CN102159330A - 电介质材料处理系统和操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于固化衬底上的低介电常数(低k)电介质膜的系统，其中，低k电介质膜的介电常数小于约4的值。该系统包括一个或多个处理模块，所述处理模块构造为将低k电介质膜暴露于电磁(EM)辐射，例如红外(IR)辐射和紫外(UV)辐射。

Description

电介质材料处理系统和操作方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及2005年11月9日提交的题为“MULTI-STEP SYSTEMAND METHOD FOR CURING A DIELECTRIC FILM”的未决美国专利申请No.11/269581、2006年9月8日提交的题为“THERMALPROCESSING SYSTEM FOR CURING DIELECTRIC FILMS”的未决美国专利申请No.11/269581。此外，本申请涉及2008年9月16日提交的题为“DIELECTRIC TREATMENT MODULE USING SCANNING IRRADIATION SOURCE”(TDC-013)的共同未决美国专利申请No.12/211640；2008年9月16日提交的题为“IR LASER OPTICS SYSTEMFOR DIELECTRIC TREATMENT MODULE”(TDC-014)的共同未决美国专利申请No.12/211675；和2008年9月16日提交的题为“DIELECTRIC TREATMENT PLATFORM FOR DIELECTRIC FILMDEPOSITION AND CURING”(TDC-015)的共同未决美国专利申请No.12/211681。这些申请的全部内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本发明涉及用于处理电介质膜的系统，更具体的，涉及用于用电磁(EM)辐射处理低介电常数(低k)电介质膜的系统。
背景技术
半导体领域众所周知的，互连延迟是推动提高集成电路(IC)的速度和性能中的主要限制因素。一种使互连延迟减到最小的方法是通过使用低介电常数(低k)材料作为用于IC设备中的金属线的绝缘电介质来减小互连电容。因此，近年来，已经开发了低k材料来取代相对高介电常数的绝缘材料，例如二氧化硅。具体来说，低k膜用于半导体设备中的金属线之间的中间和内部电介质层。此外，为了进一步减小绝缘材料的介电常数，材料膜形成有孔，即，多孔低k电介质膜。可以通过与施涂光阻剂相似的旋涂电介质(SOD)方法或通过化学气相沉积(CVD)沉积该低k膜。因此，使用低k材料易于适应现有的半导体制造工艺。
低k材料比更传统的二氧化硅鲁棒性低，机械强度随着多孔性的引入进一步变差。在等离子体处理过程中多孔低k膜易于损坏，从而需要机械强度增强过程。已经理解，多孔低k电介质的材料强度的增强对于其成功的集成很关键。为了增强机械强度，研究了可选的固化技术来使得多孔低k膜鲁棒性更高并更适合集成。
聚合物的固化包括这样的过程，凭借该过程，处理例如使用旋涂或气相沉积(例如，化学气相沉积CVD)技术所沉积的薄膜，以引起膜内的交联。在固化处理过程中，自由基聚合被认为是交联的主要途径。随着聚合物链交联，机械性能(例如，杨氏模量、膜硬度、断裂韧性和界面粘结)提高，从而提高了低k膜的制造鲁棒性。
因为存在各种形成具有超低介电常数的多孔电介质膜的方法，沉积后处理(固化)的目的会因膜不同而变化，例如包括除湿、去除溶剂、燃烧掉用于形成多孔电介质膜中的孔的致孔剂、提高膜的机械性能等。
对于CVD膜，低介电常数(低k)材料通常在300℃到400℃的范围内的温度下热固化。例如，在生产具有大于约2.5的介电常数的强韧致密的低k膜中，炉内固化足够。但是，当处理具有高多孔性等级的多孔电介质膜(例如，超低k膜)时，使用热处理(或热固化)可实现的交联度对于生产鲁棒性互联结构的足够强度的膜已经不足。
在热固化过程中，将适量的能量传输到电介质膜，而不损坏电介质膜。但是，在关注的温度范围内，只能产生少量的自由基。由于与衬底的热耦合中的热能损失和周围环境中的热损失，只有少量的热能能够实际上被吸收到待固化的低k膜中。因此，通常的低k炉内固化需要高温和长固化时间。但是，即使使用高热预算，热固化中引发剂产生不足和沉积的低k膜中存在大量甲基终止会使得很难实现所需交联度。
发明内容
本发明涉及用于处理电介质膜的系统，更具体的，涉及用于固化低介电常数(低k)电介质膜的系统。
本发明还涉及用于用电磁(EM)辐射固化低介电常数(低k)膜的系统。
根据实施例，描述了一种用于固化衬底上的低介电常数(低k)电介质膜的系统，其中，低k电介质膜的介电常数小于约4的值。该系统包括一个或多个处理模块，所述处理模块构造为将低k电介质膜暴露于电磁(EM)辐射，例如红外(IR)辐射和紫外(UV)辐射。
根据另一实施例，描述了用于处理衬底上的电介质膜的处理模块。该处理模块包括：处理室；衬底支架，其连接到处理室，并构造成支承衬底；和辐射源，其连接到处理室，并构造成将电介质膜暴露于电磁(EM)辐射，其中，辐射源包括多个红外(IR)源、或多个紫外(UV)源、或多个IR源与多个UV源。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据实施例的处理电介质膜的方法；
图2示出了根据实施例的用于处理系统的传送系统的侧视示意图；
图3示出了图2中所示传送系统的俯视示意图；
图4示出了根据另一实施例的用于处理系统的传送系统的侧视示意图；
图5示出了根据另一实施例的用于处理系统的传送系统的俯视示意图；
图6示出了根据另一实施例的固化系统的示意截面图；
图7示出了根据另一实施例的固化系统的示意截面图；
图8A提供了根据实施例的用于将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；
图8B提供了根据另一实施例的用于将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；
图9提供了根据另一实施例将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；
图10A和10B提供了用于图9中所示的光学系统的光学窗口组件的视图；
图11提供了根据另一实施例的用于将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；
图12提供了根据另一实施例的用于将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；
图13示出了用于图12中所示的光学系统的扫描技术；
图14提供了根据另一实施例的用于将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；
图15A和15B示出了根据实施例的用于将衬底暴露于来自电磁光谱中的两个不同光谱区域的EM辐射的光学图案；
图16A和16B示出了根据另一实施例的用于将衬底暴露于来自电磁光谱中的两个不同光谱区域的EM辐射的光学图案；
图17提供了根据另一实施例的用于将衬底暴露于电磁辐射的光学系统的示意图；和
图18A和18B提供了根据另一实施例的用于将衬底暴露于来自电磁光谱中的两个不同光谱区域的电磁辐射的固化系统的截面图。
具体实施方式
在附图中，为了便于完全理解本发明，并且为了进行说明而非加以限制，说明了具体细节，例如，处理系统的具体几何形状和对各种组件和过程的描述。但是，应当理解，本发明可以在不同于这些具体细节的其他实施例中实施。
发明人认识到，可选的固化方法只处理热固化的一些不足。例如，与热固化过程相比，可选的固化方法在能量传输方面更有效，以高能粒子(例如，加速电子、粒子或中子)方式或以高能光子方式得到的更高能级可以很容易的激励低k电介质膜中的电子，从而有效的破坏化学键并使侧基离解。这些可选的固化方法促进交联引发剂(自由基)的产生，并可以提高实际交联中所需的能量传输。结果，可以以减小的热预算提高交联度。
此外，发明人认识到，当膜强度对于低k和超低k(ULK)电介质膜(介电常数小于约2.5)的集成变成更大的问题时，可选的固化方法可以提高所述膜的机械性能。例如，可以使用电子束(EB)、紫外(UV)辐射、红外(IR)辐射和微波(MW)辐射来固化低k和ULK膜，以提高机械强度，同时不损坏介电性能和膜的疏水性。
但是，尽管EB、UV、IR和MW固化都具有其自身优点，但是这些技术也都具有局限性。高能固化源(例如EB和UV)可以提供高能级，以产生足够多的用于交联的交联引发剂(自由基)，这导致在补充的衬底加热下机械性能的很大提高。另一方面，电子和UV光子可以引起无差别的化学键离解，这会不利的使膜的所需物理和电学性能降低，例如，丧失疏水性、残余膜应力增大、破坏多孔结构、膜致密化和介电常数增大。此外，低能固化源(例如MV固化)可以主要在热传输效率方面提供显著改进，但是同时具有副作用，例如弧光或损坏晶体管。
根据实施例，描述了固化衬底上的低介电常数(低k)电介质膜的方法，其中低k电介质膜的介电常数小于约4的值。该方法包括将低k电介质膜暴露于非电离电磁(EM)辐射(包括UV辐射和IR辐射)。UV暴露可以包括多次UV暴露，其中每次UV暴露可以包括或可以不包括不同的强度、功率、功率密度、或波长范围、或上述各项中两项或多项的任意组合。IR暴露可以包括多次IR暴露，其中每次IR暴露可以包括或可以不包括不同的强度、功率、功率密度、或波长范围、或上述各项中两项或多项的任意组合。
在UV暴露过程中，可以通过将衬底的温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的UV热温度来加热低k电介质膜。可选的，UV热温度在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化。可选的，UV热温度在从350摄氏度到450摄氏度范围内变化。可以通过传导加热、对流加热、或辐射加热、或上述各项中两项或多项的任意组合来执行衬底加热。
在IR暴露过程在中，可以通过将衬底的温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的IR热温度来加热低k电介质膜。可选的，IR热温度在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化。可选的，IR热温度在从350摄氏度到450摄氏度范围内变化。可以通过传导加热、对流加热、或辐射加热、或上述各项中两项或多项的任意组合来执行衬底加热。
此外，加热可以发生于UV暴露之前、UV暴露过程中、或UV暴露之后、或上述各项中两项或多项的任意组合。此外，加热可以发生于IR暴露之前、IR暴露过程中、或IR暴露之后、或上述各项中两项或多项的任意组合。可以通过传导加热、对流加热、或辐射加热、或上述各项中两项或多项的任意组合来执行加热。
此外，IR暴露可以发生于UV暴露之前、UV暴露过程中、或UV暴露之后、或上述各项中两项或多项的任意组合。此外，UV暴露可以发生于IR暴露之前、IR暴露过程中、或IR暴露之后、或上述各项中两项或多项的任意组合。
在UV暴露或IR暴露或两者之前，可以通过将衬底的温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的预热处理温度来加热低k电介质膜。可选的，预热处理温度在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化，优选的，预热处理温度在从约350摄氏度到约450摄氏度范围内变化。
在UV暴露或IR暴露或两者之后，可以通过将衬底的温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的后热处理温度来加热低k电介质膜。可选的，后热处理温度在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化，优选的，后热处理温度在从约350摄氏度到约450摄氏度范围内变化。
现在参考图1，根据另一实施例描述处理衬底上的电介质膜的方法。待处理衬底可以是电介质膜将要形成于其上的半导体、金属导体、或任何其他衬底。电介质膜可以具有小于SiO2的介电常数的介电常数值(在干燥和/或固化之前、在干燥和/或固化之后、或两者皆可)，SiO2的介电常数是约4(例如，热二氧化硅的介电常数可以在从3.8到3.9范围内变化)。在本发明的各种实施例中，电介质膜可以具有小于3.0的介电常数(在干燥和/或固化之前、在干燥和/或固化之后、或两者皆可)、小于2.5的介电常数、小于2.2的介电常数、或小于1.7的介电常数。
电介质膜可以被描述成低介电常数(低k)膜或超低k膜。电介质膜可以包括有机材料、无机材料、和无机-有机复合材料中的至少一种。此外，电介质膜可以是多孔的或非多孔的。
例如，电介质膜可以包括单相或双相多孔低k膜，其包括结构形成材料和孔产生材料。结构形成材料可以包括从结构形成前驱体得到的原子、分子、或分子片段。孔产生材料可以包括从孔产生前驱体(例如，致孔剂)得到的原子、分子、或分子片段。在去除孔产生材料之前单相或双相多孔低k膜可以具有比在去除孔产生材料之后更高的介电常数。
例如，形成单相多孔低k膜可以包括将结构形成分子沉积在衬底的表面上，所述结构形成分子具有弱结合到结构形成分子的孔产生分子侧基。此外，例如，形成双相多孔低k膜可以包括将结构形成分子和孔产生分子共聚在衬底的表面上。
此外，电介质膜可以具有湿气、水、溶剂和/或其他污染物，这些引起在干燥和/或固化之前介电常数比在干燥和/或固化之后高。
可以使用化学气相沉积(CVD)技术、或旋涂电介质(SOD)技术(例如可从Tokyo Electron Limited(TEL)购得的Clean Track ACT 8SOD和ACT 12SOD涂覆系统)来形成电介质膜。Clean Track ACT 8(200mm)和ACT 12(300mm)涂覆系统提供了用于SOD材料的涂覆、烘烤和固化工具。所述Clean Track系统可以构造为处理100mm、200mm、300mm和更大尺寸的衬底。旋涂电介质技术和CVD电介质技术领域的技术人员众所周知的用于在衬底上形成电介质膜的其他系统和方法适合于本发明。
例如，电介质膜可以包括使用CVD技术沉积的无机硅酸盐基材料，例如氧化有机硅烷(或有机硅氧烷)。所述膜的示例包括可以从AppliedMaterials，Inc.购得的Black DiamondTM CVD有机硅酸盐玻璃(OSG)膜，或可从Novellus Systems购得的CoralTMCVD膜。
此外，例如，多孔电介质膜可以包括单相材料，例如，具有终端有机侧基的二氧化硅基基体，所述终端有机侧基在固化过程中抑制交联，以产生小空隙(或孔)。此外，例如，多孔电介质膜可以包括双相材料，例如，具有有机材料夹杂物(例如，致孔剂)的二氧化硅基基体，所述有机材料夹杂物在固化过程中分解并蒸发。
可选的，电介质膜可以包括使用SOD技术沉积的无机硅酸盐基材料，例如氢倍半硅氧烷(HSQ)或甲基倍半硅氧烷(MSQ)。所述膜的示例包括可从Dow Coming购得的FOx HSQ、可从Dow Coming购得的XLK多孔HSQ、和可从JSR Microelectronics购得的JSR LKD-5109。
可选的，电介质膜可以包括使用SOD技术沉积的有机材料。所述膜的示例包括可从Dow Chemical购得的SiLK-I、SiLK-J、SiLK-H、SiLK-D、多孔SiLK-T、多孔SiLK-Y和多孔SiLK-Z半导体电介质树脂，可从Honeywell购得的FLARETM和
Figure BPA00001330520200081
该方法包括流程图10，所述流程图10开始于20，在第一处理系统中干燥衬底上的电介质膜。第一处理系统可以包括干燥系统，所述干燥系统构造成去除或部分去除电介质膜中的一种或多种污染物，例如包括会干扰后续固化过程的湿气、水、溶剂、孔产生材料、残余孔产生材料、孔产生分子、孔产生分子片段、或任何其他污染物。
在30中，将电介质膜暴露于UV辐射。可以在第二处理系统中执行UV暴露。第二处理系统可以包括固化系统，所述固化系统构造成，通过在电介质膜内引起或部分引起交联以例如提高电介质膜的机械性能，来执行电介质膜的UV辅助固化。在干燥过程之后，可以在真空条件下将衬底从第一处理系统传送到第二处理系统，以将污染减到最小。
将电介质膜暴露于UV辐射可以包括将电介质膜暴露于来自一个或多个UV灯、一个或多个UV LED(发光二极管)、或一个或多个UV激光器、或上述各项中两项或多项的任意组合的UV辐射。UV辐射可以在从约100纳米(nm)到约600nm的波长范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约150nm到约300nm的波长范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约170nm到约240nm的波长范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约200nm到约240nm的波长范围内变化。
在将电介质膜暴露于UV辐射的过程中，可以通过将衬底的温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的UV热温度来加热电介质膜。可选的，UV热温度可以在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化。可选的，UV热温度可以在从约350摄氏度到约450摄氏度范围内变化。可选的，在将电介质膜暴露于UV辐射之前、在将电介质膜暴露于UV辐射之后、或两者皆可，可以通过提升衬底的温度来加热电介质膜。加热衬底可以包括传导加热、对流加热、或辐射加热、或上述各项中两项或多项的任意组合。
可选的，在将电介质膜暴露于UV辐射的过程中，可以将电介质膜暴露于IR辐射。将电介质膜暴露于IR辐射可以包括将电介质膜暴露于来自一个或多个IR灯、一个或多个IR LED(发光二极管)或者一个或多个IR激光器、或者上述各项中两项或多项的任意组合的IR辐射。IR辐射可以在从约1微米到约25微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约2微米到约20微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约8微米到约14微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约8微米到约12微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约9微米到约10微米的波长范围内变化。
在40中，将电介质膜暴露于IR辐射。将电介质膜暴露于IR辐射可以包括将电介质膜暴露于来自一个或多个IR灯、一个或多个IR LED(发光二极管)或者一个或多个IR激光器、或者上述各项中两项或多项的任意组合的IR辐射。IR辐射可以在从约1微米到约25微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约2微米到约20微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约8微米到约14微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约8微米到约12微米的波长范围内变化。可选的，IR辐射可以在从约9微米到约10微米的波长范围内变化。IR暴露可以发生于UV暴露之前、UV暴露过程中、或UV暴露之后、或上述各项中两项或多项的任意组合。
此外，在将电介质膜暴露于IR辐射的过程中，可以通过将衬底的温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的IR热温度来加热电介质膜。可选的，IR热温度可以在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化。可选的，IR热温度可以在从约350摄氏度到约450摄氏度范围内变化。可选的，在将电介质膜暴露于IR辐射之前、在将电介质膜暴露于IR辐射之后、或两者皆可，可以通过提升衬底的温度来加热电介质膜。加热衬底可以包括传导加热、对流加热、或辐射加热、或上述各项中两项或多项的任意组合。
如上所述，在IR暴露过程中，可以通过吸收IR能量来加热电介质膜。但是，加热还可以包括通过将衬底放置在衬底支架上并使用加热设备加热衬底支架来传导加热衬底。例如，加热设备可以包括电阻加热元件。
发明人认识到，在固化过程的不同阶段中，所传输的能级(hv)可以改变。固化过程可以包括用于去除湿气和/或污染物、去除孔产生材料、分解孔产生材料、产生交联引发剂、使电介质膜交联、和使交联引发剂扩散的历程。每个历程会需要将能量传输到电介质膜的不同的能级和速率。
例如，在去除孔产生材料的过程中，通过在IR波长下的光子吸收可以促进去除过程。发明人发现，IR暴露比热处理或UV暴露更有效的辅助去除孔产生材料。
此外，例如，在去除孔产生材料的过程中，通过分解孔产生材料来辅助去除过程。去除过程可以包括由UV暴露补充的IR暴露。发明人发现，UV暴露可以通过分离孔产生材料(例如，孔产生分子和/或孔产生分子片段)和结构形成材料之间的键，来辅助具有IR暴露的去除过程。例如，通过在UV波长(例如，约300nm到450nm)下的光子吸收可以辅助去除和/或分解过程。
此外，例如，在产生交联引发剂的过程中，通过在结构形成材料内使用光子和声子诱导键分离可以促进引发剂产生过程。发明人发现，通过UV暴露可以促进引发剂产生过程。例如，键分离需要具有小于或等于约300到400nm的波长的能级。
此外，例如，在交联过程中，通过足够键生成和重组的热能可以促进交联过程。发明人发现，通过IR暴露或热处理或两者可以促进交联。例如，键生成和重组需要具有约9微米波长的能级，例如，约9微米的波长对应于硅氧烷基有机硅酸盐低k材料的主吸收峰。
电介质膜的干燥过程、电介质膜的IR暴露、和电介质膜的UV暴露可以在相同的处理系统中执行，或者每个都可以在单独的处理系统中执行。例如，可以在第一处理系统中执行干燥过程，可以在第二处理系统中执行IR暴露和UV暴露。可选的，例如，可以在与UV暴露不同的处理系统中执行电介质膜的IR暴露。可以在第三处理系统中执行电介质膜的IR暴露，其中可以在真空条件下将衬底从第二处理系统传送到第三处理系统，以将污染减到最小。
此外，在可选的干燥过程、UV暴露过程和IR暴露过程之后，可以可选的在后处理系统中对电介质膜进行后处理，所述后处理系统构造成对固化的电介质膜进行改性。例如，后处理可以包括对电介质膜进行热处理。可选的，例如，后处理可以包括在电介质膜上旋涂或气相沉积另一层膜，以促进后续的膜的粘结或提高疏水性。可选的，例如，在后处理系统中通过用离子轻微轰击电介质膜可以实现促进粘结。此外，后处理可以包括执行在电介质膜上沉积另一层膜、清洁电介质膜或将电介质膜暴露于等离子体中的一种或多种。
根据一个实施例，图2和3分别提供了用于处理衬底上的电介质膜的处理平台100的侧视图和俯视图。处理平台100包括第一处理模块110和第二处理模块120。第一处理模块110可以包括固化系统，第二处理模块120可以包括干燥系统。
干燥系统可以构造成将电介质膜中的一种或多种污染物、孔产生材料、和/或交联引发剂去除或减少的足够水平，例如包括会干扰固化系统中所执行的固化过程的湿气、水、溶剂、污染物、孔产生材料、残余孔产生材料、弱结合到结构形成材料的侧基、孔产生分子、孔产生分子片段、交联引发剂、交联引发剂片段、或任何其他污染物。
例如，从干燥过程之前到干燥过程之后，电介质膜中存在的特定污染物的充分减少可以包括特定污染物减少约10％到约100％。可以使用傅里叶变换红外(FTIR)光谱或质谱来测量污染物减少的水平。可选的，例如，电介质膜中存在的特定污染物的充分减少可以在从约50％到约100％范围内变化。可选的，例如，电介质膜中存在的特定污染物的充分减少可以在从约80％到约100％范围内变化。
仍然参考图2，固化系统可以构造成，通过在电介质膜内引起或部分引起交联以例如提高电介质膜的机械性能，来固化电介质膜。此外，固化系统可以构造成，通过引起或部分引起交联引发、去除孔产材料、分解孔产生材料等，来固化电介质膜。固化系统可以包括一个或多个辐射源，所述辐射源构造成将具有电介质膜的衬底暴露于在多个EM波长下的EM辐射。例如，一个或多个辐射源可以包括IR辐射源和UV辐射源。可以同时的、相继的、或彼此部分重叠的执行将衬底暴露于UV辐射和IR辐射。在相继暴露的过程中，例如，将衬底暴露于UV辐射可以在将衬底暴露于IR辐射之前或在将衬底暴露于IR辐射之后或两者皆可。此外，在相继暴露的过程中，例如，将衬底暴露于IR辐射可以在将衬底暴露于UV辐射之前或在将衬底暴露于UV辐射之后或两者皆可。
例如，IR辐射可以包括在从约1微米到约25微米范围内变化的IR辐射源。此外，例如，IR辐射可以在从约2微米到约20微米范围内变化、或在从约8微米到约14微米范围内变化、或在从约9微米到约10微米范围内变化。此外，例如，UV辐射可以包括在从约100纳米(nm)到约600nm范围内变化的UV波段源。此外，例如，UV辐射可以在从约150nm到约400nm范围内变化、或在从约150nm到约300nm范围内变化、或在从约170nm到约240nm范围内变化、或在从约200nm到约240nm范围内变化。
可选的，第一处理模块110可以包括构造成将衬底暴露于UV辐射的第一固化系统，第二处理模块120可以包括构造成将衬底暴露于IR辐射的第二固化系统。
可以在第一处理模块110、或第二处理模块120、或单独的处理模块(未示出)中执行衬底的IR暴露。
此外，如图2和3所示，传送系统130可以连接到第二处理模块120，以将衬底传送进出第一处理模块110和第二处理模块120，并且与多元制造系统140交换衬底。传送系统130可以在保持真空环境的同时将衬底传送到第一处理模块110和第二处理模块120、和从第一处理模块110和第二处理模块120传送衬底。
例如，第一和第二处理模块110、120和传送系统130可以包括在多元制造系统140内的处理单元。传送系统130可以包括专用衬底输送器160，其用于在第一处理模块110、第二处理模块120和多元制造系统140之间移动一个或多个衬底。例如，专用衬底输送器160专用于在处理模块(第一处理模块110和第二处理模块120)和多元制造系统140之间传送一个或多个衬底；但是，本实施并不局限于此。
例如，多元制造系统140可以使得能够将衬底传送到处理单元和从处理单元传送衬底，所述处理单元包括诸如蚀刻系统、沉积系统、涂覆系统、图案化系统、测量系统等之类的设备。作为示例，沉积系统可以包括一个或多个气相沉积系统，每个所述气相沉积系统构造成将电介质膜沉积在衬底上，其中电介质膜包括多孔电介质膜、非多孔电介质膜、低介电常数(低k)膜、或超低k膜。为了隔离第一和第二系统中发生的过程，可以使用隔离组件150来连接每个系统。例如，隔离组件150可以包括用以提供热隔离的热绝缘组件和用以提供真空隔离的闸阀组件中的至少一种。第一和第二处理模块110和120、与传送系统130可以以任意顺序放置。
图3示出了图2中所示的用于处理一个或多个衬底的处理平台100的俯视图。在本实施例中，在第一和第二处理模块110和120中处理衬底142。虽然土3中的每个处理系统中仅示出了一个衬底，但是在每个处理模块中平行的可以处理两个或多个衬底。
仍然参考图3，处理平台100可以包括第一处理单元102和第二处理单元104，所述第一处理单元102和所述第二处理单元104构造成从多元制造系统140延伸出来并彼此平行的运行。如图2和3所示，第一处理单元102可以包括第一处理模块110和第二处理模块120，其中传送系统130使用专用衬底输送器160来将衬底142运送进出第一处理单元102。
可选的，图4示出了根据另一实施例的用于处理一个或多个衬底的处理平台200的侧视图。处理平台200可以构造成为处理衬底上的电介质膜。
处理平台200包括第一处理模块210和第二处理模块220，其中在如图所示的垂直方向上，第一处理模块210叠放在第二处理模块220上。第一处理模块210可以包括固化系统，第二处理模块220可以包括干燥系统。可选的，第一处理模块210可以包括第一固化系统，所述第一固化系统构造成江衬底暴露于UV辐射，第二处理模块220可以包括第二固化系统，所述第二固化系统构造成将衬底暴露于IR辐射。
此外，如图4所示，传送系统230可以连接到第一处理模块210，以将衬底传送进出第一处理模块210，并且可以连接到第二处理模块220，以将衬底传送进出第二处理模块220。传送系统230可以包括专用输送器260，所述专用输送器260用于在第一处理模块210、第二处理模块220和多元制造系统240之间运送一个或多个衬底。输送器260可以专用于在处理模块(第一处理模块210和第二处理模块220)与多元制造系统240之间传送衬底；但是，本实施例并不局限于此。
此外，传送系统230可以与一个或多个衬底卡盒(未示出)交换衬底。尽管图4中只示出了两个处理模块，但是其他处理模块可以接入传送系统230或多元制造系统240，所述其他处理模块包括诸如蚀刻系统、沉积系统、涂覆系统、图案化系统、测量系统等之类的设备。作为示例，沉积系统可以包括一个或多个气相沉积系统，每个所述气相沉积系统构造成将电介质膜沉积在衬底上，其中电介质膜包括多孔电介质膜、非多孔电介质膜、低介电常数(低k)膜、或超低k膜。为了隔离第一和第二处理模块中发生的过程，可以使用隔离组件250来连接每个处理模块。例如，隔离组件250可以包括用以提供热隔离的热绝缘组件和用以提供真空隔离的闸阀组件中的至少一种。此外，例如，传送系统230可以用作隔离组件250的一部分。
根据另一实施例，图5示出了用于处理多个衬底的处理平台300的俯视图。处理平台300可以构造为处理衬底上的电介质膜。
处理平台300包括第一处理模块310、第二处理模块320和可选的辅助处理模块370，所述可选的辅助处理模块370连接到第一传送系统330和可选的第二传送系统330’。第一处理模块310可以包括固化系统，第二处理模块320可以包括干燥系统。可选的，第一处理模块310可以包括第一固化系统，所述第一固化系统构造成将衬底暴露于UV辐射，第二处理模块320可以包括第二固化系统，所述第二固化系统构造成将衬底暴露于IR辐射。
此外，如图5所示，第一传送系统330和可选的第二传送系统330’连接到第一处理模块310和第二处理模块320，构造成将一个或多个衬底传送进出第一处理模块310和第二处理模块320，并且还与多元制造系统340交换一个或多个衬底。多元制造系统340可以包括加载锁定单元，以使得衬底的卡盒在环境条件和低压条件之间循环。
例如，第一和第二处理系统310、320与第一和可选的第二传送系统330、330’可以包括在多元制造系统340内的处理单元。传送系统330可以包括第一专用输送器360，可选的第二传送系统330’包括可选的第二专用输送器360’，所述第一专用输送器360和所述可选的第二专用输送器360’用于在第一处理模块310、第二处理模块320、可选的辅助处理模块370和多元制造系统340之间运送一个或多个衬底。
在一个实施例中，多元制造系统340可以使得能够将衬底传送到处理单元和从处理单元传送衬底，所述处理单元包括诸如蚀刻系统、沉积系统、涂覆系统、图案化系统、测量系统等之类的设备。此外，多元制造系统340可以使得能够将衬底传送到辅助处理模块370和从辅助处理模块370传送衬底，其中所述辅助处理模块370可以包括蚀刻系统、沉积系统、涂覆系统、图案化系统、测量系统等。作为示例，沉积系统可以包括一个或多个气相沉积系统，每个所述气相沉积系统构造成将电介质膜沉积在衬底上，其中电介质膜包括多孔电介质膜、非多孔电介质膜、低介电常数(低k)膜、或超低k膜。
为了隔离第一和第二系统中发生的过程，可以使用隔离组件350来连接每个系统。例如，隔离组件350可以包括用以提供热隔离的热绝缘组件和用以提供真空隔离的闸阀组件中的至少一种。当然，处理模块310和320、与传送系统330和330’可以以任意顺序放置。
现在参考图6，根据另一实施例示出了构造成处理衬底上的电介质膜的处理模块400。作为示例，处理模块400可以构造成固化电介质膜。处理模块400包括处理室410，所述处理室410构造成产生用于固化放置在衬底支架420上的衬底425的清洁无污染环境。处理模块400还包括辐射源440，所述辐射源440构造成将具有电介质膜的衬底425暴露于EM辐射。
EM辐射专用于特定辐射波段，并且包括该特定辐射波段内的单波段、多波段、窄波段、或宽波段EM波长。例如，辐射源440可以包括IR辐射源，所述IR辐射源构造成产生IR光谱中的EM辐射。可选的，例如，辐射源440可以包括UV辐射源，所述UV辐射源构造成产生UV光谱中的EM辐射。在本实施例中，可以在单独的处理模块中执行对衬底425的IR处理和UV处理。
IR辐射源可以包括宽波段IR源(例如，多色的)，或可以包括窄波段IR源(例如，单色的)。IR辐射源可以包括一个或多个IR灯、一个或多个IR LED、或者一个或多个IR激光器(连续波的(CW)、可调谐的、或脉冲的)、或者上述各项中的任意组合。IR功率密度可以高达约20W/cm2。例如，IR功率密度可以在从约1W/cm2到约20W/cm2范围内变化。IR辐射波长可以在从约1微米到约25微米范围内变化。可选的，IR辐射波长可以在从约8微米到约14微米范围内变化。可选的，IR辐射波长可以在从约8微米到约12微米范围内变化。可选的，IR辐射波长可以在从约9微米到约10微米范围内变化。例如，IR辐射源可以包括CO2激光系统。此外，例如，IR辐射源可以包括IR元件，例如陶瓷元件或碳化硅元件，所述IR元件具有在从约1微米到约25微米范围内变化的光谱输出，或者IR辐射源可以包括光学参量放大的半导体激光器(二极管)、或离子激光器、钛：蓝宝石激光器、或染料激光器。
UV辐射源可以包括宽波段UV源(例如，多色的)、或可以包括窄波段UV源(例如，单色的)。UV辐射源可以包括一个或多个UV灯、一个或多个UV LED、或者一个或多个UV激光器(连续波的(CW)、可调谐的、或者脉冲的)、或者上述各项的任意组合。例如，可以从微波源、电弧放电、电介质阻挡放电、或者产生电子碰撞来产生UV辐射。UV功率密度可以在从约0.1mW/cm2到约2000mW/cm2范围内变化。UV波长可以在从约100纳米(nm)到约600nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约150nm到约400nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约150nm到约300nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约170nm到约240nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约200nm到约240nm范围内变化。例如，UV辐射源可以包括具有在从约180nm到约500nm的光谱输出范围内变化的直流(DC)或脉冲灯(例如，氘(D2)灯)，或者UV辐射源可以包括半导体激光器(二极管)、(氮气)气体激光器、三倍频(或四倍频)Nd：YAG激光器、或者铜蒸汽激光器。
IR辐射源、或UV辐射源、或上述两者可以包括任意数量的光学器件，以调整输出辐射的一种或多种性能。例如，每个辐射源还可以包括滤光器、光学透镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
衬底支架420还可以包括温度控制系统，其可以构造成提升和/或控制衬底425的温度。温度控制系统可以是热处理设备430的一部分。衬底支架420可以包括嵌入衬底支架420中、并且耦合到功率源和温度控制器的一个或多个传导加热元件。例如，每个加热元件可以包括电阻加热元件，其耦合到构造成提供电功率的功率源。衬底支架420可以可选的包括一个或多个辐射加热元件。例如，衬底425的温度可以在从约20摄氏度到约600摄氏度的范围内变化，优选的，温度可以在从约100摄氏度到约600摄氏度的范围内变化。例如，衬底425的温度可以在从约300摄氏度到约500摄氏度的范围内变化，或者在从约350摄氏度到约450摄氏度的范围内变化。
衬底支架420还可以包括驱动系统435，所述驱动系统435构造成使衬底支架420平移、或旋转、或同时平移和旋转，以相对于辐射源440移动衬底425。
此外，衬底支架420可以构造成或不构造成夹持衬底425。例如，衬底支架420可以构造成机械或电力夹持衬底425。
尽管没有示出，但是衬底支架420可以构造成支承多个衬底。
再参考图6，处理模块400还可以包括喷气系统450，所述喷气系统450连接到处理室410并且构造成将吹扫气体引入处理室410。例如，吹扫气体可以包括惰性气体，例如惰性气体或氮。可选的，吹扫气体可以包括其他气体，例如O2、H2、NH3、CxHy、或者上述各项的任意组合。可选的，处理模块400还可以包括真空泵系统455，所述真空泵系统455连接到处理室410并且构造成排空处理室410。在固化过程中，在有或没有真空条件的情况下，衬底425都可以处于吹扫气体环境。
此外，如图6所示，处理模块400可以包括控制器460，所述控制器460连接到处理室410、衬底支架420、热处理设备430、驱动系统435、辐射源440、喷气系统450和真空泵系统455。控制器460包括微处理器、存储器、数字输入/输出口，所述数字输入/输出口能够产生足以传输并激活处理模块400的输入同时监视处理模块400的输出的控制电压。根据所存储的处理流程，使用存储在存储器中的程序与处理模块400交互。控制器460可以用于配置任意数量的处理单元(410、420、430、435、440、450或455)，并且控制器460可以收集、提供、处理、存储并显示来自处理单元的数据。控制器460可以包括用于控制一个或多个处理单元的多种应用。例如，控制器460可以包括图形用户界面(GUI)部分(未示出)，其可以提供使用户能够监视和/或控制一个或多个处理单元的易于使用的界面。
现在参考图7，根据另一实施例示出了构造成处理衬底上的电介质膜的处理模块500。作为示例，处理模块500可以构造成固化电介质膜。处理模块500可以包括图6中示出的很多相同元件。处理模块500包括处理室410，所述处理室410构造成产生用于固化放置在衬底支架420上的衬底425的清洁无污染环境。处理模块500包括第一辐射源540，所述第一辐射源540构造成将具有电介质膜的衬底425暴露于EM辐射中的第一辐射源组合。
处理模块500还包括第二辐射源545，所述第二辐射源545构造成将具有电介质膜的衬底425暴露于EM辐射中的第二辐射源组合。每个EM辐射组合用于特定辐射波段，并且包括该特定辐射波段内的单波段、多波段、窄波段、或宽波段EM波长。例如，辐射源540可以包括IR辐射源，所述IR辐射源构造成产生IR光谱中的EM辐射。可选的，例如，第二辐射源545可以包括UV辐射源，所述UV辐射源构造成产生UV光谱中的EM辐射。在本实施例中，可以在单一处理模块中执行对衬底425的IR处理和UV处理。
此外，如图7所示，处理模块500可以包括控制器560，所述控制器560连接到处理室410、衬底支架420、热处理设备430、驱动系统435、第一辐射源540、第二辐射源545、喷气系统450和真空泵系统455。控制器560包括微处理器、存储器、数字输入/输出口，所述数字输入/输出口能够产生足以传输并激活处理模块500的输入同时监视处理模块500的输出的控制电压。根据所存储的处理流程，使用存储在存储器中的程序与处理模块500交互。控制器460可以用于配置任意数量的处理单元(410、420、430、435、540、545、450或455)，并且控制器560可以收集、提供、处理、存储并显示来自处理单元的数据。控制器560可以包括用于控制一个或多个处理单元的多种应用。例如，控制器560可以包括图形用户界面(GUI)部分(未示出)，其可以提供使用户能够监视和/或控制一个或多个处理单元的易于使用的界面。
现在参考图8A，根据实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统600的示意图。光学系统600包括辐射源630和光学组件635，所述辐射源630和所述光学组件635连接到处理模块并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底625。如图8A所示，辐射源630构造成产生EM辐射光束670，光学组件635构造成以部分的或完全的照射衬底625上的至少一个区域的方式来控制EM辐射光束670。
辐射源630可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，辐射源630可以包括多个辐射源。例如，辐射源630可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。
光学组件635可以包括光束定尺寸设备640，所述光束定尺寸设备640构造成调整EM辐射光束670的尺寸。此外，光学组件635可以包括光束定形设备650，所述光束定形设备650构造成调整EM辐射光束670的形状。光束定尺寸设备640或光束定形设备650或上述两者可以包括任意数量的光学器件，以调整EM辐射光束670的一种或多种性能。例如，每个设备可以包括滤光器、光学透镜、光学反射镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
如图8A所示，光学系统600构造成调整用于泛光照射衬底625的整个上表面的EM辐射光束670的尺寸、或形状、或尺寸与形状两者。EM辐射光束670通过光学窗口660进入处理模块，并经过处理空间610传输到衬底625。尽管示出了完全照射衬底625，但是EM辐射光束670可以只照射衬底625的上表面的一部分。
作为示例，光学窗口660可以由蓝宝石、CaF2、BaF2、ZnSe、ZnS、Ge、或GaAs制成，用于IR透射。可选的，例如，光学窗口660可以由含SiOx材料制成，用于UV透射，所述含SiOx材料例如石英、熔融石英、玻璃、蓝宝石、CaF2、MgF2等。此外，例如，光学窗口660可以由KCl制成，用于IR透射和UV透射。光学窗口660还可以涂覆有抗反射涂层。
衬底625放置在处理模块中的衬底支架620上。衬底支架620还可以包括温度控制系统，所述温度控制系统可以构造成提升和/或控制衬底625的温度。衬底支架620可以包括驱动系统，所述驱动系统构造成使衬底支架620垂直和/或横向平移(由标记622表示的横向(x-y)平移)、或旋转(由标记621表示的旋转)、或同时平移和旋转，以相对于EM辐射光束670移动衬底625。此外，衬底支架620可以包括运动控制系统，所述运动控制系统连接到驱动系统，并且构造成执行监视衬底625的位置、调整衬底625的位置、或控制衬底625的位置之中的至少一种。
此外，衬底支架620可以构造成或不构造成夹持衬底625。例如，例如，衬底支架620可以构造成机械或电力夹持衬底625。
现在参考图8B，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统600’的示意图。如图8A所示，光学系统600’包括辐射源630和光学组件635，所述辐射源630和所述光学组件635连接到处理模块并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底625。光学系统600’还包括第二辐射源630’和第二光学组件635’，所述第二辐射源630’和所述第二光学组件635’连接到处理模块并且构造成用第二EM辐射照射设置在处理模块中的衬底625。
如图8B所示，第一辐射源630构造成产生第一EM辐射光束670A，第一光学组件635构造成以照射衬底625上的第一区域680A的方式来控制第一EM辐射光束670A；第二辐射源630’构造成产生第二EM辐射光束670B，第二光学组件635’构造成以照射衬底625上的第二区域680B的方式来控制第二EM辐射光束670B。
辐射源630可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，辐射源630可以包括多个辐射源。例如，辐射源630可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。第二辐射源630’可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，第二辐射源630’可以包括多个辐射源。例如，第二辐射源630’可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。
如图8B所示，第二光学组件635’可以包括光束定尺寸设备640’，所述光束定尺寸设备640’构造成调整第二EM辐射光束670B的尺寸。此外，第二光学组件635’可以包括光束定形设备650’，所述光束定形设备650’构造成调整第二EM辐射光束670’的形状。
如图8B所示，光学系统600’构造成调整用于泛光照射衬底625的上表面的第一EM辐射光束670A和第二EM辐射光束670B的尺寸、或形状、或尺寸与形状两者。第一EM辐射光束670A通过光学窗口660进入处理模块，并经过处理空间610传输到衬底625的第一区域680A。第二EM辐射光束670B通过光学窗口660进入处理模块，并经过处理空间610传输到衬底625的第二区域680B。示出了通过第一和第二EM辐射光束670A、670B完全照射衬底625；但是，第一和第二EM辐射光束670A、670B可以只照射衬底625的上表面的一部分。此外，第一区域680A和第二区域680B示出为没有重叠的不同区域；但是，第一区域680A和第二区域680B可以重叠。
尽管只示出了一个光学窗口660，但是可以使用多个光学窗口，第一和第二EM辐射光束670A、670B可以透射通过所述多个光学窗口。此外，光学系统600’可以构造成用多于两个EM辐射光束照射衬底625。
现在参考图9，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统700的示意图。光学系统700包括辐射源730和光学组件735，所述辐射源730和所述光学组件735连接到处理模块并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底725。如图9所示，光学系统700构造成产生多个EM辐射光束770、771、772、773，并以照射衬底725上的不同区域的方式控制每个EM辐射光束770、771、772、773。
辐射源730可以产生一个或多个EM辐射光束。例如，辐射源730可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，例如，辐射源730可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。如图9所示，光学系统700可以包括一个或多个分束设备732，所述分束设备732构造成分开从辐射源730输出的一个或多个EM辐射源中的至少一个，以产生多个EM辐射光束770、771、772、773。此外，光学系统700可以包括一个或多个合束设备734，所述合束设备734构造成使多个EM辐射光束770、771、772、773在衬底725的至少一部分上结合。例如，一个或多个分束设备732和一个或多个合束设备734可以包括光学透镜、光学反射镜、射束孔等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发。
此外，光学系统700包括多个光束定尺寸设备740、741、742、743，其中每个光束定尺寸设备740、741、742、743构造成调整多个EM辐射光束中的一个的尺寸。此外，光学系统700可以包括多个光束定形设备750、751、752、753，其中每个光束定形设备750、751、752、753构造成调整多个EM辐射光束中的一个的形状。光束定尺寸设备740、741、742、743、或光束定形设备750、751、752、753、或上述两者可以包括任意数量的光学器件，以调整输出辐射的一种或多种性能。例如，每个设备可以包括滤光器、光学透镜、光学反射镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
如图9和10A所示，一个或多个合束设备734构造成用多个EM辐射光束770、771、772、773在多个位置781、782、783、784照射衬底725，其中多个位置781、782、783、784大致彼此邻接，近似照射衬底725的整个上表面。可以使用多个光束定尺寸设备740、741、742、743和多个光束定形设备750、751、752、753调整多个EM辐射光束770、771、772、773的尺寸和/或形状。
可选的，一个或多个合束设备734构造成用多个EM辐射光束770、771、772、773大致在同一位置照射衬底725。可选的，一个或多个合束设备734构造成用多个EM辐射光束770、771、772、773在多个位置照射衬底725，其中所述多个位置中的至少两个彼此重叠。
如图10A和10B所示，光学系统700构造成调整用于泛光照射衬底725的上表面的每个EM辐射光束770、771、772、773的尺寸、或形状、或尺寸与形状两者。每个EM辐射光束770、771、772、773分别通过光学窗口组件760中的光学窗口761、762、763、764进入处理模块，并经过处理空间710传输到衬底725的衬底区域781、782、783、784。示出了通过多个EM辐射光束770、771、772、773完全照射衬底725；但是，多个EM辐射光束770、771、772、773可以只照射衬底725的上表面的一部分。此外，衬底区域781、782、783、784示出为没有重叠的不同区域；但是，衬底区域781、782、783、784可以重叠。
尽管示出每个EM辐射光束770、771、772、773分别透射通过单独的光学窗口761、762、763、764，但是可以使用单一光学窗口，多个EM辐射光束770、771、772、773可以穿过所述单一光学窗口。可选的，一个或多个光学窗口可以用于透射多个EM辐射光束770、771、772、773。
衬底725放置在处理模块中的衬底支架720上。衬底支架720还可以包括温度控制系统，所述温度控制系统可以构造成提升和/或控制衬底725的温度。衬底支架720可以包括驱动系统，所述驱动系统构造成使衬底支架720垂直和/或横向平移(由标记722表示的横向(x-y)平移)、或旋转(由标记721表示的旋转)、或同时平移和旋转，以相对于多个EM辐射光束770、771、772、773移动衬底725。此外，衬底支架720可以包括运动控制系统，所述运动控制系统连接到驱动系统，并且构造成执行监视衬底725的位置、调整衬底725的位置、或控制衬底725的位置之中的至少一种。
此外，衬底支架720可以构造成或不构造成夹持衬底725。例如，例如，衬底支架720可以构造成机械或电力夹持衬底725。
现在参考图11，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统800的示意图。光学系统800包括辐射源830和光学组件835，所述辐射源830和所述光学组件835连接到处理模块并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底825。如图11所示，光学系统800构造成产生EM辐射层870，并以照射衬底825上的区域880的方式控制EM辐射层870。辐射层可以包括EM辐射缝或EM辐射条。
辐射源830可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，辐射源830可以包括多个辐射源。例如，辐射源830可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。
光学组件835可以包括辐射层定尺寸设备840，所述辐射层定尺寸设备840构造成调整EM辐射层870的尺寸。此外，光学组件835可以包括辐射层定形设备850，所述辐射层定形设备850构造成调整EM辐射层870的形状。此外，光学组件835可以包括辐射层滤光设备855，所述辐射层滤光设备855构造成对EM辐射层870进行滤光。辐射层定尺寸设备840、辐射层定形设备850、或辐射层滤光设备855、或上述各项中两项或多项的任意组合可以包括任意数量的光学器件，以调整输出EM辐射层870的一种或多种性能。例如，每个设备可以包括滤光器、光学透镜、光学反射镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
如图11所示，光学系统800构造成调整用于照射衬底825的上表面的一部分的EM辐射层870的尺寸、或形状、或滤波、或尺寸与形状两者。EM辐射光层870通过光学窗口860进入处理模块，并经过处理空间810传输到衬底825。尽管示出了EM辐射层870跨越衬底825的直径，但是EM辐射光层870可以只照射衬底825的直径或横向尺寸的一部分。
衬底825放置在处理模块中的衬底支架820上。EM辐射层870可以相对于衬底825平移或旋转。可选的，衬底支架820可以相对于EM辐射层870平移或旋转。
衬底支架820可以包括驱动系统，所述驱动系统构造成使衬底支架820垂直和/或横向平移(由标记822表示的横向(x-y)平移)、或旋转(由标记821表示的旋转)、或同时平移和旋转，以相对于EM辐射层870移动衬底825。此外，衬底支架820可以包括运动控制系统，所述运动控制系统连接到驱动系统，并且构造成执行监视衬底825的位置、调整衬底825的位置、或控制衬底825的位置之中的至少一种。
衬底支架820还可以包括温度控制系统，所述温度控制系统可以构造成提升和/或控制衬底825的温度。此外，衬底支架820可以构造成或不构造成夹持衬底825。例如，衬底支架820可以构造成机械或电力夹持衬底825。
现在参考图12，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统900的示意图。光学系统900包括辐射源930和光学组件935，所述辐射源930和所述光学组件935连接到处理模块并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底925。如图12所示，光学系统900构造成产生EM辐射光束971的光栅扫描，以产生EM辐射层970，并以照射衬底925上的区域980的方式控制EM辐射光束971。
辐射源930可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，辐射源930可以包括多个辐射源。例如，辐射源930可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。
光学组件935可以包括光栅扫描设备955，所述光栅扫描设备955构造成扫描EM辐射光束971，以产生EM辐射层970。光栅扫描设备955可以包括旋转多面向反射镜，所述旋转多面向反射镜沿着衬底925从位置A到位置B扫描EM辐射光束971，以形成EM辐射层970。可选的，光栅扫描设备955可以包括旋转半透明盘，所述旋转半透明盘通过旋转半透明盘内的内部反射，沿着衬底925扫描EM辐射光束971，以形成EM辐射层970。
此外，光学组件935可以包括光束定尺寸设备940，所述光束定尺寸设备940构造成调整EM辐射光束971的尺寸。此外，光学组件935可以包括光束定形设备950，所述光束定形设备950构造成调整EM辐射光束971的形状。光束定尺寸设备940、或光束定形设备950、或上述两者可以包括任意数量的光学器件，以调整EM辐射层970的一种或多种性能。例如，每个设备可以包括滤光器、光学透镜、光学反射镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
如图12所示，EM辐射层970通过光学窗口960进入处理模块，并经过处理空间910传输到衬底925。尽管示出了EM辐射层970跨越衬底925的直径，但是EM辐射层970可以只照射衬底925的直径或横向尺寸的一部分。
衬底925放置在处理模块中的衬底支架920上。EM辐射层970可以相对于衬底925平移或旋转。可选的，衬底支架920可以相对于EM辐射层970平移或旋转。作为示例，图13示出了光栅扫描衬底925的方法。在第一横向972上沿着衬底区域980扫描EM辐射光束971，其中时间上的某一瞬间EM辐射光束971照射衬底925上的图案982。在EM辐射光束971被扫描时，衬底支架可以使衬底925在第二横向922上平移，所述第二横向922可以大致于第一横向。
衬底支架920可以包括驱动系统，所述驱动系统构造成使衬底支架920垂直和/或横向平移(由标记922表示的横向(x-y)平移)、或旋转(由标记921表示的旋转)、或同时平移和旋转，以相对于EM辐射层970移动衬底925。此外，衬底支架920可以包括运动控制系统，所述运动控制系统连接到驱动系统，并且构造成执行监视衬底925的位置、调整衬底925的位置、或控制衬底925的位置之中的至少一种。
衬底支架920还可以包括温度控制系统，所述温度控制系统可以构造成提升和/或控制衬底925的温度。此外，衬底支架920可以构造成或不构造成夹持衬底925。例如，衬底支架920可以构造成机械或电力夹持衬底925。
现在参考图14，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统1000的示意图。光学系统1000包括辐射源1030和光学组件1035，所述辐射源1030和所述光学组件1035连接到处理模块并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底1025。如图14所示，光学系统1000构造成扫描EM辐射光束1070，并以照射衬底1025上的区域1080的方式控制EM辐射光束1070。
辐射源1030可以包括IR辐射源或UV辐射源。此外，辐射源1030可以包括多个辐射源。例如，辐射源1030可以包括一个或多个IR激光器、或一个或多个UV激光器。
光学组件1035可以包括辐射扫描设备1090，所述辐射扫描设备1090构造成扫描EM辐射光束1070。辐射扫描设备1090可以包括一个或多个镜式检流计，以在横向1084上扫描EM辐射光束1070。例如，一个或多个镜式检流计可以包括可从Cambridge Technology，Inc.购得的6200系列高速检流计。此外，光学组件1035可以包括扫描运动控制系统，所述扫描运动控制系统连接到辐射扫描设备1090，并且构造个执行EM辐射光束1070的位置、调整EM辐射光束1070的位置、或控制EM辐射光束1070的位置之中的至少一种。
此外，光绪组件1035可以包括光束定尺寸设备1040，所述光束定尺寸设备1040构造成调整EM辐射光束1070的尺寸。此外，光学组件1035可以包括光束定形设备1050，所述光束定形设备1050构造成调整EM辐射光束1070的形状。光束定尺寸设备1040、或光束定形设备1050、或上述两者可以包括任意数量的光学器件，以调整EM辐射光束1070的一种或多种性能。例如，每个设备可以包括滤光器、光学透镜、光学反射镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
如图14所示，EM辐射光束1070通过光学窗口1060进入处理模块，并经过处理空间1010传输到衬底1025。如图14所示，时间上的某一瞬间EM辐射光束1070照射衬底1025的区域1080上的图案1082。
衬底1025放置在处理模块中的衬底支架1020上。EM辐射光束1070相对于衬底1025被扫描。可选的，衬底支架1020可以相对于EM辐射光束1070平移或旋转。衬底支架1020可以包括驱动系统，所述驱动系统构造成使衬底支架1020垂直和/或横向平移(由标记1022表示的横向(x-y)平移)、或旋转(由标记1021表示的旋转)、或同时平移和旋转，以相对于EM辐射光束1070移动衬底1025。此外，衬底支架1020可以包括运动控制系统，所述运动控制系统连接到驱动系统，并且构造成执行监视衬底1025的位置、调整衬底1025的位置、或控制衬底1025的位置之中的至少一种。
衬底支架1020还可以包括温度控制系统，所述温度控制系统可以构造成提升和/或控制衬底1025的温度。此外，衬底支架1020可以构造成或不构造成夹持衬底1025。例如，衬底支架1020可以构造成机械或电力夹持衬底1025。
现在参考图15A，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的方法的示意图。在一个给定瞬间，衬底1125的四个区域1131、1132、1133、1134暴露于四个EM辐射源。作为示例，区域1131和1133可以暴露于IR辐射，同时区域1132和1134可以暴露于UV辐射。当衬底1125在方位角方向1126上旋转时，衬底1125的上表面上的给定点暴露于IR和UV辐射的交替顺序。
如图15B所示，光学窗口组件1160可以包括光学窗口1161、1162、1163、1164的阵列，其中每个光学窗口的成分针对将从其中透射的EM辐射的光谱定制。作为示例，光学窗口1161和1163的成分可以针对IR透射定制，光学窗口1162和1164的成分可以针对UV透射定制。例如，蓝宝石、CaF2、BaF2、ZnSe、ZnS、Ge、或GaAs对于IR透射是最优的。此外，例如，含SiOx材料对于UV透射是最优的，所述含SiOx材料例如石英、熔融石英、玻璃、CaF2、MgF2等。此外，例如，KCl对于IR透射和UV透射是最优的。光学窗口1161、1162、1163、1164还可以涂覆有抗反射涂层。
现在参考图16A，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的方法的示意图。在一个给定瞬间，衬底1225的两个区域1231、1232暴露于两个EM辐射源1271、1272。作为示例，区域1231可以暴露于IR辐射，同时区域1232可以暴露于UV辐射。当衬底1225在横向1226上平移时，衬底1225的上表面暴露于IR和UV辐射。衬底1225也可以旋转。
如图16B所示，光学窗口1260可以包括光学窗口1261、1262的阵列，其中每个光学窗口的成分针对将从其中透射的EM辐射的光谱定制。作为示例，光学窗口1261的成分可以针对IR透射定制，光学窗口1262的成分可以针对UV透射定制。例如，蓝宝石、CaF2、BaF2、ZnSe、ZnS、Ge、或GaAs对于IR透射是最优的。此外，例如，含SiOx材料对于UV透射是最优的，所述含SiOx材料例如石英、熔融石英、玻璃、CaF2、MgF2等。此外，例如，KCl对于IR透射和UV透射是最优的。光学窗口1261、1262还可以涂覆有抗反射涂层。
现在参考图17，根据另一实施例示出了用于将衬底暴露于EM辐射的光学系统1300的示意图。光学系统1300包括多个辐射源1310、1312、1314、1316和光学组件1335，其连接到处理模块，并且构造成用EM辐射照射设置在处理模块中的衬底。
每个辐射源1310、1312、1314、1316可以包括IR辐射源、或UV辐射源。例如，辐射源1310、1312、1314、1316可以包括IR激光器、或UV激光器。
如图17所示，光学系统1300包括双光束组合器1322的阵列，所述双光束组合器1322的阵列构造成接收来自多个辐射源1310、1312、1314、1316的多个EM辐射光束1320，并且将多个光束1320中的两个或多个组合成集合光束1330。双光束组合器1322可以包括反向使用的偏振分束器。
作为示例，光学系统1300可以构造成接收来自多个辐射源1310、1312、1314、1316的多个EM辐射光束1320，将多个EM辐射光束1320中的全部组合成集合光束1330，并用集合光束1330照射处理模块中的衬底的至少一部分。可以使用光学组件调整集合光束1330的尺寸和/或形状，并且集合光束1330可以被引导至处理室中的衬底的至少一部分。
现在参考图18A和18B，根据另一实施例示出了构造成处理衬底上的电介质膜的处理模块1400。作为示例，处理模块1400可以构造成固化电介质膜。处理模块1400包括处理室1410，所述处理室1410构造成产生用于固化放置在衬底支架1420上的衬底1425的清洁无污染环境。处理模块1400包括第一辐射源1440，所述第一辐射源1440构造成将具有电介质膜的衬底1425暴露于EM辐射的第一辐射源组合。
处理模块1400还包括第二辐射源1445，所述第二辐射源构造成将具有电介质膜的衬底1425暴露于EM辐射的第二辐射源组合。每个EM辐射组合用于特定辐射波段，并且包括该特定辐射波段内的单波段、多波段、窄波段、或宽波段EM波长。例如，第一辐射源1440可以包括UV辐射源，所述UV辐射源构造成产生UV光谱中的EM辐射。此外，例如，第二辐射源1445可以包括IR辐射源，所述IR辐射源构造成产生IR光谱中的EM辐射。在本实施例中，可以在单一处理模块中执行对衬底1425的IR处理和UV处理。
IR辐射源可以包括宽波段IR源(例如，多色的)，或可以包括窄波段IR源(例如，单色的)。IR辐射源可以包括一个或多个IR灯、一个或多个IR LED、或者一个或多个IR激光器(连续波的(CW)、可调谐的、或脉冲的)、或者上述各项中的任意组合。例如，IR辐射源可以包括与图8A、8B、9、11、12、14和17中所描述的光学系统中的任意一个一起使用的一个或多个IR激光器。
IR功率密度可以高达约20W/cm2。例如，IR功率密度可以在从约1W/cm2到约20W/cm2范围内变化。IR辐射波长可以在从约1微米到约25微米范围内变化。可选的，IR辐射波长可以在从约8微米到约14微米范围内变化。可选的，IR辐射波长可以在从约8微米到约12微米范围内变化。可选的，IR辐射波长可以在从约9微米到约10微米范围内变化。例如，IR辐射源可以包括CO2激光系统。此外，例如，IR辐射源可以包括IR元件，例如陶瓷元件或碳化硅元件，所述IR元件具有在从约1微米到约25微米范围内变化的光谱输出，或者IR辐射源可以包括光学参量放大的半导体激光器(二极管)、或离子激光器、钛：蓝宝石激光器、或染料激光器。
UV辐射源可以包括宽波段UV源(例如，多色的)、或可以包括窄波段UV源(例如，单色的)。UV辐射源可以包括一个或多个UV灯、一个或多个UV LED、或者一个或多个UV激光器(连续波的(CW)、可调谐的、或者脉冲的)、或者上述各项的任意组合。例如，UV辐射源可以包括一个或多个UV灯。
例如，可以从微波源、电弧放电、电介质阻挡放电、或者产生电子碰撞来产生UV辐射。UV功率密度可以在从约0.1mW/cm2到约2000mW/cm2范围内变化。UV波长可以在从约100纳米(nm)到约600nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约150nm到约400nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约150nm到约300nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约170nm到约240nm范围内变化。可选的，UV辐射可以在从约200nm到约240nm范围内变化。例如，UV辐射源可以包括具有在从约180nm到约500nm的光谱输出范围内变化的直流(DC)或脉冲灯(例如，氘(D2)灯)，或者UV辐射源可以包括半导体激光器(二极管)、(氮气)气体激光器、三倍频(或四倍频)Nd：YAG激光器、或者铜蒸汽激光器。
IR辐射源、或UV辐射源、或上述两者可以包括任意数量的光学器件，以调整输出辐射的一种或多种性能。例如，每个辐射源还可以包括滤光器、光学透镜、扩束器或者光束准直器等。上述光学操作器件对于光学和EM波传播领域的技术人员来说是众所周知的，并且适合于本发明。
如图14A和14B所示，EM辐射中的第一辐射源组合通过第一光学窗口1441进入处理室1410。EM辐射中的第二辐射源组合通过第二光学窗口1446进入处理室1410。如上所述，可以选择光学窗口的成分，以优化各个EM辐射的透射。
衬底支架1420还可以包括温度控制系统，其可以构造成提升和/或控制衬底1425的温度。温度控制系统可以是热处理设备1430的一部分。衬底支架1420可以包括嵌入衬底支架1420中、并且耦合到功率源和温度控制器的一个或多个传导加热元件。例如，每个加热元件可以包括电阻加热元件，其耦合到构造成提供电功率的功率源。衬底支架1420可以可选的包括一个或多个辐射加热元件。例如，衬底1425的温度可以在从约20摄氏度到约600摄氏度的范围内变化，优选的，温度可以在从约100摄氏度到约600摄氏度的范围内变化。例如，衬底1425的温度可以在从约300摄氏度到约500摄氏度的范围内变化，或者在从约350摄氏度到约450摄氏度的范围内变化。
衬底支架1420还可以包括驱动系统1430，所述驱动系统1430构造成使衬底支架1420垂直平移和旋转，以相对于第一辐射源1440通过活塞构件1432移动衬底1425。衬底支架1420还包括举升销组1422，举升销组1422固定连接到处理室1410。随着衬底支架1420垂直平移，举升销组1422可以穿过衬底支架1420延伸，以将衬底1425举升到衬底支架1420的上表面和从衬底支架1420的上表面举升衬底1425。
如图18A所示，衬底支架1420可以垂直平移到第一位置，其中可以从衬底支架1420的上表面举升衬底1425。在第一位置上，衬底1425可以暴露于EM辐射中的第二辐射源组合。此外，在第一位置上，可以通过传送开口1412将衬底1425传送进出处理室1410。
如图18B所示，衬底支架1420可以垂直平移到第二位置，其中举升销组1422不在延伸穿过衬底支架1420。在第二位置上，衬底1425可以暴露于EM辐射中的第一辐射源组合。此外，在暴露过程中，衬底1425可以旋转。此外，在暴露于EM辐射中的第一辐射源组合之前、过程中或之后，可以加热衬底1425。可选的，衬底1425可以垂直平移到用于暴露于EM辐射中的第一辐射源组合的任何位置。
此外，衬底支架1420可以构造成或不构造成夹持衬底1425。例如，衬底支架1420可以构造成机械或电力夹持衬底1425。
再参考图18A和18B，处理模块1400还可以包括喷气系统1450，所述喷气系统1450连接到处理室1410并且构造成将吹扫气体引入处理室1410。例如，吹扫气体可以包括惰性气体，例如惰性气体或氮。可选的，吹扫气体可以包括其他气体，例如O2、H2、NH3、CxHy、或者上述各项的任意组合。可选的，处理模块1400还可以包括真空泵系统1455，所述真空泵系统1455连接到处理室1410并且构造成排空处理室1410。在固化过程中，在有或没有真空条件的情况下，衬底1425都可以处于吹扫气体环境。
处理模块1400还可以包括原位测量系统(未示出)，所述原位测量系统连接到处理室1410，并且构造成测量衬底1425上的电介质膜的性能。原位测量系统可以包括激光干涉仪。
此外，如图18A和18B所示，处理模块1400可以包括控制器1460，所述控制器1460连接到处理室1410、衬底支架1420、热处理设备1435、驱动系统1430、第一辐射源1440、第二辐射源1445、喷气系统1450和真空泵系统1455。控制器1460包括微处理器、存储器、数字输入/输出口，所述数字输入/输出口能够产生足以传输并激活处理模块1400的输入同时监视处理模块1400的输出的控制电压。根据所存储的处理流程，使用存储在存储器中的程序与处理模块1400交互。控制器1460可以用于配置任意数量的处理单元(1410、1420、1430、1435、1440、1445、1450或1455)，并且控制器1460可以收集、提供、处理、存储并显示来自处理单元的数据。控制器1460可以包括用于控制一个或多个处理单元的多种应用。例如，控制器1460可以包括图形用户界面(GUI)部分(未示出)，其可以提供使用户能够监视和/或控制一个或多个处理单元的易于使用的界面。
根据另一示例，描述在衬底上制备多孔低k电介质膜的方法。该方法包括：使用化学气相沉积(CVD)工艺在衬底上形成含SiCOH电介质膜，其中CVD 工艺使用二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和孔产生材料；在足够长的第一持续时间内将含SiCOH电介质膜暴露于IR辐射，以基本去除孔产生材料；在暴露于IR辐射之后，在第二持续时间内将含SiCOH电介质膜膜暴露于UV辐射；并且在第二持续时间的部分过程或者全部过程中，加热含SiCOH电介质膜。
将含SiCOH电介质膜暴露于IR辐射可以包括具有在从约9微米到约10微米范围内变化(例如，9.4微米)的波长的IR辐射。将含SiCOH电介质膜暴露于UV辐射可以包括具有在从约170纳米到约240纳米范围内变化(例如，222纳米)的波长的UV辐射。加热含SiCOH电介质膜可以包括将衬底加热到在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化的温度。
可以在分别的处理室内执行IR暴露和UV暴露，或者可以在相同的处理室内执行IR暴露和UV暴露。
孔产生材料可以包括萜烯；降冰片烯；5-二甲基-1，4-环辛乙烯；十氢化萘；乙苯；或柠檬烯；或者上述各项中两项或多项的组合。例如，孔产生材料可以包括α-松油烯(ATRP)。
表1提供了用于想要具有约2.2到2.25的介电常数的多孔低k电介质膜的数据。多孔低k电介质膜包括多孔含SiCOH电介质膜，该多孔含SiCOH电介质膜是用CVD工艺使用包括二乙氧基甲基硅烷(DEMS)的结构形成材料和包括α-松油烯(ATRP)的孔产生材料形成的。首先将具有公称厚度(埃，A)和折射率(n)的“原始”含SiCOH电介质膜暴露于IR辐射，产生“IR后”厚度(A)和“IR后”折射率(n)。之后，在加热“IR后”含SiCOH电介质膜的同时将其暴露于UV辐射，产生“UV后+加热”厚度(A)和“UV后+加热”折射率(n)。
表1
Figure BPA00001330520200341
还是参考表1，提供了IR后和UV后+加热的膜厚度的收缩率(％)。此外，提供了UV波长和暴露于UV辐射时间(分钟，min)。此外，为生成的固化多孔低k电介质膜提供了介电常数(k)和弹性模量(E)(GPa)。如表1中所示，在UV辐射之前使用IR辐射并且加热导致介电常数小于2.3，低到2.09。此外，可以实现低介电常数(即，k＝2.11)，同时也可以实现可接受的机械性能(即，E＝4.44GPa)。
为了比较，在未暴露于IR辐射的情况下固化使用相同的CVD工艺形成的含SICOH电介质膜。在没有暴露于IR辐射的情况下，“UV后+加热”折射率的范围在从约1.408到约1.434范围内变化，这明显高于表1中所提供的结果。更高的折射率表明膜中有过量的残余孔产生材料(例如，少孔膜)和/或过量的膜氧化。
根据另一示例，描述了在衬底上制备多孔低k电介质膜的方法。该方法包括：使用化学气相沉积(CVD)工艺在衬底上形成含SiCOH电介质膜，其中CVD工艺使用二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和孔产生材料；在足够长的第一持续时间内将含SiCOH电介质膜暴露于第一IR辐射，以基本去除孔产生材料；在暴露于第一IR辐射之后，在第二持续时间内将含SiCOH电介质膜暴露于UV辐射；在暴露于UV辐射的过程中，将含SiCOH电介质膜暴露于第二IR辐射达第三持续时间；并且在暴露于UV辐射之后，在第四持续时间内将含SiCOH电介质膜暴露于第三IR辐射。
上述方法还可以包括在第二持续时间的部分过程或全部过程中加热含SiCOH电介质膜。此外，第二持续时间可以与第二持续时间一致。
将含SiCOh电介质膜暴露于第一IR辐射可以包括具有在从约9微米到约10微米范围内变化(例如，9.4微米)的波长的IR辐射。将含SiCOH电介质膜暴露于UV辐射可以包括具有在从约170纳米到约230纳米范围内变化(例如，222nm)的波长的UV辐射。将含SiCOH电介质膜暴露于第二IR辐射可以包括具有在从约9微米到约10微米范围内变化(例如，9.4微米)的波长的IR辐射。将含SiCOH电介质膜暴露于第三IR辐射可以包括具有在从约9微米到约10微米范围内变化(例如，9.4微米)的波长的IR辐射。加热含SiCOH电介质膜可以包括将衬底加热到在从约300摄氏度到约500摄氏度范围内变化的温度。
孔产生材料可以包括萜烯；降冰片烯5-二甲基-1，4-环辛乙烯；十氢化萘；乙苯；或柠檬烯；或者上述各项中两项或多项的组合。例如，孔产生材料可以包括α-松油烯(ATRP)。
表2提供了用于想要具有约2.2到2.25的介电常数的多孔低k电介质膜的数据。多孔低k电介质膜包括多孔含SiCOH电介质膜，该多孔含SiCOH电介质膜是用CVD工艺使用包括二乙氧基甲基硅烷(DEMS)的结构形成材料和包括α-松油烯(ATRP)的孔产生材料形成的。使用两种过程来固化具有公称厚度(埃，A)和折射率(n)的“原始”含SiCOH电介质膜，即：(1)通常的UV/热过程(即，没有IR暴露)；和(2)固化过程，其中将原始膜暴露于IR辐射(9.4微米)，然后暴露约IR辐射(9.4微米)和UV辐射(222nm)，然后暴露于IR辐射(9.4微米)。
表2
Figure BPA00001330520200361
表2提供了对于通常的UV/热过程的“UV后/热”厚度(A)和“UV后/热”折射率(n)，和对于IR+UV/IR+IR过程的“IR后+UV/IR+IR”厚度(A)和“IR后+UV/IR+IR”折射率(n)。此外，提供了UV后/热和IR后+UV/IR+IR的膜厚度的收缩率(％)。此外，为生成的固化多孔低k电介质膜提供了介电常数(k)、弹性模量(E)(GPa)和硬度(H)(GPa)。如表2中所示，在UV辐射和加热之前，以及在UV暴露的过程中或之后，使用IR辐射导致介电常数小于2.1。此外，可以实现低介电常数(即，k＝2.1)，同时也可以实现可接受的机械性能(即，E＝4.71GPa和H＝0.46GPa)。相对而言，IR+UV/IR+IR固化过程产生了更低的介电常数(k＝2.1)和更小的膜厚度收缩率。此外，两个固化过程的机械性能(E和H)基本相同。
结果，使用IR暴露和UV暴露可以导致形成二乙氧基甲基硅烷(DEMS)基多孔电介质膜，其包括约2.1或更小的介电常数、约1.31或更小的折射率、约4GPa或更大的弹性模量和约0.45GPa或更大的硬度。
表3提供了用于想要具有约2的介电常数的多孔低k电介质膜的数据。多孔低k电介质膜包括多孔含SiCOH电介质膜，该多孔含SiCOH电介质膜是用CVD工艺使用包括二乙氧基甲基硅烷(DEMS)的结构形成材料和包括α-松油烯(ATRP)的孔产生材料形成的。使用四种过程来固化原始的含SiCOH电介质膜，即：(1)通常的UV/热过程(即，没有IR暴露)；(2)固化过程，其中将原始膜只暴露于IR辐射(9.4微米)；(3)固化过程，其将原始膜暴露于IR辐射(9.4微米)，然后暴露于通常的UV/热过程；和(4)固化过程，其中将原始膜暴露于IR辐射(9.4微米)，然后暴露约IR辐射(9.4微米)和UV辐射(222nm)，然后暴露于IR辐射(9.4微米)。
表3
表3提供了每个固化过程之后产生的折射率(n)、收缩率(％)、介电常数(k)、弹性模量(E)(GPa)和硬度(H)(GPa)。如表3中所示，使用IR辐射(有或没有UV辐射)导致介电常数小于1.7(与大于1.9相对比)。当仅使用IR辐射来固化原始膜时，可以实现低介电常数(即，k＝1.66)，同时也可以实现可接受的机械性能(即，E＝1.2GPa和H＝0.1GPa)。但是，当使用IR辐射和UV辐射来固化原始膜时，可以实现低介电常数(即，k＝1.68)，同时还可以实现提高的机械性能(即，E＝2.34GPa和H＝0.28GPa)。此外，使用IR辐射的固化过程产生了更低的介电常数(k＝1.66到1.68)，和更小的膜厚度收缩率。此外，当使用IR辐射时，通过使用UV辐射可以提高机械性能(E和H)。
结果，使用IR辐射和UV辐射可以导致形成二乙氧基甲基硅烷(DEMS)基多孔电介质膜，其包括约1.7或更小的介电常数、约1.17或更小的折射率、约1.5GPa或更大的弹性模量和约0.2GPa或更大的硬度。
尽管上面只详细描述了本发明的某些示例性实施例，但是本领域技术人员很容易意识到，在没有实质性脱离本发明的创新精神教导和优点的情况下，在示例性实施例中存在很多修改方式。因此，上述所有修改方式意欲包括在本发明的范围内。

Claims (80)

1.一种用于处理衬底上的电介质膜的处理模块，其包括：
处理室；
衬底支架，其连接到所述处理室，并构造成支承衬底；和
辐射源，其连接到所述处理室，并构造成将所述电介质膜暴露于电磁(EM)辐射，其中，所述辐射源包括多个红外(IR)源、或多个紫外(UV)源、或多个IR源与多个UV源。
2.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述衬底支架构造成支承多个衬底。
3.根据权利要求1所述的处理模块，还包括：
驱动系统，其连接到所述衬底支架，并构造成使所述衬底支架平移、或旋转、或同时平移和旋转；和
运动控制系统，其连接到所述驱动系统，并构造成执行监视所述衬底的位置、调整所述衬底的所述位置、或控制所述衬底的所述位置中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述辐射源包括在从约8微米到约14微米范围内变化的IR波段源。
5.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述辐射源包括多个CO2激光器。
6.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述辐射源还包括：
光学系统，其构造成接收来自所述辐射源的多个EM辐射光束，将来自所述辐射源的所述多个EM辐射光束中的两个或多个组合成集合光束，并用所述集合光束照射所述处理室中的所述衬底的至少一部分。
7.根据权利要求6所述的处理模块，其中，所述光学系统构造成接收来自所述辐射源的所述多个EM辐射光束，将来自所述辐射源的所述多个EM辐射光束中的全部组合成所述集合光束，并用所述集合光束照射所述处理室中的所述衬底的至少一部分。
8.根据权利要求6所述的处理模块，其中，所述光学系统还包括：
光束定尺寸设备，其构造成调整所述多个EM辐射光束中的至少一个、或所述集合光束、或所述多个EM辐射光束中的至少一个与所述集合光束的尺寸；或
光束定形设备，其构造成调整所述多个EM辐射光束中的至少一个、或所述集合光束、或所述多个EM辐射光束中的至少一个与所述集合光束的形状。
9.根据权利要求8所述的处理模块，其中，所述光学系统构造成调整用于泛光照射所有的所述衬底的所述集合光束的尺寸、或形状、或尺寸和形状。
10.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述辐射源还包括：
光学系统，其构造成接收来自所述辐射源的多个EM辐射光束，并用所述多个EM辐射光束照射所述处理室中的所述衬底上的多个位置。
11.根据权利要求5所述的处理模块，还包括：
紫外(UV)辐射源，其连接到所述处理室，并构造成将所述电介质膜暴露于UV辐射，
其中，所述UV辐射源包括UV波段源，所述UV波段源包括在从约150纳米到约400纳米范围内变化的辐射。
12.根据权利要求11所述的处理模块，其中，所述UV辐射源包括一个或多个UV灯。
13.根据权利要求11所述的处理模块，还包括：
一个或多个窗口，所述IR辐射、或所述UV辐射、或上述两者通过所述一个或多个窗口进入所述处理室中，以照射所述衬底。
14.根据权利要求13所述的处理模块，其中，所述一个或多个窗口包括蓝宝石、CaF2、ZnS、Ge、GaAs、ZnSe、KCl、或SiO2、或上述各项中两项或多项的任意组合。
15.根据权利要求1所述的处理模块，还包括：
温度控制系统，其连接到所述处理室，并构造成控制所述衬底的温度。
16.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述温度控制系统包括电阻加热元件，所述电阻加热元件连接到所述衬底支架，并且其中，所述温度控制系统构造成将所述衬底的所述温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的值。
17.根据权利要求1所述的处理模块，还包括：
气体供应系统，其连接到所述处理室，并构造成将处理气体引入到所述处理室，并且其中，所述气体供应系统构造成将反应气体、惰性气体、或两者供应到所述处理室；和
真空泵系统，其连接到所述处理室，并构造成排空所述处理室。
18.根据权利要求17所述的处理模块，其中，所述气体供应系统构造成将氮气供应到所述处理室。
19.根据权利要求1所述的处理模块，还包括：
原位测量系统，其连接到所述处理室，并构造成测量所述衬底上的所述电介质膜的性能。
20.根据权利要求1所述的处理模块，其中，所述原位测量系统包括激光干涉仪。
21.一种用于处理衬底上的电介质膜的处理模块，其包括：
处理室；
衬底支架，其连接到所述处理室，并构造成支承衬底；
红外(IR)辐射源，其连接到所述处理室，并构造成将所述电介质膜暴露于IR辐射，其中，所述IR辐射源包括一个或多个IR激光器；和
辐射扫描设备，其连接到所述处理室，并构造成沿着所述衬底扫描来自所述IR辐射源的一个或多个IR光束。
22.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述衬底支架构造成支承多个衬底。
23.根据权利要求21所述的处理模块，还包括：
驱动系统，其连接到所述衬底支架，并构造成使所述衬底支架平移、或旋转、或同时平移和旋转；和
运动控制系统，其连接到所述驱动系统，并构造成执行监视所述衬底的位置、调整所述衬底的所述位置、或控制所述衬底的所述位置中的至少一种。
24.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述IR辐射源包括在从约8微米到约14微米范围内变化的IR波段源。
25.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述IR辐射源包括多个CO2激光器。
26.根据权利要求21所述的处理模块，还包括：
扫描运动控制系统，其连接到所述辐射扫描设备，并构造成执行监视所述一个或多个IR光束的位置、调整所述一个或多个IR光束的所述位置、或控制所述一个或多个IR光束的所述位置中的至少一种。
27.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述IR辐射源还包括：
多个IR激光器；和
IR光学系统，其构造成接收来自所述多个IR激光器的多个IR辐射光束，将来自所述多个IR激光器的所述多个IR光束中的两个或多个组合成集合IR光束，并用所述集合IR光束照射所述处理室中的所述衬底的至少一部分。
28.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述IR光学系统还包括：
光束定尺寸设备，其构造成调整所述一个或多个IR光束中的至少一个的尺寸；或
光束定形设备，其构造成调整所述一个或多个IR光束中的至少一个的形状。
29.根据权利要求28所述的处理模块，其中，所述IR光学系统构造成将所述一个或多个IR光束的尺寸、或形状、或尺寸和形状调整成IR层，并且其中，所述辐射扫描设备构造成沿着所述衬底扫描所述IR层。
30.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述辐射扫描设备包括一个或多个旋转反射镜、或一个或多个平移反射镜、或一个或多个旋转反射镜与一个或多个平移反射镜。
31.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述旋转扫描设备包括一个或多个镜式检流计。
32.根据权利要求21所述的处理模块，还包括：
紫外(UV)辐射源，其连接到所述处理室，并构造成将所述电介质膜暴露于UV辐射，
其中，所述UV辐射源包括UV波段源，所述UV波段源包括在从约150纳米到约400纳米范围内变化的辐射。
33.根据权利要求32所述的处理模块，其中，所述UV辐射源包括一个或多个UV灯。
34.根据权利要求32所述的处理模块，还包括：
一个或多个窗口，所述IR辐射、或所述UV辐射、或上述两者通过所述一个或多个窗口进入所述处理室中，以照射所述衬底。
35.根据权利要求34所述的处理模块，其中，所述一个或多个窗口包括蓝宝石、MaF2、BaF2、CaF2、ZnS、Ge、GaAs、ZnSe、KCl、或SiO2、或上述各项中两项或多项的任意组合。
36.根据权利要求21所述的处理模块，还包括：
温度控制系统，其连接到所述处理室，并构造成控制所述衬底的温度。
37.根据权利要求21所述的处理模块，其中，所述温度控制系统包括电阻加热元件，所述电阻加热元件连接到所述衬底支架，并且其中，所述温度控制系统构造成将所述衬底的所述温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的值。
38.根据权利要求21所述的处理模块，还包括：
气体供应系统，其连接到所述处理室，并构造成将处理气体引入到所述处理室，并且其中，所述气体供应系统构造成将反应气体、惰性气体、或两者供应到所述处理室；和
真空泵系统，其连接到所述处理室，并构造成排空所述处理室。
39.根据权利要求38所述的处理模块，其中，所述气体供应系统构造成将氮气供应到所述处理室。
40.根据权利要求21所述的处理模块，还包括：
原位测量系统，其连接到所述处理室，并构造成测量所述衬底上的所述电介质膜的性能。
41.一种用于处理衬底上的电介质膜的处理模块，其包括：
处理室；
衬底支架，其连接到所述处理室，并构造成支承衬底；
红外(IR)辐射源，其连接到所述处理室，并构造成将所述电介质膜暴露于IR辐射，其中，所述IR辐射源使用一个或多个IR激光器产生一个或多个IR光束；和
IR光学系统，其包括：
一个或多个分束设备，其构造成分开所述一个或多个IR光束中的至少一个，以产生多个IR光束；和
一个或多个合束设备，其构造成使所述多个IR光束在所述衬底的至少一部分上结合。
42.根据权利要求41所述的处理模块，所述衬底支架构造成支承多个衬底。
43.根据权利要求41所述的处理模块，还包括：
驱动系统，其连接到所述衬底支架，并构造成使所述衬底支架平移、或旋转、或同时平移和旋转；和
运动控制系统，其连接到所述驱动系统，并构造成执行监视所述衬底的位置、调整所述衬底的所述位置、或控制所述衬底的所述位置中的至少一种。
44.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述IR辐射源包括在从约8微米到约14微米范围内变化的IR波段源。
45.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述IR辐射源包括多个CO2激光器。
46.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述IR光学系统还包括：
光束定尺寸设备，其构造成调整所述一个或多个IR光束中的至少一个的尺寸；或
光束定形设备，其构造成调整所述一个或多个IR光束中的至少一个的形状。
47.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述合束设备构造成将所述多个IR光束照射在所述衬底上的大致相同位置上。
48.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述合束设备构造成将所述多个IR光束照射在多个位置，并且其中，所述多个位置大致彼此邻近并且照射全部的所述衬底。
49.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述合束设备构造成将所述多个IR光束照射在多个位置，并且其中，所述多个位置中的至少两个彼此重叠。
50.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述IR辐射源包括多个IR激光器。
51.根据权利要求41所述的处理模块，还包括：
紫外(UV)辐射源，其连接到所述处理室，并构造成将所述电介质膜暴露于UV辐射，
其中，所述UV辐射源包括UV波段源，所述UV波段源包括在从约150纳米到约400纳米范围内变化的辐射。
52.根据权利要求51所述的处理模块，其中，所述UV辐射源包括一个或多个UV灯。
53.根据权利要求51所述的处理模块，还包括：
一个或多个光学窗口，所述IR辐射、或所述UV辐射、或上述两者通过所述一个或多个光学窗口进入所述处理室中，以照射所述衬底。
54.根据权利要求53所述的处理模块，其中，所述一个或多个光学窗口包括蓝宝石、BaF2、MaF2、CaF2、ZnSe、ZnS、Ge、GaAs、KCl、或SiO2。
55.根据权利要求41所述的处理模块，还包括：
温度控制系统，其连接到所述处理室，并构造成控制所述衬底的温度。
56.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述温度控制系统包括电阻加热元件，所述电阻加热元件连接到所述衬底支架，并且其中，所述温度控制系统构造成将所述衬底的所述温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的值。
57.根据权利要求41所述的处理模块，还包括：
气体供应系统，其连接到所述处理室，并构造成将处理气体引入到所述处理室，并且其中，所述气体供应系统构造成将反应气体、惰性气体、或两者供应到所述处理室；和
真空泵系统，其连接到所述处理室，并构造成排空所述处理室。
58.根据权利要求57所述的处理模块，其中，所述气体供应系统构造成将氮气供应到所述处理室。
59.根据权利要求41所述的处理模块，还包括：
原位测量系统，其连接到所述处理室，并构造成测量所述衬底上的所述电介质膜的性能。
60.根据权利要求41所述的处理模块，其中，所述原位测量系统包括激光干涉仪。
61.一种用于处理衬底上的电介质膜的处理平台，其包括：
一个或多个气相沉积系统，所述一个或多个气相沉积系统中的每一个构造成在衬底上沉积电介质膜，其中，所述电介质膜包括多孔电介质膜、非多孔电介质膜、低介电常数(低k)膜、或超低k膜；
一个或多个电介质膜固化系统，其构造成将所述衬底上的所述电介质膜暴露于紫外(UV)辐射和红外(IR)辐射；和
衬底输送系统，其连接到所述一个或多个气相沉积系统和所述一个或多个电介质膜固化系统，并构造成将一个或多个衬底传送进出所述一个或多个气相沉积系统和所述一个或多个电介质膜固化系统。
62.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个气相沉积系统包括至少一个化学气相沉积(CVD)系统。
63.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统包括构造为只用IR辐射处理所述衬底的至少一个IR处理模块，和构造为只用UV辐射处理所述衬底的至少一个UV处理模块。
64.根据权利要求63所述的处理平台，其中，所述至少一个IR处理模块构造成将所述衬底的所述温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的值，并且其中，所述至少一个UV处理模块构造成将所述衬底的所述温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的值。
65.根据权利要求63所述的处理平台，其中，所述至少一个IR处理模块和所述至少一个UV处理模块连续布置，使得所述至少一个UV处理模块连接到所述衬底输送系统，所述至少一个IR处理模块连接到所述至少一个UV处理模块。
66.根据权利要求63所述的处理平台，其中，所述至少一个IR处理模块和所述至少一个UV处理模块连续布置，使得所述至少一个IR处理模块连接到所述衬底输送系统，所述至少一个UV处理模块连接到所述至少一个IR处理模块。
67.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统包括构造为用IR辐射和UV辐射处理所述衬底的至少一个处理模块。
68.根据权利要求67所述的处理平台，其中，所述至少一个处理模块构造成将所述衬底的所述温度提升到在从约100摄氏度到约600摄氏度范围内变化的值。
69.根据权利要求67所述的处理平台，其中，所述至少一个处理模块构造成相继将所述衬底暴露于IR辐射和UV辐射、同时将所述衬底暴露于IR辐射和UV辐射、或相继的和同时的将所述衬底暴露于IR辐射和UV辐射。
70.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述衬底输送系统以群集工具布置方式连接到所述一个或多个气相沉积系统中的每一个和所述一个或多个电介质膜固化系统中的每一个。
71.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述衬底输送系统以连续工具布置方式连接到所述一个或多个气相沉积系统中的每一个和所述一个或多个电介质膜固化系统中的每一个。
72.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统中的至少一个使用IR辐射源，所述IR辐射源包括在从约8微米到约14微米范围内变化的IR波段源。
73.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统中的至少一个使用UV辐射源，所述UV辐射源包括UV波段源，所述UV波段源包括在从约150纳米到约400纳米范围内变化的辐射。
74.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统中的至少一个使用UV辐射源，所述UV辐射源包括一个或多个UV灯、或一个或多个UV激光器、或其组合。
75.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统中的至少一个使用一个或多个IR激光器。
76.根据权利要求75所述的处理平台，其中，所述一个或多个IR激光器产生一个或多个IR光束，所述一个或多个IR光束提供泛光照射全部的所述衬底。
77.根据权利要求75所述的处理平台，其中，所述一个或多个IR激光器中的至少一个产生IR光束，沿着所述衬底扫描所述IR光束。
78.根据权利要求61所述的处理平台，其中，所述一个或多个电介质膜固化系统中的至少一个使用多个IR激光器，以照射所述衬底上的多个位置，并且其中，所述一个或多个电介质膜固化系统中的所述至少一个使用衬底支架，所述衬底支架构造成使所述衬底平移、或使所述衬底旋转、或使所述衬底同时平移和旋转。
79.一种用于处理衬底上的电介质膜的处理模块，其包括：
处理室；
衬底支架，其连接到所述处理室，并构造成支承衬底；
驱动系统，其连接到所述衬底支架，并构造成使所述衬底支架垂直平移和旋转；
举升销组，其连接到所述处理室，并构造成将所述衬底举升到所述衬底支架的上表面和从所述衬底支架的上表面举升所述衬底；
第一辐射源，其构造成将所述衬底暴露于EM辐射中的第一辐射源组合；和
第二辐射源，其构造成将所述衬底暴露于EM辐射中的第二辐射源组合。
80.根据权利要求79所述的处理模块，其中：
所述第一辐射源包括UV辐射源；
所述第二辐射源包括IR辐射源；
所述衬底支架构造成垂直平移到第一位置，在所述第一位置上所述举升销组延伸穿过所述衬底支架，从所述衬底支架的所述上表面举升所述衬底；和
所述衬底支架构造成垂直平移到第二位置，在所述第二位置上所述衬底旋转并暴露于所述IR辐射、或所述UV辐射、或上述两者。
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