具有x-灯加热器的真空反应腔的制作方法

专利名称：具有x-灯加热器的真空反应腔的制作方法
技术领域：
本发明实施例大体与制造集成电路有关。更明确而言，本发明实施例 与用于电子束处理基材的设备与方法有关。
背景技术：
自数十年前首次引入此种组件，集成电路几何尺寸便显著地缩小。自 此集成电路大体跟随两年/尺寸减半的规则(通常称作摩尔定律)，意指晶
片上的组件数目每两年倍增。今日制造设备常规生产组件具0.13 ju m与甚 至0.1 ju m的特征尺寸，而明日设备很快就可生产具更小特征尺寸的组件。
组件几何尺寸连续缩小已对具低介电常数(k)值的薄膜产生损害，因 介于邻近金属线的电容耦合必须减小以进一步降低集成电路上的组件尺 寸。更明确而言，绝缘体具低介电常数，以小于约4.0为较佳。具低介电 常数的绝缘体范例包含商业可购得的旋涂式玻璃(spin-on glass)、掺氟 硅玻璃(FSG)、与聚四氟乙烯(PTFE)。
近来已发展出具小于约3.5的k值的有机硅薄膜。 一种已用于发展低 介电常数有机硅薄膜的方法是自含一或多种有机硅化合物的气体混合物沉 积薄膜，且接着后处理沉积薄膜以自沉积薄膜移除易挥发或热不稳定物种 如有机官能基。自沉积薄膜移除易挥发或热不稳定物种会于薄膜内产生会 降低薄膜介电常数的孔洞，此是相对于空气具约1的介电常数而言。
电子束处理已被成功应用在后处理沉积薄膜且于薄膜内产生孔洞，其 亦改善薄膜机械性质。然而现行电子束腔室设计则为数个重要缺点所苦。 首先，现行电子束腔室设计于基材上会具负面副作用，如基材上半导体组 件损失或破坏。例如于电子束处理后，观察到高闸极氧化物漏电与电压 阈值漂移(voltage threshold (VT) shift)。 一般认为电子束处理会藉于基 材上产生过量负电荷损害基材(因电子轰击基材)。于制造组件时产生的 过量负电荷可导致电荷电流其会在基材若干区域形成不需要的电流路径，
于组件操作时，通常为经由新建立电流路径的绝缘、与漏电流，可破坏基 材上的组件。第二，现行电子束腔室设计会造成基材重金属污染。第三， 因整个基材表面缺乏温度均匀性，显示出基材内部收缩不佳。收缩均匀性
(shrinkage uniformity)为薄膜特质的一种表示，如硬度。 因此对基材沉积层电子束处理的改善设备与方法仍有需求。

发明内容
因此本发明提供可解决上述问题的设备与方法。
本发明实施例提供一种处理基材的电子束设备。在一实施例中，该用 于处理基材的电子束设备包含一真空室。该真空室包含一电子源。电子源 包含一阳极、 一低压源以及一高压源，该低压源连结至阳极，而高压源连 结至阴极。真空室更包含一基材支撑与一栅极，该栅极的配置是用以在电 子束处理时，降低基材的损害，其中栅极位于介于阳极与基材支撑间。偏 压源是连结至栅极。在一实施例中，真空室更包含至少一热电偶组件。另 一实施例中，热电偶组件包含陶瓷材料制的弹性部件。另一实施例中，陶 瓷材料是选自由碳化硅、氮化硅、氮化铝、人造钻石与其组合物组成的群 组。
另一实施例中，则提供一种于电子束处理时，降低基材的电荷损害的 方法。此法包含提供一室，其包含一栅极配置于阳极与基材支撑间，且该 室提供偏压源至该栅极，其中所提供的偏压源条件是足以全部或部分中和 基材上的电子束电荷。在一实施例中，此条件足以降低基材电荷电流小于 约0.005mA。在一实施例中，偏压源为直流偏压。另一实施例中，偏压源 为射频偏压。另一实施例中，基材包含一低介电常数薄膜，以及该低介电 常数薄膜的电子束处理包含于低介电常数薄膜内形成孔洞。在一实施例中， 偏压是介于约3V与约40V。另一实施例中，偏压是介于约-3V与约-30V。
另一实施例中，提供一种用于处理基材的电子束设备。真空室包含一 电子源。该电子源包含连结至高压电源供应的阴极与连结至低压电源供应 的阳极。真空室更包含一基材支撑与一栅极，该栅极位在阳极与基材支撑 间，其中栅极连结至偏压源以及位于该基材支撑下的交叉灯加热装置。在 一实施例中，真空室更包含至少一热电偶组件，其中至少一热电偶组件包 含一弹性部件，其配置用以接触基材表面，其中弹性部件包含陶瓷材料。 另一实施例中，基材支撑包含至少一热电偶組件。在一实施例中，热电偶 组件包含弹性部件，该弹性部件包含陶瓷材料。


为使本发明上述特征手法可被详尽理解，简明摘要本发明特定实施例 于上，其可参照实施例，其中一些则于附加图标加以阐明。然而值得注意 的是，附加图标仅图解本发明典型实施例但不限制其范围，本发明亦承认 其它等效实施例。
图1为根据本发明实施例的电子束设备代表图； 图2A图标于根据本发明实施例的电子束处理时，基材电荷电流与基 材偏压图2B图标于根据本发明实施例的电子束处理时，基材电荷电流与基 材偏压图3为根据本发明另一实施例的电子束设备代表图4A图标根据本发明实施例的电子束处理时，基材电流与栅极偏压
图4B图标根据本发明实施例的电子束处理时，基材电流与栅极偏压
图5为根据本发明另一实施例的电子束设备代表图6为根据本发明另 一 实施例的电子束设备代表图7为热电偶组件的实施例的透视图8为示于图7的热电偶尖端的实施例的透视图9为示于图7的示范热电偶组件所撷取示于图7的线9-9的代表图10A为热电偶尖端一开始接触基材上方的概要图10B为热电偶尖端接触基材后的概要图11为一实施例的加热装置透视图12A图标使用旧式加热器设计的300mm基材的收缩均匀性；
图12B图标使用本发明实施例加热装置的300mm基材的收缩均匀性; 图13为加热装置另一实施例的透视图； 图14为加热装置另一实施例的透视图； 图15为本发明栅极实施例的透视图； 图16为本发明栅极另 一 实施例的透视图； 图17为根据本发明另一实施例的电子束设备的代表图； 图18为根据本发明实施例的电子束设备的低部件(lower portion )的 代表图；以及
图19为根据本发明实施例的电子束设备的低部件的底视图。 主要组件符号说明
9线9-9100电子束设备
102真空室104阴极
106阳极108高压电源供应
110可变低压电源供应112可变刚性漏气阀
113加热装置或加热器114基材支撑环
116偏压源117基材
118电流计120离子化区域
122正价离子124力口速场区
126电子128正价离子
132二次电子150控制器
160第一热电偶170第二热电偶
300电子束设备330栅极
332侧壁334接地销
336偏压源338栅极控制器
400图402,泉
410图412线
414线416,泉
418,泉500电子束设备
540等离子流体枪542进口
600处理腔室620真空室
622大面积阴极624高压绝缘体
626栅极阳极628阴极覆盖绝缘体
629可变高压电源供应630耙面或基材支撑
631可变低压电源供应632可变漏气阀
634洞636加速场区
638场自由区650控制器
710热电偶尖端730绝缘套
750背壳760保护管
770连接器810管状部件
812第一端814第二端
816开口818一对狭缝
820弹性部件822两端822与832
830热电偶接触表面832两端822与832910导线920电缆线段
1010基材表面111()灯
1112灯1114灯1116灯1120灯1122灯1123灯的电连接器1124灯"26灯1127石英管1128灯丝1130加热装置1302环或环形灯1304灯1306灯1308灯1310灯1330管1340灯丝1400加热装置1410灯1415灯1420灯1425灯1430灯
1435灯1440灯
1445灯1450灯
1455灯1460灯
1465灯1470第一区灯丝
1475第二区灯丝1480第三区灯丝
1482石英管1700电子束设备
1710基材升降销1715杆
1717底墙1719上表面
1720反射板
具体实施例方式
本发明实施例于电子束处理时，提供降低基材电荷损害、降低基材污 染、降低基材收缩的设备与方法。大体而言，文中所述设备与方法可增加 靠近基材的正价离子浓度，以允许二次电子离开基材、以及允许基材表面 于电子束处理降低基材污染时有较大的温度控制。文中所述设备与方法进 一步提供改进的温度控制的设备与方法。
可根据本发明实施例处理的基材含硅或含硅基材、图案化基材如具半 导体组件于其上的基材、以及非图案化或棵基材。在一实施例中，基材包 含低介电常数薄膜，其较佳为以电子束移除挥发性物种进行后处理，因此 形成孔洞与降低薄膜介电常数。可由含有机硅化合物、烃化合物、选择性 氧化剂、及/或其组合物的混合物沉积低介电常数薄膜。
电子束设备
在一 实施例中，于电子束处理时提供负基材偏压以降低或消除电子束 处理时基材的电荷损害。藉提供负基材偏压可加速正价离子朝向基材。正 价离子中和负电荷可于电子束处理时累积并于制造基材组件时导致不想要 的电流路径。此负偏压亦防止产生自基材的二次电子自基材返回。
图1为用于实施本发明实施例的电子束设备100代表图。电子束设备 100包含具阴极104与阳极106配置于其中的室102。阳极106可经穿孑L,
如栅极阳极。阴极104与阳极106藉介于两者间的绝缘体(未显示)作电 性绝缘。阴极104连结至位于室102外部的可变高压电源供应110。阳极 106连结至位于室102外部的可变低压电源供应108。室102亦包含可变 刚性漏气阀112用以控制室102内部压力。此室可进一步包含加热装置113 如一或多个用于电子束处理时加热基材的灯(如卣素灯)。安排加热装置 113为以置于基材117下方的加热装置113单侧加热。在一实施例中，加 热装置113置于基材117上方。在一实施例中，加热装置113藉一制程窗 (未显示)与基材117分隔。此窗可由石英制造。在一实施例中，加热装 置113置于真空室102外部以使加热装置113容易移除与取代而不影响真 空整体性。加热装置113将于下文中进一步描述。室内的基材支撑114连 结至基材偏压源116，其提供基材偏压至基材117 (盛托于基材支撑114 上)。基材偏压源116可为可变直流偏压源或可变射频偏压源。设备100 亦可含电流计118如安培计，以量测盛托于基材支撑114上的基材充电流。 电流计118可置于介在基材偏压源116与基材支撑114间的室102外部。 基材支撑114可含至少一孔洞(经由真空室102),是用于嵌入温度测量 组件如热电偶组件160。热电偶组件160接触基材117。热电偶组件160 连结至控制器150。在一实施例中，真空室102包含超过一热电偶。另一 实施例中，热电偶组件160作用如基材支撑。
于操作中，根据本发明实施例，于真空室102内置放基材于基材支撑 114上。基材支撑114与周遭电性绝缘。接着对室抽气，使之自大气压降 至压力介于约1mTorr与约100Torr。可变刚性漏气阀112用以控制压力。
电子束大体于高压下产生，其藉高压电源供应110供应至阴极104。 高压可介于约-500V至约30，000V，或更高。可变低压电源供应108可将 电压提供至阳极106，该电压相对于供应至阴极104的电压为正的。
为起始设备内的电子放射，需离子化介于阳极106与基材支撑114间 的离子化区域120内的气体。此气体可含一或多种氩、氦、氮、氢、氧、 氨、氖、氪、氙。在一实施例中，气体含氩。离子化可藉天然存有伽玛射 线或藉室102内的高压火花起始。离子化后，以微小负电压施加偏压于阳 极106 (如介于约0V与约-250V)以吸引正价离子122,如至阳极106
的氩离子。正价离子122进入配置介于阴极104与阳极106间的加速场区 124，以及高压(如约-500V至约30，000V提供阴极)导致其加速朝向 阴极104。正价离子因撞击阴极104上方而产生加速回向阳极106的电子 126。当若干电子撞击阳极，许多电子继续通过阳极106以接触基材支撑 114上的基材117。
于电子束处理时累积在基材117上的过量负电荷(来自接触基材的电 子)藉提供负偏压至基材117预防。藉连结至基材支撑114的偏压源116 提供负偏压至基材117。提供至基材的偏压可为直流偏压。或偏压源可为 射频偏压，如与基材绝缘层覆硅(silicon on insulator)的电子束处理有关 的应用。基材117上的负偏压可吸引若干室内正价离子128 (如正价氩离 子)，并加速正价离子128朝向基材117，导致基材117上的负电荷部份 或全部中和。基材117上的负偏压亦防止产生自基材117 —次电子轰击 (primary electron bombardment)的二次电子132返回基才才117。 it匕等 二次电子132是排出至接地端(ground)如接地室(grounded chamber) 壁。捕捉正价离子128与消灭二次电子132两者皆可促进中和基材117上 的负电荷。基材上残余电荷可于基材117上产生小于约0.005mA的电荷电 流，如小于约0.002mA,例如介于约0.001mA与约0.002mA。在一实施 例中，基材上残余电荷电流为0mA或约0mA。如无基材偏压，基材电荷 电流大体约与电子束电流相等，其通常介于约0.5mA与约50mA。基材117 上的负偏压较佳介于约-10与约-30V，如介于约-20与约-23V。然而，最佳 基材偏压可使基材电荷电流为0mA，其改变可取决于用于处理基材的电子 束。
示范电子束条件可用以包含室温度介于约20(TC与约60(TC,如约350 。C至约40(TC。电子束能可介于约0.5kev至约30kev。暴露剂量可介于约 VC/cm2与约400|iC/cm2。室压力可介于约1mTorr与约100mTorr。电子 束电流可介于约0.5mA与约50mA。文中提供的电子束条件可与图1所示 设备一同使用，图3、 5、 6、 17、 18、与19的设备亦是如此。电子束条 件亦可于其它设备使用。
图3为可于施行本发明实施例另一电子束设备300的代表图。与图1
电子束设备部件相同的部件，则以相同参考号码标示。与图1设备不同的
是，图3的基材支撑114不连结至基材偏压源。当图3的基材支撑114如 图1所示的环状时，于图3的设备300内的基材可实际支撑于三个接触点 上。三个接触点之一可为热电偶组件160。虽仅示一组热电偶组件160， 但三个接触点的任一可含一组热电偶组件。热电偶组件160是连结至控制 器150。在一实施例中，超过一组热电偶组件包含在真空室102内。于三 点平面上支撑基材可帮助提供良好基材温度控制，如基材与其支撑表面具 均匀接触。其它实施例可含任何数目接触点(含热电偶及/或接地销334)。 图3的设备300亦含介于阳极106与基材支撑114间的栅极330。栅 极330附属于室侧壁332并接地。栅极330可具与阳极106或阴极104 相同尺寸，如圓周。参照图15,栅极330含导线(如铝)，其具开口可提 供网状结构(mesh structure)至栅极330。开口可为方形且具尺寸为数毫 米乘上数毫米，如10mm*10mm。栅极330另 一实施例是图标于图16。图 16—实施例中，栅极330具相当多孔洞。每一孔洞尺寸约为0.125cm、间 隔为0.145cm。栅极330尺寸约为31.75cm、且栅极厚度约为0.229cm。 栅极包舍如铝的物质且具66%的透明度。在一实施例中(未显示)，栅极 330由具直径10mils与透明度66%的铝导线形成。栅极330是连结至提 供正压于栅极330的偏压源336。偏压源336可为射频偏压源或直流偏压 源。
设备300的电子发射是如上述图1设备100所述方式起始并维持。简 单而言，正价离子122 (如氩离子)撞击阴极104并提供接触与处理基材 117的二次电子。延伸自阳极106的负场(negative field )加速电子朝向 基材117,其亦使基材上有过量负电荷累积。虽然室102中具可中和过量 负电荷的正价离子，但延伸自阳极106的负场亦会使正价离子朝向阳极 106累积，而非朝向基材117，故其等可中和基材117上的电荷。藉提供 正偏压至栅极330,延伸自阳极106的负场效应会于栅极330终止。因此， 力(force)效应如阳极负场，即先前避免正价离子到达基材并中和基材117 上负电荷的力效应，可被栅极330减至最低。同样的，正栅极偏压使正价 离子远离自栅极330并朝向基材117 (正价离子可中和基材117上的负电
荷)。栅极330亦捕捉二次电子132。捕捉正价离子128与消灭二次电子 132两者皆可促进中和基材117上的负电荷。基材117上残余电荷可于基 材117上产生小于约0.005mA的电荷电流，如小于约0.002mA，例如介 于约0.001mA与约0.002mA。在一实施例中，基材上残余电荷电流为OmA 或约OmA。
栅极330是连结至栅极控制器338。在此实施例中，栅极控制器338 以销(pin) 334连结。栅极控制器338允许使用者基于所选制程配方与所 需结果，输入基材电流「设定点」至栅极控制器338。于封闭回路配置， 离开基材的电流经销334测量且传递至栅极控制器338。栅极控制器338 调整栅极330电压直到基材电流与设定点相同，如OmA。于开放回路配置， 输入所需栅极电压至栅极控制器338并提供至栅极330。在一实施例中， 栅极控制器338含比例积分微分控制器(PID controller)与至少一安培计。 栅极控制器亦可连结至热电偶160或基材支撑114。
于基材电子束处理时提供至栅极330的正偏压，是于足以完全或部份 中和基材上电子束电荷的条件下供应。在一实施例中，提供至栅极330的 正偏压介于约3V与约30V。然而已认可的最佳栅极偏压可导致基材电流 电荷为OmA,其取决于用于处理基材的电子束条件。例如当电子束处理 的能量增加时，则需求较高的栅极偏压。最佳栅极偏压亦可取决于基材自 身的电场特性，如基材倾向累积负电荷。
图4A是图标根据本发明实施例，大体于电子束处理时基材电流与栅 极偏压的图400。 x轴表示自-30V至30V的栅极偏压。y轴表示基材上的
基材电流。ls表示基材电 流。IpE 表示一次电子流。IsE表示二次电子流。lAR
表示氩流。参照图4A,如自-30V增加至0V的栅极偏压，因此增加的lSE 使得ls减少。自-30V增加至0V,并没有lAR。当栅极偏压自OV增加至约 15V,增加的lAR与Ise皆使Is减少。当基材电流为0可达最佳栅极偏压， 以点402表示。当基材电流于点402为0时，Ipe等于Iar与IsE的总和。 当栅极偏压增加时，Iar>> (IpE-lsE)，因此减少的ls使其更加正价。
图4B是图标根据本发明实施例一特例中的电子束处理时，基材电流 与栅极偏压的图410。 x轴表示自0V至60V的栅极偏压。y轴表示基材上
的基材电流(ls)，自-300|jA至300 mA。对线412，于下列条件中电子束 处理棵硅基材电子束能量为-4.25keV、阳极电压-125V、电子束电流 3.0mA、氩流为100sccm、以及基材温度3S0。C。测量基材上的电荷电流 于不同基材直流偏压是以线412表示。对线414,于下列条件中电子束处 理棵硅基材电子束能量为-2.0keV、阳极电压-125V、电子束电流3.0mA、 氩流为100sccm、以及基材温度35CTC。测量基材上的电荷电流于不同基 材直流偏压是以线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。结果显示需要约 5V的栅极偏压使ls等于0，如点416所示(对-2.0keV)。此结果亦显示 需约25V使ls等于0，如点418所示(对-4.25keV)。
使用根据图3的腔室于基材上施行电子束处理时，发现栅极偏压介于 约5V与约25V，其足以中和基材(以能量介于-2.0keV与-4.25keV的电 子束处理)上的电子束电荷。约5V的栅极偏压足以中和基材(具电子束 电流介于1mA与4mA,于-2.0keV与400°C )上的电子束电荷。因此发现 于一范围内的电子束电流所需栅极偏压可不变。图5为可施行本发明实施 例的另一电子束设备500代表图。设备500与图1所示的设备100类似， 除了设备500的基材支撑114并未连结至基材偏压源，且设备500更包含 等离子流体枪540。等离子流体枪540可连结至室102以引入低能量离子 如具能量小于约5eV的离子，像是经由位于室102侧壁的进口 542的低能 量氩离子。等离子流体枪540与进口 542可配置在介于阳极106与基材支 撑114间，使得藉等离子流体枪540供应至室的正价离子可提供于靠近基 材支撑114处以局部增加靠近基材117 (位于基材支撑114上的)的正价 离子浓度，从而中和基材117上的电子束电荷。等离子流体枪540亦提供 电子至室102,可预防过量正价电荷累积在基材117上。
实例
下列实例是用以阐明本发明实施例。例中的基材为300mm基材，其 是由位于美国加州圣克拉拉应用材料所提供的EBk 电子束室来处理的。
例1:
以图1所示设备于下述条件对棵硅基材作电子束处理电子束能量为 2keV、阳极电压-125V、电子束电流1.5mA、氩流为100sccm、以及基材 温度353。C。于不同基材直流偏压测量基材上的电荷电流。图2A是图标于 不同基材直流偏压下，基材上的电荷电流的图。
例2:
于下述条件对棵硅基材作电子束处理电子束能量为3keV、阳极电压 -125V、电子束电流1.5mA、氩流为100sccm、以及基材温度353。C。于 不同基材直流偏压测量基材上的电荷电流。图2B是图标于不同基材直流 偏压下，基材上的电荷电流的图。
图2A是图标于电子束处理(具能量2keV)时提供至基材的基材偏压 为约-20V时，可得到OmA或约OmA的基材电荷电流。图2B是图标于电 子束处理(具能量3keV)时提供至基材的基材偏压为约-23V时，可得到 OmA或约OmA的基材电荷电流。因此图2A与图2B阐明本发明实施例提 供产生约OmA的基材电荷电流的方法(于电子束处理时)，且提供方法可 降低因基材上过量负电荷累积而产生的电荷损害(于电子束处理时)。约 OmA的基材电荷电流表示基材正价离子流大体上与基材电子流相等。
使用棵硅基材可达上述关于例1与例2产生的结果，类似结果如于 基材偏压为-20V时、基材电流为约OmA，则以含半导体组件的图案化基材 获得。亦观察到提供至基材的负偏压并不显著影响电子束处理能量。例如 使用2keV电子束处理与-20V的基材偏压，观察到最后电子束能量为 1.98keV，表示基材偏压大体上不会降低电子束能量。
一般相信在如此处所述施加基材偏压时，因对基材提供非常低能量的
数薄膜上所形成)的密封。 例3:
具Black Diamond llx (其制程条件是由美国加州圣克拉拉应用材料公
司所提供)薄膜沉积其上的硅基材是于图3所示设备中以下列条件进行电
子束处理电子束能量为3.3keV、阳极电压-125V、电子束电流1.5mA、 氩流为100sccm、以及基材温度400。C。设备的接地铝导线栅极具66%透 明度、导线直径10mils、与0.011英寸直径开口。于不同栅极偏压测量基 材上的电荷电流。基材上的电荷电流随着栅极偏压增加而增加，且于栅极 偏压为25V时可达0。于电子束处理后Black Diamond llx的薄膜性质，包 含厚度、折射率、收缩、厚度均匀性、介电常数、与应力，均相当于类似 条件下于不包含如图3所示经正偏压的栅极的腔室内进行电子束处理的 Black Diamond llx的薄膜性质。
热电偶
本发明实施例亦提供包含陶瓷尖端的热电偶。虽然主要讨论为处理腔 室600，热电偶组件160亦可与后述腔室一同使用，如其它处理腔室包含 但不限于化学气相沉积、物理气相沉积、等离子辅助化学气相沉积或任何 其它需要温度监控的处理或制造腔室。
图6为根据本发明实施例的示范处理腔室600、电子束腔室的代表图。 电子束腔室600包含真空室620、大面积阴极622、靶面或位于场自由区 638的基材支撑630、与位在介于靶面630与大面积阴极622间的栅极阳 极626。耙面630含至少一孔洞634其延伸经由真空室620，用于嵌入温 度测量组件如热电偶组件160。热电偶组件160是连结至控制器650。电 子束腔室600更包含高压绝缘体624与加速场区636 (自大面积阴极622 绝缘栅极阳极626)、控制真空室620内部压力的可变漏气阀632、连结 至大面积阴极622的可变高压电源供应629、与连结至栅极阳极626的可 变低压电源供应631。
电子束腔室600其它细节是描述于1991年3月26日核准的美国专利 案号5,003,178,标题为「大面积均匀电子源」，其全文于不与本发明内 容矛盾下合并于此以互为参照。
图7为热电偶组件160实施例的透视图。此实施例的热电偶组件160 包含结合至绝缘套730的热电偶尖端710。热电偶尖端710与渐缩的绝缘套730经一段长度电缆或电缆线段920 (参照图9)附属于背壳750、经 保护管760环绕电缆线段920。背壳750配有复数个弯曲接触(未显示)， 每一连结至热电偶组件160的导线910 (如藉焊接)与连接器770的对应 销(未显示)。
图8为示于图7的热电偶尖端710实施例的透视图。热电偶尖端710 包含具第一端812与第二端814的管状部件810。管状部件810具开口 816与形成于管状部件810表面上的一对狭缝818，是经由以两端822与 823穿过弹性部件820的每一。弹性部件820的端822与823藉焊接或其 它习知附着技术，以第二端814附属于管状部件810外部。接触表面830 藉焊接或其它习知附着技术附属于弹性部件820。施加偏压于弹性部件820 以使接触表面830伸出管状部件810的第一端812的开口 816。包含两金 属线(如图9所示)的导线910藉焊接或其它常见习知附着技术附属于接 触表面830内侧，从而形成热电偶接面或温度传感器。
接触表面830可为任何形状或较佳具低质量与平滑表面。接触表面 830较佳由选自碳化硅、氮化硅、氮化铝、人造钻石与其组合物组成的群 组的陶瓷材料所制。具较快反应时间与极佳热导度的其它物质处理时，不 与制程化学物反应为可接受的。如何选择这些物质则视制程而定。
弹性部件820较佳为弹簧装栽装置如弹片、压缩弹簧、板片弹簧、或 锥形弹簧，亦可为任何弹性或可提供所需特性的可弯曲金属线。弹性部件 820具长度与形状使弹性部件820于压缩与非压缩态，延伸通过管状部件 810的第一端812的开口 816。藉允许热电偶尖端710上方移动确保介于 热电偶接面与基材表面的完全接触。更进一步，藉热电偶尖端710的平衡 动作(gimbal action)确保与基材表面的完全接触。弹性部件820包含任 何适当弹簧型物质如铝、不锈钢(如INCONEL )与其它不与制程化学 物反应的高延展性、抗腐蚀金属合金。
图9为图7的示范热电偶组件160撷取示于图7的线9-9的代表图。 图9显示电缆线段920封闭于保护管760内。电缆线段920包含具足够弹 性可抗损坏的绝缘电缆，当热电偶组件160固定于任一端但坚硬足使电缆 线段920插入保护管760内。电缆线段920包含至少一导线910，其是与
封闭于液体密封与气体密封的连续保护管760内的高压耐火无机绝缘体相 绝缘。保护管760包含任何适当物质如铝、不锈钢(如INCONEL )与 其它不与制程化学物反应的高延展性、抗腐蚀金属合金。
导线910藉焊接或其它常见习知附着技术附属于接触表面830对侧表 面，以形成附属于弹性部件820的热电偶接面。如果导线910焊接在接触 表面830上，必需小心使用最少量的焊料，因大量焊料将因自接面传走热 而降低反应速率且将干扰弹性部件820的正常弯曲。
于图6的电子束腔室600的洞634是插入热电偶，以使热电偶组件 160的渐缩绝缘套730与形成于电子束腔室600的洞634内的锥形档体 (tapered stop)(未显示)相符合靠抵，且接触表面830延伸超出洞634 并配置于真空室内。当渐缩绝缘套730与档体彼此适配时，可形成将热电 偶组件160固定至电子束腔室600的阻挡机制(stop mechanism )以在基 材表面(未显示)与热电偶接触表面830达正确接触时阻文件热电偶组件 160并形成密封。阻挡机制亦使热电偶组件160易于移除。用在阻挡机制 的渐缩表面使热电偶组件160易于脱离。习知技术人士应可了解渐缩绝缘 套730与档体非必然渐缩且可为任何适用于彼此的形状与尺寸。
于操作中，暴露于电子束中具低介电常数薄膜于其上的基材是置放于 耙面630上。图10A为热电偶尖端710的接触表面830与弹性部件820, 于一开始接触基材表面1010上方的概要图。弹性部件820位于无偏压位 置。如图10B所示，当基材表面1010与热电偶尖端710的接触表面830 接触时，藉基材表面1010重量提供的向下力量对弹性部件820施加偏压。 弹性部件820的偏压允许接触表面830与基材表面1010维持接触，当其 亦允许基材接触靶面630时。
于制程期间，电压逐渐形成在接附热电偶接面处的导线910的两金属 线间，而金属线未接附端或参考接面则维持在已知温度。热电偶接面与参 考接面间的温度差异产生与温度差成比例的电动势。所测得的电压经由导
线910传输至控制器150且可用于决定基材温度。
藉控制是统操作处理腔室600的实施例。控制是统可包含任何数目控 制器如控制器150、处理器与输入/输出装置。在一实施例中，控制是统为
封闭回路回馈是统的一部件，于处理基材时监控处理腔室600内的各式参 数并接着发布一或多个控制讯号使其根据各种设定点进行必要调整。大体 而言，监控参数包含温度、压力、与气体流率。
X灯加热器
本发明实施例亦提供加热器或加热装置113，加热装置113较佳为交 叉灯力口热组件(cross lamp heating assembly)。虽上述关于电子束腔室 的讨论，加热装置113亦可用在其它处理腔室包含但不限于化学气相沉积、 物理气相沉积、等离子辅助化学气相沉积腔室。
图11为加热装置113实施例的透视图。加热装置113较佳为交叉灯 加热装置。在一图解实施例中，加热装置113可含一或多个灯，包含但不 限于氩灯、卣素灯、卤钨灯、高功率弧灯、电容耦合灯、微波源、或紫外 光源。可装置加热装置113产生介于一与三个温度控制区域。在一实施例 中，加热装置113具两温度控制区域。在一实施例中，加热装置113具一 外部区域其包含四个灯1110、 1112、 1114、与1116以十字(crossed)配 置。加热装置113亦具一内部区域其包含四个灯1120、 1122、 1124、与 1126以平行配置。可安排灯于任何所需几何形式，但较佳为至少两个灯交 叉于至少一温度区域内，使得灯管配置提供至少两温度区域。在一实施例 中，每一区域可介于1至100千瓦，每一区域较佳为介于约3千瓦，整体 为6千瓦。在一实施例中，每一区域灯的灯丝1128具相同长度。另一实 施例中，每一区域灯的灯丝1128具不同灯丝长度以较佳定义温度曲线与 均匀性。图解这些灯丝长度与其它灯丝长度可用以产生所需温度曲线。折 射器(未显示)分开的两区域为主体的一部分，藉以增加硬度与冷却反射 板1720 (示于图18中)。在一实施例中，灯的电连接器1123以弹簧装 载。线形灯可为符合使用者电源、电压、与灯丝规格的规格灯。连接器与 灯皆位于石英管1127的侧边上，其暴露于大气以消灭任何电弧(arcing )， 允许自然对流冷却与排除灯为污染源。
为证实灯模块设计，施行灯发光仿真。模型同时展示了内部与外部区 域发光图案，且亦可证实图案可控性。改变内部与外部区域电源设定，展
示了介于区间平顺转换时产生平坦的、凹面的、或凸面的发光图案的能力。
图12A说明使用旧式加热器设计的300mm基材的收缩均匀性。原始 的EBkTM灯于400'C时，设定点仅能介于与20'C—样的范围(横过300mm 基材)。此导致如图12A所示的1500埃的低介电常数薄膜26%的收缩均 匀性值(3a)。
图12B图标使用本发明加热装置的300mm基材的收缩均匀性。使用 本发明加热装置，横过300mm基材的温度范围被降至7。C (于40(TC设定 点)。此导致如图12B所示的1500埃的低介电常数薄膜8%的收缩均匀 性值(3cr)。
图13为可用于本发明的加热装置1300另一实施例的透视图。加热装 置1300可与其它处理腔室(包含但不限于化学气相沉积、物理气相沉积、 与等离子辅助化学气相沉积腔室) 一起使用。加热装置1300具一外部区 域其包含环或环形灯1302。加热装置1300亦具一内部区域其包含四个灯 1304、 1306、 1308、与1310以平行配置。在一实施例中，每一区域灯的 灯丝1340具相同长度。另一实施例中，每一区域灯的灯丝具不同灯丝长 度以较佳定义温度曲线与均匀性。图解这些灯丝长度与其它灯丝长度可用 以产生所需温度曲线。灯丝1340包含在管1330内，较佳为石英所制。熟 习此项技术人士将可了解其它配置与几何形状为可能的。
图14为可用于本发明的加热装置1400另一实施例的透视图。加热装 置1400具三个温度控制区域。在一实施例中，加热装置113具两温度控 制区域。第一区域包含灯1410、 1435、 1440、与1465。第二区域包含灯 1415、 1430、 1445、与1460。第三区域包含灯1420、 1425、 1450、与 1455。对300mm的基材而言，第一区域灯丝1470具灯丝长度约152mm。 对300mm的基材而言，第二区域灯丝1475具灯丝长度约279mm。对 300mm的基材而言，第三区域灯丝1480具灯丝长度约152mm。图解这 些灯丝长度与其它灯丝长度可用以产生所需温度曲线。连接器与灯皆位于 石英管1482的侧边上，其暴露于大气以消灭任何电弧(arcing),允许自 然对流冷却与排除灯为污染源。灯可在不影响室的真空状态下自石英管 1482移除。
图17为可用于施行本发明实施例的另一电子束设备1700的代表图。 以相同参考数目标示图1与图3电子束设备部件等同的部件。如图3的设 备300、图17的基材支撑114并未连结至基材偏压源。当图17的基材支 撑114显示为环时，于图17设备1700内的基材实际可藉热电偶与销(未 显示)组合支撑。如上文中讨论，热电偶用以测量温度。可置放第一热电 偶160于可测量基材117内区域温度的位置。第二热电偶170可置于朝向 基材117外半径，使其可测量朝向外半径温度的位置。另一实施例中，第 二热电偶170用以测量基材支撑114上的温度。热电偶组件160与170 皆连结至控制器150。在其它实施例中，任何复合热电偶组件可包含真空 室102。其它热电偶安排亦可藉本发明计划。
图17亦包含基材升降销1710与反射板1720。装置基材升降销1710 以升起基材117至基材支撑114上或离开。在一 实施例中，基材升降销1710 包含石英物质。基材升降销1710连结至杆1715。杆1715经配置以于电 子束设备1700底部形成开口 ，并连结基材升降销1710至升起机制(未显 示)。杆1715通常为中空及/或穿设有数个信道以强化引导电源藕合、传 感器、控制线、流体线与其它自基材升降销1710至电子束设备1700外部 的装置。在一实施例中，杆包含石英物质。
位于基材117下方的反射板1720,允许基材117的辐射特质大体独 立于基材117的发射率。反射板1720可为平坦的、弯曲的、或允许所需 基材特质微调的任何其它形状。在一实施例中(未显示)，反射板1720 可置于基材117上方。于高温设定下，反射板1720大体置于基材117上 方。另一实施例中(未显示)，室1700的底墙1717作用如反射板。在此 实施例中，室1700的底墙1717所含上表面1719 (参照图19)是用于反 射能量于基材117背侧上。基材117背侧与反射表面间的反射会产生黑体 腔(blackbody cavity)，使得热电偶的温度测量(未显示)不会受基材背 侧发射率影响，因而可提供正确的温度测量能力。在一实施例中，以吸收 反射板形式的反射表面其反射波长介于300-2000nm，且藉幅射能组件以 其它波长反射。反射板1720位于基材117下方并邻近于基材117介于约 5cm至约25cm,较佳为小于约15cm。反射板1720允许改善基材至基材
的温度控制，因而改善基材间的均匀性。
栅极330连结至栅极控制器338。在此实施例中，栅极控制器338连 结至基材支撑114。极控制器338允许使用者基于所选制程配方与所需结 果，输入基材电流「设定点J至极控制器338。于封闭回路配置，离开基 材的电流经基材支撑114测量且传递至栅极控制器338。栅极控制器338 调整栅极330电压直到基材电流与设定点相同。另一实施例中(未显示)， 栅极330连结至至少一第一热电偶160与第二热电偶170。第一热电偶160 与第二热电偶170用以测量离开基材电流。
图1、 4、 5、与图17已图标并描述如提供用于中和基材上的电子束电 荷的分离溶液，与图1、 4、 5、与图17有关的文中所述设备与方法的任何 组合可用以降低对基材的电荷损害(于电子束处理时)。例如可于室(介 于阳极与基材支撑间具正偏压的栅极)中以电子束处理基材，以及于电子 束处理时提供低能量正价离子至室的等离子流体枪。较佳为以等离子流体 枪引入低能量正价离子至介于阳极与基材支撑间的室。同时亦可于室(介 于阳极与基材支撑间具正偏压的栅极)中以电子束处理基材，且于电子束 处理时基材偏压源提供负偏压至基材。
图18为根据本发明实施例的电子束设备的低部件代表图。图18显示 连结至杆1715、基材支撑环114、基材117、与加热装置113的基材升降 销1710。底墙1717包含上表面1719亦有图标。如上文所讨论，加热装 置113包含置于管1127内的灯。管1127可含任何习知物质但以石英为较 佳。灯1127可在不影响室的真空状态下移除并取代。
图19为根据本发明实施例的电子束设备的低部件底视图。图19说明 基材升降销1710、基材支撑环114、第一热电偶160的位置与相对于基材 支撑环的第二热电偶170、与加热装置113。设置第一热电偶160以测量 基材上的温度。设置第二热电偶170以测量基材支撑环114上的温度。另 一实施例中，设置第二热电偶170以测量基材外部区域上的温度。再一实 施例中，设置第二热电偶170以测量近基材的温度。其它实施例考虑到使 用大于两个热电偶或小于两个热电偶。为配置用于200mm或300mm基材 的电子束设备，可移除基材升降销1710与基材支撑环114。自300mm基材转换至200mm基材时，仅需使用基材特定尺寸碳化硅涂布的石墨预热 环，以排除高温下基材边缘的损失。
前述是应用于本发明实施例，可修改其它与进一 步本发明实施例但不 悖离其基本范围，且其范围是藉由权利要求界定。
权利要求
1. 一种用于处理基材的电子束设备，其至少包含真空室，其至少包含电子源，其至少包含阳极；以及阴极；基材支撑；栅极，该栅极的设置是于电子束处理期间装置，用以降低电荷对该基材的损害，其中该栅极位在介于该阳极与该基材支撑间；以及低压源，连结至该阳极；高压源，连结至该阴极；偏压源，连结至该栅极；以及真空源，用于维持该基材真空。
2. 如权利要求1所述的电子束设备，其中该真空室更包含与该真空室 连通的一交叉灯(cross lamp)加热装置。
3. 如权利要求1所述的电子束设备，其中该真空室更包含至少一与该 真空室连通的热电偶组件。
4. 如权利要求1所述的电子束设备，其中该基材支撑包含至少一与该 真空室连通的热电偶组件。
5. 如权利要求4所述的电子束设备，其中该热电偶组件包含由一陶瓷 材料所制的一弹性部件。
6. 如权利要求5所述的电子束设备，其中该陶瓷材料是选自由碳化硅、 氮化硅、氮化铝、人造钻石与其组合物组成的群组。
7. 如权利要求1所述的电子束设备，其中该真空室更包含连结至该基 材支撑的一基材偏压源。
8. 如权利要求2所述的电子束设备，其中该交叉灯加热装置是配置于 该基材支撑下方。
9. 如权利要求2所述的电子束设备，其中该交叉灯加热装置包含两或 多个平行阵列，其经定位以使该第一平行阵列与该第二平行阵列交叉。
10. —种于电子束处理期间降低基材的电荷损害的方法，其至少包含 提供一室，其包含栅极位于介于阳极与基材支撑间；以及 提供一偏压电压至该栅极，其中该偏压电压是于足以完全或部份中和该基材上的电子束电荷的条件下提供。
11. 如权利要求10所述的方法，其中该条件是足以将该基材电荷电流 降低至小于约0.005mA。
12. 如权利要求10所述的方法，其中该偏压为直流偏压。
13. 如权利要求10所述的方法，其中该偏压为射频偏压。
14. 如权利要求10所述的方法，其中该基材包含一低介电常数薄膜， 且该低介电常数薄膜的电子束处理包含于该低介电常数薄膜中形成孔洞。
15. 如权利要求10所述的方法，其中该偏压电压是介于约3V与约40V。
16. 如权利要求10所述的方法，其中该偏压电压是介于约-3V与约-30V。
17. —种用于处理基材的电子束设备，其至少包含 真空室，其至少包含电子源，其至少包含阳才及；以及阴极； 基材支撑；栅极，位在该阳极与该基材支撑间，其中该栅极是连结至一偏压 源；以及交叉灯加热装置，位于该基材支撑下； 低压源，连结至该阳极； 高压源，连结至该阴极；以及 真空源，用于维持该基材真空。
18. 如权利要求17所述的电子束设备，其中该真空室更包含至少一热 电偶组件，其中该至少一热电偶组件包含一弹性部件，装配成以接触该基 材表面，其中该弹性部件包含一陶瓷材料。
19. 如权利要求17所述的电子束设备，其中该真空室更包含一连结至 该真空室的等离子流体枪，其中该等离子流体枪适于将低能量正价离子引 至该真空室中。
20. 如权利要求18所述的电子束设备，其中该至少一热电偶组件与该 交叉灯加热装置是与一控制器电性连通，该控制器的配置是用以控制该交 叉灯加热装置所发散的热量。
全文摘要
本发明提供用于基材的电子束处理的方法与设备。电子束设备包含真空室、至少一与真空室连通的热电偶组件、与真空室连通的加热装置、以及其组合。在一实施例中，真空室包含电子源，其中电子源包含连结至高压源的阴极、连结至低压源的阳极、以及基材支撑。另一实施例中，真空室包含设置介于阴极与基材支撑间的栅极(grid)。在一实施例中，加热装置包含第一平行光束阵列(parallel light array)与第二平行光束阵列，并配置成使第二平行光束阵列与第一平行光束阵列交叉。在一实施例中，热电偶组件包含由氮化铝所制的温度传感器。
文档编号H01J35/00GK101390185SQ200680034035
公开日2009年3月18日 申请日期2006年9月13日 优先权日2005年9月15日
发明者A·T·迪莫斯, A·奥-巴亚缇, A·沙哈, D·R·杜波依斯, H·穆萨德, J·C·罗查-阿尔瓦雷斯, K·A·埃尔舍拉夫, L·A·德克鲁兹, T·施米竹, 岩崎直之 申请人:应用材料股份有限公司