(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上面側にイオンを吹き付ける第１のイオナイザと、前記半導体基板下面側にイオンを吹き付ける第２のイオナイザと、前記半導体基板を加熱するヒータとを具備し、前記第１のイオナイザ及び前記第２のイオナイザは前記半導体基板表面の電位を制御する手段を有し、前記ヒータは前記第１のイオナイザもしくは前記第２のイオナイザのイオン吹き付け領域外に配置されている電荷消去装置を用いた電荷消去方法において、前記半導体基板を所定温度に加熱した状態で、前記第２のイオナイザで前記半導体基板下面側の表面に電荷を印加し帯電させた後、前記第１のイオナイザで前記半導体基板上面側の表面の電荷を消去し、その後、前記第２のイオナイザで前記半導体基板下面側の表面の電荷を消去することを特徴とする電荷消去方法。
【請求項２】
前記第１のイオナイザは、前記半導体基板上面側にイオンを吹き付ける複数の電極及びノズルを有し、前記第２のイオナイザは、前記半導体基板下面側にイオンを吹き付ける複数の電極及びノズルを有していることを特徴とする請求項１に記載の電荷消去方法。
【請求項３】
前記半導体基板は、前記ヒータ上に絶縁支持ピンを介して載置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電荷消去方法。
【請求項４】
前記ヒータは、開口を有するプレート状であって、前記第２のイオナイザと前記半導体基板との間に配置され、前記第２のイオナイザから吹き付けられるイオンは、前記開口内を通って前記半導体基板下面側の表面に吹き付けられることを特徴とする請求項３に記載の電荷消去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷消去方法に関し、特に、イオナイザを用い基板に電荷を与えることによってウェハ内部の電荷を移動させ消去する電荷消去装置を用いた電荷消去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、微少量の電荷による帯電でもが破壊される場合があり、静電気対策は半導体製造工程における大きな課題である。従来、半導体製造工程では、イオナイザによりウェハ表面の電荷を消去する方法（例えば、特許文献１参照）や、紫外線をウェハに照射し、紫外線を膜中に透過させることによって電荷を消去する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００３】
図２は、従来のイオナイザによるウェハ表面の電荷を中和する機能を有するウェハ回転処理装置である。図２においてウェハ回転処理装置１１は、筒状容器１２とウェハ支持部１４と吐出部（図示せず）とを備えている。筒状容器１２内にウェハ支持部１４が設けられている。ウェハ支持部１４にはウェハ４が真空吸着によって支持されている。また、吐出部は、ウェハ表面４ａに薬液や純水を滴下することができるような位置に設けられている。処理装置１１は、更に雰囲気中にイオンを発生させるイオン発生部１８を備えており、このイオン発生部１８から発生するイオンがウェハ支持部１４に支持されるウェハ表面４ａに到達するようにしている。ウェハ表面４ａに吐出部から液体が滴下され、ウェハ支持部１４を１０００〜６０００ｒｐｍの回転速度で回転させると、ウェハ表面４ａはプラスの静電気を帯びる。そこで電源部２０によりイオン発生部（即ち針状電極）１８にマイナスの電圧を印加する。
【０００４】
これにより、針状電極１８の周囲の雰囲気が電離してコロナ放電が起きる。このコロナ放電によってプラスイオン１９ａ及びマイナスイオン１９ｂが発生する。発生したイオンのうち大部分のプラスイオン１９ａは針状電極１８の周囲に集まる。そして、マイナスイオン１９ｂは、ダウンフローによってウェハ表面４ａに運ばれる。ウェハ表面４ａは静電気によってプラスに帯電しているため、運ばれてきたマイナスイオン１９ｂとウェハ表面４ａのプラスイオンとが結合することによって、電荷を消滅させることができる。これによって、ウェハ表面４ａに発生した静電気を除電することができる。しかし、この方式ではウェハ表面４ａの静電気の除去のみが可能であり、ウェハ製造工程でウェハ４の内部に蓄積した電荷までは除電することができない。
【０００５】
一方、従来の紫外線を照射する方式では、紫外線がウェハ内部に透過することによって、酸化膜やパッシベーション膜などウェハ内部に蓄積した電荷を除去することが可能である。しかし、膜の特性、特にその吸収端波長の差によって紫外線が十分に透過せず、電荷の消去が不完全になる場合がある。そこで、紫外線照射手段の他にウェハの上下に平板電極を設け、平板電極間に電界を発生させることでパッシベーション膜内の電荷をパッシベーションの表面に移動させた後、表面に紫外線を照射することにより確実に電荷を消去することができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図３は、特許文献３に開示された静電気消去装置である。シリコン基板１の上に絶縁膜を含む半導体回路膜２を介してパッシベーション膜３を形成したウェハ４に帯電される静電気を消去するために、ウェハ４の上下両側に高電界印加用の上側電極６と下側電極７とが一対の平行平板電極状に設けられている。ウェハ４は、下側電極６上に載置されている。上側電極は、スリット状の形状であり、上側電極上方に設置した水銀灯５からの紫外線が上側電極６に妨げられずにウェハ４に到達することができる。パッシベーション膜３中の電荷は、上側電極６及び下側電極７により発生された電界によりパッシベーション膜３の表面へ移動され、そこで紫外線を照射されることにより電荷が消去される。しかし、この方式では上側電極６と下側電極７の間に距離があるため、電極間に発生する電界強度は小さく、ウェハ４内部に蓄積した電荷をパッシベーション膜３の表面へ移動する速度を大きくできず、ウェハ内部の電荷を十分に除去するために長時間の処理が必要となる。
【０００７】
またウェハ４内部の電荷の移動速度を大きくするためには、上側電極６と下側電極７により大きな電圧を印加する必要があり、電力消費が大きくなってランニングコストがかかる。さらに最終的にパッシベーション膜３の表面に移動した電荷を除去するために高価な水銀灯５を用いるので装置価格が高くなると共に水銀灯５でも電力消費が大きくランニングコストがかかってしまう。
【特許文献１】特開２００１−７７００６号公報
【特許文献２】特開平９−６９４７８号公報
【特許文献３】特開昭６２−４４９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した従来技術における第１の問題点は、ウェハ内部の電荷を十分に除去するために長時間の処理が必要となることである。その理由は、上側電極と下側電極の間に距離があるため、電極間に発生する電界強度が小さく、ウェハ内部に蓄積した電荷をウェハの表面へ移動する速度を大きくできないためである。
また、第２の問題点は、装置コスト及びランニングコストがかかることである。その理由は、ウェハ内部の電荷の移動速度を大きくするために上側電極と下側電極により大きな電圧を印加する必要があり、電力消費が大きくなりランニングコストがかかるためである。さらに最終的にウェハの表面に移動した電荷を除去するために高価な水銀灯を用いるため装置価格が高くなるとともに、水銀灯でも電力消費が大きくランニングコストがかかってしまうためである。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、本発明の第１の目的は、高速でウェハ表面及び内部の電荷を除去する電荷消去装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、低コストでウェハ表面及び内部の電荷を除去する電荷消去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、半導体基板上面側にイオンを吹き付ける第１のイオナイザと、前記半導体基板下面側にイオンを吹き付ける第２のイオナイザと、前記半導体基板を加熱するヒータとを具備し、前記第１のイオナイザ及び前記第２のイオナイザは前記半導体基板表面の電位を制御する手段を有し、前記ヒータは前記第１のイオナイザもしくは前記第２のイオナイザのイオン吹き付け領域外に配置されている電荷消去装置を用いた電荷消去方法において、前記半導体基板を所定温度に加熱した状態で、前記第２のイオナイザで前記半導体基板下面側の表面に電荷を印加し帯電させた後、前記第１のイオナイザで前記半導体基板上面側の表面の電荷を消去し、その後、前記第２のイオナイザで前記半導体基板下面側の表面の電荷を消去することを特徴とする電荷消去方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の効果は、イオナイザによって半導体基板の上下からイオンを吹き付け、厚さが薄いウェハの表裏が異なる符号の電荷で帯電することにより、ウェハ内部に強い電界が発生して、基板内全体の電荷に作用し電荷の移動が高速化されると共に、ヒータによりウェハが加熱されることで更に電荷の移動が高速化されるので高速にウェハ表面及び内部の電荷を除去が可能になる。また、第２の効果は、水銀灯に比べ低コスト・低消費電力であるイオナイザを用いているために、低コストにウェハ表面及び内部の電荷を除去が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に関して、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電荷消去装置の概略図である。図１の電荷消去装置は、シリコン基板１と、絶縁膜を含む半導体回路膜２と、パッシベーション膜３とから構成されるウェハ４に対し、ウェハ４の上側に設置された第１のイオナイザ１０１と、ウェハ４の下側に設置された第２のイオナイザ１０２と、第２のイオナイザ１０２が吹き付けるイオンのイオン吹き付け範囲１０２ｄに干渉しないヒートプレート１０５と、ヒートプレート１０５の上にウェハ４を設置するための絶縁支持ピン１０３とを含んで構成される。イオナイザのイオン発生部は、例えば、図２に記載された従来のものを用いることが出来る。
【００１４】
第１のイオナイザ１０１は、エアーと共にイオンを吹き付けるイオナイザ電極及びノズル１０１ａと、ウェハ４の表面電位を測定する上側表面電位計１０１ｂと、上側表面電位計１０１ｂの値を基にイオナイザが噴出するイオンの量を制御する上側電位制御ユニット１０１ｃとで構成される。第２のイオナイザ１０２は、エアーと共にイオンを吹き付けるイオナイザ電極及びノズル１０２ａと、ウェハ４の表面電位を測定する下側表面電位計１０２ｂと、下側表面電位計１０２ｂの値を基にイオナイザが噴出するイオンの量を制御する下側電位制御ユニット１０２ｃとで構成される。絶縁支持ピン１０３は、第１のイオナイザ１０１及び第２のイオナイザ１０２により帯電させたウェハ４の電荷がヒートプレート１０５へ逃げないようにプラスチックなどの絶縁材料で形成されており、ウェハ裏面をゴミや金属で汚染しないように最小限の接触面積でウェハ４を支持するように構成されている。
【００１５】
ヒートプレート１０５は、ウェハ４を非接触で均一に所定温度に加熱する。例えばウェハ４を１００℃より高く加熱することによってウェハ４内の電荷移動が促進されて効果的に電荷の中和が可能になる。ヒートプレート１０５は、中央付近に開口１０５ａを有しており、この開口１０５ａを介して第２のイオナイザ１０２から吹き付けられるイオンがウエハ４の下面側の表面に吹き付けられるように構成されている。したがって、開口１０５ａは、第２のイオナイザ１０２から吹き付けられるイオンの吹き付け範囲１０２ｄが含むような大きさに構成されている。
【００１６】
次に、図１及び図５を参照して本実施の形態の電荷消去装置の動作について説明すると共に電荷消去方法を説明する。図５は、この電荷消去装置を用いた電荷消去方法を示すフロー図である。
まず、ヒートプレート１０５の温度を半導体基板（ウェハ）４の温度が所定温度になるように加熱する（ステップ（１））。次に、パッシベーション膜３がマイナスに帯電している場合、下側の第２のイオナイザ１０２により、シリコン基板１の下面に対してマイナスイオンを吹き付ける。吹き付けるマイナスイオンの量は、第２のイオナイザ１０２では下側表面電位計１０２ｂを用いてシリコン基板１下面の表面電位を測定し下側電位制御ユニット１０２ｃにより制御される。このときシリコン基板１にはパッシベーション膜３内のマイナス電荷量よりも多くのマイナス電荷が供給されて帯電される。シリコン基板１は、絶縁材料からなる支持ピン１０３により支持されているので、帯電したマイナス電荷は、シリコン基板１に蓄積された状態となる。従ってパッシベーション膜３の内部ではパッシベーション膜３の上面からシリコン基板１に向かって電界が発生する。そのため、パッシベーション膜３内部に蓄積されたマイナス電荷は、電界の影響を受けてパッシベーション膜３の上面側へ移動する（ステップ（２））。
【００１７】
次に、上側の第１のイオナイザ１０１を用いて、パッシベーション膜３の上面に対しプラスイオンを吹き付け、パッシベーション膜３の表面にマイナス電荷を引き寄せると共に集められたマイナス電荷を中和する。吹き付けるマイナスイオンの量は、上側表面電位計１０１ｂでパッシベーション膜３上面の表面電位を測定し、上側電位制御ユニット１０１ｃにより制御される（ステップ（３））。次に、第２のイオナイザ１０２より、シリコン基板１の下面に対しプラスイオンを吹きつけてシリコン基板１の電荷を中和する（ステップ（４））。
【００１８】
以上、ウエハ上下に設けたイオナイザによりウエハ上面にウエハ内部と異符号の電荷をウエハ表面に印加することでウエハ内部の電荷をウエハ表面に引き寄せると共に、ウエハ裏面（下面）にウエハ内部の電荷と同符号の電荷を印加させる。これによりウエハ内部の電位をグランド電位を超えたウエハ下側の電位に向けて漸近させる変化にすることが出来るので、従来より高速に内部電荷を移動し除去出来る。ウエハ下面に印加した電荷は最後に下側の第２のイオナイザで中和する。また、水銀灯に比べ低コスト・低消費電力であるイオナイザを用いているために、低コストにウェハ表面及び内部の電荷を除去ことが可能になる。
【００１９】
次に、ウエハ（半導体基板）４のパッシべーション膜３がプラスに帯電している場合について説明する。
ステップ（２）において、ウエハ下側の第２のイオナイザ１０２によりシリコン基板１の下面にプラスイオンを吹き付ける。ついで、ステップ（３）において、上側の第１のイオナイザ１０１を用いて、パッシベーション膜３の上面に対しマイナスイオンを吹き付け、パッシベーション膜３の表面にプラス電荷を引き寄せると共に集められたプラス電荷を中和する。ついで、第２のイオナイザ１０２より、シリコン基板１の下面に対しマイナスイオンを吹きつけてシリコン基板１の電荷を中和する（ステップ（４））。
【００２０】
以上、第１の実施の形態では、ステップ（２）で第２のイオナイザにより半導体基板下面に電荷を印加して帯電させ、ステップ（３）で第１のイオナイザにより半導体基板上面の電荷を消去（中和）し、更にステップ（４）で第２のイオナイザにより半導体基板下面の電荷を消去するプロセスを用いているが、次のようなプロセスを用いることも可能である。即ち、ステップ（２）で第１のイオナイザにより半導体基板上面に電荷を印加して帯電させ、ステップ（３）で第２のイオナイザにより半導体基板下面の電荷を消去（中和）し、更にステップ（４）で第１のイオナイザにより半導体基板上面の電荷を消去するプロセスを用いる。
この実施の形態では、上側の第１のイオナイザ１０１のイオナイザ電極及びノズル１０１ａが単数であったが、複数であってもよい。また、下側の第２のイオナイザ１０２のイオナイザ電極及びノズル１０２ａが単数であったが、複数であってもよい。
【００２１】
［第２の実施の形態］
次に、図４を参照して、第２の実施の形態を説明する。
図４は、本発明の第２の実施の形態の電荷消去装置の概略を示す図である。
この実施の形態の電荷消去装置は、ウェハ（半導体基板）４に対し、ウェハ上側に設置された第１のイオナイザ１０１と、ウェハ下側に設置された第２のイオナイザ１０２と、イオン吹き付け範囲１０２ｄに干渉されないベース１０４と、ベース１０４にウェハ４を設置するための絶縁支持ピン１０３と、ウェハ４を加熱するランプ加熱ユニット１１０とを含んで構成される。
上側の第１のイオナイザ１０１は、エアーと共にイオンを吹き付けるイオナイザ電極及びノズル１０１ａと、ウェハ４の表面電位を測定する上側表面電位計１０１ｂと、上側表面電位計１０１ｂの値を基にイオナイザが噴出すイオンの量を制御する上側電位制御ユニット１０１ｃとで構成される。
【００２２】
下側の第２のイオナイザ１０２は、エアーと共にイオンを吹き付けるイオナイザ電極及びノズル１０２ａと、ウェハ４の表面電位を測定する下側表面電位計１０２ｂと、下側表面電位計１０２ｂの値を基にイオナイザが噴出すイオンの量を制御する下側電位制御ユニット１０２ｃとで構成される。
絶縁支持ピン１０３は、第１のイオナイザ１０１及び第２のイオナイザ１０２により帯電させたウェハ４の電荷がベース１０４へ逃げないように絶縁材料で形成されており、ウェハ４裏面をゴミや金属で汚染しないように最小限の接触面積でウェハ４を支持する。
ランプ加熱ユニット１１０は、ウェハ４を非接触で急速に加熱するものであり、反射板１１０ａと、ランプ１１０ｂと、温度制御ユニット１１０ｃと、放射温度計１１０ｄとで構成され、ウェハ４の温度を制御する。
【００２３】
この第２の実施の形態の電荷消去装置の動作については、第１の実施の形態と同様である。
以上、イオナイザによってウエハの上下からイオンを吹き付け、厚さが薄いウェハの表裏が異なる符号の電荷で帯電することにより、ウェハ内部に強い電界が発生し、基板内全体の電荷に作用し電荷の移動が高速化されると共に、ウェハが加熱されることで更に電荷の移動が高速化されるために、高速にウェハ表面及び内部の電荷を除去することが可能になる。また、水銀灯に比べ低コスト・低消費電力であるイオナイザを用いているために、低コストにウェハ表面及び内部の電荷を除去ことが可能になる。また、加熱手段として、ランプを用いることによりウエハを急速に加熱することができる。
【００２４】
以上、第２の実施の形態では、ランプ加熱ユニット１１０はパッシベーション膜３の上面を加熱していたがシリコン基板１の下面を加熱しても良い。また、第１のイオナイザ１０１のイオナイザ電極及びノズル１０１ａが単数であったが、複数であっても良い。また、第２のイオナイザ１０２のイオナイザ電極及びノズル１０２ａが単数であったが、複数であっても良い。また、ランプ加熱ユニット１１０は単数であったが、複数であっても良い。
また、上記はパッシベーション膜３がマイナスに帯電している場合について説明したが、パッシベーション膜３がプラスに帯電している場合には、最初に第２のイオナイザ１０２がシリコン基板１の下面に吹き付けるイオンもプラスイオンとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電荷消去装置の構成図。
【図２】従来の電荷消去装置の断面図。
【図３】従来の電荷消去装置の断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電荷消去装置の構成図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の電荷消去装置を用いた電荷消去方法を示すフロー図。
【符号の説明】
【００２６】
１  シリコン基板
２  絶縁膜を含む半導体回路膜
３  パッシベーション膜
４  ウェハ（半導体基板）
１０１  第１のイオナイザ
１０１ａ  イオナイザ電極及びノズル
１０１ｂ  上側表面電位計
１０１ｃ  上側電位制御ユニット
１０１ｄ  イオン吹き付け範囲
１０２  第２のイオナイザ
１０２ａ  イオナイザ電極及びノズル
１０２ｂ  下側表面電位計
１０２ｃ  下側電位制御ユニット
１０２ｄ  イオン吹き付け範囲
１０３  絶縁支持ピン
１０４  ベース
１０５  ヒートプレート
１０５ａ  ヒートプレートの開口
１１０  ランプ加熱ユニット
１１０ａ  反射板
１１０ｂ  ランプ
１１０ｃ  温度制御ユニット
１１０ｄ  放射温度計
１１０ｅ  放射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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