JP2003289068A - 表面処理装置及び表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理基板の全面に渡って均一に良好な処理
を行うことのできる表面処理装置及び表面処理方法を提
供する。 【解決手段】 真空チャンバ１の内部には、被処理基板
としての半導体ウエハＷを支持する載置台２が設けられ
ており、真空チャンバ１の天井部には、エレクトロンビ
ームＥＢを発生させるためのエレクトロンビーム照射機
構６が設けられている。載置台２は、昇降装置３によっ
て上下動自在とされており、エレクトロンビーム照射機
構６と半導体ウエハＷとの距離を、所望の距離に設定可
能に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハやガ
ラス基板等の被処理物に、真空雰囲気下で電子を照射
し、レジストや絶縁膜等の改質を行う表面処理装置及び
表面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置の製造分野等にお
いては、レジストを用いたリソグラフィー工程により、
半導体ウエハ等の基板に対する回路パターンの転写が行
われており、このようなリソグラフィー工程において、
露光、現像後に、紫外線（ＵＶ）照射によってレジスト
を改質し、レジストを硬化してその機械的強度を高める
ＵＶを用いた表面処理が行われることが多い。

【０００３】このため、半導体装置の製造分野等におい
ては、従来から、紫外線照射機構を具備した表面処理装
置が用いられている。

【０００４】また、近年においては、紫外線に換えて、
エレクトロンビーム（ＥＢ）を用い、電子を照射して、
レジストや絶縁膜の改質を行う表面処理を行うことが試
みられている。

【０００５】かかる電子を用いた表面処理では、真空チ
ャンバ内に収容した半導体ウエハやガラス基板等の被処
理物に真空雰囲気下で電子を照射し、この電子の作用に
よってレジストや絶縁膜の改質を行うものであり（例え
ば、特許文献１参照。）、従来に比べて非常に短時間で
処理を行うことができるという特徴を有する。

【０００６】

【特許文献１】特開２００２−２３７４９２号公報（第
４−６頁、第４図）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
から、紫外線を用いた場合に比べて短時間で表面処理を
行うことができる電子を用いた表面処理を行うことが試
みられている。

【０００８】本発明者等は、従来からかかる表面処理装
置の開発を行っており、多くの実験等を行った結果、電
子を用いた表面処理装置においては、次のような課題が
あることが判明した。

【０００９】すなわち、電子を用いた表面処理装置にお
いては、短時間で処理を行える反面、電子の作用が強い
ことから、電子の照射状態によって、被処理基板の面内
の処理状態が不均一になり易く、処理の面内均一性が悪
化するという課題があることが判明した。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、被処理基板の全面に渡って均
一に良好な処理を行うことのできる表面処理装置及び表
面処理方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の表面処理装置は、内部を所定の真空雰囲
気に設定可能とされた真空チャンバと、前記真空チャン
バ内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、前
記被処理基板に電子を照射する電子照射機構と、前記載
置台と、前記電子照射機構との間隔を所望間隔に設定す
る駆動機構とを具備したことを特徴とする。

【００１２】請求項２の表面処理装置は、請求項１記載
の表面処理装置において、前記駆動機構は、前記載置台
を上下動させて、当該載置台と前記電子照射機構との間
隔を所望間隔に設定するよう構成されたことを特徴とす
る。

【００１３】請求項３の表面処理装置は、内部を所定の
真空雰囲気に設定可能とされた真空チャンバと、前記真
空チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置される載置
台と、前記被処理基板に電子を照射する電子照射機構
と、前記電子照射機構から射出された電子の軌道を制御
する電子軌道制御手段とを具備したことを特徴とする。

【００１４】請求項４の表面処理装置は、請求項３記載
の表面処理装置において、前記電子軌道制御手段が、前
記被処理基板の周囲を囲むように設けられた電子軌道偏
向用部材を具備し、この電子軌道偏向用部材の電位によ
って、電子の軌道を制御するように構成されたことを特
徴とする。

【００１５】請求項５の表面処理装置は、請求項４記載
の表面処理装置において、前記電子軌道偏向用部材の電
位を調節する電位制御手段を具備したことを特徴とす
る。

【００１６】請求項６の表面処理装置は、請求項５記載
の表面処理装置において、前記電位制御手段が、前記電
子軌道偏向用部材と接地電位との間に設けられた可変抵
抗から構成されたことを特徴とする。

【００１７】請求項７の表面処理装置は、請求項５記載
の表面処理装置において、前記電位制御手段が、前記電
子軌道偏向用部材に直流電圧を印加する可変直流電源か
ら構成されたことを特徴とする。

【００１８】請求項８の表面処理装置は、請求項３記載
の表面処理装置において、前記電子軌道制御手段が、磁
場形成手段から構成されたことを特徴とする。

【００１９】請求項９の表面処理装置は、請求項８記載
の表面処理装置において、前記磁場形成手段が、載置台
に載置された被処理基板の周囲を囲むように、前記真空
チャンバの側壁部に沿ってマルチポール磁場を形成する
ように構成されたことを特徴とする。

【００２０】請求項１０の表面処理装置は、請求項９記
載の表面処理装置において、前記磁場形成手段が、前記
真空チャンバの周囲で回転し、前記マルチポール磁場を
回転させるように構成されたことを特徴とする。

【００２１】請求項１１の表面処理装置は、請求項８記
載の表面処理装置において、前記磁場形成手段が、前記
載置台に載置された被処理基板の表面に対して垂直方向
の磁場を形成するように構成されたことを特徴とする。

【００２２】請求項１２の表面処理装置は、内部を所定
の真空雰囲気に設定可能とされた真空チャンバと、前記
真空チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置される載
置台と、前記被処理基板に電子を照射する電子照射機構
であって、当該電子照射機構の内部と前記真空チャンバ
の内部とを気密に仕切る照射窓を有する電子照射機構
と、前記真空チャンバ内の圧力を調節して前記電子照射
機構から前記被処理基板に照射される電子の状態を制御
する圧力調節機構とを具備したことを特徴とする。

【００２３】請求項１３の表面処理装置は、請求項１２
記載の表面処理装置において、前記圧力調節機構が１．
３３ＫＰａ〜６６．５ＫＰａの範囲で前記真空チャンバ
内の圧力を調節可能とされていることを特徴とする。

【００２４】請求項１４の表面処理装置は、請求項１〜
１３いずれか１項記載の表面処理装置において、前記電
子照射機構から照射される電子の量を検出する検出機構
と、前記検出機構による検出結果に基づいて、前記電子
照射機構から所定量の電子が照射されるように制御する
制御装置とを具備したことを特徴とする。

【００２５】請求項１５の表面処理装置は、請求項１〜
１４いずれか１項記載の表面処理装置において、前記電
子照射機構からの電子照射により、前記被処理基板の表
面改質を行うことを特徴とする表面処理装置。

【００２６】請求項１６の表面処理方法は、真空チャン
バ内に被処理基板を配置し、電子照射機構から前記被処
理基板に電子を照射して表面処理する表面処理方法であ
って、前記電子照射機構として当該電子照射機構の内部
と前記真空チャンバの内部とを気密に仕切る照射窓を有
する電子照射機構を用い、前記真空チャンバ内の圧力を
調節して前記電子照射機構の前記照射窓から前記被処理
基板に照射される電子の状態を制御することを特徴とす
る。

【００２７】請求項１７の表面処理方法は、請求項１６
記載の表面処理方法において、前記真空チャンバ内の圧
力を、１．３３ＫＰａ〜６６．５ＫＰａの範囲で調節す
ることを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、実施の形
態について図面を参照して説明する。

【００２９】図１は、本発明を、半導体ウエハ等に電子
（エレクトロンビームＥＢ）を照射して、絶縁膜（例え
ばＬｏｗ−Ｋ膜）、レジスト等の表面処理（表面改質処
理）を行う表面処理装置に適用した実施の形態の概略構
成を模式的に示すものであり、同図において、符号１
は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密
に閉塞可能に構成され、処理室を構成する円筒状の真空
チャンバを示している。

【００３０】上記真空チャンバ１の内部には、被処理基
板としての半導体ウエハＷを、被処理面を上側に向けて
略水平に支持する載置台２が設けられている。

【００３１】この載置台２は、ボール捩子とこのボール
捩子を回転させるモータ等からなる昇降装置３によっ
て、上下動自在に構成されている。載置台２の下側に
は、材質例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）製で伸縮自在に
構成され、真空チャンバ１の内部を気密に維持する円筒
状のベローズ４が設けられ、ベローズ４の外側にはベロ
ーズカバー５が設けられている。

【００３２】一方、真空チャンバ１の天井部には、エレ
クトロンビームＥＢを発生させるためのエレクトロンビ
ーム照射機構６が設けられており、載置台２上に設けら
れた半導体ウエハＷに対して、エレクトロンビームＥＢ
を照射するように構成されている。ここで、エレクトロ
ンビーム照射機構６のＥＢ管６ａより射出されたエレク
トロンビームＥＢは、真空チャンバ１内の処理空間中の
不活性分子と衝突拡散を繰り返し、図１に示すように、
ある程度広がりをもった放射状の電子流となる。本実施
形態において、「エレクトロンビームＥＢ」とは、この
ような電子流のことを意味する。

【００３３】そして、このエレクトロンビームＥＢを照
射する際のエレクトロンビーム照射機構６と半導体ウエ
ハＷとの距離を、昇降装置３によって載置台２を上下動
させることにより、調節できるようになっている。な
お、本実施形態では、載置台２を上下動させる構成とし
たが、載置台２を固定とし、エレクトロンビーム照射機
構６側を上下動させるように構成したり、これらの双方
を上下動させるように構成することもできる。

【００３４】上記エレクトロンビーム照射機構６は、Ｅ
Ｂ管６ａを複数配列して構成されており、本実施の形態
では、図２に示すように、合計１９個のＥＢ管６ａを、
載置台２上に設けられた半導体ウエハＷと略同形状の円
形の領域を占めるように、かつ、同心円状に配列される
ように並べて構成されている。なお、図２において、６
ｂは、ＥＢ管６ａの内部を外部と気密に閉塞するととも
に、エレクトロンビームＥＢを射出可能に構成された窓
（照射窓）を示している。

【００３５】図１に示すように、上記ＥＢ管６ａは、エ
レクトロンビームＥＢの射出側端部（窓６ｂ側）が下側
を向くように配置されている。そして、窓６ｂを介し
て、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷに向けてエレク
トロンビームＥＢを照射するように構成されている。

【００３６】また、真空チャンバ１内には、各ＥＢ管６
ａ毎に、エレクトロンビームＥＢの量を検出するための
グリッド状の検出機構６ｃが設けられている。

【００３７】上記検出機構６ｃは、エレクトロンビーム
ＥＢが衝突することによって流れる電流からエレクトロ
ンビームＥＢの量を検出するものであり、これらの検出
機構６ｃの各検出信号は、夫々出力制御装置２０に入力
されるようになっている。そして、出力制御装置２０
は、これらの検出信号を参照信号として、各ＥＢ管６ａ
が、夫々予め設定された所定のエレクトロンビームＥＢ
を出力するよう各ＥＢ管６ａの電気的な制御を行うよう
に構成されている。

【００３８】また、図１に示すように、真空チャンバ１
には、図示しないガス供給源に接続されたガス導入管７
と、図示しない真空排気装置に接続された排気管８が設
けられており、真空チャンバ１内を、所定の真空度の所
定のガス雰囲気とすることができるよう構成されてい
る。

【００３９】また、載置台２の載置面には、半導体ウエ
ハＷを所定の温度に加熱するためのヒータ９が設けられ
るとともに、載置台２内には、このヒータ９による加熱
温度を検出するための温度検出機構１０が設けられてい
る。そして、上記温度検出機構１０による温度検出信号
が、図示しない温度制御装置に入力され、この温度制御
装置がこの温度検出信号と所定の設定温度とを比較して
ヒータ９に供給する電力を調整し、ヒータ９が所定の設
定温度となるように温度制御が行われるよう構成されて
いる。

【００４０】さらに、真空チャンバ１の側壁部には、半
導体ウエハＷの搬入、搬出を行うための開口部１ａが設
けられるとともに、この開口部１ａには、ゲートバルブ
１１が設けられており、半導体ウエハＷの搬入、搬出時
には、このゲートバルブ１１を開閉して、開口部１ａか
ら半導体ウエハＷの搬入、搬出を行うように構成されて
いる。

【００４１】次に、上記構成の表面処理装置によって、
半導体ウエハＷに形成された絶縁膜の表面処理を行う手
順について説明する。

【００４２】まず、真空チャンバ１の側壁部分に設けら
れたゲートバルブ１１を開放し、開口部１ａから図示し
ない搬送機構等により、半導体ウエハＷを真空チャンバ
１内に搬入し、予め所定の位置に下降されている載置台
２上に載置する。

【００４３】次に、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避
させた後、ゲートバルブ１１を閉じ、真空チャンバ１内
を気密に閉塞する。

【００４４】この後、載置台２を図１に示されるような
所定位置まで上昇させ、半導体ウエハＷとエレクトロン
ビーム照射機構６との距離が所望の距離となるように、
設定する。すなわち、図３に示すように、エレクトロン
ビーム照射機構６の各ＥＢ管６ａから射出されたエレク
トロンビームＥＢは、射出された後、放射状に次第に拡
散する。

【００４５】このため、例えば、同図ａに示すように、
半導体ウエハＷとエレクトロンビーム照射機構６を近接
させた場合と、同図ｂに示すように、半導体ウエハＷと
エレクトロンビーム照射機構６を離間させた場合とで
は、半導体ウエハＷの面内に照射されるエレクトロンビ
ームＥＢの状態が変化する。つまり、半導体ウエハＷと
エレクトロンビーム照射機構６を離間させると、一つの
ＥＢ管６ａから射出されたエレクトロンビームＥＢが、
半導体ウエハＷのより広い範囲に照射されるようにな
る。

【００４６】そこで、本実施の形態においては、昇降装
置３によって載置台２を上下動させ、エレクトロンビー
ム照射機構６と半導体ウエハＷとの距離を調節すること
により、半導体ウエハＷの全面に均一にエレクトロンビ
ームＥＢが照射されるように設定できるようになってい
る。

【００４７】上記のようにして、エレクトロンビーム照
射機構６と半導体ウエハＷとの距離を所望の距離に設定
した後、排気管８を通じて真空チャンバ１内を排気する
とともに、ガス導入管７から窒素ガス等の所定の雰囲気
ガスを導入し、真空チャンバ１内を所定の圧力、例えば
１．３３〜６６．５ＫＰａ（１０〜５００Ｔｏｒｒ）程
度に保持する。

【００４８】そして、ヒータ９によって半導体ウエハＷ
を所定温度に加熱しつつ、ＥＢ管６ａから半導体ウエハ
ＷにエレクトロンビームＥＢを照射し、半導体ウエハＷ
に形成された絶縁膜の表面処理を行う。

【００４９】そして、半導体ウエハＷへのエレクトロン
ビームＥＢの照射時間が所定時間に達すると、ＥＢ管６
ａによるエレクトロンビームＥＢの照射を停止して表面
処理を終了し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウ
エハＷを、真空チャンバ１外へ搬出する。

【００５０】図４は、上記構成の表面処理装置を用い
て、直径８インチの半導体ウエハＷに形成されたレジス
トの表面処理を、エレクトロンビーム照射機構６と半導
体ウエハＷとの距離（ギャップ）を変更して行った場合
の、処理の面内均一性の変化を示すものである。

【００５１】同図において、縦軸はレジスト膜厚減少量
（（エレクトロンビームＥＢ照射前の膜厚）−（エレク
トロンビームＥＢ照射後の膜厚））、横軸は半導体ウエ
ハＷの径方向位置（横軸の中央が半導体ウエハ中心）を
示しており、曲線Ａはギャップが３０ｍｍ、曲線Ｂはギ
ャップが５８ｍｍ、曲線Ｃはギャップが１００ｍｍの場
合を示している。なお、かかる膜厚減少量は、エレクト
ロンビームＥＢ照射前と照射後のレジストの改質の程度
を示すものであり、その面内の均一性は、ＥＢキュア処
理の面内均一性を示すものである。

【００５２】また、処理条件は、圧力が１３３０Ｐａ
（１０Ｔｏｒｒ）、管電流が２５０μＡ、照射時間が３
３０秒である。

【００５３】図４に示されるように、ギャップが３０ｍ
ｍの場合、ＥＢ管６ａの直下の部分における処理が、他
の部分に比べて進み、面内均一性が低下する。また、ギ
ャップを５８ｍｍ、１００ｍｍと広くすると、次第に、
ＥＢ管６ａの直下の部分と他の部分との処理の差は減少
する傾向にあるが、半導体ウエハＷの中央部と周辺部と
の処理の差が顕著になり周辺部が低下する傾向にある。
このため、上記の処理条件の場合は、ギャップを５８ｍ
ｍ程度とすることが好ましい。

【００５４】上述したとおり、上記の実施形態において
は、ギャップを広くすると半導体ウエハＷの中央部と周
辺部との処理の差が顕著になる傾向があるが、これは半
導体ウエハＷの周囲においてエレクトロンビームＥＢの
照射量が減少するためと考えられる。

【００５５】図５は、上記のような半導体ウエハＷの周
辺部におけるエレクトロンビームＥＢの照射量を制御可
能とした本発明の他の実施形態の概略構成を示すもの
で、この実施形態では、エレクトロンビームＥＢの軌道
を制御することによって、主に半導体ウエハＷの周辺部
におけるエレクトロンビームＥＢの照射量を制御するも
のである。

【００５６】すなわち、この実施形態では、図５に示す
ように、半導体ウエハＷの周囲に位置するように、載置
台２上にリング状部材１２が設けられており、このリン
グ状部材１２と接地電位との間に、リング状部材１２の
電荷の状態を調節してその電位を制御する電位制御機構
３０が設けられている。

【００５７】上記電位制御機構３０は、図６に示すよう
に、リング状部材１２と接地電位との間に流れる電流を
制御する可変抵抗３０ａ、あるいは、図７に示すよう
に、リング状部材１２に直流電圧を供給する可変直流電
源３０ｂ等から構成することができる。また、電位制御
機構３０を設けずに、リング状部材１２の材質を選択す
ることによって、リング状部材１２の帯電による電位を
所望の電位とし、エレクトロンビームＥＢの軌道を所望
の状態に制御することもできる。

【００５８】上記構成の実施形態においては、電位制御
機構３０等によって、リング状部材１２の電位を、例え
ば半導体ウエハＷに対して一定の正電位に設定すること
により、半導体ウエハＷの中央部に向って射出されたエ
レクトロンビームＥＢの軌道を、半導体ウエハＷの周辺
部の方向に偏向することができ、これによって、半導体
ウエハＷの中央部に対するエレクトロンビームＥＢの照
射量を低下させ、周辺部におけるエレクトロンビームＥ
Ｂの照射量を増加させることができる。

【００５９】したがって、前述した図４の曲線Ｂ、曲線
Ｃに示されるような、半導体ウエハＷの周辺部に比べて
中央部で処理が進むという、処理の面内均一性の低下を
抑制することができる。

【００６０】ところで、エレクトロンビームＥＢの軌道
を制御する場合、上記のように電位によって制御する他
に、磁場によってエレクトロンビームＥＢの軌道を制御
することもできる。

【００６１】図８、図９は、磁場によってエレクトロン
ビームＥＢの軌道を制御する他の実施形態の概略構成を
示すもので、この実施形態では、真空チャンバ１の周囲
を囲むように設けられた磁石４０によって、所謂マルチ
ポール磁場を形成するよう構成されている。

【００６２】すなわち、図９に示すように、磁石４０
は、複数の磁石セグメント４０ａから構成されており、
これらの磁石セグメント４０ａは、隣接する磁石セグメ
ント４０ａの内側（真空チャンバ１側）に向けた磁極
が、Ｎ極、Ｓ極と交互に並ぶように配列されて構成され
ている。

【００６３】そして、かかる磁極の配列によって、同図
に矢印で示すような真空チャンバ１内壁に沿った多極磁
場（マルチポール磁場）を形成するよう構成されてい
る。また、磁石４０は、その全体が真空チャンバ１の周
囲で回転可能に構成されており、これに伴って、マルチ
ポール磁場も回転するように構成されている。

【００６４】上記構成の本実施形態においては、マルチ
ポール磁場の作用によって、エレクトロンビームＥＢの
軌道を、半導体ウエハＷの周辺方向に向けて偏向させる
ようになっており、これによって、前述した実施形態と
同様な作用、効果を得ることができる。

【００６５】なお、上記の実施形態では、真空チャンバ
１の内壁に沿って形成されたマルチポール磁場によって
エレクトロンビームＥＢの軌道を制御する場合について
説明したが、かかる例に限定されるものではなく、他の
形態の磁場によってエレクトロンビームＥＢの軌道を制
御してもよいことは勿論である。

【００６６】例えば、図１０に矢印で示すように、真空
チャンバ１内に、垂直方向に沿って磁場Ｂを形成し、こ
の垂直方向に沿って形成された磁場Ｂによって、エレク
トロンビームＥＢの拡散を抑制する方向にその軌道を制
御することもできる。

【００６７】ところで、上述した実施形態では、エレク
トロンビーム照射機構６を構成するＥＢ管６ａが、窓
（照射窓）６ｂを有しており、この窓６ｂによって、Ｅ
Ｂ管６ａの内部と真空チャンバ１の内部とが気密に仕切
られた構造となっている。このため、ＥＢ管６ａ内の圧
力とは独立に、真空チャンバ１内の圧力を調整すること
ができる。

【００６８】上記のような構造を採用した場合、例え
ば、上記のような仕切りとなる照射窓がなく、エレクト
ロンビームＥＢを発生させるためのフィラメント等の配
置部分と真空チャンバ内とが連通された構造となってい
る場合に比べて、真空チャンバ内の圧力をある程度高く
することができる。

【００６９】すなわち、仕切りとなる照射窓がない場合
は、真空チャンバ内の圧力を上げると、エレクトロンビ
ームＥＢを発生させるためのフィラメント等の配置部分
の圧力も上がってしまい、この部分で不所望なプラズマ
が発生してしまうため、真空チャンバ内の圧力を高真空
に保つ必要がある。これに対して、上述した実施形態で
は、ＥＢ管６ａの内部とは独立に真空チャンバ１内の圧
力を調整することができるため、真空チャンバ１内の圧
力を高真空に保つ必要がない。

【００７０】そこで、真空チャンバ１内の圧力を調節す
ることにより、真空チャンバ１内のガス分子の数を変更
し、電子がガス分子と衝突する確率を変え、これによっ
て半導体ウエハＷに照射されるエレクトロンビームＥＢ
の状態（電子のエネルギー及び拡散の状態）を制御する
ことができる。

【００７１】図１１は、縦軸をシュリンケージ（エレク
トロンビーム照射後の膜厚のシュリンク（減少）量／エ
レクトロンビーム照射前の膜厚（％））、横軸を真空チ
ャンバ１内の圧力として、半導体ウエハＷに形成したレ
ジスト膜の改質を行った結果を示すものである。

【００７２】同図に示されように、真空チャンバ１内の
圧力を上昇させると、半導体ウエハＷに形成したレジス
ト膜のシュリンケージが減少する。これは、真空チャン
バ１内の圧力が上昇し、真空チャンバ１内のガス分子の
数が増加すると、エレクトロンビーム照射機構６から照
射されたエレクトロンビームＥＢ中の電子がガス分子と
衝突する確率が増大し、電子のエネルギーが減少すると
ともに、拡散されるためである。

【００７３】したがって、前述したエレクトロンビーム
照射機構６と半導体ウエハＷとの距離（ギャップ）を変
更する場合と同様に、真空チャンバ１内の圧力を調節す
ることによって、半導体ウエハＷに照射されるエレクト
ロンビームＥＢの状態（電子のエネルギー及び拡散の状
態）を制御することができる。なお、圧力の制御範囲と
しては、ガス分子の数が少な過ぎるとエレクトロンビー
ムＥＢの制御効果が少なくなり、一方、ガス分子の数が
多過ぎると、エネルギーのロスが多くなり効率が悪化す
るため、例えば１．３３〜６６．５ＫＰａ（１０〜５０
０Ｔｏｒｒ）程度とすることが好ましい。

【００７４】また、上記のように真空チャンバ１内の圧
力のみでなく、真空チャンバ１内に導入するガス種を変
更することによっても、電子ビームＥＢの状態（電子の
エネルギー及び拡散の状態）を制御することができる。
この場合に使用するガス種は、不活性なものが好まし
く、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素等を使用するこ
とができる。

【００７５】以上のように、本発明の各実施形態によれ
ば、表面処理の半導体ウエハＷ面内における均一性を向
上させることができ、半導体ウエハＷの全面に渡って均
一に良好な表面処理を行うことができる。

【００７６】ところで、前述したとおり、上記の各実施
形態では、エレクトロンビーム照射機構６を構成するＥ
Ｂ管６ａが、窓（照射窓）６ｂを有する構造となってい
るが、エレクトロンビームＥＢを半導体ウエハＷに照射
して改質を行う際に、例えば、レジストから水分等の各
種の物質が蒸発して窓６ｂに付着し、窓６ｂに曇りが発
生する可能性がある。このため、従来から表面処理を行
う前に表面処理時に比べて低い温度（例えば、２００℃
等）で水分等の蒸発を行う所謂ソフトベークを行ってい
る。

【００７７】しかしながら、表面処理時には、ソフトベ
ーク時より高温（例えば３５０℃）で処理を行うため、
多量の水分等が発生し窓６ｂに付着して曇りが生じるた
め、頻繁に窓６ｂのクリーニングを行わなければならな
い。

【００７８】このため、表面処理の前に、ソフトベーク
より高温（例えば表面処理時と同一温度）で、熱処理
（プリベーク）することが好ましい。

【００７９】図１２，１３は、ソフトベークのみを行っ
た半導体ウエハＷを加熱した場合（図１２）と、ソフト
ベークにプラスしてホットプレートにより３５０℃で１
分間熱処理（プリベーク）を行った半導体ウエハＷを加
熱した場合（図１３）に発生した物質の量を、質量分析
計を使用して調べた結果を示すもので、縦軸は強度、横
軸は温度を示している。

【００８０】なお、これらのグラフにおいて、最上部に
位置する丸印によって示される結果は、ｍ１８＝Ｈ
₂ Ｏ、すなわち水分の結果を示している。また、その他
の物質については、ｍ２＝Ｈ₂ 、ｍ１４＝Ｎ，ＣＨ₂ 、
ｍ１５＝ＣＨ₃ ，ＮＨ、ｍ１７＝ＯＨ，ＮＨ₃ 、ｍ１９
＝Ｆ、ｍ２８＝Ｎ₂ ，Ｃ₂ Ｈ₄ ，ＣＯ、ｍ４４＝Ｃ₃ Ｈ
₈，ＣＯ₂ ，Ｎ₂ Ｏである。

【００８１】上記の図１２，１３に示されるとおり、ソ
フトベークのみを行った半導体ウエハＷの場合（図１
２）に比べて、ソフトベークにプラスしてホットプレー
トで１分間プリベークを行った半導体ウエハＷの場合
（図１３）、加熱した際に発生する水分等の量を、大幅
に減少させることができる。

【００８２】したがって、上記のようなプリベークを行
うことにより、窓６ｂに曇りが生じることを抑制するこ
とができる。

【００８３】図１４は、上記のプリベークを行うための
機構を具備した装置の構成例を示すものである。同図に
示す装置は、トランスファーモジュール（Ｔ／Ｍ）１０
１の周囲に、２つのカセットチャンバ（Ｃ／Ｃ）１０２
と、表面処理装置（ＥＢ）１０３と、加熱処理装置（Ｈ
Ｐ）１０４及び冷却処理装置（Ｃｏｏｌｉｎｇ）１０５
を配置した構成とされている。これらの内部は、所定の
真空雰囲気に設定可能とされており、トランスファーモ
ジュール（Ｔ／Ｍ）１０１内に配置された搬送機構によ
り、カセットチャンバ１０２内に配置したカセットチャ
ンバから、半導体ウエハＷを取り出して、加熱処理装置
（ＨＰ）１０４、表面処理装置（ＥＢ）１０３、冷却処
理装置（Ｃｏｏｌｉｎｇ）１０５に順次搬送し、熱処理
（プリベーク）、エレクトロンビームＥＢの照射による
表面処理、冷却処理を順次施すようになっている。

【００８４】上記構成の装置を使用すれば、プリベー
ク、エレクトロンビームＥＢの照射による表面処理、冷
却処理を、一つの装置内で効率良く行うことができる。
また、表面処理装置（ＥＢ）１０３で表面処理を行う前
に、加熱処理装置（ＨＰ）１０４でプリベークを行うこ
とにより、表面処理装置（ＥＢ）１０３の窓６ｂに曇り
が生じることを抑制することができる。

【００８５】また、上記のように、専用の加熱処理装置
（ＨＰ）１０４を設けずに、図１５に示すように、表面
処理装置（ＥＢ）１０３を２台設けた構成の装置におい
ても、同様な一連の処理を行うことができる。すなわ
ち、この場合は、表面処理装置（ＥＢ）１０３内に半導
体ウエハＷを搬入した後、まず、表面処理装置（ＥＢ）
１０３内で、窒素等の不活性なガスを多量に流した状態
で半導体ウエハＷのプリベークを行い、この後、上記の
ガスの流量を通常の表面処理時の流量に減少させてエレ
クトロンビームＥＢを照射する表面処理を行う。このよ
うにしても、プリベーク時に発生する多量の水分等を、
ガスの流れによって外部に導出することができるので、
表面処理装置（ＥＢ）１０３の窓６ｂに曇りが生じるこ
とを抑制することができる。

【００８６】また、図１６〜１８は、上記の表面処理装
置とレジストの塗布、現像を行う塗布、現像装置を組み
合わせ、かつ、塗布、現像装置の加熱機構等によって半
導体ウエハＷのプリベークを行うようにした装置の例を
示すものである。

【００８７】これらの図に示されるように、この装置
は、カセットステーション２０１と、レジストの塗布、
現像及びこれに伴う熱処理等を行う塗布、現像処理部２
０２と、前述した表面処理装置が設けられた表面処理部
２０３とが一体に接続されて構成されている。なお、こ
の装置には、半導体ウエハＷに塗布されたレジストに対
して、所定の回路パターンの露光を行う図示しない露光
処理装置が接続されて使用される。

【００８８】カセットステーション２０１には、図示し
ない搬送機構が設けられており、カセットステーション
２０１に設けられたカセットＣと、塗布、現像処理部２
０２との間で半導体ウエハＷを搬送するよう構成されて
いる。

【００８９】また、図１６に示されるように、塗布、現
像処理部２０２には、中央部に上下及び水平方向に半導
体ウエハＷを搬送可能とされた搬送機構２０４が配置さ
れ、その周囲に、処理ユニットが多段に設けられた４つ
の処理ユニット群、すなわち、第１の処理ユニット群
（Ｇ１）２０５、第２の処理ユニット群（Ｇ２）２０
６、第３の処理ユニット群（Ｇ３）２０７、第４の処理
ユニット群（Ｇ４）２０８が配置されている。そして、
搬送機構２０４は、これらの処理ユニット群に多段に配
置されている各処理ユニットに対して、半導体ウエハＷ
を搬入、搬出可能とされている。

【００９０】第１の処理ユニット群（Ｇ１）２０５、及
び第２の処理ユニット群（Ｇ２）２０６は、半導体ウエ
ハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布ユニット（Ｃ
ＯＴ）及び半導体ウエハＷの現像処理を行う現像処理ユ
ニット（ＤＥＶ）等から構成されている。

【００９１】また、第３の処理ユニット群（Ｇ３）２０
７、及び第４の処理ユニット群（Ｇ４）２０８は、半導
体ウエハＷを冷却するクーリングユニット、半導体ウエ
ハＷの受け渡しを行う受け渡し部、レジスト液の定着性
を高めるためのアドヒージョン処理を行うアドヒージョ
ンユニット、半導体ウエハＷの熱処理を行う加熱処理ユ
ニット等から構成されている。そして、この第３の処理
ユニット群（Ｇ３）２０７、及び第４の処理ユニット群
（Ｇ４）２０８のいずれかの位置に、半導体ウエハＷの
ソフトベーキングを行う熱処理ユニットと、半導体ウエ
ハＷのプリベークを行う熱処理ユニットとが配置され
る。

【００９２】また、表面処理部２０３には、２台の表面
処理装置（ＥＢ）２０９が配置されており、これらの表
面処理装置（ＥＢ）２０９には、それぞれロードロック
室（Ｌ／Ｌ）２１０が設けられている。そして、搬送機
構２１１によって、塗布、現像処理部２０２とロードロ
ック室（Ｌ／Ｌ）２１０との間で半導体ウエハＷの搬送
を行うよう構成されている。

【００９３】なお、上述したように、塗布、現像処理部
２０２に半導体ウエハＷのプリベークを行う熱処理機構
（熱処理ユニット）を設けるのではなく、上記のロード
ロック室（Ｌ／Ｌ）２１０内に、半導体ウエハＷのプリ
ベークを行う熱処理機構を設けることもできる。

【００９４】上記構成の装置を使用すれば、塗布、現像
処理、熱処理（ソフトベーク及びプリベーク）、エレク
トロンビームＥＢの照射による表面処理、冷却処理を、
一台の装置によって効率良く行うことができる。また、
表面処理装置（ＥＢ）２０９で表面処理を行う前に、プ
リベークを行うことにより、表面処理装置（ＥＢ）２０
９の窓６ｂに曇りが生じることを抑制することができ
る。

【００９５】なお、上記実施の形態においては、本発明
を半導体ウエハ等の表面処理を行う表面処理装置に適用
した場合について説明したが、本発明はかかる場合に限
定されるものではない。例えば、半導体ウエハ以外の液
晶表示装置用のガラス基板等を表面処理するものであっ
ても同様に適用することができる。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の表面処理
装置及び表面処理方法によれば、被処理基板の全面に渡
って均一に良好な処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面処理装置の一実施形態の概略構成
を示す図。

【図２】図１の表面処理装置の要部概略構成を示す図。

【図３】図１の表面処理装置のエレクトロンビームの照
射状態の変化を示す図。

【図４】図１の表面処理装置による表面処理の結果を示
す図。

【図５】本発明の表面処理装置の他の実施形態の概略構
成を示す図。

【図６】図５の表面処理装置の要部概略構成を示す図。

【図７】図５の表面処理装置の要部概略構成を示す図。

【図８】本発明の表面処理装置の他の実施形態の概略構
成を示す図。

【図９】図８の表面処理装置の要部概略構成を示す図。

【図１０】本発明の表面処理装置の他の実施形態の概略
構成を示す図。

【図１１】真空チャンバ内の圧力とシュリンケージとの
関係を示す図。

【図１２】ソフトベークのみを行った場合に発生する物
質の量を示す図。

【図１３】プリベークを行った場合に発生する物質の量
を示す図。

【図１４】プリベークを行う装置の構成例を示す図。

【図１５】プリベークを行う装置の構成例を示す図。

【図１６】プリベークを行う装置の構成例を示す図。

【図１７】プリベークを行う装置の構成例を示す図。

【図１８】プリベークを行う装置の構成例を示す図。

【符号の説明】

Ｗ……ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置台、３
……昇降装置、６……エレクトロンビーム照射機構、６
ａ……ＥＢ管、ＥＢ……エレクトロンビーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 幸一 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 本多 稔 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 AA27 HA03 JA04 5F045 AA14 AF03 BB02 BB16 DP02 DQ08 DQ10 EB08 EB09 EM10 HA19

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を所定の真空雰囲気に設定可能とさ
   れた真空チャンバと、 前記真空チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置され
   る載置台と、 前記被処理基板に電子を照射する電子照射機構と、 前記載置台と、前記電子照射機構との間隔を所望間隔に
   設定する駆動機構とを具備したことを特徴とする表面処
   理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面処理装置において、 前記駆動機構は、前記載置台を上下動させて、当該載置
   台と前記電子照射機構との間隔を所望間隔に設定するよ
   う構成されたことを特徴とする表面処理装置。
3. 【請求項３】 内部を所定の真空雰囲気に設定可能とさ
   れた真空チャンバと、 前記真空チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置され
   る載置台と、 前記被処理基板に電子を照射する電子照射機構と、 前記電子照射機構から射出された電子の軌道を制御する
   電子軌道制御手段とを具備したことを特徴とする表面処
   理装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の表面処理装置において、 前記電子軌道制御手段が、前記被処理基板の周囲を囲む
   ように設けられた電子軌道偏向用部材を具備し、この電
   子軌道偏向用部材の電位によって、電子の軌道を制御す
   るように構成されたことを特徴とする表面処理装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の表面処理装置において、 前記電子軌道偏向用部材の電位を調節する電位制御手段
   を具備したことを特徴とする表面処理装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の表面処理装置において、 前記電位制御手段が、前記電子軌道偏向用部材と接地電
   位との間に設けられた可変抵抗から構成されたことを特
   徴とする表面処理装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の表面処理装置において、 前記電位制御手段が、前記電子軌道偏向用部材に直流電
   圧を印加する可変直流電源から構成されたことを特徴と
   する表面処理装置。
8. 【請求項８】 請求項３記載の表面処理装置において、 前記電子軌道制御手段が、磁場形成手段から構成された
   ことを特徴とする表面処理装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の表面処理装置において、 前記磁場形成手段が、載置台に載置された被処理基板の
   周囲を囲むように、前記真空チャンバの側壁部に沿って
   マルチポール磁場を形成するように構成されたことを特
   徴とする表面処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の表面処理装置におい
    て、 前記磁場形成手段が、前記真空チャンバの周囲で回転
    し、前記マルチポール磁場を回転させるように構成され
    たことを特徴とする表面処理装置。
11. 【請求項１１】 請求項８記載の表面処理装置におい
    て、 前記磁場形成手段が、前記載置台に載置された被処理基
    板の表面に対して垂直方向の磁場を形成するように構成
    されたことを特徴とする表面処理装置。
12. 【請求項１２】 内部を所定の真空雰囲気に設定可能と
    された真空チャンバと、 前記真空チャンバ内に設けられ、被処理基板が載置され
    る載置台と、 前記被処理基板に電子を照射する電子照射機構であっ
    て、当該電子照射機構の内部と前記真空チャンバの内部
    とを気密に仕切る照射窓を有する電子照射機構と、 前記真空チャンバ内の圧力を調節して前記電子照射機構
    から前記被処理基板に照射される電子の状態を制御する
    圧力調節機構とを具備したことを特徴とする表面処理装
    置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の表面処理装置におい
    て、 前記圧力調節機構が１．３３ＫＰａ〜６６．５ＫＰａの
    範囲で前記真空チャンバ内の圧力を調節可能とされてい
    ることを特徴とする表面処理装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３いずれか１項記載の表
    面処理装置において、 前記電子照射機構から照射される電子の量を検出する検
    出機構と、 前記検出機構による検出結果に基づいて、前記電子照射
    機構から所定量の電子が照射されるように制御する制御
    装置とを具備したことを特徴とする表面処理装置。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４いずれか１項記載の表
    面処理装置において、 前記電子照射機構からの電子照射により、前記被処理基
    板の表面改質を行うことを特徴とする表面処理装置。
16. 【請求項１６】 真空チャンバ内に被処理基板を配置
    し、電子照射機構から前記被処理基板に電子を照射して
    表面処理する表面処理方法であって、 前記電子照射機構として当該電子照射機構の内部と前記
    真空チャンバの内部とを気密に仕切る照射窓を有する電
    子照射機構を用い、前記真空チャンバ内の圧力を調節し
    て前記電子照射機構の前記照射窓から前記被処理基板に
    照射される電子の状態を制御することを特徴とする表面
    処理方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の表面処理方法におい
    て、 前記真空チャンバ内の圧力を、１．３３ＫＰａ〜６６．
    ５ＫＰａの範囲で調節することを特徴とする表面処理方
    法。