CN109390214A - 半导体薄膜制造中的变频微波（vfm）工艺及应用 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于处理基板的方法及设备。真空多腔室沉积工具可包括具有加热机构及变频微波源两者的脱气腔室。本文所述的方法使用变频微波辐射以在不损害各部件的情况下提高脱气工艺的质量及速度。

Description

半导体薄膜制造中的变频微波(VFM)工艺及应用
本申请是申请日为2014年7月2日、申请号为201480044915.0、发明名称为“半导体薄膜制造中的变频微波(VFM)工艺及应用”的发明专利申请的分案申请。
背景
技术领域
本文所述实施方式大体涉及用于使用微波辐射进行基板处理的设备及方法。
相关技术描述
薄膜是半导体器件的主要部件。用于半导体工业的典型薄膜可呈多孔电介质、低电阻金属、聚合材料及高介电常数电介质的形式。在倒装芯片(flip chip)及晶片级封装期间，大量聚合物被图案化且被用作凸块下金属化(Under-Bump Metallization；UBM)或再分配层(redistribution layer；RDL)金属化基本步骤(element)之前的再钝化层。另一实例是高孔隙度(highly porous)及低介电常数的电介质，所述电介质广泛用作高性能半导体器件中的金属间介电膜。
经图案化的聚合物膜显影之后的典型工艺流程包括膜的固化及后续的UBM/RDL的物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)。在典型处理中，在单独的设施上执行聚合膜固化及PVD阻挡部晶种沉积。固化工艺通常是在传统烘箱中以热方式完成的。此方式在工艺之间引入真空破除(vacuum break)，从而导致聚合膜中发生湿气吸附。
如果介电膜中所吸附的气体杂质(例如H2O)在金属沉积之前未经移除，那么这些杂质将在PVD工艺期间由于在等离子体工艺期间所达到的更高的温度而发生逸气(outgas)。因此，基板应被脱气以防止逸出的杂质影响PVD金属层的质量。例如，钽在存在某些杂质的情况下可形成氧化钽，氧化钽并非用以防止铜扩散的最优阻挡材料。在另一实例中，诸如为了封装金属化(例如UBM应用)，如果在预清洁基本步骤(借助溅射蚀刻)之前未移除H2O，那么将发生H2O的逸气，从而导致诸如氧化铝之类的其他不需要的氧化物的形成。氧化铝可形成于铝接合焊盘(bondpad)上，从而产生不希望的高接触电阻。
由此，持续需要允许膜的高效固化同时将吸气及吸湿降至最低的方法及设备。
进一步地，由于化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)工艺的性质(nature)，诸如来自残余气体或化学反应副产物之类的杂质的并入将显著影响所得膜的特性。例如，诸如湿气(H2O)及CO之类的杂质可能被误并入多孔低介电常数电介质中，这将增大介电常数值。在典型的半导体工艺流程中，PVD金属膜通常沉积在介电层或聚合缓冲层上。
如果介电膜中所吸附的气体杂质(例如H2O)在金属沉积之前未经移除，那么这些杂质将在PVD工艺期间由于在等离子体工艺期间所达到的更高的温度而发生逸气。因此，逸出的杂质可影响PVD金属层的质量。例如，钽在存在某些杂质的情况下可形成氧化钽，氧化钽并非用以防止铜扩散的最优阻挡材料。在另一实例中，诸如为了封装金属化(例如UBM应用)，如果在预清洁基本步骤(借助溅射蚀刻)之前未移除H2O，那么将发生H2O的逸气，从而导致诸如氧化铝之类的其他不需要的氧化物的形成。氧化铝可形成于铝接合焊盘上，从而产生不希望的高接触电阻。
为避免在PVD工艺期间的逸气，在预清洁及金属化之前使用脱气基本步骤(借助对流加热)以从下层基板移除任何湿气。标准脱气程序一般包括将具有受影响层的基板加热一段时间，使得所吸附的气体及杂质可逸出而不影响在随后基本步骤中的沉积。通常借助电阻加热元件或灯产生热，及然后借助对流将热传递至基板及薄膜。然而，由于介电膜日益增大的孔隙率以及用于封装应用中的高湿气吸附聚合物的缘故，一般需要长的脱气时间以从膜中完全移除湿气。长脱气时间限制PVD工艺的生产率。进一步地，标准热处理可容易地使现代膜达到产生含氧二次气体(secondary gas)或导致层的玻璃化转变(glasstransition)的温度。
由此，需要允许膜的高效脱气同时将热维持在所沉积的膜的热处理范围的方法及设备。
发明内容
在一个实施方式中，一种用于处理基板的方法可包括：将基板定位在处理腔室中，基板包括第一表面；在基板的第一表面上沉积包含聚合物、环氧树脂(epoxy)或这两者组合的未固化层；及执行未固化层的硬固化。硬固化可包括至少将未固化层加热至硬固化温度，将处理腔室设定至硬固化压力，硬固化压力低于100毫托，将微波辐射的来源导向未固化层，所述微波辐射来源在选自小于7GHz的频率范围的频率下产生微波辐射，及在变频下将微波辐射从微波辐射的来源传递至未固化层，所述变频包括选自所述频率范围中的两个或更多个频率，所述变频在一段时间内发生变化。
在另一实施方式中，一种用于处理基板的方法可包括：将基板定位在处理腔室中，所述基板包括第一表面；在基板的第一表面上沉积包含聚合物、环氧树脂或这两者组合的未固化层；在未固化层上执行软固化，所述软固化包括将基板或腔室加热至软固化温度及将腔室设定至软固化压力，以从未固化层产生软固化的层；将处理腔室设定至硬固化压力，所述硬固化压力低于100毫托；将微波辐射的来源导向软固化的层，所述微波辐射的来源在选自小于7GHz的频率范围的频率下产生微波辐射，及在变频下将微波辐射从微波辐射的来源传递至软固化的层以将软固化的层至少加热至一种温度，所述变频包括选自一段时间内所述频率范围中的两个或更多个频率。
在另一实施方式中，一种处理基板的方法可包括：将包含聚合物或环氧树脂的基板定位在处理腔室中的基板支撑件上，所述处理腔室包括冷却装置；将基板维持在低于热脱气温度的温度下；导向变频微波辐射源以将微波辐射传递至基板；将变频微波辐射传递至基板，同时将基板温度维持在低于热脱气温度；及从腔室中移除挥发性化合物。
在另一实施方式中，一种处理基板的方法可包括：将具有聚合物层或环氧树脂层的基板定位在处理腔室中的基板支撑件上；将基板维持在低于热脱气温度的温度下；导向变频微波辐射源以将微波辐射至少传递至聚合物层或环氧树脂层；及在极短时间(shortbursts of time)内变化的频率下将微波辐射至少传递至聚合物层或环氧树脂层，同时将基板温度维持在低于热脱气温度。
在另一实施方式中，一种处理基板的方法可包括：将基板定位在处理腔室中，所述基板包含聚合物或环氧树脂；执行脉冲微波工艺及重复所述脉冲微波工艺一次或更多次，直至从基板移除至少一种挥发性组分(component)。脉冲微波工艺可包括：将变频微波辐射源传递至基板以作为第一功率位准(power level)，直至基板达到第一温度；将基板冷却至第二温度；及从处理腔室中移除所释放的挥发性物质。
附图简要说明
因此，以可详细理解上述特征的方式，通过参照实施方式可获得上文简述的方法、装置及系统的更具体的描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中图示。然而，应注意的是，附图仅图示方法、装置及系统的典型实施方式，因此将不被视作对本发明的范围的限制，因为本文所述的方法、装置及系统可允许其他等效的实施方式。
图1是根据一个实施方式的处理腔室的示意图；
图2是根据一个实施方式的固化及脱气方法的方块图；
图3是根据一个实施方式的真空多腔室沉积工具的平面图；
图4绘示了根据一个实施方式的传统固化与脱气固化之间的逸气比较；
图5-图9是根据一个或更多个实施方式的脱气方法的方块图；
图10是根据一个实施方式的残余逸气的曲线图；
图11是根据一个实施方式的与温度和微波功率两者相比较的残余逸气的曲线图；
图12A是根据一个实施方式的基板处理方法的曲线图，所述图绘示恒定微波功率与所维持的温度；
图12B是根据一个实施方式的基板处理方法的曲线图，所述图绘示脉冲微波功率；
图13是绘示根据一个实施方式的处理过的膜的泄漏电流密度的曲线图；及
图14是绘示根据一个实施方式的处理过的膜的折射率变化的曲线图。
为便于理解，已尽可能使用相同的附图标记来指示各图所共有的相同元件。预期一个实施方式中所公开的元件可有益地用于其他实施方式而无需详细叙述。
具体实施方式
本文中的实施方式公开了在低压环境中使用微波技术进行的聚合膜的固化，由此使得将固化与脱气工艺整合至单个基本步骤中。此举容许单件设施执行固化基本步骤及随后的金属化基本步骤两者，从而消除对单独固化烘箱/炉的需要及进一步阻止在工艺之间发生真空破除。借助在低压下使用微波来固化聚合物膜，与PVD的线内整合(inlineintegration)变为可能的，这消除对单独脱气基本步骤的需要。本申请的实施方式可借助参照下面的附图而得以更好地被理解。
图1是处理腔室100的示意图，所述处理腔室适于执行本文所述方法中的一种或更多种。一个或更多个诸如PVD腔室之类的目前可用的腔室可适用于下文所述的实施方式。本文所述实施方式可用的腔室可包括可购自位于Santa Clara,CA(美国加利福尼亚州圣克拉拉市)的Applied Materials,Inc.(应用材料公司)的Charger UBM系统。可想到，依据所述实施方式可在不背离本文所公开的方法、装置及系统的情况下使用包括购自其他制造商的腔室的其他腔室。
处理腔室100可包括用于支撑基板104的基板支撑件102。基板支撑件102可由标准材料构成，这些材料诸如是铝、石英、陶瓷、或不锈钢。此外，基板支撑件102可被设计成支撑诸如300mm基板之类的任何尺寸的基板。各种加热及冷却装置可被嵌入基板支撑件102或处理腔室100、或结合这两者而定位，以便将加热或冷却传递至基板104。
基板104可为可用于半导体应用的任何成分(composition)，诸如是硅、环氧树脂、或石英基板。基板104上可沉积有封装层105。封装层105可以是沉积至基板104表面上的层，所述层随后固化到基板104上。封装层105可借助旋涂液态聚合物至基板104上而形成。然后，封装层105可经受固化基本步骤以使封装层105固化并交联。封装层105可由若干聚合物或环氧树脂之一构成，诸如可由聚酰亚胺(polyimides)或聚苯并二恶唑(Polybenzobisoxazole；PBO)构成。
将理解，在不背离本文所述实施方式的情况下，同样可执行用于沉积封装层的其他沉积技术。例如，可想到封装层105可使用干燥聚合物/环氧膜的真空层压而被沉积于基板104上。其他实施方式可包括借助化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)来沉积封装层105。
处理腔室100亦可具有热源106，热源106诸如是这里所绘示的嵌入基板支撑件102中的热源106。尽管热源106在图1中被绘示为嵌入基板支撑件102中的电阻式热源，但热源106可以是适用于基板脱气或腔室加热的任何热源，诸如是红外加热灯热源。来自热源106的热可直接被传递至基板104，或借助改变腔室的温度而间接被传递。热源106可被设计成加热基板及将基板维持在稳定的温度，所述温度诸如是100℃与500℃之间的温度。热源可具有任何设计且热源被定位在任何将使能量得以被传递以用于加热基板的位置。
处理腔室100可进一步包括变频微波辐射源108。变频微波辐射源108可包括微波功率源(microwave power source)110。微波功率源110可选自所有可用微波功率源，包括磁电管、速调管(klystrons)、回旋管(gyrotron)及行波管(traveling wave tube)。变频微波辐射源108亦可包括微波腔111。微波腔111可为单模、多模腔、或这两者的结合。微波腔111可接收来自微波功率源110的功率。
变频微波能112可包括在可用频率范围连续扫描(sweep)的频率。连续扫描可防止电荷聚集在金属层中，由此降低发生电弧及后续损害的可能性。频率扫描常借助以下方式执行：选择中心频率，然后以大体连续的方式在某范围内快速扫描频率。通常，频率扫描可包括中心频率的+/-5％范围中的频率，但此范围可依据诸如微波源类型及与微波波长相比较的腔的总尺寸之类的因素而变化。
变频微波能112的频率范围可以是特定频率范围，所述范围诸如是从5.85GHz至7.0GHz(诸如从5.85GHz至6.65GHz)的范围。在一个实施方式中，变频微波能112处于从5850MHz至6650MHz的范围中。此外，频率范围可被分区(partition)成彼此具有特定间隔的频率，诸如被选择成相隔从200Hz至280Hz的频率。在一个实施方式中，选自变频微波能的频率可使用260Hz的分隔，从而产生4096个选定的频率，可从这些频率中选择变频微波能112。此外，在频率扫描期间所传递的变频微波能112可在每一所选频率范围的短脉冲(shortburst)内被传递至基板104，诸如每一频率20微秒至30微秒的短脉冲，例如25微秒。
处理腔室100可进一步包括气源114。气源114可传递诸如包含氩或氦的气体之类的惰性气体。气源114可基于腔室尺寸及正被处理的基板的尺寸而以规定流速将气体传递至腔室。气源114可与腔室直接连接或被间接传递，诸如惰性气体在被传递至腔室之前在远程等离子体源中被转变成等离子体。气源114可被定位以便使气体传递经过基板104，以便不仅冷却基板104而且传递所选的惰性气体。
处理腔室100亦可包括等离子体源116。等离子体源116可从惰性气体产生等离子体，诸如从包含氩或氦的气体产生等离子体。等离子体源116可产生等离子体于腔室内部，或等离子体可产生于远程源中。等离子体源116可从气源114接收气流，或等离子体源可具有单独气流(未图示)。用于等离子体源116中的惰性气体或包含惰性气体的组合并非必须是用于气源114中的同一惰性气体或包含惰性气体的组合。等离子体源116可使用借助所有可用等离子体产生技术所形成的等离子体，等离子体包括感应耦合等离子体、电容耦合等离子体、或微波等离子体。等离子体源116可朝向基板104或一般朝向处理腔室100传递等离子体。
在本文所述的实施方式中，具有封装层105的基板104的固化及脱气在同一处理腔室100中发生，无需在基本步骤之间更换腔室。此举减少来自大气中的湿气的吸附，从而减少基板104脱气所需的处理时间。
处理腔室100进一步包括真空源118。可应用真空源118以诸如在等离子体处理期间及在固化/脱气事件期间维持真空、并移除不需要的脱气副产物，所述副产物诸如是从封装层105释放出的副产物。诸如CxOy及CxHy气态副产物之类的副产物可能影响进一步处理，因为这些副产物可在基板处理期间由封装层105逸出，诸如在预金属化清洁基本步骤期间逸出。
处理腔室100可流体地连接至一个或更多个相关腔室，诸如预金属化清洁腔室(未图示)。处理腔室100亦可以是包括预金属化清洁腔室及沉积腔室的多腔室单元(未图示)的部分。在腔室之间使用流体连接有助于防止H2O及其他杂质的进一步聚集，尤其在脱气之后更是如此。
重要的是注意，尽管本文所述的实施方式聚焦于基板上的封装层，但本文所述的实施方式同样适合用于大体上由需要经历脱气程序的聚合物或环氧树脂所形成的基板或由本文中未明确提出(name)的其他可热固化组分所形成的基板。
图2是根据一个实施方式的一种用于使封装层固化及脱气的方法的流程图。如本文所述，封装层暴露于变频微波。
方法200可开始于将基板定位在处理腔室中，如202中所示。处理腔室可以是如上所述的处理腔室。此外，处理腔室可以是多腔室单元的部分。基板可包括形成于上面的一个或更多个结构或特征。基板可以是本领域中任何已知类型的基板，诸如是结晶硅基板。
实施方式可包括单独控制基板处的温度或控制处理腔室的温度以间接地控制基板温度。
脱气是在对基板的部分进行金属化的准备期间众所熟知的有用的基本步骤。尤其，金属化期间的逸气可引起被沉积的金属的污染及高电阻率(resistivity)。基本上认为，H2O产生大部分由基板脱气所避免的有害效应的相当大的部分(significantportion)。预期表面H2O在任何温度下脱气。内部湿气将在50℃或高于50℃的温度开始脱气。由此，特别虑及未暴露于表面的区域的热均匀对于适当脱气而言十分重要。
封装层沉积在基板的第一表面上方，如204中所示。封装层可包含聚合物、环氧树脂、或这两者的组合。在一个实施方式中，封装层可包含以下各者中的至少一种：环氧树脂、聚硅氧(silicone)、刚性聚硅氧、氨基甲酸酯(urethane)、乙氧烷(oxethane)、丙烯(acryl)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酰亚胺及前述各者中至少两者的混合物。封装层可至少被提供至包覆或覆盖下层结构的水平(level)或深度。
可对封装层执行软固化，如206中所示。软固化是部分地固化封装层使得封装层在并非流体的情况下柔韧的工艺。软固化一般涉及封装层的第一次退火。第一次退火的工艺条件(包括温度、压力及持续时间(duration))被选择以便实现封装层的软固化。在软固化状态下，封装层不再处于流态且并未完全硬化。第一次退火的工艺条件随封装层的类型及封装层的体积而变化。在一个实施方式中，聚酰亚胺层的软固化包括在85℃退火达90秒，随后在标准压力下且在95℃下退火达90秒。一般而言，沉积在基板上的大体积封装层需要更长的退火时间。
在开始硬固化或最终固化时，处理腔室可被设定至硬固化压力，如208中所示。硬固化压力可低于100毫托。处于未固化或软固化状态下具有封装层的基板可被设定至硬固化压力。硬固化压力一般是非常低的压力，诸如是低于100毫托的压力。在一个实施方式中，压力小于1毫托。在封装层被软固化的实施方式中，硬固化压力可与软固化压力相同。
在一个实施方式中，可使用浸渍(soak)阶段。在浸渍阶段期间，在进一步热处理之前，允许将具有封装层的基板在第二温度下浸渍一段时间。温度升高至软固化温度与低于最终固化温度之间的温度。在一个实施方式中，浸渍阶段采用150℃与250℃之间的温度，所述温度诸如是200℃。在浸渍阶段期间，维持温度达5分钟与15分钟之间(诸如8分钟)，以减少封装层在最终固化期间的应力。
微波辐射的来源可被导向封装层，如210中所示。微波辐射的来源在选自频率范围内的频率下产生微波辐射。频率范围可小于7GHz。微波辐射源可具有任意设计，所述设计允许在变频下将一个或更多个波长的微波辐射传递至基板，所述基板可包括上述实施方式。微波辐射源可被定位以便将微波辐射传递至基板、封装层、或这两者的组合。此外，微波辐射源可处于关于基板位置的各种角度，只要基板表面上的封装层接收至少部分的微波辐射即可。
可变微波辐射使温度升至封装层可完成固化工艺的温度。在一个实施方式中，温度可在300℃至400℃的范围内，诸如是330℃至350℃。在另一实施方式中，第二温度是340℃。温度取决于封装层的特性。一些层或层的复合物(composite)可能需要较高或较低温度才能固化，因此可据此调整可变微波辐射。
在不意欲受理论约束的情况下，单频率微波辐射对于金属化之前的基板固化及脱气是不够的。单频率微波辐射可使能量得以聚集在被处理的基板中，所述基板诸如是具有金属特征的基板。变频微波能来源的使用可防止能量在被处理的基板的各层中的积累。为防止在诸如金属氧化物半导体器件之类的器件内发生电弧，并且为促进封装层的均匀加热，可使用变频微波源。
微波辐射在变频下从微波辐射的来源被传递至封装层，以至少将封装层加热至硬固化温度，如212中所示。微波辐射的变频可包括一段时间内选自频率范围中的两个或更多个频率。可使用参照图1所述的参数来传递可变微波辐射。
据信，微波辐射将大体上减少固化时间，但将需要借助直接加热而得以补充。偶极分子(dipole molecule)由微波能振荡。此振荡产生内热，所述内热可用以减少多孔聚合物材料中H2O及其他所吸附的分子的聚集。随着固化继续，微波加热所依据的诸如H2O之类的偶极分子将从膜中逸出。因此，来自微波辐射的加热在经过一段时间之后将减少，及可能需要来自直接加热或IR加热的补充以完成固化工艺。
一旦使封装层固化及脱气，就可在进一步处理之前清除腔室中的挥发性化合物，如214中所示。在脱气固化工艺期间，在加热期间所释放的化合物将聚集在处理区域中，这些化合物诸如是来自封装层的H2O及CxOy化合物。这些化合物可在冷却工艺期间再次吸附(re-adsorb)，或这些化合物可与诸如被暴露的金属之类的其他可用组分相互作用。本文中所公开的实施方式可使用移除方法，诸如产生真空或利用惰性气流从腔室中移除这些化合物来净化腔室。
封装层的局部加热允许固化及脱气在同一腔室中同时发生。在标准固化操作中，以主要无区分的(indiscriminate)方式应用温度。以此方式，腔室中包括腔室自身在内的所有对象从表面至内部区域受热。在较新材料中，此举可导致封装层的玻璃转移及对被整合组分的损害。例如，聚酰亚胺膜(PBO)在350℃下固化及具有375℃的Tg，由此，典型脱气固化温度小于350℃。下一代环氧树脂在约200℃下固化及具有大约225℃的Tg，从而提供低于200℃的最大脱气固化温度。预计下几代材料具有约110℃的固化温度及具有大约135℃的Tg，从而提供低于110℃的最大脱气固化温度。据信，如上所述的可变微波辐射彻底加热封装层。可变微波辐射结合低压以降低挥发性化学物质及湿气的沸点，由此容许同时固化及脱气。
图3示意地图示了根据一个实施方式的真空多腔室沉积工具300的平面图。真空多腔室沉积工具300包括耦接至主机的多个工艺腔室，所述主机包括两个传送腔室308及333。
真空多腔室沉积工具300包括前端环境302，所述前端环境302与装载锁定腔室304选择性连通。一个或更多个舱301被耦接至所述前端环境302。所述一个或更多个舱301被配置成储存基板。工厂接口机械手303设置在前端环境302中。工厂接口机械手303被配置成传送基板于舱301与装载锁定腔室304之间。
装载锁定腔室304提供前端环境302与第一传送腔室组件310之间的真空接口。第一传送腔室组件310的内部区域通常被维持在真空状态，及所述区域提供中间区域，在所述区域中使基板从一个腔室向另一腔室和/或装载锁定腔室进行穿梭运动(shuttle)。
在一个实施方式中，第一传送腔室组件310被分为两个部分。在一个实施方式中，第一传送腔室组件310包括传送腔室308及真空扩展腔室307。传送腔室308及真空扩展腔室307耦接在一起，并且彼此流体连通。第一传送腔室组件310的内部体积在工艺期间通常被维持在低压或真空状态。装载锁定腔室304可分别经由狭缝阀305及306连接至前端环境302及真空扩展腔室307。
在一个实施方式中，传送腔室308可以是具有多个侧壁、底部及盖的多边形结构。所述多个侧壁可具有形成为穿过侧壁的开口，并且这些侧壁被配置成与处理腔室、真空扩展腔室和/或通过腔室(pass through chamber)连接。图3中图示的传送腔室308具有正方形或矩形形状，且耦接至处理腔室311、313、通过腔室331及真空扩展腔室307。传送腔室308可分别经由狭缝阀316、318及317与处理腔室311、313及通过腔室331选择性连通。
在一个实施方式中，中央机械手309可安装在传送腔室308中且在形成于传送腔室308的底部上的机械手端口处。中央机械手309设置在传送腔室308的内部体积320中，且被配置成使基板314或基板载体341在处理腔室311、313、通过腔室331及装载锁定腔室304之间进行穿梭运动。在一个实施方式中，中央机械手309可包括两个叶片以用于固持基板，每一叶片被安装在独立地可控的机械臂上，所述机械臂被安装在同一机械手底座上。在另一实施方式中，中央机械手309可具有竖直移动叶片的能力。
真空扩展腔室307被配置成向第一传送腔室组件310提供到达真空系统的接口。在一个实施方式中，真空扩展腔室307包括底部、盖及侧壁。压力修正端口(pressuremodification port)可形成于真空扩展腔室307的底部上，且被配置成适合于真空泵系统。开口形成于侧壁上以便真空扩展腔室307与传送腔室308流体连通，并且与装载锁定腔室304选择性连通。
在一个实施方式中，真空扩展腔室307包括架(未图示)，所述架被配置成储存一个或多个基板314。直接或间接连接至传送腔室308的处理腔室可将处理腔室的基板储存在架上及使用中央机械手309来传送这些基板。
真空多腔室沉积工具300可进一步包括借助通过腔室331连接至第一传送腔室组件310的第二传送腔室组件330。在一个实施方式中，类似于装载锁定腔室的通过腔室331被配置成提供两个处理环境之间的接口。在此情形中，通过腔室331提供第一传送腔室组件310与第二传送腔室组件330之间的真空接口。
在一个实施方式中，第二传送腔室组件330被分为两个部分以将真空多腔室沉积工具300的占地面积(footprint)减到最小。在一个实施方式中，第二传送腔室组件330包括传送腔室333及真空扩展腔室332，这两者彼此流体连通。第二传送腔室组件330的内部体积在处理期间通常被维持在低压或真空状态。通过腔室331可分别经由狭缝阀317及338连接至传送腔室308及真空扩展腔室332，使得传送腔室308内的压力可被维持在不同真空水平。
在一个实施方式中，传送腔室333可以是具有多个侧壁、底部及盖的多边形结构。所述多个侧壁可具有形成在侧壁中的开口，且这些侧壁被配置成与处理腔室、真空扩展腔室和/或通过腔室连接。图3中所图示的传送腔室333具有正方形或矩形形状，且与处理腔室335、336、337和真空扩展腔室332耦接。传送腔室333可分别经由狭缝阀338、339、340与处理腔室335、336选择性连通。
中央机械手334安装在传送腔室333中且在形成于传送腔室333的底部上的机械手端口处。中央机械手334设置在传送腔室333的内部体积349中，且被配置成使基板314或基板载体341在处理腔室335、336、337和通过腔室331之间进行穿梭运动。在一个实施方式中，中央机械手334可包括两个叶片以用于固持基板，每一叶片被安装在独立地可控的机械臂上，所述机械臂被安装在同一机械手底座上。在另一实施方式中，中央机械手334可具有竖直移动叶片的能力。
在一个实施方式中，真空扩展腔室332被配置成提供真空系统与第二传送腔室组件330之间的接口。在一个实施方式中，真空扩展腔室332包括底部、盖及侧壁。压力修正端口可形成于真空扩展腔室332的底部上，且被配置成适合于真空系统。开口形成为穿过侧壁，使得真空扩展腔室332与传送腔室333流体连通，并且与通过腔室331选择性连通。
在一个实施方式中，真空扩展腔室332包括架(shelf)(未图示)，所述架类似于上文结合真空扩展腔室307所描述的架。直接或间接地连接至传送腔室333的处理腔室可将基板储存在架上。
诸如载体341之类的基板载体可与任何处理架构(architecture)一起使用，以使得实现诸如基板343之类的多个基板的同时处理。在一个实施方式中，基板载体可以是由能够耐受本文所述的工艺所建立的处理环境的大体刚性材料的薄板。在一些实施方式中，载体可以是玻璃或硅盘(silicon platter)。在其他实施方式中，载体可以是陶瓷或复合材料，诸如是碳复合物。在一些实施方式中，载体可以是涂覆有耐工艺(process-resistant)材料的盘，诸如是玻璃涂覆的盘或陶瓷涂覆的盘。载体可以是常用于半导体生产工艺中的300mm基板。在一些实施方式中，可使载体形成为促进基板处理及运送(handling)。例如，载体可具有升高的部分或降低的部分以促进操纵设置在载体上的单个基板。在一个实施方式中，载体上的每一基板位置可具有围绕所述位置而形成的凹槽，以使具有夹紧延伸部的机械手得以接触设置在所述位置上的基板的边缘。在另一实施方式中，载体可具有形成在基板位置的中心处的凹部，以使具有夹紧延伸部分的机械手得以接触具有中央开口的基板的内缘。在一些实施方式中，载体上的基板位置可被降低成在运输载体时防止基板在载体上移动。
通常，基板在具有底座的密封腔室内被处理，所述底座用于支撑设置在底座上的基板。底座可包括基板支撑件，所述底座中设置有电极，以在处理期间以静电方式将基板固持成与基板支撑件相抵。对于能够容忍较高腔室压力的工艺而言，底座可替代性地包括具有开口的基板支撑件，这些开口与真空源连通，以用于在处理期间牢靠地将基板固持成与基板支撑件相抵。
可在腔室311、313、335、336、或337中的任何一个中执行的工艺包括尤其沉积、注入及热处理工艺。在一个实施方式中，诸如腔室311、313、335、336、或337中任何一个的腔室被配置成在一个基板上或同时在多个基板上执行溅射工艺。在另一实施方式中，腔室311是如参照图1所述的脱气腔室。在又一实施方式中，腔室313是预金属化清洁腔室。此实施方式的预金属化清洁腔室使用包含诸如氩之类的惰性气体的溅射清洁工艺。在其他实施方式中，腔室335是沉积腔室。与本文所述实施方式一起使用的沉积腔室可以是任何已知的沉积腔室。
表1绘示传统固化工艺与如本文所述的可变微波频率固化之间的比较。用于下方样品的封装层是7μm厚的HD4100可光图案化介电膜，所述介电膜可购自位于Parlin,NJ(美国新泽西州帕林市)的HD Microsystems,Inc.(HD微系统公司)。膜固化程度(亚胺化反应、环化)一般由对膜的傅立叶变换红外线(Fourier transform infrared；FTIR)光谱学分析来确定。1360cm-1与1473cm-1处的FTIR峰值强度比用于聚酰亚胺固化的定量分析，因为1360cm-1与1473cm-1处的酰亚胺及芳香族峰值受其他吸收的污染最小。由此，亚胺化反应百分数(％Imid)表示封装层被固化的百分数。可进一步结合浸渍基本步骤以降低封装层中的膜应力。
表1：
样品1绘示被软固化的聚酰亚胺层。被软固化的聚酰亚胺层在85℃下退火达90秒、随后在标准大气压力(760托)下在95℃下退火达90秒而被固化。在此样品中，省略浸渍基本步骤及固化基本步骤。FTIR峰值强度在1009cm-1处是0.038，在1360cm-1处是0.035及在1473cm-1处是0.038。1360cm-1/1473cm-1之比是0.906及％Imid是51.864。
样品2绘示使用传统烘箱固化而被完全固化的聚酰亚胺层。被完全固化的聚酰亚胺层是在无浸渍阶段的情况下、使用在375℃下退火达270分钟而被固化的，总处理时间为270分钟。固化是在770托下完成的。FTIR峰值强度在1009cm-1处是0.024，在1360cm-1处是0.050及在1473cm-1处是0.029。1360cm-1/1473cm-1之比是1.747并且％Imid是100.000。
样品3绘示使用变频微波固化被完全固化的聚酰亚胺层。被完全固化的聚酰亚胺层是在无浸渍阶段的情况下、在340℃下使用退火达8分钟而被固化的，总处理时间是8分钟。固化是在550托下完成的。FTIR峰值强度在1009cm-1处是0.023，在1360cm-1处是0.056及在1473cm-1处是0.032。1360cm-1/1473cm-1之比是1.724及％Imid为98.640。
样品4绘示使用变频微波固化而被完全固化的聚酰亚胺层。被完全固化的聚酰亚胺层是在无浸渍阶段的情况下在340℃下使用退火达8分钟而被固化，总处理时间为8分钟。固化是在0.5毫托下完成的。FTIR峰值强度在1009cm-1处是0.098，在1360cm-1处是0.154及在1473cm-1处是0.091。1360cm-1/1473cm-1之比是1.692及％Imid是96.849。
样品5绘示使用变频微波固化而被完全固化的聚酰亚胺层。被完全固化的聚酰亚胺层是利用浸渍阶段而被固化的，浸渍阶段包括在200℃的温度下达10分钟。固化是在340℃下使用变频微波辐射退火达16分钟完成的，总处理时间为26分钟。固化是在0.5毫托下完成的。FTIR峰值强度在1009cm-1处是0.049，在1360cm-1处是0.084及在1473cm-1处是0.051。1360cm-1/1473cm-1之比是1.645及％Imid为94.115。
此处显示，变频微波辐射固化样品以是传统固化方法约30倍的速率达到与传统固化方法类似的固化水平。样品1及样品2分别反映传统的软烘烤及硬烘烤的固化度。预期如％Imid所估计(estimate)的固化度分别为约50％及约100％。样品3及样品4分别显示在标准压力及低压下的可变微波频率。基于所估计的固化水平，在标准压力及低压两者下达到完全固化。增加浸渍阶段至变频微波辐射固化，这增加了完全固化所耗时间量，但并未显著影响所达到的固化水平。
图4绘示根据一个实施方式的传统固化与脱气固化之间的逸气比较。两个基板使用对流热固化或变频微波固化而被制备及固化，如上文实施方式中所述。如前文所阐述，对流固化包括真空破除，然而变频微波固化则不包括真空破除。使用残余气体分析仪(residual gas analyzer；RGA)来确定从基板的湿气逸气，在此情况下在经过数秒时间之后以原子单位(A)测量逸气。
对流固化图示了基板进入腔室之后(约50秒)就发生湿气逸气。尽管晶片在约75秒时被移除，但残余湿气保留在腔室中直至最终时间点。一旦达到最大湿气逸气(约1.2x10- 10A.)，则在基板存在于腔室中的时段期间(time frame)维持此逸气水平。
变频微波固化没有可检测到的逸气效应。晶片在约50秒时进入腔室及在75秒时离开腔室，如参照对流固化基板所述。然而，所检测到的逸气从未超过(go above)基线(baseline)水平。此外，没有基板的腔室的基线水平与此逸气水平近乎于相等。由此，此处的脱气表示变频微波固化的基板在处理之前无需进一步脱气，然而对流固化基板则需要进一步脱气以移除所获得的湿气。
本文所述实施方式涉及用于使基板脱气的方法及设备。在低压下利用微波辐射可允许更低温度及更高产量的固化/脱气程序，所述程序可包括单个腔室内的固化及脱气。
图5是根据一个实施方式的方法500的方块图。方法500可包括将基板定位于脱气温度下的热处理腔室中，如502中所示。热处理腔室可以是如上所述的处理腔室。此外，热处理腔室可以是多腔室单元的部分。将基板定位于基板支撑件上，将温度维持在脱气温度。脱气温度可特定于材料或处于标准温度。实施方式可包括单独控制基板处的温度或控制处理腔室的温度以间接地控制基板温度。
脱气是在对基板的部分进行金属化的准备期间众所熟知的有用的基本步骤。尤其，金属化期间的逸气可引起所沉积的金属的污染及高电阻率。基本上认为，H2O产生借助使基板脱气来避免的有害效应的相当大的部分。预期表面H2O在任何温度下脱气。内部湿气将在50摄氏度或高于50摄氏度的温度开始脱气。由此，特别虑及未暴露于表面的区域的均匀的热对于适当脱气而言十分重要。
方法500可包括将变频微波辐射源导向基板，如504中所示。微波辐射源可具有任何设计，所述设计允许在变频下将一个或更多个波长的微波辐射传递至基板，所述基板可包括上述实施方式。微波辐射源可被定位以便将微波辐射传递至基板。此外，微波辐射源可处于关于基板位置的各种角度，只要基板表面上的聚合物/环氧树脂层接收至少部分微波辐射即可。
据信，微波辐射将大体上减少脱气时间，但可得益于借助直接加热而进行的补充。偶极分子由微波能振荡。此振荡产生内热，所述内热可用以减少多孔聚合物材料中的H2O及其他所吸附的分子的聚集。随着脱气继续，微波加热所依据的诸如H2O之类的偶极分子将从膜中逸出。由此，来自微波辐射的加热可随时间而减少。由此，从直接加热或IR加热的补充可有助于完成脱气工艺。
脱气温度并非必须表示标准脱气温度，因为脱气工艺使用微波辐射及热处理两者来处理基板。因此，腔室温度可比基板局部温度更低，从而允许基板在处理之后更快冷却及避免过度加热聚合物/环氧树脂层的有害效应。
方法500可进一步包括在变频下将微波辐射传递至基板，如506中所示。在将变频微波辐射源导向基板之后，可在变频下将一个或更多个波长的微波辐射传递至基板。可在预选的特定波长频率下传递微波辐射。可从频率列表中任意(at random)选择频率，或可以以特定次序选择频率。某些材料可不太可能基于某些频率或某些频率组合的使用来聚集能量。聚集能量可能受所应用的频率及所使用的微波辐射的波长两者影响。
在不意欲受理论约束的情况下，在金属化之前，单频率微波辐射对于基板脱气而言是不够的。单频率微波辐射可使能量得以聚集在被处理的基板中，所述基板诸如是具有金属特征的基板。使用变频微波能来源可防止能量在被处理的基板层中积累。为防止在诸如金属氧化物半导体器件(MOS)之类的器件内发生电弧，并且为促进聚合物/环氧树脂层的均匀加热，可采用变频微波源。
在维持器件完整性(integrity)的同时将基板脱气至适当的低H2O含量需要考虑若干因素。脱气在一段时间内发生在特定温度下。较高温度将减少脱气所必需的时间量。然而，因为聚合物层的玻璃转变温度(Tg)比较低，因此在确定适当脱气温度过程中必须考虑所述层的Tg。例如，聚酰亚胺膜(PBO)在350摄氏度下固化及具有375摄氏度的Tg，由此，典型脱气温度小于350摄氏度。下一代环氧树脂在约200摄氏度下固化及具有约225摄氏度的Tg，从而提供低于200摄氏度的最大脱气温度。预期下几代材料具有约110摄氏度的固化温度及具有约135摄氏度的Tg，从而提供低于110摄氏度的最大脱气温度。借助使用微波辐射来使加热局部化，可减少时间及可通过单独在基板处均匀加热而严格地限制温度。
方法500可进一步包括从腔室中移除含氧化合物，如508中所示。在脱气工艺期间，在大气下进行传送期间所聚集的化合物(诸如H2O)及在加热期间所释放的化合物(诸如来自聚合物/环氧树脂层的CxOy化合物)将聚集在处理区域中。这些化合物可在冷却工艺期间再次吸附，或这些化合物可与诸如被暴露的金属之类的其他可用组分相互作用。实施方式可采用移除方法，诸如产生真空或用惰性气流从腔室中移除这些化合物来净化腔室。
一旦基板已达到H2O的充足减少及脱气的化合物从脱气腔室中被移除，则可将脱气的基板移动至预金属化腔室以进行溅射或化学蚀刻以在金属化之前移除表面污染物。
视情况可选地，方法500可包括用包含惰性气体的等离子体来处理基板，如510中所示。在预清洁及金属沉积腔室/基本步骤之前，可在脱气腔室或在单独腔室中完成等离子体处理。内部测试已证实，一些聚合物材料暴露于高密度等离子体可导致聚合物结构的破环及CxOy和CxHy气体副产物的释放，所述等离子体诸如是从位于Santa Clara,CA(美国加利福尼亚州圣克拉拉市)的Applied Materials,Inc.(应用材料公司)购得的Isani XT溅射蚀刻腔室中所使用的等离子体。特定而言，含氧副产物对于预金属化清洁工艺而言可以是有害的。在预金属化清洁之前，借助在单独的腔室内执行聚合物的等离子体预处理，可避免所述工艺损害(poisoning)。
可在脱气工艺的任何基本步骤处执行可选的等离子体预处理，所述工艺包括上述脱气工艺或本领域中已知的其他脱气工艺。在优选实施方式中，使用被传递至基板表面的氩或氦等离子体来执行预释放工艺。优选可在基板的微波处理及主要脱气已发生之后传递等离子体。可在将腔室或基板维持在脱气温度的同时传递等离子体。
将微波辐射整合至脱气腔室内可使经整合的固化得以执行。在完成经整合的固化之后，在不将晶片暴露于空气的情况下可着手对晶片进行预金属化预清洁基本步骤及随后的金属沉积基本步骤。经整合的固化可消除对单独(stand-alone)固化炉的需求，及可进一步导致半导体生产成本的节省。
内部测试已显示，等离子体处理可导致聚合物中的惰性预金属化气体吸附。在等离子体熄灭之后，气体从聚合物中解吸附。然而，气体解吸率部分地由晶片温度来控制。如果晶片被充足冷却，那么气体将被截留(trap)在聚合物中及将慢慢解吸附。此“孔密封”」基本步骤可有助于使聚合物膜在预金属化清洁基本步骤期间减少逸气。
图6是根据另一实施方式的一种用于处理基板的方法600。方法600可结合标准脱气工艺或结合上述脱气工艺使用。同样，方法600可结合上述预释放等离子体处理基本步骤。
方法600可包括在脱气温度下将基板定位在热处理腔室中，如602中所示。如果此实施方式与上述实施方式结合，那么不需要移动基板。在优选实施方式中，在结合方法600与方法500时，可将基板维持在同一腔室中。尽管并非必需，但优选实施方式在方法500中的脱气完成之后，将结合方法600中的一个或更多个基本步骤。
方法600可进一步包括使惰性气体流入工艺腔室，如604中所示。惰性气体为脱气工艺提供非反应性气氛(non-reactive atmosphere)，有助于防止解吸附的气体与被暴露表面之间相互作用，及进一步可用以协助移除解吸附的气体。在此基本步骤中流入腔室中的惰性气体可直接流至腔室，结合辅助装置(secondary device)间接地流至腔室，诸如经由远程等离子体装置、或借助上述方法的任何组合流至腔室。本文所述实施方式中所使用的惰性气体可以是对脱气工艺或预金属化工艺而言非反应性的及非有害的任何气体，所述气体诸如是惰性气体，例如是氩气或氦。
方法600可包括产生包含惰性气体的等离子体，如606中所示。等离子体可在腔室中形成或可由远程等离子体源传递。如前文所讨论，用于产生等离子体的能量来源可以是任何可用的能量来源。等离子体可以是感应耦合等离子体、电容耦合等离子体、或微波等离子体。此等离子体基本步骤可用于如上所述的预释放、同时准备好表面以用于孔密封两者。
方法600可进一步包括将包含惰性气体的等离子体导向基板的聚合物/环氧树脂层，如608中所示。据信，对惰性气体等离子体的处理在聚合物/环氧树脂层表面中释放等离子体副产物的位置中打开间隙(open up space)。这些间隙以及先前存在的间隙由活化的惰性气体填充，所述活化惰性气体将在存在热的情况下从层中逸气，诸如从微波辐射的热或脱气温度下的环境热(ambient heat)。
方法600可进一步包括从腔室中移除含氧化合物，如610中所示。在等离子体处理期间，可释放诸如来自聚合物/环氧树脂层的CxOy之类的化合物，这些化合物将聚集在处理区域中。这些化合物可在冷却工艺期间再次吸附。实施方式可使用移除方法，诸如产生真空或利用惰性气流从腔室中移除这些化合物来净化腔室。
在此基本步骤处，如果聚合物/环氧树脂层已使用先前的惰性气体处理而被预释放，那么从腔室移除含氧化合物是较不重要的。由此，如果先前已关于可选的预释放工艺执行了相当的(equivalent)基本步骤，那么基本步骤610中的实施方式的所述部分可能并不有益于本申请中所述的一个或更多个实施方式。
方法600可进一步包括将处理腔室中的惰性气体压力上升，如612中所示。惰性气体可以是在先前的基本步骤中用以净化腔室的气体。惰性气体可以是先前适用的任何惰性气体中的一种或组合，所述惰性气体诸如是氩或氦。压力可升至聚合物/环氧树脂层表面中形成或预存在的空隙将至少部分地由惰性气体填充的水平(level)。在升高惰性气体压力的同时，基板应最佳维持在脱气温度下。尤其，此操作可如本领域中已知的借助基板的标准加热来完成、或借助本文所述的微波加热实施方式来完成。
方法600可包括维持惰性气体压力，同时降低基板温度，如614中所示。当压力已达到聚合物/环氧树脂层所需的水平时，可降低温度以便利用新截留的惰性气体来密封孔隙。据信惰性气体用以当在诸如预金属化清洁之类的后续处理期间逸气时在没有有害影响的情况下把在传送期间可能进入的气体排出(displace)。温度可借助使惰性气体流入腔室而被降低。借助移除外部热源，持续的惰性气体流可用以维持压力，同时降低基板温度。需要将基板温度降至低于脱气温度。此外，如腔室设计所允许的，可利用在基板支撑件中或腔室中的冷却设备来降低温度。
图7是根据另一实施方式的一种用于处理基板的方法700。方法700可开始于将基板定位在处理腔室中，如702中所示。在此实施方式中，处理腔室可包括冷却装置，所述冷却装置可以是腔室冷却装置或基板冷却装置。在一个实施方式中，冷却装置是基板支撑件中的液体冷却。
基板可由参照图1所述的材料构成。基板可具有一个或更多个可脱气的部件。这些部件可包括由聚合物、环氧树脂、或这两者的组合所形成的层或特征。在一个实施方式中，所述部件是对诸如在腔室之间进行传送期间吸附来自大气中的湿气敏感的基板。基板可被定位，以便将一个或更多个部件定位于与基板支撑件相比的基板远侧(distally)。在基板的上表面上发生沉积的腔室中，一个或更多个部件可面向上。
基板可被维持在低于热脱气温度的温度，如704所示。在此实施方式中，热脱气温度是用以使层或基板热脱气的温度。热脱气温度取决于正被处理的基板中的组分的组成。在一个实施方式中，热脱气温度可以从100摄氏度至300摄氏度，诸如从100摄氏度至150摄氏度，例如是100摄氏度。低于热脱气温度的温度可以是低于上述热脱气温度的单独范围。在一个实例中，当热脱气温度是100摄氏度，基板可被维持在低于100摄氏度的温度。借助维持低于热脱气温度的温度可避免传统的热处理。
变频微波辐射源可被引导成将微波辐射传递至基板，如706中所示。变频微波辐射源可被引导成一般将微波辐射传递至基板、或传递至基板的特定部分。在一个实例中，变频微波辐射源被定位成将微波辐射传递至基板的一部分或四分之一部分(quadrant)。
然后可将变频微波辐射传递至基板，如708中所示。一旦定位变频微波辐射源，就可随后将变频微波辐射传递至基板或基板的部分。频率范围、间隔(interval)及频率变化速率(frequency change rate)可如参照图1所述。在此实施方式中，基板正被主动冷却以阻止过热。主动冷却可允许增大来自变频微波辐射的功率输入(power input)。
据信，增大的变频微波辐射功率在上升的温度不存在的情况下可允许对基板进行足够处理。甚至在基板大体保持冷却时，具有偶极矩(dipole moment)的分子也可由微波辐射直接激励(energize)(以用于蒸发或其他形式的挥发)。以此方式，可使这些分子为气态，及在不对基板产生潜在损害的情况下从腔室中移除这些分子。
随后，可从腔室中移除挥发性化合物，如710中所示。挥发性化合物可以是如上所述的化合物，所述化合物诸如是H2O、H2、CO、CO2、N2、或上述各种化合物的组合。可借助若干手段从腔室中移除含氧化合物，诸如借助应用真空泵、借助惰性气体流、上述各者的组合、或其他手段。
图8是根据另一实施方式的一种用于处理基板的方法800。方法800可开始于将具有聚合物/环氧树脂层的基板定位于处理腔室中的基板支撑件上，如802中所示。基板定位及成分可如参照图1及图5-图7所述。聚合物/环氧树脂层可以是可与如上所述的基板结合使用的任何聚合物或环氧树脂。在一个实施方式中，聚合物/环氧树脂层可以如参照图1所述。此外，聚合物/环氧树脂层可沉积在基板的一部分上、基板表面上、或基板的全部表面上。
基板可被维持在低于热脱气温度的温度，如804中所示。包括聚合物/环氧树脂层的基板可被维持在低于热脱气温度的温度。热脱气温度是如上文参照图7所述的温度。在一个实施方式中，基板被维持在100摄氏度与130摄氏度之间的温度。温度可使用如参照图7所述的冷却装置而被维持在低于热脱气温度。在另一实施方式中，温度可使用腔室周围温度而被维持在低于热脱气温度。周围温度是腔室的环境温度，所述温度诸如是20摄氏度与30摄氏度之间的温度。
变频微波辐射源可随后被引导成将微波辐射传递至至少聚合物/环氧树脂层，如806中所示。变频微波辐射源可被引导成传递微波辐射，如参照图7所述。在一个实例中，变频微波辐射源被定位成基于聚合物/环氧树脂层的位置而将微波辐射传递至基板的一部分或四分之一部分。
变频微波辐射可随后以一种频率被传递至聚合物/环氧树脂层，所述频率在极短时间内发生变化，如808中所示。用于极短时间的频率、时间段及其他参数可如参照图1及图5-图7所述。在极短时间期间，基板温度可被维持在如上所述的低于热脱气温度。借助将基板温度维持在低于热脱气温度，脱气效应可主要由微波辐射传递。
图9是根据另一实施方式的一种用于处理基板的方法900。方法900可开始于将基板定位在处理腔室中，如902中所示。基板可包括聚合物或环氧树脂。基板定位及成分可如参照图1及图5-图7所述。聚合物和/或环氧树脂可以是可与如上所述的基板结合使用的任何聚合物或环氧树脂。在一个实施方式中，聚合物或环氧树脂可如参照图1所述。此外，聚合物或环氧树脂可沉积在基板的一部分上、基板的表面上、或基板的全部表面上。
可在基板上执行脉冲微波辐射工艺，如904中所示。脉冲微波辐射工艺可包括将变频微波辐射源传递至基板以作为第一功率位准，直至基板达到第一温度。在此实施方式中，第一温度是低于热脱气温度的温度。参照图7描述热脱气温度。当变频微波辐射被传递至基板时，温度可升高。据信脱气效应因变频微波辐射而发生，与温度无直接关连(directassociation)。因此，功率位准的控制可能比温度的控制更重要。因为高温可能损害基板上的层或部件，所以据信变频微波辐射可被传递至基板，直至基板达到第一温度。第一温度可低于热脱气温度，如参照图7所述。在一个实施方式中，第一温度在100摄氏度与200摄氏度之间。此外，为了达到第一温度所必需的被传递的微波辐射可少于层的完全硬固化及基板脱气所需的微波辐射。
脉冲微波辐射工艺可进一步包括将基板冷却至第二温度。可随后允许将基板及受影响的部件冷却至第二温度。第二温度可以是在周围温度与第一温度之间的温度。
脉冲微波辐射工艺可进一步包括从处理腔室中移除所释放的挥发性物质。诸如湿气之类的挥发性物质可在脉冲微波辐射工艺期间被释放。挥发性物质的其他实例可包括参照图1及图5所列举(list)的那些物质。从腔室移除挥发性物质可在基板受热之后的任何点处完成，诸如在冷却基本步骤期间、或在随后某点处。
脉冲微波辐射工艺可重复一次或更多次，直至至少一挥发性组分从基板中被移除，如906中所示。由于温度是使用与环境的平衡来控制的，及据信脱气效应与所传递的变频微波辐射的功率位准相关，因此在一个循环(cycle)完成时可能不能完成脱气。因此，变频微波辐射可被传递一次或更多次，包括传递变频微波辐射的特定功率位准直至达到第一温度，冷却基板至第二温度及同时或随后移除挥发性气体。在一个实施方式中，执行工艺总共四次。可选择第二温度以允许在基板加热至第一温度之前传递特定量的功率。
图10是根据一个实施方式与温度及微波功率比较的残余逸气的曲线图1000。此图所绘示的是经微波处理CVD所沉积的多孔SiO2薄膜的残余气体分析(residual gasanalysis；RGA)的结果。如曲线图1000中所示，两个基板中每一个具有2μm厚的氧化硅(silicon oxide)层，这两个基板暴露于大气及使用电阻加热方法而被脱气，在图例(legend)中描述为传统加热S1及传统加热S2。每个都具有2μm厚的氧化硅层的两个独立基板也暴露于大气及使用如上述实施方式中所述的变频微波辐射而被脱气，在图例中描述为选择性加热S1及选择性加热S2。残余逸气采用原子单位，及在此图中在以分钟测量的处理时间段内用对数图示。
传统加热处理过的CVD SiO2薄膜的RGA结果显示，在给定相同工艺时间的情况下，微波处理过的膜持续显示比电阻加热处理过的膜更低的残余湿气量。此处所测量的微波加热的湿气移除率是电阻加热样品的大约3-4倍。在到达固定湿气水平端点的时间及在给定固定的处理时间端点的湿气水平方面皆观测到所述3-4倍(fold)增长。此外，与电阻热处理过的基板相反(opposed)，微波处理过的基板中的基板内最终湿气水平显著更少，从而指示更佳的整体除湿效果。
图11是根据一个实施方式与温度及微波功率两者比较的残余逸气的曲线图1100。具有2μm厚的氧化硅层的基板暴露于环境及随后使用本文所述的实施方式而被脱气。曲线图1100图示与温度(摄氏度)和作为最大功率百分比的变频微波功率相关连的残余逸气(采用原子单位)。
一般认为更高温度移除湿气更快。最初，温度与湿气逸气之间似乎存在相关性，其中，残余逸气信号随着温度和微波功率的增大而增大。然而，尽管温度持续增大，但残余逸气信号在约55分钟处显示下降，这与微波功率下降相关连。逸气尖峰(spike)在70分钟处进一步与微波功率尖峰相关连，这提供温度与用于脱气应用的微波效应的解耦(decoupling)的证据。
图12A是根据一个实施方式的基板处理方法的曲线图1200，所述图绘示恒定微波功率与所维持的温度。曲线图1200绘示在恒定功率位准下所传递的变频微波辐射，同时将基板温度维持在恒定位准。基板温度一般由主动冷却系统维持在恒定位准。借助维持温度恒定可使变频微波功率增大，由此减少热处理的处理时间。
图12B是根据一个实施方式的基板处理方法的曲线图1250，所述图绘示脉冲微波功率。在此实施方式中，基板经被动冷却，或冷却不足以使温度处于控制之下。因此，当变频微波功率被传递至基板时，温度与微波功率同量(commensurate)增大。一旦基板被加热至特定温度，此温度可以是基板或层的最高温度，则使基板得以冷却至第二温度。一旦达到第二温度，就重复工艺直至挥发性产物从层或基板中逸气。此工艺可重复多次以保证基板及层的适当脱气。
图13是绘示根据本文所述实施方式的经处理膜的泄漏电流密度的曲线图1300。曲线图1300绘示经变频微波辐射处理之前及之后的SiH4膜的泄漏电流性能。泄漏电流密度图示为以A/cm2的进行测量，及电场以MV/cm进行测量。曲线图1300图示变频微波处理改良泄漏电流性能达数量级(an order of magnitude)的大小(约10倍改良)。
图14是绘示根据本文所述实施方式的经处理的膜的折射率变化的曲线图1400。曲线图1400绘示40点等高线图，所述等高线图图示了基板表面的部分之间在变频微波辐射处理之前(RI前)及之后(RI后)的折射率(refractive index；RI)变化。既在处理之前又在处理之后，对同一基板及在基板上的同一测量位置处执行测量。如曲线图1400中所示，变频微波处理降低每一点处的折射率。同样，处理有助于改良基板上其他被测量的点之间的均匀性。
表2绘示包括含硅层的多个基板。使用上述变频微波辐射方法来处理这些含硅层。含硅层具有相同成分及厚度，及沉积在类似基板上。确定处理前及处理后的介电常数值。
表2
处理前的介电常数 处理后的介电常数
5.9102 5.4851
5.9123 5.4868
5.9287 5.4514
5.9691 5.4546
5.9869 5.4674
平均介电常数 5.94 5.47
在处理之前样品的介电常数值(K Pre)是5.9102、5.9123、5.9287、5.9691及5.9869。在处理之前，平均介电常数值是5.94。在使用上述方法的处理之后，样品的介电常数值是5.4851、5.4868、5.4514、5.4546及5.4674。在处理之后的平均介电常数值是5.47。介电常数值的下降指示所沉积的层中的水浓度下降。
本文所述的实施方式涉及用于使基板脱气的方法及设备。与标准热脱气单元相比，利用微波辐射可允许实现更低的温度及更高产的脱气程序。此外，微波脱气实施方式可包括单个腔室中的固化及脱气两者。此外，已发现可用于金属化的气体包括诸如H2O之类的聚集气体及产出气体，所述产出气体诸如是在聚合物/环氧树脂层的等离子体处理之后出现的气体。借助采用预释放基本步骤、孔密封基本步骤、或这两者的组合以作为基板脱气的部分，可在预金属化清洁之前从基板中移除所聚集的气体及产出气体两者。据信如上文所公开的脱气在随后的沉积基本步骤期间导致更高质量的金属特征。
一个实例可包括一种处理基板的方法。所述方法可包括将包含聚合物或环氧树脂的基板定位于处理腔室中的基板支撑件上，所述处理腔室包括冷却装置。基板可随后被维持在低于热脱气温度的温度。接着，变频微波辐射源可被引导成将微波辐射传递至基板。然后，变频微波辐射可被传递至基板，同时将基板温度维持在低于热脱气温度。挥发性化合物可随后从腔室中被移除。
所述方法可进一步包括使热脱气温度低于130摄氏度。
所述方法可进一步包括使冷却装置形成为结合基板支撑件。
所述方法可进一步包括使变频微波辐射的频率处于从5.85GHz至6.65GHz的范围中。
所述方法可进一步包括借助真空泵、惰性气体流、或这两者的组合来移除挥发性化合物。
所述方法可进一步包括在与冷却装置的冷却能力同量的功率位准下传递变频微波辐射。
所述方法可进一步包括在将基板维持在低于热脱气温度的温度之前将基板加热至热脱气温度达一段时间。
所述方法可进一步包括具有永久偶极矩的挥发性化合物。
所述方法可进一步包括使变频微波辐射具有变化间隔(interval of change)，其中每一变化间隔之后的每一频率与每一先前频率相差(vary)从200MHz至280MHz。
另一实例可包括一种处理基板的方法。所述方法可包括将具有聚合物层或环氧树脂层的基板定位于处理腔室中的基板支撑件上。随后可将基板维持在低于热脱气温度的温度。变频微波辐射源可随后被引导成将微波辐射传递至至少聚合物层或环氧树脂层。微波辐射可随后在极短时间内发生变化的频率下被传递至至少聚合物层或环氧树脂层，同时将基板的温度维持在低于热脱气温度。
所述方法可进一步包括使热脱气温度低于130摄氏度。
所述方法可进一步包括使变频微波辐射的频率处于从5.85GHz至6.65GHz的范围中。
所述方法可进一步包括极短时间是从20微秒至30微秒。
所述方法可进一步包括使变频微波辐射具有变化间隔，其中每一变化间隔之后的每一频率与每一先前频率相差从200MHz至280MHz。
所述方法可进一步包括将基板维持在100摄氏度与130摄氏度之间的温度。
另一实例可包括一种处理基板的方法。所述方法可包括将基板定位在处理腔室中，所述基板包含聚合物或环氧树脂。然后，可执行脉冲微波工艺。脉冲微波工艺可包括将变频微波辐射源传递至基板以作为第一功率位准，直至基板达到第一温度。脉冲微波工艺可进一步包括将基板冷却至第二温度。脉冲微波工艺可进一步包括从处理腔室中移除所释放的挥发性物质。脉冲微波工艺可重复一次或更多次，直至至少一种挥发性组分从基板中被移除。
所述方法可进一步包括使第一温度处于100摄氏度与200摄氏度之间。
所述方法可进一步包括将脉冲微波工艺重复至少4次。
所述方法可进一步包括使第二温度处于20摄氏度与30摄氏度之间。
所述方法可进一步包括使变频微波辐射的频率处于从5.85GHz至6.65GHz的范围中。
尽管前述内容针对本文所述的方法、装置及系统的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计这些方法、装置及系统的其他及更多实施方式，并且由下文的权利要求书来确定本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：
在基板的表面上沉积未固化层，所述未固化层包含聚合物；及
在物理气相沉积腔室中执行所述未固化层的硬固化，所述硬固化包括以下步骤：
将至少所述未固化层加热至从约85摄氏度到约95摄氏度的范围的脱气温度，所述脱气温度低于用于所述未固化层的硬固化温度；和
在变频下从微波辐射的来源将微波辐射传递至所述未固化层以将所述未固化层加热至所述硬固化温度，所述变频包括选自一频率范围的两个或更多个频率，所述变频在一时间段内变化，所述两个或更多个频率中的每一个与先前频率相差从200MHz至280MHz，所述变频中的所述变化在所述时间段期间以从20微秒至30微秒的时间间隔发生。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述硬固化温度在300摄氏度与400摄氏度之间。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括沉积种晶层。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
将所述物理气相沉积腔室设定至硬固化压力，其中所述硬固化压力低于100毫托。
5.一种用于处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：
在基板的表面上沉积未固化层，所述未固化层包含聚合物；
在物理气相沉积腔室中执行所述未固化层的软固化以形成软固化层，所述软固化包括将至少所述未固化层加热至脱气温度，所述脱气温度小于用于所述未固化层的硬固化温度；和
在物理气相沉积腔室中执行所述软固化层的硬固化，所述硬固化包括以下步骤：
在变频下从微波辐射的来源将微波辐射传递至所述未固化层以将所述未固化层加热至所述硬固化温度，其中所述变频在约5.85GHz到约7.0GHz之间。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述硬固化温度在300摄氏度与400摄氏度之间。
7.如权利要求5所述的方法，所述方法进一步包括：
将所述物理气相沉积腔室设定至硬固化压力，其中所述硬固化压力低于100毫托。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述变频包括两个或更多个频率，每一频率与先前频率相差从200MHz至280MHz。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述变频在一时间段内变化。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述时间段在6分钟与10分钟之间。
11.一种用于处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：
在基板的表面上沉积未固化层，所述未固化层包含聚合物、环氧树脂、或上述两者的组合；和
在物理气相沉积腔室中执行所述未固化层的硬固化，所述硬固化包括以下步骤：
将至少所述未固化层加热至从约85摄氏度到约95摄氏度的范围的脱气温度，所述脱气温度低于用于所述未固化层的硬固化温度；
将所述物理气相沉积腔室设定至硬固化压力，所述硬固化压力低于100毫托；和
在变频下从微波辐射的来源将微波辐射传递至所述未固化的层以将所述未固化层加热至所述硬固化温度，其中所述变频在一时间段内变化，并且其中所述脱气温度、所述硬固化温度和所述微波辐射结合作用以产生固化和脱气层。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述硬固化温度在300摄氏度与400摄氏度之间。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述变频包括两个或更多个频率，每一频率与先前频率相差从200MHz至280MHz。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述时间段在6分钟与10分钟之间。
15.如权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：
使惰性气体流入所述物理气相沉积腔室中，以清除所述物理气相沉积腔室中的逸气物质。
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