JP4056855B2 - 表面処理装置 - Google Patents
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Description
【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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、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、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、を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする。
【００１５】
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３の表面処理装置は、請求項２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４の表面処理装置は、請求項２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５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、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とともに、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、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、磁場形成手段から構成された電子軌道制御手段と、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、を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項６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し、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、磁場形成手段から構成された電子軌道制御手段と、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、を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項７の表面処理装置は、請求項１〜６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。
【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、ＥＢ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、６ｂ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６ａ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６ａ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３３０秒である。
【００５３】
図４に示されるように、ギャップが３０ｍｍ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５８ｍｍ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ＥＢ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、ＥＢ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（１０〜５００Ｔｏｒｒ）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ＥＢ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＝Ｈ2 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 Ｈ8 ，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１２）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）１０１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（ＨＰ）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２０２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２０２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）２０６、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（ＣＯＴ）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）２０７、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）２０９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、６ａ……ＥＢ管、ＥＢ……エレクトロンビーム。
【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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、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、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、を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする。
【００１５】
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３の表面処理装置は、請求項２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４の表面処理装置は、請求項２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５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、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とともに、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、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、磁場形成手段から構成された電子軌道制御手段と、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、を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項６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し、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、磁場形成手段から構成された電子軌道制御手段と、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、を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項７の表面処理装置は、請求項１〜６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。
【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、ＥＢ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、６ｂ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６ａ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６ａ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３３０秒である。
【００５３】
図４に示されるように、ギャップが３０ｍｍ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５８ｍｍ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ＥＢ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、ＥＢ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（１０〜５００Ｔｏｒｒ）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ＥＢ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＝Ｈ2 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 Ｈ8 ，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１２）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）１０１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（ＨＰ）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２０２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２０２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）２０６、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（ＣＯＴ）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）２０７、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）２０９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、６ａ……ＥＢ管、ＥＢ……エレクトロンビーム。
Claims (7)
- 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、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、
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、
を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする表面処理装置。 - 請求項１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。 - 請求項２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。 - 請求項２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。 - 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、
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とともに、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、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、磁場形成手段から構成された電子軌道制御手段と、
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、
を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする表面処理装置。 - 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し、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、磁場形成手段から構成された電子軌道制御手段と、
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、
を具備し前記被処理基板表面の絶縁膜又はレジストの改質を行うことを特徴とする表面処理装置。 - 請求項１〜６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。
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