(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、この真空チャンバ内に相対向して配置された１対の電極と、これらの電極の間のプラズマ処理空間に配設され処理対象の樹脂基板が載置される基板載置部と、前記電極に高周波電圧を印加する高周波電源部と、この高周波電源部を制御する電源制御部と、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気部と、前記真空チャンバ内に反応性ガスを含むプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部とを備えたプラズマ処理装置によって樹脂基板の表面改質を行うプラズマ処理方法であって、
前記高周波電源部の出力および前記プラズマ処理空間におけるプラズマ発生用ガスの処理圧力とを制御して前記処理圧力が５０［Ｐａ］を超える条件でプラズマを発生させることにより、前記１対の電極間電圧のセルフバイアス電圧を前記処理圧力が５０［Ｐａ］以下の低処理圧力条件下における場合と比較して小さくして前記電極間のプラズマ放電によって前記プラズマ処理空間に発生した荷電粒子による樹脂基板表面に対するスパッタリング効果が許容上限を超えないようにして樹脂基板表面のスパッタリングによる損傷を防止するとともに、前記プラズマ処理空間に発生した活性物質の化学作用によって樹脂基板の表面改質を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂基板の表面改質を目的として行われるプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子が実装される基板では、半導体素子のフリップチップ工法による実装や半導体素子実装後のワイヤボンディングや樹脂封止に先立って基板の表面をプラズマ処理することが行われる。このプラズマ処理は、ワイヤボンディングのボンディング点の表面を清浄化することによりボンディング性を改善する目的や、基板の樹脂表面を改質して封止樹脂の密着性を向上させる目的で行われるものである。このうち表面改質を目的として行われるプラズマ処理ではプラズマ発生用ガスとして酸素が用いられ、プラズマ放電によって発生した酸素ラジカルなどの活性物質の化学的作用によって樹脂表面を改質する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のプラズマ処理においては、活性物質の化学的作用による表面改質効果とともに、酸素イオンや電子などの荷電粒子が衝突することによる物理作用によって樹脂表面の物質を除去するスパッタリング効果が発生する。そしてこのスパッタリングが過剰に行われると、樹脂表面が損傷を受けて封止樹脂との密着性を低下させる結果となり、本来の処理目的に反することとなる。このため、従来の樹脂基板の表面改質を目的とするプラズマ処理においては、基板への損傷を防止して効率的なプラズマ処理を行うことが困難であるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、樹脂基板の表面改質を目的とするプラズマ処理において、基板への損傷を防止しつつプラズマ処理を効率よく行うことができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理方法は、真空チャンバと、この真空チャンバ内に相対向して配置された１対の電極と、これらの電極の間のプラズマ処理空間に配設され処理対象の樹脂基板が載置される基板載置部と、前記電極に高周波電圧を印加する高周波電源部と、この高周波電源部を制御する電源制御部と、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気部と、前記真空チャンバ内に反応性ガスを含むプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部とを備えたプラズマ処理装置によって樹脂基板の表面改質を行うプラズマ処理方法であって、前記高周波電源部の出力および前記プラズマ処理空間におけるプラズマ発生用ガスの処理圧力とを制御して前記処理圧力が５０［Ｐａ］を超える条件でプラズマを発生させることにより、前記１対の電極間電圧のセルフバイアス電圧を前記処理圧力が５０［Ｐａ］以下の低処理圧力条件下における場合と比較して小さくして前記電極間のプラズマ放電によって前記プラズマ処理空間に発生した荷電粒子による樹脂基板表面に対するスパッタリング効果が許容上限を超えないようにして樹脂基板表面のスパッタリングによる損傷を防止するとともに、前記プラズマ処理空間に発生した活性物質の化学作用によって樹脂基板の表面改質を行う。
【０００７】
本発明によれば、高周波電源の出力およびプラズマ処理空間におけるプラズマ発生用ガスの処理圧力とを制御して、電極間のプラズマ放電によってプラズマ処理空間に発生した荷電粒子による樹脂基板表面に対するスパッタリング効果が許容上限を超えないようにすることにより、樹脂基板表面のスパッタリングによる損傷を防止するとともに、プラズマ処理空間に発生した活性物質の化学作用によって樹脂基板の表面改質を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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方法におけるプラズマ処理空間の状態説明図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるガス流量とエッチングレートとの相関を示すグラフ、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における電極間電圧を示すグラフである。
【０００９】
まず図１を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部には、１対をなす下部電極３および上部電極５が相対向して配置されている。下部電極３の下部は絶縁体２を介して真空チャンバ１の底面を貫通して外部に突出しており、上部電極５の上部は真空チャンバ１の上面を貫通して接地部６に接続されている。下部電極３と上部電極５の間の空間はプラズマ処理空間７となっており、下部電極３の上面にはプラズマ処理の対象となる樹脂材質の基板４が載置される。下部電極３の上面は処理対象の基板４を載置する基板載置部となっている。
【００１０】
真空チャンバ１の底面には、２つの開孔部１ａ，１ｂが設けられており、開孔部１ａ，１ｂはそれぞれ真空排気部９、ガス供給部１０に接続されている。真空排気部９を駆動することにより、真空チャンバ１の内部が真空排気される。またガス供給部１０を駆動することにより、真空チャンバ１の内部には、酸素ガスなどの反応性ガスを含むプラズマ発生用ガスが供給される。
【００１１】
真空排気部９、ガス供給部１０の駆動において、制御部１２によって真空排気部９、ガス供給部１０を制御することにより、真空チャンバ１内部の真空度および真空チャンバ１内に供給されるプラズマ発生用ガスの供給量を制御することができ、従って真空チャンバ１内のプラズマ処理空間７におけるにおけるプラズマ発生用ガスの圧力（処理圧力）を所定圧力に設定することができる。
【００１２】
下部電極３には電源制御部１１によって制御される高周波電源部８が接続されており、高周波電源部８を駆動することにより、上部電極５と下部電極３との間には高周波電圧が印加される。真空チャンバ１内を真空排気した後にプラズマ発生用ガスを供給した状態で高周波電源部８を駆動することにより、プラズマ処理空間７には酸素ガスを含むプラズマ発生用ガスのプラズマが発生する。このとき、制御部１２によって、真空排気部９、ガス供給部１０および電源制御部１１を制御することにより、真空チャンバ１内の処理圧力および高周波電源部８の出力を所望の条件に設定することができるようになっている。
【００１３】
次に図２を参照して、酸素ガスを含むプラズマ発生用ガスによってプラズマを発生させたときのプラズマ処理空間７の状態について説明する。図２に示すように、下部電極３と上部電極５との間に高周波電圧（電極間電圧）Ｖを印加してプラズマ放電を発生させることにより、プラズマ処理空間７には酸素ガスのプラズマ（破線１３参照）が発生し、酸素イオンＯ+、電子ｅ-などの荷電粒子および酸素ラジカルＯ*が発生する。酸素イオンＯ+、電子ｅ-はそれぞれ正電荷、負電荷を有する粒子である。また酸素ラジカルＯ*は、酸素原子が活性化した電気的に中性の粒子である。なおプラズマ発生用ガスとしてここでは酸素を用いる例を示しているが、塩素やフッ素、臭素を用いてもよく、またはこれらを混合したものでも良い。
【００１４】
このようなプラズマが発生した状態で、下部電極３上に処理対象の基板４を載置すると、基板４の上面には、上述の酸素イオンＯ+と電子ｅ-などの荷電粒子による物理作用、すなわちこれらの荷電粒子が基板４の表面に衝突することによるスパッタリング効果が作用する。これにより、基板４を構成する樹脂材料の表面が部分的に除去される。またこのスパッタリング効果と同時に、活性物質である酸素ラジカルＯ*の化学作用により、基板４の樹脂表面の表面改質が行われる。
【００１５】
次に図３，図４を参照して、プラズマ処理方法の例について説明する。図３は、前述のプラズマ処理装置を用いて、系統的なプラズマ処理試験を行った結果に基づいて求められたエッチングレートと処理圧力との相関を示している。すなわち、高周波電源部８の高周波出力を６００Ｗに設定した場合において、ガス供給部１０を制御して真空チャンバ１内に供給される酸素ガスの流量（横軸）を徐々に増加させた場合における試験基板の単位時間あたりの表面除去量（縦軸）をグラフで示している。
【００１６】
図３から判るように、酸素ガスの流量を次第に増加させて処理圧力が増大するのに伴って、エッチングレートは徐々に低下している。そして特定の処理圧力以上ではエッチングレートはほぼゼロに近く、樹脂表面に対するスパッタリング効果がほとんど生じていないことが判る。なお、スパッタリング効果が生じない場合にあっても、プラズマ放電によって発生する酸素ラジカルＯ*が基板４の表面近傍に存在している限りにおいては、基板４の樹脂表面には酸素ラジカルＯ*の化学作用が及び、表面改質効果が損なわれることはない。
【００１７】
すなわち、本実施の形態のプラズマ処理方法においては、前述のプラズマ処理装置によって樹脂材質の基板４の表面改質を目的としたプラズマ処理を行うに際して、高周波電源部８の出力およびプラズマ処理空間７におけるプラズマ発生用ガスの処理圧力とを制御することにより、プラズマ放電によってプラズマ処理空間７に発生した荷電粒子による基板４表面に対するスパッタリング効果が許容上限を超えないようにして基板４表面の過度のスパッタリングによる損傷を防止するとともに、プラズマ処理空間７に発生した活性物質（酸素ラジカルＯ*）の化学作用によって、基板４の表面改質を行うようにしている。
【００１８】
ここで、上記プラズマ処理方法における処理条件の具体例について説明する。前述のようにこの処理条件は、実際のプラズマ処理装置を用いて行った試験結果から求められるものである。図３に示すように、高周波電源部８の高周波出力を６００Ｗに設定した場合のエッチングレートの実測例では、処理圧力５７．５［Ｐａ］でエッチングレートがほぼゼロとなっている。したがって、この圧力よりも幾分低い処理圧力（５０［Ｐａ］）を実用的な処理圧力の下限として設定すれば、基板４の樹脂表面に対して過剰なスパッタリング効果を及ぼすことなく、表面改質効果のみを確保することができる。すなわち本実施の形態では、処理圧力５０［Ｐａ］以上の条件で表面改質を目的としたプラズマ処理を行う。もちろん、高周波出力との関連において、安定したプラズマが発生可能な圧力条件であることが前提であることはいうまでもない。
【００１９】
次に図４を参照して、上記プラズマ処理における電極間電圧Ｖについて説明する。図４（ａ）は、高周波電源部８が発生する高周波電圧の印加パターンを示しており、規則正しいステップ状波形の交番電圧が印加されるようになっている。これに対し、図４（ｂ）は、プラズマ処理空間７における処理圧力が低い処理条件において、図４（ａ）に示す波形の交番電圧を印加した場合の電極間電圧Ｖ（図２に示す下部電極３と上部電極５との間に実際に生じる電位差）を示している。
【００２０】
すなわち、交番電圧が電極間に印加されることにより、基板４が載置された下部電極３の帯電状態は、正、負を交互に繰り返す。そして下部電極３が正電荷によって帯電しているときには、プラズマ処理空間７内に発生した帯電粒子のうちの負電荷である電子ｅ-が基板４に向かって移動し、基板４の表面に到達して負電荷を基板４に与える。これに対し、下部電極３が負電荷によって帯電したときには、プラズマ処理空間７内に発生した帯電粒子のうちの正電荷である酸素イオンＯ+が基板４に向かって移動し、基板４の表面に到達して正電荷を基板４に与える。
【００２１】
このとき、電子ｅ-は酸素イオンＯ+と比較して質量が格段に小さいことから、電子ｅ-は基板４の表面に速やかに到達し、単位時間内に基板４に到達する電子ｅ-の数は多い。従って単位時間に多くの負電荷が基板４に与えられ、この結果交番電圧印加中において電極間電圧Ｖは低下する（図４（ｂ）に示すＡ参照）。これに対し、下部電極３が負に帯電して酸素イオンＯ+が基板４に対して移動する際には、酸素イオンＯ+の質量が大きいことから移動速度が遅く、単位時間内に基板４に到達する酸素イオンＯ+の数は少ない。従って、単位時間に基板４に与えられる正電荷はわずかであり、交番電圧印加中における電極間電圧Ｖ（負電圧）の低下は小さい（図４（ｂ）に示すＢ参照）。
【００２２】
このような電圧変化が交番電圧印加の度に反復されることにより、電極間電圧Ｖは次第に負側へ移動し、定常状態においては負側にある電圧値（セルフバイアス電圧Ｖｄｃ）だけバイアスされた形となる。そしてこのセルフバイアス電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って酸素イオンＯ+が基板４に対して衝突する際のエネルギが増大し、酸素イオンＯ+によるスパッタリング効果が増大するとともに、電子ｅ-によるスパッタリング効果がこれに重畳される。
【００２３】
これに対し、図４（ｃ）はプラズマ処理空間７における処理圧力が高く、５０［Ｐａ］を超える条件でプラズマを発生させた場合の電極間電圧Ｖを示している。このような高圧力の処理条件下では真空チャンバ１内のガス密度が高く、プラズマ処理空間７内には酸素イオンＯ+や酸素ラジカルＯ*などの粒子が多数存在することから、電子ｅ-が基板４に向かって移動する過程でこれらの粒子と衝突する確率が高い。
【００２４】
このため、図４（ｂ）に示す場合と比較して、基板４の表面に到達する電子ｅ-の数が少なく、交番電圧印加中における電極間電圧Ｖの低下が少ない。この結果、セルフバイアス電圧Ｖｄｃは、図４（ｂ）に示す低処理圧力条件下における場合と比較して小さく、酸素イオンＯ+が基板４に対して衝突することによるスパッタリング効果を抑制することができる。したがって、スパッタリングが過剰に行われることによる基板４の樹脂表面の損傷を生じさせることなく、基板４の表面改質を目的とするプラズマ処理を効率よく行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波電源の出力およびプラズマ処理空間におけるプラズマ発生用ガスの処理圧力とを制御して、電極間でのプラズマ放電によってプラズマ処理空間に発生した荷電粒子による樹脂基板表面に対するスパッタリング効果が許容上限を超えないようにすることにより、樹脂基板表面のスパッタリングによる損傷を防止するとともに、プラズマ処理空間に発生した活性物質の化学作用によって樹脂基板の表面改質を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【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方法におけるプラズマ処理空間の状態説明図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるガス流量とエッチングレートとの相関を示すグラフ
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における電極間電圧を示すグラフ
【符号の説明】
１  真空チャンバ
３  下部電極
４  基板
５  上部電極
７  プラズマ処理空間
８  高周波電源部
９  真空排気部
１０  ガス供給部
１１  電源制御部
【図１】
0003960080.tif 000002
【図２】
0003960080.tif 000003
【図３】
0003960080.tif 000004
【図４】
0003960080.tif 000005