具有x-燈加熱器的真空反應腔的制作方法

專利名稱：具有x-燈加熱器的真空反應腔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明實施例大體與制造集成電路有關。更明確而言，本發(fā)明實施例 與用于電子束處理基材的設備與方法有關。
背景技術：
自數(shù)十年前首次引入此種組件，集成電路幾何尺寸便顯著地縮小。自 此集成電路大體跟隨兩年/尺寸減半的規(guī)則(通常稱作摩爾定律)，意指晶
片上的組件數(shù)目每兩年倍增。今日制造設備常規(guī)生產(chǎn)組件具0.13 ju m與甚 至0.1 ju m的特征尺寸，而明日設備很快就可生產(chǎn)具更小特征尺寸的組件。
組件幾何尺寸連續(xù)縮小已對具低介電常數(shù)(k)值的薄膜產(chǎn)生損害，因 介于鄰近金屬線的電容耦合必須減小以進一步降低集成電路上的組件尺 寸。更明確而言，絕緣體具低介電常數(shù)，以小于約4.0為較佳。具低介電 常數(shù)的絕緣體范例包含商業(yè)可購得的旋涂式玻璃(spin-on glass)、摻氟 硅玻璃(FSG)、與聚四氟乙烯(PTFE)。
近來已發(fā)展出具小于約3.5的k值的有機硅薄膜。 一種已用于發(fā)展低 介電常數(shù)有機硅薄膜的方法是自含一或多種有機硅化合物的氣體混合物沉 積薄膜，且接著后處理沉積薄膜以自沉積薄膜移除易揮發(fā)或熱不穩(wěn)定物種 如有機官能基。自沉積薄膜移除易揮發(fā)或熱不穩(wěn)定物種會于薄膜內(nèi)產(chǎn)生會 降低薄膜介電常數(shù)的孔洞，此是相對于空氣具約1的介電常數(shù)而言。
電子束處理已被成功應用在后處理沉積薄膜且于薄膜內(nèi)產(chǎn)生孔洞，其 亦改善薄膜機械性質(zhì)。然而現(xiàn)行電子束腔室設計則為數(shù)個重要缺點所苦。 首先，現(xiàn)行電子束腔室設計于基材上會具負面副作用，如基材上半導體組 件損失或破壞。例如于電子束處理后，觀察到高閘極氧化物漏電與電壓 閾值漂移(voltage threshold (VT) shift)。 一般認為電子束處理會藉于基 材上產(chǎn)生過量負電荷損害基材(因電子轟擊基材)。于制造組件時產(chǎn)生的 過量負電荷可導致電荷電流其會在基材若干區(qū)域形成不需要的電流路徑，
于組件操作時，通常為經(jīng)由新建立電流路徑的絕緣、與漏電流，可破壞基 材上的組件。第二，現(xiàn)行電子束腔室設計會造成基材重金屬污染。第三， 因整個基材表面缺乏溫度均勻性，顯示出基材內(nèi)部收縮不佳。收縮均勻性
(shrinkage uniformity)為薄膜特質(zhì)的一種表示，如硬度。 因此對基材沉積層電子束處理的改善設備與方法仍有需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明提供可解決上述問題的設備與方法。
本發(fā)明實施例提供一種處理基材的電子束設備。在一實施例中，該用 于處理基材的電子束設備包含一真空室。該真空室包含一電子源。電子源 包含一陽極、 一低壓源以及一高壓源，該低壓源連結(jié)至陽極，而高壓源連 結(jié)至陰極。真空室更包含一基材支撐與一柵極，該柵極的配置是用以在電 子束處理時，降低基材的損害，其中柵極位于介于陽極與基材支撐間。偏 壓源是連結(jié)至柵極。在一實施例中，真空室更包含至少一熱電偶組件。另 一實施例中，熱電偶組件包含陶瓷材料制的彈性部件。另一實施例中，陶 瓷材料是選自由碳化硅、氮化硅、氮化鋁、人造鉆石與其組合物組成的群 組。
另一實施例中，則提供一種于電子束處理時，降低基材的電荷損害的 方法。此法包含提供一室，其包含一柵極配置于陽極與基材支撐間，且該 室提供偏壓源至該柵極，其中所提供的偏壓源條件是足以全部或部分中和 基材上的電子束電荷。在一實施例中，此條件足以降低基材電荷電流小于 約0.005mA。在一實施例中，偏壓源為直流偏壓。另一實施例中，偏壓源 為射頻偏壓。另一實施例中，基材包含一低介電常數(shù)薄膜，以及該低介電 常數(shù)薄膜的電子束處理包含于低介電常數(shù)薄膜內(nèi)形成孔洞。在一實施例中， 偏壓是介于約3V與約40V。另一實施例中，偏壓是介于約-3V與約-30V。
另一實施例中，提供一種用于處理基材的電子束設備。真空室包含一 電子源。該電子源包含連結(jié)至高壓電源供應的陰極與連結(jié)至低壓電源供應 的陽極。真空室更包含一基材支撐與一柵極，該柵極位在陽極與基材支撐 間，其中柵極連結(jié)至偏壓源以及位于該基材支撐下的交叉燈加熱裝置。在 一實施例中，真空室更包含至少一熱電偶組件，其中至少一熱電偶組件包 含一彈性部件，其配置用以接觸基材表面，其中彈性部件包含陶瓷材料。 另一實施例中，基材支撐包含至少一熱電偶組件。在一實施例中，熱電偶 組件包含彈性部件，該彈性部件包含陶瓷材料。


為使本發(fā)明上述特征手法可被詳盡理解，簡明摘要本發(fā)明特定實施例 于上，其可參照實施例，其中一些則于附加圖標加以闡明。然而值得注意 的是，附加圖標僅圖解本發(fā)明典型實施例但不限制其范圍，本發(fā)明亦承認 其它等效實施例。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束設備代表圖； 圖2A圖標于根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束處理時，基材電荷電流與基 材偏壓圖2B圖標于根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束處理時，基材電荷電流與基 材偏壓圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電子束設備代表圖4A圖標根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束處理時，基材電流與柵極偏壓
圖4B圖標根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束處理時，基材電流與柵極偏壓
圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電子束設備代表圖6為根據(jù)本發(fā)明另 一 實施例的電子束設備代表圖7為熱電偶組件的實施例的透視圖8為示于圖7的熱電偶尖端的實施例的透視圖9為示于圖7的示范熱電偶組件所擷取示于圖7的線9-9的代表圖10A為熱電偶尖端一開始接觸基材上方的概要圖10B為熱電偶尖端接觸基材后的概要圖11為一實施例的加熱裝置透視圖12A圖標使用舊式加熱器設計的300mm基材的收縮均勻性；
圖12B圖標使用本發(fā)明實施例加熱裝置的300mm基材的收縮均勻性; 圖13為加熱裝置另一實施例的透視圖； 圖14為加熱裝置另一實施例的透視圖； 圖15為本發(fā)明柵極實施例的透視圖； 圖16為本發(fā)明柵極另 一 實施例的透視圖； 圖17為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電子束設備的代表圖； 圖18為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束設備的低部件(lower portion )的 代表圖；以及
圖19為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束設備的低部件的底視圖。 主要組件符號說明
9線9-9100電子束設備
102真空室104陰極
106陽極108高壓電源供應
110可變低壓電源供應112可變剛性漏氣閥
113加熱裝置或加熱器114基材支撐環(huán)
116偏壓源117基材
118電流計120離子化區(qū)域
122正價離子124力口速場區(qū)
126電子128正價離子
132二次電子150控制器
160第一熱電偶170第二熱電偶
300電子束設備330柵極
332側(cè)壁334接地銷
336偏壓源338柵極控制器
400圖402,泉
410圖412線
414線416,泉
418,泉500電子束設備
540等離子流體槍542進口
600處理腔室620真空室
622大面積陰極624高壓絕緣體
626柵極陽極628陰極覆蓋絕緣體
629可變高壓電源供應630耙面或基材支撐
631可變低壓電源供應632可變漏氣閥
634洞636加速場區(qū)
638場自由區(qū)650控制器
710熱電偶尖端730絕緣套
750背殼760保護管
770連接器810管狀部件
812第一端814第二端
816開口818一對狹縫
820彈性部件822兩端822與832
830熱電偶接觸表面832兩端822與832910導線920電纜線段
1010基材表面111()燈
1112燈1114燈1116燈1120燈1122燈1123燈的電連接器1124燈"26燈1127石英管1128燈絲1130加熱裝置1302環(huán)或環(huán)形燈1304燈1306燈1308燈1310燈1330管1340燈絲1400加熱裝置1410燈1415燈1420燈1425燈1430燈
1435燈1440燈
1445燈1450燈
1455燈1460燈
1465燈1470第一區(qū)燈絲
1475第二區(qū)燈絲1480第三區(qū)燈絲
1482石英管1700電子束設備
1710基材升降銷1715桿
1717底墻1719上表面
1720反射板
具體實施例方式
本發(fā)明實施例于電子束處理時，提供降低基材電荷損害、降低基材污 染、降低基材收縮的設備與方法。大體而言，文中所述設備與方法可增加 靠近基材的正價離子濃度，以允許二次電子離開基材、以及允許基材表面 于電子束處理降低基材污染時有較大的溫度控制。文中所述設備與方法進 一步提供改進的溫度控制的設備與方法。
可根據(jù)本發(fā)明實施例處理的基材含硅或含硅基材、圖案化基材如具半 導體組件于其上的基材、以及非圖案化或棵基材。在一實施例中，基材包 含低介電常數(shù)薄膜，其較佳為以電子束移除揮發(fā)性物種進行后處理，因此 形成孔洞與降低薄膜介電常數(shù)?？捎珊袡C硅化合物、烴化合物、選擇性 氧化劑、及/或其組合物的混合物沉積低介電常數(shù)薄膜。
電子束設備
在一 實施例中，于電子束處理時提供負基材偏壓以降低或消除電子束 處理時基材的電荷損害。藉提供負基材偏壓可加速正價離子朝向基材。正 價離子中和負電荷可于電子束處理時累積并于制造基材組件時導致不想要 的電流路徑。此負偏壓亦防止產(chǎn)生自基材的二次電子自基材返回。
圖1為用于實施本發(fā)明實施例的電子束設備100代表圖。電子束設備 100包含具陰極104與陽極106配置于其中的室102。陽極106可經(jīng)穿孑L,
如柵極陽極。陰極104與陽極106藉介于兩者間的絕緣體(未顯示)作電 性絕緣。陰極104連結(jié)至位于室102外部的可變高壓電源供應110。陽極 106連結(jié)至位于室102外部的可變低壓電源供應108。室102亦包含可變 剛性漏氣閥112用以控制室102內(nèi)部壓力。此室可進一步包含加熱裝置113 如一或多個用于電子束處理時加熱基材的燈(如卣素燈)。安排加熱裝置 113為以置于基材117下方的加熱裝置113單側(cè)加熱。在一實施例中，加 熱裝置113置于基材117上方。在一實施例中，加熱裝置113藉一制程窗 (未顯示)與基材117分隔。此窗可由石英制造。在一實施例中，加熱裝 置113置于真空室102外部以使加熱裝置113容易移除與取代而不影響真 空整體性。加熱裝置113將于下文中進一步描述。室內(nèi)的基材支撐114連 結(jié)至基材偏壓源116，其提供基材偏壓至基材117 (盛托于基材支撐114 上)?；钠珘涸?16可為可變直流偏壓源或可變射頻偏壓源。設備100 亦可含電流計118如安培計，以量測盛托于基材支撐114上的基材充電流。 電流計118可置于介在基材偏壓源116與基材支撐114間的室102外部。 基材支撐114可含至少一孔洞(經(jīng)由真空室102),是用于嵌入溫度測量 組件如熱電偶組件160。熱電偶組件160接觸基材117。熱電偶組件160 連結(jié)至控制器150。在一實施例中，真空室102包含超過一熱電偶。另一 實施例中，熱電偶組件160作用如基材支撐。
于操作中，根據(jù)本發(fā)明實施例，于真空室102內(nèi)置放基材于基材支撐 114上?；闹?14與周遭電性絕緣。接著對室抽氣，使之自大氣壓降 至壓力介于約1mTorr與約100Torr?？勺儎傂月忾y112用以控制壓力。
電子束大體于高壓下產(chǎn)生，其藉高壓電源供應110供應至陰極104。 高壓可介于約-500V至約30，000V，或更高。可變低壓電源供應108可將 電壓提供至陽極106，該電壓相對于供應至陰極104的電壓為正的。
為起始設備內(nèi)的電子放射，需離子化介于陽極106與基材支撐114間 的離子化區(qū)域120內(nèi)的氣體。此氣體可含一或多種氬、氦、氮、氫、氧、 氨、氖、氪、氙。在一實施例中，氣體含氬。離子化可藉天然存有伽瑪射 線或藉室102內(nèi)的高壓火花起始。離子化后，以微小負電壓施加偏壓于陽 極106 (如介于約0V與約-250V)以吸引正價離子122,如至陽極106
的氬離子。正價離子122進入配置介于陰極104與陽極106間的加速場區(qū) 124，以及高壓(如約-500V至約30，000V提供陰極)導致其加速朝向 陰極104。正價離子因撞擊陰極104上方而產(chǎn)生加速回向陽極106的電子 126。當若干電子撞擊陽極，許多電子繼續(xù)通過陽極106以接觸基材支撐 114上的基材117。
于電子束處理時累積在基材117上的過量負電荷(來自接觸基材的電 子)藉提供負偏壓至基材117預防。藉連結(jié)至基材支撐114的偏壓源116 提供負偏壓至基材117。提供至基材的偏壓可為直流偏壓?；蚱珘涸纯蔀?射頻偏壓，如與基材絕緣層覆硅(silicon on insulator)的電子束處理有關 的應用。基材117上的負偏壓可吸引若干室內(nèi)正價離子128 (如正價氬離 子)，并加速正價離子128朝向基材117，導致基材117上的負電荷部份 或全部中和?；?17上的負偏壓亦防止產(chǎn)生自基材117 —次電子轟擊 (primary electron bombardment)的二次電子132返回基才才117。 it匕等 二次電子132是排出至接地端(ground)如接地室(grounded chamber) 壁。捕捉正價離子128與消滅二次電子132兩者皆可促進中和基材117上 的負電荷?；纳蠚堄嚯姾煽捎诨?17上產(chǎn)生小于約0.005mA的電荷電 流，如小于約0.002mA,例如介于約0.001mA與約0.002mA。在一實施 例中，基材上殘余電荷電流為0mA或約0mA。如無基材偏壓，基材電荷 電流大體約與電子束電流相等，其通常介于約0.5mA與約50mA?；?17 上的負偏壓較佳介于約-10與約-30V，如介于約-20與約-23V。然而，最佳 基材偏壓可使基材電荷電流為0mA，其改變可取決于用于處理基材的電子 束。
示范電子束條件可用以包含室溫度介于約20(TC與約60(TC,如約350 。C至約40(TC。電子束能可介于約0.5kev至約30kev。暴露劑量可介于約 VC/cm2與約400|iC/cm2。室壓力可介于約1mTorr與約100mTorr。電子 束電流可介于約0.5mA與約50mA。文中提供的電子束條件可與圖1所示 設備一同使用，圖3、 5、 6、 17、 18、與19的設備亦是如此。電子束條 件亦可于其它設備使用。
圖3為可于施行本發(fā)明實施例另一電子束設備300的代表圖。與圖1
電子束設備部件相同的部件，則以相同參考號碼標示。與圖1設備不同的
是，圖3的基材支撐114不連結(jié)至基材偏壓源。當圖3的基材支撐114如 圖1所示的環(huán)狀時，于圖3的設備300內(nèi)的基材可實際支撐于三個接觸點 上。三個接觸點之一可為熱電偶組件160。雖僅示一組熱電偶組件160， 但三個接觸點的任一可含一組熱電偶組件。熱電偶組件160是連結(jié)至控制 器150。在一實施例中，超過一組熱電偶組件包含在真空室102內(nèi)。于三 點平面上支撐基材可幫助提供良好基材溫度控制，如基材與其支撐表面具 均勻接觸。其它實施例可含任何數(shù)目接觸點(含熱電偶及/或接地銷334)。 圖3的設備300亦含介于陽極106與基材支撐114間的柵極330。柵 極330附屬于室側(cè)壁332并接地。柵極330可具與陽極106或陰極104 相同尺寸，如圓周。參照圖15,柵極330含導線(如鋁)，其具開口可提 供網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(mesh structure)至柵極330。開口可為方形且具尺寸為數(shù)毫 米乘上數(shù)毫米，如10mm*10mm。柵極330另 一實施例是圖標于圖16。圖 16—實施例中，柵極330具相當多孔洞。每一孔洞尺寸約為0.125cm、間 隔為0.145cm。柵極330尺寸約為31.75cm、且柵極厚度約為0.229cm。 柵極包舍如鋁的物質(zhì)且具66%的透明度。在一實施例中(未顯示)，柵極 330由具直徑10mils與透明度66%的鋁導線形成。柵極330是連結(jié)至提 供正壓于柵極330的偏壓源336。偏壓源336可為射頻偏壓源或直流偏壓 源。
設備300的電子發(fā)射是如上述圖1設備100所述方式起始并維持。簡 單而言，正價離子122 (如氬離子)撞擊陰極104并提供接觸與處理基材 117的二次電子。延伸自陽極106的負場(negative field )加速電子朝向 基材117,其亦使基材上有過量負電荷累積。雖然室102中具可中和過量 負電荷的正價離子，但延伸自陽極106的負場亦會使正價離子朝向陽極 106累積，而非朝向基材117，故其等可中和基材117上的電荷。藉提供 正偏壓至柵極330,延伸自陽極106的負場效應會于柵極330終止。因此， 力(force)效應如陽極負場，即先前避免正價離子到達基材并中和基材117 上負電荷的力效應，可被柵極330減至最低。同樣的，正柵極偏壓使正價 離子遠離自柵極330并朝向基材117 (正價離子可中和基材117上的負電
荷)。柵極330亦捕捉二次電子132。捕捉正價離子128與消滅二次電子 132兩者皆可促進中和基材117上的負電荷?；?17上殘余電荷可于基 材117上產(chǎn)生小于約0.005mA的電荷電流，如小于約0.002mA，例如介 于約0.001mA與約0.002mA。在一實施例中，基材上殘余電荷電流為OmA 或約OmA。
柵極330是連結(jié)至柵極控制器338。在此實施例中，柵極控制器338 以銷(pin) 334連結(jié)。柵極控制器338允許使用者基于所選制程配方與所 需結(jié)果，輸入基材電流「設定點」至柵極控制器338。于封閉回路配置， 離開基材的電流經(jīng)銷334測量且傳遞至柵極控制器338。柵極控制器338 調(diào)整柵極330電壓直到基材電流與設定點相同，如OmA。于開放回路配置， 輸入所需柵極電壓至柵極控制器338并提供至柵極330。在一實施例中， 柵極控制器338含比例積分微分控制器(PID controller)與至少一安培計。 柵極控制器亦可連結(jié)至熱電偶160或基材支撐114。
于基材電子束處理時提供至柵極330的正偏壓，是于足以完全或部份 中和基材上電子束電荷的條件下供應。在一實施例中，提供至柵極330的 正偏壓介于約3V與約30V。然而已認可的最佳柵極偏壓可導致基材電流 電荷為OmA,其取決于用于處理基材的電子束條件。例如當電子束處理 的能量增加時，則需求較高的柵極偏壓。最佳柵極偏壓亦可取決于基材自 身的電場特性，如基材傾向累積負電荷。
圖4A是圖標根據(jù)本發(fā)明實施例，大體于電子束處理時基材電流與柵 極偏壓的圖400。 x軸表示自-30V至30V的柵極偏壓。y軸表示基材上的
基材電流。ls表示基材電 流。IpE 表示一次電子流。IsE表示二次電子流。lAR
表示氬流。參照圖4A,如自-30V增加至0V的柵極偏壓，因此增加的lSE 使得ls減少。自-30V增加至0V,并沒有l(wèi)AR。當柵極偏壓自OV增加至約 15V,增加的lAR與Ise皆使Is減少。當基材電流為0可達最佳柵極偏壓， 以點402表示。當基材電流于點402為0時，Ipe等于Iar與IsE的總和。 當柵極偏壓增加時，Iar>> (IpE-lsE)，因此減少的ls使其更加正價。
圖4B是圖標根據(jù)本發(fā)明實施例一特例中的電子束處理時，基材電流 與柵極偏壓的圖410。 x軸表示自0V至60V的柵極偏壓。y軸表示基材上
的基材電流(ls)，自-300|jA至300 mA。對線412，于下列條件中電子束 處理棵硅基材電子束能量為-4.25keV、陽極電壓-125V、電子束電流 3.0mA、氬流為100sccm、以及基材溫度3S0。C。測量基材上的電荷電流 于不同基材直流偏壓是以線412表示。對線414,于下列條件中電子束處 理棵硅基材電子束能量為-2.0keV、陽極電壓-125V、電子束電流3.0mA、 氬流為100sccm、以及基材溫度35CTC。測量基材上的電荷電流于不同基 材直流偏壓是以線412表示。既lSE (-2.0keV)大于ISE (-4.25keV)， 因此需更多的Iar使ls等于 至-4.25 keV而非-2.0keV。結(jié)果顯示需要約 5V的柵極偏壓使ls等于0，如點416所示(對-2.0keV)。此結(jié)果亦顯示 需約25V使ls等于0，如點418所示(對-4.25keV)。
使用根據(jù)圖3的腔室于基材上施行電子束處理時，發(fā)現(xiàn)柵極偏壓介于 約5V與約25V，其足以中和基材(以能量介于-2.0keV與-4.25keV的電 子束處理)上的電子束電荷。約5V的柵極偏壓足以中和基材(具電子束 電流介于1mA與4mA,于-2.0keV與400°C )上的電子束電荷。因此發(fā)現(xiàn) 于一范圍內(nèi)的電子束電流所需柵極偏壓可不變。圖5為可施行本發(fā)明實施 例的另一電子束設備500代表圖。設備500與圖1所示的設備100類似， 除了設備500的基材支撐114并未連結(jié)至基材偏壓源，且設備500更包含 等離子流體槍540。等離子流體槍540可連結(jié)至室102以引入低能量離子 如具能量小于約5eV的離子，像是經(jīng)由位于室102側(cè)壁的進口 542的低能 量氬離子。等離子流體槍540與進口 542可配置在介于陽極106與基材支 撐114間，使得藉等離子流體槍540供應至室的正價離子可提供于靠近基 材支撐114處以局部增加靠近基材117 (位于基材支撐114上的)的正價 離子濃度，從而中和基材117上的電子束電荷。等離子流體槍540亦提供 電子至室102,可預防過量正價電荷累積在基材117上。
實例
下列實例是用以闡明本發(fā)明實施例。例中的基材為300mm基材，其 是由位于美國加州圣克拉拉應用材料所提供的EBk 電子束室來處理的。
例1:
以圖1所示設備于下述條件對棵硅基材作電子束處理電子束能量為 2keV、陽極電壓-125V、電子束電流1.5mA、氬流為100sccm、以及基材 溫度353。C。于不同基材直流偏壓測量基材上的電荷電流。圖2A是圖標于 不同基材直流偏壓下，基材上的電荷電流的圖。
例2:
于下述條件對棵硅基材作電子束處理電子束能量為3keV、陽極電壓 -125V、電子束電流1.5mA、氬流為100sccm、以及基材溫度353。C。于 不同基材直流偏壓測量基材上的電荷電流。圖2B是圖標于不同基材直流 偏壓下，基材上的電荷電流的圖。
圖2A是圖標于電子束處理(具能量2keV)時提供至基材的基材偏壓 為約-20V時，可得到OmA或約OmA的基材電荷電流。圖2B是圖標于電 子束處理(具能量3keV)時提供至基材的基材偏壓為約-23V時，可得到 OmA或約OmA的基材電荷電流。因此圖2A與圖2B闡明本發(fā)明實施例提 供產(chǎn)生約OmA的基材電荷電流的方法(于電子束處理時)，且提供方法可 降低因基材上過量負電荷累積而產(chǎn)生的電荷損害(于電子束處理時)。約 OmA的基材電荷電流表示基材正價離子流大體上與基材電子流相等。
使用棵硅基材可達上述關于例1與例2產(chǎn)生的結(jié)果，類似結(jié)果如于 基材偏壓為-20V時、基材電流為約OmA，則以含半導體組件的圖案化基材 獲得。亦觀察到提供至基材的負偏壓并不顯著影響電子束處理能量。例如 使用2keV電子束處理與-20V的基材偏壓，觀察到最后電子束能量為 1.98keV，表示基材偏壓大體上不會降低電子束能量。
一般相信在如此處所述施加基材偏壓時，因?qū)奶峁┓浅５湍芰康?br> 數(shù)薄膜上所形成)的密封。 例3:
具Black Diamond llx (其制程條件是由美國加州圣克拉拉應用材料公
司所提供)薄膜沉積其上的硅基材是于圖3所示設備中以下列條件進行電
子束處理電子束能量為3.3keV、陽極電壓-125V、電子束電流1.5mA、 氬流為100sccm、以及基材溫度400。C。設備的接地鋁導線柵極具66%透 明度、導線直徑10mils、與0.011英寸直徑開口。于不同柵極偏壓測量基 材上的電荷電流?；纳系碾姾呻娏麟S著柵極偏壓增加而增加，且于柵極 偏壓為25V時可達0。于電子束處理后Black Diamond llx的薄膜性質(zhì)，包 含厚度、折射率、收縮、厚度均勻性、介電常數(shù)、與應力，均相當于類似 條件下于不包含如圖3所示經(jīng)正偏壓的柵極的腔室內(nèi)進行電子束處理的 Black Diamond llx的薄膜性質(zhì)。
熱電偶
本發(fā)明實施例亦提供包含陶瓷尖端的熱電偶。雖然主要討論為處理腔 室600，熱電偶組件160亦可與后述腔室一同使用，如其它處理腔室包含 但不限于化學氣相沉積、物理氣相沉積、等離子輔助化學氣相沉積或任何 其它需要溫度監(jiān)控的處理或制造腔室。
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的示范處理腔室600、電子束腔室的代表圖。 電子束腔室600包含真空室620、大面積陰極622、靶面或位于場自由區(qū) 638的基材支撐630、與位在介于靶面630與大面積陰極622間的柵極陽 極626。耙面630含至少一孔洞634其延伸經(jīng)由真空室620，用于嵌入溫 度測量組件如熱電偶組件160。熱電偶組件160是連結(jié)至控制器650。電 子束腔室600更包含高壓絕緣體624與加速場區(qū)636 (自大面積陰極622 絕緣柵極陽極626)、控制真空室620內(nèi)部壓力的可變漏氣閥632、連結(jié) 至大面積陰極622的可變高壓電源供應629、與連結(jié)至柵極陽極626的可 變低壓電源供應631。
電子束腔室600其它細節(jié)是描述于1991年3月26日核準的美國專利 案號5,003,178,標題為「大面積均勻電子源」，其全文于不與本發(fā)明內(nèi) 容矛盾下合并于此以互為參照。
圖7為熱電偶組件160實施例的透視圖。此實施例的熱電偶組件160 包含結(jié)合至絕緣套730的熱電偶尖端710。熱電偶尖端710與漸縮的絕緣套730經(jīng)一段長度電纜或電纜線段920 (參照圖9)附屬于背殼750、經(jīng) 保護管760環(huán)繞電纜線段920。背殼750配有復數(shù)個彎曲接觸(未顯示)， 每一連結(jié)至熱電偶組件160的導線910 (如藉焊接)與連接器770的對應 銷(未顯示)。
圖8為示于圖7的熱電偶尖端710實施例的透視圖。熱電偶尖端710 包含具第一端812與第二端814的管狀部件810。管狀部件810具開口 816與形成于管狀部件810表面上的一對狹縫818，是經(jīng)由以兩端822與 823穿過彈性部件820的每一。彈性部件820的端822與823藉焊接或其 它習知附著技術，以第二端814附屬于管狀部件810外部。接觸表面830 藉焊接或其它習知附著技術附屬于彈性部件820。施加偏壓于彈性部件820 以使接觸表面830伸出管狀部件810的第一端812的開口 816。包含兩金 屬線(如圖9所示)的導線910藉焊接或其它常見習知附著技術附屬于接 觸表面830內(nèi)側(cè)，從而形成熱電偶接面或溫度傳感器。
接觸表面830可為任何形狀或較佳具低質(zhì)量與平滑表面。接觸表面 830較佳由選自碳化硅、氮化硅、氮化鋁、人造鉆石與其組合物組成的群 組的陶瓷材料所制。具較快反應時間與極佳熱導度的其它物質(zhì)處理時，不 與制程化學物反應為可接受的。如何選擇這些物質(zhì)則視制程而定。
彈性部件820較佳為彈簧裝栽裝置如彈片、壓縮彈簧、板片彈簧、或 錐形彈簧，亦可為任何彈性或可提供所需特性的可彎曲金屬線。彈性部件 820具長度與形狀使彈性部件820于壓縮與非壓縮態(tài)，延伸通過管狀部件 810的第一端812的開口 816。藉允許熱電偶尖端710上方移動確保介于 熱電偶接面與基材表面的完全接觸。更進一步，藉熱電偶尖端710的平衡 動作(gimbal action)確保與基材表面的完全接觸。彈性部件820包含任 何適當彈簧型物質(zhì)如鋁、不銹鋼(如INCONEL )與其它不與制程化學 物反應的高延展性、抗腐蝕金屬合金。
圖9為圖7的示范熱電偶組件160擷取示于圖7的線9-9的代表圖。 圖9顯示電纜線段920封閉于保護管760內(nèi)。電纜線段920包含具足夠彈 性可抗損壞的絕緣電纜，當熱電偶組件160固定于任一端但堅硬足使電纜 線段920插入保護管760內(nèi)。電纜線段920包含至少一導線910，其是與
封閉于液體密封與氣體密封的連續(xù)保護管760內(nèi)的高壓耐火無機絕緣體相 絕緣。保護管760包含任何適當物質(zhì)如鋁、不銹鋼(如INCONEL )與 其它不與制程化學物反應的高延展性、抗腐蝕金屬合金。
導線910藉焊接或其它常見習知附著技術附屬于接觸表面830對側(cè)表 面，以形成附屬于彈性部件820的熱電偶接面。如果導線910焊接在接觸 表面830上，必需小心使用最少量的焊料，因大量焊料將因自接面?zhèn)髯邿?而降低反應速率且將干擾彈性部件820的正常彎曲。
于圖6的電子束腔室600的洞634是插入熱電偶，以使熱電偶組件 160的漸縮絕緣套730與形成于電子束腔室600的洞634內(nèi)的錐形檔體 (tapered stop)(未顯示)相符合靠抵，且接觸表面830延伸超出洞634 并配置于真空室內(nèi)。當漸縮絕緣套730與檔體彼此適配時，可形成將熱電 偶組件160固定至電子束腔室600的阻擋機制(stop mechanism )以在基 材表面(未顯示)與熱電偶接觸表面830達正確接觸時阻文件熱電偶組件 160并形成密封。阻擋機制亦使熱電偶組件160易于移除。用在阻擋機制 的漸縮表面使熱電偶組件160易于脫離。習知技術人士應可了解漸縮絕緣 套730與檔體非必然漸縮且可為任何適用于彼此的形狀與尺寸。
于操作中，暴露于電子束中具低介電常數(shù)薄膜于其上的基材是置放于 耙面630上。圖10A為熱電偶尖端710的接觸表面830與彈性部件820, 于一開始接觸基材表面1010上方的概要圖。彈性部件820位于無偏壓位 置。如圖10B所示，當基材表面1010與熱電偶尖端710的接觸表面830 接觸時，藉基材表面1010重量提供的向下力量對彈性部件820施加偏壓。 彈性部件820的偏壓允許接觸表面830與基材表面1010維持接觸，當其 亦允許基材接觸靶面630時。
于制程期間，電壓逐漸形成在接附熱電偶接面處的導線910的兩金屬 線間，而金屬線未接附端或參考接面則維持在已知溫度。熱電偶接面與參 考接面間的溫度差異產(chǎn)生與溫度差成比例的電動勢。所測得的電壓經(jīng)由導
線910傳輸至控制器150且可用于決定基材溫度。
藉控制是統(tǒng)操作處理腔室600的實施例。控制是統(tǒng)可包含任何數(shù)目控 制器如控制器150、處理器與輸入/輸出裝置。在一實施例中，控制是統(tǒng)為
封閉回路回饋是統(tǒng)的一部件，于處理基材時監(jiān)控處理腔室600內(nèi)的各式參 數(shù)并接著發(fā)布一或多個控制訊號使其根據(jù)各種設定點進行必要調(diào)整。大體 而言，監(jiān)控參數(shù)包含溫度、壓力、與氣體流率。
X燈加熱器
本發(fā)明實施例亦提供加熱器或加熱裝置113，加熱裝置113較佳為交 叉燈力口熱組件(cross lamp heating assembly)。雖上述關于電子束腔室 的討論，加熱裝置113亦可用在其它處理腔室包含但不限于化學氣相沉積、 物理氣相沉積、等離子輔助化學氣相沉積腔室。
圖11為加熱裝置113實施例的透視圖。加熱裝置113較佳為交叉燈 加熱裝置。在一圖解實施例中，加熱裝置113可含一或多個燈，包含但不 限于氬燈、卣素燈、鹵鎢燈、高功率弧燈、電容耦合燈、微波源、或紫外 光源?？裳b置加熱裝置113產(chǎn)生介于一與三個溫度控制區(qū)域。在一實施例 中，加熱裝置113具兩溫度控制區(qū)域。在一實施例中，加熱裝置113具一 外部區(qū)域其包含四個燈1110、 1112、 1114、與1116以十字(crossed)配 置。加熱裝置113亦具一內(nèi)部區(qū)域其包含四個燈1120、 1122、 1124、與 1126以平行配置?？砂才艧粲谌魏嗡鑾缀涡问剑^佳為至少兩個燈交 叉于至少一溫度區(qū)域內(nèi)，使得燈管配置提供至少兩溫度區(qū)域。在一實施例 中，每一區(qū)域可介于1至100千瓦，每一區(qū)域較佳為介于約3千瓦，整體 為6千瓦。在一實施例中，每一區(qū)域燈的燈絲1128具相同長度。另一實 施例中，每一區(qū)域燈的燈絲1128具不同燈絲長度以較佳定義溫度曲線與 均勻性。圖解這些燈絲長度與其它燈絲長度可用以產(chǎn)生所需溫度曲線。折 射器(未顯示)分開的兩區(qū)域為主體的一部分，藉以增加硬度與冷卻反射 板1720 (示于圖18中)。在一實施例中，燈的電連接器1123以彈簧裝 載。線形燈可為符合使用者電源、電壓、與燈絲規(guī)格的規(guī)格燈。連接器與 燈皆位于石英管1127的側(cè)邊上，其暴露于大氣以消滅任何電弧(arcing )， 允許自然對流冷卻與排除燈為污染源。
為證實燈模塊設計，施行燈發(fā)光仿真。模型同時展示了內(nèi)部與外部區(qū) 域發(fā)光圖案，且亦可證實圖案可控性。改變內(nèi)部與外部區(qū)域電源設定，展
示了介于區(qū)間平順轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生平坦的、凹面的、或凸面的發(fā)光圖案的能力。
圖12A說明使用舊式加熱器設計的300mm基材的收縮均勻性。原始 的EBkTM燈于400'C時，設定點僅能介于與20'C—樣的范圍(橫過300mm 基材)。此導致如圖12A所示的1500埃的低介電常數(shù)薄膜26%的收縮均 勻性值(3a)。
圖12B圖標使用本發(fā)明加熱裝置的300mm基材的收縮均勻性。使用 本發(fā)明加熱裝置，橫過300mm基材的溫度范圍被降至7。C (于40(TC設定 點)。此導致如圖12B所示的1500埃的低介電常數(shù)薄膜8%的收縮均勻 性值(3cr)。
圖13為可用于本發(fā)明的加熱裝置1300另一實施例的透視圖。加熱裝 置1300可與其它處理腔室(包含但不限于化學氣相沉積、物理氣相沉積、 與等離子輔助化學氣相沉積腔室) 一起使用。加熱裝置1300具一外部區(qū) 域其包含環(huán)或環(huán)形燈1302。加熱裝置1300亦具一內(nèi)部區(qū)域其包含四個燈 1304、 1306、 1308、與1310以平行配置。在一實施例中，每一區(qū)域燈的 燈絲1340具相同長度。另一實施例中，每一區(qū)域燈的燈絲具不同燈絲長 度以較佳定義溫度曲線與均勻性。圖解這些燈絲長度與其它燈絲長度可用 以產(chǎn)生所需溫度曲線。燈絲1340包含在管1330內(nèi)，較佳為石英所制。熟 習此項技術人士將可了解其它配置與幾何形狀為可能的。
圖14為可用于本發(fā)明的加熱裝置1400另一實施例的透視圖。加熱裝 置1400具三個溫度控制區(qū)域。在一實施例中，加熱裝置113具兩溫度控 制區(qū)域。第一區(qū)域包含燈1410、 1435、 1440、與1465。第二區(qū)域包含燈 1415、 1430、 1445、與1460。第三區(qū)域包含燈1420、 1425、 1450、與 1455。對300mm的基材而言，第一區(qū)域燈絲1470具燈絲長度約152mm。 對300mm的基材而言，第二區(qū)域燈絲1475具燈絲長度約279mm。對 300mm的基材而言，第三區(qū)域燈絲1480具燈絲長度約152mm。圖解這 些燈絲長度與其它燈絲長度可用以產(chǎn)生所需溫度曲線。連接器與燈皆位于 石英管1482的側(cè)邊上，其暴露于大氣以消滅任何電弧(arcing),允許自 然對流冷卻與排除燈為污染源。燈可在不影響室的真空狀態(tài)下自石英管 1482移除。
圖17為可用于施行本發(fā)明實施例的另一電子束設備1700的代表圖。 以相同參考數(shù)目標示圖1與圖3電子束設備部件等同的部件。如圖3的設 備300、圖17的基材支撐114并未連結(jié)至基材偏壓源。當圖17的基材支 撐114顯示為環(huán)時，于圖17設備1700內(nèi)的基材實際可藉熱電偶與銷(未 顯示)組合支撐。如上文中討論，熱電偶用以測量溫度?？芍梅诺谝粺犭?偶160于可測量基材117內(nèi)區(qū)域溫度的位置。第二熱電偶170可置于朝向 基材117外半徑，使其可測量朝向外半徑溫度的位置。另一實施例中，第 二熱電偶170用以測量基材支撐114上的溫度。熱電偶組件160與170 皆連結(jié)至控制器150。在其它實施例中，任何復合熱電偶組件可包含真空 室102。其它熱電偶安排亦可藉本發(fā)明計劃。
圖17亦包含基材升降銷1710與反射板1720。裝置基材升降銷1710 以升起基材117至基材支撐114上或離開。在一 實施例中，基材升降銷1710 包含石英物質(zhì)?；纳典N1710連結(jié)至桿1715。桿1715經(jīng)配置以于電 子束設備1700底部形成開口 ，并連結(jié)基材升降銷1710至升起機制(未顯 示)。桿1715通常為中空及/或穿設有數(shù)個信道以強化引導電源藕合、傳 感器、控制線、流體線與其它自基材升降銷1710至電子束設備1700外部 的裝置。在一實施例中，桿包含石英物質(zhì)。
位于基材117下方的反射板1720,允許基材117的輻射特質(zhì)大體獨 立于基材117的發(fā)射率。反射板1720可為平坦的、彎曲的、或允許所需 基材特質(zhì)微調(diào)的任何其它形狀。在一實施例中(未顯示)，反射板1720 可置于基材117上方。于高溫設定下，反射板1720大體置于基材117上 方。另一實施例中(未顯示)，室1700的底墻1717作用如反射板。在此 實施例中，室1700的底墻1717所含上表面1719 (參照圖19)是用于反 射能量于基材117背側(cè)上?；?17背側(cè)與反射表面間的反射會產(chǎn)生黑體 腔(blackbody cavity)，使得熱電偶的溫度測量(未顯示)不會受基材背 側(cè)發(fā)射率影響，因而可提供正確的溫度測量能力。在一實施例中，以吸收 反射板形式的反射表面其反射波長介于300-2000nm，且藉幅射能組件以 其它波長反射。反射板1720位于基材117下方并鄰近于基材117介于約 5cm至約25cm,較佳為小于約15cm。反射板1720允許改善基材至基材
的溫度控制，因而改善基材間的均勻性。
柵極330連結(jié)至柵極控制器338。在此實施例中，柵極控制器338連 結(jié)至基材支撐114。極控制器338允許使用者基于所選制程配方與所需結(jié) 果，輸入基材電流「設定點J至極控制器338。于封閉回路配置，離開基 材的電流經(jīng)基材支撐114測量且傳遞至柵極控制器338。柵極控制器338 調(diào)整柵極330電壓直到基材電流與設定點相同。另一實施例中(未顯示)， 柵極330連結(jié)至至少一第一熱電偶160與第二熱電偶170。第一熱電偶160 與第二熱電偶170用以測量離開基材電流。
圖1、 4、 5、與圖17已圖標并描述如提供用于中和基材上的電子束電 荷的分離溶液，與圖1、 4、 5、與圖17有關的文中所述設備與方法的任何 組合可用以降低對基材的電荷損害(于電子束處理時)。例如可于室(介 于陽極與基材支撐間具正偏壓的柵極)中以電子束處理基材，以及于電子 束處理時提供低能量正價離子至室的等離子流體槍。較佳為以等離子流體 槍引入低能量正價離子至介于陽極與基材支撐間的室。同時亦可于室(介 于陽極與基材支撐間具正偏壓的柵極)中以電子束處理基材，且于電子束 處理時基材偏壓源提供負偏壓至基材。
圖18為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束設備的低部件代表圖。圖18顯示 連結(jié)至桿1715、基材支撐環(huán)114、基材117、與加熱裝置113的基材升降 銷1710。底墻1717包含上表面1719亦有圖標。如上文所討論，加熱裝 置113包含置于管1127內(nèi)的燈。管1127可含任何習知物質(zhì)但以石英為較 佳。燈1127可在不影響室的真空狀態(tài)下移除并取代。
圖19為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子束設備的低部件底視圖。圖19說明 基材升降銷1710、基材支撐環(huán)114、第一熱電偶160的位置與相對于基材 支撐環(huán)的第二熱電偶170、與加熱裝置113。設置第一熱電偶160以測量 基材上的溫度。設置第二熱電偶170以測量基材支撐環(huán)114上的溫度。另 一實施例中，設置第二熱電偶170以測量基材外部區(qū)域上的溫度。再一實 施例中，設置第二熱電偶170以測量近基材的溫度。其它實施例考慮到使 用大于兩個熱電偶或小于兩個熱電偶。為配置用于200mm或300mm基材 的電子束設備，可移除基材升降銷1710與基材支撐環(huán)114。自300mm基材轉(zhuǎn)換至200mm基材時，僅需使用基材特定尺寸碳化硅涂布的石墨預熱 環(huán)，以排除高溫下基材邊緣的損失。
前述是應用于本發(fā)明實施例，可修改其它與進一 步本發(fā)明實施例但不 悖離其基本范圍，且其范圍是藉由權利要求界定。
權利要求
1. 一種用于處理基材的電子束設備，其至少包含真空室，其至少包含電子源，其至少包含陽極；以及陰極；基材支撐；柵極，該柵極的設置是于電子束處理期間裝置，用以降低電荷對該基材的損害，其中該柵極位在介于該陽極與該基材支撐間；以及低壓源，連結(jié)至該陽極；高壓源，連結(jié)至該陰極；偏壓源，連結(jié)至該柵極；以及真空源，用于維持該基材真空。
2. 如權利要求1所述的電子束設備，其中該真空室更包含與該真空室 連通的一交叉燈(cross lamp)加熱裝置。
3. 如權利要求1所述的電子束設備，其中該真空室更包含至少一與該 真空室連通的熱電偶組件。
4. 如權利要求1所述的電子束設備，其中該基材支撐包含至少一與該 真空室連通的熱電偶組件。
5. 如權利要求4所述的電子束設備，其中該熱電偶組件包含由一陶瓷 材料所制的一彈性部件。
6. 如權利要求5所述的電子束設備，其中該陶瓷材料是選自由碳化硅、 氮化硅、氮化鋁、人造鉆石與其組合物組成的群組。
7. 如權利要求1所述的電子束設備，其中該真空室更包含連結(jié)至該基 材支撐的一基材偏壓源。
8. 如權利要求2所述的電子束設備，其中該交叉燈加熱裝置是配置于 該基材支撐下方。
9. 如權利要求2所述的電子束設備，其中該交叉燈加熱裝置包含兩或 多個平行陣列，其經(jīng)定位以使該第一平行陣列與該第二平行陣列交叉。
10. —種于電子束處理期間降低基材的電荷損害的方法，其至少包含 提供一室，其包含柵極位于介于陽極與基材支撐間；以及 提供一偏壓電壓至該柵極，其中該偏壓電壓是于足以完全或部份中和該基材上的電子束電荷的條件下提供。
11. 如權利要求10所述的方法，其中該條件是足以將該基材電荷電流 降低至小于約0.005mA。
12. 如權利要求10所述的方法，其中該偏壓為直流偏壓。
13. 如權利要求10所述的方法，其中該偏壓為射頻偏壓。
14. 如權利要求10所述的方法，其中該基材包含一低介電常數(shù)薄膜， 且該低介電常數(shù)薄膜的電子束處理包含于該低介電常數(shù)薄膜中形成孔洞。
15. 如權利要求10所述的方法，其中該偏壓電壓是介于約3V與約40V。
16. 如權利要求10所述的方法，其中該偏壓電壓是介于約-3V與約-30V。
17. —種用于處理基材的電子束設備，其至少包含 真空室，其至少包含電子源，其至少包含陽才及；以及陰極； 基材支撐；柵極，位在該陽極與該基材支撐間，其中該柵極是連結(jié)至一偏壓 源；以及交叉燈加熱裝置，位于該基材支撐下； 低壓源，連結(jié)至該陽極； 高壓源，連結(jié)至該陰極；以及 真空源，用于維持該基材真空。
18. 如權利要求17所述的電子束設備，其中該真空室更包含至少一熱 電偶組件，其中該至少一熱電偶組件包含一彈性部件，裝配成以接觸該基 材表面，其中該彈性部件包含一陶瓷材料。
19. 如權利要求17所述的電子束設備，其中該真空室更包含一連結(jié)至 該真空室的等離子流體槍，其中該等離子流體槍適于將低能量正價離子引 至該真空室中。
20. 如權利要求18所述的電子束設備，其中該至少一熱電偶組件與該 交叉燈加熱裝置是與一控制器電性連通，該控制器的配置是用以控制該交 叉燈加熱裝置所發(fā)散的熱量。
全文摘要
本發(fā)明提供用于基材的電子束處理的方法與設備。電子束設備包含真空室、至少一與真空室連通的熱電偶組件、與真空室連通的加熱裝置、以及其組合。在一實施例中，真空室包含電子源，其中電子源包含連結(jié)至高壓源的陰極、連結(jié)至低壓源的陽極、以及基材支撐。另一實施例中，真空室包含設置介于陰極與基材支撐間的柵極(grid)。在一實施例中，加熱裝置包含第一平行光束陣列(parallel light array)與第二平行光束陣列，并配置成使第二平行光束陣列與第一平行光束陣列交叉。在一實施例中，熱電偶組件包含由氮化鋁所制的溫度傳感器。
文檔編號H01J35/00GK101390185SQ200680034035
公開日2009年3月18日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權日2005年9月15日
發(fā)明者A·T·迪莫斯, A·奧-巴亞緹, A·沙哈, D·R·杜波依斯, H·穆薩德, J·C·羅查-阿爾瓦雷斯, K·A·埃爾舍拉夫, L·A·德克魯茲, T·施米竹, 巖崎直之 申請人:應用材料股份有限公司