(57)【要約】【課題】良好な表面改質効果を低コスト且つ簡便な機構で実現することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理による基板の表面改質方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体チップ２０が実装された基板８の樹脂封止前の表面改質を平行平板型のプラズマ処理装置によって行う表面改質方法において、処理対象面８ｂを下面側にした状態で支持部材７ａに支持して、基板８の下方にプラズマ放電が発生しないような隙間寸法ｄの隙間空間Ｓを形成し、プラズマ処理においては処理対象面８ｂにプラズマによって発生した酸素ラジカル３２のみを作用させる。これにより、処理対象面８ｂが酸素イオン３１によって過度に除去されることによる密着性の低下を招くことなく、低コスト且つ簡便な機構で良好な表面改質効果を実現することができる。【選択図】図７
2007250731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板型の下部電極および上部電極を上下に対向配置して形成された処理空間内に基板を保持し、この基板の片面の処理対象面をプラズマ処理によって表面改質するプラズマ処理装置であって、
前記下部電極および上部電極を真空密に閉囲する真空チャンバと、前記真空チャンバを真空排気して減圧する真空排気手段と、前記真空チャンバ内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記処理空間内において前記基板を前記処理対象面を下向きにした姿勢で支持する基板支持部と、前記下部電極に高周波電圧を印加することにより前記基板と前記上部電極との間でプラズマ放電を発生させる高周波電源装置とを備え、
前記基板支持部によって前記基板が支持された状態において前記処理対象面の下方に形成される隙間空間の高さを、この隙間空間内でプラズマ放電が発生しない高さとすることにより、前記処理対象面に前記プラズマ放電によって発生したラジカル粒子のみを作用させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板支持部は、前記基板の両側端部をそれぞれ下方から支持する支持面が設けられ基板搬送方向に沿って配設された１対の支持部材を備え、前記支持部材は、前記基板を前記真空チャンバ内において搬送するための搬送レールを兼ねることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基板支持部は前記基板の両側端部を下方から支持する支持面が設けられた１対の支持部材を備え、前記支持部材には、前記プラズマ放電によって発生したラジカル粒子を含むガスを前記基板の上面側から前記処理対象面側に導くガス導入路が設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
平板型の下部電極および上部電極を上下に対向配置して形成された処理空間内に基板を保持し、この基板の片面の処理対象面をプラズマ処理によって表面改質する表面改質方法であって、
前記処理空間内で前記基板を前記処理対象面を下向きにした姿勢で支持した状態において、前記処理対象面の下方に形成される隙間空間の高さを、この隙間空間内でプラズマ放電が発生しない高さとすることにより、前記処理対象面に前記プラズマ放電によって発生したラジカル粒子のみを作用させることを特徴とする表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂表面を有する基板の表面改質をプラズマ処理によって行うプラズマ処理装置および表面改質方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に実装された半導体素子を樹脂封止して成る半導体パッケージの製造工程においては、封止樹脂と基板との密着性を改善することを目的として、プラズマ処理による表面改質が行われる。このようなプラズマ処理を行う装置として、真空チャンバ内に１対の電極を対向させて配置した平行平板電極型のプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置は、対向して配置された２つの電極に挟まれた処理空間内においてプラズマ放電を発生させ、これによって発生したプラズマの作用によって基板の処理対象面の表面改質を行うものである（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
プラズマ処理による基板表面への作用には、酸素ガスなどのプラズマ発生用ガスがプラズマ化することによって生じる酸素ラジカルなど電気的に中性の粒子による作用と、酸素イオンなどの電荷を帯びた粒子による作用がある。酸素ラジカル粒子などの中性粒子は、基板の表面に接触すると化学的作用によって基板の樹脂表面を活性化させる。またイオン粒子は、電界によって加速されて基板の表面に高速で入射する物理作用によって基板の樹脂表面を活性化させるが、一方で基板表面の分子構造を部分的に破壊する作用も有している。
【０００４】
上述例のように平行平板電極型のプラズマ処理装置を用いて樹脂基板を対象として表面改質を行う場合には、イオン粒子が基板表面に入射する際のエネルギレベルが高すぎると、基板表面の分子が過度に破壊されて封止樹脂との密着性を逆に低下させるという現象が発生する。このような課題を解決するため、特許文献１に示す例では、プラズマ発生用ガスの処理圧力や高周波電源出力を制御することによって、また特許文献２に示す例では、プラズマ発生時に生じるセルフバイアス電圧を打ち消す電圧を印加することによって、荷電粒子の入射エネルギーを制限するようにしている。これにより、ラジカル粒子による表面改質効果を維持しつつ、イオン粒子が基板表面を過度に破壊することによる密着性の低下を防止するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２５７９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年電子機器の小型化・高密度化に伴い、電子部品製造過程における品質管理は内容的にもレベル的にも、従来と比較してより高度なものが求められるようになってきている。例えば半導体パッケージの製造過程についてみれば、部品の小型化により樹脂封止面積が従来と比較して大幅に縮小していることから、単位面積当たりの密着力は従来よりも大きな値が求められる。さらに環境保護の要請から半田接合に使用される半田に鉛フリー半田が全面的に採用されるようになったことに伴い、半田接合過程でのリフロー温度は従来よりも高温になり、この結果ヒートサイクルにおいて求められる耐剥離性の要求レベルは、従来と比較して大幅に高度化している。
【０００６】
この結果、上述の特許文献例に示す方法ではもはや耐剥離性の要求レベルを満たした密着性を確保することが困難な状況になっており、新たな方策が望まれていた。このような方策として、イオン粒子を処理対象の基板に入射させないように、処理対象の基板の上面
側をシールド部材で覆う方法や、高周波電源の接続方向を切り替えて電界方向を逆にして、イオン粒子を対向電極側に入射させるようにする方法などが提案されている。
【０００７】
しかしながら高周波電源との接続方向を可逆的に変更可能にする方法には、真空チャンバの構造が複雑になって設備コスト高を招くという難点とともに、高エネルギで入射するイオンによるスパッタリング効果によって基板や真空チャンバ内部の汚染を招いてしまうという欠点がある。また基板をシールド材で覆う方法では、同様にシールド材自体の表面がスパッタリング効果によって除去されて真空チャンバ内部の汚染をもたらすという点に加えて、シールド材との干渉により搬送機構の複雑化が避けられないなど、多くの難点が指摘される。このように、従来のプラズマ処理による表面改質においては、良好な表面改質効果を低コスト且つ簡便な機構で実現することが困難であるという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は、良好な表面改質効果を低コスト且つ簡便な機構で実現することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理による基板の表面改質方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置は、平板型の下部電極および上部電極を上下に対向配置して形成された処理空間内に基板を保持し、この基板の片面の処理対象面をプラズマ処理によって表面改質するプラズマ処理装置であって、前記下部電極および上部電極を真空密に閉囲する真空チャンバと、前記真空チャンバを真空排気して減圧する真空排気手段と、前記真空チャンバ内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記処理空間内において前記基板を前記処理対象面を下向きにした姿勢で支持する基板支持部と、前記下部電極に高周波電圧を印加することにより前記基板と前記上部電極との間でプラズマ放電を発生させる高周波電源装置とを備え、前記基板支持部によって前記基板が支持された状態において前記処理対象面の下方に形成される隙間空間の高さを、この隙間空間内でプラズマ放電が発生しない高さとすることにより、前記処理対象面に前記プラズマ放電によって発生したラジカル粒子のみを作用させる。
【００１０】
本発明の一実施の形態の表面改質方法は、平板型の下部電極および上部電極を上下に対向配置して形成された処理空間内に基板を保持し、この基板の片面の処理対象面をプラズマ処理によって表面改質する表面改質方法であって、前記処理空間内で前記基板を前記処理対象面を下向きにした姿勢で支持した状態において、前記処理対象面の下方に形成される隙間空間の高さを、この隙間空間内でプラズマ放電が発生しない高さとすることにより、前記処理対象面に前記プラズマ放電によって発生したラジカル粒子のみを作用させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、下部電極の上面側において処理対象面の下方に形成される隙間空間の高さを、この隙間空間内でプラズマ放電が発生しない高さとすることにより、処理対象面にプラズマによって発生したラジカル粒子のみを作用させることができ、良好な表面改質効果を低コスト且つ簡便な機構で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の処理対象となる基板および基板支持部の断面図、図３、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における基板の下面側の隙間空間の説明図、図５，図６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図、図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理による表面改質方法の説明図、図８は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板支持部の斜視図、図９は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板支持部の平面図、図１０は本発
明の一実施の形態のプラズマ処理による表面改質の対象となる基板の説明図である。
【００１３】
まず図１を参照してプラズマ処理装置の全体構成を説明する。図１において、平板状のベース部材１の上方には、下方が開口した箱形状の蓋部材２が図示しない開閉機構によって昇降自在に配設されている。ベース部材１には開口部１ａが設けられており、開口部１ａには平板型の高周波電極部３が下方から絶縁部材４を介して装着されている。高周波電極部３の上面にはアルミナなどの誘電体で形成された絶縁部材３ａが装着されており、絶縁部材３ａ上には基板支持部７が２連配置で設けられている。基板支持部７は、それぞれプラズマ処理対象の基板８を支持する。
【００１４】
蓋部材２は平板状の天井電極部２ａを有する形状となっており、蓋部材２を下降させて下端部をベース部材１に対して当接させた状態では、天井電極部２ａは高周波電極部３に対して上方から平行に対向する。そしてベース部材１、蓋部材２、高周波電極部３によって閉囲される空間は、プラズマ処理のための処理空間６を形成する。ベース部材１の上面において蓋部材２の下端部との当接位置にはシール部材５が装着されており、蓋部材２の下端部がシール部材５と当接することにより処理空間６は真空密に保たれる。上記構成において、高周波電極部３、天井電極部２ａはそれぞれ下部電極および上部電極となっており、ベース部材１、蓋部材２、高周波電極部３は、これら下部電極および上部電極を真空密に閉囲する真空チャンバを形成する。
【００１５】
図２を参照して、処理対象の基板８について説明する。図２に示すように、基板８には前工程において半導体チップ２０が実装されており、半導体チップ２０は基板８に形成された接続電極８ａとボンディングワイヤ２１によって電気的に接続されている。基板８における半導体チップ２０の実装面には、後工程において樹脂封止により半導体チップ２０を覆って樹脂モールド２２が形成される。この樹脂封止に先立って、半導体チップ２０の実装面を対象として、封止樹脂との密着性を向上させることを目的として、プラズマ処理による表面改質が行われる。
【００１６】
本実施の形態では、この表面改質を目的としたプラズマ処理において、処理空間６内において基板８の実装面すなわち処理対象面８ｂを下向きにし、裏面８ｃを処理空間６側に曝露した姿勢で、基板８を基板支持部７に保持させるようにしている。
【００１７】
すなわち、本実施の形態に示すプラズマ処理装置は、平板型の下部電極および上部電極を上下に対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置において、下部電極と上部電極との間に形成された処理空間６内に基板８を保持し、この基板８の片面の処理対象面８ｂをプラズマ処理によって表面改質する形態となっている。なお本実施の形態においては、蓋部材２とベース部材１および高周波電極部３によって、平行平板電極型のプラズマ処理装置を構成するようにしているが、平行平板電極型のプラズマ処理装置の構成はこれに限られず、様々な形態が可能である。例えばいずれも平板型の下部電極および上部電極を、独立した真空チャンバ内に対向配置して処理空間を形成するようにしてもよい。
【００１８】
基板支持部７は、１対の支持部材７ａを、基板搬送方向（Ｘ方向）に沿って配設して構成されている。それぞれの支持部材７ａには、基板８の側端部を下方から支持するための支持面７ｂおよび基板８の側端部を側方からガイドするためのガイド面７ｃが設けられている。基板８を基板支持部７に保持させた状態では、処理対象面８ｂの両側端部が、支持面７ｂによって下方から支持される。
【００１９】
ここで、支持部材７ａにおける絶縁部材３ａの表面から支持面７ｂまでの高さ寸法Ｈ（基板８の下方におけるクリアハイト）は、基板８における部品実装高さ寸法ｈ１および基板８の反り変形寸法ｈ２を考慮して決定されている。すなわち、基板８を基板支持部７に
載置した状態において、半導体チップ２０やボンディングワイヤ２１が絶縁部材３ａの表面に接触せずに、適正隙間ｇ（図３（ｂ）参照）が確保できるように（Ｈ＞ｈ１＋ｈ２＋ｇを満たすように）、高さ寸法Ｈを決定する。
【００２０】
そして基板８を支持部材７ａによって支持した状態で基板８を水平方向に押送することにより、基板８を水平方向に搬送することができる。すなわち、支持部材７ａは、プラズマ処理時において基板８を保持するのみならず、基板８を真空チャンバ内において搬送するための搬送レールを兼ねた形態となっている。基板搬送方向における支持部材７ａの前後には、蓋部材２内に位置して乗移り部２４が設けられており、さらに蓋部材２の外部の上流側、下流側には、それぞれ搬入レール２３、搬出レール２６が配設されている（図５（ａ）参照）。プラズマ処理作業における基板搬送動作は、搬入レール２３上に供給された基板８を乗移り部２４を経由して支持部材７ａに乗り移らせ、さらにプラズマ処理後の基板８を乗移り部２４を経由して搬出レール２６に乗り移らせることによって行われる。
【００２１】
ベース部材１には、処理空間６内に開孔する開孔部１ｂ、１ｃが設けられている。開孔部１ｂには真空ポンプ１０が接続されており、真空ポンプ１０を駆動することにより、処理空間６内が真空排気される。真空ポンプ１０は、真空チャンバを真空排気して減圧する真空排気手段となっている。開孔部１ｃにはバルブ１１を介してガス供給部１２が接続されており、バルブ１１を開放すると供給部１２から処理空間６内にプラズマ発生用ガスが供給される。ここでは、プラズマ発生用ガスとして、酸素ガスを用いている。
【００２２】
高周波電極部３は、整合回路１３を介して高周波電源部１４に電気的に接続されている。高周波電源部１４を駆動することにより、下部電極である高周波電極部３と接地部９に電気的に接地された上部電極である天井電極部２ａとの間には高周波電圧が印加され、これにより処理空間６内にプラズマ放電が発生する。このとき後述するように、プラズマ放電の発生領域は基板８と天井電極部２ａとの間に限られるようになっている。整合回路１３は、処理空間２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１４のインピーダンスを整合させる。整合回路１３および高周波電源部１４は、下部電極に高周波電圧を印加することにより基板８と上部電極との間でプラズマ放電を発生させる高周波電源装置を構成する。
【００２３】
真空ポンプ１０、バルブ１１、整合回路１３は、制御部１５によって制御される。制御部１５によって真空ポンプ１０およびバルブ１１を制御することにより、プラズマ処理過程において処理空間６内におけるプラズマ発生用ガスの圧力を所望の圧力レベルに保つことができる。また制御部１５によって高周波電源部１４を制御することにより、高周波電極部３に高周波電圧を印加する際の高周波電源出力を制御することができる。
【００２４】
このプラズマ放電により、処理空間６内には、酸素ガスが電離して発生した荷電粒子である酸素イオンと、電気的に中性な酸素ラジカルとが発生する。酸素イオンは、電界により加速されて高速で処理対象物に入射する物理作用により、処理対象物の表面の分子を破壊する作用を有する。また酸素ラジカルは活性作用を有し、処理対象物に接触するのみで表面を化学的に改質する作用を有している。本実施の形態においては、後述するように、プラズマ放電によって発生するイオン粒子とラジカル粒子のうち、ラジカル粒子のみの作用によって処理対象面８ｂの表面改質を行うようにしている。
【００２５】
次に図３を参照して、プラズマ放電の発生しやすさの特性および表面改質のためのプラズマ処理時において基板８の下方に形成される隙間空間について説明する。プラズマ放電の発生しやすさは、高周波電極が印加される電極間の電極間距離Ｄと、プラズマ放電が発生する放電空間内に供給されるプラズマ発生用ガスの圧力（放電圧力）Ｐの積ＰＤの値に依存しており、積ＰＤが特定の値である場合にプラズマ放電は最も発生しやすいという特
性を有している。図３（ａ）のグラフは、プラズマ放電が行われる空間に供給されるプラズマ発生用ガスの圧力Ｐが１０Ｐａ，５Ｐａの場合の、プラズマ放電が発生する限界の高周波電源出力（Ｗ）と電極間距離Ｄとの関係を示したものである。グラフに示す曲線より下の領域では、プラズマ放電が発生せず、曲線より上の領域ではプラズマ放電が発生する。
【００２６】
このグラフから判るように、圧力一定の条件下ではある特定の電極間距離Ｄ１で放電発生の高周波電源出力は極小値を示し、すなわちこの電極間距離Ｄ１で最もプラズマ放電が発生し易い。そして電極間距離がＤ１よりも大きくなってもまた小さくなっても、プラズマ放電を発生するために必要な高周波電源出力は増大する。このことは、ある特定の隙間空間の内部におけるプラズマ放電の発生の有無を、上述の関係に基づいて制御可能であることを示している。本実施の形態のプラズマ処理においては、このような関係を利用して、基板８を基板支持部７に保持させた状態で、図３（ｂ）に示すように、基板８の下方に形成される隙間空間Ｓ内におけるプラズマ放電の発生を制御するとともに、隙間空間Ｓの高さ、すなわち隙間寸法ｄを決定するようにしている。
【００２７】
これにより、基板８の上方の処理空間６においてプラズマ放電を発生させながら、基板８の下方の隙間空間内においてはプラズマ放電が発生しない状態を安定して維持することができる。すなわち、隙間空間Ｓの隙間寸法ｄを、図３（ａ）のグラフに示す関係から、プラズマ放電が発生しないような範囲の電極間距離Ｄに対応させ、且つ、基板８に実装された半導体チップ２０やボンディングワイヤ２１が絶縁部材３ａと干渉しないように、最小隙間ｇを確保することができるように設定する。ここでは、支持部材７ａの支持面７ｂの高さ寸法Ｈが隙間寸法ｄそのものであり、この隙間寸法ｄに合わせて支持部材７ａの形状設計を行う。
【００２８】
このような構成を採用することにより、基板８の処理対象面８ｂを対象とするプラズマ処理において、プラズマ放電によって発生する酸素イオン（イオン粒子）と酸素ラジカル（ラジカル粒子）のうち、酸素ラジカルのみを処理対象面８ｂに作用させて、酸素イオンによる作用を処理対象面８ｂに及ぼさせないようにした形態のプラズマ処理が可能となる。すなわち、本実施の形態に示すプラズマ処理装置によるプラズマ処理においては、基板支持部７によって基板８が支持された状態において、処理対象面８ｂの下方に形成される隙間空間Ｓの高さを、この隙間空間Ｓ内でプラズマ放電が発生しない高さとすることにより、処理対象面８ｂにプラズマ放電によって発生したラジカル粒子のみを作用させるようにしている。
【００２９】
なお、処理対象の基板８の種類によっては、隙間寸法ｄをそれぞれの基板に対応した実装部品の高さ寸法ｈ１や固有の基板反り寸法ｈ２（図２参照）、さらには放電圧力Ｐ、高周波電源出力Ｗなどのプラズマ処理条件に応じて、基板品種毎に変更する必要が生じる場合がある。そのような場合には、図４に示すような方法で、基板８を搬送する際のパスラインＰＬの高さレベルを変更することなく、隙間寸法ｄを、ｄ１，ｄ２，ｄ３のように変更する。
【００３０】
図４（ａ）は、支持部材７ａおよび絶縁部材３ａを交換することによって、所望の隙間寸法ｄを得る方法を示している。すなわち、（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように、隙間寸法ｄが大きくなるに応じて、図２に示す高さ寸法Ｈを増大させた支持部材７１ａ、７２ａを用いる。そして高さ寸法Ｈの増大分だけ絶縁部材３ａの厚み寸法を減少させる。すなわち、（ロ）に示す例では、支持部材７１ａに対応した厚み寸法の絶縁部材３１ａを用い、さらに（ハ）に示す例では、絶縁部材３ａを省略して、高周波電極部３の上に直接支持部材７２ａを装着する。
【００３１】
図４（ｂ）は、高周波電極部３の上面を誘電体によって全面的に覆う替わりに、上述の支持部材７２ａの間に、高さ調整部材としての機能を有するスペーサ３ｂを装着するようにしている。スペーサ３ｂの材質としては誘電体に限られず、金属を用いてもよい。ここでは、（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように、隙間寸法ｄが大きくなるに応じて、スペーサ３ｂの厚さ寸法を減少させることにより、隙間寸法ｄを、ｄ１，ｄ２，ｄ３に変更する。すなわち、（ロ）に示す例おいては、厚さ寸法の小さいスペーサ３１ｂを用い、さらには（ハ）に示す例ではスペーサ３ｂを省略する。
【００３２】
このようにして、高周波電極部３上に装着される絶縁部材３ａや支持部材７ａを交換することにより、対象となる基板８の品種が変更となった場合において、搬送パスラインのレベルを変更する必要が生じない。したがって、品種切り替えに伴う段取り替え作業は、基板支持部７における部品交換のみでよく、段取り替え作業負荷を減少させることができる。なお本実施の形態においては、支持部材７ａを絶縁部材３ａ上または高周波電極部３上に直接接触させて載置する構成例を示しているが、支持ブラケットなどによって支持部材７ａを高周波電極部３から空間的に離隔させた形で支持するようにしてもよい。
【００３３】
次に図５，図６，図７を参照して、このプラズマ処理装置による表面改質方法について説明する。図５（ａ）は、ベース部材１に対して蓋部材２を上昇させた状態で基板８を搬入する基板搬入動作を示している。すなわち、前工程において半導体チップ２０が実装された基板８を、処理対象面８ｂを下面側に向けた姿勢で搬入レール２３上に供給する。そして図５（ｂ）に示すように、搬送爪２５によって基板８を押送することにより、基板８を乗移り部２４を経由して支持部材７ａに乗り移らせる。
【００３４】
この後、図６（ａ）に示すように、蓋部材２を下降させて処理空間６を形成し、基板支持部７に保持された基板８を対象としてプラズマ処理による表面改質を実行する。まず処理空間６内を真空排気して減圧した後に、処理空間６内にガス供給部１２によって酸素ガスをプラズマ発生用ガスとして供給し、処理空間６内を所定の放電圧力に保つ。そしてこの状態で、高周波電源部１４によって高周波電圧を高周波電極部３に印加することにより、処理空間６内にはプラズマ放電が発生し、これにより生じた酸素ガスのプラズマによって基板８の表面改質が行われる。プラズマ処理が終了した後には、図６（ｂ）に示すように、蓋部材２を上昇させて処理空間６を開放する。そしてプラズマ処理後の基板８を搬送爪２５によって押送し、乗移り部２４を経由して搬出レール２６に乗り移らせて下流側へ搬出する。
【００３５】
図７は、図６（ａ）のプラズマ処理過程を示している。高周波電源部１４によって高周波電極部３と天井電極部２ａとの間に高周波電圧を印加することにより、前述のように、処理空間６には酸素ガスのプラズマ３０が発生する。そしてこのプラズマには、酸素分子が電離してイオン化した酸素イオン３１と、酸素ラジカル３２とが含まれている。このうち、酸素イオン３１は電界によって高周波電極部３側へ加速されて裏面８ｃに衝突し、これにより裏面８ｃの表面の樹脂の分子は部分的に破壊されて除去される。このとき、処理空間６において発生した酸素イオン３１はほとんど基板８によってブロックされて、基板８の下面側に廻り込むことがない。
【００３６】
これに対し、電気的に中性な酸素ラジカル３２は電界によって加速されることなく、処理空間６内を拡散して移動する。そして拡散の過程において、酸素ラジカル３２は基板８の下方に形成された隙間空間内に進入して処理対象面８ｂに接触し、その化学作用によって処理対象面８ｂの表面樹脂層を活性化して改質する。
【００３７】
このとき、前述のように基板８の下方の隙間空間内においてプラズマ放電が発生しないように、放電圧力Ｐ、高周波電源出力Ｗおよび隙間寸法ｄが設定されていることから、処
理対象面８ｂ側には酸素イオン３１は存在しない。したがって、基板８において半導体チップ２０が実装された処理対象面８ｂに対して酸素イオン３１の作用が及ぶことがなく、処理対象面８ｂが過度に除去されて封止樹脂との密着性を低下させる事態が発生しない。
【００３８】
なお上述構成の支持部材７ａにおいて、図８に示すように、複数箇所に切欠き部７ｄを設けることにより、処理空間６にて発生した酸素ラジカル３２を基板８の下面側に迅速に導いて、処理対象面８ｂの表面改質処理の効率を向上させることができる。すなわち図９に示すように、支持部材７ａにおいて支持面７ｂを部分的に削り込んでガイド面７ｃの延長線に沿って下方に切り欠いた形態の切欠き部７ｄを形成する。これにより、基板８の上面側に存在する酸素ラジカル３２を含むガスは、基板８の側端面とガイド面７ｃとの間の隙間および切欠き部７ｄを介して基板８の下面側に回り込み、処理対象面８ｂに接触する。すなわちこの例では、支持部材７ａには、プラズマ放電によって発生した酸素ラジカル３２を含むガスを、基板８の上面側から処理対象面８ｂ側に導くガス導入路としての切欠き部７ｄが設けられた形態となっている。
【００３９】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理装置は、高周波電極部３の上面側において処理対象面８ｂの下方に形成される隙間空間Ｓの高さを、この隙間空間Ｓ内でプラズマ放電が発生しない高さとしたものである。これにより、樹脂封止面積が従来と比較して大幅に縮小されたことなどに起因して、高度の密着性・耐剥離性が要求される小型の半導体パッケージを処理対象とする場合においても、処理対象面８ｂにプラズマによって発生したラジカル粒子のみを作用させることができるという効果を得る。
【００４０】
また本実施の形態においては、高周波電極部３上に設けられた基板支持部７によって基板８を処理対象面８ｂを下面側に向けた姿勢で保持させるという簡略な構成によって、上述の効果を実現している。これにより、処理対象の基板の上面側をシールド部材で覆う方法や、高周波電源の接続方向を切り替えて電界方向を逆にして、イオン粒子を対向電極側に入射させるようにする方法などにおいて従来指摘されてた以下のような課題を解消することが可能となっている。
【００４１】
すなわち高周波電源の接続方向を切り替える方法において、真空チャンバの構造が複雑になって設備コスト高を招くという難点や、高エネルギで入射するイオンによるスパッタリング効果によって基板や真空チャンバ内部の汚染を招いてしまうという欠点、また基板をシールド材で覆う方法において、同様にシールド材自体の表面がスパッタリング効果によって除去されて真空チャンバ内部の汚染をもたらすという点に加えて、シールド材との干渉により搬送機構の複雑化が避けられないなどの課題が解消されている。したがって本実施の形態に示す構成を採用することにより、良好な表面改質効果を低コスト且つ簡便な機構で実現することが可能となっている。
【００４２】
なお上記実施の形態においては、ワイヤボンディングによって半導体チップ２０が実装された後の基板８をプラズマ処理による表面改質の処理対象とした例を示したが、本発明の適用対象となる基板の形態は上述例には限定されず、接着用や封止用の樹脂と基板との密着性の向上を目的とするものであれば、例えば図１０に示すような各種の形態に適用可能である。
【００４３】
図１０（ａ）は、バンプ付きのフリップチップ４０がバンプ４１を介して片面に実装され、アンダーフィル樹脂の充填が行われる前の状態の基板８１を処理対象とする例を示している。プラズマ処理による表面改質処理においては、基板８１は処理対象面８１ｂ、すなわちフリップチップ４０の実装面を下向きにした状態で基板保持部７に保持され、基板８１の下方には同様にプラズマ放電が発生しない隙間寸法ｄの隙間空間Ｓが形成される。
【００４４】
プラズマ処理においては、隙間空間Ｓ内に進入した酸素ラジカルは基板８１とフリップチップ４０との間の挟隙間内に進入し、内部表面と接触して表面改質を行う。この場合においても前述例と同様に良好な表面改質効果を得る。これにより、ディスペンサ４２によってアンダーフィル樹脂４３を基板８１とフリップチップ４０との間の挟隙間に進入させる樹脂充填工程において、アンダーフィル樹脂４３は挟隙間に良好に進入し、ボイドなどの欠陥のない補強樹脂部を形成することができる。
【００４５】
また図１０（ｂ）は、半導体チップ４４がダイアタッチチフィルム４５を介してボンディングされる前の基板８２を処理対象とする例を示している。半導体チップ４４には半硬化状態の接着用樹脂を膜状にしたダイアタッチフィルム４５が予め貼着されており、半導体チップ４４の実装に際しては、搭載ツール４６によって半導体チップ４４を保持させ、ダイアタッチフィルム４５を基板８２のボンディング面に対して圧着する。
【００４６】
表面改質処理においては、基板８２は処理対象面８２ｂ、すなわち半導体チップ４４の実装面を下向きにした状態で基板保持部７に保持され、基板８２の下方には同様にプラズマ放電が発生しない隙間寸法ｄの隙間空間Ｓが形成される。そしてプラズマ処理においては、前述と同様の効果を得る。これにより、後工程において半導体チップ４４をダイアタッチチフィルム４５を介して実装する際に、ダイアタッチチフィルム４５の樹脂成分は表面改質された基板８２の実装面に短時間で良好に密着し、接着樹脂層にボイドのない高品質のダイボンディングを効率よく行うことができる。
【００４７】
さらに図１０（ｃ）は、ＡＣＦなどの接着テープ４７が貼着される前の表示パネル８３を処理対象とする例を示している。２枚のガラス基板８３ａ、８３ｃを貼り合わせた表示パネル８３において、ガラス基板８３ａの縁部が露呈された部分には、コネクタなどの部品を接続するための接着テープ４７が貼着される。この場合には、接着テープ４７が貼着されるガラス基板８３ａの縁部が処理対象面８３ｂとなる。
【００４８】
表面改質処理においては、表示パネル８３は処理対象面８３ｂを下向きにした状態で基板保持部７に保持され、表示パネル８３の下方には同様にプラズマ放電が発生しない隙間寸法ｄの隙間空間Ｓが形成される。そしてプラズマ処理においては、前述と同様の効果を得る。これにより、後工程において接着テープ４７を貼着する際に、接着テープ４７の樹脂成分は表面改質されたガラス基板８３ａの縁部に短時間で良好に密着し、高品質のテープ貼着を効率よく行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のプラズマ処理装置および表面改質方法は、良好な表面改質効果を低コスト且つ簡便な機構で実現することができるという効果を有し、樹脂表面を有する基板の表面改質をプラズマ処理によって行う用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の処理対象となる基板および基板支持部の断面図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における基板の下面側の隙間空間の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における基板の下面側の隙間空間の説明図
【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図
【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理による表面改質方法の説明図
【図８】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板支持部の斜視図
【図９】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板支持部の平面図
【図１０】本発明の一実施の形態のプラズマ処理による表面改質の対象となる基板の説明図
【符号の説明】
【００５１】
２  蓋部材
２ａ  天井電極部（上部電極）
３  高周波電極部（下部電極）
６  処理空間
７  基板支持部
７ａ  支持部材  
７ｄ  切欠き部（ガス導入路）
８  基板
８ｂ  処理対象面
１２  ガス供給部
３１  酸素イオン（イオン粒子）
３２  酸素ラジカル（ラジカル粒子）
Ｓ  隙間空間
【図１】
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【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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