JPH09205124A

JPH09205124A - 制御電極及びこの制御電極を用いた可動イオン分離装置の帯電装置

Info

Publication number: JPH09205124A
Application number: JP10278796A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Nakatani; 郁洋中谷; Hiroshi Okada; 博至岡田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの一部領域における帯電を可能にし、
複数箇所での可動イオン測定を可能にする。【解決手段】ＢＴ処理の帯電処理においてシリコンウ
エハ７に対向配置されるチャージワイヤ３７は断面コ字
形のシールド電極３２の開口面（ウエハに臨む面）に水
平に張架されている。シールド電極３２の開口面のチャ
ージワイヤ３７の前方には略中央に透過領域３７が形成
された制御電極３３が設けられ、コロナ放電によるイオ
ン化分子は制御電極３３の透過領域３７の領域でのみシ
リコンウエハ７表面に付与される。制御電極３３により
シリコンウエハ７の透過領域３７に対向する一部領域Ａ
Ｒにのみ帯電可能にし、この一部領域ＡＲでの可動イオ
ンの測定を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電電極とこの帯
電電極に生じたコロナ放電により帯電される被帯電物と
の間に介設されている制御電極、及びこの制御電極を備
え、ウエハの酸化膜中に含まれる可動イオンを膜表面又
は膜とウエハの界面に移動させるため、ウエハ表面に電
荷を付与する可動イオン分離装置の帯電装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程においては、シリコンウ
エハの酸化膜であるＳｉＯ₂膜に侵入した可動イオン
（主に可動Ｎａイオン）によりトランジスタの特性が大
きく影響を受けることから、一般にシリコンウエハのＣ
−Ｖ特性を用いてＳｉＯ₂膜中の可動イオンの個数を推
定する酸化膜評価が行われている。

【０００３】従来、上記酸化膜の評価方法として、コロ
ナ帯電法が提案されている。このコロナ帯電法は、シリ
コンウエハと、このシリコンウエハ表面に対向配置され
た帯電電極との間に直流高電圧を印加し、コロナ放電に
より発生したイオンをシリコンウエハ表面に付与して帯
電状態にした後、所定の高温に加熱してＳｉＯ₂膜中の
可動イオンをＳｉＯ₂膜の表面又はＳｉＯ₂膜とシリコン
ウエハの界面に移動させ、その後、表面の余分な不要電
荷を除去し、表面又は界面に移動した可動イオンを電気
的に中和（キャンセル）する方法である。これは、一般
にＢＴ（Bias-Temperature）処理といわれる。

【０００４】上記のように可動イオンが電気的に中和さ
れると、可動イオンが見かけ上存在しない状態となり、
ＢＴ処理を施す前のものに比べてＣ−Ｖ特性が変化する
ので、このＣ−Ｖ特性の変化量から可動イオンの数量を
推定して酸化膜の評価が行われる。

【０００５】なお、静電的電子写真の分野では、コロナ
放電により電荷を感光材料表面に付与して感光化するコ
ロトロン（corotron）、スコロトロン（scorotron）等
の帯電装置が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のコロナ帯電法を
用いた可動イオン分離装置の帯電装置は、上記コロトロ
ン又はスコロトロンを応用したもので、コロナ放電によ
りシリコンウエハ表面全体を帯電するようになっている
ので、ウエハ単位でしか可動イオン量を測定できず、シ
リコンウエハ上の一部領域について可動イオン量を測定
することは困難となっている。

【０００７】なお、帯電電極のウエハに対するサイズを
相対的に小さくしてウエハの局部的な帯電を行うことも
可能であるが、この方法では、帯電電極の種類に応じて
印加電圧を制御する必要があるとともに、ウエハの帯電
領域を変更する場合、帯電電極の移動も制御しなければ
ならず、駆動系及び制御系が複雑になる。

【０００８】また、上記スコロトロンには帯電電極と被
帯電物間に制御電極が設けられ、この制御電極により帯
電制御が行われるようになっているが、スコロトロンに
おける制御電極は、感光材料全面の均一帯電を制御する
ものであって被帯電物の帯電領域を制限するものではな
いので、この制御電極ではウエハの一部領域の帯電制御
は到底なし得ないものである。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、被帯電物の一部領域のみを帯電させることので
きる制御電極および測定試料を有効に活用してウエハの
酸化膜評価が効率よく行える可動イオン分離装置の帯電
装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、帯電電極とこ
の帯電電極に生じたコロナ放電により帯電される被帯電
物との間に介設される制御電極であって、上記コロナ放
電で発生したイオンを上記被帯電物側に透過させる透過
領域と上記被帯電物の帯電領域を制限する制限領域とが
形成されている導電部材を有するものである（請求項
１）。

【００１１】上記構成によれば、帯電電極に直流の高電
圧を印加し、コロナ放電を生じさせると、気体中の分子
がイオン化し、帯電電極と同極性のイオンが被帯電物側
に付着する。このイオンの大部分は、導電部材の非透過
領域である制限領域で捕捉され、一部が透過領域から被
帯電物側に透過し、この被帯電物の一部領域に帯電され
る。

【００１２】また、本発明は、上記制御電極において、
上記透過領域が複数の微小孔をマトリックス状に形成す
ることにより構成されたものである（請求項２）。上記
構成によれば、微小孔のサイズや個数を調節することに
より帯電量や帯電範囲を変えることが可能になる。

【００１３】また、本発明は、上記制御電極において、
上記透過領域が微小幅の複数の長尺状の孔を上記帯電電
極に沿う方向に並列させて形成することにより構成され
たものである（請求項３）。上記構成によれば、微小孔
をマトリックス状に形成したものに比べ、被帯電物上の
少なくとも帯電電極に沿う方向における帯電電位の分布
が平坦化される。

【００１４】また、本発明は、上記制御電極において、
上記複数の長尺状の孔が、対向する２つの領域にそれぞ
れ等しい孔間隔で形成されると共に、上記２つの領域の
境界部から離れるに従って孔幅が広くなるように形成さ
れたものである（請求項４）。上記構成によれば、帯電
電極に沿う方向だけではなく、帯電電極と直交する方向
においても被帯電物上の帯電電位の分布が平坦化され
る。

【００１５】また、本発明は、上記制御電極において、
上記複数の長尺状の孔が、対向する２つの領域にそれぞ
れ等しい孔幅で形成されると共に、上記２つの領域の境
界部から離れるに従って孔間隔が狭くなるように形成さ
れたものである（請求項５）。上記構成によれば、帯電
電極に沿う方向だけではなく、帯電電極と直交する方向
においても被帯電物上の帯電電位の分布が平坦化され
る。

【００１６】また、本発明は、上記制御電極において、
上記複数の長尺状の孔が、その孔幅を孔間隔よりも広く
するようにして形成されたものである（請求項６）。上
記構成によれば、帯電電極に沿う方向と帯電電極と直交
する方向の被帯電物上の帯電電位の分布が平坦化され
る。

【００１７】また、本発明は、ウエハの酸化膜中の可動
イオンを膜表面又は膜とウエハの界面に移動させるべ
く、上記ウエハに対向配置された帯電電極に高電圧を印
加し、コロナ放電により上記イオンをウエハ表面に付与
する可動イオン分離装置の帯電装置において、上記制御
電極を備えたものである（請求項７）。

【００１８】上記構成によれば、帯電電極に直流の高電
圧が印加されると、帯電電極の回りに発生したコロナ放
電により空気中の分子がイオン化され、帯電電極と同極
性のイオンはウエハ側に静電的に吸引されるが、大部分
のイオンは、導電部材の非透過領域である制限領域で捕
捉され、一部のイオンが透過領域からウエハ側に透過す
る。これによりウエハ表面の上記透過領域に対向する領
域にイオンが付与され、この領域の酸化膜中の可動イオ
ンは付与されたイオンにより酸化膜の表面又はウエハと
の界面に移動される。

【００１９】また、本発明は、上記可動イオン分離装置
の帯電装置において、上記帯電電極の上記ウエハと反対
側の半空間を遮蔽するシールドケースを備え、上記制御
電極は上記シールドケースの開口面に着脱可能に取り付
けられているものである（請求項８）。上記構成によれ
ば、帯電電極はシールドケース及び制御電極で包囲さ
れ、短絡、断線等の電気的、機械的損傷から保護され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る可動イオン
分離装置の帯電装置を備えたＣ−Ｖ測定システム用外部
ユニットの正面図、図２は、同Ｃ−Ｖ測定システム用外
部ユニットの左側面図である。

【００２１】Ｃ−Ｖ測定システムは、Ｓｉ半導体及びＳ
ｉＯ₂膜が形成されたシリコンウエハのＣ−Ｖ特性（Ｍ
ＯＳダイオードの印加直流電圧と電気容量との相関特
性）を測定するシステムで、Ｃ−Ｖ測定システム用外部
ユニット１の本体２の上部にＢＴ処理の一部の処理であ
る可動イオンを分離する処理を行う可動イオン分離ユニ
ット３を備えている。

【００２２】Ｃ−Ｖ測定システムは、Ｃ−Ｖ特性に関連
して酸化膜評価、ベアウエハ評価（ベア状態でのキャリ
ア濃度評価）、結晶性評価（Ｃ−ｔ特性（印加パルス電
圧に対する電気容量の時間変化特性））等の各種評価が
可能になされ、図略のＣＲＴ（Cathode Ray Tube）表示
装置に表示された表示内容に従ってキーボード４を操作
することにより評価が可能になっている。

【００２３】酸化膜評価はシリコンウエハのＣ−Ｖ特性
の理想特性からのずれ量からＳｉＯ₂膜中に含まれる可
動イオン量を評価するもので、Ｃ−Ｖ特性のずれ量は、
ＳｉＯ₂膜中に可動イオンが混在した状態で測定したＣ
−Ｖ特性と可動イオンを分離した状態で測定したＣ−Ｖ
特性とから算出される。

【００２４】可動イオン分離ユニット３は、シリコンウ
エハ表面にコロナ放電により電荷を付与し、この後、付
与された電荷でＳｉＯ₂膜中に含まれる可動イオン（主
にＮａイオン）を拘束することにより可動イオンをＳｉ
Ｏ₂膜の表面と、ＳｉＯ₂膜とシリコンウエハの界面とに
分離するものである。

【００２５】可動イオン分離ユニット３は、ユニット本
体内部に帯電、加熱等の処理を行うＢＴ処理室を備え、
ユニット前面の段差部分の略中央に形成された開口窓５
に昇降可能に設けられた搬送トレイによりシリコンウエ
ハが処理室に搬送されるようになっている。

【００２６】図３は、可動イオン分離ユニットの内部構
造を示す概略側面図である。同図において、右端側は可
動イオン分離ユニット３の前面側、左端側は可動イオン
分離ユニット３の後面側である。可動イオン分離ユニッ
ト３は、ユニット本体３０１の上面の前面側にシリコン
ウエハ７を搬送する搬送トレイ６を備えている。

【００２７】この搬送トレイ６は、開口部６１Ａを有す
る保持部６１を備え、この保持部６１にシリコンウエハ
７が装着されるようになっている。また、搬送トレイ６
は、ユニット本体３０１の上面の開口窓５に設けられた
シリコンウエハ７の装着脱を行う位置（以下、着脱位置
という。）とこの開口窓５の下方位置適所に設けられた
帯電、加熱等の処理が行われる所定の位置（以下、処理
位置という。）との間を昇降可能に設けられている。

【００２８】搬送トレイ６は、ユニット本体３０１内の
前面側から見て左側部（図中、手前側）に設けられた搬
送トレイ駆動部８により昇降駆動される。搬送トレイ駆
動部８は、立直された支持板９の上下両端に回転可能に
取付けられたプーリ１０，１１、両プーリ１０，１１間
に捲回されたワイヤロープ１２及び下端のプーリ１１が
駆動軸に固着された図略の駆動モータから構成されてい
る。

【００２９】搬送トレイ６は、下面適所に設けられた支
持部６２がワイヤロープ１２に固着されており、駆動モ
ータの回転力によりプーリ１１を介してワイヤロープ１
２を時計回り又は反時計回りに周回させることにより昇
降される。

【００３０】また、ユニット本体３０１の上面には、搬
送トレイ６が処理位置に下降したとき、開口窓５を遮蔽
するシャッタ１３が後面側から前面側にスライド可能に
設けられている。

【００３１】シャッタ１３は、その下部に設けられたシ
ャッタ駆動部１４によりスライド駆動が行われる。シャ
ッタ駆動部１４は、支持板１５のシャッタ１３の移動範
囲の両端位置に設けられた一対のプーリ１６，１７、両
プーリ１６，１７間に捲回され、上記シャッタ１３が固
着されたワイヤロープ１８及び後面側のプーリ１６が駆
動軸に固着された図略の駆動モータからなり、搬送トレ
イ駆動部８と同様にワイヤロープ１８により牽引してシ
ャッタ１３のスライド移動を行う。

【００３２】また、処理位置には、テーブル１９上に搬
送トレイ６で搬送されたシリコンウエハ７を加熱するヒ
ータユニット２０が設けられ、このヒータユニット２０
の後方位置に、上記シリコンウエハ７を帯電する帯電ユ
ニット２３がヒータユニット２０側にスライド移動可能
に設けられている。

【００３３】ヒータユニット２０は、搬送トレイ６で搬
送されたシリコンウエハ７を真空吸着するヒータステー
ジ２１、このヒータステージ２１を加熱する図略のヒー
タ、このヒータステージ２１の加熱温度を制御するヒー
タ温度調節部２２及び加熱後のシリコンウエハ７を冷却
する図略の冷却ファンを備えている。

【００３４】帯電ユニット２３は、チャージワイヤを備
えた一対のヘッド部２４とチャージワイヤに所定の直流
高電圧を供給する電源部２５とを備え、帯電ユニット２
３の下部に設けられた帯電ユニット駆動部２６によりス
ライド駆動が行われる。ヘッド部２４は、後述するよう
にシリコンウエハ７の一部領域の帯電が可能になってお
り、本実施の形態ではシリコンウエハ７の２つの領域を
それぞれプラスとマイナスとに帯電し得るように、２個
並べて設けられている。また、電源部２５は２個のヘッ
ド部２４にそれぞれ極性の異なる直流高電圧を供給し得
るようになっている。

【００３５】帯電ユニット駆動部２６は、帯電ユニット
２３の移動範囲の両端位置に設けられた一対のプーリ２
７，２８、両プーリ２７，２８間に捲回され、帯電ユニ
ット２３が固着されたワイヤロープ２９及び後面側のプ
ーリ２７が駆動軸に固着された図略の駆動モータからな
り、搬送トレイ駆動部８，シャッタ駆動部１４と同様に
ワイヤロープ２９により牽引して帯電ユニット２３のス
ライド移動を行う。

【００３６】そして、帯電ユニット２３が処理位置にス
ライド移動されると、ヘッド部２４のチャージワイヤが
搬送トレイ６に装着されたシリコンウエハ７の表面から
所定の距離だけ隔てた高さ位置に配設されるようになっ
ている。

【００３７】また、ユニット本体内のテーブル１９の後
方位置に帯電、加熱等の処理を集中制御するコントロー
ラ３０が設けられている。このコントローラ３０は搬送
トレイ６、シャッタ１３、ヒータユニット２０及び帯電
ユニット２３の各アクチュエータ及びユニットの駆動を
制御するとともに、シリコンウエハ７の帯電、加熱等の
処理を制御する。

【００３８】図４は上記ヘッド部の構造を示す縦断面
図、図５は同ヘッド部の底面図、図６は同ヘッド部の右
側面図である。

【００３９】ヘッド部２４は、高電圧が印加されるチャ
ージワイヤ３１、このチャージワイヤ３１のシリコンウ
エハ７に対する反対側の半空間をシールドするシールド
ケース３２、このシールドケース３２の開口面（シリコ
ンウエハ７に対向する面）に設けられた制御電極３３及
びシールドケース３２の基端部に設けられた端子部３４
から構成されている。

【００４０】チャージワイヤ３１は、ワイヤ表面とシリ
コンウエハ７との間にコロナ放電を発生させて空気中の
分子をイオン化する帯電電極で、例えば線径数十μｍの
タングステンワイヤからなる。

【００４１】シールドケース３２は、チャージワイヤ３
１との間で放電電流を流してワイヤの長手方向に安定し
たコロナ放電を発生させるとともに、このコロナ放電に
よりイオン化された分子（以下、イオン化分子とい
う。）のシリコンウエハ表面以外の帯電を阻止するもの
である。シールドケース３２は、シリコンウエハ７に対
向する面と基端部を除く側面をシールドする断面コ字形
の電極で、例えばステンレスの金属単板を折曲加工して
形成されている。このシールドケース３２の内側面適所
には２個のコ字形の導電性の支持板３５、３６が設けら
れ、チャージワイヤ３１がこの支持板３５、３６に取り
付けられている。

【００４２】制御電極３３は、イオン化分子のシリコン
ウエハ７側への放電を制限する長方形状の導電部材から
なる電極板で、シールドケース３２の開口面と略同一の
サイズを有している。この制御電極３３には、シリコン
ウエハ７の帯電領域を制限し得るように、電極板の略中
央、やや先端側に位置ずれした部分に、図７に示すよう
に、複数の角形状の微小孔３８をマトリックス状に穿設
して上記コロナ放電で発生したイオンをシリコンウエハ
７側に透過させるべく縦横それぞれ数ｍｍ乃至は数ｃｍ
程度の大きさの透過領域３７が形成されている。この制
御電極３３の透過領域３７以外の領域は、上記イオンの
透過を阻止してシリコンウエハ７の帯電領域を制限する
制限領域を形成する。

【００４３】制限電極３３は、例えばステンレスからな
る金属薄板の透過領域３７の形成位置に上記微小孔３８
をレーザ加工により穿設して構成される。また、微小孔
３８の変わりに角形状の微小孔を有する導電性のメッシ
ュを取り付けてもよい。なお、透過領域３７の微小孔３
８やメッシュの孔の形状は角形に限定されるものではな
く、円、楕円、三角形等の任意の形状を採用することが
できる。また、透過領域３７の部分を複数の微小孔３８
からなるものに代えて１個の貫通孔としてもよい。更
に、本実施の形態では、制御電極３３には１つの領域に
透過領域３７を設けているが、２以上の領域に透過領域
３７を設けるようにしてもよい。

【００４４】シールドケース３２の内側面適所には２個
のコ字形の導電性の支持片３５，３６が設けられ、制御
電極３３は、この支持片３５，３６にネジ等により着脱
可能に取り付けられている。

【００４５】このような制御電極３３によれば、透過領
域３７のサイズを変更することによりシリコンウエハ７
の帯電領域が変化し、微小孔３８のサイズ（すなわち、
透過領域３７のメッシュサイズ）を変更することにより
上記帯電領域の帯電量が変化するので、透過領域３７の
形成位置、サイズ及びメッシュサイズの異なる制御電極
３３を複数個、用意しておき、ヘッド部２４の制御電極
３３を所定のものと取り替えることによりシリコンウエ
ハ７の帯電領域及び帯電量を所望の条件に設定すること
ができる。

【００４６】端子部３４は、チャージワイヤ３１の基端
部に電源部２５からの電源供給線路４１を接続端子３９
を介して接続するものである。端子部３４は、合成樹脂
等の絶縁部材からなり、中間部が直角に屈曲した断面Ｌ
字状の形状をなしている。

【００４７】端子部３４のチャージワイヤ３１が引き出
される先端部にはシールドケース３２の内側面の形状寸
法と略同一の外径寸法を有する断面コ字形の嵌入部３４
１が設けられ、この嵌入部３４１の基端部に上記接続端
子３９を固定する端子保持部３４２が直角に屈曲させて
形成されている。

【００４８】端子保持部３４２は、端子収納室を形成す
るように、その周縁部に側壁３４３が突設され、この側
壁３４３の内側面に蓋体４０を嵌入装着して接続端子３
９が収納された端子保持室が密閉されるようになってい
る。

【００４９】接続端子３９は金属片からなり、端子保持
部３４２に形成される端子収納室の底部に固定されてい
る。接続端子３９の一方端に電源供給線路４１が接続さ
れ、他端にチャージワイヤ３１の基端が接続されてい
る。チャージワイヤ３１は、嵌入部３４１を介してシー
ルドケース３２側に引き出され、シールドケース３２の
開口面であって制御電極３３より所定寸法Ｄだけ内側に
離隔してこの制御電極３３と平行に張設されている。

【００５０】すなわち、支持片３５，３６の開口面に臨
む部分の内側面に絶縁部材からなる保持部材４２，４３
が突設され、ワイヤの中間部と先端とをそれぞれこれら
保持部材４２，４３で保持して端子部３４から引き出さ
れたチャージワイヤ３１が制御電極３３と平行に所定間
隔Ｄを設けて張設されている。

【００５１】上記構成により、図８に示すように、ヘッ
ド部２４をシリコンウエハ７に対向配置して帯電処理し
た場合、シリコンウエハ７の透過領域３７に対向する一
部領域ＡＲのみにコロナ放電によりイオン化分子又は電
子が付与される。

【００５２】すなわち、図９に示すように、ヘッド部２
４のチャージワイヤ３１を電源部２５の一方電極（例え
ばマイナス電極）に接続し、シールドケース３２、制御
電極３３及びシリコンウエハ７を電源部２５の他方電極
（プラス電極）に接続してチャージワイヤ３１に直流高
電圧を印加すると、チャージワイヤ３１の表面でコロナ
放電が発生し、ワイヤ周囲の空気中の分子がイオン化さ
れる。

【００５３】イオン化分子のうち、チャージワイヤ３１
と反対の極性のプラスのイオン化分子４４はチャージワ
イヤ３１に静電的に吸引され、同極性のマイナスのイオ
ン化分子４５はシールドケース３２及び制御電極３３に
静電的に吸引され、マイナスイオン化分子４５の大部分
はチャージワイヤ３１とシールドケース３２及び制御電
極３３との間を流れる放電電流となり、一部は制御電極
３３の透過領域３７を透過してシリコンウエハ７の表面
に帯電される。

【００５４】この場合、透過領域３７は制御電極３３の
一部領域に形成されているので、シリコンウエハ７には
この透過領域３７に対向する一部領域ＡＲにのみマイナ
スのイオン化分子４５が付与され、その他の領域はイオ
ン化分子により帯電されることはない。

【００５５】なお、図９において、電源部２５の給電極
性を逆にすると、マイナスのイオン化分子４５がチャー
ジワイヤ３１に静電的に吸引され、プラスのイオン化分
子４４が制御電極３３に静電的に吸引され、その一部は
透過領域３７を透過してシリコンウエハ７の表面に帯電
される。

【００５６】上記のように、シールドケース３２のシリ
コンウエハ７に対向する開口面に一部領域に透過領域３
７が形成された制御電極３３を設けているので、シリコ
ンウエハ７表面の上記透過領域３７に対向する領域ＡＲ
のみの帯電が可能で、この領域ＡＲについて可動イオン
分離処理及び酸化膜評価を行うことができる。

【００５７】また、チャージワイヤ３１をシールドケー
ス３２と制御電極３３とで構成される筒体内に収納して
いるので、チャージワイヤ３１の短絡、断線等の電気
的、機械的損傷を防止することも可能となる。

【００５８】図１０は、可動イオン分離ユニットのブロ
ック構成図である。同図において、図３に示す部材と同
一部材には同一番号を付している。また、真空ポンプ４
６は、シリコンウエハ７をヒータステージ２１に吸着す
るための吸引源、表示部４７はＣＲＴ等の表示装置、操
作部４８は、キーボード４を含む、処理開始及びシリコ
ンウエハ７の処理位置へのセット／リセット等の指示や
各種の処理条件を入力するための操作部である。また、
ヒータ２１１はヒータステージ２１に設けられた熱源、
ヒータ温度調節部２２はヒータ２１１の通電を制御する
通電制御部である。

【００５９】次に、図１１を用いて可動イオン分離ユニ
ットにおける処理動作についての説明する。

【００６０】まず、処理のＳＴＡＲＴスイッチが操作さ
れ（ステップＳ１）、搬送トレイ６の保持部６１にシリ
コンウエハ７が装着された後（ステップＳ２）、ＬＯＡ
Ｄスイッチが操作されると（ステップＳ３）、搬送トレ
イ駆動部８が駆動され、ワイヤロープ１２の周回動作に
より搬送トレイ６が着脱位置から処理位置に下降される
（ステップＳ４）。このとき、同時にシャッタ駆動部１
４が駆動され、シャッタ１３が開放位置から遮蔽位置に
移動して開口窓５が完全に閉塞される。

【００６１】続いて、真空ポンプ４６が駆動され、シリ
コンウエハ７は開口部６１Ａを介して対向配置されてい
るヒータステージ２１に吸着される（ステップＳ５）。
続いて、帯電ユニット駆動部２６により帯電ユニット２
３が待機位置から処理位置にスライド移動され、帯電ユ
ニット２３の２個のヘッド部２４，２４′が、図１２に
示すように、シリコンウエハ７の上部に対向配置される
（ステップＳ６）。続いて、電源部２５からヘッド部２
４にプラスの直流高電圧が供給され、ヘッド部２４′に
マイナスの直流高電圧が供給されてシリコンウエハ７の
帯電処理が行われる（ステップＳ７）。

【００６２】上述したようにヘッド部２４，２４′のシ
ールドケース３２の開口面には制御電極３３が設けられ
ているので、シリコンウエハ７は、各制御電極３３の透
過領域３７に対向する領域ＡＲ１（以下、第１領域ＡＲ
１という。），ＡＲ２（以下、第２領域ＡＲ２とい
う。）にのみコロナ放電による帯電が行われる。この場
合、ヘッド部２４にはプラス電圧が供給されているの
で、第１領域ＡＲ１はプラスに帯電され、ヘッド部２
４′にはマイナス電圧が供給されているので、第２領域
ＡＲ２はマイナスに帯電される。

【００６３】続いて、帯電処理が終了すると、帯電ユニ
ット２３が処理位置から待機位置にスライド移動された
後（ステップＳ８）、ヒータ温度調節部２２よりヒータ
２１１に通電され、シリコンウエハ７の加熱処理が行わ
れる（ステップＳ９）。この加熱処理ではシリコンウエ
ハ７が１００℃以上の所定の高温で所定の時間（１０分
程度以上）、加熱される。

【００６４】この加熱処理により可動Ｎａイオンはシリ
コンウエハ７のＳｉＯ₂膜中を移動し、第１領域ＡＲ１
及び第２領域ＡＲ２においては、図１３に示すように、
可動Ｎａイオンがシリコンウエハ７の表面に付与された
イオン化分子４４，４５にそれぞれ静電的に分離され
る。なお、第１領域ＡＲ１においては、プラスのイオン
化分子４４が付与されているので、プラス帯電している
可動Ｎａイオン４９はイオン化分子４４によりＳｉＯ₂
膜の下面（シリコン層との境界）に静電的に反発され、
第２領域ＡＲ２においては、マイナスのイオン化分子４
５が付与されているので、可動Ｎａイオン４９はイオン
化分子４５によりＳｉＯ₂膜の表面に静電的に吸引さ
れ、この静電的な吸引若しくは反発の状態が保持される
ことで可動Ｎａイオンの分離が行われる。

【００６５】加熱処理が終了すると、真空ポンプ４６の
駆動を停止してシリコンウエハ７のヒータステージ２１
への吸着が解除された後（ステップＳ１０）、搬送トレ
イ６が冷却位置に下降され（ステップＳ１１）、冷却フ
ァン２１２による送風により所定時間、冷却処理が行わ
れる（ステップＳ１２）。この冷却処理によりシリコン
ウエハ７が冷却されると、上記静電的な吸引若しくは反
発により分離された可動Ｎａイオンは移動が不可能とな
ってその位置に留まった状態となる。

【００６６】冷却処理が終了すると、操作部３６よりＵ
ＮＬＯＡＤスイッチが操作されることにより（ステップ
Ｓ１３）、搬送トレイ駆動部８が駆動され、ワイヤロー
プ１２の周回動作により搬送トレイ６が処理位置から着
脱位置に上昇される（ステップＳ１４）。

【００６７】搬送トレイ６が着脱位置に上昇すると、シ
リコンウエハ６は搬出され（ステップＳ１５）、処理は
終了する。なお、処理が終了した後に、水やアルコール
等によりシリコンウエハ７を洗浄してウエハ表面の余分
なイオン化分子４４，４５の除去が行われる。

【００６８】可動イオンの分離が行われたシリコンウエ
ハ７は第１領域ＡＲ１及び第２領域ＡＲ２のＣ−Ｖ特性
を測定することにより可動イオンの数量が演算される。

【００６９】すなわち、図１４はシリコンウエハ７のＣ
−Ｖ特性例を示すものであるが、可動イオンの分離処理
前のシリコンウエハ７のＣ−Ｖ特性をとすると、シリ
コンウエハ７をマイナス帯電して可動イオンの分離処理
をした後のＣ−Ｖ特性は、のように、バイアス電圧Ｖ
のプラス側にシフトし、シリコンウエハ７をプラス帯電
して可動イオンの分離処理をした後のＣ−Ｖ特性は、
のように、バイアス電圧Ｖのマイナス側にシフトし、こ
れら，の特性のの特性に対するシフト量ΔＶ１，
ΔＶ２は可動イオンの数量に比例することが知られてい
る。

【００７０】従って、第１領域ＡＲ１及び第２領域ＡＲ
２のＣ−Ｖ特性を測定し、各領域について上記シフト量
ΔＶ１，ΔＶ２を算出することにより第１，第２領域Ａ
Ｒ１，ＡＲ２に含まれる可動イオンの数量が算出され
る。なお、ΔＶ１＋ΔＶ２によっても可動イオンの数量
が算出できる。

【００７１】上記のように、帯電ユニット２３のチャー
ジワイヤ３１とシリコンウエハ７との間に一部領域に透
過領域３７が形成された制御電極３３を設け、シリコン
ウエハ７の透過領域３７の対向領域にのみ帯電可能にし
ているので、シリコンウエハ７の一部領域について簡単
に酸化膜評価を行うことができる。

【００７２】また、シリコンウエハ７に２個のヘッド部
２４，２４′を対向配置し、それぞれのヘッド部２４，
２４′で互いに異なる極性の帯電を行うようにしている
ので、同時にプラス・マイナス両極性の可動イオンにつ
いて酸化膜評価を行うことができる。

【００７３】また、透過領域３７のシリコンウエハ７と
の対向領域を変更することによりシリコンウエハ７につ
いて複数の領域について酸化膜の評価が可能で、評価試
料の有効利用、評価効率の向上が可能になる。

【００７４】ところで、上記実施の形態では、帯電ユニ
ット２３のヘッド部２４に制御電極３３を設けるように
しているが、図１５に示すように、単体の制御電極３
３′をシリコンウエハ７とチャージワイヤ３１との間に
介在させるようにしてもよい。

【００７５】この場合、シリコンウエハ７の制御電極３
３′に形成された透過領域３７に対向する領域ＡＲのみ
に帯電領域を制限するため、制御電極３３′のサイズ
は、図１６に示すように、チャージワイヤ３１から制御
電極３３′を見た立体角ω２がチャージワイヤ３１から
シリコンウエハ７を見た立体角ω１と略同一となるサイ
ズに少なくとも設定する。このようにすることによりシ
リコンウエハ７の領域ＡＲ以外の部分は制御電極３３′
により遮蔽され、確実に帯電領域を領域ＡＲに制限にす
ることができる。

【００７６】なお、シリコンウエハ７の周縁部の帯電が
領域ＡＲの可動イオン測定に影響を与えない範囲で制御
電極３３′のサイズを上記サイズより小さくすることは
差し支えない。

【００７７】また、図１６から明らかなように、制御電
極３３′のサイズはチャージワイヤ３１に近接するほど
小さくできるから、制御電極３３′の保持及び給電等を
考慮すると、好ましくは上記実施の形態で示したよう
に、チャージワイヤ３１のシールドケース３２の開口面
に制御電極３３′を取り付けるのがよい。

【００７８】また、上記実施の形態では、制御電極３３
の透過領域３７は複数の微小孔３８をマトリックス状に
形成することにより構成されているが、図１７に示すよ
うに、微小幅の複数の長尺状の孔５１をチャージワイヤ
３１に沿う方向に所定の孔間隔で並列させて形成するこ
とにより構成するようにしてもよい。すなわち、図１７
に示す透過領域３７´は、チャージワイヤ３１と対向す
る位置である境界部Ｂの両側の対向する２つの領域にそ
れぞれ長尺状の孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５
１ｅ，５１ｆが境界部Ｂを境にして対称的に配置されて
構成されている。

【００７９】境界部Ｂの両側の各領域における孔５１
ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆの各孔間
隔はそれぞれ同じ寸法となっているが、各領域の境界部
Ｂに接する孔５１ａ，５１ａ間は他の孔間隔よりも広く
なるように設定されている。また、各領域の境界部Ｂに
接する孔５１ａの孔幅寸法（境界部Ｂと直交する方向の
孔の寸法）は孔５１ｂよりも僅かに狭く、孔５１ｂの孔
幅寸法は孔５１ｃよりも僅かに狭くなるように設定され
ている。また、孔５１ｃの孔幅寸法は孔５１ｄよりも僅
かに狭く設定され、孔５１ｄ乃至孔５１ｆはそれぞれ同
じ孔幅寸法となるように設定されている。

【００８０】すなわち、境界部Ｂに近い位置にあるもの
はその孔幅が狭く、境界部Ｂから離れるに従ってその孔
幅寸法が広くなるように形成されている。なお、この孔
幅寸法は孔１つ毎に順に広くなるようにする必要はな
く、２つ毎や３つ毎に順に広くなるようにしてもよい。
また、各領域における各孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５
１ｄ，５１ｅ，５１ｆの孔幅寸法は、各孔間隔よりも広
くなるように設定されている。

【００８１】図１８は、図１７に示す構成の透過領域３
７´を構成した制御電極３３″を用いてシリコンウエハ
を帯電した場合の境界部Ｂと直交する方向、すなわち、
チャージワイヤ３１と直交する方向のシリコンウエハ上
の帯電電位の分布を示す図である。この図において、縦
軸は最も高い電位との比を示し、横軸はチャージワイヤ
３１の対向位置を０とし、チャージワイヤ３１と直交す
る方向のチャージワイヤ３１を境とする一方側の位置を
＋、他方側の位置を−で表したシリコンウエハ上の位置
を示している。

【００８２】また、図１９は、図１７に示す構成の透過
領域３７´を構成した制御電極３３″を用いてシリコン
ウエハを帯電した場合の境界部Ｂに沿う方向、すなわ
ち、チャージワイヤ３１に沿う方向のシリコンウエハ上
の帯電電位の分布を示す図である。この図において、縦
軸は最も高い電位との比を示し、横軸はチャージワイヤ
３１の対向位置における中央位置を０とし、その対向位
置に沿う右側位置を＋、左側位置を−で表したシリコン
ウエハ上の位置を示している。

【００８３】これらの図から明らかなように、チャージ
ワイヤ３１と直交する方向とチャージワイヤ３１に沿う
方向の両方向共に一定の範囲内で帯電電位の分布に略平
坦な領域が形成されている。このような平坦な領域が形
成されると、Ｃ−Ｖ特性を測定するときに測定位置が透
過領域３７´の中心位置からずれたとしても分布の平坦
な領域の範囲内であれば正確な測定を行うことができる
ことになる。

【００８４】なお、図２０及び図２１は、図７に示す微
小孔３８をマトリックス状に形成して透過領域３７を構
成した制御電極３３を用いてシリコンウエハを帯電した
場合のシリコンウエハ上の帯電電位の分布を示す図であ
り、それぞれ図１８及び図１９に対応するものである。
これらの図から明らかなように、長尺状の孔５１により
透過領域３７´を形成した制御電極３３″の方が、微小
孔３８により透過領域３７を形成した制御電極３３より
も帯電電位の分布により平坦な領域が形成されるように
なっている。このように、シリコンウエハ上の帯電電位
の分布の状態に差異が生じるのは次のような理由による
ものと考えられる。

【００８５】すなわち、チャージワイヤ３１と直交する
方向では、チャージワイヤ３１から離れるに従ってイオ
ン化分子のシリコンウエハに対する付与量が少なくなる
が、図１７に示す構成の透過領域３７´の構成ではチャ
ージワイヤ３１に近い位置にある孔５１はその幅が狭
く、チャージワイヤ３１から離れた位置の孔５１はその
幅が広くなっているため、図７に示す構成の透過領域３
７に比べてイオン化分子のシリコンウエハに対する付与
量が均一化され易いからである。また、チャージワイヤ
３１に沿う方向では、図１７に示す構成の透過領域３７
´ではチャージワイヤ３１に沿って孔５１が連続してい
るため、図７に示す構成の透過領域３７に比べてイオン
化分子の付与が不連続となり難いからである。

【００８６】なお、図１７に示す境界部Ｂの両側の対向
する２つの領域の孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，
５１ｅ，５１ｆの孔幅寸法をそれぞれ同一にし、各領域
における孔間隔を境界部Ｂに近い位置にあるものは広く
し、境界部Ｂから離れるに従って狭くするようにしても
よい。この場合でも、各孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５
１ｄ，５１ｅ，５１ｆの孔幅寸法は、各孔間隔の寸法よ
りも広くすることが望ましい。このようにした場合で
も、図１７に示すものと同様の効果を得ることができ
る。ただし、図１７の場合も含め、各孔５１ａ，５１
ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆの孔幅寸法は、必
ずしも各孔間隔の寸法よりも広くしなければならないも
のではなく、孔間隔と同等としたり、孔間隔よりも狭く
するようにしてもよい。

【００８７】また、複数の長尺状の孔５１がチャージワ
イヤ３１に沿う方向に並列して形成されておれば、各長
尺状の孔５１の孔幅や孔間隔は必ずしも上記条件を満た
していなくてもよい。この場合でも、少なくともチャー
ジワイヤ３１に沿う方向の帯電電位の分布に平坦な領域
を形成することが可能となり、Ｃ−Ｖ特性を測定すると
きに測定位置が透過領域３７´の中心位置からチャージ
ワイヤ３１に沿う方向にずれたとしても分布の平坦な領
域の範囲内であれば正確な測定を行うことができること
になる。

【００８８】また、図１７に示す透過領域３７´を構成
している複数の長尺状の孔５１は、少なくとも透過領域
３７´の中央部分が上記条件を満足するようになってお
ればよく、透過領域３７´の周辺部分は若干不規則な形
状となっていてもよい。

【００８９】また、図７に示す透過領域３７を構成して
いる複数の微小孔３８についても、チャージワイヤ３１
と直交する方向のものをチャージワイヤ３１から離れる
に従って孔幅を大きくしたり、孔間隔を狭くしたりする
ことにより、シリコンウエハの帯電電位の分布をより平
坦化することが可能となる。

【００９０】更に、本実施の形態では、可動イオン分離
装置の帯電装置を例に説明したが、本発明に係る制御電
極は、被帯電物全体を均一帯電させるのではなく、その
一部領域のみの帯電が必要な場合に帯電領域を制限する
制御電極として広く適用できるものである。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
帯電電極と被帯電物との間に介設される制御電極を、コ
ロナ放電で発生したイオンを被帯電物側に透過させる透
過領域と被帯電物の帯電領域を制限する制限領域とが形
成されている導電部材で構成したので、確実に被帯電物
の透過領域に対向する領域のみを帯電させることができ
る。

【００９２】また、上記制御電極の透過領域を、複数の
微小孔をマトリックス状に形成して構成したので、微小
孔のサイズや個数を調節することにより帯電量や帯電範
囲の異なる制御電極を簡単に作成することができる。

【００９３】また、上記制御電極の透過領域を、微小幅
の複数の長尺状の孔を帯電電極に沿う方向に並列させて
構成したので、被帯電物上の少なくとも帯電電極に沿う
方向における帯電電位の分布を一定の範囲内で平坦化す
ることができ、被帯電物の特性の測定位置が多少ずれて
も正確な測定を行うことができるようになる。

【００９４】また、上記制御電極の複数の長尺状の孔
を、対向する２つの領域にそれぞれ等しい孔間隔で形成
すると共に、その２つの領域の境界部から離れるに従っ
て孔幅が広くなるように形成したので、帯電電極に沿う
方向と帯電電極と直交する方向の被帯電物上の帯電電位
の分布を一定の範囲内で平坦化することができ、被帯電
物の特性の測定位置が多少ずれても正確な測定を行うこ
とができるようになる。

【００９５】また、上記制御電極の複数の長尺状の孔
を、対向する２つの領域にそれぞれ等しい孔幅で形成す
ると共に、その２つの領域の境界部から離れるに従って
孔間隔が狭くなるように形成したので、帯電電極に沿う
方向と帯電電極と直交する方向の被帯電物上の帯電電位
の分布を一定の範囲内で平坦化することができ、被帯電
物の特性の測定位置が多少ずれても正確な測定を行うこ
とができるようになる。

【００９６】また、上記制御電極の複数の長尺状の孔
を、その孔幅が孔間隔よりも広くなるように形成したの
で、帯電電極に沿う方向と帯電電極と直交する方向の被
帯電物上の帯電電位の分布を一定の範囲内でより確実に
平坦化することができ、被帯電物の特性の測定位置が多
少ずれても正確な測定を行うことができるようになる。

【００９７】また、ウエハに対向配置された帯電電極に
高電圧を印加し、コロナ放電によりイオンをウエハ表面
に付与する可動イオン分離装置の帯電装置において、帯
電電極とウエハとの間に制御電極を介設したので、ウエ
ハの一部領域を限定して帯電させることができ、ウエハ
の複数箇所で可動イオンの測定をすることができる。

【００９８】また、上記帯電装置において、帯電電極の
ウエハと反対側の半空間を遮蔽するシールドケース備
え、そのシールドケースの開口面に上記制御電極を着脱
可能に取り付けたので、帯電電極全体がシールドケース
と制御電極とにより遮蔽され、帯電電極の断線や短絡等
の機械的、電気的損傷を確実に防止することができる。
また、透過領域の異なる制御電極を交換することにより
ウエハの帯電領域を簡単に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可動イオン分離装置の帯電装置を
備えたＣ−Ｖ測定システム用外部ユニットの正面図であ
る。

【図２】本発明に係る可動イオン分離装置の帯電装置を
備えたＣ−Ｖ測定システム用外部ユニットの左側面図で
ある。

【図３】本発明に係る可動イオン分離装置の内部構造を
示す概略側面図である。

【図４】本発明に係る帯電装置のヘッド部の構造を示す
縦断面図である。

【図５】本発明に係る帯電装置のヘッド部の底面図であ
る。

【図６】本発明に係る帯電装置のヘッド部の右側面図で
ある。

【図７】制御電極の透過領域の構成を示す図である。

【図８】シリコンウエハの上部に帯電ユニットのヘッド
部が対向配置された状態を示す断面図である。

【図９】帯電ユニットによるシリコンウエハの一部領域
の帯電を説明するための図である。

【図１０】可動イオン分離ユニットのブロック構成図で
ある。

【図１１】可動イオン分離ユニットの処理動作のシーケ
ンスを示すフローチャートである。

【図１２】シリコンウエハ表面の帯電領域を示す斜視図
である。

【図１３】シリコンウエハの酸化膜中の可動イオンを分
離した状態を示す図である。

【図１４】可動イオンの分離処理によるＣ−Ｖ特性の変
化を示す図である。

【図１５】チャージワイヤとシリコンウエハとの間に制
御電極単体を介在させた状態を示す斜視図である。

【図１６】チャージワイヤとシリコンウエハとの間に制
御電極単体を介在させる場合の制御電極のサイズを説明
するための図である。

【図１７】制御電極の透過領域の他の構成例を示す図で
ある。

【図１８】図１７に示す構成の制御電極を用いて帯電さ
せたシリコンウエハ上の電位分布を示す図である。

【図１９】図１７に示す構成の制御電極を用いて帯電さ
せたシリコンウエハ上の電位分布を示す図である。

【図２０】図７に示す構成の制御電極を用いて帯電させ
たシリコンウエハ上の電位分布を示す図である。

【図２１】図７に示す構成の制御電極を用いて帯電させ
たシリコンウエハ上の電位分布を示す図である。

【符号の説明】

１Ｃ−Ｖ測定システム用外部ユニット２ユニット本体３可動イオン分離ユニット（可動イオン分離装置）３０１ユニット本体４キーボード５開口窓６搬送トレイ６１保持部６１Ａ開口部６２支持部７シリコンウエハ（被帯電物）８搬送トレイ駆動部９支持板１０，１１プーリ１２ワイヤロープ１３シャッタ１４シャッタ駆動部１５支持板１６，１７プーリ１８ワイヤロープ１９テーブル２０ヒータユニット２１ヒータステージ２２ヒータ温度調節部２３帯電ユニット（帯電装置）２４ヘッド部２５電源部２６帯電ユニット駆動部２７，２８プーリ２９ワイヤロープ３０コントローラ３１チャージワイヤ（帯電電極）３２シールドケース３３，３３′，３３″ 制御電極３４端子部３４１嵌入部３４２端子保持部３４３側壁３５，３６支持片３７，３７´ 透過領域３８微小孔３９接続端子４０蓋体４１電源供給線路４２，４３保持部材４４，４５イオン化分子４６真空ポンプ４７表示部４８操作部４９可動Ｎａイオン５１長尺状の孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電電極とこの帯電電極に生じたコロナ
放電により帯電される被帯電物との間に介設される制御
電極であって、上記コロナ放電で発生したイオンを上記被帯電物側に透
過させる透過領域と上記被帯電物の帯電領域を制限する
制限領域とが形成されている導電部材を有することを特
徴とする制御電極。
【請求項２】上記透過領域は、複数の微小孔をマトリ
ックス状に形成してなるものであることを特徴とする請
求項１記載の制御電極。
【請求項３】上記透過領域は、微小幅の複数の長尺状
の孔を上記帯電電極に沿う方向に並列させて形成してな
るものであることを特徴とする請求項１記載の制御電
極。
【請求項４】上記複数の長尺状の孔は、対向する２つ
の領域にそれぞれ等しい孔間隔で形成されると共に、上
記２つの領域の境界部から離れるに従って孔幅が広くな
るように形成されていることを特徴とする請求項３記載
の制御電極。
【請求項５】上記複数の長尺状の孔は、対向する２つ
の領域にそれぞれ等しい孔幅で形成されると共に、上記
２つの領域の境界部から離れるに従って孔間隔が狭くな
るように形成されていることを特徴とする請求項３記載
の制御電極。
【請求項６】上記複数の長尺状の孔は、その孔幅が孔
間隔よりも広くなるように形成されていることを特徴と
する請求項４又は５記載の制御電極。
【請求項７】ウエハの酸化膜中の可動イオンを膜表面
又は膜とウエハの界面に移動させるべく、上記ウエハに
対向配置された帯電電極に高電圧を印加し、コロナ放電
により上記イオンをウエハ表面に付与する可動イオン分
離装置の帯電装置において、請求項１乃至６のいずれかに記載の制御電極を備えてい
ることを特徴とする制御電極を用いた可動イオン分離装
置の帯電装置。
【請求項８】請求項７記載の制御電極を用いた可動イ
オン分離装置の帯電装置において、上記帯電電極の上記
ウエハと反対側の半空間を遮蔽するシールドケースを備
え、上記制御電極は上記シールドケースの開口面に着脱
可能に取り付けられていることを特徴とする制御電極を
用いた可動イオン分離装置の帯電装置。