図面 (/)

技術 非熱ソフトプラズマ洗浄

出願人 チェン,チアセルン
発明者 チェン,チアセルン
出願日 2016年1月22日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2017-537976
公開日 2018年3月29日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2018-508344
状態 特許登録済
技術分野 清浄化一般 プラズマの発生及び取扱い
主要キーワード 調整ネットワーク 吸込ライン オフライン洗浄 物理的対象 周辺ガス 二酸化炭素成分 中空陰極放電 放電機械加工
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

本発明は、誘導式ソフトプラズマ洗浄を含むソフトプラズマ洗浄(SPC)システム(30、130、230)を提供する。

解決手段

SPCシステムは、非熱低温処理であり、空気中および液体媒体中の両方で大気圧で動作する。ある実施形態では、洗浄チャンバ(34)内に放電流体(50)を提供するために、原料ガス(40)が供給される。プラズマ誘導増幅コンポーネント(52)が、放電流体を誘導し、被加工物(32)の上の大きなアブレーション領域カバーするように放電流体を拡張させ、それによって、イオン衝撃および電子衝撃の損傷またはエッチングも抑制する。プラズマ誘導・増幅コンポーネント(52)を誘電体プレートまたはチューブにより形成することができ、各誘電体は穴を有する。加えて、SPC中のプラズマ損傷を抑制するように、洗浄チャンバ内電界およびイオンエネルギー浮遊電極により制御することができる。

概要

背景

物理的対象表面洗浄する既知の方法には、湿式洗浄洗剤および水によるブラッシングと乾燥、ならびに超音波溶媒洗浄など)と、乾式洗浄レーザーアブレーション二酸化炭素成分洗浄、およびプラズマ洗浄など)が含まれる。プラズマ洗浄には、高速な一工程乾式処理であり、オフライン洗浄インライン洗浄の両方に適合する、という利点がある。

しかし、従来のプラズマ洗浄は、被加工物に損傷を引き起こし、このことは、半導体ウェハ集積回路コンポーネントおよび生体組織などのように、特に洗浄の対象が損傷に影響されやすいときに問題となる。そのような影響されやすい対象の損傷は、プラズマ中のイオンおよび電子の衝撃と、対象表面の望ましくないエッチングとにより生じる。望ましくないことに、プラズマ洗浄処理の温度も高く、典型的に100℃を超えるので、融解温度が低いプラスチック製の対象を洗浄するのは不可能である。真空チャンバを伴うときには、大きな機械フットプリントおよび設備費用コストが追加される。加えて、プラズマ洗浄にしばしば必要とされる原料は、毒性および/または可燃性である。当該技術では、大気圧チャンバが知られているが、商業用途では、低温の高速プラズマ洗浄および大領域プラズマ洗浄が望ましい特徴である。これら全ての望ましい特徴を同一の装置において得ることが、課題とされてきた。

米国特許第7754994号明細書は、ガス渦巻空洞内に大気ガス放電プラズマを発生させる方法を開示している。プラズマは、次いで、対象を1つずつ連続して洗浄するためにガス流中噴出される。この処理は、低廉かつ簡素である。米国特許第8471171号明細書は、微細中空陰極放電アセンブリであって、生体組織の処理を含む低温処理へのアセンブリの適用を可能とする低温大気圧プラズママイクロジェットを発生させることが可能なアセンブリを開示している。米国特許第6906280号明細書は、高速パルス非熱プラズマリアクタであって、パルスにより非熱プラズマ放電放電セル内に形成するリアクタを開示している。これにより、非熱プラズマ放電を使用して、ガスから廃棄物を除去したり、ガスをより小さな分子に分解したりすることができ、それによって、ガスをより効率的に燃焼させることができる。米国特許第6329297号明細書は、エッチングの速度および均一性を向上させるリモート希薄プラズマ洗浄処理および装置を開示している。リモートに形成されたプラズマは、処理チャンバに流入する前に希薄化されて、対象またはチャンバ自体の内部を洗浄またはエッチングする。米国特許第6835678号明細書は、リモートプラズマ用のシステムおよび方法であって、活性化した種をリモートプラズマ発生器から処理チャンバに送るシステム及び方法を開示している。

プラズマ洗浄は、他の多くの洗浄方法よりも好適であるが、処理温度下げ大気圧洗浄処理を実行し、イオン衝撃および電子衝撃の損傷を低減し、処理能力向上および大表面洗浄のための高速処理、毒性または可燃性の原料ガスの使用を伴わない洗浄処理を実行するための改良が望まれる。空気中または液体媒体中でのプラズマ洗浄も望まれる。

概要

本発明は、誘導式ソフトプラズマ洗浄を含むソフトプラズマ洗浄(SPC)システム(30、130、230)を提供する。SPCシステムは、非熱低温処理であり、空気中および液体媒体中の両方で大気圧で動作する。ある実施形態では、洗浄チャンバ(34)内に放電流体(50)を提供するために、原料ガス(40)が供給される。プラズマ誘導増幅コンポーネント(52)が、放電流体を誘導し、被加工物(32)の上の大きなアブレーション領域カバーするように放電流体を拡張させ、それによって、イオン衝撃および電子衝撃の損傷またはエッチングも抑制する。プラズマ誘導・増幅コンポーネント(52)を誘電体プレートまたはチューブにより形成することができ、各誘電体は穴を有する。加えて、SPC中のプラズマ損傷を抑制するように、洗浄チャンバ内電界およびイオンエネルギー浮遊電極により制御することができる。B

目的

本発明は、プラズマ損傷を抑制するソフトプラズマ洗浄(SPC)システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

空気またはガス大気圧で収容する洗浄チャンバと、前記洗浄チャンバ内に配置された電極であって、電力整合ユニットを通じて発電機に接続された電極と、前記電極と前記被加工物の間に発生するプラズマによって、プラズマ損傷を伴わずに洗浄される被加工物と、を備えるソフトプラズマ洗浄システム

請求項2

前記電極の付近に配置された穴を有する誘電体部材を更に備え、それによって、前記プラズマは、前記穴を通って進み、一掃する方向で前記被加工物に到達する、請求項1に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項3

前記プラズマにプラズマ種を加え洗浄領域拡張するように、前記プラズマと組み合わさって放電流体流となり、前記プラズマを前記被加工物に誘導する原料ガスを更に備える、請求項2に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項4

穴を有する第2の誘電体部材を更に備え、前記第2の誘電体部材は、プラズマ誘導・増幅コンポーネントを構成すべく、前記(第1の)誘電体部材と垂直に配置された状態にある、請求項3に記載のソフトプラズマシステム洗浄。

請求項5

第2の穴を有する第2の誘電体部材を更に備え、前記第2の誘電体部材は、プラズマ誘導・増幅コンポーネントを構成すべく、前記(第1の)穴が前記第2の穴とは並ばないように前記(第1の)誘電体部材と平行に配置された状態にある、請求項3に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項6

前記洗浄チャンバ内に配置された浮遊電極を更に備え、前記浮遊電極は、レジスタインダクタおよびコンデンサから成る調整ネットワークに接続され、前記調整ネットワークは、前記洗浄チャンバ内の電界およびイオンエネルギーを制御するためにグラウンドまたはバイアスに接続された状態にある、請求項1〜5のいずれか一項に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項7

2つ以上の浮遊電極を備える、請求項6に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項8

前記浮遊電極は、プレート穿孔を有するプレートまたはグリッドメッシュである、請求項6または7に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項9

前記被加工物に対して前記洗浄チャンバ内の前記プラズマを予備電離し、誘導し、制限するための偏向器を更に備える、請求項6〜8のいずれか一項に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項10

前記被加工物はテストソケットであり、前記テストソケットの空洞が前記洗浄チャンバを形成する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項11

前記被加工物は、ワイヤボンダ楔状部、半導体素子テストするプローブカードピン、半導体素子またはプラズマイオン損傷を受けやすい他の素子をテストするテストソケットのピンである、請求項1〜9のいずれか一項に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項12

前記原料ガスは、不活性ガス窒素水素圧縮空気液体二酸化炭素または液体窒素である、請求項3に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項13

液体を大気圧で収容する洗浄チャンバと、前記洗浄チャンバ内に配置された電極であって、電力整合ユニットを通じて発電機に接続された電極と、前記電極と被加工物の間に配置された浮遊電極であって、前記発電機に対してある電位に保持された状態にあり、それによって、前記被加工物は、前記浮遊電極と前記被加工物の間に発生するプラズマによって、プラズマ損傷を伴わずに洗浄される、浮遊電極と、を備えるソフトプラズマ洗浄システム。

請求項14

前記液体は、水、溶媒または化学溶液である、請求項13に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項15

前記水に溶け塩化イオンを更に備える、請求項14に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項16

塩化イオンを有する水もしくは溶媒または化学溶液を前記洗浄チャンバに導入することを更に含む、請求項13に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項17

原料ガスを前記洗浄チャンバに導入することを更に含む、請求項16に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項18

前記浮遊電極は、金属、セラミック半導体または電気絶縁体で作られており、前記ソフトプラズマ洗浄システムは、2つ以上の浮遊電極を備える、請求項13に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項19

前記金属浮遊電極は、レジスタ、インダクタおよびコンデンサから成る調整ネットワークに接続され、前記調整ネットワークは、前記洗浄チャンバ内の電界およびイオンエネルギーを制御するために、グラウンドまたはバイアスに接続された状態にある、請求項18に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

請求項20

前記金属浮遊電極は、プレート、穿孔を有するプレートまたはグリッドメッシュである、請求項19に記載のソフトプラズマ洗浄システム。

技術分野

0001

本発明は、空気媒体中と液体媒体中の両方での非熱大気圧ソフトプラズマ洗浄に関する。

背景技術

0002

物理的対象表面洗浄する既知の方法には、湿式洗浄洗剤および水によるブラッシングと乾燥、ならびに超音波溶媒洗浄など)と、乾式洗浄レーザーアブレーション二酸化炭素成分洗浄、およびプラズマ洗浄など)が含まれる。プラズマ洗浄には、高速な一工程乾式処理であり、オフライン洗浄インライン洗浄の両方に適合する、という利点がある。

0003

しかし、従来のプラズマ洗浄は、被加工物に損傷を引き起こし、このことは、半導体ウェハ集積回路コンポーネントおよび生体組織などのように、特に洗浄の対象が損傷に影響されやすいときに問題となる。そのような影響されやすい対象の損傷は、プラズマ中のイオンおよび電子の衝撃と、対象表面の望ましくないエッチングとにより生じる。望ましくないことに、プラズマ洗浄処理の温度も高く、典型的に100℃を超えるので、融解温度が低いプラスチック製の対象を洗浄するのは不可能である。真空チャンバを伴うときには、大きな機械フットプリントおよび設備費用コストが追加される。加えて、プラズマ洗浄にしばしば必要とされる原料は、毒性および/または可燃性である。当該技術では、大気圧チャンバが知られているが、商業用途では、低温の高速プラズマ洗浄および大領域プラズマ洗浄が望ましい特徴である。これら全ての望ましい特徴を同一の装置において得ることが、課題とされてきた。

0004

米国特許第7754994号明細書は、ガス渦巻空洞内に大気ガス放電プラズマを発生させる方法を開示している。プラズマは、次いで、対象を1つずつ連続して洗浄するためにガス流中噴出される。この処理は、低廉かつ簡素である。米国特許第8471171号明細書は、微細中空陰極放電アセンブリであって、生体組織の処理を含む低温処理へのアセンブリの適用を可能とする低温大気圧プラズママイクロジェットを発生させることが可能なアセンブリを開示している。米国特許第6906280号明細書は、高速パルス非熱プラズマリアクタであって、パルスにより非熱プラズマ放電放電セル内に形成するリアクタを開示している。これにより、非熱プラズマ放電を使用して、ガスから廃棄物を除去したり、ガスをより小さな分子に分解したりすることができ、それによって、ガスをより効率的に燃焼させることができる。米国特許第6329297号明細書は、エッチングの速度および均一性を向上させるリモート希薄プラズマ洗浄処理および装置を開示している。リモートに形成されたプラズマは、処理チャンバに流入する前に希薄化されて、対象またはチャンバ自体の内部を洗浄またはエッチングする。米国特許第6835678号明細書は、リモートプラズマ用のシステムおよび方法であって、活性化した種をリモートプラズマ発生器から処理チャンバに送るシステム及び方法を開示している。

0005

プラズマ洗浄は、他の多くの洗浄方法よりも好適であるが、処理温度下げ、大気圧で洗浄処理を実行し、イオン衝撃および電子衝撃の損傷を低減し、処理能力向上および大表面洗浄のための高速処理、毒性または可燃性の原料ガスの使用を伴わない洗浄処理を実行するための改良が望まれる。空気中または液体媒体中でのプラズマ洗浄も望まれる。

先行技術

0006

米国特許第7754994号明細書
米国特許第8471171号明細書
米国特許第6906280号明細書
米国特許第6329297号明細書
米国特許第6835678号明細書

0007

本発明は、プラズマ損傷を抑制するソフトプラズマ洗浄(SPC)システムを提供する。SPCシステムには、プラズマを生成し、被加工物上一掃するように誘導する誘導式SPCと、浮遊電極を有する別のSPCシステムが含まれる。

0008

一実施形態では、SPCは、請求項1に定義するような、空気またはガスを大気圧で収容する洗浄チャンバを備える。

0009

好適には、SPC内のプラズマは、一掃する方向において被加工物に到達する。このことは、放電流体を提供するための原料ガスにより支援され、アブレーション領域または洗浄領域を増加させる。好適には、SPCシステムは、プラズマ特性を制御するためのプラズマ誘導・増幅コンポーネントを備える。別の実施形態では、SPCシステムは、洗浄チャンバ内に配置された浮遊電極を備え、1つまたは複数の浮遊電極は、被加工物のプラズマ損傷を抑制するように電界およびイオンエネルギーを制御するために提供される。

0010

別の実施形態では、SPCは、請求項13に定義するような、塩化イオンを有する液体もしくは溶媒または化学溶液を収容する洗浄チャンバを備える。

0011

添付図面を参照しながら、本発明の非限定的な実施形態を用いて本発明について説明する、

図面の簡単な説明

0012

本発明の下で提供される、ソフトプラズマ洗浄(SPC)および誘導式SPCの処理を含む、様々なタイプの一般的なプラズマ洗浄処理を示すブロック図である。
知られているプラズマ洗浄および関連する機械加工処理と、本発明の下でのSPCとの処理パラメータおよび性能パラメータの対比チャートを提供する。
知られている非熱プラズマ(NTP)放電システムの図である。
本発明の実施形態によるG−SPCシステムの図である。
本発明の実施形態によるG−SPCシステムの図である。
本発明の実施形態によるG−SPCシステムの図である。
図5Bに示すG−SPCシステムを使用するテストパラメータの一部を示している。
G−SPCシステムを示す図である。
G−SPCシステムにおいてプラズマを誘導するプラズマ位置決め・増幅コンポーネントの図である。
ワイヤボンダ楔状部の拡大図である。
図7Aにおけるワイヤボンダの楔状部のプラズマ洗浄前の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。
プラズマ洗浄の前後の楔状部のSEM画像汚染物質痕跡と共に示している。
プローブカードの拡大図である。
プラズマ洗浄前のプローブ先端のSEM画像である。
図8Bのプローブ先端におけるG−SPCによるプラズマ洗浄後のSEM画像である
単一の原料ガス入口G−SPCを使用する本発明の実施形態の図である。
単一の原料ガス入口G−SPCを使用する本発明の実施形態の図である。
単一の原料ガス入口G−SPCを使用する本発明の実施形態の図である。
複数の原料ガス入口G−SPCを使用する本発明の実施形態の図である。
複数の原料ガス入口G−SPCを使用する本発明の実施形態の図である。
複数の原料ガス入口G−SPCを使用する本発明の実施形態の図である。
知られている元素熱膨張率を示す表である。
ケルビンテストソケットの空洞内に構成された上記のSPCシステムの図である。
洗浄前のケルビンテストソケットのピンを汚染物質の痕跡と共に示すSEM画像である。
SPC後のケルビンテストソケットピンのSEM画像である。
SPC前のケルビンテストソケットピンのSEM画像である。
SPC後のケルビンテストソケットピンのSEM画像である。
別の実施形態による、浮遊電極を有するSPCシステムの図である。
2つの浮遊電極を有するSPCシステムの図である。
グリッド浮遊電極を有するSPCシステムの図である。
ガス流を使用する、図13に示すSPCシステムの図である。
誘導された放電ガス流を用いる別の実施形態を示している。
また別の実施形態による、液体媒体を収容する洗浄チャンバを伴って構成されたSPCシステムの図である。

実施例

0013

添付の図面を参照して、本発明の1つ以上の特定のまたは代替的な実施形態について説明する。しかし、そのような特定の詳細を伴わずに本発明を実施してもよいことが当業者にとっては明らかであろう。本発明が不明瞭とならないように、いくつかの詳細については、長々と説明しない場合がある。参照の便宜上、複数の図に共通する同じまたは同様の特徴を参照するときには、複数の図を通して共通の参照数字または連続する数字を使用している。

0014

本発明によれば、ソフトプラズマ洗浄(SPC)を発生させるシステムおよび方法が提供される。このSPCには、空気媒体中での誘導式ソフトプラズマ洗浄(G−SPC)と、空気中または液体媒体中で使用するSPCシステムが含まれる。このSPCによって、イオンエネルギーは低レベルに制御され、よって、SPCおよびG−SPCは、非熱低温処理であり、被加工物のプラズマ損傷を抑制するように空気中で大気圧で動作する。洗浄温度が約65℃未満であるので、外部加熱モジュールが必要とされない。したがって、この処理は、このプラズマ洗浄処理中に融解することなくプラスチックを洗浄するのにも適している。また有利なことに、SPCおよびG−SPCは、真空ポンプを用いることなく大気圧で使用される。よって、SPCおよびG−SPC装置は、装置フットプリントが小さく、例えば、半導体産業におけるテストソケットの空洞に嵌るように、携帯可能とすることもできる。また有利なことに、G−SPC用原料流体は環境にやさしいものである。特定の汚染物質の除去に毒性、可燃性または腐食性の流体またはガスを使用するときには、隔離された作業環境が必要とされる。加えて、SPCおよびG−SPCは、オフライン洗浄、インライン洗浄およびリモート洗浄用に構成可能な、非破壊性の、しかも非常に高速な乾式処理である。SPCの別の実施形態が、流体媒体中で動作するために提供される。本発明のSPCは、有機残渣無機残渣(金属など)およびダストを含むほぼ全てのタイプの汚染物質を除去するために提供される。不活性原料ガス中に供給することによって、反応性プラズマ種と被加工物表面の間の化学反応による望ましくない腐食または浸食が最小化される。

0015

一実施形態では、G−SPCは、革新的に、プラズマを誘導し、アブレーション領域を拡張し、イオンおよび電子衝撃の損傷またはエッチングを抑制するために、原料ガスを使用して放電流体を洗浄チャンバに提供する。プラズマの誘導、集束および増幅のためにプラズマ位置決め・増幅コンポーネントを使用する点も、独創的である。放電流体により誘導されたプラズマの使用によって、イオン衝撃および電子衝撃により被加工物表面に生じる機械的な微細構造損傷が最小化される。表面損傷は、被加工物表面に対するイオン衝撃および電子衝撃の周波数振幅および方向を制御することによって、例えば、振動電界を制御し、原料ガスの方向および放電流体の方向を操作することによって、実質的に抑制される。

0016

「ソフト」、「大気圧力」かつ「低温」の方法ではあるが、G−SPCは、被加工物表面に密着した汚染物質を含むほぼ全ての種類の汚染物質を除去することが可能であり、非限定的に、洗浄メカニズムは、局所的な熱膨張および高密度振動するイオン、ラジカルプラズマ種およびフラグメント化した塊を伴う。例えば、G−SPCの処理中、局所的な熱膨張によって、汚染物質と被加工物の熱膨張差により汚染物質が被加工物表面から解き放たれ、別の例では、原料ガス(アルゴンクリプトンおよびキセノンなど)に由来する放電流体中の重いラジカルまたは液体媒体中のイオンを使用して、振動エネルギーが汚染物質に伝達され、このようにして、振動するラジカルは、特に、被加工物表面の深い窪み内の、汚染物質に衝突して被加工物表面から分離させる。洗浄メカニズムは、イオンの振動方向、周波数および電源出力電力、流体の方向、プラズマ種の密度および量その他により制御される。別の実施形態では、原料ガスは、被加工物表面の化学反応用の反応ガス(1または複数)を含み、例えば、アルゴンガス塩素ガスの混合物を使用するときには、塩素ラジカルが被加工物の金属表面と反応する。よって、プラズマ洗浄後の被加工物は、最小の表面損傷で修復可能である。

0017

プラズマは、DC、AC、RFまたはパルス駆動式の発電機または他のモードで駆動する電源により発生する。放電流体中に非熱プラズマが発生する。放電流体中のプラズマは、原料ガス、電極および周辺ガスからの電子、イオン、ラジカルおよび中性種を含む。

0018

プラズマ中の電極にある大きな材料の塊は、また、極薄プラズマシ−ス内の衝撃的なイオン力により、高密度非平衡プラズマ中でフラグメント化し、細分化する。フラグメント化の度合は、極薄プラズマシースを横切る電界、原料種の量、電子温度および電子密度に比例する。フラグメント化の度合は、原料種の量、電子温度および電子密度のリアルタイム位置計測値によりモニタリングされ、これらの計測値は、次いで衝撃的なイオン力の特性を示すために使用される。電極は、二次汚染を防止し、プラズマ洗浄中に被加工物の表面状態修復するために、被加工物と同じ材料とすることができる。原子ラジカルは、被加工物表面に堆積しまたは嵌り込んだ汚染物質に振動力を作用させる。その間に、プラズマと被加工物表面の間で熱伝達プロセスが生じる。熱膨張率の差によって、汚染物質は、表面にゆるく結合することになる。原子ラジカルの振動力によって、汚染物質に衝突して表面から分離させ、または汚染物質を表面から解放することが可能である。加えて、汚染物質を置き換えることによって、表面粗度または嵌り込んだ汚染物質の除去により生じる表面歪も低減する。よって、被加工物と同じ材料の電極は、被加工物表面の汚染物質を置き換える原子ラジカルのソースを提供し、加えて、原位置プラズマアニールは、被加工物表面の微細構造を補修する。

0019

原料ガスは、単一元素のガスまたは混合ガスとすることができる。原料ガスは、イオン化閾値エネルギーが低い、アルゴンおよび他の希ガスなどの不活性ガス成分を含む。不活性ガスの使用によって、周辺ガスによる被加工物表面の酸化または窒化を防止することができる。

0020

図1のブロック図は、本発明の下で提供される処理(SPC)を含む様々なタイプの一般的なプラズマ洗浄処理を参照のために示している。プラズマ10は、真空16または大気圧条件18で発生する、タフプラズマ12またはソフトプラズマ14とすることができる。タフプラズマ12の場合、典型的に、容量結合プラズマ(CCP)20および誘導結合プラズマ(ICP)22は真空16であり、熱プラズマ24は大気圧条件18である。ソフトプラズマ14の場合、典型的に、容量結合無電極プラズマ(CCEP)26およびリモートプラズマ28は真空16であり、本発明の下で提供されるSPC30、130、230は、(破線円により強調するように)大気圧条件18である。

0021

図2は、一般に使用される他のプラズマ洗浄処理と対比して、本発明の下でのG−SPCの処理パラメータおよび性能パラメータのチャートを提供する。チャートを見ての通り、G−SPC処理は、CCP/ICP、プラズマ切断、直接誘電体バリア(DBD)洗浄および放電機械加工(EDM)と対比される。本発明の下でのG−SPC処理は、大気圧、低電力消費、低温かつ高洗浄速度で動作可能である一方、ほぼすべてのタイプの汚染物質を除去可能でもあり、しかもプラズマ(イオン衝撃および電子衝撃)損傷もなく、または少ない、という利点の全てを有する。

0022

図3は、従来の非熱プラズマ(NTP)処理の典型的な構成を示しており、このNTPでは、電極36から被加工物32までのプラズマの経路真っすぐであり、これにより、直接的なイオン衝撃および電子衝撃が生じ、被加工物32の表面に望ましくない損傷がもたらされる。図4Aは、電極36から被加工物32までのプラズマ45の経路が「真っすぐではなく」、プラズマ衝激の実質的な低減によって、被加工物32に対する損傷が低減する、G−SPC処理の構成のある実施形態を例示している。図4Aにおいて見えるように、被加工物32は、プラズマ45の真っすぐな経路から離れている。図4Bは、原料ガス40および排出ガス42が追加された別の実施形態を示している。この実施形態では、(図4Bにおいて見えるように)発生したプラズマ45の経路は垂直である一方、原料ガス40の流れは、水平方向であり、実質的に被加工物32全体を一掃する。プラズマ45が原料ガス40と組み合わさるので、原料ガス40と同じ水平方向に移動して、被加工物32の上を水平に一掃する放電流体50が発生する。プラズマ45のこの方向変化によって、被加工物32に対するプラズマ損傷が抑制される。加えて、放電流体50中にプラズマ45を方向付けると、被加工物32の表面における放電領域が拡大し、事実上、より大きなアブレーション領域または洗浄領域がもたらされる。有利なことに、より大きなアブレーション領域によって、アブレーション損傷またはプラズマ損傷が少なく、洗浄の速度が速くなる。よって、プラズマ45の方向を原料ガス40により変化させることによって、直接的な垂直衝撃が防止される。有利なことに、原料ガス40が不活性ガスであると、原料ガスは、洗浄チャンバ34内に存在する周辺空気による被加工物32の酸化および窒化を防止する。上記の実施形態では、被加工物32が導電性材料であると、電極36と被加工物32の間に電界が加えられる。被加工物が非導電性であると、図4Aおよび図4Bに示すように、プラズマ45が被加工物上をさっと動くように、電界を発生させるために洗浄チャンバ34内の別の導電性部材(図に示していない)が使用される。原料ガス40には、窒素水素圧縮空気液体二酸化炭素または液体窒素、それらのガスの組合せも含めることができる。

0023

図4Aでは、穴37aを有する誘電体部材37が、電極36の付近に配置される。穴37aにおける集中電界によって、空気およびガスが分解され、電子、イオン、ラジカルおよび中性種の混合物を含むプラズマ45が形成される。プラズマ45は、水平に一掃する態様で被加工物に引き付けられる。図4Bでは、プラズマ45は、原料ガス40と組み合わさって、被加工物32の上に放電流体50を形成する。図4Cは、プラズマ誘導・増幅コンポーネント52が追加された、G−SPC洗浄チャンバの別の実施形態を示している。プラズマ誘導・増幅コンポーネント52のある実施形態を、互いに対して実質的に垂直に配置された2つの誘電体部材56、58により示している。各誘電体は穴を有する。図4Cにおいて見えるように、誘電体部材56の穴56aは、プラズマ45を誘導する一方、誘電体部材58の穴58aは、被加工物32の表面上を流れるように放電流体50を誘導し、形状決定し、方向付ける。誘電体部材56、58の効果は、図6を用いて再び説明するときに明らかとなる。

0024

図5Aは、図5Bに示すG−SPCの実施形態の処理パラメータの典型的な組を示している。図5Bに示すように、発電機44の出力は、パワーマッチャユニット46に供給され、次いで電極36に加えられる。パワーマッチャユニット46は、電極36と発電機44の間のインピーダンス最大電力の伝達に関して整合するように、コンデンサレジスタおよびインダクタで構成される。加えて、プラズマ放電に関する出力電流および出力電圧を制御するようにインピーダンスを調整することができる。この実施形態では、電界は、例えば、被加工物32がグラウンド48に接続された状態で、電極36と被加工物32の間に加えられる。アルゴンガスが原料ガス40として入口38を通って洗浄チャンバ34に入り込み、出口42は、入口38から離れて設けられる。プラズマ45は、電極36と被加工物32の間に形成され、原料ガス40の流れに沿って側方に多少広がって、被加工物32を覆う放電流体50を形成し、見ての通り、プラズマ洗浄が、拡大された領域を覆う。

0025

プラズマでは、電束密度電界強度×誘電率となる。誘電体の誘電率が高い一方、周辺ガスまたは原料ガス40の誘電率は非常に低い。図6に示すような別の実施形態では、プラズマ位置決め・増幅コンポーネント52として構成される誘電体部材56、58は、実質的に平行な2つの誘電体プレート56、58として配置される。誘電体56、58をチューブとして形成することが可能である。図6において見えるように、誘電体部材56は、電極36の近くにあり、誘電体部材37を必要としない。図6において見えるように、加えられた電界中に形成されたプラズマ45は、原料ガス40と一体化して放電流体50を形成する。放電流体50は、次いで穴56a、58aを通って誘電体プレート56、58に入り込む。穴56a、58aの内部の電界強度は高く、放電流体50の形状を決定する。例えば、適切な大きさおよび形状の穴56a、58aを使用することによって、放電流体50中のプラズマ45は、所定の領域内において集中または拡張する。複数の誘電体プレートまたはチューブ56、58が重なり合い、放電流体50と結合した状態で、プラズマ45は、電極36から被加工物32まで様々な方向に(すなわち真っすぐではなく)流れるように誘導される。小さな穴56a、58aを有する誘電体部材56、58によって、プラズマ45および放電流体50が通過することが可能となる。よって、イオンエネルギー、プラズマ45および放電流体50の密度は、それに応じて制御される。先に見たように、誘電体部材56、58は、放電流体50が洗浄チャンバ34の内側の被加工物面を含む被加工物32の表面を覆うように、プラズマ45の誘導または方向付けを支援する。

0026

図7Aは、ワイヤボンダの楔状部の拡大写真を例示している。図7Bは、使用により汚染した縁部の走査型電子顕微鏡(SEM)の画像である。図7Cは、汚染物質の痕跡と共に、SPCによる洗浄前後の同じ楔状部を示すSEM画像である。

0027

図8Aは、プローブカード先端の拡大写真を例示している。図8Bは、使用により汚染した1つのプローブのSEM画像である。図8Cは、SPC30、130による洗浄後の同じプローブのSEM画像である。

0028

図9A図9Cは、単一の原料ガス入口38を有するG−SPCのいくつかの実施形態を例示している。図9Aは、同じ水平レベルにあり、電極36により近く、被加工物32からより離れている原料ガス入口38と出口42を示している。図9Bは、同じ水平レベルにあり、電極36と被加工物32の間の中央に配置されている原料ガス入口38と出口42を示している。図9Cは、同じ水平レベルにあり、被加工物32により近く、電極36からより離れている原料ガス入口38と出口42を示している。

0029

図10A図10Cは、複数の原料ガス入口38を有するG−SPCのいくつかの実施形態を例示している。図10Aは、同じ水平レベルにあり、電極36により近い一組の原料ガス入口38bと出口42bと、それぞれが被加工物32により近い別の組38a、42aを示している。図10Bは、同じ水平レベルにあり、被加工物32により近い一組の原料ガス入口38aと出口42aを示しており、その組に向けてガス入口38bからの別の原料ガス40が垂直に方向付けられている。図10Cは、同じ水平レベルにあり、被加工物32により近い2つの原料ガス入口38a、38bを示している。これらの図では、ブロック状矢印により放電流体50の流れを表している。

0030

本発明は、(適用に応じて)様々な方向で電極36の近くに運ばれる原料ガス40を使用する必要がある。発電機44からのDC、AC、RF、パルスモードその他の電力によって、電極36はプラズマ45を生じさせる。プラズマ45は、再結合長さで原料ガス40と一体化して、放電流体50を形成する。再結合長さは、原料流体40の流れの速度、圧力、体積、タイプおよび方向に依存する。一実施形態では、放電流体50は、被加工物32の洗浄表面までプラズマ45を誘導する。よって、プラズマ45の経路は、原料ガス40の方向に応じて移動する。プラズマ45の経路方向の変化によって、洗浄チャンバ34内の原料ガス40の経路に応じて異なる程度で、被加工物32の表面のプラズマ損傷が抑制される。

0031

加えて、プラズマ位置決め・増幅コンポーネント52は、プラズマ45のビームを位置決めし誘導するように設計され、事実上、原料ガス40による誘導を向上させ、プラズマアブレーション領域を拡幅し、原料ガス40を放電させるのに必要とされる電力を低下させもする。プラズマ位置決め・増幅コンポーネント52は、プラズマ洗浄中の表面損傷を低減することも助ける。

0032

洗浄メカニズムは、放電流体50により運ばれたプラズマ種により引き起こされる。揺動する電子、イオンおよびラジカルは、被加工物表面のひび割れおよび窪みに浸透し、表面に密着した汚染物質に振動力を伝達する。エネルギーの一部分が、放電流体50から被加物32の表面に伝達され、温度を上昇させる(65℃未満または65〜100℃)。局所的な加熱によって、表面の材料が熱膨張する。被加工物32とは異なる熱膨張率を有する汚染物質が、振動力の影響により表面から分離される。図11は、いくつかの元素の熱膨張率の知られている値を参照のために示している。

0033

電極36にあるイオン、ラジカルおよび中性種も、被加工物32の同じ元素を含めて、被加工物32の表面に伝達されて、汚染物質を置き換える。これによって、表面が修正され、嵌り込んだ汚染物質の除去により生じる構造歪が修復される。局所的な加熱によって、原位置で表面がアニールされ、前述したように被加工物32の内部構造が補修される。

0034

有利なことに、SPC洗浄装置は小型である。図12Aは、SPCの電極36がハンドラ20に取り付けられ、電極36が半導体テスト用のテストソケット32の空洞に挿入されるように構成されることを示しており、よって、テストソケット32と電極36の間のソケット空洞の空間が洗浄チャンバ34を形成する。図12Aには、原料ガス40の入口および汚染物質を除去する吸込ラインを示していない。図12Bは、SPC前のケルビンテストソケット内のピン33のSEM画像を表面汚染分析結果と共に示している。図12Cは、SPC後のケルビンテストソケットピンのSEM画像を表面汚染の分析結果と共に示している。図12Cは、SPCシステムがテストソケット内のピンのスズ汚染の除去に有効であったことを示している。図12Dおよび図12Eも、SPC前後のケルビンピンのSEM画像である。

0035

図13Aは、本発明の別の実施形態によるSPCシステム130の図を示している。図13Aに示すように、SPCシステム130は、洗浄チャンバ34と、発電機44に接続された電極36と、電極36と被加工物32の間に配置されてプラズマ145を発生させる浮遊電極160とを含む。浮遊電極160は、電気的に絶縁され、発電機44に対する浮遊電位を有しており、グラウンドまたはバイアスに接続されたネットワークR(レジスタ、インダクタおよびコンデンサで構成される)が概略的に示されている。使用において、浮遊電極160と洗浄チャンバ34の内側の被加工物32との間に発生したプラズマ145のイオンエネルギーは低い。上記の実施形態と同じように、洗浄チャンバは大気圧下にある。プラズマ145は、図3に示すNTPのものとは異なり、イオン衝撃エネルギーが低く、被加工物に対するプラズマ損傷が抑制される。電極36と浮遊電極160の間の空間には、プラズマが存在しても、存在しなくてもよい。浮遊電極160は、一実施形態では金属から作られ、別の実施形態ではセラミック、半導体又は電気絶縁体で作られる。浮遊電極は、金属製であると、レジスタ、インダクタおよびコンデンサのネットワークRを介して、グラウンドに接続されるか、またはバイアスに対して調整され、このようにして、洗浄チャンバ内の電界およびイオンエネルギーを制御することができる。浮遊電極による電荷補償と、レジスタ、インダクタおよびコンデンサのネットワークRの調整とによって、大領域でのプラズマ放電の均一性が実現される。

0036

図13Bは、SPCシステムの変形例を示している。このSPCシステム130aは、2つの浮遊電極160、160aがある点を除いて上記のものと同様である。これらの浮遊電極160、160aは、薄い平坦プレートであり、図1Cに示すようなSPCシステム130bの別の実施形態では、浮遊電極160、160aは、グリッドメッシュまたは穿孔を有するプレートであり、原料ガス40との使用に有利である。

0037

上記のSPCシステム130、130a〜130bは、ピンまたはプローブなど、小断面積の被加工物32の局所的なプラズマ洗浄に適している。有利なことに、SPC中にピンまたはプローブの先端近くの周辺領域も洗浄される。大領域プラズマ洗浄の場合、図14AのSPCシステム130cにより示すように、原料ガス40が洗浄チャンバ34内に供給される。原料ガス40は、イオンおよび不活性ガスラジカルを提供して、プラズマ洗浄処理を向上させ、被加工物32の大表面全体にプラズマ洗浄を広げる。2つ以上の原料ガス40を洗浄チャンバ34に供給することが可能である。上記の実施形態と同じように、原料ガスは、単一の元素または混合ガスとすることができる。

0038

図14Bは、別の実施形態によるSPCシステム130dを示している。このSPCシステム130dは、プラズマ145が偏向器170により被加工物32に誘導される点を除いて、上記のSPCシステム130cと同様である。被加工物から取り除かれた汚染物質を除去するために、被加工物の近くに吸込ノズル180が設けられる。

0039

上記のSPCシステム30、130、130a〜130dは、乾式洗浄チャンバ34において利用される。図15は、液体媒体234を収容する洗浄チャンバと共に構成されるSPCシステム230を示しており、ここで、図には、浮遊電極160、160aおよび電極に対する外部接続が示されていない。図15に示すように、浮遊電極160、160aは、電極36と被加工物32の間で液体媒体234内に浸される。洗浄チャンバには、水などの液体媒体が満たされる。ある実施形態では、液体媒体には、塩を溶かすことによりカリウムまたはナトリウムイオンなどの塩化イオンが加えられる。この実施形態の利点は、プラズマ洗浄処理が塩化イオン衝撃と水衝撃の両方を使用する点にあり、このことは、ワイヤボンダの楔状部の窪みなどの深い窪みを洗浄する際に有効である。別の実施形態では、液体媒体234に食塩水が導入される。また別の実施形態では、代わりにまたは加えて、SPC中に液体媒体に原料ガス40が導入される。溶媒または化学溶液などの他の液体も使用することができる。

0040

特定の実施形態について説明および例示してきたが、本発明の範囲から逸脱せずに本発明には多くの変更、修正、変形およびそれらの組合せを施すことができることが理解される。例えば、放電流体50は、被加工物をリモート洗浄するために、出口を通過し、チューブを介してノズルまたは洗浄ガンに方向付けられることができる。別の例では、電源は、RFモードなどの他のモードで駆動することができる。別の実施形態では、洗浄チャンバの設計に応じて、チャンバ内の圧力は、本発明の非熱プラズマ洗浄原理に影響を及ぼさずに原料ガス40が洗浄チャンバ34に入る圧力差がある限り、約5barまで高められ、または真空ポンプにより真空引きされる。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社フィールドの「 搬送機構及びそれを備えた食器洗浄機」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題】食器洗浄機において、搬送されてくる食器の汚れをより効果的に落とすことを可能にする構成を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る、食器洗浄機10における搬送機構14は、食器が載置可能に設けられ... 詳細

  • イースタン技研株式会社の「 エアノズル」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【目的】製造過程又は製造完了した製造物に対して洗浄液での洗浄による残留液或いは付着した切粉,塵,油汚れ等をエア(空気)噴射の圧力にて吹き飛ばし、製造物の表面をクリーニングするエアノズルに関する。【構成... 詳細

  • 株式会社小糸製作所の「 車両用クリーナシステムおよび車両用システム」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題・解決手段】車両用クリーナシステム(100)は、車両(1)に搭載されて車両(1)の外部の情報を取得する外部センサ(6)に洗浄媒体を吐出して外部センサ(6)を洗浄するクリーナユニット(110)と、... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ