WO2002056353A1 - Dispositif de traitement et procede de traitement - Google Patents

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WO2002056353A1
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wafer
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Daisuke Hayashi
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Tokyo Electron Limited
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Definitions

  • the present invention relates to a processing apparatus and a processing method for performing a predetermined process on an object to be processed such as a semiconductor wafer. Background technology
  • various processes such as a film forming process, an etching process, an oxide diffusion process, an annealing process, and a reforming process are performed on a semiconductor wafer to be processed.
  • a metal or metal compound such as WS i (tungsten silicide), Ti (titanium), Ti n (titanium nitride), Ti Si (silicon silicide), or Si 0 2 Or the like is deposited.
  • the deposited film formed as described above is etched to form a desired pattern.
  • a resist film made of an organic compound or the like is uniformly applied on the surface of a deposited film to be etched.
  • the resist film is exposed and developed through a mask having a desired pattern.
  • the resist film is patterned.
  • the resist film is placed on a hot plate or the like, and is heated and hardened to some extent.
  • the resist film In the pattern forming step, it is preferable to make the resist film thin in order to improve the fine workability.
  • the resist film needs to have enhanced etching resistance as an etching mask. Therefore, the resist film is divided into an upper layer and a lower layer, and a thin Si 0 2 In some cases, a film is interposed. Summary of the invention
  • the resist film is fixed on the surface of the deposited film on the wafer, and the resist film is baked to increase the resistance in a subsequent etching step or the like. If these processes are not performed uniformly and sufficiently, cracks will occur on the surface of the resist film in the subsequent etching process, or the surface roughness (roughness) of the resist film will increase to some extent. . In addition, there is also a problem that baking only by heat requires a high temperature and a long time.
  • the structure of the mounting table that simultaneously rotates and revolves on the wafer itself is very complicated, and it is quite difficult to ensure sufficient sealing performance. Further, in the case of a structure in which the wafer rotates, the in-plane uniformity in the wafer processing is not sufficient because the rotation center of the wafer cannot be moved.
  • An object of the present invention is to provide a processing apparatus and a processing method capable of improving the in-plane uniformity of processing of an object to be processed by sequentially changing the inclination direction of a mounting table with a relatively simple configuration. It is in.
  • the present invention provides a mounting table on which an object to be processed can be mounted, a processing container accommodating the mounting table, and a method of tilting the mounting table with respect to a horizontal direction without rotating the mounting table. And a mounting table tilting mechanism that can change the direction of the tilt with time in a state where the processing target is tilted.
  • the object placed on the mounting table is inclined with respect to the horizontal direction without complicating the structure of the processing apparatus itself and without rotating the mounting table itself. As it is, it can be swung so as to change its inclination direction over time. Therefore, for example, when an energy beam irradiation means is provided on the ceiling of the processing container, the surface of the object to be processed can be uniformly irradiated with the energy beam in the surface, so that the processing of the object to be processed can be performed. In-plane uniformity can be improved.
  • the mounting table tilting mechanism includes a plurality of, for example, three mounting table elevating rods that are connected to the back side of the mounting table and can be individually raised and lowered, and lifts and lowers the mounting table elevating rod.
  • a driving unit and a control unit that controls the driving unit.
  • the control unit supplies a drive signal to the drive unit, for example, to control a height position of each mounting table lifting / lowering opening according to a sin curve shifted in phase by a predetermined angle. It is supposed to.
  • a bias signal whose magnitude varies is commonly superimposed on the drive signal.
  • the entire table can be moved up and down (moving up and down) while swinging the mounting table itself. Therefore, it is possible to further improve the in-plane uniformity of the processing of the object to be processed.
  • a bellows that can be expanded and contracted to allow a change in the inclination direction of the mounting table while maintaining airtightness in the processing container is provided. I have.
  • a plurality of electron beam tubes for irradiating the electron beam toward the mounting table while diffusing the electron beam toward the mounting table are provided on a ceiling portion of the processing container.
  • the present invention provides a process for mounting an object to be processed on a mounting table installed in a processing container, and, without rotating the mounting table, tilting the mounting table relative to a horizontal direction. And a step of changing the direction of the inclination with time in the inclined state.
  • the method further comprises the step of irradiating the surface of the object to be processed while diffusing electron beams emitted from the plurality of electron beam tubes.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an arrangement state of electron beam tubes provided on a ceiling portion of the processing container.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an irradiation pattern of a target object irradiated by an electron beam emitted from an electron beam tube.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the arrangement of the mounting table lifting / lowering openings of the mounting table tilting mechanism.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a swinging state of the mounting table.
  • FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining a drive signal supplied to a drive system of the mounting table elevating port.
  • FIG. 7 is a side view showing the operation of the mounting table.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a change in an actual irradiation pattern by an electron beam.
  • FIG. 9 is a sectional configuration diagram showing a modification of the processing apparatus of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a processing apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement state of electron beam tubes provided on a ceiling portion of a processing container
  • FIG. FIG. 4 is a view showing an example of an irradiation pattern of an object to be irradiated by an electron beam
  • FIG. 4 is a perspective view showing an arrangement of a mounting table elevating rod of a mounting table tilting mechanism
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a swinging state of the mounting table.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation
  • FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining a drive signal supplied to the drive system of the mounting table elevating rod
  • FIG. 7 is a side view showing the operation of the mounting table.
  • the processing device 2 is formed in a cylindrical shape or a box shape, and the inside is true. It has a processing container 4 that can be emptied.
  • the processing container 4 is made of, for example, aluminum or the like.
  • a mounting table 6 on which, for example, a semiconductor wafer W is mounted as an object to be processed is provided on the upper surface thereof.
  • the mounting table 6 is formed into a disk shape using, for example, a carbon material or an aluminum compound such as A1N.
  • a resistance heater 8 is embedded as a heating means for heating the semiconductor wafer W mounted on the mounting table 6.
  • a processing gas nozzle 9 is provided as a gas supply means for supplying a required processing gas into the processing container 4.
  • a gate valve 10 that is opened and closed when a wafer W is carried into and out of the processing container 4 is provided on a side wall of the processing container 4.
  • an exhaust port 12 is provided at the bottom peripheral edge of the processing container 4.
  • An exhaust path 14 having a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 12. Thereby, the inside of the processing container 4 can be evacuated.
  • a plurality of electron beam tubes 16 are provided here on the ceiling of the processing container 4 as an energy source of irradiation light for processing the semiconductor wafer W.
  • the electron beam tube 16 is disposed substantially uniformly over substantially the entire region of the container ceiling as shown in FIGS.
  • a rectangular irradiation window 20 is provided at the lower end of each electron beam tube 16.
  • the irradiation window 20 has a thin silicon film 22 that transmits an electron beam.
  • a filament 18 is provided in each electron beam tube 16. Electrons generated from the filament 18 are accelerated into a beam by an acceleration electrode (not shown), and introduced into the processing vessel 4 through the transmission window 20. The introduced electron beam 24 irradiates the wafer surface while diffusing.
  • FIG. 2 shows a state in which 19 electron beam tubes 16 are arranged.
  • FIG. 3 shows an irradiation pattern 26 formed on the surface of the wafer W by the electron beam 24 emitted from each electron beam tube 16.
  • the arrangement of the electron beam tubes 16 and the respective electrons are such that the substantially circular irradiation patterns 26 are substantially circumscribed with each other when the mounting table 6 and the wafer W are in a horizontal state at the reference horizontal position.
  • the distance H 1 between the beam tube 16 and the mounting table 6 is set.
  • a cooling gas nozzle 27 is provided. From the cooling gas nozzle 27, for example, an inert nitrogen gas is injected as a cooling gas. Thereby, the transmission window 20 that tends to be heated by the electron beam 24 is cooled.
  • the mounting table 6 is swingably supported in a tilted state by a mounting table tilting mechanism 28 which is a feature of the present invention (see FIG. 5). Specifically, as shown in FIG. 4, three or more mounting table tilt mechanisms 28 are disposed at substantially equal intervals and substantially isotropically from the center of the circular mounting table 6.
  • the table has a loading table elevating opening 30A, 30B, 30C. Each of the rods 30A to 30C extends downward through a large-diameter load hole 32 provided in the container bottom.
  • Auxiliary arms 34 A, 34 B, and 34 C each having a short length, such as a pin connection, are rotatably connected to the upper ends of the mounting table lifting ports 30 A to 30 C, respectively. .
  • auxiliary arms 34 A to 34 C are connected to the connection protrusions 36 A, 3 A, which are provided on the back side of the mounting table 6 at approximately 120 ° intervals about the center of the mounting table. 6B and 36C are rotatably connected, for example, by pin connection. Therefore, by moving each of the lifting rods 30A to 3 ° C up and down by a predetermined phase angle with respect to each other, as shown in FIG. 5, this can be done without rotating the mounting table 6 itself. In the state of being inclined at a predetermined angle, the direction of inclination can be changed over time (temporarily) and rocked. That is, a swinging motion can be generated.
  • Guide sleeves 38A to 38C are provided in the middle of the mounting table elevating doors 30A to 30C.
  • the guide sleeves 38A to 38C can guide each of the lift ports 30A to 30C so that each of the lift ports 30A to 30C can move smoothly in the vertical direction. It is like that.
  • a driving system 40A to 40C composed of, for example, a linear motor or the like, which generates a driving force for elevating the rod, is provided. It is connected.
  • each drive system 40 A to 40 C By controlling the drive systems 40 A to 40 C, the up and down movement of each rod 30 A to 30 C is controlled.c
  • the operation of each drive system 40 A to 40 C is, for example, It is controlled by drive signals 44 A, 44 B, and 44 C from a control unit 42 composed of a microcomputer and the like.
  • a large-diameter bellows 46 made of a bellows-shaped metal plate and made to be expandable and contractible is provided so as to surround all the elevating rods 30A to 30C. Thereby, the vertical movement of the mounting table 6 is allowed while the airtightness in the processing container 4 is maintained.
  • a ring-shaped connecting ring 48 is arranged on the outer peripheral side of the bellows 46 and below the mounting table 6. From the connection ring 48, a plurality of, for example, three lift pins 50 (only two are shown in FIG. 1) stand at substantially equal intervals.
  • the connection ring 48 is connected to a push-up bar 54 that moves up and down through the bottom of the container. Between the lower part of the push-up bar 54 and the lower surface of the container bottom, a bellows 56 expandable and contractable so that the push-up bar 54 can be moved up and down while maintaining the airtight state in the processing vessel 4. It is interposed.
  • the lift pins 50 pass through lifter pin holes 52 provided on the mounting table 6 to contact the lower surface of the wafer W to lift the wafer W, or It can be lowered.
  • the gate valve 10 provided on the side wall of the processing container 4 is opened, and the wafer W is loaded into the processing container 4 by the transfer arm (not shown).
  • the lift pin 50 is pushed up and protrudes from the mounting table 6.
  • the wafer W is transferred onto the protruding lift pins 50.
  • the wafer W is mounted on the mounting table 6 by lowering the lift bar 54 by lowering the lift bar 54. It is assumed that a resist film is uniformly coated on the surface of the wafer W in a previous step.
  • a mixed gas such as N 2 , He, O 2 , H 2, etc. as a processing gas, and N 2 gas (O 2 concentration of less than 300 ppm) in this embodiment.
  • a mixed gas such as N 2 , He, O 2 , H 2, etc.
  • N 2 gas O 2 concentration of less than 300 ppm
  • the wafer W is heated to a predetermined temperature, for example, in the range of room temperature to 500 ° C., or about 100 ° C. in the case of the present embodiment, by the resistance heating heater 8 of the mounting table 6. Will be maintained.
  • the electron beam 24 is set to an acceleration energy of 5 to 15 keV, in this embodiment, about 6 keV, and is emitted while being diffused from each electron beam tube 16. .
  • the surface of the wafer W on the mounting table 6 is irradiated with the electron beam 24 (dose amount: 2 m C), and the sintering process or the reforming process of the resist film formed on the wafer surface is performed.
  • the mounting table tilting mechanism 28 supporting the mounting table 6 is driven, and the mounting table 6 is not rotated while the mounting table 6 is tilted with respect to the horizontal direction.
  • the inclination direction is changed over time. That is, a swinging motion as shown in FIG. 5 is performed.
  • the three mounting table elevating rods 30 to 30 ° may be sequentially moved up and down at predetermined intervals.
  • the drive signals 44 A and 60 B S 60 C having three sign curves whose phases are shifted by 120 degrees in electrical angle are included.
  • A, 44B, and 44C (see FIG. 1) are supplied to each drive system 40A, 4OB, and 40C.
  • Each hatch head 3 0 A, 3 0 B, 3 0 C is thereby c that it is moved up and down by it's sine component, as shown in FIG. 7, table 6 is substantially the horizontal direction While maintaining a constant angle of 0, they do so-called swing motion without rotating.
  • the angle 0 varies depending on the vertical stroke amount of each of the elevator doors 30A to 30C, but is preferably set within a range of, for example, about 5 to 20 degrees.
  • the mounting table 6 when the mounting table 6 is inclined, the position of the center 0 of the mounting table 6 slightly moves in the radial direction. That is, the mounting table 6 performs an eccentric motion.
  • the amount of eccentricity at that time depends on the auxiliary arms 34 A to 34 C rotatably connected to the upper ends of the mounting table elevating rods 30 A to 30 C. It can be absorbed by bending against each other.
  • the mounting table 6 makes a so-called swinging motion, so that the distance between the electron beam tube 16 and each part on the mounting table 6 increases or decreases. Accordingly, each of the circular irradiation patterns 26 of the electron beam as shown in FIG. 3 sequentially increases or decreases in diameter. Thereby, the electron beam can be irradiated substantially uniformly without biasing the wafer surface. In other words, in the wafer processing plane Uniformity can be greatly improved.
  • FIG. 8 shows the results of simulations in which the tilted wafer is rotated about the wafer center axis.
  • FIG. 8 (A) shows the case where the inclination angle ⁇ of the mounting table (wafer) 6 is 5 degrees
  • FIG. 8 (B) shows the case where the inclination angle 0 is 10 degrees.
  • the state in which the head has been advanced by 20 degrees to the right is shown with the wafer position kept constant.
  • the distance HI (see FIG. 1) between the mounting table 6 and the electron beam tube 16 is set to 60 mm.
  • the irradiation pattern on the side farther from the electron beam tube 16 (left side in the figure) 26 has a large diameter, and the adjacent irradiation patterns overlap each other, creating a part that overlaps. are doing. This overlapping portion becomes wider as the inclination angle 0 increases. However, if the inclination angle 0 is excessively large, for example, exceeding 20 degrees, the irradiation pattern (right side in the drawing) 26 on the side closer to the electron beam tube 16 is not preferably irradiated on the wafer.
  • the inclination angle 0 is smaller than 5 degrees, the irradiation amount at the boundary between the adjacent irradiation patterns tends to be smaller than the other parts, and the in-plane uniformity of the wafer processing can be maintained. It is not preferable because it disappears.
  • the reforming process time is several minutes, but during this time, at least one or more, for example, multiple swing motions is required to improve the in-plane uniformity of wafer processing. Preferred. In this case, it is desirable to keep the flow rate at a maximum of once per second or less in terms of dust generation or load on the mounting table tilt mechanism 28.
  • a bias signal whose magnitude varies for example, a bias signal 64 having a sine curve, is commonly superimposed and added to each of the drive signals 44A to 44C.
  • the cycle of the bias signal 64 is the same as that of the drive signal 44 A to 44 It is preferable that the period be different from the period of c. In this case, it is possible to prevent a specific location on the wafer from approaching the electron beam tube 16 intensively.
  • the in-wafer uniformity of the electron beam irradiation could be controlled to less than ⁇ 10%.
  • the distance H1 between the mounting table 6 and the electron beam tube 16 is not limited to 60 mm. Although it depends on the diffusion angle of the electron beam 24, the distance HI may be practically within a range of about 20 to 90 mm.
  • the pressure in the processing container 4 when irradiating the electron beam that is, the process pressure may be an atmospheric pressure atmosphere. However, considering the straightness or effectiveness of the electron, the process pressure, 66. 7KPa (500 T 0 rr ) or less, more and more preferably 40KPa (300 To rr) below is preferable c process pressure is low, electrons straight And the chemical adverse effects of impurity gases are reduced. However, no significant difference is seen below 1330 Pa (10 Torr).
  • the lower limit of the process pressure may be about 1330 Pa ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • Edzuchin grayed etching gas: CF 4 Z0 2 Ar
  • surface roughness of the registry film after processing was about 3. 04 nm.
  • the surface roughness of the resist film after the etching treatment was about 0.27 nm.
  • the large-diameter bellows 46 is provided so as to surround the entire outer circumference of the three mounting table lifting / lowering openings 30A to 30C.
  • the present invention is not limited to this.
  • small-diameter bellows 68A, 68B, 68C may be provided so as to individually surround the mounting table elevating rods 30A to 30C.
  • rod holes 70 A, 70 B, and 70 C having small diameters may be provided for the rod holes at the bottom of the container in correspondence with the rods 30 A to 30 C, respectively.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied to control of the dielectric constant of an organic silicon oxide film and the like.
  • the structure for swinging the mounting table 6 as described above is not limited to the processing apparatus for the reforming processing using the electron beam, but may be a film forming processing apparatus, an etching processing apparatus using plasma, an oxidizing apparatus, or the like.
  • the present invention can also be applied to a diffusion treatment device, an annealing treatment device, and the like.
  • the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate, an LCD substrate, or the like.

Description

明 細 書 処理装置及び処理方法 技 術 分 野
本発明は、 半導体ウェハ等の被処理体に所定の処理を施す処理装置及び処理方 法に関する。 背 景 技 術
一般に、 半導体集積回路の製造工程においては、 被処理体である半導体ウェハ に対して、 成膜処理、 エッチング処理、 酸化拡散処理、 ァニール処理、 改質処理 等の種々の処理が行われている。 例えばエッチング処理を例にとれば、 ウェハ表 面に配線パターンを形成するために、 或いは、 配線間等の凹部を埋め込むために、 アルミニウム（ A 1 )、 C u (銅） 、 W (タングステン） 、 W S i (タングステン シリサイ ド） 、 T i (チタン） 、 T i N (チタンナイ トライ ド） 、 T i S i (チ 夕ンシリサイ ド） 等の金属或いは金属化合物を堆積させたり、 または、 S i 02 等の絶縁膜を堆積させたりする。
そして、 上述したように形成された堆積膜がエッチングされて、 所望のパ夕一 ンに形成される。 一般的なエッチング処理では、 まず、 エッチングの対象となる 堆積膜の表面に、 有機化合物等よりなるレジスト膜が均一に塗布される。 そして、 このレジスト膜が、 所望のパターンのマスクを介して露光されて現像される。 こ れにより、 上記レジスト膜がパターン化される。 その後、 このレジスト膜は、 ホ ットプレートなどに載せられて、 ある程度の熱を加えられて焼き固められる。 ノ 夕一ン化されたレジスト膜をマスクとして用いて、 下層の堆積膜をエッチングす ることにより、 溝加工や穴加工等を施すことができる。
尚、 上記パターン形成工程において、 微細加工性を改良するために、 レジスト 膜を薄くすることが好ましい。 また、 レジスト膜は、 ェヅチングマスクとしての 耐エッチング性を高める必要がある。 従って、 レジスト膜は上層と下層とに 2分 割されて、 上下層間に S O G ( S p i n O n G 1 a s s )による薄い S i 02 膜を介在させる場合もある。 発 明 の 要 旨
上述したように、 ウェハの堆積膜の表面にレジスト膜が固定され、 その後のェ ヅチング工程などにおける耐性を高めるためにレジスト膜が焼き固められる。 こ れらの処理が均一且つ十分になされないと、 その後のエツチング工程などにおい て、 レジスト膜の表面にクラックが発生したり、 或いは、 レジスト膜の表面粗さ (ラフネス） がある程度大きくなつてしまう。 また、 熱のみによる焼き固めでは、 高温 ·長時間を要する、 という問題もあった。
従来の半導体製造工程におけるデザインルールは、 それ程厳しくない。 従って、 上述したようなクラックの発生や表面粗さの増加は、 それ程深刻な問題ではなか つた。 しかしながら、 最近の高集積化及び高微細化の更なる要請により線幅がサ ブミクロン程度まで微細化すると、 上述したようなクラックの発生や表面粗さの 増加が、 被ェッチング材料のェッチング形状に悪影響を及ぼし得る。
また、 半導体ウェハに対して各種の処理が施される際には、 その処理がウェハ 面内に均一に施される必要がある。 そのため、 従来にあっては、 ウェハを保持す る載置台構造が工夫されて、 ウェハを傾斜させたままこれを自転させたり、 或い は、 自転と公転を同時に加えたりすることが行われている （例えば特開昭 6 2— 7 3 7 2 6号公報、 特開平 5— 3 2 6 4 5 4号公報等） 。
しかしながら、 ウェハ自体に自転と公転とを同時に加える載置台の構造は、 非 常に複雑であり、 シール性を十分に確保することもかなり困難である。 また、 ゥ ェハを自転させる構造の場合には、 ウェハの回転中心が移動できないため、 ゥェ ハ処理における面内均一性が十分でない。
本発明は、 以上のような問題点に着目し、 これを有効に解決すべく創案された ものである。 本発明の目的は、 比較的簡単な構成で載置台の傾斜方向を順次変化 させることにより、 被処理体の処理の面内均一性を向上させることが可能な処理 装置及び処理方法を提供することにある。
本発明は、 被処理体が載置され得る載置台と、 前記載置台を収容する処理容器 と、 前記載置台を回転させることなく、 前記載置台を水平方向に対して傾斜させ た状態で当該傾斜の方向を経時的に変化させることができる載置台傾斜機構と、 を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置である。
本発明によれば、 処理装置自体の構造をそれ程複雑化させることなく、 しかも、 載置台自体を回転させることなく、 載置台上に載置された被処理体を水平方向に 対して傾斜させたまま、 その傾斜方向を経時的に変化させるように揺動させるこ とができる。 従って、 例えば処理容器の天井部にエネルギー線の照射手段が設け られている場合には、 被処理体の表面にエネルギー線を面内均一に照射させるこ とができるので、 被処理体の処理の面内均一性を向上させることが可能になる。 好ましくは、 前記載置台傾斜機構は、 前記載置台の裏面側に連結されて個別に 独立して昇降され得る複数本、 例えば 3本、 の載置台昇降ロッドと、 前記載置台 昇降ロッドを昇降させる駆動部と、 前記駆動部を制御する制御部と、 を有する。 前記制御部は、 例えば、 前記駆動部に対して、 所定の角度ずつ位相がずれたサ ィン曲線に従つて各載置台昇降口ッドの高さ位置を制御するような駆動信号を供 給するようになっている。
この場合、 好ましくは、 前記駆動信号には、 大きさが変動するバイアス信号が、 共通に重畳されるようになっている。
これによれば、 載置台自体を揺動させながら、 この全体を上下移動 （昇降移 動） させることが可能となる。 従って、 被処理体の処理の面内均一性を一層向上 させることが可能となる。
また、 好ましくは、 前記処理容器の底部と前記載置台との間に、 前記処理容器 内の気密性を維持しつつ前記載置台の傾斜方向の変化を許容するめに伸縮可能な ベローズが設けられている。
また、 例えば、 前記処理容器の天井部には、 前記載置台に向けて電子ビームを 拡散させつつ照射するための複数の電子ビーム管が設置されている。
これにより、 載置台上に載置されている被処理体に対して、 その面内均一に電 子ビームを照射して処理の面内均一性を向上させることが可能となる。 また、 こ のような処理は、 熱のみの処理と比較して、 低温かつ短時間で実施可能である。 また、 本発明は、 処理容器内に設置された載置台に、 被処理体を載置する工程 と、 前記載置台を回転させることなく、 前記載置台を水平方向に対して傾斜させ た状態で当該傾斜の方向を経時的に変化させる工程と、 を備えたことを特徴とす る被処理体の処理方法である。
好ましくは、 前記被処理体の表面に、 複数の電子ビーム管から放射される電子 ビームを拡散させつつ照射させる工程を更に備えている。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る処理装置を示す概略断面図である。
図 2は、 処理容器の天井部に設けられた電子ビーム管の配列状態を示す図であ る。
図 3は、 電子ビ一ム管から放射される電子ビームによって照射される被処理体 の照射パターンの一例を示す図である。
図 4は、 載置台傾斜機構の載置台昇降口ッドの配列を示す斜視図である。 図 5は、 載置台の揺動状態を説明するための模式図である。
図 6は、 載置台昇降口ッドの駆動系へ供給される駆動信号を説明する信号波形 図である。
図 7は、 載置台の動作を示す側面図である。
図 8は、 電子ビームによる実際の照射パターンの変化の一例を示す図である。 図 9は、 本発明の処理装置の変形例を示す断面構成図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明に係る処理装置及び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて 詳述する。 図 1は、 本発明に係る処理装置を示す断面構成図、 図 2は、 処理容器 の天井部に設けられた電子ビーム管の配列状態を示す図、 図 3は、 電子ビーム管 から放射される電子ビームによって照射される被処理体の照射パターンの一例を 示す図、 図 4は、 載置台傾斜機構の載置台昇降ロッドの配列を示す斜視図、 図 5 は、 載置台の揺動状態を説明するための模式図、 図 6は、 載置台昇降ロッドの駆 動系に供給される駆動信号を説明する信号波形図、 図 7は、 載置台の動作を示す 側面図である。
図 1に示すように、 処理装置 2は、 円筒体状或いは箱状に形成されて内部が真 空引き可能になされた処理容器 4を有している。 処理容器 4は、 例えばアルミ二 ゥム等により構成される。 処理容器 4内には、 その上面に被処理体として例えば 半導体ウェハ Wが載置される載置台 6が設けられている。 この載置台 6は、 例え ばカーボン素材や A 1 N等のアルミ化合物等により円板状に'成形されている。 載 置台 6の内部には、 載置台 6の上に載置された半導体ウェハ Wを加熱するための 加熱手段として、 抵抗加熱ヒータ 8が埋設されている。
処理容器 4の側壁には、 処理容器 4内へ必要な処理ガスを供給するためのガス 供給手段として処理ガスノズル 9が設けられている。 また、 処理容器 4の側壁に は、 ウェハ Wを処理容器 4内へ搬出入する際に開閉されるゲートバルブ 1 0も設 けられている。
また、 処理容器 4の底部周縁部には、 排気口 1 2が設けられている。 この排気 口 1 2には、 図示しない真空ポンプを有する排気路 1 4が接続されている。 これ により、 処理容器 4内は真空引きできるようになつている。
処理容器 4の天井部には、 半導体ウェハ Wに対して処理を行う照射線のェネル ギ一源として、 ここでは複数の電子ビーム管 1 6が設けられている。 この電子ビ —ム管 1 6は、 ウェハ表面の略全域を照射するために、 図 1及び図 2に示すよう に、 容器天井部の略全域に豆って、 略均等に配置されている。 各電子ビーム管 1 6の下端には、 長方形状になされた照射窓 2 0が設けられている。 照射窓 2 0は、 電子ビームを透過する薄いシリコン膜 2 2を有している。 各電子ビーム管 1 6内 には、 フィラメント 1 8が設けられている。 このフィラメント 1 8より発生する 電子が、 図示しない加速電極でビーム状に加速されて、 上記透過窓 2 0を介して 処理容器 4内へ導入される。 この導入された電子ビーム 2 4は、 拡散しつつ、 ゥ ェハ面に照射されるようになっている。 図 2は、 1 9個の電子ビーム管 1 6が配 置された状態を示している。 図 3は、 各電子ビ一ム管 1 6より放射された電子ビ —ム 2 4がウェハ Wの面上で形成する照射パターン 2 6を示している。 ここで、 載置台 6及びウェハ Wが基準となる水平位置で水平状態にある時に略円形の各照 射パターン 2 6が互いに略外接するように、 各電子ビーム管 1 6の配列及び各電 子ビーム管 1 6と載置台 6との間の距離 H 1が設定されている。
各電子ビーム管 1 6の透過窓 2 0の近傍に開口するように、 容器天井部には冷 却ガスノズル 2 7が設けられている。 冷却ガスノズル 2 7から、 冷却ガスとして 例えば不活性な窒素ガスが噴射される。 これにより、 電子ビーム 2 4によって加 熱される傾向にある透過窓 2 0が冷却されるようになっている。
載置台 6は、 本発明の特徴である載置台傾斜機構 2 8により、 傾斜した状態で 揺動可能に支持されている （図 5参照） 。 具体的には、 図 4に示すように、 載置 台傾斜機構 2 8は、 上記円形の載置台 6の中心から略等間隔かつ略等方的に配置 された 3本以上、 図示例では 3本、 の載置台昇降口ッド 3 0 A、 3 0 B、 3 0 C を有している。 各ロッド 3 0 A〜3 0 Cは、 容器底部に設けられた大口径のロヅ ド孔 3 2を通って下方に延びている。 各載置台昇降口ヅド 3 0 A〜3 0 Cの上端 には、 それぞれ回動自在に例えばピン接続により長さの短い補助アーム 3 4 A、 3 4 B、 3 4 Cが接続されている。 各補助アーム 3 4 A〜 3 4 Cの先端は、 載置 台 6の裏面側に載置台中心を中心として略 1 2 0度間隔で等方的に設けられた接 続突起 3 6 A、 3 6 B、 3 6 Cに、 例えばピン接続により回動自在に連結されて いる。 従って、 上記各昇降ロッド 3 0 A〜 3◦ Cを互いに所定の位相角度だけず らして昇降移動させることにより、 図 5にも示すように、 載置台 6自体を回転さ せることなく、 これを所定の角度で傾斜させた状態で当該傾斜方向を時間的に (経時的に） 変化させて揺動させることができる。 すなわち、 首振り運動を生ぜ しめることができる。
上記各載置台昇降口ッド 3 0 A〜3 0 Cの途中には、 それそれ案内スリーブ 3 8 A〜3 8 Cが設けられている。 案内スリーブ 3 8 A~ 3 8 Cは、 各昇降口ヅ ド 3 0 A〜3 0 Cが上下方向へ円滑に移動できるように、 各昇降口ヅド 3 0 A〜 3 0 Cを案内し得るようになつている。 また、 各載置台昇降口ッド 3 0 A〜3 0 Cの下端部には、 当該ロッドの昇降のための駆動力を発生する例えばリニアモー 夕等よりなる駆動系 4 0 A〜4 0 Cが接続されている。 この駆動系 4 0 A〜4 0 Cの制御を行うことにより、 各ロッド 3 0 A〜3 0 Cの上下動の制御が行われる c 各駆動系 4 0 A〜4 0 Cの動作は、 例えばマイクロコンピュー夕等よりなる制御 部 4 2からの駆動信号 4 4 A、 4 4 B、 4 4 Cにより制御されるようになってい る。
そして、 上記載置台 6の裏面側の周縁部と上記ロッド孔 3 2が形成された容器 底部との間には、 上記全ての昇降ロッド 3 0 A〜3 0 Cを囲むようにして、 蛇腹 状の金属板よりなる伸縮可能になされた大口径のベローズ 4 6が接合されて設け られている。 これにより、 処理容器 4内の気密性が維持されつつ、 上記載置台 6 の上下方向の移動が許容されるようになっている。
このべローズ 4 6の外周側、 かつ、 上記載置台 6の下方には、 璟状の連結リン グ 4 8が配置されている。 当該連結リング 4 8から、 複数本例えば 3本のリフ夕 ピン 5 0 (図 1では 2本のみ記す） が略等間隔で起立している。 連結リング 4 8 は、 容器底部を貫通して昇降する押し上げ棒 5 4に連結されている。 押し上げ棒 5 4の下方部と容器底部の下面との間には、 処理容器 4内の気密状態を保持しつ つ押し上げ棒 5 4の昇降移動を可能とするために伸縮可能なベローズ 5 6が介設 されている。 押し上げ棒 5 4及び連結リング 4 8の昇降により、 リフ夕ピン 5 0 は、 載置台 6に設けられたリフタピン穴 5 2を通って、 ウェハ Wの下面に当接し、 ウェハ Wを持ち上げ、 或いは、 持ち下げることができるようになつている。
次に、 以上のように構成された処理装置を用いて行なわれる本発明の処理方法 の一例として、 例えばレジスト膜の改質処理が説明される。
まず、 処理容器 4の側壁に設けられたゲートバルブ 1 0が開いて搬送アーム (図示せず）により処理容器 4内にウェハ Wが搬入される。 一方、 リフ夕ピン 5 0 が押し上げられて、 載置台 6から突出する。 ウェハ Wは、 突出するリフ夕ピン 5 0上に受け渡される。 そして、 リフ夕ピン 5 0が、 押し上げ棒 5 4を下げるこ とにより降下することによって、 ウェハ Wが載置台 6上に載置される。 尚、 この ウェハ Wの表面には、 前工程にて予めレジスト膜が均一にコーティングされてい るものとする。
次に、 図示しない処理ガス源から、 処理ガスとしての例えば N 2、 H e、 0 2、 H 2 等の混合ガス、 本実施例の場合には N 2 ガス （02 濃度 3 0 0 p p m未満） が処理ガスノズル 9を介して処理容器 4内へ導入される。 また、 排気口 1 2から 内部雰囲気が吸引排気されて、 処理容器 4内が所定の真空度に設定される。 さら に、 載置台 6の抵抗加熱ヒー夕 8により、 ウェハ Wが所定の温度、 例えば室温か ら 5 0 0 °Cの範囲内、 本実施例の場合には 1 0 0 °C程度、 に加熱維持される。 そして、 処理容器 4の天井部に設けられた複数の電子ビーム管 1 6が駆動され て、 電子ビーム 2 4が、 5 ~ 1 5 k e Vの範囲内、 本実施例の場合には 6 k e V 程度、 の加速エネルギに設定され、 各電子ビーム管 1 6から拡散されつつ放射さ れる。 これにより、 載置台 6上のウェハ Wの表面が電子ビーム 2 4により照射さ れ （ドーズ量 2 m C )、 ウェハ表面に形成されているレジスト膜の焼結処理乃至 改質処理が行われる。
この時、 同時に、 載置台 6を支持している載置台傾斜機構 2 8が駆動して、 載 置台 6を水平方向に対して傾斜させた状態で、 この載置台 6を回転させることな く、 その傾斜方向を経時的に変化させる。 すなわち、 いわゆる図 5に示したよう な首振り動作が行われる。 この首振り動作を行うためには、 3本の各載置台昇降 ロッド3 0八〜3 0〇を、 それそれ所定の間隔をずらして、 順次連続的に昇降移 動させればよい。
具体的には、 図 6に示すように、 電気角で位相が 1 2 0度ずつずれた 3つのサ イン曲線の信号 6 0 A、 6 0 B S 6 0 Cの成分を含む駆動信号 4 4 A、 4 4 B、 4 4 C (図 1参照） が各駆動系 4 0 A、 4 O B, 4 0 Cへ供給される。 各昇降口 ッド 3 0 A、 3 0 B、 3 0 Cは、 それそれのサイン成分によって昇降移動される c これにより、 図 7に示すように、 載置台 6は、 水平方向に対して略一定の角度 0 を維持した状態で、 回転することなく、 いわゆる首振り運動をすることになる。 この角度 0は、 各昇降口ッド 3 0 A〜3 0 Cの上下方向のストローク量によって も異なるが、 例えば 5〜 2 0度程度の範囲内に設定するのがよい。
この場合、 図 7に示すように、 載置台 6が傾斜することによって、 載置台 6の 中心 0の位置がその半径方向へ若干移動する。 すなわち、 載置台 6は、 偏心運動 をすることになる。 しかしながら、 その時の偏心量は、 各載置台昇降ロッド 3 0 A- 3 0 Cの上端に回転自在に連結した補助アーム 3 4 A〜 3 4 Cが各昇降口ッ ド 3 0 A〜3 0 Cに対してそれそれ屈曲することで、 吸収され得る。
このように、 載置台 6がいわゆる首振り運動をすることにより、 載置台 6上の 各部位は、 電子ビーム管 1 6との間の距離が大きくなつたり、 小さくなつたりす る。 従って、 図 3に示すような電子ビームの円形の各照射パターン 2 6は、 順番 にその直径が大きくなつたり小さくなつたりする。 これにより、 ウェハ表面に電 子ビームが偏ることなく、 略均一に照射され得る。 すなわち、 ウェハ処理の面内 均一性が大幅に向上され得る。
ここで、 電子ビームによる実際の照射パターンの変化の一例について、 図 8を 参照して説明する。 図 8は、 シミュレーションにより、 傾斜したウェハがウェハ 中心軸に対して回転した場合について計算したものである。 これにより本願の構 成の適切な傾斜角度を概ね求めることができる。 図 8中において、 図 8 (A) は 載置台 （ウェハ） 6の傾斜角度 Θが 5度、 図 8 ( B ) は傾斜角度 0が 1 0度の場 合を示しており、 それそれ左側から右側へ 2 0度ずつ首振りが進んだ状態をゥェ ハ位置を一定として示している。 また、 載置台 6と電子ビーム管 1 6との間の距 離 H I (図 1参照） は、 6 0 mmに設定している。
図 8に示すように、 電子ビーム管 1 6に遠い方の側の照射パターン （図中左 側） 2 6は、 直径が大きくなつており、 隣り合う照射パターンが重なり合って重 複する部分が発生している。 この重複部分は、 傾斜角度 0が大きくなる程広くな つている。 ただし、 傾斜角度 0が例えば 2 0度を越えて過度に大きくなると、 電 子ビーム管 1 6に近い方の側の照射パターン （図中右側） 2 6がウェハに照射さ れなくなるので好ましくない。 逆に、 この傾斜角度 0が 5度よりも小さいと、 隣 り同士の照射パターンの境界部分の照射量が他の部分よりも不足する傾向になつ て、 ウェハ処理の面内均一性が保てなくなるので好ましくない。
改質のプロセス時間は、 数分程度であるが、 この間に少なくとも 1回以上、 例 えば複数回程度の首振り運動を行うようにするのが、 ウェハ処理の面内均一性を 向上させる上で、 好ましい。 この場合、 発麈或いは載置台傾斜機構 2 8等への負 荷の点から、 最高 1回/秒以下に抑えることが望ましい。
また、 上記のように載置台 6が首振り運動をする場合 載置台中心部の上下方 向への移動は他の部分と比較して小さい。従って、 これを補償するために、 首振 り運動に加えて載置台 6の全体に昇降移動を加えるようにするのが好ましい。 こ のために、 図 6に示すように、 各駆動信号 4 4 A〜4 4 Cに、 大きさが変動する バイァス信号例えばサイン曲線のバイァス信号 6 4を共通に重畳して加えるよう にするのが好ましい。 これによれば、 ウェハ中心部の照射パターンの直径も十分 に大きく変動する。 従って、 ウェハ処理の面内均一性をより一層向上させること が可能となる。 尚、 このバイアス信号 6 4の周期は、 上記駆動信号 4 4 A~ 4 4 cの周期とは異なっていることが好ましい。 この場合、 ウェハ上の特定の場所が 集中的に電子ビーム管 16と最接近するのを防止することができる。
以上のような本実施例によって、 電子ビーム照射のウェハ面内均一性は ± 10 %未満に制御することができた。
また、 上記載置台 6と電子ビーム管 16との間の距離 H 1は、 60 mmに限定 されない。 電子ビーム 24の拡散角度にもよるが、 距離 H Iは、 実用的には 20 〜 90mm程度の範囲内であればよい。 また、 電子ビームを照射する時の処理容 器 4内の圧力、 すなわちプロセス圧力は、 大気圧雰囲気でもよい。 しかし、 電子 の直進性或いは有効性を考慮すると、 プロセス圧力は、 66. 7KPa (500 T 0 r r) 以下、 より好ましくは 40KPa (300 To r r) 以下が望ましい c プロセス圧力は低い程、 電子の直進性が増して、 不純物ガスの化学的悪影響が 低減する。 しかし、 1330Pa ( 10 T o r r) 以下では有意差が見られない c 従って、 プロセス圧力の下限は、 1330Pa (Ι Ο Τ Ο Γ Γ) 程度でよい。 更に、 レジスト膜 （ArFレジスト） に電子ビームを照射しない時、 ェヅチン グ （エッチングガス ： CF4Z02 Ar) 処理後のレジス ト膜の表面粗さは 3. 04 nm程度であった。 一方、 上述のようにしてレジスト膜に電子ビームを 均一に照射して改質処理を施した時、 エッチング処理後のレジスト膜の表面粗さ は 0. 27 nm程度であった。 これにより、 エッチングに対するレジスト膜の耐 久性が均一に向上されて、 その特性が大幅に改善されたことが判明した。 この結 果、 レジスト膜をパターン化する時にも、 その溝部分の境界に微細な凹凸を生ぜ しめることなく、 直線性よくパターン化できることが判明した。
例えば、 レジスト膜を多層構造化してそのレジスト層間に SOGなどの S i02 膜を介在させる層間絶縁膜のパターン処理時に、 上記レジスト膜を塗布する毎に、 前述したような電子ビームによる改質処理が施され得る。 これにより、 レジスト 膜にクラックが発生することを防止することができる。
また、 上記実施例では、 3つの載置台昇降口ヅ ド 30A〜 30 Cの全体の外周 を囲むようにして大口径のベローズ 46が設けられているが、 これに限定されな い。 例えば、 図 9に示すように、 各載置台昇降ロッド 30 A〜30 Cを個別に囲 むような小口径のベローズ 68 A、 68B、 68 Cが設けられてもよい。 この場 合には、 容器底部のロッド孔についても、 各ロッド 3 0 A~ 3 0 Cに対応させて 小口径のロッド孔 7 0 A、 7 0 B, 7 0 Cがそれそれ設けられ得る。
なお、 上記実施例では、 電子ビームを用いてレジスト膜を改質処理する場合を 例にとって説明したが、 これに限定されない。 例えば、 本発明は、 有機シリコン 酸化膜の誘電率のコントロール等にも適用可能である。
また、 上記したような載置台 6を首振りさせるような構造は、 電子ビームを用 いた改質処理用の処理装置に限定されず、 成膜処理装置、 プラズマを用いたエツ チング処理装置、 酸化拡散処理装置、 ァニール処理装置等にも適用することがで きる。
更には、 被処理体は、 半導体ウェハに限定されず、 ガラス基板、 L C D基板等 であり得る。

Claims

請求 の 範 囲
1 . 被処理体が載置され得る載置台と、
前記載置台を収容する処理容器と、
前記載置台を回転させることなく、 前記載置台を水平方向に対して傾斜させた 状態で当該傾斜の方向を経時的に変化させることができる載置台傾斜機構と、 を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。
2 . 前記載置台傾斜機構は、
前記載置台の裏面側に連結されて個別に独立して昇降され得る複数本の載置台 昇降口ッドと、
前記載置台昇降口ッドを昇降させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項 1に記載の処理装置。
3 . 前記制御部は、 前記駆動部に対して、 所定の角度ずつ位相がずれたサイ ン曲線に従って各載置台昇降口ッドの高さ位置を制御するような駆動信号を供給 するようになっている
ことを特徴とする請求項 2に記載の処理装置。
4 . 前記駆動信号には、 大きさが変動するバイアス信号が、 共通に重畳され るようになっている
ことを特徴とする請求項 3に記載の処理装置。
5 . 前記処理容器の底部と前記載置台との間に、 前記処理容器内の気密性を 維持しつつ前記載置台の傾斜方向の変化を許容するめに伸縮可能なペローズが設 けられている
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の処理装置。
6 . 前記処理容器の天井部には、 前記載置台に向けて電子ビームを拡散させ つつ照射するための複数の電子ビーム管が設置されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の処理装置。
7 . 処理容器内に設置された載置台に、 被処理体を載置する工程と、 前記載置台を回転させることなく、 前記載置台を水平方向に対して傾斜させた 状態で当該傾斜の方向を経時的に変化させる工程と、
を備えたことを特徴とする被処理体の処理方法。
8 . 前記被処理体の表面に、 複数の電子ビーム管から放射される電子ビーム を拡散させつつ照射させる工程
を更に備えたことを特徴とする請求項 7に記載の処理方法。
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