TWI650827B - 半導體薄膜製造之變頻微波製程及應用 - Google Patents

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Abstract

本文描述用於處理基板之方法及設備。真空多腔室沉積工具可包含具有加熱機構及變頻微波源兩者之脫氣腔室。本文所述之方法使用變頻微波輻射以在不損害各個組件之情況下提高脫氣製程之品質及速度。

Description

半導體薄膜製造之變頻微波製程及應用
本文所述之實施例一般係關於用於使用微波輻射進行基板處理之設備及方法。
薄膜是半導體裝置之主要組件。用於半導體工業之典型薄膜可具有多孔介電質、低電阻金屬、聚合材料及高介電常數介電質之形式。在倒裝晶片及晶圓級封裝期間，大量聚合物經圖案化及用作凸塊下金屬化(Under-Bump Metallization; UBM)或再分配層(redistribution layer; RDL)金屬化基本步驟之前的再鈍化層。另一實例是高孔隙率及低介電常數之介電質，該介電質廣泛用作高效能半導體裝置中之金屬間介電薄膜。
圖案化聚合物膜顯影之後的典型製程流程包括薄膜固化及後續之UBM/RDL物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)。在典型處理中，在單獨的設施上執行聚合薄膜固化及PVD阻障層晶種沉積。固化製程通常是在習用烘箱中以熱方式完成的。此方式在製程之間引入真空破除，從而導致聚合薄膜中發生吸濕。
如若介電薄膜中吸附之氣體雜質（例如H2 O）在金屬沉積之前未經移除，則該等雜質將在PVD製程期間由於在電漿製程期間達到的更高溫度而逸氣。因此，基板將應經脫氣以阻止逸氣雜質影響PVD金屬層之品質。例如，鉭在存在某些雜質之情況下可形成氧化鉭，氧化鉭並非用以阻止銅擴散之最優阻障層材料。在另一實例中，諸如為了封裝金屬化（例如UBM應用），如若在預清潔基本步驟（藉由濺射蝕刻清潔）之前未移除H2 O，則將發生H2 O之逸氣，從而導致諸如氧化鋁之其他不當氧化物之形成。氧化鋁可形成於鋁結合襯墊之上，從而產生不良的高接觸電阻。
由此，該項技術持續需要容許薄膜高效固化及同時將吸氣及吸濕降至最低之方法及設備。
進一步，由於化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)製程的性質，諸如來自化學反應或殘餘氣體副產物之雜質之倂入將顯著影響所得薄膜特性。例如，諸如濕氣(H2 O)及CO之雜質可能誤倂入至多孔低介電常數介電質中，從而將提高介電常數值。在典型的半導體製程流程中，PVD金屬薄膜通常沉積在介電層或聚合緩衝層上。
如若介電薄膜中吸附之氣體雜質（例如H2 O）在金屬沉積之前未經移除，則該等雜質將在PVD製程期間由於在電漿製程期間達到的更高溫度而逸氣。因此，逸氣雜質可影響PVD金屬層之品質。例如，鉭在存在某些雜質之情況下可形成氧化鉭，氧化鉭並非用以阻止銅擴散之最優阻障層材料。在另一實例中，諸如為了封裝金屬化（例如UBM應用），如若在預清潔基本步驟（藉由濺射蝕刻清潔）之前未移除H2 O，則將發生H2 O之逸氣，從而導致諸如氧化鋁之其他不當氧化物之形成。氧化鋁可形成於鋁結合襯墊之上，從而產生不良的高接觸電阻。
為避免在PVD製程期間逸氣，在預清潔及金屬化之前使用脫氣基本步驟（藉由對流加熱）以自下層基板中移除任何濕氣。標準脫氣程序一般包括將具有受影響層之基板加熱達一段時間，以便所吸附氣體及雜質可逸出而不影響在隨後基本步驟中之沉積。通常藉由電阻加熱元件或燈產生熱，及然後藉由對流將熱傳遞至基板及薄膜。然而，由於介電薄膜日益增大之孔隙率及用於封裝應用中之高濕氣吸附劑聚合物，一般需要長的脫氣時間以自薄膜中完全移除濕氣。長的脫氣時間限制PVD製程之生產率。進一步，標準熱處理可易於使現代薄膜升至產生含氧二次氣體或導致層中發生玻璃轉移之溫度。
由此，該項技術需要容許薄膜高效脫氣及同時將熱維持在沉積薄膜之熱處理範圍內之方法及設備。
在一實施例中，一種用於處理基板之方法可包括：將基板定位在處理腔室中，基板包含第一表面；在基板之第一表面上沉積包含聚合物、環氧樹脂或該兩者組合之未固化層；及執行未固化層之硬固化。硬固化可包括至少將未固化層加熱至硬固化溫度，將處理腔室設定至硬固化壓力，硬固化壓力低於100毫托，將微波輻射來源導向未固化層，該微波輻射來源在選自小於7 GHz之頻率範圍之一頻率下產生微波輻射，及在變頻下將微波輻射自微波輻射來源傳遞至未固化層，該變頻包含選自該頻率範圍中之兩個或兩個以上頻率，該變頻在一段時間內變更。
在另一實施方式中，一種用於處理基板之方法可包括：將基板定位在處理腔室中，該基板包含第一表面；在基板之第一表面上沉積包含聚合物、環氧樹脂或該兩者組合之未固化層；在未固化層上執行軟固化，該軟固化包含將基板或腔室加熱至軟固化溫度及將腔室設定至軟固化壓力以自未固化層中產生軟固化層；將處理腔室設定至硬固化壓力，該硬固化壓力低於100毫托；將微波輻射來源導向軟固化層，該微波輻射來源在選自小於7 GHz之頻率範圍之頻率下產生微波輻射，及在變頻下將微波輻射自微波輻射來源傳遞至軟固化層以將軟固化層至少加熱至一溫度，該變頻包含選自一段時間內該頻率範圍中之兩個或兩個以上頻率。
在另一實施例中，一種處理基板之方法可包括：將包含聚合物或環氧樹脂之基板定位在處理腔室中之基板支座上，該處理腔室包含冷卻裝置；將基板維持在低於熱脫氣溫度之溫度下；導向變頻微波輻射來源以將微波輻射傳遞至基板；將變頻微波輻射傳遞至基板，同時將基板溫度維持在低於熱脫氣溫度；及自腔室中移除揮發性化合物。
在另一實施例中，一種處理基板之方法可包括：將具有聚合物層或環氧樹脂層之基板定位在處理腔室中之基板支座上；將基板維持在低於熱脫氣溫度之溫度下；導向變頻微波輻射來源以將微波輻射至少傳遞至聚合物層或環氧樹脂層；及在極短時間內變更之頻率下將微波輻射至少傳遞至聚合物層或環氧樹脂層，同時將基板溫度維持在低於熱脫氣溫度。
在另一實施例中，一種處理基板之方法可包括：將基板定位在處理腔室中，該基板包含聚合物或環氧樹脂；執行脈衝微波製程及重複該脈衝微波製程一或更多次，直至自基板移除至少一揮發性組分。脈衝微波製程可包括：將變頻微波輻射來源傳遞至基板以作為第一功率位準，直至基板達到第一溫度；將基板冷卻至第二溫度；及自處理腔室中移除所釋放之揮發性物質。
本文中之實施例揭示聚合薄膜在低壓環境中藉由使用微波技術進行之固化，由此賦能將固化與脫氣製程整合至單個基本步驟中。此舉容許單件設施執行固化基本步驟及隨後之金屬化基本步驟，從而消除對單個固化烘箱/爐之需求及進一步阻止製程之間發生真空破除。藉由在低壓下使用微波來固化聚合物薄膜，與PVD線內整合變為可能，從而消除對單獨脫氣基本步驟之需求。本申請案之實施例可藉由參考下文中圖式而得以更佳理解。
第1圖是處理腔室100之示意圖，該處理腔室經調適以執行本文所述之方法中之一或更多者。一或更多個諸如PVD腔室之目前可用之腔室可經調適以用於下文所述之實施例。本文所述之實施例可用之腔室可包括可自位於美國加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司處購得的Charger UBM系統。可想到，依據所述實施例亦可使用其他腔室，包括購自其他製造商之腔室，而不背離本文所揭示方法、裝置及系統。
處理腔室100可包括用於支撐基板104之基板支座102。基板支座102可由標準材料組成，如鋁、石英、陶瓷，或不銹鋼。此外，基板支座102可經設計以支撐任何尺寸之基板，如300 mm基板。多種加熱及冷卻裝置可埋置入基板支座102或處理腔室100，或結合該兩者而定位，以便將加熱或冷卻傳遞至基板104。
基板104可為可用於半導體應用之任何組合物，如矽、環氧樹脂，或石英基板。基板104上可沉積有封裝層105。封裝層105可為沉積在基板104表面上之層，該層隨後固化到基板104上。封裝層105可藉由在基板104上旋塗液態聚合物而形成。然後，封裝層105可經受固化基本步驟以凝固及交聯封裝層105。封裝層105可由數個聚合物或環氧樹脂中之一者組成，如聚醯亞胺或聚苯并二惡唑(Polybenzobisoxazole; PBO)。
將理解，在不背離本文所述之實施例之情況下，同樣可執行用於沉積封裝層之其他沉積技術。例如，可想到封裝層105可藉由在基板104上使用乾燥聚合物/環氧薄膜之真空層壓而得以沉積。其他實施例可包括藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD) 沉積封裝層105。
處理腔室100亦可具有熱源106，諸如本文繪示之埋置入基板支座102中之熱源106。儘管熱源106在第1圖中經繪示為埋置入基板支座102中之電阻式熱源，但熱源106可為適用於基板脫氣或腔室加熱之任何熱源，諸如紅外加熱燈熱源。來自熱源106之熱可直接傳遞至基板104，或藉由變更腔室溫度而間接傳遞。熱源106可經設計以加熱基板及將基板維持在穩定的溫度，諸如100℃與500℃之間的溫度。熱源可具有任何設計且定位在任何將容許傳遞能量以用於加熱基板之位置。
處理腔室100可進一步包括變頻微波輻射來源108。變頻微波輻射來源108可包括微波電源110。微波電源110可選自所有可用微波電源，包括磁控管、調速管、迴旋管及行波管。變頻微波輻射來源108亦可包括微波諧振腔111。微波諧振腔111可為單模、多模空腔，或該兩者之結合。微波諧振腔111可接收來自微波電源110之功率。
變頻微波能112可包括在可用頻率範圍中連續掃描之頻率。連續掃描可阻止電荷聚集在金屬層，由此降低發生電弧及後續損害的可能。頻率掃描常藉由以下方式執行：選擇中心頻率，然後以大體連續之方式在某範圍內快速掃描頻率。通常，頻率掃描可包括中心頻率之+/-5%範圍中之頻率，但此範圍可依據諸如微波源類型及與微波波長相比較之空腔總尺寸之因素而變化。
變頻微波能112的頻率範圍可為特定頻率範圍，諸如自5.85 GHz至7.0 GHz（諸如自5.85 GHz至6.65 GHz）之範圍。在一實施例中，變頻微波能112處於自5850 MHz至6650 MHz之範圍中。此外，頻率範圍可經分區至與彼此具有特定間隔之頻率，諸如經選擇以相隔200 Hz至280 Hz之頻率。在一實施例中，選自變頻微波能之頻率可使用260 Hz之分隔，從而產生4096個選定之頻率，可自該等頻率中選擇變頻微波能112。此外，在頻率掃描期間傳遞之變頻微波能112可在每一所選頻率範圍之短脈衝（short burst）內傳遞至基板104，諸如每一頻率20微秒至30微秒之短脈衝，例如25微秒。
處理腔室100可進一步包括氣源114。氣源114可傳遞惰性氣體，諸如包括氬或氦之氣體。氣源114可基於腔室尺寸及正在處理之基板的尺寸而以規定流速將氣體傳遞至腔室。氣源114可與腔室直接連接或經間接傳遞，諸如惰性氣體在經傳遞至腔室之前先在遠端電漿源中經轉變至電漿。氣源114可經定位以便將氣體傳遞經過基板104，以便同時冷卻基板104及傳遞所選之惰性氣體。
處理腔室100亦可包括電漿源116。電漿源116可自惰性氣體中產生電漿，諸如自包括氬或氦之氣體產生電漿。電漿源116可在腔室內部產生電漿，或電漿可在遠端源中產生。電漿源116可自氣源114接收氣流，或電漿源可具有單獨氣流（未圖示）。用於電漿源116中之惰性氣體或包括惰性氣體之組合並非必須是用於氣源114中之同一惰性氣體或包括惰性氣體之組合。電漿源116可使用由所有可用之電漿產生技術形成之電漿，包括感應耦合電漿、電容式耦接電漿，或微波電漿。電漿源116可傳遞指向基板104或一般指向處理腔室100之電漿。
在本文所述之實施例中，具有封裝層105之基板104之固化及脫氣在同一處理腔室100中發生，無需在基本步驟之間變更腔室。此舉減少自大氣中之濕氣吸附，從而減少基板104脫氣所需之處理時間。
處理腔室100可進一步包括真空源118。可應用真空源118以諸如在電漿處理期間及在固化/脫氣事件期間維持真空，及移除不當之脫氣副產物，諸如自封裝層105釋放出之副產物。諸如Cx Oy 及Cx Hy 氣態副產物之副產物可能影響進一步處理，因為該等副產品可在基板處理期間由封裝層105逸出，諸如在預金屬化清潔基本步驟期間逸出。
處理腔室100可流體連接至一或更多個相關腔室，諸如預金屬化清潔腔室（未圖示）。處理腔室100亦可是包括預金屬化清潔腔室及沉積腔室之多腔室單元（未圖示）中的一部分。在腔室之間使用流體連接有助於阻止H2 O及其他雜質之進一步聚集，尤其在脫氣之後更是如此。
務必注意，儘管本文所述之實施例聚焦於基板上之封裝層，但本文所述之實施例同樣適合用於大體上由需要經受脫氣程序之聚合物或環氧樹脂形成之基板或由本文中未明確列舉之其他熱固性組分形成之基板。
第2圖是根據一實施例用於固化及脫氣封裝層之一種方法之流程圖。如本文所述，封裝層曝露於變頻微波。
方法200可開始於將基板定位在處理腔室中，如202中所示。處理腔室可為如上所述之處理腔室。此外，處理腔室可是多腔室單元中之一部分。基板可包含在其上方形成之一或更多個結構或特徵。基板可為該項技術中任何已知類型之基板，如晶態矽基板。
實施例可包括單獨控制基板處之溫度或控制處理腔室之溫度以間接地控制基板溫度。
脫氣是在對基板之部分進行金屬化的準備期間眾所熟知之有用基本步驟。除其他因素之外，金屬化期間之逸氣可導致沉積金屬之污染及高阻抗性。基本上認可，H2 O產生大部分藉由基板脫氣來避免的有害效應。預期表面H2 O在任何溫度下脫氣。內部濕氣將在50℃或高於50℃之溫度下開始脫氣。由此，特別慮及未曝露於表面之區域的熱均勻對於適當脫氣而言十分重要。
封裝層沉積在基板之第一表面上方，如204所示。封裝層可包括聚合物、環氧樹脂，或該兩者之組合。在一實施例中，封裝層可包含以下各者中至少一者：環氧樹脂、聚矽氧、剛性聚矽氧、胺基甲酸酯、乙氧烷、丙烯、聚碳酸酯、聚醯亞胺及前述各者中至少兩者之混合物。封裝層可經提供至至少包覆或覆蓋下層結構之位準或深度。
可對封裝層執行軟固化，如206所示。軟固化是部分凝固封裝層以便封裝層在並非流體之情況下柔韌可彎的製程。軟固化一般涉及封裝層之初次退火。初次退火之製程條件（包括溫度、壓力及歷時）經選擇以便實現封裝層之軟固化。在軟固化狀態下，封裝層不再處於流態及並未完全硬化。第一退火之製程條件隨封裝層之類型及封裝層之體積而變化。在一實施例中，聚醯亞胺層之軟固化包括在85℃下退火達90秒，隨後在標準壓力下在95℃下退火達90秒。一般而言，沉積在基板上之大體積封裝層需要更久退火時間。
在開始硬固化或最終固化時，處理腔室可經設定至硬固化壓力，如208中所示。硬固化壓力可低於100毫托。處於未固化或軟固化狀態下具有封裝層之基板可經設定至硬固化壓力。硬固化壓力一般是極低壓力，諸如低於100毫托之壓力。在一實施例中，壓力小於1毫托。在封裝層經軟固化之實施例中，硬固化壓力可與軟固化壓力相同。
在一實施例中，可使用浸沒階段。在浸沒階段期間，在進一步熱處理之前，容許將具有封裝層之基板在第二溫度下浸沒一段時間。溫度增高至軟固化溫度與低於最終固化溫度之間之一溫度。在一實施例中，浸沒階段使用150℃與250℃之間之一溫度，諸如200℃。在浸沒階段期間，維持溫度達5分鐘與15分鐘之間（諸如8分鐘）以減少封裝層在最終固化期間之應力。
微波輻射來源可經導向封裝層，如210中所示。微波輻射來源以選自頻率範圍內之頻率產生微波輻射。頻率範圍可小於7 GHz。微波輻射來源可具有任一設計，該設計容許在變頻下將微波輻射之一或更多個波長傳遞至基板，該基板可包括上述實施例。微波輻射來源可經定位以便將微波輻射傳遞至基板、封裝層，或該兩者之組合。此外，微波輻射來源可位於參考基板位置的多種角度，只要基板表面上之封裝層接收至少部分的微波輻射即可。
可變微波輻射使溫度升至封裝層可完成固化製程之溫度。在一實施例中，溫度可處於300℃至400℃之範圍內，諸如330℃至350℃。在另一實施例中，第二溫度為340℃。溫度取決於封裝層的特性而定。一些層或層之組成可能需要較高或較低溫度才能固化，因此可據此調整可變微波輻射。
在不意欲受理論約束之情況下，單頻率微波輻射對於金屬化之前的基板固化及脫氣係不足夠的。單頻率微波輻射可容許能量聚集在被處理基板中，諸如具有金屬特徵之基板。利用變頻微波能來源可阻止能量在被處理之基板的各層中積累。為阻止在諸如金屬氧化物半導體裝置之裝置內發生電弧，及為促進封裝層之均勻加熱，可使用變頻微波源。
微波輻射在變頻下自微波輻射來源傳遞至封裝層以至少將封裝層加熱至硬固化溫度，如212中所示。微波輻射之變頻可包括一段時間內選自頻率範圍中兩個或兩個以上之頻率。可藉由使用參考第1圖所述之參數而傳遞可變微波輻射。
咸信，微波輻射將大體上減少固化時間，但將需要藉由直接加熱而得以補充。偶極分子由微波能振盪。此振盪產生內熱，該內熱可用以減少多孔聚合物材料中H2 O及其他吸附分子聚集。隨著固化繼續，微波加熱所依據之諸如H2 O之偶極分子將自薄膜中逸出。因此，來自微波輻射之加熱將在經過一段時間之後減少，及可能需要自直接加熱或紅外線加熱之補充以完成固化製程。
一旦固化及脫氣封裝層，則在進一步處理之前，可先清除腔室中之揮發性化合物，如214中所示。在脫氣固化製程期間，在加熱期間釋放之化合物將聚集在處理區域中，該等化合物諸如來自封裝層之H2 O及Cx Oy 化合物。該等化合物可在冷卻製程期間再次吸附，或該等化合物可與諸如曝露金屬之其他可用成分相互作用。本文中揭示之實施例可使用一移除方法，諸如產生真空或利用惰性氣流自腔室中移除該等化合物來淨化腔室。
封裝層之局部加熱容許固化及脫氣在同一腔室中同時發生。在標準固化操作中，以主要無區分之方式應用溫度。以此方式，腔室中包括腔室自身在內之所有物件自表面至內部區域受熱。在較新材料中，此舉可導致封裝層之玻璃轉移及對整合成分之損害。例如，聚醯亞胺薄膜(PBO)在350℃下固化及具有375℃之Tg，由此，典型脫氣固化溫度小於350℃。下一代環氧樹脂在約200℃下固化及具有約225℃之Tg，從而提供低於200℃之最大脫氣固化溫度。下幾代材料預計具有約110℃之固化溫度及具有約135℃之Tg，從而提供低於110℃之最大脫氣固化溫度。咸信如上所述之可變微波輻射徹底加熱封裝層。可變微波輻射結合低壓以減少揮發性化學品及濕氣之沸點，由此容許同時固化及脫氣。
第3圖示意地圖示根據一實施例之真空多腔室沉積工具300之平面圖。真空多腔室沉積工具300包含耦接至一主機之多個製程腔室，該主機包含兩個移送室308及333。
真空多腔室沉積工具300包含前端環境302，該前端環境與裝料鎖定腔室304選擇性連通。一或更多個儲槽301耦接至該前端環境302。該一或更多個儲槽301經配置以儲存基板。工廠介面機器人303安置在前端環境302中。工廠介面機器人303經配置以在儲槽301與裝料鎖定腔室304之間移送基板。
裝料鎖定腔室304在前端環境302與第一移送室組件310之間提供真空介面。第一移送室組件310之內部區域通常經維持在真空狀態，及該區域提供一中間區域，在該區域中將基板自一腔室向另一腔室及/或裝料鎖定腔室穿梭運動。
在一實施例中，第一移送室組件310被分為兩個部分。在一實施例中，第一移送室組件310包含移送室308及真空擴展腔室307。移送室308及真空擴展腔室307彼此耦合，及彼此流體連通。第一移送室組件310之內部體積在製程期間通常經維持在低壓或真空狀態。裝料鎖定腔室304可經由狹縫閥305及306分別連接至前端環境302及真空擴展腔室307。
在一實施例中，移送室308可為具有複數個側壁、底部及蓋之多邊形結構。複數個側壁可具有穿過側壁形成之開口，及該等側壁經配置以與處理腔室、真空擴展腔室及/或穿越腔室連接。第3圖中圖示之移送室308具有正方形或矩形形狀，及耦接至處理腔室311、313、穿越腔室331及真空擴展腔室307。移送室308可經由狹縫閥316、318及317分別與處理腔室311、313及穿越腔室331選擇性連通。
在一實施例中，中央機器人309可安裝在移送室308中形成於移送室308底部上之機器人埠處。中央機器人309安置在移送室308之內部體積320中，及經配置以使基板314或基板載體341在處理腔室311、313、穿越腔室331及裝料鎖定腔室304之間穿梭運動。在一實施例中，中央機器人309可包括兩個葉片以用於固持基板，每一葉片安裝在獨立可控的機械臂上，該機械臂安裝在同一機器人底座上。在另一實施例中，中央機器人309可具有垂直移動葉片之能力。
真空擴展腔室307經配置以向第一移送室組件310提供與真空系統之介面。在一實施例中，真空擴展腔室307包含底部、蓋及側壁。壓力修正埠可形成於真空擴展腔室307之底部上，及經配置以適合於真空泵系統。開口形成於側壁上以便真空擴展腔室307與移送室308流體連通，及與裝料鎖定腔室304選擇性連通。
在一實施例中，真空擴展腔室307包含貨架（未圖示），該貨架經配置以儲存一或多個基板314。直接或間接連接至移送室308之處理腔室可將其基板儲存在貨架上及使用中央機器人309移送該等基板。
真空多腔室沉積工具300可進一步包含藉由穿越腔室331連接至第一移送室組件310之第二移送室組件330。在一實施例中，類似於裝料鎖定腔室之穿越腔室331經配置以在兩個處理環境之間提供介面。在此情況下，穿越腔室331在第一移送室組件310與第二移送室組件330之間提供真空介面。
在一實施例中，第二移送室組件330被分為兩個部分以將真空多腔室沉積工具300之佔地面積減到最小。在一實施例中，第二移送室組件330包含移送室333及真空擴展腔室332，該兩者彼此流體連通。第二移送室組件330之內部體積在處理期間通常經維持在低壓或真空狀態。穿越腔室331可經由狹縫閥317及338分別連接至移送室308及真空擴展腔室332，以便移送室308內之壓力可經維持在不同真空位準。
在一實施例中，移送室333可為具有複數個側壁、底部及蓋之多邊形結構。複數個側壁可具有在側壁中形成之開口，及該等側壁經配置以與處理腔室、真空擴展腔室及/或穿越腔室連接。第3圖中圖示之移送室333具有正方形或矩形形狀，及耦接至處理腔室335、336、337及真空擴展腔室332。移送室333可經由狹縫閥338、339、340分別與處理腔室335、336選擇性連通。
中央機器人334安裝在移送室333中形成於移送室333底部上之機器人埠處。中央機器人334安置在移送室333之內部體積349中及經配置以使基板314或基板載體341在處理腔室335、336、337及穿越腔室331之間穿梭運動。在一實施例中，中央機器人334可包括兩個葉片以用於固持基板，每一葉片安裝在獨立可控的機械臂上，該機械臂安裝在同一機器人底座上。在另一實施例中，中央機器人334可具有垂直移動葉片之能力。
在一實施例中，真空擴展腔室332經配置以在真空系統與第二移送室組件330之間提供介面。在一實施例中，真空擴展腔室332包含底部、蓋及側壁。壓力修正埠可形成於真空擴展腔室332之底部上，及經配置以適合於真空系統。開口穿過側壁而形成，以便真空擴展腔室332與移送室333流體連通，及與穿越腔室331選擇性連通。
在一實施例中，真空擴展腔室332包括貨架（未圖示），類似於上文中結合真空擴展腔室307所描述之貨架。直接或間接連接至移送室333之處理腔室可將基板儲存在貨架上。
諸如載體341之基板載體可用於任何處理架構以賦能諸如基板343之多個基板之同時處理。在一實施例中，基板載體可為薄板，該薄板由能夠耐受本文所述之製程所產生之處理環境之大體剛性材料形成。在一些實施例中，載體可為玻璃或矽盤。在其他實施例中，載體可為陶瓷或複合材料，如碳複合材料。在一些實施例中，載體可為塗覆有耐製程材料之盤，諸如玻璃塗覆盤或陶瓷塗覆盤。載體可為常用於半導體製程中之300 mm基板。在一些實施例中，載體可經整形以便於基板處理及運送。例如，載體可具有升高或降低部分以便於操縱安置在載體上之單獨基板。在一實施例中，載體上之每一基板位置可具有圍繞該位置形成之凹槽，以容許具有夾緊延伸部分之機器人接觸安置在該位置上之基板邊緣。在另一實施例中，載體可具有在基板位置之中心形成之凹部，以容許具有夾緊延伸部分之機器人接觸具有中央開口之基板之內緣。在一些實施例中，載體上之基板位置可降低以在運輸載體時防止基板在載體上移動。
通常情況下，基板在具有台座的密封腔室內經處理，該台座用於支撐安置在台座上之基板。台座可包括基板支座，該支座中安置有電極以在處理期間以靜電方式固持基板以與基板支座相抵。對於能夠容忍較高腔室壓力之製程而言，台座可替代性地包括具有開口之基板支座，該等開口與真空源連通，以便在處理期間牢靠地固持基板以與基板支座相抵。
可在腔室311、313、335、336，或337中之任何者中執行之製程除其他製程以外還包括沉積、佈植及熱處理製程。在一實施例中，諸如腔室311、313、335、336，或337中任何者之腔室經配置以在一基板上或在多個基板上同時執行濺射製程。在另一實施例中，腔室311是脫氣腔室，如參考第1圖所述。在又一實施例中，腔室313是預金屬化清潔腔室。此實施例之預金屬化清潔腔室使用包含諸如氬之惰性氣體之濺射清潔製程。在其他實施例中，腔室335是沉積腔室。用於本文所述實施例中之沉積腔室可為任何已知之沉積腔室。
表1繪示習用固化製程與本文所述之可變微波頻率固化之間的比較。用於下方樣品之封裝層是厚度為7 μm之HD4100可光圖案化介電薄膜，該介電薄膜可購自位於美國新澤西州帕林市的HD微系統(HD Microsystems)有限公司。薄膜固化程度（亞胺化反應、環化）一般由對薄膜之傅立葉轉換紅外線(Fourier transform infrared; FTIR)光譜學分析而決定。1360 cm-1 與1473 cm-1 處之FTIR峰值強度比用於聚醯亞胺固化之定量分析，因為1360 cm-1 與1473 cm-1 處之醯亞胺及芳香族峰值受其他吸收之污染最小。由此，亞胺化反應百分數(%Imid)表示封裝層經固化之百分數。可進一步倂入浸沒基本步驟以降低封裝層中之薄膜應力。 表1：
樣品1繪示軟固化聚醯亞胺層。軟固化聚醯亞胺層利用在85℃下退火達90秒，隨後在標準大氣壓力（760托）下在95℃下退火達90秒而經固化。浸沒基本步驟及固化基本步驟在此樣品裡省略。FTIR峰值強度在1009 cm-1 處為0.038，在1360 cm-1 處為0.035及在1473 cm-1 處為0.038。1360 cm-1 /1473 cm-1 之比為0.906及%亞胺化為51.864。
樣品2繪示藉由使用習用烘箱固化而經完全固化之聚醯亞胺層。完全固化聚醯亞胺層是在無浸沒階段的情況下，藉由在375℃下使用退火達270分鐘而經固化，總處理時間為270分鐘。固化是在770托下完成的。FTIR峰值強度在1009 cm-1 處為0.024，在1360 cm-1 處為0.050及在1473 cm-1 處為0.029。1360 cm-1 /1473 cm-1 之比為1.747及%亞胺化為100.000。
樣品3繪示藉由使用變頻微波固化而經完全固化之聚醯亞胺層。完全固化聚醯亞胺層是在無浸沒階段的情況下，藉由在340℃下使用退火達8分鐘而經固化，總處理時間為8分鐘。固化是在550托下完成的。FTIR峰值強度在1009 cm-1 處為0.023，在1360 cm-1 處為0.056及在1473 cm-1 處為0.032。1360 cm-1 /1473 cm-1 之比為1.724及%亞胺化為98.640。
樣品4繪示藉由使用變頻微波固化而經完全固化之聚醯亞胺層。完全固化聚醯亞胺層是在無浸沒階段的情況下，藉由在340℃下使用退火達8分鐘而經固化，總處理時間為8分鐘。固化是在0.5毫托下完成的。FTIR峰值強度在1009 cm-1 處為0.098，在1360 cm-1 處為0.154及在1473 cm-1 處為0.091。1360 cm-1 /1473 cm-1 之比為1.692及%亞胺化為96.849。
樣品5繪示藉由使用變頻微波固化而經完全固化之聚醯亞胺層。完全固化聚醯亞胺層是利用浸沒階段而經固化的，浸沒階段包括在200℃之溫度下達10分鐘之久。固化是在340℃下使用變頻微波輻射退火達16分鐘完成的，總處理時間為26分鐘。固化是在0.5毫托下完成的。FTIR峰值強度在1009 cm-1 處為0.049，在1360 cm-1 處為0.084及在1473 cm-1 處為0.051。1360 cm-1 /1473 cm-1 之比為1.645及%亞胺化為94.115。
此處圖示，變頻微波輻射固化樣品以比習用固化方法快約30倍之速率達到與習用固化方法類似之固化水平。樣品1及樣品2分別反映習用之軟烘烤及硬烘烤之固化度。%亞胺化所估計之固化度預期分別為約50%及約100%。樣品3及樣品4分別圖示在標準壓力及低壓下之可變微波頻率。基於所估計固化水平，在標準壓力及低壓下達到完全固化。在變頻微波輻射固化中增添浸沒階段增加了完全固化所耗時間量，但並未顯著影響所達到之固化水平。
第4圖繪示根據一實施例之習用固化與脫氣固化之間的逸氣比較。兩個基板藉由使用對流熱固化或變頻微波固化而經製備及固化，如上文實施例中所述。如前文所闡述，對流固化包括真空破除，而變頻微波固化則不包括。藉由使用殘餘氣體分析儀(residual gas analyzer; RGA)而決定自基板之濕氣逸氣，在此情況下在經過數秒時間之後以原子單位(A)量測逸氣。
對流固化圖示在基板進入腔室之後（約50秒）發生濕氣逸氣。儘管晶圓在約75秒時被移除，但殘餘濕氣保留在腔室中直至最終時間點。一旦達到最大濕氣逸氣（約1.2x10-10 A.），則在基板存在於腔室中之時段期間維持此逸氣水平。
變頻微波固化無可偵測到的逸氣效應。晶圓在約50秒時進入腔室及在75秒時離開腔室，如參考對流固化基板所述。然而，偵測到的逸氣從未超過基線水平。此外，無基板之腔室的基線水平與此逸氣水平近乎於相等。由此，此處的脫氣表示變頻微波固化基板在處理之前無需進一步脫氣，而對流固化基板則需要進一步脫氣以移除所獲得之濕氣。
本文所述之實施例係關於用於使基板脫氣之方法及設備。在低壓下利用微波輻射可容許更低溫度及更高產量之固化/脫氣程序，該程序可在單個腔室內包括固化及脫氣。
第5圖是根據一實施例之方法500之方塊圖。方法500可包括將基板定位於脫氣溫度下之熱處理腔室中，如502所示。熱處理腔室可為如上所述之處理腔室。此外，熱處理腔室可為多腔室單元中之一部分。將基板定位於基板支座上，將溫度維持在脫氣溫度。脫氣溫度可特定於材料或處於標準溫度。實施例可包括單獨控制基板處之溫度或控制處理腔室之溫度以間接地控制基板溫度。
脫氣是在對基板之部分進行金屬化的準備期間眾所熟知之有用基本步驟。除其他因素之外，金屬化期間之逸氣可導致沉積金屬之污染及高阻抗性。基本上認可，H2 O產生大部分藉由基板脫氣來避免的有害效應。預期表面H2 O在任何溫度下脫氣。內部濕氣將在50℃或高於50℃之溫度下開始脫氣。由此，特別慮及未曝露於表面之區域之熱均勻對於適當脫氣而言十分重要。
方法500可包括將變頻微波輻射來源導向至基板，如504中所示。微波輻射來源可具有任一設計，該設計容許在變頻下將微波輻射之一或更多個波長傳遞至基板，該基板可包括上述實施例。微波輻射來源可經定位以便將微波輻射傳遞至基板。此外，微波輻射來源可位於參考基板位置之多種角度，只要基板表面上之聚合物/環氧樹脂層接收至少部分微波輻射即可。
咸信，微波輻射將大體上減少脫氣時間，但可能得益於直接加熱而進行之補充。偶極分子由微波能振盪。此振盪產生內熱，該內熱可用以減少多孔聚合物材料中之H2 O及其他吸附分子聚集。隨著脫氣繼續，微波加熱所依據之諸如H2 O之偶極分子將自薄膜中逸出。由此，自微波輻射之加熱可隨時間經過而減少。由此，自直接加熱或紅外線加熱之補充可有助於完成脫氣製程。
脫氣溫度並非必須表示標準脫氣溫度，因為脫氣製程使用微波輻射及熱處理兩者來處理基板。因此，腔室溫度可低於基板局部溫度，從而容許基板在處理之後更快冷卻及避免過度加熱聚合物/環氧樹脂層之有害效應。
方法500可進一步包括在變頻下將微波輻射傳遞至基板，如506中所示。在將變頻微波輻射來源導向基板之後，可在變頻下將微波輻射之一或更多個波長傳遞至基板。可在預選的特定波長頻率下傳遞微波輻射。可自頻率列表中隨機選擇頻率，或可以特定次序選擇頻率。某些材料可不太可能基於某些頻率或某些頻率組合之使用來聚集能量。聚集能量可能受所應用之頻率及所使用之微波輻射的波長影響。
在不意欲受理論約束之情況下，在金屬化之前，單頻率微波輻射對於基板脫氣係不足夠的。單頻率微波輻射可容許能量聚集在被處理之基板中，諸如具有金屬特徵之基板。利用變頻微波能來源可阻止能量在被處理之基板層中積累。為阻止在諸如金屬氧化物半導體裝置之裝置內發生電弧，及為促進聚合物/環氧樹脂層之均勻加熱，可使用變頻微波源。
在維持裝置完整性之同時將基板脫氣至適當的H2 O低含量需要慮及數個因素。脫氣隨時間經過而發生在特定溫度下。較高溫度將減少脫氣所必需的時間量。然而，因為聚合物層之玻璃轉變溫度(Tg)比較低，因此在決定適當脫氣溫度時必須慮及該層之Tg。例如，聚醯亞胺薄膜(PBO)在350℃下固化及具有375℃之Tg，由此，典型脫氣溫度小於350℃。下一代環氧樹脂在約200℃下固化及具有約225℃之Tg，從而提供低於200℃之最大脫氣溫度。下幾代材料預期具有約110℃之固化溫度及具有約135℃之Tg，從而提供低於110℃之最大脫氣溫度。藉由使用微波輻射來使加熱局部化，可減少時間及可經由單獨在基板處均勻加熱而嚴格地限制溫度。
方法500可進一步包括自腔室中移除含氧化合物，如508中所示。在脫氣製程期間，在大氣下移送期間聚集之化合物（諸如H2 O）及在加熱期間釋放之化合物（諸如來自聚合物/環氧樹脂層之Cx Oy 化合物）將聚集在處理區域中。該等化合物可在冷卻製程期間再次吸附，或該等化合物可與諸如曝露金屬之其他可用成分相互作用。實施例可使用一移除方法，諸如產生真空或利用惰性氣流自腔室中移除該等化合物來淨化腔室。
一旦基板已達到H2 O之充足減少及脫氣化合物自脫氣腔室中移除，則可將脫氣基板移至預金屬化腔室以進行濺射或化學蝕刻以在金屬化之前移除表面污染物。
視情況，方法500可包括用含惰性氣體之電漿處理基板，如510中所示。在預清潔及金屬沉積腔室/基本步驟之前，可在脫氣腔室或在單獨腔室中完成電漿處理。內部測試已證實，一些聚合物材料曝露於高密度電漿可導致聚合物結構之破環及Cx Oy 及Cx Hy 氣體副產物之釋放，該電漿如自位於美國加利福尼亞州聖克拉拉市之應用材料公司購得之Isani XT濺射蝕刻腔室中所使用之電漿。特定而言，含氧副產物對於預金屬化清潔製程而言可為有害。在預金屬化清潔之前，藉由在單獨的腔室內執行聚合物之電漿預處理，可避免該製程損害。
可在脫氣製程之任何基本步驟中執行可選的電漿預處理，包括上述脫氣製程或該項技術中已知的其他脫氣製程。在較佳實施例中，藉由使用經傳遞至基板表面之氬或氦電漿執行預釋放製程。較佳可在基板之微波處理及主要脫氣已發生之後傳遞電漿。可在將腔室或基板維持在脫氣溫度之同時傳遞電漿。
將微波輻射整合至脫氣腔室內可容許執行整合固化。在完成整合固化之後，在不將晶圓曝露於空氣之情況下，可開始對晶圓進行預金屬化預清潔基本步驟及隨後之金屬沉積基本步驟。整合固化可消除對單獨固化爐之需求，及可進一步促進半導體生產成本之節省。
內部測試已顯示，電漿處理可導致聚合物中之惰性預金屬化氣體吸附。在電漿熄滅之後，氣體自聚合物中解吸附。然而，氣體解吸率部分地由晶圓溫度控制。如若晶圓經充足冷卻，則氣體將經截留在聚合物中及將慢慢解吸附。此「孔密封」基本步驟可有助於使聚合物薄膜在預金屬化清潔基本步驟期間減少逸氣。
第6圖是根據另一實施例之用於處理基板之一種方法600。方法600可結合標準脫氣製程或上述脫氣製程使用。同樣，方法600可結合上述之預釋放電漿處理基本步驟。
方法600可包括在一脫氣溫度下將基板定位在熱處理腔室中，如602中所示。如若此實施例與上述實施例結合，則無需移動基板。在較佳實施例中，在結合方法600與方法500時，可將基板維持在同一腔室中。儘管並非必需，但較佳實施例在方法500中之脫氣完成之後，將結合方法600中之一或更多個基本步驟。
方法600可進一步包括使惰性氣體流入製程腔室，如604中所示。惰性氣體為脫氣製程提供非反應性氣氛，有助於防止解吸附氣體與曝露表面之間相互作用，及進一步可用以協助移除解吸附氣體。在此基本步驟中流入腔室中之惰性氣體可直接流入腔室，結合輔助裝置間接地流入腔室，諸如經由遠端電漿裝置，或上述方法之任何組合流入。本文中所述之實施例中所使用之惰性氣體可為對脫氣製程或預金屬化製程而言非反應性及無害的任何氣體，諸如惰性氣體，例如氬氣或氦氣。
方法600可包括產生包含惰性氣體之電漿，如606中所示。電漿可在腔室中形成或可由遠端電漿源傳遞。如前文所論述，用於產生電漿之能源可為任何可用之能源。電漿可為感應耦合電漿、電容耦合電漿，或微波電漿。此電漿基本步驟可用於如上所述之預釋放，同時準備好表面以用於孔隙密封。
方法600可進一步包括將包含惰性氣體之電漿導向基板之聚合物/環氧樹脂層，如608中所示。咸信，對惰性氣體電漿之處理在聚合物/環氧樹脂層表面中釋放電漿副產物之位置產生間隙。該等間隔以及先前存在之間隔由活化之惰性氣體裝填，該活化惰性氣體將在存在熱之情況下自層中逸氣，諸如自微波輻射之熱或脫氣溫度下之環境熱量。
方法600可進一步包括自腔室中移除含氧化合物，如610中所示。在電漿處理期間，可釋放化合物，諸如來自聚合物/環氧樹脂層之Cx Oy 化合物，該等化合物將聚集在處理區域中。該等化合物可在冷卻製程期間再次吸附。實施例可使用一移除方法，諸如產生真空或利用惰性氣流自腔室中移除該等化合物來淨化腔室。
在此基本步驟中，如若聚合物/環氧樹脂層已藉由使用先前之惰性氣體處理而經預釋放，則自腔室移除含氧化合物是較不重要的。由此，如若先前已關於可選之預釋放製程執行了同等基本步驟，則基本步驟610中之實施例之該部分可能無益於本申請案中所述之一或更多個實施例。
方法600可進一步包括將處理腔室中之惰性氣體壓力上升，如612中所示。惰性氣體可為在先前之基本步驟中用以淨化腔室之氣體。惰性氣體可為先前適用之任何惰性氣體中之一者或組合，諸如氬或氦。壓力可升至一位準，在該位準處，聚合物/環氧樹脂層表面中形成或先前存在之空隙將至少由惰性氣體部分裝填。在升高惰性氣體壓力之同時，基板應最佳維持在脫氣溫度下。除了其他方式以外，此操作可如該項技術中眾所熟知藉由基板之標準加熱完成，或藉由本文所述之微波加熱實施例完成。
方法600可包括維持惰性氣體壓力，同時降低基板溫度，如614中所示。當壓力已達到聚合物/環氧樹脂層所需之位準時，可降低溫度以便利用新截留之惰性氣體密封孔隙。咸信惰性氣體用以當在諸如預金屬化清潔之後續處理期間逸氣之時，在不產生有害影響之情況下將在移送期間可能進入之氣體排出。溫度可藉由使惰性氣體流入腔室而降低。藉由移除外部熱源，持續之惰性氣體流可用以維持壓力，同時降低基板溫度。需要將基板溫度降至低於脫氣溫度。此外，如腔室設計允許，可利用在基板支座中或腔室中之冷卻設備降低溫度。
第7圖是根據另一實施例之用於處理基板之方法700。方法700可開始於將基板定位在處理腔室中，如702中所示。在此實施例中，處理腔室可包括冷卻裝置，該冷卻裝置可為腔室冷卻裝置或基板冷卻裝置。在一實施例中，冷卻裝置是基板支座中之液體冷卻。
基板可由參考第1圖所述之材料組成。基板可具有一或更多個可脫氣之組件。組件可包括由聚合物、環氧樹脂，或該兩者之組合形成之層或特徵。在一實施例中，組件是對諸如在腔室之間進行移送期間吸附大氣中之濕氣較為敏感之基板。基板可經定位，以便一或更多個組件定位於與基板支座相比之基板遠端。在基板的上表面上發生沉積之腔室中，一或更多個組件可正面向上。
基板可經維持在低於熱脫氣溫度下之溫度，如704所示。在此實施例中，熱脫氣溫度是用以將層或基板熱脫氣之溫度。熱脫氣溫度取決於正被處理之基板中之成分組成。在一實施例中，熱脫氣溫度可為自100℃至300℃，諸如自100℃至150℃，例如100℃。低於熱脫氣溫度之溫度可為低於上述熱脫氣溫度之單獨範圍。在一實例中，當熱脫氣溫度為100℃時，基板可經維持在低於100℃之溫度。藉由維持溫度低於熱脫氣溫度，可避免習用之熱處理。
變頻微波輻射來源可經引導以將微波輻射傳遞至基板，如706中所示。變頻微波輻射來源可經引導以一般將微波輻射傳遞至基板，或傳遞至基板之特定部分。在一實例中，變頻微波輻射來源經定位以將微波輻射傳遞至基板之一部分或四分之一部分（quadrant）。
由此可將變頻微波輻射傳遞至基板，如708中所示。一旦定位變頻微波輻射來源，則可將變頻微波輻射傳遞至基板或基板之部分。頻率範圍、間隔及頻率變化速率可如參考第1圖所述。在此實施例中，基板正在經主動冷卻以阻止過熱。主動冷卻可容許增大來自變頻微波輻射之功率輸入。
咸信，增大的變頻微波輻射功率在沒有溫度上升的情況下可容許對基板進行足夠處理。在基板大體保持冷卻之時，具有偶極矩之分子可由微波輻射直接激勵（以蒸發或其他形式之揮發）。以此方式，可使該等分子變為氣態，及在不對基板產生潛在損害之情況下自腔室中移除該等分子。
由此，可自腔室中移除揮發性化合物，如710中所示。揮發性化合物可為如上所述之化合物，諸如H2 O、H2 、CO、CO2 、N2 ，或上述各者之組合。可藉由數種手段自腔室中移除含氧化合物，諸如藉由應用真空泵、藉由惰性氣體流，上述各者之組合，或其他手段。
第8圖是根據另一實施例之用於處理基板之方法800。方法800可開始於將具有聚合物/環氧樹脂層之基板定位於處理腔室中之基板支座上，如802中所示。基板定位及組成可如參考第1圖及第5-7圖所述。聚合物/環氧樹脂層可為可與如上所述之基板結合使用之任何聚合物或環氧樹脂。在一實施例中，聚合物/環氧樹脂層可為如參考第1圖所述。此外，聚合物/環氧樹脂層可沉積在基板之一部分上、基板表面上，或基板全部表面上。
基板可經維持在低於熱脫氣溫度下之溫度，如804所示。包括聚合物/環氧樹脂層之基板可經維持在低於熱脫氣溫度下之溫度。熱脫氣溫度是如上文中參考第7圖所述之溫度。在一實施例中，基板經維持在100℃與130℃之間的溫度。溫度可藉由使用如參考第7圖所述之冷卻裝置而經維持在低於熱脫氣溫度。在另一實施例中，溫度可藉由使用腔室周圍溫度而經維持在低於熱脫氣溫度。周圍溫度是腔室之環境溫度，諸如20℃與30℃之間的溫度。
變頻微波輻射來源可隨後經引導以將微波輻射傳遞至至少聚合物/環氧樹脂層，如806中所示。變頻微波輻射來源可經引導以傳遞微波輻射，如參考第7圖所述。在一實例中，變頻微波輻射來源經定位以基於聚合物/環氧樹脂層之位置而將微波輻射傳遞至基板之一部分或四分之一部分。
變頻微波輻射可隨後以一頻率經傳遞至聚合物/環氧樹脂層，該頻率在極短時間內變更，如808中所示。用於極短時間之頻率、時間段及其他參數可如參考第1圖及第5-7圖所述。在極短時間期間，基板溫度可經維持在如上所述之低於熱脫氣溫度。藉由將基板溫度維持在低於熱脫氣溫度，脫氣效應可主要由微波輻射傳遞。
第9圖是根據另一實施例之用於處理基板之方法900。方法900可開始於將基板定位在處理腔室中，如902中所示。基板可包括聚合物或環氧樹脂。基板定位及組成可如參考第1圖及第5-7圖所述。聚合物及/或環氧樹脂層可為可與如上所述之基板結合使用之任何聚合物或環氧樹脂。在一實施例中，聚合物或環氧樹脂可如參考第1圖所述。此外，聚合物或環氧樹脂可沉積在基板之一部分上、基板表面上，或基板全部表面上。
可在基板上執行脈衝微波輻射製程，如904中所示。脈衝微波輻射製程可包括將變頻微波輻射來源傳遞至基板以作為第一功率位準，直至基板達到第一溫度。在此實施例中，第一溫度是低於熱脫氣溫度之一溫度。參考第7圖描述熱脫氣溫度。當變頻微波輻射經傳遞至基板時，溫度可增高。咸信脫氣效應因變頻微波輻射而發生，與溫度無直接關連。因此，功率位準之控制可能比溫度之控制更為重要。因為高溫可能損害基板上之層或組件，因此咸信變頻微波輻射可經傳遞至基板，直至基板達到第一溫度。第一溫度可低於熱脫氣溫度，如參考第7圖所述。在一實施例中，第一溫度位於100℃與200℃之間。此外，為了達到第一溫度所必需之傳遞微波輻射可小於層之完全硬固化及基板脫氣所需之微波輻射。
脈衝微波輻射製程可進一步包括將基板冷卻至第二溫度。可由此容許將基板及受影響之組件冷卻至第二溫度。第二溫度可為位於周圍溫度與第一溫度之間的溫度。
脈衝微波輻射製程可進一步包括自處理腔室中移除所釋放之揮發性物質。諸如濕氣之揮發性物質可在脈衝微波輻射製程期間釋放。揮發性物質之其他實例可包括參考第1圖及第5圖所列舉之彼等物質。自腔室移除揮發性物質可在基板受熱之後任一時間完成，諸如在冷卻基本步驟期間，或在隨後某個時間點。
脈衝微波輻射製程可重複一或更多次，直至至少一揮發性組分自基板中移除，如906中所示。由於溫度是使用與環境之平衡而控制的，及咸信脫氣效應與所傳遞之變頻微波輻射之功率位準相關，因此在一週期完成時，可能無法完成脫氣。因此，變頻微波輻射可經傳遞一或更多次，包括傳遞變頻微波輻射之特定功率位準直至達到第一溫度，冷卻基板至第二溫度及同時或隨後移除揮發性氣體。在一實施例中，總共執行四次製程。可選擇第二溫度以容許在基板經加熱至第一溫度之前傳遞特定量之功率。
第10圖是根據一實施例與溫度及微波功率比較之殘餘逸氣的曲線圖1000。此圖所繪示的是微波處理CVD所沉積之多孔SiO2 薄膜之殘餘氣體分析(residual gas analysis; RGA)之結果。如曲線圖1000所示，兩個基板中每一者具有2 μm厚之二氧化矽層，該兩個基板曝露於大氣及藉由使用電阻加熱方法而經脫氣，在圖例中描述為習用加熱S1及習用加熱S2。兩個獨立基板中每一者具有2 μm厚之二氧化矽層，該兩個基板曝露於大氣及藉由使用如上述實施例中所述之變頻微波輻射而經脫氣，在圖例中描述為選擇性加熱S1及選擇性加熱S2。殘餘逸氣採用原子單位，及在此圖中在一段以分鐘量測之處理時間內用對數圖示。
習用加熱處理CVD SiO2 薄膜之RGA結果顯示，在給定相同製程時間之情況下，微波處理薄膜持續顯示比電阻加熱處理薄膜具有更低的殘餘含水量。此處所量測之微波加熱之濕氣移除率比電阻加熱樣品高大約3-4倍。在到達固定濕氣水平端點之時間及在給定固定處理時間端點的濕氣水平方面皆觀測到該3-4倍增長。此外，與電阻熱處理基板相比，微波處理基板中之基板內最終濕氣水平顯著較少，指示更佳的整體除濕效果。
第11圖是根據一實施例與溫度及微波功率比較之殘餘逸氣的曲線圖1100。基板具有2 μm厚之二氧化矽層，該基板曝露於環境及藉由使用本文所述之實施例而經脫氣。曲線圖1100圖示與溫度（℃）與作為最大功率百分比之變頻微波功率相關連之殘餘逸氣（採用原子單位）。
一般認為更高溫度可更快地移除濕氣。最初，溫度與濕氣逸氣之間似乎存在相關性，其中，殘餘逸氣信號隨著溫度及微波功率之增大而增大。然而，儘管溫度持續增大，但殘餘逸氣信號在約55分鐘時顯示下降，此與微波功率下降相關連。逸氣尖峰在70分鐘時進一步與微波功率尖峰相關連，從而提供溫度與用於脫氣應用之微波效應解耦之證明。
第12A圖是根據一實施例之基板處理方法的曲線圖1200，該圖繪示恆定微波功率與所維持之溫度。曲線圖1200繪示在恆定功率位準下傳遞之變頻微波輻射，同時將基板溫度維持在恆定位準。基板溫度一般由主動冷卻系統維持在恆定位準。藉由維持溫度恆定，變頻微波功率可增大，由此減少熱處理之處理時間。
第12B圖是根據一實施例之基板處理方法的曲線圖1250，該圖繪示脈衝微波功率。在此實施例中，基板經被動冷卻或冷卻不足以使溫度受控。因此，當變頻微波功率傳遞至基板時，溫度與微波功率同量增大。一旦基板經加熱至特定溫度，此溫度可為基板或層之最高溫度，則容許將基板冷卻至第二溫度。一旦達到第二溫度，則重複製程，直至揮發性產物自層或基板中逸氣。此製程可重複多次以保證基板及層之適當脫氣。
第13圖是繪示根據本文所述之實施例之經處理薄膜之洩漏電流密度之曲線圖1300。曲線圖1300繪示經變頻微波輻射處理之前及之後的SiH4 薄膜的洩漏電流效能。洩漏電流密度圖示以A/cm2 之單位測量，及電場以MV/cm之單位測量。曲線圖1300圖示變頻微波處理改良洩漏電流效能達一數量級之大小（約10倍改良）。
第14圖是繪示根據本文描述的實施例之經處理薄膜之折射率變更之曲線圖1400。曲線圖1400繪示40點等高線圖，圖示基板表面中之一部分在變頻微波輻射處理之間（RI前）及之後（RI後）之折射率(refractive index; RI)變更。在處理之前及之後，對同一基板及在基板上之同一量測位置執行量測。如曲線圖1400所示，變頻微波處理降低每一點處之折射率。同樣，處理有助於改良基板上其他量測點之間的均勻性。
表2繪示包括含矽層之複數個基板。藉由使用上述變頻微波輻射方法而處理該等含矽層。含矽層具有相同成分及厚度，及沉積在類似基板上。決定處理前及處理後之介電常數值。 表2
在處理之前，樣品之介電常數值（預介電常數）為5.9102、5.9123、5.9287、5.9691及5.9869。在處理之前，平均介電常數值為5.94。在使用上述方法之處理之後，樣品介電常數值為5.4851、5.4868、5.4514、5.4546及5.4674。在處理之後，平均介電常數值為5.47。介電常數值之下降指示沉積層中之水濃度下降。
本文所述之實施例係關於用於使基板脫氣之方法及設備。與標準熱脫氣裝置相比，利用微波輻射可容許實現更低溫度及更高產之脫氣程序。此外，微波脫氣實施例可包括單個腔室中的固化及脫氣。此外，已發現可用於金屬化之氣體包括諸如H2 O之聚集氣體及產出氣體，諸如在聚合物/環氧樹脂層之電漿處理之後出現之氣體。藉由使用預釋放基本步驟、孔密封基本步驟，或兩者之組合以作為基板脫氣之一部分，可在預金屬化清潔之前自基板中移除聚集氣體及產出氣體。咸信如上文所揭示之脫氣在隨後之沉積基本步驟期間導致更高品質之金屬特徵。
一實例可包括處理基板之方法。該方法可包括將包含聚合物或環氧樹脂之基板定位於處理腔室中之基板支座上，該處理腔室包含冷卻裝置。基板可隨後經維持在低於熱脫氣溫度下之溫度。接著，變頻微波輻射來源可經引導以將微波輻射傳遞至基板。然後，變頻微波輻射可經傳遞至基板，同時將基板溫度維持在低於熱脫氣溫度。揮發性化合物可隨後自腔室中移除。
該方法可進一步包括使熱脫氣溫度低於130℃。
該方法可進一步包括使冷卻裝置結合基板支座而形成。
該方法可進一步包括使變頻微波輻射之頻率處於5.85 GHz至6.65 GHz之範圍中。
該方法可進一步包括藉由真空泵、惰性氣流，或該兩者之組合來移除揮發性化合物。
該方法可進一步包括在與冷卻裝置之冷卻能力同量之功率位準下傳遞變頻微波輻射。
該方法可進一步包括在將基板維持在低於熱脫氣溫度的溫度之前，將基板加熱至熱脫氣溫度達一段時間。
該方法可進一步包括具有永久偶極矩之揮發性化合物。
該方法可進一步包括使變頻微波輻射具有間隔變更，其中每一變更間隔之後的每一頻率與每一先前頻率相差自200 MHz至280 MHz。
另一實例可包括處理基板之方法。該方法可包括將具有聚合物層或環氧樹脂層之基板定位於處理腔室中之基板支座上。基板可隨後經維持在低於熱脫氣溫度下之溫度。變頻微波輻射來源可隨後經引導以將微波輻射傳遞至至少聚合物層或環氧樹脂層。微波輻射可隨後在一頻率下經傳遞至至少聚合物層或環氧樹脂層，該頻率在極短時間內變更，同時將基板溫度維持在低於熱脫氣溫度。
該方法可進一步包括使熱脫氣溫度低於130℃。
該方法可進一步包括使變頻微波輻射之頻率處於5.85 GHz至6.65 GHz之範圍中。
該方法可進一步包括自20微秒至30微秒之極短時間。
該方法可進一步包括使變頻微波輻射具有間隔變更，其中每一變更間隔之後的每一頻率與每一先前頻率相差自200 MHz至280 MHz。
該方法可進一步包括將基板維持在100℃與130℃之間的溫度。
另一實例可包括處理基板之方法。該方法可包括將基板定位在處理腔室中，該基板包含聚合物或環氧樹脂。然後，可執行脈衝微波製程。脈衝微波製程可包括將變頻微波輻射來源傳遞至基板以作為第一功率位準，直至基板達到第一溫度。脈衝微波製程可進一步包括將基板冷卻至第二溫度。脈衝微波製程可進一步包括自處理腔室中移除所釋放之揮發性物質。脈衝微波製程可重複一或更多次，直至至少一揮發性成分自基板中移除。
該方法可進一步包括使第一溫度處於100℃與200℃之間。
該方法可進一步包括將脈衝微波製程至少重複4次。
該方法可進一步包括使第二溫度處於20℃與30℃之間。
該方法可進一步包括使變頻微波輻射之頻率處於5.85 GHz至6.65 GHz之範圍中。
儘管前述內容係針對本文所述之方法、裝置及系統之實施例，但在不背離本發明基本範疇之前提下，可設計該等方法、裝置及系統之其他及更多實施例，及由下文中專利申請範圍來決定本發明之範疇。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧基板支座
104‧‧‧基板
105‧‧‧封裝層
106‧‧‧熱源
108‧‧‧變頻微波輻射來源
110‧‧‧微波電源
111‧‧‧微波諧振腔
112‧‧‧變頻微波能
114‧‧‧氣源
116‧‧‧電漿源
118‧‧‧真空源
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
300‧‧‧真空多腔室沉積工具
301‧‧‧儲槽
302‧‧‧前端環境
303‧‧‧工廠介面機器人
304‧‧‧裝料鎖定腔室
305‧‧‧狹縫閥
306‧‧‧狹縫閥
307‧‧‧真空擴展腔室
308‧‧‧移送室
309‧‧‧中央機器人
310‧‧‧第一移送室組件
311‧‧‧處理腔室
313‧‧‧處理腔室
314‧‧‧基板
316‧‧‧狹縫閥
317‧‧‧狹縫閥
318‧‧‧狹縫閥
320‧‧‧內部體積
330‧‧‧真空多腔室沉積工具
331‧‧‧穿越腔室
332‧‧‧真空擴展腔室
333‧‧‧移送室
334‧‧‧中央機器人
335‧‧‧處理腔室
336‧‧‧處理腔室
337‧‧‧處理腔室
338‧‧‧狹縫閥
339‧‧‧狹縫閥
340‧‧‧狹縫閥
341‧‧‧基板載體
343‧‧‧基板
349‧‧‧內部體積
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
600‧‧‧方法
602‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
612‧‧‧步驟
614‧‧‧步驟
700‧‧‧方法
702‧‧‧步驟
704‧‧‧步驟
706‧‧‧步驟
708‧‧‧步驟
710‧‧‧步驟
800‧‧‧方法
802‧‧‧步驟
804‧‧‧步驟
806‧‧‧步驟
808‧‧‧步驟
900‧‧‧方法
902‧‧‧步驟
904‧‧‧步驟
906‧‧‧步驟
1000‧‧‧曲線圖
1100‧‧‧曲線圖
1200‧‧‧曲線圖
1250‧‧‧曲線圖
1300‧‧‧曲線圖
1400‧‧‧曲線圖
為可詳細理解上文列舉之特徵，可藉由參考實施例對上文簡述之方法、裝置及系統進行更為具體之描述，該等實施例中之一些實施例在附圖中進行圖示。然而，將注意，附圖僅圖示方法、裝置及系統之典型實施例，因此將不被視作限制本發明之範疇，因為本文所述之方法、裝置及系統可承認其他同等有效之實施例。
第1圖是根據一實施例之處理腔室之示意圖；
第2圖是根據一實施例之固化及脫氣方法的方塊圖；
第3圖是根據一實施例之真空多腔室沉積工具之平面圖；
第4圖繪示根據一實施例之習用固化與脫氣固化之間的逸氣比較；
第5-9圖是根據一或更多個實施例之脫氣方法的方塊圖；
第10圖是根據一實施例之殘餘逸氣的曲線圖；
第11圖是根據一實施例與溫度及微波功率比較之殘餘逸氣的曲線圖；
第12A圖是根據一實施例之基板處理方法的曲線圖，該圖繪示恆定微波功率與所維持之溫度；
第12B圖是根據一實施例之基板處理方法的曲線圖，該圖繪示脈衝微波功率；
第13圖是繪示根據一實施例之經處理薄膜之洩漏電流密度之曲線圖；及
第14圖是繪示根據一實施例之經處理薄膜之折射率變更之曲線圖。
為便於理解，在可能之情況下已使用相同元件符號以指定圖式中共有之相同元件。設想一實施例中所揭示之元件可在無需特定闡述之情況下有利地用於其他實施例。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (20)

  1. 一種用於處理一基板之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板之一表面上方沉積一未固化層，該未固化層包括一聚合物；以及在一處理腔室中執行該未固化層之一硬固化，該硬固化包括以下步驟：將至少該未固化層加熱至一脫氣溫度，該脫氣溫度範圍從約攝氏85度至約攝氏95度，該脫氣溫度低於針對該未固化層之一硬固化溫度；及在一變頻下自一微波輻射來源將微波輻射傳遞至該未固化層，以將該未固化層加熱至該硬固化溫度。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該硬固化溫度在攝氏300度與攝氏400度之間。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：沉積一種晶層。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：將該處理腔室設定至一硬固化壓力，其中該硬固化壓力低於100毫托。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該變頻包括兩個或兩個以上頻率，每一頻率與一先前頻率相差自200 MHz至280 MHz。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該變頻在一段時間內變更。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該段時間在6分鐘與10分鐘之間。
  8. 一種用於處理一基板之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板之一表面上方沉積一未固化層，該未固化層包括一聚合物；以及 在一處理腔室中執行該未固化層之一硬固化，該硬固化包括以下步驟： 將至少該未固化層加熱至一脫氣溫度，該脫氣溫度範圍從約攝氏85度至約攝氏95度，該脫氣溫度低於針對該未固化層之一硬固化溫度；及 在一變頻下自一微波輻射來源將微波輻射傳遞至該未固化層，以將該未固化層加熱至該硬固化溫度，其中該變頻範圍自約5.85 GHz至約7.0 GHz。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該硬固化溫度在攝氏300度與攝氏400度之間。
  10. 如請求項8所述之方法，進一步包括以下步驟：將該處理腔室設定至一硬固化壓力，其中該硬固化壓力低於100毫托。
  11. 如請求項8所述之方法，其中該變頻包括兩個或兩個以上頻率，每一頻率與一先前頻率相差自200 MHz至280 MHz。
  12. 如請求項8所述之方法，其中該變頻在一段時間內變更。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該段時間在6分鐘與10分鐘之間。
  14. 一種用於處理一基板之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板之一表面上方沉積一未固化層，該未固化層包括一聚合物、一環氧樹脂或該兩者之組合；以及 在一處理腔室中執行該未固化層之一硬固化，該硬固化包括以下步驟： 將至少該未固化層加熱至一脫氣溫度，該脫氣溫度範圍從約攝氏85度至約攝氏95度，該脫氣溫度低於針對該未固化層之一硬固化溫度； 將該處理腔室設定至一硬固化壓力，該硬固化壓力低於100毫托；及 在一變頻下自一微波輻射來源將微波輻射傳遞至該未固化層，以將該未固化層加熱至該硬固化溫度，且其中該脫氣溫度、該硬固化壓力及該微波輻射聯合作用以產生一固化的且脫氣的層。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該硬固化溫度在攝氏300度與攝氏400度之間。
  16. 如請求項14所述之方法，其中該硬固化壓力低於1毫托。
  17. 如請求項14所述之方法，其中該變頻包括兩個或兩個以上頻率，每一頻率與一先前頻率相差自200 MHz至280 MHz。
  18. 如請求項14所述之方法，其中該變頻在一段時間內變更。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該段時間在6分鐘與10分鐘之間。
  20. 如請求項14所述之方法，進一步包括以下步驟：使一惰性氣體流入該處理腔室以清除該處理腔室中之逸氣物質。
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