CN101208770A

CN101208770A - 用于处理介电材料的设备和方法

Info

Publication number: CN101208770A
Application number: CNA2005800502331A
Authority: CN
Inventors: C·瓦德弗里德; C·加默; O·埃斯科尔西亚; I·贝里; P·萨克蒂韦尔
Original assignee: Axcelis Technologies Inc
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: KR101233059B1; KR20080018946A; WO2007001281A1; JP5051594B2; EP1900005A1; CN101208770B; JP2008547217A

Abstract

一种用于处理介电材料诸如低k值介电材料、电容材料、阻挡层及类似物的设备和方法，总体上包括辐射源模组、耦连到辐射源模组的处理腔、和与该处理腔及晶片装卸器成操作性相通的传送腔模组。可以根据不同类型的介电材料的需要，控制每个模组的气氛环境。该辐射源模组包括反射器、紫外线辐射源、和能透射约150纳米到约300纳米波长的板，以限定密封内部区域，其中该密封内部区域与第一流体源成流体相通。

Description

用于处理介电材料的设备和方法

相关申请的交叉引用

本发明涉及并主张于2004年6月18日提交的No.60/581,185的美国临时申请的优先权，其在此处将其全文援引作为参考。

技术领域

本发明总体涉及用于固化介电材料和/或从介电材料去除致孔剂的设备，具体涉及用于在受控环境中用紫外线辐射固化低k值介电材料和/或从低k值介电材料去除致孔剂的设备。

背景技术

随着半导体和其它微电子器件尺寸的日渐减小，对器件构件的要求持续增长。例如，防止互连线路之间的电容性串音对于较小器件来说就变得更加重要。电容性串音通常是导体之间的距离和置于导体之间的材料的介电常数(k)的函数。已有相当多的关注聚焦于使用具有低介电常数的新绝缘体将导体彼此相互电隔离，因为尽管硅土(二氧化硅)因其大约为4的相对较低的介电常数而被惯常地用于这样的器件中，满足了较早期(即：较大型的)应用的需求，但硅土不足以适用于未来的更小器件。希望将低k值(即，小于4的介电常数)的材料用作例如层间介电层(ILD)。

为达到低的介电常数，可以使用拥有低介电常数的材料，和/或将多孔结构引入材料，因为空气的介电常数名义值为1，这有效地降低了介电常数。已通过多种方式将多孔结构引入了低k值材料。在旋压(spin-on)低k值电介质的情况下，可以通过在后续处理时使用模板或借助形成气孔的基于致孔剂的方法，使用高沸点溶剂，来实现k值的降低。然而，一般而言，已经证明，在半导体器件制造中整合多孔的低k值材料是很困难的。

最近已发现，利用紫外线(UV)辐射来固化低k值介电薄膜，与其它的固化方法相比，将为终产物介电材料提供增强的电气、机械和化学特性。此外，紫外线辅助处理能有效地去除致孔剂材料，该致孔剂材料是用于产生多孔隙结构的牺牲性有机物质。对不同的低k值材料的测试结果已经显示：曝露于紫外线光的不同波长分布、并结合适当的背景化学作用和足够高的晶片温度，会导致低k值薄膜的不同变化。尤其是，我们已发现某些波长分布(A)对于去除致孔剂及增强低k值基质的交联是非常有效的，而同时另一些波长分布(B)有助于低k值基质的交联而不去除致孔剂。因此能产生出许多可以对多孔隙低k值电介质的合成与整合有利的、不同的低k值介电质固化流程。

现在不存在能解决与固化各种介电材料和/或从各种介电材料去除致孔剂相关联的特殊问题与关注点的紫外线辐射设备。相应地，在本领域中需要一种设备，其适于处理用于先进器件制造的介电材料诸如低k值材料、氧化物、氮化物、电容(premetal dielectrics)、阻挡层以及类似物。

发明内容

这里所披露的内容是用于处理诸如用于先进半导体器件制备的低k值电介质、电容以及类似物的介电材料的设备和方法。在一个实施例中，该设备包括：辐射源模组，包括反射器、紫外线辐射源、和能透射约150纳米到约300纳米波长的板，以限定密封内部区域，其中该密封内部区域与第一流体源成流体相通；处理腔模组，耦连到辐射源模组以限定与紫外线辐射源成操作性相通的密封腔，该处理腔包括适于容纳衬底的可关闭开口、适于支承该衬底的支承件、和与第二流体源成流体相通的气体入口；和传送腔模组，与该处理腔和晶片装卸器成操作性相通；该传送腔包括与第三流体源成流体相通的气锁腔和夹具。

在另一个实施例中，用于处理介电材料的设备包括：辐射源模组，包括反射器、适于发射宽带辐射的紫外线辐射源、和能透射约150纳米到约300纳米波长的板，以限定密封内部区域，其中该密封内部区域与第一流体源成流体相通；光学滤波器，设置在辐射源与衬底之间；和处理腔模组，耦连到辐射源模组以限定与紫外线辐射源成操作性相通的密封腔，该处理腔包括适于容纳衬底的可关闭开口、适于支承该衬底的支承件、和与第二流体源成流体相通的气体入口。

用于处理介电材料的方法包括：将衬底从传送腔传送入处理腔，其中该处理腔耦连到辐射源模组，该辐射源模组包括反射器、紫外线辐射源、和板以限定密封内部区域，其中该板能透射约150纳米到约300纳米的波长；使非活性气体流入处理腔和该密封内部区域；和以约150纳米到约300纳米的波长产生紫外线宽带辐射，并将该衬底曝露于该紫外线宽带辐射。

以上所描述的及其它特征将通过下列附图和详细说明而被例证。

附图说明

现在参见附图，其中相同元件被标示以同样的附图标记：

图1图示了用于在制造集成电路器件期间处理介电材料的设备的剖视图，该设备包括辐射源模组、处理腔模组和传送腔(loadlockchamber)模组；

图2示出了图1的辐射源模组的剖视图；

图3用曲线图图示了艾克塞利斯技术公司的I型无电极微波驱动灯泡的宽带光谱输出，可适用于作为紫外线辐射源；

图4用曲线图图示了艾克塞利斯技术公司的II型无电极微波驱动灯泡的宽带光谱输出，其适于被用作紫外线辐射源；

图5图示了图1的处理腔模组和辐射源模组之间的筛屏的俯视图；

图6图示了图1的处理腔模组的分解立体图；

图7图示了在处理腔中使用的邻近热夹具(proximity thermalchuck)的局部分解立体图；

图8图示了图7所示邻近热夹具中使用的支承件的俯视图；

图9和图10图示了在图8中的支承件的剖视图；

图11图示了图1的传送腔模组的剖视图；

图12用曲线图示了所处理的衬底及定期清洁处理腔与紫外线宽带辐射的透射率的函数关系；

图13用曲线图示了在原地(in situ)清洁处理期间时间与紫外线宽带辐射的透射率的函数关系，并且也图示了在原地清洁处理之后及处理腔吹扫期间时间与氧浓度的函数关系。

具体实施方式

如图1所示，用于在受控环境中用紫外线辐射固化介电材料和/或从介电材料去除致孔剂的设备10，总体上包括：辐射源模组12、与辐射源模组12操作性相通的处理腔模组14、邻近处理腔模组14以用于将衬底输送入和输送出处理腔模组14的传送腔模组16、和邻近传送腔模组16而用于载置衬底以便用设备10进行处理的晶片加载站模组(未示出)。有利的是，可以针对其中即将处理的具体的介电材料控制和改造每个模组中的环境。

现在参见图2，辐射源模组12总体上包括由紫外线辐射源22、板24、和反射器26限定的密封内部区域20。该紫外线辐射源22的一部分27从该密封内部区域20突出和/或与该密封内部区域20面接，并且基本上能透射紫外线而基本不能透射微波，从而用作高通滤波器。例如，从该密封内部区域20突出和/或与该密封内部区域20面接的该部分27的终止端28可以由钨网材料制成，该钨网材料具有足够小的开口来在基本透射紫外线辐射的同时截断大多数的微波辐射。

该反射器26包括由铝金属、二向色性材料、或多层涂层形成的反射层。可选地，该反射层可以进一步包括保护层，该保护层由氟化镁、二氧化硅、氧化铝、以及包括前述材料中至少一种的组合物形成。鉴于本发明，本领域普通技术人员将明显可知其它合适的材料。已发现这些材料对具有较短波长例如小于200纳米的波长的紫外线辐射能提供更强烈和更有效的反射。

该辐射源模组12进一步包括与该密封内部区域20成流体相通的流体入口33和流体源35。该流体源35被构造成，在工作期间吹扫包含于该密封内部区域20中的空气。此外，该流体源35可以被用于冷却该紫外线辐射源，例如，无电极灯泡。合适的流体包括但不限于用于从例如该密封内部区域20吹扫环境空气的非活性气体。合适的非活性气体包括但不限于：氮、氩、氦、包括前述气体中至少一种的组合物及类似物。类似地，该密封内部区域20也可以经由真空泵、排气装置或类似物而被排空以允许紫外线光的最优透射。即，可以移除吸收波长小于200纳米的紫外线辐射的氧或其它物质。此处所用的术语，如关于辐射源模组(以及处理腔)所使用的“密封”，指的是在工作期间可以被合适地吹扫的、辐射源模组中的区域。该密封内部区域不需要被真空密封，且吹扫可以简单地在该内部区域(或处理腔)中提供正压气氛。但在某些实施例中，根据应用的场合，密封内部区域可以被真空密封。

该辐射源模组12也可以包括与流体源36成流体相通的流体入口34。以这种方式，诸如水或者某些其它冷却介质等流体可以被用于给可能在工作期间被加热的反射器或类似构件提供冷却。例如，反射器26可以进一步包括流体流经其中来提供所期望冷却量的水冷套。被选择用于冷却的流体可以与用于吹扫该密封内部区域20的流体相同或者不同。这样，流体源35或36并非局限于单一流体，根据不同应用情形的需要，可以提供多种流体，其中每种流体可以被存储在通过歧管等与入口33、34成流体相通的加压容器或类似物中。

通过吹扫该辐射源模组12(以及处理腔14)的密封内部区域20，尤其是在处理低k值介电材料期间会提供许多优点。例如，空气包括约21％的氧，已知氧会吸收波长小于200纳米左右的辐射，并且会产生反应而生成产物，尤其是臭氧。臭氧的产生又加剧了波长衰减，因为臭氧从长达250纳米的波长开始吸收并延续到更低的波长。结果，紫外线固化和/或从低k值材料去除致孔剂的处理效率将被降低。在将衬底曝露于紫外线辐射图(radiation pattern)之前，吹扫辐射源模组12(和处理腔14)的密封内部区域20或将其排空，减少了波长吸收，结果，提高了处理效率。也可以使用其它吹扫流体，来吸收应用的具体辐射源所特定的紫外线辐射图的选定波长。合适的吸收性气体包括但不局限于氧气、臭氧、N₂O、二氧化碳、水及类似物。

辐射源模组12优选地适于发射具有至少一种小于约400纳米的宽带波长图的宽带辐射图，更优选为约150纳米到约300纳米，且更加优选为约150纳米到约250纳米。

所示的辐射源模组12图解了无电极灯泡30的使用，其耦连到能量源例如微波腔，来以本领域技术人员所公知的方式发射宽带辐射图，以产生所期望的宽带紫外线辐射图。使用微波能量源作为例子，磁控电子管和波导管耦连到微波腔32来激发无电极灯泡中填充的气体，并产生紫外线辐射。不同的填充物可以与微波无电极灯泡28一起使用来提供不同的辐射图。填充物的量是这样的，即，使得在填充物被以较高的功率密度激发时，在工作温度下填充物可表现出至少1个左右大气压的压力，优选为2到20个大气压的压力。例如，微波能量的功率密度至少是50瓦特/cc，且优选大于100瓦特/cc。无电极灯泡28也可以被制成以射频功率发射所期望的宽带辐射图。

具有不同光谱分布的产生紫外线的无电极灯泡，可以根据应用情形而选定，例如使用不同的微波无电极灯泡，而该不同的灯泡例如从艾克塞利斯技术公司(比佛利市，马萨诸塞州)购得的I型和II型微波无电极灯泡。在图3和图4中分别示出从I型和II型灯泡获得的、适于在固化和/或去除致孔剂的处理中使用的光谱。在由本文中整体援引作为参考的、授予伍德(Wood)等人的第5,541,475号美国专利中，披露了其它合适的微波驱动无电极灯泡。可选地，代替无电极灯泡，可以使用电弧放电器、介质阻挡放电器、或电子碰撞发生器来发射所期望的紫外线辐射图。

例如，该介质阻挡放电器光源总体上包括两个平行电极且通常在大约大气压下工作，所述平行电极具有设置在其中一个电极上或两个电极之间的介电绝缘层。待处理衬底经常被用作平面电极之一或典型地被设置在两个平面电极之间。优选地，该介质阻挡放电器光源能够被任何数量的用于产生所期望辐射图的气体混合物回填。可以在工作期间将计算机控制用于改变气体混合物，以允许改变辐射图中的发射波长。

在一个实施例中，衬底从下部被高强度灯加热，而同时从上方被光源照射。这将提供可编程的衬底温度。在这个实施例中，可以使用销来将衬底支承在加热窗上，在该加热窗下方定位加热灯。在此实施例中，一个或多个销可选地包含温度传感器，例如弹簧安装的或嵌入的热电偶，来监控衬底温度并反馈该温度信息到灯控制器以控制温度，如果希望的话。替代方案是，邻近热夹具用嵌入式闭环热电偶控制器来控制衬底温度。

有利的是，辐射源模组12内的板24用来将紫外线辐射源22与下面的处理腔14(如前面在图1中所示)隔离。有利的是，该板24将从衬底到紫外线辐射源22的微粒污染物消除，将紫外线辐射源22与处理腔14隔离，以允许单独进入它们，并且还允许使用气体来冷却紫外线辐射源22和/或微波腔，若存在的话。该板24还允许在处理腔14中使用特别选定的处理气体而不妨碍紫外线辐射源22的工作。

在一个实施例中，该板24由具有对所期望的辐射图基本上透明的光学透射率的石英材料制成，该辐射图用于固化低k值介电材料和/或从低k值介电材料去除致孔剂。这种石英材料的一个例子是市场上有售的、来自新泽西州西柏林的Dynasil公司的商品名为Dynasil 1000的石英材料。也有可能使用石英以外的材料，只要该材料拥有上述特征。例如，希望将衬底曝露给特定用于去除致孔剂的、具有220纳米以下波长的紫外线辐射。该板24通过常规安装装置安装在辐射源模组12中，可选地，可包括合适的间隔件。此外，该板24可以由一块或多块叠层设置的板组成。在某些实施例中，该板可以覆盖有防反射剂以使得进入辐射源模组12的紫外线辐射的背反射最小化。例如，该板24可以覆盖有氟化镁，或者，可以具有沉积于其上的硅、氟及类似物。

在一个实施例中，光学滤波器40，例如筛屏或类似物，被设置在板24上。就筛屏而论，该筛屏40优选地配设有多个开口，这些开口提高对衬底辐射的均匀性。开口可以根据紫外线辐射源的强度特征而改变尺寸，以促进对下面的衬底的均匀辐射。该筛屏40可以由金属制成且呈网状。该筛屏40可以包括单个区域或者多个区域以提供更高的辐射曝露均匀性。图5图解了具有3个区域42、44及46的范例筛屏40。区域42具有比区域44更精细的网眼纹样，而区域44具有比区域46更精细的网眼纹样。已发现在没有筛屏的情况下，在衬底的最中心的部分，入射到其表面的辐射强度最大。通过以图解的方式改变筛屏40的孔隙密度，可以获得较高的辐射均匀性。环形圈48保持由区域42、44及46所限定的网状筛屏。

在另一个实施例中，该筛屏40被设置于处理腔模组14与辐射源模组12之间。在再一个实施例中，该筛屏40被嵌入到板24中。

如图6中更清晰地示出的那样，处理腔14总体上包括基座单元52，该基座单元52包括底壁54和从该底壁延伸以形成腔室58的侧壁56。夹具组件60例如重力夹具组件或类似物，被设置在该腔室58中。如本领域技术人员所公知的那样，该重力夹具组件应用重力作为将衬底固定到支承表面上的方式，从而使得该衬底不会由于除了衬底重量以外的任何其他方式而被强力压接于支承表面。该夹具可以进一步包括某些应用情形及夹具组件所需的真空保持机构。

由从基座单元52延伸的侧壁64所限定的构件62耦连到基座单元52，该构件62进一步耦连到辐射源模组12以形成其中可处理衬底的密封腔68。处理腔14优选地由对工作环境不活泼的材料制成，该工作环境包括但不限于处理气体和反应副产品。该构件62的侧壁64包括至少一个开口66。开口66的尺寸被设定为，能够将衬底从邻近的传送腔16(也在图1中示出)输送入或输送出处理腔14。

出于本领域所公知的目的，也可以在侧壁64中设置其他开口(未示出)，例如入口和排气/泵歧管、用于监控处理的光学端口、用于分析在处理期间所释放的例如致孔剂等气态物质的质谱仪入口、用于监控氧浓度的氧分析仪等。例如，入口和排气歧管可以被用于在吹扫和/或处理期间在邻近透射板处提供气体横向流。另外，处理腔可以包括连接到排气装置或真空泵的出口，使得流体流动在邻近透射板处提供气幕以便在处理期间使致孔剂或者任何由衬底以气态排释的材料的沉积最小化，或通过在处理腔14内使用反应性气体的紫外线活化来清洁涂层板。在一实施例中，进入处理腔用于形成幕的流体的流路包括入口狭缝和邻近透射板的对置的出口狭缝，以形成跨该板的横向流动，由此提供幕。

该处理腔14进一步包括与气体源及密封内部区域68成流体相通的至少一个气体入口69。流入密封腔68的流体流动根据所期望的应用情形可以是轴向流、横向流或其他流动形式。例如，在吹扫和/或清洁处理期间处理腔14可以适于气体的下游流动。这样，吹扫系统根据进入该系统的气体，可以给腔室准备非活性条件、和/或提供腔室的清洁。例如，可能希望有原地腔室清洁功能，因为某些介电材料在固化和/或致孔剂去除处理期间会放出有机挥发物，导致这些有机挥发物沉积在腔室壁和辐射器的板24上。该原地腔室清洁功能包括一工作模式，在该工作模式下用氧气(和/或反应性气体)吹扫该无衬底腔室14，将该腔室曝露于紫外线辐射中以产生足够量的、可以与有机沉积物发生反应并将其去除的臭氧及其它激发态氧族。例如，处理腔的定期清洁包括探测紫外线宽带辐射向处理腔内透射的变化，其中当该变化超出预定的阈值时，该清洁处理被触发。当透射变化率降到低于预定的变化率、或是对于预先限定的波长带而言约100％透射时，清洁处理中断。

对于吹扫操作，吹扫系统优选地被设计为多种气体选择，诸如氦、氮、氩及类似物和前述吸收性气体。对于某些电介质固化应用，添加少量反应性气体对提升固化效果是理想的。因此，该设备可以装备有一个或多个质量流受控的气体通道，所述通道使得反应性气体物质能被受控引入，该反应性气体物质诸如氧气、一氧化碳、二氧化碳、CxHy、CxFy、NxHy和类似物，其中x与y彼此相互独立，通常大于1，直到大约10。

处理腔14可以进一步包括氧传感器用于探测该腔室内的含氧量。可以提供反馈环来防止该设备运转，直至氧含量低于预定量。如先进半导体制造领域中所公知的那样，氧的存在可以导致金属互连部产生不期望的氧化，还会影响高温下对介电材料的处理。

如图7中所示，夹具组件60总体上包括支承件70、环状隔离圈72、及升降销组件机构74。该环状隔离圈72被密封地设置在支承件70的下表面与处理腔14的基座单元52之间。该支承件70的平面表面包括多个周边销76，在图7中示出了其中的两个。在一实施例中，该支承件70是静止的，即不旋转的。在另一实施例中，该支承件70由铝或者铝合金制成。

该升降销组件74被设置在支承件70下方，包括气缸或类似物用于在处理期间贯穿升降销套筒96(见图8)驱动该升降销76。操作升降销机构74所必需的空气管路、以及设备10所需的任何其它管道装置(plumbing)优选地被设置在基座单元52的侧壁中被选定的一个侧壁里。在另一实施例中，夹具垂直移动以在被销支承的同时接触衬底。

如图8-10中更清晰示出的那样，支承件70包括衬底在处理期间被放置于其上的平面表面。可选地，该支承件70包括气体传送孔78和贯穿该气体传送孔78延伸的通道80，从而使得传热气体例如氦或其类似物可以通过孔78和/或通道80以增加在衬底和支承件70表面间的传热率。该孔78和/或通道80也可以被用来给衬底38的背侧提供真空，来例如通过衬底的弹性变形增加在衬底底面与支承件70表面之间的接触点数量。如果利用真空进行维持，则由于真空，衬底与支承件70表面间的接触点的数量增多，这增加了衬底达到处理温度的速率。在这种情况下，该孔78和/或通道80优选地连接到真空线路82，该真空线路接着连接到处理腔隔离阀、流动控制阀或类似物(未示出)的下游。有利的是，到达处理温度的时间的减少将降低总的处理时间。

也可以在支承件70内机加工或者铸造通道84(图9)，从而使得来自冷却系统的流体可以被循环以进一步控制衬底温度。以这种方式，该流体经与通道84成流体相通的冷却导管86循环。电阻加热元件88(图9)也可以被铸造到支承件70内，以便能提高处理温度，这可以被用于提高工具生产能力。该支承件70优选地具有对应于衬底形状的形状，并优选地能具有大约20℃到大约450℃的工作范围。在一优选实施例中，支承件70的工作温度优选地可以通过使用具有加热及冷却能力的比例积分微分(PID)控制器的反馈或闭环控制器来加以改变。该控制器可以根据需要交替地将电流供应到加热元件88或将冷却流体(空气或水)供应到支承件70中的通道84。如图10所示，可以通过使用诸如安装到支承件70表面内的弹簧致动热电偶90等温度测量装置在处理期间测量衬底温度，来给PID控制器提供反馈。该热电偶90包括与接触部94操作性相通的弹簧92，使得该接触部94能够在支承衬底期间维持与衬底背侧表面的接触。备选方案是，可以用开环处理(即，没有反馈装置)，通过调节供应到加热元件88的电流、以及在处理过程中的合适点允许流体流(空气和水)流经支承件70内所铸造的通道84，来控制支承件70的温度。另外，该热电偶可以被嵌入到夹具支承件内以测量该衬底的温度。

可选地，支承件70包括用于测量紫外线辐射的强度和光谱特性的辐射度探测器。该探测器可以在没有覆盖的衬底的情况下发挥作用，来提供一种装置用于在曝露衬底之前鉴定紫外线辐射图，正如上面所言，该紫外线辐射图取决于多种参数，例如，气体填充、灯泡冷却、处理腔内的气体、板的透射率等。

有利的是，上面说明的处理腔14提供基本密封的环境用于处理衬底。已经证实，固化(和/或去除致孔剂)的质量以及低k值材料的完整性取决于高度非活性的周围环境。该吹扫后的密封结构有助于提供具有小于百万分之100的氧浓度的非活性环境，优选为小于百万分之50，更优选为小于百万分之20。最小吹扫气流可以被用于(即使在待机模式下)将处理腔维持在基本无氧的气体填充态。

现在转到图11，传送腔模组16包括与处理腔14操作性相通的气锁腔102和晶片装卸器(未示出)。在气锁腔102的侧壁内设置与处理腔的开口66(见图6)成操作性相通的开口104。该气锁腔102包括用于向气锁腔102引入或从中移出衬底的附加开口106。这样的气锁腔模组16可以被调节以匹配处理腔14中的工作压力，由此允许将衬底输送入和输送出处理腔14，同时也允许处理腔14维持相对恒定的压力，例如大气压。而且，该气锁腔16包括至少一个气体入口(未示出)，用于将非活性气体引入该气锁腔102。通过维持该气锁腔内的非活性气氛，可以阻止衬底上的材料例如金属互连部、低k值电介质及类似物的氧化。当所处理的衬底被从处理腔移出时，该衬底通常处于升高的温度(在被曝露于处理腔内的紫外线辐射之后，一般处于约20℃到约450℃之间的升高温度)，这可以加剧在有氧化性气体例如一氧化碳、二氧化碳、氧气、臭氧及类似物的情况下低k值材料以及金属互连部的氧化。通过维持非活性气氛直至该衬底被充分冷却，可以将氧化抑制到最小程度，如果有的话。维持传送腔内的非活性环境还有助于将非所需的物质被送入该处理腔的情况抑制到最小限度。

该传送腔模组16包括至少一个机械臂(未示出)，用于将衬底输送到处理腔/自处理腔输出，输送到气锁腔/自气锁腔输出，以及输送到晶片装卸器/自晶片装卸器输出。该机械臂可以是单个臂，它的行进路径以大致线性方式移动晶片。该气锁腔优选地包括夹具用于在处理后冷却衬底。

在另一实施例中，可以额外地使用等离子体来改变介电材料和/或去除致孔剂，该设备10可以被改造成，除本文中在上面所披露的紫外线处理腔以外还包括一个或多个等离子体反应器。该等离子体腔可以利用射频或微波频率来激发氧化性、还原性或中性等离子体化学物质。在这些腔室内处理的衬底可以被热夹具或者被灯加热。

在另一实施例中，可以在紫外线曝露之前添加预热站(未示出)，以去除在衬底被引入处理腔之前从衬底以气态排释的大多数挥发物。

在操作期间，衬底在大气压力下从晶片装卸器模组加载到传送腔模组16的气锁腔102内。优选地用非活性气体吹扫气氛环境以从气锁腔102去除氧化性气体，例如空气。该衬底随后被传送入处理腔14，处理腔14优选地被以类似方式吹扫并且根据应用情形的需要可以进一步包括吸收性气体或反应性气体。辐射源模组12也被吹扫以便从密封内部区域20中去除任何空气，如果需要的话还可以进一步包括吸收性气体。衬底随后在升高的温度下被曝露于从辐射源22发射的宽带紫外线辐射图。

优选地，该处理腔14被构造成用于自动化衬底装卸，来消除衬底例如晶片的手工装卸。

在一实施例中，该方法包括用一种或多种非活性气体吹扫辐射源模组12的内部区域20、处理腔14，可选地，还吹扫传送腔16，以便在将衬底40曝露于该紫外线辐射图之前和/或在将衬底从处理腔传送到传送腔之前去除空气。

可以控制衬底温度在从大约室温到约450℃的范围内变化，控制方式可以选择性地利用红外线光源、光学光源、热源、或者是本身的光远。处理压力可以小于、大于或等于大气压力。在一实施例中，处理压力处于大气压。通常，紫外线固化介电材料被紫外线处理仅仅或大约300秒，更具体地，介于约60到约180秒之间。还有，紫外线处理可以在这样的条件下进行：温度介于约室温和约450℃之间；处理压力小于、大于或大约等于大气压；紫外线功率介于约0.1到约2,000mW/cm²；紫外线波长谱介于大约100到大约400纳米。而且，该紫外线固化介电材料可以用处理气体吹扫进行紫外线处理，处理气体诸如氮气、氧气、氩气、氦气、氢气、水蒸气、COz、CxHy、CxFy、CxHzFy、空气和它们的组合物，其中x是介于1和6之间的整数，y是介于4和14之间的整数，z是介于1和3之间的整数。

可以用上述设备进行处理的合适的低k值介电材料包括但不限于：通常使用的旋压低k值介电材料和化学气相淀积(CVD)低k值介电材料。这些低k值材料可以是有机材料、无机材料或它们的组合物。例如，该介电材料可以是低k值介电材料、电容材料、氧化物、氮化物、氮氧化物、阻挡层、蚀刻停止材料、覆盖层、高k值材料、浅槽隔离介电材料、或者包括前面至少一种介电材料的组合物。更具体地，合适的低k值材料可以包括氢倍半硅氧烷(HSQ)、烷基倍半硅氧烷介电材料诸如甲基倍半硅氧烷(MSQ)、碳掺杂氧化物(CDO)介电材料、氟硅酸盐玻璃、类金刚石碳、聚对二甲苯、氢化硅氧碳化物(SiCOH)介电材料、B阶(B-staged)聚合物诸如苯并环丁烯(BCB)介电材料、芳香基环丁烯为主的介电材料、聚苯为主的介电材料、聚亚芳香醚、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、多孔硅土、硅沸石、上面提及的介电材料的多孔衍生物、以及它们的组合物。所述多孔衍生物即中等孔或纳米孔衍生物，可以具有致孔剂所产生的孔、溶剂形成的孔、或分子工程制造的孔，这些孔可以互连或封闭，而且它们可以是分散的、随机的、或有序的，诸如垂直定向的孔。

其它合适的电介质包括但不限于硅酸盐、氢倍半硅氧烷、有机倍半硅氧烷、有机硅氧烷、有机氢硅氧烷、倍半硅氧烷-硅酸盐共聚物、硅氮烷为主的材料、聚碳硅烷、和乙酰氧硅烷。

其它合适的电介质包括但不限于：硅、绝缘体上的硅、硅锗、二氧化硅、玻璃、氮化硅、陶瓷、铝、铜、砷化镓、塑料诸如聚碳酸酯、电路板诸如FR-4和聚酰亚胺、混合电路衬底诸如氮化铝-氧化铝、及类似物。这些衬底可以进一步包括沉积于其上的薄膜，这些薄膜包括但不限于金属氮化物、金属碳化物、金属硅化物、金属氧化物以及它们的混合物。在多层集成电路装置中，绝缘的、平面化的电路线路的底层也可以起到衬底的作用。

实施例

在这个实施例中，包括同样的介电材料的多个衬底在如上所述的设备中被处理。图12以曲线图示出了定期原地清洁功能的效率。该原地清洁处理包括使氧化性流体流入该处理腔、并将该氧化性流体曝露于紫外线宽带辐射。辐射度探测器测量出进入处理腔的紫外线宽带辐射的强度。在处理含介电材料的多个衬底期间，由于脱气和污染物向透射板上的沉积，导致紫外线宽带辐射的透射率作为所处理衬底的函数而减小。处理腔的定期清洁清洁了该板，从而基本恢复了紫外线宽带辐射的透射率。有利的是，除了该透射板之外，还可以推测处理腔的壁和其它表面也得到清洁。

图13以曲线图示出了在已经完成原地清洁处理之后对处理腔进行的重新调整。在曲线图的左侧，在前文所述的原地清洁处理期间测量了紫外线宽带辐射的透射率。在曝露于原地清洁处理大约5分钟之后，如进入处理腔的紫外线宽带辐射的透射率所显示的那样，该板基本被清洁。为去除氧化性流体，用非活性气体吹扫处理腔。氧探测器测出了作为时间的函数的、残留在处理腔内的氧的浓度。

上面已经参考具体实施例说明了本发明，但本领域的技术人员将理解到，可以作出多种变形、且有若干等价物可以被用于替代其元件而不离开本发明的范畴。另外，可以作出许多修改来使特定的情形或材料适于本发明的教导而不离开其实质范畴。因此，本发明不限于用于实现本发明的最佳方式所披露的特定实施例，而是包括归属于所附权利要求书的范畴内的所有实施例。

Claims

1.一种用于处理介电材料的设备，该设备包括：

辐射源模组，包括反射器、紫外线辐射源、和能透射约150纳米到约300纳米波长的板，以限定密封内部区域，其中该密封内部区域与第一流体源成流体相通；

处理腔模组，耦连到辐射源模组以限定与紫外线辐射源成操作性相通的密封腔，该处理腔包括适于容纳衬底的可关闭开口、适于支承该衬底的支承件、和与第二流体源成流体相通的气体入口；和

传送腔模组，与该处理腔和晶片装卸器成操作性相通；该传送腔包括与第三流体源成流体相通的气锁腔和夹具。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括设置在辐射源与衬底之间的光学滤波器。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，该光学滤波器是包括内部区域和外部区域的筛屏，内部区域具有第一网眼尺寸，外部区域绕内部区域呈圆周设置并具有第二网眼尺寸。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该内部区域与紫外线辐射源同轴地对齐。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，该光学滤波器包括涂层、吸收性气体、吸收性固态材料或前述光学滤波器的组合。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该紫外线辐射源包括耦连到能量源的无电极灯泡。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该紫外线辐射源是具有选定的波长谱的宽带辐射源，该波长谱适于有区别地与介电材料的第一组化学键及官能团发生反应，而对于介电材料的第二组选定的化学键或官能团是透射性的。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，紫外线辐射源包括介质阻挡放电装置、电弧放电装置、或电子碰撞发生器。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一流体源包括非活性气体、紫外线吸收性气体或包括前述气体的至少一种的组合物；第二流体源包括非活性气体、反应性气体、紫外线吸收性气体、或包括前述气体的至少一种的组合物，第三流体源包括非活性气体。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括设置在反射器周围并且与冷却介质成流体相通的冷却套。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，介电材料是低k值介电材料、电容材料、氧化物、氮化物、氮氧化物、阻挡层材料、蚀刻停止材料、覆盖层、高k值材料、浅槽隔离介电材料、或者包括前述介电材料的至少一种的组合物。

12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，处理腔包括适于加热衬底的热源。

13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，热源包括邻近热夹具组件，该邻近热夹具组件包括用于支承衬底的多个销、和弹簧安装的或嵌入式的热电偶，该热电偶用于测量衬底温度。

14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，传送腔适于为从处理腔传送来的衬底提供非活性条件。

15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该反射器包括由铝金属、二向色性材料、或多层涂层形成的反射层。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，该反射层可以进一步包括保护层，该保护层由氟化镁、二氧化硅、氧化铝、以及包括前述材料中的至少一种的组合物形成。

17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该紫外线辐射源适于发射包括大约150纳米到大约300纳米的波长的宽带辐射图。

18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，处理腔进一步包括定位成测量紫外线宽带辐射的强度的原地辐射度探测器。

19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，辐射源模组的密封内部区域与排气装置或真空装置成流体相通。

20.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括耦连到处理腔的预热站。

21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该板包括筛屏，该筛屏嵌入到该板内且适于均匀地将紫外线宽带辐射传播进入处理腔。

22.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括设置在该板和处理腔之间的筛屏。

23.如权利要求1所述的设备，其特征在于，处理腔进一步包括氧传感器。

24.如权利要求1所述的设备，其特征在于，紫外线辐射源包括突出到密封内部区域中或与密封内部区域面接的部分。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，该部分包括由金属丝网形成的终止端。

26.一种用于处理介电材料的设备，该设备包括：

辐射源模组，包括反射器、适于发射宽带辐射的紫外线辐射源、和能透射约150纳米到约300纳米波长的板，以限定密封内部区域，其中该密封内部区域与第一流体源成流体相通；

光学滤波器，设置在辐射源与衬底之间；和

处理腔模组，耦连到辐射源模组以限定与紫外线辐射源成操作性相通的密封腔，该处理腔包括适于容纳衬底的可关闭开口、适于支承该衬底的支承件、和与第二流体源成流体相通的气体入口。

27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，光学滤波器是包括内部区域和外部区域的筛屏，内部区域具有第一网眼尺寸，外部区域绕内部区域成圆周设置并具有第二网眼尺寸。

28.如权利要求26所述的设备，其特征在于，该光学滤波器包括涂层、吸收性气体、吸收性固态材料或前述光学滤波器的组合。

29.如权利要求27所述的设备，其特征在于，该内部区域与紫外线辐射源同轴地对齐。

30.如权利要求26所述的设备，其特征在于，进一步包括绕外部区域成圆周设置并且网眼尺寸不同于第二网眼尺寸的至少一个额外的区域。

31.如权利要求26所述的设备，其特征在于，宽带辐射图包括大约150纳米到大约300纳米的波长。

32.一种用于处理介电材料的方法，包括：

将衬底从传送腔传送入处理腔，其中该处理腔耦连到辐射源模组，该辐射源模组包括反射器、紫外线辐射源、和板以限定密封内部区域，其中该板能透射约150纳米到约300纳米的波长；

使非活性气体流入处理腔和该密封内部区域；和

以约150纳米到约300纳米的波长产生紫外线宽带辐射，并将该衬底曝露于该紫外线宽带辐射。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括使冷却介质在反射器周围流动。

34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，将衬底曝露于紫外线宽带辐射包括使紫外线吸收性气体流入密封内部区域以去除向该衬底传播的一部分紫外线宽带辐射。

35.如权利要求32所述的方法，其特征在于，将衬底曝露于紫外线宽带辐射进一步包括同时使反应性气体流入处理腔。

36.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括将衬底加热到从20℃到450℃的温度。

37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，进一步包括将加热后的衬底传送到传送腔，并在维持该传送腔内的非活性气氛的同时冷却该加热后的衬底。

38.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括定期地清洁处理腔。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，定期地清洁处理腔包括将氧化性流体引入该处理腔，用紫外线宽带辐射活化该氧化性流体，并将污染物从该板和处理腔挥发出去。

40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，定期地清洁处理腔包括探测紫外线宽带辐射向处理腔内的透射中的变化，其中当该变化超出预定的阈值时，该清洁处理被触发。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，当透射变化率降到小于预定的变化率、或是对于预先限定的波长带约100％透射时，中断清洁处理。

42.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括在曝露该衬底之前过滤一部分紫外线宽带辐射。

43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，过滤一部分紫外线宽带辐射包括在紫外线宽带辐射的路径内设置涂层、吸收性气体、吸收性固态材料或它们的组合物。

44.如权利要求32所述的方法，其特征在于，将衬底曝露于紫外线宽带辐射包括改变紫外线辐射源的工作条件。

45.如权利要求32所述的方法，其特征在于，将衬底曝露于紫外线宽带辐射包括将滤波器设置在紫外线辐射源和处理腔之间，其中向衬底传播的一部分紫外线宽带辐射被该滤波器去除。

46.如权利要求32所述的方法，其特征在于，介电材料包括电容材料、低k值介电材料、阻挡层、以及包括前述介电材料的一种或多种的组合物。

47.如权利要求32所述的方法，其特征在于，使非活性气体流入处理腔包括向下流动的方向。

48.如权利要求32所述的方法，其特征在于，使非活性气体流入处理腔包括横向流动的方向。

49.如权利要求32所述的方法，其特征在于，产生紫外线宽带辐射包括激发填充无电极灯泡的气体，该无电极灯泡耦连到能量源。

50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，能量源是微波能量源、射频能量源、或前述能量源的组合。

51.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括在处理腔内接近板处使气体流动，该气体流动的流量和流速对于使致孔剂或者任何从衬底以气态排释的材料向板的沉积最小化有效。

52.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括在处理腔内接近板处使气体流动，该气体流动的流量和流速对于清洁该板有效，其中该气体由紫外线宽带辐射活化。

53.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括连续地或定期地监控处理腔内的氧浓度。

54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，进一步包括将处理腔内的氧浓度维持在小于百万分之100。