JP6832858B2 - 非熱ソフトプラズマ洗浄 - Google Patents

Description

本発明は、空気媒体中と液体媒体中の両方での非熱大気圧ソフトプラズマ洗浄に関する。

物理的対象を表面洗浄する既知の方法には、湿式洗浄（洗剤および水によるブラッシングと乾燥、ならびに超音波溶媒洗浄など）と、乾式洗浄（レーザーアブレーション、二酸化炭素成分洗浄、およびプラズマ洗浄など）が含まれる。プラズマ洗浄には、高速な一工程乾式処理であり、オフライン洗浄とインライン洗浄の両方に適合する、という利点がある。

しかし、従来のプラズマ洗浄は、被加工物に損傷を引き起こし、このことは、半導体ウェハ、集積回路コンポーネントおよび生体組織などのように、特に洗浄の対象が損傷に影響されやすいときに問題となる。そのような影響されやすい対象の損傷は、プラズマ中のイオンおよび電子の衝撃と、対象表面の望ましくないエッチングとにより生じる。望ましくないことに、プラズマ洗浄処理の温度も高く、典型的に１００℃を超えるので、融解温度が低いプラスチック製の対象を洗浄するのは不可能である。真空チャンバを伴うときには、大きな機械フットプリントおよび設備費用のコストが追加される。加えて、プラズマ洗浄にしばしば必要とされる原料は、毒性および／または可燃性である。当該技術では、大気圧チャンバが知られているが、商業用途では、低温の高速プラズマ洗浄および大領域プラズマ洗浄が望ましい特徴である。これら全ての望ましい特徴を同一の装置において得ることが、課題とされてきた。

米国特許第７７５４９９４号明細書は、ガス渦巻空洞内に大気ガス放電プラズマを発生させる方法を開示している。プラズマは、次いで、対象を１つずつ連続して洗浄するためにガス流中に噴出される。この処理は、低廉かつ簡素である。米国特許第８４７１１７１号明細書は、微細中空陰極放電アセンブリであって、生体組織の処理を含む低温処理へのアセンブリの適用を可能とする低温大気圧プラズママイクロジェットを発生させることが可能なアセンブリを開示している。米国特許第６９０６２８０号明細書は、高速パルス非熱プラズマリアクタであって、パルスにより非熱プラズマ放電を放電セル内に形成するリアクタを開示している。これにより、非熱プラズマ放電を使用して、ガスから廃棄物を除去したり、ガスをより小さな分子に分解したりすることができ、それによって、ガスをより効率的に燃焼させることができる。米国特許第６３２９２９７号明細書は、エッチングの速度および均一性を向上させるリモート希薄プラズマ洗浄処理および装置を開示している。リモートに形成されたプラズマは、処理チャンバに流入する前に希薄化されて、対象またはチャンバ自体の内部を洗浄またはエッチングする。米国特許第６８３５６７８号明細書は、リモートプラズマ用のシステムおよび方法であって、活性化した種をリモートプラズマ発生器から処理チャンバに送るシステム及び方法を開示している。

プラズマ洗浄は、他の多くの洗浄方法よりも好適であるが、処理温度を下げ、大気圧で洗浄処理を実行し、イオン衝撃および電子衝撃の損傷を低減し、処理能力向上および大表面洗浄のための高速処理、毒性または可燃性の原料ガスの使用を伴わない洗浄処理を実行するための改良が望まれる。空気中または液体媒体中でのプラズマ洗浄も望まれる。

米国特許第７７５４９９４号明細書 米国特許第８４７１１７１号明細書 米国特許第６９０６２８０号明細書 米国特許第６３２９２９７号明細書 米国特許第６８３５６７８号明細書

本発明は、プラズマ損傷を抑制するソフトプラズマ洗浄（ＳＰＣ）システムを提供する。ＳＰＣシステムには、プラズマを生成し、被加工物上を一掃するように誘導する誘導式ＳＰＣと、浮遊電極を有する別のＳＰＣシステムが含まれる。

一実施形態では、ＳＰＣは、請求項１に定義するような、空気またはガスを大気圧で収容する洗浄チャンバを備える。

好適には、ＳＰＣ内のプラズマは、一掃する方向において被加工物に到達する。このことは、放電流体を提供するための原料ガスにより支援され、アブレーション領域または洗浄領域を増加させる。好適には、ＳＰＣシステムは、プラズマ特性を制御するためのプラズマ誘導・増幅コンポーネントを備える。別の実施形態では、ＳＰＣシステムは、洗浄チャンバ内に配置された浮遊電極を備え、１つまたは複数の浮遊電極は、被加工物のプラズマ損傷を抑制するように電界およびイオンエネルギーを制御するために提供される。

別の実施形態では、ＳＰＣは、請求項１３に定義するような、塩化イオンを有する液体もしくは溶媒または化学溶液を収容する洗浄チャンバを備える。

添付図面を参照しながら、本発明の非限定的な実施形態を用いて本発明について説明する、

本発明の下で提供される、ソフトプラズマ洗浄（ＳＰＣ）および誘導式ＳＰＣの処理を含む、様々なタイプの一般的なプラズマ洗浄処理を示すブロック図である。 知られているプラズマ洗浄および関連する機械加工処理と、本発明の下でのＳＰＣとの処理パラメータおよび性能パラメータの対比チャートを提供する。 知られている非熱プラズマ（ＮＴＰ）放電システムの図である。 本発明の実施形態によるＧ−ＳＰＣシステムの図である。 本発明の実施形態によるＧ−ＳＰＣシステムの図である。 本発明の実施形態によるＧ−ＳＰＣシステムの図である。 図５Ｂに示すＧ−ＳＰＣシステムを使用するテストパラメータの一部を示している。 Ｇ−ＳＰＣシステムを示す図である。 Ｇ−ＳＰＣシステムにおいてプラズマを誘導するプラズマ位置決め・増幅コンポーネントの図である。 ワイヤボンダの楔状部の拡大図である。 図７Ａにおけるワイヤボンダの楔状部のプラズマ洗浄前の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 プラズマ洗浄の前後の楔状部のＳＥＭ画像を汚染物質の痕跡と共に示している。 プローブカードの拡大図である。 プラズマ洗浄前のプローブ先端のＳＥＭ画像である。 図８Ｂのプローブ先端におけるＧ−ＳＰＣによるプラズマ洗浄後のＳＥＭ画像である 単一の原料ガス入口Ｇ−ＳＰＣを使用する本発明の実施形態の図である。 単一の原料ガス入口Ｇ−ＳＰＣを使用する本発明の実施形態の図である。 単一の原料ガス入口Ｇ−ＳＰＣを使用する本発明の実施形態の図である。 複数の原料ガス入口Ｇ−ＳＰＣを使用する本発明の実施形態の図である。 複数の原料ガス入口Ｇ−ＳＰＣを使用する本発明の実施形態の図である。 複数の原料ガス入口Ｇ−ＳＰＣを使用する本発明の実施形態の図である。 知られている元素の熱膨張率を示す表である。 ケルビンテストソケットの空洞内に構成された上記のＳＰＣシステムの図である。 洗浄前のケルビンテストソケットのピンを汚染物質の痕跡と共に示すＳＥＭ画像である。 ＳＰＣ後のケルビンテストソケットピンのＳＥＭ画像である。 ＳＰＣ前のケルビンテストソケットピンのＳＥＭ画像である。 ＳＰＣ後のケルビンテストソケットピンのＳＥＭ画像である。 別の実施形態による、浮遊電極を有するＳＰＣシステムの図である。 ２つの浮遊電極を有するＳＰＣシステムの図である。 グリッド浮遊電極を有するＳＰＣシステムの図である。 ガス流を使用する、図１３に示すＳＰＣシステムの図である。 誘導された放電ガス流を用いる別の実施形態を示している。 また別の実施形態による、液体媒体を収容する洗浄チャンバを伴って構成されたＳＰＣシステムの図である。

添付の図面を参照して、本発明の１つ以上の特定のまたは代替的な実施形態について説明する。しかし、そのような特定の詳細を伴わずに本発明を実施してもよいことが当業者にとっては明らかであろう。本発明が不明瞭とならないように、いくつかの詳細については、長々と説明しない場合がある。参照の便宜上、複数の図に共通する同じまたは同様の特徴を参照するときには、複数の図を通して共通の参照数字または連続する数字を使用している。

本発明によれば、ソフトプラズマ洗浄（ＳＰＣ）を発生させるシステムおよび方法が提供される。このＳＰＣには、空気媒体中での誘導式ソフトプラズマ洗浄（Ｇ−ＳＰＣ）と、空気中または液体媒体中で使用するＳＰＣシステムが含まれる。このＳＰＣによって、イオンエネルギーは低レベルに制御され、よって、ＳＰＣおよびＧ−ＳＰＣは、非熱低温処理であり、被加工物のプラズマ損傷を抑制するように空気中で大気圧で動作する。洗浄温度が約６５℃未満であるので、外部加熱モジュールが必要とされない。したがって、この処理は、このプラズマ洗浄処理中に融解することなくプラスチックを洗浄するのにも適している。また有利なことに、ＳＰＣおよびＧ−ＳＰＣは、真空ポンプを用いることなく大気圧で使用される。よって、ＳＰＣおよびＧ−ＳＰＣ装置は、装置フットプリントが小さく、例えば、半導体産業におけるテストソケットの空洞に嵌るように、携帯可能とすることもできる。また有利なことに、Ｇ−ＳＰＣ用の原料流体は環境にやさしいものである。特定の汚染物質の除去に毒性、可燃性または腐食性の流体またはガスを使用するときには、隔離された作業環境が必要とされる。加えて、ＳＰＣおよびＧ−ＳＰＣは、オフライン洗浄、インライン洗浄およびリモート洗浄用に構成可能な、非破壊性の、しかも非常に高速な乾式処理である。ＳＰＣの別の実施形態が、流体媒体中で動作するために提供される。本発明のＳＰＣは、有機残渣、無機残渣（金属など）およびダストを含むほぼ全てのタイプの汚染物質を除去するために提供される。不活性原料ガス中に供給することによって、反応性プラズマ種と被加工物表面の間の化学反応による望ましくない腐食または浸食が最小化される。

一実施形態では、Ｇ−ＳＰＣは、革新的に、プラズマを誘導し、アブレーション領域を拡張し、イオンおよび電子衝撃の損傷またはエッチングを抑制するために、原料ガスを使用して放電流体を洗浄チャンバに提供する。プラズマの誘導、集束および増幅のためにプラズマ位置決め・増幅コンポーネントを使用する点も、独創的である。放電流体により誘導されたプラズマの使用によって、イオン衝撃および電子衝撃により被加工物表面に生じる機械的な微細構造損傷が最小化される。表面損傷は、被加工物表面に対するイオン衝撃および電子衝撃の周波数、振幅および方向を制御することによって、例えば、振動電界を制御し、原料ガスの方向および放電流体の方向を操作することによって、実質的に抑制される。

「ソフト」、「大気圧力」かつ「低温」の方法ではあるが、Ｇ−ＳＰＣは、被加工物表面に密着した汚染物質を含むほぼ全ての種類の汚染物質を除去することが可能であり、非限定的に、洗浄メカニズムは、局所的な熱膨張および高密度な振動するイオン、ラジカル、プラズマ種およびフラグメント化した塊を伴う。例えば、Ｇ−ＳＰＣの処理中、局所的な熱膨張によって、汚染物質と被加工物の熱膨張差により汚染物質が被加工物表面から解き放たれ、別の例では、原料ガス（アルゴン、クリプトンおよびキセノンなど）に由来する放電流体中の重いラジカルまたは液体媒体中のイオンを使用して、振動エネルギーが汚染物質に伝達され、このようにして、振動するラジカルは、特に、被加工物表面の深い窪み内の、汚染物質に衝突して被加工物表面から分離させる。洗浄メカニズムは、イオンの振動方向、周波数および電源の出力電力、流体の方向、プラズマ種の密度および量その他により制御される。別の実施形態では、原料ガスは、被加工物表面の化学反応用の反応ガス（１または複数）を含み、例えば、アルゴンガスと塩素ガスの混合物を使用するときには、塩素ラジカルが被加工物の金属表面と反応する。よって、プラズマ洗浄後の被加工物は、最小の表面損傷で修復可能である。

プラズマは、ＤＣ、ＡＣ、ＲＦまたはパルス駆動式の発電機または他のモードで駆動する電源により発生する。放電流体中に非熱プラズマが発生する。放電流体中のプラズマは、原料ガス、電極および周辺ガスからの電子、イオン、ラジカルおよび中性種を含む。

プラズマ中の電極にある大きな材料の塊は、また、極薄プラズマシ−ス内の衝撃的なイオン力により、高密度非平衡プラズマ中でフラグメント化し、細分化する。フラグメント化の度合は、極薄プラズマシースを横切る電界、原料種の量、電子温度および電子密度に比例する。フラグメント化の度合は、原料種の量、電子温度および電子密度のリアルタイム原位置計測値によりモニタリングされ、これらの計測値は、次いで衝撃的なイオン力の特性を示すために使用される。電極は、二次汚染を防止し、プラズマ洗浄中に被加工物の表面状態を修復するために、被加工物と同じ材料とすることができる。原子ラジカルは、被加工物表面に堆積しまたは嵌り込んだ汚染物質に振動力を作用させる。その間に、プラズマと被加工物表面の間で熱伝達プロセスが生じる。熱膨張率の差によって、汚染物質は、表面にゆるく結合することになる。原子ラジカルの振動力によって、汚染物質に衝突して表面から分離させ、または汚染物質を表面から解放することが可能である。加えて、汚染物質を置き換えることによって、表面粗度または嵌り込んだ汚染物質の除去により生じる表面歪も低減する。よって、被加工物と同じ材料の電極は、被加工物表面の汚染物質を置き換える原子ラジカルのソースを提供し、加えて、原位置プラズマアニールは、被加工物表面の微細構造を補修する。

原料ガスは、単一元素のガスまたは混合ガスとすることができる。原料ガスは、イオン化閾値エネルギーが低い、アルゴンおよび他の希ガスなどの不活性ガス成分を含む。不活性ガスの使用によって、周辺ガスによる被加工物表面の酸化または窒化を防止することができる。

図１のブロック図は、本発明の下で提供される処理（ＳＰＣ）を含む様々なタイプの一般的なプラズマ洗浄処理を参照のために示している。プラズマ１０は、真空１６または大気圧条件１８で発生する、タフプラズマ１２またはソフトプラズマ１４とすることができる。タフプラズマ１２の場合、典型的に、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）２０および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）２２は真空１６であり、熱プラズマ２４は大気圧条件１８である。ソフトプラズマ１４の場合、典型的に、容量結合無電極プラズマ（ＣＣＥＰ）２６およびリモートプラズマ２８は真空１６であり、本発明の下で提供されるＳＰＣ３０、１３０、２３０は、（破線円により強調するように）大気圧条件１８である。

図２は、一般に使用される他のプラズマ洗浄処理と対比して、本発明の下でのＧ−ＳＰＣの処理パラメータおよび性能パラメータのチャートを提供する。チャートを見ての通り、Ｇ−ＳＰＣ処理は、ＣＣＰ／ＩＣＰ、プラズマ切断、直接誘電体バリア（ＤＢＤ）洗浄および放電機械加工（ＥＤＭ）と対比される。本発明の下でのＧ−ＳＰＣ処理は、大気圧、低電力消費、低温かつ高洗浄速度で動作可能である一方、ほぼすべてのタイプの汚染物質を除去可能でもあり、しかもプラズマ（イオン衝撃および電子衝撃）損傷もなく、または少ない、という利点の全てを有する。

図３は、従来の非熱プラズマ（ＮＴＰ）処理の典型的な構成を示しており、このＮＴＰでは、電極３６から被加工物３２までのプラズマの経路が真っすぐであり、これにより、直接的なイオン衝撃および電子衝撃が生じ、被加工物３２の表面に望ましくない損傷がもたらされる。図４Ａは、電極３６から被加工物３２までのプラズマ４５の経路が「真っすぐではなく」、プラズマ衝激の実質的な低減によって、被加工物３２に対する損傷が低減する、Ｇ−ＳＰＣ処理の構成のある実施形態を例示している。図４Ａにおいて見えるように、被加工物３２は、プラズマ４５の真っすぐな経路から離れている。図４Ｂは、原料ガス４０および排出ガス４２が追加された別の実施形態を示している。この実施形態では、（図４Ｂにおいて見えるように）発生したプラズマ４５の経路は垂直である一方、原料ガス４０の流れは、水平方向であり、実質的に被加工物３２全体を一掃する。プラズマ４５が原料ガス４０と組み合わさるので、原料ガス４０と同じ水平方向に移動して、被加工物３２の上を水平に一掃する放電流体５０が発生する。プラズマ４５のこの方向変化によって、被加工物３２に対するプラズマ損傷が抑制される。加えて、放電流体５０中にプラズマ４５を方向付けると、被加工物３２の表面における放電領域が拡大し、事実上、より大きなアブレーション領域または洗浄領域がもたらされる。有利なことに、より大きなアブレーション領域によって、アブレーション損傷またはプラズマ損傷が少なく、洗浄の速度が速くなる。よって、プラズマ４５の方向を原料ガス４０により変化させることによって、直接的な垂直衝撃が防止される。有利なことに、原料ガス４０が不活性ガスであると、原料ガスは、洗浄チャンバ３４内に存在する周辺空気による被加工物３２の酸化および窒化を防止する。上記の実施形態では、被加工物３２が導電性材料であると、電極３６と被加工物３２の間に電界が加えられる。被加工物が非導電性であると、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、プラズマ４５が被加工物上をさっと動くように、電界を発生させるために洗浄チャンバ３４内の別の導電性部材（図に示していない）が使用される。原料ガス４０には、窒素、水素、圧縮空気、液体二酸化炭素または液体窒素、それらのガスの組合せも含めることができる。

図４Ａでは、穴３７ａを有する誘電体部材３７が、電極３６の付近に配置される。穴３７ａにおける集中電界によって、空気およびガスが分解され、電子、イオン、ラジカルおよび中性種の混合物を含むプラズマ４５が形成される。プラズマ４５は、水平に一掃する態様で被加工物に引き付けられる。図４Ｂでは、プラズマ４５は、原料ガス４０と組み合わさって、被加工物３２の上に放電流体５０を形成する。図４Ｃは、プラズマ誘導・増幅コンポーネント５２が追加された、Ｇ−ＳＰＣ洗浄チャンバの別の実施形態を示している。プラズマ誘導・増幅コンポーネント５２のある実施形態を、互いに対して実質的に垂直に配置された２つの誘電体部材５６、５８により示している。各誘電体は穴を有する。図４Ｃにおいて見えるように、誘電体部材５６の穴５６ａは、プラズマ４５を誘導する一方、誘電体部材５８の穴５８ａは、被加工物３２の表面上を流れるように放電流体５０を誘導し、形状決定し、方向付ける。誘電体部材５６、５８の効果は、図６を用いて再び説明するときに明らかとなる。

図５Ａは、図５Ｂに示すＧ−ＳＰＣの実施形態の処理パラメータの典型的な組を示している。図５Ｂに示すように、発電機４４の出力は、パワーマッチャユニット４６に供給され、次いで電極３６に加えられる。パワーマッチャユニット４６は、電極３６と発電機４４の間のインピーダンスが最大電力の伝達に関して整合するように、コンデンサ、レジスタおよびインダクタで構成される。加えて、プラズマ放電に関する出力電流および出力電圧を制御するようにインピーダンスを調整することができる。この実施形態では、電界は、例えば、被加工物３２がグラウンド４８に接続された状態で、電極３６と被加工物３２の間に加えられる。アルゴンガスが原料ガス４０として入口３８を通って洗浄チャンバ３４に入り込み、出口４２は、入口３８から離れて設けられる。プラズマ４５は、電極３６と被加工物３２の間に形成され、原料ガス４０の流れに沿って側方に多少広がって、被加工物３２を覆う放電流体５０を形成し、見ての通り、プラズマ洗浄が、拡大された領域を覆う。

プラズマでは、電束密度＝電界強度×誘電率となる。誘電体の誘電率が高い一方、周辺ガスまたは原料ガス４０の誘電率は非常に低い。図６に示すような別の実施形態では、プラズマ位置決め・増幅コンポーネント５２として構成される誘電体部材５６、５８は、実質的に平行な２つの誘電体プレート５６、５８として配置される。誘電体５６、５８をチューブとして形成することが可能である。図６において見えるように、誘電体部材５６は、電極３６の近くにあり、誘電体部材３７を必要としない。図６において見えるように、加えられた電界中に形成されたプラズマ４５は、原料ガス４０と一体化して放電流体５０を形成する。放電流体５０は、次いで穴５６ａ、５８ａを通って誘電体プレート５６、５８に入り込む。穴５６ａ、５８ａの内部の電界強度は高く、放電流体５０の形状を決定する。例えば、適切な大きさおよび形状の穴５６ａ、５８ａを使用することによって、放電流体５０中のプラズマ４５は、所定の領域内において集中または拡張する。複数の誘電体プレートまたはチューブ５６、５８が重なり合い、放電流体５０と結合した状態で、プラズマ４５は、電極３６から被加工物３２まで様々な方向に（すなわち真っすぐではなく）流れるように誘導される。小さな穴５６ａ、５８ａを有する誘電体部材５６、５８によって、プラズマ４５および放電流体５０が通過することが可能となる。よって、イオンエネルギー、プラズマ４５および放電流体５０の密度は、それに応じて制御される。先に見たように、誘電体部材５６、５８は、放電流体５０が洗浄チャンバ３４の内側の被加工物面を含む被加工物３２の表面を覆うように、プラズマ４５の誘導または方向付けを支援する。

図７Ａは、ワイヤボンダの楔状部の拡大写真を例示している。図７Ｂは、使用により汚染した縁部の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像である。図７Ｃは、汚染物質の痕跡と共に、ＳＰＣによる洗浄前後の同じ楔状部を示すＳＥＭ画像である。

図８Ａは、プローブカード先端の拡大写真を例示している。図８Ｂは、使用により汚染した１つのプローブのＳＥＭ画像である。図８Ｃは、ＳＰＣ３０、１３０による洗浄後の同じプローブのＳＥＭ画像である。

図９Ａ〜図９Ｃは、単一の原料ガス入口３８を有するＧ−ＳＰＣのいくつかの実施形態を例示している。図９Ａは、同じ水平レベルにあり、電極３６により近く、被加工物３２からより離れている原料ガス入口３８と出口４２を示している。図９Ｂは、同じ水平レベルにあり、電極３６と被加工物３２の間の中央に配置されている原料ガス入口３８と出口４２を示している。図９Ｃは、同じ水平レベルにあり、被加工物３２により近く、電極３６からより離れている原料ガス入口３８と出口４２を示している。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、複数の原料ガス入口３８を有するＧ−ＳＰＣのいくつかの実施形態を例示している。図１０Ａは、同じ水平レベルにあり、電極３６により近い一組の原料ガス入口３８bと出口４２bと、それぞれが被加工物３２により近い別の組３８ａ、４２ａを示している。図１０Ｂは、同じ水平レベルにあり、被加工物３２により近い一組の原料ガス入口３８ａと出口４２ａを示しており、その組に向けてガス入口３８bからの別の原料ガス４０が垂直に方向付けられている。図１０Ｃは、同じ水平レベルにあり、被加工物３２により近い２つの原料ガス入口３８ａ、３８bを示している。これらの図では、ブロック状矢印により放電流体５０の流れを表している。

本発明は、（適用に応じて）様々な方向で電極３６の近くに運ばれる原料ガス４０を使用する必要がある。発電機４４からのＤＣ、ＡＣ、ＲＦ、パルスモードその他の電力によって、電極３６はプラズマ４５を生じさせる。プラズマ４５は、再結合長さで原料ガス４０と一体化して、放電流体５０を形成する。再結合長さは、原料流体４０の流れの速度、圧力、体積、タイプおよび方向に依存する。一実施形態では、放電流体５０は、被加工物３２の洗浄表面までプラズマ４５を誘導する。よって、プラズマ４５の経路は、原料ガス４０の方向に応じて移動する。プラズマ４５の経路方向の変化によって、洗浄チャンバ３４内の原料ガス４０の経路に応じて異なる程度で、被加工物３２の表面のプラズマ損傷が抑制される。

加えて、プラズマ位置決め・増幅コンポーネント５２は、プラズマ４５のビームを位置決めし誘導するように設計され、事実上、原料ガス４０による誘導を向上させ、プラズマアブレーション領域を拡幅し、原料ガス４０を放電させるのに必要とされる電力を低下させもする。プラズマ位置決め・増幅コンポーネント５２は、プラズマ洗浄中の表面損傷を低減することも助ける。

洗浄メカニズムは、放電流体５０により運ばれたプラズマ種により引き起こされる。揺動する電子、イオンおよびラジカルは、被加工物表面のひび割れおよび窪みに浸透し、表面に密着した汚染物質に振動力を伝達する。エネルギーの一部分が、放電流体５０から被加物３２の表面に伝達され、温度を上昇させる（６５℃未満または６５〜１００℃）。局所的な加熱によって、表面の材料が熱膨張する。被加工物３２とは異なる熱膨張率を有する汚染物質が、振動力の影響により表面から分離される。図１１は、いくつかの元素の熱膨張率の知られている値を参照のために示している。

電極３６にあるイオン、ラジカルおよび中性種も、被加工物３２の同じ元素を含めて、被加工物３２の表面に伝達されて、汚染物質を置き換える。これによって、表面が修正され、嵌り込んだ汚染物質の除去により生じる構造歪が修復される。局所的な加熱によって、原位置で表面がアニールされ、前述したように被加工物３２の内部構造が補修される。

有利なことに、ＳＰＣ洗浄装置は小型である。図１２Ａは、ＳＰＣの電極３６がハンドラ２０に取り付けられ、電極３６が半導体テスト用のテストソケット３２の空洞に挿入されるように構成されることを示しており、よって、テストソケット３２と電極３６の間のソケット空洞の空間が洗浄チャンバ３４を形成する。図１２Ａには、原料ガス４０の入口および汚染物質を除去する吸込ラインを示していない。図１２Ｂは、ＳＰＣ前のケルビンテストソケット内のピン３３のＳＥＭ画像を表面汚染の分析結果と共に示している。図１２Ｃは、ＳＰＣ後のケルビンテストソケットピンのＳＥＭ画像を表面汚染の分析結果と共に示している。図１２Ｃは、ＳＰＣシステムがテストソケット内のピンのスズ汚染の除去に有効であったことを示している。図１２Ｄおよび図１２Ｅも、ＳＰＣ前後のケルビンピンのＳＥＭ画像である。

図１３Ａは、本発明の別の実施形態によるＳＰＣシステム１３０の図を示している。図１３Ａに示すように、ＳＰＣシステム１３０は、洗浄チャンバ３４と、発電機４４に接続された電極３６と、電極３６と被加工物３２の間に配置されてプラズマ１４５を発生させる浮遊電極１６０とを含む。浮遊電極１６０は、電気的に絶縁され、発電機４４に対する浮遊電位を有しており、グラウンドまたはバイアスに接続されたネットワークＲ（レジスタ、インダクタおよびコンデンサで構成される）が概略的に示されている。使用において、浮遊電極１６０と洗浄チャンバ３４の内側の被加工物３２との間に発生したプラズマ１４５のイオンエネルギーは低い。上記の実施形態と同じように、洗浄チャンバは大気圧下にある。プラズマ１４５は、図３に示すＮＴＰのものとは異なり、イオン衝撃エネルギーが低く、被加工物に対するプラズマ損傷が抑制される。電極３６と浮遊電極１６０の間の空間には、プラズマが存在しても、存在しなくてもよい。浮遊電極１６０は、一実施形態では金属から作られ、別の実施形態ではセラミック、半導体又は電気絶縁体で作られる。浮遊電極は、金属製であると、レジスタ、インダクタおよびコンデンサのネットワークＲを介して、グラウンドに接続されるか、またはバイアスに対して調整され、このようにして、洗浄チャンバ内の電界およびイオンエネルギーを制御することができる。浮遊電極による電荷補償と、レジスタ、インダクタおよびコンデンサのネットワークＲの調整とによって、大領域でのプラズマ放電の均一性が実現される。

図１３Ｂは、ＳＰＣシステムの変形例を示している。このＳＰＣシステム１３０ａは、２つの浮遊電極１６０、１６０ａがある点を除いて上記のものと同様である。これらの浮遊電極１６０、１６０ａは、薄い平坦なプレートであり、図１Ｃに示すようなＳＰＣシステム１３０ｂの別の実施形態では、浮遊電極１６０、１６０ａは、グリッドメッシュまたは穿孔を有するプレートであり、原料ガス４０との使用に有利である。

上記のＳＰＣシステム１３０、１３０ａ〜１３０ｂは、ピンまたはプローブなど、小断面積の被加工物３２の局所的なプラズマ洗浄に適している。有利なことに、ＳＰＣ中にピンまたはプローブの先端近くの周辺領域も洗浄される。大領域プラズマ洗浄の場合、図１４ＡのＳＰＣシステム１３０ｃにより示すように、原料ガス４０が洗浄チャンバ３４内に供給される。原料ガス４０は、イオンおよび不活性ガスラジカルを提供して、プラズマ洗浄処理を向上させ、被加工物３２の大表面全体にプラズマ洗浄を広げる。２つ以上の原料ガス４０を洗浄チャンバ３４に供給することが可能である。上記の実施形態と同じように、原料ガスは、単一の元素または混合ガスとすることができる。

図１４Ｂは、別の実施形態によるＳＰＣシステム１３０ｄを示している。このＳＰＣシステム１３０ｄは、プラズマ１４５が偏向器１７０により被加工物３２に誘導される点を除いて、上記のＳＰＣシステム１３０ｃと同様である。被加工物から取り除かれた汚染物質を除去するために、被加工物の近くに吸込ノズル１８０が設けられる。

上記のＳＰＣシステム３０、１３０、１３０ａ〜１３０ｄは、乾式洗浄チャンバ３４において利用される。図１５は、液体媒体２３４を収容する洗浄チャンバと共に構成されるＳＰＣシステム２３０を示しており、ここで、図には、浮遊電極１６０、１６０ａおよび電極に対する外部接続が示されていない。図１５に示すように、浮遊電極１６０、１６０ａは、電極３６と被加工物３２の間で液体媒体２３４内に浸される。洗浄チャンバには、水などの液体媒体が満たされる。ある実施形態では、液体媒体には、塩を溶かすことによりカリウムまたはナトリウムイオンなどの塩化イオンが加えられる。この実施形態の利点は、プラズマ洗浄処理が塩化イオン衝撃と水衝撃の両方を使用する点にあり、このことは、ワイヤボンダの楔状部の窪みなどの深い窪みを洗浄する際に有効である。別の実施形態では、液体媒体２３４に食塩水が導入される。また別の実施形態では、代わりにまたは加えて、ＳＰＣ中に液体媒体に原料ガス４０が導入される。溶媒または化学溶液などの他の液体も使用することができる。

特定の実施形態について説明および例示してきたが、本発明の範囲から逸脱せずに本発明には多くの変更、修正、変形およびそれらの組合せを施すことができることが理解される。例えば、放電流体５０は、被加工物をリモート洗浄するために、出口を通過し、チューブを介してノズルまたは洗浄ガンに方向付けられることができる。別の例では、電源は、ＲＦモードなどの他のモードで駆動することができる。別の実施形態では、洗浄チャンバの設計に応じて、チャンバ内の圧力は、本発明の非熱プラズマ洗浄原理に影響を及ぼさずに原料ガス４０が洗浄チャンバ３４に入る圧力差がある限り、約５ｂａｒまで高められ、または真空ポンプにより真空引きされる。

Claims (14)

1. 流体を大気圧で収容する洗浄チャンバと、
   前記洗浄チャンバ内に配置された電極および被加工物と、
   電極と接続された発電機と、
   前記電極と前記被加工物との間に配置された第１の穴を有する第１の誘電体部材と、および、
   第２の穴を有する第２の誘電体部材とを備え、
   前記第２の誘電体部材は、プラズマ誘導・増幅コンポーネントを構成すべく、前記第１の誘電体部材と実質的に垂直または平行に配置された状態にあり、前記第１の穴および前記第２の穴は、前記電極および前記被加工物と関連して構成されており、前記電極と前記被加工物との間に発生したプラズマは、一掃する方向で前記被加工物を洗浄するように前記第１の穴および前記第２の穴を通って進み、
   前記被加工物は、前記被加工物にプラズマ損傷を生じさせない前記プラズマにより洗浄される、非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
2. 前記洗浄チャンバ内の前記流体は、空気またはガスであり、前記非熱ソフトプラズマ洗浄システムは、前記プラズマと組み合わさって放電流体流となり、前記プラズマを前記被加工物に誘導し、洗浄領域を拡張する原料ガスを更に備え、前記原料ガスは、前記プラズマにプラズマ種を加える、請求項１に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
3. 前記洗浄チャンバ内に配置された浮遊電極を更に備え、前記浮遊電極は、レジスタ、インダクタおよびコンデンサから成る調整ネットワークに接続され、前記調整ネットワークは、前記プラズマ内の電界成分とイオンエネルギーの両方を更に管理し提供するためにグラウンドまたはバイアスに接続された状態にある、請求項１又は２に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
4. ２つ以上の浮遊電極を備える、請求項３に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
5. 前記被加工物に対して前記洗浄チャンバ内の前記プラズマを予備電離し、誘導し、または方向付けるための偏向器を更に備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
6. 前記被加工物はテストソケットとして構成されており、前記テストソケットの空洞が前記洗浄チャンバを形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
7. 前記被加工物は、ワイヤボンダの楔状部、半導体素子をテストするプローブカードのピン、半導体素子またはプラズマイオン損傷を受けやすい他の素子をテストするテストソケットのピンとして構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
8. 前記洗浄チャンバ内の前記流体は液体である、請求項１に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
9. 前記液体は、水、溶媒または化学溶液である、請求項８に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
10. 前記水に溶けた塩化イオンを更に備える、請求項９に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
11. 塩化イオンを有する水もしくは溶媒または化学溶液を前記洗浄チャンバに導入する入口を更に備える、請求項８に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
12. 原料ガスを前記洗浄チャンバに導入する入口を更に備える、請求項１１に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
13. 前記電極と前記被加工物の間に配置された浮遊電極であって、前記浮遊電極は、前記プラズマまたは液体内の電界成分とイオンエネルギーの両方を更に管理するように、レジスタ、インダクタおよびコンデンサから成る調整ネットワークに接続された状態にあり、前記浮遊電極は、金属、セラミック、半導体または電気絶縁体で作られる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の非熱ソフトプラズマ洗浄システム。
14. 非熱ソフトプラズマ洗浄システムであって、
    流体を大気圧で収容する洗浄チャンバと、
    前記洗浄チャンバ内に配置された電極であって、電力整合ユニットを通じて発電機に接続された電極と、および、
    前記電極と接近して配置されたプラズマ誘導・増幅コンポーネントであって、前記プラズマ誘導・増幅コンポーネントは、第１の穴を有する第１の誘電体部材および第２の穴を有する第２の誘電体部材を含み、前記第１の穴と前記第２の穴とは一列に並んでいないことにより、前記電極と被加工物との間に生じたプラズマの経路は実質的に真っすぐではない、プラズマ誘導・増幅コンポーネントとを、備える、非熱ソフトプラズマ洗浄システム。