(57)【要約】【課題】従来のレジスト膜や層間絶縁膜の成膜を行う場合には、膜厚を均一に整えることが難しく、例えばスピンコータを用いるＳＯＤ膜を塗布すると、図９の（ａ）に示すようにＳＯＤ膜の膜厚が不均一になり、この状態がそのまま残る。【解決手段】本発明の成膜方法は、第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３ＣからウエハＷに形成されたＳＯＤ膜に電子ビームＢを照射する際に、第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃそれぞれの出力を図６の（ａ）に示す膜厚分布に応じて同図の（ｂ）に示すようにブロック毎に制御してドーズ量を変える。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子ビーム管から被処理体に形成された膜に電子ビームを照射して膜厚を整える工程を備えた薄膜処理方法であって、上記工程において、上記複数の電子ビーム管それぞれの出力または照射時間を上記膜厚の分布に応じて個別に制御することを特徴とする薄膜処理方法。
【請求項２】
被処理体の表面に形成された膜の膜厚を測定する工程と、複数の電子ビーム管から上記膜に電子ビームを照射して上記膜厚を整える工程とを備えた薄膜処理方法であって、上記膜厚を整える工程において、上記膜厚の測定結果に基づいて上記複数の電子ビーム管それぞれの出力または照射時間を個別に制御することを特徴とすることを特徴とする薄膜処理方法。
【請求項３】
上記被処理体を回転させながら上記被処理体に塗布膜を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜処理方法。
【請求項４】
上記被処理体にＣＶＤ膜を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜処理方法。
【請求項５】
上記被処理体の内側よりも外側に配置された電子ビーム管ほどその出力を高く設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の薄膜処理方法。
【請求項６】
複数の電子ビーム管から被処理体に電子ビームを照射して被処理体の薄膜に帯電した電荷を除去する工程を備えた薄膜処理方法であって、上記工程において、上記被処理体を希ガス雰囲気下に置き、上記希ガスを通して上記被処理体に電子ビームを照射することを特徴とする薄膜処理方法。
【請求項７】
被処理体の薄膜に帯電した電荷量を測定する工程と、上記電荷量の測定結果に基づいて複数の電子ビーム管から上記膜に電子ビームを照射して上記電荷を除去する工程とを備えた薄膜処理方法であって、上記除電工程において、上記被処理体を希ガス雰囲気下に置き、上記希ガスを通して上記被処理体に電子ビームを照射することを特徴とする薄膜処理方法。
【請求項８】
被処理体に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定装置と、上記被処理体の膜に電子ビームを照射する複数の電子ビーム管を有する電子ビーム処理装置とを備え、上記電子ビーム処理装置は、上記膜厚測定装置の測定結果に基づいて上記複数の電子ビーム管それぞれの出力または照射時間を個別に制御する制御装置を有することを特徴とする薄膜処理システム。
【請求項９】
被処理体の薄膜に帯電した電荷量を測定する電荷量測定手段と、上記被処理体に電子ビームを照射して上記電荷を除去する複数の電子ビーム管を有する電子ビーム処理装置とを備え、上記電子ビーム処理装置は、処理容器内に希ガスを供給する手段と、上記電荷量測定手段の測定結果に基づいて上記複数の電子ビーム管の出力または照射時間を制御する制御装置とを有し、上記処理容器内に供給された希ガスを通して上記被処理体に電子ビームを照射することを特徴とする薄膜処理システム。
【請求項１０】
上記複数の電子ビーム管は、同心円状に配列されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜処理システム。
【請求項１１】
上記被処理体に膜を形成する回転式の塗布装置を備えたことを特徴とする請求項８または請求項１０に記載の薄膜処理システム。
【請求項１２】
上記被処理体に膜を形成するプラズマ処理装置を備えたことを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の薄膜処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、薄膜処理方法及び薄膜処理システムに関し、更に詳しくは、均一な膜厚で薄膜処理をすることができ、また、プラズマ処理装置等により膜に帯電した電荷を除去する薄膜処理方法及び薄膜処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化及び高速化に伴い、配線構造が微細化し、レジスト膜への配線パターンの高精細化や配線間の電気容量の低減が益々重要になって来ている。即ち、レジスト膜は配線パターンが高精細化するほど均一な膜厚を必要となり、また、層間絶縁膜は正確なエッチング等を行うために均一な膜厚が必要になる。
【０００３】
レジスト膜や層間絶縁膜を形成する場合には例えばスピンコータやベーク炉を用いて被処理体の表面に有機材料を塗布して塗布型絶縁膜（以下、「ＳＯＤ膜」と称す。）を形成することが広く行われている。また、層間絶縁膜の配線間の電気容量を低減するため、ＳＯＤ膜材として種々のＬｏｗ−ｋ膜材が開発されている。更に、膜形成の一環としてＳＯＤ膜に熱キュアを施すことが行われ、あるいは最近では電子ビーム処理装置（ＥＢ装置）を用いてＳＯＤ膜に電子ビームキュア（ＥＢキュア）を施すことが行われている。
【０００４】
例えばスピンコータを用いて被処理体（例えば、ウエハ）にＳＯＤ膜を形成すると、図９の（ａ）に示すようにウエハの中央部の膜厚が薄く、径方向外側へ行くに従って膜厚が漸増する傾向にある。このようなＳＯＤ膜にＥＢキュアを施す場合には、従来は同図の（ｂ）に示すように複数の電子ビーム管それぞれの出力を均一にしてウエハ全面に均一な電子ビームを照射している。
【０００５】
また、プラズマ処理装置を用いてウエハに層間絶縁膜等の薄膜を形成する場合にもスピンコータの場合ほどではないにしても膜厚にバラツキが生じ、均一な膜厚を得ることが難しい。また、プラズマ処理装置を用いて薄膜を形成すると、プラズマから電荷を受けることにより薄膜がチャージングし、その後の処理に種々の弊害をもたらす。チャージング現象はエッチングを行う場合にも発生する。
【０００６】
そこで、従来から薄膜の電荷を除去する方法として、例えば、ウエハに電子ビーム（陰イオン）を注入して薄膜の陽イオンを中和する方法（特許文献１）や、紫外線ランプ等の中和電荷発生手段を用いてアルゴンガス等から浮遊電荷体（正イオン及び電子を含む）を発生させ、この浮遊電荷体で薄膜表面の電荷を中和する方法（特許文献２）等が知られている。また、特許文献３には紫外線を半導体基板表面の電荷蓄積部分に照射して半導体基板表面電荷を除去する方法が知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１８１０５６号公報（請求項１〜請求項３、段落［０００７］、及び図２）
【特許文献２】
特開平７−１４７６１号公報（請求項１、請求項２及び段落［００２２］）
【特許文献３】
特開平５−２４３１６０号公報（請求項１、請求項４及び段落［０００８］）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレジスト膜や層間絶縁膜の薄膜処理を行う場合には、上述のように、ＳＯＤ膜の塗布、ＳＯＤ膜のベーク処理及びキュア処理を行うが、いずれの処理を行うにおいても膜厚を均一に整えることが難しく、例えばスピンコータを用いるＳＯＤ膜を塗布すると、図９の（ａ）に示すようにＳＯＤ膜の膜厚が不均一になり、この状態がベーク炉による熱処理後にも残るため、これらの処理に続くＥＢキュア後にも同図の（ｃ）に示すように膜厚が不均一なまま残り、均一な膜厚を得ることが難しいという課題があった。膜厚が不均一な場合には、その後の処理、例えば層間絶縁膜の場合であれば所定のパターンに即し正確なエッチングを均一に施すことが難しくなり、歩留まりの低下をもたらす虞がある。また、レジスト膜の場合には露光工程で要求される高精細な描画が難しくなる。
【０００９】
また、ウエハの表面に形成された薄膜の電荷を除去する方法として特許文献１の方法を用いる場合には電子ビームにより発生した陰イオンにより薄膜の陽イオンを除去することができるに過ぎない。また、特許文献２の方法を用いる場合には紫外線を用いるため、薄膜表面の電荷を除去することはできるが、紫外線により発生した電荷は薄膜の内部まで浸透せず、薄膜表面の電荷を除去できるに過ぎず、内部に蓄積した電荷まで除去できない。また、特許文献３の方法を用いる場合には紫外線が薄膜の内部まで浸透し難いという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、均一な薄膜処理を得ることができる薄膜処理方法及び薄膜処理システムを提案することを目的としている。また、被処理体に蓄積した電荷を確実に除去することができる薄膜処理方法及び薄膜処理システムを併せて提案することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の薄膜処理方法は、複数の電子ビーム管から被処理体に形成された膜に電子ビームを照射して膜厚を整える工程を備えた薄膜処理方法であって、上記工程において、上記複数の電子ビーム管それぞれの出力または照射時間を上記膜厚の分布に応じて個別に制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の薄膜処理方法は、被処理体の表面に形成された膜の膜厚を測定する工程と、複数の電子ビーム管から上記膜に電子ビームを照射して上記膜厚を整える工程とを備えた薄膜処理方法であって、上記膜厚を整える工程において、上記膜厚の測定結果に基づいて上記複数の電子ビーム管それぞれの出力または照射時間を個別に制御することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の薄膜処理方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記被処理体を回転させながら上記被処理体に塗布膜を形成する工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載の薄膜処理方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記被処理体にＣＶＤ膜を形成する工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載の薄膜処理方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記被処理体の内側よりも外側に配置された電子ビーム管ほどその出力を高く設定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載の薄膜処理方法は、複数の電子ビーム管から被処理体に電子ビームを照射して被処理体の薄膜に帯電した電荷を除去する工程を備えた薄膜処理方法であって、上記工程において、上記被処理体を希ガス雰囲気下に置き、上記希ガスを通して上記被処理体に電子ビームを照射することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項７に記載の薄膜処理方法は、被処理体の薄膜に帯電した電荷量を測定する工程と、上記電荷量の測定結果に基づいて複数の電子ビーム管から上記膜に電子ビームを照射して上記電荷を除去する工程とを備えた薄膜処理方法であって、上記除電工程において、上記被処理体を希ガス雰囲気下に置き、上記希ガスを通して上記被処理体に電子ビームを照射することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項８に記載の薄膜処理システムは、被処理体に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定装置と、上記被処理体の膜に電子ビームを照射する複数の電子ビーム管を有する電子ビーム処理装置とを備え、上記電子ビーム処理装置は、上記膜厚測定装置の測定結果に基づいて上記複数の電子ビーム管それぞれの出力または照射時間を個別に制御する制御装置を有することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項９に記載の薄膜処理システムは、被処理体の薄膜に帯電した電荷量を測定する電荷量測定手段と、上記被処理体に電子ビームを照射して上記電荷を除去する複数の電子ビーム管を有する電子ビーム処理装置とを備え、上記電子ビーム処理装置は、処理容器内に希ガスを供給する手段と、上記電荷量測定手段の測定結果に基づいて上記複数の電子ビーム管の出力または照射時間を制御する制御装置とを有し、上記処理容器内に供給された希ガスを通して上記被処理体に電子ビームを照射することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項１０に記載の薄膜処理システムは、請求項８または請求項９に記載の発明において、上記複数の電子ビーム管は、同心円状に配列されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項１１に記載の薄膜処理システムは、請求項８または請求項１０に記載の発明において、上記被処理体に膜を形成する回転式の塗布装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項１２に記載の薄膜処理システムは、請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の発明において、上記被処理体に膜を形成するプラズマ処理装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態の薄膜処理システムＳは、例えば図３に示すように、被処理体（例えば、ウエハ）の表面にＳＯＤ膜材料を塗布する回転式の塗布装置（スピンコータ）１０と、このスピンコータ１０の下流側に配置され且つウエハに形成されたＳＯＤ膜を熱処理するベーク炉２０と、ベーク炉２０の下流側に配置され且つ熱処理後のＳＯＤ膜の膜厚を測定する膜厚測定装置３０と、この膜厚測定装置３０の下流側に配置され且つ膜厚測定装置３０の測定結果に基づいてＳＯＤ膜に電子ビームを照射する電子ビーム処理装置（ＥＢ装置）４０とを備えている。この際に用いられるスピンコータ１０、ベーク炉２０及び膜厚測定装置３０としては従来公知のものを使用することができる。
【００２４】
上記スピンコータ１０において形成されたＳＯＤ膜は、前述したようにウエハの中心から径方向外側へ行くに従って膜厚が厚くなる傾向にある。このことは、ベーク炉２０でウエハを処理しても変わらない。そこで、本実施形態では、以下で具体的に説明するＥＢ装置４０を用いてＳＯＤ膜に対してＥＢキュアを施す際にＳＯＤ膜の膜厚を均一化することができる。
【００２５】
即ち、本実施形態に用いられるＥＢ装置４０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等によって減圧可能に形成された処理容器４１と、この処理容器４１内の底面中央に配設され且つ被処理体（ウエハ）Ｗを載置する載置台４２と、この載置台４２と対向する処理容器４１の上面に同心円状に配列して取り付けられた複数（例えば、１９本）の電子ビームユニット４３と、載置台４２及び電子ビームユニット４３等を制御する制御装置４４とを備え、制御装置４４の制御下で電子ビームユニット４３から載置台４２上のウエハＷ全面に電子ビームを照射してウエハＷに形成されたＳＯＤ膜のＥＢキュアを行う。ＳＯＤ膜にＥＢキュアを施すと、後述のようにＳＯＤ膜が収縮（シュリンク）する。このことを利用して本実施形態ではＳＯＤ膜の膜厚を均一化する。
【００２６】
また、上記載置台４２の下面には昇降機構４５が連結され、昇降機構４５のボールネジ４５Ａを介して載置台４２が昇降する。載置台４２の下面と処理容器４１の底面は伸縮自在なステンレス製のベローズ４６によって連結され、ベローズ４６によって処理容器４１内の気密を保持している。また、処理容器４１の周面にはウエハＷの搬出入口４１Ａが形成され、この搬出入口４１Ａにはゲートバルブ４７が開閉可能に取り付けられている。更に、処理容器４１には搬出入口４１Ａの上方に位置するガス供給口４１Ｂが形成され、処理容器４１の底面にはガス排気口４１Ｃが形成されている。そして、ガス供給口４１Ｂにはガス供給管４８を介してガス供給源（図示せず）が接続され、またガス排気口４１Ｃにはガス排気４９を介して真空排気装置（図示せず）が接続されている。尚、図１において、４６Ａはベローズカバーである。
【００２７】
更に、上記載置台４２は上面にヒータ４２Ａを有し、このヒータ４２Ａを介してウエハＷを所望の温度まで加熱する。また、１９本の電子ビームユニット４３は、例えば図２に示すように、処理容器４１上面の中心に配置された１本の第１電子ビーム管４３Ａと、第１電子ビーム管４３Ａの周りに同心円状に配置された６本の第２電子ビーム管４３Ｂと、これらの第２電子ビーム管４３Ｂの周りに同心円状に配置された１２本の第３電子ビーム管４３Ｃとから構成され、第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃをそれぞれブロック毎に制御することができる。第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４Ｂ、４Ｃは、それぞれ処理容器４１内に露出して配置された電子ビームの透過窓を有している。透過窓は例えば透明石英ガラスによって封止されている。そして、透過窓の下方にはグリッド状の検出機構５０が対向配置され、この検出機構５０に衝突する電子に基づいて照射量を検出し、検出信号が制御装置４４に入力する。制御装置４４は検出機構５０の検出信号に基づいて同心円状に配置された第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの出力をそれぞれブロック毎に制御する。
【００２８】
而して、本実施形態で用いられるＳＯＤ膜は例えば有機材料によって形成されている。ＳＯＤ膜を形成する有機材料としては、例えばＳｉＯ２より誘電率が低いＬｏｗ−ｋ材が用いられる。Ｌｏｗ−ｋ材は、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）を含む有機材料を用いることができる。このような有機材料としては、例えば、ポリオルガノシロキサン架橋ベンゾシクロブテン樹脂（ＢＣＢ）やダウケミカル社製のＳｉＬＫ（商品名）、ＦＬＡＲＥ（商品名）等のポリアリレンエーテル樹脂（ＰＡＥ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）等の有機ポリシロキサン樹脂等を挙げることができる。ＭＳＱ系の有機材料としては、例えば、ジェイエスアール社製のＬＫＤ等を挙げることができる。
【００２９】
次に、ＥＢ装置４０の動作について説明する。ＳＯＤ膜が形成されたウエハＷを搬送機構のアーム（図示せず）を介してＥＢ装置４０まで搬送すると、ゲートバルブ４７を開き、搬送機構のアームが搬出入口４１ＡからウエハＷを処理容器４１内へ搬送し、処理容器４１内で待機する載置台４２上にウエハＷを引き渡す。その後、搬送機構のアームが処理容器４１から退避し、ゲートバルブ４７を閉じ、処理容器４１内を気密状態にする。この間に昇降機構４５を介して載置台４２が上昇し、ウエハＷと電子ビームユニット４３との間隔を所定距離に保つ。
【００３０】
然る後、真空排気装置を介して処理容器４１内の空気を排気すると共にガス供給源から処理容器４１内へ例えば希ガス（例えば、アルゴンガス）を供給し、処理容器４１内の空気をアルゴンガスで置換し、処理容器４１内のアルゴンガスの圧力を所定の圧力に保持する。この際、載置台４２のヒータ４２Ａが作動してウエハＷを加熱して所定の温度に保持する。この状態で電子ビームユニット４３の第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃそれぞれの出力を同一に設定して電子ビームＢを照射してウエハＷ表面のＳＯＤ膜のＥＢキュアを行う。
【００３１】
上述のように各電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの出力を同一に設定し、下記条件でＥＢキュアを行うと、例えば図４及び図５に示す特性を有するＳＯＤ膜を得ることができる。
【００３２】
［処理条件］
ＳＯＤ膜の材料：ＬＫＤ（ジェイエスアール社製）
平均膜厚：５０００オングストローム
処理容器内圧力：１０Ｔｏｒｒ
ウエハ温度：３５０℃
アルゴンガス：標準状態で３Ｌ／分
電子ビーム管とウエハの間隔：７５ｍｍ
電子ビーム管
印加電圧：１３ｋＶ
管電流：２５０μＡ
【００３３】
図４に示す結果によれば、ＥＢキュアの処理時間と共にＳＯＤ膜のシュリンク率（膜厚減少率）が大きくなることが判る。一方、ｋ値（比誘電率）はＥＢキュアの処理時間が６００秒まではゆるやかに増大し、６００秒を超えると明らかに増大することが判る。また、図５に示す結果によれば、ＳＯＤ膜は、ＥＢキュアの処理時間と共にＳＯＤ膜のシュリンク率の増大と同様の傾向で弾性係数が大きくなって硬化することが判る。これらの結果からＳＯＤ膜でのドーズ量が多くなるほどＳＯＤ膜の有機高分子化合物の反応が進み、ＳＯＤ膜のシュリンク率が大きくなると考えられる。その際、所定のシュリンク率、本実施形態の場合には、ＥＢキュアの処理時間６００秒に相当するシュリンク率約１２％以下の範囲であれば低いｋ値を維持することができることが判る。このことは、各電子ビーム４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの出力が同一の場合には、第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの照射時間に差を付けることで、また、処理時間が同一の場合には第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃそれぞれの出力に高低差を付けることで低いｋ値を維持しつつＳＯＤ膜のシュリンク率を変えて膜厚分布を補正して均一な膜厚を得ることができることを示している。
【００３４】
そこで、本実施形態ではＳＯＤ膜の膜厚に応じて第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの出力をブロック毎に制御してＳＯＤ膜の膜厚分布を補正し、膜厚の均一化を実現した。即ち、膜厚の厚い外周縁部分には第３電子ビーム管４３Ｃの出力を最も高く設定して電子ビームのドーズ量を多くして膜厚の厚い部分のシュリンク率を大きくし、膜厚の薄い中央部分には第１電子ビーム管４３Ａの出力を低く最も設定して電子ビームのドーズ量を少なくして膜厚の薄い部分のシュリンク率を小さくする。これによってＳＯＤ膜の膜厚を均一化することができる。
【００３５】
次に、上記原理を利用した薄膜処理システムＳによる本発明の薄膜処理方法について説明する。まず、スピンコータ１０を用いてＳＯＤ膜材をウエハＷ表面に塗布した後、ベーク炉２０を用いて熱処理する。次いで、例えば光干渉式膜厚計等の膜厚測定装置３０を用いてウエハＷ全面のＳＯＤ膜の膜厚を複数箇所で測定し、膜厚の分布状態を検出すると、例えば図６の（ａ）に実線で示すようにＳＯＤ膜の中央部から外周縁部に行くに従って膜厚が漸増する膜厚分布が得られる。この膜厚分布を示す数値データをＥＢ装置４０の制御装置４４のメモリ（図示せず）に格納する。
【００３６】
次いで、図１に示すように膜厚分布状態の判ったウエハＷをＥＢ装置４０の処理容器４１内に搬入し、載置台４２上に載置してゲートバルブ４７を閉じた後、上述した要領で載置台４２を上昇させて電子ビームユニット４３とウエハＷ間の距離を所定の値に設定した後、ガス供給管４８から処理容器４１内へ希ガスを供給すると共にガス排出管４９から処理容器４１内のガスを排気して処理容器４１内を所定圧力の希ガス雰囲気にする。
【００３７】
然る後、電子ビームユニット４３の第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃに電圧を印加する。この際、制御装置４４が図６の（ａ）に示す膜厚分布に従って第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃそれぞれの出力をブロック毎に制御する。即ち、制御装置４４を介してＳＯＤ膜の膜厚分布に従って、同図の（ｂ）に実線で示すように第１電子ビーム管４３Ａの出力を最も低く設定してＳＯＤ膜の中央部における電子ビームのドーズ量を最も少なくし、第３電子ビーム管４３Ｃの出力を最も高く設定してＳＯＤ膜の外周縁部における電子ビームのドーズ量を最も多くしてＳＯＤ膜のＥＢキュアを行う。このＥＢキュアにより、ＳＯＤ膜はウエハＷの中央部でのシュリンク率が最も小さく、中央部から外周縁部に行くに従ってシュリンク率が徐々に大きくなり、結果的に同図の（ｃ）に示すようにＳＯＤ膜の膜厚をウエハＷ全面で平均化して均一な膜厚を得ることができる。
【００３８】
以上説明したように本実施形態によれば、スピンコータ１０を介してウエハＷにＳＯＤ膜を形成し、ベーク炉２０を介してＳＯＤ膜を熱処理した後、膜厚測定装置３０を介してＳＯＤ膜の膜厚を測定し、この測定結果に基づいてＥＢ装置４０の電子ビームユニット４３の第１電子ビーム管４３Ａの出力を最も低く、第３電子ビーム管４３Ｃの出力を最も高く設定するように第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃをブロック毎に個別に制御するようにしたため、ベーク炉２０から来るウエハＷのＳＯＤ膜の膜厚が中央部から外周縁部に行くに従って漸増していてもＥＢキュアによって膜厚分布を補正して均一な膜厚を持ったＳＯＤ膜を得ることができる。従って、薄膜処理後のエッチング等の後工程でも良好な結果を得ることができ、歩留まりを高めることができる。
【００３９】
また、例えば膜厚測定装置３０による膜厚測定で図６の（ａ）に破線で示す膜厚分布が得られた場合には、ＥＢキュアの際に、制御装置４４を介してＳＯＤ膜の膜厚分布に従って、同図の（ｂ）に破線で示すように第１電子ビーム管４３Ａの出力を最も高く設定してＳＯＤ膜の中央部における電子ビームのドーズ量を最も多くし、第３電子ビーム管４３Ｃの出力を最も低く設定してＳＯＤ膜の外周縁部における電子ビームのドーズ量を最も少なくしてＳＯＤ膜のＥＢキュアを行う。これにより、ＳＯＤ膜はウエハＷの中央部でのシュリンク率が最も大きく、中央部から外周縁部に行くに従ってシュリンク率が徐々に小さくなり、結果的に同図の（ｃ）に示すようにＳＯＤ膜の膜厚をウエハＷ全面で均一な膜厚を得ることができる。
【００４０】
また、例えばプラズマＣＶＤ装置を用いてウエハ表面に層間絶縁膜を被膜した場合には、層間絶縁膜の膜厚は全面で微小な凹凸が不規則に分布することがある。この場合には膜厚測定装置を介してその凹凸の分布状態を検出した後、この膜厚情報に基づいてＥＢキュア装置において複数の電子ビーム管それぞれの出力を凹凸に応じて個別に制御することで膜厚を均一化することができる。即ち、この場合には上記実施形態のように電子ビームユニット４３を３つのブロック（即ち第１、第２、第３電子ビーム管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ）毎に制御するのではなく、１９本の電子ビーム管４３それぞれの出力を個別に制御する。このような制御で如何なる膜厚分布であっても確実に膜厚分布をなくして均一化することができる。従って、本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。
【００４１】
また、上記実施形態ではＥＢ装置４０を用いて成膜後の膜厚のバラツキを均一化する場合について説明したが、ＥＢ装置４０は、例えばプラズマ処理装置（例えば、ＣＶＤ装置、エッチング装置、アッシング装置等）やイオン注入装置等によってウエハを処理した時にウエハ表面に蓄積する電荷を除去する場合にも用いることができる。そこで、まずＥＢ装置４０の除電作用をチャージングモニタ用ウエハによって確認した。
【００４２】
本実施形態ではチャージングモニタ用ウエハとして、例えばチャーム（登録商標）−２ウエハ（Ｗａｆｅｒ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ  Ｍｏｎｉｔｏｒｓ社製）（以下、単に「チャームウエハ」と称す。）を用いた。このチャームウエハは、ＥＥＰＲＯＭデバイス構造のチップをウエハ全面に有している。各デバイスは、例えば図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、電位センサ（同図の（ａ）参照）、電流センサ（同図に（ｂ）参照）及びＵＶセンサ（図示せず）を有している。また、各センサは、同図に示すように、制御ゲートＣ、浮遊ゲートＦ及びシリコン酸化膜層ＳｉＯ２を有し、また、表面にＣＣＥ（Ｃｈａｒｇｉｎｇ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を有している。そして、各デバイスの制御ゲートにそれぞれ印加された電圧の極性、大きさに応じて酸化膜を通して電子が浮遊ゲートＦに注入され、あるいは掃き出される。これにより、トランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈが変化し、この変化量に基づいてウエハの電荷量分布を知ることができる。
【００４３】
例えば、ＥＥＰＲＯＭによって＋１４．１１Ｖの正電圧にチャージングしたチャームウエハをＥＢ装置４０内に設置し、アルゴン雰囲気下で複数の電子ビーム管４３からチャームウエハに電子ビームを照射し、下記処理条件でチャームウエハを例えば６分間処理した後、チャームウエハを処理容器４１から取り出し、チャームウエハの電圧分布を調べた結果、電圧が＋１４．１１Ｖから平均値で２．９９Ｖまで変化し、ウエハの正電荷を除去できることが判った。また、予め−８．６２Ｖの負電圧にチャージングしたチャームウエハＣＷをＥＢ装置４０内に設置し、同様の処理を行った結果、電圧が−８．６２Ｖから平均値で１．２９Ｖまで変化した。この結果から、ＥＢ装置４０は正負いずれもの電荷がチャージングしても除去できることが判った。
【００４４】
［処理条件］
処理容器内圧力：１０Ｔｏｒｒ
ウエハ温度：３５０℃
アルゴンガス：標準状態で３Ｌ／分
電子ビーム管とウエハの間隔：７５ｍｍ
電子ビーム管
印加電圧：１３ｋＶ
管電流：２５０μＡ
【００４５】
従って、ＥＢ装置４０は、アルゴン雰囲気下で電子ビームをウエハに照射することによって正負いずれの電荷がウエハに帯電していても除電できることが判った。この除電作用は、電子ビームがアルゴンをプラズマ化して正電荷及び負電荷の双方を発生させ、これらの正負電荷によってウエハ表面の正負電荷を中和することによると考えられる。また、電子ビームはウエハの薄膜層内に侵入し、層間絶縁膜層内に蓄積された正電荷をも除去することができると考えられる。この際、電子ビームによって層間絶縁膜の微小な凹凸をも均一化することができる。
【００４６】
次いで、チャームウエハを用いて例えば図８に示すプラズマＣＶＤ装置のチャージング特性について検証した。プラズマＣＶＤ装置１００は、例えば図８に示すように、処理容器１０１と、この処理容器１０１内に配置され且つウエハＷを載置する載置台１０２と、この載置台１０２の上方にこれと対向して配置された電極１０３と、この電極１０３に接続された高周波電源１０４とを備えている。処理容器１０１の上部にはプロセスガスのガス供給部１０１Ａが形成され、その下部には真空排気装置（図示せず）に接続されたガス排気部１０１Ｂが形成されている。そして、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を成膜する場合には、例えばＳｉＨ４＋Ｎ２Ｏ系のガスやＴＥＯＳ＋Ｏ２系のガス等をプロセスガスとして使用することができる。プラズマＣＶＤ装置１００を用いてウエハＷ表面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成すると、ウエハＷはプラズマから電荷を受けて帯電する。
【００４７】
そこで、ＥＥＰＲＯＭを介してチャームウエハＣＷに所定の大きさの正電圧または負電圧を制御ゲートＧに帯電させ、このチャームウエハＣＷを図８に示すようにプラズマＣＶＤ装置１００の載置台１０２上に載置し、層間絶縁膜を成膜するプロセス条件でチャームウエハＣＷを処理する。即ち、ガス供給部１０１Ａから処理容器１０１内にプロセスガス（例えば、ＴＥＯＳ＋Ｏ２系ガス）を供給すると共にガス排出部１０１Ｂから排気して処理容器１０１内を所定の圧力に設定する。そして、高周波電源１０４から電極１０３に高周波電力を印加すると、処理容器１０１内でプロセスガスのプラズマＰを発生し、チャームウエハＣＷにおいてチャージングが起こる。この処理を終了した後、チャームウエハＣＷを処理容器１０１から取り出す。そして、チャームウエハＣＷの電位センサから正電圧または負電圧を読み取ってプラズマからのチャージングによる正負各電圧の変化を求める。この処理によってプラズマＣＶＤ装置１００のチャージング特性を解析することができる。そして、ＥＢ装置４０の制御装置４４にチャージング特性を予め登録しておく。
【００４８】
ＥＢ装置４０でプラズマＣＶＤ処理後の帯電電荷を除去する場合には、プラズマＣＶＤ装置１００からＥＢ装置４０内にウエハを搬送し、ＥＢ装置４０によってウエハの電荷を除去する。この際、ＥＢ装置４０の複数の電子ビーム管４３は制御装置４４に登録されたチャージング特性に即して各電子ビーム管４３を個別に制御し、ウエハの電荷を除去することができる。
【００４９】
上述の結果から、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて成膜処理した帯電ウエハの電荷を除去する場合には、プラズマＣＶＤ装置１００のチャージング特性をＥＢ装置４０の制御装置４４のメモリに予め登録しておき、この登録内容に従って複数の電子ビーム管４４を個別に制御することによってウエハ表面の電荷を確実に除去することができる。
【００５０】
以上説明したように本実施形態によれば、複数の電子ビーム管４４からウエハに電子ビームを照射してウエハの層間絶縁膜に帯電した電荷を除去する際に、ウエハＷをアルゴンガス雰囲気下に置き、アルゴンガスを通してウエハに電子ビームを照射するようにしたため、電子ビームの照射によって発生するアルゴンガスのプラズマにより層間絶縁膜層に帯電した正負の電荷を同時に除去すると共に電子ビームの層間絶縁膜層内への侵入によって内部の電荷を除去することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、プラズマＣＶＤ装置１００によって形成されたウエハの層間絶縁膜に帯電した電荷量を測定する工程と、電荷量の測定結果に基づいて複数の電子ビーム管４４から層間絶縁膜に電子ビームを照射して電荷を除去する工程とを備え、除電工程において、ウエハをアルゴンガス雰囲気下に置き、アルゴンガスを通してウエハに電子ビームを照射するようにしたため、プラズマＣＶＤ装置１００による帯電量に応じて複数の電子ビーム管４３を制御することにより、帯電量に即した電子ビームを照射してウエハの電荷を確実に除去することができる。成膜処理で帯電したウエハを一度ＣＶＤ装置１００から取り出して電荷量を測定すると、雰囲気中のパーティクル等が静電気によって付着するため、成膜工程、帯電量測定工程及びＥＢ除電工程を全て真空雰囲気下で行なうことが好ましい。
【００５２】
尚、上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、本発明に包含される。上記各実施形態では層間絶縁膜をウエハＷ上に形成する場合について説明したが、ウエハ上にレジスト膜を形成する場合についても本発明を適用することができる。また、上記実施形態では薄膜処理装置としてスピンコータ及びＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、その他の薄膜処理装置についても同様に本発明を適用することができる。また、ＥＢ装置も上記実施形態に制限されるものではなく、種々のタイプのＥＢ装置について適用することができる。また、被処理体の電荷を除去する場合には、アルゴンガスに代えて他の希ガス、即ちキセノン、クリプトン、ヘリウムを用いることができる。また、プラズマＣＶＤ装置の他、例えばエッチング装置、イオン注入装置等によって帯電した被処理体についても電子ビームを照射することにより同様に除去することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項５及び請求項８、請求項１０〜請求項１２に記載の発明によれば、均一な薄膜処理を得ることができる薄膜処理方法及び薄膜処理システムを提供することができる。
【００５４】
また、本発明の請求項６、請求項７及び請求項９、請求項１０、請求項１２に記載の発明によれば、被処理体に蓄積した電荷を確実に除去することができる薄膜処理方法及び薄膜処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜処理システムに好適に用いられるＥＢ装置を示す構成図である。
【図２】図１に示すＥＢ装置の電子ビーム管の配列の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の薄膜処理システムの一実施形態を示すブロックで示した構成図である。
【図４】ＥＢ装置の電子ビームユニットの各電子ビーム管の出力を同一に設定した時に得られたＳＯＤ膜の処理時間とシュリンク率及びｋ値との関係を示すグラフである。
【図５】ＥＢ装置の電子ビームユニットの各電子ビーム管の出力を同一に設定した時に得られたＳＯＤ膜の処理時間とシュリンク率及び弾性係数との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の薄膜処理方法の一実施形態で得られたＳＯＤ膜の処理過程を示すグラフで、（ａ）はベーク処理後のウエハにおけるＳＯＤ膜の膜厚分布を示すグラフ、（ｂ）は電子ビームユニットの各電子ビーム管の出力分布を示すグラフ、（ｃ）はＥＢキュア後のウエハにおけるＳＯＤ膜の膜厚分布を示すグラフである。
【図７】チャームウエハの要部を示す概念図である。
【図８】プラズマ処理装置の一例を示す概念図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は従来のＥＢキュア前後のウエハにおけるＳＯＤ膜の膜厚分布及び電子ビームユニットの出力を示す図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に相当する図である。
【符号の説明】
１０    スピンコータ
３０    膜厚測定装置
４０    電子ビーム処理装置
４３    電子ビームユニット（複数の電子ビーム管）
４３Ａ  第１電子ビーム管
４３Ｂ  第２電子ビーム管
４３Ｃ  第３電子ビーム管
４４    制御装置
Ｓ    薄膜処理システム
Ｂ    電子ビーム
ＣＷ  チャームウエハ（電荷量測定手段）
Ｗ    ウエハ（被処理体）
【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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