JPH0376138A - 帯電物体との接触部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、帯電物体との接触部材に係る。

［発明の背景］ ＬＳＩ製造プロセスにおいて、クエへの帯電が大きな問
題となっており、帯電防止技術の確立が急がれている。

以下では、まず、帯電物体の一つの例としてクエへが帯
電した場合どのような障害が生じるのかを説明する。

（ウェハの帯電電位） ウェハは、汚染防止のため通常絶縁性のフッ素系樹脂や
石英で取り扱われるために、取扱時の接触により非常に
高い電位に帯電する。ウェハ帯電電位の測定結果を表１
に示す。

表１ ウェハの帯電電位（２３℃、 ３０〜４５％） 電位測定器の測定範囲 一−３３００〜＋３３００Ｖ この結果から分かるように、シリコンウェハは樹脂材料
や石英で扱われる場合、帯電列の関係から常に正に帯電
し、電位もかなり高いものとなっていることがわかった
。

（クエへの帯電による障害） ウェハが帯電した場合、次に示す２つの障害が生じ、半
導体製造歩留まり低下の大きな原因となっていることも
わかった。

■静電気力による浮遊粒子の付着 ■静電気放電によるデバイス破壊 ■の障害について、実際に評価した実験結果および計算
結果を紹介する。第１図は、５インチウェハを導電性の
グレーティング床上に、高さ２ｃｍの絶縁スタンドを介
して垂直に５〜１０時間クリーンルーム中に放置したと
きの、帯電ウニ八表面への０．５μｍ以上の粒径の粒子
の付着数を示している。横軸がウェハ電位、縦軸が付着
粒子数（粒径０．５μｍ以上の粒子濃度１０個／　ｃ　
ｆの雰囲気中に５時間放置したときのウェハ中央部への
粒子付着数に換算）を示している。垂直面の場合は、重
力沈降による粒子付着が無いことから、ウェハ電位がＯ
ｖ〜５０ｖと低いときは粒子付Ｒは見られない。しかし
、ウェハ電位が３００Ｖ、１８００Ｖと上昇するに伴い
、付着粒子数は急激に増大しており、この付着が静電気
力によって生じていることを示している。ところで、第
１図は０．５μｍ以上という比較的大きな粒子に対する
静電気力の影響を測定したものであるが、粒径が小さく
なっていった場合は、この静電気力の影響はさらに加速
的に増大する。ウェハ電位を少なくとも５０Ｖ以下にし
ておけば粒子は付着しない。ここでは、ウェハ電位が５
０Ｖ以下の帯電状態になった時をウェハ電位が中和され
た状態と定義する。第２図は、ウェハ電位を１ｏｏｏｖ
、外側の長方形に枠線をゼロ電位と仮定して、静電気力
によりウェハ有効部に付着する粒子の到達距離を計算し
たものである。粒子付着力としては、重力（浮力も含む
）と静電気力のみを用いている。

粒子密度はＩｇ／ｃｍ’としている。斜線で囲まれた。

範囲の粒子がウェハ有効部に付着することを示している
。計算の結果、２μｍ粒子の付着範囲は非常に狭く、ウ
ェハには殆ど付着しないことを示している。しかし、粒
径が０．５μｍ、０．１μｍと小さくなるに伴い、付着
範囲は急激に増大していっており、粒子の粒径が小さく
なった場合、物体表面への付着には静電気力の影響が非
常に大きくなることを示している。

以上の実験および計算結果より、ウニ八表面の粒子汚染
防止上、クエへの帯電防止が大変重要であることが分か
った。

［従来の技術］ 従来のウェハ帯電防止技術としては、次に示す２通りの
方法がある。

■コロナ放電法によりイオンを発生させ、このイオンに
より帯電クエへを中和する方法。

■接地された導電性の樹脂材料のものでクエへをハンド
リングすることにより、ウェハの電荷を中和する方法。

■接地された金属でウェハをハンドリングすることによ
り、クエへの電荷を中和する方法。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、これらの中和技術にはサブよりロンＵＬＳＩの
時代においては致命的とも言える欠点があり、これらの
欠点を改善しない限り改善ウェハ中和対策としては適さ
ない。

まず、■のコロナ放電の場合は次の障害があることがわ
かった。

（１）放電電極先端からの微粒子発生 （２）オゾンの発生 （１）の原因を本発明者は探究したところ、電極先端部
において、イオンによるスパッタ作用が生じ、これが原
因となって微粒子を発生させていることがわかった。第
３図に、タングステン針を用いて火花放電させたときの
イオンと微粒子（≧０．１７μｍ）の発生数を示す。放
電電流（よってそれぞれの発生数は異なるが、例えば、
電流値が１ｍＡの時は、正イオンが２億個／　ｓ　ｅ　
ｃなのに対して、０．１７μｍ以上の粒子も１９６０個
／　ｓ　ｅ　ｃ発生している。これより小さい粒子の発
生、数はさらに多くなっているものと考えられる。とこ
ろで、この実験結果は、火花放電ということで、コロナ
放電ではもう少し発塵量は少なくなると考えられるが、
現象としては同じスパッタ作用が生じていることから、
発塵があることにはかわりない。

次に、（２）におけるオゾンは、空気が電離されるとき
に発生するもので、非常に酸化力が強いためにウェハ表
面に急速に酸化膜を形成し障害となる。また、電源ケー
ブルの被膜材等に多く使用される高分子材料がオゾンに
より分解されて、絶縁不良等を発生させることもわかっ
た。この２つの問題を克服しない限り、コロナ放電によ
り発生させたイオンを利用した帯電表面の中和法はクエ
へには適用できない。

次に、■の方法では、電気抵抗値を下げるために樹脂材
Ｃ混入される導電性物質がクエへ社は大変な汚染源とな
るということである。混入される物質としては、一般に
カーボンや金属が用いられる。クエへとの接触時にこれ
らの不純物がウェハに付着し、暗電流やリーク電流の原
因となるのである。

■の方法でも、■と同じようにウェハと接触するのが導
電性の金属で、ウニへ面に付着すると暗電流やリーク電
流の原因となることから（金属汚染）、大きな汚染源と
なりそのままでは通用できない。

［課題を解決するための手段〕 本発明の帯電物体との接触部材は、高純度の酸化性雰囲
気中において形成された数十から百入厚の酸化膜が、金
属表面の少なくとも帯電物体と接触する部分に形成され
ていることを特徴とする。

ここで、帯電物体としては、例えばウェハがあげられる
。

また、接触部材としては、例えば、クエへのマニピュレ
ータ、反応チャンバ内におけるクエへの載置台、ウェハ
搬送トンネル内におけるウェハ搬送台等があげられる。

〔作用］ 以下に本発明の作用を本発明の詳細な構成とともに説明
する。

まず、絶縁層の形成について説明する。

表面が電界研磨技術等により加工変質層のない鏡面（好
ましくはＲ□、＋１μｍｍ以下）に仕上げられた金属を
、水分濃度の非常に低い（好ましくは１０ｐｐｂ以下、
より好ましくは数ＰＰｂ以下）高純度な酸化性雰囲気中
で酸化処理することにより、数十から１００人程度の厚
さの酸化膜を形成する。この酸化は、フィールドアシス
ト酸化といわれ、金属表面におけるトンネル効果により
、表面に付着した酸素分子が負イオン化（０２−）され
、この負イオンが、酸化膜に生ずる電界により酸化膜を
通って酸化膜と金属の界面に引き込まれ金属と反応し酸
化膜を形成する。この酸化過程において、雰囲気中に不
純物（特にＨ２Ｏ）が少ないと、形成される酸化膜は非
常に緻密な構造となり、脱ガスが少なく、耐摩耗性、耐
薬品性の優れた表面となる。酸化膜の厚さは、金属材料
と酸化処理温度に大きく依存し、例えばステンレス（３
１６Ｌ材）であれば、３５０℃で５０〜６０人、３８０
℃で７０〜８０入程度という膜厚となる。酸化処理時間
は１ｈ〜９ｈ程度である０以上のように処理された表面
酸化処理金属をクエへのハンドリングに使用すると、酸
化膜のトンネル効果により、ウェハに帯電した電荷を中
和することができる。このトンネル効果による電荷中和
メカニズムは、以下のように説明される。

上記酸化槽、ｍ１ｌｌｉに覆われた金属表面に正に帯電
したシリコンウェハが接触すると、電子が中和にどんど
ん使われるために、絶ＡＩ［を越えたところでの電子の
存在確率が常に同じになるように、金属の接地側よりこ
の中和に使われた分の電子が供給されるのである。一方
、もしウェハが負に帯電した場合は、これとは逆に金属
側へ余剰の電子を逃がすことにより電子の存在確率を一
定に保つ。このようにして、最終的には、表面酸化処理
金属に接触しているウェハには、電子は酸化膜の厚さで
決まる確率だけ存在することになり、ウェハ電位は非常
に低くなるのである。

と、ころで、不純物（特にＨ２Ｏ）の少ない酸素雰囲気
中でフィールドアシスト酸化された金属酸化膜は、絶縁
性で耐摩耗性も高いことから、ウェ八と接触しても、従
来の金属との接触と異なり、接触摩耗による金属汚染を
引き起こさない。つまり、この特性は従来の石英および
フッ素樹脂性のウェハハンドリング材と同等のウェハ汚
染の少ない材料だということになる訳である。

［実施例］ 本発明の実施例に係る接触部材を第４図に示す。まず（
ａ）は、ウェハハンドリング用のマニピュレータであり
、ウェハに直接接触する部分は少なくとも表面酸化処理
金属を用い、また接地を施すことによりウェハの帯電を
防止する。（ｂ）は、ウェハの反応チャンバ内のウェハ
載置台５に表面酸化処理金属を用いたものを示している
。すなわち、ウェハ載置台５を金属製とし、クエへとの
接触部に酸化膜を形成しである。ここでも、チャンバは
金属製なので、図に示すように一点を接地することによ
り、ウェハの帯電を防止している。（Ｃ）は、ウェハ搬
送トンネルをオールメタル製とし、少なくともウェハ搬
送台１０のクエへとの接触部には表面酸化処理を施した
金属を用いる。クエへの帯電防止の為の電子の収支は、
図に示したようにウェハ搬送トンネルを接地することに
より行っている。

以上３つの実施例を示したが、使用している表面酸化修
理金属の酸化膜厚は数十から質入としており、いずれの
処理においてもウェハ電位を５０Ｖ以下に制御でき、ウ
ェハ周囲にたとえ粒子が存在しても、ウェハ上への粒子
付着は起こらなかった。

［発明の効果］ 本発明による接触部材を用いれば、ウェハ電位を常に５
０Ｖ以下に制御することができ、しかも、クエへの汚染
（特に金属汚染）も完全に排除することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は帯電ウェハへの粒子付着実験結果を示すグラフ
である。 第７２図は帯電ウェハへの粒子付着計算結果を示す分布
図である。 第３図は放電によるイオン発生法と光電効果を利用した
イオン発生法におけるイオンと微粒子の発生数を示すグ
ラフである。 第４図は本発明の実施例に係る接触部材の用途例を示す
立体図である。 １・・・帯電物体（ウェハ）、２・・・表面酸化処理金
属、３・・・マニピュレータ、４・・・接地、５・・・
表面酸化処理金属（ウェハ載置台）、６・・・ウェハ、
７・・・ウェハ反応チャンバ、８・・・接地、９・・・
ウェハ搬送トンネル、１０・・・表面酸化処理金属（ウ
ェハ搬送台）、１１・・・ウェハ、１２・・・接地。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高純度の酸化性雰囲気中において形成された数十
   から百Å厚の酸化膜が、金属表面の少なくとも帯電物体
   と接触する部分に形成されていることを特徴とする帯電
   物体との接触部材。