WO1998049368A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung und aktivierung von elektrisch leitenden strukturen und platinenoberflächen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reinigung und aktivierung von elektrisch leitenden strukturen und platinenoberflächen Download PDF

Info

Publication number
WO1998049368A1
WO1998049368A1 PCT/DE1998/001141 DE9801141W WO9849368A1 WO 1998049368 A1 WO1998049368 A1 WO 1998049368A1 DE 9801141 W DE9801141 W DE 9801141W WO 9849368 A1 WO9849368 A1 WO 9849368A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
dielectric
electrode
cleaning
discharge
Prior art date
Application number
PCT/DE1998/001141
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen E. LANG
Manfred Neiger
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO1998049368A1 publication Critical patent/WO1998049368A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32348—Dielectric barrier discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3489—Composition of fluxes; Methods of application thereof; Other methods of activating the contact surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding device for cleaning or activating the surface of an electrically conductive, structured layer arranged on a carrier or the carrier surface in the vicinity of an electrically conductive, structured layer.
  • an electrically conductive, structured layer in the sense of the invention, both two-dimensional, i.e. superficial, as well as three-dimensional, i.e. spatially trained structures understood with an electrical function.
  • These include, for example, electrical conductor tracks (also with lateral dimensions in the range of a few ⁇ m), electrical contact areas, bond pads, contact pads, printed circuits, printed circuit boards, lithographic layers and structures of microelectronics, lithographically generated components and microelectronic components, for which the usual structure sizes range from a few ⁇ m to mm.
  • Industrially manufactured, electrically conductive, structured layers such as conductor tracks or contact surfaces of electronic circuits that are known as electrically conductive or semiconducting layer are arranged on a carrier, are manufactured and processed in several process steps.
  • the coatings can be both organic and inorganic layers and can consist, for example, of condensates from printed circuit board manufacture, adhesive and polymerisation residues, of carbon-containing compounds formed by oxidation, of metal oxides or metal hydrides.
  • Activation is understood to mean any desired chemical or physical reaction in preparation for a subsequent processing step, for example the activation of a copper surface by reducing the CuO to Cu.
  • chemical cleaning is carried out using a chemical cleaning and / or activating agent, which can be, for example, a fluorinated chlorinated hydrocarbon, chlorinated hydrocarbon, a hydrocarbon compound, a flux or an aqueous solution.
  • a chemical cleaning and / or activating agent can be, for example, a fluorinated chlorinated hydrocarbon, chlorinated hydrocarbon, a hydrocarbon compound, a flux or an aqueous solution.
  • a method for treating surface substrates made of different materials is known from document EP 0510503 A2.
  • the UV light is generated with a dielectric barrier discharge and emerges from the discharge space through a transparent grid electrode onto the workpiece arranged outside. For this reason, the environment must be UV-permeable, which requires the use of a protective gas atmosphere.
  • the program also contains zeßgas the lamp such as chlorine. The use of this aggressive gas excludes the previously known method for the field of application according to the invention.
  • the invention is based on the object of creating a method and a corresponding device for cleaning or activating the surface of an electrically conductive, structured layer arranged on a carrier or the carrier surface in the vicinity of an electrically conductive, structured layer, which avoids or reduces the disadvantages of the methods known from the prior art.
  • this method should be able to be integrated into a continuous process, in particular a manufacturing process, so that the risk of re-contamination by dust or dirt in the air or by handling the layer in the process is reduced.
  • the method should act as homogeneously as possible on the layer or the carrier surface and should cause little or no heating. It should be carried out in an environmentally friendly and cost-effective manner and should ensure a high mechanical and electrical load capacity and an improved corrosion behavior of the layer.
  • the method should, if possible, be feasible in such a way that the cleaning or activation effect can be limited locally and is concentrated, for example, on the conductive layer and thus the carrier is not attacked or is attacked only to a small extent.
  • the method should make it possible to dispense with flux or wet chemical activation baths during the subsequent soldering of the layer.
  • the layer or carrier surface to be cleaned or activated in a discharge space filled with filler gas between two electrodes, a dielectric being arranged between the layer and at least one electrode, and between the two electrodes by applying a voltage to ignite a discharge which is dielectrically impeded by the dielectric and whose micro-discharges act directly on the layer or carrier surface for cleaning or activation.
  • the invention makes use of the cleaning effect of a dielectric barrier discharge in order to achieve the above-mentioned advantages in the cleaning and activation of electrical conductor tracks or contact surfaces or the surrounding carrier surface.
  • dielectrically disabled discharges (DBE for short, also called silent discharge or barrier discharge, English "barrier discharge") is known in the prior art for generating incoherent, selective radiation by the formation of exe er molecules and the release of UV radiation in the process Dissociation and known for cleaning fats and oils on the surface of metal foils.
  • the dielectric barrier discharge would concentrate on the points with the shortest distance from the counterelectrode and the other points would remain untreated; targeted cleaning or activation of certain, selected areas of a structured surface is not possible.
  • the known method is limited to the removal of hydrocarbons, ie a cleaning effect, without a reducing effect being able to be achieved. Ozone and secondary products are created, eg N0 ⁇ , which leads to problems with regard to job security.
  • the DBE is a gas discharge in thermal non-equilibrium which, in contrast to other non-equilibrium discharges, can also be operated at high pressures of 0.1 to 10 bar.
  • the arrangement of a DBE consists of two metallic electrodes, between which there are one or more gas discharge spaces (gaps), each of which is sealed off on at least one side with a dielectric as a barrier.
  • the main task of the dielectrics is to prevent the formation of sparks or arcs that would occur between metal electrodes without a dielectric barrier, and to distribute the so-called filaments evenly over the dielectric surface.
  • the dielectrics limit the charge turnover and thus the amount of energy that can be coupled into a single filament.
  • the plasma in the discharge space usually consists of a large number of spatially and temporally distributed individual discharges, so-called micro-discharges or (discharge) filaments.
  • the discharge can be controlled by selecting the appropriate parameters so that multifilament operation or single-filament operation, that is to say the entire discharge consists only of a micro-discharge, can be carried out. Multi-filament operation is generally preferred for technical applications.
  • a dielectric barrier is placed in front of each metal electrode, so that the contact of the plasma with the metallic electrodes is prevented and thus chemical processes of the filling gas with the electrodes are prevented.
  • a harmonic or anharmonic voltage e.g. AC voltage
  • partial discharges or filaments are formed in the discharge space, depending on the frequency, the rate of voltage rise and the voltage level, if the ignition voltage or the ignition field strength in the discharge space is exceeded.
  • a homogeneous plasma is formed, or small thin discharge channels, the so-called filaments (micro-discharges) are created.
  • the carrier on which the layer to be cleaned or activated is located itself acts as a dielectric, that is to say is arranged between the layer and an electrode, in order to form a spark gap directly between the layer and to prevent the electrode. It is preferred if a further dielectric is arranged between the layer and the other electrode, that is to say the DBE is dielectrically impeded on both sides is.
  • the electrode is somewhat smaller than the dielectric, that is, the dielectric protrudes somewhat laterally (transversely to the direction of discharge) over the electrode.
  • the cleaning or activation of the electrically conductive layer or the carrier surface takes place through the direct action of the micro-discharges on the layer or carrier surface.
  • the cleaning or activation is supported by UV radiation which arises during the dielectric barrier discharge.
  • the cleaning or activation by chemical or physical effects of the filling gas on the layer during the dielectric barrier discharge which, for example, in UV radiation, in particular so-called internal UV radiation, i.e. UV radiation in the micro discharge in the immediate vicinity of the surface to be cleaned, in plasma chemical processes or in excitation or radical formation can be supported.
  • the formation of the discharge is of particular importance in the gentle treatment of layers, in particular electronic components.
  • the possible forms of discharge are homogeneous, full cone, narrow cone, short cone filament, channel-divided filament and thin filament. They depend on the gas mixture, the voltage shape and frequency as well as the gap distance. The smaller the gap, the easier it is to achieve homogeneous discharge. The more homogeneous the discharge, the greater the plasma efficiency, ie the more radicals are generated in the volume. ⁇ ",. ⁇ - to PCT / DE98 / 01141 98/49368
  • a homogeneous discharge not only has advantages with regard to the plasma efficiency, but also with regard to the gentle treatment of the layer.
  • discharge channels with a diameter of the order of 100 ⁇ m are formed with a surface sliding discharge with a diameter between 0.5 and 5 cm. This means that a high specific power of more than 1 W / cm 2 is injected into the plasma at the given voltages. This energy density is desirable when cleaning metal foils, but leads to damage to the semiconductor components when cleaning printed circuit boards equipped with semiconductor components.
  • the surface of the surface sliding discharge represents a qualitative measure of the local electric field strength.
  • the load on the components is significantly lower.
  • suitable dielectric barrier materials and emission peaks can be used. This is used to produce individual filaments with a smaller diameter and a larger areal density.
  • the type of electrical excitation can also contribute to this.
  • the individual filaments can have a diameter of less than 0.5 cm and protrude up to the micrometer range.
  • the number and density of the microfilaments increases accordingly, so that there is an optical impression corresponding to a low-pressure plasma discharge; the individual micro-discharges are then no longer recognizable and the result is a uniformly distributed, homogeneous glow in an extended area, without a significant amount of channel formation occurring in the individual filaments.
  • individual micro discharge channels for example as Lichtenberg cones, may or may not be visible. In this way it can be achieved that the local loading of the layer by a single filament is relatively low, even if a larger area is treated.
  • FIG. 5 shows a modification to FIG. 4,
  • FIG. 6 shows an arrangement for a dielectric barrier discharge for cleaning a substrate with microelectronic components
  • FIG. 6 is a plan view of FIG. 6,
  • the 1 shows four exemplary basic arrangements for carrying out a dielectric barrier discharge. They each comprise two electrodes 1, 2 to which a high voltage can be applied.
  • the carrier is introduced into the discharge space 3 and the DBE is ignited.
  • the layer or the carrier surface can be cleaned or activated by the micro-discharges that form in the process.
  • FIG. 2 schematically shows the formation of a micro-discharge 5 in a discharge arrangement with a dielectric barrier on one side.
  • FIG. 3 shows a micro-discharge 5 in a discharge arrangement which is dielectrically impeded on both sides, in which two dielectrics 4a, 4b are arranged between the electrodes 1, 2.
  • the micro-discharges 5 can be widened conically on the dielectric 4, where a surface sliding discharge is formed. The smaller the diameter of this cone, the lower the energy contained in the microfilament 5.
  • very fine, distributed micro-discharges 5 are formed or the tip of the cone is formed up to the opposite electrode 1, so that a cylindrical, uniform discharge volume results.
  • the first electrode 1 is a metallic plate, which can be at zero potential, for example.
  • the second electrode 2 is connected to a high-voltage unit, not shown.
  • the carrier 6 is a circuit board, for example based on an epoxy resin, on a ceramic basis or on a polymer basis (inter alia polypropylene or polyimides). It carries electrical conductor tracks 7 and electrical contact surfaces 8, which can consist, for example, of copper, another metallic conductor or a semiconductor.
  • the circuit board 6 is located between the conductor tracks 7 or contact surfaces 8 and the first electrode 1 and serves as a dielectric barrier. Another dielectric 4 is arranged between the conductor tracks 7 or contact surfaces 8 and the second electrode 2.
  • the electrode 1 is preferably somewhat smaller than the circuit board 6 in order to prevent sparks from jumping over to the side.
  • the electrons in the discharge filaments 5 can interact with the atoms and molecules of the filling gas in the discharge space 3 and with the substances, for example aliphatics, adhering to the surface of the conductor tracks 7 and contact surfaces 8, which leads to fragmentation, radical formation and to oxidation and reduction processes leads.
  • the conductor tracks 7 or contact surfaces 8 are raised relative to the carrier 6 or consist of metallic materials, there are selective discharges which no longer uniformly cover the surface of the carrier 6, but instead concentrate on the conductor tracks 7 and contact surfaces 8 (NF Operation), which is advantageous.
  • the lighting phenomenon associated with the DBE which occurs, for example, in air, is an indicator of the extent of the emission area and thus of the electrical power coupled in.
  • the filament formation depends on the pressure in the discharge space 3, the gas type of the filling gas, the rate of voltage rise, the voltage level, the distance in the discharge space 3 (gap distance), the type and thickness of the dielectrics and the frequency.
  • the dielectric barrier 4 on the side which faces the layer to be cleaned that is to say the conductor track 7 and the contact surface 8 has a raised formation which corresponds to the contour of the layer and is arranged opposite the layer 9 on.
  • This can be useful in special applications in order to concentrate the micro-discharges even more strongly on the layer to be cleaned.
  • this is not necessary in the case of two-dimensionally structured layers, since the micro-discharges, as explained above, are already largely self-focusing, the technical outlay for producing specially shaped formations 9 on the dielectric barrier 4 can be high, and then the universal applicability of the corresponding arrangement cannot more is guaranteed.
  • the contour of the formation 9 corresponds precisely to that of the layer, but it can are sufficient if the raised shape 9 represents a simplified image.
  • micro-discharges 5 located on the conductor track 7. It is noteworthy here that the micro-discharges 5 concentrate on the conductor tracks 7 of the circuit board 6 and not, or only to a small extent, on the other areas of the circuit board 6 which are not coated with conductor tracks 7 or the areas of the metallic areas which are not covered by the circuit board 6 Act on electrode 1.
  • the dielectric barrier 4 all materials known for the DBE can be considered as the dielectric barrier 4.
  • Diamond or ceramics e.g. Al 2 0 3 , glasses, porcelain or other high-voltage-resistant ceramic insulating materials (e.g. according to DIN 40685) as well as insulating plastics (e.g. according to VDE 0303) such as fluorocarbon, polyvinyl chloride or phenoplasts (with admixtures) with pronounced high-voltage capability as well as are particularly suitable Teflon and PVC.
  • the surface of the dielectric 4 facing the conductor tracks 7 is tempered, for example with a diamond layer. The criteria wear and heat resistance are generally not important when choosing the material, as there is no significant wear or thermal stress on the barrier.
  • FIG. 6 shows a section of an arrangement for a dielectrically disabled discharge for cleaning a carrier 6 with microelectronic components 22 which are connected to conductor tracks 7.
  • the components are, for example, a first chip 22a, a second chip 22b and a capacitor 22c.
  • the layer to be cleaned is thus structured three-dimensionally and should be in one local area around the first chip 22a, in which there are contact areas 8 for contacting the chip 22a by means of bonding, and on the chip 22a, which itself has contact areas 8 for bonding.
  • FIG. 6 shows the homogeneous discharge formed from micro-discharges 5, which is concentrated on the first chip 22a and the adjacent contact areas 8.
  • the dielectric 4 has a contour corresponding to the layer and the layer or the support surface Forming arranged opposite one another, in particular a raised form 9.
  • the shape can represent a simplified image, in particular an enlarged simplified image of the contour of the layer or of the carrier surface. Simplified means that the contour and surface of the formation do not have to correspond to the finely resolved details of the layer or carrier surface to be cleaned, but only to the extent required by practical requirements.
  • FIG. 7 shows a top view of the layer of FIG. 6 to be cleaned.
  • the contour of the formation 9 is also shown.
  • the cleaning is limited to the first chip 22a or its contact areas 8 and the contact areas 8 arranged next to the first chip 22a. After the cleaning, the contact areas 8 can be connected, for example, by bonding.
  • FIG. 8 shows an example of a workpiece to be cleaned, the height of which relates to a planar electrode locally varied by up to 20 mm and more. This is the case, for example, with modern sensors, for example microsensors.
  • Such workpieces can also be cleaned with the method according to the invention if the electrode 1 and / or the dielectric 4 are shaped and adapted accordingly by an approximately uniform gap distance between the layers to be cleaned and the opposite electrode 1 or the opposite dielectric 4 to achieve.
  • the contour of the formation does not have to follow the contour of the workpiece to be treated precisely into microscopic areas, but it is sufficient if the contour of the formation represents an enlarged and simplified image of the layer to be cleaned.
  • the electrode 1 and the dielectric 4 are modeled or reshaped from the workpiece in such a way that the contact surfaces 8a arranged on the top of the component 22 and the contact surfaces 8b arranged approximately 20 mm lower on the carrier 6 can be cleaned for subsequent bonding .
  • the electrode 1 can be an electrolyte electrode, for example.
  • FIG. 9 shows an arrangement for carrying out a DBE. It comprises an insulating housing, which is composed of a base plate 10, a cover 11 and side plates 12.
  • the lower electrode 1 is at ground potential and the upper electrode 2 is connected to a high-voltage unit 13 via a bushing 14.
  • the electrodes 1, 2 can be designed in a known manner, for example as a metallic plate, as a mesh or grid electrode or as an electrolyte electrode.
  • the discharge space 3 is filled with a filling gas.
  • the filling gas can be essentially air or an inert gas and / or a special gas.
  • target process gas ie chemically passive substances, are noble gases and nitrogen.
  • the composition can be variable. For reasons of cost, N 2 and Ar are preferred.
  • the inert gas will mainly participate in the cleaning or activation through physical shocks or UV production.
  • a process gas is preferably a gaseous reaction mediator, which thus supports the chemical reaction.
  • the reaction mediator can be oxidizing, for example 0 2 , N0 ⁇ , H 2 0, or reducing, for example H 2 , N 2 or hydrocarbon, in particular a short-chain.
  • reaction gas is advantageously 1 to 5 percent by volume or the proportion of air or the inert gas is typically 90 to 95%.
  • the respective composition and the proportions of the individual components can be adapted depending on the application and vary widely.
  • Particularly advantageous filling gases can be an inert gas, a short-chain hydrocarbon, nitrogen, Ar / H 2 0, N 2 / H 2 , Ar / 0 2 (approx. 5: 1), N 2 / NO ⁇ , H 2 / H 2 0 ( preferably 1: 1 to 3: 1) in Ar, Ar / H 2 (preferably 1: 4 to 4: 1), N 2/0 2, Ar / H 2 / H 2 0 (preferably about 3: 1: 1 ) or a combination thereof.
  • the composition of the filling gas is varied, controlled or regulated.
  • the moisture content of the filling gas is varied, controlled, regulated or maintained below its dew point or the saturation vapor pressure.
  • a safety distance from the dew point or saturation vapor pressure is advantageously maintained. This can be advantageous in order to prevent moisture precipitation due to the tion product water to avoid, as this would make the dielectric barrier discharge no longer feasible.
  • the pressure in the discharge space 3 is advantageously between 10 mbar and 10 bar.
  • a particularly advantageous embodiment for integrating the method according to the invention into a manufacturing process consists in the discharge space 3 being under normal or ambient conditions.
  • the filling gas is supplied to the discharge space 3 via the filling gas supply 15.
  • a plurality of inflow openings or inflow nozzles 16 can be provided, as a result of which the gas can be supplied in a gas-saving manner and a rapid gas exchange for removing the end products, for example C0 2 , S0 2 and H 2 0, is made possible from the discharge space 3.
  • the process may need to be controlled in the direction of oxidation or reduction.
  • the gas suction 17 can be followed by a gas scrubber 18, for example to wash out HC1 as a degradation product of chlorinated hydrocarbons or other pollutants.
  • the voltage supplied by the high-voltage unit 13 can be sinusoidal or rectangular or have another alternating profile.
  • the voltage is typically between 200 V and 15 kV and the electrical power coupled into the discharge space 3 is approximately 1 mW / cm 2 to 1 W / cm 2 at a typical distance between the electrodes 1, 2 of 0.2 mm to 20 mm based on the electrode surface.
  • the gap distance between the layer or the carrier surface and the adjacent electrode 2 or the adjacent dielectric 4 is less than 10 mm, preferably less than 5 mm .
  • the gap distance is also referred to as the gas space height.
  • the gap distance is more than 1 ⁇ m, preferably more than 100 ⁇ m.
  • a range between 0.5 and 2 mm is particularly preferred.
  • This information applies in particular when the pressure in the discharge space roughly corresponds to normal conditions.
  • the dielectric barrier 4 consisted of quartz glass, which was used for generating emission peaks 19 for 30 minutes. was etched with hydrofluoric acid. The thickness of the quartz glass was 1 to 4 mm with a typical value of 2 mm. The insulation and spacers consisted of 2 mm thick Teflon. The electrodes 1, 2 were made of steel and had a thickness of 1 cm. A sinusoidal voltage of 1 kHz with 12 to 16 kV was used as the voltage source. The gap distance was 2 mm. Air was used as the filling gas. The pressure was 1 bar and it was flushed at an exchange rate of 10 liters per minute. With this arrangement, a ceramic pia tine, which was provided with conductor tracks in thin and thick film technology, can be successfully cleaned.
  • the electron energy distribution can be optimally adjusted, inter alia, by the composition of the filling gas in connection with the distance (gap width, gap distance) of the electrodes 1, 2.
  • the composition of the filling gas in connection with the distance (gap width, gap distance) of the electrodes 1, 2.
  • average electron energies around 5 eV are optimal for electron collision dissociation from 0 2 , which is important for the production of oxygen radicals.
  • a further possibility for homogenizing the discharge at low voltage values which is realized in the arrangement shown in FIG. 9, is that the side of the dielectric 4 facing the layer to be cleaned or to be activated has emission peaks 19 facing the layer. Emission peaks can reduce filament formation and influence the local, temporal and electrical properties of the DBE.
  • Such emission peaks 19 can be easily and specifically produced, for example, by etching the dielectric base material (for example Al 2 O 3 bulk) with hydrofluoric acid (see W. Lang, Technische Rundschau Transfer No. 10 (1996) p. 32, DE 4304846 AI and DE 4315075 AI), which can then significantly reduce the field strength required for the electron emission of the partial discharge.
  • the field strength required for partial discharge is reduced depending on the design of the Peaks from approx. 10 7 V / cm up to 10 4 V / cm and thus the required ignition voltage.
  • etching process for generating tips is described in the publication W. Genthe, VDI Report No. 272, for the use of porous silicon or silicates or semiconductors.
  • the grain boundaries of the dielectric material are formed in an etching process, so that, for example in the case of Al 2 O 3 , whose grain size is typically 20 ⁇ m in diameter, radii of curvature of the grain tips of approximately 1 ⁇ m can be achieved.
  • such tips can also be produced by other application or removal processes, for example by UV structuring according to document DE 4113524 AI.
  • Emission peaks 19 are understood in the context of the invention to mean all types of elevations, edges and peaks which have such small radii of curvature that the emission preferably takes place at these points.
  • Emission peaks of this type can therefore be arranged, for example, in a needle-shaped distribution, that is to say they can be isolated individual peaks, and can also be generated by surface profiling of a corresponding material. For example, this can also be a scale-like structuring or a different type of fissuring of a surface. It is essential that the emission tips have a small radius of curvature, which is preferably essentially between 10 nm and 0.5 mm, so that the emission is concentrated on the tips and is thereby facilitated.
  • the emission peaks are preferably formed in the dielectric itself, it being possible for the electrode to be planar.
  • the surface density will advantageously be between 1 and 100 per cm 2 .
  • the height of the emission peaks can be up to 1 cm or more.
  • the size is variable and depends on the material used, for example glass or ceramic.
  • the density results from the grain size of the ceramic.
  • the distribution of the grains and their size vary statistically around a typical, material-dependent mean. The same applies to their shape.
  • Other conditions can exist if the surface is not processed by means of an ablation process, but rather by means of an abrading process, as can be the case, for example, with diamond or silicon.
  • ion peaks 19 through which corona effects are added to the DBE and a hybrid discharge takes place, is that the discharge is homogenized and the requirements with regard to the performance characteristics of the high-voltage unit 13 are reduced.
  • the locally distributed micro-discharges ignite at the same time; however, since the total energy of a discharge process is predetermined, the average energy per micro-discharge, ie per discharge filament, is lower and the treatment is therefore gentler.
  • emission tips 19 When using emission tips 19, the required voltage level and / or the voltage rise rate can be reduced.
  • high voltages or voltage rise rates of greater than 10 kV / ⁇ s for electrodes or dielectric barriers that are flat on the surface. This value can be considerably lower due to emission peaks 19, so that technologically less complex and thus more cost-effective high-voltage units 13 can be used.
  • emission peaks 19 can be used to increase the mean electron energy that can be achieved locally in the peak environment to ranges above 6 to 12 eV, which makes novel and energy-efficient chemical-physical reactions and reaction channels possible which were previously used in surface cleaning and at higher pressures or under normal conditions had no meaning.
  • the homogenization of the discharge has the advantage that the locally distributed micro-discharges (discharge filaments) 5 ignite simultaneously at low voltages, and an intensive cleaning or activation effect is thus achieved.
  • a particularly advantageous embodiment can consist in that the emission tips 19 are arranged only in a region opposite the layer or carrier surface to be cleaned or activated, that is to say they are arranged at least approximately in correspondence with their contour.
  • FIG. 10 schematically shows the formation of a micro-discharge 5 on a metal electrode 2, which has emission tips 19b.
  • the electrode 12 shows a schematic representation of an arrangement for cleaning a circuit board 6 with arranged electrical traces.
  • the electrode 2 has emission peaks 19 which are shown schematically in their depth distribution.
  • the electrode 1 under the board 6 is somewhat smaller than the board 6 and optionally enclosed by a side plate 12.
  • the position of the electrode 1 under the circuit board 6 is indicated by a dashed line in the circuit board 6.
  • the insulating fitting frame of the side plate 12 can also be omitted.
  • Another advantageous feature can be that the method according to the invention is carried out in two or more stages, for example the level of the voltage at the electrodes 1, 2, the time profile, the electrical power or the composition or the pressure of the filling gas is varied.
  • Controlling the composition of the filling gas in two or more phases, for example in an oxidation and reduction phase, can be useful since the article by Ch. Oehr mentioned at the beginning showed that the oxide layer is used in oxidative plasma cleaning, for example in silver, Copper or steel samples are growing. This can sometimes be desirable, for example when anodizing, but as a rule an oxide layer affects the quality of the component or its solderability.
  • one can work with less strongly oxidizing plasmas for example argon, argon / nitrogen plasma, argon / hydrogen plasma or nitrogen / hydrogen plasma, the long-chain hydrocarbons being fragmented into short-chain hydrocarbons and the fragments due to their higher vapor pressure change into the gas phase so that the surface becomes clean.
  • plasmas for example argon, argon / nitrogen plasma, argon / hydrogen plasma or nitrogen / hydrogen plasma
  • some oxides can be reduced to the metals, for example Cu, Ni or Fe.
  • Suboxides are obtained from others, for example titanium and vanadium.
  • the difference dG is, for example, particularly large in the case of the metals Al, Mg and Ca, so that their oxides are particularly difficult to reduce, but this is particularly desirable in the case of dielectric barrier materials such as A1 2 0 3 (requires approximately 10 eV), since these should not be attacked.
  • oxidation / reduction processes can lead to structural disturbances and changes in the morphology compared to the original metal surface, which can impair the functionality of a component, for example, through crack formation. It should therefore be checked in individual cases whether strong oxidizing air plasma can be used to remove organic contaminants or whether another plasma, for example Ar / H 2, leads to a comparable cleaning success without oxidizing the metal.
  • An exemplary process can look as follows.
  • the circuit board is then cleaned under an oxidative atmosphere and, if appropriate, subsequently provided with a structuring protective coating.
  • the areas to be soldered are activated by a reducing fill gas.
  • a chemical bath for surface activation is not required.
  • UV and VUV radiation can be generated in the method according to the invention, which contributes to cleaning or activation.
  • the term internal radiation means that the radiation is generated in the immediate vicinity of the surface to be cleaned or activated. This has particular advantages, since UV radiation and, to an even greater extent, VUV radiation have a short free path length and therefore an adverse absorption in the filling gas takes place with external radiation.
  • UV and VUV radiation can make a particularly efficient and intensive contribution due to the formation in the immediate vicinity of the surface on which it acts.
  • An exemplary process is the interaction of a fast electron with an N 2 molecule. This results in a slow electron and 2 N (4S), from which, for example, an N (4S) and N ( 2 D) result.
  • the rest of the process can be done according to Lawrence Livermore National Laboratory's publication UCRL-JC-122532 of November 21, 1995.
  • the reaction chains for atoms and molecules, which are excited by electron impact in a first step, can be determined from this by examining the released energies and the possible reaction pathways, whereby further excited atoms and molecules can arise after reactions. For example, a primary oxidizing plasma is generated in air and at average electron energies of approx. 4 eV, with 0 3 P and 0 1D being formed in a ratio of 2: 1, as well as NO molecules and OH radicals.
  • An exemplary reaction cycle for the degradation of long-chain hydrocarbons is the oxidation of R-CH 3 via the steps alkane, alkyl, alkyl peroxide, alkyloxy, aldehyde to the alkane reduced by the CH 3 group, as shown in FIG. 13. This is preceded by generation of 0 3 P and 0 ld by electron collisions .
  • FIG. 13 An exemplary reaction cycle for the degradation of long-chain hydrocarbons is the oxidation of R-CH 3 via the steps alkane, alkyl, alkyl peroxide, alkyloxy, aldehyde to the alkane reduced by the CH 3 group, as shown in FIG. 13. This is preceded by generation of 0 3 P and 0 ld by electron collisions .
  • reference numerals 101 denote long-chain hydrocarbons on the surface to be cleaned, 102 degradation products which pass into the gas phase, 103 OH radicals as the product of O ⁇ D) + H 2 0 -> 2 OH, 104 0 2 from the process gas or from air, 105 0 2 as a reaction product, 106 H 2 0 from the process gas and 107 H 2 0 as a reaction product.
  • Chemical radicals 108 according to the equation H0 2 + NO -> N0 2 + OH are also remarkable.
  • Another exemplary reaction cycle for the degradation of chlorine-containing hydrocarbons is the oxidation of tetra to C0 2 , HCl and Cl 2 , as shown in Fig. 14 (Dis ⁇ ertation Z. Falken ⁇ tein, University of Düsseldorf 1996).
  • the long-lived intermediate or final substances 20 and the chain propagators 21 are particularly emphasized.
  • First electrode Second electrode Discharge chamber Dielectric Micro discharge Carrier (circuit board) Conductor contact surface Formation Base plate Cover Side plate High voltage unit Execution Filling gas supply Inlet nozzles Gas extraction Gas washing Gas emission tips Long-lasting substances Chain propagator component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen oder Aktivieren elektrisch leitender, strukturierter Schichten. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß hierzu eine dielektrisch behinderte Entladung verwendet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung und Aktivierung von elektrisch leitenden Strukturen und
Platinenoberflächen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Reinigen oder Aktivieren der Oberfläche einer auf einem Träger angeordneten elektrisch leitenden, strukturierten Schicht oder der Trägeroberfläche in der Umgebung einer elektrisch leitenden, strukturierten Schicht.
Unter einer elektrisch leitenden, strukturierten Schicht im Sinne der Erfindung werden sowohl zweidi ensional, d.h. oberflächlich ausgebildete, als auch dreidimensional, d.h. räumlich ausgebildete, Strukturen mit einer elektrischen Funktion verstanden. Hierzu zählen beispielsweise elektrische Leiterbahnen (auch mit lateralen Abmessungen im Bereich weniger μm) , elektrische Kontaktflächen, bond pads, Kontaktpads, gedruckte Schaltungen, Leiterplatten, lithographische Schichten und Strukturen der Mikroelektronik, lithographisch erzeugte Bauelemente und mikroelektronische Bauelemente, bei denen übliche Strukturgrößen im Bereich von wenigen μm bis mm liegen.
Industriell gefertigte elektrisch leitende, strukturierte Schichten wie Leiterbahnen oder Kontaktflächen elektronischer Schaltkreise, die als elektrisch leitende oder halbleitende Schicht auf einem Träger angeordnet sind, werden in mehreren Prozeßschritten hergestellt und weiterverarbeitet. Dabei stellt sich das Problem, daß die Schichten sowohl durch den Herstellungsprozeß als auch die Lagerung an der Luft durch Adsorbtionsprozesse verunreinigt sind. Die Beläge können sowohl organische als auch anorganische Schichten sein und beispielsweise aus Kondensaten der Leiterplattenfertigung, Klebe- und Poli- merisationsrückständen, aus durch Oxidation gebildeten kohlenstoffhaltigen Verbindungen, aus Metalloxiden oder Metallhydriden bestehen.
Diese Beläge stören das Kontaktieren mit Lötpasten, mit Lötzinn und Passivierungsmitteln, so daß die Schichten entweder sehr schnell weiterverarbeitet oder unmittelbar vor der Weiterverarbeitung durch einen in den Prozeß integrierten Reinigungsprozeß gereinigt oder aktiviert werden müssen. Auch die Oberfläche des Trägers selbst muß für manche Prozeßschritte gereinigt oder aktiviert werden.
Zur Reinigung und Aktivierung sind verschiedene Verfahren bekannt. Unter Aktivierung wird dabei jede gewollte chemische oder physikalische Reaktion zur Vorbereitung eines anschließenden Bearbeitungsschrittes verstanden, z.B. das Aktivieren einer Kupferoberfläche durch Reduzieren des CuO zu Cu. Bei Badreinigungsverfahren wird eine chemische Reinigung unter Einsatz eines chemischen Reinigungsund/oder Aktivierungsmittels, das beispielsweise ein fluorierter chlorierter Kohlenwasserstoff, chlorierter Kohlenwasserstoff, eine KohlenwasserstoffVerbindung, ein Flußmittel oder eine wässrige Lösung sein kann, durchgeführt. Diese Verfahren sind wegen der damit verbundenen Umweltbelastung wenig wünschenswert. Ein anderes bekanntes Verfahren beruht auf plasmaunterstützten Prozessen, wie sie beispielsweise in den Veröffentlichungen Ch. Oehr in Oberflächentechnik 1994, 32. Jahrestagung der DGO gemeinsam mit der ÖGO, 12.-14. Oktober 1994, Bad Reichenhall, Seite 79 und von E. Wandke in Technische Rundschau Transfer Nr. 40 (1996) Seite 34 beschrieben sind. Derartige Plasmaverfahren haben sich in der Praxis zwar als durchführbar erwiesen, weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Sie sind verfahrenstechnisch aufwendig, da ein plasmatechnisches Niederdruckverfahren Druckkammern erfordert, so daß das Verfahren kostenaufwendig ist. Ferner kann das Verfahren nicht als kontinuierliches Verfahren im laufendem Betrieb durchgeführt werden, weshalb durch die fehlende Integrierbarkeit in einen kontinuierlichen Fertigungsprozeß der technische Aufwand weiter erhöht wird. Die verwendeten Prozeßgase führen zu einer bedenklichen Umweltbelastung. Ferner ist bekannt, daß bei derartigen Verfahren Inhomogenitäten in der gereinigten oder aktivierten Schicht auftreten.
Aus dem Dokument EP 0510503 A2 ist ein Verfahren zur Behandlung von Oberflächensubstraten aus verschiedenen Werkstoffen bekannt. Zur Vermeidung der Nachteile bekannter Verfahren zur Reinigung oder Vorbereitung von Oberflächen von Bauelementen mit Hilfe von Säuren, Laugen, Halogen-Kohlenwasserstoffen oder Plasmaverfahren wird vorgeschlagen, reaktive Radikale zu erzeugen und mit der Oberfläche des Substrats zur Reaktion zu bringen. Hierbei wird ausschließlich mit UV-Licht gereinigt. Das UV-Licht wird mit einer dielektrisch behinderten Entladung erzeugt und tritt aus dem Entladungsraum durch eine transparente Gitterelektrode auf das außerhalb angeordnete Werkstück aus. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die Umgebung UV-durchlässig ist, was die Verwendung einer Schutzgasatmosphäre erforderlich macht. Ferner enthält das Pro- zeßgas der Lampe z.B. Chlor. Die Verwendung dieses aggressiven Gases schließt das vorbekannte Verfahren für den erfindungsgemäßen Anwendungsbereich aus.
Insgesamt ist die Reinigungsproblematik im erfindungsgemäßen Zusammenhang bei Elektronik und Mikroelektronik erheblich, was durch hohe Forεchungs- und Entwicklungsaufwendungen in Milliardenhöhe dokumentiert wird.
Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Reinigen oder Aktivieren der Oberfläche einer auf einem Träger angeordneten elektrisch leitenden, strukturierten Schicht oder der Trägeroberfläche in der Umgebung einer elektrisch leitenden, strukturierten Schicht zu schaffen, die die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vermeidet oder verringert.
Insbesondere soll dieses Verfahren in einen kontinuierlichen Prozeß, insbesondere einen Fertigungsprozeß integrierbar sein, damit die Gefahr einer Wiederverschmutzung durch Stäube oder Schmutz in der Luft oder durch die Handhabung der Schicht in dem Prozeß verringert ist. Ferner soll daß Verfahren möglichst homogen auf die Schicht bzw. die Trägeroberfläche einwirken und dabei keine oder nur eine geringe Erwärmung bewirken. Es soll umweltfreundlich und kostengünstig durchführbar sein und eine hohe mechanische und elektrische Belastbarkeit sowie ein verbessertes Korrosionsverhalten der Schicht gewährleisten. Ferner sollte das Verfahren nach Möglichkeit so durchführbar sein, daß sich die Reinigungs- oder Aktivierungswirkung lokal begrenzen läßt und sich z.B. auf die leitende Schicht konzentriert und damit der Träger nicht oder nur im geringen Maße angegriffen wird. Insbesondere sollte das Verfahren ermöglichen, beim nachfolgenden Löten der Schicht auf Flußmittel oder naßchemische Aktivierungsbäder zu verzichten.
Zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird vorgeschlagen, die zu reinigende bzw. zu aktivierende Schicht bzw. Trägeroberfläche in einem mit Füllgas gefüllten Entladungsraum zwischen zwei Elektroden anzuordnen, wobei zwischen der Schicht und mindestens einer Elektrode ein Dielektrikum angeordnet ist, und zwischen den beiden Elektroden durch Anlegen einer Spannung eine durch das Dielektrikum dielektrisch behinderte Entladung zu zünden, deren Mikroentladungen zur Reinigung bzw. Aktivierung unmittelbar auf die Schicht bzw. Trägeroberfläche einwirken.
Die Erfindung macht sich die Reinigungswirkung einer dielektrisch behinderten Entladung zur Erzielung der oben genannten Vorteile bei der Reinigung und Aktivierung elektrischer Leiterbahnen oder Kontaktflächen bzw. der umgebenden Trägeroberfläche zunutze. Der Einsatz von dielektrisch behinderten Entladungen (kurz DBE, auch stille Entladung oder Barrierenentladung, englisch "barrier discharge" , genannt) ist im Stand der Technik zur Erzeugung inkohärenter, selektiver Strahlung durch Bildung von Exei er-Molekülen und Freisetzung von UV-Strahlung bei deren Dissoziation und zur Reinigung von Fetten und Ölen auf der Oberfläche von Metallfolien bekannt.
Die Reinigung von großflächigen, homogenen, nicht strukturierten Metallfilmen wie Metallfolien und Metallblechen mittels DBE ist in den Dokumenten DE 4332866 AI, DE 4404034 AI und WO 95/09256 beschrieben, auf die hinsichtlich vorteilhafter Merkmale einer DBE zu Reinigungszwecken ausdrücklich Bezug genommen wird. Das in den ge- nannten Dokumenten beschriebene Verfahren betrifft jedoch großvolumige Werkstücke, die nicht im Entladungsraum angeordnet werden können, und ist auf Materialien beschränkt, die eine homogene Oberfläche aufweisen, d.h. deren zu reinigende Oberfläche nicht strukturiert ist. Wenn das Werkstück Strukturen, insbesondere dreidimensionale Strukturen aufweist, würde sich die dielektrisch behinderte Entladung auf die Stellen mit dem kürzesten Abstand zur Gegenelektrode konzentrieren und die anderen Stellen würden unbehandelt bleiben; eine gezielte Reinigung oder Aktivierung bestimmter, ausgewählter Bereiche einer strukturierten Oberfläche ist nicht möglich. Ferner ist das bekannte Verfahren auf die Entfernung von Kohlenwasserstoffen, d.h. eine reinigende Wirkung beschränkt, ohne daß eine reduzierende Wirkung erzielt werden kann. Es entstehen Ozon- und Folgeprodukte, z.B. N0χ, was Probleme hinsichtlich der Arbeitsplatzsicherheit zur Folge hat.
Die DBE ist eine Gasentladung im thermischen Nichtgleich- gewicht, die sich im Gegensatz zu anderen Nichtgleichge- wichtsentladungen auch bei hohen Drücken von 0 , 1 bis 10 bar betreiben läßt. Die Anordnung einer DBE besteht aus zwei metallischen Elektroden, zwischen denen sich ein oder mehrere Gasentladungsräume (Gaps) befinden, die jeweils nach mindestens einer Seite hin mit einem Dielektrikum als Barriere abgeschlossen sind. Die wesentliche Aufgabe der Dielektrika besteht darin, die Funken- oder Bogenbildung zu verhindern, die zwischen Metallelektroden ohne dielektrische Barriere auftreten würde, sowie die sogenannten Filamente gleichmäßig über die Dielektrikumsoberfläche zu verteilen. Die Dielektrika begrenzen den Ladungsumsatz und damit die Energiemenge, die in ein einzelnes Filament eingekoppelt werden kann. Das Plasma in dem Entladungsraum besteht in der Regel aus einer Vielzahl örtlich und zeitlich statistisch verteilter Einzelentladungen, sogenannten Mikroentladungen oder (Entladungs) Filamenten. Die Entladung kann durch Wahl der entsprechenden Parameter so gesteuert werden, daß ein Multifilament-Betrieb oder ein Einzelfilament-Betrieb, das heißt die gesamte Entladung besteht nur aus einer Mikroentladung, duchführbar ist. Für technische Anwendungsbereiche ist in der Regel der Vielfilament-Betrieb bevorzugt.
Bevorzugt sind Anordnungen, bei denen jeder Metallelektrode eine dielektrische Barriere vorgelagert ist, so daß der Kontakt des Plasmas mit den metallischen Elektroden unterbunden wird und somit chemische Prozesse des Füllgases mit den Elektroden verhindert werden. Bei Anlegen einer harmonischen oder anharmonischen Spannung (z.B. Wechselspannung) zwischen den Elektroden bilden sich je nach Frequenz, Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und Spannungshöhe Teilentladungen bzw. Filamente im Entladungsraum aus, wenn die Zündspannung bzw. die Zündfeldstärke im Entladungsraum überschritten wird. Je nach Druckbereich und Gaszusammensetzung bildet sich ein homogenes Plasma aus, oder es entstehen kleine dünne Entladungskanäle, die sogenannten Filamente (Mikroentladungen) . Diese sind in Abhängigkeit von den Betriebsparametern lokal statistisch verteilt oder stabil und existieren nur für wenige Nanosekunden, so daß der Entladungsvorgang selbstverlöschend ist. Wegen der kurzen Lebensd uer der Mikroentladungen wird die elektrische Energie im wesentlichen in die elektronischen Kanäle gekoppelt; Elektronen, Ionen und Gas erreichen kein Gleichgewicht, so daß die Elektronen hochenergetisch (ca. l bis 10 eV) sind, wogegen die anderen Komponenten (Ionen und Gas) eine niedrigere thermische Energie haben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß die außerordentlich schwierigen Anforderungen beim Reinigen oder Aktivieren elektrisch leitender Schichten auf einem Träger bzw. dessen sonstiger Oberfläche mittels der dielektrisch behinderten Entladung gelöst werden können, ohne daß, wie bisher für erforderlich gehalten wurde, ein technisch aufwendiger Niederdruckplasmaprozeß mit einem speziellen Prozeßgas durchgeführt werden muß. Mit der Erfindung werden somit Ziele erreicht, um die sich die Fachwelt beim Reinigen und Aktivieren z.B. von mikroelektronischen Schaltungsanordnungen, Leiterbahnen und Leiterplatten schon lange bemüht hat. Es können Schichten mit Strukturgrößen bis in dem Bereich von wenigen μm gereinigt oder aktiviert werden. Andererseits ist keine obere Grenze für die Abmessungen der zu behandelnden Werkstücke gegeben; lediglich die Größe des zur Verfügung stehenden Entladungsraums bestimmt die Maximalabmessung des Werkstücks. Es können auch dreidimensionale Strukturen lokal behandelt werden. Um besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Reinigungsoder Aktivierungswirkung sowie hinsichtlich der konstruktiven Erfordernisse zu gewährleisten, werden bevorzugt die nachfolgenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt.
Nach einem ersten vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß der Träger, auf dem sich die zu reinigende bzw. zu aktivierende Schicht befindet, selbst als Dielektrikum wirkt, das heißt zwischen der Schicht und einer Elektrode angeordnet ist, um die direkte Ausbildung einer Funkenstrecke zwischen der Schicht und der Elektrode zu verhindern. Bevorzugt ist dabei, wenn zwischen der Schicht und der anderen Elektrode ein weiteres Dielektrikum angeordnet ist, die DBE also beidseitig dielektrisch behindert ist. Ein anderes bevorzugtes Merkmal ist, daß die Elektrode etwas kleiner als das Dielektrikum ist, das Dielektrikum also seitlich (quer zur Entladungsrichtung) etwas über die Elektrode übersteht.
Die Reinigung bzw. Aktivierung der elektrisch leitenden Schicht bzw. der Trägeroberfläche erfolgt erfindungsgemäß durch die unmittelbare Einwirkung der Mikroentladungen auf die Schicht bzw. Trägeroberfläche. Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Reinigung oder Aktivierung durch bei der dielektrisch behinderten Entladung entstehende UV-Strahlung unterstützt wird. Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Reinigung oder Aktivierung durch chemische oder physikalische Einwirkungen des Füllgases auf die Schicht bei der dielektrisch behinderten Entladung, die beispielsweise in UV-Strahlung, insbesondere sogenannte interne UV-Strahlung, d.h. UV-Strahlung in der Mikroentladung in unmittelbarer Umgebung der zu reinigenden Oberfläche, in plasmachemischen Prozessen oder in Exci- er- oder Radikalbildung bestehen können, unterstützt wird.
Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß insbesondere der Ausbildung der Entladung ein besonderes Gewicht bei einer schonenden Behandlung von Schichten, insbesondere elektronischen Bauelementen zukommt. Die möglichen Entladungsformen sind homogen, Vollkegel, Schmalkegel, Kurzkegelfilament, kanalgeteiltes Filament und Dünnfilament. Sie sind abhängig von der Gasmischung, von der Spannungsform und -frequenz sowie dem Gap-Abstand. Je kleiner das Gap ist, desto leichter ist eine homogene Entladung realisierbar. Je homogener die Entladung ist, umso größer wird der Plasmawirkungsgrad, d.h. umso mehr Radikale werden im Volumen erzeugt. Λ„,.^-to PCT/DE98/01141 98/49368
10
Eine homogene Entladung hat jedoch nicht nur Vorteile hinsichtlich des Plasmawirkungsgrades, sondern auch hinsichtlich der schonenden Behandlung der Schicht. Bei dem in dem eingangs genannten Dokument WO 95/09256 beschriebenen Verfahren bilden sich Entladungskanäle mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 100 μm bei einer Oberflächengleitentladung mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 5 cm. Dies bedeutet, daß bei den gegebenen Spannungen eine hohe spezifische Leistung von mehr als 1 W/cm2 in das Plasma eingekoppelt wird. Diese Energiedichte ist bei der Reinigung von Metallfolien erwünscht, führt aber bei der Reinigung von mit Halbleiterbauteilen bestückten Platinen zur Schädigung der Halbleiterbauelemente. Dabei stellt die Fläche der Oberflächengleitentladung ein qualitatives Maß für die lokal wirkende elektrische Feldstärke dar.
Bei der Erfindung ist die Belastung der Bauelemente wesentlich geringer. Hierzu können unter anderem besonders kleine Gapabstände, entsprechend geeignete dielektrische Barrierenmaterialien und Emissionsspitzen eingesetzt werden. Dies dient dazu, Einzelfilamente mit kleinerem Durchmesser und einer größeren Flächedichte zu erzeugen. Auch die Art und Weise der elektrischen Anregung kann hierzu beitragen.
Die Einzelfilamente können einen Durchmesser von weniger als 0,5 cm aufweisen und bis in dem Mikrometerbereich ragen. Entsprechend nimmt die Anzahl und Dichte der Mikro- filamente zu, so daß sich ein optischer Eindruck entsprechend einer Niederdruckplasmaentladung ergibt; die einzelnen Mikroentladungen sind dann nicht mehr zu erkennen und es ergibt sich ein örtlich gleichmäßig verteiltes, homogenes Leuchten in einem ausgedehnten Bereich, ohne daß es in nennenswertem Umfang zu einer besonders ausgeprägten Kanalbildung bei den Einzelfilamenten kommt. Je nach Steuerung, Materialwahl und Aufbau können dabei einzelne Mikroentladungskanäle z.B. als Lichtenbergkegel sichtbar sein oder nicht. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die lokale Belastung der Schicht durch ein einzelnes Filament relativ gering ist, auch wenn eine größere Fläche behandelt wird.
Die folgenden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung lassen weitere vorteilhafte Merkmale und Besonderheiten erkennen, die anhand der Darstellung in den Zeichnungen im folgenden näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Vier schematisch dargestellte Varianten möglicher dielektrisch behinderter Entladungsanordnungen,
Fig. 2 eine einseitig dielektrisch behinderte Entladungsanordnung,
Fig. 3 eine beidseitig dielektrisch behinderte Entladungsanordnung,
Fig. 4 eine Anordnung für eine dielektrisch behinderte Entladung zur Reinigung einer Leiterbahn auf einer Platine,
Fig. 5 eine Abwandlung zu Fig. 4,
Fig. 6 eine Anordnung für eine dielektrisch behinderte Entladung zur Reinigung eines Substrats mit mikroelektronischen Bauelementen,
Fig. 7 eine Aufsicht zu Fig. 6,
Fig. 8 eine Abwandlung zu Fig. 6,
Fig. 9 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
Fig. 10 Emissionsspitzen einer Elektrode, Fig. 11 Emisionsspitzen eines Dielektrikums,
Fig. 12 eine Abwandlung zu Fig. 9,
Fig. 13 ein erstes Beispiel eines Reaktionszyklus und
Fig. 14 ein zweites Beispiel eines Reaktionszyklus.
In Fig. 1 sind vier beispielhafte prinzipielle Anordnungen zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Entladung dargestellt. Sie umfassen jeweils zwei Elektroden 1, 2, an die eine Hochspannung anlegbar ist. Zwischen den Elektroden 1, 2 befindet sich der Entladungsraum 3, in dem mindesten ein Dielektrikum 4 als dielektrische Barriere angeordnet ist. Zur Durchführung der Reinigung oder Aktivierung einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Träger oder der Trägeroberfläche wird der Träger in den Entladungsraum 3 eingeführt und die DBE gezündet. Durch die sich dabei bildenden Mikroentladungen kann die Schicht bzw. die Trägeroberfläche gereinigt oder aktiviert werden.
In Fig. 2 ist schematisch die Ausbildung einer Mikroent- ladung 5 bei einer einseitig dielektrisch behinderten Entladungsanordnung dargestellt. Die Fig. 3 zeigt eine Mikroentladung 5 bei einer beidseitig dielektrisch behinderten Entladungsanordnung, bei der zwei Dielektrika 4a, 4b zwischen den Elektroden 1, 2 angeordnet sind. Die Mikroentladungen 5 können auf dem Dielektrikum 4 kegelförmig verbreitert sein, wo sich eine Oberflächengleit- entladung bildet. Je kleiner der Durchmesser dieses Kegels ist, desto geringer ist die in dem Mikrofilament 5 enthaltene Energie. Bei einer homogenen Entladung bilden sich sehr feine, verteilte Mikroentladungen 5 oder die Spitze des Kegels wird bis zur gegenüberliegenden Elektrode 1 ausgebildet, so daß sich ein zylinderförmiges, gleichmäßiges Entladungsvolumen ergibt. In Fig. 4 ist eine beidseitig dielektrisch behinderte Entladungsanordnung zum Reinigen elektrisch leitender Schichten auf einem Träger 6 dargestellt. Die erste Elektrode 1 ist eine metallische Platte, die beispielsweise auf Nullpotential liegen kann. Die zweite Elektrode 2 ist an eine nicht dargestellte Hochspannungseinheit angeschlossen. Bei dem Träger 6 handelt es sich um eine Platine, beispielsweise auf Basis eines Epoxidharzes, auf keramischer Basis oder auf Polymerbasis (u.a. Polypropylen oder Polyimide) . Sie trägt elektrische Leiterbahnen 7 und elektrische Kontaktflächen 8, die beispielsweise aus Kupfer, einem anderen metallischen Leiter oder einem Halbleiter bestehen können.
Die Platine 6 befindet sich zwischen den Leiterbahnen 7 bzw. Kontaktflächen 8 und der ersten Elektrode 1 und dient als dielektrische Barriere. Ein weiteres Dielektrikum 4 ist zwischen den Leiterbahnen 7 bzw. Kontaktflächen 8 und der zweiten Elektrode 2 angeordnet. Die Elektrode 1 ist bevorzugt etwas kleiner als die Platine 6, um ein seitliches Überspringen von Funken zu verhindern. Beim Anlegen einer Wechselspannung mit sinusförmigem, recht- eckförmigem oder anderem Verlauf zwischen den Elektroden 1, 2 bilden sich je nach Frequenz, Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und Spannungshöhe Teilentladungen bzw. Filamente 5 im Entladungsraum 3 aus, die bevorzugt über Leiterbahnen 7 und Kontaktflächen 8 entspringen und auf diesen enden. Die Elektronen in den Entladungsfilamenten 5 können mit den Atomen und Molekülen des Füllgases im Entladungsraum 3 und mit den auf der Oberfläche der Leiterbahnen 7 und Kontaktflächen 8 haftenden Stoffen, beispielsweise Aliphaten, in Wechselwirkung treten, was zur Fragmentierung, Radikalbildung sowie zu Oxidations- und Reduktionsprozessen führt. Insbesondere wenn die Leiterbahnen 7 bzw. Kontaktflächen 8 gegenüber dem Träger 6 erhöht sind oder aus metallischen Werkstoffen bestehen, kommt es zu punktuellen Entladungen, die die Oberfläche des Trägers 6 nicht mehr gleichmäßig belegen, sondern sich auf die Leiterbahnen 7 und Kontaktflächen 8 konzentrieren (NF-Betrieb) , was vorteilhaft ist. Die mit der DBE verbundene Leuchterscheinung, die beispielsweise in Luft auftritt, ist ein Indikator für die Ausdehnung des Emissionsgebietes und damit für die eingekoppelte elektrische Leistung. Die Filament- bildung ist von dem Druck in dem Entladungsraum 3 , der Gasart des Füllgases, der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, der Spannungshöhe, dem Abstand im Entladungsraum 3 (Gap-Abstand) , der Art und Dicke der Dielektrika und der Frequenz abhängig.
In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die dielektrische Barriere 4 auf der Seite, die der zu reinigenden Schicht, das heißt der Leiterbahn 7 und der Kontaktfläche 8, zugewandt ist, eine zu der Kontur der Schicht korrespondierende und der Schicht gegenüberliegend angeordnete erhabene Ausformung 9 auf. Dies kann in besonderen Anwendungsfällen zweckmäßig sein, um die Mikroentladungen noch stärker auf die zu reinigende Schicht zu konzentrieren. In der Regel ist dies jedoch bei zweidimensional strukturierten Schichten nicht erforderlich, da die Mikroentladungen wie vorstehend erläutert bereits weitgehend selbstfokusierend sind, der technische Aufwand zur Herstellung speziell geformter Ausformungen 9 auf der dielektrischen Barriere 4 hoch sein kann und die universelle Einsetzbarkeit der entsprechenden Anordnung dann nicht mehr gewährleistet ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Kontur der Ausformung 9 präzise derjenigen der Schicht entspricht, sondern es kann genügen, wenn die erhabene Ausformung 9 ein vereinfachtes Abbild darstellt.
In Fig. 5 ist die auf die Leiterbahn 7 lokalisierte Ausbildung der Mikroentladungen 5 schematisch dargestellt. Bemerkenswert hierbei ist, daß sich die Mikroentladungen 5 auf die Leiterbahnen 7 der Platine 6 konzentrieren und nicht, oder nur in geringem Ausmaß, auf die anderen, nicht mit Leiterbahnen 7 beschichteten Bereiche der Platine 6 oder die nicht von der Platine 6 abgedeckten Bereiche der metallischen Elektrode 1 einwirken.
Als dielektrische Barriere 4 kommen im erfindungsgemäßen Zusammenhang sämtliche für die DBE bekannten Materialien in Betracht. Insbesondere geeignet sind Diamant oder Keramiken, z.B. Al203 , Gläser, Porzellan oder andere hochspannungsfeste keramische Isolierstoffe (z.B. nach DIN 40685) sowie isolierende Kunststoffe (z.B. nach VDE 0303) wie Flurcarbon, Polyvinylchlorid oder Phenoplaste (mit Beimischungen) mit ausgeprägter Hochspannungsfertigkeit sowie Teflon und PVC. Im dargestellten Beispielsfall ist die den Leiterbahnen 7 zugewandte Oberfläche des Dielektrikums 4 vergütet, beispielsweise mit einer Diamantschicht. Die Kriterien Verschleiß- und Hitzefestigkeit sind in der Regel bei der Materialauswahl nicht von Bedeutung, da es weder zu einem nennenswerten Verschleiß noch zu einer Temperaturbelastung der Barriere kommt.
Die Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Anordnung für eine dielektrisch behinderte Entladung zur Reinigung eines Trägers 6 mit mikroelektronischen Bauelementen 22, die mit Leiterbahnen 7 verbunden sind. Die Bauelemente sind beispielsweise ein erster Chip 22a, ein zweiter Chip 22b und ein Kondensator 22c. Die zu reinigende Schicht ist somit dreidimensional strukturiert und soll in einem lokalen Bereich um den ersten Chip 22a, in dem sich Kontaktflächen 8 zum Kontaktieren des Chips 22a mittels Bonden befinden, sowie am Chip 22a, der selbst Kontaktflächen 8 zum Bonden aufweist, gereinigt werden. In Fig. 6 ist die aus Mikroentladungen 5 gebildete homogene Entladung, die sich auf den ersten Chip 22a und die benachbarten Kontaktflächen 8 konzentriert, dargestellt.
Um die Mikroentladungen 5 auf den zu reinigenden Bereich zu konzentrieren, weißt die der zu reinigenden oder zu aktivierenden Schicht oder Trägeroberfläche zugewandte Elektrode 2 oder vorzugsweise wie in Fig. 6 dargestellt das Dielektrikum 4 eine zu der Kontur der Schicht korrespondierende und der Schicht oder der Trägeroberfläche gegenüberliegend angeordnete Ausformung, insbesondere eine erhabene Ausformung 9 auf. Die Ausformung kann dabei ein vereinfachtes Abbild, insbesondere ein vergrößertes vereinfachtes Abbild der Kontur der Schicht oder der Trägeroberfläche darstellen. Vereinfacht bedeutet dabei, daß die Kontur und Oberfläche der Ausformung nicht den fein aufgelösten Einzelheiten der zu reinigenden Schicht oder Trägeroberfläche entsprechen muß, sondern nur soweit, wie dies den praktischen Erfordernissen entsprechend erforderlich ist.
Die Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf die zu reinigende Schicht der Fig. 6. Die Kontur der Ausformung 9 ist ebenfalls dargestellt. Die Reinigung beschränkt sich auf den ersten Chip 22a bzw. dessen Kontaktflächen 8 und die neben dem ersten Chip 22a angeordneten Kontaktflächen 8. Nach der Reinigung können die Kontaktflächen 8 beispielsweise durch Bonden verbunden werden.
Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines zu reinigenden Werkstücks, dessen auf eine planare Elektrode bezogende Höhe um bis zu 20 mm und mehr örtlich variiert. Dies ist beispielsweise bei modernen Sensoren, z.B. Mikrosensoren der Fall. Auch die Reinigung solcher Werkstücke ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, wenn die Elektrode 1 und/oder das Dielektrikum 4 entsprechend ausgeformt und angepaßt sind, um einen etwa gleichmäßigen Gap-Abstand zwischen den zu reinigenden Schichten und der gegenüberliegenden Elektrode 1 bzw. dem gegenüberliegenden Dielektrikum 4 zu erzielen. Auch hierbei muß die Kontur der Ausformung nicht bis in mikroskopische Bereiche präzise der Kontur des zu behandelnden Werkstücks folgen, sondern es reicht aus, wenn die Kontur der Ausformung ein vergrößertes und vereinfachtes Abbild der zu reinigenden Schicht darstellt. In Fig. 8 sind die Elektrode 1 und das Dielektrikum 4 dem Werkstück derart nachgebildet bzw. nachgeformt, daß die oben auf dem Bauelement 22 angeordneten Kontaktflächen 8a und die etwa 20 mm tiefer auf dem Träger 6 angeordneten Kontaktflächen 8b für ein anschließendes Bonden gereinigt werden können. Die Elektrode 1 kann beispielsweise eine Elektrolytelektrode sein.
In Fig. 9 ist eine Anordnung zur Durchführung einer DBE dargestellt. Sie umfaßt ein isolierendes Gehäuse, das sich aus einer Grundplatte 10, einem Deckel 11 und Seitenplatten 12 zusammensetzt. Die untere Elektrode 1 befindet sich auf Massepotential und die obere Elektrode 2 ist über eine Durchführung 14 mit einer Hochspannungseinheit 13 verbunden. Die Elektroden 1, 2 können in bekannter Weise, beispielsweise als metallische Platte, als Netz- oder Gitterelektrode oder als Elektrolytelektrode ausgeführt sein.
Der Entladungsraum 3 ist mit einem Füllgas gefüllt. Das Füllgas kann je nach dem durchzuführenden Prozeß im wesentlichen Luft sein oder ein Inertgas und/oder ein spe- zielles Prozeßgas umfassen. Vorteilhafte Inertgase, d.h. chemisch passive Stoffe, sind Edelgase und Stickstoff. Die Zusammensetzung kann variabel sein. Aus Koεtengründen sind N2 und Ar bevorzugt. Das Inertgas wird überwiegend durch physikalische Stöße oder UV-Produktion an der Reinigung oder Aktivierung teilhaben. Ein Prozeßgas ist vorzugsweise ein gasförmiger Reaktionsvermittler, der also die chemische Reaktion unterstützt. Der Reaktionsvermittler kann oxidierend sein, z.B. 02, N0χ, H20, oder reduzierend sein, z.B. H2 , N2 oder Kohlenwasserstoff, insbesondere ein kurzkettiger. Es ist aber auch möglich, eine Kombination aus oxidierenden und reduzierenden Reaktionsvermittlern zu verwenden. Der Anteil des Reaktionsgases beträgt vorteilhafterweise 1 bis 5 Volumenprozent bzw. der Anteil der Luft bzw. des Inertgases typischerweise 90 bis 95 %. Die jeweilige Zusammensetzung und die Anteile der einzelnen Komponenten kann je nach Anwendungsfall angepaßt werden und stark variieren.
Besonders vorteilhafte Füllgase können ein Edelgas, einen kurzkettigen Kohlenwasserstoff, Stickstoff, Ar/H20, N2/H2, Ar/02 (ca. 5:1), N2/NOχ, H2/H20 (vorzugsweise 1:1 bis 3:1) in Ar, Ar/H2 (vorzugsweise 1:4 bis 4:1), N2/02, Ar/H2/H20 (vorzugsweise ca. 3:1:1) oder eine Kombination daraus umfassen.
Nach einem vorteilhaften Merkmal kann vorgesehen sein, daß die Zusammensetzung des Füllgases variiert, gesteuert oder geregelt wird. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Feuchtegehalt des Füllgases unter seinen Taupunkt bzw. den Sättigungsdampfdruck variiert, gesteuert, geregelt oder gehalten wird. Dabei wird vorteilhafterweise ein Sicherheitsabstand zu dem Taupunkt bzw. Sättigungsdampfdruck eingehalten. Dies kann vorteilhaft sein, um einen Feuchteniederschlag aufgrund des als Reak- tionsprodukt entstehenden Wassers zu vermeiden, da hierdurch die dielektrisch behinderte Entladung nicht mehr durchführbar wäre.
Der Druck in dem Entladungsraum 3 beträgt vorteilhafterweise zwischen 10 mbar und 10 bar. Eine besonders vorteilhafte Ausführung zur Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen Fertigungsprozeß besteht darin, daß der Entladungsraum 3 unter Normal- oder Umgebungsbedingungen steht.
Das Füllgas wird über die Füllgaszufuhr 15 dem Entladungsraum 3 zugeführt. Zur besseren Verteilung kann eine Mehrzahl von Einströ öffnungen oder Einströmdüsen 16 vorgesehen sein, wodurch die Gaszufuhr in gassparender Weise erfolgen kann und ein schneller Gasaustausch zur Entfernung der Endprodukte, z.B. C02 , S02 und H20 aus dem Entladungsraum 3 ermöglicht wird. Darüber hinaus kann durch eine Veränderung der Gaszusammensetzung eine gegebenenfalls erforderliche Steuerung des Prozesses in Richtung Oxidation oder Reduktion erfolgen. Der Gasabsaugung 17 kann bedarfsweise eine Gaswäsche 18 nachgeschaltet sein, um beispielsweise HC1 als Abbauprodukt von Chlorkohlenwasserstoffen oder andere Schadstoffe auszuwaschen.
Die von der Hochspannungseinheit 13 gelieferte Spannung kann sinusförmig oder rechteckförmig sein oder einen anderen alternierenden Verlauf aufweisen. Die Spannung beträgt typischerweise zwischen 200 V und 15 kV und die in den Entladungsraum 3 eingekoppelte elektrische Leistung beträgt bei einem typischen Abstand der Elektroden 1, 2 von 0,2 mm bis 20 mm ca. 1 mW/cm2 bis 1 W/cm2 bezogen auf die Elektrodenoberfläche. Zur Erzielung einer möglichst homogenen Entladung oder von Mikrofilamenten mit sehr kleinem Durchmesser ist es vorteilhaft, wenn der Gap-Abstand zwischen der Schicht oder der Trägeroberfläche und der benachbarten Elektrode 2 bzw. dem benachbarten Dielektrikum 4 weniger als 10 mm, bevorzugt weniger als 5 mm beträgt. Der Gap-Abstand wird auch als Gasraumhöhe bezeichnet. Aus praktischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn der Gap-Abstand mehr als 1 μm, bevorzugt mehr als 100 μm beträgt. Besonders bevorzugt ist ein Bereich zwischen 0,5 und 2 mm. Diese Angaben gelten insbesondere dann, wenn der Druck im Entladungsraum in etwa Normalbedingungen entspricht. Allgemein läßt sich dieses Merkmal so formulieren, daß vorteilhafterweise das Produkt aus dem Druck des Füllgases und dem Gap-Abstand zwischen der Schicht oder Trägeroberfläche und der benachbarten Elektrode bzw. dem benachbarten Dielektrikum weniger als 1200 mbar • 10 mm = 1,2 bar -cm beträgt. Bei Überschreitung dieses Wertes filamentiert die Entladung in starke Einzelfilamente mit hohen lokalen elektrischen Feldstärken, die das zu reinigende Werkstück schädigen können.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Anordnung bestand die dielektrische Barriere 4 aus Quarzglas, das zur Erzeugung von Emissionsspitzen 19 30 min. mit Flußsäure angeätzt wurde. Die Dicke des Quarzglases betrug 1 bis 4 mm mit einem typischen Wert von 2 mm. Die Isolation und Abstandshalter bestanden aus 2 mm dickem Teflon. Die Elektroden 1,2 bestanden aus Stahl und hatten eine Dicke von 1 cm. Als Spannungsquelle diente eine Sinusspannung von 1 kHz mit 12 bis 16 kV. Der Gap-Abstand betrug 2 mm. Als Füllgas wurde Luft verwendet. Der Druck betrug 1 bar und es wurde mit einer Austauschrate von 10 Liter pro Minute gespült. Mit dieser Anordnung konnte eine keramische Pia- tine, die mit Leiterbahnen in Dünn- und Dickschichttechnik versehen war, erfolgreich gereinigt werden.
Die Elektronenenergieverteilung kann unter anderem durch die Zusammensetzung des Füllgaseε in Verbindung mit dem Abstand (Gapschlagweite, Gap-Abstand) der Elektroden 1,2 optimal eingestellt werden. Beispielsweise ist bekannt, daß mittlere Elektronenenergien um 5 eV optimal für die Elektronenstoßdissoziation von 02 sind, was wichtig für die Produktion von Sauerstoffradikalen ist. Weitere Einzelheiten hierzu sind der Veröffentlichung UCRL-JC-122530 des Lawrence Livermore National Laboratory vom 4. Dezember 1995 zu entnehmen.
Eine weitere, in der in Fig. 9 dargestellten Anordnung realisierte Möglichkeit zur Homogenisierung der Entladung bei niedrigen Spannungswerten besteht darin, daß die der zu reinigenden oder zu aktivierenden Schicht zugewandte Seite des Dielektrikums 4 der Schicht zugewandte Emissionsspitzen 19 aufweist. Durch Emissionsspitzen kann die Filamentbildung reduziert und die DBE in ihren örtliche, zeitlichen und elektrischen Eigenschaften beeinflußt werden.
Derartige Emissionsspitzen 19 sind beispielsweise durch Ätzen des dielektrischen Basismaterials (z.B. Al203-Bulk) mit Flußsäure leicht und gezielt herstellbar (siehe W. Lang, Technische Rundschau Transfer Nr. 10 (1996) S. 32, DE 4304846 AI und DE 4315075 AI), wodurch sich dann die erforderliche Feldstärke für die Elektronenemission der Teilentladung erheblich reduzieren läßt. In Übereinstimmung mit der Schottky- bzw. Townsend-Theorie reduziert sich bei dieser Anordnung die für die Teilentladung erforderliche Feldstärke je nach Ausbildung der Spitzen von ca. 107 V/cm auf bis zu 104 V/cm und somit die erforderliche Zündspannung.
Ein beispielhafter Ätzprozeß zur Erzeugung von Spitzen ist in der Veröffentlichung W. Genthe, VDI Bericht Nr. 272, für die Verwendung von porösem Silizium oder Silikaten bzw. Halbleitern beschrieben. Dabei werden in einem Ätzprozeß die Korngrenzen des Dielektrikummaterials herausgebildet, wodurch z.B. bei Al203, dessen Körnung typischerweise 20 μm im Durchmesser beträgt, Krümmungsradien der Kornspitzen von ca. 1 μm erzielbar sind. Solche Spitzen können aber auch durch andere auftragende oder abtragende Prozesse, beispielweise durch UV-Strukturierung gemäß dem Dokument DE 4113524 AI hergestellt werden.
Unter Emissionsspitzen 19 werden im erfindungsgemäßen Zusammenhang alle Arten von Erhebungen, Kanten und Spitzen verstanden, die derartig kleine Krümmungsradien aufweisen, daß die Emission bevorzugt an diesen Stellen stattfindet. Derartige Emissionsspitzen können also sowohl beispielsweise in nadeiförmiger Verteilung angeordnet, also isoliert stehende einzelne Spitzen sein als auch durch eine oberflächliche Profilierung eines entsprechenden Materials erzeugt werden. Dies kann beispielsweise auch eine schuppenartige Strukturierung oder andersartige Zerklüftung einer Oberfläche sein. Wesentlich ist, daß die Emissionsspitzen einen kleinen Krümmungsradius aufweisen, der vorzugsweise im wesentlichen zwischen 10 nm und 0,5 mm beträgt, so daß sich die Emission auf die Spitzen konzentriert und dadurch erleichtert ist. Die Emissionsεpitzen sind vorzugsweise im Dielektrikum selbst ausgebildet, wobei die Elektrode planar ausgebildet sein kann. Bei nadel- oder nageiförmigen Emissionsspitzen wird die Oberflächendichte vorteilhafterweise zwischen 1 und 100 pro cm2 liegen. Bei einer profilierten Oberfläche ist die Dichte durch den jeweiligen Prozeß beeinflußbar. Die Höhe der Emissionεεpitzen kann bis zu 1 cm oder mehr betragen. Die Größe ist variabel und hängt von dem verwendeten Material, beispielsweiεe Glas oder Keramik, ab. Die Dichte ergibt sich aus der Korngröße der Keramik. Die Verteilung der Körner und ihre Größe sind statiεtisch um einen typischen, materialabhängigen Mittelwert εchwankend. Daεεelbe gilt auch für ihre Form. Andere Bedingungen können herrschen, wenn die Oberfläche nicht mittels eines abtragenden Prozesses, sondern mittels eines auftragenden Prozesses bearbeitet wird, wie dies z.B. bei Diamant oder Silizium der Fall sein kann.
Der Vorteil von E isεionsspitzen 19, durch die Koronaeffekte zu der DBE hinzukommen und eine Hybrid-Entladung stattfindet, bestehen darin, daß die Entladung homogenisiert wird und die Erfordernisεe hinsichtlich der Leistungsmerkmale der Hochspannungεeinheit 13 reduziert werden. Eine besonders dichte Belegung der zu behandelnden Oberfläche mit relativ schwachen Mikroentladungen, eine sogenannte sanfte Behandlung, erreicht man vorteilhafterweise mit Spannungsanεtiegsgeschwindigkeiten, die größer als 10 kV/μs betragen. Bei großen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten zünden die örtlich verteilten Mikroentladungen gleichzeitig; da jedoch die Gesamtenergie eines Entladungεvorganges vorgegeben ist, ist die mittlere Energie pro Mikroentladung, d.h. pro Entladungsfilament geringer und damit die Behandlung schonender. Bei Verwendung von Emiεsionsεpitzen 19 kann die erforderliche Spannungshöhe und/oder die Spannungsanεtiegεgeschwindigkeit reduziert werden. Um eine hohe mittlere Elektronenenergie von beispielsweiεe 10 eV zu erhalten, kann es bei an der Oberfläche ebenen Elektroden oder dielektrischen Barrieren vorteilhaft sein, hohe Spannungen oder Spannungsanεtiegεge- schwindigkeiten von größer als 10 kV/μs zu verwenden. Durch Emiεεionεεpitzen 19 kann dieεer Wert erheblich geringer sein, so daß technologisch weniger aufwendige und somit kostengünεtigere Hochεpannungseinheiten 13 Verwendung finden können. Ferner kann durch Emissionsspitzen 19 die erzielbare mittlere Elektronenenergie lokal in Spitzenumgebung auf Bereiche über 6 bis 12 eV erhöht werden, wodurch neuartige und energieeffiziente chemisch-phyεika- liεche Reaktionen und Reaktionskanäle möglich werden, die bisher in der Oberflächenreinigung und bei höheren Drücken bzw. bei Normalbedingungen keine Bedeutung hatten.
Die Homogenisierung der Entladung hat den Vorteil, daß die örtlich verteilten Mikroentladungen (Entladungsfilamente) 5 bei geringen Spannungen gleichzeitig zünden und somit eine intensive Reinigungs- oder Aktivierungswirkung erzielt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung kann darin bestehen, daß die Emissionsεpitzen 19 nur in einem der zu reinigenden oder zu aktivierenden Schicht oder Trägeroberfläche gegenüberliegenden Bereich angeordnet sind, also zumindest in etwa zu deren Kontur korrespondierend angeordnet sind.
In Fig. 10 ist schematiεch die Auεbildung einer Mikroentladung 5 an einer Metallelektrode 2 dargeεtellt, die Emiεεionεεpitzen 19b aufweiεt. In Fig. 11 iεt die Situation an einem Dielektrikum 4a, das mit Emissionsspitzen 19a versehen ist, schematisch dargestellt.
Die Fig. 12 zeigt eine schematiεche Darstellung einer Anordung zur Reinigung einer Platine 6 mit darauf ange- ordneten elektrischen Leiterbahnen. Die Elektrode 2 weist Emissionsspitzen 19 auf, die in ihrer Tiefenverteilung schematisch dargestellt sind. Die Elektrode 1 unter der Platine 6 ist etwas kleiner als die Platine 6 und optional von einer Seitenplatte 12 eingefaßt. Die Lage der Elektrode 1 unter der Platine 6 iεt durch eine geεtri- chelte Linie in der Platine 6 angedeutet. Der isolierende Paßrahmen der Seitenplatte 12 kann auch entfallen.
Ein anderes vorteilhaftes Merkmal kann darin bestehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren zwei- oder mehrstufig durchgeführt wird, also beispielweise die Höhe der Spannung an den Elektroden 1, 2, deren zeitlicher Verlauf, die elektrische Leistung oder die Zusammensetzung oder der Druck des Füllgaseε variiert wird. Die Steuerung der Zuεammensetzung des Füllgases in zwei oder mehr Phasen, beispielsweise in eine Oxidations- und Reduktionεphase, kann sinnvoll sein, da in dem eingangs genannten Artikel von Ch. Oehr gezeigt wurde, daß die Oxidschicht bei der oxidativen Plasmareinigung, beispielεweiεc bei Silber-, Kupfer- oder Stahlproben anwächst. Dies kann manchmal gewünscht sein, beispielsweise beim Eloxieren, doch im Regelfall beeinträchtigt eine Oxidschicht die Qualität deε Bauteils bzw. desεen Lötbarkeit.
In diesem Fall kann einerseits mit weniger stark oxidie- renden Plasmen, beispielsweiεe Argon, Argon/Stickstoff- Plasma, Argon/Wasεerεtoff-Plasma oder Stickstoff/Wasserstoff-Plasma gearbeitet werden, wobei die langkettigen Kohlenwasserεtoffe zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffen fragmentiert werden und die Fragmente aufgrund ihres höheren Dampfdruckes in die Gasphase übergehen, so daß die Oberfläche sauber wird. Andererseits können bei Elektronenenergien von wenigen eV, beispielεweiεe bei Normalbedingungen typischerweise 3 eV für Cu20 und bei Sub- strattemperaturen unter 100 C° einige Oxide bis zu den Metallen, beispielεweiεe Cu, Ni oder Fe reduziert werden. Von anderen, beispielsweiεe Titan und Vanadium, erhält man Suboxide.
Wenn man einen Anhaltεpunkt erhalten möchte, ob ein Oxid schwer oder leicht reduzierbar ist, z.B. in einem Ar/H2~ Plas a, kann man die freie Energie der Oxidation von Wasserstoff dG'H mit der Oxidation beispielsweiεe der Metalle dG'M vergleichen. Ist die Differenz dG=(dG'H) -(dG'M) groß, so ist die Reduktion schwieriger. Die Differenz dG ist beiεpielsweise bei den Metallen AI, Mg und Ca beson- derε groß, so daß deren Oxide besonders schlecht zu reduzieren sind, waε aber gerade bei dielektrischen Barrierematerialien wie beispielsweise A1203 (erfordert ca. 10 eV) gewünscht ist, da diese nicht angegriffen werden sollen.
Manchmal können die Oxidations-/Reduktionsvorgänge zu Gefügestörungen und Änderungen der Morphologie gegenüber der urεprünglichen Metalloberfläche führen, welche die Funktionsfähigkeit eines Bauteils beispielsweiεe durch Rissbildung beinträchtigen kann. Es sollte daher im Einzelfall geprüft werden, ob zur Entfernung organischer Verunreinigungen daε stark oxidierende Luftplasma verwendet werden kann oder ob nicht ein anderes Plaεma beispielsweise Ar/H2 zu einem vergleichbaren Reinigungserfolg führt, ohne dabei das Metall zu oxidieren.
Ein beiεpielhafter Prozeß kann wie folgt auεsehen. Zu- nächεt wird die Platine unter einer oxidativen Atmosphäre gereinigt und gegebenenfalls anschließend mit einer strukturierenden Schutzbelackung versehen. In einem anschließenden Verfahrensεchritt werden die zu lötenden Gebiete durch ein reduzierendes Füllgas aktiviert. Hier- durch wird die Anzahl der erforderlichen Prozeßschritte verringert und ein chemisches Bad zur Oberflächenaktivierung ist nicht erforderlich. Ein Vorteil dabei ist, daß der Lötprozeß flexibel gestaltet werden kann, indem auf reduzierende Flußmittel vor oder während des Lötprozesεes und deren Entfernung nach dem Lötprozeß verzichtet werden kann, da die gereinigten und reduzierten Schichten besonders benetzungsfähig sind, wie aus Niederdruckplasmaverfahren bekannt ist.
Vergleicht man die Oberflächenreinigung durch DBE mit der durch externe UV-Strahlung, so ergibt sich bei der DBE eine etwa 30mal höhere Abtragrate als bei externer UV-Bestrahlung; bei UV-Beεtrahlung beträgt εie ca. 30 Atomlagen pro Minute, bei DBE ca. 600 Atomlagen pro Minute (Diplomarbeit Haalboom, Univerεität Karlεruhe 1993) . Außer der Erzeugung von Radikalen kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren interne UV- und VUV-Strahlung erzeugt werden, die zum Reinigen oder Aktivieren beiträgt. Der Begriff interne Strahlung bedeutet dabei, daß die Strahlung in unmittelbarer Umgebung der zu reinigenden oder zu aktivierenden Oberfläche erzeugt wird. Dies hat besondere Vorteile, da UV-Strahlung und in noch höherem Maße VUV- Strahlung eine kurze freie Weglänge besitzt und bei externer Bestrahlung daher eine beeinträchtigende Absorb- tion in dem Füllgas erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen kann die UV- und VUV-Strahlung aufgrund der Entstehung in unmittelbarer Umgebung der Fläche, auf die εie einwirkt, besonderε effizient und intensiv beitragen.
Bei dem erfingungsge äßen Verfahren können somit vielfältige chemische und physikalische Prozesεe zum Reinigen und Aktivieren beitragen (siehe O. Wolf, Diplomarbeit Universität Karlεruhe 1993) . Hierzu rechnen insbesondere Anregung, Ionisierung und Radikalbildung durch Elektronenstöße auf Atome und Moleküle, Abregung, elaεtiεche Streuung, innere Anregung durch Elektronenεtöße, Anlagerung von Elektronen, Ionisation, Penning-Ionisation, Bildung und Zerεtörung von Excimermolekülen, Neutraliεierung und Radikalvernichtung durch che iεche Reaktionen, durch weitere Stöße mit anderen Molekülen und Atomen oder mit der Wand.
Ein beispielhafter Prozess ist die Wechselwirkung eines schnellen Elektrons mit einem N2~Molekül. Hierbei resultieren ein langsames Elektron und 2 N(4S), aus denen beispielsweise ein N(4S) und N(2D) resultieren. Der weitere Prozeß kann gemäß der Veröffentlichung UCRL-JC-122532 des Lawrence Livermore National Laboratory vom 21. November 1995 erfolgen. Durch eine Untersuchung der freiwerdenden Energien und der möglichen Reaktionswege kann man daraus die Reaktionsketten für Atome und Moleküle, die durch Elektronenstoß in einem ersten Schritt angeregt werden, ermitteln, wobei nach Reaktionen weitere angeregte Atome und Moleküle entstehen können. Beispielsweise wird in Luft und bei mittleren Elektronenenergien von ca. 4 eV ein primär oxidierendes Plasma erzeugt, wobei unter anderem 03P und 01D im Verhältnis 2 : 1 sowie NO-Moleküle und OH-Radikale gebildet werden.
Ein beispielhafter Reaktionszyklus zum Abbau langkettiger Kohlenwasserstoffe ist die Oxidation von R-CH3 über die Stufen Alkan, Alkyl, Alkylperoxid, Alkyloxy, Aldehyd zum um die CH3-Gruppe reduzierten Alkan, wie in Fig. 13 dargestellt ist. Voraus geht eine Erzeugung von 03P und 0ld durch Elektronenstöße. In Fig. 13 bezeichnen die Bezugszeichen 101 langkettige Kohlenwasserεtoffe auf der zu reinigenden Oberfläche, 102 Abbauprodukte, die in die Gasphase übergehen, 103 OH-Radikale als Produkt von O^D) + H20 -> 2 OH, 104 02 aus dem Prozeßgas oder aus Luft, 105 02 als Reaktionsprodukt, 106 H20 aus dem Prozeßgas und 107 H20 als Reaktionsprodukt. Ferner sind chemische Radikale 108 gemäß der Gleichung H02 + NO -> N02 + OH beachtlich.
Ein weiterer beispielhafter Reaktionszykluε zum Abbau von chlorhaltigen Kohlenwaεεerstoffen ist die Oxidation von Tetra zu C02, HCl und Cl2 , wie in Fig. 14 (Disεertation Z. Falkenεtein, Universität Karlsruhe 1996) dargestellt. Dabei sind die langlebigen Zwischen- oder Endsubstanzen 20 und die Kettenpropagatoren 21 besonderε hervorgehoben. Bei dem letztgenannten Reaktionεschema wird ersichtlich, daß es vorteilhaft sein kann, bei Verschmutzungen in Form von chlorierten Kohlenwasserstoffen die entstehenden Abgase einer Naßwäsche zu unterziehen.
Bezugszeichenliste
Erste Elektrode Zweite Elektrode Entladungsraum Dielektrikum Mikroentladung Träger (Platine) Leiterbahn Kontaktfläche Ausformung Grundplatte Deckel Seitenplatte Hochεpannungεeinheit Durchführung Füllgaszufuhr Einströmdüsen Gasabεaugung Gaεwäεche Emiεεionεεpitzen Langlebige Subεtanzen Kettenpropagator Bauelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen oder Aktivieren der Oberfläche einer auf einem Träger (6) angeordneten elektrisch leitenden, εtrukturierten Schicht oder der Trägeroberfläche in der Umgebung einer elektriεch leitenden, εtrukturierten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende bzw. zu aktivierende Schicht in einem mit Füllgaε gefüllten Entladungεraum (3) zwischen zwei Elektroden (1,2) angeordnet wird, wobei zwischen der Schicht und mindestenε einer Elektrode (2) ein Dielektrikum (4) angeordnet ist, und zwischen den beiden Elektroden (1,2) durch Anlegen einer Spannung eine durch das Dielektrikum (4) dielektrisch behinderte Entladung gezündet wird, deren Mikroentladungen (5) zur Reinigung bzw. zur Aktivierung unmittelbar auf die Schicht oder die Trägeroberfläche einwirken.
2. Verfahren Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das Produkt auε dem Druck deε Füllgases und dem Gap- Abstand zwischen der Schicht oder der Trägeroberfläche und der benachbarten Elektrode (2) bzw. dem benachbartem Dielektrikum (4) weniger als 1,2 bar -cm beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekenn- zeichnet, daß der Gap-Abstand zwiεchen der Schicht oder der Trägeroberfläche und der benachbarten Elektrode (2) bzw. dem benachbarten Dielektrikum (4) weniger alε 10 mm, bevorzugt weniger als 5 mm beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der Gap-Abstand zwischen der Schicht oder Trägeroberfläche und der benachbarten Elektrode (2) bzw. dem benachbartem Dielektrikum (4) mehr als 1 μm, bevorzugt mehr als 100 μm beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anεprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dielektrikum (4) der Träger (6) iεt.
6. Verfahren nach Anεpruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (6) zwischen der Schicht und der ersten Elektrode (1) angeordnet ist und ein weiteres Dielektrikum (4) zwischen der Schicht und der zweiten Elektrode (2) angeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (4) Diamant oder ein keramischer, hochspannungsfeεter Isolierstoff wie Keramik, Glas oder Porzellan oder ein isolierender Kunststoff wie Teflon, Polyvinylchlorid, Fluorcarbon oder Phenoplaεt ist oder eine mit einem solchen Stoff vergütete Oberfläche aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß daε Füllgas im wesentlichen Luft ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß daε Füllgas ein Inertgaε umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß daε Inertgas ein Edelgas oder Stickstoff umfaßt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbeεondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas einen gasförmigen Reaktionsvermittler umfaßt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas einen oxidierenden Reaktionsvermittler umfaßt.
13. Verfahren nach Anεpruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgaε einen reduzierenden Reaktionsvermitt- ler umfaßt.
14. Verfahren nach den Anεprüchen 12 und 13.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anεprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas ein Edelgas, einen kurzkettigen Kohlenwasεerstoff , Stickstoff, Ar/H20, N2/H2, Ar/02, N2/NOχ, H2/H20 in Ar, Ar/H2, N2/02, Ar/H2/H20 oder eine Kombination daraus umfaßt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anεprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Füllgaseε variiert, gesteuert oder geregelt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtegehalt des Füllgaseε unter seinen Taupunkt bzw. den Sättigungsdampfdruck variiert, gesteuert, geregelt oder gehalten wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Füllgaseε zwiεchen 10 mbar und 10 bar beträgt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas Normal- oder Umgebungsbedingungen aufweist.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (1,2) eine metallische Platte, eine Netz- oder Gitterelektrode oder eine Elektrolytelektrode ist.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung oder Aktivierung durch bei der dielektriεch behinderten Entladung entstehende UV- oder VUV-Strahlung, insbeεondere interne Strahlung unterεtützt wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anεprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung oder Aktivierung durch chemiεche und/oder phyεikalische Einwirkung des Füllgaseε auf die Schicht oder die Trägeroberfläche bei der dielektrisch behinderten Entladung unterstützt wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei- oder mehrstufig durchgeführt wird, wobei die Höhe der Spannung an den Elektroden (1,2), deren zeitlicher Verlauf, die elektrische Leistung oder die Zusammenεetzung oder der Druck des Füllgases variiert wird.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der zu reinigenden oder zu aktivierenden Schicht oder Trägeroberfläche zugewandte Seite des Dielektrikums (4) oder der Elektrode (2) eine zu der Kontur der Schicht korrespondierende und der Schicht oder der Trägeroberfläche gegenüberliegend angeordnete Ausformung (9) , insbeεondere eine erhabene Ausformung (9) aufweist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (9) ein vereinfachtes Abbild, insbesondere ein vergrößertes vereinfachtes Abbild der Kontur der Schicht oder der Trägeroberfläche darstellt.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der zu reinigenden oder zu aktivierenden Schicht oder Trägeroberfläche zugewandte Seite deε Dielektrikumε (4) oder der Elektrode (2) der Schicht bzw. der Trägeroberfläche zugewandte Emiεεionsεpitzen (19) aufweist.
27. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsspitzen (19) nur in einem der Schicht oder der Trägeroberfläche gegenüberliegenden Bereich angeordnet sind.
28. Vorrichtung zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Entladung, insbesondere zum Reinigen oder Aktivieren der Oberfläche einer auf einem Träger (6) angeordneten elektrisch leitenden, strukturierten Schicht oder der Trägeroberfläche in der Umgebung einer elektrisch leitenden, strukturierten Schicht gemäß einem der Anεprüche 1 biε 27, umfaεεend einen mit Füllgaε füllbaren Entladungsraum (3) zwischen zwei Elektroden (1,2), an die eine Spannung anlegbar ist, und ein Dielektrikum (4) für die dielektrische Behinderung der Mikroentladungen (5) , dadurch gekennzeichnet, daß daε Dielektrikum (4) oder eine Elektrode (2) Emiεεionεεpitzen (19) aufweiεt.
29. Vorrichtung nach Anεpruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungεradiuε der Emiεεionεspitzen (19) im wesentlichen zwischen 10 nm und 0,5 mm beträgt.
30. Vorrichtung nach Anεpruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsspitzen (19) in nadeiförmiger Verteilung angeordnet sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Emisεionεεpitzen (19) durch eine oberflächliche Profilierung deε Dielektrikumε (4) oder der Elektrode (2) gebildet εind.
PCT/DE1998/001141 1997-04-26 1998-04-22 Verfahren und vorrichtung zur reinigung und aktivierung von elektrisch leitenden strukturen und platinenoberflächen WO1998049368A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1997117698 DE19717698A1 (de) 1997-04-26 1997-04-26 Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Aktivierung von elektrischen Leiterbahnen und Platinenoberflächen
DE19717698.4 1997-04-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998049368A1 true WO1998049368A1 (de) 1998-11-05

Family

ID=7827849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1998/001141 WO1998049368A1 (de) 1997-04-26 1998-04-22 Verfahren und vorrichtung zur reinigung und aktivierung von elektrisch leitenden strukturen und platinenoberflächen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19717698A1 (de)
WO (1) WO1998049368A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG144714A1 (en) * 2003-04-28 2008-08-28 Air Prod & Chem Removal of surface oxides by electron attachment for wafer bumping applications
DE102011105713A1 (de) * 2011-06-23 2012-12-27 Cinogy Gmbh Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Gasentladung
WO2012097904A3 (de) * 2011-01-21 2013-07-18 Hochschule Für Angewandte Wissenschaft Und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen Dielektrische koplanarentladungsquelle für eine oberflächenbehandlung unter atmosphärendruck
EP3754695A4 (de) * 2018-02-13 2021-12-01 Korea Institute of Fusion Energy Punktätzmodul mit ringförmigem oberflächenentladungsplasmagerät und verfahren zur steuerung des ätzprofils eines punktätzmoduls

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010049181A1 (en) 1998-11-17 2001-12-06 Sudha Rathi Plasma treatment for cooper oxide reduction
US6355571B1 (en) 1998-11-17 2002-03-12 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for reducing copper oxidation and contamination in a semiconductor device
DE19920693C1 (de) * 1999-05-05 2001-04-26 Inst Oberflaechenmodifizierung Offener UV/VUV-Excimerstrahler und Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Polymeren
EP1073091A3 (de) * 1999-07-27 2004-10-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Elektrode für Plasmaerzeugung, Anwendung dieser Elektrode in einem Plasmabehandlungsgerät, und Plasmabehandlung mittels dieses Gerätes
US6794311B2 (en) 2000-07-14 2004-09-21 Applied Materials Inc. Method and apparatus for treating low k dielectric layers to reduce diffusion
US20020148816A1 (en) * 2001-04-17 2002-10-17 Jung Chang Bo Method and apparatus for fabricating printed circuit board using atmospheric pressure capillary discharge plasma shower
DE10257344A1 (de) * 2002-12-06 2004-07-08 OTB Oberflächentechnik in Berlin GmbH & Co. Verfahren zur Konservierung von Metalloberflächen
US8361340B2 (en) 2003-04-28 2013-01-29 Air Products And Chemicals, Inc. Removal of surface oxides by electron attachment
DE10320472A1 (de) * 2003-05-08 2004-12-02 Kolektor D.O.O. Plasmabehandlung zur Reinigung von Kupfer oder Nickel
DE102006011312B4 (de) * 2006-03-11 2010-04-15 Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen - Körperschaft des öffentlichen Rechts - Vorrichtung zur Plasmabehandlung unter Atmosphärendruck
DE102007033701A1 (de) 2007-07-14 2009-01-22 Xtreme Technologies Gmbh Verfahren und Anordnung zur Reinigung von optischen Oberflächen in plasmabasierten Strahlungsquellen
DE102009060627B4 (de) * 2009-12-24 2014-06-05 Cinogy Gmbh Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmabehandlung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB829929A (en) * 1956-05-11 1960-03-09 Mathew Francis Kritchever Improvements in or relating to the decontamination of oil-contaminated metal foils, sheet or strip
DE4228551A1 (de) * 1992-08-27 1994-03-03 Linde Ag Verfahren zur reinigenden Behandlung von Oberflächen mit einem Niederdruckplasma
EP0595671A1 (de) * 1992-10-30 1994-05-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Trockenflussverfahren- und Vorrichtung
WO1995009256A1 (de) * 1993-09-27 1995-04-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Oberflächenbehandlung mit barrierenentladung
DE19532105A1 (de) * 1994-08-30 1996-03-07 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von dreidimensionalen Werkstücken mit einer direkten Barrierenentladung sowie Verfahren zur Herstellung einer mit einer Barriere versehenen Elektrode für diese Barrierenentladung
DE19503718A1 (de) * 1995-02-04 1996-08-08 Leybold Ag UV-Strahler
DE19702124A1 (de) * 1997-01-22 1998-07-23 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen, Aktivieren Benetzen und/oder Beschichten der Oberflächen von Werkstücken

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3640966A1 (de) * 1986-11-29 1988-06-09 Klaus Kalwar Verfahren zur herstellung einer koronaelektrode
DE3831964A1 (de) * 1987-12-08 1989-06-22 Klaus Kalwar Vorrichtung zur koronabehandlung von materialbahnen
DE4113523A1 (de) * 1991-04-25 1992-10-29 Abb Patent Gmbh Verfahren zur behandlung von oberflaechen

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB829929A (en) * 1956-05-11 1960-03-09 Mathew Francis Kritchever Improvements in or relating to the decontamination of oil-contaminated metal foils, sheet or strip
DE4228551A1 (de) * 1992-08-27 1994-03-03 Linde Ag Verfahren zur reinigenden Behandlung von Oberflächen mit einem Niederdruckplasma
EP0595671A1 (de) * 1992-10-30 1994-05-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Trockenflussverfahren- und Vorrichtung
WO1995009256A1 (de) * 1993-09-27 1995-04-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Oberflächenbehandlung mit barrierenentladung
DE19532105A1 (de) * 1994-08-30 1996-03-07 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von dreidimensionalen Werkstücken mit einer direkten Barrierenentladung sowie Verfahren zur Herstellung einer mit einer Barriere versehenen Elektrode für diese Barrierenentladung
DE19503718A1 (de) * 1995-02-04 1996-08-08 Leybold Ag UV-Strahler
DE19702124A1 (de) * 1997-01-22 1998-07-23 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen, Aktivieren Benetzen und/oder Beschichten der Oberflächen von Werkstücken

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANDKE E.: "Plasmaunterstützte Prozesse in der Elektronik", TECHNISCHE RUNDSCHAU TRANSFER., vol. 88, no. 40, 1996, BERN CH, pages 34 - 38, XP002079860 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG144714A1 (en) * 2003-04-28 2008-08-28 Air Prod & Chem Removal of surface oxides by electron attachment for wafer bumping applications
WO2012097904A3 (de) * 2011-01-21 2013-07-18 Hochschule Für Angewandte Wissenschaft Und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen Dielektrische koplanarentladungsquelle für eine oberflächenbehandlung unter atmosphärendruck
DE102011105713A1 (de) * 2011-06-23 2012-12-27 Cinogy Gmbh Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Gasentladung
WO2012175066A1 (de) * 2011-06-23 2012-12-27 Cinogy Gmbh Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte gasentladung
DE102011105713B4 (de) * 2011-06-23 2014-06-05 Cinogy Gmbh Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Gasentladung
US9330890B2 (en) 2011-06-23 2016-05-03 Cinogy Gmbh Electrode arrangement for a dielectrically limited gas discharge
EP3754695A4 (de) * 2018-02-13 2021-12-01 Korea Institute of Fusion Energy Punktätzmodul mit ringförmigem oberflächenentladungsplasmagerät und verfahren zur steuerung des ätzprofils eines punktätzmoduls

Also Published As

Publication number Publication date
DE19717698A1 (de) 1998-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1620581B1 (de) Plasmabehandlung zur reinigung von kupfer oder nickel
WO1998049368A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur reinigung und aktivierung von elektrisch leitenden strukturen und platinenoberflächen
DE69809943T2 (de) Glimmentladungs-plasmavorrichung
DE69203919T2 (de) Verfahren und Gerät zur Behandlung einer Oberfläche.
DE102008036766B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen dielektrischer Schichten im Mikrowellenplasma
DE102004001099B4 (de) Oxidationsverfahren mit hochdichtem Plasma
DE2933850C2 (de) Plasma-Ätzvorrichtung
WO2009146744A1 (de) Verfahren zur behandlung von oberflächen, strahler für dieses verfahren sowie bestrahlungssystem mit diesem strahler
DE202007019709U1 (de) Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Metallen und Halbmetallen, Metalloxiden und Halbmetalloxiden, und Metallnitriden und Halbmetallnitriden
EP0534066A1 (de) Lichtbogen-Beschichtungsanlage mit zusätzlicher Ionisationsanode
DE10121188A1 (de) Verfahren zum Entfernen eines restlichen Metall enthaltenden Polymermaterials und von ionenimplantiertem Photoresistmaterial in einem stromabwärtigen atmosphärischen Plasmabearbeitungssystem
WO1986007051A1 (en) Process for removing metallic ions from items made of glass or ceramic materials
EP2054166B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer beschichtung
DE69322058T2 (de) Plasma-Ätzverfahren
DE112009005052T9 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Plasmakammerflächen
DE102008028542B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat mittels einer plasmagestützten chemischen Reaktion
EP0510503A2 (de) Verfahren zur Behandlung von Oberflächen
DE3925070A1 (de) Verfahren zum erhalt einer sauberen siliziumoberflaeche
EP1568077B1 (de) Verfahren zur vorbehandlung der oberflächen von zu bondenden substraten
WO2010069594A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von gegenständen mittels eines niederdruckplasmas
DE4041884C2 (de)
DE10322696B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur plasmagestützten Behandlung von vorgebbaren Oberflächenbereichen eines Substrates
EP2966196A2 (de) Verfahren zur beschichtung eines substrats
AT504466B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entfettung von gegenständen oder materialien mittels oxidativer radikale
CH686254A5 (de) Verfahren zur Einstellung der Bearbeitungsratenverteilung sowie Aetz- oder Plasma-CVD-Anlage zu dessen Ausfuehrung.

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 1998546490

Format of ref document f/p: F

122 Ep: pct application non-entry in european phase