(57)【要約】【課題】プラズマ発生中の温度上昇を制御、抑制できるプラズマ源を提供する。【解決手段】動作ガスが導入されるチャンバー２と、チャンバー２内に配置された第１の導電体３と、チャンバー２内にあって第１の導電体３に対向して配置された第２の導電体４と、第１の導電体３に負のパルス電圧を印加するためのパルス電源５と、第１の導電体３と第２の導電体４が存在する空間に磁界を印加するための磁界発生手段６とを有し、第１の導電体３と第２の導電体４との間でパルス放電プラズマが発生することを特徴とする。【選択図】図１
2015005442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作ガスが導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に配置された第１の導電体と、
前記チャンバー内にあって前記第１の導電体に対向して配置された第２の導電体と、
前記第１の導電体に負のパルス電圧を印加するためのパルス電源と、
前記第１の導電体と前記第２の導電体が存在する空間に磁界を印加するための磁界発生手段とを有し、
前記第１の導電体と前記第２の導電体との間でパルス放電プラズマが発生する
ことを特徴とするプラズマ源。
【請求項２】
３つ以上の前記第２の導電体が前記第１の導電体を取り囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ源。
【請求項３】
１つの前記第２の導電体が前記チャンバー内の中心に配置され、
前記第２の導電体を等角間隔で取り囲むように３つ以上の前記第１の導電体が配置され、
前記中心の第２の導電体と共に、前記チャンバーが外側の第２の導電体として構成され、
各前記第１の導電体においてパルス放電プラズマが発生する
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記第１の導電体が線状の被プラズマ処理部材であり、
前記第２の導電体が線状体である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ源。
【請求項５】
複数の前記第２の導電体が前記第１の導電体を挟むように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記第１の導電体が被プラズマ処理部材である
ことを特徴とする請求項５記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記パルス電源のパルス電圧は、使用周波数においてデューティ比が３０％未満（但し、０％を含まず）に設定されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ源。
【請求項８】
動作ガスが導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に該チャンバーの軸方向に沿って配置された線状の陽極電極と、
前記陽極電極と対向して配置されて前記チャンバー内の軸方向に移送される陰極となる被処理ワイヤと、
前記被処理ワイヤに負のパルス電圧を印加するためのパルス電源と、
前記陽極電極と前記被処理ワイヤが存在する空間に磁界を印加するための磁界発生手段と
を有し、
前記被処理ワイヤと前記陽極電極との間で発生するパルス放電プラズマで前記被処理ワイヤの表面処理が行われる
ことを特徴とするワイヤストリッピング装置。
【請求項９】
３つ以上の前記陽極電極が前記被処理ワイヤを取り囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項８記載のワイヤストリッピング装置。
【請求項１０】
１つの前記陽極電極が前記チャンバー内の中心に配置されて中心陽極電極として構成され、
前記チャンバーが外側陽極電極として構成され、
前記中心陽極電極を等角間隔で取り囲むように３つ以上の前記被処理ワイヤが配置され、
各前記被処理ワイヤにおいてパルス放電プラズマが発生する
ことを特徴とする請求項８記載のワイヤストリッピング装置。
【請求項１１】
前記被処理ワイヤが、表面にブラスめっき皮膜が施されたソーワイヤであり、マグネトロンプラズマで前記ブラスめっき皮膜の除去が行われる
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のワイヤストリッピング装置。
【請求項１２】
前記パルス電源のパルス電圧は、使用周波数においてデューティ比が３０％未満（但し、０％を含まず）に設定されている
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載のワイヤストリッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ源及びこのプラズマ源を利用したワイヤストリッピング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ源は、例えば半導体製造分野でのプラズマエッチングやプラズマＣＶＤ（化学気相成長）、材料の表面改質、その他、様々な処理に用いられている。また、プラズマ源は、半導体ウェハの切り出しで用いられるソーワイヤの表面処理、より詳しくは切断用金属細線ソーワイヤのブラスめっきの除去に適用できるよう開発も進められている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
シリコン等のインゴットからウェハを切り出す際にソーワイヤが用いられる。例えば、結晶型太陽電池の作製におけるウェハスライス工程では、高速で走行しているソーワイヤにシリコンインゴットを押し付けることで、ウェハ状に切りだしている。図示しないが、ソーワイヤは、例えば三角形に配置した支持部材上にウェハの厚みに対応する間隔をもって複数巻回され、供給リールからガイドローラ、支持部材、ガイドローラを巡って巻取りリールへ巻き取られるようになされている。シリコンインゴットは、複数の配列したソーワイヤに対して、圧子を介して押し付けられることにより、複数のウェハが同時に切り出される。
【０００４】
ソーワイヤは、直径約０．０５ｍｍ〜０．２５ｍｍの極細の金属線であり、軸線が鉄（Ｆｅ）で表面にブラスめっきと称する真鍮（Ｃｕ：約６５％、Ｚｎ：約３５％）めっきが約２００ｎｍ（膜厚）施されている。この真鍮めっき、すなわちブラスめっきは、ワイヤの伸線工程で軸線が断線しないために必要である。しかし、図１６の模式図に示すように、未処理のソーワイヤ１０１をスライス工程に使用しシリコンインゴット１０２からシリコンウェハ１０３を切り出すと、ブラスめっきの主成分である銅（Ｃｕ）１０４が、シリコンウェハ１０３に拡散する恐れがある。つまり、銅（Ｃｕ）１０４がシリコンウェハ１０３の金属汚染を招き、バンドギャップが変化し、例えば太陽電池の発電効率の低下の原因となる。あるいは、シリコン中に銅（Ｃｕ）が含まれると、シリコンの導電性が変化し、シリコン基板に回路素子を形成したときに、回路素子に対して流れるべきところ以外に電流が流入するなどして誤動作を生じさせる可能性がある。
【０００５】
そのために、ソーワイヤの使用前にブラスめっきを除去する必要がある。いわゆるＣｕフリーなソーワイヤが必要になる。現状では、強酸・強塩基を用いたウェットプロセスによりブラスめっき除去が行われている。具体的には、アンモニア水と過酸化水素水を用いてブラスめっき皮膜の除去を行い、さらに有機物汚染除去に硫酸・過酸化水素水洗浄を行い、金属汚染除去に塩酸・過酸化水素水洗浄を行っている。
【０００６】
このウェットプロセスは、廃液による環境負荷が大きい等の問題点があるため、プラズマを用いたドライプロセスによるブラスめっき皮膜の除去法の開発が望まれている。
【０００７】
先に、本出願人は、同軸円筒マグネトロンプラズマを用いてソーワイヤのブラスめっき皮膜を除去することができる、ワイヤストリッピング装置を開発した（特許文献２参照）。このワイヤストリッピング装置は、円筒状のチャンバー内に陽極電極と被処理ワイヤを、いずれかが同軸的となるように配置し、さらに陽極電極の軸心方向に磁界が発生する磁界発生手段を備えて構成される。このワイヤストリッピング装置では、陽極電極と被処理ワイヤとの間に直流電源を接続し、被処理ワイヤの周りに高密度のマグネトロンプラズマを発生させることにより、被処理ワイヤの表面がスパッタされて表面のブラスめっき皮膜が除去される。ここでの放電は直流放電である。
【０００８】
表１は、マグネトロンプラズマ処理前と処理時間を１０秒、２０秒、３０秒とした場合のワイヤ表面のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）解析の結果を示す。このとき、放電電圧は、−７３０Ｖ、放電電流密度は、１．５ｍＡ／ｃｍ２である。処理目標を銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の質量パーセント濃度が処理前の１０％以下としているので、亜鉛は１０秒、銅は３０秒で処理が完了している事となる。なお、このときのワイヤストリッピング装置は、円筒状のチャンバーを外側陽極電極とし、この外側陽極電極内に同軸的に配置された線状の中心陽極電極、この中心陽極電極を囲むように配置されて軸方向に移送される陰極となる複数の被処理ワイヤと、外側陽極電極内に軸心方向の磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、両陽極電極と被処理ワイヤ間に直流電源が接続された構成である。
【０００９】
【表１】
2015005442.tif 000003
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１７７１３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述のワイヤストリッピング装置においては、３０秒処理後のソーワイヤの引張強度が目標としている２５００Ｎ／ｍｍ２を下回ってしまい、切断用金属細線としての品質が著しく損なわれる恐れがあった。この原因としてプラズマ処理中のワイヤの加熱によるソーワイヤ内部の構造変化が考えられる。上述のワイヤストリッピング装置では、被処理ワイヤに直流電圧を印加して処理を実施する手法であり、被処理ワイヤの温度上昇を抑制する手段がないため、処理の最中に被処理ワイヤの温度が上昇してしまう。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、プラズマ発生中の温度上昇を制御、抑制できるプラズマ源を提供するものである。
本発明は、かかるプラズマ源を利用して、プラズマ処理中のワイヤの温度上昇を抑え、処理後の目標とする引張強度を維持したソーワイヤが得られるワイヤストリッピング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るプラズマ源は、動作ガスが導入されるチャンバーと、チャンバー内に配置された第１の導電体と、チャンバー内にあって第１の導電体に対向して配置された第２の導電体を有する。さらに、第１の導電体に負のパルス電圧を印加するためのパルス電源と、第１の導電体と第２の導電体が存在する空間に磁界を印加させるための磁界発生手段とを有し、第１の導電体と第２の導電体との間でパルス放電プラズマが発生する構成とする。
【００１４】
本発明のプラズマ源では、マグネトロンプラズマの生成にパルス電源を用いることで、電圧印加されない時間が設けられ、マグネトロンプラズマ発生中の温度上昇の制御、抑制が図られる。
【００１５】
本発明に係るワイヤストリッピング装置は、動作ガスが導入されるチャンバーと、チャンバー内にこのチャンバーの軸方向に沿って配置された線状の陽極電極と、陽極電極と対向して配置されてチャンバー内の軸方向に移送される陰極となる被処理ワイヤを有する。さらに、被処理ワイヤに負のパルス電圧を印加するためのパルス電源と、陽極電極と被処理ワイヤが存在する空間に磁界を印加するための磁界発生手段とを有し、被処理ワイヤと陽極電極との間で発生するパルス放電プラズマで被処理ワイヤの表面処理を行う構成とする。
【００１６】
本発明のワイヤストリッピング装置では、マグネトロンプラズマの生成にパルス電源を用いることで、電圧印加されない時間が設けられ、この間に被処理ワイヤの冷却がなされ、被処理ワイヤの温度上昇が抑制される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るプラズマ源によれば、パルス電源を用いることにより、パルス電源のオフ時間が活かされ、プラズマ発生中の温度上昇を制御、抑制することができる。
【００１８】
本発明に係るワイヤストリッピング装置によれば、パルス電源を用いることにより、パルス電源のオフ時間が活かされ、プラズマ処理中の温度上昇が抑えられ、処理後のワイヤの変質を阻止し、ワイヤの引張強度を目標の２５００Ｎ／ｍｍ２以上を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施の形態に係るプラズマ源の一部断面とする概略構成図とその断面図である。
【図２】第１実施の形態の動作説明図である。
【図３】第２実施の形態に係るワイヤストリッピング装置の一部断面とする概略構成図である。
【図４】図３のａ−ａ線上の断面図である。
【図５】ソーワイヤの断面図である。第２実施の形態の動作説明図である。
【図６】第２実施の形態のマグネトロンプラズマを示す説明図である。
【図７】第２実施の形態の説明に供するソーワイヤの表面処理状態を示す断面図である。
【図８】本発明の説明に供する実験装置の概略図である。
【図９】本発明の説明に供するパルス放電電圧と、パルス放電電流の一例を示す波形図である。
【図１０】本発明の説明に供するプラズマ停止後のワイヤ温度の時間変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の説明に供するワイヤ温度のパルス周波数特性図である。
【図１２】本発明の説明に供するワイヤ破断力とワイヤ表面のＣｕ質量パーセンテージの相関を示すグラフである。
【図１３】第３実施の形態に係るプラズマ源の横断面の概略構成図である。
【図１４】第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置の一部断面とする概略構成図である。
【図１５】図１４のａ―ａ線上の断面図である。
【図１６】ブラスめっきソーワイヤによるシリコンウェハを切り出すときのＣｕ拡散の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
［第１実施の形態］
図１Ａ及び図１Ｂに、本発明に係るプラズマ源の第１実施の形態を示す。第１実施の形態に係るプラズマ源１は、チャンバー２内に、陰極となる第１の導電体３と、この第１の導電体３に対向して配置された陽極となる第２の導電体４を有する。第２の導電体４は、複数配置することができる。また、第２の導電体４は、第１の導電体３を等角間隔で取り囲むように３つ（３本）以上配置することができる。本例では、筒状、特に円筒状のチャンバー２内の中央に軸方向に沿う１つ（１本）の第１の導電体３が配置されると共に、この第１の導電体３を取り囲むように３つ（３本）の第２の導電体４が配置される。３つの第２の導電体４は、等角間隔をもって配置される。チャンバー２は、例えばステンレスで形成される。
【００２２】
チャンバー２の内部は、密閉された状態になされ、第１の導電体３及び第２の導電体４は気密的にチャンバー２に支持されている。チャンバー２内は、高真空とされ、動作ガスである例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入することができる。
【００２３】
そして、本実施の形態では、１つの第１の導電体３と、共通接続された３つの第２の導電体４との間に、第１の導電体３に負のパルス電圧を印加するためのパルス電源５が接続される。このパルス電源５は、一例として図示しないが、パルス変調器と直流電源とを備えて構成することができる。すなわち、第１の導電体３が負の電位となり、第２の導電体４が接地電位となるパルス電源５が配置される。
【００２４】
さらに、第１の導電体３と第２の導電体４が存在する空間、すなわち、チャンバー２内の空間に、導電体３、４の軸方向に沿った磁界Ｂを印加するための磁界発生手段６が配置される。図１Ｂでは、磁界Ｂは紙面に垂直に表面から裏面に向かって発生させている。磁界発生手段６は、円筒ソレノイド電磁石、あるいは永久磁石等で構成することができる。磁界発生手段６の構成は種々考えられ、図示の例では、チャンバー２の外周側に同軸的に円筒ソレノイド電磁石を配置して構成されている。
【００２５】
次に、上述の第１実施の形態に係るプラズマ源１の動作を説明する。プラズマ源１では、チャンバー２は接地する。図１に示すように、第２の導電体４が接地側となり、第１の導電体３に負のパルス電圧が印加されるように、第１の導電体３と第２の導電体４との間にパルス電源５を接続する。この状態で磁界発生手段６を介して、チャンバー２内に導電体３、４の軸方向の磁界Ｂを発生させると、図２に示すように、電界Ｅ×磁界Ｂドリフトにおける電子ｅの軌道が第１の導電体３の周りに拘束され、第１の導電体３を取り囲むように全周均一なマグネトロンプラズマ９が発生する。このときのマグネトロンプラズマ９は、パルス放電プラズマとなる。パルス放電プラズマでは、電圧オフの期間があることにより、プラズマ放電時の温度上昇を制御することができる。
【００２６】
従って、例えば、第１の導電体３を線状の被プラズマ処理部材で構成し、第２の導電体４を第１の導電体３に平行する線状体で構成し、チャンバー２内に動作ガスを導入すれば、このパルス放電のマグネトロンプラズマ９により、第１の導電体３である被プラズマ処理部材の表面処理を行うことができる。そして、パルス放電プラズマであることにより、パルス電圧のデューティ比、放電電圧の高低、処理時間、使用周波数等を制御することにより、パルス発生中の第１導電体３の温度を目的に合った温度に制御し、あるいは抑制することができる。
【００２７】
第１実施の形態に係るプラズマ源１によれば、パルス電源５を用いることにより、パルス電源のオフ時間が活かされ、プラズマ発生中の温度を制御、抑制することができる。そして、第１の導電体３を被プラズマ処理部材とするときには、プラズマ処理時の被プラズマ処理部材の温度を制御し、あるいは抑制することができるので、被プラズマ処理部材を熱により変質させることなく、処理することができる。
【００２８】
［第２実施の形態］
図３及び図４に、第１実施の形態のプラズマ源を利用した第２実施の形態に係るワイヤストリッピング装置を示す。図３及び図４は概略構成図であって、図４は図３のａ−ａ線上の断面図である。第２実施の形態に係るワイヤストリッピング装置１１は、所要の動作ガスを導入した筒状のチャンバー１２が配置される。このチャンバー１２内に、チャンバー１２の軸方向に沿って配置された線状の陽極電極１３と、陽極電極１３と対向して配置されてチャンバー１２内の軸方向に移送される陰極となる被処理ワイヤ１４とを有する。本例では、チャンバー１２内の中心に軸方向に延長する被処理ワイヤ１４が配置され、この被処理ワイヤ１４を等角間隔で取り囲むように３つ以上、図示の例では３つの線状体による陽極電極１３が配置される。より詳しくは、チャンバー１２内にチャンバーの軸方向に沿って延長する線状の３つの陽極電極１３がチャンバー１２の横断面において正三角形の各頂点に位置するように配置される。さらに、チャンバー１２の中心、したがって正三角形に配置された陽極電極１３の重心位置に、チャンバー１２と同軸的に軸方向に延長する陰極となる被処理ワイヤ１４が配置される。
【００２９】
チャンバー１２の筒状としては、図示のような円筒状、あるいは断面複数角形とすることができる。本例の円筒状のチャンバー１２は、図示しないが、両端部に陽極電極１３及び被処理ワイヤ１４を支持し、チャンバー１２内を気密封止する支持部材により内部が密閉された構成となる。チャンバー１２内は、真空排気栓１７を介して高真空とされ、動作ガス導入栓１８を介して動作ガスである例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。
【００３０】
被処理ワイヤ１４は、供給リール１９からトラバーサ２０、ガイドローラ２１を介してチャンバー１２内に移送され、さらにチャンバー１２から出てガイドローラ２１、トラバーサ２０を介して巻き取りリール２２に巻き取られる。すなわち、被処理ワイヤ１４は、チャンバー１２内を通り、支持部材を気密的に貫通して軸方向に連続的又は間欠的に移送されるように配置される。
【００３１】
被処理ワイヤ１４は、例えば図５に示すように、シリコンインゴットからシリコンウェハを切り出すための、カーボン（Ｃ）添加の鉄（Ｆｅ）による芯線２４の表面にブラスめっき（Ｃｕ：約６５％、Ｚｎ：約３５％）皮膜（つまりＣｕＺｎ皮膜）２５を有して構成される。
【００３２】
さらに、チャンバー１２の外周に絶縁被覆線によるコイルを巻回して成る円筒ソレノイド磁石による磁界発生手段１６が配置される。この磁界発生手段１６は、被処理ワイヤ１４及び陽極電極１３が存在する空間、すなわちチャンバー１２内に軸方向に沿う磁界Ｂを発生させるためのものである。
【００３３】
そして、図４に示すように、陰極となる被処理ワイヤ１４と陽極電極１３との間に、パルス電圧を印加するためのパルス電源１５が接続される。本例では、被処理ワイヤ１４側が負の電位となり、陽極電極１３が接地電位となるように、被処理ワイヤ１４と陽極電極１３との間に、パルス電源１５が接続される。パルス電源１５は、一例として図示しないが、前述したと同様にパルス変調器と直流電源とを備えて構成することができる。チャンバー１２は、例えばステンレスで構成され、接地される。
【００３４】
パルス電源１５とした理由は、マグネトロンプラズマ処理中の被処理ワイヤ１４の加熱を抑制するためである。すなわち、例えば３０秒の処理後のソーワイヤの引張強度が２５００Ｎ／ｍｍ２以上が得られる温度に抑制するためである。
【００３５】
次に、第２実施の形態に係るワイヤストリッピング装置１１の動作を説明する。前述した同様に、パルス電源１５を介して被処理ワイヤ１４に負のパルス電圧を印加する。この状態で、磁界発生手段１６を介して、チャンバー１２内に軸方向の磁界Ｂを発生させると、図６に示すように、電界Ｅ×磁界Ｂドリフトにおける電子ｅの軌道が被処理ワイヤ１４の周りに拘束され、被処理ワイヤ１４を取り囲むように全周均一なパルス放電によるマグネトロンプラズマ２６が発生する。このマグネトロンプラズマ２６中のＡｒイオンにより、被処理ワイヤ１４の表面がスパッタ処理される。被処理ワイヤ１４が、表面をブラスめっき皮膜２５で覆われたソーワイヤとしたときには、図７に示すように、ソーワイヤの表面のブラスめっき皮膜２５が、Ａｒイオン２７によりスパッタ処理されて除去される。動作中は、チャンバー１２内に動作ガスが導入され、排気しながらチャンバー１２内の気圧を一定の低気圧に維持しつつスパッタエッチングが行われる。
【００３６】
第２実施の形態に係るワイヤストリッピング装置１１によれば、電源としてパルス電源１５を用いて、電力供給を周期的にオン・オフさせることにより、マグネトロンプラズマ３６の放電形態がいわゆるパルス放電となり、プラズマ処理中の被処理ワイヤ１４の加熱が制御され、被処理ワイヤ１４の温度上昇が低減される。この結果、プラズマ処理後のワイヤの構造変化量が低減され、ソーワイヤとしての引張強度を必要な引張強度（２５００Ｎ／ｍｍ２以上）に維持される。
【００３７】
本発明においては、パルス電源１５によりパルス波形の非印加時間による冷却が実施されるので、熱による影響が無視できないソーワイヤであっても機械的特性を損なうことなく処理できる。また、ソーワイヤの表面のブラスメッキをプラズマプロセスによって除去するので、従来の薬液を用いたウェットプロセスよりも環境負荷が小さくなる。
【００３８】
［実験例］
次に、第２実施の形態に係るワイヤストリッピング装置１１を用いた実験例を示す。図８Ａ、Ｂに実験装置の概略を示す。図８Ａ、Ｂにおいて、図３及び図４と対応する部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。なお、図８Ａの符号２９は、被処理ワイヤ１４の両端間の抵抗を測定する抵抗測定器である。
【００３９】
被処理ワイヤ１４は、直径０．２５ｍｍのソーワイヤを使用する。パルス電源１５として、被処理ワイヤ１４に−１ｋＶが印加され、陽極電極１３に接地電圧が印加されるようなパルス電源を接続する。被処理ワイヤ１４と陽極電極１３間の距離（いわゆるギャップ長）ｄは、３０ｍｍとした。
【００４０】
動作ガスにはＡｒガスを用い、ガス圧は１．０Ｐａとした。さらに、陽極電極１３の同軸方向に磁界Ｂを印加することで、被処理ワイヤ１４の周りに同軸円筒マグネトロンプラズマを生成する。
【００４１】
被処理ワイヤ１４の温度（ワイヤ温度）を直接測定することが困難であるため、以下の式（１）を用いて推測した。
【００４２】
Ｒ＝Ｒ０｛１＋α（Ｔ−Ｔ０）｝    ・・・・（１）
但し、Ｔ：処理中のワイヤ温度、Ｔ０：室温、Ｒ：処理中のワイヤの抵抗値、Ｒ０：室温でのワイヤの抵抗値、α：ワイヤの温度係数。
【００４３】
ワイヤの温度係数αは、以下の式（２）を用いて実測値より算出したところ、約３．５×１０−３／℃であることが判った。
【００４４】
α＝１／Ｒ０×ｄＢ／ｄＴ［／℃］    ・・・・（２）
【００４５】
図９に、パルス電源の周波数２．０ｋＨｚとした時の放電電流電圧波形の一例を示す。図９Ａが放電電圧（ＣＨ１）波形、図９Ｂが放電電流（ＣＨ２）波形である。但し、ＣＨ１：５００Ｖ／ｄｉｖ、ＣＨ２：２００ｍＡ／ｄｉｖ、横軸：１００μｓ／ｄｉｖである。直流放電での結果と比較するため、パルス放電の放電電流密度は測定した電流密度とデューティ比で算出する。
【００４６】
図１０に、磁束密度を３００ガウスとしたパルス放電（周波数：２．０ｋＨｚ、デューティ比：２０％、放電電圧：−１ｋＶ）と、定電圧（−１．０ｋＶ）及び定電流（２．５ｍＡ／ｃｍ２）での直流放電とを、それぞれ５秒間生成した場合を比較した結果を示す。□印（符号ａ）はパルス放電、○印（符号ｂ）は直流放電（定電圧制御）、×印（符号ｃ）は直流放電（定電流制御）の場合である。図１０は、プラズマ停止後のワイヤ温度の時間変化を表し、縦軸はワイヤ温度［℃］、横軸は経過時間［ｓｅｃ］である。定電圧による直流放電の電流密度は６．９ｍＡ／ｃｍ２であり、パルス放電の電流密度が２．５ｍＡ／ｃｍ２であった為、電流密度が温度の上昇に大きく寄与していると考えられる。また、定電流による直流放電では、パルス放電よりも温度上昇を抑えることができたが、この時の放電電圧が約―６００Ｖであったことが原因であると考えられる。
【００４７】
図１１に、ワイヤ温度のパルス周波数特性を示す。縦軸はワイヤ温度［℃］、横軸は経過時間［ｓｅｃ］である。このときの放電電流密度（Ｊｄ）は５．２ｍＡ／ｃｍ２、磁束密度（Ｂ）は６００ガウス、印加時間（ｔ）は１０秒である。同図において、×印（符号ｄ）は１ｋＨｚ、○印（符号ｅ）は２ｋＨｚ、□印（符号ｆ）は３ｋＨｚの場合である。同図より明らかなように、パルス周波数を変化させてもワイヤ温度に大きな変化は見られず、処理直後の温度は、約１２００℃程度で飽和していることが認められる。
【００４８】
さらに、ガス圧と印加電圧を一定にして磁束密度を増減させた場合は、以下の式（３）に従い放電電流密度が変化するため、磁束密度が小さいと温度は上昇し難く、大きいと温度は上昇し易いことが判った。
【００４９】
Ｊｄ＝Ａ（ａＰ２＋ｂＢ２）（Ｖｄ−Ｖ０）３／２    ・・・（３）
【００５０】
式（３）は、チャイルド・ラングミュアの式に磁束密度の項を加えた同軸円筒マグネトロン放電の実験式であり、放電電流密度Ｊｄがそれぞれガス圧Ｐ２、磁束密度Ｂ２、放電電圧Ｖｄ３／２に比例することを表す。
【００５１】
本実験例により、直流電源を用いた場合と比べて、パルス電源を用いてソーワイヤのブラスめっき皮膜除去を行った場合には、同様の電圧を印加する条件では、処理時の被処理ワイヤの温度の低減が確認できた。
【００５２】
図１２に、パルスプラズマ放電処理後及び直流プラズマ放電処理後のワイヤ表面のＣｕの質量％とワイヤの破断力（ＴＳ：Ｎ／ｍｍ２）の相関の結果を示す。実験の条件を表２に示す。
【００５３】
【表２】
2015005442.tif 000004
【００５４】
図１２において、縦軸はプラズマ処理後のワイヤ表面のＣｕの質量パーセンテージ、横軸はプラズマ処理後のワイヤの破断力、破線はプラズマ処理前のワイヤ表面のＣｕの質量パーセンテージを表す。●印（ｇ）のプロットは直流放電処理の結果を示し、○印（ｈ）のプロットはパルスプラズマを用いた処理の結果を示す。
【００５５】
処理中のワイヤの温度は測定困難のため、処理後のワイヤの強度で確認することにした。その結果、直流放電に対してパルス放電では、同程度のＣｕの除去でもワイヤの強度低下を抑えることができることを確認した。
【００５６】
本発明においては、パルス電源の使用周波数及びそのデューティ比、放電電圧の高低、処理時間等を適宜選択することにより、プラズマ処理中の温度上昇を抑え、ワイヤの機械的特性を損なうことなく、最適なワイヤ表面処理を行うことができる。
【００５７】
本発明では、デューティ比に関しては、使用周波数においてデューティ比を３０％未満（但し、０％を含まず）、より好ましくは２０％未満（但し、０％を含まず）に設定することが好ましい。３０％を超えると、プラズマ処理時の温度が上昇して処理後のワイヤの機械的特性を損なう恐れがある。
放電電圧としては、１ｋＶより高い方が好ましい。
本発明では、一例として、放電電圧を−３．０ｋＶ程度、低電流密度（１．０ｍＡ／ｃｍ２程度）で処理を行えば、ソーワイヤの引張強度を２５００Ｎ／ｍｍ２に到達させることができる。
【００５８】
［第３実施の形態］
図１３に、本発明の第３実施の形態に係るプラズマ源を示す。図１３は、模式的な概略断面構成図である。第３実施の形態は、第１の導電体及び第２の導電体の最も好ましい配列例である。第３実施の形態に係るプラズマ源３１は、チャンバー３２内に、１つ（１本）の陽極となる第２の導電体３４と、この第２の導電体３４を等角間隔で取り囲むように３つ（３本）以上、本例では６つの陰極となる第１の導電体３３とが配置される。第２の導電体３４は、チャンバー３２内の中心に軸方向に沿って配置され、これを取り囲む６つの第１の導電体３３は第２の導電体３４と平行して配置される。チャンバー３２は、例えばステンレスで形成され、筒状、本例では円筒状に構成される。そして、中心の第２の導電体３４と共に、チャンバー３２は外側の第２の導電体として構成される。つまり、チャンバー３２は陽極となる。
【００５９】
チャンバー３２の内部は、密閉された状態になされ、第１の導電体３３及び第２の導電体３４は気密的にチャンバー３２に支持されている。チャンバー３２内は、高真空とされ、動作ガスである例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入することができる。
【００６０】
そして、本実施の形態では、共通接続され陽極となる第２の導電体３４及びチャンバー３２と、共通接続された陰極となる第１の導電体３３との間に、第１の導電体３３に負のパルス電圧を印加するためのパルス電源３５が接続される。このパルス電源３５は、一例として図示しないが、前述と同様に、パルス変調器と直流電源とを備えて構成することができる。すなわち、第１の導電体３３が負の電位となり、第２の導電体３４が接地電位となるパルス電源３５が配置される。
【００６１】
さらに、第１の導電体３３と第２の導電体３４が存在する空間、すなわちチャンバー３２内の空間に導電体３３、３４の軸方向に沿った磁界Ｂを印加するための、磁界発生手段３６が配置される。図１３では、磁界Ｂは紙面に垂直に表面から裏面に向かって発生させている。磁界発生手段３６は、円筒ソレノイド電磁石、あるいは永久磁石等で構成することができる。さらに、磁界発生手段３６の構成は種々考えられ、図示の例では、チャンバー３２の外周側に同軸的に円筒ソレノイド電磁石を配置して構成されている。
【００６２】
次に、上述の第３実施の形態に係るプラズマ源３１の動作を説明する。図１３に示すように、第２の導電体３４及び第２の導電体となるチャンバー３２が接地側となり、第１の導電体３３に負のパルス電圧が印加されるように、第１の導電体３３と、第２の導電体３４及びチャンバー３２との間にパルス電源３５を接続する。この状態で磁界発生手段３６を介して、チャンバー３２内に導電体３３、３４の軸方向の磁界Ｂを発生させると、前述と同様に、各第１の導電体３３を取り囲むように全周均一なパルス放電によるマグネトロンプラズマ３９が発生する。パルス放電プラズマによって、電圧オフの期間があることでプラズマ放電時の温度を制御することができる。
【００６３】
従って、例えば、第１の導電体３３を線状の被プラズマ処理部材で構成し、第２の導電体３４を第１の導電体３３に平行する線状体で構成し、チャンバー３２内に動作ガスを導入すれば、このパルス放電のマグネトロンプラズマ３９により、複数の第１の導電体３３である被プラズマ処理部材の表面処理を同時に行うことができる。そして、パルス放電プラズマであることにより、パルス電圧のデューティ比、使用周波数、放電電圧の高低、処理時間、等を制御することにより、パルス発生中の第１の導電体３３の温度を目的に合った温度に制御し、あるいは抑制することができる。
【００６４】
第３実施の形態に係るプラズマ源３１によれば、前述と同様に、パルス電源３５を用いることにより、パルス電源のオフ時間が活かされ、プラズマ発生中の温度を制御、抑制することができる。そして、第１の導電体３３を被プラズマ処理部材とするときには、プラズマ処理時の被プラズマ処理部材の温度を制御し、あるいは抑制することができるので、被プラズマ処理部材を熱により変質させることなく、処理することができる。
【００６５】
しかも、本実施の形態では、第２の導電体となるチャンバー３２内に、中心の第２の導電体３４に対向し、かつ第２の導電体３４を取り囲むように６つの第１の導電体３３を配置した構成とするので、各第１の導電体３３の周りにむらのない均一なパルス放電の高密度のマグネトロンプラズマ３９を発生させることができる。また、第１の導電体３３を被プラズマ処理部材とするときには、複数の被プラズマ処理部材を同時に処理することができる。
【００６６】
［第４実施の形態］
図１４及び図１５に、第３実施の形態のプラズマ源を利用した第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置を示す。図１４及び図１５は概略構成図であって、図１５は図１４のａ―ａ線上の断面図である。図１４の横断面図に示すように、第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置４１は、所要の動作ガスを導入したチャンバーとなる筒状の外側陽極電極４２が配置される。この外側陽極電極４２内に同軸的に軸方向に延長する１つの中心陽極電極４４が配置され、中心陽極電極４４と外側陽極電極４２との間に、中心陽極電極４４を等角間隔で取り囲むように、すなわち同心円上に、陰極となる３つ以上、本例では６つの被処理ワイヤ４３が配置される。中心陽極電極４４は線状体で形成される。
【００６７】
外側陽極電極４２の筒状としては、例えば、円筒状、あるいは複数の被処理ワイヤ４３に対応した断面複数角形、被処理ワイヤ４３を６本配置したときには断面６角形とすることができる。本例では円筒状の外側陽極電極４２で形成している。中心陽極電極４４は、外側陽極電極４２の断面形状に合わせた断面形状とすることができる。例えば、断面円形、断面６角形などとすることができる。外側陽極電極４２が断面６角形の場合、中心陽極電極４４は、断面円形とすることも可能である。本例では、中心陽極電極４４を断面円形の線状体で形成される。
【００６８】
円筒状の外側陽極電極４２は、図示しないが、両端部に中心陽極電極４４及び被処理ワイヤ４３を支持し、外側陽極電極４２内を気密封止する支持部材により内部が密閉され、チャンバーを兼ねた構成となっている。外側陽極電極４２内は真空排気栓４７を介して高真空とされ、動作ガス導入栓４８を介して動作ガスである例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。被処理ワイヤ４３は、供給リール４９からトラバーサ５０、ガイドローラ５１を介して外側陽極電極４２内に移送され、さらに外側陽極電極４２から出てガイドローラ５１、トラバーサ５０を介して巻き取りリール５２に巻き取られる。すなわち、被処理ワイヤ４３は、外側陽極電極４２内を通り、支持部材を気密的に貫通して軸方向、すなわち矢印Ａ方向に連続的に又は間歇的に移送されるように配置される。
【００６９】
さらに、中心陽極電極４４と被処理ワイヤ４３が存在する空間、すなわちチャンバーとなる外側陽極電極４２内の空間に中心陽極電極４４、被処理ワイヤ４３の軸方向に沿った磁界Ｂを印加するための、磁界発生手段４６が配置される。図１５では、磁界Ｂは紙面に垂直に表面から裏面に向かって発生させている。この磁界発生手段４６は、例えば円筒ソレノイド電磁石等で構成することができる。磁界発生手段４６の構成は種々考えられ、図示の例では外側陽極電極４２の外周側に同軸的に絶縁被覆線によるコイルを巻回して成る円筒ソレノイド磁石を配置して構成されている。
【００７０】
そして、本実施の形態では、共通接続された中心陽極電極４４及び外側陽極電極４２と、被処理ワイヤ４３との間に、被処理ワイヤ４３に負のパルス電圧を印加するためのパルス電源４５が接続される。このパルス電源４５は、一例として図示しないが、前述と同様に、パルス変調器と直流電源とを備えて構成することができる。すなわち、被処理ワイヤ４３が負の電位となり、中心陽極電極４４及び外側陽極電極４２が接地電位となるパルス電源４５が配置される。
【００７１】
次に、第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置４１の動作を説明する。図１５に示すように、被処理ワイヤ４３を負電圧とし、外側陽極電極４２及び中心陽極電極４４を接地電圧とするパルス電源４５を接続する。この状態で、磁界発生手段４６を介して、被処理ワイヤ４３が配置される外側陽極電極４２内に軸方向の磁界Ｂを発生させると、各被処理ワイヤ４３を取り囲むように全周均一なパルス放電による高密度のマグネトロンプラズマ４９が発生する。このマグネトロンプラズマ４９中のＡｒイオンにより、被処理ワイヤ４３の表面がスパッタ処理される。被処理ワイヤ４３が、表面をブラスめっき皮膜で覆われたソーワイヤとしたときには、前述したと同様に、ソーワイヤの表面のブラスめっき皮膜が、Ａｒイオンによりスパッタ処理されて除去される。動作中は、チャンバー室となる外側陽極電極４２内に動作ガスが導入され、排気しながら外側陽極電極４２内の気圧を一定の低気圧に維持しつつスパッタエッチングが行われる。
【００７２】
被処理ワイヤ４３は、外側陽極電極４２と中心陽極電極４４との間を軸方向に移送されるので、被処理ワイヤ４３の表面は連続して表面処理される。しかも、マグネトロンプラズマ４９は高密度プラズマとなるので、被処理ワイヤ４３は、高速で移送して短時間で表面処理することができる。つまり、高速でのブラスめっき皮膜の除去が可能になる。パルス電源４５を用いてパルス放電させるので、処理時の被処理ワイヤ４３の温度を制御することができ、極端に高温にすることなくブラスめっき皮膜を除去することができる。
【００７３】
第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置４１によれば、前述と同様に、パルス電源４５を用いることにより、パルス電源のオフ時間が活かされ、プラズマ処理中の被処理ワイヤ４３の温度上昇を低減させることができる。すなわち、温度制御、あるいは温度抑制することができる。したがって、被処理ワイヤを熱により変質させることなく、処理することができる。被処理ワイヤ４３を、熱によって影響が無視できないソーワイヤとしたときにも、機械的特性を損なうことなく処理できる。プラズマ処理後のワイヤの構造変化量が低減されることから、ソーワイヤとしての引張強度を必要な引張強度（２５００Ｎ／ｍｍ２以上）に維持することができる。また、ソーワイヤの表面のブラスメッキをプラズマプロセスによって除去するので、従来の薬液を用いたウェットプロセスよりも環境負荷が小さくなる。
【００７４】
しかも、本実施の形態では、チャンバーを外側陽極電極４２とし、外側陽極電極４２内に、中心陽極電極４４に対向し、かつ中心陽極電極４４を取り囲むように６つの被処理ワイヤ４３を配置した構成とするので、各被処理ワイヤ４３の周りにむらのない均一なパルス放電のマグネトロンプラズマ４９を発生させることができる。また、構造的にも簡素化でき、複数の被処理ワイヤ４３を同時に処理することができる。
【００７５】
［第５実施の形態］
本発明に係るワイヤストリッピング装置の第５実施の形態を説明する。第５実施の形態に係るワイヤストリッピング装置は、図示しないが前述の図１４に示す第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置において、マグネトロンプラズマにより発熱で磁界発生手段４６のコイルの絶縁被覆膜が損傷しないように、外側陽極電極４２を中空構造としてこの中空内に冷却水を導入するように構成する。
【００７６】
この第５実施の形態に係るワイヤストリッピング装置によれば、冷却水によりコイルの熱的影響を緩和し、コイルの絶縁被覆膜を損傷させることがなく、安定して長期間の使用が可能になる。
【００７７】
［第６実施の形態］
本発明に係るワイヤストリッピング装置の第６実施の形態を説明する。第６実施の形態に係るワイヤストリッピング装置は、図示しないが、前述の第５実施の形態において、冷却水を導入する中空を外側陽極電極の軸方向に複数分割し、各分割された中空部分に対応して磁界発生手段のコイルを巻回して構成する。つまり、分割巻した複数のコイルで磁界発生手段を構成する。
【００７８】
第６実施の形態に係るワイヤストリッピング装置によれば、分割巻の複数のコイルで磁界発生手段が構成されるので、円筒状の外側陽極電極内の全長にわたって均一な強さの磁界Ｂが形成され、全長にわたって均一な密度のマグネトロンプラズマを発生することができる。従って、被処理ワイヤに対して、より均一な表面処理を行うことができる。
【００７９】
［第７実施の形態］
本発明に係るワイヤストリッピング装置の第７実施の形態を説明する。第７実施の形態に係るワイヤストリッピング装置は、図示しないが、前述の図１４に示す第４実施の形態に係るワイヤストリッピング装置において、外側陽極電極の両端にそれぞれ外側陽極電極に向かって漸次内部気圧が低くなる複数の気圧室を設け、複数の気圧室と最も気圧が低い外側陽極電極とによる作動排気システムと有するように構成する。
【００８０】
この第７実施の形態によれば、差動排気システムの構成を有するので、より気密的に被処理ワイヤを移送させることができる。つまり、外側陽極電極内の低気圧を維持して被処理ワイヤの移送を可能にする。
【００８１】
［第８実施の形態］
本発明の第８実施の形態に係るプラズマ源を説明する。本実施形態のプラズマ源は、図示しないが、円筒状のチャンバー内に１つの第１の導電体と、この第１の導電体を両側から挟む２つの第２の導電体を配置して構成する。より詳しくは、円筒状のチャンバーの中心に同軸的に線状の第１の導電体を配置し、第１の導電体に対して所要のギャップ長を介して対向するように、線状の２つの第２の導電体を対称位置（１８０度の間隔）に配置することができる。その他の構成は、図１の第１実施の形態と同様であるので、詳細説明は省略する。第１の導電体を被プラズマ処理部材とすることもできる。
【００８２】
上述の実施の形態に係るプラズマ源での第１の導電体は、線状体に限らず、平板状態、可撓性薄板状態、リボン状体、その他の部材等で構成することも可能である。例えば、第１の導電体に半導体基板を用いることもできる。
【００８３】
本発明のプラズマ源は、プラズマエッチング、プラズマＣＶＤなどのプラズマ源として利用することができる。本発明のプラズマ源は、前述したようにシリコンインゴットからシリコンウェハを切り出す際に用いるソーワイヤの表面処理に適用して好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１、３１・・プラズマ源、２・・チャンバー、３・・第１の導電体、４・・第２の導電体、５・・パルス電源、６・・磁界発生手段、３２・・チャンバー、３３・・第１の導電体、３４・・第２の導電体、３５・・パルス電源、３６・・磁界発生手段、３９・・マグネトロンプラズマ、１１、４１・・ワイヤストリッピング装置、１２・・チャンバー、１３・・陽極電極、１４・・被処理ワイヤ、１５・・パルス電源、４２・・外側陽極電極、４３・・被処理ワイヤ、４４・・中心陽極電極、４５・・パルス電源、４６・・磁界発生手段、４９・・マグネトロンプラズマ
【図１】
2015005442.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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