JP4549735B2 - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体リードフレーム基板、ＢＧＡ或いはＣＳＰなどのサブストレート基板、各種電子パーツ、燃料電池用被処理物などの洗浄、表面改質、接着性向上、酸化膜除去など、後記特許文献１〜８などが処理対象とする各種被処理物の処理を行なうのに利用されるプラズマ処理方法及び装置に関する。更に詳しくは、上記した半導体リードフレーム基板などの被処理物（以下、単に被処理物という）を気密なチャンバ内に載置し、減圧雰囲気のチャンバ内にプロセスガスを供給すると共にプラズマ電極に高周波電力を印加することにより、プロセスガスをプラズマ化し、このプラズマを利用して洗浄、表面改質などの処理を行なうプラズマ処理方法及び装置に関する。
また、本発明は、半導体製造工程の後工程として行われるチップマウント、ワイヤボンディング、モールディングなどの前処理として行うプラズマ処理にも適用される。
プラズマ処理は、減圧されたチャンバにプロセスガスが供給された状態で、電極に高周波電力を印加して放電を行って、電子、イオン及びラジカル等のような反応種を発生させて、エッチング、成膜、洗浄などの各種処理を行う技術であり、半導体装置の製造プロセスなどで実施されている。
本発明に係る装置と比較すべき参考例を図１４に従って説明する。
チャンバは、基本的に密封構造に構成されており、図示しない扉の開閉により被処理物の配設・搬出が行なわれる。電極Ａ・Ｂは対構造であり、プラズマ処理すべき被処理物を挟んだ対向位置に配設されており、プラズマ処理すべき被処理物は、第３の電極Ｃが接続される基板の上に１個ずつ載置される構造である。被処理物の配設が完了して扉が閉鎖されると、図示しない真空ポンプが作動されてチャンバ内のガスが排出され、次いで、プロセスガスの供給が行なわれ、電極Ａ・Ｂ・Ｃに高周波電力が印加されると、電極からの放電によりプラズマ化されたプロセスガスが被処理物の表面に接触することでプラズマ処理が行われることになる。
上記した装置において特徴となる構成は、プロセスガスの供給・排出がＩＮからＯＵＴに向かう単純な１方向であること、電極Ａ・Ｂが板材で形成されていること、異なる周波数帯域の電源が利用されているが、電極Ａには４０ＫＨｚの如き特定の高周波電力のみの印加、電極Ｂには、１３．５６ＭＨｚの如き他の特定の高周波電力のみの印加である。
一方、プラズマ処理装置において、複数の放電電極に対して、周波数を異にする２以上の電力を印加する構成は、下記するように、各種のものが知られている。
特許文献１には、真空容器内に対向し合って配置された上下の電極とＲＦ電源との間に、電源に接続される一次側コイルとこれに絶縁されかつ上下の電極に接続される二次側コイルを有するトランスを設けることにより、それぞれの電極に同電圧で相互に位相を１８０°ずらして電源を供給するようにした構成が開示されている。
特許文献２には、二次側コイルにタップを設けて、対向し合う電極に、位相が１８０°ずれると共に相互に異なる電圧を供給するようにした構成が開示されている。
特許文献３には、第１電源に接続される一次側コイルと両端がそれぞれ前記第１および第２電極に接続される二次側コイルとを有し相互に１８０°位相をずらして前記第１電源を前記第１及び第２電極に給電するトランスと、第１電源から給電される電力とは周波数が相違した電力を第１電極と第２電極との少なくともいずれか一方に重合して給電する第２電源とを有する構成が示されており、この第１電極には４０．６ＭＨｚ程度の周波数の電力を供給され、第２電極には１３．５６ＭＨｚ程度の周波数の電力を供給する旨が開示されている。
特許文献４には、ＲＦ電源に接続される一次側コイルと上部電極及び下部電極に接続される二次側コイルとを有し、相互に１８０°位相をずらしてＲＦ電源の電力がスプリッタトランスを介して両方の電極に給電され、このＲＦ電源からはそれぞれの電極に３５０〜４５０ｋＨｚ程度の周波数の電力が供給され、ＲＦ電源から給電される電力として、周波数が相違した電力が高周波電源から上部電極と下部電極との少なくともいずれか一方に重合して給電され、高周波電源からは上部電極に４０．６ＭＨｚ程度の周波数の電力が供給され、下部電極に１３．５６ＭＨｚ程度の周波数の電力が供給される構成、が開示されている。
特許文献５には、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、処理対象ウエハを載置するための載置面を有するウエハ載置台と、前記載置面に対向し、前記載置面に対してほぼ平行な平面に沿い、多重の渦巻構造を形成する複数のガス流路と、前記ガス流路の前記載置面に対向する面にガス流路毎にガス流路に沿って形成された複数のガス噴出孔とを含む気相処理装置が開示されており、前記複数のガス流路を導電性材料で形成し、更に、前記複数のガス流路に高周波電力を供給するための少なくとも１つの高周波電源を設ける構成、前記複数のガス流路を相互に電気的に絶縁し、前記高周波電源を前記複数のガス流路毎に設ける構成、前記複数の高周波電源のうち、少なくとも１つから、少なくとも２種類の周波数の高周波が重畳された高周波電力を所望の電力比で供給する構成、前記複数のガス流路の前記載置面に対向する面を、前記載置面に平行な平坦面とする構成、前記第１及び第２気相処理工程のうち、一方の工程で、又は前記第１及び第２気相処理工程の双方で、前記複数のガス流路に高周波電力を供給し、前記処理容器内に高周波プラズマを発生して気相処理を行う構成、前記第１及び第２気相処理工程のうち、一方の工程で、少なくとも２種類の周波数の高周波が重畳された高周波電力を供給する構成、が開示されている。
特許文献６には、真空チャンバ内において，電極に周波数がｆＨＩＧＨである高周波電力成分（相対的に周波数の高いＲＦ電力）と周波数がｆＬＯＷである低周波電力成分（相対的に周波数の低いＲＦ電力）を重畳して印加することにより処理ガスをプラズマ化し、該プラズマにより電極に載置された被処理体に対して所定の処理を施すプラズマ処理方法において、周波数ｆＬＯＷは，プラズマ中のイオンがチャンバ中の電界の変化に追従できない程度の周波数に制御される構成、が開示されている。
上記特許文献６の構成において、（１）低周波電力成分の周波数ｆＬＯＷを、プラズマ中のイオンであって、イオンアシストプラズマ処理の主体となるイオンのイオンプラズマ周波数よりも相対的に高い周波数、好ましくは、周波数ｆＬＯＷを２ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、さらに好ましくは，周波数ｆＬＯＷを３ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、さらに好ましくは、周波数ｆＬＯＷを３ＭＨｚに設定すれば、高密度プラズマにおいても電界の変化に追従することによって生じるイオンのエネルギを確実に低くすることができること、（２）上記周波数の電力を採用すれば、電極上に高い自己バイアス電圧を生じさせることができるため、イオンを所望の状態に加速することができること、（３）イオンが加速される期間が長くなるので、例えば被処理体にエッチング処理を施す場合には、エッチングレートが低下することなく、均一な処理を確実に施すことができることが述べられている。そして、（４）高周波電力成分の周波数ｆＨＩＧＨを、１０ＭＨｚ以上に設定すれば，チャンバ内に導入された処理ガスを確実に解離させることができるので，高密度のプラズマを生成することができ、被処理体に対する微細加工を迅速かつ均一に行うことができ、最大周波数ｆＨＩＧＨは、２００ＭＨｚ、好ましくは１００ＭＨｚである、と述べられている。
特許文献７には、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、特に、マイクロ波プラズマ及び高周波（ＲＦ）プラズマを用いてウエハ等に成膜する機能に加えて、成膜時に反応室の内壁面などに生成した堆積物を除去するクリーニング機能を有している高密度プラズマＣＶＤ装置として、互いに電気的に絶縁された上チャンバ、中チャンバ、下チャンバを有する反応室と、上記反応室内に配置され、処理対象物が配置される基板電極と、上記反応室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、処理対象物への成膜時に反応室内へ成膜用ガスを導入し、堆積膜のクリーニング時に反応室内へエッチングガスを導入するガス導入部と、反応室からのガス排出を行う排出部と、基板電極に接続された第１の高周波電源と、中チャンバに接続された第２の高周波電源とを備える構成のプラズマＣＶＤ装置の堆積膜クリーニング方法において、上記プラズマＣＶＤ装置の反応室を、互いに電気的に絶縁された上チャンバ、中チャンバ、下チャンバに分割し、上記上チャンバ及び下チャンバをアースし、ガス導入部により上記反応室内にエッチングガスを導入し、高周波電源から高周波電圧を、上記中チャンバに印加して、上記反応室内に堆積する薄膜材料の堆積膜をクリーニングする構成、が開示されている。
特許文献８には、プラズマにより生じたラジカル種や、エッチングにより生じた反応性生成物などが真空反応室の内壁に付着する問題を解決する手段を有するＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のプラズマを用いたプラズマ処理装置として、プラズマ処理を行うところの処理容器と、処理容器内に設けられ、プラズマ処理が施される被処理基体を載置し、且つ２つ以上の周波数を有する高周波電力が印加される電極と、処理容器内にプラズマとなるガスを導入するガス導入手段と、２つ以上の周波数を有する電力を発生する電力発生手段と、処理容器内が所定の状態か否かをモニタするためのモニタ手段であって、処理容器内に生成されたプラズマ及び電極を含む処理容器内の系に関するインピーダンス、電圧、電流及び位相の少なくとも一つの物理量を前記二つ以上の周波数について同時に測定する測定手段を含むモニタ手段とを備えている構成が開示されている。
特開平２−１７７４５９号公報 特開平４−４８７２７号公報 特開平７−７４１５９号公報 特開平８−３１５９６号公報 特開平８−５５８０２号公報 特開２０００−１５６３７０号公報 特開２００２−２３５１７３号公報 特開２００２−２９９３２２号公報
本発明の目的は、下記の課題を解決することにある。
図１４に示した参考例の装置では、被処理物を配設する基板（台）が一方の電極Ｃに載置されており、この電極Ｃから所定の間隔をおいて配置されている電極Ａと電極Ｂとの間での放電によりプラズマが発生される構成である。このような電極構造の装置では、プラズマの発生効率が低いので、処理時間が長くかかるだけでなく、処理性能にも不満が残されている。このため、プラズマの発生効率のよい電極の構造や、該電極への電力圧印手段（方式）が望まれている。
また、前記特許文献１〜８に共通して言えることであるが、被処理物は、基板上に１枚１枚並べるので、プラズマ処理が完了した非処理物の搬出と次回処理の被処理物の配設に手間がかかるだけでなく、１回にプラズマ処理できる量にも制限がある。このため、１度に処理できる被処理物の量を増加させる構成、並びに、チャンバへの被処理物の配設作業を簡単かつ迅速に行なうことができる構成が望まれている。
更に、前記特許文献１〜８に共通して言えることであるが、被処理物は多種多様でありサイズや形状などに違いがあるため、被処理物のサイズや形状、更にはその量などに随意に対応できるチャンバの構造、特に、被処理物の供給手段、処理空間のサイズ変更及びこれらに伴う電極の対応構造などに改善が望まれている。
次に、減圧雰囲気にあるチャンバ内に供給された処理ガスが電極間の放電によりプラズマ化されるのであるが、チャンバ内でのプラズマガスの流れが悪い場合には、プラズマガスが偏在することとなり、被処理物の表面に接触するプラズマガスの量に差が生じることとなり、均一な処理ができないこととなり、一般的にも低い処理能力しか得られないことになる。例えば、ファンなどによりチャンバ内でプラズマガスを強制的に流す構成を採用したとしても、従来型の電極構造は、板状であるために、これが障壁となってしまうので、非処理物の表面に向かう均質なプラズマガスの流れは得られないことになる。この観点から、プラズマの流れ良好化することが可能な電極の構造が望まれている。
そこで、本発明の第１の課題は、プラズマの発生効率のよい電極の構造や、該電極への電力圧印手段（方式）を提供することであり、第２の課題は、１度に処理できる被処理物の量を増加させることができるようにすることであり、第３の課題は、被処理物の供給手段、処理空間のサイズ変更及びこれらに伴う電極の対応に容易に応じることができるようにすることであり、第４の課題は、均一なプラズマ処理ができるプラズマ処理方法及び装置を提供することである。
上記課題を解決する本発明は、下記構成を有する。
１．複数の被処理物を間隔をあけてマガジンに収納してチャンバに配設し、該チャンバ内におけるマガジンの両側面に異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置され、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給するガス供給口が少なくとも２箇所設けられ、該チャンバのほぼ中央２方向には、ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記電極でプラズマ化されたガスが被処理物の両側面方向から供給されて、次いで、該ガス供給方向の両側面方向にガス流を作ることで、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われるプラズマ処理方法であって、前記マガシンは、全体形状が無底のボックスタイプに形成されており、互いに向かい合う側面部の少なくとも1つの組の面の夫々に、複数のハンガー部が多数連接されており、該ハンガー部とハンガー部との中間部が透孔となるようにスリットを設けると共に、他方の組の面を解放状態としてある構成であり、該マガジンの夫々のハンガー部に被処理物を懸架させることで複数の被処理物を間隔をあけて該マガジンに積層状態に収納して前記チャンバに配設し、該チャンバ内に配置される前記マガジンのハンガー部と前記スリットが設けられる面である両側面に前記異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置され、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給する前記ガス供給口が少なくとも２箇所設けられており、該チャンバの上方及び下方には、前記ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記ガス供給口から供給されたガスが、前記電極でプラズマ化され、前記マガジン内で積層状態にある被処理物と被処理物との間の隙間を通して流れ、中央の付近で左右の流れが合流して側方に流れを変えながら、前記ガス排出調整口から排出されるガス流を作ることで、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われることを特徴とするプラズマ処理方法。
２．対面構造で配置される電極に対し、多数の透孔が設けられているガス導入板を介してガスが供給される構成であることを特徴とする前記１に記載のプラズマ処理方法。
３．対構造の電極が太さの異なる細線を同一平面上で交互に並設させた構成であることを特徴とする前記１又は２に記載のプラズマ処理方法。
４．マガジンの大きさに対応して電極の位置を変更する電極位置アジャスト機構を有し、該アジャスト機構が、電極に基台を設けると共に該基台がレールに沿って移行でき、該電極とマガジン内で積層状態にある被処理物との距離を調整できる構成であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
５．複数の被処理物を間隔をあけてマガジンに収納してチャンバに配設する被処理物配設手段と、該チャンバ内におけるマガジンの両側面に異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置されるプラズマ発生手段と、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給するガス供給口が少なくとも２箇所設けられ、該チャンバのほぼ中央２方向には、ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記電極でプラズマ化されたガスが被処理物の両側面方向から供給されて、次いで、該ガス供給方向の両側面方向にガス流が行われるガス流通手段とを有しており、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われる構成であるプラズマ処理装置であって、前記マガジンは、全体形状が無底のボックスタイプに形成されており、互いに向かい合う側面部の少なくとも1つの組の面の夫々に、複数のハンガー部が多数連接されており、該ハンガー部とハンガー部との中間部が透孔となるようにスリットを設けると共に、他方の組の面を解放状態としてある構成であり、該マガジンの夫々のハンガー部に被処理物を懸架させることで複数の被処理物を間隔をあけて該マガジンに積層状態に収納して前記チャンバに配設し、該チャンバ内に配置される前記マガジンのハンガー部と前記スリットが設けられる面である両側面に前記異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置され、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給する前記ガス供給口が少なくとも２箇所設けられており、該チャンバの上方及び下方には、前記ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記ガス供給口から供給されたガスが、前記電極でプラズマ化され、前記マガジン内で積層状態にある被処理物と被処理物との間の隙間を通して流れ、中央の付近で左右の流れが合流して側方に流れを変えながら、前記ガス排出調整口から排出されるガス流を作ることで、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われる構成であることを特徴とするプラズマ処理装置。
６．対面構造で配置される電極に対し、多数の透孔が設けられているガス導入板を介してガスが供給される構成であることを特徴とする前記５に記載のプラズマ処理装置。。
７．対構造の電極が太さの異なる細線を同一平面上で交互に並設させた構成であることを特徴とする前記５又は６に記載のプラズマ処理装置。
８．マガジンの大きさに対応して電極の位置を変更する電極位置アジャスト機構を有し、該アジャスト機構が、電極に基台を設けると共に該基台がレールに沿って移行でき、該電極とマガジン内で積層状態にある被処理物との距離を調整できる構成であることを特徴とする前記５〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
本発明における細線とは、ワイヤーの如き柔軟性のある導電性素材や、棒体の如き自己保持性のある剛性の導電性素材を含む導電材であれば、断面形状は、円形、楕円形、方形などいずれでもよい。また、同一平面上に並設とは、厳格に直線上に並べた場合に限らず、図７、８に示すように、細線の外径（φ０．５〜２０ｍｍ）の範囲内であるところの２０ｍｍ内であればいずれの方向にずれていてもよい。
請求項１及び５に示される発明によれば、周波数帯域を異にする２電源による電力印加によりプラズマを発生させる構成であり、配置する電極にも工夫がなされているので、効率よくプラズマを発生させることが可能である。また、２電源方式を採用している従来の装置に比較しても、回路構成を簡素化することができ、装置の製造コストの低廉化に有益である。更に、被処理物のチャンバへの配設に関して、マガジンを利用して行なうことができる構成としたので、従来の装置に比較して、１度に処理できる量を著しく増加できるばかりでなく、被処理物のチャンバへの配設・排出を短時間で行なうことができ、処理効率の著しい向上が期待できる。
請求項２、６に示される発明によれば、プロセスガスを効率よく電極に導入することができる。
請求項３、７に示される発明によれば、チャンバ内でのプラズマガスの流れが著しく改善され、特に、電極がプラズマガスの流れの障壁とならない構成であるので、被処理物への新規プラズマガスの接触率が向上し、著しく処理性能の向上が期待できる。これに加えて、本発明で明らかにされる電極の構造によれば、チャンバ内における被処理物の配設構造の自由度の向上につながり、１度に処理できる被処理物の量の著しい増加、サイズや形状の異なる多種多様な被処理物のプラズマ処理に対応が可能となった。
請求項４、８に示される発明によれば、被処理物の供給手段、処理空間のサイズ変更及びこれらに伴う電極の対応に容易に応じることができる。
以下の説明においては、チャンバ内にセットされるマガシンの両側面に、対構造の電極が対面構造で配置されている場合について説明するが、マガジンの開放方向（ガス流の導入方向）次第では上・下方向に配置され、この例は本発明の参考発明として、併せ説明する。
添付図面に従って、本発明に係るプラズマ処理方法及び装置を詳細に説明する。
先ず、図１に従って、本発明に係るプラズマ処理装置の全体を概説する。本体装置１００は、後に説明する構成のチャンバ１１０を備えており、このチャンバ１１０の扉１２０を開くことにより、多数枚の被処理物が収納されているマガジン１３０の搬入・搬出が可能である。また、好ましい態様では、本体装置１００の前面部には、装置を操作するための操作パネル１４０が配置されている。
電源装置２００は、好ましい態様として４０ＫＨｚと１３．５６ＭＨｚの周波数の電力を供給するものであるが、要するに、被処理物等に応じてＫＨｚ帯周波数の電力とＭＨｚ帯周波数の電力とを組合せればよく、上記したように、この帯域の高周波電源装置は、多くの市販品が知られており、前記特許文献１〜８に示されるようなプラズマ発生用として設計された市販の高周波電源装置を利用することができる。
真空ポンプ３００は、チャンバ１１０内のガス、供給されたプロセスガス、パージガスなどの排除を行なうもので、その能力は、チャンバ１１０の容量（１度に洗浄可能な被処理物の枚数）によって異なったものとなる。真空ポンプ３００としては、市販の種々の真空ポンプを利用することができる。
プロセスガス（例えば酸素ガスやアルゴンガス）及びパージガス（例えば窒素ガス）などは、ガスボンベ４００〜４０２の形で供給されるが、他の供給形態の採用を制限するものではない。
本発明に係るプラズマ処理方法並びに装置は、チャンバ１１０に配設される放電電極の構成、ガスの供給並びに排出のための構成、被処理物の配設・搬出のためのマガジンの構成等に特徴を持つものであり、以下具体的に説明する。
図２は、本発明に係るプラズマ処理装置の１実施例を概略図で示すものであるが、チャンバ３０内における電極などの各部材の配置が明示されている。尚、チャンバ３０の密封と解放とが扉１２０の開閉により行われることは既に説明した（図１のチャンバ１１０、扉１２０を参照）。
被処理物１０の配設・搬出は、マガジン２０を介して行われるが、マガジン２０の構成に関しては後に詳述する。
例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される電極４０と、例えば、４０ＫＨｚの高周波電力が印加される電極５０は、複合的な電極構造言わばマルチ電極構造となっており、同様の構造である電極４１・５１とが、前述のマガジン２０を挟んで対面の状態で配設されている。
符号６０は、ガス導入板であり、好ましくは、少なくとも電極が存在する面積分には透孔（スリットを含む）が配設されており、ガス流が電極部分に向かうよう、また、ガス流が被処理物１０の方向に供給されるよう誘導するため、チャンバ３０の内部空間を仕切るものである。
この実施例では、プロセスガスなどは、前述したようにボンベ４００〜４０２の形で供給されるが、図示しないバルブの制御に従って、ガス供給口３１・３２を通してチャンバ３０の中に供給され、ガス排出調整口３３・３４から排出されるので、チャンバ３０内でのガスの流れとしては、ガス供給口３１・３２から供給されたガスは、ガス導入板６０により分散された状態で電極４０・５０、電極４１・５１の方向に流れ、次いで、マガジン２０内で積層状態にある被処理物１０と被処理物１０との間の隙間を通して流れ、中央付近で左右の流れが合流して側方に流れを変えてから、チャンバ３０の上方に配置されているガス排出調整口３３と下方に配置されているガス排出調整口３４とから排出される。但し、ガス排出調整口３３、３４は上・下方向に限らず、ガス流方向のほぼ直角方向にあるチャンバ３０の両側面にあってもよい。即ち、チャンバ３０のほぼ中央２方向であればよい。
尚、符号３５は、チャンバ３０内のガスを排出するために行われる真空吸引のための真空吸引用排出口である。
チャンバ３０には、プラズマ発生用ガス（プロセスガス）として、例えば酸素ガス、アルゴンガスなど、どのような種類のガスを利用するか、及びその使用量（圧力）等は、従来の技術を参酌すればよい。即ち、これらは本発明とは直接には関係せず、従って、ガスの種類及びその量（圧力）の違いによって本発明の本質が左右されるものではない。
電極に印加する電力の周波数としては、例えば、１ＫＨｚ〜２００ＫＨｚの範囲、好ましくは４０ＫＨｚと、１ＭＨｚ以上の周波数帯域、好ましくは１３．５６ＭＨｚの周波数帯域、或いは２．４５ＧＨｚの周波数帯域が選択されるが、どの周波数帯域を利用するかは、本発明にとって本質的な要素ではない。
以下、被処理物１０をどのような姿勢でチャンバ３０内に配設するかについて述べる。
被処理物１０には、そのサイズや外形形状に非常に多くの種類があり、従って、チャンバ３０内に配設する姿勢によっては、１度に処理できる個数が限定を受け、著しい処理効率の低下が避けられないことになる。殊に、被処理物１０のチャンバ３０への配設・搬出を１枚１枚行うことは、極めて非効率である。
そこで、本発明では、被処理物１０の形状が、基本的には平板状であることに着目したところ、これを一定の間隔で水平に積層状態にする構成（図３の３−１参照）、一定の間隔で縦立設状に並べる構成（図３の３−２参照）により、矢符Ａ方向或いは矢符Ｂ方向のプラズマ流によって被処理物１０の上面及び下面を同時にプラズマ処理することが可能になり、１度に処理できる被処理物１０の量を飛躍的に増加させることが可能となったばかりでなく、マガジン２０を利用することにより、チャンバ３０への配設・搬出の効率が飛躍的に良好となった。
図３において、マガジンの配設・搬出方向、特に図１におけるチャンバ１１０の前面位置に電極などを配置することは構造上の問題があるので、対構造の電極の配置位置としては矢符Ａと矢符Ｂの位置が自然ということになる。勿論、図１において、扉１２０に電極などを組み込むという発想も実施できないことはない。
マガジン２０を具体的に説明する。
図４、図５に従ってマガジン２０を詳細に説明する。
図４に示すマガジン２０は、無底のボックスタイプの実施例であり、内壁の両側面には
被処理物１０を懸架するためのハンガー部２１が多段に連設されており、壁面には、ハンガー部２１とハンガー部２１との中間部が透孔となるように、スリット２２が形成されている。
上記の実施例において、上面部及び下面部にもスリット２２を設ける構造とすることができる。また、無底構造であると説明したが、収納する被処理物１０の種類等によっては有底構造とすることも可能であり、設けた低部には、ガスの流れを確保するために、スリット２２を配設するのが好ましい。
以上の記述から明らかなように、マガジン２０は、多数枚の被処理物１０を安定的に懸架すること、積層状態の被処理物１０の間隔を決定することが重要であり、洗浄目的のためのプラズマ粒子の移動にとっては障害となる構成は採用しない方がよい。従って、連続したハンガー部２１とスリット２２の組み合わせも絶対的に必要な構成要件ではなく、上記したように、多数枚の被処理物１０の収納するだけの強度が保障されるならば、スリット２２を設けず、全面解放状態である構成の方が好ましい態様となる。更には、ハンガー部２１が凸条の構成であることは、ハンガー部２１がプラズマの移動の障害となるものであるから、例えば、ハンガー部２１をより薄い凸条とする構成の外に種々の構成が好ましく採用可能である。
上記に従って採用可能な構成を例示的列挙すれば、複数のハンガー部２１を有するハンガー部材が全体で櫛状板である構成、ハンガー部２１を含めたハンガー部材の全体が金属線などで形成される構成などが挙げられる。尚、上記したハンガー部材は、金属線などで形成されるフレームによって組み立てられてもよい。
図４に示した実施例のマガジン２０のチャンバ３０内での姿勢に関して説明する。
図５の５−１に示したマガジン２０の姿勢では、被処理物１０は平らに積層された状態であるので、Ａ１・Ａ１及びＡ２・Ａ２の方向からのガス流が可能であり、従って、後述するように、Ａ１・Ａ１及びＡ２・Ａ２の側に電極が配置されることになる。
図５の５−２に示したマガジン２０の姿勢では、被処理物１０は縦方向に並べられた状態であるので、Ａ３・Ａ３及びＢ１・Ｂ１の方向からのガス流が可能であり、従って、後述するように、Ａ３・Ａ３及びＢ１・Ｂ１の側に電極が配置されることになる。
次に、電極に関して説明する。
図２に示した電極４０・５０と電極４１・５１とは、電極ユニットを形成しており、ガスの流れる方向に、対面に配置される構成である。
電極ユニットの構造は、例えば図６、図７に示されており、例えば、導電性細線をコ字状に連接した各電極を同一平面上において並設（交互に並ぶことがより好ましい。）させており、図示の実施態様では、電極４０・４１には、異なる周波数の電力として、例えば、４０ＫＨｚの電力が、電極５０・５１には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。電極を形成する素材として、例えばアルミニウム等の導電材が好ましく利用でき、例えばφ０．５〜２０ｍｍの範囲のアルミニウムワイヤーないし丸棒が好ましく利用されるが、材質及びサイズ共にこれに限定されるものではない。また、印加される周波数帯域の違いにより、電極の素材及びサイズを異にする構成の採用も可能である。
本発明は、電極を対面配置することにより、被処理物１０に対して平行に高周波を印加することができるため、マガジン２０内の被処理物１０の両面を同時に均一にプラズマ処理することが可能である。
図９には、非導電性素材により形成されたフレーム４５に、電極４０（４１）と電極５０（５１）を交互に配設する構成が示されている。図示の実施例では、電極として太さの異なる細線（ワイヤー、棒など）が利用されているが、少なくとも一方の電極、好ましくは両方の電極として、並列された細線、例えば短冊状の板材に接続された細線を利用することができる。
図１０には、サイズを異にする細線から成る四角状の電極４０（４１）と５０（５１）とを同心状に配置して、各導電性のフレーム４５、４６で各々を固定する構成が示されている。フレーム４５、４６は、図示のように、縦横十字形に配置する構成に限定されるものではなく、×状に斜めに配置される構成、その他の構成の採用が自由である。尚、一方の導電性フレーム４５（４６）が、一方の電極を通電させる作用であることは勿論である。
電極４０（４１）・５０（５１）の固定或いはその姿勢を保持するフレームが、ガス流の方向に対して大きな面積を占めることは望ましくなく、ガス流を阻害する要因はできるだけ排除することが好ましい。従って、電極のためのフレーム等は、ガス流の方向に対して大きな配置スペースが設けられていること、それ自体に開孔が設けられている穴明き構造であること等が好ましい。
電極ユニットの構造は、各電極を構成する細線が同一平面上（実質的に同一平面上である場合を含む。）で並設されておればよく、図６、７や図９に示されるような直線状の細線の組合せに限らず、前記図１０の如く、方形状又は渦巻状などの曲線状の細線の組合せであってもよい。
従来の装置の電極のように、板状の電極では、板全体が電極となるため、効率よくプラズマを発生させることができないが、本発明に係る電極では、細線の組合せによって構成されているため、その周囲に即ち、電極隙間の間に効率的にプラズマを発生させることができる。例えば、図８の８−１に示すように、電極４０（４１）と電極５０（５１）とが同一平面上に配置されている構成によれば、図８の８−２に示すように、各電極の周囲で、放電効果の及ぶ範囲が重畳することとなり、効率よくプラズマを発生させることができる。従って、電極の隙間にガスを効率よく流通させることにより、高密度のプラズマを効率よくマガジンまで送り出すことができ、ガスの流れる方向に電極を配置することにより、常に活性なプラズマをマガジン内の被処理物に均一に当てることが可能である。
次に、本発明のアジャスト構成を説明する。
従来の装置のマガジンでは、被処理物１０の種類により様々な形状寸法で製造されており、プラズマ処理する際に、電極からマガジンまでの距離が離れすぎて効果が薄れる場合があるが、電極位置をアジャストできる構造とすることにより、どのような形状寸法のマガジン１０でも利用が可能となる。
図１１には、電極位置をアジャストするための機構の１例が示されている。この実施例は、電極７０の基台７１がレール７２に沿って移行する構成である。レール７２は２本以上であることが好ましい。
電極７０は、レール７２に沿って矢符方向に可動であり、図１１の１１−２に示すように、横幅の狭いマガジン２０が配設される場合には、夫々の電極を内側に移動させることで、電極と被処理物との間の距離を調整することができる。
レール７２をチャンバ３０の天井側に配列して、電極７０を懸架する方式とすることも可能である。
尚、ガス導入板６０は、電極７０と共に、可動である構成としてもよいが、図１１に示すように、ガス導入板６０はチャンバ３０の特定位置に固定である構成であることが好ましい。
電極位置のアジャスト機構は、電極の配置構造（図５参照）により、異なった構成となる。例えば、電極がマガジンの上方と下方に配設される構成では、レール７２が縦方向に位置することなるから、特定の高さで固定するための何らかのストッパ構造が必要である。
請求項４、８に示される発明は、マガジンを挟んで配設される対構造の電極ユニットを、チャンバに配設されるマガジンのサイズに対応して変動させる機構を有することが特徴であるが、電極位置をアジャストさせる機械的機構として、公知の構成を採用すればよい。
次に、ガスの流通に関して説明する。
図２に従って説明したように、本発明では、真空排出口を目的別に数箇所設けており、例えば、チャンバ３０を大気圧から真空にする場合は、チャンバ３０の背面に設けられている排出口３５から排気し、また、チャンバ３０の天地に微調整用のガス排出調整口３３と３４とを設ける。尚、上下左右不均一に配置してもよい。
図１２に示すように、排気を微調整するガス排出調整口３３・３４を天地に配置することにより、矢符Ａ・Ａ方向からの高密度のプラズマ流を矢符Ｂ・Ｂの方向に向けさせることができ、ガス流を停滞させることがなく、従って、被処理物１０の両面を効率よくプラズマ処理することが可能である。
プロセスガスを効率よく電極４０（４１）・５０（５１）に導入するために、多数の透孔が設けられているガス導入板６０（図２を参照）として、所謂ガスプロジェクタを利用する態様を説明する。
図１３において符号６１は中空の箱体であり、チャンバ３０の外側又は内側に配置され、パッキング部材などを介して、チャンバ３０の外壁又は内壁に密着する態様で、チャンバ３０に配置される。箱体６１の一側面には、仮想線で示すように、電極の面積に対応する広さで、多数の開孔６２が配設されており、矢符方向から供給されるガスが開孔６２から直接に電極に対して流れることとなる。単なる開孔６２に代えて、小さな筒体或いはノズルを配置する構成であってもよい。
上記した構成によれば、チャンバ３０の壁面に設けた開口を通じてガスを供給する構成と比較して、電極へと向かうガス流量が著しく多く、供給したガスの量に見合った量のプラズマを発生させることができる。チャンバ３０の圧力は微妙であり、最適な圧力に調整されているのであるから、チャンバ３０内に供給できるガス量には制限があり、従って、プラズマ化していない、言わば生のガスの量と、電極の部分を流れプラズマ化されたガスの量との比を考えれば、単純な構成のガス導入板６０によるガスの導入では、プラズマ化されないガスの量が多くなることもあるが、このガスプロジェクタを利用した例では、この点を大巾に解決できる。
以上説明した装置を利用して被処理物をプラズマ処理する工程を説明する。
Ａ：．マガジン（被処理物）の配設について
被処理物１０は、自動操作或いは手作業により、マガジン２０内に収納されて待機状態に置かれ、順次１つのマガジン２０毎にチャンバ１１０へと配設される。尚、当然のことながら、洗浄装置１００が、複数のマガジン２０を収納して同時に洗浄を行なう構成とすることもできる。このような構成では、洗浄装置１００は複数のチャンバ１１０を持つこともできる。
チャンバ３０（１１０）内へのマガジン２０の配設が完了すると、扉１２０が閉鎖されてチャンバ１１０は、密閉空間となる。
Ｂ：予備工程について
扉１２０の閉鎖によりチャンバ１１０が密閉空間となると、真空ポンプ３００が稼動されて、チャンバ１１０内のガスの排出が行なわれ、真空状態となる。
Ｃ：プラズマ処理工程について
プラズマ処理工程では、先ず、ガスボンベ４００に用意されているプロセスガス、例えば酸素ガスがチャンバ１１０内に供給され、次いで、電源装置２００の稼動により、電極４０・４１と電源５０・５１の夫々に電圧の印加が行なわれる。酸素ガスによる処理は、プラズマ化された酸素ガスにより被処理物１０の表面を化学反応により処理するものであり、被処理物１０の表面は親水化される。プロセスガスとしてアルゴンガスの供給が行なわれる処理では、被処理物１０の表面に形成された酸化膜などの無機物をスパッタ効果により除去するものである。
プラズマ処理工程で利用されるガスは、特に限定されるものではなく、公知公用の種々のガス、例えば、Ａｒ、Ｏ２、ＣＦ４、Ｎ２など、及びこれらの混合ガスが選択的に利用可能である。プロセスガスの供給量並びに処理工程に必要な時間は、チャンバ１１０のサイズないし被処理物１０の枚数により異なる。
Ｄ：パージ工程について
プラズマ処理工程が所定時間経過したら、電極への高周波電力の印加が停止され、真空ポンプ３００が停止されると共に、ガスボンベ４０２に用意されているパージガス、例えば窒素ガスの供給が行なわれ、大気圧に復帰する。
Ｅ：．マガジン（被処理物）の排出について
チャンバ１１０内を大気圧に復帰させた段階で扉１２０を開き、洗浄済みの被処理物１０はマガジン２０ごとチャンバ１１０から排出され、一連の処理工程は終了となる。
チップマウンティング、ワイヤボンディングのための前処理としてのプラズマ処理を、下記の条件で行った。
利用した装置：図１、図２に示した装置を利用した。
利用した処理ガス：アルゴンガス
ガス供給速度：１０／ｍｌ／ｍｉｎ
チャンバ内圧力：５Ｐａ
電力：１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗ
４０ＫＨｚ、６００Ｗ
処理時間：５分
被処理物のサイズ及び量：２０段構成の各段（棚）に縦１８０ｍｍ×横４０ｍｍ
×厚み０．５ｍｍのＢＧＡ基板（部品５〜６程度から構成）
を１枚宛、収納した。
効果は、処理された被処理物の表面での水の平均接触角で判断した。処理前の平均接触角が１００度であるのに対し、処理後のそれは１５度以下であり、優れた処理能力であることが確認された。
モールディングのための前処理としてのプラズマ処理を、下記の条件で行った。
利用した装置：図１、図２に示した装置を利用した。
利用した処理ガス：アルゴンガスと酸素ガスの混合
ガス供給速度：アルゴンガス ５０ｍｌ／ｍｉｎ
酸素ガス １００ｍｌ／ｍｉｎ
チャンバ内圧力：１３０Ｐａ
電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ
４０ＫＨｚ、３００Ｗ
処理時間：３分
被処理物のサイズ及び量：２０段構成の各段（棚）に縦１８０ｍｍ×横１５ｍｍ
×厚み０．５ｍｍのリードフレーム（部品３０個程度から構
成）を１枚宛、収納した。
効果は、処理された被処理物の表面での水の平均接触角で判断した。処理前の平均接触角が１００度であるのに対し、処理後のそれは１５度以下であり、優れた処理能力であることが確認された。
本発明に係る処理装置の概略図 本発明に係る処理方法を行なうチャンバの概略図 チャンバにおける被処理物の姿勢を示す概略図 本発明に係るマガジンの１例を示す概略図 本発明に係るマガジンの姿勢を示す概略図 本発明に係る電極の１例を示す概略正面図 本発明に係る電極の１例を示す概略平面図 本発明に係る電極の作用説明図 本発明に係る電極の他の例を示す概略斜視図 本発明に係る電極の他の例を示す概略正面図 電極位置のアジャスタ機の１例を示す概略正面図 被処理物に対するガス流を示す概念図 本発明に係るガス案内部材の１例を示す概略斜視図 参考例としてのプラズマ処理装置のチャンバを示す概略図
符号の説明
１０−被処理物
２０−マガジン
２１−ハンガー部
２２−スリット
３０−チャンバ
３１−ガス供給口（孔）
３２−ガス供給口（孔）
３３−ガス排出調整口（孔）
３４−ガス排出調整口（孔）
３５−真空吸引用排出口（孔）
４０−電極
４１−電極
４５−フレーム
４６−フレーム
５０−電極
５１−電極
６０−ガス導入板
６１−中空の箱体
６２−開孔
７０−電極
７１−基台
７２−レール
１００−装置本体
１１０−チャンバ
１２０−扉
１３０−マガジン
１４０−操作パネル
２００−電源装置
３００−真空ポンプ
４００−ボンベ
４０１−ボンベ
４０２−ボンベ

Claims (8)

  1. 複数の被処理物を間隔をあけてマガジンに収納してチャンバに配設し、該チャンバ内におけるマガジンの両側面に異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置され、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給するガス供給口が少なくとも２箇所設けられ、該チャンバのほぼ中央２方向には、ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記電極でプラズマ化されたガスが被処理物の両側面方向から供給されて、次いで、該ガス供給方向の両側面方向にガス流を作ることで、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われるプラズマ処理方法であって、前記マガシンは、全体形状が無底のボックスタイプに形成されており、互いに向かい合う側面部の少なくとも1つの組の面の夫々に、複数のハンガー部が多数連接されており、該ハンガー部とハンガー部との中間部が透孔となるようにスリットを設けると共に、他方の組の面を解放状態としてある構成であり、該マガジンの夫々のハンガー部に被処理物を懸架させることで複数の被処理物を間隔をあけて該マガジンに積層状態に収納して前記チャンバに配設し、該チャンバ内に配置される前記マガジンのハンガー部と前記スリットが設けられる面である両側面に前記異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置され、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給する前記ガス供給口が少なくとも２箇所設けられており、該チャンバの上方及び下方には、前記ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記ガス供給口から供給されたガスが、前記電極でプラズマ化され、前記マガジン内で積層状態にある被処理物と被処理物との間の隙間を通して流れ、中央の付近で左右の流れが合流して側方に流れを変えながら、前記ガス排出調整口から排出されるガス流を作ることで、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われることを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 対面構造で配置される電極に対し、多数の透孔が設けられているガス導入板を介してガスが供給される構成であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 対構造の電極が太さの異なる細線を同一平面上で交互に並設させた構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. マガジンの大きさに対応して電極の位置を変更する電極位置アジャスト機構を有し、該アジャスト機構が、電極に基台を設けると共に該基台がレールに沿って移行でき、該電極とマガジン内で積層状態にある被処理物との距離を調整できる構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  5. 複数の被処理物を間隔をあけてマガジンに収納してチャンバに配設する被処理物配設手段と、該チャンバ内におけるマガジンの両側面に異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置されるプラズマ発生手段と、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給するガス供給口が少なくとも２箇所設けられ、該チャンバのほぼ中央２方向には、ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記電極でプラズマ化されたガスが被処理物の両側面方向から供給されて、次いで、該ガス供給方向の両側面方向にガス流が行われるガス流通手段とを有しており、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われる構成であるプラズマ処理装置であって、前記マガジンは、全体形状が無底のボックスタイプに形成されており、互いに向かい合う側面部の少なくとも1つの組の面の夫々に、複数のハンガー部が多数連接されており、該ハンガー部とハンガー部との中間部が透孔となるようにスリットを設けると共に、他方の組の面を解放状態としてある構成であり、該マガジンの夫々のハンガー部に被処理物を懸架させることで複数の被処理物を間隔をあけて該マガジンに積層状態に収納して前記チャンバに配設し、該チャンバ内に配置される前記マガジンのハンガー部と前記スリットが設けられる面である両側面に前記異なる周波数帯域の高周波電力が印加される対構造の電極が対面構造で配置され、更に、該チャンバの前記両電極の外側には該電極方向に向かってガスを供給する前記ガス供給口が少なくとも２箇所設けられており、該チャンバの上方及び下方には、前記ガス排出調整口が少なくとも２箇所設けられ、前記ガス供給口から供給されたガスが、前記電極でプラズマ化され、前記マガジン内で積層状態にある被処理物と被処理物との間の隙間を通して流れ、中央の付近で左右の流れが合流して側方に流れを変えながら、前記ガス排出調整口から排出されるガス流を作ることで、被処理物の表面及び裏面の両面に対する均一なガス流の下でプラズマ処理が行われる構成であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 対面構造で配置される電極に対し、多数の透孔が設けられているガス導入板を介してガスが供給される構成であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 対構造の電極が太さの異なる細線を同一平面上で交互に並設させた構成であることを特徴とする請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
  8. マガジンの大きさに対応して電極の位置を変更する電極位置アジャスト機構を有し、該アジャスト機構が、電極に基台を設けると共に該基台がレールに沿って移行でき、該電極とマガジン内で積層状態にある被処理物との距離を調整できる構成であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
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