JP3835983B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実装技術の分野では、電子機器の小型化・高機能化に伴って高密度な実装が要求されており、実装基板への素子の接続は微細化され、より信頼性の高い実装が必要となっている。
【０００３】
実装の信頼性を確保する方法の一つに、プラズマによる表面改質方法がある。例えば、被処理基板にプラズマ処理を施すと、基板の表面に付着した有機物による汚染を除去でき、ワイヤーボンディングのボンディング強度の向上が図れ、濡れ性が改善され、基板と封止樹脂との密着性を向上できる。
【０００４】
プラズマ処理には、真空中でプラズマ処理する方法と、大気圧中でプラズマ処理する方法とがあるが、最近ではインライン化が容易な大気圧雰囲気下でのプラズマ処理方法が利用されつつある。
【０００５】
図３（ａ）は、大気圧雰囲気下でプラズマ処理を行なう従来のプラズマ処理装置を示す。
誘電体である石英ガラスからなる反応管１は、ガス供給口２の側が固定側から支持されたガス導入管４にＯリング（図示せず）を挟んで固定され、ガス排気口３が被処理基板１１と対向するように配置されている。
【０００６】
反応管１の外周部には、反応管１を挟んで対向するよう第１の電極５と第２の電極６が配置されており、第１，第２の電極５，６に高周波電力を供給して反応管１の反応ガスを励起し、プラズマを発生させるよう構成されている。１２は第１の電極５を冷却するための冷却溝、１３は第２の電極６を冷却するための冷却溝である。
【０００７】
第１，第２の電極５，６の間に高周波電力を供給する高周波電源７の一端は、高周波電力用整合器９を介して第１の電極５に接続されており、他端は接地電極に接続され、第２の電極６は接地されている。
【０００８】
プラズマ処理に必要な反応ガスはガス供給部２より供給され、ガス排気口３より被処理基板１１に向かって流れる。ここでは、ヘリウムガス５００ｓｃｃｍ，酸素ガス５０ｓｃｃｍ，アルゴンガス８００ｓｃｃｍからなる反応ガスを用いる。
【０００９】
反応ガスを流した状態で高周波電源７から高周波電力用整合器９を介して第１の電極５と第２の電極６の間に１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、図３（ｂ）に示すように供給される。高周波電源７の高周波出力は１５０Ｗ程度である。
【００１０】
この高周波電力により反応管１内でプラズマが発生し、ガス排気口３には酸素ラジカルなどを含めてプラズマが輸送され、被処理基板１１の表面にプラズマが吹き付けられる。そして、被処理基板１１の表面の有機物などはＣＯ2やＣＯなどに分解されて除去され、また、被処理基板１１の表面には官能基が生成され、濡れ性が改善される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成されたプラズマ処理装置では、大気圧雰囲気下で安定したプラズマ処理を行なうために、反応ガスにヘリウムガスを添加する必要がある。
【００１２】
ヘリウムガスは、放電開始電圧が低く放電しやすいため、反応ガスに混合することで大気中での放電が行いやすくなるが、酸素ガスやアルゴンガス，窒素ガスなどの一般的なガスに比べてガスコストが高く、ランニングコストが高いという問題があるため、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧雰囲気下での放電が容易い行なえることが望まれている。
【００１３】
本発明は前記問題点を解決し、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧中での安定した放電が可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、高周波電力を供給する第１の電源とこの高周波電力よりも低い周波数の低周波電力を供給する第２の電源を設けたことを特徴とする。
【００１５】
この本発明によると、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧雰囲気下で容易に放電を行なえる。
本発明のプラズマ処理方法は、高周波電力とこれよりも低い周波数の低周波電力との合成電力によって反応ガスを励起することを特徴とする。
【００１６】
この本発明によると、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧雰囲気下で安定したプラズマ処理が行なえる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ処理装置は、大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理装置であって、被処理基板に対向して開口した反応管と、前記反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを供給するガス供給手段と、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極と、前記第１の電極に高周波電力を供給する第１の電源と、前記第２の電極に前記高周波電力よりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給する第２の電源とを備え、前記第１，第２の電極に供給する電力の合成電力によって前記反応管内の酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプラズマ処理方法は、大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理方法であって、被処理基板に対向して開口した反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを導入し、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極にそれぞれ高周波電力とそれよりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給して、両電力の合成電力によって前記酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させ、被処理基板に供給することを特徴とする。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を具体例に基づき図１と図２を用いて説明する。
【００２２】
なお、従来例を示す図３と同様の構成をなすものには同一の符号を付けて説明する。
図１に示すように、図３（ａ）と同様に構成されたプラズマ処理装置において、高周波電力を供給する第１の電源としての高周波電源７の一端は、高周波電力用整合器９を介して第１の電極５に接続され、他端は接地電極に接続されている。高周波電源７から供給される高周波電力よりも低い周波数の低周波電力を供給する第２の電源としての低周波電源８の一端は、低周波電力用整合器１０を介して第２の電極６に接続され、他端は接地電極に接続されている。
【００２３】
上記のように構成されたプラズマ処理装置を用いて、下記のようなプラズマ処理を行なった。
被処理基板１１にはポリイミド基板を用い、反応ガスには酸素ガス５００ｓｃｃｍ，アルゴンガス１００ｓｃｃｍを用いて、ヘリウムガスは使用しなかった。
【００２４】
反応ガスを流した状態で高周波電源７から高周波電力用整合器９を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、低周波電源８から低周波電力用整合器１０およびフィルタ（図示せず）を介して３０ＫＨｚの低周波電力を供給した。高周波電源７の高周波出力は１５０Ｗ程度であり、低周波電源８の低周波出力は１００Ｗ程度である。
【００２５】
このとき、高周波電源７からは図２（ａ）に示すように上記従来例と同様の波形を示す高周波電力が供給され、低周波電源８からは図２（ｂ）に示すように高周波電源７から供給される高周波よりも低い周波数の低周波電力が供給されており、第１の電極５と第２の電極６の間には、図３（ｃ）に示すような波形の合成電力が供給され、反応ガスが励起される。反応ガスが励起すると反応管１内でプラズマが発生し、ガス排気口３に酸素ラジカルなどを含めてプラズマが輸送され、被処理基板１１の表面にプラズマが吹き付けられる。
【００２６】
このように、高周波電力とこれよりも低い低周波電力との合成電力によって反応ガスを励起することで、放電しやすいヘリウムガスを反応ガスに使用しなくても大気圧中での安定した放電が可能となり、良好なプラズマ処理をランニングコストを抑えながら行なえる。また、上記従来例と同様に、被処理基板１１の表面に付着した有機物などをＣＯ2，ＣＯなどに分解して除去でき、被処理基板１１の表面には官能基を生成して濡れ性を改善できる。
【００２７】
なお、低周波電源８より供給される周波数が１００ｋＨｚ以下であれば、ヘリウムガスを使用しなくても安定したプラズマ発生が可能であることが実験的に確かめられている。
【００２８】
また、実際に水による濡れ性評価を調べたところ、処理前は７０°であったものが、処理後は２０°まで改善されることが確認されている。
また、上記説明では、反応管１を石英ガラスにて形成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁物であればどのような材質でもかまわない。
【００２９】
また、上記説明では、一対の電極５，６を反応管１の外周部に配置した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の電極５と第２の電極とを反応管１の内部に対向するよう配置してもよい。
【００３０】
また、上記説明では、反応ガスとして酸素ガス，アルゴンガスを用いたが、それ以外の例えば窒素など他のガスでもプラズマ発生は可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明のプラズマ処理装置によると、被処理基板に対向して開口した反応管と、前記反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを供給するガス供給手段と、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極と、第１，第２の電極にそれぞれ高周波電力とそれよりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給する第１，第２の電源とを設け、前記第１，第２の電極に供給する電力の合成電力によって前記反応管内の酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させるようにしたので、ヘリウムガスを使用することなく、大気圧雰囲気下での安定したプラズマ発生が可能となり、反応管から被処理基板に供給して、ランニングコストを抑えたプラズマ処理が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す図
【図２】高周波電源と低周波電源からの波形図と、第１，第２の電極の間にかかる電力波形図
【図３】従来のプラズマ処理装置の構成図と電力波形図
【符号の説明】
１ 反応管
５ 第１の電極
６ 第２の電極
７ 高周波電源
８ 低周波電源
１１ 被処理基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実装技術の分野では、電子機器の小型化・高機能化に伴って高密度な実装が要求されており、実装基板への素子の接続は微細化され、より信頼性の高い実装が必要となっている。
【０００３】
実装の信頼性を確保する方法の一つに、プラズマによる表面改質方法がある。例えば、被処理基板にプラズマ処理を施すと、基板の表面に付着した有機物による汚染を除去でき、ワイヤーボンディングのボンディング強度の向上が図れ、濡れ性が改善され、基板と封止樹脂との密着性を向上できる。
【０００４】
プラズマ処理には、真空中でプラズマ処理する方法と、大気圧中でプラズマ処理する方法とがあるが、最近ではインライン化が容易な大気圧雰囲気下でのプラズマ処理方法が利用されつつある。
【０００５】
図３（ａ）は、大気圧雰囲気下でプラズマ処理を行なう従来のプラズマ処理装置を示す。
誘電体である石英ガラスからなる反応管１は、ガス供給口２の側が固定側から支持されたガス導入管４にＯリング（図示せず）を挟んで固定され、ガス排気口３が被処理基板１１と対向するように配置されている。
【０００６】
反応管１の外周部には、反応管１を挟んで対向するよう第１の電極５と第２の電極６が配置されており、第１，第２の電極５，６に高周波電力を供給して反応管１の反応ガスを励起し、プラズマを発生させるよう構成されている。１２は第１の電極５を冷却するための冷却溝、１３は第２の電極６を冷却するための冷却溝である。
【０００７】
第１，第２の電極５，６の間に高周波電力を供給する高周波電源７の一端は、高周波電力用整合器９を介して第１の電極５に接続されており、他端は接地電極に接続され、第２の電極６は接地されている。
【０００８】
プラズマ処理に必要な反応ガスはガス供給部２より供給され、ガス排気口３より被処理基板１１に向かって流れる。ここでは、ヘリウムガス５００ｓｃｃｍ，酸素ガス５０ｓｃｃｍ，アルゴンガス８００ｓｃｃｍからなる反応ガスを用いる。
【０００９】
反応ガスを流した状態で高周波電源７から高周波電力用整合器９を介して第１の電極５と第２の電極６の間に１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、図３（ｂ）に示すように供給される。高周波電源７の高周波出力は１５０Ｗ程度である。
【００１０】
この高周波電力により反応管１内でプラズマが発生し、ガス排気口３には酸素ラジカルなどを含めてプラズマが輸送され、被処理基板１１の表面にプラズマが吹き付けられる。そして、被処理基板１１の表面の有機物などはＣＯ2やＣＯなどに分解されて除去され、また、被処理基板１１の表面には官能基が生成され、濡れ性が改善される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成されたプラズマ処理装置では、大気圧雰囲気下で安定したプラズマ処理を行なうために、反応ガスにヘリウムガスを添加する必要がある。
【００１２】
ヘリウムガスは、放電開始電圧が低く放電しやすいため、反応ガスに混合することで大気中での放電が行いやすくなるが、酸素ガスやアルゴンガス，窒素ガスなどの一般的なガスに比べてガスコストが高く、ランニングコストが高いという問題があるため、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧雰囲気下での放電が容易い行なえることが望まれている。
【００１３】
本発明は前記問題点を解決し、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧中での安定した放電が可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、高周波電力を供給する第１の電源とこの高周波電力よりも低い周波数の低周波電力を供給する第２の電源を設けたことを特徴とする。
【００１５】
この本発明によると、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧雰囲気下で容易に放電を行なえる。
本発明のプラズマ処理方法は、高周波電力とこれよりも低い周波数の低周波電力との合成電力によって反応ガスを励起することを特徴とする。
【００１６】
この本発明によると、ヘリウムガスを使用しなくても大気圧雰囲気下で安定したプラズマ処理が行なえる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ処理装置は、大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理装置であって、被処理基板に対向して開口した反応管と、前記反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを供給するガス供給手段と、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極と、前記第１の電極に高周波電力を供給する第１の電源と、前記第２の電極に前記高周波電力よりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給する第２の電源とを備え、前記第１，第２の電極に供給する電力の合成電力によって前記反応管内の酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプラズマ処理方法は、大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理方法であって、被処理基板に対向して開口した反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを導入し、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極にそれぞれ高周波電力とそれよりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給して、両電力の合成電力によって前記酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させ、被処理基板に供給することを特徴とする。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を具体例に基づき図１と図２を用いて説明する。
【００２２】
なお、従来例を示す図３と同様の構成をなすものには同一の符号を付けて説明する。
図１に示すように、図３（ａ）と同様に構成されたプラズマ処理装置において、高周波電力を供給する第１の電源としての高周波電源７の一端は、高周波電力用整合器９を介して第１の電極５に接続され、他端は接地電極に接続されている。高周波電源７から供給される高周波電力よりも低い周波数の低周波電力を供給する第２の電源としての低周波電源８の一端は、低周波電力用整合器１０を介して第２の電極６に接続され、他端は接地電極に接続されている。
【００２３】
上記のように構成されたプラズマ処理装置を用いて、下記のようなプラズマ処理を行なった。
被処理基板１１にはポリイミド基板を用い、反応ガスには酸素ガス５００ｓｃｃｍ，アルゴンガス１００ｓｃｃｍを用いて、ヘリウムガスは使用しなかった。
【００２４】
反応ガスを流した状態で高周波電源７から高周波電力用整合器９を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、低周波電源８から低周波電力用整合器１０およびフィルタ（図示せず）を介して３０ＫＨｚの低周波電力を供給した。高周波電源７の高周波出力は１５０Ｗ程度であり、低周波電源８の低周波出力は１００Ｗ程度である。
【００２５】
このとき、高周波電源７からは図２（ａ）に示すように上記従来例と同様の波形を示す高周波電力が供給され、低周波電源８からは図２（ｂ）に示すように高周波電源７から供給される高周波よりも低い周波数の低周波電力が供給されており、第１の電極５と第２の電極６の間には、図３（ｃ）に示すような波形の合成電力が供給され、反応ガスが励起される。反応ガスが励起すると反応管１内でプラズマが発生し、ガス排気口３に酸素ラジカルなどを含めてプラズマが輸送され、被処理基板１１の表面にプラズマが吹き付けられる。
【００２６】
このように、高周波電力とこれよりも低い低周波電力との合成電力によって反応ガスを励起することで、放電しやすいヘリウムガスを反応ガスに使用しなくても大気圧中での安定した放電が可能となり、良好なプラズマ処理をランニングコストを抑えながら行なえる。また、上記従来例と同様に、被処理基板１１の表面に付着した有機物などをＣＯ2，ＣＯなどに分解して除去でき、被処理基板１１の表面には官能基を生成して濡れ性を改善できる。
【００２７】
なお、低周波電源８より供給される周波数が１００ｋＨｚ以下であれば、ヘリウムガスを使用しなくても安定したプラズマ発生が可能であることが実験的に確かめられている。
【００２８】
また、実際に水による濡れ性評価を調べたところ、処理前は７０°であったものが、処理後は２０°まで改善されることが確認されている。
また、上記説明では、反応管１を石英ガラスにて形成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁物であればどのような材質でもかまわない。
【００２９】
また、上記説明では、一対の電極５，６を反応管１の外周部に配置した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の電極５と第２の電極とを反応管１の内部に対向するよう配置してもよい。
【００３０】
また、上記説明では、反応ガスとして酸素ガス，アルゴンガスを用いたが、それ以外の例えば窒素など他のガスでもプラズマ発生は可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明のプラズマ処理装置によると、被処理基板に対向して開口した反応管と、前記反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを供給するガス供給手段と、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極と、第１，第２の電極にそれぞれ高周波電力とそれよりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給する第１，第２の電源とを設け、前記第１，第２の電極に供給する電力の合成電力によって前記反応管内の酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させるようにしたので、ヘリウムガスを使用することなく、大気圧雰囲気下での安定したプラズマ発生が可能となり、反応管から被処理基板に供給して、ランニングコストを抑えたプラズマ処理が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す図
【図２】高周波電源と低周波電源からの波形図と、第１，第２の電極の間にかかる電力波形図
【図３】従来のプラズマ処理装置の構成図と電力波形図
【符号の説明】
１ 反応管
５ 第１の電極
６ 第２の電極
７ 高周波電源
８ 低周波電源
１１ 被処理基板
Claims (2)
- 大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理装置であって、
被処理基板に対向して開口した反応管と、
前記反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを供給するガス供給手段と、
前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極と、
前記第１の電極に高周波電力を供給する第１の電源と、
前記第２の電極に前記高周波電力よりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給する第２の電源とを備え、
前記第１，第２の電極に供給する電力の合成電力によって前記反応管内の酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ処理装置。 - 大気圧雰囲気下でプラズマを発生させて被処理基板の表面を処理するプラズマ処理方法であって、
被処理基板に対向して開口した反応管内に酸素ガスおよびアルゴンガスを導入し、前記反応管の内周部に対向するように配置した第１，第２の電極にそれぞれ高周波電力とそれよりも低い１００ｋＨｚ以下の周波数の電力を供給して、両電力の合成電力によって前記酸素ガスおよびアルゴンガスを励起してプラズマを発生させ、被処理基板に供給するプラズマ処理方法。
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| JP2000379540A JP3835983B2 (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002184759A JP2002184759A (ja) | 2002-06-28 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2013191687A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Sekisui Chem Co Ltd | 光半導体装置の製造方法及び光半導体装置 |
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- 2000-12-14 JP JP2000379540A patent/JP3835983B2/ja not_active Expired - Fee Related
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