JP5020925B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ：Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板等の各種基板（以下、単に「基板」という）に電子ビームを照射して所定の基板処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

基板の表面に電子ビームを照射する技術は多方面で利用されているが、そのひとつとして半導体装置の製造工程における層間絶縁膜の改質技術がある。半導体装置の層間絶縁膜として熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜が従来多用されていたが、配線間容量を低減するために、有機シリコン酸化膜あるいはシリコンを含まない有機膜などの低誘電率膜、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜の採用が進んでいる。この低誘電率膜を製造する際に加熱処理のみでは十分な強度が得られないため、電子ビーム照射と加熱処理を組み合わせて層間絶縁膜を硬化させる基板処理技術が提案されている（例えば特許文献１）。

この特許文献１に記載の装置では、真空チャンバの内部に半導体ウエハを支持する載置台が設けられる一方、真空チャンバの天井部に電子ビームを発生させるための電子ビーム照射機構が設けられている。そして、未処理の半導体ウエハが載置台上に載置されると、次のようにして半導体ウエハ上の層間絶縁膜に対して硬化処理が施される。つまり、排気管を通じて真空チャンバ内を排気するとともに、ガス導入管から窒素ガス等の所定の雰囲気ガスを導入し、真空チャンバ内を所定の圧力、例えば１．３３〜６６．５ＫＰａ（１０〜５００Ｔｏｒｒ）程度に減圧する。そして、載置台に組み込まれたヒータによって半導体ウエハを所定温度に加熱しつつ、電子ビームを半導体ウエハに照射する。これによって、半導体ウエハ上の層間絶縁膜が硬化する。

特許第４０５６８５５号公報（図１）

上記した従来装置では、真空チャンバ内を減圧した状態で硬化処理が行われるため、硬化処理中に発生する汚染物質は真空チャンバ全体に広がり、常温の真空チャンバ内壁に凝縮してしまう。その結果、次の半導体ウエハに対して硬化処理を施す際に、凝集体が脱ガスやパーティクル、もしくはパーティクル源として真空チャンバ内に存在することとなり、清浄な硬化処理を行うことが困難であった。さらに、電子ビーム照射機構自体への汚染蓄積もあり、照射強度が低下して結果的に処理効率が低下していた。

また、半導体ウエハ（基板）の表面に沿って窒素ガスを導入する一方、真空チャンバの底面部に設けられた排気管を通じて真空チャンバ内を排気しており、窒素ガスはいわゆる掛け流し状態にある。したがって、硬化処理中に多量の窒素ガス量が消費され、これがランニングコストの増大の主要因のひとつとなっている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に向けて電子ビームを照射して所定の基板処理を行う際に発生する物質による基板の汚染を防止して清浄な基板処理を低コストで実行可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、基板処理を行うための処理空間を有する処理チャンバと、処理空間内に配置された基板の表面に向けて電子ビームを射出する電子ビーム発生手段と、基板を電子ビーム発生手段に対して相対移動させることで電子ビームが照射される電子ビーム照射領域を走査させる移動手段と、電子ビーム照射領域に不活性ガスを供給するガス供給手段と、電子ビーム照射領域の周囲を排気することによって基板への電子ビーム照射によって発生する汚染物質を不活性ガスと一緒に排気ガスとして処理チャンバから排気するとともに、排気ガスから汚染物質を除去して得られる処理ガスを処理空間に供給するガス循環供給手段とを備え、ガス循環供給手段は、電子ビーム照射領域の周囲から処理チャンバの外側空間を介して再び処理空間に戻るガス循環経路を形成する循環経路形成部と、ガス循環経路上に設けられてガスをガス循環経路に沿って循環させる循環ファンと、ガス循環経路上に設けられてガス循環経路に沿って流通する排気ガスから汚染物質を取り除く除去部とを備え、除去部は、ガス循環経路上に設けられて排気ガスに含まれる汚染物質を水分と二酸化炭素に分解する分解処理部と、ガス循環経路上で、かつ処理空間への処理ガスの供給口と分解処理部との間に設けられて排気ガスから水分および二酸化炭素を吸着する吸着塔とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかる基板処理方法は、処理チャンバの処理空間に配置された基板の表面に対して電子ビーム発生手段から電子ビームを照射しながら基板を電子ビーム発生手段に対して相対移動させることで電子ビームが照射される電子ビーム照射領域を走査させて基板表面に所定の処理を施す基板処理方法であって、上記目的を達成するため、電子ビーム照射を行っている間、電子ビーム照射領域には不活性ガスを供給する一方、電子ビーム照射領域の周囲から処理チャンバの外側空間を介して再び処理空間に戻るガス循環経路に沿ってガスを循環させることで、電子ビーム照射によって発生する汚染物質を不活性ガスと一緒に排気ガスとして電子ビーム照射領域の周囲から外側空間へ排気するとともに排気ガスに含まれる汚染物質を水分と二酸化炭素に分解した後に吸着することで排気ガスから汚染物質を除去した処理ガスを処理空間に供給することを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）では、電子ビーム発生手段が電子ビームを基板表面に向けて照射しながら基板が電子ビーム発生手段に対して相対移動することで電子ビーム照射領域が走査して電子ビーム照射による基板処理が実行される。そして、電子ビーム照射を行っている間、電子ビーム照射領域には不活性ガスが供給される一方、電子ビーム照射領域の周囲が排気される。これによって、基板への電子ビーム照射によって発生する汚染物質は不活性ガスと一緒に排気ガスとして処理チャンバから排気される。その結果、基板表面への汚染物質の再付着や上記処理空間全体への汚染物質の拡散が防止される。さらに、本発明では、排気ガスから汚染物質を除去することで得られる処理ガス、つまり基板処理に一度使用された不活性ガスが処理空間に供給されて処理空間に対する不活性ガスによるパージ処理が実行されるため、処理チャンバへの汚染物質の付着が効果的に防止される。しかも、基板処理に供した不活性ガスを再利用しているため、ランニングコストを抑制することが可能となる。

ここで、ガス循環供給手段としては、例えば電子ビーム照射領域の周囲から処理チャンバの外側空間を介して再び処理空間に戻るガス循環経路を形成する循環経路形成部と、ガス循環経路上に設けられてガスをガス循環経路に沿って循環させる循環ファンと、ガス循環経路上に設けられてガス循環経路に沿って流通する排気ガスから汚染物質を取り除く除去部とを備えたものが用いられている。このように循環ファンによって排気ガス（不活性ガス＋汚染物質）が電子ビーム照射領域の周囲から速やかに排気される。また、こうして電子ビーム照射領域の周囲から除去部に流通してきた排気ガスから汚染物質が確実に取り除かれて汚染物質を含まない処理ガス、つまり不活性ガスが得られ、パージ処理を良好に行うことができる。

この除去部としては、ガス循環経路上に設けられて排気ガスに含まれる汚染物質を水分と二酸化炭素に分解する分解処理部と、ガス循環経路上で、かつ処理空間への処理ガスの供給口と分解処理部との間に設けられて排気ガスから水分および二酸化炭素を吸着する吸着塔とを備えたものが用いられている。汚染物質を水分と二酸化炭素に分解するために種々の方式を用いることができ、例えば排気ガスを加熱した後に触媒を用いて水分と二酸化炭素に分解することができる。

また、こうして生成された水分と二酸化炭素を吸着塔で吸着して排気ガスから除去しているが、吸着除去の進行に伴って吸着塔の吸着性能が低下してくる。そこで、複数の吸着塔を予め準備しておき、一の吸着塔により水分および二酸化炭素の吸着処理を行っている間、残りの吸着塔に対して再生処理を施し、水分および二酸化炭素の吸着性能を回復させるように構成してもよい。この場合、複数の吸着塔を順番に使用することによって常に高効率で排気ガスから水分および二酸化炭素を除去することができ、処理ガスを比較的高純度の不活性ガスとすることができる。

さらに、ガス供給手段により供給される不活性ガスは未使用ガス、つまりフレッシュなものを用いるのが望ましい。このように電子ビーム照射領域にフレッシュな不活性ガスを供給して基板処理を良好に行うとともに、基板を取り巻く処理空間には処理ガスを用いてパージ処理を行うことができ、不活性ガスの効率的な利用を図ることができる。

この発明によれば、電子ビーム照射を行っている間、電子ビーム照射領域には不活性ガスを供給する一方、電子ビーム照射領域の周囲を排気することによって基板への電子ビーム照射によって発生する汚染物質を不活性ガスと一緒に排気ガスとして処理チャンバから排気しているので、基板表面への汚染物質の再付着や上記処理空間全体への汚染物質の拡散を効果的に防止することができる。また、排気ガスから汚染物質を除去して得られる処理ガス（不活性ガス）を処理空間に供給して処理空間に対して不活性ガスによるパージ処理を実行しているので、処理チャンバへの汚染物質の付着を効果的に防止することができる。したがって、電子ビーム照射を用いた基板処理を低コストで、しかも高清浄度で行うことができる。

（基板処理システムの概略構成）
図１はこの発明にかかる基板処理装置の一実施形態である電子ビームキュア装置を装備した基板処理システムを示す図である。この基板処理システムは、複数の基板Ｗを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）から取り出した未処理基板Ｗに対して加熱処理および硬化処理を施した後に基板Ｗを常温に冷却してＦＯＵＰに戻すという一連の処理を実行する。すなわち、基板処理システムは搬送ロボット室１を中心として当該搬送ロボット室１の周囲に、ロードロック室２と、ホットプレート３と、２つの電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂと、コールドプレート５と、ロードロック室６が配置されている。また、搬送ロボット室１と、ロードロック室２、ホットプレート３、電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂ、コールドプレート５およびロードロック室６との間にはシャッター７２Ａ、７３、７４Ａ、７４Ｂ、７５、７６Ａがそれぞれ配置されている。

このロードロック室２はローダ用であり、ＦＯＵＰに対して基板Ｗの搬入出を行う搬送ロボット８に対向する側面にローダ用開口（図示省略）を有している。また、ロードロック室２には、ローダ用開口を開閉するシャッター７２Ｂが設けられている。この実施形態では、ロードロック室２は大気雰囲気であり、シャッター７２Ｂを開いた状態で搬送ロボット８がＦＯＵＰから未処理基板Ｗ、つまり表面に未硬化状態の層間絶縁膜（図６中の符号Ｆ）が塗布された基板Ｗ、あるいはＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition）により成膜された基板Ｗをロードロック室２に搬入可能となっている。一方、シャッター７２Ａが開いた状態で、搬送ロボット室１に配置された搬送ロボット１１はハンド（図示省略）をロードロック室２に移動させて未処理基板Ｗを受け取り、搬送ロボット室１に搬送する。

この搬送ロボット室１は窒素ガス雰囲気に調整されており、その内圧は略大気圧となっている。この点に関しては、ホットプレート３およびコールドプレート５も同一である。一方、電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂについては電子ビーム照射中に大気圧または若干陽圧に調整されたアルゴンガス雰囲気に保たれている。この点については、後で詳述する。

未処理基板Ｗを受け取った搬送ロボット１１は基板Ｗをホットプレート３、電子ビームキュア装置４Ａ（または４Ｂ）およびコールドプレート５に、この順序で搬送する。一方、基板Ｗが搬送されてきたホットプレート３、電子ビームキュア装置４Ａ（または４Ｂ）およびコールドプレート５はそれぞれ加熱処理、硬化処理および冷却処理を実行して層間絶縁膜Ｆを硬化させて所望特性（低誘電率膜で、かつ十分な強度）を付与する。なお、ホットプレート３およびコールドプレート５の構成および動作については従来から周知であるため、ここでは説明を省略する一方、電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂは本発明の基板処理装置に相当するため、後で詳しく説明する。

上記のようにして層間絶縁膜Ｆに所望特性が与えられると、搬送ロボット１１はコールドプレート５から基板Ｗを搬送ロボット室１に取り出す。そして、シャッター７６Ａが開いた状態で、搬送ロボット１１は基板Ｗを保持したハンド（図示省略）をアンロード用のロードロック室６に移動させて基板Ｗの搬出を行う。この実施形態では、ロードロック室６も、ロードロック室２と同様に大気雰囲気であり、シャッター７６Ｂを開いた状態で搬送ロボット８がロードロック室６に基板Ｗを取り出し、ＦＯＵＰに収納可能となっている。

（電子ビームキュア装置の構成および動作）
図２は本発明にかかる基板処理装置の一実施形態である電子ビームキュア装置を示す断面図である。また、図３はバージボックスを下方から見た斜視図および部分拡大底面図である。また、図４は図２に示す電子ビームキュア装置の電気的構成を示すブロック図である。さらに、図５は図２に示す電子ビームキュア装置でのガス供給系統を示す図である。電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂはともに同一構成であり、以下のように構成されている。

電子ビームキュア装置４Ａ（４Ｂ）は電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂから射出される電子ビームを基板Ｗの表面Ｗｆに向けて照射して層間絶縁膜を硬化する装置であり、次のように構成されている。この電子ビームキュア装置４Ａ（４Ｂ）には、硬化処理を実行するための処理空間４１ａを有する処理チャンバ４１が設けられている。この処理チャンバ４１の搬送ロボット側（図２の左手側）の側壁には、搬送ロボット１１（図１）のハンドが挿入可能な形状を有する基板通過口４１ｂが設けられるとともに、この基板通過口４１ｂに対してシャッター７４Ａ（７４Ｂ）が設けられている。そして、搬送ロボット１１による基板Ｗの搬入出時には、電子ビームキュア装置全体を制御する制御ユニット４２からの開指令に応じてシャッター７４Ａ（７４Ｂ）は上方に移動して基板通過口４１ｂを開放する。逆に、後述するように硬化処理を施す際には制御ユニット４２からの閉指令に応じてシャッター７４Ａ（７４Ｂ）は図２に示すように下方に移動して基板通過口４１ｂを閉じている。

処理チャンバ４１の処理空間４１ａには、基板Ｗを保持可能なステージ４４が移動方向Ｘに移動自在に、しかも上下方向Ｚに昇降自在に設けられている。このステージ４４の上面には、球状のプロキシミティボール（図示省略）が複数個設けられており、各ボールの球面頂部で基板Ｗの裏面を支持可能となっている。これにより基板表面Ｗｆを上方に向けた水平状態で基板Ｗはステージ４４の上面から僅かに浮いた状態で支持される。こうして支持された基板Ｗの周縁部を取り囲むようにピンが複数本だけステージ４４の上面から突設されて基板Ｗの水平方向における位置ずれを防止している。また、この実施形態では、ステージ４４にはヒータ４５が内蔵されており、制御ユニット４２からの動作指令に応じてヒータ４５が作動することで基板Ｗを裏面側から加熱して基板温度を硬化処理に適した温度、例えば３５０〜４００゜Ｃ程度まで昇温可能となっている。なお、基板Ｗの温度の均一性が厳しく要求されない処理用途の場合、プロキシミティボールを無くしてステージ４４上に基板Ｗを接触載置するようにしてもよい。

このように構成されたステージ４４はステージ駆動ユニット４６に接続されている。このステージ駆動ユニット４６はステージ４４を上下方向Ｚに昇降駆動する昇降駆動部４６ａと、昇降駆動部４６ａおよびステージ４４を一体的に移動方向Ｘに駆動するリニア駆動部４６ｂとを有している。そして、制御ユニット４２からの移動指令に応じてリニア駆動部４６ｂが作動すると、昇降駆動部４６ａおよびステージ４４が一体的に移動方向Ｘに駆動されて基板Ｗを所定の基板移動範囲ＭＲに渡って往復移動させることが可能となっている。このように本実施形態では、ステージ４４とリニア駆動部４６ｂが本発明の「移動手段」として機能している。

また、制御ユニット４２からの昇降指令に応じて昇降駆動部４６ａが作動すると、ステージ４４が昇降して基板Ｗを搬送高さ位置（図２の破線高さ位置）と処理高さ位置（図２の１点鎖線および実線高さ位置）に位置決め可能となっている。なお、この実施形態では、基板Ｗの搬入出を行う際には、図２の破線に示すように、ステージ４４を搬送ロボット室１側（同図の左手側）に移動させるとともに搬送高さ位置に下降させている（搬送ポジション）。そして、硬化処理を行う際には、処理高さ位置まで上昇させた後にステージ４４を反搬送ロボット室１側（同図の右手側）に移動させる。そして、硬化処理終了後には、上記とは逆の動作を行ってステージ４４を元の搬送ポジションに移動させる。

この実施形態では、処理チャンバ４１内で、上記のようにして基板移動範囲ＭＲを移動する基板Ｗの表面Ｗｆを上方側から覆うようにパージボックス４７が配置されている。このパージボックス４７は図３に示すように直方体形状を有しており、移動方向Ｘと直交する幅方向Ｙの長さＬyは基板Ｗの外径より大きく、移動方向Ｘの長さＬxは基板Ｗの外径の２倍以上となっている。このため、基板Ｗが移動方向Ｘに移動している間、基板Ｗはパージボックス４７の下面プレート４７ａと常に対向しており、基板表面側の雰囲気ＡＰは下面プレート４７ａにより規制される。つまり、基板表面Ｗｆと下面プレート４７ａの間に形成される基板表面側雰囲気ＡＰは処理空間４１ａに比べて大幅に小さくなっており、しかも周囲から遮断されている。なお、基板表面Ｗｆと下面プレート４７ａとの距離は１〜１０ｍｍに設定される。また、上記実施例においては、パージボックス４７の移動方向Ｘの長さＬxは基板Ｗの外径の２倍以上となっているが、パージボックス４７と排気ユニット４９による電子ビーム照射領域ＩＲにおける雰囲気が管理されるのであれば基板Ｗの外径より小さくしても良い。

このパージボックス４７の内部には、図２に示すように、幅方向Ｙに延びる中空室４７ｂ〜４７ｄが移動方向Ｘに並設されている。これらのうち中央の中空室４７ｃは電子ビーム照射用の中空室であり、中空室４７ｃに電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂの一部が取り付けられている。本実施形態では、電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂはともに同一構成を有しており、幅方向Ｙに１５０ｍｍのスキャン幅で電子ビームを走査可能となっている。そして、この実施形態では、下面プレート（プレート部材）４７ａに対して基板表面Ｗｆの反対側（図２の上方側）において上記２つの電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂが幅方向Ｙに千鳥配列されて略３００ｍｍのスキャン幅で電子ビームを幅方向Ｙに走査可能となっている。なお、上記実施例においては、３００ｍｍのスキャン幅を２個の電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂを配列することで本発明の「電子ビーム発生手段」を構成しているが、３００ｍｍのスキャン幅を有する１個の電子ビーム発生ユニットで構成すようにしても良い。

各電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂは、電子放出部材であるフィラメントから電子ビーム（図７中の符号ＥＢ）を射出する電子銃（図示省略）を有している。この電子銃のフィラメントは真空容器４０ａの収容室４０ｂに収容されている。また、真空容器４０ａには、電子通路４０ｃが収容室４０ｂから電子ビームＥＢの射出方向（この実施形態では下方向）に延設されている。そして、収容室４０ｂと電子通路４０ｃの連通部の周囲には、電磁偏向レンズとして機能する筒状の電磁コイルが設けられており、電子銃から射出される電子ビームＥＢを幅方向Ｙにスキャン可能となっている。また、電子ビームＥＢのスキャンに対応して電子通路４０ｃは円筒形状の収容室４０ｂとの連通部を境に、その先端へ向けて扇状に拡大している。すなわち、電子通路４０ｃは幅方向Ｙの幅のみが徐々に拡大しており、移動方向Ｘの幅は一定となっている。したがって、電子通路４０ｃの先端は幅方向（スキャン方向）Ｙを長手方向として細長く延びている。そして、電子通路４０ｃの後端部が処理チャンバ４１の天井中央部に取り付けられるとともに先端部がパージボックス４７の中空室４７ｃに取り付けられて電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂが処理チャンバ４１に対して固定配置されている。

このように構成された電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂでは、電子銃から出射された電子ビームＥＢは電子通路４０ｃを通過するとき、電磁コイルによってその射出方向Ｙが偏向される。これにより、電子ビームＥＢの射出軸線が幅方向（スキャン方向）Ｙに沿って移動する。そして、電子ビームＥＢは真空容器４０ａの先端に設けられた窓部４０ｄに達する。

各窓部４０ｄは電子銃から射出された電子ビームＥＢを真空容器４０ａの外部へ射出するための構成要素であり、真空容器４０ａの先端（電子通路４０ｃの端部）において、幅方向（スキャン方向）Ｙに延設された矩形形状に仕上げられている（図３（ｂ）参照）。また、各矩形状窓部４０ｄは同図（ａ）に示すようにパージボックス４７の下面中央部に形成された電子ビームＥＢ照射用の矩形状の開口部４７ｅに対向しており、窓部４０ｄから射出された電子ビームは開口部４７ｅを通過して基板表面Ｗｆに向けて照射される。なお、この実施形態では、同図（ｂ）に示すように、２つの窓部４０ｄは電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂと同様に千鳥配列されている。

また、パージボックス４７の中央中空室４７ｃの上面にはアルゴンガス供給ユニット４８が接続されており、制御ユニット４２からの指令にしたがってアルゴンガス供給ユニット４８が作動することで中央中空室４７ｃに未使用のアルゴンガスが供給される。この中央中空室４７ｃの下面には、開口部４７ｅを取り囲むようにガス供給口４７ｆが複数個穿設されているため、上記のようにして供給されたアルゴンガスは電子ビームＥＢをその側方から周囲を取り囲みながら、対向する基板表面Ｗｆに向けて吐出される。これによって、基板表面Ｗｆと下面プレート４７ａの間に形成される基板表面側雰囲気ＡＰのうち電子ビームＥＢが基板表面Ｗｆに向けて照射される電子ビーム照射領域（図７の符号ＩＲ）はアルゴンガス雰囲気となる。このように、本実施形態では、アルゴンガス供給ユニット４８が本発明の「ガス供給手段」として機能している。

パージボックス４７には上記した中央中空室４７ｃを挟み込むように上流側中空室４７ｂと下流側中空室４７ｄが設けられる。また、図５に示すように、両中空室４７ｂ、４７ｄに対して排気用配管４３ａの一方端が接続されている。各排気用配管４３ａの他方端は循環ファン４９ａと接続されており、制御ユニット４２からの動作指令に応じて循環ファン４９ａが作動すると、パージボックス４７および各排気用配管４３ａを介して電子ビーム照射領域ＩＲの周囲が排気される。すなわち、各中空室４７ｂ、４７ｄの下面には、排気口４７ｇが複数個穿設されており、基板表面Ｗｆと下面プレート４７ａの間に形成される基板表面側雰囲気ＡＰのうち電子ビーム照射領域ＩＲ以外の領域、つまり非照射領域（図７中の符号ＮＩＲ）と、各中空室４７ｂ、４７ｄとが相互に連通されている。このため、循環ファン４９ａが作動すると、非照射領域ＮＩＲが排気口４７ｇ、中空室４７ｂ、４７ｄおよび排気用配管４３ａを介して処理チャンバ４１の外側空間に排気されて基板表面Ｗｆに電子ビームＥＢを照射した際に発生する汚染物質をアルゴンガスとともに上記基板表面側雰囲気ＡＰから確実に取り除くことができ、基板表面側雰囲気ＡＰ外への汚染物質の拡散を防止することができる。

また本実施形態では、図５に示すように、排気用配管４３ａの反パージボックス側端部は循環ファン４９ａの吸入口に接続されている。また、この循環ファン４９ａの吹出口側には、配管４３ｂを介して分解処理ユニット４９ｂのインレットが接続されている。この分解処理ユニット４９ｂは加熱ヒータと触媒とを有しており、循環ファン４９ａから送られてきた排気ガスを加熱ヒータによって加熱した後、高温となった汚染物質を触媒によって水分と二酸化炭素に分解する機能を有している。したがって、分解処理ユニット４９ｂから送り出される排気ガスはアルゴンガスと水分と二酸化炭素を含むガスとなっている。

この分解処理ユニット４９ｂのアウトレットに対して配管４３ｃを介して２つの吸着塔４９ｃ１、４９ｃ２が並列接続されており、複数のバルブを組み合わせてなる吸着塔切替ユニット４９ｃ３（図４参照）を制御ユニット４２が制御することによって、２つの吸着塔４９ｃ１、４９ｃ２の一方が選択的に分解処理ユニット４９ｂと接続可能となっている。すなわち、制御ユニット４２からの指令に応じて吸着塔切替ユニット４９ｃ３が作動して一方の吸着塔が分解処理ユニット４９ｂと循環フィルタ４９ｄに接続されると、選択された吸着塔に対して排気ガス（アルゴンガス＋水分＋二酸化炭素）が送り込まれ、当該吸着塔により水分と二酸化炭素が吸着されて処理ガス（アルゴンガス）が生成される。こうして生成された処理ガスは配管４３ｄ、循環フィルタ４９ｄおよび配管４３ｅを介して処理チャンバ４１の天井端部から処理空間４１ａ内にパージされる。なお、本実施形態では、分解処理ユニット４９ｂと吸着塔４９ｃ１、４９ｃ２の組み合わせが本発明の「除去部」に相当するが、排気ガスから汚染物質を取り除くための構成はこれに限定されるものではなく、他の方式により汚染物質を取り除く構成を採用してもよい。

一方、非選択の吸着塔では吸着保持している水分および二酸化炭素を放出させて吸着性能を回復させるための再生処理が実行される。このように、一方の吸着塔で処理ガスを生成している間に、その処理ガス生成と並行して残りの吸着塔では再生処理を行って次の処理ガス生成に向けての準備を行うことができる。このように吸着塔の切替によって処理ガス（アルゴンガス）による処理空間４１ａのパージを連続的に行うことができる。

このように、本実施形態では、パージボックス４７および配管４３ａ〜４３ｅによって電子ビーム照射領域ＩＲの周囲から処理チャンバ４１の外側空間を介して再び処理空間４１ａに戻るガス循環経路が形成されている。すなわち、パージボックス４７および配管４３ａ〜４３ｅが本発明の「循環経路形成部」として機能しており、パージボックス４７および配管４３ａ〜４３ｃを排気ガス（アルゴンガス＋汚染物質）が流通し、配管４３ｄ、４３ｅを処理ガス（アルゴンガス）が流通する。また本実施形態では、こうして形成される循環経路形成部と、循環ファン４９ａと、除去部（分解処理ユニット４９ｂ＋吸着塔４９ｃ１、４９ｃ２）とにより本発明の「ガス循環供給手段」が構成されている。

また、この実施形態では、処理チャンバ４１の底面部には、図５に示すように、配管４３ｆの一方端が接続されている。この配管４３ｆの他方端は配管４３ａと接続されており、処理空間４１ａのうち基板表面側雰囲気ＡＰを除く雰囲気を排気可能となっている。つまり、基板表面側雰囲気ＡＰ以外の雰囲気が配管４３ｆを介してガス循環経路に排気可能となっている。このため、上記のようにして処理空間４１ａにパージされた処理ガスの一部は配管４３ｆを介してガス循環経路に戻される。なお、この実施形態では、電子ビーム照射領域ＩＲに対してフレッシュなアルゴンガスを供給するとともに、ガス循環経路に沿って処理ガスを処理空間４１ａにパージしているため、アルゴンガス供給により処理空間４１ａの内圧を高めていくが、アルゴンガス供給に相当する量の処理ガスはシャッター７４Ａ（７４Ｂ）と処理チャンバ４１の隙間から排出されて処理空間４１ａの圧力はほぼ大気圧あるいは若干陽圧に保たれている。

次に、上記のように構成された電子ビームキュア装置４Ａ（４Ｂ）の動作について図６および図７を参照しつつ詳述する。図６は図２の電子ビームキュア装置の動作を示すフローチャートである。また、図７は電子ビーム照射領域の近傍を模式的に示す図である。電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂはともに同一構成であり、各装置の動作も同一である。したがって、この実施形態にかかる基板処理システムでは、ホットプレート３による加熱処理を受けた基板Ｗはこれらの電子ビームキュア装置４Ａ、４Ｂの一方に搬送されて以下の硬化（キュア）処理を受ける。なお、ここでは、電子ビームキュア装置４Ａにおける動作について説明する。

電子ビームキュア装置４Ａでは、基板Ｗが搬送されてくるまでシャッター７４Ａは閉じたままであるが、処理空間４１ａの内圧が大気圧あるいは若干陽圧となるように圧力調整されている。そして、制御ユニット４２はメモリ（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を以下のように制御して搬送ロボット１１によりホットプレート３から搬送されてくる基板Ｗに対して硬化処理を施す。なお、処理空間４１ａの内圧は大気圧より若干高く調整されてもよい。

ホットプレート３から電子ビームキュア装置４Ａに基板Ｗが搬送される前に、シャッター７４Ａが開成されて基板通過口４１ｂが開放状態となる（ステップＳ１）。そして、搬送ロボット１１はホットプレート３から取り出した基板Ｗを基板通過口４１ｂを介して処理チャンバ４１に搬入してステージ４４に載置する（ステップＳ２）。そして、基板Ｗの搬入完了後にシャッター７４Ａが閉じられる（ステップＳ３）。このようにして搬入された基板Ｗの表面Ｗｆには未硬化状態の層間絶縁膜Ｆが形成されており、次に説明する硬化処理（ステップＳ４〜Ｓ６）を受けることで硬化して所望特性が付与される。なお、図７では、層間絶縁膜Ｆのうち未硬化状態の部位を白抜きで、硬化処理中の部位を梨地で、また硬化処理後の部位を斜線で示している。

ステップＳ４では、アルゴンガス供給ユニット４８がアルゴンガスの供給を開始して中央中空室４７ｃおよびガス供給口４７ｆを介して基板表面側雰囲気ＡＰ、特に電子ビーム照射領域ＩＲおよびそれを取り囲む範囲にアルゴンガスが吐出されてアルゴンガス雰囲気が形成される。この実施形態では、電子ビーム照射領域ＩＲを大気圧あるいは多少陽圧に調整している。また、これと同時、あるいは前後して排気ユニット４９の作動が開始されて基板表面側雰囲気ＡＰ、特に非照射領域ＮＩＲが排気口４７ｇおよび中空室４７ｂ、４７ｄを介して排気される。なお、この実施形態では、ヒータ４５への通電は基板搬入より前に開始されて基板Ｗの加熱が開始されて予め所定温度に昇温されているが、ヒータ４５の作動タイミングはこれに限定されるものではなく、基板Ｗや層間絶縁膜Ｆの種類などのプロセス条件に応じて任意に設定することができる。

上記のようにして電子ビーム照射の前準備が完了すると、電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂからの電子ビームの射出が開始され、ステージ４４が駆動されて基板Ｗのスキャンが開始されて電子ビームによる層間絶縁膜Ｆの硬化処理が開始される（ステップＳ５）。すなわち、ステージ４４は搬送ポジション（図２の破線位置）から上昇されてパージボックス４７の下面プレート４７ａの近傍に位置決めされるのに続いて（＋Ｘ）方向、つまり図２の左手側から右手側に移動して基板Ｗが電子ビーム照射領域ＩＲを通過する。また、ステージ４４の移動動作に連動して電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂが前もって作動して安定した電子ビームを基板表面Ｗｆに向けて射出する。このため、図６に示すように、基板表面Ｗに形成された層間絶縁膜Ｆのうち電子ビーム照射領域ＩＲに位置する部位（同図の梨地部分）に対してアルゴンガス雰囲気で電子ビームが照射されて硬化する。この電子ビーム照射は基板Ｗの移動中に連続的に行われて層間絶縁膜Ｆ全体が硬化する。

また、上記のようにして電子ビームを基板表面Ｗｆ上の層間絶縁膜Ｆに照射することで、有機物や炭化水素などのガス状の汚染物質が発生するが、電子ビーム照射領域ＩＲから流れてくるアルゴンガスとともに排気口４７ｇ、中空室４７ｂ、４７ｄおよび配管４３ａを介して処理空間４１ａから排出される。したがって、汚染物質は基板表面側雰囲気ＡＰ、つまりパージボックス４７の下面プレート４７ａと基板表面Ｗｆに挟まれた比較的狭い空間から処理空間４１ａに拡散することなく、基板表面側雰囲気ＡＰから効率的に強制排出される。その結果、(1)汚染物質が処理空間４１ａに拡散して処理チャンバ４１の内壁面やステージ４４などに付着して脱ガスやパーティクルの発生源となるという問題、(2)基板表面Ｗｆや層間絶縁膜Ｆに再付着するという問題、(3)電子ビーム発生ユニットの開口部に汚染蓄積し照射強度が低下するという問題などが発生するのを効果的に防止することができる。

また、上記のようにしてアルゴンガスと一緒に汚染物質が排気ガスとして処理空間４１ａから外側空間に排出されるが、この排気ガスが分解処理ユニット４９ｂおよび吸着塔４９ｃ１（または４９ｃ２）を通過して排気ガス中の汚染物質が除去される。こうして処理ガス（アルゴンガス）が生成されて処理空間４１ａに供給される。このように循環ファン４９ａの作動によりガス循環経路に沿ってアルゴンガスが循環するが、このガス循環動作は電子ビーム照射の間連続して行われる。

上記のように基板Ｗの移動により電子ビーム照射領域ＩＲが基板表面Ｗｆの全面に対してＸ方向に走査する、つまり基板表面Ｗｆ全体が電子ビーム照射領域ＩＲを通過して基板Ｗが基板移動範囲ＭＲの下流側エンドに達すると、ステージ４４の移動を停止して基板移動を完了させる。この基板移動完了をトリガーとして（ステップＳ６）、先に電子ビーム発生ユニット４０Ａの作動を停止して（ステップＳ７）、電子ビームの照射を停止し、次にアルゴンガスの供給および排気ユニット４９による排気動作が停止される（ステップＳ８）。また、アルゴンガスの供給および排気ユニット４９による排気動作が停止されるとともに、ステージ４４が上記したステージ動作と逆の動作により搬送ポジションに戻る（ステップＳ９）。なお、予定された全ての基板の処理が終われば、このタイミングでヒータ４５を停止してもよい。このように本実施形態では、基板ＷをＸ方向に往復移動させているが、そのうち往路移動時のみに電子ビーム照射を行って層間絶縁膜Ｆを硬化させているため、短時間で、かつ効率的に硬化処理を実行することができる。もちろん、復路移動（図２の右手側から左手側への移動）中においても往路移動中と同様にして硬化処理を実行してもよく、層間絶縁膜Ｆの種類や厚みなどのプロセス条件に応じて適宜選択することができる。また、プロセス条件に応じて往復移動を複数回行ってもよい。

上記のようにして硬化処理が完了すると、シャッター７４Ａが開成されて基板通過口４１ｂが開放状態となる（ステップＳ１０）。そして、搬送ロボット１１は硬化処理済の基板Ｗをステージ４４から受け取り、処理チャンバ４１から搬出し（ステップＳ１１）、コールドプレート５に搬送する。この基板搬出後にシャッター７４Ａが閉じられ（ステップＳ１２）、次の基板Ｗが搬送されてくるのを待つ。

以上のように、本実施形態では、電子ビーム照射を行っている間、大気圧または若干陽圧雰囲気で、電子ビーム照射領域ＩＲにはアルゴンガスを供給する一方、電子ビーム照射領域ＩＲの周囲を排気しているため、基板Ｗへの電子ビーム照射によって発生する汚染物質をアルゴンガスと一緒に排気ガスとして処理空間４１ａの外側空間に排気することができる。その結果、基板表面への汚染物質の再付着や処理空間４１ａ全体への汚染物質の拡散を効果的に防止することができる。さらに、排気ガスから汚染物質を除去して処理ガス、つまり基板処理に使用されたアルゴンガスを生成するとともに、当該処理ガスを処理空間４１ａに供給して処理空間４１ａを処理ガス（アルゴンガス）によりパージしているため、処理チャンバ４１への汚染物質の付着を効果的に防止することができる。

また、この実施形態では、電子ビーム照射領域ＩＲに対しては未使用、つまりフレッシュなアルゴンガスを供給して硬化処理を良好に行うとともに、基板Ｗを取り巻く処理空間４１ａには処理ガス（一度使用されたアルゴンガス）を用いてパージ処理を行っている。したがって、アルゴンガスが効率的に利用されており、低ランニングコストでありながらも硬化処理を良好に行うことができる。

（その他）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いているが、アルゴンガス以外の不活性ガス（例えばキセノンガスや窒素ガス等）を用いてもよいことはいうまでもない。

また、上記実施形態では、電子ビーム照射領域ＩＲを取り囲むように電子ビームＥＢと略平行にアルゴンガスを吐出するとともにアルゴンガスと汚染物質を一緒に排出して非照射領域ＮＩＲの雰囲気を管理し、これによって基板表面側雰囲気ＡＰの雰囲気管理を行っているが、次に示す基板表面側雰囲気ＡＰの管理態様を採用してもよい。

また、上記実施形態では、２つの電子ビーム発生ユニット４０Ａ、４０Ｂを用いて基板表面Ｗｆに対して電子ビームを照射しているが、電子ビーム発生ユニットの個数や配置などについては任意である。また、上記実施形態では、電子ビーム発生ユニットを固定配置するとともに基板Ｗを基板移動範囲ＭＲの間でＸ方向に移動させているが、両者をともに移動させたり、基板を固定するとともに電子ビーム発生ユニットおよびパージボックスを一体的に移動させることで基板をＸ方向に相対移動させてもよい。

また、上記実施形態では、２つの吸着塔４９ｃ１、４９ｃ２を切り替え可能に設けているが、吸着塔の個数や配置などについては任意である。例えば、単一の吸着塔により排気ガスから水分および二酸化炭素を吸着除去してもよく、この場合、硬化処理を行っていない間に再生処理を行うのが望ましい。また、３つ以上の吸着塔を設けて吸着塔切替ユニットにより吸着処理を実行する吸着塔を順次切り替えるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、基板表面Ｗｆに向けて電子ビームを照射して未硬化状態の層間絶縁膜Ｆを硬化する電子ビームキュア装置に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、基板表面に向けて電子ビームを照射して所定の基板処理を施す基板処理装置全般に本発明を適用することができる。

また、層間絶縁膜の誘導率（ｋ値）を現在のｋ＝３程度から更に下げたｋ＝２．２〜２．４の膜、即ち、Ｕｌｔｒａ
Ｌｏｗ−ｋ膜を得るためＬｏｗ−ｋ膜中に空孔を発生させるようポロジェン（Ｐｏｒｏｇｅｎ）等の有機物をＬｏｗ−ｋ膜中に導入し、これに電子ビームを照射し、ポロジェンを分解・ガス化して空孔を得ると同時に、水素などの末端基をガス化し、より強固な膜を得る基板処理方法にも適用することができる。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般の表面に電子ビームを照射して所定の処理を実行する基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。

この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を装備した基板処理システムを示す図である。 本発明にかかる基板処理装置の一実施形態である電子ビームキュア装置を示す断面図である。 バージボックスを下方から見た斜視図である。 図２に示す電子ビームキュア装置の電気的構成を示すブロック図である。 図２に示す電子ビームキュア装置でのガス供給系統を示す図である。 図２の電子ビームキュア装置の動作を示すフローチャートである。 電子ビーム照射領域ＩＲの近傍を模式的に示す図である。

符号の説明

４Ａ、４Ｂ…電子ビームキュア装置（基板処理装置）
４０Ａ、４０Ｂ…電子ビーム発生ユニット
４１…処理チャンバ
４１ａ…処理空間
４３ａ〜４３ｅ…配管（循環経路形成部）
４４…ステージ（移動手段）
４６…ステージ駆動ユニット（移動手段）
４６ｂ…リニア駆動部（移動手段）
４７…パージボックス（循環経路形成部）
４８…アルゴンガス供給ユニット（ガス供給手段）
４９ａ…循環ファン
４９ｂ…分解処理ユニット（除去部）
４９ｃ１、４９ｃ２…吸着塔
ＥＢ…電子ビーム
Ｆ…層間絶縁膜
ＩＲ…電子ビーム照射領域ＩＲ
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
Ｘ…移動方向

Claims (4)

1. 基板処理を行うための処理空間を有する処理チャンバと、
   前記処理空間内に配置された基板の表面に向けて電子ビームを射出する電子ビーム発生手段と、
   前記基板を前記電子ビーム発生手段に対して相対移動させることで電子ビームが照射される電子ビーム照射領域を走査させる移動手段と、
   前記電子ビーム照射領域に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
   前記電子ビーム照射領域の周囲を排気することによって前記基板への前記電子ビーム照射によって発生する汚染物質を前記不活性ガスと一緒に排気ガスとして前記処理チャンバから排気するとともに、前記排気ガスから前記汚染物質を除去して得られる処理ガスを前記処理空間に供給するガス循環供給手段と
   を備え、
   前記ガス循環供給手段は、
   前記電子ビーム照射領域の周囲から前記処理チャンバの外側空間を介して再び前記処理空間に戻るガス循環経路を形成する循環経路形成部と、
   前記ガス循環経路上に設けられてガスを前記ガス循環経路に沿って循環させる循環ファンと、
   前記ガス循環経路上に設けられて前記ガス循環経路に沿って流通する前記排気ガスから前記汚染物質を取り除く除去部と
   を備え、
   前記除去部は、
   前記ガス循環経路上に設けられて前記排気ガスに含まれる前記汚染物質を水分と二酸化炭素に分解する分解処理部と、
   前記ガス循環経路上で、かつ前記処理空間への前記処理ガスの供給口と前記分解処理部との間に設けられて前記排気ガスから水分および二酸化炭素を吸着する吸着塔と
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記除去部は複数の吸着塔を有しており、一の吸着塔により水分および二酸化炭素の吸着処理を行っている間、水分および二酸化炭素の吸着性能を回復させる再生処理を残りの吸着塔に対して行う請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記ガス供給手段により供給される前記不活性ガスは未使用ガスである請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 処理チャンバの処理空間に配置された基板の表面に対して電子ビーム発生手段から電子ビームを照射しながら前記基板を前記電子ビーム発生手段に対して相対移動させることで前記電子ビームが照射される電子ビーム照射領域を走査させて前記基板表面に所定の処理を施す基板処理方法において、
   前記電子ビーム照射を行っている間、前記電子ビーム照射領域には不活性ガスを供給する一方、
   前記電子ビーム照射領域の周囲から前記処理チャンバの外側空間を介して再び前記処理空間に戻るガス循環経路に沿ってガスを循環させることで、前記電子ビーム照射によって発生する汚染物質を前記不活性ガスと一緒に排気ガスとして前記電子ビーム照射領域の周囲から前記外側空間へ排気するとともに前記排気ガスに含まれる前記汚染物質を水分と二酸化炭素に分解した後に吸着することで前記排気ガスから前記汚染物質を除去した処理ガスを前記処理空間に供給する
   ことを特徴とする基板処理方法。

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