JP4460349B2 - 基材表面から金属酸化物を除去する方法及び装置 - Google Patents
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Description
最初の実験を実験室規模の炉を使用して行った。使用した試料は、炉内に入れてN2中に5%のH2のガスの流動下に最高250℃まで加熱した、接地した銅板(陽極)上のフラックスレスのスズ−鉛はんだプレフォーム(融点183℃)であった。試料温度が平衡になったならば、負の電極(陰極)と接地した試料(陽極)との間にDC電圧を印加し、0.3mAの電流で約−2kVまで徐々に増大させた。2つの電極間の距離は約1cmであった。圧力は周囲大気圧であった。はんだは銅表面上で実に非常によく濡れることが分かった。電圧の印加なしでは、純粋なH2中でも、銅表面上のフラックスレスはんだの良好な濡れはそのような低温では決して達成することができない。その理由は、スズ系はんだ上のスズ酸化物を純粋H2が除去するための有効温度は350℃より高いからである。従って、この結果は、この電子付着法がH2フラックスレスはんだ付けを促進するのに有効であることを確認するものである。
いくつかの陰極材料を、例1と同じ設備を使用し電界放出メカニズムを使用する電子の付着に支援される水素フラックスレスはんだ付けについて調べた。調べた結果を表1に示す。
この例は、熱−電界放出法が電子を発生するのに有効であるのを調べるために行った。表面から突き出した長さ1mmの機械加工した多数の先端を有し、陰極として働く直径3mmのグラファイト棒は、図2(i)に示したのと同様の幾何学形状であった。機械加工した突き出す先端のおのおのの先端角度は25度であった。5%H2及び95%N2のガス混合物中にて、AC電源を使用する抵抗加熱によりグラファイト棒を約400〜500℃に加熱した。グラファイトの陰極と、それとの間に1.5cmの空隙を有する陽極として働く銅板との間に、5kVのDC電圧源を印加した。グラファイト棒の全部の先端が明るくなり、それによりグラファイト棒上の分散した先端から電子を均一に発生させることができることが示された。グラファイト棒を加熱しなければ、陰極から電子が放出されることはなく、あるいは先端の一つと陽極プレートとの間にアークが生じたであろう。これは、多数の先端を持つ陰極を使用するのと高温との組み合わせ、すなわち熱−電界放出法が、統合された放出系から電子を均一に放出するのに有効であることを実証するものである。
この例は、図4に例示した電極のような、機械加工した2つのAl2O3耐熱プレートの間に水平に把持した直径0.04インチのニッケル−クロム合金の加熱ワイヤを使用して行った。ニッケル−クロムの加熱ワイヤから直角に突き出した鋭い先端(12.5度)をワイヤの一方の端部におのおの備えた一組の5本のニッケル−クロム合金の放出ワイヤを、2枚の耐熱プレートの間に垂直に配置した。ニッケル−クロムの加熱ワイヤと先端を、AC電源を使用して5%H2及び95%N2のガス混合物中で約870℃に加熱した。陰極と、陽極として働き2つの電極間に6mmの空隙を有する銅板との間に、2.6kVのDC電圧を印加した。5つの先端の全てが明るくなり、全放出電流は2.4mAに達した。ワイヤを加熱しなければ、陰極から電子が放出されることはなく、あるいは先端の一つと陽極プレートとの間にアークが生じたであろう。例3と同じように、例4は熱に支援される電界放出が均一な電子の放出をもたらすことを実証するものである。更に、放出電極の温度がより高いので、それは所定の電位における電子の放出量も増大させる。
この例は、2つの電極間の電圧パルスが陰極の放出に及ぼす効果を実証するために行った。単一先端のニッケル−クロム合金ワイヤを放出電極として使用し、接地した銅プレートをベース電極として働かせた。銅プレートを放出電極の先端の下方3mmのところに配置した。銅プレートの上にスズ/鉛はんだのプレフォームを配置した。ニッケル−クロムワイヤ、プレフォーム、及び銅プレートを、周囲温度の炉内で4%のH2及び残りがN2のガス混合物中に保持した。2つの電極間に種々の周波数及び大きさの単一方向のパルス状電圧を印加した。これについては、放出電極の電位を接地したベース電極に関し負からゼロに至るまで変化させ、それにより先端電極から電子を発生させた。結果を表2に示す。
この例は、例5と同じ設備を使って2つの電極の極性を変えることによる表面放電を実証するために行った。
この例は、追加の電極を使用することによる遠隔表面放電を実証するために行った。融点が305℃の90Pb/10Snはんだプレフォームを、電気的に絶縁したウエハ上に配置した銅基材の小片上に配置した。接地した銅プレートをウエハの下に配置し、ベース電極として働かせた。一方は負の電圧、そして一方は正の電圧の、単一先端の2本のニッケル−クロムワイヤを、はんだプレフォームを有するベース電極の上方1cmのところに取り付けた。2本の単一先端電極間の距離は1.5cmであった。この集成体を、N2中に4%のH2を含有するガス混合物中で、室温からはんだの融点より高い所定のリフロー温度まで加熱した。リフロー温度が平衡に達したら、2本の単一先端電極に正と負の電圧を印加して電子の付着を開始させ、はんだプレフォームが球状のボールを形成するのに要する時間を記録した。球状の半田ボールの形成は酸化物のないはんだ表面を示すものであった。表4に示したように、表面の脱酸素は、はんだの融点より5〜15℃だけ高い、310〜330℃の温度範囲で完全に効果的である。
例1のものと同様の実験設備を使用して、N2パージをしながら一定の電界のもとで放出先端の寿命を試験した。およそ2.2kV/cmの一定の電界で1000時間以上の間0.3mAで先端放出は維持された。この結果は、イオン及び電子の侵食が無視されるため電界放出の先端の性能が長く持続することを確認するものである。
2 ワイヤ
3 先端
20 ウエハ
22 ベース電極
24 放出電極
25 パルス状電圧
26 ガス混合物
28 電子
30 水素イオン
110、120 電極
101 鋭い先端
103 ウエハ
104 AC電源
105 パルス状DC電源
400 フラックスレスはんだ付け装置
410 電極アセンブリ
420 ハウジング
422 内容積
424 流体入口
430 導電性ベース
432 孔
434 導電性の先端
440 ターゲット領域
450 基材
460 ベース電極
Claims (34)
- 基材の表面から金属酸化物を除去する方法であって、
ターゲット領域内にある、基材、放出電極アセンブリ、及びベース電極を用意し、その際、放出電極アセンブリは、少なくとも一部分は絶縁材料で構成されるハウジングであって、内容積を有し且つこの内容積と流体を介して連通する少なくとも1つの流体入口を有するハウジングと、導電性ベースによって形成される放出電極とを含み、当該導電性ベースは、そこからターゲット領域内へ伸び出した複数の導電性の先端と、それを貫通し且つ上記内容積と流体を介して連通して還元ガスを含むガス混合物を通過させる複数の孔とを含むものであり、また当該導電性ベースは上記ハウジングに取り付けるようにし、ベース電極は放出電極アセンブリ及び基材に近接するようにすること、
上記ガス混合物を当該ターゲット領域を通過させること、
上記放出電極アセンブリに、パルス状直流電圧を含むエネルギーを供給して上記ターゲット領域内で電子を発生させ、その際、電子のうちの少なくとも一部分が上記還元ガスの少なくとも一部分に付着してそれにより負に帯電した還元ガスを生じるようにすること、及び、
上記表面をこの負に帯電した還元ガスと接触させて上記基材の上記表面の金属酸化物を還元すること、
を含む、基材表面の金属酸化物除去方法。 - 前記基材の表面に蓄積する電子のうちの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項1記載の方法。
- 前記基材の表面に蓄積する電子のうちの少なくとも一部分を除去する工程が、ベース電極及び放出電極の極性を互いに関して変更することを含み、その際、これらの電極は電圧パルスの一方の相で電子を発生させそして電圧パルスのもう一方の相で電子を回収する、請求項2記載の方法。
- 極性変更の周波数が0〜100kHzの範囲である、請求項3記載の方法。
- 前記基材の表面に蓄積する電子のうちの少なくとも一部分を除去する工程が、前記ベース電極、前記放出電極及び前記基材に近接した第3の電極を用意することを含み、当該第3の電極が前記ベース電極及び前記放出電極に関し電位的に正のバイアスを有する、請求項2記載の方法。
- 前記基材の表面に蓄積する電子のうちの少なくとも一部分を除去する工程が、ガスを中和装置を通過させてイオン化した中性ガスを供給し、そして前記表面をこのイオン化した中性ガスと接触させることを含む、請求項2記載の方法。
- 前記還元ガスが、H2、CO、SiH4、Si2H6、CF4、SF6、CF2Cl2、HCl、BF3、WF6、UF6、SiF3、NF3、CClF3、HF、NH3、H2S、直鎖、枝分かれ又は環式のC1〜C10炭化水素、ギ酸、アルコール、次の式(III)
- 前記還元ガスがH2である、請求項7記載の方法。
- 前記ガス混合物が0.1〜100体積%の水素を含む、請求項7記載の方法。
- 前記ガス混合物が0.1〜4体積%の水素である、請求項9記載の方法。
- 前記ガス混合物がキャリヤガスを更に含む、請求項1記載の方法。
- 前記キャリヤガスが、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、ラドン、又はそれらの混合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のガスを含む、請求項11記載の方法。
- 前記キャリヤガスが前記還元ガスの電子親和力より小さい電子親和力を持つ、請求項11記載の方法。
- 前記基材が0〜450℃の温度範囲にある、請求項1記載の方法。
- 前記基材が100〜350℃の温度範囲にある、請求項14記載の方法。
- 前記複数の導電性の先端の末端と前記表面との距離が0.1〜30cmの範囲である、請求項1記載の方法。
- 前記距離が0.5〜5cmの範囲である、請求項16記載の方法。
- 前記ベース電極を接地する、請求項1記載の方法。
- リフローソルダリング、ウェーブソルダリング、ウエハバンピング、金属めっき、ろう付け、溶接、表面クリーニング、薄膜の脱酸素、又はそれらの組み合わせからなる群より選ばれる少なくとも1つのプロセスで当該方法を使用する、請求項1記載の方法。
- 陰極放出方法により前記供給工程において電子を発生させる、請求項1記載の方法。
- 電界放出、熱放出、熱−電界放出、光放出、及び電子ビーム放出からなる群より選ばれる陰極放出法により前記電子を発生させる、請求項20記載の方法。
- 熱−電界放出により前記電子を発生させる、請求項21記載の方法。
- ターゲット領域内の基材の表面から金属酸化物を除去するための装置であって、
少なくとも1つのエネルギー源、
還元源を含むガス混合物を含有する少なくとも1つのガス供給源、
当該少なくとも1つのエネルギー源に電気的に連結し且つ当該少なくとも1つのガス供給源と流体を介して連通する放出電極アセンブリであって、この放出電極アセンブリは、
少なくとも一部分は絶縁材料で構成されるハウジングであり、内容積を有し且つこの内容積及び当該少なくとも1つのガス供給源と流体を介して連通する少なくとも1つの流体入口を有するハウジングと、このハウジングに接続した導電性ベースであり、そこからターゲット領域内へ伸び出した複数の導電性の先端と、それを貫通し且つ上記内容積と流体を介して連通して上記ガス混合物を通過させる複数の孔とを含む導電性ベースとを含む放出電極アセンブリ、及び
上記放出電極アセンブリに近接したベース電極、
を含む基材表面の金属酸化物除去装置。 - 基材の表面から酸化銅の薄膜を除去する方法であって、
少なくとも一部分は絶縁材料で構成されるハウジングであって、内容積を有し且つこの内容積と流体を介して連通する少なくとも1つの流体入口を有するハウジングと、このハウジングに取り付けられた放出電極であって、ターゲット領域内へ伸び出した複数の導電性の先端を含む導電性ベースでありそれを貫通する複数の孔を含む導電性ベースによって形成される放出電極とを含む放出電極アセンブリであって、上記複数の孔が上記内容積と流体を介して連通して還元ガスを含むガス混合物を通過させ、上記放出電極は上記電極アセンブリ及び上記基材に近接し、そして上記基材、上記ベース電極及び上記電極アセンブリはターゲット領域内にある、放出電極アセンブリを含む装置内に、酸化銅の薄膜を含む表面を含む基材を導入すること、
上記ガス混合物を上記ターゲット領域を通過させること、
上記ベース電極と上記導電性ベースとの間にパルス状の直流電圧を供給して上記ターゲット領域内で電子を発生させ、その際、当該電子のうちの少なくとも一部分が上記還元ガスの少なくとも一部分に付着してそれにより負に帯電した還元ガスを生じるようにすること、及び
上記表面をこの負に帯電した還元ガスと接触させて上記基材の当該表面の金属酸化物を還元すること、
を含む、基材表面の酸化銅薄膜の除去方法。 - 前記基材の表面に蓄積する電子のうちの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項24記載の方法。
- 前記還元ガスがH2である、請求項26記載の方法。
- 前記ガス混合物が0.1〜100体積%の水素を含む、請求項27記載の方法。
- 前記ガス混合物が0.1〜4体積%の水素である、請求項28記載の方法。
- 前記ガス混合物がキャリヤガスを更に含む、請求項24記載の方法。
- 前記放出電極がニッケルクロム合金を含む、請求項24記載の方法。
- 前記電圧が0.1〜30kVの範囲である、請求項24記載の方法。
- 前記基材が100〜450℃の範囲の温度である、請求項24記載の方法。
- 当該方法が薄膜の脱酸素方法である、請求項24記載の方法。
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