JP2009520342A - 誘電体膜を硬化させる多段階システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

誘電体膜を硬化させる多段階システム及び方法。当該システムは、前記誘電体膜中の、たとえば水分のような汚染物の量を減少させるように備えられた乾燥システムを有する。当該システムはさらに、前記誘電体膜を硬化させるために、前記乾燥システムと結合し、かつ紫外(UV)放射線及び赤外(IR)放射線によって前記誘電体膜を処理するように備えられた硬化システムを有する。

Description

本発明は、誘電体膜を処理する多段階システム及び方法に関する。より詳細には本発明は、誘電体膜の乾燥及び硬化をその場で行う多段階システム及び方法に関する。
半導体技術の当業者に知られているように、相互接続の遅延は、集積回路(IC)の速度及び性能の改善を制限する、ドライブ内の主要な因子である。相互接続の遅延を最小化する1つの方法は、IC素子内の金属ワイヤ用の絶縁体に低誘電率(low-k)材料を用いることによって相互接続のキャパシタンスを減少させることである。よって近年、low-k材料は、たとえば二酸化シリコンのような比較的高い誘電率を有する絶縁材料に取って代わるものとして開発されてきた。特にlow-k膜は、半導体素子中の金属ワイヤ間の層間及び層内膜に用いられる。それに加えて絶縁材料の誘電率をさらに減少させるため、孔を有する材料膜すなわち有孔性low-k誘電体膜が形成される。係るlow-k膜は、フォトレジストの塗布と同様のスピン・オン誘電体成膜(SOD)法、又は化学気相成長法(CVD)によって成膜されて良い。よってlow-k材料の使用は、既存の半導体製造プロセスにすぐ適応できる。
Low-k材料は従来の二酸化シリコンほどの強度はない。しかもLow-k材料の機械的強度は孔の導入によってさらに低下する。プラズマ処理中に有孔性low-k膜は容易に損傷を受けるので、機械強度を向上させるプロセスが必要となると思われる。有孔性low-k誘電体の材料強度を改善することは、集積を成功させる上で必要であるものと理解されている。機械強度を向上させるため、有孔性low-k膜をより強くし、かつ集積に適したものにするのに代替硬化方法が利用される。
ポリマーの硬化には、たとえばスピン・オン成膜(SOD)法又は気相成長法（化学気相成長法(CVD)のような）を用いて成膜される薄膜が処理されることで、その膜内で架橋が生じるプロセスが含まれる。硬化プロセス中では、フリーラジカルの重合は、架橋の基本経路であると理解されている。ポリマー鎖が架橋することで、たとえばヤング率、膜の硬度、破壊靱性、及び界面接合のような機械的特性が改善されることで、low-k膜の製造強度が改善される。
非常に小さな誘電率を有する有孔性誘電体膜を形成するのには様々な方法があるので、成膜後処理（硬化）の対象は膜によって変化して良い。そのような対象にはたとえば、水分の除去、溶媒の除去、有孔性絶縁膜中に孔を形成するのに用いられるポロジェンの燃焼除去、係る膜の機械的特性の改善等が含まれる。
米国特許第5738915号明細書 米国特許第5714437号明細書
低誘電率(low-k)材料は従来、CVD成膜された膜については300℃から400℃の温度範囲で熱的に硬化される。たとえば約2.5未満の誘電率を有する強くて密なlow-k膜の製造には、加熱炉による硬化で十分である。しかし熱処理（又は熱硬化）によって実現可能な架橋の程度は、強固な相互接続構造に適切な強度を有する膜の製造にはもはや不十分である。
熱硬化中、適当な量のエネルギーが膜に供給され、その際その膜は損傷を受けないことは特記すべきことである。しかし関心温度範囲内では、ほんのわずかな量のフリーラジカルしか生成できない。基板に熱を付与する際の熱エネルギー損失及び周辺環境中での熱の損失により、実際にはほんのわずかな量の熱エネルギーしか、硬化するlow-k膜中に吸収できない。従って典型的なlow-k膜の加熱炉硬化では、高温及び長い硬化時間が必要となる。熱収支が高い場合でさえも、熱硬化中での開始剤の生成が不足し、及び成膜されたlow-k膜中に多量のメチル終端が存在することで、必要程度の架橋を実現させることが非常に困難になると考えられる。
本発明の一の態様は、誘電体膜の処理に関する従来技術に係る上記問題及び他の問題を緩和又は解決することを可能にする。
本発明の他の態様は、誘電体膜を硬化させるため、その誘電体膜を処理することを可能にする。
本発明のさらに他の態様は、相互に接続した複数のプロセスモジュールを用いて、多段階乾燥及び硬化プロセスをその場で実行することによって、誘電体膜の処理を可能にする。
これら及び/又は他の態様の如何なるものも、本発明によって誘電体膜を処理する処理システムによって供されて良い。一の実施例では、基板上の誘電体膜を処理する処理システムは、前記誘電体膜上又は該膜中の汚染物量を減少させる乾燥プロセスを実行するように備えられた乾燥システム、及び、該乾燥システムと結合して硬化プロセスを実行するように備えられた硬化システムを有する。前記硬化システムは、前記誘電体膜を紫外(UV)放射線に曝露するように備えられたUV放射線源、及び、誘電体膜を赤外(IR)放射線に曝露するように備えられたIR放射線源を有する。当該システムは、前記乾燥システム及び前記硬化システムと結合する搬送システムを有する。前記搬送システムは、真空条件下で、前記乾燥システムと前記硬化システムの間で基板の交換を行うように備えられている。
他の実施例では、基板上の誘電体膜を処理する方法及びコンピュータでの読み取りが可能な媒体は、前記基板を乾燥システム内に設ける手順、前記誘電体膜上又は該膜中の汚染物量を（部分的に）除去するための乾燥プロセスに従って前記誘電体膜を乾燥する手順、真空条件を維持したままで前記基板を前記乾燥システムから硬化システムへ搬送する手順、及び前記誘電体膜をUV放射線とIR放射線に曝露することによって前記誘電体膜を硬化する手順を有する。
以降の説明では、本発明の完全な理解を助けるため、そして限定ではなく説明目的で、たとえば処理システムの具体的構成及び様々な部品の説明といったような具体的詳細について述べる。しかし本発明は、これらの具体的詳細から逸脱した他の実施例でも実施可能であることに留意して欲しい。
発明者らは、代替硬化法が熱硬化の欠点の一部を解決することを発見した。たとえば代替硬化法は、熱硬化プロセスと比較してより効率的にエネルギー付与を行う。たとえば加速電子、イオン、若しくは中性子のようなエネルギー粒子又はエネルギー光子の状態で見いだされる高いエネルギー準位は、low-k膜中の電子を容易に励起することができるので、効率的に化学結合を破壊して側鎖を解離する。これらの代替硬化法は、架橋開始剤（フリーラジカル）の生成を促進して、実際の架橋に必要なエネルギー付与を改善することができる。その結果、架橋の程度は、熱収支が減少しても増大しうる。
それに加えて発明者らは、膜の強度が超low-k(ULK)誘電体膜（約2.5未満の誘電率）の集積にとって重要な問題となるので、代替硬化法が、係る膜の機械的特性を改善しうると考えた。たとえば電子ビーム(EB)、紫外(UV)放射線、赤外(IR)放射線、及びマイクロ波(MW)放射線が、機械的強度を改善するためにULK膜を硬化させるのに用いられて良い。その一方でそのULK膜の誘電特性及び疎水性は犠牲にならない。
しかしたとえEB、UV、IR及びMW硬化全てが独自の利点を有するとしても、これらの方法には限界がある。たとえばEBやUVのような高エネルギー硬化源は、架橋するのにフリーラジカルよりも多いフリーラジカルを生成する高いエネルギー準位を供することができる。それにより相補的に基板を加熱しながら、機械的特性が顕著に改善される。他方電子及びUV光子は、化学結合を無差別に解離することで、望ましい膜の電気及び物理的特性に不利な影響を及ぼす恐れがある。不利な影響とはたとえば、疎水性の喪失、膜の残留応力の増大、有孔性構造の破壊、膜の緻密化、及び誘電率の上昇といったものである。さらにたとえばIRやMW硬化のような低エネルギーの硬化源は、大抵の場合において熱付与効率を顕著に改善することができる。しかしその一方で低エネルギーの硬化源は、たとえば表面緻密化(IR)、及びアーク放電又はトランジスタの損傷(MW)といった副作用を有する。
ここで図を参照する。図中同様の参照番号は、複数の図を通じて同一又は対応する部分を示す。図1Aは、本発明の一の実施例による、基板上の誘電体膜を処理する処理システム1を図示している。当該処理システム1は、乾燥システム10及び該乾燥システム10と結合する硬化システム20を有する。たとえば乾燥システム10は、誘電体膜中の1つ以上の汚染物を除去又は十分なレベルにまで減少させるように備えられて良い。汚染物にはたとえば、水分、溶媒、ポロジェン、又は硬化システム20内で実行される硬化プロセスを妨害する恐れのある他の汚染物が含まれる。
たとえば乾燥プロセス前後での誘電体膜内に存在する特定の汚染物の顕著な減少には、その特定の汚染物の約10%から約100%の減少が含まれる。汚染物が減少するレベルは、フーリエ変換赤外(FTIR)分光法又は質量分析法を用いて測定可能である。あるいはその代わりに、たとえば誘電体膜内に存在する特定の汚染物の顕著な減少とは、約50%から約100%の範囲であって良い。あるいはその代わりに、たとえば誘電体膜内に存在する特定の汚染物の顕著な減少とは、約80%から約100%の範囲であって良い。
さらに図1Aを参照すると、硬化システム20は、たとえば誘電体膜の機械的特性を改善するため、誘電体膜を硬化させるように備えられて良い。そのような硬化は、その誘電体膜内で架橋を（部分的に）生じさせることによって行われる。硬化システム20は2つ以上の放射線源を有して良い。その2つ以上の放射線源は、多種類の波長の電磁(EM)放射線に誘電体膜を有する基板を曝露するように備えられている。たとえば前記2つ以上の放射線源は、赤外(IR)放射線源及び紫外(UV)放射線源を有して良い。基板をIR放射線とUV放射線の両方に曝露するのは同時に、順次に、又は互いに重なった状況で行われて良い。順次曝露中、UV放射線への基板の曝露は、たとえばIR放射線への基板の曝露に先んじて良いし、又はその逆であっても良い。
たとえばIR放射線源は、約1μmから約25μm範囲のIR波長帯源を有して良い。そのIR波長帯源は、約8μmから約14μm範囲であることが望ましい。それに加えてたとえばUV放射線源は、約100ナノメートル(nm)から約600nm範囲の放射線を発生させるUV波長帯源を有して良い。そのUV波長帯源は、約200nmから約400nm範囲であることが望ましい。
発明者らは、エネルギー準位(hν)及びエネルギーが誘電体膜に供給される割合(q’)は、硬化プロセスの各異なる段階中に変化することを認識していた。硬化プロセスには、架橋開始剤の生成、ポロジェンの燃焼除去、ポロジェンの分解、膜の架橋、及び任意で架橋開始剤の拡散が含まれて良い。各機構は、エネルギーが誘電体膜へ供給されるような各異なるエネルギー準位及び割合を必要とすると考えられる。たとえば母体材料の硬化中、架橋開始剤は、母体材料内でのフォトン及びフォノン誘起結合解離を用いて生成されて良い。結合の解離は、約300又は400nm以下の波長を有するエネルギー準位を必要とするものと考えられる。それに加えてたとえば、ポロジェンの燃焼除去は、感光体によるフォトン吸収によって促進されて良い。ポロジェンの燃焼除去は、たとえば約300から400nm以下の波長のようなUV波長を必要とするものと考えられる。さらにたとえば、架橋は、結合の形成及び再構成に十分な熱エネルギーによって促進されて良い。結合の形成と再構築のいずれも約9μmの波長を有し、その波長はシリコンベースのオルガノシリケートlow-k材料の主吸収ピークに対応する。
被処理基板は、半導体、金属導体、又は上に誘電体膜が形成される他の基板であって良い。（乾燥及び/若しくは硬化前、乾燥及び/若しくは硬化後の）誘電体膜の誘電率は、約4である（たとえば熱二酸化シリコンの誘電率は3.8から3.9の範囲であって良い）SiO2の誘電率未満であって良い。本発明の様々な実施例では、（乾燥及び/若しくは硬化前、乾燥及び/若しくは硬化後の）誘電体膜の誘電率は、3.0未満であって良く、2.5未満であって良く、又は1.6から2.7の範囲であって良い。誘電体膜は、low-k膜又は超low-k膜として記載されて良い。誘電体膜はたとえば2相の有孔性low-k膜を有して良い。その2相の有孔性low-k膜の誘電率は、ポロジェンが燃焼除去された後よりも燃焼除去される前の方が大きい。それに加えて誘電体膜は水分及び/又は他の汚染物を有して良い。水分及び/又は他の汚染物のため、乾燥及び/又は硬化前の膜の誘電率は、乾燥及び/又は硬化後の値よりも大きくなる。
誘電体膜は、化学気相成長(CVD)法又はスピン・オン誘電体成膜(SOD)法を用いて形成されて良い。SOD法は、東京エレクトロン株式会社から販売されているクリーントラック（Clean Track）ACT 8 SOD及びACT 12 SODコーティングシステムによって提供される。クリーントラックACT 8(200mm)及びACT 12(300mm)コーティングシステムは、SOD材料のコーティング、ベーキング、及び硬化用ツールを供する。トラックシステムは、100mm、200mm、300mm及びそれ以上のサイズの基板を処理するように備えられて良い。スピン・オン誘電体成膜法とCVD誘電体成膜法の当業者に知られた基板上に誘電体膜を形成する他のシステム及び方法も本発明に適している。
たとえば誘電体膜は、低誘電率（すなわちlow-k）誘電体膜として特徴付けられて良い。誘電体膜は、有機、無機、及び無機-有機ハイブリッド材料の少なくとも1つを有して良い。それに加えて誘電体膜は有孔性であっても良いし、又は非有孔性であっても良い。たとえば誘電体膜は、CVD法を用いて成膜された酸化オルガノシラン（又はオルガノシロキサン）のような無機のシリケートベース材料を有して良い。係る膜の例には、アプライドマテリアルズ（Applied Materials）社から販売されているブラックダイアモンド（商標）CVDオルガノシリケートガラス(OSG)膜、又はノベラスシステムズ（Novellus Systems）から販売されているコーラル(Coral)（商標）CVD膜が含まれる。それに加えてたとえば、有孔性誘電体膜は、1相組織材料を有して良い。1相組織材料とはたとえば終端部有機側鎖を有するシリコン酸化物ベースの母体である。終端部有機側鎖は、硬化プロセス中に架橋を抑制して、小さな気泡（すなわち孔）を形成する。それに加えてたとえば、有孔性誘電体膜は、2相組織材料を有して良い。2相組織材料とは、たとえば硬化プロセス中に分解及び蒸発する有機材料（たとえばポロジェン）を含むシリコン酸化物ベースの母体である。あるいはその代わりに誘電体膜は、水素シルセスキオキサン(HSQ)又はメチルシルセスキオキサン(MSQ)のような、SOD法を用いて成膜された無機のシリケートベース材料を有して良い。係る膜の例には、ダウコーニング（Dow Corning）社から販売されているFOX HSQ、ダウコーニング（Dow Corning）社から販売されているXLK-有孔性HSQ、及びJSRマイクロエレクトロニクス(JSR Microelectronics)社から販売されているJSR LKD-5109が含まれる。あるいはその代わりに、誘電体膜は、SOD法を用いて成膜された有機材料を含んで良い。係る膜の例には、ダウケミカル（Dow Chemical）から販売されているSiLK-I、SiLK-J、SiLK-H、SiLK-D、有孔性SiLK-T、有孔性SiLK-Y、及び有孔性SiLK-Z半導体用誘電体樹脂、並びにハネウエル(Honeywell)社から販売されているフレア(FLARE)（商標）及びナノガラス(Nano-glass)が含まれる。
また図1Aに図示されているように、基板を乾燥システム10及び硬化システム20に対して搬入出し、かつ多要素製造システム40によって基板を交換するため、搬送システム30は乾燥システム10と結合して良い。搬送システム30は、基板を乾燥システム10及び硬化システム20に対して搬入出させることを可能にしながら、真空状態を維持している。乾燥システム10、硬化システム20、及び搬送システム30はたとえば、多要素製造システム40内の処理要素を含んで良い。たとえば多要素製造システム40は、処理要素に対する基板の搬入出を可能にする。処理要素には、エッチングシステム、成膜システム、コーティングシステム、パターニングシステム、計測システム等の装置が含まれる。第1システムで行われるプロセスと第2システムで行われるプロセスとを隔離するため、隔離集合体50が、各システムを結合するのに用いられて良い。たとえば隔離集合体50は、熱隔離するための熱隔離集合体、及び真空隔離するためのゲートバルブ集合体のうちの少なくとも1を有して良い。乾燥システム10、硬化システム20、及び搬送システム30は如何なる順序で設けられても良い。
あるいはその代わりに本発明の他の実施例では、図1Bは、基板上の誘電体膜を処理する処理システム100を図示している。処理システム100は、乾燥システム110と硬化システム120の“クラスタツール”構成を含む。たとえば乾燥システム110は、誘電体膜中の1つ以上の汚染物を除去又は十分なレベルにまで減少させるように備えられて良い。汚染物にはたとえば、水分、溶媒、ポロジェン、又は硬化システム20内で実行される硬化プロセスを妨害する恐れのある他の汚染物が含まれる。それに加えてたとえば硬化システム120は、たとえば誘電体膜の機械的特性を改善するため、誘電体膜を硬化させるように備えられて良い。そのような硬化は、その誘電体膜内で架橋を（部分的に）生じさせることによって行われる。さらに処理システム100はさらに、硬化した誘電体膜を改質するように備えられた後処理システム140を任意で有して良い。たとえば後処理システム140は、後続の膜の接合を促進するため、又は疎水性を改善するため、誘電体膜上に他の膜をスピンコーティング又は気相成長する手順を有して良い。あるいはその代わりにたとえば、接合の促進は、後処理システム内で、イオンによって誘電体膜を軽く照射することにより実現されて良い。
また図1Bに図示されているように、搬送システム130は、基板を乾燥システム110に対して搬入出するために乾燥システム110と結合し、基板を硬化システム120に対して搬入出するために硬化システム120と結合し、かつ基板を後処理システム140に対して搬入出するために後処理システム140と結合して良い。搬送システム130は、真空環境を維持しながら、乾燥システム110、硬化システム120、及び任意で後処理システム140に対して基板を搬入出することができる。
それに加えて搬送システム130は、1つ以上のカセット（図示されていない）で基板を交換することができる。図1Bには2,3の処理システムしか図示されていないとはいえ、他の処理システムも搬送システム130とアクセスして良い。他の処理システムとはたとえば、エッチングシステム、成膜システム、コーティングシステム、パターニングシステム、計測システム等を含む。乾燥システム及び硬化システムで行われるプロセスを隔離するため、隔離集合体150が、各システムを結合させるのに用いられて良い。たとえば隔離集合体150は、熱的に隔離する熱隔離集合体、及び真空隔離を行うゲートバルブ集合体をうちの少なくとも1つを有して良い。それに加えてたとえば搬送システム130は、隔離集合体150の一部として機能して良い。
あるいはその代わりに本発明の他の実施例では、図1Cは、基板上の誘電体膜を処理する処理システム200を図示している。処理システム200は、乾燥システム210及び硬化システム220を有する。たとえば乾燥システム210は、誘電体膜中の1つ以上の汚染物を除去又は十分なレベルにまで減少させるように備えられて良い。汚染物にはたとえば、水分、溶媒、ポロジェン、又は硬化システム220内で実行される硬化プロセスを妨害する恐れのある他の汚染物が含まれる。それに加えてたとえば硬化システム220は、たとえば誘電体膜の機械的特性を改善するため、誘電体膜を硬化させるように備えられて良い。そのような硬化は、その誘電体膜内で架橋を（部分的に）生じさせることによって行われる。さらに処理システム200はさらに、硬化した誘電体膜を改質するように備えられた後処理システム240を任意で有して良い。たとえば後処理システム240は、後続の膜の接合を促進するため、又は疎水性を改善するため、誘電体膜上に他の膜をスピンコーティング又は気相成長する手順を有して良い。あるいはその代わりにたとえば、接合の促進は、後処理システム内で、イオンによって誘電体膜を軽く照射することにより実現されて良い。
乾燥システム210、硬化システム220、及び後処理システム240は、水平に配置されても良いし、又は垂直に（積層して）配置されても良い。また図1Cに図示されているように、搬送システム230は、基板を乾燥システム210に対して搬入出するために乾燥システム210と結合し、基板を硬化システム220に対して搬入出するために硬化システム220と結合し、かつ基板を後処理システム240に対して搬入出するために後処理システム240と結合して良い。搬送システム230は、真空環境を維持しながら、乾燥システム210、硬化システム220、及び任意で後処理システム240に対して基板を搬入出することができる。
それに加えて搬送システム230は、図1Cには1つ以上のカセット（図示されていない）で基板を交換することができる。2,3の処理システムしか図示されていないとはいえ、他の処理システムも搬送システム230とアクセスして良い。他の処理システムとはたとえば、エッチングシステム、成膜システム、コーティングシステム、パターニングシステム、計測システム等を含む。乾燥システム及び硬化システムで行われるプロセスを隔離するため、隔離集合体250が、各システムを結合させるのに用いられて良い。たとえば隔離集合体250は、熱的に隔離する熱隔離集合体、及び真空隔離を行うゲートバルブ集合体をうちの少なくとも1つを有して良い。それに加えてたとえば搬送システム230は、隔離集合体250の一部として機能して良い。
図1Aに図示されている処理システム1の乾燥システム10及び硬化システム20のうちの少なくとも1つは、基板が通過できる少なくとも2つの搬送開口部を有する。たとえば図1Aに図示されているように、乾燥システム10は2つの搬送開口部を有し、第1搬送開口部は基板が乾燥システム10と搬送システム30の間を通過することを可能にし、かつ第2搬送開口部は基板が乾燥システム10と硬化システム20の間を通過することを可能にする。しかし図1Bに図示された処理システム100と図1Cに図示された処理システム200については、各処理システム110、120、140、及び210、220、240は、基板が通過できる少なくとも1つの搬送開口部を有する。
ここで図2を参照すると、本発明の他の実施例による乾燥システム300が図示されている。乾燥システム300は乾燥チャンバ310を有する。乾燥チャンバ310は、基板ホルダ320上に設けられた基板を乾燥するための清浄でかつ汚染物のない環境をつくるように備えられている。乾燥システム300は熱処理装置330を有して良い。熱処理装置330は、乾燥チャンバ310又は基板ホルダ320と結合し、かつ基板温度を上昇させることによって、たとえば水分、残留溶媒等の汚染物を蒸発させるように備えられている。さらに乾燥システム300はマイクロ波処理装置340を有して良い。マイクロ波処理装置340は、乾燥チャンバ310と結合し、かつ振動電場の存在下で汚染物を局所的に加熱するように備えられている。乾燥プロセスは、基板325上の誘電体膜の乾燥を助けるのに、熱処理装置330及び/又はマイクロ波処理装置340を利用して良い。
熱処理装置330は、電源及び温度制御装置と結合する基板ホルダ320内に埋め込まれた1つ以上の導電性加熱素子を有して良い。たとえば各加熱素子は、電力を供給するように備えられた電源と結合する抵抗加熱素子を有して良い。あるいはその代わりに熱処理装置330は、電源及び制御装置と結合した1つ以上の放射加熱素子を有して良い。たとえば各放射加熱素子は、電力を供給するように備えられた電源と結合する加熱ランプを有して良い。基板325の温度はたとえば、約20℃から約500℃の範囲であり、望ましくは約200℃から約400℃の範囲である。
マイクロ波処理源340は、周波数帯域にわたってマイクロ波周波数を掃引するように備えられた可変マイクロ波源を有して良い。周波数が変化することで電荷の蓄積が防止される。従ってそのような周波数の変化によって、影響を受けやすいエレクトロニクス素子に対して損傷を起こさないマイクロ波乾燥法を適用することが可能となる。
一例では、乾燥システム300は、可変周波数マイクロ波装置と熱処理装置の両方を組み込んだ乾燥システムを有して良い。そのような乾燥システムとはたとえば、ラムダテクノロジー（Lambda Technologies）社から販売されているマイクロ波加熱炉である。さらなる詳細については、マイクロ波加熱炉が特許文献1に記載されている。
基板ホルダ320は、基板325を固定するように備えられても良いし、又は固定するように備えられていなくても良い。たとえば基板ホルダ320は、機械的又は電気的に基板325を固定するように備えられて良い。
再度図2を参照すると、乾燥システム300は気体注入システム350をさらに有して良い。気体注入システム350は、乾燥チャンバ310と結合し、かつ乾燥チャンバ310へパージガスを導入するように備えられている。パージガスはたとえば、希ガス又は窒素のような不活性ガスを有して良い。それに加えて乾燥システム300は真空排気システム355を有して良い。真空排気システム355は、乾燥チャンバ310と結合し、かつ乾燥チャンバ310を排気するように備えられている。乾燥プロセス中、基板325は、真空環境であろうとなかろうと、不活性ガス環境に影響下にあって良い。
さらに乾燥システム300は、乾燥チャンバ310と結合する制御装置360、基板ホルダ320、熱処理装置330、マイクロ波処理装置340、気体注入システム350、及び真空排気システム355を有して良い。制御装置360は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルI/Oポートを有する。そのデジタルI/Oポートは、乾燥システム300からの出力を監視するだけではなく、乾燥システム300とのやり取り、及び乾燥システム300へ入力を与えるのに十分な制御電圧を生成することができる。メモリ内に記憶されたプログラムは、記憶されたプロセスレシピに従って乾燥システム300と相互作用するのに利用される。制御装置360は、如何なる数の処理構成要素（310、320、330、340、350又は355）を構成するのに用いられても良い。制御装置360は、処理構成要素からのデータを収集し、提供し、処理し、記憶し、及び表示して良い。制御装置360は、1つ以上の処理構成要素を制御する多数の用途を含んで良い。たとえば制御装置360はグラフィックユーザーインターフェース(GUI)部品（図示されていない）を有して良い。GUI部品は、ユーザーが1つ以上の処理構成要素を監視及び/又は制御できるようにするインターフェースを供することができる。
ここで図3を参照すると、本発明の他の実施例による硬化システム400が図示されている。硬化システム400は硬化チャンバ410を有する。硬化チャンバ410は、基板ホルダ420上に設けられた基板を硬化するための清浄でかつ汚染物のない環境をつくるように備えられている。硬化システム400は2つ以上の放射線源を有して良い。その2つ以上の放射線源は、多種類の波長の電磁(EM)放射線に誘電体膜を有する基板425を曝露するように備えられている。前記2つ以上の放射線源は、赤外(IR)放射線源440及び紫外(UV)放射線源445を有して良い。基板をIR放射線とUV放射線の両方に曝露するのは同時に、順次に、又は互いに重なった状況で行われて良い。
IR放射線源440は、広帯域IR源を有しても良いし、又は狭帯域IR源を有しても良い。IR放射線源440は、1つ以上のIRランプ、若しくは1つ以上のIRレーザー（連続波(CW)、波長可変又はパルス）、又はこれらの結合を有して良い。IR出力の範囲は、約0.1mWから約2000Wであって良い。IR放射線の波長の範囲は、約1μmから約25μmであって良く、望ましくは約8μmから約14μmであって良い。たとえばIR放射線源440は、セラミック素子又はシリコンカーバイド素子のような、約1μmから約25μmの範囲のスペクトル出力を有するIR素子を有して良い。あるいはIR放射線源440は、半導体レーザー（ダイオード）、イオンレーザー、Ti:サファイアレーザー、又は光パラメトリック増幅を有する色素レーザーを有して良い。
UV放射線源445は、広帯域UV源を有しても良いし、又は狭帯域UV源を有しても良い。UV放射線源445は、1つ以上のUVランプ、若しくは1つ以上のUVレーザー（連続波(CW)、波長可変又はパルス）、又はこれらの結合を有して良い。UV放射線は、たとえばマイクロ波源、アーク放電、誘電バリア放電、又は電子衝突によって発生させることができる。UV出力密度の範囲は、約0.1mW/cm2から約2000W/cm2であって良い。UV波長の範囲は、約100ナノメートル(nm)から約600nmであって良く、望ましくは約200nmから約400nmであって良い。たとえばUV放射線源445は、重水素(D2)ランプのような、約180nmから約500nmの範囲のスペクトル出力を有する直流(DC)又はパルスランプを有して良い。あるいはUV放射線源445は、半導体レーザー（ダイオード）、（窒素）気体レーザー、3倍周波数Nd:YAGレーザー、又はCu蒸気レーザーを有して良い。
IR放射線源440及び/又はUV放射線源445は、出力放射線の1つ以上の特性を調節するための光学素子を有して良い。たとえば各放射線源は、光ファイバ、光学レンズ、ビームエキスパンダ、ビームコリメータ等をさらに有して良い。光学及びEM波の伝播についての当業者に既知である係る光学操作は、本発明に適している。
基板ホルダ420はさらに、基板425の温度を上昇及び/又は制御できるように備えられた温度制御システムを有して良い。温度制御システムは熱処理装置430の一部であって良い。基板ホルダ420は、電源及び温度制御装置と結合し、かつ中に埋め込まれた1つ以上の導電性加熱素子を有して良い。たとえば各加熱素子は、電力を供給するように備えられた電源と結合する抵抗加熱素子を有して良い。基板ホルダ420は任意で、1つ以上の放射加熱素子を有して良い。基板425の温度はたとえば、約20℃から約500℃の範囲であり、望ましくは約200℃から約400℃の範囲である。
再度図3を参照すると、硬化システム400は気体注入システム450をさらに有して良い。気体注入システム450は、硬化チャンバ410と結合し、かつ硬化チャンバ410へパージガスを導入するように備えられている。パージガスはたとえば、希ガス又は窒素のような不活性ガスを有して良い。あるいはその代わりにパージガスは、たとえばH2、NH3、CxHy又はこれらの混合ガスのような他のガスを含んでも良い。それに加えて硬化システム400は真空排気システム455を有して良い。真空排気システム455は、硬化チャンバ410と結合し、かつ硬化チャンバ410を排気するように備えられている。乾燥プロセス中、基板425は、真空環境であろうとなかろうと、不活性ガス環境に影響下にあって良い。
さらに硬化システム400は、硬化チャンバ410と結合する制御装置460、基板ホルダ420、熱処理装置430、IR放射線源440、UV放射線源445、気体注入システム450、及び真空排気システム455を有して良い。制御装置460は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルI/Oポートを有する。そのデジタルI/Oポートは、硬化システム400からの出力を監視するだけではなく、硬化システム400とのやり取り、及び硬化システム400へ入力を与えるのに十分な制御電圧を生成することができる。メモリ内に記憶されたプログラムは、記憶されたプロセスレシピに従って乾燥システム300と相互作用するのに利用される。制御装置360は、如何なる数の処理構成要素（410、420、430、440、450又は455）を構成するのに用いられても良い。制御装置460は、処理構成要素からのデータを収集し、提供し、処理し、記憶し、及び表示して良い。制御装置460は、1つ以上の処理構成要素を制御する多数の用途を含んで良い。たとえば制御装置460はグラフィックユーザーインターフェース(GUI)部品（図示されていない）を有して良い。GUI部品は、ユーザーが1つ以上の処理構成要素を監視及び/又は制御できるようにするインターフェースを供することができる。
制御装置360及び460は、デルコーポレーションから販売されているDELL PRECISION WORKSTATION610（商標）で実装されて良い。制御装置360及び460はまた、汎用コンピュータ、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ等で実装されても良い。その制御装置は、基板処理装置に、コンピュータによる読み取りが可能な媒体から制御装置に格納されている1以上の命令に係る1以上のシーケンスを実行する制御装置360及び460に応答して、本発明に係る処理工程の一部又は全部を実行させる。コンピュータによる読み取りが可能な媒体又はメモリは、本発明の教示に従ってプログラミングされた命令を保持し、かつ本明細書に記載されたデータ構造、テーブル、レコード又は他のデータを有する。コンピュータによる読み取りが可能な媒体の例には、コンパクトディスク（たとえばCD-ROM）若しくは他の光学式媒体、ハードディスク、フロッピーディスク、テープ、磁気光学ディスク、PROMs（EPROM、EEPROM、フラッシュEPROM）、DRAM、SRAM、SDRAM若しくは他の磁気媒体、パンチカード、紙テープ若しくは穴のパターンを有する他の物理媒体、又は搬送波（後述）若しくはコンピュータによる読み取りが可能な他の媒体がある。
制御装置360及び460は、乾燥システム300及び硬化システム400に対して局所的に設置されても良いし、又はインターネット又はイントラネットを介して乾燥システム300及び硬化システム400に対して離れた場所に設置されても良い。よって制御装置360及び460は、直接接続、イントラネット、インターネット及びワイヤレス接続のうちの少なくとも1を用いることによって乾燥システム300及び硬化システム400とのデータのやり取りをして良い。制御装置360及び460は、たとえば顧客側（つまりデバイスメーカー等）のイントラネットと結合して良いし、又はたとえば売り手側（つまり装置製造者等）のイントラネットと結合しても良い。さらに別なコンピュータ（つまり制御装置、サーバー等）が、たとえば制御装置とアクセスすることで、直接接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも1つを介してデータのやり取りをして良い。
ここで図4を参照すると、他の実施例による基板上の誘電体膜の処理方法が記載されている。当該方法は、510において第1処理システム内で基板上の誘電体膜を乾燥させる手順から始まるフローチャート500を有する。第1処理システムは乾燥システムを有する。その乾燥システムは、誘電体膜中の1つ以上の汚染物を（部分的に）除去するように備えられて良い。汚染物にはたとえば、水分、溶媒、ポロジェン、又は後続の硬化プロセスを妨害する恐れのある他の汚染物が含まれる。第2処理システムは硬化システムを有する。その硬化システムは、たとえば誘電体膜の機械的特性を改善するため、誘電体膜を硬化させるように備えられて良い。そのような硬化は、その誘電体膜内で架橋を（部分的に）生じさせることによって行われる。乾燥プロセス後、基板は、汚染を最小限にするため真空環境下で、第1処理システムから第2処理システムへ搬送されて良い。そこで基板は、UV放射線及びIR放射線に曝露される。それに加えて、乾燥プロセス及び硬化プロセスに続いて、誘電体膜は、硬化した誘電体膜を改質するように備えられた後処理システム内で任意に後処理されて良い。たとえば後処理には、後続の膜の接合を促進するため、又は疎水性を改善するため、誘電体膜上に他の膜をスピンコーティング又は気相成長させる手順を有して良い。あるいはその代わりに、たとえば接合の促進は、後処理システム内で、誘電体膜にイオンを軽く照射することによって実現可能である。本発明に適すると思われるそのような後処理の1つが特許文献2に記載されている。
たとえ本発明のある典型的実施例のみが上で詳細に説明されたとしても、当業者は、本発明の新規な教示及び利点からほとんど逸脱することなく、多くの修正型が可能であることをすぐに理解する。従って多くの係る修正型は、本発明の技術的範囲内に含まれるものと解される。
A-Cは、本発明の実施例による乾燥システム及び硬化システムの搬送システムを概略的に表したものである。 本発明の他の実施例による乾燥システムの概略的断面図である。 本発明の他の実施例による硬化システムの概略的断面図である。 本発明のさらに他の実施例による誘電体膜の処理方法のフローチャートである。

Claims (29)

  1. 基板上の誘電体膜を処理する処理システムであって、
    前記誘電体膜上又は該膜中の汚染物量を減少させる乾燥プロセスを実行するように備えられた乾燥システム、
    前記誘電体膜を紫外(UV)放射線に曝露するように備えられたUV放射線源、及び前記誘電体膜を赤外(IR)放射線に曝露するように備えられたIR放射線源を有する、前記乾燥システムと結合して硬化プロセスを実行するように備えられた硬化システム、並びに
    真空条件下で前記乾燥システムと前記硬化システムの間で前記基板の交換を行うように備えられた、前記乾燥システム及び前記硬化システムと結合する搬送システム、
    を有する処理システム。
  2. 前記IR放射線源が、約1μmから約25μm範囲のIR波長帯源を有する、請求項1に記載の処理システム。
  3. 前記IR放射線源は、約8μmから約14μm範囲のIR波長帯源を有する、請求項1に記載の処理システム。
  4. 前記UV放射線源は、約100nmから約600nm範囲のUV波長帯源を有する、請求項1に記載の処理システム。
  5. 前記UV放射線源は、約200nmから約400nm範囲のUV波長帯源を有する、請求項1に記載の処理システム。
  6. 前記IR放射線源は、広帯域放射線源、若しくは狭帯域放射線源、又はこれらを組み合わせたものを有する、請求項1に記載の処理システム。
  7. 前記IR放射線源は、1つ以上のIRランプ、若しくは1つ以上のIRレーザー、又はこれらの結合を有する、請求項1に記載の処理システム。
  8. 前記UV放射線源は、広帯域UV源、若しくは狭帯域UV源、又はこれらを組み合わせたものを有する、請求項1に記載の処理システム。
  9. 前記UV放射線源は、1つ以上のUVランプ、若しくは1つ以上のUVレーザー、又はこれらの結合を有する、請求項1に記載の処理システム。
  10. 前記乾燥システムが、
    前記乾燥プロセスを補助する乾燥チャンバ、
    該乾燥チャンバと結合して、前記乾燥チャンバ内で前記基板を支持するように備えられた基板ホルダ、及び
    前記乾燥チャンバと結合して、前記基板上の前記誘電体膜を乾燥させるように備えられた熱処理装置、
    を有する、
    請求項1に記載の処理システム。
  11. 前記熱処理装置は、前記基板ホルダと結合する温度制御素子を有する、請求項10に記載の処理システム。
  12. 前記温度制御素子は抵抗加熱素子を有する、請求項11に記載の処理システム。
  13. 前記熱処理装置は、前記基板の温度を約200℃から約400℃の範囲で上昇させるように備えられた、請求項10に記載の処理システム。
  14. 前記マイクロ波処理装置は、前記乾燥チャンバと結合する可変周波数マイクロ波源を有する、請求項10に記載の処理システム。
  15. 前記乾燥チャンバは、該乾燥チャンバへパージガスを供給するように備えられた気体注入システムを有する、請求項10に記載の処理システム。
  16. 前記気体注入システムは、希ガス又は窒素を前記乾燥チャンバへ供給するように備えられた、請求項15に記載の処理システム。
  17. 前記硬化システムは、
    前記硬化プロセスを補助する硬化チャンバ、
    該硬化チャンバと結合して、前記硬化チャンバ内で前記基板を支持するように備えられた基板ホルダ、及び
    前記硬化チャンバと結合して、前記基板上の前記誘電体膜を加熱するように備えられた温度制御システム、
    をさらに有する、
    請求項1に記載の処理システム。
  18. 前記温度制御システムは、前記基板ホルダと結合する温度制御素子を有する、請求項17に記載の処理システム。
  19. 前記温度制御素子は抵抗加熱素子を有する、請求項18に記載の処理システム。
  20. 前記温度制御システムは、前記基板の温度を約200℃から約400℃の範囲で上昇させるように備えられた、請求項17に記載の処理システム。
  21. さらに後処理システムを有する処理システムであって、
    前記後処理システムは、前記搬送システムと結合し、かつ前記硬化プロセスに続いて前記誘電体膜を処理するように備えられた、
    請求項1に記載の処理システム。
  22. 前記後処理システムが、エッチングシステム、成膜システム、気相成長システム、スピン・オン成膜システム、真空プロセスシステム、プラズマ処理システム、清浄システム、又は熱処理システムのうちの1つ以上を有する、請求項21に記載の処理システム。
  23. 基板上の誘電体膜を処理する方法であって、
    前記基板を乾燥システム内に設置する手順、
    前記誘電体膜上又は該膜中の汚染物量を（部分的に）除去するための乾燥プロセスに従って前記誘電体膜を乾燥する手順、
    真空条件を維持したままで前記基板を前記乾燥システムから硬化システムへ搬送する手順、及び
    前記誘電体膜をUV放射線とIR放射線に曝露することによって前記誘電体膜を硬化する手順、
    を有する方法。
  24. 前記の誘電体膜をUV放射線に曝露する手順は、1つ以上のUVランプ、若しくは1つ以上のUVレーザー、又は前記UVランプとUVレーザーの両方からのUV放射線に前記誘電体膜を曝露する手順を有する、請求項23に記載の方法。
  25. 前記の誘電体膜をIR放射線に曝露する手順は、1つ以上のIRランプ、若しくは1つ以上のIRレーザー、又は前記IRランプとIRレーザーの両方からのIR放射線に前記誘電体膜を曝露する手順を有する、請求項23に記載の方法。
  26. 前記誘電体膜上に他の膜を成膜する手順、前記誘電体膜を清浄にする手順、又は前記誘電体膜をプラズマに曝露する手順のうちの1つ以上の手順を実行することによる前記硬化に続いて、前記誘電体膜を処理する手順をさらに有する、請求項23に記載の方法。
  27. 前記設置、乾燥、搬送、及び硬化のうちの少なくとも1つの手順が、low-k誘電体膜を処理する手順を有する、請求項23に記載の方法。
  28. コンピュータシステム上での実行についてのプログラム命令を有するコンピュータでの読み取りが可能な媒体であって、前記プログラム命令は、前記コンピュータシステムによって実行されるときに、前記コンピュータシステムに、
    前記基板を乾燥システム内に設置する手順、
    前記誘電体膜上又は該膜中の汚染物量を（部分的に）除去するための乾燥プロセスに従って前記誘電体膜を乾燥する手順、
    真空条件を維持したままで前記基板を前記乾燥システムから硬化システムへ搬送する手順、及び
    前記誘電体膜をUV放射線とIR放射線に曝露することによって前記誘電体膜を硬化する手順、
    を実行させる、
    コンピュータでの読み取りが可能な媒体。
  29. 前記プログラム命令は、前記コンピュータシステムに、前記設置、乾燥、搬送、及び硬化のうちの少なくとも1つの手順中にlow-k誘電体膜を処理する手順を実行させる、請求項28に記載のコンピュータでの読み取りが可能な媒体。




















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