(57)【要約】  発明の実施形態は、ＵＶ処理チャンバの内部で超低誘電率誘電体フィルムを硬化するための方法を提供する。一実施形態では、方法は、堆積チャンバ内で基板上に超低誘電率誘電体層を堆積させることと、ＵＶ処理チャンバ内で、堆積された超低誘電率誘電体層にＵＶ硬化処理を行うこととを含む。方法は、酸素ガスとパージガスを、約１：５００００から約１：１００までの流量比で、ＵＶ処理チャンバ内に流入させることによって、ＵＶ処理チャンバを安定化することを含む。酸素がドープされたパージガスが流れている間、基板は、堆積された超低誘電率誘電体層を硬化するために、ＵＶ放射に曝露される。発明の、酸素がドープされたパージ硬化処理は、超低誘電率誘電体材料のケイ素−酸素ネットワークを構築する副経路をもたらすことによって、堆積された超低誘電率誘電体材料のフィルム特性に著しい影響を与えることなく、架橋効率を加速する。【選択図】図４
2015521794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線（ＵＶ）処理チャンバ内で基板を処理するための方法であって、
堆積チャンバ内の基板上に低誘電率誘電体層を堆積させることと、
前記堆積された低誘電率誘電体層を、ＵＶ処理チャンバ内の酸素がドープされたパージガスの環境下でＵＶ放射に曝露して、前記堆積された低誘電率誘電体層のバックボーン構造マトリクスの架橋プロセスを促進することとを含む、方法。
【請求項２】
前記酸素がドープされたパージガスは、前記堆積された低誘電率誘電体層内のＣ−Ｈ、Ｓｉ−ＣＨ３及びＳｉ−Ｏの結合性を増大させる一方で、前記堆積された低誘電率誘電体層内のＳｉ−Ｈ及びＳｉ−Ｃの結合性を減少させることが可能な濃度で、前記ＵＶ処理チャンバ内に流入する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素がドープされたパージガスは、酸素ガスと、ヘリウムガス及びアルゴンガスを含むパージガスとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸素ガス及び前記パージガスは、約１：５００００から約１：１００までの流量比で、前記ＵＶ処理チャンバ内に導入される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
基板を処理するための方法であって、
堆積チャンバ内の基板支持体によって支持された基板上に、約２．５未満の誘電率を有する超低誘電率誘電体層を堆積させることと、
ＵＶ処理チャンバ内で、前記堆積された超低誘電率誘電体層に、紫外線（ＵＶ）硬化処理を行うこととを含み、ＵＶ硬化処理を行うことは、
パージガス及び酸素ガスを前記ＵＶ処理チャンバ内へ流入することによって、前記ＵＶ処理チャンバを安定化させることであって、前記酸素ガスは、３００ｍｍの直径の基板に対して、約１．０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまでの流量で前記処理チャンバ内に流入する、安定化させることと、
前記堆積された超低誘電率誘電体層をＵＶ放射に曝露することと、
ＵＶ放射が終了しているか、又は継続している状態で、パージガスが前記ＵＶ処理チャンバ内にまだ流入している間に、前記酸素ガスの流れを終了することと、
前記ＵＶ処理チャンバから残留物及び不要な生成物を吐出することとを含む、方法。
【請求項６】
前記超低誘電率誘電体層は炭素がドープされた酸化ケイ素を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記パージガスはヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス又はそれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記酸素ガスと前記パージガスは、約１：５００００から約１：１００までの流量比で、前記ＵＶ処理チャンバ内に導入される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積された超低誘電率誘電体層は、約２秒から約２０分までの時間、約１００ｍＷ／ｃｍ２から約２０００ｍＷ／ｃｍ２までのＵＶ強度で、ＵＶ放射に曝露される、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
更に、
ＵＶ源を、種々の周辺位置で、９０度と２７０度の間、回転させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
更に、
ＵＶ源を、種々の周辺位置で、０度と１８０度の間、回転させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
更に、
前記酸素ガスと前記パージガスは、前記ＵＶ硬化処理中に前記基板支持体が継続的に回転している間、短時間だけ流れる、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
基板を処理するための方法であって、
堆積チャンバ内の基板上に、約２．５未満の誘電率を有する超低誘電率誘電体層を堆積させることと、
前記基板を紫外線（ＵＶ）処理チャンバへと移送することと、
酸素ガスと、ヘリウムガス及びアルゴンガスを含むパージガスとを、前記ＵＶ処理チャンバ内に流入させることと、
前記堆積された超低誘電率誘電体層をＵＶ放射に曝露することと、
ＵＶ放射を終了するか、又は継続することと、
ヘリウムガスとアルゴンガスが前記ＵＶ処理チャンバ内にまだ流入している間に、前記酸素ガスの流れを終了することと、
前記ＵＶ処理チャンバから残留物及び不要な生成物を吐出することとを含む、方法。
【請求項１４】
前記超低誘電率誘電体層は炭素がドープされた酸化ケイ素を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸素ガスと前記パージガスは、約１：５００００から約１：１００までの流量比で、前記ＵＶ処理チャンバ内に導入される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
更に、ＵＶ源を、種々の周辺位置で、０度と２７０度の間、回転させること、又は、前記処理中に前記基板支持体を継続的に回転させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
更に、
前記基板を前記ＵＶ処理チャンバから移送することと、
酸素含有ガスを、前記ＵＶ処理チャンバの上部処理区域内に導入することであって、前記上部処理区域は、前記ＵＶ処理チャンバの内部に位置付けられた透明ウインドウと透明シャワーヘッドの間に配置される、導入することと、
前記透明シャワーヘッド内に形成された一又は複数の通路を通じて、下部処理区域内へと、前記酸素含有ガスを流すことであって、前記下部処理区域は、前記ＵＶ処理チャンバの内部に配置された前記透明シャワーヘッドと基板支持体の間に配置される、流すことと、
前記酸素含有ガスをＵＶ放射に曝露して、反応性酸素ラジカルを生成することと、
不要な残留物又は堆積蓄積物を、前記反応性酸素ラジカルを使用して、前記ＵＶ処理チャンバ内に存在するチャンバ構成要素の露出面から除去することとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記上部処理区域内への前記酸素含有ガスの導入は、更に、
前記酸素含有ガスを、前記透明ウインドウの周囲を囲むよう構成されたガス分配リングから、前記透明シャワーヘッド内に形成された一又は複数の通路へと、径方向に流すことを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
更に、
前記酸素含有ガスを、前記下部処理区域から、前記透明シャワーヘッドの周囲を囲むよう構成されたガス放出リング内へと、径方向に排出することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸素含有ガスは、オゾン（Ｏ３）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は概して、ＵＶエネルギーを用いる、基板上の超低誘電率誘電体フィルムの処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、炭化ケイ素（（ＳｉＣｘ）及び炭素がドープされた酸化ケイ素（ＳｉＯＣｘ）のような誘電率が低い（ｌｏｗ−ｋ）材料は、半導体デバイスの製造において非常に広範囲に使用されている。低誘電率材料の、導電インタコネクトの間の金属間及び／又は層間誘電体としての使用は、容量効果による信号伝播の遅延を低減する。誘電体層の誘電率が下がるほど、誘電体の静電容量は低下し、集積回路（ＩＣ）のＲＣ遅延も低減する。
【０００３】
最先端技術のニーズに応じるため、現行の取り組みは、ｋ値が２．５を下回る、超低誘電率（ＵＬＫ）誘電体と称されることが多い、低誘電率誘電体材料の改善に集中している。超低誘電率誘電体材料は、例えば、低誘電率誘電体マトリクスの内部にエアボイドを組み入れて多孔性誘電体材料を創出することによって、獲得されうる。多孔性誘電体を製造する方法は、一般的に、ポロゲン（通常炭化水素のような有機物）及び、構造形成物又は誘電体材料（例えばケイ素含有材料）という、２つの構成要素を含有する「前駆体フィルム」を形成することを包含する。前駆体フィルムが基板上に形成されると、ポロゲン構成要素は、紫外線（ＵＶ）硬化処理のような熱処理を使用して除去され、構造的に無謬な多孔性誘電体マトリクス又は酸化物ネットワークを残すことが可能である。ＵＶ硬化処理はまた、マトリクスの架橋、例えば、炭素がドープされた酸化ケイ素内のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ鎖又はＳｉ−Ｃ−Ｓｉ鎖によってフィルムを強化し、機械的にも化学的にもより強度が高い低誘電率フィルムを産する。
【０００４】
ポロゲンを前駆体フィルムから除去する技術は、例えば、有機ポロゲンを破壊し、蒸発させるのに十分な温度まで基板を加熱する、熱処理を含む。前駆体フィルムからポロゲンを除去するための既知の一熱処理は、ＣＶＤ酸化ケイ素フィルムの後処理を支援するための、ＵＶ硬化処理を含む。しかし、ＵＶ処理チャンバ内に配置された石英系真空ウインドウ又はシャワーヘッドなどの、光学部品の様々な露出面は、（ポロゲン前駆体からの）有機系残留物でコーティングされる可能性があり、そのことで、定期的な洗浄が必要となる。全体として、硬化処理スループット（１時間あたりに処理される基板の数）は、硬化、洗浄及び基板の移送に必要な時間によって決定される。これらのステップのうち任意のものを最適化することで、ＵＶ処理効率が向上し、全体的なデバイス製造の効率も向上する。
【０００５】
従って、ＵＶ効率を向上させつつ、堆積された超低誘電率誘電体材料のフィルム特性を維持する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
発明の実施形態は概して、ＵＶ処理チャンバの内部で超低誘電率誘電体フィルムを硬化するための、改善された方法を提供する。発明の方法は、有利には、ＵＶ硬化処理中に酸素がドープされたパージガスを使用することによって、堆積された超低誘電率誘電体フィルムのＵＶ硬化時間を低減する。一実施形態では、方法は、堆積チャンバ内で基板上に超低誘電率誘電体層を堆積させること、及び、紫外線（ＵＶ）処理チャンバ内で、堆積された超低誘電率誘電体層に高密度化処理を行うことを含む。高密度化処理は、パージガス及び酸素ガスのＵＶ処理チャンバ内への流入によって、ＵＶ処理チャンバを安定化させることであって、酸素ガスが、約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまでの流量でＵＶ処理チャンバ内に流入する、安定化させることと、堆積された超低誘電率誘電体層をＵＶ放射に曝露することと、ＵＶ放射が終了するか又は継続している状態で、パージガスがＵＶ処理チャンバ内にまだ流入している間に、酸素ガスの流れを終了することと、ＵＶ処理チャンバから残留物を吐出することとを含む。
【０００７】
別の実施形態では、紫外線（ＵＶ）処理チャンバ内で基板を処理するための方法が提供される。方法は、堆積チャンバ内で基板上に低誘電率誘電体層を堆積させること、及び、堆積された低誘電率誘電体層を、ＵＶ処理チャンバ内の酸素がドープされたパージの環境下でＵＶ放射に曝露して、堆積された低誘電率誘電体層のバックボーン構造マトリクスの架橋プロセスを促進することを含む。低誘電率誘電体層は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合のバックボーン構造マトリクスを有する、炭素がドープされた酸化ケイ素のような、多孔性のケイ素系誘電体材料である。方法は更に、ＵＶ処理チャンバ内に、ヘリウムガス及びアルゴンガスを含むパージガスを流入することを含む。一実施例では、酸素ガスとパージガスは、約１：３２０００から約１：５０まで、又は、１：５００００から約１：１００といったより幅広い範囲の流量比で、ＵＶ処理チャンバ内に導入される。
【０００８】
更に別の実施形態では、基板を処理するための方法が提供される。方法は、堆積チャンバ内で基板上に、約２．５未満の誘電率を有する超低誘電率誘電体層を堆積させることと、基板を紫外線（ＵＶ）処理チャンバへと移送することと、ヘリウムガス、アルゴンガス及び酸素ガスを含むパージガスを、ＵＶ処理チャンバ内に流入させることであって、ヘリウムガスは約１６０００ｓｃｃｍかそれを下回る流量、例えば約１５０００ｓｃｃｍで流れ、アルゴンガスは約１６０００ｓｃｃｍかそれを下回る流量、例えば約１５０００ｓｃｃｍで流れ、かつ、酸素ガスは約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまでの流量で流れる、流入させることと、堆積された超低誘電率誘電体層をＵＶ放射に曝露することと、ヘリウムガス及びアルゴンガスが、約１６０００ｓｃｃｍかそれを下回る流量、例えば約１５０００ｓｃｃｍでＵＶ処理チャンバ内にまだ流入している間に、酸素ガスの流れを終了することと、残留物及び不要な生成物をＵＶ処理チャンバから吐出することとを含む。一実施例では、方法は更に、ＵＶランプアセンブリを、種々の周辺位置で９０度と２７０度の間、及び／又は、種々の周辺位置で０度と１８０度の間、回転させることを含む。代替的には、ＵＶランプが静止している一方で、上に基板が配置されている基板支持体を継続的に回転させることがある。
【０００９】
従って、本発明の上述の特徴を詳細に理解できるような様態、上記で簡単に要約した発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は添付の図面に示されている。しかし、発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、従って発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】２つの処理区域の上方にそれぞれ配置された２つのＵＶバルブを備えるリッドアセンブリを有する、タンデム処理チャンバの部分断面図である。
【図２】リッドアセンブリがない、処理チャンバのうちの１つの一部の等角断面概略図である。
【図３】ガス流経路を示している、図２の処理チャンバの概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、ＵＶ処理チャンバの内部に配置された低誘電率誘電体層を硬化するための、例示的なプロセスを示す。
【図５】酸素がドープされた（５ｓｃｃｍ）パージガスを使用する、発明のＵＶ硬化処理と、無酸素パージガスを使用する、従来的なＵＶ硬化処理の間の主たる結合性の差異を示す、ＵＶ硬化された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムのＦＴＩＲスペクトル間の相違である。
【図６】従来的な無酸素ＵＶ硬化処理（ＢＫＭ）を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムと、種々の酸素ドーピングレベルで酸素ガスを流す、発明のＵＶ硬化処理を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムの間の、収縮量（％）に応じた、Ｓｉ−Ｈ結合の吸光強度（任意単位）の比較を示す。
【図７】Ｓｉ−Ｏネットワークの、従来的な無酸素ＵＶ硬化処理を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムと、種々の酸素ドーピングレベルで発明のＵＶ硬化処理を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムの間の、収縮量（％）に応じたケージ比との比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明の実施形態は概して、ＵＶ処理チャンバの内部で超低誘電率誘電体フィルムを硬化するための、改善された方法を提供する。堆積された超低誘電率誘電体フィルムが炭素がドープされた酸化ケイ素である一実施形態では、少量の酸素でドープされたパージガスが、後続のＵＶ硬化処理中に、ＵＶ処理チャンバ内に導入される。酸素は、超低誘電率誘電体材料の結合性ネットワークに副経路をもたらす触媒として作用することによって、架橋効率を加速しうる。発明者は、発明の、酸素がドープされたパージ硬化処理が、硬化処理効率を、堆積された超低誘電率誘電体材料のフィルム特性に著しい影響を与えることなく、従来的な無酸素ＵＶ硬化処理と比較して最大で３５％高めうることを認めている。
【００１２】
例示的なハードウェア
図１は、本発明に役立ちうる例示的なタンデム処理チャンバ１００の断面図を示す。処理チャンバ１００は、チャンバ本体内に、基板を処理するための、２つの個別の隣接した処理区域を提供する。処理チャンバ１００は、リッド１０２、ハウジング１０４及び電源１０６を有する。ハウジング１０４の各々は、本体１６２の内部に画定された２つの処理区域１６０の上方にそれぞれ配置された、２つのＵＶランプバルブ１２２の１つずつを覆う。処理区域１６０の各々は、処理区域１６０の内部で基板１２６を支持するための、基板支持体１２４のような加熱用基板支持体を含む。ＵＶランプバルブ１２２は、ウインドウ１０８及びシャワーヘッド１１０を通って、各処理区域の内部に配置された各基板上へと方向付けられているＵＶ光を発する。基板支持体１２４は、セラミック、又は、アルミニウムのような金属から作成されうる。基板支持体１２４は、本体１６２の底部を通って延在し、処理区域１６０内の基板支持体１２４をＵＶランプバルブ１２２に向けて、またそれから遠ざけるように移動させるよう、駆動システム１３０によって作動する、脚部１２８に連結されうる。駆動システム１３０は、基板照射の均一性を更に高めるために、硬化中に基板支持体１２４を回転させ、かつ／又は転移させることも可能である。例示的なタンデム処理チャンバ１００は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．により市販されているＰｒｏｄｕｃｅｒTM処理システムのような、処理システムに組み込まれうる。発明は、堆積された誘電体フィルムを硬化するために、熱エネルギー、ＵＶエネルギー又はプラズマエネルギーを使用して、任意の処理チャンバにおいて実践されうることが企図されている。
【００１３】
ＵＶランプバルブ１２２は、ダイオードを発する一連の光源、又は、マイクロ波アークランプ、高周波フィラメント（容量結合プラズマ）ランプ及び誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ランプを含むがそれだけに限定される訳ではない、任意の最高水準のＵＶ照明源を利用するバルブでありうる。ＵＶ光は、硬化処理中にパルス変調されうる。基板照射の均一性を高めるための様々な概念は、入射光の波長分布を変化させるためにも使用されうるランプ配列の使用、回転及び周期的な並進移動（スウィーピング）を含む基板とランプヘッドの相対運動、及び、ランプリフレクタの形状及び／又は位置のリアルタイム修正を含む。ＵＶバルブは、紫外線の放射源であり、ＵＶ及び赤外線（ＩＲ）放射の波長の広範囲のスペクトルを透過させうる。
【００１４】
ＵＶランプバルブ１２２は、１７０ｎｍから４００ｎｍまでの広帯域の波長にわたり光を発しうる。ＵＶランプバルブ１２２の内部での使用のために選択されたガスにより、発する波長が決定されうる。ＵＶランプバルブ１２２から発せられるＵＶ光は、リッド１０２の開孔に配置されたウインドウ１０８及びガス分配シャワーヘッド１１０を通過することで、処理区域１６０に入る。ウインドウ１０８は、無ＯＨ合成石英ガラスで作成されることがあり、ひび割れることなく真空を維持するのに十分な厚みを有する。ウインドウ１０８は、およそ１５０ｎｍを下限とするＵＶ光を透過させる、溶融シリカでありうる。シャワーヘッド１１０は、石英又はサファイアのような透明な材料から作成され、ウインドウ１０８と基板支持体１２４の間に位置付けられうる。リッド１０２が、本体１６２を密封し、ウインドウ１０８はリッド１０２に密封されていることから、処理区域１６０は、およそ１Ｔｏｒｒからおよそ６５０Ｔｏｒｒまでの圧力を維持することが可能な容積を提供する。処理ガスまたは洗浄ガスは、２つの注入通路１３２のうちそれぞれ１つを介して、処理区域１６０に入りうる。処理ガス又は洗浄ガスは次いで、共通の放出ポート１３４を介して、処理区域１６０から抜ける。
【００１５】
ハウジング１０４の各々は、電源１０６に隣接する開孔１１５を含む。ハウジング１０４は、ダイクロイックフィルムでコーティングされたキャスト石英ライニング１３６によって画定された、内側放物線状表面を含みうる。ダイクロイックフィルムは通常、高屈折率と低屈折率を交互に有する多様な誘電体材料から成る、周期多層フィルムを構成する。従って、石英ライニング１３６は、赤外光を透過させ、ＵＶランプバルブ１２２から発せられたＵＶ光を反射しうる。石英ライニング１３６は、内側放物線状表面を移動させること、及び、その形状を変化させることによって、プロセス又はタスクの各々に一層適合するように順応しうる。
【００１６】
図２は、単独で、又はタンデム処理チャンバ１００の任意の処理区域の替わりに使用されうる、処理チャンバ２００のうちの１つの一部の等角断面概略図を示す。図２に示すハードウェアの設計により、基板１２６の直上で、又はその上方でフィルムを処理する、或いは反応を触媒するために光エネルギーが使用される、ＵＶチャンバ、ランプ加熱チャンバ、若しくは他のチャンバ内で処理されている基板１２６にわたり、特定のガス流プロファイル分布が可能になる。
【００１７】
ウインドウアセンブリは、ＵＶ真空ウインドウ２１２のような第１ウインドウを保持するよう、処理チャンバ２００の内部に位置付けられる。ウインドウアセンブリは、本体１６２（図１）の一部に直接的又は間接的に載置されうる真空ウインドウクランプ２１０を含み、ＵＶランプバルブ１２２からＵＶ光が通過しうる真空ウインドウ２１２を支持する。真空ウインドウ２１２は通常、ＵＶランプバルブ１２２のようなＵＶ放射源と、基板支持体１２４の間に位置づけられる。石英又はサファイアのような様々な透明材料で形成されうるシャワーヘッド２１４は、処理区域１６０の内部の、真空ウインドウ２１２と基板支持体１２４の間に位置付けられる。透明シャワーヘッド２１４は、ＵＶ光が通過して基板１２６に到達しうる第２ウインドウを形成する。透明シャワーヘッドは、真空ウインドウ２１２と透明シャワーヘッド２１４の間の上部処理区域２２０を画定し、更に、透明シャワーヘッド２１４と、基板支持体１２４のような基板支持体の間の下部処理区域２２２を画定する。透明シャワーヘッド２１４はまた、上部と下部の処理区域２２０、２２２の間に一又は複数の通路２１６を有する。通路２１６のサイズ及び密集度は、基板表面にわたり所望の流れ特性を実現するよう、均一、又は不均一でありうる。通路２１６は、基板１２６にわたる径方向範囲あたりの流れが均一であるか、或いは、ガス流が基板１２６の中心又はエッジに優先的に向かうことが可能である、いずれかの均一な流れプロファイルを有しうる。
【００１８】
透明シャワーヘッド２１４の表側面と裏側面、及び真空ウインドウ２１２は、バンドパスフィルタを有するように、かつ、所望の波長の透過を改善する、又は基板の放射照度プロファイルを改善するように、コーティングされうる。例えば、所望の波長の透過効率を改善するために、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層が、透明シャワーヘッド２１４及び真空ウインドウ２１２上に堆積されうる。ＡＲＣ層は、真空ウインドウ２１２及び透明シャワーヘッド２１４の下方に配置された基板の周辺部が、中心部よりも高次のＵＶ放射照度を受容するように、反射コーティングの厚みが、透明シャワーヘッド２１４と真空ウインドウ２１２のエッジで中心区域よりも比較的厚くなる様態で、径方向に堆積されうる。ＡＲＣコーティングは、真空ウインドウ２１２と透明シャワーヘッド２１４の表面上に形成された、一又は複数の層を有する複合層でありうる。反射コーティングの組成及び厚みは、ＵＶ放射の入射角、波長及び／又は放射照度の強度に基づいて調整されうる。ＡＲＣ層のより詳細な説明／利点は更に、２０１１年１１月２１日にＢａｌｕｊａ氏等によって出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１３／３０１，５５８号において説明されており、その全体は参照によって本願に組み込まれる。
【００１９】
酸化アルミニウムで作成されたガス分配リング２２４は、処理区域１６０の内部の、ＵＶチャンバの側壁部の近位に位置付けられる。ガス分配リング２２４は、単一部品であることが可能であり、又は、ガス注入リング２２３と、一又は複数のガス分配リング通路２２６を有する基部分配リング２２１を含むこともできる。ガス分配リング２２４は、通常真空ウインドウ２１２の周囲を囲むよう構成される。ガス注入リング２２３は、基部分配リング２２１と結合されることがあり、それらは合一してガス分配リング内部チャネル２２８を画定しうる。ガス供給源２４２（図３）は、ガス注入リング２２３の表面に形成される一又は複数のガス注入口（図示せず）に連結し、ガスはガス注入口を通ってガス分配リング内部チャネル２２８に入りうる。一又は複数のガス分配リング通路２２６は、ガス分配リング内部チャネル２２８を上部処理区域２２０に連結して、内部チャネル２２８と、透明シャワーヘッド２１４の上方の上部処理区域２２０の間のガス流経路を形成する。
【００２０】
ガス放出リング２３０は、ガス分配リング２２４の下部に位置付けられ、少なくとも部分的には、処理区域１６０の内部の、透明シャワーヘッド２１４の下部にありうる。ガス放出リング２３０は、透明シャワーヘッド２１４の周囲を囲むよう構成され、ガス放出リング内部チャネル２３４と下部処理区域２２２を連結する、一又は複数のガス放出通路２３６を有して、下部処理区域２２２とガス放出内部チャネル２３４の間のガス流経路を形成する。ガス放出リング２３０の一又は複数のガス放出通路２３６は、少なくとも部分的には、透明シャワーヘッド２１４の下部に配置される。
【００２１】
図３は、ガス流経路を示す、図２の処理チャンバ２００の概略断面図を描いている。矢印３０２が示すように、炭素系前駆体、ケイ素系前駆体、シリル化剤、又は他の種類のガスのような処理ガスが、真空ウインドウ２１２と透明シャワーヘッド２１４の間の上部処理区域２２０に注ぎ込まれて、そこを均一に満たし、上に基板１２６を配置されることが可能な基板支持体１２４の上方にある透明シャワーヘッド２１４を通って、透明シャワーヘッド２１４から基板へと降下する。ガス流は上方から基板１２６を包み込み、同心円状に散開して、ガス放出通路２３６を通って下部処理区域２２２から抜ける。ガスは次いで、下部処理区域２２２から排出され、ガス放出リング内部チャネル２３４に入って、ガス放出孔２３８からガス排気口２４０内及びポンプ３１０へと抜ける。シャワーヘッド２１４の通路２１６のパターンに応じて、ガス流プロファイルは、所望の均一な、又は不均一な分配を行うよう、基板１２６にわたり制御されうる。処理チャンバ２００は更に、２０１１年９月２９日にＢａｌｕｊａ氏等によって出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１３／２４８，６５６号において説明されており、その全体は参照によって本願に組み込まれる。
【００２２】
例示的な硬化処理
図４は、本発明の一実施形態による、ＵＶ処理チャンバの内部に配置された低誘電率誘電体層を硬化するための例示的なプロセス４００を示す。ＵＶ処理チャンバは、図１及び図２に示す処理チャンバ１００、２００のような、ＵＶに基づく任意のチャンバでありうる。図４に示すステップのシーケンスは、一又は複数のステップが、発明の基本的な範囲から逸脱することなく追加され、削除され、かつ／又は、その順序を改められることが可能であることから、本書で説明されている発明の範囲に関する限定を意図していないことに留意されたい。この明細書で記述されている処理パラメータは、直径が３００ｍｍである基板に基づいていることも留意される。
【００２３】
プロセス４００は、ステップ４０２で、堆積処理チャンバ内で基板上に低誘電率誘電体層を堆積させることにより開始する。低誘電率誘電体層は、約３未満のｋ値を有する、任意の従来的な、多孔性の、低誘電率の、ケイ素系誘電体材料でありうる。一実施形態では、低誘電率誘電体層は、炭素原子及び水素原子を含有する酸化ケイ素である、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ、ＳｉＯＣＨとしても知られる）である。ＳｉＯＣＨは約２と３の間のｋ値を有し、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓからＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄＩＩＴＭとして入手可能である。低誘電率誘電体層は、約０．５ｎｍから約２０ｎｍの範囲内の直径を有するミクロ細孔を有しうる。低誘電率誘電体層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、又は他の適切な堆積技術によって堆積されうる。
【００２４】
ステップ４０４では、基板は、ＵＶ処理チャンバへと移送され、パージガスがＵＶ処理チャンバ内に流入してＵＶ処理チャンバ内の圧力／プロセス条件を安定化させる。パージガスの流れはまた、ＵＶ処理チャンバ内に配置された、石英系真空ウインドウ又はシャワーヘッドなどの、光学部品の様々な露出面から有機系残留物を除去しうる。パージガスは、図３に関して上述のような様態で、ＵＶ処理チャンバ内に流入しうる。一実施形態では、パージガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、それらの組み合わせ、又は任意の適切な不活性ガスを含みうる。一実施例では、パージガスはヘリウムとアルゴンを含む。パージガスは、下記で詳細に記述するように、後続のＵＶ硬化処理中に、堆積された超低誘電率誘電体層のバックボーン構造マトリクスの架橋プロセスを促進するために、少量のドーパント要素（例えば約１から５００ｓｃｃｍ）を含みうる。ドーパント要素は、酸素、水素、オゾン又は二酸化炭素を含みうるが、それらだけに限定される訳ではない。一実施例では、パージガスはドーパント要素として酸素を含む。ここでは記述しないが、堆積された超低誘電率誘電体層内の成分元素との反応が可能な他の任意の要素も使用されうることが企図されている。
【００２５】
パージガスがヘリウム、アルゴン及び酸素を含有する場合、ヘリウムガスは、約１００００ｓｃｃｍから２４０００ｓｃｃｍまでというような、約４０００ｓｃｃｍから約３００００ｓｃｃｍまで、例えば約１２０００から約１６０００ｓｃｃｍの流量で、安定化中に透明なガス分配シャワーヘッド（図２の２１４）を通って、ＵＶ処理チャンバ内に導入され、アルゴンガスは、１００００ｓｃｃｍから約２４０００ｓｃｃｍまでというような、約４０００ｓｃｃｍから約３００００ｓｃｃｍまで、例えば、約１２０００ｓｃｃｍから約１６０００ｓｃｃｍの流量で、ＵＶ処理チャンバ内に導入され、酸素は、約１ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍというような、約１ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまで、例えば、約２から約８ｓｃｃｍ、約５ｓｃｃｍから約１２ｓｃｃｍ、約８ｓｃｃｍから約１４ｓｃｃｍ、約１１ｓｃｃｍから約１８ｓｃｃｍ、約１４ｓｃｃｍから約２０ｓｃｃｍ、約１７ｓｃｃｍから約２４ｓｃｃｍ、約２０ｓｃｃｍから約２６ｓｃｃｍ、又は、約２３ｓｃｃｍから約２９ｓｃｃｍの流量で、ＵＶ処理チャンバ内に導入されうる。この開示に記載されている流量は、３００ｍｍの直径の基板に基づく。流量は基板のサイズに応じて変化しうることが留意される。
【００２６】
様々な実施形態において、ドーパント要素のパージガスに対する比率は、約１：３００００と約１：５０の間、例えば、約１：３２００から約１：１０６０までのような約１：６４００と約１：３００の間で、例えば１：１６００でありうるが、用途及びハードウェア設計に応じて変化しうる。安定化は、約３００°Ｃから約４５０°Ｃまで、例えば約３８０°Ｃから約３８５°Ｃまでに保たれた基板温度で、チャンバ圧力が約２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒまで、例えば約５Ｔｏｒｒから約６Ｔｏｒｒの状態で、約１０秒と約１５秒の間の時間に実行されうる。
【００２７】
ステップ４０６では、図１のＵＶランプバルブ１２２のようなＵＶ放射源が作動開始し、堆積された超低誘電率誘電体層を硬化し高密度化するために、基板がＵＶ放射に曝露される。ＵＶ硬化処理中に、パージガス、すなわちヘリウムガス、アルゴンガス及び酸素ガスは、先行のステップと同一の流量でＵＶ処理チャンバ内に流入し続けうる。従って、ＵＶ硬化処理は、ヘリウム、アルゴン、及び酸素の雰囲気下で実行される。パージガスを、堆積された超低誘電率誘電体層内の成分元素との反応が可能な要素でドープすることは、ＵＶ硬化処理中に、堆積された超低誘電率誘電体層のバックボーン構造マトリクスの架橋に副経路をもたらし、従って、堆積された超低誘電率誘電体層の架橋効率を加速すると、発明者は判断している。
【００２８】
堆積された超低誘電率誘電体層がＳｉＯＣＨである場合、低誘電率誘電体層は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉマトリクスに付着した遊離メチル（−ＣＨ３）基又は遊離エチル（−Ｃ２Ｈ５）基のような、多くの末端基を有するＳｉ−Ｏ−Ｓｉ構造マトリクスを包含しうる。そのような場合、パージガス内の酸素は、ケージ状Ｓｉ−Ｏ構造のネットワークＳｉ−Ｏ構造への転換を通じて、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの架橋プロセスを促進すると考えられる。パージガスへの酸素の添加はまた、堆積された超低誘電率誘電体層内のＳｉ−Ｏ、Ｃ−Ｈ、及びＳｉ−ＣＨ３の結合を増加させ、その結果、（図５で証明されているように）堆積された超低誘電率誘電体層内のＳｉ−Ｈ及びＳｉ−Ｃの結合性を低減する。下記の表１に示すように、堆積された超低誘電率誘電体層内のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ構造マトリクスの架橋の促進の結果、パージガス中に最大３０ｓｃｃｍの酸素を使用することで、ＵＶ硬化時間が最大で３５％低減しうると判明した。従って、製造スループットは増大する。スループットの改善と若干の構造の変化がある一方で、収縮量及び屈折率などの、堆積された超低誘電率誘電体フィルムのフィルム特性は、従来的な無酸素パージガスを使用して硬化された（ＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄＴＭシリーズのような）既存の、炭素がドープされた酸化フィルムと比較して、実質的に変わらないままである。
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【００２９】
図５は、酸素がドープされた（５ｓｃｃｍ）パージガスを使用する、発明のＵＶ硬化処理と、無酸素パージガスを使用する従来的なＵＶ硬化処理の間の主たる結合性の差異を示す、ＵＶ硬化された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムのスペクトルの間の、ＦＴＩＲの相違である。図５で明示されているように、酸素がドープされたパージガスと共にＵＶ放射に曝露されると、（２２５０ｃｍ−１での）Ｓｉ−Ｈ結合及び（７８５ｃｍ−１での）Ｓｉ−Ｃ結合のピーク吸光強度が減少する一方で、（２９７０ｃｍ−１での）Ｃ−Ｈ結合、（１０５０ｃｍ−１での）ネットワークＳｉ−Ｏ構造、及び、（１２７５ｃｍ−１での）Ｓｉ−ＣＨ３結合のピーク吸光強度は増大する。図５及び表１は、発明のＵＶ硬化方法を使用して硬化された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムと、従来的なＵＶ硬化手法を使用して硬化された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムの間では、フィルム構造にはわずかな相違があるが、確認されたフィルム特性に有意義な相違はないことを証明している。図６は、従来的な無酸素ＵＶ硬化処理（ＢＫＭ）を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムと、５ｓｃｃｍと３０ｓｃｃｍで酸素ガスを流す、発明のＵＶ硬化処理を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムの間の、収縮量（％）に応じた、Ｓｉ−Ｈ結合吸光強度（任意単位）の比較を示す。図６は、Ｏ２の濃度が高まると共にＳｉ−Ｈ結合の吸光度が下落することを示しているが、このことは、堆積された超低誘電率誘電体層内のＳｉ−Ｏ、Ｃ−Ｈ及びＳｉ−ＣＨ３の結合が付随して増加することと関係しているのかもしれない。
【００３０】
図７は、従来的な無酸素ＵＶ硬化処理（ＢＫＭ）を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムと、種々の酸素ドーピングレベル（例えば５ｓｃｃｍと３０ｓｃｃｍ）で発明のＵＶ硬化処理を使用する、堆積された、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムの間の、収縮量（％）に応じたケージ比に対する、Ｓｉ−Ｏネットワークの比較を示す。この構想は、３００ｍｍの直径を有する基板に基づいて描かれている。図７からわかるように、Ｓｉ−Ｏネットワーク／ケージのピーク比率は、ＵＶ硬化処理中に、パージガスのＯ２ドーピング濃度と共に増大し、Ｓｉ−Ｏケージ型構造からＳｉ−Ｏネットワーク構造への転換によって、架橋プロセスが改善されることを示す。
【００３１】
ＵＶ硬化処理中、約２秒から約２０分までの時間、例えば約４分間、約１００ｍＷ／ｃｍ２から約２０００ｍＷ／ｃｍ２までのＵＶ強度で、基板は硬化されうる。シャワーヘッド、例えば透明シャワーヘッド２１４（図２）と基板支持体、例えば基板支持体１２４（図２）の間の間隔は、約６００ｍｉｌｓと約２０００ｍｉｌｓの間、例えば約１２００ｍｉｌｓでありうる。基板温度及びチャンバ圧力は、それぞれ、約３８０°Ｃから約３８５°Ｃまで、及び、約５Ｔｏｒｒから約６Ｔｏｒｒまでで、変わらないままでありうる。ＵＶ放射源（例えば図１のＵＶランプバルブ１２２）と、基板支持体（例えば基板支持体１２４）は、ＵＶ硬化処理中に回転することも、しないこともある。
【００３２】
ステップ４０８では、ＵＶ放射源が作動している間、ランプヘッドアセンブリ（例えばＵＶランプバルブ１２２）は、約４ｒｐｍの速度で、種々の周辺位置で、９０度と２７０度の間、回転するが、それは硬化処理に応じて変化しうる。代替的には、ランプアセンブリは静止している一方で、基板支持体が継続的に回転していることがある。ヘリウムガス、アルゴンガス及び酸素ガスは、先行のステップと同一の量でＵＶ処理チャンバ内に流入し続けうる。一実施例では、酸素ガスとパージガスは、ＵＶ硬化処理中に基板支持体が継続的に回転している間、短時間（例えば０．１秒から１２０秒まで）だけ流れる。基板温度及びチャンバ圧力は、それぞれ、約３８０°Ｃから約３８５°Ｃまで、及び、約５Ｔｏｒｒから約６Ｔｏｒｒまでで、変わらないままでありうる。
【００３３】
ステップ４１０では、ＵＶ放射源が作動している間、ランプアセンブリは、やはり約４ｒｐｍの速度で、種々の周辺位置で、０度と１８０度の間、回転するが、それは硬化処理に応じて変化しうる。代替的には、ランプアセンブリは静止している一方で、基板支持体が継続的に回転していることがある。ヘリウムガス、アルゴンガス及び酸素ガスは、先行のステップと同一の量でＵＶ処理チャンバ内に流入し続けうる。基板温度及びチャンバ圧力は、それぞれ、約３８０°Ｃから約３８５°Ｃまで、及び、約５Ｔｏｒｒから約６Ｔｏｒｒまでで、変わらないままでありうる。
【００３４】
ステップ４１２では、ヘリウムガス及びアルゴンガスが、パージする目的で、約１６０００ｓｃｃｍという同一の量でＵＶ処理チャンバ内にまだ流入している間に、酸素の流れは終了する。基板温度及びチャンバ圧力は、それぞれ、約３８０°Ｃから約３８５°Ｃまで、及び、約５Ｔｏｒｒから約６Ｔｏｒｒまでで、変わらないままでありうる。ＵＶ放射源は終了し、シャワーヘッドと基板支持体の間の間隔は約１６００ｍｉｌｓに増大しうる。このパージするステップは、約２秒から約６０秒までの時間、例えば約５秒間実行されうる。
【００３５】
ステップ４１４では、結果として生じる生成物及び分解された残留物が、ガス排気口２４０（図２）を介して、ＵＶ処理チャンバから排出又は吐出され、ＵＶ硬化処理が完了する。吐出中に、ＵＶ放射源は（もし作動中であれば）終了し、ヘリウムガスとアルゴンガスのＵＶ処理チャンバ内への流入は停止される。吐出は、約３秒から約２０秒までの時間、例えば約５秒間実行されうる。
【００３６】
ＵＶ硬化が完了すると、約５０００A又はそれを下回る厚みの低誘電率誘電体層が堆積した基板は、ＵＶ処理チャンバから除去され、チャンバ構成要素の露出面からあらゆる不要な堆積蓄積物又は炭素系残留物を除去するために、ＵＶ処理チャンバの内部では、後続洗浄プロセスが実行されうる。後続洗浄プロセス中に、オゾンのような酸素含有ガスが、約６０００ｓｃｃｍから約１６０００ｓｃｃｍまで、例えば約１００００ｓｃｃｍの流量で、ＵＶ処理チャンバ内に流入しうる。酸素含有ガスは、図３に関して上述のような様態で、ＵＶ処理チャンバ内に流入しうる。この開示に記載されている流量は、３００ｍｍの直径の基板に基づく。流量は基板のサイズに応じて変化することが留意される。
【００３７】
必要なオゾンの生成は、遠隔で行ってオゾンを処理チャンバに運び、オゾンを創出するためにＵＶ光で酸素を活性化することによってその場で生成し、或いは、これら２つの方式を同時に実行することにより達成しうる。酸素（Ｏ２）ガス、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、又はそれらの組み合わせなどの、他の酸素含有ガスも企図される。一層効果的にオゾンを破壊して、（シリル化プロセスなどの先行プロセスによって生じた）チャンバ構成要素の露出面上に形成された炭素系残留物を酸化させ、それと反応して、二酸化炭素と水を生成することによって、チャンバ構成要素を洗浄することができる、分子状酸素と反応性酸素ラジカルにするために、約１００ｍＷ／ｃｍ２から約２０００ｍＷ／ｃｍ２までのＵＶ強度のＵＶ放射源が使用されうる。後続洗浄プロセスの合計時間は、約１０秒と約１０分の間の時間にわたりうる。
【００３８】
発明の実施形態は、有利には、ＵＶ硬化処理中に酸素がドープされたパージガスを使用することによって、堆積された超低誘電率誘電体フィルムのＵＶ硬化時間を低減する。酸素、又は、堆積された超低誘電率誘電体層内の成分元素との反応が可能な他の任意の要素は、ＵＶ硬化処理中に、堆積された超低誘電率誘電体層のバックボーン構造マトリクスの架橋に副経路をもたらすことによって、堆積された超低誘電率誘電体層の架橋効率を加速する。従って、製造スループットは増大する。スループットの改善がある一方で、堆積された超低誘電率誘電体フィルムのフィルム特性は、（ＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄＴＭシリーズのような）既存の、炭素がドープされた酸化ケイ素フィルムと比較して、実質的に変わらないままである。
【００３９】
上記は発明の実施形態を対象とするが、発明の基本的な範囲から乖離することなく、発明の他の及び更なる実施形態を考案することができる。発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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