plasma source that uses the plasma generating gas as plasma, a plasma generating gas temperature control unit that adjusts the temperature of the plasma generating gas supplied to the plasma source, A plasma generation gas temperature measurement unit for measuring the temperature of the plasma generation gas supplied to the plasma source; and a plasma temperature measurement unit for measuring the temperature of the plasma ejected from the plasma source. The temperature of the plasma generation gas is controlled by feeding back the measured plasma temperature to the plasma generation gas temperature control unit.
このような、本発明の第1の態様のプラズマ処理装置によれば、水素ガスを含むプラズマ生成用ガスを前記プラズマ源に供給すると、生成されたプラズマに含まれる水素ラジカルによって被膜を高速に除去することができ、さらに、プラズマの温度を所望の温度とすることができ、例えば被処理物および被処理物が載置される樹脂材料などからなる基板等への熱損傷の発生を防止して、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing apparatus of the first aspect of the present invention, when the plasma generating gas containing hydrogen gas is supplied to the plasma source, the coating is removed at high speed by the hydrogen radicals contained in the generated plasma. Furthermore, the temperature of the plasma can be set to a desired temperature, for example, to prevent the occurrence of thermal damage to a substrate made of a processing object and a resin material on which the processing object is placed. The film can be removed from the object to be processed at high speed.
本発明の第2の態様のプラズマ処理装置は、前記プラズマ源には、一対の対向電極が配設され、前記プラズマ源から前記被処理物に対してプラズマが照射される照射方向において、前記被処理物の下流側には、前記被処理物を載置もしくは前記被処理物が配設される部材を載置するベースが配設され、前記一対の対向電極の一方の電極と、前記ベースとにバイアス電圧を印加するための電源が配設され、前記バイアス電圧を印加して、前記プラズマ源と前記ベースとの間に電位差を設けることを特徴とする。 In the plasma processing apparatus according to the second aspect of the present invention, the plasma source is provided with a pair of counter electrodes, and in the irradiation direction in which the plasma is irradiated from the plasma source to the object to be processed. A base on which the object to be processed or a member on which the object to be processed is mounted is disposed on the downstream side of the object to be processed, one electrode of the pair of counter electrodes, and the base A power supply for applying a bias voltage is provided, and a potential difference is provided between the plasma source and the base by applying the bias voltage.
このような、本発明の第2の態様のプラズマ処理装置によれば、前記電極と前記ベースとの間の空間において発生したプラズマに対し、バイアス電圧からエネルギーを与えることができる。また、プラズマ源とベースとの間に電位差を設けることによって、水素ラジカルを被処理物へ誘導することができる。この結果、被膜に対して水素ラジカルを効率よく接触させることができ、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 According to the plasma processing apparatus of the second aspect of the present invention, energy can be applied from the bias voltage to the plasma generated in the space between the electrode and the base. Further, by providing a potential difference between the plasma source and the base, hydrogen radicals can be induced to the object to be processed. As a result, hydrogen radicals can be efficiently brought into contact with the film, and the film can be removed from the object to be processed at high speed.
本発明のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置によれば、被処理物の表面に形成された被膜を高速に除去することができ、また、被処理物へプラズマの熱によるダメージを与えることなく処理することができる。 According to the plasma processing method and the plasma processing apparatus of the present invention, the film formed on the surface of the object to be processed can be removed at a high speed, and the object to be processed is processed without being damaged by the heat of the plasma. be able to.
さらに説明すれば、本発明のプラズマ処理方法によれば、被処理物の表面の原子が酸素原子、窒素原子および硫黄原子等と結合することにより形成された被膜に対して、除去するべき被膜中に含まれる全ての酸素原子、窒素原子または硫黄原子を分離させるために必要な量以上の水素ラジカルを照射するので、除去するべき被膜に含まれる酸素原子、窒素原子または硫黄原子に対して不足なく水素ラジカルが結合して被膜から分離し、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 More specifically, according to the plasma processing method of the present invention, the film to be removed is removed from the film formed by bonding atoms on the surface of the workpiece with oxygen atoms, nitrogen atoms and sulfur atoms. Irradiate more hydrogen radicals than necessary to separate all oxygen, nitrogen or sulfur atoms contained in the film, so there is no shortage of oxygen, nitrogen or sulfur atoms in the coating to be removed. Hydrogen radicals are bonded and separated from the film, and the film can be removed from the object to be processed at high speed.
また、プラズマの温度を所定温度に調整して、被処理物および被処理物が載置される基材への熱損傷の発生を防止することができ、例えば、樹脂材料からなる基材上に配設された金属からなる被処理物に形成された被膜を除去する際にも、被処理物を基材上に配設した状態でプラズマを照射して被膜の除去を行うことを可能とする。 Further, by adjusting the temperature of the plasma to a predetermined temperature, it is possible to prevent the occurrence of thermal damage to the workpiece and the substrate on which the workpiece is placed. For example, on the substrate made of a resin material When removing the film formed on the object to be processed made of the arranged metal, it is possible to remove the film by irradiating the plasma while the object to be processed is disposed on the substrate. .
またさらに、プラズマ源の電極とベースとにバイアス電圧を印加することによって、水素ラジカルの活性状態を長く持続させることができるとともに、プラズマ源とベースとの間に電位差を設けて、少なくとも水素ラジカルを被処理物へ誘導することができるので、被膜に対して水素ラジカルを効果的に接触させて被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 Furthermore, by applying a bias voltage to the electrode and the base of the plasma source, the active state of the hydrogen radical can be maintained for a long time, and a potential difference is provided between the plasma source and the base so that at least the hydrogen radical is generated. Since it can be guided to the object to be processed, it is possible to remove the film from the object to be processed at high speed by effectively bringing hydrogen radicals into contact with the film.
以下に、本発明のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置の詳しい実施形態を図1乃至図6を用いて説明する。 Hereinafter, detailed embodiments of the plasma processing method and the plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明のプラズマ処理方法は、例えば、銅、鉄、スズ、鉛およびはんだ等の金属や合金からなる被処理物の表面の原子が、酸素原子、窒素原子および硫黄原子等の少なくとも1種類であって、金属や合金と結合して化合物を形成する原子と結合することにより形成された酸化物、窒化物または硫化物からなる被膜に対し、プラズマ生成用ガスに放電することにより発生したプラズマを照射して当該被膜を除去する方法である。この時、プラズマは、プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルとプラズマ生成用ガスそのものとを含んでいる。 In the plasma processing method of the present invention, for example, the atoms on the surface of an object made of a metal or alloy such as copper, iron, tin, lead and solder are at least one kind such as oxygen atom, nitrogen atom and sulfur atom. Then, the plasma generated by discharging to the plasma generating gas is irradiated to the film made of oxide, nitride or sulfide formed by bonding with atoms forming a compound by combining with metal or alloy. And removing the film. At this time, the plasma includes radicals generated from substances contained in the plasma generation gas and the plasma generation gas itself.
プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルは、酸素原子、窒素原子および硫黄原子等を被処理物から分離することのできる1個の水素原子からなる水素ラジカルH*および/または1個の水素分子からなる水素ラジカルH2 *を少なくとも含んでいる。 The radicals generated from the substance contained in the plasma generating gas include one hydrogen atom H * and / or one hydrogen atom that can separate oxygen atoms, nitrogen atoms, sulfur atoms, and the like from the object to be processed. At least a hydrogen radical H 2 * consisting of the following hydrogen molecules.
具体的には、プラズマ生成用ガスを水素ガスのみとすることにより、発生するプラズマ生成用ガスである水素ガスに含まれる物質(水素)から生成されるラジカルに1個の水素原子からなる水素ラジカルH*および/または1個の水素分子からなる水素ラジカルH2 *が含まれるようにする。 Specifically, a hydrogen radical consisting of one hydrogen atom in a radical generated from a substance (hydrogen) contained in hydrogen gas, which is a generated plasma generating gas, by using only hydrogen gas as the plasma generating gas. A hydrogen radical H 2 * consisting of H * and / or one hydrogen molecule is included.
また、プラズマ生成用ガスを例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスおよび空気等のベースガスと、水素ガス、メタン系ガスおよびエタン系ガスなどの水素原子を含む添加ガスとの混合ガスとして、発生するプラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルに1個の水素原子からなる水素ラジカルH*および/または1個の水素分子からなる水素ラジカルH2 *が含まれるようにしてもよい。なお、添加ガスとして選択されるガスは、水素原子が含まれるものであれば、いかなるガスでもよい。 Further, the plasma generation gas is generated as a mixed gas of a base gas such as argon gas, helium gas, nitrogen gas and air and an additive gas containing hydrogen atoms such as hydrogen gas, methane gas and ethane gas. The radicals generated from the substance contained in the plasma generating gas may include hydrogen radicals H * consisting of one hydrogen atom and / or hydrogen radicals H 2 * consisting of one hydrogen molecule. The gas selected as the additive gas may be any gas as long as it contains hydrogen atoms.
<水素ラジカルによる被膜の除去方法>
本発明のプラズマ処理方法における被膜の除去においては、除去するべき被膜に含まれる酸素原子、窒素原子または硫黄原子に対して、これらを分離するために必要な量以上の水素ラジカルを接触させることにより、被処理物から当該酸素原子、窒素原子または硫黄原子を分離することによって除去する。
<Method of removing the film with hydrogen radicals>
In the removal of the coating film in the plasma processing method of the present invention, oxygen radicals, nitrogen atoms or sulfur atoms contained in the coating film to be removed are brought into contact with an amount of hydrogen radicals more than necessary to separate them. The oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom is removed from the object to be treated.
ここで、被処理物を銅板とし、銅板の表面の銅原子と結合して被膜を形成する原子を酸素原子とした場合の分離の形態を図1を用いて詳しく説明する。 Here, the form of separation will be described in detail with reference to FIG. 1 when the object to be treated is a copper plate and the atoms that form a film by bonding with copper atoms on the surface of the copper plate are oxygen atoms.
酸化銅(II)は、図1(a)に示すように、銅原子同士の空隙に酸素原子が侵入した単斜晶系の結晶構造とされている。なお、図1(a)では、酸素原子に注目するべく、酸素原子の方が銅原子よりも大きく図示されているが、実際には、銅原子の原子半径の方が酸素原子の原子半径よりも大きいものとされている。 As shown in FIG. 1A, copper oxide (II) has a monoclinic crystal structure in which oxygen atoms have entered the voids between copper atoms. In FIG. 1 (a), the oxygen atom is shown larger than the copper atom so as to pay attention to the oxygen atom, but actually, the atomic radius of the copper atom is larger than the atomic radius of the oxygen atom. Is also considered to be large.
まず、第1の態様の酸化銅(II)からの酸素原子の分離の形態は、図1(b)に示すように、銅原子および/または酸素原子に対して水素ラジカルを衝突させることによって結晶構造中から酸素原子を離脱させて分離するものである。さらに、水素ラジカルは、非常に活性が高く、分離された1個の酸素原子に対して、2個の水素ラジカルH*または図示を省略した1個の水素ラジカルH2 *が活発に化学反応を起こすことにより、水分子が生成される。なお、図1(b)において、内側のI層は銅原子のみからなる被処理物層であり、外側のII層は銅原子と酸素原子からなる酸化銅の被膜層である。 First, the form of separation of oxygen atoms from copper oxide (II) of the first embodiment is such that, as shown in FIG. 1 (b), hydrogen radicals collide with copper atoms and / or oxygen atoms to produce crystals. Oxygen atoms are separated from the structure and separated. Further, the hydrogen radical is very active, and two hydrogen radicals H * or one hydrogen radical H 2 * ( not shown) actively undergoes chemical reaction with respect to one separated oxygen atom. By waking up, water molecules are generated. In FIG. 1B, the inner I layer is an object layer made of copper atoms only, and the outer II layer is a copper oxide coating layer made of copper atoms and oxygen atoms.
また、第2の態様の酸化銅(II)からの酸素原子の分離の形態は、図1(c)に示すように、水素ラジカルが酸化銅の結晶格子内に侵入し、銅原子および酸素原子に接触して中間体不整合の状態となるとともに、酸素原子と結合してOHを形成する。このOHに対し、さらに水素ラジカルが化学反応を起こして水分子が生成され、酸化銅を還元することにより酸素原子を分離するものである。 In addition, as shown in FIG. 1C, the form of separation of oxygen atoms from copper oxide (II) of the second embodiment is such that hydrogen radicals penetrate into the crystal lattice of copper oxide, and copper atoms and oxygen atoms To form an incommensurate state of the intermediate and combine with oxygen atoms to form OH. Further, hydrogen radicals cause a chemical reaction with this OH to generate water molecules, and oxygen atoms are separated by reducing copper oxide.
<理想状態における必要水素ラジカル数の算出>
具体的に、上記分離に必要とされる水素ラジカルの個数の算出を行う。例えば、タテ1mm×ヨコ1mm×厚さ1nmあたりの被膜中に含まれる酸素原子を全て分離するために必要な水素ラジカルの個数を算出する。なお、酸化銅(II)の密度は6.31g/cm3、モル質量は79.55g/mol、アボガドロ数は6.02×1023である。
<Calculation of the number of necessary hydrogen radicals in an ideal state>
Specifically, the number of hydrogen radicals required for the separation is calculated. For example, the number of hydrogen radicals necessary for separating all oxygen atoms contained in the coating per 1 mm vertical x 1 mm wide x 1 nm thick is calculated. The density of copper (II) oxide is 6.31 g / cm 3 , the molar mass is 79.55 g / mol, and the Avogadro number is 6.02 × 10 23 .
1mm×1mm×1nmの酸化銅中に含まれる酸素原子の個数Xは、
したがって、1mm×1mm×1nmの酸化銅(II)中に含まれる酸素原子に対して、少なくとも4.78×1013個の水素ラジカルを被膜に接触させることで、酸化銅(II)中の酸素原子を全て水分子として分離することができる。 Accordingly, by bringing at least 4.78 × 10 13 hydrogen radicals into contact with the film with respect to oxygen atoms contained in 1 mm × 1 mm × 1 nm of copper (II) oxide, oxygen in copper (II) oxide All atoms can be separated as water molecules.
同様に、被処理物を純鉄の板とし、表面に形成された酸化鉄(II)を分離するために必要な水素ラジカルの個数を算出する。なお、酸化鉄(II)の密度は5.24g/cm3、モル質量は159.69g/mol、アボガドロ数は6.02×1023である。 Similarly, the number of hydrogen radicals required to separate iron oxide (II) formed on the surface is calculated using a pure iron plate as the object to be processed. In addition, the density of iron (II) is 5.24 g / cm 3 , the molar mass is 159.69 g / mol, and the Avogadro number is 6.02 × 10 23 .
タテ1mm×ヨコ1mm×厚さ1nmあたりの酸化鉄(II)の被膜中に含まれる酸素原子の個数Xは、
つまり、1mm×1mm×1nmの酸化鉄(II)中に含まれる酸素原子に対して、少なくとも2.37×1013個の水素ラジカルを被膜に接触させることで、酸化鉄(II)中の酸素原子を全て水分子として分離することができる。 That is, by bringing at least 2.37 × 10 13 hydrogen radicals into contact with the film against oxygen atoms contained in 1 mm × 1 mm × 1 nm iron (II), oxygen in iron (II) oxide All atoms can be separated as water molecules.
さらに、被処理物をはんだとし、表面に形成された酸化膜のを分離するために必要な水素ラジカルの個数を算出する。なお、はんだはスズ96.5%、銀3%、銅0.5%の組成のものとし、密度は7.4g/cm3、モル質量は118.11g/mol、アボガドロ数は6.02×1023である。 Further, the number of hydrogen radicals necessary for separating the oxide film formed on the surface is calculated by using the object to be processed as solder. The solder is composed of 96.5% tin, 3% silver, and 0.5% copper, the density is 7.4 g / cm 3 , the molar mass is 118.11 g / mol, and the Avogadro number is 6.02 ×. 10 23 .
はんだに形成されたタテ1mm×ヨコ1mm×厚さ1nmあたりの被膜が、完全結晶であるとすると、96.5%が酸化スズ、3%が酸化銀、0.5%が酸化銅であり、それぞれの酸化物に含まれる酸素原子の数XSn、XAgおよびXCuは、
よって、はんだに形成した1mm×1mm×1nmの酸化膜に含まれる酸素原子に対して、少なくともYSnとYAgとYCuとの合計である2.84×1013個の水素ラジカルを被膜に接触させることで、酸化膜中の酸素原子を全て水分子として分離することができる。 Therefore, with respect to the oxygen atoms contained in the 1 mm × 1 mm × 1 nm oxide film formed on the solder, at least 2.84 × 10 13 hydrogen radicals, which is the total of Y Sn , Y Ag, and Y Cu , are used as the coating. By contacting, all the oxygen atoms in the oxide film can be separated as water molecules.
また、被処理物をアルミニウムとし、表面のアルミニウム原子と結合して被膜を形成する原子を窒素原子とした場合において、表面に形成された窒化アルミニウムを分離するために必要な水素ラジカルの個数を算出する。なお、窒化アルミニウムの密度は、3.26g/cm3、モル質量は40.99g/mol、アボガドロ数は6.02×1023である。 Calculate the number of hydrogen radicals necessary to separate the aluminum nitride formed on the surface when the object to be processed is aluminum and the atoms that form a film by bonding with aluminum atoms on the surface are nitrogen atoms. To do. The density of aluminum nitride is 3.26 g / cm 3 , the molar mass is 40.99 g / mol, and the Avogadro number is 6.02 × 10 23 .
タテ1mm×ヨコ1mm×厚さ1nmあたりの窒化アルミニウムの被膜中に含まれる窒素原子の個数Xは、
つまり、1mm×1mm×1nmの窒化アルミニウム中に含まれる窒素原子に対して、少なくとも7.18×1013個の水素ラジカルを被膜に接触させることで、窒化アルミニウム中の窒素原子を全てアンモニアとして分離することができる。 That is, at least 7.18 × 10 13 hydrogen radicals are brought into contact with the coating with respect to nitrogen atoms contained in 1 mm × 1 mm × 1 nm aluminum nitride, thereby separating all nitrogen atoms in aluminum nitride as ammonia. can do.
また、被処理物を銅板とし、銅板の表面の銅原子と結合して被膜を形成する原子を硫黄原子とした場合において、表面に形成された硫化銅を分離するために必要な水素ラジカルの個数を算出する。なお、硫化銅の密度は、5.6g/cm3、モル質量は159.16g/mol、アボガドロ数は6.02×1023である。 In addition, the number of hydrogen radicals required to separate the copper sulfide formed on the surface when the workpiece is a copper plate and the atoms that form a film by bonding with copper atoms on the surface of the copper plate are sulfur atoms. Is calculated. The density of copper sulfide is 5.6 g / cm 3 , the molar mass is 159.16 g / mol, and the Avogadro number is 6.02 × 10 23 .
タテ1mm×ヨコ1mm×厚さ1nmあたりの硫化銅の被膜中に含まれる硫黄原子の個数Xは、
つまり、1mm×1mm×1nmの硫化銅中に含まれる硫黄原子に対して、少なくとも1.41×1013個の水素ラジカルを被膜に接触させることで、硫化銅中の硫黄原子を全て硫化水素として分離することができる。 That is, at least 1.41 × 10 13 hydrogen radicals are brought into contact with the film with respect to sulfur atoms contained in 1 mm × 1 mm × 1 nm copper sulfide, so that all sulfur atoms in copper sulfide are converted into hydrogen sulfide. Can be separated.
同様に、被処理物を純鉄の板とし、表面に形成された硫化鉄を分離するために必要な水素ラジカルの個数を算出する。なお、硫化鉄の密度は4.84g/cm3、モル質量は87.911g/mol、アボガドロ数は6.02×1023である。 Similarly, the object to be treated is a pure iron plate, and the number of hydrogen radicals necessary for separating the iron sulfide formed on the surface is calculated. The density of iron sulfide is 4.84 g / cm 3 , the molar mass is 87.911 g / mol, and the Avogadro number is 6.02 × 10 23 .
タテ1mm×ヨコ1mm×厚さ1nmあたりの硫化鉄の被膜中に含まれる硫黄原子の個数Xは、
つまり、1mm×1mm×1nmの硫化鉄中に含まれる硫黄原子に対して、少なくとも3.43×1013個の水素ラジカルを被膜に接触させることで、硫化鉄中の硫黄原子を全て硫化水素として分離することができる。 That is, by bringing at least 3.43 × 10 13 hydrogen radicals into contact with the film against sulfur atoms contained in 1 mm × 1 mm × 1 nm iron sulfide, all the sulfur atoms in iron sulfide are converted into hydrogen sulfide. Can be separated.
このように、被膜によって必要とされる水素ラジカルの量(個数)は異なり、以下に、図2および図3を用いて、水素ラジカルの量の調整方法を詳しく説明する。 As described above, the amount (number) of hydrogen radicals required by the coating is different, and the method for adjusting the amount of hydrogen radicals will be described in detail below with reference to FIGS.
例えば、ベースガスとしてのアルゴンガスと、添加ガスとしての水素ガスとの混合ガスからなるプラズマ生成用ガスに、電圧を印加すると
つまり、プラズマ生成用ガス中における水素ガスの濃度を高くすることで、プラズマ生成用ガス中の水素原子および水素分子の量を増加させて、結果的に発生したプラズマに含まれる1個の水素原子からなる水素ラジカルH*および/または1個の水素分子からなる水素ラジカルH2 *の量を増加させることができる。 That is, by increasing the concentration of hydrogen gas in the plasma generating gas, the amount of hydrogen atoms and hydrogen molecules in the plasma generating gas is increased, and one hydrogen atom contained in the resulting plasma is generated. The amount of hydrogen radicals H * consisting of and / or hydrogen radicals H 2 * consisting of one hydrogen molecule can be increased.
また、プラズマに含まれる1個の水素原子からなる水素ラジカルH*および/または1個の水素分子からなる水素ラジカルH2 *の量すなわちプラズマ中における全ての水素ラジカルの密度は、図2に示すように、単位体積あたりに印加される電力量の増加に比例して高くなる。これは、プラズマ生成用ガスに与える電力を増加させることによって、電離または励起された水素電子および水素分子の割合が高くなるためである。 Further, the amount of hydrogen radical H * consisting of one hydrogen atom and / or hydrogen radical H 2 * consisting of one hydrogen molecule contained in the plasma, that is, the density of all hydrogen radicals in the plasma is shown in FIG. Thus, it increases in proportion to an increase in the amount of power applied per unit volume. This is because the ratio of hydrogen electrons and hydrogen molecules ionized or excited is increased by increasing the power applied to the plasma generating gas.
さらに、ベースガスの成分に基づくプラズマがプラズマ全体中に存在することにより、ベースガスのプラズマが水素ラジカルのラジカル状態を保持するためのエネルギー源となって、水素ラジカルの寿命を長くすることができるので、プラズマ源から離れた部分においても、水素ラジカルを高濃度で被膜に接触させることができる。 Furthermore, since the plasma based on the components of the base gas exists in the entire plasma, the base gas plasma can be an energy source for maintaining the radical state of the hydrogen radical, and the lifetime of the hydrogen radical can be extended. Therefore, hydrogen radicals can be brought into contact with the coating at a high concentration even in a portion away from the plasma source.
<水素ラジカル量の調整方法>
本発明のプラズマ処理方法においては、被膜に対して接触させる水素ラジカルの量(個数)を調整するべく、プラズマ生成用ガスをプラズマとするプラズマ源に対して供給されるプラズマ生成用ガス中の水素原子および水素分子の濃度と、プラズマ源に印加される電圧値とを制御するようにされている。
<Method for adjusting the amount of hydrogen radicals>
In the plasma processing method of the present invention, hydrogen in a plasma generating gas supplied to a plasma source having a plasma generating gas as plasma in order to adjust the amount (number) of hydrogen radicals brought into contact with the film. The concentration of atoms and hydrogen molecules and the voltage value applied to the plasma source are controlled.
具体的に、水素ラジカルの量を増加させる際には、例えば、ベースガスとしてのアルゴンガスと、添加ガスとしての水素ガスとの混合ガスを10L/minでプラズマ源に供給する場合において、水素ガスの流量を増加させるとともに、アルゴンガスの流量を当該増加させた分だけ減少させて、混合ガス中の水素ガスの割合を増やして水素ラジカルとなる水素原子および水素分子の存在割合を増加させる。 Specifically, when increasing the amount of hydrogen radicals, for example, when supplying a mixed gas of argon gas as a base gas and hydrogen gas as an additive gas to a plasma source at 10 L / min, the hydrogen gas And the argon gas flow rate is decreased by the increased amount to increase the proportion of hydrogen gas in the mixed gas to increase the existence ratio of hydrogen atoms and hydrogen molecules as hydrogen radicals.
さらに、プラズマ源に電力を入力する直流から交流、高周波およびマイクロ波などの電源からの電力量を増加させて、電離または励起される水素原子および水素分子の割合を増加させて、水素ラジカルの量を増加させる。特に、プラズマ源に電力を入力する電源として高周波電源を用いることが好ましく、20kHz以上の周波数の高周波電圧をプラズマを発生させるためのプラズマ発生室内の体積に対して60〜240W/cm3の電力量となるように入力することが最も好ましい。 Furthermore, the amount of hydrogen radicals is increased by increasing the amount of hydrogen atoms and hydrogen molecules that are ionized or excited by increasing the amount of power from DC to AC, high frequency, and microwave power sources that input power to the plasma source. Increase. In particular, a high-frequency power source is preferably used as a power source for inputting power to the plasma source, and a power amount of 60 to 240 W / cm 3 with respect to the volume in the plasma generation chamber for generating a plasma with a frequency of 20 kHz or higher. It is most preferable to input so that
なお、プラズマ生成用ガス中の水素ガス濃度の制御および高周波電源によるプラズマ源に印加する高周波電圧の電圧値の制御は、除去するべき被膜に応じて適宜行い、当該被膜に対して最適なプラズマを照射して水素ラジカルによる酸素原子、窒素原子および硫黄原子の分離を行うようにされている。具体的には、プラズマ源に入力される電力がプラズマ発生室内の体積に対して120W/cm3程度となるように印加される電圧を制御し、プラズマ源に流入されるプラズマ生成用ガスが10L/min程度とされることが最も好ましい。 The control of the hydrogen gas concentration in the plasma generating gas and the voltage value of the high frequency voltage applied to the plasma source by the high frequency power source are appropriately performed according to the film to be removed, and an optimum plasma is applied to the film. Irradiation is performed to separate oxygen atoms, nitrogen atoms and sulfur atoms by hydrogen radicals. Specifically, the voltage applied so that the power input to the plasma source is about 120 W / cm 3 with respect to the volume in the plasma generation chamber is controlled, and the plasma generation gas flowing into the plasma source is 10 L. Most preferably, it is about / min.
このように、プラズマ生成用ガスの水素原子および水素分子の濃度と、プラズマ生成用ガスに印加される電圧値とを制御して、水素ラジカルの量を調整可能とすることにより、被膜に含まれる酸素原子、窒素原子および硫黄原子に対して不足なく水素ラジカルを接触させることができ、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。 As described above, the amount of hydrogen radicals can be adjusted by controlling the concentration of hydrogen atoms and hydrogen molecules in the plasma generating gas and the voltage value applied to the plasma generating gas. Hydrogen radicals can be brought into contact with oxygen atoms, nitrogen atoms and sulfur atoms without deficiency, and the coating can be removed from the object to be processed at high speed.
<プラズマの温度調整方法および装置の形態>
上記のように、プラズマ中の水素ラジカルの量を増加させるべく、プラズマ生成用ガスに対して大量の電力を印加すると、印加される電力の増大に伴ってプラズマの温度が高くなる。
<Plasma temperature adjustment method and apparatus configuration>
As described above, when a large amount of electric power is applied to the plasma generating gas in order to increase the amount of hydrogen radicals in the plasma, the temperature of the plasma increases as the applied electric power increases.
そこで、本発明のプラズマ処理方法においては、プラズマ生成用ガスの温度を制御して、プラズマの温度を任意の温度に制御するようにされている。 Therefore, in the plasma processing method of the present invention, the temperature of the plasma generating gas is controlled to control the plasma temperature to an arbitrary temperature.
本発明のプラズマ処理装置の第1実施形態においては、図3に示すように、プラズマ生成用ガス供給部2、プラズマ生成用ガス温度制御部3、プラズマ源4、電源5などを備え、プラズマ生成用ガス温度制御部3においてプラズマ生成用ガス供給部2から供給されるプラズマ生成用ガスの温度を制御することによって、プラズマの温度を調整している。
In the first embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention, as shown in FIG. 3, a plasma generation
詳しく説明すると、多量の電力が入力されることにより高温となるプラズマの温度を低温とするべく、図4に示すように、プラズマ生成用ガスをガス配管6を介して、液体窒素を用いた冷却器7を通し、プラズマ生成用ガスの温度を低温にした状態でプラズマ源4に導入する。この状態で、プラズマ源4の手前のガス配管8でプラズマ生成用ガスの温度をプラズマ生成用ガス温度測定部9により測定するとともに、プラズマ源4のプラズマが噴出する噴出口10でプラズマの温度をプラズマ温度測定部11により測定し、プラズマ生成用ガス温度制御部3にプラズマ生成用ガスの温度およびプラズマの温度をフィードバックして、プラズマ生成用ガスの温度を適切に冷却するように制御することによってプラズマの温度を精密に調整している。
More specifically, as shown in FIG. 4, the plasma generating gas is cooled using liquid nitrogen via a
また、特に、プラズマの温度は、被処理物にダメージを与えない温度とされることが好ましい。具体的には、プラズマ生成用ガスを零度以下の低温、例えば、−70℃に冷却しして、噴射口10におけるプラズマ温度を100℃程度とすることにより、被処理物12に接触する温度を被処理物の融点以下とする。
In particular, the plasma temperature is preferably set to a temperature that does not damage the workpiece. Specifically, by cooling the plasma generating gas to a low temperature of 0 ° C. or lower, for example, −70 ° C., and setting the plasma temperature at the
このように、プラズマの温度を調整可能とすることにより、プラズマ処理を行う際に、被処理物12への熱損傷の発生をを防止することができるとともに、例えば、被処理物12が樹脂材料等の耐熱温度の低い基板上に載置された状態でプラズマ処理を行う際においても、被処理物12だけでなく、樹脂材料などの耐熱温度の低い基板に対しても熱損傷を与えることなく、被処理物12を基板に載置した状態で被処理物12から被膜を高速に除去することを可能とする。 In this manner, by making the plasma temperature adjustable, it is possible to prevent the occurrence of thermal damage to the object to be processed 12 when performing the plasma processing. For example, the object to be processed 12 is made of a resin material. Even when plasma processing is performed in a state of being placed on a substrate having a low heat-resistant temperature such as a substrate, not only the object to be processed 12 but also a substrate having a low heat-resistant temperature such as a resin material is not thermally damaged. The coating film can be removed from the workpiece 12 at high speed while the workpiece 12 is placed on the substrate.
<水素ラジカルの強化・誘導方法および装置>
また、本発明のプラズマ処理装置の第2実施形態においては、図5に示すように、プラズマ源4から被処理物12に対するプラズマの照射方向(図5における下方向)において、被処理物12を挟んだ下流側に、当該被処理物12を載置もしくは被処理物12が配設された部材を載置するベース13を備えている。
<Method and apparatus for strengthening / inducing hydrogen radicals>
Further, in the second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention, as shown in FIG. 5, in the direction of plasma irradiation from the
この時、プラズマ源4は、中空状のハウジング14と、前記ハウジング14の内周面に嵌合されたアルミナからなる絶縁パイプ15と、前記ハウジング14の先端部に連結され、噴出口10が形成された一方の対向電極16と、前記ハウジング14および一方の対向電極16内に収容された他方の対向電極17とを備えている。この時、一方の対向電極16と他方の対向電極17とは、一対の対向電極とされている。
At this time, the
このようなプラズマ源4に対し、プラズマ生成用ガス供給部2から導入されたプラズマ生成用ガスは、ハウジング14内のガス流路18を通過した後、放電部19に供給される。さらに、一方の対向電極16と他方の対向電極17との間に電圧が印加されると、他方の対向電極17の球状部の中心部から放射状に延びる方向(以下、放電方向という。)に均一な放電が発生する。そして、噴射口10からジェット状のプラズマとして噴出されるようになっている。
The plasma generating gas introduced from the plasma generating
さらに、一方の対向電極16と他方の対向電極17との間には、プラズマ生成用ガスに電圧を印加するための電源5aが備えられ、一方の対向電極16とベース13との間には、バイアス電圧を印加するための電源5bが備えられている。
Further, a power source 5a for applying a voltage to the plasma generating gas is provided between one
本第2実施形態を用いた本発明のプラズマ処理方法は、電源5bにより、一方の対向電極16とベース13との間に、例えば、高周波電圧を印加することによってバイアス電圧を設け、電極とベースとの間の空間において発生したプラズマにエネルギーを加えることにより、噴出されてから被処理物に到達するまでの間に水素ラジカルの活性が失われることを防止することができる。また、一方の対向電極16とベース13との間に電位差を設けて、少なくとも水素ラジカルを被処理物12の方へ誘導するようにされていることにより、照射後の水素ラジカルが拡散することを防止することができる。これらの作用によって、水素ラジカルを被膜に対して効率よく接触させることができるため、被処理物から被膜を高速に除去することを可能とする。
In the plasma processing method of the present invention using the second embodiment, a bias voltage is provided, for example, by applying a high-frequency voltage between one
このように、バイアス電圧によって、一方の対向電極16および他方の対向電極17とベース13との間の空間において発生したプラズマに対し、バイアス電圧によってエネルギーを与えるので、噴出されてから被処理物12に到達するまでの間に水素ラジカルの活性が失われることを防止して、水素ラジカルが高濃度な状態のプラズマを被処理物12に対して到達させることができる。
In this way, energy is given to the plasma generated in the space between the one
また、バイアス電圧によってプラズマ源4とベース13とに電位差を設けて、少なくとも水素ラジカルが被処理物12の方へ誘導されるようにすることで、照射後の水素ラジカルが拡散することを防止して、水素ラジカルを被処理物12に形成した被膜に対して効率よく接触させるので、被処理物12から被膜を高速に除去することを可能とする。
In addition, by providing a potential difference between the
また、本発明のプラズマ処理装置の第3実施形態としては、図6に示すように、プラズマ源4に配設された他方の対向電極17に対して、電源5から正または負の電圧を印加する。さらに、電源5の他方の対向電極17が接続されていない負または正の電源5を2つに分岐するとともに、分岐された一方をコンデンサ20を介して一方の対向電極16に接続し、分岐された他方をベース13に接続して電圧を印加する。これにより、プラズマ源4とベース13との間にバイアス電圧をかけるように構成する。
Further, as a third embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention, as shown in FIG. 6, a positive or negative voltage is applied from the
このような第3実施形態とすることにより、1つの電源5を用いてプラズマを生成するための電圧印加と、プラズマ源4とベース13との間のバイアス電圧の印加とを同時に行うことができるので、バイアス電圧を印加するための電源をさらに必要としない。
By adopting such a third embodiment, it is possible to simultaneously apply a voltage for generating plasma using one
なお、一方の対向電極16とベース13とに印加される電極を分岐する際には、コンデンサ20だけでなく、抵抗器やコイルなどを用いることも可能である。
When the electrode applied to one
<実施例>
上記、本発明のプラズマ処理方法を用いて酸化被膜の除去を行った結果を以下に示す。
<Example>
The results of removing the oxide film using the plasma processing method of the present invention are shown below.
被処理物12を銅板として、表面に形成した酸化被膜の除去を行った。なお、処理前の被膜の厚さは30nmであった。 Using the workpiece 12 as a copper plate, the oxide film formed on the surface was removed. In addition, the thickness of the film before a process was 30 nm.
ベースガスとしてのアルゴンガス(流速5L/min)および添加ガスとして水素ガス(流速0.3L/min)を混合したプラズマ生成用ガスに対して、ヘリウムガス(流速4L/min)を添加し、高周波電源を用いて120W/cm3の電力を印加して発生させたプラズマを用い、銅板を1μm/minの送りスピードで移動させた状態で前記プラズマを照射して酸化被膜の除去処理を行った。 Helium gas (flow rate 4 L / min) is added to the plasma generating gas mixed with argon gas (flow rate 5 L / min) as the base gas and hydrogen gas (flow rate 0.3 L / min) as the additive gas. Using plasma generated by applying a power of 120 W / cm 3 using a power source, the plasma was irradiated while the copper plate was moved at a feed speed of 1 μm / min to remove the oxide film.
その結果、30nmあった酸化被膜は、1.5nmに減少しており、高速に酸化被膜の除去を実現した。この時のプラズマの温度は200℃とされており、銅板に熱損傷は認められなかった。 As a result, the oxide film of 30 nm was reduced to 1.5 nm, and the oxide film was removed at high speed. The plasma temperature at this time was 200 ° C., and no thermal damage was observed on the copper plate.
1 プラズマ発生装置
2 プラズマ生成用ガス供給部
3 プラズマガス温度調整部
4 プラズマ源
5 電源
6 ガス配管
7 冷却器
8 ガス配管
9 プラズマ生成用ガス温度測定部
10 噴射口
11 プラズマ温度測定部
12 被処理物
13 ベース
14 ハウジング
15 絶縁パイプ
16 一方の対向電極
17 他方の対向電極
18 ガス流路
19 放電部
20 コンデンサ
I 被処理物層
II 被膜層
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記プラズマは、前記プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルと、前記プラズマ生成用ガスそのものとを含み、
前記プラズマ生成用ガスに含まれる物質から生成されたラジカルは、前記被膜に含まれる前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子を被処理物から分離させることのできる水素ラジカルを少なくとも含み、
前記被膜の除去は、除去するべき被膜中に含まれるすべての前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子を分離させるために必要な量以上の前記水素ラジカルを前記酸素原子、窒素原子または硫黄原子に接触させて行うことを特徴とするプラズマ処理方法。 A coating formed by bonding atoms on the surface of the object to be processed with at least one of oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom is irradiated with plasma generated by discharging to a plasma generating gas. A plasma treatment method for removing the oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom in the film,
The plasma includes a radical generated from a substance contained in the plasma generating gas, and the plasma generating gas itself,
The radical generated from the substance contained in the plasma generating gas contains at least a hydrogen radical capable of separating the oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom contained in the coating from the object to be processed,
The removal of the film involves contacting the oxygen atom, nitrogen atom or sulfur atom with the hydrogen radical in an amount more than necessary to separate all the oxygen atoms, nitrogen atoms or sulfur atoms contained in the film to be removed. And performing the plasma processing method.
前記プラズマ生成用ガスに電圧を印加するための電極と、前記ベースとにバイアス電圧を印加することにより、前記プラズマにエネルギーを加えるとともに、前記水素ラジカルを前記被膜に誘導することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。 In the plasma irradiation direction with respect to the object to be processed, on the downstream side of the object to be processed, there is a base for mounting the object to be processed or a member on which the object to be processed is disposed,
The bias voltage is applied to the electrode for applying a voltage to the plasma generating gas and the base, thereby applying energy to the plasma and inducing the hydrogen radicals in the coating. The plasma processing method according to any one of claims 1 to 9.
前記プラズマ源に供給するプラズマ生成用ガスの温度を調整するプラズマ生成用ガス温度制御部と、
前記プラズマ源に供給するプラズマ生成用ガスの温度を測定するプラズマ生成用ガス温度測定部と、
前記プラズマ源から噴出するプラズマの温度を測定するプラズマ温度測定部とを備え、
前記プラズマ温度測定部で測定されたプラズマの温度を前記プラズマ生成用ガス温度制御部にフィードバックして、前記プラズマ生成用ガスの温度を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma source using the plasma generating gas as plasma;
A plasma generation gas temperature controller for adjusting the temperature of the plasma generation gas supplied to the plasma source;
A plasma generation gas temperature measurement unit for measuring the temperature of the plasma generation gas supplied to the plasma source;
A plasma temperature measuring unit for measuring the temperature of the plasma ejected from the plasma source,
A plasma processing apparatus, wherein the plasma temperature measured by the plasma temperature measurement unit is fed back to the plasma generation gas temperature control unit to control the temperature of the plasma generation gas.
前記プラズマ源から前記被処理物に対してプラズマが照射される照射方向において、前記被処理物の下流側には、前記被処理物を載置もしくは前記被処理物が配設される部材を載置するベースが配設され、
前記一対の対向電極の一方の電極と、前記ベースとにバイアス電圧を印加するための電源が配設され、前記バイアス電圧を印加して、前記プラズマ源と前記ベースとの間に電位差を設けることを特徴とする請求項11に記載のプラズマ処理装置。 The plasma source is provided with a pair of counter electrodes,
In the irradiation direction in which the plasma is irradiated from the plasma source to the object to be processed, a member on which the object to be processed is mounted or the object to be processed is mounted on the downstream side of the object to be processed. A base to be placed,
A power source for applying a bias voltage to one electrode of the pair of counter electrodes and the base is disposed, and a potential difference is provided between the plasma source and the base by applying the bias voltage. The plasma processing apparatus according to claim 11.
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