(57)【要約】【課題】  カーボンナノチューブ層を表層部に備えた金属板よりなる平面状の電子ビーム発生手段を設けることにより、電子ビームを基板面内に亘ってほぼ均一に照射し、高い面内均一性で処理を行うこと。  【解決手段】  気密に形成された処理容器２の内部に、基板例えばウエハＷを保持するための載置台３と、この載置台３と対向するように、前記載置台３と対向する面の表層部にカーボンナノチューブ層４２を備えた金属板４１よりなる平面状の電子ビーム発生手段４を設ける。前記処理容器２内を真空排気しながら、前記金属板４１に負の直流電圧を印加すると、カーボンナノチューブ層４２から高密度の電子が発生し、このカーボンナノチューブ層４２は平面状に構成されていることから、電子ビームはウエハＷ面内に高い均一性で照射され、面内均一性の高い処理を行うことができる。【選択図】  図１
2006179846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられた、基板を保持するための載置台と、
前記処理容器の内部に前記載置台と対向するように設けられ、前記載置台と対向する面の表層部にカーボンナノチューブ層を備えた金属板よりなる平面状の電子ビーム発生手段と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、を備え、
前記電子ビーム発生手段のカーボンナノチューブ層から電子を発生させ、この電子ビームを基板に照射して処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記処理容器の内部の載置台と電子ビーム発生手段との間に、前記載置台と対向し、かつ処理容器を上下に区画するように、電子ビーム発生手段からの電子ビームを透過させる多数の電子透過領域を備えた電子透過窓を設けたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
電子透過窓における周縁寄りの電子透過領域の面積は、電子透過窓における中央寄りの電子透過領域の面積よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
電子ビームを基板に照射して行う処理は、基板に絶縁膜を形成した後の改質処理であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項５】
気密な処理容器内に設けられ、一方の電極を兼ねた、基板を保持するための載置台と、この載置台に対向するように設けられ、他方の電極を兼ねると共に、前記処理容器内に処理ガスを供給するための、多数のガス供給孔を備えたガス供給部と、を備え、前記両電極間に高周波電圧を印加して前記処理ガスを活性化し、得られたプラズマを用いて前記基板表面に対してエッチング処理を行う基板処理装置において、
前記ガス供給部における前記載置台と対向する面の表層部に設けられ、エッチング処理を行うときに電子ビームを基板に照射するためのカーボンナノチューブ層を設けたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
気密な処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、基板を保持するための電極を兼用する載置台と、
前記処理容器の内部に前記載置台と対向するように設けられ、前記載置台と対向する面の表層部にカーボンナノチューブ層を備えた金属板と、前記カーボンナノチューブ層の表面に対向して設けられ、電子ビームの透過領域を備えた引出電極と、を含む電子ビーム発生手段と、
前記金属板と載置台との間に第１の電圧を印加するための第１の電源と、
前記金属板と引出電極との間に第１の電圧よりも低い第２の電圧を印加するための第２の電源と、
前記第２の電源からの印加電圧を給断するためのスイッチ部と、
前記処理容器内を真空排気するめの真空排気手段と、を備え、
前記スイッチ部によって第２の電源からの印加電圧を給断することで電子ビーム発生手段のカーボンナノチューブ層から発生する電子ビームの給断を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
前記引出電極は、多数の孔が開設された板状の絶縁部材を介して金属板に積層されていることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に電子ビームを照射して処理を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、多層配線構造のバリア膜の上に低誘電率層間絶縁膜としてＳｉＯＣ膜をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成し、さらにＳｉＯＣ膜とバリア膜との密着性を高めたり、ＳｉＯＣ膜を硬化させるためにキュア処理を行う工程がある。キュア処理を行う装置としては、紫外線（ＵＶ）を用いたＵＶキュア装置や、プラズマによりキュア処理を行うプラズマキュア装置が知られているが、これらに比べて膜の底部まで改質できることから、本発明者らは電子ビーム（ＥＢ）を用いたＥＢキュア装置に着目している。
【０００３】
このＥＢキュア装置は、例えば図１２に示すように、処理容器１内に基板１０を保持するための載置台１１を設けると共に、処理容器１内の載置台１１の上方側に載置台１１と対向するように、複数のタングステンフィラメントよりなる電子ビーム発生源１２を設け、さらに処理容器１を上下に区画するための透過窓１３を備えている。この透過窓１３は、タングステンフィラメントから発生する電子ビームは透過させ、電子ビームと共に発生するタングステンを透過させないようにすることにより、タングステンが基板１０に付着しないように設けられたものである。透過窓１３は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスにより作られるが、電子ビームを透過させるためには例えば数十μｍ程度の薄膜状に形成しなければならない。しかしこのような薄さでは装置に保持できないため、例えば厚さ数ｍｍ程度の窒化アルミニウムプレート１５に透過孔１４を形成し、このプレート１５の下面に薄膜１５ａを積層して透過窓１３を構成するようにしている。
【０００４】
このような装置では、タングステンフィラメントに電圧を印加すると熱電子が発生して、この熱電子は透過窓１３における薄膜１５ａを介して下方側に向かい、載置台１１上の基板１０に照射されるようになっている。この際既述のように電子と共に発生したタングステンはプレート１５の構造体部分１５ｂ（透過孔１４以外の部分）を透過できず、ここに付着する。
【０００５】
しかしながらこのようなＥＢキュア装置では、透過窓１３の構造体部分１５ｂは電子を透過させないので、タングステンフィラメントから発生する電子ビームが構造体１５ｂ部分で遮られてしまい、基板１０に照射される電子量が基板面内において揃わず、キュア処理の面内均一性が悪いという問題がある。またタングステンフィラメントから放出される電子は熱電子であるので、フィラメントに電圧を印加するとフィラメント自体が加熱され、その熱により処理容器１や基板１０も加熱されてしまうので、これを防ぐためには冷却機構を設けなければならず、構造上複雑になってしまうという問題もある。
【０００６】
さらにタングステンフィラメント自体が加熱されることによって、フィラメントが消耗し、フィラメント断線が発生したり、タングステンフィラメントから発生するタングステンが透過孔１４の薄膜１５ａに付着し、これにより電子透過率が次第に低下してしまうという問題もある。
【０００７】
また本発明者は、電子ビームを用いた露光装置についても検討しているが、やはり同様な問題がある。
【０００８】
ここで電子ビームを利用したキュア装置については、特許文献１の段落００５２に記載されているが、電子ビーム発生源については言及されておらず、上述の問題点を解決することはできない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２６１８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、カーボンナノチューブ層を電子ビーム発生手段に利用することにより、電子ビームを基板面内に亘ってほぼ均一に照射し、高い面内均一性で処理を行うことができる基板処理装置を提供することにある。また本発明の他の目的は、エッチングを行う装置にカーボンナノチューブ層を利用した電子ビーム発生手段を設けることにより、エッチングによる基板表面のチャージアップのダメージを抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため本発明の基板処理装置は、
気密な処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられた、基板を保持するための載置台と、
前記処理容器の内部に前記載置台と対向するように設けられ、前記載置台と対向する面の表層部にカーボンナノチューブ層を備えた金属板よりなる平面状の電子ビーム発生手段と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、を備え、
前記電子ビーム発生手段のカーボンナノチューブ層から電子を発生させ、この電子ビームを基板に照射して処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
ここで前記処理容器の内部の載置台と電子ビーム発生手段との間に、前記載置台と対向し、かつ処理容器を上下に区画するように、電子ビーム発生手段からの電子ビームを透過させる多数の電子透過孔を備えた電子透過窓を設けるように構成してもよい。電子透過窓における周縁寄りの電子透過領域の面積は、電子透過窓における中央寄りの電子透過領域の面積よりも大きいことが好ましい。また電子ビームを基板に照射して行う処理は、例えば基板に絶縁膜を形成した後の改質処理とすることができる。
【００１３】
また本発明のエッチング装置は、気密な処理容器内に設けられ、一方の電極を兼ねた、基板を保持するための載置台と、この載置台に対向するように設けられ、他方の電極を兼ねると共に、前記処理容器内に処理ガスを供給するための、多数のガス供給孔を備えたガス供給部と、を備え、前記両電極間に高周波電圧を印加して前記処理ガスを活性化し、得られたプラズマを用いて前記基板表面に対してエッチング処理を行うエッチング装置において、
前記ガス供給部における前記載置台と対向する面の表層部に設けられ、エッチング処理を行うときに電子ビームを基板に照射するためのカーボンナノチューブ層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明の基板処理装置は、
気密な処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、基板を保持するための電極を兼用する載置台と、
前記処理容器の内部に前記載置台と対向するように設けられ、前記載置台と対向する面の表層部にカーボンナノチューブ層を備えた金属板と、前記カーボンナノチューブ層の表面に対向して設けられ、電子ビームの透過領域を備えた引出電極と、を含む電子ビーム発生手段と、
前記金属板と載置台との間に第１の電圧を印加するための第１の電源と、
前記金属板と引出電極との間に第１の電圧よりも低い第２の電圧を印加するための第２の電源と、
前記第２の電源からの印加電圧を給断するためのスイッチ部と、
前記処理容器内を真空排気するめの真空排気手段と、を備え、
前記スイッチ部によって第２の電源からの印加電圧を給断することで電子ビーム発生手段のカーボンナノチューブ層から発生する電子ビームの給断を行うことを特徴とする。なお、前記引出電極は、多数の孔が開設された板状の絶縁部材を介して金属板に積層された構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、カーボンナノチューブ層を表層部に備えた金属板よりなる平面状の電子ビーム発生手段を用いているので、タングステンのような汚染物質が飛散するおそれがなく、そのため電子透過窓を用いなくてもよいことから、基板表面に高い均一性を以て電子ビームを照射することができ、面内均一性の高い処理を行うことができる。また平面状のカーボンナノチューブ層から等方的に電子ビームが放射されるので、電子透過窓を設ける場合であっても、例えば後述の図６の説明図などから分かるように基板面内における電子の照射量の均一性が高く、このため面内均一性の高い処理を行うことができる。
【００１６】
また他の発明は、載置台と対向電極（他方の電極）間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させてエッチングを行う装置において、カーボンナノチューブ層を電子ビーム発生手段とする技術を利用しているため、対向電極の表層部から電子ビームを基板に照射することができ（フィラメントの場合には汚染の問題があるためこのような構成は採用できない）、このためエッチング時において被エッチング部位におけるエッチャントであるイオンを中和することができ、基板表面のチャージアップのダメージを抑えることができる。
【００１７】
さらに本発明によれば、金属板と載置台との間に例えば数千Ｖの第１の電圧（高電圧）を印加した状態で、引出電極と金属板との間に例えば数十Ｖ〜数百Ｖ程度の第２の電圧（低電圧）を印加し、この第２の電圧をスイッチ部で給断することで電子ビームの給断を行っているので、電子ビームの給断を高速で行うことができ、例えば露光処理を行う場合等に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る基板処理装置を改質装置である電子ビームキュア装置に適用した場合の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電子ビームキュア装置を示す断面図である。図中２は例えばアルミニウム等の導電性部材からなる気密に形成された処理容器であり、その内部には基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを略水平に保持するための載置台３が設けられている。またこの載置台３は導電性部材例えばアルミニウムなどからなる円柱状の支持部３１を備えており、この支持部３１の上端面にはウエハＷが置かれる載置プレート３２が設けられている。この載置プレート３２は、誘電体例えば窒化アルミニウムなどのセラミックスからなる誘電体プレートとして形成されており、その内部には箔状の電極３３が設けられている。この電極３３には、給電路３４の一端が接続されており、この給電路３４の他端は静電チャック用の直流電源３５と接続され、その途中にはスイッチ３６が設けられている。こうして前記電極３３とその上部の誘電体部分はウエハＷを静電吸着するための静電チャックを構成している。また載置台３の支持部３１はアースに接続されている。
【００１９】
この載置台３は、図示しない搬送手段との間でウエハＷの受け渡しを行うための例えば３本の昇降ピン３７を備えており、この昇降ピン３７は処理容器２の外部に設けられた昇降機構３８により、先端が載置台３の上方側に位置する受け渡し位置と、先端が載置台３の内部に位置する待機位置との間で昇降自在に構成されている。図中３９はベローズである。
【００２０】
処理容器２の載置台３の上方側には、この載置台３と対向するように、電子ビーム発生手段４が設けられており、この電子ビーム発生手段４は絶縁部材４０により処理容器２に対して電気的に充分に浮いた状態にされている。この電子ビーム発生手段４は、例えばアルミニウムや銅等の円形の金属板４１の下面（載置台３と対向する面）の表層部にカーボンナノチューブ層４２を備えており、電子ビーム発生手段４の平面的大きさは、例えば載置台３表面のウエハＷとほぼ同じか、前記ウエハＷよりも大きく設定されている。具体的には、電子ビーム発生手段４の直径は、ウエハＷの直径よりも４０ｍｍ程度大きく設定されている。
【００２１】
このような電子ビーム発生手段４は、例えば図２に示すように、例えば口径が０．８ｎｍ、長さが１μｍ程度の大きさのカーボンの中空体よりなるカーボンナノチューブをエタノール等の溶剤に溶解させ、この溶解液を金属板４１の一面にスプレー塗付し、次いで加熱して前記溶剤を蒸発させて除去することにより形成される。このような手法で形成すると、カーボンナノチューブ層４２は金属板４１の一面に、図２に示すように凹凸がある状態で形成される。
【００２２】
この電子ビーム発生手段４には、例えば図１及び図３に示すように、金属板４１に負の電位を印加するための電圧供給部である直流電源４３がスイッチ４４を介して接続されており、金属板４１に負の直流電圧を印加すると、金属板４１が電極として作用し、カーボンナノチューブ層４２の尖った部位に電界が集中し、この部位から電子が放出される。
【００２３】
また前記処理容器２の載置台３と電子ビーム発生手段４との間には、当該処理容器２内を上下に区画するように、電子透過窓５が設けられている。この電子透過窓５は、多数の電子透過領域５１を備えており、この電子透過領域５１の周囲は構造体部分５２として構成されている。このような電子透過窓５は、例えば図４に示すように、厚さが数ｍｍ程度の窒化ケイ素（ＳｉＮ）より形成され、多数の電子透過領域５１用の孔部５３ａが形成された円形プレート５３と、この円形プレート５３と平面的にほぼ同じ大きさに構成され、厚さが数十μｍ程度の電子透過材料例えば窒化ケイ素より形成された薄膜５４とを積層して構成されている。これにより電子透過領域５１の周囲が構造体部分５２により囲まれた電子透過窓５が形成される。なお図４には図示の便宜上、孔部５３ａの一部を示している。
【００２４】
ここでこの例では、電子透過領域５１の大きさは一定ではなく、例えば図５に示すように、電子透過窓５における周縁寄りの電子透過領域５１の面積は、中央寄りの電子透過領域５１の面積よりも大きくすることが好ましい。この場合例えば中央領域から周縁領域に向けて徐々に開口部（電子透過領域５１）が大きくなるように設定するようにしてもよい。この開口部の大きさは、電子ビーム発生手段４からウエハＷに照射される電子量がウエハＷの面内において均一となるように、照射電子量のシミュレーションや実験を行って決定される。
【００２５】
前記処理容器２は、例えば電子透過窓５にて区画された上部側空間、下部側空間の夫々に排気路２２，２３が接続されており、これら排気路２２，２３の他端側は夫々圧力調整部２４，２５を介して真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプ２６に接続され、上部側空間及び下部側空間が夫々所定の真空度に維持されるようになっている。また処理容器２の下部側空間には、ゲートバルブ２７により開閉自在なウエハＷの搬出入口２１が形成されている。
【００２６】
このような電子ビームキュア装置では、制御部Ｃ１により、電子ビーム発生手段４の直流電源４３のスイッチ４４のオン・オフ、圧力調整部２４，２５、昇降ピン３７の昇降機構３８、チャック用の直流電源３５のスイッチ３６のオン・オフ、ゲートバルブ２７の開閉は制御されるように構成されている。
【００２７】
続いて上述の電子ビームキュア装置の作用について説明する。先ずゲートバルブ２７を開いて、ウエハＷを図示しない搬送手段により、処理容器２に搬入して、昇降ピン３７との協働作業により載置台３上に載置する。次いでスイッチ３６をオンにして直流電圧を電極３３に印加し、これによりウエハＷを載置プレート３２の表面に静電吸着させる。ここで前記ウエハＷは、前工程において、例えば多層配線構造のバリア膜例えばＳｉＮ膜の上に層間絶縁膜として例えば厚さが０．５μｍ程度の低誘電率のＳｉＯＣ膜がプラズマＣＶＤにより成膜されたものである。
【００２８】
一方ゲートバルブ２７を閉じ、処理容器２内を気密な状態にして、圧力調整部２４，２５を介して真空ポンプ２６により真空排気し、処理容器２の上部側空間及び下部側空間を夫々同じ真空度例えば１×１０−３Ｐａ程度に維持する。この例では、処理容器２内の圧力を１×１０−３Ｐａ程度に設定した状態が、当該処理容器２を真空排気した状態に相当する。
【００２９】
続いて直流電源４３のスイッチ４４をオンにし、電子ビーム発生手段４の金属板４１に例えば１００Ｖの負の直流電圧を印加して、カーボンナノチューブ層４２から電子を発生させる。このようにすると、カーボンナノチューブは電子放出能力が非常に高いので、高密度の電子が当該カーボンナノチューブ層４２から放出される。この電子ビームは、処理容器２内の雰囲気が真空であるので、カーボンナノチューブ層４２から等方的に放射され、電子透過窓５の電子透過領域５１を透過する。そして真空雰囲気の下部側空間内をウエハＷに向けて放射していき、ウエハＷ表面に照射される。
【００３０】
ここでウエハＷの一のポイントの電子ビームの照射量は、当該ポイントから見通すことができる電子ビーム源の領域の全てから照射される量の合計となるが、電子ビーム発生手段として平面上のカーボンナノチューブ層４２を用いているため、ウエハＷの各ポイントの間で、各々から見通せるカーボンナノチューブ層４２の領域の広さが揃っている。従って結果としてウエハＷ側の各ポイントにおける電子ビームの照射量が揃うことになる。例えば図６（ａ）に示すように電子透過窓５の電子透過領域５１の真下から上を見上げると、電子ビーム源であるカーボンナノチューブ層４２が見通せるが、従来のタングステンフィラメントを電子発生源として用いた場合には、図６（ｂ）に示すように、断面で見ると点電子源である帯状のフィラメント３００から等方的に電子ビームが放射されるが、領域Ａから見上げると、フィラメント３００を見通すことができない。即ちこの例においても電子透過領域５１を介して斜め下方側に向かう電子ビームにより、電子透過領域５１のみならず構造体部分５２の下方側にも電子ビームが到達するようになっているが、領域Ａに着目すると、フィラメント３００からの電子ビームが構造体５２により遮られてしまうので直接電子ビームが照射されず、このため他の領域よりも電子ビームの照射量が少なくなる。これによりウエハＷの面内において電子の照射量が多い領域と少ない領域が形成され、電子ビームの照射量がウエハＷ面内において不均一になり、これが処理の面内均一性に反映されてしまう。
【００３１】
こうして本実施の形態では、電子ビームはウエハＷに高い均一性で照射され、図７に示すように、ウエハＷ表面に形成されたＳｉＯＣ膜１００の内部まで侵入していき、ＳｉＯＣ膜１００と下地膜（バリア膜）であるＳｉＮ膜２００の界面まで到達し、これらＳｉＯＣ膜１００がＳｉＮ膜２００との界面近傍から表面まで改質され、これによりＳｉＯＣ膜１００とＳｉＮ膜２００との密着性が高められると共に、ＳｉＯＣ膜１００が硬化される。
【００３２】
ここでＳｉＯＣ膜１００がプラズマＣＶＤにより成膜された段階では、ＳｉＮ膜２００との相関関係がなく、このために両者の密着性が低いが、電子を照射してキュア処理を行うと、電子ビームがＳｉＯＣ膜１００の底部まで到達して、ＳｉＯＣ膜１００とＳｉＮ膜２００との界面が改質され、この界面近傍にＳｉＯＣ膜１００とＳｉＮ膜２００との間に結合が生じて、両者の密着性が高められると推察される。
【００３３】
またＳｉＯＣ膜１００の内部では、電子ビームの電子によりＳｉＯＣ膜１００の夫々の結合手が切断され、切断された分子同士が接合してポリマーを形成し、これによりＳｉＯＣ膜１００が硬化される。ここで電子ビームは、ＳｉＯＣ膜１００の底部まで到達するので、ＳｉＯＣ膜１００は底部から表面まで改質され、膜表面のみならず、底部から表面まで膜全体を硬化させることができる。
【００３４】
こうして改質処理を３０秒程度行った後、直流電源４３からの直流電圧の印加を停止して電子ビームの発生を停止すると共に、チャック用の直流電圧の印加を停止して、吸着状態からウエハＷを開放する。一方圧力調整部２４，２５により処理容器２内を所定の圧力に調整し、ゲートバルブ２７を開いて図示しない搬送手段により昇降ピン３７との協働作業により処理済のウエハＷを装置の外部に搬出する。
【００３５】
以上において、ゲートバルブ２７の開閉、支持ピン３７の昇降、チャック用の直流電源３５のスイッチ３６のオン・オフ、圧力調整部２４，２５、電子ビーム発生手段４の直流電源４３のスイッチ４４のオン・オフについては、制御部Ｃ１により制御され、上述の一連のプロセスが実行される。
【００３６】
上述の実施の形態によれば、金属板４１の表層にカーボンナノチューブ層４２を形成して構成された平面状の電子ビーム発生手段４を用いているので、従来のタングステンフィラメントを電子発生源として用いる場合に比べて、ウエハＷに対して高い均一性をもって電子ビームを照射することができ、ウエハＷ面内における均一性の高い改質処理を行うことができる。
【００３７】
さらにまた上述の実施の形態では、電子透過窓５の電子透過領域５１の大きさが電子透過窓５の中央領域から周縁領域に向けて徐々に大きくなるように設定されているので、より電子ビームの照射量をウエハＷ面内において均一にすることができ、さらに面内均一性の高い改質処理を行うことができる。つまり電子ビーム発生手段４からは等方的に電子ビームが放射されるので、電子透過領域５１の大きさを一定にした場合には、ウエハＷに照射される電子量は、ウエハＷの中央領域では多く、周縁領域では少なくなってしまう。このため電子透過領域５１の開口部の大きさを照射量が多い中央領域では小さくし、照射量の少ない周縁領域では大きく設定することにより、電子ビームの照射量をウエハＷ面内においてより均一にすることができる。
【００３８】
さらにまたカーボンナノチューブは電子放出能力が非常に高いことから、例えば５０００Ｖ程度の電圧の印加により、高密度な電子を放出することができるので、少ない投入電力によりＳｉＯＣ膜の改質処理を十分に行うことができ、効率のよい改質処理を行うことができる。
【００３９】
さらにカーボンナノチューブ層４２から発生される電子は、低温度の電子であるので、電子照射対象のウエハＷや電子透過窓５が加熱されるおそれが少なく、このため処理容器２や載置台３に特別な冷却構造を設ける必要がなく、簡易な構成とすることができる。さらにまたカーボンから電子を放出させているので、金属汚染の懸念がなく、電子透過窓５の電子透過率が低下するおそれがない。そして金属汚染の懸念がないことから、図１の電子ビーム改質装置では、電子透過窓５を設けない構成としてもよく、その場合には、より高い均一性を以て電子ビームをウエハＷに照射することができる。つまり本発明では、電子透過窓５を用いない構成を採用できるし、また電子透過窓５を用いたとしても上述のように高い均一性を以て電子ビームをウエハＷに照射することができ、いずれの場合でも基板に対して面内均一性の高い処理を行うことができる。
【００４０】
続いて本発明をエッチング装置に適用した例について図８を用いて説明する。図中６は導電性部材からなる気密に形成された処理容器であり、図中６１は排気路、６２は真空ポンプ、６０はウエハＷの搬入出口、６３はゲートバルブである。前記処理容器６の内部には、所定の処理ガス例えばエッチングガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極６４が設けられている。この上部電極６４は例えばアルミニウム等の導電性材料により形成されており、その下面側には多数のガス拡散孔６４ａが穿設されると共に、上部電極６４の下面の表層部にはカーボンナノチューブ層６５が形成されている。この上部電極６４には、処理ガス供給路６６ａを介して処理ガス供給源６６が接続されている。図中６７は絶縁部材である。前記上部電極６４は整合回路６８を介してプラズマ発生用の高周波電源６９と接続されている。
【００４１】
図中７１は上部電極６５と対向するように設けられた載置台であり、この載置台７１は導電性部材よりなる支持部７２と、支持部７２の上に設けられた誘電体プレート７３と、を備えている。この誘電体プレート７３には箔状の下部電極７４と、加熱手段であるヒータ７５が設けられている。前記下部電極７４は整合回路７６を介してバイアス用の高周波電源７７と接続されると共に、スイッチ７８ａを介して静電チャック用の直流電源７８に接続されている。またヒータ７５はヒータ電源部７９に接続されている。
【００４２】
このようなエッチング装置では、制御部Ｃ２により、上部電極６４のプラズマ生成用の高周波電源６９のオン・オフ、真空ポンプ６２のオン・オフ、下部電極７４用のバイアス用の高周波電源７７のオン・オフ、チャック用の直流電源７８のスイッチ７８ａのオン・オフ、ヒータ電源部７９のオン・オフ、処理ガス供給部６６等のガス供給系、ゲートバルブ６３の開閉が制御されるように構成されている。
【００４３】
このようなエッチング装置では、先ずゲートバルブ６３を開放し、搬入出口６０を介して処理容器６内にウエハＷを搬入し、図示しない支持ピンを介して、ヒータ７５により所定温度に加熱されている誘電体プレート７３上にウエハＷを載置する。次いでスイッチ７８ａをオンにして直流電圧を下部電極７４に印加し、これによりウエハＷを載置台７１の表面に静電吸着させる。
【００４４】
そしてゲートバルブ６３を閉じて処理容器６を気密な状態にし、エッチングガス例えばハロゲン系のガスを所定の流量でガス拡散孔６４ａを介してウエハＷ表面に向けて噴射する一方、真空ポンプ６２により処理容器６内を真空排気して、処理容器６内を所定の真空度に維持する。
【００４５】
続いて高周波電源６９から上部電極６４に例えば１００ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電圧を印加すると、上部電極６４と載置台７１上のウエハＷとの間に高周波電圧（高周波電力）が印加されてエッチングガスがプラズマ化され、プラズマ活性種が生成される。また下部電極７４には、高周波電源７７から例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用の電圧が印加され、これによりプラズマ活性種はウエハＷの表面に向かって高い垂直性を持って入射し、例えばウエハＷ表面のシリコン酸化膜がエッチングされる。
【００４６】
この際上部電極６４には高周波電源６９から正の電位と負の電位とが交互に印加されるので、負の電位が印加されたときに上部電極６４の下面に設けられたカーボンナノチューブ層６５から電子が放出し、これにより発生した電子ビームが載置台７１上のウエハＷに対して照射され、こうしてウエハＷ表面のエッチング対象物に対して電子ビームを照射しながら、所定のエッチング処理が行われる。
【００４７】
しかる後、所定時間経過後、上部電極６４や下部電極７４への高周波電圧の印加、エッチングガスの供給を停止し、処理容器６内の圧力を圧力調整部２４、２５により所定の圧力に戻した後、ゲートバルブ６３を開き、ウエハＷを搬出入口６０から装置外部に搬出する。
【００４８】
以上において、ゲートバルブ６３の開閉、プラズマ発生用の高周波電源６９のオン・オフ、真空ポンプ６２による真空排気、圧力調整部２４、２５による圧力制御、バイアス用の高周波電源７７のオン・オフ、チャック用の直流電源７８のスイッチ７８ａのオン・オフ、ヒータ電源部７９のオン・オフ、ガス供給系については、制御部Ｃ２により制御され、上述の一連のプロセスが実行される。
【００４９】
このような構成では、エッチング処理を行う際に、カーボンナノチューブ層６５から電子を発生させてウエハＷに照射しているが、この際平面状のカーボンナノチューブ層６５から電子を発生させているので、電子ビームをウエハＷの面内に亘って均一に照射しながら、エッチング処理を行うことができる。
【００５０】
ここでエッチングウエハ表面には、プラズマ中の陽イオンの吸着によりウエハ表面では正電荷が増えて、チャージアップによる素子の破壊等のダメージを生じさせるおそれがあるが、電子ビームを照射しながらエッチングを行うと、前記正電荷が電子により中和され、前記ダメージの発生を抑えることができる。
【００５１】
以上において本発明を改質装置に適用する際には、ＳｉＯＣ膜の改質のみならず、塗布膜よりなる絶縁膜や、有機膜等の改質処理に適用できる。さらにまた本発明は、上述の改質処理や、エッチング処理の他に、ウエハＷに対して電子ビームの照射が行われる種々の処理に適用することができ、この場合でも電子ビームを基板面内に亘って高い均一性で照射できるので、処理の面内均一性を高めることができる。さらにまた本発明の処理対象となる基板は、半導体ウエハＷの他、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）やマスク等に使用されるガラス基板などであってもよい。
【００５２】
続いて本発明を露光装置に適用した例について図９を用いて説明する。上述の実施の形態では、例えば５０００Ｖもの高電圧ラインをオン・オフするため、高速でオン・オフすることが現実には困難である。一方本発明者は電子ビームを露光装置に適用することを検討しているが、当該露光装置は基板表面への露光時間が例えばμｓオーダと極めて短いことから、電子ビームのオン・オフの切り替えを高速で行う必要がある。そこで次に述べる実施の形態は、このような高速切り替えに対応できるように構成されている。図９は本発明の実施の形態である露光装置の全体構成を示しているが、処理容器及び下部電極である基板（この例ではウエハＷ）の載置台並びに真空排気系に関しては先の実施の形態と実質同じであるため、同符号で示し、説明を省略する。以下においてこの実施の形態の要部である電子ビーム発生手段９及び電圧供給系に関して述べる。
【００５３】
電子ビーム発生手段９は、前記処理容器２の載置台３の上方側に載置台３と対向するように設けられており、絶縁部材９０により処理容器３に対して電気的に充分に浮いた状態とされている。この電子ビーム発生手段９は、図１０にも詳しく示すように、例えばアルミニウムや銅等の円形の金属板９１の下面の表層部にカーボンナノチューブ層９２が凹凸のある状態で形成され、当該カーボンナノチューブ層９２の下面側（表面側）に例えば板状の絶縁部材９３である絶縁板を介して引出電極９４が積層された構成となっている。前記絶縁部材９３及び引出電極９４は、前記金属板９１と同一のサイズの円形状に形成され、前記絶縁部材９３の厚さは例えば０．１ｍｍであり、前記引出電極９４の厚さは例えば０．１ｍｍである。また図１０に示すように前記絶縁部材９３及び引出電極９４には、多数の電子ビーム透過用の領域である孔部９５、９６が穿設されており、当該孔部９５、９６の口径ｒは何れも例えば１０μｍであり、孔部９５と孔部９６との離間距離ｄは例えば１０μｍである。なお、前記絶縁部材９３に穿設された孔部９５と前記引出電極９４に穿設された孔部９５とは、絶縁部材９３と前記引出電極９４とを重ねたときに各々孔部９５、９６が一致して重なり合うようになっており、この孔部９５、９６から前記カーボンナノチューブ層９２が臨むようになっている。この電子ビーム発生手段９の平面的な大きさは、既述の実施の形態で述べたと同様の大きさである。
【００５４】
前記電子ビーム発生手段９の金属板９１は、例えば第１の電圧である４０００Ｖの第１の直流電源１１０の負極側に接続されると共に、この第１の直流電源１１０の正極側にはスイッチ部１１１を介して載置台３に接続されており、載置台３及び金属板９１は夫々下部電極及び上部電極をなすことになる。また引出電極９４はスイッチ１１２部を介して例えば第２の電圧である５０Ｖ〜１００Ｖの第２の直流電源１１３の正極側に接続されている。なお、前記スイッチ部１１１と載置台３とを繋ぐ給電線はアースに接続されている。
【００５５】
上述した露光装置では、制御部１１４より、第１の直流電源１１０のメインスイッチ部１１１のオン・オフ、第２の直流電源１１３のスイッチ部１１２のオン・オフ、圧力調整部２５、静電チャック用の直流電源３５のスイッチ３６のオン・オフ、ゲートバルブ２７の開閉、支持ピン３７の昇降などが制御されるように構成されている。
【００５６】
続いて上述の露光装置の作用について述べる。今、ウエハＷが処理容器２内に搬入されて載置台３の上に載置されているとする。この例では予めメインスイッチ部１１１がオンの状態にあり、金属板９１（上部電極）と載置台３（下部電極）との間には、例えば４０００Ｖの電圧が印加されている。このとき引出電極用の直流電源１１３のスイッチ部１１２はオフの状態にある。続いて直流電源１１３のスイッチ部１１２をオンにして、前記直流電源１１３により引出電極９４と金属板９１との間に例えば５０Ｖ〜１００Ｖの直流電圧を印加する。
【００５７】
図１１（ａ）は、金属板９１及び載置台３間の電圧とこれら電極間に流れる電流との関係を、この実施の形態の作用の理解を容易にするために模式的に示す電圧−電流特性の一例であり、この例では電極間の電圧が４０００Ｖ付近を越えた辺りから電流が流れ始め、５０００Ｖになったときに予定としている大きさの電流（電子ビーム）が流れる。また図１１（ｂ）は、金属板９１及び載置台３間に、電流が流れ始める直前の４０００Ｖを印加した状態で、金属板９１及び引出電極９４間に電圧を印加したときの電流の流れる様子を示す電圧−電流特性を示しており、引出電圧９４が５０Ｖになった辺りから金属板９１及び載置台３間に電流が流れ始め、１００Ｖになったときに予定としている電流（電子ビーム）が流れる。従って、この例のように４０００Ｖの第１の直流電源１１０、１００Ｖの第２の直流電源１１３を用い、引出電圧９４の給断を行うスイッチ部１１２をオンにすることによりカーボンナノチューブ層９２から電子が放出されて当該電子は前記絶縁部材９３に穿設された孔部９５及び前記引出電極９４に穿設された孔部９６を通ってウエハＷの表面に向かうことになる。こうしてウエハＷに対して所定の露光処理が行われる。
【００５８】
この実施の形態によれば引出電極９４と金属板９１との間の電圧をスイッチ部１１２によりオン・オフさせることで、電子ビームの給断を行っており、引出電極９４と金属板９１との間は５０Ｖ〜１００Ｖ程度の低電圧であるため、スイッチ部１１２をトランジスタなどの半導体素子を用いて構成することができ、従って、高速で電子ビームの給断を行うことができるので、例えば１μｓオーダの電子ビームの照射時間を実現できる。
【００５９】
なお、この例では上述した電子透過窓５を用いていないが、電子透過窓５を用いてもよい。また図９の実施の形態を露光装置以外の装置例えばＥＢキュア装置などに適用してもよい。さらにまた、絶縁部材９３を用いずに引出電極９４と金属板９１との間を空間としてもよいし、引出電極９４としてはメッシュ体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る改質装置の一例を示す縦断断面図である。
【図２】前記改質装置に用いられる電子ビーム発生手段の構成例を示す工程図である。
【図３】前記電子ビーム発生手段の作用を示す側面である。
【図４】前記改質装置に用いられる電子透過窓の一例を示す斜視図である。
【図５】前記改質装置に用いられる電子透過窓の一例を示す平面図である。
【図６】前記改質装置の作用を説明するための側面図である。
【図７】前記改質装置にて改質処理が行われる絶縁膜を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るエッチング装置を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る露光装置を示す断面図である。
【図１０】上記露光装置に設けられた電子ビーム発生手段を示す概略斜視図である。
【図１１】電流−電圧の関係を示す特性図である。
【図１２】従来の改質装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｗ          半導体ウエハ
２、６      処理容器
２６、６２  真空ポンプ
３、７１    載置台
４          電子ビーム発生手段
４１        金属板
４２、６５  カーボンナノチューブ層
４３        直流電源
５          電子透過窓
５１        電子透過孔
６４        上部電極
９０        絶縁部材
９１        金属板
９２        カーボンナノチューブ層
９３        絶縁部材
９４        引出電極
９５、９６  孔部
１１０      第１の直流電源
１１１      スイッチ部
１１２      スイッチ部
１１３      第２の直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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