JP5118337B2 - エキシマ真空紫外光照射処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハの一面に形成された薄膜にエキシマ真空紫外光を照射し、薄膜の物性を改質するエキシマ真空紫外光照射処理装置に関する。

ドライ洗浄の対象物であるウエハを収容する処理チャンバーと、チャンバー内に収容されたウエハに紫外光を照射するエキシマランプと、チャンバー内の空気を排気するガス排気装置とを備え、ガス排気装置がチャンバー内を真空にするウエハドライ洗浄装置がある（特許文献１参照）。エキシマランプは、チャンバーの上方に位置するランプハウスに取り付けられている。チャンバーの底部にはウエハを保持するステージが設置され、ランプハウスとステージとの間には空間が形成されている。ランプハウスでは、エキシマランプの直下に板状の石英ガラスが位置し、その石英ガラスとハウスの上壁との間にランプ収容部が形成されている。エキシマランプは、ランプ収容部に固定され、石英ガラスを挟んで空間と隔てられている。このウエハドライ洗浄装置では、エキシマランプから射光された紫外光が石英ガラスを透過してステージ上に位置するウエハに照射され、紫外光によってウエハが洗浄される。
特開２００１−３５８２６号公報

紫外線がガラスを通るときに、ガラスのエネルギーギャップが紫外線の光子エネルギーよりも小さいと、ガラスが紫外線を強く吸収する。ゆえに、前記公報に開示のウエハドライ洗浄装置では、ガラスとして紫外線を吸収し難い石英ガラスを使用している。しかし、エキシマランプから射光された紫外光が石英ガラスに当たると、紫外光のうちの短い波長の光が石英ガラスに吸収され、特定波長の紫外光しかウエハに到達することができず、紫外光のウエハへの照射効率が低下する場合がある。特に、石英ガラスにＳｉＯＨや金属不純物、溶存酸素等の不純物が含まれていると、紫外光の透過性が著しく低下する場合があり、石英ガラスによる紫外光の吸収を無視することはできない。

本発明の目的は、エキシマ真空紫外光ランプから射光されたエキシマ真空紫外光を効率よくウエハに照射することができ、エキシマ真空紫外光を利用してウエハの一面に形成された薄膜を良好に改質することができるエキシマ真空紫外光照射処理装置を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、一面に低誘電率層間絶縁膜が形成されたウエハを載置するウエハ載置部を有する真空チャンバーと、真空チャンバー内を真空に保持する真空装置と、ウエハ載置部に載置されたウエハを所定温度に加熱する加熱装置と、ウエハ載置部に載置されたウエハの低誘電率層間絶縁膜にエキシマ真空紫外光を照射するエキシマ真空紫外光ランプと、真空チャンバーの上下方向上方に位置してエキシマ真空紫外光ランプを固定するランプハウスとを備え、ランプハウスとウエハ載置部との間に所定の空間が形成されたエキシマ真空紫外光照射処理装置である。

前記前提における本発明の特徴として、エキシマ真空紫外光照射処理装置は、エキシマ真空紫外光ランプが一方向へ長い棒状であり、複数本のそれらエキシマ真空紫外光ランプがランプハウスにおいて上下方向と交差する方向へ等間隔で並列に並び、それらエキシマ真空紫外光ランプが真空チャンバー内に露出しつつ、真空状態にある真空チャンバーのウエハ載置部に載置されたウエハの低誘電率層間絶縁膜にエキシマ真空紫外光を直接照射可能であり、それらエキシマ真空紫外光ランプの照度を５〜５０ｍｗ／ｃｍ^２の範囲でそれぞれ個別独立に調節可能であるとともに、エキシマ真空紫外光ランプの下端とウエハ載置部に載置されたウエハの一面との上下方向の離間寸法を昇降機構によって２０〜１００ｍｍの範囲において調節可能であり、エキシマ真空紫外光照射処理装置では、それらエキシマ真空紫外光ランプの照度を５〜５０ｍｗ／ｃｍ ^２ の範囲でそれぞれ個別独立に調節することにより、ウエハの低誘電率層間絶縁膜に照射されるエキシマ真空紫外光に強弱をつけることが可能であり、ウエハの一部分に強いエキシマ真空紫外光を照射すること可能かつウエハの一部分に弱いエキシマ真空紫外光を照射可能であり、ウエハの低誘電率層間絶縁膜の比誘電率（ｋ値）と機械的強度とをある部分では大きく改質しつつある部分では小さく改質することで、低誘電率層間絶縁膜の比誘電率（ｋ値）と機械的強度とを部分的に改質することが可能である。

本発明の一例としては、エキシマ真空紫外光照射処理装置が、真空チャンバー内に不活性ガスを供給するガス供給装置を含み、エキシマ真空紫外光照射処理装置では、真空チャンバー内が真空装置を介して低真空から中真空状態に保持されているときに、ガス供給装置が真空チャンバー内に不活性ガスを供給しつつ、エキシマ真空紫外光ランプが真空チャンバーのウエハ載置部に載置されたウエハの薄膜にエキシマ真空紫外光を照射する。

本発明の他の一例として、エキシマ真空紫外光照射処理装置では、真空チャンバー内の真空圧を１０^４〜１０^−５Ｐａの範囲で調節可能である。

本発明にかかるエキシマ真空紫外光照射処理装置によれば、エキシマ真空紫外光ランプと処理室内に収容されたウエハとの間に介在物がなく、ランプから射光されたエキシマ真空紫外光がウエハの一面に形成された薄膜に直接照射されるから、従来技術の洗浄装置のように、真空紫外光の一部が石英ガラスに吸収されることはなく、ウエハの薄膜に真空紫外光を効率よく当てることができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、ウエハの一面に形成された薄膜にエキシマ真空紫外光を効率よく照射することができ、薄膜の物性を確実かつ良好に改質することができる。

処理室内が真空装置を介して低真空から中真空状態に保持されているときに、ガス供給装置が処理室内に不活性ガスを供給しつつ、エキシマ真空紫外光ランプが処理室内に収容されたウエハの薄膜にエキシマ真空紫外光を照射するエキシマ真空紫外光照射処理装置は、真空状態にある処理室内に不活性ガスを供給することによって、処理室内の熱伝導度が上がり、ウエハを短時間に所定温度に加熱することができ、ウエハの一面に形成された薄膜の物性改質の短縮化を図ることができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、低真空から中真空状態における処理室内に不活性ガスを供給することで、処理室内に存在する酸素を処理室外に排気し、エキシマ真空紫外光が酸素に吸収されることによる真空紫外光の照射効率の低下を防ぐことができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、ウエハの一面に形成された薄膜にエキシマ真空紫外光を効率よく照射することができ、薄膜の物性を確実かつ良好に改質することができる。

エキシマ真空紫外光ランプが一方向へ長い棒状であり、複数本の真空紫外光ランプがランプ固定部において上下方向と交差する方向へ等間隔で並列に並んでいるエキシマ真空紫外光照射処理装置は、それら複数本のエキシマ真空紫外光ランプがウエハの一面に向かってエキシマ真空紫外光を一斉に射光することで、ウエハの一面全域に満遍なく真空紫外光を照射することができ、エキシマ真空紫外光のウエハへの照射ムラを防ぐことができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、それらエキシマ真空紫外光ランプを介してウエハの一面に形成された薄膜にエキシマ真空紫外光を効率よく照射することができ、薄膜の物性を確実かつ良好に改質することができる。

複数本のエキシマ真空紫外光ランプが５〜５０ｍｗ／ｃｍ^２の範囲において個別に照度調節可能なエキシマ真空紫外光照射処理装置は、ウエハの一面全域にエキシマ真空紫外光を満遍なく照射し得るように、それら真空紫外光ランプの照度を個別に調節することができ、それによって、面積の大きなウエハであっても、その一面全域にエキシマ真空紫外光を均一に照射することができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、それら真空紫外光ランプの照度を個別に調節することで、ウエハの一面に照射されるエキシマ真空紫外光に強弱をつけることができ、ウエハの一部分に強い真空紫外光を照射することやウエハの一部分に弱い真空紫外光を照射することができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、ウエハの一面に形成された薄膜の物性をある部分では大きく改質し、ある部分では小さく改質することができ、必要に応じて薄膜の物性を部分的に改質することができる。

エキシマ真空紫外光ランプの下端とウエハ載置部に位置するウエハの一面との上下方向の離間寸法が２０〜１００ｍｍの範囲にあるエキシマ真空紫外光照射処理装置は、エキシマ真空紫外光ランプをウエハに近づけすぎることによる薄膜の急激かつ局所的な物性変化を防ぐことができるとともに、真空紫外光ランプをウエハから遠ざけすぎることによる薄膜の物性改質の長時間化を防ぐことができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、エキシマ真空紫外光ランプとウエハとが前記範囲で離間することで、ウエハの一面に形成された薄膜の物性を適度な速度で良好に改質することができる。

処理室内の真空圧を１０^４〜１０^−５Ｐａの範囲で調節可能なエキシマ真空紫外光照射処理装置は、大気圧に対してわずかに低い低真空から高真空までの広い範囲の真空状態を利用し、ウエハの一面に形成された薄膜の改質を行うことができる。このエキシマ真空紫外光照射処理装置は、薄膜の種類や改質の程度に応じて適当な真空状態を選択することができ、選択した真空状態下で薄膜の最良の改質を行うことができる。

添付の図面を参照し、本発明に係るエキシマ真空紫外光照射処理装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。図１は、一例として示すエキシマ真空紫外光照射処理装置１０の部分破断斜視図であり、図２は、ランプハウス１１を上方へ旋回させた状態で示すエキシマ真空紫外光照射処理装置１０の斜視図である。図３は、図２の３−３線部分拡大断面図であり、図４は、エキシマ真空紫外光ランプ２１の下端３９とウエハ１６の表面１７との間の離間寸法Ｌ１を示すエキシマ真空紫外光照射処理装置１０の部分拡大図である。図１，２では、上下方向を矢印Ａ、前後方向を矢印Ｂで示し、横方向を矢印Ｃで示す。図２では、真空ポンプ１３やガス供給装置１４の図示を省略している。

エキシマ真空紫外光照射処理装置１０は、その上下方向上方に位置するランプハウス１１（ランプ固定部）と、その上下方向下方に位置してウエハ１６を収容可能な処理チャンバー１２（処理室）と、チャンバー１２内を真空に保持する真空ポンプ１３（真空装置）と、チャンバー１２内に窒素やヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを供給するガス供給装置１４と、チャンバー１２に収容されたウエハ１６を所定温度に加熱するヒータ１５（加熱装置）とから形成されている。

ウエハ１６は、その平面形状が円形であり、表面１７（一面）と裏面１８（一面）とを有する。ウエハ１６の表面１７には、薄膜１９が形成されている。ウエハ１６には、シリコンウエハの他に、ガラス基板が含まれる。なお、ウエハ１６はその平面形状が円形であるが、ウエハ１６の平面形状を図示の円形に限定するものではなく、楕円形や四角形、多角形等の他のあらゆる形状のものも含まれる。薄膜１９には、Ｓｉ酸化絶縁膜，Ｓｉ窒化絶縁膜，低誘電率層間絶縁膜，高誘電率層間絶縁膜，強誘電体絶縁膜等の絶縁膜、アルミニウム・アルミニウム合金膜，高融点金属膜，シリサイド膜，導電性窒化膜，Ｃｕ薄膜等の金属・導電膜、エピタキシャル膜，ポリシリコン膜，アモルファス膜等の半導体膜がある。それら薄膜は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって作ることができる。

ランプハウス１１は、その外観形状が前後方向へ長い四角柱状であり、その底部２０に複数本のエキシマ真空紫外光ランプ２１が取り付けられている。ランプハウス１１は、アルミニウムから作られている。ランプハウス１１は、ジュラルミン、超ジュラルミン、Ｙ合金、ラウタル等のアルミニウム軽合金から作ることもできる。ランプハウス１１には、高周波（ＲＦ）電源（図示せず）が収容されている。高周波（ＲＦ）電源は、制御装置（図示せず）に接続されている。高周波（ＲＦ）電源には、線路（図示せず）を介して所定の電力が供給されている。高周波（ＲＦ）電源の周波数や電圧は、制御装置によって設定値に保持される。

ランプハウス１１は、その後端部２２を中心として上下方向へ旋回可能である。ランプハウス１１を上方へ旋回させると、図２に示すように、ランプハウス１１が処理チャンバー１２から上方へ離間し、チャンバー１２の上部開口２３を開けることができる。図２の状態からランプハウス１１を下方へ旋回させると、ランプハウス１１の底部周縁２４とチャンバー１２の頂部周縁２５とが密着し、図１に示すように、チャンバー１２の上部開口２３を閉じることができる。

制御装置は、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータである。制御装置には、線路（図示せず）を介して所定の電力が供給されている。制御装置には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチやキーユニット等の入力装置、ディスプレイやプリンタ等の出力装置がインターフェイスを介して接続されている。ＣＰＵは、メモリに記憶されたオペレーティングシステムによる制御に基づいて、メモリからアプリケーションプログラムを起動し、起動したアプリケーションプログラムに従って、各種のフィードバック制御手段やウエハ１６の搬送手段を実行する。なお、フィードバック制御に必要な各数値は、入力装置を介して制御装置に入力する。

エキシマ真空紫外光ランプ２１は、横方向へ長い棒状であり、図３に示すように、横方向へ長い円筒状の内管２６と、横方向へ長い円筒状の外管２７とから形成されている。外管２７は、内管２６の外周面２８を包被している。ランプ２１は、その横方向両端部（図示せず）がランプハウス１１の底部周縁２４に固定されている。ランプ２１は、ランプハウス１１の底部２０においてその７本が前後方向へ並列に並んでいる。７本のランプ２１は、前後方向へ互いに等しい間隔で離間している。ランプ２１は、それらの横方向両端部を除く全体がランプハウス１１の底部２０から下方に露出している。ランプハウス１１によって処理チャンバー１２の上部開口２３を閉じると、図１に示すように、横方向両端部を除くランプ２１の全体が後記するチャンバー１２の空間３７に露出する。なお、ランプ２１の本数を７本に限定するものではなく、チャンバー１２の容積やウエハ１６の面積等によってその本数を自由に選択することができる。

内管２６の管圧は、略大気圧に保持されている。内管２６の内部には、電極２９が設置されている。内管２６では、その横方向一端部から窒素やヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが供給され、その横方向他端部から不活性ガスが排出されている。ランプ２１では、不活性ガスが内管２６の内部を循環し、電極２９を冷却する。各エキシマ真空紫外光ランプ２１の電極には、高周波（ＲＦ）電源が個別に接続されている。外管２７の管圧は、大気圧よりもわずかに低い圧に保持されている。外管２７の内部（内管２６の外周面２８と外管２７の内周面３０との間）には、キセノンやアルゴン等の放電用ガスが封入されている。

エキシマ真空紫外光ランプ２１では、高周波（ＲＦ）電源によって電極２９に高周波・高電圧を印加することにより、放電用ガスが励起されてエキシマ状態となり、エキシマ状態となった放電用ガスが基底状態に戻る際にエキシマ真空紫外光（ＶＵＶ）を射光する。エキシマ真空紫外光の波長は、外管２７に封入する放電用ガスの種類によって異なるが、概ね１５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下である。ランプ２１は、高周波（ＲＦ）電源によってその照度が別個独立に調節される。高周波（ＲＦ）電源から電極に高周波・高電圧を印加してエキシマ真空紫外光ランプ２１を点灯させると、ランプ２１からエキシマ真空紫外光が射光され、真空紫外光が処理チャンバー１２内に照射される。なお、制御装置を介して高周波（ＲＦ）電源の周波数や電圧を変更することで、ランプ２１の照度を５〜５０ｍｗ／ｃｍ^２の範囲で調節することができる。

処理チャンバー１２は、平面形状が矩形の前後壁３１，３２および両側壁３３と、平面形状が矩形の底壁３４とから形成されている。チャンバー１２には、それら壁３１，３２，３３，３４に囲繞された内部収容域３５が形成されている。チャンバー１２は、ランプハウス１１と同様に、アルミニウムやアルミニウム軽合金から作られている。内部収容域３５は、ウエハ１６を置く円形のステージ３６（ウエハ載置部）と、ランプハウス１１とステージ３６との間の空間３７とから形成されている。ステージ３６にウエハ１６を載せると、ステージ３６の上面とウエハ１６の裏面１８とが当接し、ウエハ１６の表面１７がエキシマ真空紫外光ランプ２１に対向する。

図４に示すように、エキシマ真空紫外光ランプ２１の外管２７の下端３９（外管２７の外周面３８の下端３９）とステージ３６上に位置するウエハ１６の表面１７（ランプ２１に対向する表面１７）との上下方向の離間寸法Ｌ１（ランプ２１とウエハ１６との間の空間３７の上下方向の長さ）は、２０〜１００ｍｍの範囲にある。離間寸法Ｌ１が２０ｍｍ未満では、ランプ２１の照度にもよるが、ランプ２１がウエハ１６に近づき過ぎることによる薄膜１９の急激かつ局所的な物性変化が生じる場合がある。離間寸法Ｌ１が１００ｍｍを超過すると、薄膜１９の物性改質に長時間を要する場合がある。また、物性改質の短縮化を図るため、ランプ２１の照度を必要以上に上げなければならず、電力の無駄な消費につながる。なお、ステージ３６は昇降機構（図示せず）を介して上下方向へ昇降可能であり、ランプ２１とウエハ１６との離間寸法Ｌ１を前記範囲で変えることができる。なお、ステージ３６の平面形状を図示の円形に限定するものではなく、楕円形や四角形、多角形等の他のあらゆる形状を採用することができる。

処理チャンバー１２の前壁３１には、ウエハ１６をステージ３６に導入するとともに、ウエハ１６をチャンバー１２の外側に送出する出入口４０が形成されている。出入口４０には、ウエハ１６の搬送装置（図示せず）が接続されている。出入口４０には、ウエハ１６をステージ３６に導入した後やウエハ１６をチャンバー１２の外側に送出した後に出入口４０を閉塞する自動シャッタ機構（図示せず）が設置されている。チャンバー１２の底壁３４には、２つの開口４１，４２が形成されている。開口４１には給気管４３が接続され、開口４２には排気管４４が接続されている。給気管４３は、ガス供給装置１４につながっている。排気管４４は、真空ポンプ１３につながっている。ガス供給装置１４は、ボンベ４５と流量計（図示せず）と流量調節弁（図示せず）とから形成されている。ボンベ４５には、不活性ガスのうちの窒素が所定の圧力下に封入されている。真空ポンプ１３には、線路（図示せず）を介して所定の電力が供給される。

真空ポンプ１３を稼動させると、チャンバー１２内の空気が排気管４４を通ってチャンバー１２の外側に排出され、チャンバー１２内が真空に保持される。チャンバー１２内の真空圧は、１０^４〜１０^−５Ｐａの範囲で調節可能である。なお、排気管４４には、図示はしていないが、圧力計と圧力調節弁とが取り付けられている。ポンプ１３や圧力計、圧力調節弁は、制御装置に接続され、フィードバック制御の制御要素を形成する。制御装置には、圧力計を介して排気管４４の内圧が入力される。排気管４４の内圧が目標値の範囲から外れると、制御装置は、ポンプ１３の出力や圧力調節弁の弁機構を制御して排気管４４の内圧を目標値に復帰させる。

ガス供給装置１４を稼動させると、ボンベ４５から流出した窒素が吸気管４３を通ってチャンバー１２内に流入する。なお、ガス供給装置１４の稼動中は、真空ポンプ１３も稼動している。チャンバー１２内に流入した窒素は、真空ポンプ１３の吸引力によって排気管４４に流入し、排気管４４を通って装置１０の外側に排出される。ガス供給装置１４を形成する流量計や流量調節弁は、制御装置に接続され、フィードバック制御の制御要素を形成する。制御装置には、流量計を介して給気管４３を流れる窒素の流量が入力される。給気管４３を流れる窒素の流量が目標値の範囲から外れると、制御装置は、流量調節弁の弁機構を制御して流量を目標値に復帰させる。

ヒータ１５は、ステージ３６に内蔵されている。ヒータ１５には、線路（図示せず）を介して所定の電力が供給される。ヒータ１５を稼動させると、ステージ３６が加熱され、ステージ３６上に位置するウエハ１６が２５０〜４００℃に加熱される。なお、ステージ３６には、図示はしていないが、温度計が取り付けられている。ヒータ１５や温度計は、制御装置に接続され、フィードバック制御の制御要素を形成する。制御装置には、温度計を介してステージ３６の温度が入力される。ステージ３６の温度が目標値の範囲から外れると、制御装置は、ヒータ１５の出力を制御してステージ３６の温度を目標値に復帰させる。

図５は、エキシマ真空紫外光の照射の一例を模式的に示すエキシマ真空紫外光照射処理装置１０の断面図である。図５では、上下方向を矢印Ａ、前後方向を矢印Ｂで示し、照射処理装置１０をその側面から示す。図５の態様では、真空ポンプ１３によってチャンバー１２内の真空圧が低真空から中真空状態に保持され、ガス供給装置１４によって窒素がチャンバー１２内に供給されている。なお、ウエハ１６の表面１７には、低誘電率層間絶縁膜１９が形成されているものとする。昇降機構を利用してエキシマ真空紫外光ランプ２１とウエハ１６との離間寸法Ｌ１を調節し、電源を入れてエキシマ真空紫外光照射処理装置１０を起動させる。照射処理装置１０を起動させた後、チャンバー１２内の真空圧が低真空から中真空に保持されるように、入力装置を介して排気管４４の内圧を設定し、チャンバー１２内に供給される窒素の流量が一定に保持されるように、給気管４３を流れる窒素の流量を設定する。さらに、入力装置を介してステージ３６の温度を設定し、エキシマ真空紫外光ランプ２１の照度を個別に設定するとともに、ランプ２１の点灯時間（エキシマ真空紫外光の照射時間）を設定する。ここで、真空圧が低真空の場合は、チャンバー１２内の気圧が１０^４〜１０^２Ｐａに保持され、真空圧が中真空の場合は、チャンバー１２内の気圧が１０^２〜１０^―１Ｐａに保持される。

それら数値を設定し、照射処理装置１０を稼動させると、制御装置は、真空ポンプ１３と圧力調節弁とを稼動させ、矢印Ｌ２で示すように、チャンバー１２内から空気を排出し、チャンバー１２内を減圧してチャンバー１２内を低真空から中真空状態に保持し、ボンベ４５のガス供給口を開くとともに流量調節弁を稼動させ、矢印Ｌ３で示すように、設定量の窒素をチャンバー１２内に流入させる。さらに、ヒータ１５を稼動させてステージ３６の温度を設定温度に加熱する。真空ポンプ１３によってチャンバー１２内から空気が排出され、ガス供給装置１４によって窒素がチャンバー１２内に流入すると、チャンバー１２内に残存する空気中の酸素が排出されてチャンバー１２内が窒素雰囲気になる。チャンバー１２内を窒素雰囲気にすることで、エキシマ真空紫外光ランプ２１から射光されるエキシマ真空紫外光が酸素へ吸収されることを防ぐことができ、真空紫外光をウエハ１６の低誘電率層間絶縁膜１９に効率よく照射させることができる。

チャンバー１２内の気圧が設定した低真空から中真空状態となり、ステージ３６の温度が設定温度になると、制御装置は、ウエハ１６の照射処理装置１０への搬入指令を搬送装置に出力する。搬送装置は、制御装置からの搬入指令に従って、ウエハ１６を照射処理装置１０に搬入する。なお、搬送装置内も設定した低真空から中真空状態に保持されている。ウエハ１６は、搬送装置の搬送機構によってチャンバー１２の出入口４０に搬入される。ウエハ１６が出入口４０に達すると、制御装置は、シャッタ機構を作動させて出入口４０を開け、ウエハ１６を出入口４０からチャンバー１２内に導入する。ウエハ１６がチャンバー１２内に進入すると、制御装置は、シャッタ機構によって出入口４０を気密に閉塞する。チャンバー１２内に進入したウエハ１６は、ステージ３６の中央部に載せられ、その表面１７がエキシマ真空紫外光ランプ２１に対向する。ステージ３６上のウエハ１６は、ヒータ１５によって設定温度（２５０〜４００℃）に加熱される。なお、ガス供給装置１４からチャンバー１２内に窒素が供給されることで、チャンバー１２内の熱伝導度が上がり、ウエハ１６を短時間に加熱することができる。ウエハ１６が設定温度に加熱されると、制御装置は、高周波（ＲＦ）電源からエキシマ真空紫外光ランプ２１の電極に高周波・高電圧を印加し、ランプ２１を点灯させる。ランプ２１から射光されたエキシマ真空紫外光は、設定された照度を保持した状態で、図５に矢印Ｌ４で示すように、ウエハ１６の表面１７に形成された低誘電率層間絶縁膜１９に照射される。

エキシマ真空紫外光がウエハ１６の低誘電率層間絶縁膜１９に照射されると、絶縁膜１９の骨格であるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が強固になる一方、絶縁膜１９の空孔を形成するＳｉ−ＣＨ３結合のうちの弱い部分のみが切断され、安定な部分が残る。絶縁膜１９中の不安定なＳｉ−ＣＨ３結合は消滅し、絶縁膜１９自体は緻密化されて収縮し、空孔径がわずかに増加する。真空紫外光を低誘電率層間絶縁膜１９に照射することにより、絶縁膜１９の比誘電率（ｋ値）が低下するとともに、空孔系は初期の状態を保持したままかあるいはわずかに増加してＳｉ−Ｏの骨格部分が緻密化され、絶縁膜１９全体の機械的強度が向上する。

あらかじめ設定されたエキシマ真空紫外光ランプ２１の点灯時間が経過すると、制御装置は、高周波（ＲＦ）電源を切ってランプ２１を消灯させ、ウエハ１６の照射処理装置１０からの搬出指令を搬送装置に出力する。制御装置は、シャッタ機構を作動させて出入口４０を開け、ウエハ１６を出入口４０からチャンバー１２の外側に送出する。搬送装置は、制御装置からの搬出指令に従って、出入口４０の外側に送出されたウエハ１６を引き取る。照射処理装置１０によって低誘電率層間絶縁膜１９の物性改質が行われたウエハ１６は、搬送装置に移動し、搬送装置の搬送機構によって所定の箇所に搬送される。図５の態様において、チャンバー１２内が中真空状態にあるときは、チャンバー１２内に窒素を供給することなく、中真空状態のまま、エキシマ真空紫外光をウエハ１６の絶縁膜１９に照射する場合もある。

図６は、エキシマ真空紫外光の照射の他の一例を模式的に示すエキシマ真空紫外光照射処理装置１０の断面図である。図６では、上下方向を矢印Ａ、前後方向を矢印Ｂで示し、照射処理装置１０をその側面から示す。図６の態様では、真空ポンプ１３を介してチャンバー１２内の真空度が高真空状態に保持されている。なお、この態様では、ガス供給装置１４が停止しており、チャンバー１２内に窒素は供給されていない。ウエハ１６の表面１７には、図５と同様に、低誘電率層間絶縁膜１９が形成されているものとする。電源を入れてエキシマ真空紫外光照射処理装置１０を起動させた後、チャンバー１２内の真空圧が高真空に保持されるように、入力装置を介して排気管４４の内圧を設定し、ステージ３６の温度を設定する。さらに、入力装置を介してエキシマ真空紫外光ランプ２１の照度を個別に設定し、ランプ２１の点灯時間（エキシマ真空紫外光の照射時間）を設定する。ここで、真空圧が高真空の場合は、チャンバー１２内の気圧が１０^−１〜１０^−５Ｐａに保持される。

それら数値を設定し、照射処理装置１０を稼動させると、制御装置は、真空ポンプ１３と圧力調節弁とを稼動させ、矢印Ｌ２で示すように、チャンバー１２内から空気を排出し、チャンバー１２内を減圧してチャンバー１２内を高真空状態に保持し、ヒータ１５を稼動させてステージ３６の温度を設定温度に加熱する。真空ポンプ１３によってチャンバー１２内から空気が排出され、チャンバー１２内が高真空状態になると、チャンバー１２内に酸素が存在しなくなる。チャンバー１２内に酸素を存在させないことで、エキシマ真空紫外光ランプ２１から射光されるエキシマ真空紫外光が酸素へ吸収されることを防ぐことができ、真空紫外光をウエハ１６の低誘電率層間絶縁膜１９に効率よく照射させることができる。

チャンバー１２内の気圧が設定した高真空状態となり、ステージ３６の温度が設定温度になると、制御装置は、ウエハ１６の照射処理装置１０への搬入指令を搬送装置に出力する。なお、ウエハ１６の装置１０への搬入過程は図５のそれと同一であるから、その説明は省略する。ウエハ１６がチャンバー１２内に進入すると、制御装置は、シャッタ機構によって出入口４０を気密に閉塞する。チャンバー１２内に進入したウエハ１６は、ステージ３６の中央部に載せられる。ステージ３６上のウエハ１６がヒータ１５によって設定温度（２５０〜４００℃）に加熱されると、制御装置は、高周波（ＲＦ）電源からエキシマ真空紫外光ランプ２１の電極に高周波・高電圧を印加し、ランプ２１を点灯させる。

エキシマ真空紫外光ランプ２１から射光されたエキシマ真空紫外光は、設定された照度を保持した状態で、図６に矢印Ｌ４で示すように、ウエハ１６の表面１７に形成された低誘電率層間絶縁膜１９に照射される。エキシマ真空紫外光がウエハ１６の低誘電率層間絶縁膜１９に照射されることで、図５の絶縁膜１９と同様に、絶縁膜１９の比誘電率（ｋ値）が低下するとともに、絶縁膜１９全体の機械的強度が向上する。低誘電率層間絶縁膜１９の物性改質が行われたウエハ１６の装置１０からの搬出過程は図５のそれと同一であるから、その説明は省略する。なお、この実施の形態では薄膜１９として低誘電率層間絶縁膜１９を例に説明したが、この照射処理装置１０は低誘電率層間絶縁膜１９の他の絶縁膜、金属・導電膜、半導体膜の物性改質にも使用することができる。

エキシマ真空紫外光照射処理装置１０は、エキシマ真空紫外光ランプ２１がチャンバー１２内の空間３７に露出しており、ランプ２１とチャンバー１２内に収容されたウエハ１６との間に介在物がなく、ランプ２１から射光されたエキシマ真空紫外光がウエハ１６の表面１７に形成された低誘電率層間絶縁膜１９（薄膜１９）に直接照射されるから、ウエハ１６の低誘電率層間絶縁膜１９に真空紫外光を効率よく照射することができる。照射処理装置１０は、ウエハ１６の表面１７の低誘電率層間絶縁膜１９にエキシマ真空紫外光を効率よく照射することで、絶縁膜１９の比誘電率（ｋ値）を低下させることができるとともに、絶縁膜１９の機械的強度を向上させることができ、絶縁膜１９の物性を確実かつ良好に改質することができる。

エキシマ真空紫外光照射処理装置１０は、エキシマ真空紫外光ランプ２１が一方向へ長い棒状であり、７本のそれらランプ２１がランプハウス１１の底部２０において前後方向へ等間隔で並列に並び、それらランプ２１がウエハ１６の表面１７に向かってエキシマ真空紫外光を一斉に射光するから、ウエハ１６の表面１７に形成された低誘電率層間絶縁膜１９（薄膜１９）全域に満遍なく真空紫外光を照射することができ、真空紫外光のウエハ１６への照射ムラを防ぐことができる。照射処理装置１０は、ウエハ１６の表面１７全域にエキシマ真空紫外光を満遍なく照射し得るように、それら真空紫外光ランプ２１の照度を個別に調節することができ、それによって、表面面積の大きなウエハであっても、その表面全域にエキシマ真空紫外光を均一に照射することができる。また、それらエキシマ真空紫外光ランプ２１の照度を５〜５０ｍｗ／ｃｍ^２の範囲で個別に調節することで、ウエハ１６の表面１７に照射されるエキシマ真空紫外光に強弱をつけることができ、ウエハ１６の一部分に強い真空紫外光を照射することやウエハ１６の一部分に弱い真空紫外光を照射することができる。この照射処理装置１０は、ウエハ１６の表面１７に形成された低誘電率層間絶縁膜１９の物性をある部分では大きく改質し、ある部分では小さく改質することができ、必要に応じて絶縁膜１９の物性を部分的に改質することができる。

エキシマ真空紫外光照射処理装置１０は、エキシマ真空紫外光ランプ２１の下端３９とステージ３６上に位置するウエハ１６の表面１７との上下方向の離間寸法Ｌ１を２０〜１００ｍｍの範囲で調節することができるから、エキシマ真空紫外光ランプ２１をウエハ１６に近づけすぎることによる低誘電率層間絶縁膜１９の急激かつ局所的な物性変化を防ぐことができるとともに、真空紫外光ランプ２１をウエハ１６から遠ざけすぎることによる絶縁膜１９の物性改質の長時間化を防ぐことができ、ウエハ１６に形成された絶縁膜１９の物性を適度な速度で良好に改質することができる。この照射処理装置１０は、チャンバー１２内の真空圧を１０^４〜１０^−５Ｐａの範囲で調節できるから、大気圧に対してわずかに低い低真空から高真空までの広い範囲の真空状態を利用することができ、薄膜１９の種類や改質の程度に応じて適当な真空状態を選択することができ、選択した真空状態下で薄膜１９の最良の改質を行うことができる。

図５の態様におけるエキシマ真空紫外光照射処理装置１０では、チャンバー１２内を低真空から中真空状態に保持しつつ、チャンバー１２内に窒素（不活性ガス）を供給することで、チャンバー１２内に残存する酸素をチャンバー１２外に排気し、エキシマ真空紫外光が酸素に吸収されることによる真空紫外光の照射効率の低下を防ぐことができるから、低誘電率層間絶縁膜１９の比誘電率（ｋ値）を確実に低下させることができるとともに、絶縁膜１９の機械的強度を確実に向上させることができる。図６の態様におけるエキシマ真空紫外光照射処理装置１０では、チャンバー１２内を高真空状態に保持することで、チャンバー１２内に酸素を存在させず、エキシマ真空紫外光が酸素に吸収されることによる真空紫外光の照射効率の低下を防ぐことができから、低誘電率層間絶縁膜１９の比誘電率（ｋ値）を確実に低下させることができるとともに、絶縁膜１９の機械的強度を確実に向上させることができる。

一例として示すエキシマ真空紫外光照射処理装置の部分破断斜視図。 ランプハウスを上方へ旋回させた状態で示すエキシマ真空紫外光照射処理装置の斜視図。 図２の３−３線部分拡大断面図。 ランプの下端とウエハの表面との間の離間寸法を示すエキシマ真空紫外光照射処理装置の部分拡大図。 エキシマ真空紫外光の照射の一例を模式的に示すエキシマ真空紫外光照射処理装置の断面図。 エキシマ真空紫外光の照射の他の一例を模式的に示すエキシマ真空紫外光照射処理装置の断面図。

１０ エキシマ真空紫外光照射処理
１１ ランプハウス（ランプ固定部）
１２ 処理チャンバー（処理室）
１３ 真空ポンプ（真空装置）
１４ ガス供給装置
１５ ヒータ（加熱装置）
１６ ウエハ
１７ 表面
１９ 薄膜（低誘電率層間絶縁膜）
２１ エキシマ真空紫外光ランプ
２６ 内管
２７ 外管
２９ 電極
３６ ステージ（ウエハ載置部）
３７ 空間
３９ 下端
４３ 給気管
４４ 排気管
４５ ボンベ

Claims (3)

1. 一面に低誘電率層間絶縁膜が形成されたウエハを載置するウエハ載置部を有する真空チャンバーと、前記真空チャンバー内を真空に保持する真空装置と、前記ウエハ載置部に載置されたウエハを所定温度に加熱する加熱装置と、前記ウエハ載置部に載置されたウエハの低誘電率層間絶縁膜にエキシマ真空紫外光を照射するエキシマ真空紫外光ランプと、前記真空チャンバーの上下方向上方に位置して前記エキシマ真空紫外光ランプを固定するランプハウスとを備え、前記ランプハウスと前記ウエハ載置部との間に所定の空間が形成されたエキシマ真空紫外光照射処理装置において、
   前記エキシマ真空紫外光照射処理装置は、前記エキシマ真空紫外光ランプが一方向へ長い棒状であり、複数本のそれらエキシマ真空紫外光ランプが前記ランプハウスにおいて上下方向と交差する方向へ等間隔で並列に並び、それらエキシマ真空紫外光ランプが前記真空チャンバー内に露出しつつ、真空状態にある前記真空チャンバーのウエハ載置部に載置されたウエハの低誘電率層間絶縁膜にエキシマ真空紫外光を直接照射可能であり、それらエキシマ真空紫外光ランプの照度を５〜５０ｍｗ／ｃｍ^２の範囲でそれぞれ個別独立に調節可能であるとともに、前記エキシマ真空紫外光ランプの下端と前記ウエハ載置部に載置されたウエハの一面との上下方向の離間寸法を昇降機構によって２０〜１００ｍｍの範囲において調節可能であり、
   前記エキシマ真空紫外光照射処理装置では、それらエキシマ真空紫外光ランプの照度を５〜５０ｍｗ／ｃｍ ^２ の範囲でそれぞれ個別独立に調節することにより、前記ウエハの低誘電率層間絶縁膜に照射されるエキシマ真空紫外光に強弱をつけることが可能であり、前記ウエハの一部分に強いエキシマ真空紫外光を照射すること可能かつ前記ウエハの一部分に弱いエキシマ真空紫外光を照射可能であり、前記ウエハの低誘電率層間絶縁膜の比誘電率（ｋ値）と機械的強度とをある部分では大きく改質しつつある部分では小さく改質することで、前記低誘電率層間絶縁膜の比誘電率（ｋ値）と機械的強度とを部分的に改質することが可能であることを特徴とするエキシマ真空紫外光照射処理装置。
2. 前記エキシマ真空紫外光照射処理装置が、前記真空チャンバー内に不活性ガスを供給するガス供給装置を含み、前記エキシマ真空紫外光照射処理装置では、前記真空チャンバー内が前記真空装置を介して低真空から中真空状態に保持されているときに、前記ガス供給装置が該真空チャンバー内に不活性ガスを供給しつつ、前記エキシマ真空紫外光ランプが該真空チャンバーのウエハ載置部に載置されたウエハの薄膜にエキシマ真空紫外光を照射する請求項１記載のエキシマ真空紫外光照射処理装置。
3. 前記エキシマ真空紫外光照射処理装置では、前記真空チャンバー内の真空圧を１０^４〜１０^−５Ｐａの範囲で調節可能である請求項１または請求項２に記載のエキシマ真空紫外光照射処理装置。

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