(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面中央のランド上に搭載されたチップの上面のパッドと、ランドの側方に形成された電極をワイヤで接続するワイヤボンディングに先立って行われるチップ搭載済基板のプラズマクリーニング方法であって、真空チャンバ内に収納された基板に、前記チップと前記電極を露呈させる開口部を有し、且つ前記チップの側方へばり出して露呈するランドおよびこのランドに接続された導電部を覆うマスク部材を重ね、その状態でプラズマ発生用電極に電圧を印加して前記真空チャンバ内にプラス電荷のイオンとマイナス電荷の電子を発生させることにより、このイオンと電子を前記パッドおよび前記電極に衝突させて前記パッドと前記電極をクリーニングするようにしたことを特徴とするチップ搭載済基板のプラズマクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップのパッドと基板の電極をワイヤで接続するワイヤボンディングに先立って行われるチップ搭載済基板のプラズマクリーニング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板に搭載されたチップのパッドと基板の電極をワイヤで接続するワイヤボンディングを行うのに先立って、基板のプラズマクリーニングを行うことが知られている。プラズマクリーニングは、基板を真空チャンバ内に収納し、真空チャンバに設けられたプラズマ発生用電極に高周波の電圧を印加して真空チャンバ内にプラス電荷のイオンとマイナス電荷の電子を発生させ、これらのイオンと電子をチップの上面のパッドや基板の電極に衝突させることにより、パッドや電極をクリーニングするものである。このようにパッドや電極をクリーニングすると、ワイヤのボンディング性が向上し、ワイヤをパッドや電極にしっかりボンディングすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した基板のプラズマクリーニングを行うと、チップ内部のトランジスタ構造部が破壊される現象が生じやすい。従来、このチップ破壊の原因は不明であり、このことがプラズマクリーニングが広く普及しない理由の１つとなっていた。本発明は、このチップ破壊の原因を究明するプロセスでなされたものであって、以下に、本発明者が究明したチップ破壊の原因について説明する。
【０００４】
図４は、従来の基板のプラズマクリーニング装置の要部断面図である。図中、１はプラズマクリーニングの対象となる基板である。基板１の上面中央にはランド２が形成されており、ランド２の側方には電極３が形成されている。チップ４はランド２上にボンド６で接着して搭載されている。チップ４の上面にはパッド５が形成されている。パッド５と電極３は、後のワイヤボンディング工程において、ワイヤで接続される。パッド５と電極３は、ワイヤのボンディング性を向上させるためにプラズマクリーニングされるものである。
【０００５】
ボンド６はエポキシ樹脂にＡｇなどの金属粉を混入して生成されている。この基板１を完成させた後、電子機器に組み込み、チップ４に電流を流すと、チップ４は内部抵抗により発熱する。そこでボンド６に熱伝導性のよいＡｇなどの金属粉を混合し、チップ４の熱をボンド６を通してランド２に放熱させるようにしている。
【０００６】
基板１はプレート状のプラズマ発生用電極７上に配置される。電極７上にはカバー部材８が被蓋されており、カバー部材８の内部は真空チャンバ９になっている。電極７には交流電源１０が接続されており、高周波の電圧が印加される。またカバー部材８は接地部１１に接続されている。真空チャンバ９の内部は真空吸引手段で真空吸引され、また真空チャンバ９の内部にはＡｒ（アルゴン）ガスなどのプラズマ発生用ガスが供給される。
【０００７】
次にプラズマクリーニングの動作について説明する。基板１を電極７上に配置し、真空チャンバ９内を真空吸引手段で真空吸引した後、Ａｒガスを供給する。次に交流電源１０を駆動して電極７に高周波の電圧を印加する。すると真空チャンバ９の内部はプラズマ状態となり、プラス電荷のイオンＡｒ+とマイナス電荷の電子ｅ-が発生する。このイオンＡｒ+と電子ｅ-が基板１の電極３やチップ４のパッド５に衝突し、電極３やパッド５はクリーニングされる。
【０００８】
さて、基板１は電極７の中央部に配置されており、電極７の周辺部は基板１に覆われることなく真空チャンバ９内に露呈している。一方、電極７には高周波の高電圧が印加され、その結果電極７は高サイクルで＋電位と−電位に変動する。その結果、電子ｅ−の運動は電極７の周辺部できわめて活発となる。図４において、破線矢印ａは、基板に覆われていない電極７の周辺部で活発に運動する電子ｅ−を示している。またチップ４の上方における真空チャンバ９の中央部付近の電子ｅ−も基板１を避けて周辺部へ移動し（破線矢印ｂ参照）、矢印ａで示すように活発に運動する。
【０００９】
以上の現象により、真空チャンバ９の中央部Ａでは、Ａｒ+などのプラス電荷のイオンの量が相対的に多くなり、また真空チャンバ９の周辺部Ｂではマイナス電荷の電子ｅ-の量が相対的に多くなる。すなわち、真空チャンバ９内のプラスイオンと電子の分布は不均一となる。したがって真空チャンバ９の中央部Ａに位置するチップ４のパッド５は電気的にプラスにチャージされやすく、基板１の電極３はマイナスにチャージされやすくなる。
【００１０】
ここでチップ破壊にとって重要なことは、ランド２が電子ｅ−によってマイナスにチャージされることである。すなわち図４に示すように、ランド２はチップ４よりもかなり大きく形成されており、その側部Ｃはチップ４から側方へばり出して露呈しているが、このランド２のばり出した部分にはプラス電荷のイオンよりも電子ｅ−がより多量に衝突し、ランド２は電気的にマイナスにチャージされるものである。一方、チップ４のパッド５は上述したようにプラスにチャージされるため、パッド５とランド２には大きな電位差が生じる。ところがチップ４は導電性を有するボンド６でランド２に接着されているので、パッド５とチップ４に大きな電位差が生じ、それによってチップ４の内部に形成されたトランジスタ構造部に流れるチャージアップ電流のためにトランジスタ構造部が破壊されるものである。
【００１１】
次に、チップ４からばり出したランド２のばり出し面積の大きさと、パッド５とトランジスタ構造部の間の電位差の関係について説明する。図５はチップとランドの平面図であって、図５（ａ）は、チップ４とランド２の面積が等しく、ランド２がチップ４からまったくばり出していない場合（ばり出し面積０ｍｍ２）を示している。図５（ｂ）は、チップ４からばり出して露呈するランド２の面積が比較的小さい場合（ばり出し面積３０ｍｍ２）を示している。また図５（ｃ）は、チップ４が小さく、チップ４からばり出して露呈するランド２の面積が大きい場合（ばり出し面積１００ｍｍ２）を示している。また図５（ｄ）は、図５（ｃ）に示すランド２に導電部１２が接続している場合を示している。この導電部１２は、メッキ手段によりランド２や電極３などの回路パターンを形成する際のメッキ用電極となるものであり、この種の基板には一般に存在するものである。この場合、導電部１２はランド２と導通しているので、ランド２の実質的なばり出し面積は導電部１２の面積が加算されたものになる（ばり出し面積１７０ｍｍ２）。
【００１２】
図６はランドの露呈面積とパッド−ランド間の電位差の大きさを示すグラフであって、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す４つについて、同一条件（高周波電源の電力５００Ｗ、真空チャンバの圧力６Ｐａ、プラズマクリーニング時間１ｍｉｎ）でプラズマクリーニングを行ったときのパッド５とチップ４の電位差を測定した結果を示している。（ａ）の場合、電位差は２．４Ｖ、（ｂ）の場合は５．３Ｖ、（ｃ）の場合は５．８Ｖ、（ｄ）の場合は６．２Ｖである。
【００１３】
図６から明らかなように、チップ４から露呈するランド２のばり出し面積が大きい程、パッド５とチップ４の間の電位差は大きくなり、それだけ大きなチャージアップ電流が流れてチップ破壊の可能性が高くなる。チップ破壊が発生する限界はチップの品種によって相違するが、一般には５Ｖを越えるとチップ破壊の可能性が急激に増大する。また本発明者の実験によれば、殊にＭＯＳ型トランジスタを有するチップがチップ破壊を生じやすい。
【００１４】
以上のことから、本発明者は、次の（１），（２）のことを究明した。すなわち、（１）プラズマクリーニング時のチップ破壊の原因は、プラズマクリーニング時に真空チャンバ内で発生するプラス電荷のイオンとマイナス電荷の電子の分布は不均一であり、その結果チップのパッドとチップが搭載されたランドがそれぞれプラスとマイナスにチャージされ、その結果チップ内部のトランジスタ構造部に過大なチャージアップ電流が流れることに起因すること、（２）パッドとチップ間の電位差はチップからばり出して露呈するランドのばり出し面積およびランドに接続する導電部の大きさにほぼ比例すること、である。
【００１５】
したがって本発明は、プラズマクリーニング中のランドのチャージアップによるチップ破壊を解消できるチップ搭載済基板のプラズマクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空チャンバ内に収納された基板に、前記チップと前記電極を露呈させる開口部を有し、且つ前記チップの側方へばり出して露呈するランドおよびこのランドに接続された導電部を覆うマスク部材を重ね、その状態でプラズマ発生用電極に電圧を印加して前記真空チャンバ内にプラス電荷のイオンとマイナス電荷の電子を発生させることにより、このイオンと電子を前記パッドおよび前記電極に衝突させ、また前記電極に電子をイオンよりも相対的に多く衝突させて前記パッドと前記電極をクリーニングするようにした。
【００１８】
上記構成の本発明によれば、チップから露呈するランドが電子でマイナスにチャージアップされるのを解消し、あるいはチップとランドを絶縁することにより、プラズマクリーニング時に大きなチャージアップ電流が流れてチップ破壊が発生するのを解消することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の基板のプラズマクリーニング装置の断面図、図２は同チップ搭載済基板とマスク部材の斜視図、図３は同チャージアップ電位差の大きさを示すグラフである。なお図４に示す従来の要素と同一要素には同一符号を付す。
【００２０】
まず、図１を参照して基板のプラズマクリーニング装置の構造を説明する。プラズマ発生用電極７はベース部材１３に絶縁部材２４を介して装着されており、ベース部材１３上に箱形のカバー部材８が開閉自在に設置されている。ベース部材１３とカバー部材８はシール１４により密閉される。電極７には高周波の交流電源１０が接続され、またカバー部材８は接地部１１に接続されている。
【００２１】
電極７上には基板１が載置されている。図１および図２において、基板１の上面中央のランド２上にはチップ４がボンド６で接着して搭載されており、ランド２の側方には電極３が形成されている。また基板１の角部にはランド２に接続する導電部１２が形成されている。
【００２２】
図１において、ベース部材１３にはパイプ１５が挿入されている。パイプ１５には真空吸引手段１６が接続されており、バルブ１７を開閉することにより真空チャンバ９内を真空吸引し、また真空吸引を中止する。またカバー部材８にはパイプ１８が挿入されている。パイプ１８にはプラズマ発生用ガス供給手段１９が接続されており、バルブ２０を開閉することにより、真空チャンバ９内にＡｒガスなどのプラズマ発生用ガスが供給される。
【００２３】
図１および図２において、基板１はマスク部材２１で覆われている。マスク部材２１は絶縁性のプレートから成り、基板１上のチップ４と電極３を露呈させるための開口部２２，２３が開口されている。
【００２４】
上記構成において、真空チャンバ９内を真空吸引手段１６で真空吸引し、また真空チャンバ９内にＡｒガスなどのプラズマ発生用ガスを供給し、電極７に高周波の電圧を印加する。すると真空チャンバ９内にＡｒ+などのイオンと電子ｅ-が発生する。
【００２５】
図４を参照して説明したように、真空チャンバ９内におけるイオンと電子の分布が不均一になると、チップ４の上方における中央部ＡはイオンＡｒ＋が相対的に多くなり、周辺部Ｂには電子ｅ−が相対的に多くなる。したがって開口部２２から露呈するチップ４の上面にはイオンＡｒ＋が電子ｅ−よりも相対的に多く衝突してパッド５をクリーニングし、またパッド５をチャージアップする。また開口部２３に露呈する電極３には電子ｅ−がイオンＡｒ＋よりも相対的に多く衝突し、これをクリーニングする。一方、チップ４からばり出したランド２はマスク部材２１で覆われているのでイオンＡｒ＋や電子ｅ−はほとんど衝突せず、したがってランド２のチャージアップは抑制される。したがってパッド５とランド２の電位差はそれ程大きくならない。
【００２６】
図３は、パッド５とチップ４のチャージアップ電位差の測定結果を示している。図３において、（イ）はマスク部材２１を使用しなかった場合であって、この場合の電位差は６Ｖ強である。また（ロ）はマスク部材２１を用いた場合でその電位差は３Ｖ弱である。上述したように、一般には５Ｖ以下であればチップ破壊のおそれはほとんどなく、したがって本方法によればチップ破壊をほぼ解消できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、チップから露呈するランドが電子でマイナスにチャージアップされるのを解消し、あるいはチップとランドを絶縁してチャージアップ電流が流れるのを抑制することにより、プラズマクリーニング時にチップ破壊が発生するのを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の基板のプラズマクリーニング装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１のチップ搭載済基板とマスク部材の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１のチャージアップ電位差の大きさを示すグラフ
【図４】従来の基板のプラズマクリーニング装置の要部断面図
【図５】チップとランドの平面図
【図６】ランドの露呈面積とパッド−ランド間の電位差の大きさを示すグラフ
【符号の説明】
１  基板
２  ランド
３  電極
４  チップ
５  ランド
６  ボンド
７  プラズマ発生用電極
８  カバー部材
９  真空チャンバ
１０  交流電源
１２  導電部
１６  真空吸引手段
１９  プラズマ発生用ガス供給手段
２１  マスク部材
２２，２３  開口部
【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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