JP2803678B2 - 帯電物体との接触部材 - Google Patents
帯電物体との接触部材Info
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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、ウェハの帯電が大きな問
題となっており、帯電防止技術の確立が急がれている。
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ウェハが
帯電した場合どのような障害が生じるのかを説明する。
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。
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。
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。
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。
（ウェハの帯電による障害） 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。
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、帯電ウェハ表面への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/cf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0V〜50Vと低いと
きは粒子付着は見られない。しかし、ウェハ電位が300
V、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50V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1000V、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1g/cm3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。
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、帯電ウェハ表面への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/cf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0V〜50Vと低いと
きは粒子付着は見られない。しかし、ウェハ電位が300
V、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50V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1000V、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1g/cm3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、ウェハ表面の粒子汚
染防止上、ウェハの帯電防止が大変重要であることが分
かった。
染防止上、ウェハ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。
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
より帯電ウェハを中和する方法。
より帯電ウェハを中和する方法。
接地された導電性の樹脂材料のものでウェハをハンド
リングすることにより、ウェハの電荷を中和する方法。
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、ウェハの電荷を中和する方法。
り、ウェハ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ミクロンULSIの時
代において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。
代において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。
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
電流に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/secなのに対し
て、0.17μｍ以上の粒子も1960個/sec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。
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
電流に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/secなのに対し
て、0.17μｍ以上の粒子も1960個/sec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ウ
ェハには適用できない。
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ウ
ェハには適用できない。
次に、の方法では、電気抵抗値を下げるために樹脂
材に混入される導電性物質がウェハには大変な汚染源と
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。ウェハとの接触時にこ
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。
材に混入される導電性物質がウェハには大変な汚染源と
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。ウェハとの接触時にこ
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、ウェハ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適用できない。
導電性の金属で、ウェハ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適用できない。
［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。
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。
ここで、帯電物体としては、例えばウェハがあげられ
る。
る。
また、接触部材としては、例えば、ウェハのマニピュ
レータ、反応チャンバ内におけるウェハの載置台、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。
レータ、反応チャンバ内におけるウェハの載置台、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。
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Rmax１μmm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100Å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（O2 -）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H2
O）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（316L材）であれ
ば、350℃で50〜60Å、380℃で70〜80Å程度という膜厚
となる。酸化処理時間は1h〜9h程度である。以上のよう
に処理された表面酸化処理金属をウェハのハンドリング
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。上記酸化絶縁膜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、絶縁膜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。
（好ましくはRmax１μmm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100Å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（O2 -）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H2
O）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（316L材）であれ
ば、350℃で50〜60Å、380℃で70〜80Å程度という膜厚
となる。酸化処理時間は1h〜9h程度である。以上のよう
に処理された表面酸化処理金属をウェハのハンドリング
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。上記酸化絶縁膜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、絶縁膜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ハと接触しても、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。
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ハと接触しても、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、ウェハと
の接触部に酸化膜を形成してある。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のウェハとの接触部には表面酸化処理を施した
金属を用いる。ウェハ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。
（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、ウェハと
の接触部に酸化膜を形成してある。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のウェハとの接触部には表面酸化処理を施した
金属を用いる。ウェハ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百Å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。
修理金属の酸化膜厚は数十から百Å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
50V以下に制御することができ、しかも、ウェハの汚染
（特に金属汚染）も完全に排除することができる。
50V以下に制御することができ、しかも、ウェハの汚染
（特に金属汚染）も完全に排除することができる。
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２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。
である。 第２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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−74624（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−102736（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項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。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21214689A JP2803678B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 帯電物体との接触部材 |
| AT90911693T ATE152288T1 (de) | 1989-08-18 | 1990-08-02 | Kontaktglied hinsichtlich elektrisch geladenen materials |
| EP90911693A EP0439619B1 (en) | 1989-08-18 | 1990-08-02 | Contact member relative to electrically charged material |
| DE69030570T DE69030570D1 (de) | 1989-08-18 | 1990-08-02 | Kontaktglied hinsichtlich elektrisch geladenen materials |
| PCT/JP1990/000985 WO1991003076A1 (en) | 1989-08-18 | 1990-08-02 | Contact member relative to electrically charged material |
| US08/546,192 US5645943A (en) | 1989-08-18 | 1995-10-20 | Electrified object contact component |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21214689A JP2803678B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 帯電物体との接触部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0376138A JPH0376138A (ja) | 1991-04-02 |
| JP2803678B2 true JP2803678B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=16617653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21214689A Expired - Lifetime JP2803678B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 帯電物体との接触部材 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0439619B1 (ja) |
| JP (1) | JP2803678B2 (ja) |
| AT (1) | ATE152288T1 (ja) |
| DE (1) | DE69030570D1 (ja) |
| WO (1) | WO1991003076A1 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS649086U (ja) * | 1987-07-08 | 1989-01-18 | ||
| JPH0167755U (ja) * | 1987-10-26 | 1989-05-01 | ||
| DE3810594A1 (de) * | 1988-03-29 | 1989-10-12 | Heigl Helmuth | Anordnung zum schutz integrierter bauelemente vor beschaedigung durch unkontrollierte elektrostatische entladung in handhabungssystemen |
| JPH02102736U (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-15 |
-
1989
- 1989-08-18 JP JP21214689A patent/JP2803678B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-08-02 EP EP90911693A patent/EP0439619B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-02 WO PCT/JP1990/000985 patent/WO1991003076A1/ja active IP Right Grant
- 1990-08-02 AT AT90911693T patent/ATE152288T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-08-02 DE DE69030570T patent/DE69030570D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0439619B1 (en) | 1997-04-23 |
| ATE152288T1 (de) | 1997-05-15 |
| JPH0376138A (ja) | 1991-04-02 |
| DE69030570D1 (de) | 1997-05-28 |
| WO1991003076A1 (en) | 1991-03-07 |
| EP0439619A4 (en) | 1992-08-12 |
| EP0439619A1 (en) | 1991-08-07 |
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