特許 5996654 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5996654

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20160908BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160908BHJP

   C23F 4/00 20060101ALI20160908BHJP

   C23G 5/00 20060101ALI20160908BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20160908BHJP

   H05K 3/26 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 M

   H01L21/302 102

   C23F4/00 A

   C23G5/00

   H01L21/304 645C

   H05K3/26 F

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-531421(P2014-531421)

(86)(22)【出願日】2012年8月22日

(86)【国際出願番号】JP2012071172

(87)【国際公開番号】WO2014030224

(87)【国際公開日】20140227

【審査請求日】2015年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000120386

【氏名又は名称】株式会社ＪＣＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100075281

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 和憲

(72)【発明者】

【氏名】佐波 正浩

(72)【発明者】

【氏名】上山 浩幸

【審査官】 山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３２９３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０３８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３２７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８６９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２９９３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｆ ４／００

Ｃ２３Ｇ ５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｋ ３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を処理室内に収容し、真空にした前記処理室内に導入したプロセスガスからプラズマを発生させ、前記プラズマによって前記被処理物の表面に処理を行うプラズマ処理装置において、
一対の側面の間に前記側面と直交する方向で、複数の前記被処理物を間隔あけて積層した状態に保持し、且つ積層された前記被処理物の間の各前記側面の部分を露出する側面開口を有し、前記処理室内に載置されるホルダーと、
前記ホルダーが前記処理室内に載置された状態で、前記ホルダーの一方の前記側面開口に対向して配されるガス導入部であって、前記側面開口に向けて配される複数の導入口を有し、前記導入口からプロセスガスを前記側面開口に向けて放出するガス導入部と、
前記ホルダーが前記処理室内に載置された状態で、前記ホルダーを挟んで前記ガス導入部とは反対側の前記処理室の領域に配され、前記処理室内から前記プラズマを含むプロセスガスを排気する排気口と、
前記プラズマを発生させる高周波電圧を出力する電源と、
前記電源からの高周波電圧が印加される円柱形状の第１電極及び接地される円柱形状の第２電極を有し、前記第１電極及び前記第２電極は、前記ホルダーと前記導入口との間で互いに略平行状態で離間し、且つ前記プロセスガスの放出方向と直交する方向に並べられる１列以上の電極列を有する電極ユニットと、
前記ホルダーの一対の前記側面及び前記処理室への載置面を除く周囲で前記処理室との間に配され、前記処理室を前記導入口側の導入口側空間と前記排気口側の排気口側空間に分けて、前記ホルダーの周囲を通り前記導入口から前記排気口への前記プラズマの流れを抑制する流路制御部材と
を備えるプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記電極ユニットは、前記ホルダーを挟む位置で、前記導入口側空間及び前記排気口側空間にそれぞれ設けられている請求項１記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記処理室は箱状であり、前記処理室の側面及び上面を構成する蓋部と、前記処理室の底面部を構成する底面部とを備え、
前記蓋部が前記底面部から離される開放状態で、前記被処理物が積層されている前記ホルダーが前記底面部に載置され、前記ホルダーの載置後に前記蓋部及び前記底面部が閉鎖状態になる請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記ホルダーは、前記側面開口が形成される平行な一対の側板と、前記側板の上端縁及び下端縁を連結する天板及び底板を有する角筒であり、前記角筒の両端の開口から前記被処理物がセットされ、前記閉鎖状態では前記開口が前記流路制御部材により塞がれる請求項３記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空の処理室内でクリーニングやエッチング、表面改質などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板やリードフレーム等の被処理物に対して、プラズマを用いてクリーニング（洗浄）、デスミア、デスカム、エッチング、表面改質などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。例えば、半導体素子の電極と基板とを接続するワイヤボンディング工程の前段階では、プラズマ処理によるクリーニング（以下、プラズマ洗浄という）を行い、半導体素子の電極の表面と、基板に形成された接続部（ランド）の表面の汚れを除去し、ボンディングワイヤと接続部との接続強度を向上させている。

【0003】

特許文献１のプラズマ処理装置では、真空の処理室と、この処理室内に配された一対の平板電極とを備え、この平板電極の間に１枚の板状の被処理物を配置して、プラズマ洗浄を行っている。一対の平板電極は、一方が高周波電圧が印加されるＲＦ電極（活性電極）で、他方が接地された接地電極である。被処理物を処理室内にセットした後、十分に減圧してからプロセスガス（例えばアルゴンガス）を導入すると共に、平板電極に電力を供給して、プロセスガスをプラズマ化する。発生したプラズマ中のラジカルやイオンが被処理物の表面に接触ないし衝突することによって表面の汚れが除去される。

【0004】

特許文献１のプラズマ処理装置は、いわゆる枚葉式であり、被処理物の処理室への搬入，処理室の減圧，プラズマ洗浄，被処理物処理室からの搬出などの工程を１枚の被処理物ごとに行う必要があり効率が悪い。そこで、複数枚の被処理物を保持したホルダーを処理室に配し、それら複数枚の被処理物に一括してプラズマ洗浄を行うプラズマ処理装置が知られている。例えば特許文献２のプラズマ処理装置では、対向配置された平板状のＲＦ電極と接地電極との間にホルダーを配している。また、特許文献３のプラズマ処理装置では、対向配置された一対の平板状のＲＦ電極の間にホルダーを配し、それらの外側を囲む処理室を接地電極としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−２７１１８３号公報

【特許文献2】特開２００４−８８３０号公報

【特許文献3】特開２００８−２９９３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献２，３のように電極とホルダーを配した構成では、プラズマ洗浄が不均一になるという問題があった。このため、例えば十分な洗浄が行われなかった部分ではワイヤボンディングの接続強度が不十分となって、製品不良が生じることがあった。ホルダーに収容された被処理物では周辺部分に比べて中央部に対する洗浄力が低いことから、ホルダーの奥にまで十分なプラズマが供給されていないことが原因と推測される。なお、このような問題は、プラズマ洗浄に限らず、プラズマエッチングなどのプラズマ処理にも同様に生じる。

【0007】

本発明は、複数の被処理物に対するプラズマによる表面処理を均一に行うことができるプラズマ処理装置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】

【0008】

本発明のプラズマ処理装置は、ホルダーと、ガス導入部と、排気口と、電源と、電極ユニットと、流路制御部材とを備え、被処理物を処理室内に収容し、真空にした処理室内に導入したプロセスガスからプラズマを発生させ、プラズマによって被処理物の表面に処理を行う。ホルダーは、一対の側面の間に側面と直交する方向で、複数の被処理物を間隔あけて積層した状態に保持し、且つ積層された被処理物の間の各側面の部分を露出する側面開口を有し、処理室内に載置される。ガス導入部は、ホルダーが処理室内に載置された状態で、ホルダーの一方の側面開口に対向して配される。ガス導入部は、側面開口に向けて配される複数の導入口を有し、導入口からプロセスガスを側面開口に向けて放出する。排気口は、ホルダーが処理室内に載置された状態で、ホルダーを挟んでガス導入部とは反対側の処理室の領域に配され、処理室内からプラズマを含むプロセスガスを排気する。電源は、プラズマを発生させる高周波電圧を出力する。電極ユニットは、電源からの高周波電圧が印加される円柱形状の第１電極及び接地される円柱形状の第２電極を有する。第１電極及び第２電極は、ホルダーと導入口との間で互いに略平行状態で離間し、且つプロセスガスの放出方向と直交する方向に並べられる１列以上の電極列を有する。流路制御部材は、ホルダーの一対の側面及び処理室への載置面を除く周囲で処理室との間に配され、処理室を導入口側の導入口側空間と排気口側の排気口側空間に分けて、ホルダーの周囲を通り導入口から排気口へのプラズマの流れを抑制する。

【0009】

電極ユニットは、ホルダーを挟む位置で、導入口側空間及び排気口側空間にそれぞれ設けられていることが好ましい。

【0010】

処理室は箱状であり、処理室の側面及び上面を構成する蓋部と、処理室の底面部を構成する底面部とを備え、蓋部が底面部から離される開放状態で、被処理物が積層されているホルダーが底面部に載置され、ホルダーの載置後に蓋部及び底面部が閉鎖状態になることが好ましい。

【0011】

ホルダーは、側面開口が形成される平行な一対の側板と、側板の上端縁及び下端縁を連結する天板及び底板を有する角筒であり、角筒の両端の開口から被処理物がセットされ、閉鎖状態では開口が流路制御部材により塞がれることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、電極間で発生したプラズマをホルダー内に十分かつ均一に供給することができ、被処理物の表面に対するプラズマによる処理を十分にかつ均一に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明のプラズマ処理装置の外観を示す斜視図である。

【図2】複数枚の基板を保持するホルダーを示す斜視図である。

【図3】閉鎖状態としたときの処理室の各部の状態を示す斜視図である。

【図4】開放状態としたときの処理室の各部の状態を示す斜視図である。

【図5】第１，第２電極の取付けを示す説明図である。

【図6】開放状態におけるホルダーと第１流路制御板との位置を示す斜視図である。

【図7】閉鎖状態におけるホルダーと第１流路制御板との位置を示す斜視図である。

【図8】処理ユニットの電気的な接続関係を示す説明図である。

【図9】電極ユニットを２列の電極列から構成した列を示す説明図である。

【図10】導入口側の他に排気口側に電極ユニットを設けた列を示す説明図である。

【図11】第１電極の電極列と第２電極の電極列とから構成した例を示す説明図である。

【図12】２列の電極列の相互で第１電極と第２電極の配置をずらした例を示す説明図である。

【図13】電極ユニットを第１電極の電極列と第２電極の電極列とから構成し、電極列の位置をずらした例を示す説明図である。

【図14】各電極を角柱形状にした例を示す斜視図である。

【図15】各電極を板状にした例を示す斜視図である。

【図16】電極を中空にして冷却水で冷却する例を示す断面図である。

【図17】各電極の端部を接続して冷却水を流す例を示す斜視図である。

【図18】一対の格子状の電極板を用いた例を示す斜視図である。

【図19】真空槽の一部を引き出して処理室を開放する例を示す断面図である。

【図20】ガス導入口を中空管で構成した例を示す説明図である。

【図21】第２電極を接地しない例を示す説明図である。

【図22】比較のための従来のプラズマ処理装置を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に示すように、本発明を実施したプラズマ処理装置１０は、複数枚の被処理物に対してプラズマ処理を行う。この例では被処理物として、板状の被処理物である基板１１（図２参照）の上面と下面とを被処理面としてプラズマ洗浄する。基板１１は、その上面に複数の半導体素子を実装したものである。プラズマ洗浄では、半導体素子の電極、その電極とワイヤボンディングで接続される基板の接続部をクリーニングする。また、はんだボール（電極）を形成するための基板１１の下面もクリーニングする。

【0020】

なお、被処理物としては、上記のように半導体素子を実装した基板１１に限らず、リードフレームなどでもよい。また、後述するように間隔をあけて積層した状態でホルダーに保持できるものであれば、基板等に電子部品を実装したものや凹凸があっても板状といえる被処理物や、立体的な形状の被処理物に対してプラズマ処理をすることができる。さらに、この例では、プラズマ処理として基板の接続面、半導体素子の電極に付着した樹脂等を除去するプラズマ洗浄について説明するが、プラズマ処理は、デスミア、デスカム、エッチング、表面改質などでもよい。

【0021】

プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理を行う処理ユニット１２と、処理を制御する制御ユニット１３を有する。処理ユニット１２は、内部に処理室１４を形成する真空槽１５、処理室１４内に配された電極や、真空ポンプ１６，ガス供給装置１７、高周波電源１８等などで構成される。真空槽１５は、箱状であり、真空槽１５の側面及び上面となる蓋部１５ａと、底面部１５ｂとからなる。これら蓋部１５ａ，底面部１５ｂは、例えばステンレス製である。蓋部１５ａは、上下方向に移動自在であり、下方に移動することによって底面部１５ｂとともに閉じた空間としての処理室１４を形成する（図４参照）。

【0022】

真空ポンプ１６は、処理室１４の排気を行う。この排気により処理室１４を例えば１〜１００Ｐａの真空度にする。また、真空ポンプ１６は、プラズマ洗浄中においても、処理室１４からの排気を継続して行い、所定の真空度を維持する。ガス供給装置１７は、処理室１４に導入するプロセスガス、例えばアルゴンガスを供給する。プロセスガスは、プラズマ処理の内容や処理対象によって適宜に選択することができ、アルゴンガスの他に窒素ガス、酸素ガス，水素ガス、四フッ化炭素（ＣＦ_４）ガス等や、それらの混合ガスを用いてもよい。高周波電源１８は、高周波電圧を出力し、それを後述する電極に印加することでプラズマを発生させる。高周波電圧の周波数は、プラズマ処理の内容や処理対象によって適宜決定されるものであり、通常は例えば３ｋＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲が用いられる。

【0023】

制御ユニット１３は、処理ユニット１２を制御する制御回路などで構成される。また、この制御ユニット１３には、蓋部１５ａを上下方向に移動させる昇降機構１９を備えている。この昇降機構１９により蓋部１５ａは、図３に示すように、プラズマ洗浄を行うために処理室１４を形成する閉鎖状態と、図４に示すように、下降位置から上昇して処理室１４を開放した開放状態との間で移動する。蓋部１５ａを開放状態とすることにより、基板１１の処理室１４への搬入・搬出を行うことができる。

【0024】

図２に示すように、プラズマ洗浄すべき基板１１は、ホルダー２１に保持した状態で処理室１４内にセットされる。ホルダー２１は、複数の基板１１を間隔をあけて積層した状態で保持するものである。このホルダー２１は、平行な一対の側板２２、平行な天板２３と底板２４を有する断面が矩形の角筒形状であり、両端部が基板１１を出し入れするための開口２５となっている。なお、各開口２５に開閉自在な蓋を設け、プラズマ洗浄中にその蓋で開口２５を閉じてもよい。このようにすることで、開口２５を通したプラズマの流れや流れの乱れの発生を阻止し、プラズマ洗浄の均一性を向上させることができる。この例では、後述する第１流路制御板が各開口２５を塞ぐ蓋として機能する。

【0025】

各側板２２の内面には、それぞれ複数本の保持溝２６が適当な間隔で水平に設けられている。一方の側板２２に設けられる各保持溝２６のそれぞれに対向して、他方の側板２２の保持溝２６が設けられている。各側板２２の相対する保持溝２６に基板１１の両側縁を差し込むことにより、基板１１は、上面を上に向けた姿勢でホルダー２１内に水平に保持される。各保持溝２６にそれぞれ基板１１を差し込むことにより、ホルダー２１内に複数枚の基板１１が上下方向に所定の間隔をあけて積層された状態に保持される。なお、下面を上に向けた姿勢で保持してもよい。

【0026】

各側板２２には、水平方向に伸びた側面開口２７が各保持溝２６の上側及び下側にそれぞれ配されるように複数設けられ、積層された基板１１の間の部分が開口となっている。側面開口２７を通して、ホルダー２１内の積層された基板１１の間にプラズマを導入する。側面開口２７から導入されるプラズマを均一かつ十分とするために、側面開口２７から基板１１の任意の部分までの距離を短くするのがよい。すなわち、対向する一対の側面開口２７の間隔を短くすることが好ましい。このため、ホルダー２１は、基板１１の長辺の縁部を保持溝２６で保持するようにしてある。

【0027】

基板のスルーホールやビアホールの壁面に付着する樹脂残渣を除去するデスミアの場合、基板に設けたスルーホールやビアホールの側面及び底面などの壁面が処理面となる。この場合には、スルーホール等の開口が形成された基板の上面または下面がプラズマを一次的に供給すべき面となり、その一次的に供給すべき面の開口からスルーホール等の内部にプラズマを供給すればよい。

【0028】

なお、上記ホルダー２１の構成は一例であり、例えばパイプなどを用いたフレーム構造のホルダー２１を利用してもよい。この場合、ホルダー２１の側面に側板を設けず開口のままとして、それをホルダー内にプラズマを導入する側面開口とすることができる。また、図２では、７枚の基板１１を保持するホルダー２１を描いてあるが、実際には２０枚程度を保持する。ホルダー２１に保持される基板１１の枚数は適宜に設定でき、１枚でも任意の複数枚でもよい。さらに、この例では上下方向に基板１１を積層しているが、例えば左右方向に基板１１を積層してもよい。

【0029】

図３，４に示すように、処理室１４内には、載置台２９、ガス導入部３０、電極ユニット３１、第１，第２流路制御板３２，３３などが配される。これらのうちガス導入部３０、電極ユニット３１、第１，第２流路制御板３２，３３は、蓋部１５ａに取付けられており、蓋部１５ａと一体に上下方向に移動する。

【0030】

載置台２９は、底面部１５ｂの略中央に配され、絶縁性の脚部３６を挟んで底面部１５ｂに固定されており、真空槽１５とは電気的に絶縁されている。脚部３６に用いられる絶縁性の材料としては、例えばテフロン（登録商標）が用いられている。なお、後述する他の絶縁性の部材についても同様である。

【0031】

載置台２９には、上述のホルダー２１がセットされる。ホルダー２１は、ガス導入部３０に一方の側板２２を向けた姿勢で載置台２９上に置かれる。この例では、ホルダー２１を処理室１４内に固定していない。このため未処理の複数枚の基板１１をホルダー２１に保持したまま載置台２９上にセットし、プラズマ洗浄後では処理済みの複数枚の基板１１をホルダー２１に保持したまま一括して載置台２９から移動させて処理室１４の外に取り出すことができる。このホルダー２１のセット、取り出しはロボットアーム（図示省略）によって行われるが、手動で行ってもよい。

【0032】

なお、ホルダー２１を処理室１４内に固定した構成とすることもできる。この場合には、プラズマ洗浄毎に、処理室１４に配置されたホルダー２１から処理済みの基板１１を１枚ずつ取り出し、また未処理の基板１１を１枚ずつそのホルダー２１に差し入れる。

【0033】

ガス導入部３０は、箱形状であり、載置台２９上にホルダー２１の側板２２が対面する蓋部１５ａの１つの側面に取付けられている。このガス導入部３０は、その中空部にガス供給パイプ３７を介してガス供給装置１７からのプロセスガスが供給される。また、処理室１４の中央を向いたガス導入部３０の面、すなわちホルダ−２１の側板２２に対向する面３０ａには、微小な例えば直径が１ｍｍ程度の複数の導入口３８が形成されている。なお、ガス導入部３０は、絶縁板３０ｂを挟んで蓋部１５ａに取付けられており、真空槽１５とは電気的に絶縁されている。

【0034】

各導入口３８は、それぞれ中空部に供給されたプロセスガスをホルダー２１の側面（側板２２）に向けて水平に放出する。これにより、基板１１の積層方向と直交する向きであり、また基板１１と平行な放出方向でプロセスガスを処理室１４内に導入する。複数の導入口３８は、面３０ａ上における側板２２に対応する領域に均一に分布している。これにより、ホルダー２１の側面の全面にプロセスガスが向かうようにシャワー状にプロセスガスを放出して、ホルダー２１の側面開口２７からその内部にプラズマを均一に供給する。なお、導入口３８が分布する領域は、側板２２に対向する範囲よりも広くても狭くてもよいが、同等の範囲であることが好ましい。

【0035】

電極ユニット３１は、プロセスガスを励起してプラズマを発生させる。この電極ユニット３１は、１列の電極列３１ａを構成する各々複数本の第１及び第２電極４１，４２と、一対の電極保持板４３ａ，４３ｂを備えている。各電極４１，４２は、導電性を有する金属製、例えばアルミ製であって、断面が円柱の棒状（円柱形状）に形成されている。また、電極保持板４３ａ，４３ｂは、例えばアルミ製である。

【0036】

第１及び第２電極４１，４２は、いずれも絶縁部材４４（図５参照）を介して上端が電極保持板４３ａに下端が電極保持板４３ｂに取付けられ、互いに略平行、かつ所定の間隔で離間させた格子状（連子）に配列されて電極列３１ａを形成している。この電極列３１ａでは、第１電極４１と第２電極４２とが交互に並べられている。

【0037】

上記のように構成される電極列３１ａは、ホルダー２１と導入口３８との間で、プロセスガスの放出方向と直交する面内に第１及び第２電極４１，４２が配される。すなわち、各電極４１，４２がプロセスガスの放出方向と直交する方向に並べた状態に配置される。この例では各電極４１，４２を上下方向に長尺に、すなわち各電極４１，４２の軸方向を上下方向としているが、各電極４１，４２の軸方向が水平方向となるようにしてもよい。

【0038】

上記のように電極列３１ａを配置することによって、ホルダー２１の側板２２に対面させて配置した第１及び第２電極４１，４２の間に導入口３８から導入されるプロセスガスを供給し、効率的にプラズマを発生させ、また発生したプラズマを効率的にホルダー２１に供給する。また、放出方向と直交する面内に第１及び第２電極４１，４２を配することにより、プラズマ発生領域とホルダー２１の側面との距離を均等にして、ホルダー２１内でのプラズマ密度を均一にしている。

【0039】

さらに、ホルダー２１の側面開口２７からその内部にプラズマを均一に導入するために、ホルダー２１の側面が各電極４１，４２の配列している範囲に対面している。より厳密には、各電極４１，４２の配列範囲内でプラズマが発生する領域にホルダー２１が側面を対向されている。

【0040】

図５に示すように、電極ユニット３１は、絶縁材料で作成されたスペーサ４５を介して電極保持板４３ａを蓋部１５ａの天井面にネジ止めすることによって処理室１４内に取り付けられている。また、各電極４１，４２は、上述のように絶縁部材４４を介して電極保持板４３ａ，４３ｂに取り付けられている。絶縁部材４４は、略円柱形状であり、上部にフランジ４４ａが、中心に孔４４ｂがそれぞれ形成されている。絶縁部材４４は、電極保持板４３ａの開口に通されてフランジ４４ａを電極保持板４３ａの上面に係合した状態に組み付けられる。電極４１，４２は、その上端部が孔４４ｂに通したネジ４６に螺合されることで、絶縁部材４４の下端面に上端面を密着させた状態とされて電極保持板４３ａに固定される。各電極４１，４２の下端についても、同様に絶縁部材４４を介して電極保持板４３ｂに固定される。

【0041】

ネジを緩めることにより蓋部１５ａから電極ユニット３１を取り外し、また各電極４１，４２を電極保持板４３ａ，４３ｂから取り外して、各電極４１，４２のクリーニングや交換を行うことができる。ネジ４６は、導電性を有するものが用いられており、上側のネジ４６のうちの第１電極４１と螺合するものは、蓋部１５ａの内部の配線で高周波電源１８に接続され、第２電極４２に螺合するものは接地される。これにより、第１電極４１に高周波電圧が印加され、第２電極４２が接地される。

【0042】

図３，４に示されるように、ホルダー２１を挟んでガス導入部３０と反対側の蓋部１５ａの側面に、すなわちガス導入部３０に対向する位置に排気口４７が設けられている。排気口４７には、真空ポンプ１６が接続されており、この排気口４７から処理室１４内からプラズマを含むプロセスガスの排気を行う。排気口４７に対向し、かつ排気口４７からホルダー側に適当な距離で離れた位置に第２流路制御板３３が配されている。第２流路制御板３３は、ホルダー２１側から見たときに排気口４７を覆い隠すように、排気口４７の口径よりも大きな板状に形成されている。第２流路制御板３３は、ホルダー２１から排気口４７に向かうプラズマの流路を遮るようにプラズマの排気流路を制御する。これにより、処理室１４内において均一なプラズマの流れ形成する。

【0043】

なお、排気口４７の位置は、この他にも真空槽１５の底面部１５ｂや天井面など適宜に決めることができるが、排気口４７は、ホルダー２１を挟んで導入口３８とは反対側の処理室１４の領域に配するのがよい。したがって、処理室１４内においてホルダー２１を挟んで導入口３８側とは反対の領域側を囲む真空槽１５の底面部１５ｂ，天井面や各側面等に排気口４７を設けるのがよい。また、第２流路制御板３３の有無は、真空下でのプラズマの流れに対する影響は、あまり大きくない。このため、例えば第２流路制御板３３を省略してもよい。

【0044】

図６に示すように、第１流路制御板３２は、ホルダー２１とほぼ同じ大きさに切り欠かれた収容部３２ａを有し、ガス導入部３０側から見て略コ字状に形成されている。この第１流路制御板３２は、図６に示されるように、蓋部１５ａが開放状態のときには、載置台２９の上方に移動して、載置台２９上からホルダ−２１の移動、及び載置台２９上へのホルダー２１のセットを許容する。

【0045】

図７に示すように、第１流路制御板３２は、蓋部１５ａが閉鎖状態のときには、収容部３２ａ内にホルダー２１を収容してこのホルダー２１の周囲に配される。これにより、ホルダー２１と真空槽１５の内面との間を塞ぎ、ホルダー２１の周囲を通って、処理室１４の導入口３８側の領域から排気口４７側の領域にプラズマが流れることを抑制し、ホルダー２１内部にプラズマを効率的に供給する。脚部３６は、第１流路制御板３２と同様に流路を制御する機能を有し、載置台２９と底面部１５ａとの間を塞ぎ、これらの間にプラズマが流れないようにする。なお、第１流路制御板３２，第２流路制御板３３は、脚部３６と同様に絶縁性の材料で作製されている。

【0046】

図８に示すように、蓋部１５ａ及び底面部１５ｂは接地されている。前述のように、第１電極４１は、高周波電源１８が接続されて高周波電圧が印加される。第２電極４２は、接地されている。ホルダー２１，載置台２９は、例えば金属製であるが、上述のように脚部３６及び第１流路制御板３２を絶縁性とすることによって、電気的には高周波電源１８に接続されておらず、また接地もされない。また、ガス導入部３０についても、前述のように真空槽１５とは絶縁されており、高周波電源１８に接続されておらず、また接地もされない。

【0047】

次に上記構成の作用について説明する。まず、処理室１４内が大気圧になっていることを確認してから昇降機構１９を作動し、蓋部１５ａを上昇させて開放状態にする。次に図示しないロボットアームにより、複数の基板１１を保持したホルダー２１を載置台２９の上に所定の向きでセットする。

【0048】

ロボットアームの退避後に、昇降機構１９により蓋部１５ａを下降し、閉鎖状態にする。続いて真空ポンプ１６が作動されて、処理室１４内が所定の真空度となるまで排気される。所定の真空度に達すると、ガス供給装置１７からのプロセスガスの供給が開始されるとともに、高周波電源１８により第１電極４１に高周波電圧が印加される。プロセスガスは、各導入口３８のそれぞれから処理室１４内に導入される。そして、このプロセスガスが、第１電極４１に対する高周波電圧の印加により第１電極４１と第２電極４２と間に生じる電界で励起されてプラズマが発生する。

【0049】

発生したプラズマがホルダー２１の内部に供給されると、そのプラズマ中のラジカルやイオンにより、半導体素子の電極の表面を含む基板１１の上面及び下面に付着している汚染物質が除去される。このときに、プロセスガスは、各導入口３８からホルダー２１に向けて放出され、処理室１４内はホルダー２１を挟んで各導入口３８と反対側の排気口４７で排気されている。このため、マクロ的に見ればプロセスガスから生成されるプラズマがホルダー２１に向けて流れる。また、第１流路制御板３２，脚部３６により、プラズマのほとんどがホルダ−２１内を通る。

【0050】

さらに、側板２２に対応する領域に均一に分布させた複数の導入口３８からプロセスガスをシャワー状に放出するとともに、プラズマの発生領域にホルダー２１の側面が全面的に対面するようにしているため、ホルダー２１の側面開口２７からホルダー２１の内部にプラズマが均一に供給される。しかも、第２流路制御板３３の作用で排気口４７からの排気によるプラズマのホルダー２１内への導入ムラも抑制されている。したがって、各基板１１の上面及び下面は、十分なプラズマが均一に供給されて、均一かつ十分に洗浄される。

【0051】

上記のようにして各基板１１に対してプラズマ洗浄を行った後、プロセスガスの供給、排気、及び高周波電圧の印加を停止する。この後、処理室１４内を大気圧に戻してから昇降機構１９を作動させ、蓋部１５ａを開放状態にしてから、載置台２９上からホルダー２１を取り出す。

【0052】

上記実施形態では、第１電極と第２電極とを交互に配列した１列の電極列であるが、第１電極と第２電極の配列、電極列の配置などは種々のものを採用することができる。図９は、電極ユニット５１を２列の電極列５１ａから構成したものである。各電極列５１ａは、最初の実施形態と同様に、プロセスガスの放出方向と直交する面内に第１電極４１と第２電極４２とを交互に並べて格子状（連子）に配列したものであり、２列の電極列５１ａは、プロセスガスの放出方向に所定の間隔をあけて配してある。

【0053】

なお、図９に示す例では、電極列５１ａは２列であるが３列以上であってもよい。また、図１０に示すように、ホルダー２１を挟んで導入口３８側と排気口４７側との処理室１４の各領域に電極ユニット５１をそれぞれ設けてもよい。図１０に示す例では、導入口３８側と排気口４７側のいずれの電極ユニット５１も２列ずつ電極列５１ａを設けているが、導入口３８側と排気口４７側に電極列を１列ずつ設けてもよく、それぞれ３列以上設けてもよい。さらには、導入口３８側と排気口４７側の列数や電極数が異なってもよい。

【0054】

図１１は、電極列を同じ種類の複数本の電極で構成し、電極の種類の異なる電極列を互いに離間させて配した例を示すものである。図１１に示す例では、電極ユニット５２は、プロセスガスの放出方向と直交する面内に複数の第１電極４１を並べて格子状に配列した電極列５２ａと複数の第２電極４２を並べて格子状に配列した電極列５２ｂとからなる。電極列５２ａと電極列５２ｂは、プロセスガスの放出方向に所定の間隔で離間させてある。この例では、第１電極４１と第２電極４２とは、互いにプロセスガスの放出方向に離間して配されるが同様な効果が得られる。

【0055】

図１１の例では、処理室１４のホルダー２１を挟んで導入口３８側と排気口４７側との各領域にそれぞれ電極ユニット５２を設けている。導入口３８側及び排気口４７側の各電極ユニット５２では、いずれも電極列５２ａが電極列５２ｂよりもホルダー２１に近い位置に配されており、ホルダー２１を挟んで対称的な電極配置となっている。なお、図１１の例とは逆に電極列５２ｂが電極列５２ａよりもホルダー２１に近い位置に配されるようにしてもよい。また、このような電極列５２ａ，５２ｂからなる電極ユニット５２を
導入口３８側だけに設けてもよい。

【0056】

なお、図１０や図１１に示される例のように、導入口３８側と排気口４７側とに電極列をそれぞれ設ける場合には、導入口３８側の電極と排気口４７側の電極との間がプラズマ発生領域とならないように、電極の配列や位置、電極列の位置等を決めるべきである。このような観点から、ホルダー２１を挟んで対称的な電極配置とすることは好ましい態様である。

【0057】

図１２は、隣接した電極列間で電極の配列をずらした電極ユニットの列を示すものである。この例では、電極ユニット５３として、プロセスガスの放出方向と直交する面内に第１電極４１と第２電極４２とを交互に並べて格子状に配列した２列の電極列５３ａ，５３ｂを設けるとともに、各電極列５３ａ，５３ｂの第１，第２電極４１，４２の配列を１本分ずらしている。これにより、同一の電極列中で第１，第２電極４１，４２が互いに離間して配されてとともに、隣接した電極列間の第１，第２電極４１，４２がプロセスガスの放出方向に互いに離間して配されている。なお、隣接した電極列間で電極の配列をずらした電極列を３列以上設けてもよい。

【0058】

図１３は、電極の種類が異なる隣接した電極列間で電極位置を配列方向にずらした電極ユニットの例を示している。この例の電極ユニット５６では、プロセスガスの放出方向と直交する面内に複数の第１電極４１を並べて格子状に配列した電極列５６ａと複数の第２電極４２を並べて格子状に配列した電極列５６ｂとをプロセスガスの放出方向に所定間隔で並べるとともに、電極列５６ａ，５６ｂの電極の位置を電極の配列方向にずらして配してある。電極列５６ａ，５６ｂは、同じピッチで電極が配列されているが、そのピッチの半分だけ電極の位置がずらされている。

【0059】

なお、図１３の例では、第１電極４１の電極列５６ａを第２電極４２の電極列５６ｂよりもホルダー２１に近い位置に配置しているが、これとは逆に、第２電極４２の電極列を第１電極４２の電極列よりもホルダー２１に近い位置に配置してもよい。また、隣接した電極列間で電極の種類が異なり、さらに電極位置を配列方向にずらした電極列を３列以上設けてもよい。

【0060】

図１２，図１３に示されるような電極列の配列の場合にも、処理室１４のホルダー２１を挟んで導入口３８側と排気口４７側との各領域にそれぞれ電極ユニットを設けてもよい。

【0061】

上記各実施形態では、第１，第２電極の形状を円柱形状としたが、形状はこれに限らず例えば図１４に示す第１，第２電極６１，６２のように角柱形状や、図１５に示す第１，第２電極６３，６４のように板状のものでもよい。また、電極を筒形状としてもよい。

【0062】

図１６は、筒形状の電極の中空な内部に熱媒体を流すことにより電極の温度を制御する例を示すものである。電極６５は上端が開口し、下端が閉じた筒形状となっている。この電極６５を第１，第２電極として真空槽１５に取付けたときに、その中空部の中心に供給管６６が挿入される。供給管６６は、温度制御部６７から熱媒体としての冷却水が供給される。

【0063】

供給管６６を通して電極６５の中空部の先端にまで冷却水が送られ、その冷却水が供給管６６と電極６５の内壁との間を通って電極６５は上端にまで流れる。電極６５は上端に達した冷却水は、図示しない排水パイプを通して温度制御部６７に送られる。温度制御部６７は、このようにして戻ってくる冷却水の温度に基づいて電極６５の温度が所定の範囲に維持し高温にならないように冷却水の温度や流量を調整する。これにより、電極６５の高温になることによる基板などの被処理物への影響を低減することができる。

【0064】

図１７に示すように、第１電極４１同士、第２電極４２同士で、それらを上端または下端で順次につないで、それぞれに冷却水を流すように構成してもよい。また、２本の電極の一端、例えば下端を接続して、一方の電極の上端から冷却水を流し入れ、他方の電極の上端から冷却水を排出してもよい。熱媒体の絶縁性が担保できる場合は、第１電極と第２電極とを絶縁性のパイプで接続して、熱媒体を通してもよい。さらに、電極の一端から冷却水を流し入れ、その電極の他端から排出させてもよい。

【0065】

図１８は、各電極として格子形状の電極板を用いた例を示すものである。この例では、第１，第２電極板７１，７２は、いずれも導電性の板部材に多数の矩形状の開口を形成することにより格子状にしてある。第１，第２電極板７１，７２は、プロセスガスの放出方向に互いに離間して配されるとともに、ホルダー２１と導入口との間に、いずれもプロセスガスの放出方向と直交する面内に配される。このようにしても同様な効果が得られる。第１，第２電極板７１，７２に形成する開口は矩形に限らず円形、三角形など様々な形にすることができる。また、規則的に開口を形成する必要はなくランダムでもよい。さらには、第１，第２電極板が網目状であってもよい。

【0066】

また、図１に示すプラズマ処理装置では、真空槽の蓋部を上方に移動させて処理室を開放することにより、ホルダーのセットや取り出しを行う構成であるが、ホルダーのセットや取り出すための構成は、各電極の取り付け構造などに応じて適宜変更できる。図１９の例では、真空槽７５を本体部７５ａと、この本体部７５ａから引き出される引き出し部７５ｂとに分けている。本体部７５ａに、第１，第２流路制御板３２，３３、第２流路制御板３３、排気口４７、排気口４７側の電極ユニット５０を設け、引き出し部７５ｂに載置台２９、ガス導入部３０、ガス導入口側の電極ユニット５０を設けている。ホルダー２１のセットや取り出しを行う場合には、本体部７５ａから引き出し部７５ｂを引き出して行う。なお、電極ユニット５０に代えて、他の電極の配列・配置の電極ユニットを設けてもよい。

【0067】

上記各実施形態では、ガス導入部を箱状としたが、ガス導入部は、均一にプロセスガスを放出できるものであればよい。例えば、図２０に示すガス導入部８０は、環状管８１と複数の放出管８２とで構成したものである。環状管８１は、端部がないように中空管を環状に形成したものである。環状管８１は、供給部８３にガス供給パイプ３７が接続されており、プロセスガスが供給部８３を通して環状管８１の内部に供給される。各放出管８２は、直線状の中空管に複数の導入口３８を形成したものである。複数の導入口３８は軸方向に並べて列状に形成してある。放出管８２は、環状管８１の内側で、その両端が環状管８１に接続されている。これにより、環状管８１から放出管８２の内部にプロセスガスを供給し、各導入口３８から放出する。環状管８１に対する放出管８２の両端の接続位置は、供給部８３と異なる位置としてある。

【0068】

上記のようにガス導入部８０を構成することにより、均一な各放出管８２のそれぞれに均一な圧力でプロスガスを供給し、各導入口３８から放出されるプロセスガスの放出量を均一にしている。そして、これにより、電極ユニット内で発生するプラズマが均一になるようにしている。

【0069】

上記各実施形態では、第１電極が高周波電圧が印加されるアノード電極、第２電極が接地されたカソード電極となっているが、図２１に一例を示すように、カソード電極としての第２電極４２を接地しない構成としてもよい。

【実施例】

【0070】

本発明の効果を確認するために、各電極４１，４２が図１０のように配列され、その他構成は、第１実施形態の構成と同じプラズマ処理装置１０でプラズマ処理を行った。また、比較のために、図２２に示す構成の従来のプラズマ処理装置９０で同様の表面処理を行った。なお、プラズマ処理では、プロセスガスとして、アルゴンガスを用い、真空度を１０Ｐａとした。

【0071】

プラズマ処理装置９０は、真空槽９１内に高周波電圧が印加される一対の電極板９２の間にホルダーを配置し、真空槽９１自体を接地電極としたものである。このプラズマ処理装置９０では、プラズマ処理装置１０のものと同じホルダ−２１を用い、側板２２が電極板９２に対面するように配した。プロセスガスは、ホルダ−２１の開口２５に対向する位置から真空槽９１内に導入し、それと反対側から排気を行った。

【0072】

［プラズマ洗浄１］
約１０ｃｍ×２０ｃｍの銅板を被処理物としてホルダー２１にセットし、プラズマ処理装置１０、及びプラズマ処理装置９０で、それぞれ１分間処理を行った。処理後、銅板の表面の接触角度を測定した。

【0073】

本発明のプラズマ処理装置１０で処理した銅板の表面は、その全面にわたって均一な値の接触角度が得られ、しかも接触角度が低い値となった。この結果より、プラズマ処理装置１０では、ホルダー２１の内には、プラズマが均一に今供給されていることが分かった。

【0074】

他方、従来のプラズマ処理装置９０で処理した銅板は、その表面の接触角度が不均一であり、周辺部と中央部とで差が生じた。周辺部では、低い値の接触角度となったが、中央部では高い値の接触角度となった。この結果から従来のプラズマ処理装置９０では、ホルダー２１内でのプラズマの供給量にムラがあり、銅板の表面に対するプラズマ処理が不均一となることが分かった。

【0075】

［プラズマ洗浄２］
約１０ｃｍ×２０ｃｍの基板の表面に複数のＩＣチップを搭載したものを被処理物としてホルダー２１にセットし、プラズマ処理装置１０、及びプラズマ処理装置９０で、それぞれ１分間処理を行った。処理後、ＩＣチップの電極と基板の接続面とを金線で接続するワイヤボンディングを実施した。ワイヤボンディングの後に、ＩＣチップの電極と金線との接続信頼性を評価した。接続信頼性は、ＩＣチップの電極と金線との溶着強度（接合強度）をせん断力として測定し、その測定結果に基づいて評価した。せん断力の測定には、ボンドテスター４０００Ｐｌｕｓ（デイジ・ジャパン株式会社製）を用いた。

【0076】

本発明のプラズマ処理装置１０では、基板の表面の周辺部に搭載されたＩＣチップ、基板の表面の中央部に搭載されたＩＣチップのいずれについても、電極と金線の溶着強度が大きく、ワイヤボンディングの接続信頼性が高いという結果になった。

【0077】

従来のプラズマ処理装置９０で処理したものは、基板の表面の周辺部に搭載されたＩＣチップ、基板の表面の中央部に搭載されたＩＣチップのいずれについても、電極と金線の溶着強度が小さく、ワイヤボンディングの接続信頼性が低いという結果になった。プラズマ処理装置９０による処理時間を２分とした場合も同様な結果となった。

【0078】

以上より、本発明のプラズマ処理装置１０は、短時間でホルダー２１内に十分なプラズマが供給されて、基板の表面が全面的に十分な洗浄性が得られることが確認された。

【0079】

［プラズマエッチング］
ｉ線レジストを表面に形成した９個のウエハチップをマトリクス状に基板の表面に配置したものを被処理物として、ホルダー２１にセットして、プラズマ処理装置１０、及びプラズマ処理装置９０で、プラズマによるエッチングを実施した。基板のサイズは約１０ｃｍ×２０ｃｍである。また、ホルダー２１には、上下方向に離間させてウエハチップを積層配置した基板を複数枚保持させた。エッチングは、電極４１，４２の温度上昇を考慮して、断続的に５回行った。各１回の処理時間は２分間とし、１回の処理ごとに３０分間の冷却期間を設けた。評価では、エリプソメータを用いてエッチング前後のｉ線レジストの膜厚を測定し、エッチングレートの均一性を評価した。

【0080】

プラズマ処理装置１０で処理したものは、表面中央部でも周辺部とほぼ同等のエッチングレートが得られていた。また、積層配置された各基板について同様なものとなった。この結果より、プラズマ処理装置１０では、ホルダ−２１内の全体にプラズマが均一に供給されて、均一に処理されていることが確認された。

【0081】

他方、従来のプラズマ処理装置９０で処理したものは、基板の表面に配置されたウエハチップのうちの表面中央部に配されたウエハチップのｉ線レジストに対するエッチングレートが周辺部のものに対して低い結果となった。この結果は、積層配置された各基板について同様なものとなった。

【符号の説明】

【0082】

１０ プラズマ処理装置
１１ 基板
１４ 処理室
１８ 高周波電源
２１ ホルダー
２７ 側面開口
３１，５１，５２，５３，５６ 電極ユニット
３１ａ，５１ａ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５６ａ，５６ｂ 電極列
３２，３３ 流路制御板
３８ 導入口
４１，４２ 電極
４７ 排気口
７１，７２ 電極板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】