用于固化電介質(zhì)膜的多步系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于使電介質(zhì)膜固化的多步系統(tǒng)和方法，其中該系統(tǒng)包括被配置成用于減少電介質(zhì)膜中的污染物(例如水分)的量的干燥系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括與干燥系統(tǒng)耦合的固化系統(tǒng)，該固化系統(tǒng)被配置成通過紫外(UV)輻射和紅外(IR)輻射處理電介質(zhì)膜來固化該電介質(zhì)膜。
【專利說明】用于固化電介質(zhì)膜的多步系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00680050790.8、申請(qǐng)日為2006年10月6日、發(fā)明名稱為“用
于固化電介質(zhì)膜的多步系統(tǒng)和方法”的母案申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于處理電介質(zhì)膜的多步系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種用于干燥和固化電介質(zhì)膜的原位多步系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]如半導(dǎo)體領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知，提高集成電路(IC)的速度和性能的主要限制因素是互連延遲。使互連延遲最小化的一個(gè)方法是通過在IC器件中使用低介電常數(shù)(低k)材料作為金屬導(dǎo)線的絕緣電介質(zhì)來減小互連電容。因此，近年來，低k材料已經(jīng)被開發(fā)來代替諸如二氧化硅的較高介電常數(shù)絕緣材料。具體來說，低k膜正在被用于半導(dǎo)體器件的金屬導(dǎo)線之間的層間和層內(nèi)電介質(zhì)層。此外，為了進(jìn)一步減小絕緣材料的介電常數(shù)，材料膜形成有多個(gè)孔，即多孔低k電介質(zhì)膜。這樣的低k膜可以通過類似于涂敷光刻膠的旋涂電介質(zhì)(SOD)法或者通過化學(xué)氣相沉積(CVD)被沉積。因此，低k材料的使用容易適用于現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝。
[0004]低k材料的堅(jiān)固性比不上更傳統(tǒng)的二氧化硅，而且多孔性的存在使其機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步降低。多孔低k膜容易在等離子體處理過程中損傷，因而需要對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)化。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，增強(qiáng)多孔低k電介質(zhì)材料的強(qiáng)度對(duì)于成功地集成該材料來說是必須的。為了提高機(jī)械強(qiáng)度，目前正在尋求各種固化技術(shù)來使多孔低k膜更堅(jiān)固并適于集成。
[0005]聚合物的固化包括如下過程:對(duì)采用例如旋涂或氣相沉積(如化學(xué)氣相沉積，CVD)技術(shù)沉積的薄膜進(jìn)行處理，以使該薄膜中發(fā)生交聯(lián)。在固化過程中，自由基聚合被認(rèn)為是交聯(lián)的主要途徑。由于聚合物鏈的交聯(lián)，諸如楊氏模量、膜硬度、斷裂韌度和界面粘附性之類的機(jī)械性質(zhì)得以改善，從而提高了低k膜的制造堅(jiān)固性。
[0006]由于形成具有超低介電常數(shù)的多孔電介質(zhì)膜的方式多種多樣，后沉積處理(固化)的目標(biāo)也依賴于膜而有所不同，例如去除水分、去除溶劑、燒蝕多孔電介質(zhì)膜中的用于形成孔的成孔劑、提聞這種I吳的機(jī)械性質(zhì)等等。
[0007]對(duì)于CVD膜，低介電常數(shù)(低k)材料通常在300-400°C的溫度下熱固化。例如，熱爐固化足以制造介電常數(shù)大于約2.5的堅(jiān)固且致密的低k膜。然而，當(dāng)處理大孔隙率的多孔電介質(zhì)膜(例如超低k膜)時(shí)，通過熱處理(或熱固化)得到的交聯(lián)度已不足以制造出對(duì)于堅(jiān)固的互連結(jié)構(gòu)來說強(qiáng)度足夠大的膜。
[0008]在熱固化過程中注意到，在不損傷電介質(zhì)膜的前提下，適量的能量被輸送至該膜。但在期望的溫度范圍內(nèi)，只能生成少量的自由基。由于襯底結(jié)合熱量時(shí)會(huì)損失熱能并且部分熱量損失到周圍環(huán)境中，實(shí)際上只有少量熱能被吸收到待固化低k膜中。因此，低k熱爐固化通常需要較高的溫度和較長(zhǎng)的固化時(shí)間。但即使在熱預(yù)算較高的條件下，熱固化過程中所產(chǎn)生的引發(fā)劑的缺乏以及被沉積的低k膜中大量甲基末端的存在也會(huì)使達(dá)到期望的交聯(lián)度十分困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)方面可以減輕或消除上述問題或現(xiàn)有技術(shù)中與處理電介質(zhì)膜相關(guān)的其它問題。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)方面可以對(duì)電介質(zhì)膜進(jìn)行處理以使其固化。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)方面可以通過使用彼此耦合的多個(gè)工藝模塊進(jìn)行原位多步干燥和固化工藝來處理電介質(zhì)膜。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，上述和/或其它方面可由用于處理電介質(zhì)膜的處理系統(tǒng)來提供。在一種實(shí)施方式中，用于處理襯底上的電介質(zhì)膜的處理系統(tǒng)包括:干燥系統(tǒng)，被配置成進(jìn)行干燥工藝以減少電介質(zhì)膜中或電介質(zhì)膜上的污染物的量；與干燥系統(tǒng)耦合的固化系統(tǒng)，被配置成進(jìn)行固化工藝。固化系統(tǒng)包括:紫外(UV)輻射源，被配置成將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射；紅外(IR)輻射源，被配置成將電介質(zhì)膜暴露于IR輻射。該系統(tǒng)還包括與干燥系統(tǒng)和固化系統(tǒng)耦合的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)移系統(tǒng)被配置成用于在真空條件下將襯底在干燥系統(tǒng)與固化系統(tǒng)之間交換。
[0013]在另一種實(shí)施方式中，用于處理襯底上的電介質(zhì)膜的方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括:將襯底放置在干燥系統(tǒng)中；根據(jù)干燥工藝干燥該電介質(zhì)膜以便于去除或部分去除該電介質(zhì)膜上或該電介質(zhì)膜中的污染物；將襯底從干燥系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至固化系統(tǒng)，同時(shí)在轉(zhuǎn)移過程中保持真空條件；通過將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射和將電介質(zhì)膜暴露于IR輻射來固化該電介質(zhì)膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1A-1C為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的用于干燥系統(tǒng)和固化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的不意圖；
[0015]圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的干燥系統(tǒng)的剖面示意圖；
[0016]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的固化系統(tǒng)的剖面示意圖；
[0017]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的電介質(zhì)膜處理方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了便于充分理解本發(fā)明并且出于解釋而非限制的目的，以下描述中提出了具體細(xì)節(jié)，例如處理系統(tǒng)的具體幾何結(jié)構(gòu)以及各個(gè)部件的描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以通過不同于這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)。
[0019]本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，替代性固化方法解決了熱固化的一部分缺陷。例如，與熱固化方法相比，替代性固化方法在能量轉(zhuǎn)移方面效率更高，而且以高能粒子形式(例如加速電子、離子或中性粒子)或高能光子形式存在的較高能量水平易于激發(fā)低k膜中的電子，從而有效地使化學(xué)鍵斷裂和側(cè)基脫離。這些替代性固化方法有利于生成交聯(lián)引發(fā)劑(自由基)，并且可以改善實(shí)際交聯(lián)時(shí)需要的能量轉(zhuǎn)移。因此，可以在降低的熱量預(yù)算下提高交聯(lián)度。
[0020]此外，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于超低k(ULK)電介質(zhì)膜(介電常數(shù)小于約2.5)的集成來說，膜強(qiáng)度的問題變得越來越重要，而替代性固化方法可以改善這種膜的機(jī)械性質(zhì)。例如，為了提高機(jī)械強(qiáng)度，可以使用電子束(EB)、紫外(UV)輻射、紅外(IR)輻射和微波(MW)輻射來固化UKL膜，而不必犧牲介電性質(zhì)和膜疏水性。
[0021]然而，盡管EB、UV、IR和MW固化各有優(yōu)點(diǎn)，但這些技術(shù)也有局限性。例如EB和UV的高能固化源會(huì)提供高能量水平而產(chǎn)生過多的交聯(lián)自由基，這導(dǎo)致機(jī)械性質(zhì)在額外的襯底加熱下被顯著改善。而另一方面，電子和UV光子不加選擇地分解化學(xué)鍵，這會(huì)不利地降低薄膜期望的物理和電氣性質(zhì)，例如疏水性下降、殘余膜應(yīng)力升高、孔結(jié)構(gòu)塌陷、膜致密化以及介電常數(shù)增大。此外，低能固化源(例如IR和麗固化)可以明顯提高傳熱效率，但同時(shí)也存在副效應(yīng)，例如表層或表面致密化(IR)以及電弧放電或晶體管損壞(MW)。
[0022]現(xiàn)在參見附圖，其中類似的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的部件，圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的用于處理襯底上的電介質(zhì)膜的處理系統(tǒng)I。處理系統(tǒng)I包括干燥系統(tǒng)10以及與干燥系統(tǒng)10耦合的固化系統(tǒng)20。例如，干燥系統(tǒng)10可被配置成用于去除(或減少至足夠低的水平)電介質(zhì)膜中的一種或更多種污染物，包括例如水分、溶劑、成孔劑或可能妨礙固化系統(tǒng)20中進(jìn)行的固化工藝的任何其它污染物。
[0023]例如，電介質(zhì)膜中存在的某種污染物的足夠減少量(從干燥工藝前到干燥工藝后)是指減少大約10-100%的該種污染物?？梢允褂酶盗⑷~變換紅外(FTIR)光譜法或質(zhì)譜法來測(cè)量污染物的減少水平。或者，例如，電介質(zhì)膜中存在的某種污染物的足夠減少量可為約50-100%?；蛘?，例如電介質(zhì)膜中存在的某種污染物的足夠減少量可為約80-100%。
[0024]仍參見圖1A，固化系統(tǒng)20可被配置成通過使電介質(zhì)膜中發(fā)生交聯(lián)或部分交聯(lián)來固化電介質(zhì)膜，從而例如改善電介質(zhì)膜的機(jī)械性質(zhì)。固化系統(tǒng)20可包括兩個(gè)或更多個(gè)輻射源，該輻射源被配置成將具有電介質(zhì)膜的襯底暴露于多種電磁(EM)波長(zhǎng)的電磁輻射。例如，所述兩個(gè)或更多個(gè)輻射源可包括紅外(IR)輻射源和紫外(UV)輻射源。襯底可以同時(shí)、依次或交錯(cuò)地暴露于UV輻射和IR輻射。當(dāng)依次暴露時(shí)，襯底可例如先暴露于UV輻射再暴露于IR福射，或相反。
[0025]例如，IR輻射可包括約1-25微米、優(yōu)選約8-14微米的IR波段源。此外，例如，UV輻射可包括約100-600納米(nm)、優(yōu)選約200-400nm的UV波段源。
[0026]本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，能級(jí)(h V )和能量被輸送至電介質(zhì)膜的速率(q’)在固化工藝的不同階段有所變化。固化工藝可包括各種機(jī)理:生成交聯(lián)引發(fā)劑、燒蝕成孔劑、分解成孔劑、膜交聯(lián)和可選的交聯(lián)引發(fā)劑擴(kuò)散。每種機(jī)理可能需要不同的能級(jí)和能量到電介質(zhì)膜的輸送速率。例如，在基體材料的固化過程中，交聯(lián)引發(fā)劑可以通過基體材料中的光子和聲子誘導(dǎo)鍵離解來生成。鍵離解所需能級(jí)可小于或等于約300-400nm。此外，例如，成孔劑的燒蝕可通過感光劑對(duì)光子的吸收來促進(jìn)。成孔劑燒蝕所需的UV波長(zhǎng)例如小于或等于300-400nm。另外，例如，交聯(lián)可通過足以形成和重組鍵的熱能來促進(jìn)。鍵的形成和重組所需能級(jí)的波長(zhǎng)約為9微米(例如，對(duì)應(yīng)于硅氧烷基有機(jī)硅酸鹽低k材料的主吸收峰)。
[0027]待處理襯底可以是半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體或其上將形成電介質(zhì)膜的任何其它襯底。電介質(zhì)膜的介電常數(shù)值(干燥和/或固化之前和/或之后)小于SiO2的介電常數(shù)(約為4)，例如熱二氧化硅的介電常數(shù)可為3.8-3.9。在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中，電介質(zhì)膜的介電常數(shù)(干燥和/或固化之前和/或之后)可小于3.0，或小于2.5，或?yàn)?.6-2.7。電介質(zhì)膜可被描述為低k膜或超低k膜。電介質(zhì)膜可例如包括雙相多孔低k膜，該膜的介電常數(shù)在燒蝕成孔劑之前比燒蝕成孔劑之后高。此外，電介質(zhì)膜可含有水分和/或其它污染物，這些物質(zhì)會(huì)使干燥和/或固化前的介電常數(shù)高于干燥和/或固化后的介電常數(shù)。
[0028]電介質(zhì)膜可利用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)或旋涂電介質(zhì)(SOD)技術(shù)來形成，例如由從 Tokyo Electron Limited(TEL)購(gòu)得的 Clean Track ACT 8 SOD 和 ACT 12 SOD 涂布系統(tǒng)得到的那些。Clean Track ACT 8 (200mm)和ACT 12(300nm)涂布系統(tǒng)提供SOD材料的涂布、烘焙和固化設(shè)備。該系統(tǒng)可被配置成用于處理尺寸為100mm、200mm、300mm以及更大的襯底。旋涂電介質(zhì)技術(shù)和CVD電介質(zhì)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員已知的其它用于在襯底上形成電介質(zhì)膜的系統(tǒng)和方法也適用于本發(fā)明。
[0029]該電介質(zhì)膜的特點(diǎn)是具有低介電常數(shù)(低k)。電介質(zhì)膜可包括至少一種有機(jī)、無機(jī)和無機(jī)-有機(jī)雜化材料。此外，電介質(zhì)膜可以是多孔或無孔的。例如，電介質(zhì)膜可包括用CVD技術(shù)沉積的無機(jī)硅酸鹽基材料，例如氧化的有機(jī)硅烷(即有機(jī)硅氧烷)。這種膜的示例包括可從Applied Materials Inc購(gòu)得的Black Diamond? CVD有機(jī)娃酸鹽玻璃(OSG)膜或可從Novellus Systems購(gòu)得的Coral? CVD膜。此外,例如，多孔電介質(zhì)膜可包括單相材料，例如具有末端有機(jī)側(cè)基的氧化硅基基體，這些側(cè)基在固化過程中抑制交聯(lián)生成小空隙(或孔)。此外，例如，多孔電介質(zhì)膜可包括雙相材料，例如包含在固化過程中分解和蒸發(fā)的有機(jī)材料(例如成孔劑)的氧化硅基基體?；蛘?，電介質(zhì)膜可包括用SOD技術(shù)沉積的無機(jī)硅酸鹽基材料，例如氫硅倍半氧烷(HSQ)或甲基硅倍半氧烷(MSQ)。這些膜的示例包括可從Dow Corning購(gòu)得的FOx HSQ、可從Dow Corning購(gòu)得的XLK多孔HSQ和可從JSRMicroelectronics購(gòu)得的JSR LKD-5109?；蛘撸娊橘|(zhì)膜可包括用SOD技術(shù)沉積的有機(jī)材料。這些膜的示例包括可從Dow Chemical購(gòu)得的SiLK-1、SiLK-J, SiLK-H, SiLK-D、多孔SiLK-T、多孔SiLK-Y和多孔SiLK-Z半導(dǎo)體電介質(zhì)樹脂和可從Honeywell購(gòu)得的FLARE?和Nano-glasso
[0030]如圖1A所示，為了將襯底移入和移出干燥系統(tǒng)10和固化系統(tǒng)20并與多元件制造系統(tǒng)40交換襯底，可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)30與干燥系統(tǒng)10耦合。轉(zhuǎn)移系統(tǒng)30可將襯底轉(zhuǎn)移到干燥系統(tǒng)10和固化系統(tǒng)20中，也可將襯底從其中移出。干燥系統(tǒng)10、固化系統(tǒng)20和轉(zhuǎn)移系統(tǒng)30可例如包括多元件制造系統(tǒng)40中的處理元件。例如，多元件制造系統(tǒng)40可使襯底移入和移出處理元件(例如蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、涂布系統(tǒng)、圖案化系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等)。為了隔離第一和第二系統(tǒng)中進(jìn)行的工藝，可使用隔離組件50來耦合各系統(tǒng)。例如，隔離組件50可包括隔離熱的熱絕緣組件和提供真空的門閥組件中的至少一種。干燥系統(tǒng)10、固化系統(tǒng)20和轉(zhuǎn)移系統(tǒng)30可以以任意順序布置。
[0031]或者，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，圖1B示出了用于處理襯底上的電介質(zhì)膜的處理系統(tǒng)100。處理系統(tǒng)100包括“集合式”排列的干燥系統(tǒng)110和固化系統(tǒng)120。例如，干燥系統(tǒng)110可被配置成去除(或減少至足夠低的水平)電介質(zhì)膜中的一種或更多種污染物，包括例如水分、溶劑、成孔劑或可能妨礙固化系統(tǒng)120中進(jìn)行的固化工藝的任何其它污染物。此外，例如，固化系統(tǒng)120可被配置成通過在電介質(zhì)膜內(nèi)引起或部分引起交聯(lián)來固化電介質(zhì)膜，從而例如提高電介質(zhì)膜的機(jī)械性質(zhì)。此外，處理系統(tǒng)100可選地包括被配置成用于改進(jìn)經(jīng)固化的電介質(zhì)膜的后處理系統(tǒng)140。例如，后處理可包括在電介質(zhì)膜上旋涂或氣相沉積另一層膜以提高對(duì)后續(xù)膜的粘附性或改善疏水性?；蛘?，例如，可以通過在后處理系統(tǒng)中用離子輕度轟擊電介質(zhì)膜來提高粘附性。
[0032]另外，如圖1B所不,為了將襯底移入和移出干燥系統(tǒng)110,可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130與干燥系統(tǒng)110耦合；為了將襯底移入和移出固化系統(tǒng)120，可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130與固化系統(tǒng)120奉禹合；為了將襯底移入和移出后處理系統(tǒng)140,可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130與后處理系統(tǒng)140 f禹合。轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130可將襯底移入和移出干燥系統(tǒng)110、固化系統(tǒng)120和可選的后處理系統(tǒng)140，同時(shí)保持真空環(huán)境。
[0033]此外，轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130可與一個(gè)或更多個(gè)襯底盒(未示出)交換襯底。雖然圖1B僅示出了兩個(gè)或三個(gè)處理系統(tǒng)，但是其它可與轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130耦合的處理系統(tǒng)包括例如蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、涂布系統(tǒng)、圖案化系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等。為了隔離干燥和固化系統(tǒng)中進(jìn)行的工藝，可使用隔離組件150來耦合各系統(tǒng)。例如，隔離組件150可包括隔離熱的熱絕緣組件和提供真空的門閥組件中的至少一種。此外，例如，轉(zhuǎn)移系統(tǒng)130可作為隔離組件150的一部分。
[0034]或者，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，圖1C示出了用于在襯底上處理電介質(zhì)膜的處理系統(tǒng)200。處理系統(tǒng)200包括干燥系統(tǒng)210和固化系統(tǒng)220。例如，干燥系統(tǒng)210可被配置成用于去除(或減少至足夠低的水平)電介質(zhì)膜中的一種或更多種污染物，包括例如水分、溶劑、成孔劑或可能妨礙固化系統(tǒng)220中進(jìn)行的固化工藝的任何其它污染物。此外，例如，固化系統(tǒng)220可被配置成用于通過在電介質(zhì)膜內(nèi)引起或部分引起交聯(lián)來固化電介質(zhì)膜，從而例如提高電介質(zhì)膜的機(jī)械性質(zhì)。此外，處理系統(tǒng)200可選地包括被配置成用于改進(jìn)經(jīng)固化的電介質(zhì)膜的后處理系統(tǒng)240。例如，后處理可包括在電介質(zhì)膜上旋涂或氣相沉積另一層膜以提高對(duì)后續(xù)膜的粘附性或改善疏水性?；蛘撸?，可以通過在后處理系統(tǒng)中用離子輕度轟擊電介質(zhì)膜來提高粘附性。
[0035]干燥系統(tǒng)210、固化系統(tǒng)220和后處理系統(tǒng)240可水平排列或垂直排列(即疊積)。另外，如圖1C所示，為了將襯底移入和移出干燥系統(tǒng)210，可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230與干燥系統(tǒng)210耦合；為了將襯底移入和移出固化系統(tǒng)220，可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230與固化系統(tǒng)220耦合；為了將襯底移入和移出后處理系統(tǒng)240，可將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230與后處理系統(tǒng)240稱合。轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230可將襯底移入和移出干燥系統(tǒng)210、固化系統(tǒng)220和可選的后處理系統(tǒng)240，同時(shí)保持真空環(huán)境。
[0036]此外，轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230可與一個(gè)或更多個(gè)襯底盒(未示出)交換襯底。雖然圖1C僅示出了三個(gè)處理系統(tǒng)，但是其它可與轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230耦合的處理系統(tǒng)包括例如蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、涂布系統(tǒng)、圖案化系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等。為了隔離第一和第二系統(tǒng)中進(jìn)行的工藝，可使用隔離組件250來耦合各系統(tǒng)。例如，隔離組件250可包括隔離熱的熱絕緣組件和提供真空的門閥組件中的至少一種。此外，例如，轉(zhuǎn)移系統(tǒng)230可作為隔離組件250的一部分。
[0037]圖1A所示的處理系統(tǒng)I的干燥系統(tǒng)10和固化系統(tǒng)20中的至少一個(gè)包括至少兩個(gè)可使襯底從其中穿過的轉(zhuǎn)移開口。如圖1A所示，干燥系統(tǒng)10包括兩個(gè)轉(zhuǎn)移開口，第一轉(zhuǎn)移開口可使襯底在干燥系統(tǒng)10與轉(zhuǎn)移系統(tǒng)30之間轉(zhuǎn)移，第二轉(zhuǎn)移開口可使襯底在干燥系統(tǒng)與固化系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)移。然而，對(duì)于圖1B所示的處理系統(tǒng)100和圖1C所示的處理系統(tǒng)200，每個(gè)處理系統(tǒng)110、120、140和210、220、240分別包括至少一個(gè)可使襯底從其中穿過的轉(zhuǎn)移開口。
[0038]現(xiàn)在參見圖2，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的干燥系統(tǒng)300。干燥系統(tǒng)300包括干燥室310，被配置成用于提供清潔且無污染的環(huán)境以對(duì)安置在襯底支架320上的襯底325進(jìn)行干燥。干燥系統(tǒng)300可包括與干燥室310或襯底支架320耦合的熱處理裝置330，被配置用于通過升高襯底325的溫度來蒸發(fā)污染物(例如水分、殘余溶劑等)。此夕卜，干燥系統(tǒng)300可包括與干燥室310耦合的微波處理裝置340，用于在振蕩電場(chǎng)的存在下局部加熱污染物。干燥工藝可利用熱處理裝置330和/或微波處理裝置340來促進(jìn)襯底325上的電介質(zhì)膜的干燥。
[0039]熱處理裝置330可包括一個(gè)或更多個(gè)嵌入襯底支架320中并與功率源和溫度控制器耦合的導(dǎo)電加熱元件。例如，每個(gè)加熱元件可包括與被配置成用于提供電功率的功率源耦合的電阻加熱元件?；蛘?，熱處理裝置330可包括一個(gè)或更多個(gè)與功率源和控制器耦合的輻射加熱元件。例如，每個(gè)輻射加熱元件可包括與被配置成用于提供電功率的功率源耦合的熱燈。襯底325的溫度可例如為約20-500°C，優(yōu)選約200-400°C。
[0040]微波處理裝置340可包括被配置成用于使微波頻率掃過一定頻帶寬度的變頻微波源。頻率的變化避免了電荷積累，從而使敏感的電子器件無損傷地應(yīng)用微波干燥技術(shù)。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，干燥系統(tǒng)300可包括干燥系統(tǒng)，該干燥系統(tǒng)包括變頻微波裝置和熱處理裝置，例如可從 Lambda Technologies, Inc.(860Aviation Parkway, Suite 900,Morrisville, NC 27560)購(gòu)得的微波爐。關(guān)于微波爐的更多細(xì)節(jié)描述在轉(zhuǎn)讓給LambdaTechnologies, Inc.的名稱為 “Curing polymer layers on semiconductor substratesusing variable frequency microwave energy”的美國(guó)專利N0.5738915 中，通過引用將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此。
[0042]襯底支架320可夾持或不夾持襯底325。例如，襯底支架320可采用機(jī)械方式或電方式來夾持襯底325。
[0043]再參見圖2，干燥系統(tǒng)300還可包括與干燥室耦合的氣體注射系統(tǒng)350，被配置成用于將凈化氣體弓I入干燥室310。凈化氣體可例如包括惰性氣體，如稀有氣體或氮?dú)?。此外，干燥系統(tǒng)300可包括與干燥室310耦合的真空泵送系統(tǒng)355，被配置成用于將干燥室310抽真空。在干燥工藝中，襯底325可處于真空或非真空條件下的惰性氣氛中。
[0044]此外，干燥系統(tǒng)300可包括與干燥室310、襯底支架320、熱處理裝置330、微波處理裝置340、氣體注射系統(tǒng)350和真空泵送系統(tǒng)355耦合的控制器360。控制器360包括微處理器、存儲(chǔ)器和能夠生成控制電壓的數(shù)字1/0端口，該控制電壓足以傳輸并激活到干燥系統(tǒng)300的輸入，以及監(jiān)視來自干燥系統(tǒng)300的輸出。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序用來根據(jù)所存儲(chǔ)的制程配方控制干燥系統(tǒng)300。控制器360可用于設(shè)置任何數(shù)量的處理元件(310、320、330、340、350或355)，并且控制器360可收集、提供、處理、存儲(chǔ)和顯示來自處理元件的數(shù)據(jù)?？刂破?60可包括大量用于控制一個(gè)或更多個(gè)處理元件的應(yīng)用程序。例如，控制器360可包括圖形用戶界面(GUI)部件(未示出)，該部件可為用戶提供界面以便于監(jiān)測(cè)和/或控制一個(gè)或更多個(gè)處理元件。
[0045]現(xiàn)在參見圖3，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的固化系統(tǒng)400。固化系統(tǒng)400包括固化室410，被配置成用于提供清潔且無污染的環(huán)境以對(duì)安置在襯底支架420上的襯底425進(jìn)行干燥。固化系統(tǒng)400還包括兩個(gè)或更多個(gè)輻射源，被配置成用于將具有電介質(zhì)膜的襯底425暴露于多種EM波長(zhǎng)的電磁(EM)輻射中。所示兩個(gè)或更多個(gè)輻射源可包括紅外(IR)輻射源440和紫外(UV)輻射源445。襯底可以同時(shí)、依次或彼此交錯(cuò)地暴露于UV輻射和IR輻射。
[0046]IR輻射源440可包括寬波段IR源，或可包括窄波段IR源。IR輻射源可包括一個(gè)或更多個(gè)IR燈或者一個(gè)或更多個(gè)IR激光器(連續(xù)波(CW)激光器、可調(diào)激光器或脈沖激光器)，或其任意組合。IR功率可為約0.1-2000W。IR輻射波長(zhǎng)可為約1_25微米，優(yōu)選約8-14微米。例如，IR輻射源440可包括光譜輸出為約1-25微米的IR元件(例如陶瓷元件或碳化硅元件)，或者IR輻射源440可包括半導(dǎo)體激光器(二極管)或者離子、T1:藍(lán)寶石或染料激光器(光參量放大)。
[0047]UV輻射源445可包括寬波段UV源，或可包括窄波段UV源。UV輻射源可包括一個(gè)或更多個(gè)UV燈或者一個(gè)或更多個(gè)UV激光器(連續(xù)波(CW)激光器、可調(diào)激光器或脈沖激光器)，或其任意組合。UV輻射可例如由微波源、電弧放電、電介質(zhì)阻擋放電或電子碰撞產(chǎn)生。UV功率密度可為約0.l-2000mW/cm2。UV波長(zhǎng)可為約100-600nm，優(yōu)選約200-400nm。例如，UV輻射源445可包括光譜輸出為約180-500nm的直流(DC)或脈沖燈(如氘(D2)燈)，或UV輻射源445可包括半導(dǎo)體激光器、(氮)氣體激光器、三倍頻Nd: YAG激光器或銅蒸汽激光器。
[0048]IR輻射源440和/或UV輻射源445可包括任意數(shù)量的用于調(diào)節(jié)輸出輻射的一種或更多種性質(zhì)的光學(xué)器件。例如，每個(gè)輻射源還可包括濾光器、光學(xué)透鏡、光束擴(kuò)展器、光束準(zhǔn)直器燈。適用于本發(fā)明的是光學(xué)和電磁波產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的光學(xué)控制器件。
[0049]襯底支架420還可包括可被配置成用于升高和/或控制襯底425溫度的溫度控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)可以是熱處理裝置430的一部分。襯底支架420可包括一個(gè)或更多個(gè)嵌入襯底支架420中并與功率源和溫度控制器耦合的導(dǎo)電加熱元件。例如，每個(gè)加熱元件可包括與被配置成用于提供電功率的功率源耦合的電阻加熱元件。襯底支架420可選地包括一個(gè)或更多個(gè)輻射加熱元件。襯底425的溫度可例如為約20-500°C，優(yōu)選約200-400°C。
[0050]襯底支架420可夾持或不夾持襯底425。例如，襯底支架420可采用機(jī)械方式或電方式來夾持襯底425。
[0051]再參見圖3，固化系統(tǒng)400還可包括與固化室410耦合的氣體注射系統(tǒng)450，被配置成用于將凈化氣體引入固化室410。凈化氣體可例如包括惰性氣體，如稀有氣體或氮?dú)?。或者，凈化氣體可包括其它氣體，例如H2、NH3、CxHy或其任意組合。此外，固化系統(tǒng)400可包括與固化室410耦合的真空泵送系統(tǒng)455，被配置成用于將固化室410抽真空。在固化工藝中，襯底425可處于真空或非真空條件下的凈化氣體環(huán)境中。
[0052]此外，固化系統(tǒng)400可包括與固化室410、襯底支架420、熱處理裝置430、微波處理裝置440、UV輻射源445、氣體注射系統(tǒng)450和真空泵送系統(tǒng)455耦合的控制器460?？刂破?60包括微處理器、存儲(chǔ)器和能夠生成控制電壓的數(shù)字I/O端口，該控制電壓足以傳輸并激活到固化系統(tǒng)400的輸入，以及監(jiān)視來自固化系統(tǒng)400的輸出。利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序根據(jù)所存儲(chǔ)的制程配方來控制固化系統(tǒng)400?？刂破?60可用于設(shè)置任何數(shù)量的處理元件(410、420、430、440、445、450或455)，并且控制器460可收集、提供、處理、存儲(chǔ)和顯示來自處理元件的數(shù)據(jù)。控制器460可包括大量用于控制一個(gè)或更多個(gè)處理元件的應(yīng)用程序。例如，控制器460可包括圖形用戶界面(GUI)部件(未示出)，該部件可為用戶提供界面以便于監(jiān)測(cè)和/或控制一個(gè)或更多個(gè)處理元件。
[0053]控制器360 和 460 可以實(shí)現(xiàn)為 Dell Precision Workstation 610??？刂破?360和460還可以實(shí)現(xiàn)為通用計(jì)算機(jī)、處理器、數(shù)字信號(hào)處理器等，它們可使襯底處理設(shè)備響應(yīng)于控制器360和460執(zhí)行包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的一條或多條指令的一個(gè)或多個(gè)序列而執(zhí)行本發(fā)明的處理步驟的一部分或全部。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器用于保存根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)編程的指令并且容納數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄或者上述的其它數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例是光盤、硬盤、軟盤、磁帶、磁光盤、PROM(EPROM、EEPROM、閃存EPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM或者任何其他磁介質(zhì)、光盤(例如CD-ROM)、或者任何其它光介質(zhì)、穿孔卡片、紙帶、或者具有孔圖案的其它物理介質(zhì)、載波(將在下面描述)，或者計(jì)算機(jī)可以讀取的任何其它介質(zhì)。
[0054]控制器360和460可以相對(duì)于干燥系統(tǒng)300和固化系統(tǒng)400本地定位，或者可以通過互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng)相對(duì)于干燥系統(tǒng)300和固化系統(tǒng)400遠(yuǎn)程定位。因此，控制器360和460可以通過直接連接、內(nèi)部網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中的一種方式與干燥系統(tǒng)300和固化系統(tǒng)400交換數(shù)據(jù)。控制器360和460可以在用戶端(即器件制造商等)與內(nèi)部網(wǎng)耦合，或者在賣方端(即設(shè)備制造商)與內(nèi)部網(wǎng)耦合。此外，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)(即控制器、服務(wù)器等)也可以訪問控制器360和460，從而通過直接連接、內(nèi)部網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中的一種方式來交換數(shù)據(jù)。
[0055]現(xiàn)在參見圖4，圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的處理襯底上的電介質(zhì)膜的方法。該方法的流程圖500始于510,在510中,在第一處理系統(tǒng)中將襯底上的電介質(zhì)膜干燥。第一處理系統(tǒng)包括干燥系統(tǒng)，被配置成用于去除或部分去除電介質(zhì)膜中的一種或更多種污染物，包括例如水分、溶劑、成孔劑或可能妨礙后續(xù)固化工藝的任何其它污染物。
[0056]在520中，電介質(zhì)膜在第二處理器中被固化。第二處理系統(tǒng)包括固化系統(tǒng)，被配置成用于通過使電介質(zhì)膜內(nèi)發(fā)生交聯(lián)或部分交聯(lián)來固化電介質(zhì)膜，從而改善電介質(zhì)膜的機(jī)械性質(zhì)。干燥工藝后，為了使污染最小，在真空條件下將襯底從第一處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到第二處理系統(tǒng)。在第二處理系統(tǒng)中，襯底被暴露于UV福射和IR福射。此外,可選地,在干燥和固化工藝之后，在被配置成用于改性已固化的電介質(zhì)膜的后處理系統(tǒng)中對(duì)電介質(zhì)膜進(jìn)行后處理。例如，后處理可包括在電介質(zhì)膜上旋涂或氣相沉積另一層膜，以提高對(duì)后續(xù)膜的粘附性或改善疏水性。或者，例如，可以通過在后處理系統(tǒng)中用離子輕度轟擊電介質(zhì)膜來提高粘附性。一種適用于本發(fā)明的上述后處理方法描述在名稱為“Method of improving adhesionbetween thin films”的美國(guó)專利N0.5714437中，通過引用將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此。
[0057]盡管以上只是詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易意識(shí)至IJ，在實(shí)質(zhì)上不脫離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的前提下，可對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行許多改進(jìn)。因此，所有這種改進(jìn)均落入本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種處理襯底上的電介質(zhì)膜的方法，包括: 通過下述處理固化所述襯底上的所述電介質(zhì)膜: 將所述電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射，所述紅外輻射包括窄波段輻射；和 將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射包括將所述電介質(zhì)膜暴露于由一個(gè)或更多個(gè)UV燈、或一個(gè)或更多個(gè)UV激光器、或所述UV燈和所述UV激光器二者發(fā)出的紫外輻射。
3.如權(quán)利要求1的方法，還包括: 在所述固化之后，對(duì)所述電介質(zhì)膜進(jìn)行以下處理中的一個(gè)或更多個(gè):在所述電介質(zhì)膜上沉積另一個(gè)膜，清潔所述電介質(zhì)膜，或?qū)⑺鲭娊橘|(zhì)膜暴露于等離子體。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述電介質(zhì)膜包括所沉積的介電常數(shù)小于4的低介電常數(shù)電介質(zhì)膜。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述電介質(zhì)膜包括所沉積的介電常數(shù)小于2.5的低介電常數(shù)電介質(zhì)膜。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紅外輻射和所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射被同時(shí)執(zhí)行。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紅外輻射和所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射被依次執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紅外輻射和所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射被彼此交錯(cuò)地執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射包括100-600納米的UV波長(zhǎng)范圍。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射包括200-400納米的UV波長(zhǎng)范圍。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述波長(zhǎng)的窄波段位于8-14微米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1的方法，還包括: 加熱所述襯底。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中所述加熱包括將所述襯底的溫度升至20-500°C。
14.如權(quán)利要求12的方法，其中所述加熱包括將所述襯底的溫度升至200-400°C。
15.如權(quán)利要求12的方法，其中在所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紫外輻射期間進(jìn)行所述加熱。
16.如權(quán)利要求12的方法，其中在所述將所述電介質(zhì)膜暴露于紅外輻射期間進(jìn)行所述加熱。
17.如權(quán)利要求11的方法，還包括: 控制所述襯底的溫度。
18.如權(quán)利要求17的方法，還包括； 在所述控制期間將所述襯底夾持到襯底支架。
19.如權(quán)利要求1的方法，其中所述電介質(zhì)膜包括多孔低介電常數(shù)(低k)膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK103489813SQ201310341426
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2006年10月6日 優(yōu)先權(quán)日:2005年11月9日
【發(fā)明者】劉俊軍, 埃里克·M·李, 多雷爾·L·托瑪 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社