用於固化電介質膜的多步系統和方法

2023-11-07 05:24:17

專利名稱：用於固化電介質膜的多步系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於處理電介質膜的多步系統和方法，更具體地涉及 一種用於乾燥和固化電介質膜的原位多步系統和方法。
背景技術：
如半導體領域中的技術人員所知，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方法是通過在IC 器件中使用低介電常數(低k)材料作為金屬導線的絕緣電介質來減小互 連電容。因此，近年來，低k材料己經被開發來代替諸如二氧化矽的較高 介電常數絕緣材料。具體來說，低k膜正在被用於半導體器件的金屬導線 之間的層間和層內電介質層。此外，為了進一步減小絕緣材料的介電常 數，材料膜形成有多個孔，即多孔低k電介質膜。這樣的低k膜可以通過 類似於塗敷光刻膠的旋塗電介質(SOD)法或者通過化學氣相沉積 (CVD)被沉積。因此，低k材料的使用容易適用於現有的半導體製造工 藝。
低k材料的堅固性比不上更傳統的二氧化矽，而且多孔性的存在使其 機械強度進一步降低。多孔低k膜容易在等離子體處理過程中損傷，因而 需要對其機械強度進行強化。己經認識到，增強多孔低k電介質材料的強 度對於成功地集成該材料來說是必須的。為了提高機械強度，目前正在尋 求各種固化技術來使多孔低k膜更堅固並適於集成。
聚合物的固化包括如下過程對採用例如旋塗或氣相沉積(如化學氣 相沉積，CVD)技術沉積的薄膜進行處理，以使該薄膜中發生交聯。在固 化過程中，自由基聚合被認為是交聯的主要途徑。由於聚合物鏈的交聯， 諸如楊氏模量、膜硬度、斷裂韌度和界面粘附性之類的機械性質得以改 善，從而提高了低k膜的製造堅固性。
6由於形成具有超低介電常數的多孔電介質膜的方式多種多樣，後沉積 處理(固化)的目標也依賴於膜而有所不同，例如去除水分、去除溶劑、 燒蝕多孔電介質膜中的用於形成孔的成孔劑、提高這種膜的機械性質等等。
對於CVD膜，低介電常數(低k)材料通常在300-400'C的溫度下熱 固化。例如，熱爐固化足以製造介電常數大於約2.5的堅固且緻密的低k 膜。然而，當處理大孔隙率的多孔電介質膜(例如超低k膜)時，通過熱 處理(或熱固化)得到的交聯度已不足以製造出對于堅固的互連結構來說 強度足夠大的膜。
在熱固化過程中注意到，在不損傷電介質膜的前提下，適量的能量被 輸送至該膜。但在期望的溫度範圍內，只能生成少量的自由基。由於襯底 結合熱量時會損失熱能並且部分熱量損失到周圍環境中，實際上只有少量 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
和較長的固化時間。但即使在熱預算較高的條件下，熱固化過程中所產生 的引發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使達到期 望的交聯度十分困難。

發明內容
本發明的一個方面可以減輕或消除上述問題或現有技術中與處理電介 質膜相關的其它問題。
本發明的另一個方面可以對電介質膜進行處理以使其固化。
本發明的另一個方面可以通過使用彼此耦合的多個工藝模塊進行原位 多步乾燥和固化工藝來處理電介質膜。
根據本發明，上述和/或其它方面可由用於處理電介質膜的處理系統來 提供。在一種實施方式中，用於處理襯底上的電介質膜的處理系統包括 乾燥系統，被配置成進行乾燥工藝以減少電介質膜中或電介質膜上的汙染 物的量；與乾燥系統耦合的固化系統，被配置成進行固化工藝。固化系統
包括紫外(UV)輻射源，被配置成將電介質膜暴露於UV輻射；紅外
(IR)輻射源，被配置成將電介質膜暴露於IR輻射。該系統還包括與幹
7燥系統和固化系統耦合的轉移系統。該轉移系統被配置成用於在真空條件 下將襯底在乾燥系統與固化系統之間交換。
在另一種實施方式中，用於處理襯底上的電介質膜的方法和計算機可 讀介質包括將襯底放置在乾燥系統中；根據乾燥工藝乾燥該電介質膜以 便於去除或部分去除該電介質膜上或該電介質膜中的汙染物；將襯底從幹 燥系統轉移至固化系統，同時在轉移過程中保持真空條件；通過將電介質 膜暴露於UV輻射和將電介質膜暴露於IR輻射來固化該電介質膜。


圖1A-1C為根據本發明的一種實施方式的用於乾燥系統和固化系統的 轉移系統的示意圖2為根據本發明的另一種實施方式的乾燥系統的剖面示意圖； 圖3為根據本發明的另一種實施方式的固化系統的剖面示意圖4為根據本發明的另一種實施方式的電介質膜處理方法的流程圖。
具體實施例方式
為了便於充分理解本發明並且出於解釋而非限制的目的，以下描述中 提出了具體細節，例如處理系統的具體幾何結構以及各個部件的描述。然 而，應當理解，本發明可以通過不同於這些具體細節的其它實施方式來實 現。
本發明人認識到，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 的較高能量水平易於激發低k膜中的電子，從而有效地使化學鍵斷裂和側 基脫離。這些替代性固化方法有利於生成交聯引發劑(自由基)，並且可 以改善實際交聯時需要的能量轉移。因此，可以在降低的熱量預算下提高 交聯度。
此外，本發明人已經認識到，對於超低k (ULK)電介質膜(介電常 數小於約2.5)的集成來說，膜強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械性質。例如，為了提高機械強度，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和膜疏水性。
然而，儘管EB、 UV、 IR和MW固化各有優點，但這些技術也有局 限性。例如EB和UV的高能固化源會提供高能量水平而產生過多的交聯 自由基，這導致機械性質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鍵，這會不利地降低薄膜期望的物理 和電氣性質，例如疏水性下降、殘餘膜應力升高、孔結構塌陷、膜緻密化 以及介電常數增大。此外，低能固化源(例如IR和MW固化)可以明顯 提高傳熱效率，但同時也存在副效應，例如表層或表面緻密化(IR)以及 電弧放電或電晶體損壞(MW)。
現在參見附圖，其中類似的附圖標記表示相同或相應的部件，圖1A 示出了根據本發明的一種實施方式的用於處理襯底上的電介質膜的處理系 統1。處理系統1包括乾燥系統10以及與乾燥系統10耦合的固化系統 20。例如，乾燥系統10可被配置成用於去除(或減少至足夠低的水平) 電介質膜中的一種或更多種汙染物，包括例如水分、溶劑、成孔劑或可能 妨礙固化系統20中進行的固化工藝的任何其它汙染物。
例如，電介質膜中存在的某種汙染物的足夠減少量(從乾燥工藝前到 乾燥工藝後)是指減少大約10-100%的該種汙染物。可以使用傅立葉變換 紅外(FTIR)光譜法或質譜法來測量汙染物的減少水平。或者，例如，電 介質膜中存在的某種汙染物的足夠減少量可為約50-100%。或者，例如電 介質膜中存在的某種汙染物的足夠減少量可為約80-100%。
仍參見圖1A，固化系統20可被配置成通過使電介質膜中發生交聯或 部分交聯來固化電介質膜，從而例如改善電介質膜的機械性質。固化系統 20可包括兩個或更多個輻射源，該輻射源被配置成將具有電介質膜的襯底 暴露於多種電磁(EM)波長的電磁輻射。例如，所述兩個或更多個輻射 源可包括紅外(IR)輻射源和紫外(UV)輻射源。襯底可以同時、依次 或交錯地暴露於UV輻射和IR輻射。當依次暴露時，襯底可例如先暴露於 UV輻射再暴露於IR輻射，或相反。例如，IR輻射可包括約l-25微米、優選約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)、優選約200-400 nm的
uv波段源。
本發明人認識到，能級(h"和能量被輸送至電介質膜的速率(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理生成交聯引 發劑、燒蝕成孔劑、分解成孔劑、膜交聯和可選的交聯引發劑擴散。每種 機理可能需要不同的能級和能量到電介質膜的輸送速率。例如，在基體材 料的固化過程中，交聯引發劑可以通過基體材料中的光子和聲子誘導鍵離 解來生成。鍵離解所需能級可小於或等於約300-400 nm的能級。此外，例 如，成孔劑的燒蝕可通過光敏劑對光子的吸收來促進。成孔劑燒蝕所需的 UV波長例如小於或等於300-400 nm。另外，例如，交聯可通過足以形成 和重組鍵的熱能來促進。鍵的形成和重組所需能級的波長約為9微米(例 如，對應於矽氧烷基有機矽酸鹽低k材料的主吸收峰)。
待處理襯底可以是半導體、金屬導體或其上將形成電介質膜的任何其 它襯底。電介質膜的介電常數值(乾燥和/或固化之前和/或之後)小於 Si02的介電常數(約為4，例如熱二氧化矽的介電常數可為3.8-3.9)。在 本發明的各種實施方式中，電介質膜的介電常數(乾燥和/或固化之前和/ 或之後)可小於3.0，或小於2.5，或為1.6-2.7。電介質膜可被描述為低k 膜或超低k膜。電介質膜可例如包括雙相多孔低k膜，該膜的介電常數在 燒蝕成孔劑之前比燒蝕成孔劑之後高。此外，電介質膜可含有水分和/或其 它汙染物，這些物質會使乾燥和/或固化前的介電常數高於乾燥和/或固化 後的介電常數。
電介質膜可利用化學氣相沉積(CVD)技術或旋塗電介質(SOD)技 術來形成，例如由從Tokyo Electron Limited (TEL)購得的Clean Track ACT 8 SOD禾卩ACT 12 SOD塗布系統得到的那些。Clean Track ACT 8 (200 mm)和ACT 12 (300 nm)塗布系統提供SOD材料的塗布、烘焙和 固化設備。該系統可被配置成用於處理尺寸為100 mm、 200 mm、 300 mm 以及更大的襯底。旋塗電介質技術和CVD電介質技術領域的技術人員己 知的其它用於在襯底上形成電介質膜的系統和方法也適用於本發明。
10該電介質膜的特點是具有低介電常數(低k)。電介質膜可包括有 機、無機和無機-有機雜化材料中的至少一種。此外，電介質膜可以是多孔 或無孔的。例如，電介質膜可包括用CVD技術沉積的無機矽酸鹽基材 料，例如氧化的有機矽烷(即有機矽氧垸)。這種膜的示例包括可從
Applied Materials Inc.購得的Black Diamond CVD有機矽酸鹽玻璃 (OSG)膜或可從Novellus Systems購得的Coral CVD膜。此外，例
如，多孔電介質膜可包括單相材料，例如具有末端有機側基的氧化矽基基 體，這些側基在固化過程中抑制交聯而生成小空隙(或孔)。此外，例 如，多孔電介質膜可包括雙相材料，例如包含在固化過程中分解和蒸發的 有機材料(例如成孔劑)的氧化矽基基體。或者，電介質膜可包括用SOD 技術沉積的無機矽酸鹽基材料，例如氫倍半矽氧烷(HSQ)或甲基倍半矽 氧烷(MSQ)。這些膜的示例包括可從Dow Coming購得的FOxHSQ、可 從Dow Coming購得的XLK多孔HSQ和可從JSR Microelectronics購得的 JSR LKD-5109。或者，電介質膜可包括用SOD技術沉積的有機材料。這 些膜的示例包括可從Dow Chemical購得的SiLK誦I、 SiLK-J、 SiLK-H、 SiLK-D、多孔SiLK-T、多孔SiLK-Y和多孔SiLK-Z半導體電介質樹脂和 可從Honeywell購得的FLARE 和Nano-glass。
如圖1A所示，為了將襯底移入和移出乾燥系統10和固化系統20並 與多元件製造系統40交換襯底，可將轉移系統30與乾燥系統10耦合。轉 移系統30可將襯底轉移到乾燥系統10和固化系統20中，也可將襯底從其 中移出。乾燥系統10、固化系統20和轉移系統30可例如包括多元件製造 系統40中的處理元件。例如，多元件製造系統40可使襯底移入和移出處 理元件(例如蝕刻系統、沉積系統、塗布系統、圖案化系統、測量系統 等)。為了隔離第一和第二系統中進行的工藝，可使用隔離組件50來耦 合各系統。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。乾燥系統10、固化系統20和轉移系統30可以以 任意順序布置。
或者，在本發明的另一種實施方式中，圖1B示出了用於處理襯底上 的電介質膜的處理系統100。處理系統100包括"集束式"排列的乾燥系
ii統110和固化系統120。例如，乾燥系統110可被配置成去除(或減少至 足夠低的水平)電介質膜中的一種或更多種汙染物，包括例如水分、溶
劑、成孔劑或可能妨礙固化系統120中進行的固化工藝的任何其它汙染 物。此外，例如，固化系統120可被配置成通過在電介質膜內引起或部分 引起交聯來固化電介質膜，從而例如提高電介質膜的機械性質。此外，處 理系統100可選地包括被配置成用於改進經固化的電介質膜的後處理系統 140。例如，後處理可包括在電介質膜上旋塗或氣相沉積另一層膜以提高 對後續膜的粘附性或改善疏水性。或者，例如，可以通過在後處理系統中 用離子輕度轟擊電介質膜來提高粘附性。
另外，如圖1B所示，為了將襯底移入和移出乾燥系統110，可將轉移 系統130與乾燥系統110耦合；為了將襯底移入和移出固化系統120，可 將轉移系統130與固化系統120耦合；為了將襯底移入和移出可選的後處 理系統140，可將轉移系統130與後處理系統140耦合。轉移系統130可 將襯底移入和移出乾燥系統110、固化系統120和可選的後處理系統 140，同時保持真空環境。
此外，轉移系統130可與一個或更多個襯底盒(未示出)交換襯底。 雖然圖1B僅示出了兩個或三個處理系統，但是其它可與轉移系統130耦 合的處理系統包括例如蝕刻系統、沉積系統、塗布系統、圖案化系統、測 量系統等。為了隔離乾燥和固化系統中進行的工藝，可使用隔離組件150 來耦合各系統。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，轉移系統130可作為隔離組件 150的一部分。
或者，在本發明的另一種實施方式中，圖1C示出了用於在襯底上處 理電介質膜的處理系統200。處理系統200包括乾燥系統210和固化系統 220。例如，乾燥系統210可被配置成用於去除(或減少至足夠低的水 平)電介質膜中的一種或更多種汙染物，包括例如水分、溶劑、成孔劑或 可能妨礙固化系統220中進行的固化工藝的任何其它汙染物。此外，例 如，固化系統220可被配置成通過在電介質膜內引起或部分引起交聯來固 化電介質膜，從而例如提高電介質膜的機械性質。此外，處理系統200可
12選地包括被配置成用於改進經固化的電介質膜的後處理系統240。例如， 後處理可包括在電介質膜上旋塗或氣相沉積另一層膜以提高對後續膜的粘 附性或改善疏水性。或者，例如，可以通過在後處理系統中用離子輕度轟 擊電介質膜來提高粘附性。
乾燥系統210、固化系統220和後處理系統240可水平排列或垂直排 列(即堆疊)。另外，如圖1C所示，為了將襯底移入和移出乾燥系統 210，可將轉移系統230與乾燥系統210耦合；為了將襯底移入和移出固 化系統220，可將轉移系統230與固化系統220耦合；為了將襯底移入和 移出可選的後處理系統240，可將轉移系統230與後處理系統240耦合。 轉移系統230可將襯底移入和移出乾燥系統210、固化系統220和可選的 後處理系統240，同時保持真空環境。
此外，轉移系統230可與一個或更多個襯底盒(未示出)交換襯底。 雖然圖1C僅示出了三個處理系統，但是其它可與轉移系統230耦合的處 理系統包括例如蝕刻系統、沉積系統、塗布系統、圖案化系統、測量系統 等。為了隔離第一和第二系統中進行的工藝，可使用隔離組件250來耦合 各系統。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，轉移系統230可作為隔離組件250的 一部分。
圖1A所示的處理系統1的乾燥系統IO和固化系統20中的至少一個 包括至少兩個可使襯底從其中穿過的轉移開口。例如，如圖1A所示，幹 燥系統IO包括兩個轉移開口，第一轉移開口允許襯底在乾燥系統10與轉 移系統30之間轉移，第二轉移開口允許襯底在乾燥系統與固化系統之間 轉移。然而，對於圖1B所示的處理系統100和圖1C所示的處理系統 200，每個處理系統110、 120、 140和210、 220、 240分別包括至少一個 可使襯底從其中穿過的轉移開口 。
現在參見圖2，圖2示出了根據本發明的另一種實施方式的乾燥系統 300。乾燥系統300包括乾燥室310，被配置成用於提供清潔且無汙染的環 境以對安置在襯底支架320上的襯底325進行乾燥。乾燥系統300可包括 與乾燥室310或襯底支架320耦合的熱處理裝置330，被配置成通過升高襯底325的溫度來蒸發汙染物(例如水分、殘餘溶劑等)。此外，乾燥系
統300可包括與乾燥室310耦合的微波處理裝置340，被配置成在振蕩電 場的存在下局部加熱汙染物。乾燥工藝可利用熱處理裝置330和/或微波處 理裝置340來促進襯底325上的電介質膜的乾燥。
熱處理裝置330可包括一個或更多個嵌入襯底支架320中並與功率源 和溫度控制器耦合的導電加熱元件。例如，每個加熱元件可包括與被配置 成用於提供電功率的功率源耦合的電阻加熱元件。或者，熱處理裝置330 可包括一個或更多個與功率源和控制器耦合的輻射加熱元件。例如，每個 輻射加熱元件可包括與被配置成用於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 ，優選約200-400°C 。
微波處理裝置340可包括被配置成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 應用微波乾燥技術。
在一個實施例中，乾燥系統300可包括含有變頻微波裝置和熱處理裝 置的乾燥系統，例如可從Lambda Technologies ， Inc. ( 860 Aviation Parkway, Suite 900， Morrisville， NC 27560)購得的微波爐。關於微波爐 的更多細節描述在轉讓給Lambda Technologies, Inc.的名稱為"Curing polymer layers on semiconductor substrates using variable frequency microwave energy"的美國專利No. 5738915中，通過引用將其全部內容結合於此。
襯底支架320可夾持或不夾持襯底325。例如，襯底支架320可採用 機械方式或電方式來夾持襯底325。
再參見圖2，乾燥系統300還可包括與乾燥室耦合的氣體注射系統 350，被配置成用於將淨化氣體引入乾燥室310。淨化氣體可例如包括惰性 氣體，如稀有氣體或氮氣。此外，乾燥系統300可包括與乾燥室310耦合 的真空泵送系統355，被配置成用於將乾燥室310抽真空。在乾燥工藝 中，襯底325可處於真空或非真空條件下的惰性氣氛中。
此外，乾燥系統300可包括與乾燥室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350和真空泵送系統355耦合 的控制器360。控制器360包括微處理器、存儲器和能夠生成控制電壓的
14數字I/0埠，該控制電壓足以傳輸並激活到乾燥系統300的輸入，以及
監視來自乾燥系統300的輸出。存儲在存儲器中的程序用來根據所存儲的 製程配方控制乾燥系統300。控制器360可用於設置任何數量的處理元件
(310、 320、 330、 340、 350或355)，並且控制器360可收集、提供、 處理、存儲和顯示來自處理元件的數據。控制器360可包括大量用於控制 一個或更多個處理元件的應用程式。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於監測和/或控 制一個或更多個處理元件。
現在參見圖3，圖3示出了根據本發明的另一種實施方式的固化系統 400。固化系統400包括固化室410，被配置成用於提供清潔且無汙染的環 境以對安置在襯底支架420上的襯底425進行乾燥。固化系統400還包括 兩個或更多個輻射源，被配置成用於將具有電介質膜的襯底425暴露於多 種電磁(EM)波長的EM輻射中。所示兩個或更多個輻射源可包括紅外
(IR)輻射源440和紫外(UV)輻射源445。襯底可以同時、依次或彼此 交錯地暴露於UV輻射和IR輻射。
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 可包括一個或更多個IR燈或者一個或更多個IR雷射器(連續波(CW) 雷射器、可調雷射器或脈衝雷射器)，或其任意組合。IR功率可為約0.1-2000 W。 IR輻射波長可為約l-25微米，優選約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矽 元件)，或者IR輻射源440可包括半導體雷射器(二極體)或者離子、Ti:
藍寶石或染料雷射器(光參量放大)。
UV輻射源445可包括寬波段UV源，或可包括窄波段UV源。UV輻 射源可包括一個或更多個UV燈或者一個或更多個UV雷射器(連續波
(CW)雷射器、可調雷射器或脈衝雷射器)，或其任意組合。UV輻射可 例如由微波源、電弧放電、電介質阻擋放電或電子碰撞產生。UV功率密 度可為約0.1-2000 mW/cm2。 UV波長可為約100-600 nm，優選約200-400 nm。例如，UV輻射源445可包括光譜輸出為約180-500 nm的直流
(DC)或脈衝燈(如氖(D2)燈)，或UV輻射源445可包括半導體雷射器、(氮)氣體雷射器、三倍頻Nd:YAG雷射器或銅蒸汽雷射器。IR輻射源440和/或UV輻射源445可包括任意數量的用於調節輸出輻 射的一種或更多種性質的光學器件。例如，每個輻射源還可包括濾光器、 光學透鏡、光束擴展器、光束準直器等。適用於本發明的是光學和電磁波 產品領域的技術人員已知的光學控制器件。襯底支架420還可包括可被配置成用於升高和/或控制襯底425溫度的 溫度控制系統。溫度控制系統可以是熱處理裝置430的一部分。襯底支架 420可包括一個或更多個嵌入襯底支架420中並與功率源和溫度控制器耦 合的導電加熱元件。例如，每個加熱元件可包括與被配置成用於提供電功 率的功率源耦合的電阻加熱元件。襯底支架420可選地包括一個或更多個 輻射加熱元件。襯底425的溫度可例如為約20-500°C，優選約200-400 °C。襯底支架420可夾持或不夾持襯底425。例如，襯底支架420可採用 機械方式或電方式來夾持襯底425。再參見圖3，固化系統400還可包括與固化室410耦合的氣體注射系 統450，被配置成用於將淨化氣體引入固化室410。淨化氣體可例如包括 惰性氣體，如稀有氣體或氮氣。或者，淨化氣體可包括其它氣體，例如 H2、 NH3、 CJIy或其任意組合。此外，固化系統400可包括與固化室410 耦合的真空泵送系統455，被配置成用於將固化室410抽真空。在固化工 藝中，襯底425可處於真空或非真空條件下的淨化氣體環境中。此外，固化系統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450和真空泵 送系統455耦合的控制器460。控制器460包括微處理器、存儲器和能夠 生成控制電壓的數字1/0埠，該控制電壓足以傳輸並激活到固化系統 400的輸入，以及監視來自固化系統400的輸出。利用存儲在存儲器中的 程序根據所存儲的製程配方來控制固化系統400。控制器460可用於設置 任何數量的處理元件(410、 420、 430、 440、 445、 450或455)，並且控 制器460可收集、提供、處理、存儲和顯示來自處理元件的數據。控制器 460可包括大量用於控制一個或更多個處理元件的應用程式。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於監測和/或控制一個或更多個處理元件。控制器360和460可以實現為Dell Precision Workstation 610 。控制 器360和460還可以實現為通用計算機、處理器、數位訊號處理器等，它 們可使襯底處理設備響應於控制器360和460執行包含在計算機可讀介質 中的一條或多條指令的一個或多個序列而執行本發明的處理步驟的一部分 或全部。計算機可讀介質或存儲器用於保存根據本發明的教導編程的指令 並且容納數據結構、表、記錄或者上述的其它數據。計算機可讀介質的示 例是光碟、硬碟、軟盤、磁帶、磁光碟、PROM (EPROM、 EEPROM、閃 存EPROM) 、 DRAM、 SRAM、 SDRAM或者任何其他磁介質、光碟(例 如CD-ROM)、或者任何其它光介質、穿孔卡片、紙帶、或者具有孔圖案 的其它物理介質、載波(將在下面描述)，或者計算機可以讀取的任何其 它介質。控制器360和460可以相對於乾燥系統300和固化系統400本地定 位，或者可以通過網際網路或內部網相對於乾燥系統300和固化系統400遠 程定位。因此，控制器360和460可以通過直接連接、內部網和網際網路中 的一種方式與乾燥系統300和固化系統400交換數據。控制器360和460 可以在用戶端(即器件製造商等)與內部網耦合，或者在賣方端(即設備 製造商)與內部網耦合。此外，另一臺計算機(即控制器、伺服器等)也 可以訪問控制器360和460，從而通過直接連接、內部網和網際網路中的一 種方式來交換數據。現在參見圖4，圖4描述了根據本發明的另一種實施方式的處理襯底 上的電介質膜的方法。該方法的流程圖500始於510，在510中，在第一 處理系統中將襯底上的電介質膜乾燥。第一處理系統包括乾燥系統，被配 置成用於去除或部分去除電介質膜中的一種或更多種汙染物，包括例如水 分、溶劑、成孔劑或可能妨礙後續固化工藝的任何其它汙染物。在520中，電介質膜在第二處理器中被固化。第二處理系統包括固化 系統，被配置成用於通過使電介質膜內發生交聯或部分交聯來固化電介質 膜，從而改善電介質膜的機械性質。乾燥工藝後，為了使汙染最小，在真17空條件下將襯底從第一處理系統轉移到第二處理系統。在第二處理系統 中，襯底被暴露於UV輻射和IR輻射。此外，可選地，在乾燥和固化工藝 之後，在被配置成用於改性已固化的電介質膜的後處理系統中對電介質膜 迸行後處理。例如，後處理可包括在電介質膜上旋塗或氣相沉積另一層 膜，以提高對後續膜的粘附性或改善疏水性。或者，例如，可以通過在後 處理系統中用離子輕度轟擊電介質膜來提高粘附性。
一種適用於本發明的上述後處王裡方 去描述在名禾爾為"Method of improving adhesion between thin films"的美國專利No. 5714437中，通過引用將其全部內容結合於此。儘管以上只是詳細描述了本發明的某些實施例，但本領域技術人員很 容易意識到，在實質上不脫離本發明的新穎教導和優點的前提下，可對示 例性實施例進行許多改進。因此，所有這種改進均落入本發明的範圍。
權利要求
1.一種處理襯底上的電介質膜的處理系統，包括乾燥系統，被配置成進行乾燥工藝以減少所述電介質膜中或所述電介質膜上的汙染物的量；與所述乾燥系統耦合的固化系統，被配置成進行固化工藝，所述固化系統包括紫外(UV)輻射源，被配置成將所述電介質膜暴露於UV輻射；和紅外(IR)輻射源，被配置成將所述電介質膜暴露於IR輻射；以及與所述乾燥系統和所述固化系統耦合的轉移系統，被配置成在真空條件下在所述乾燥系統與所述固化系統之間交換所述襯底。
2. 如權利要求1的處理系統，其中所述IR輻射源包括約1-25微米的 IR波段源。
3. 如權利要求1的處理系統，其中所述IR輻射源包括約8-14微米的 IR波段源。
4. 如權利要求1的處理系統，其中所述UV輻射源包括約100-600納 米的UV波段源。
5. 如權利要求1的處理系統，其中所述UV輻射源包括約200-400納 米的UV波段源。
6. 如權利要求1的處理系統，其中所述IR輻射源包括寬波段輻射 源、或窄波段輻射源，或其組合。
7. 如權利要求1的處理系統，其中所述IR輻射源包括一個或更多個 IR燈、或一個或更多個IR雷射器，或其組合。
8. 如權利要求1的處理系統，其中所述UV輻射源包括寬波段輻射 源、或窄波段輻射源，或其組合。
9. 如權利要求1的處理系統，其中所述UV輻射源包括一個或更多個 UV燈、或一個或更多個UV雷射器，或其組合。
10. 如權利要求1的處理系統，其中所述乾燥系統包括 乾燥室，被配置成用於促進所述乾燥工藝；與所述乾燥室耦合的襯底支架，被配置成在所述乾燥室中支撐所述襯 底；禾口與所述乾燥室耦合的熱處理裝置和/或微波處理裝置，被配置成用於幹 燥所述襯底上的所述電介質膜。
11. 如權利要求10的處理系統，其中所述熱處理裝置包括與所述襯底支架耦合的溫度控制元件。
12. 如權利要求11的處理系統，其中所述溫度控制元件包括電阻加熱 元件。
13. 如權利要求10的處理系統，其中所述熱處理裝置被配置成用於將 所述襯底的溫度升至約200-400°C。
14. 如權利要求10的處理系統，其中所述微波處理裝置包括與所述幹 燥室耦合的變頻微波源。
15. 如權利要求10的處理系統，其中所述乾燥室包括被配置成用於向 所述乾燥室供給淨化氣體的氣體注射系統。
16. 如權利要求15的處理系統，其中所述氣體注射系統被配置成向所 述乾燥室供給稀有氣體或氮氣。
17. 如權利要求1的處理系統，其中所述固化系統還包括 固化室，被配置成用於促進所述固化工藝；與所述固化室耦合的襯底支架，被配置成在所述固化室中支撐所述襯 底；禾口與所述固化室耦合的溫度控制系統，被配置成用於加熱所述襯底上的 所述電介質膜。
18. 如權利要求17的處理系統，其中所述溫度控制系統包括與所述襯 底支架耦合的溫度控制元件。
19. 如權利要求18的處理系統，其中所述溫度控制元件包括電阻加熱元件。
20. 如權利要求17的處理系統，其中所述溫度控制元件被配置成用於將所述襯底的溫度升至約200-400°C。
21. 如權利要求1的處理系統，還包括與所述轉移系統耦合的後處理系統，被配置成在所述固化工藝之後處 理所述電介質膜。
22. 如權利要求21的處理系統，其中所述後處理系統包括蝕刻系統、 沉積系統、氣相沉積系統、旋塗沉積系統、真空處理系統、等離子體處理 系統、清潔系統和熱處理系統中的一種或更多種。
23. —種處理襯底上的電介質膜的方法，包括 將所述襯底放置在乾燥系統中；根據乾燥工藝乾燥所述電介質膜以去除或部分去除所述電介質膜上或 所述電介質膜中的汙染物；將所述襯底從所述乾燥系統轉移至固化系統，同時在所述轉移過程中 保持真空條件；和通過以下方法固化所述電介質膜將所述電介質膜暴露於UV輻射；和將所述電介質膜暴露於IR輻射。
24. 如權利要求23的方法，其中所述將所述襯底暴露於UV輻射包括 將所述襯底暴露於由一個或更多個UV燈和/或一個或更多個UV雷射器發 出的UV輻射。
25. 如權利要求23的方法，其中所述將所述襯底暴露於IR輻射包括 將所述襯底暴露於由一個或更多個IR燈和/或一個或更多個IR雷射器發出 的IR輻射。
26. 如權利要求23的方法，還包括在所述固化之後，對所述電介質膜進行以下處理中的一個或更多個 在所述電介質膜上沉積另一個膜，清潔所述電介質膜，將所述電介質膜暴 露於等離子體。
27. 如權利要求23的方法，其中放置、乾燥、轉移和固化步驟中的至 少一個包括處理低k電介質膜。
28. —種計算機可讀介質，包含用於在計算機系統上執行的程序指令，當所述計算機系統執行所述程序指令時使所述計算機系統實施以下歩 驟將所述襯底放置在乾燥系統中；根據乾燥工藝乾燥所述電介質膜以去除或部分去除所述電介質膜上或所述電介質膜中的汙染物；將所述襯底從所述乾燥系統轉移至固化系統，同時在所述轉移過程中 保持真空條件；和通過以下方法固化所述電介質膜將所述電介質膜暴露於UV輻射；和 將所述電介質膜暴露於IR輻射。
29.如權利要求28的計算機可讀介質，其中所述程序指令使所述計算機系統實施以下步驟在放置、乾燥、轉移和固化步驟中的至少一個中處理低k電介質膜。
全文摘要
一種用於使電介質膜固化的多步系統和方法，其中該系統包括被配置成用於減少電介質膜中的汙染物(例如水分)的量的乾燥系統。該系統還包括與乾燥系統耦合的固化系統，該固化系統被配置成通過紫外(UV)輻射和紅外(IR)輻射處理電介質膜來固化該電介質膜。
文檔編號H01L21/30GK101517708SQ200680050790
公開日2009年8月26日 申請日期2006年10月6日 優先權日2005年11月9日
發明者劉俊軍, 埃裡克·M·李, 多雷爾·L·託瑪 申請人:東京毅力科創株式會社