JPH02190489A - 金属表面の清浄化方法 - Google Patents

金属表面の清浄化方法

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JPH02190489A
JPH02190489A JP1312256A JP31225689A JPH02190489A JP H02190489 A JPH02190489 A JP H02190489A JP 1312256 A JP1312256 A JP 1312256A JP 31225689 A JP31225689 A JP 31225689A JP H02190489 A JPH02190489 A JP H02190489A
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plasma
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dry
metal
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クリストファー　ジョン　ワート
Kim Louise Pickering
キム　ルイーズ　ピッカーリング
David John Pedder
デビット　ジョン　ペター
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    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、金属表面酸化物の除去により金属表面を清浄
化する方法に関するものであるが、専らこれに制限され
るものではなく、乾鑞リフロー方法（ｄｒｙ　５ｏｌｄ
ｅｒ　ｒｅｆｌｏｗ　ｐｒｏｃｅｓｓ　）にて金属表面
を清浄化することに応用可能なものである。乾壜リフロ
ー方法は、使用される液体フラックスが真空処理技術と
両立しないで、鑞のりフローの後で望ましくない残留物
を残す恐れのあるような湿式処理の欠点を回避するもの
である。
［従来の技術、および発明が解決しようとする課題］ 乾鑞リフロー方法はフリップチップ接合に応用出来る。
フリップチップ鑞接合はマイクロ電子工学の応用面に使
用される真の「面積接合」技術である。接合位置がチッ
プの縁部に制限されるワイヤー接合及びテープ自動化接
合技術とは対照的に、鑞接部（ｓｏｌｄｅｒ　ｂｏｎｄ
　）はフリップチップ構成素子の何れの部分にも位置さ
せることが出来る。螺接方法は表面取付は印刷回路基板
技術を使用して製造される同じ型式の回路よりも遥かに
小さい寸法を有するシリコン対シリコンのマルチチップ
モジュールに応用されており、文具なる材料の検出器の
大なる配列体が緊密に接合されている熱検出器配列体の
ような種々のへテロ構造にも応用されている。通常、鑞
リフロー及び壜接合の両者に対して液体フラックスが必
要とされ、その為に潜在的に腐蝕性のフラックス残留物
を除去する為に接合の後で厳重な清浄化が必要とされる
のである。
信頼性のあるフランクス無しの鑞リフロー法及び鑞接合
方法の開発は、鑞接合組立体及び接合作業の後で残され
る恐れのある腐蝕性残留物を清浄化する必要を回避させ
る。
乾式処理鑞接合（ｄｒｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　５ｏｌｄｃ
ｒｉｎａ　）は、鑞表面を被う通常ＩＱｎｍの厚さの自
然酸化物（ｎａｔｉｖｅ　ｏｘｉｄｅ）に対する複数種
のガス相（Ｓｐｅｃｉｅｓ　）の相互作用に依存するも
のである。
この相互作用の結果として酸化物はガス流によって除去
される蒸発性生成物に変換される。鉛−錫鑞の乾式処理
に関する最近の研究し１〕は、ＣＦ　　ＣＩ　　、ＣＦ
　　及びＳＦ６のようなハロゲン含有ガスの使用を中心
にして行われて来た。しかし、これらのガスの１つの欠
点は、酸化物は効率よく除去されるけれども残留ハロゲ
ン化物が処理された試料の露出面に残されることである
。これらの残留物は大気中の湿気に暴露されると、鑞表
面及びその他の露出された薄い金属フィルムを腐蝕さＶ
る。表面酸化物に対する腐蝕作用は又、鑞接合高さの精
密な制御に悪影響を与え、このことは若干の応用面に於
て臨界的な要因になり得るのである。ハロゲン化された
ガスに於けるこれらの望ましくない作用は鑞リフローに
対する異なる乾式フラックスの現在の研究に於ける調査
に導かれたのである。
本発明は、上述の従来技術の鑞接作業に於ける欠点を排
除した性能の良好な金属面清浄化方法を提供することで
ある。
［課題を解決する為の手段及び作用］ 広範に述べられた本発明により、金属表面を清浄化する
方法が提供されるが、この方法に於ては、水素を含むガ
スの強力なマイクロ波周波数プラズマ内で生ずる原子水
素により、酸素が金属酸化物から抽出されることによっ
て金属表面から金属酸化物が除去される。
本発明によって又、フリップチップ鑞接合の応用面に使
用するのに著しく適した乾鑞リフロー方法が提供される
が、この乾鑞リフロー方法に於ては水素を含むガス（例
えば不活性ガスと水素の混合物）の強力なマイクロ波周
波数プラズマ内で生ずる原子水素により酸素が金ｆｉｌ
！ＩＩ化物から抽出されることによって鑞接面から金属
表面酸化物が除去される。
プラズマ励起周波数＞５ＱＱＨＩＩｚがこの方法に対し
て必要な著しい員の原子水素のスペシーズを得るのに必
要である。主な利点は（ｉ）この技術が真空と両立出来
ること、（１１）フラックス・ガスが安価で毒性がない
こと、（ｉｉｉ）リフローの後で酸性の残留物が残され
ないこと、（ｉＶ）ｉＭ素が腐蝕を生じないで抽出され
、従って金属鑞との反応を生じないこと、（Ｖ）試料が
著しい電荷（即ちプラズマに対する電位差）を得ること
がなく、従って鋭敏な電子回路処理（５ｅｎｓｉｔｉｖ
ｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｐｒｏｃｅｓｓ　ｉ　ｎｇ
　）の間にイオン衝撃（攻撃）による損傷が回避される
ことである。
原子水素が酸化された表面と相互作用する時に興味のあ
る２つの作用が生ずる。第１に、酸素の抽出が生じて、
これにより水素が化学的に表面酸化物を減少させ、自身
を水蒸気に変換させ、これがポンプにより排除される。
この機構は５ｎ−Ｐｂ鑞の場合に適用されるが、これに
於ては錫及び鉛の自然酸化物が原子水素によって金属の
状態に還元されるのである。第２の場合はシリコン酸化
物面に適用され、この場合水素は酸素及びシリコンの両
者と反応して揮発性生成物（Ｈ２Ｏ及び５ｉＨ４）を形
成する。この場合、単なる化学的還元でなく、表面ｒｍ
蝕が生ずるのである。
本発明の詳細な説明する為に、ここでは通常水素が、ガ
スとしてこの場合問題になる鑞接方法に関連する低温で
、僅かであるけれども還元作用を有する２原子の分子で
あることを述べなければならない。水素の反応性は、分
子が分解されて原子水素が生ずる場合に著しく増大する
。原子水素は酸素を鑞の表面酸化物から抽出してＯＨ又
はＨ２Ｏを形成し、これらのものは揮発性で鑞接部分か
ら除去出来る。反応生成物は酸性でないから、挽面又は
真空装置の腐蝕を生じないのである。
分子水素は若干の技術によって原子水素に分解され得る
。即ち ＠　Ｗフィラメント （ハ）　光分解 （へ）　放電 （２）　２０００℃のＷフィラメントが〜７％（７％以
下）の効率によってＨ２を２Ｈ”に分解するが、しかし
、Ｗフィラメントは又熱イオン的に大量の電子及び熱を
放出し、これがＳｉ回路をａｈし、従って乾燥処理技術
に対して不適当である。
（へ）　Ｈ２の光分解はスペクトルの真空ＵＶ範囲の波
長にて生ずる。エフサイマー・レーザーが使用されて来
たが、この装置の設備経費は採用し難いほど高価である
。
（へ）　特に強力なプラズマ内の電気放電は、プラズマ
密度が著しい分解を生じさせるのに充分である場合には
大なる濃度の原子水素を発生さぼる。
電子に対する非弾性的衝突による水素の分解は８．８ｅ
ｖのエネルギーを必要とする。この方法に対する衝突断
面は〜１×１０−１５１２である。
本発明によるマイクロ波周波数プラズマの使用は、高い
程度のイオン化（１０％まで）及び電子密度（１０１２
−１０１３ｃｔｘ−３）を生じさせルコトが出来、従っ
てＨ２分解速度を向上させるのである。
マイクロ波プラズマはＨｏ　［２，３］の発生の為のＰ
ＥＣＶＤ法に正式に使用されている。高いプラズマ密度
は高い濃度の原子スペシーズ（複数種の原子）を発生さ
せ、これが又高い酸化物除去速度を生じさせ、従って処
理時間の短縮を与えるのである。
従って、水素プラズマに基づく乾式処理装置の設計を考
える場合、重要な規範はＨｏの過平衡濃度を効率よく生
じさせることである。水素プラズマ内にＡｒを添加する
ことは次の鏝構でＨｏの温度を増加させることが期待さ
れる。
へｒ＋プラズマ→Δｒ　−’　＋　ｅ ＋ Ａｒ　　　　　＋ｌ−１２−＋［Ａｐｌ−１］＋ｌ−１
’［ＡｒＨ］　＋ｅ　　−＋Ａｒ”　＋）ｌ’Ａｒ”　
＋Ｈ−＋ＡｒＯ＋Ｈ，，” Ｈ２→２Ｈ’ 上述の作用に加えて、アルゴンはプラズマ密度を増加さ
せて低圧に於ける放電を保持するのを助ける。
原子水素は第３物体衝突過程［４］によって安定なＨ２
分子を形成するように再結合されるだけである。この第
３物体は一般に反応装置壁部であって、プラズマ容器の
設計は効率よく乾式処理を行い得る為の重要な因子と考
えられるのである。
プラズマ内の酸素不純物を最小限に保持する為に乾式処
理装置は乾式処理の前に１．３６Ｘ１０　５Ｊ／ａｓ２
（１０−”ｔｏｒｒ）の基本室圧力にて１　、３５ｘ　
１０−２ｇ／ｃｔａ２（１０１ｔｏｒｒ）を超過する圧
力にて作動するように設計されていた。
［実施例］ 例として、本発明の乾式リフロー鑞接方法を実部する装
置を示す添付図面が参照される。
さて図面を参照し、図示の装置は回転ポンプと油拡散ポ
ンプの組合せ１１及び１０によって推進されるように配
置された直径５．０８ａ＋（２″）の円筒形の溶融シリ
カ真空室１から成っている。
この室内には温度監視制御を行う為の熱電対（図示Ｖず
）を有する電気加熱台２がある。この台２は基板内のオ
ーリング・シール１３を通る棒１２を動かすことによっ
て室内を上下に動かされることが出来る。この室の頂部
には小さい同調可能のマイクロ波空所４に連通する円錐
形部分３があり、２００Ｗ、２．４５ＧＨｚのマイクロ
波発生器６によってこのマイクロ波空所内にプラズマ５
が発生され得るようになっている。アルゴン・水素ガス
混合物７がマイクロ波空所の頂部内に導入され、これの
流速が精密ニードル弁によって制御されるようになって
いる。ガス流はプラズマ５内に発生された原子水素のス
ペシーズ（種類のこと）を下方に、加熱された台２上の
試料チップ９のような鑞被覆試料に向って掃き流すよう
になされる。
穿孔された板８の形状の接地されたマイクロ波シールド
がマイクロ波周波数の電場からチップの鑞接面を濾波す
るのに使用され、鑞の表面荷電（及びその下にある電子
回路）が生じないのを確実になしている。
図示された装置を使用して乾式鑞リフロー方法を実施す
るに際して、試料チップ９のような試料が基層加熱台２
（例えば、直径が５．０８ｃＲ（２″））上に載置され
、反応容器１が１Ｏ−５ｔｏｒｒの基準圧力まで真空排
気される。これは、液体窒素捕捉拡散ポンプ１０と回転
ポンプ１１によって行われる。配管１７を含む推進循環
路内の弁１４．１５及び１６が作動され、弁１５及び１
６が■１じられる時に弁１４が最初に作動される。この
ようにして、室１が回転ポンプ１１によって相対的に低
圧に排気される。次に、弁１４が開じられて開放された
弁１５及び１６を経てポンプ１０及び１１により室１が
低圧に排気される。
Ｈ２およびＡｒ雰囲気１Ｏ−１００ｓｔｏｒｒノ間の圧
力で導入されて試料がＰｔ／ＰｔＲｈ熱電対によって監
視された通りに６３：３７共晶ｐｂ−８ｎｌ＆の溶融点
（例えば、１５０−１６０℃）以下の温度に加熱される
。この温度で、２．４５ＧＨｚのプラズマが反応容器内
で２００Ｗの最大出力電力を有するマイクロ波発生器６
によって衝突される。これによって水素プラズマ５が何
れの与えられた試験的条件に対しても試料台２の上方の
反応容器内の最大容積を占めるように同調されるのであ
る。次に鑞のりフロー温度まで加熱が続番プられ、ここ
で酸化物の除去及びリフロー鑞接が行われるのを可能に
するように保持される。−度このことが行われると（６
０秒よりも短い期間の後で）、プラズマが遮断されて試
料がＨ２およびＡｒ雰囲気内で励起されるのを許される
。
上述の装置は次のように作動する。
供給ガス（Ａｒ＋Ｈ２）が図示のようにマイクロ波プラ
ズマ空所４の上方で反応装置に流入する。
強力なマイクロ波周波数の電場がこれらのガスの分解を
生じさせて、これらのガスがグロー放電（即ち、プラズ
マ）５になる。励起周波数（２、４５Ｇｌｌ、ｚ　）は
プラズマ振動周波数と同様の大きさであるから、高度の
原子スペシーズが放電中にある。これらの原子スペシー
ズ（Ａｒ’及び１」゛）は真空ポンプ１０及び１１の作
用によって下流に掃き流され、ここで鑞接台される試料
の表面に衝突する。原子水素は鑞及び鑞接台される表面
の両者の表面酸化物から酸素を抽出し、これによって清
浄化された金属面を生ずるのである。試料９は次に鑞の
溶解点まで加熱されてリフローが上述の条件で行われる
のである。
本発明による変形方法に於ては、 （１）　　供給ガス７は純粋水素又は不活性ガス及び水
素の混合物になし得る。
（２）　　電圧（プラズマに対して＋ｖｅ）が＋ｖｅイ
オンを追出す為に同じシールド上に与えられることが出
来る。
（３）　　磁場がプラズマに与えられてエレクトロンサ
イクロトロン共鳴（εＯＲ）条件を与えて、更にプラズ
マＷ！度を増大させることが出来る。
（４）　　鑞接台される試料がガス流の方向に対して何
れの角度にもなし得る。
前述の説明から、鑞リフロー法が例として説明されたが
、使用された清浄化方法が乾式鑞接方法より他の応用面
にも使用出来ることが理解されるところである。
参照文献 １、　ビー・エイ・モスコヴイッツ、エッチ・エル・イ
エ−及びニス・ケイ・レイ、ジャーナル・オブ・ヴアキ
ュウム・サイエンス・テクノロジ、Ａ４　（３）　、１
９８６年５月／り月、第８３８頁（Ｐ、Ａ、　Ｈｏｓｋ
ｏｗｉｔｚ、　Ｈ，Ｌ、　Ｙｅｈ　ａｎｄ　Ｓ、に、　
Ｒａｙ。
Ｊ、　　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ　、Ａ４
（３）、　Ｈａｙ／Ｊｕｎｅ　１９８６゜１）、　８３
８） ２、　シー・ジエー・エッチ・ヴオルト、アールビー９
−３１４アニユアル・リサーチ・リポート、１９８７年
１１月−１９８８年１０月（Ｃ，Ｊ。
Ｉｔ、　Ｗｏｒｔ、　ＲＰ９−３１４＾ｎｎｕａｌ　Ｒ
ｅ５ｅａｒｃｈ　Ｒｅｐｏｒｔ、　Ｎｏｖ。
１９８７−Ｏｃｔ、　１９８８） ３、　ジエー・ムシル、ヴ７キュアム、第３６巻、第１
−３号（１６１−１６９＞　、１９８６年（Ｊ、　　１
４ｕｓｉｌ、　　Ｖａｃｕｕｍ　３Ｂ、　　ｈ、１−３
（１６１−１６９）、　　１９８６）４．　エッチ・ヴ
イ・ホエーニブ、「プラズマ化学及び技術の基ｖｊｉ］
、第Ｖ１章、テクノミンク・パブリジング・カンパニー
・インコーホレーテッド、４９８８年（Ｈ−Ｖ　−Ｂｏ
ｅｉｎ。
“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｏｆ　Ｐｌａｓｍａ　Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ″、　
Ｃｈａｐｔｅｒ　Ｖｌ、　ＴｅｃｈｎｏｎｉｃＰｕｂｌ
ｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｉｎｃ、　　１９８Ｂ
）［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されているから、水素を含む
ガスの強力なマイクロ波周波数プラズマ内で生ずる原子
水素により酸素が金属酸化物から抽出されることによっ
て金属面から金Ｒ酸化物が除去されるようになされて従
来技術の鑞接作業に於ける欠点を排除した性能の良好な
金属表面清浄化方法が提供されるのである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の乾式リフロー鑞接方法を実施する為の
装置を示す概略図。 １・・・溶融シリカ真空空部ち反応容器２　・　・ ３　・　・ ４　・　・ ５　・　・ ６　・　・ ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ １０゜ １２　・ １３　・ １４゜ １７　・ ・電気加熱台 ・円錐形部分 ・マイクロ波空所 ・プラズマ ・マイクロ波発生器 ・アルゴン・水素ガス混合物 ・穿孔された板 ・試料チップ １１・・・真空ポンプ ・・ステム ・・オーリング・シール １５．１６・・・弁 ・・配管。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）水素を含むガスの強力なマイクロ波周波数プラズ
    マ内に生ずる原子水素によつて金属酸化物から酸素を抽
    出することにより金属面から金属酸化物を除去する金属
    表面の清浄化方法。
  2. （２）水素を含むガスの強力なマイクロ波周波数プラズ
    マ内に生ずる原子水素によつて金属酸化物から酸素を抽
    出することにより鑞接面から金属表面酸化物を除去する
    乾鑞リフロー方法。
  3. （３）前記ガスが不活性ガス及び水素の混合物を含んで
    いる請求項１又は２に記載の方法。
  4. （４）前記不活性ガスがアルゴンである請求項２に記載
    の乾鑞リフロー方法。
  5. （５）フリップチップ接合に応用された請求項２に記載
    の乾鑞リフロー方法。
JP1312256A 1988-11-30 1989-11-30 金属表面の清浄化方法 Pending JPH02190489A (ja)

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GB888827933A GB8827933D0 (en) 1988-11-30 1988-11-30 Improvements relating to soldering processes
GB8827933.6 1988-11-30

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EP (1) EP0371693B1 (ja)
JP (1) JPH02190489A (ja)
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