(57)【要約】【課題】従来から行われているＲＩＥモードは基板等を下部電極上に接触させるように置いて、電源のセルフバイアス電圧を利用するために、物理的効果の逆スパッタリングができるが、両面を同時に処理することがむずかしかった。この両面同時処理にはＤＦ又はＤＰ方式を用いるが、この方法は化学反応には効果があるが、物理的スパッタリングのＲＩＥのように強力なエネルギーを与えることができないので、金属酸化物や深い溝、小穴の中にあるスミヤ等のクリーニングには、ほとんど効果が得られなかった。【解決の手段】従来の単一電源の直流バイアス電圧を用いた方式は、両面同時処理の物理的スパッタリングが不可能であった。しかしながら、異なった高周波の高い電源に高周波の低いプシュプル電源をコンバインすることにより、即ち２電源周波電極間の電圧重疊を応用する方法により、両面のスパッタ処理が可能となり、狭い中空への改質や深い小穴のデスミア処理を可能とすることができた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧ができるようにした装置のチャンバを接地させて、このチャンバ内に処理物の両面を同時にプラズマによりエッチング、表面改質及びクリーニング等を行うために、処理物の両側に最適な距離をおいて、ＭＨｚ以上の第１の高周波電源を整合回路を介して電極を配置し、更にその両外側に最適な距離を持たせて、１ＫＨｚから２００ＫＨｚの範囲にある周波数を有する第２の電源を整合トランスを介して電極を配置し、この第２の電源をプシュプル電源として、この各電極が交互に逆相として印加できるようにする。この各電極間にプラズマ発生用のガスを導入して、各電極間でプラズマを発生させ、尚且つ発生した荷電粒子を第２のプシュプル電源により、各電極方向に交互に加速させることにより、処理物の両面を化学反応のみではなく、物理的逆スパッタリング効果（ＲＩＥ）を同時に行えるようにしたことを特徴とした両面同時処理プラズマシステム。
【請求項２】
処理物自体が導体又は導体で囲まれた形状の場合には、この処理物又は処理物を囲んでいる導体に直接ＭＨｚ以上の第１の高周波電源を整合回路を介して印加して、その処理物の周囲に適当な距離をおいて、周波数１ＫＨｚから２００ＫＨｚの範囲にある周波数を有する第２の逆相を形成できるプシュプル電源を整合トランスを介して電極を配置し、印加することにより、化学反応と共に物理的逆スパッタリング効果により、プラズマ処理することを特徴とする両面同時処理プラズマシステム。
【請求項３】
上記の各電極間に目的に応じたプラズマ発生用のガスを導入するために、第２電源の電極はシャワー構造の電極としてガスを導入するようにする。更に処理物を囲む第１電源の電極は多数の小径の穴を形成することにより、プラズマ発生用のガスと共に、第１電源の電極と第２電源の電極面にて発生したプラズマ粒子をこれらの穴を通して、処理物面上に到達させることにより、プラズマ処理ができることを特徴とした請求項１、２記載の両面同時処理プラズマシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリント（回路）基板又はＢＧＡ（ＢＡＬＬ  ＧＲＩＤ  ＡＲＲＡＹ），ＣＳＰ（ＣＨＩＰ  ＳＩＺ／ＳＣＡＬＥ  ＰＡＣＫＡＧＥ）等の基板等のデスミヤ、表面改質及びワイヤボンディグの接合性を向上するクリーニング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ＩＣの微細化に伴い、ＢＧＡ，ＣＳＰ等のＩＣパッケージング用基板等のビルドアップ構造化が進み、小径のスルホールやヴィヤ（ＶＩＡ）が多くなり、レーザーによる加工後の残渣（スミヤ）等の除去と積層基板面の接合強度化や表面クリーニング等に、従来からウェット法の過マンガン酸カリ溶液による処理に変わって、ドライプラズマ処理が行われるようになってきた。
【０００３】
特に小径の穴中の残渣除去（デスミヤ）には、プラズマ粒子による化学反応だけでなく、イオンエネルギーを利用した物理的逆スパッタリング（ＲＥＡＣＴＩＯＮ  ＩＯＮ  ＥＴＣＨＩＮＧ）が、重要な役割を果たすことが知られているが、従来は１３．５６ＭＨｚ等の高周波電源の電極上にプラズマ発生中に、発生するマイナスのセルフバイアス電圧を利用して、処理物をこの電極上に置いて、ＲＩＥ効果を行っていたので、１回のプラズマ処理において、化学反応のみの場合には基板等の両面処理が同時に可能であるが、ＲＩＥ効果を利用する場合には、片面のみの処理しかできないために、両面同時処理は不可能であった。従って、ＲＩＥ効果を利用した基板等の同時両面処理が強く要望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述したように片面処理の問題を解すべく、基板の両面を同時に均一にプラズマによるＲＩＥ効果を行うことを可能にする方法であり、又、ＢＧＡ，ＣＳＰ等の基板をマガジン中に収納した状態のままで、各それぞれの基板面が均一に洗滌され、ボンディング性の向上とモールド樹脂及び半田ボール等の基板面への密着性を向上させる同時両面処理プラズマシステムを提供する。
【０００５】
表面処理をすべき基板上の有機物又は無機金属物等を均一に効率良く除去する場合、特に問題とすべき小径の穴中のスミヤを確実に効率良く除去するには、従来から行われている発振周波数１３．５６ＭＨｚ等の高周波電源の電極上に発生するセルフバイアス電圧を利用する方法でなく、基板の両面を同時にＲＩＥ効果と化学反応による処理方法が多く要望されていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述したような従来の高周波の単一電源の直流セルフバイアス電圧を利用して、ＲＩＥ効果を出す方式ではなく、ＭＨｚ以上の高い周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）と更に別に１ＫＨｚから２００ＫＨｚ程度の間のある低い周波数（例えば４０ＫＨｚ）を用いる。この２電源の両極間での電圧の重疊を利用して、電界を大きくすることにより、高密度のプラズマを発生させ、尚且つ半周期の間にイオンが電圧の変動に追従できるような周波数の低い電源の電界により発生したイオンを加速させて、強い運動エネルギーを有するイオンを作り、処理すべき基板面上に衝突させると共に、低い周波数の電源をプシュプル電源とすることにより、基板の両側の一番外側に、この電源の電極を設置して、丁度この基板等をはさんだ状態においてプラス、マイナスの電位を交互に変動させることにより、基板の両面を同時に化学反応させると共に、物理的なＲＩＥ効果を行うことを可能にさせたものである。
【０００７】
この場合、図１に示したように処理すべき基板１の両側に数ｃｍ程度距離を保って第１の周波数の高い電源２、２′の電極４、４′を配置し、尚この各電極４、４′の外側に第２の周波数の低いプシュプル電源５の電極７、７′を更に数ｃｍ離した状態に配置することにより、基板の両側の第１、第２電源の各電極間で、電圧を重疊することにより、単独の電源時より、より強い電界を発生させることにより、高密度のプラズマを発生させると共に、内側の周波数の高い第１電源２、２′の電極においては、半周期の間にイオンが追従できないので、イオンは加速できないが、外側に設置された周波数が低く、半周期の間にイオンが追従できるような第２の電源７、７’をプシュプル電源として基板等をはさんで電圧が逆相となるように印加することにより、強い電界を作り、電極間で発生したプラズマ粒子と共に、イオンを強く加速して、イオンエネルギーを大きくさせ、基板の両面に衝突させることにより、化学反応と共に物理的効果のＲＩＥにより、基板面上の有機物及び無機金属物を効率良く両面同時に除去あるいは清浄化することを可能とした。
【０００８】
【発明の実施と形態】
本発明にかかる実施例を説明する。まず構成について説明する。図１は本発明の構成図を示すものである。基板１を中央に置いて、その両側を約２０ｍｍ距離を保ち、第１の周波数の高い電源２、２′例えば１３．５６ＭＨｚをブロッキングコンデンサを含む整合回路３、３′を介して、電極４、４′を配置し、更に約２０ｍｍ離して第２の周波数が低く、尚且つ逆相を形成するプシュプル形の電源５、例えば４０ＫＨｚの電極Ａ、Ｂからブロッキングコンデンサ６、６′を介して、電極７、７′を配置することにより、プラズマ処理すべき基板１をはさんで交互に電圧をプラス、マイナスに印加することにより電極４、４′、７、７′間で発生させたラジカル粒子と共に、発生したイオンを動かして、基板面上に強いエネルギーをもって衝突させるようにする。この場合、高い周波数の第１の電源の電圧よりも、第２の周波数の低い電源の電圧を大きくすることが極めて重要である。
【０００９】
周波数の低い方の電源の電圧が、周波数の高い電源の電圧より低い場合に、特に１３．５６ＭＨｚのような高周波では、半周期の間にイオンは殆ど動けないため、この高い周波数により、イオンの動きが左右されるためにイオンが動けないので、化学反応は可能であるが、物理的なＲＩＥ効果を出すことは出来ない。従って周波数が低くて、半周期の間にイオンが追従できる周波数での電源の電圧が、周波数の高い電源の電圧より高い場合に、高い周波数に左右されない時間帯が出来て、イオンを動かすことが可能となり、ＲＩＥ効果を出すことができる訳である。
【００１０】
接地されたチャンバ８中に絶縁体９を介して、これら処理すべき基板１及び各電極４、４′、７、７′を設置する。
【００１１】
このチャンバの中を真空装置１０により減圧させた後、プラズマ発生用のガスを導入するために電極７、７′をより均一にプラズマを発生させ得るシャワー構造にして、この電極を通じてガスを導入する。ガスの流れは電極７、７′から内側に配置された電極４、４′に、小径の穴を多数形成しておき、この穴を通して基板１方向に流れるように導入する。
【００１２】
目的に応じたガスの種類とガス圧力及びガスの流量は、最適値に設定する。一般にデスミヤの場合は、Ｏ２，ＣＦ４，Ｎ２の混合ガスを使用する。この混合比は８：１：１程度が良い。又単に基板面のクリーニングの場合は、ＡｒとＯ２の混合ガスが良い。
【００１３】
高周波電源は一般に周波数が１３．５６ＭＨｚのように高い周波数を使用した場合は半周期の時間が短いために、イオンの追従ができないため、プラズマ空間中にイオンが捕捉されるために、プラズマ空間がプラス電位になり、この高周波電源の電極の面積がアース電極より小さい場合に、高周波電源側の電極がマイナスの電位となる。これを一般にセルフバイアス電圧（ＶＤＣ）と呼んでいる。このセルフバイアス電圧は、高周波側の電極の容量をＣｋ、接地側の電極の容量をＣＡとし、印加電圧をＶＲＦとしたとき、次式で表される。
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このセルフバイアスによりイオンは、このセルフバイアス電圧により発生するシースによって、捕捉されるようになる。
【００１４】
しかし、半周期の間にイオンを捕捉しないような数百ＫＨｚ以下の周波数の電源を、上記の高い周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の電源の電極に対向して配置され、印加された場合で、尚且つこの低い周波数の電源の電圧が１３．５６ＭＨｚの電源の電圧より高い場合には、イオンは空間に捕捉されないで、イオンが電圧の変動に追従して動くようになり、セルフバイアス電圧は発生しにくくなる。電極に形成した小径の穴を通して、イオンが基板１方向に動き、ラジカル粒子と共に物理的なＲＩＥ効果により、デスミヤ又は表面処理等が可能となる。
【００１５】
この場合、周波数の高い側の電源側の電極の電位が、他の電極より低い場合は、イオンは多少この電極に補足されるが、この時間帯は非常に小さいためイオンの捕捉は極めて少ない。従って、外側の低い周波数の逆相による強い電界により、高い周波数の電源の電極に形成された小径の穴から、他のプラズマ粒子と共にイオンが基板１面に到達することができる。尚周波数の低い逆相に形成された電極間での強い電界により、イオンは加速され、基板１面上にてＲＩＥ効果と化学反応を同時に行うことが可能となる。又基板１に対してプラス、マイナスの電位が交互に加えられるため、基板１の両面を同時にＲＩＥ効果を持ったプラズマ処理が可能である。
【００１６】
【実施例１】
基板１の大きさＷ５１０×Ｄ３５０×ｔ０．５ｍｍのエポキシ樹脂（インク剤）基板の両面に炭酸ガスレーザにより約φ１００μｍの径で、深さ３０μｍ、底部は銅箔のヴィヤを形成したものを用いて、上記に述べたように２電源方式にて、デスミヤの実験を精意行った結果について述べる。電源は１３．５６ＭＨｚ６００Ｗと４０ＫＨｚ１２００Ｗを印加した。
反応性ガスはＯ２４００ｓｃｃｍ、ＣＦ４５０ｓｃｃｍ、Ｎ２５０ｓｃｃｍで真空度は約８０Ｐａとした。処理時間は３分間行った結果、スミアはきれいに除去され、銅メッキ後の付着強度は７００ｇ／ｃｍ２以上で問題がなかった。この時の基板温度は約４０℃であり、チャンバ内の電極は約５５℃であったことは、汎用プラスチック（例えばＰＰ，ＰＣ）等の低融点の材料について応用することが出来るため、ＩＣを収納する狭い中空を持つマガジン等の内壁の改質についても、十分に適用することができる。
【００１７】
【実施例２】
図２に示すようにＩＣパッケージとして使用されているＢＧＡ用基板１１を、一般的に使用されているマガジン（５０×２００×１４０ｍｍ）１２中に収納した状態のままでチャンバ内にセットして、１３．５６ＭＨｚの高周波電源２を整合回路３からブロッキングコンデンサ６、６′を介して、導体部１３で電極４と接合して、マガジン１２の長手方向に垂直に約２０ｍｍずつ離して、４０ＫＨｚのプシュプル電源５の電極Ａ、Ｂを電極７、７′にブロッキングコンデンサ６、６′を介して設置接続した。又これらの電源は接地されているチャンバ８に絶縁体９を介して接続した。この外側の電源の電極７、７′は、プラス、マイナスの電圧が交互に印加されるようにプシュプル電源方式とした。４０ＫＨｚ用の電源の両電極７、７′の面には、厚さ約１ｍｍのセラミック板１４には小径の穴を形成したものを配置した。
【００１８】
マガジンに接続した電源は１３．５６ＭＨｚでマガジン１個あたり２００Ｗ，外側の電極７、７′には４００Ｗ電力を印加した。反応性ガスは電極７、７′よりＡｒ１００ｓｃｃｍを流して、真空度約１５Ｐａにおいて５分間プラズマ処理を行った。
【００１９】
マガジンに挿入されたＢＧＡ基板面の純水滴接触角は全て９０°以上であったが上記の条件で処理したものは、すべて１０°以下であり、充分に表面クリーニングできたものと考えられる。又基板のＡｕメッキの厚さ約０．２μｍで下地のＮｉメッキ層が４〜５μｍのものを使用して、Ａｕメッキのパット部にφ２５μｍのＡｕ線を用いてワイヤボンディングした引張強度は処理前が平均値約７ｇｒ程度のものが、プラズマ処理を行ったものは１００枚全てのものが１０ｇｒ以上に改善できた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のように、ＭＨｚ以上の高周波電源とより周波数の低い数百ＫＨｚ以下の電源をコンバインすることにより、従来単一電源のＭＨｚ以上の電源を利用して、プラズマを発生させた時に発生するマイナスのセルフバイアス電圧を利用して、物理的逆スパッタリング効果（ＲＩＥ）を行う処理では、処理物を電極面上に直接配置する必要があるため、１回の処理で片面のみしか出来ないために両面を行う場合２度手間であり、不経済であった。然し、本発明のように周波数の異なった２電極を使用することにより、処理物の表面にＲＩＥ効果と化学反応を同時に両面処理が可能となり、ますます多くなる両面処理物の生産性の向上と、低価格化が可能となるため、経済的効力が大きいプラズマ清浄化処理に貢献することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における基板両面同時処理プラズマシステムの概略
図
【図２】本発明の一実施例におけるマガジン中の基板のプラズマ処理システム
の概略図
【符号の説明】
１  基板
２、２′周波数の高い電源
３、３′整合回路
４、４′周波数の高い電源の電極
５  プシュプル電源
６、６′ブロッキングコンデンサ
７、７′周波数の低い電源の電極
８  チャンバ
９  絶縁体
１０真空装置
１１ＢＧＡ基板
１２マガジン
１３導体
１４小径の穴のある絶縁体
【図１】
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【図２】
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