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JP2568006B2 - イオン化空気により対象物から電荷を放電させる方法及びそのための装置 - Google Patents

イオン化空気により対象物から電荷を放電させる方法及びそのための装置

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JP2568006B2
JP2568006B2 JP3162414A JP16241491A JP2568006B2 JP 2568006 B2 JP2568006 B2 JP 2568006B2 JP 3162414 A JP3162414 A JP 3162414A JP 16241491 A JP16241491 A JP 16241491A JP 2568006 B2 JP2568006 B2 JP 2568006B2
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air
radiation
focal volume
ionized
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ジョン・サミュエル・バチェルダー
ヴォー・ポール・グロス
ロバート・アラン・グリューヴァー
フィリップ・チャールズ・ダンビー・ホッブス
ケニス・ダグラス・マレイ
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05F3/00—Carrying-off electrostatic charges
    • H05F3/06—Carrying-off electrostatic charges by means of ionising radiation
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップ製造中
に、イオン化空気の発生によるチップ表面上の電荷を除
去することに関し、詳細には、チップ表面の電荷を除去
するために、鋭く合焦させた強力なレーザ光線を使用し
て、半導体チップ付近の空気をイオン化させることに関
するものである。
【０００２】
【従来技術】電気回路を有する半導体チップの製造工程
では、チップ基板表面上に次々に層を積み重ねていくと
き、材料の付着とエッチングが必要である。この積層
は、チップ回路が正常に作動するように、汚染物質の付
着を避けなければならない。主な汚染源は、空気によっ
て半導体チップ表面に運ばれる微細粒子の存在である。
この微細粒子は、半導体チップ製造用のクリーン・ルー
ムでも見出される。通常、クリーン・ルームには、流入
する空気中に含まれる粒子を除去するための高効率フィ
ルタ（ＨＥＰＡフィルタ）が設けられている。しかし、
それでもなお、微細粒子がクリーン・ルーム中に見られ
る。クリーン・ルームで発生する微細粒子は一般に帯電
している。またチップ製造中に半導体表面上に電荷が発
生する。チップ表面上の電荷は電場を生成し、空気によ
って運ばれた粒子と、対応する反対の電荷を有する半導
体表面との間に、強い吸引力を発生させる。この現象
は、チップ製造中に見られる微細粒子の付着率を異常に
高くする主な原因である。
【０００３】上記の粒子の吸引を減少させるために使用
されていた技術は、上記のフィルタからの空気流に空気
のイオンを添加することにより、チップや製造工程中に
存在する各種の層の表面を中和させること、および製造
組立てラインで使用する工具の表面を中和させることで
あった。この中和技法は、半導体表面上にイオン化空気
を通すものである。たとえば、接地していないウェーハ
または容器によって発生する代表的な電場は、１ｃｍ当
たり数百ないし数千ボルトである。クラス１００（１立
方フィート（２８．３リットル）空気当たり１００個の
粒子）の空気の付着率は、空気のイオン化を行っている
環境では、イオン化を行わない環境に比べて約１００分
の１である。これは、半導体チップ上の過剰な表面電荷
に対する、イオン化空気中の電荷の中和効果によるもの
である。イオン化空気中の粒子付着率の考察は、Ｒ．ウ
ェルカー（Welker）、“Equivalence between Surface
Contamination Rates and Class 100 Conditions”、１
９８８ proceedings of the Institute of Environment
alSciences、ｐｐ．４４９−４５４に記載されている。
【０００４】半導体表面に電荷が存在すると、チップ上
の微小回路素子には明らかに悪影響を及ぼす。ウェーハ
表面の帯電領域は、空気中のちりの微細粒子を吸引し、
これが表面に付着して、チップ回路製造時に次々に材料
層を形成する際にチップ構造内に欠陥を生じさせる。た
とえばウェーハ製造に使用するシリコン基板などの半導
体材料へのドーピングによって、ウェーハ表面は静電気
的に等電位面と見なせるのに十分な導電性を有す。半導
体表面を導電性媒体に接触させると、急激な放電電流が
半導体表面の一点を流れることがある。この電流は、チ
ップ回路の素子が損傷または焼損するほど大きいことが
多い。摩擦電気によって生じる接地に対する電圧はきわ
めて高くなり、たとえば、製造中にウェーハの通常の取
扱いによって生じる電圧は、３０ｋＶにも達することが
ある。また、空気中のちりの粒子はきわめて小さく、空
気中でブラウン運動によって浮遊すると考えられ、重力
はこのような微細粒子に対してはほとんど影響を与え
ず、これらの粒子をチップまたはチップの製造に使用す
る工具の表面に沈積させる効果はほとんどない。粒子の
沈積は、静電力の作用によって粒子がチップおよび工具
の表面に吸引されて起こる。ちり粒子の一部は、チップ
製造に使用する材料からも生じる。
【０００５】たとえば、１組のウェーハを保持するプラ
スチック製のウェーハ・ボートには、ウェーハを回転さ
せ表面の帯電を減少させる目的でそれを導電性にするた
めに、炭素粒子が含浸させてある。しかし、炭素が存在
すると、炭素のちりの発生源となるおそれがある。そこ
で、イオン化分子、たとえばイオン化した酸素分子の空
気中への導入が、汚染粒子の発生源として作用せずに、
表面の帯電を除去するのに最も有用である。イオン化工
程では、陽イオンと陰イオンの両方が発生し、したがっ
てチップ表面上の負に帯電した領域も正に帯電した領域
も中和できる。空気のイオン化は、接地と同様に、導電
性を導入してウェーハから電荷を放出させるものと見る
ことができる。
【０００６】コロナ・ティップ（コロナ電極を示す。以
後本明細書において同義の意味でコロナ・ティップの用
語を使用する。）を使用して空気をイオン化させると、
スパッタリングされた金属などの微細粒子とイオンが生
成し、空気によって運ばれてチップ表面に当たる。硝酸
アンモニウムが尖端に付着し、その後尖端から離れて、
ちりの粒子となる。ウェーハ表面から離れた位置にコロ
ナ・ティップを置いてイオン化空気を発生させると、フ
ォトリソグラフィで使用するウェーハ・ステッパの場合
と同様、閉じ込められた空間での効果が減少する。これ
は、ステッパ構成要素の物理的形状のため、ステッパ内
に空気の乱流が生じるからである。乱流は、陽イオンと
陰イオンの結合を促進し、遠隔のイオン源からウェーハ
表面への均衡のとれたイオン化空気の輸送を妨げる。
【０００７】コロナ放電によってイオン化させたイオン
化空気を導入することの１つの問題点は、イオン化空気
自体が、コロナ放電に使用する電極ティップの腐食のた
め、微細粒子によるかなりの汚染をもたらすことであ
る。このことは、M. スズキ、I. マツハシ、I. イズモ
トの論文“Effectiveness of Air Ionization In Clean
Rooms”、１９８８ Proceedings of the Institute of
Environmental Sciences、ｐｐ．４０５〜４１２に開示
されている。一般に、典型的なクリーン・ルームでコロ
ナ放電によって発生する０．１〜１．０μｍの範囲の粒
子の量は無視できるほどであるが、これより小さい粒子
はかなりの量発生する。直径０．０３〜０．１μｍの範
囲の粒子の発生率は、１ｍ3当たり、毎分３５００〜３
５，０００個である。主要な発生機構は、コロナ・ティ
ップのスパッタリングであると見られ、これは、Ｒ．
Ｐ．ドノバン（Donovan）、Ｐ．Ａ．ローレス（Lawles
s）、Ｄ．Ｄ．スミス（Smith）の論文“Polarity Depen
dence of Electrode Erosion under DCCorona Discharg
e）”、Microcontamination、１９８６年５月、ｐｐ．
３８〜４９に開示されている。コロナ・ティップを使用
したイオン化の過程で、コロナ・ティップは電場を空気
のイオン化の閾値を超えるのに十分な強さに局部的に集
中させる。
【０００８】しかし、コロナ・ティップによって微細粒
子が発生することを考慮すると、発生するイオン化空気
の、半導体および工具の表面を放電させる手段として
の、半導体チップ汚染防止の有効性が低下する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を解決し、コロナ放電ティップを使用せずに空
気をイオン化させることにより、コロナ・ティップの腐
食による微細粒子の発生を避けるという利点を提供する
ことにある。半導体回路チップ製造の際、基板への層の
付着や層へのドーパントの含浸など、ある種の工程は真
空中で行われ、フォトリソグラフィなど、他の工程は大
気中で行われる。大気中で行うこれらの工程中に、製造
工程中に生じたチップの電荷を除去するため、この発明
を使用する機会がある。たとえば、チップの製造に用い
る材料が、チップの表面と擦すれることによる摩擦電気
の機構によって、チップ表面に電荷が生じることがあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の好ましい実施
例によれば、半導体チップに隣接する強い電場の小さな
焦点体積に集束させたレーザ・ビームによって空気をイ
オン化させる。レーザー・ビームの電場は、空気をイオ
ン化させるのに十分な強さである。空気の層流は、長距
離にわたって均衡のとれたイオン化空気を輸送するが、
ステッパ内部の乱流は、このような輸送を妨げることに
留意されたい。レーザの焦点体積をウェーハの近くに置
いて、イオン化空気をその場で生成するというこの発明
の特徴により、イオン化空気を遠隔のイオン化源から作
業区域まで輸送するという問題が解決される。空気をイ
オン化するためのレーザ・ビームは、間欠的であるた
め、ステッパの機械的マニピュレータその他の構成要素
の動きを妨げず、ステッパ使用の自由を保証する。イオ
ンを運ぶためにチップ表面に沿って空気を流すことがで
き、あるいはイオン源がウェーハに近接しているため、
帯電したウェーハの電場の影響の下で、イオンを帯電し
たウェーハへ漂流させることができる。帯電したウェー
ハの電場は、反対の電荷を持つイオンを吸引して、製造
工程中に帯電したウェーハの表面を中和させる。この発
明の他の実施例によれば、水の分子を空気に注入するこ
とによってイオン化させることができる。水の分子はレ
ーザ・ビームによってイオン化し、磁場の助けにより、
遮光部を経てチップに向かって進み、磁場はさらに、イ
オン源から作業区域への輸送中に陽イオンと陰イオンを
分離させておく働きもする。
【００１１】
【実施例】この発明は、強い電場が空気を分解してプラ
ズマを発生させることに基づくものである。Ｎ．クロー
ル（Kroll）とＫ．Ｍ．ワトソン（Watson）の論文“The
oretical Study of Ionization of Air by Intense Las
er Pulses”、Physical Review A、Ｖｏｌ．５、１９７
２年、ｐｐ．１８８３〜１９０５に開示されているよう
に、電場はマイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ
線のいずれでもよい。これに関連する現象は複雑であ
り、空気の分解に必要な正確なエネルギーは、レーザの
波長、レーザ放射線パルスの持続時間、レーザ・ビーム
を集中させる焦点体積、気体（空気など）の密度と組
成、および気体中に存在する不純物に応じて変わる。
【００１２】二酸化炭素レーザで発生するような、波長
が１０．６μｍ（遠赤外）の適当なレーザ放射ビームの
発生を例にとると、１０ナノ秒より持続時間の短かいレ
ーザ・パルスで純粋な空気をイオン化させるには、１０
Ｊ／ｃｍ2の強さが必要であるが、かなり長い放射線パ
ルスで空気をイオン化させるには、１０10Ｗ／ｃｍ2に
近い強さが必要である。通常、レーザ放射線の波長が短
かいほど、イオン化を開始させる強さの閾値は低くな
る。
【００１３】高エネルギーのパルス式単一モード・ダイ
オード・レーザを十分に合焦させた場合でも、上記の例
の放射線閾値を達成することは困難である。必要な光学
装置の例として、４μｍのレーザ源（半導体レーザの放
射ファセット）を有するレーザの開口数（ＮＡ）が０．
８で、ビームの開き（放射線ビームの円錐角）が１０度
の場合、直径約０．６μｍまたは面積約３×１０-9ｃｍ
2のスポットにレーザを合焦させることができる。１マ
イクロ秒のパルスのピーク電力を３０Ｗとすると、空気
のイオン化のための最小の長パルス分解基準が満たされ
る。
【００１４】レーザ・イオナイザを実用化するため、レ
ーザ・ビームの強さの必要な閾値を下げるには、各種の
方法がある。その１つは、帯電粒子で空気を予めイオン
化させるものである。第２の方法は、焦点体積中にエア
ロゾル粒子を導入するものである。また、第３の方法
は、磁場を使用して、半導体チップなどの近くにある物
体の表面をイオンの衝突から保護し、かつ異電荷のイオ
ンを分離するのに役立てることである。
【００１５】予めイオン化することにより、ガスの分解
閾値がかなり低下することが、Ｒ．Ｔ．ブラウン（Brow
n）、Ｄ．Ｃ．スミス（Smith）の論文“Laser-Induced
GasBreakdown inthe Presence of Preionization）”、
Applied Physical Letters、Ｖｏｌ．２２、１９７３
年、ｐｐ．２４５〜２４７に開示されている。レーザ・
パルスを印加する前の気体のイオン密度が約１０13／ｃ
ｍ3であると、二酸化炭素レーザのイオン化閾値が約１
桁低下する。合焦されるレーザ・ダイオード・スポット
の体積は、約１０-13／ｃｍ3である。この体積は、焦点
体積中のイオンのいくつかがイオン化放射線の電場によ
って加速され、他の原子に順次衝突して、空気の分子の
イオンへの分解過程を開始させることを示唆している。
この効果は、焦点体積の近くの放射線源によって生じる
ことも、焦点体積の近くのパルス式電子線インジェクタ
（電子が出る窓を有する真空管）によって生じることも
ある。このモードでは、レーザは基本的にイオン濃度増
幅器として機能する。
【００１６】この発明の好ましい実施例では、空気のイ
オン化は、ネオジムをドーピングしたイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）のＱスイッチ・レー
ザを使用して行うが、これについては、図１を参照して
下記に説明する。レーザは、コヒーレント放射線を出力
し、それがレンズによって、半導体回路製造に使用する
ウェーハに隣接する焦点領域に合焦される。レーザ放射
線の強い電磁場により、空気を初期分解すなわち予めイ
オン化し、これにより、おそらく１０，０００℃の高熱
が発生して、酸素分子などの空気の分子を分解し、正お
よび負に帯電したイオンを発生させる。帯電したウェー
ハの電場などの電場が存在すると、この電場により、陽
イオンと陰イオンとが分離する傾向がある。ウェーハの
電荷と反対の電荷を持つイオンを吸引し、ウェーハの電
荷と同じ電荷を持つイオンを反発するウェーハの電場の
影響下で、イオンをウェーハに向かって漂流させること
により、ウェーハの電荷と反対の電荷を持つイオンをウ
ェーハと接触させて、ウェーハを中和することができ
る。代替方法として、ウェーハの表面に空気を流すこと
により、イオンをウェーハに接触させることもできる。
レーザは、フラッシュ・ランプによって作動し、ランプ
のエネルギーがレーザの材料に吸収されて、電子を高エ
ネルギー・レベルに引き上げる。このレーザにより、数
ナノ秒間持続する３〜１０ＭＷの電力が発生する。焦点
体積の形状は円筒形で、通常の寸法は、直径１０μｍ、
長さ５０μｍである。
【００１７】この発明の代替モードでは、空気のイオン
化は、焦点体積中にエアロゾル粒子を導入することによ
って行う。これについては、図５を参照して下記に説明
する。Ｄ．Ｃ．スミス（Smith）、Ｒ．Ｔ．ブラウン（B
rown）の論文“Aerosol-Induced Air Breakdown with C
O2 Laser Radiation”、Journal of Applied Physics、
Ｖｏｌ．４６、１９７５年、ｐｐ．１１４６〜１１５３
に開示されているように、二酸化炭素レーザの焦点体積
中に微小粒子を導入すると、焦点体積内の空気の分解閾
値が約２桁低下して、１０8Ｗ／ｃｍ2の値になる。この
閾値の変化は、炭素、クレイ、アルミニウム、ゲルマニ
ウムおよび食塩の使用が開示されていることから見て、
エアロゾルの組成とは関係ないと考えられる。開示され
たレベルの強さでは、レーザ・ダイオードに必要なピー
ク電力は１Ｗ未満であり、これは現在市販されているレ
ーザ・ダイオードによって得ることができる。図６を参
照して説明するように、この発明の代替実施例では、高
純度の水を使用する振動オリフィス粒子発生装置によっ
て発生させた水滴を使用することによって、エアロゾル
が得られる。得られた水滴はきわめて小さく、直径約
０．５μｍであり、これを周期的に発生させ、レーザを
照射して、イオンのシャワーを生成する。イオン源とし
て水を使用するのは、蒸発による水の損失がないとすれ
ば、１ｍｌの水が何千年もにわたって毎秒１個の水滴を
発生するため、最も効率が高い。したがって、この発明
の代替実施例では、イオナイザ中に小型の水容器を組み
込んでおけば適量の水を供給するのに十分であり、外部
の配水管は不要である。
【００１８】従来技術による電極を使用したイオナイザ
では、電極近くの中性分子が高い電場によってイオンに
分解するとき、電極がスパッタリングされることに留意
されたい。生成したイオンの半分は、電極と反対の電荷
を有し、これらのイオンは加速されて電極に衝突する。
磁場を使用すると、イオンの移動方向を制御して、反対
の電荷を有するイオンが電極に衝突するのを防止するこ
とができる。この発明の代替実施例では、磁場は、イオ
ンの動きを好ましい方向に向けるのにも使用される。こ
れは、磁気ミラーの方式で、磁場線を保護すべき表面と
平行にし、イオンの移動する方向に向けることによって
行なわれる。磁場と移動する帯電粒子との相互作用によ
り、粒子が好ましい方向に向けられ、これにより、表面
が低速の重いイオンから絶縁される。磁場はまた、反対
の電荷を有するイオンの両極への拡散を分離して、これ
により、陽イオンと陰イオンの再結合を妨げる傾向があ
る。
【００１９】図１は、この発明による半導体ウェーハ１
２の放電のためのイオン化空気を発生させるのに有用な
光学系１０を示す。光学系１０は、一般に、半導体回路
の製造に使用する工具を含めて各種の物体の表面上の電
荷、およびウェーハ１２などの半導体ウェーハ上での回
路の形成に使用する材料の層の表面上の電荷を中和する
ための空気のイオン化に有用である。半導体製品の製造
における光学系１０の有用性を示すため、図２ないし図
４に、半導体製品、特にウェーハの製造完了時に電子回
路を組み込むウェーハ１２の製造に通常使用される多く
の工程のうち、連続した３つの段階を示す。また、例と
して、これら３つの段階は、異なる３つのワークステー
ションでウェーハ１２に対して製造のための加工を行う
場合を示す。図１における光学系１０の焦点体積２０
は、ウェーハ１２に隣接した位置に配置される。
【００２０】光学系１０は、この発明の好ましい実施例
に従って構成され、ネオジムでドーピングした、上記の
イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）レ
ーザ１４を含む。レーザ１４は、強力で持続時間の短か
い放射線のパルスを供給するためのフラッシュ・ランプ
（図示せず）およびＱスイッチ光学素子（図示せず）を
含む、標準の構成のものである。装置１０は、レンズ１
６および放射線吸収材１８を含み、レンズ１６は、レー
ザ１４からの放射線のパルスが伝播し、吸収材１８に吸
収される光路上にある。レンズ１６は、放射線を焦点体
積２０中に鋭く集束させ、放射線は空気２２の分子をイ
オン化させてイオン２４を生成するのに十分な強さにな
る。
【００２１】図５は、イオン２４の発生を示す様式化し
た拡大図である。焦点体積２０内のパルス式レーザ放射
線のビームの強さは、イオン２４を含むプラズマを生成
するのに十分な強さを有し、イオン２４の一部は陽イオ
ン２４Ａ、一部は陰イオン２４Ｂである。焦点体積２０
は、ウェーハ２６に隣接している。ウェーハ２６は、例
として、負に帯電した上面を有する平坦な円板で示して
ある。負に帯電した領域は陽イオン２４Ａを吸引し、こ
れによって帯電した領域が放電し、ウェーハ２６が中和
される。レーザ・ビームの焦点は、レンズ１６から約５
０〜７５ｍｍ離れたところにある（図１）。焦点体積２
０は、ウェーハ２６（図５）、またはウェーハ１２（図
１）の表面から約３ｍｍ離れている。焦点体積２０中の
プラズマの高温とレーザ・ビームの強い電場により、陽
イオン２４Ａと陰イオン２４Ｂの再結合が阻止され、ウ
ェーハの電場の影響下でイオンが漂流して、イオン２４
の雲がウェーハの表面を移動することができる。代替方
法として、焦点体積２０を通過しウェーハの帯電表面に
沿って流れる空気流２２により、イオンの雲をウェーハ
表面を移動させることができる。
【００２２】イオンの雲と、ウェーハ２６の上面２８
（図５）との接触を最大にするため、レーザ・ビームの
焦点位置である焦点体積２０の中心を、上面２８を含む
平面より照射方向に約３．２ｍｍ後方、即ち、図５では
上面２８の下側で、ウェーハ２６の縁３０の円筒面から
３．２ｍｍの位置に置く。焦点体積を上面２８を含む平
面より下に置くと、レーザ・ビーム中のプラズマによっ
て発生する紫外線から上面２８を遮蔽するという利点が
ある。たとえば、上面２８に、紫外線に露出させてはな
らないフォトレジストを塗布することがあるが、この遮
光によって、フォトレジストが紫外線から保護される。
【００２３】ウェーハ１２は、対象物の寸法や形状が異
なっても光学系１０が使用できることを示すために、ウ
ェーハ２６とは構成が異なるものとして示してある。ま
た、ウェーハ１２は、多層材料のもので、各層が基板３
２、中間層３４および上層３６を含んでいる。上層３６
は、複数の部分に分かれており、回路素子の一部分の形
成を示すため、図４にそのうちの２つを示す。一般に、
１枚の半導体ウェーハ上に複数の回路チップを形成する
場合、基板３２の平面に垂直な方向で測定した層の厚み
は、上記のレーザ・ビームの焦点と中和すべき帯電表面
の間の３．２ｍｍの間隔に比べて非常に小さい。したが
って、製造工程中に、光学系１０のイオン化空気によっ
て中和すべき層を次々にウェーハに追加する場合も、ウ
ェーハ１２の位置を変える必要はない。
【００２４】半導体ウェーハ１２の電気回路製造の段階
での、光学系１０の使用例を示す図２ないし図４で、ウ
ェーハ１２が、製造に使用される各工程の手順の一連の
工程のうち部分的に完了した段階にあるところを示して
ある。第１の工程（図２）では、ウェーハ１２をクリー
ン・ルーム４０に設置した付着ステーション３８に置
く。フィルタを通った空気が、クリーン・ルーム４０の
床のダクト４２を通ってクリーン・ルーム４０に入る。
ステーション３８を使って、ウェーハ１２上に材料の層
を付着させ、ドーパントをウェーハ１２に供給する。例
として、図２には、上層３６の表面をフォトレジストで
コーティングするため、ステーション３８内でウェーハ
１２の上にフォトレジストを供給するフォトレジスト源
４４を示してある。
【００２５】製造工程は次の段階に進み（図３）、ウェ
ーハ１２を付着ステーション３８から取り出し、ステッ
パ装置のプラットフォーム４８に置く。ステッパ装置
は、プラットフォーム４８を移動させて、フォトリソグ
ラフィ・ステーション５２でウェーハ１２を位置決めす
るための、電気機械的駆動装置５０を含む。
【００２６】フォトリソグラフィ・ステーション５２
は、マスク５４およびランプ５６を含み、ランプ５６
は、マスク５４を介して光５８を照射して、マスク５４
によって画定されるイメージ通りにフォトレジストを露
光する。フォトリソグラフィ・ステーション５２で使用
する「光」の語は、可視スペクトルの光のほか、赤外
線、紫外線、Ｘ線などの他のスペクトル領域の放射線を
含む。光５８は、マスクの像の、光がフォトレジストに
当たる部分でフォトレジストを露光し、これにより、フ
ォトレジストの特定部分を次のエッチング工程で使用す
る化学薬品浴に対して増感させる。
【００２７】この発明の特徴によれば、付着ステーショ
ン３８中でのフォトレジストの付着工程の間に、フォト
レジスト上に生じる摩擦による電荷は、光学系１０から
のイオン化空気をウェーハ１２の表面上を通過させて、
フォトレジストの帯電領域をイオン２４と接触させるこ
とにより、除去される。これは上記のように、ウェーハ
１２を光学系１０の焦点体積２０の近くに置くことによ
って実施される。たとえば、ウェーハ１２の位置決め
は、プラットフォーム４８を移動させて、ウェーハ１２
を焦点体積２０に隣接した指定の位置に移送することに
よって実施できる。フォトレジストは、特定の周波数範
囲の光に対して感光性があり、この周波数の範囲には光
学系１０などのイオン化光学系が発生する光も含まれる
ことから、光学系１０のレーザ・ビームとフォトリソグ
ラフィ・ステーション５２との間に遮光材６０を設け、
隣接するレーザ・ビームの放射線の拡散光がウェーハ１
２に当たる可能性を防止することが望ましい。イオン化
空気は、遮光材６０中の通路６２を流れる。
【００２８】次に、製造工程は次の段階（図４）に進
み、ウェーハ１２にエッチャント源６６からのエッチャ
ントが塗布され、フォトリソグラフィ・ステーション５
２の露光パターンによって画定されたフォトレジストの
領域が除去される。これで、ウェーハ１２は、付着ステ
ーション３８で次の層を付着させることができる状態に
なる。必要があれば、ウェーハ１２を付着ステーション
３８に戻す前に、ウェーハ１２を光学系１０のイオン化
空気に再び露出して、エッチャントの使用によって発生
した電荷を中和することもできる。一般に、製造工程中
に、ウェーハ１２は前の工程で発生した電荷を中和する
ために、何回も焦点体積２０に隣接する位置に戻される
ものと考えられる。
【００２９】また、この発明の使用の便宜上、光学系１
０などの複数の光学系を使用して、製造工程内の様々な
位置でウェーハ１２を中和することも可能である。代替
方法として、光学系１０を移動させまたはその方向を変
えて、製造工程中の様々な位置でウェーハ１２を処理す
ることも可能である。また、ウェーハ１２を焦点体積２
０に隣接する位置に固定し、マスク５４などの工具を移
動させてエッチャントなどの材料を付着させていくつか
の製造工程を行うことも可能であり、この場合は、ウェ
ーハ１２はイオン化空気を受け取る位置にとどまる。さ
らに、ウェーハ１２をエッチャント浴（図示せず）に浸
漬させてエッチャントを塗布した後、ウェーハ１２を焦
点体積２０に隣接した位置に戻して、エッチング中に発
生する電荷を中和することもできる。
【００３０】製造工程中の他の例として、ウェーハ１２
を、湿式洗浄を行った後、光学系１０の焦点体積２０の
近くに置き、洗浄工程中に発生した電荷を中和すること
ができる。１つのボートから他のボートにウェーハを滑
らせて移動する場合など、他の製造工程でも帯電が起こ
るが、この場合、電荷はレーザからのイオンによって中
和される。一般に、図２に示す付着ステーション３８
は、ウェーハ１２の表面に電荷を発生させる可能性のあ
る各種の工程を代表するものであり、この電荷は、ウェ
ーハ１２を焦点体積２０に隣接する位置へ移動させるこ
とによって中和される。イオン化空気を生成するのに用
いる空気は、製造工程中にウェーハ１２を汚染すること
のないように、クリーン・ルーム４０のダクト４２から
の濾過した空気とする。焦点体積２０中をウェーハ１２
に向かって流れる空気の流れ２２に関しては、クリーン
・ルーム４０中での空気の対流をその源として利用する
ことも、また、必要があれば、ファン６８を使用して空
気流を発生させ、それをウェーハ１２を横切る所望の方
向に向けることもできる。
【００３１】図６は、空気のイオン化システム７０を示
す。システム７０は、図１の光学系１０の代替例であ
る。図６で、システム７０は、レーザ７２を使用して放
射線７４をレンズ７６を通って送り、レンズ７６は、放
射線７４を集束させて焦点７８に合焦させる。システム
７０は、焦点７８を囲む磁気コイル８０を有し、このコ
イル８０は適当な電流源（図示せず）からの電流によっ
て活動化されて、レンズ７６の軸に沿った方向の磁場を
発生させる。ハウジング８２によって、レーザ７２とレ
ンズ７６の相対位置およびコイル８０に対する位置が決
まる。
【００３２】システム７０はまた、水を貯留する容器８
８を画定するハウジング８６を有する水滴発生器８４を
備える。容器８８の下部チェンバ９２にオリフィス９０
があり、水滴を排出させる。オリフィス９０は、コイル
８０の共通軸に沿った位置にある。水は、レーザ・ビー
ムの焦点体積中の電磁場の強さの予めのイオン化閾値を
低下させる。水の代わりに、アルコールなど、他の液体
や、ドライアイス（固体二酸化炭素）、ペレットなどの
固体材料さえも使用することができ、「滴」の語は、閾
値を低下させる他の材料も含むものとする。軸９４は、
レンズ７６の軸と一致し、焦点７８を通る。ＰＺＴ（ジ
ルコン酸チタン酸鉛セラミック）ドライバ９６などの音
響変換器を、チェンバ９２のオリフィス９０と反対側の
後壁に配置し、容器８８中の水に振動を起こさせる。水
の振動により、微細な水滴が発生し、それがオリフィス
９０を経て、軸９４に沿ってコイル８０中を通過し、焦
点７８に達する。発振器９８は、ドライバ９６を電気的
に活動化して、発振器９８の振動周波数で振動させる。
【００３３】操作に際しては、レーザ７２の放射線７４
がレンズ７６によって集中され、焦点７８で十分な強さ
となり、オリフィス９０から出る水滴を蒸発させる。蒸
発により、水滴は帯電したイオンとなり、コイル８０の
磁場と相互作用する。帯電したイオンの速度の磁場に垂
直な成分は、磁場にも速度成分にも垂直な力を発生し、
イオンが軸９４の周囲をらせん状に移動する。正および
負に帯電したイオンは、軸９４の周囲を逆方向に旋回す
る。このイオンの運動により、正および負に帯電したイ
オンが焦点７８の付近の空気の環境を通って伝播すると
き、両イオンの分離が維持される。
【００３４】イオンは空気の流れによって運ばれ、光ト
ラップ１０２内に形成されたチャネル１００を通る。た
とえば、光トラップ１０２は、ハウジング８２および８
６から延びる金属の羽根１０４から形成することができ
る。空気中にイオンが存在すると、イオン化空気とな
る。図１の装置１０のファン６８を、図６の装置７０で
も使用して、クリーン・ルーム４０の空気を、焦点７８
およびチャネル１００を通ってウェーハ１２の上に流す
ことができる。ウェーハ１２の表面上にイオン化空気を
通すことにより、イオン化空気と、ウェーハ１２の表面
の帯電領域との相互作用が生じ、図２ないし図４の製造
工程について上に説明したように、電荷を中和する。
【００３５】以上の説明は、半導体の製造および加工に
関して述べたものであるが、上記の方法および装置は、
焦点板、マスク、ディスクなど、加工中に電荷の除去が
必要なものの製造にも、同様に使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、コロナ放電を使用することなく、空気のイオン化が
可能となり、コロナ・ティップの腐食による微細粒子の
発生が避けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による、ウェーハを中和させるための
イオン化空気を発生させるのに使用される光学系の概略
図である。
【図２】この発明によるイオン化空気を使用して電荷を
中和させる、ウェーハの製造に通常使用される連続した
一連の工程の１つを示す図である。
【図３】この発明によるイオン化空気を使用して電荷を
中和させる、ウェーハの製造に通常使用される連続した
一連の工程の１つを示す図である。
【図４】この発明によるイオン化空気を使用して電荷を
中和させる、ウェーハの製造に通常使用される連続した
一連の工程の１つを示す図である。
【図５】レーザ・ビームのプラズマからイオンを受け取
る帯電したウェーハの、様式化した図である。
【図６】この発明の代替実施例による、水滴を使用した
イオン化システムを示す図である。
【符号の説明】
１２ ウェーハ １４ ＹＡＧレーザ １６ レンズ １８ 放射線吸収材 ２０ 焦点体積 ６０ 遮光材
フロントページの続き (72)発明者 ヴォー・ポール・グロス アメリカ合衆国05478、バーモント州セ ント・アルバンス、レーク・ストリート 301番地 (72)発明者 ロバート・アラン・グリューヴァー アメリカ合衆国05452、バーモント州エ セックス・ジャンクション、エセック ス・ハイランズ・ロード12番地 (72)発明者 フィリップ・チャールズ・ダンビー・ホ ッブス アメリカ合衆国10562、ニューヨーク州 オシニング、ストーン・アベニュー76番 地 (72)発明者 ケニス・ダグラス・マレイ アメリカ合衆国05462、バーモント州ハ ンティングトン、私書箱115（番地なし) (56)参考文献 特開 昭58−197697（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−37711（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−274396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105399（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−273368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−69608（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】汚染のないイオン化した空気を発生させて
    対象物から電荷を放電させる方法において、 放射線を前記対象物を迂回する方向に向けて、前記対象
    物に隣接した空気中の領域の焦点体積に集中させ、空気
    をイオン化させるのに十分な強度の放射線を得る工程
    と、 前記焦点体積および前記対象物のいずれか一方または双
    方において、前記焦点体積内のプラズマによる前記対象
    物表面の照射を減少させ、かつ空気により生成されたイ
    オンで前記対象物を放電するように前記焦点体積を前記
    対象物の側に位置付ける工程と、 前記対象物の表面に沿って前記イオン化された空気のイ
    オンを流し、該イオンと前記対象物の帯電領域を接触さ
    せる工程とを含む方法。
  2. 【請求項２】前記放射線がコヒーレント放射線であり、 前記照射工程が、レーザを活性化して該コヒーレント放
    射線のビームを生成させる工程を含み、 前記対象物が半導体ウェーハであることを特徴とする、
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記照射工程が、水の分子を前記焦点体積
    中に供給して前記放射線によりイオン化させる工程を含
    み、前記照射工程におけるイオン化された空気が前記イ
    オン化された水の分子を含むことを特徴とする、請求項
    ２記載の方法。
  4. 【請求項４】前記照射工程が、予めのイオン化閾値低下
    材料を前記焦点体積中に滴下して、前記放射線によって
    イオン化させる工程を含み、前記照射工程におけるイオ
    ン化された空気が前記イオン化されたイオン閾値低下材
    料の分子を含むことを特徴とする、請求項２記載の方
    法。
  5. 【請求項５】材料の層の付着とエッチングを伴うフォト
    リソグラフィを、異なるワークステーションで行う製造
    工程を採用し、ウェーハの基板上に次々に形成した一連
    の材料の層を備えたチップ上の半導体回路を製造する方
    法であって、 ａ．前記ウェーハをワークステーションで位置決めする
    工程と、 ｂ．イオン化空気を発生させる工程と、 ｃ．前記ウェーハの表面を前記イオン化空気に接触させ
    て、該表面から電荷を放電させる工程と、 ｄ．前記ワークステーションで前記ウェーハの製造工程
    を行なう工程とを含み、 前記イオン化空気発生工程が、放射線を前記ウェーハを迂回する方向に向けて、前記ウ
    ェーハに隣接した空気中の領域の焦点体積に集中させ、
    空気をイオン化させるのに十分な強度の放射線を得る工
    程と、 前記焦点体積および前記ウェーハのいずれか一方または
    双方において、前記焦点体積内のプラズマによる前記ウ
    ェーハ表面の照射を減少させ、かつ空気により生成され
    たイオンで前記ウェーハを放電するように、前記焦点体
    積をウェーハの側に位置付ける工程とを含む方法。
  6. 【請求項６】汚染のないイオン化した空気を発生させて
    対象物から電荷を放電させる装置において、 放射線源と、 前記放射線源により放射された放射線を前記対象物を迂
    回する方向に向けて、前記対象物に隣接した空気中の領
    域の焦点体積に集中させ、空気をイオン化させるのに十
    分な強度の放射線を得る手段と、 前記焦点体積および前記対象物のいずれか一方または双
    方において、前記焦点体積内のプラズマによる前記対象
    物表面の照射を減少させ、かつ空気により生成されたイ
    オンで前記対象物を放電するように、前記焦点体積を前
    記対象物の側に位置付ける手段とを含む装置。
  7. 【請求項７】前記イオンと前記対象物の帯電領域を接触
    させるように、前記焦点体積から前記対象物の表面に沿
    って前記イオン化された空気のイオンを輸送する手段を
    さらに有する請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】前記放射線がコヒーレント放射線であり、
    前記放射線源が、該コヒーレント放射線のビームを生成
    するレーザであり、前記対象物が半導体ウェーハである
    ことを特徴とする、 請求項７記載の装置。
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