專利名稱：紫外固化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種用于固化沉積于襯底上的介電材料的紫外固化腔室以及利 用紫外輻射固化介電材料的方法。
背景技術(shù)：
諸如氧化硅(SiOx)、碳化硅(SiC)和摻碳氧化硅(SiOCx)薄膜的材料廣泛應(yīng)用于 半導(dǎo)體器件制造中。一種在半導(dǎo)體襯底上形成這種含硅薄膜的方法為通過在腔室內(nèi)進行化 學(xué)氣相沉積(CVD)工藝。例如，硅源和氧源之間的化學(xué)反應(yīng)可在CVD腔室內(nèi)的半導(dǎo)體襯底 的頂部上生成固態(tài)氧化硅的沉積。作為另一示例，碳化硅和摻碳氧化硅薄膜可由包含具有 至少一個Si-C鍵的有機硅烷源的CVD反應(yīng)形成。水通常為有機硅烷化合物的CVD反應(yīng)的副產(chǎn)品。因此，水能作為水汽物理性地吸 收進入薄膜中或者作為Si-OH鍵結(jié)合進入已沉積的薄膜中。通常人們不希望出現(xiàn)任何這種 形式的水結(jié)合。因此，優(yōu)選地從沉積的含碳薄膜中去除諸如水的不期望的化學(xué)鍵及化合物。 另外，在一些特定的CVD工藝中，需要去除犧牲材料的熱不穩(wěn)定的有機成分。一種用于解決上述問題的常用方法為傳統(tǒng)的熱退火處理。來自這種熱退火的能量 利用有序結(jié)構(gòu)薄膜更穩(wěn)定的鍵特征替代不穩(wěn)定的、不期望的化學(xué)鍵，從而改善所述薄膜的 密度。傳統(tǒng)的熱退火步驟通常需要較長的時間周期(例如，通常30分鐘到2小時之間)，因 此消耗大量的處理時間并減慢整個制造工藝。解決這些問題的另一技術(shù)為利用紫外(UV)輻射輔助對CVD氧化硅、摻碳氧化硅薄 膜的后處理。例如，都屬于應(yīng)用材料公司的美國專利No. 6，566，278和No. 6，614，181中公 開了利用紫外燈用于CVD摻碳氧化硅薄膜的后處理，在此引入其全部內(nèi)容作為參考。用于 固化以及硬化CVD膜的UV輻射可以降低單獨晶圓的熱開支并加速制造工藝?，F(xiàn)已研發(fā)了 多種不同的紫外固化系統(tǒng)，其能用于有效地固化沉積于襯底上的薄膜。在2005年5月9日 提交的發(fā)明名稱為“High Efficiency UV Curing System(高效紫外固化系統(tǒng))”的美國專 利申請No. 11/124，908中描述其中的一實施例，在此引入其全部內(nèi)容作為參考。盡管研發(fā)了不同的紫外固化腔室，但是需要進一步不斷改進該重要的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式主要涉及一種用于固化沉積在襯底上的介電材料的紫外固化 腔室，以及利用紫外輻射固化介電材料的方法。根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體；在所 述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；與襯底支架間隔設(shè)置的紫外輻射燈，所述燈設(shè) 計用于向位于襯底支架上的襯底傳播紫外輻射；以及運轉(zhuǎn)耦合的電機使紫外輻射燈或襯底支架的至少其中之一相對彼此旋轉(zhuǎn)至少180度。該襯底處理設(shè)備還可包括一個或多個反射 器，其用于在襯底上產(chǎn)生紫外輻射的泛光圖案(flood pattern)，該圖案具有互補的高亮度 和低亮度區(qū)域，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，所述區(qū)域結(jié)合而產(chǎn)生基本均勻的輻射圖案。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體； 在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；紫外輻射燈，其與襯底支架間隔設(shè)置，并設(shè) 計用于產(chǎn)生并向位于襯底支架上的襯底傳播紫外輻射，紫外輻射燈包括紫外輻射源和部分 包圍該紫外輻射源的主反射器(primary reflector)，以及設(shè)置于主反射器和襯底支架之 間的副反射器(secondary reflector)。副反射器適用于使其他不能與襯底接觸的紫外輻 射改變方向朝向襯底。在一些實施方式中，副反射器包括上部和下部，其中每個部分包括相 對的縱向表面，其相交于穿過縱向表面長度的頂點，以及相對的橫向表面，其在縱向表面的 端部之間延伸。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體； 在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；以及第一紫外燈，其與襯底支架間隔設(shè)置 并設(shè)計用于向襯底支架上的襯底傳播紫外輻射，其中第一紫外燈包括第一紫外輻射源和部 分包圍第一紫外輻射源的第一反射器，其中第一反射器具有相對的內(nèi)反射板和外反射板， 內(nèi)反射板具有第一反射表面以及外反射板具有與第一反射表面不對稱的第二反射表面。一 些實施方式還包括與襯底支架間隔設(shè)置的第二紫外燈并設(shè)計用于向襯底支架上的襯底傳 播紫外輻射，其中第二紫外燈包括第二紫外輻射源和部分包圍第二紫外輻射源的副反射 器，副反射器具有相對的內(nèi)反射板和外反射板，內(nèi)反射板具有第三反射表面以及外反射板 具有與第三反射板不對稱的第四反射表面。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體； 在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；以及與襯底支架間隔設(shè)置的紫外輻射燈， 并且其設(shè)計用于產(chǎn)生并向襯底支架上的襯底傳播紫外輻射，該紫外輻射燈包括紫外輻射源 和部分包圍該紫外輻射源的主反射器；設(shè)置于該主反射器和襯底支架之間的副反射器，其 用于減少襯底外部漏光，副反射器具有內(nèi)表面和外表面以及從內(nèi)表面至外表面穿過反射器 的至少一個孔；以及光檢測器，其用于接收由紫外輻射燈產(chǎn)生并穿過所述至少一個孔傳播 的紫外輻射光線。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種襯底處理設(shè)備包括限定襯底處理區(qū)的主體；在所 述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；以及與襯底支架間隔設(shè)置的紫外輻射燈，并且 其設(shè)計為產(chǎn)生并傳播紫外輻射至位于襯底支架上的襯底，該紫外輻射燈包括紫外輻射源和 部分包圍該紫外輻射源的主反射器；設(shè)置于該主反射器和襯底支架之間的副反射器，其設(shè) 計為以減少襯底外部漏光，副反射器具有內(nèi)表面和外表面以及從內(nèi)表面至外表面穿過反射 器的至少一個孔；以及光檢測器，其用于接收由紫外輻射燈產(chǎn)生并穿過所述至少一個孔傳 播的紫外輻射光線。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體； 在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；以及紫外輻射燈，其與襯底支架間隔設(shè)置 并且用于產(chǎn)生并向襯底支架上的襯底傳播紫外輻射，該紫外輻射燈包括紫外輻射源和部分 包圍該紫外輻射源的主反射器，具有反射表面的該主反射器包括至少一拋物面段和至少一 橢圓段。在一實施方式中，該主反射器包括內(nèi)反射板和外反射板，其中每個反射板具有包括至少一拋物線段和至少一橢圓段的反射表面。根據(jù)本發(fā)明一實施方式的一種固化形成在襯底上的介電材料層的方法，包括在 襯底處理腔室內(nèi)將具有介電材料沉積于其上的襯底放置于襯底支架上；以及將該襯底暴露 于由紫外輻射源發(fā)出的紫外輻射中，該紫外輻射源與襯底支架間隔設(shè)置，同時在曝光步驟 期間旋轉(zhuǎn)紫外輻射源和/或襯底其中之一。在一些實施方式中曝光步驟包括產(chǎn)生基本圓形 的泛光圖案(flood pattern)，該泛光圖案具有互補的高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域，所述區(qū)域 結(jié)合在曝光步驟期間產(chǎn)生基本均勻的輻射圖案。根據(jù)另一實施方式的一種固化形成于襯底上的介電材料層的方法，包括在襯底 處理腔室內(nèi)將具有介電材料沉積于其上的襯底放置于襯底支架上，通過利用紫外源和主反 射器產(chǎn)生基本矩形的紫外輻射泛光圖案，并且利用設(shè)置在主反射器和襯底支架之間的副反 射器將基本矩形的泛光圖案改變成基本圓形的紫外輻射泛光圖案，將該襯底暴露于紫外輻 射中。一種固化形成于襯底上的介電材料層的方法，該方法包括在襯底處理腔室內(nèi)將 具有介電材料形成于其上的襯底放置于襯底支架上；以及通過利用細長紫外源產(chǎn)生輻射 并利用部分包圍該輻射源并彼此不對稱的第一和第二反射表面改變由紫外源產(chǎn)生的紫外 輻射方向，使襯底暴露于紫外輻射中。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種固化介電材料層的 方法包括在襯底處理腔室內(nèi)將具有介電材料沉積于其上的襯底放置于襯底支架上；通過 (i)利用第一和第二紫外源產(chǎn)生輻射，(ii)利用第一和第二反射表面，其彼此不對稱并聯(lián) 合將紫外輻射會聚于第一 1/2襯底上，改變由第一紫外源產(chǎn)生的紫外輻射方向，以及(iii) 利用第三和第四反射器，其彼此不對稱并聯(lián)合將紫外輻射會聚于與所述第一 1/2襯底相對 的第二 1/2襯底上，從而將襯底暴露在UV輻射中。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種固化形成于襯底上的介電材料層的方法，包括 在襯底處理腔室內(nèi)將具有介電材料形成于其上的襯底放置于襯底支架上；以及通過利用細 長紫外源產(chǎn)生輻射將襯底暴露于紫外輻射中，以及通過利用部分包圍輻射源并相對的第一 和第二反射表面改變紫外輻射的方向，其中相對的第一表面和第二表面的至少其中之一包 括至少一個拋物面段和至少一個橢圓段。本發(fā)明的這些和其他實施方式，及其優(yōu)點和特征將在以下的說明書中并結(jié)合附圖 進行更詳細的描述。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)紫外燈的透視示意圖，其描述了由曝光區(qū)域上方的燈產(chǎn)生的近似 輻射級別；圖2為位于燈至晶圓不同距離處的現(xiàn)有技術(shù)紫外燈的主輻射圖案的簡化圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的包括副反射器的紫外燈模塊的截面透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實施方式的紫外燈模塊30的輻射圖案的簡化圖；圖5為圖3描述的副反射器42的俯視透視圖；圖6A為根據(jù)本發(fā)明的實施方式沿UV燈模塊30的橫軸提取的表示UV輻射的幾個 反射路徑的簡化截面圖。圖6B為根據(jù)本發(fā)明的實施方式沿UV燈模塊30的縱軸提取的表示UV輻射的幾個反射路徑的簡化截面圖；圖7A-圖7B為圖3中所示的主反射器36的截面簡化圖，其描述了根據(jù)本發(fā)明一 實施方式由反射器產(chǎn)生的所選的反射路徑；圖7C包括根據(jù)本發(fā)明實施方式的主反射器的透視簡化圖、截面圖和局部分解圖， 該主反射器具有包括拋物面段和橢圓段的反射表面；圖7D為圖7C所示的反射器的拋物面段136a的反射圖案的截面簡化圖；圖7E為圖7C所示的反射器的橢圓段136b_136d的反射圖案的截面簡化圖；圖8為本發(fā)明實施方式可能結(jié)合的一種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的平面簡化圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的如圖8所示的設(shè)計用于紫外固化的串聯(lián)處理腔室 106的透視簡化圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的粘接于盤212的副反射器40的透視圖，該盤212 能使反射器和紫外燈圍繞暴露于紫外輻射的襯底旋轉(zhuǎn)；圖IlA為根據(jù)本發(fā)明實施方式的紫外燈模塊30的輻射圖案的示意圖；圖IlB沿水平軸69和垂直軸70示出圖IlA所示的實際輻射級別；圖IlC為根據(jù)本發(fā)明實施方式在紫外曝光期間當(dāng)紫外燈模塊30旋轉(zhuǎn)時，紫外燈模 塊30的輻射圖案的示意圖；圖IlD示出在圖IlC中沿軸86的實際輻射級別；圖12A-圖12C為根據(jù)本發(fā)明不同實施方式用于旋轉(zhuǎn)諸如圖3所示的模塊30的雙 紫外燈模塊的驅(qū)動裝置的俯視平面簡化圖；圖13為圖8所示的串聯(lián)處理腔室106的截面簡化圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙燈腔室的截面簡化圖；圖15為圖14所示的燈410和412的底平面圖；圖16-圖18示出了圖14所示的紫外固化系統(tǒng)400部分的輻射圖案；圖19為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的雙燈腔室的截面簡化圖；圖20為圖14所示的副反射器440的簡化透視圖，該透視圖示出根據(jù)一個實施方 式獨立監(jiān)控各紫外燈以及紫外固化(cure)系統(tǒng)400的主反射器的光管的可能位置；圖21所示為根據(jù)一實施方式的副反射器440的簡化透視圖，該副反射器440包括 獨立監(jiān)控各主反射器的光管以及紫外固化(cure)系統(tǒng)400的紫外燈；圖22A和22B所示為根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的部分副反射器440的簡化透視 圖。
具體實施例方式圖1為現(xiàn)有技術(shù)UV燈10的透視圖，其描述性示出由位于基本為矩形的暴露區(qū)域 上部的燈產(chǎn)生輻射的輻射級別。燈10包括安裝在罩14內(nèi)的細長UV燈管12。罩14包括反 射器16，其中該反射器面向UV燈管12并且將UV輻射引向基板20上部的泛光圖案(flood pattern) 18。反射器16位于限制反射器形狀和尺寸的共振腔內(nèi)部。在反射器16在泛光圖案18內(nèi)反射撞擊在其表面上的大部分輻射(所選波長內(nèi)) 時，一些輻射脫離反射器表面并且超出圖案18的邊緣。在圖1中通過輻射路徑示出了該輻 射的實施例。在圖1的底部22概念性(以簡單方式)示出燈10在泛光圖案18的內(nèi)部和外部產(chǎn)生的輻射強度。如底部22所示，燈10在泛光圖案18(平直線23)的邊緣內(nèi)產(chǎn)生的 UV輻射強度基本上(接近)是均勻的。落在圖案18以外的輻射強度隨著如斜線M所示的 邊緣逐漸降低直到輻射等級到達如線25所示的0為止。類似于燈10的UV燈模塊已經(jīng)應(yīng)用于固化沉積在基本為圓形的半導(dǎo)體襯底上部的 介電材料。但是，該應(yīng)用的一個問題在于由于其本身的形狀，為了暴露整個半導(dǎo)體襯底，由 燈10產(chǎn)生的基本為矩形的曝光圖案必然產(chǎn)生一定量位于襯底邊緣外部的輻射。在圖2中以圖解方式示出該問題，該圖以不同的晶圓一燈的距離表示輻射輪廓。 如圖2所示，如果圓形襯底觀距離燈10相對較近(位置A)，則部分襯底(例如部分^a) 會落到主輻射圖案18以外。將襯底移動到距離燈10更遠的位置(位置B)使得整個襯底 落入輻射圖案內(nèi)但是同樣會導(dǎo)致主輻射圖案中的很大一部分輻射落在襯底邊緣以外。該應(yīng)用的另一問題在于即使在邊界18的邊緣與襯底的外邊緣匹配的情況，對應(yīng) 于斜線M的輻射也會落入襯底的邊界外。通常人們希望在基本為圓形的襯底表面上部聚 集盡可能均勻的UV輻射?，F(xiàn)有技術(shù)中燈所固有的上述問題與該理想曝光情況背道而馳。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的UV燈模塊30的截面透視圖，該UV燈模塊30包 括設(shè)計用于提高分布在襯底上的能量強度的副反射器40。燈模塊30還包括具有細長UV燈 管34的UV燈32 (例如，高功率汞微波燈)，其中主反射器36部分圍繞細長UV燈管34。如 圖3所示，副反射器40位于UV燈32和半導(dǎo)體襯底50之間。反射器下邊緣的直徑小于襯 底的直徑，因此在從燈的反向觀察時在副反射器和襯底的外部直徑之間不存在光學(xué)間隙。UV透明窗48 (例如，石英窗)位于燈32和襯底50之間，并且在副反射器的底部 和UV透明窗之間存在小間隙以允許空氣圍繞該副反射器流通。在一實施方式中，暴露在UV 輻射下的襯底50的上表面和副反射器40之間的距離約為1. 5英寸，該距離包括窗48的厚 度。由于和襯底直徑相比反射器的下部邊緣直徑較小，因此盡管存在間隔，但是向襯底照射 的光損失減到最小程度。副反射器具有反射落在主反射器的泛光圖案以外的UV輻射(例如圖1中的輻射 15)的溝道效應(yīng)，使得該輻射轟擊在正處理的襯底上，從而提高分布在襯底上的能量強度。 如圖4所示，副反射器40將UV燈32的泛光圖案從基本為矩形區(qū)域(例如，如圖1所示) 改變?yōu)榕c執(zhí)行曝光的基本為圓形的半導(dǎo)體襯底相對應(yīng)的圓形形狀49?，F(xiàn)在同時參照圖3和圖5，圖5為圖3所示的副反射器40的俯視透視圖，該副反射 器包括在沿反射器40的內(nèi)部周圍延伸的頂點43處相接的上部41和下部42。上部41包括 允許燈冷卻氣體無阻礙流通的半圓形切口 46。上部41還包括兩個相對的并且通常(從頂 部)向內(nèi)傾斜的縱向表面41a和兩個相對的橫向表面41b。橫向表面41b通常為直立的并 且具有沿該橫向方向的凸起表面?？v向表面41a通常沿縱向方向為凹面。直接位于上部41下面的下部42包括兩個相對的并且通常(從頂部)向外傾斜的 表面42a以及兩個通常相對向外傾斜的橫向表面42b。在圖3和5所示的實施方式中，和表 面42a比，表面42b呈減小的角度(相對于垂直方向)?？v向表面4 通常沿縱向方向為凹 面，而表面42b沿橫向方向通常為凸面(在表面42a的下部與表面42b的下部相接的拐角 處存在明顯的例外)。從圖3和5可明顯看出，副反射器40描述了可以定制為特定UV輻射源和主反射 器的復(fù)雜形狀。副反射器40還可以定制為(當(dāng)應(yīng)用時與主反射器結(jié)合)特定的輻射輪廓和根據(jù)應(yīng)用需要而確定的均勻級別。例如，在某些實施方式中，為了補償中心溫度較高的加 熱器溫度輪廓，可以設(shè)計副反射器40使其產(chǎn)生邊緣高輻射輪廓。此外，根據(jù)該副反射器40 是否結(jié)合如下所述的固定燈或者旋轉(zhuǎn)燈使用對其進行設(shè)計以產(chǎn)生不同的輻射圖案。發(fā)明人通過采用商用的蒙特卡羅光線跟蹤仿真程序設(shè)計了圖3和圖5所示的實施 方式，該仿真程序iTracePr0由Lambda研發(fā)公司供應(yīng)的跟蹤產(chǎn)品。發(fā)明人通過采用對由輻 射源產(chǎn)生的一百萬條光線進行仿真的反復(fù)工藝實現(xiàn)了用于副反射器的最終優(yōu)化設(shè)計。熟悉 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以考慮采用各種不同的仿真程序以及其他技術(shù)獲得特定適用于具體 UV輻射源以及主反射器配對的副反射器。在一實施方式中，副反射器40由四個分離的機械加工鋁件40a、40b、40c和40d制 成，鋁件40a和40c的內(nèi)表面限定相對表面41a和42a，并且鋁件40b和40d的內(nèi)表面限定 相對表面41b和42d。每個表面41a、41b、4h和42b優(yōu)選包括光學(xué)光滑拋光并且可以光學(xué) 涂敷類似于以下對于主反射器所述的二向色涂層。在另一實施方式中，副反射器40可以由 多于或者少于四塊構(gòu)成，并且在某些實施方式中，副反射器40可以由單獨材料塊機械加工 而成。在另一實施方式中，副反射器70由石英構(gòu)成，其中該石英具有涂敷了二向色涂層的 內(nèi)表面。圖6A為根據(jù)本發(fā)明的實施方式沿UV燈模塊30的橫軸提取的表示UV輻射的幾個 反射路徑的簡化截面圖。圖6B為根據(jù)本發(fā)明的實施方式沿UV燈模塊30的縱軸提取的表 示UV輻射的附加反射路徑的簡化截面圖。如圖6A和6B所示，副反射器40基本允許由燈 管34產(chǎn)生的全部UV輻射引向并轟擊在位于UV燈模塊下部的襯底50上。在某些實施方式 中，石英窗和類似透明窗可以如上述圖3所示位于模塊30的下表面和襯底50之間，為了便 于描述在圖6A和圖6B中未示出該組件。圖6A表示通過三個不同典型路徑其中之一轟擊在襯底50上的燈34的輻射沒有 經(jīng)過主反射器36或者副反射器40反射直接到達襯底50的路徑45a、經(jīng)副反射器40的上部 41a反射后到達襯底50的路徑45b以及經(jīng)反射器40的下部4 反射后到達襯底50的路徑 45c。圖6B示出通過幾個附加典型路徑其中之一轟擊在襯底50上的燈34的輻射沒有經(jīng) 過主反射器36或者副反射器40反射直接到達襯底50的第二路徑45a、經(jīng)副反射器40的上 部41b反射后到達襯底50的路徑45d以及經(jīng)反射器40的下部42b反射后到達襯底50的路 徑45e。應(yīng)該認識到圖6A和6B所示的路徑4 到4 僅僅是典型路徑并且通過副反射器 40可以產(chǎn)生包括某些相對復(fù)雜路徑的許多其他反射路徑，即該輻射經(jīng)過該副反射器上的多 點反射，例如可以是該輻射首先接觸到靠近部件40a和40d交叉的拐角區(qū)域的上部41的情 況。返回圖3，在本發(fā)明的某些實施方式中采用的副反射器可以使用任意數(shù)量的不同 UV燈。在圖3所示的實施方式中，UV燈32包括單獨的細長UV燈管34以及一對相對并面 向燈管間隔設(shè)置的內(nèi)部反射板36。各內(nèi)部反射板36沿UV燈管長度方向縱向延伸并且包括 具有光學(xué)光滑拋光面的凹形內(nèi)表面。注意，為了便于描述，圖3將板36表示為一對獨立不 連接在一起的板，本發(fā)明的實施方式不限于此。在某些實施方式中，將反射器板36連接為 單獨的U形元件，該元件可以包括位于燈管34上部以允許流經(jīng)該燈管的孔或者縫隙。反射板36橫跨在燈上影響燈的輻射輪廓，并且設(shè)計該板補償直射光的不均勻性 (沿著燈相關(guān)的輻射是與燈中心的距離的函數(shù))。在采用單獨UV燈32輻射襯底的實施方式中，一對輻射板36具有相對并對稱的反射表面。在本發(fā)明的某些實施方式中，當(dāng)采用兩個 或者兩個以上或者更多UV燈32照射襯底時，在單獨UV燈中使用非對稱的成對反射板36， 以下對此進行詳細說明。反射板36可以是橢圓形反射器也可以是拋物面形反射器或者包 括橢圓形和拋物面形反射器的組合。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和拋物面形反射器相比，對于同樣的 光束寬度來說橢圓形反射器可以裝配在更小的共振腔中，并且和拋物面形反射器相比還可 以實現(xiàn)更高級的光均勻性。但是發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)既具有橢圓形部分又具有拋物面形部分的反 射板在形成適于特定需要的應(yīng)用方面具有更大的靈活性，以下對此進行詳細說明。正如這里所用到的，橢圓形反射器不需要具有真實的或者完美的橢圓形狀。相反， 具有無清楚限定焦點的部分或者半橢圓形成的反射器也稱為橢圓形反射器。類似地，拋物 面反射器不需要具有真實的或者完美的拋物面形狀。相反，具有反射不完全平行光束的部 分或者半拋物面形成的反射器也稱為拋物面反射器?；氐綀D3，通過涂敷二向色涂層的澆鑄石英內(nèi)襯限定各反射器板36的內(nèi)表面。該 石英內(nèi)襯反射從UV光管34發(fā)出的UV輻射。二向色涂層包括由具有交替高、低折射率的不 同介電材料構(gòu)成周期多層膜，該多層膜不會反射損傷性產(chǎn)熱的紅外輻射。因此，反射器板36 用作冷光鏡。適于結(jié)合本發(fā)明使用的UV燈32可以從諸如位于Ohiojestlake的Nordson 公司或者位于Maryland，Mevenson的Miltec UV公司購買到。在一個實施方式中，UV燈 32包括來自Miltec公司的單獨細長UV H+燈管。在其他實施方式中，UV燈32可以包括有 效兩個或者多個分離細長燈管、任意組UV燈管或者其他配置方式構(gòu)成的細長UV源。本發(fā) 明的實施方式不限于具體UV燈或者燈管類型。在本發(fā)明的某些實施方式中，設(shè)計反射板36(當(dāng)采用副反射器時結(jié)合副反射器 40)以產(chǎn)生適用于具體應(yīng)用的輻射圖案。例如，在處理工藝期間關(guān)于襯底旋轉(zhuǎn)UV燈的應(yīng)用 中，可以設(shè)計反射板36使其產(chǎn)生具有互補高低強度區(qū)域的輻射輪廓使得在旋轉(zhuǎn)襯底時互 補區(qū)域彼此補償以建立如圖11A-11D所述的所需均勻輻射曝光。為了產(chǎn)生具有改進均勻 性的最終、固化膜，其他應(yīng)用可以采用對于沉積膜中非均勻特性進行補償?shù)钠毓鈭D案。例 如，在沉積膜中心較厚(即，襯底中心厚度大于襯底邊緣厚度的膜)的應(yīng)用中，反射板36可 適于產(chǎn)生在襯底的中心具有較大強度的輻射圖案，其中該中心區(qū)域?qū)?yīng)于沉積量較大的區(qū) 域。類似地，在公知的沉積膜的特定區(qū)域比其他區(qū)域具有更多的揮發(fā)性不穩(wěn)定物質(zhì)的情況 的應(yīng)用中，反射板可以適用于在對應(yīng)于較多不穩(wěn)定物質(zhì)的襯底區(qū)域中產(chǎn)生具有較高強度的 輻射圖案。在采用橢圓形反射器板36的具體實施方式
中，通過在由共振腔控制的空間內(nèi)將 從UV燈管34發(fā)出的光線劃分為多個相等的斜截面從而產(chǎn)生板36內(nèi)表面的輪廓，其中每個 斜截面代表由燈管；34發(fā)射的等量能量。在圖7a中示出了該實施方式，在圖中示出了橢圓形 反射器36的反射器段36a-36k。設(shè)計36a向襯底的中心反射UV輻射。然后設(shè)計各連續(xù)段 36b-3mc緊隨其前一段的外部反射UV輻射，如圖7b所示，在該圖中示出反射器段36a-36k 將UV輻射重新定向到襯底50的各部分50a-50k。各間隔50a_50k的長度為燈和襯底之間 距離、光線入射角、直射光輪廓和反射系數(shù)的函數(shù)。如圖7A和7B所示的光滑連續(xù)的橢圓形 輪廓對于反射器表面的不完整性以及反射器定向的準確性不敏感。盡管圖7A和7B示出分 割為11個不同段的反射器板36，本發(fā)明的一個實施方式將板36四十個等角段。在另一實施方式中，每個反射器36包括一個或者多個拋物面形段以及一個或者多個橢圓形段。圖7C示出了該拋物面和橢圓組合的反射器136。UV燈32包括設(shè)置在細長 燈管34周圍的內(nèi)部和外部橢圓形反射器136。而且為了更具體地讓輻射輪廓適應(yīng)特定應(yīng) 用，內(nèi)部和外部反射器136可以具有非對稱形狀。圖7C包括圖左部分的反射器136的透視圖、位于中間部分的反射器136的截面圖 以及位于最右面的反射器136的部分Al和A2的分解截面圖。如圖7C所示，反射器136包 括單獨拋物面段136a和形成如部分A2的分解圖所示的波浪形表面的多個橢圓形段136b、 136c和136d。拋物面段136a向如圖7D所示襯底50上的選定區(qū)域反射輻射。橢圓形段 136b、136c和136d向如圖7E所示的襯底50上的不同選定區(qū)域反射輻射(注意這里為了清 楚目的沒有在圖7D或者7E中示出直射光線)?？紤]到在固化工藝器件是否旋轉(zhuǎn)UV燈模塊 和/或襯底結(jié)合UV燈管34和副反射器40設(shè)計各反射器136從而在襯底50上產(chǎn)生提供高 強度的更高均勻性曝光的圖案。其他實施方式可以包括和反射器136不同數(shù)量的拋物面和 /或橢圓形反射器段。圖8為結(jié)合本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)100的簡化平面圖。系統(tǒng)100示 出Producer 處理系統(tǒng)的一個實施方式，該處理系統(tǒng)在市場上由位于California，Santa clara的Applied Materials公司提供。處理系統(tǒng)100是具有在主體結(jié)構(gòu)101上支持必要 處理設(shè)備的獨立系統(tǒng)。處理系統(tǒng)100通常包括支撐襯底盒109并向真空交換腔112加載襯 底以及從中卸載襯底的前端工作臺區(qū)域102、覆蓋襯底輸送裝置113的傳輸腔室111、安裝 在傳輸腔室111上的一系列級連工藝腔室106以及覆蓋系統(tǒng)100的操作所需的支持設(shè)備的 后端138，該后端注入氣路板103以及電源分配板105。各級連工藝腔106包括兩個用于處理襯底的處理區(qū)(見圖1 。兩個處理區(qū)共享 工藝氣源、共同壓力控制以及共同工藝氣體排放/抽吸系統(tǒng)。系統(tǒng)的模塊化設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn) 系統(tǒng)從一種配置結(jié)構(gòu)到任意其他結(jié)構(gòu)的快速轉(zhuǎn)換。為了執(zhí)行具體的工藝步驟可以改變腔室 的排列和組合方式。任意的級連工藝腔室106都可以包括根據(jù)如下所述的本發(fā)明方案所 述的蓋，該蓋包括一個或者多個用于襯底上低K材料固化工藝和/或腔室清洗工藝的紫外 (UV)燈。在一實施方式中，所有三個工藝級連腔室106均具有UV燈并且為了實現(xiàn)最大產(chǎn)量 將所述腔室配置為并行運行的UV固化腔室。在并未將所有級連工藝腔室106配置為UV固化腔室的替代實施方式中，可以結(jié)合 具有公知適于各種其他諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)等公知工藝的支持 腔室硬件的一個或者多個級連腔室采用系統(tǒng)100。例如，可以配置系統(tǒng)100使其具有級連工 藝腔室106以及用于在襯底上沉積諸如低介電常數(shù)(K)薄膜的材料的CVD腔室其中之一。 該結(jié)構(gòu)可以最大化研究開發(fā)的生產(chǎn)利用，并且如果需要的話，避免沉積膜暴露在大氣中。圖9為圖8所示配置用于UV固化的級連工藝腔室106其中之一的簡化透視圖。級 連工藝腔室106包括主體200以及可以鉸接到主體200上的蓋202。與蓋202連接的是兩 個罩204，罩204均包括與出口 208 —起用于在罩204的內(nèi)部傳輸冷卻空氣的入口 206。冷 卻氣體可以處于室溫或者約20攝氏度。中央壓力氣源(未示出)向入口 206提供充足的 空氣流速以確保任意UV燈燈管和/或用于燈管的相關(guān)功率源的正常操作。出口 208接收 來自罩204的排放氣體，通過可以包括凈氣器的公共排氣系統(tǒng)收集排放氣體以去除有取決 于燈管選擇的UV燈管潛在產(chǎn)生的臭氧。通過由不含氧的冷卻氣體(例如，氮氣、氬氣或者 氦)冷卻燈從而避免臭氧管理問題。在2006年11月3日提交的、發(fā)明名稱為“NitrogenEnriched Cooling Air Module for UV Curing System(用于UV 固化系統(tǒng)的富氮冷卻氣體 模塊)”、并轉(zhuǎn)讓給Applied Materials公司的美國申請No. 11/556,642中公開了結(jié)合級連 工藝腔室106使用的冷卻模塊的細節(jié)。在此引入該申請的全部內(nèi)容作為參考。每個罩204均包括設(shè)置有諸如燈32的UV燈的上罩210和設(shè)置副反射器40的下 罩214。本發(fā)明的某些實施方式還包括具有多個齒狀物21 的盤212，該齒狀物21 控制 將盤連接到軸216上的相應(yīng)帶(在圖9中未示出)，軸216反過來有效連接到電機(未示 出)上。盤212、帶、軸216以及電機的組合允許上罩210(以及固定在其中的UV燈)相對 于位于蓋202下部的襯底支架上的襯底旋轉(zhuǎn)。如圖10所示，該圖為反射器40和盤212的仰視透視圖，各副反射器40均通過經(jīng) 由螺絲孔218固定在部件40s和40c的外表面的托架220連接到各盤212的底部(也在圖 2B中示出)。這允許副反射器在下罩214內(nèi)和上罩以及UV燈一起旋轉(zhuǎn)。相對于暴露的襯 底旋轉(zhuǎn)UV燈提高了整個襯底表面曝光的均勻性。在一實施方式中，UV燈可至少相對于暴 露的襯底旋轉(zhuǎn)180°。在其他實施方式中UV燈可旋轉(zhuǎn)270°或者完整的360°或者更多。如上所述，在某些實施方式中，設(shè)計主反射器和副反射器使得在旋轉(zhuǎn)器件產(chǎn)生彼 此補償?shù)母?、低輻射區(qū)域，從而提供均勻的輻射圖案。例如，圖IlA以圖解方式示出根據(jù)本 發(fā)明的一實施方式的UV燈模塊的輻射情況。在該實施方式中，UV燈、主反射器和副反射 器相互結(jié)合以沿通過模塊30產(chǎn)生的泛光圖案的外圍邊緣的相對端產(chǎn)生包括相對較高強度 (約950-1100W/m2)的區(qū)域66和相對較低強度(約500_700W/m2)的區(qū)域68。在曝光襯底 的大多數(shù)區(qū)域上分布相對中等強度(約800-900W/m2)的大區(qū)域67。較高強度區(qū)域66基本 和較低強度區(qū)域68位于同一環(huán)形區(qū)域并且可以說該較高強度區(qū)域66位于在圓形泛光圖案 內(nèi)形成的理想正方形的各拐角處。圖IlB沿水平軸69和垂直軸70示出圖IlA所示的實際輻射級別。圖IlB示出在 環(huán)形區(qū)域71內(nèi)區(qū)域67和68的補充效應(yīng)，并且還示出與襯底邊緣的變化相比在襯底的中心 區(qū)域沿不同的軸輻射變化明顯降低。當(dāng)適當(dāng)旋轉(zhuǎn)UV燈模塊30時，圖IlA所示的相對較低以及較高輻射的區(qū)域達到接 近中間輻射級別的平均值，該中間輻射級別與大部分襯底的所經(jīng)歷的輻射區(qū)域67相對應(yīng)。 圖IlC圖解方式示出在根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的UV曝光器件在旋轉(zhuǎn)到180度時圖IlA的 輻射圖案，同時圖IlD示出在圖IlC中沿軸86的實際輻射級別。以除了 UV燈旋轉(zhuǎn)180度 以外和圖IlA以及IlB相同條件下將襯底暴露在UV輻射中以后在圖IlC和IlD中曝光測 量周期期間收集圖IlC和IlD中所示的數(shù)據(jù)。從圖IlC和IlD容易看出，在曝光期間旋轉(zhuǎn) UV燈使得將襯底的整個表面暴露在基本均勻的輻射級別中?？梢圆捎迷S多不同的技術(shù)相對于襯底旋轉(zhuǎn)UV燈模塊。在某些實施方式中，UV燈 可以保持在固定位置，而將襯底放置在旋轉(zhuǎn)的襯底支架上。在其他實施方式中，可以選擇UV 燈同時襯底保持固定，以及在另外的實施方式中UV燈以及襯底一起以諸如相反的方向旋轉(zhuǎn)。圖12A示出一個具體實施方式
，其中所示的兩個盤250a和250b與圖9所示的盤 212類似。帶25 和252b與各盤250a、250b以及軸邪4有效連接。盡管在圖12A中沒有 示出，但是帶25 以不同于252b的垂直平面定位在軸邪4上。例如，軸邪4可以包括兩 個槽，一個位于另一個之上，每個帶分別運行。類似地，各盤250a、250b可以包括圍繞其邊緣用于所述帶運行的槽。在另一實施方式中，盤250a、250b和軸邪4包括圍繞其自身的外 圍的多個齒狀物，該齒狀物可以和如圖9所示的形成在帶25 和252b上的多個齒狀物相 互配合。在圖12A中還示出幫助對帶保持適當(dāng)張力的導(dǎo)向裝置256a-256d。圖12A所示的 單獨軸2M允許通過同一電機旋轉(zhuǎn)盤250a和250b。UV燈和副反射器與圖10中所示的盤 250a、250b連接。注意為了便于描述將盤250a、250b表示為單獨固態(tài)盤，在該盤位于UV燈 和襯底之間的實施方式的實際應(yīng)用中，該盤具有允許來自UV燈的UV輻射穿過該盤至襯底 的窗口或者開口(未示出)。在所述盤或者類似驅(qū)動裝置位于UV燈上部的實施方式中，該 窗口是沒有必要的。圖12B示出采用分別專門用于各盤250a、250b旋轉(zhuǎn)的分離軸25 和254b的另一 排列方式。如果每個軸有效連接到分離電機上，則該排列方式允許多個盤彼此獨立旋轉(zhuǎn)，如 果工藝需要要求在和各盤250a、250b相關(guān)的UV燈控制的腔室具有不同的固化時間和旋轉(zhuǎn) 速度，則該排列方式是非常有益的。圖12C示出單獨帶252圍繞通過軸25 驅(qū)動的每個盤 250a、250b的外圍形成環(huán)路的再一實施方式。盡管圖12A-12C示出了三個影響UV燈相對于 襯底旋轉(zhuǎn)的具體排列方式，但是熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認識到可以采用各種其他 排列方式。此外，熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認識到圖12A-12C所示的每個排列方式 均適于旋轉(zhuǎn)和諸如圖8中的腔室106的級連工藝腔室相關(guān)的UV燈。本發(fā)明的其他實施方 式采用對單獨腔室工具旋轉(zhuǎn)單獨UV燈的電機驅(qū)動系統(tǒng)。現(xiàn)在參照圖13，該圖為圖8所示的級連腔室106的簡化截面圖(右面腔室的上部 除外)。圖13示出具有蓋202和罩204的級連工藝腔室106的部分截面圖。每個罩204 均覆蓋分別設(shè)置在主體200內(nèi)限定的兩個處理區(qū)300上部的兩個UV燈管302各自其中之 一。每個處理區(qū)300包括在UV曝光工藝期間在處理區(qū)300內(nèi)用于支撐襯底308的加熱底 座306。底座306可以由石英或者諸如鋁的金屬構(gòu)成。在一個實施方式中，底座306與桿 310連接，其中該桿310延伸經(jīng)過主體200底部并通過驅(qū)動系統(tǒng)312操作以在處理區(qū)300中 和UV燈管302之間來回移動。在某些實施方式中，在固化期間該驅(qū)動系統(tǒng)312可以旋轉(zhuǎn)和 /或平移底座306以進一步提高襯底照射的均勻性。底座306的調(diào)節(jié)定位除了能夠根據(jù)光 傳播系統(tǒng)的設(shè)計特性(諸如焦距)考慮精確調(diào)整照射在襯底308上UV輻射級別以外還能 夠?qū)Πl(fā)性固化附產(chǎn)物并吹掃、清潔氣流圖案以及停留時間進行控制。通常，本發(fā)明的實施方式考慮到任意UV源，諸如汞微波弧光燈、脈沖氙閃光燈或 者高效UV發(fā)光二極管陣列。UV燈管302為填充有諸如氙(Xe)或者汞(Hg)的一種或者多 種通過功率源(未示出)激發(fā)的氣體的密封等離子體燈管。優(yōu)選地，該功率源為可以包括 一個或者多個磁電管(未示出)以及一個或者多個變壓器(未示出)以激發(fā)磁電管的燈絲 的微波產(chǎn)生器。在具有千瓦微波(MW)功率源的實施方式中，每個罩204包括靠近功率源的 縫隙以從功率源接收最高為6000W的微波功率從而隨后從每個燈管302產(chǎn)生最高為100W 的UV光。在另一實施方式中，UV燈管302可以在其中包括電極或者燈絲使得功率源向電 極提供諸如直流(DC)的電路和/或電流源。某些實施方式的功率源可以包括能夠在UV燈管302內(nèi)激發(fā)氣體的射頻(RF)能量 源。在燈管中的RF激發(fā)的結(jié)構(gòu)可以是電容式的或者電阻式的。電感耦合等離子體(ICP) 燈管可用于通過比通過電容耦合放電產(chǎn)生更密集的等離子體有效提高燈管輝度。此外，ICP 燈消除了由于電極質(zhì)量變差導(dǎo)致的UV輸出退化的問題，從而延長了燈管壽命，并改進了系統(tǒng)生產(chǎn)率。作為RF能量源的功率源好處包括提高了效率。優(yōu)選地，燈管302發(fā)光范圍遍及180nm到400nm的寬帶波長。在燈管302中選擇 采用的氣體決定發(fā)光的波長。由于在存在氧氣時較短波長更易于產(chǎn)生臭氧，因此在某些實 施方式中調(diào)節(jié)通過燈管302發(fā)出的UV光以主要產(chǎn)生高于200nm的寬帶UV光從而避免在固 化工藝期間產(chǎn)生臭氧。從UV燈管302發(fā)出的UV光穿過設(shè)置在蓋202的縫隙中的窗314進入處理區(qū)300。 在一實施方式中，窗314由不含OH基的合成石英玻璃構(gòu)成并且具有保持真空同時不會破裂 的充足厚度。此外，在一實施方式中，窗314為傳播約150nm以下UV光的熔融石英。由于 蓋202密封主體200并且窗314密封到蓋202中，因此處理區(qū)300提供可以保持約ITorr 到約650Torr壓力的空間。處理或者清洗氣體通過兩個入口通道136其中之一進入處理區(qū) 300。然后處理或者清洗氣體通過公共出口 318脫離處理區(qū)300。此外，提供給罩204內(nèi)部 的冷卻氣體循環(huán)經(jīng)過燈管302，但是通過窗314與處理區(qū)300隔離。在UV固化期間通常水分子以及各種其他物質(zhì)會從正在固化或者處理的膜或者材 料中以氣體方式或者其他方式釋放出來。這些物質(zhì)容易在諸如窗314的腔室的各種暴露表 面聚集，并且可能降低工藝效率。為了減少這些物質(zhì)的聚集并保持高效工藝，可以如下所述 對表面執(zhí)行周期性清洗，諸如每200個晶圓以后執(zhí)行該操作。此外，可以在正在處理的襯底 照射表面上提供諸如氬氣或者其他惰性氣體或者其他適用氣體的吹掃氣體層流以攜帶釋 放的氣態(tài)物質(zhì)離開腔室。該層流可以從有效連接到入口 316和出口 318的泵缸套(未示 出)中發(fā)出。在2006年11月21日遞交的并轉(zhuǎn)讓給Applied Meterials公司的、發(fā)明名稱 為"Increased Tool Utilization/Reduction in MWBC for UV Curing Chamber (對UV 固 化腔室改進工具利用/降低反應(yīng)室維修循環(huán))”的美國專利申請No. 11/562,043。再次應(yīng)用 該申請No. 11/562,043的全部內(nèi)容作為參考。在腔室清洗工藝期間也可以激活UV燈管302以提高腔室清洗的效率。作為清洗腔 室的實施例，可以將底座306的溫度升高到約100°C到600°C之間，優(yōu)選為約400°C。通過入 口通道316向處理區(qū)300引入清洗氣體以提高該區(qū)域的UV壓力，該較高的壓力便于熱量傳 輸并改進清洗操作。此外，將采用諸如介電阻擋/電暈放電或者UV激活燈方法遠程產(chǎn)生的 臭氧引入處理區(qū)300。在與加熱的底座306接觸時臭氧分解為0和02。在清洗工藝中，元素 氧與在處理區(qū)300的表面上存在的碳氫化合物以及含碳物質(zhì)反映以形成可以通過出口 318 抽出或者排放的一氧化碳以及二氧化碳。加熱底座306同時控制底座間隔、清洗氣體流速、 以及壓力從而提高元素氧和污染物之間的反應(yīng)速率。將產(chǎn)生了揮發(fā)性反應(yīng)物以及污染物抽 離處理區(qū)300從而完成該清洗工藝。為了提高由UV燈(例如UV燈模塊)產(chǎn)生的輻射并因此允許較短曝光時間以及較 高晶圓產(chǎn)量，本發(fā)明的某些實施方式對每個單獨晶圓處理區(qū)采用多個UV燈。圖14為根據(jù) 本發(fā)明的一實施方式的兩個UV源、單獨晶圓UV固化腔400的簡化截面圖。在圖14中，在 各共振腔402和404內(nèi)兩個柱狀高功率汞微波燈410和412彼此平行設(shè)置。燈410包括局 部由具有內(nèi)部反射器422和外部反射器420的無焦點橢圓形主反射器環(huán)繞的細長UV燈管 414。燈412包括局部由具有內(nèi)部反射器似4和外部反射器426的無焦點橢圓形主反射器 環(huán)繞的細長UV燈管416。位于各燈410和412的內(nèi)部和外部主反射器之間的狹縫430和 432允許燈冷卻氣體通過入口 406流經(jīng)燈管414和416。氣一側(cè)上的石英窗448之間設(shè)置鋁制副反射器440。襯底 450設(shè)置在石英窗448的真空一側(cè)并在如圖13所述壓力控制腔室內(nèi)位于諸如區(qū)域300的 處理區(qū)中的加熱襯底支架(未示出)上。襯底448可以距離燈410、412約5-20英寸(在 另一實施方式中為6-11英寸)。位于副反射器的上部上的開口 442允許燈冷卻氣體以最 小的傳導(dǎo)損失排出。所有的主反射器和副反射器在其反射器表面上均具有二向色涂層以在 180nm-400nm范圍確保最大反射系數(shù)。如圖15所示，在該具體兩燈結(jié)構(gòu)中，與燈410和412 相關(guān)的罩延伸超出襯底450的輪廓。每個燈通過其相關(guān)的主反射器向大約一半的晶圓傳播UV輻射。到達襯底的直接 輻射(非反射)在襯底中心比襯底邊緣具有更高的強度。為了對此進行補償，在晶圓的邊 緣聚焦來自反射器反射的光。為此，每個燈410、412的內(nèi)部和外部主反射器具有不同的曲 率從而使得每個燈的主反射器產(chǎn)生不對稱的輻射輪廓，即最低輻射位于晶圓的中心并且最 高輻射位于晶圓的邊緣(在該實施方式中外部反射器420、似6彼此不對稱，內(nèi)部反射器422 和似4也不對稱)。圖16示出用于UV燈412的內(nèi)部、外部主反射器424、426的輻射圖案。 如圖16所示，外部主反射器似6產(chǎn)生襯底中心具有最高強度區(qū)域的輻射輪廓460，而內(nèi)部反 射器似4產(chǎn)生沿襯底邊緣具有最高強度區(qū)域的輻射輪廓462。輻射輪廓460和462結(jié)合從 而產(chǎn)生約覆蓋半個襯底450的輻射輪廓464并且在沿襯底的邊緣具有最高強度區(qū)域466。 每個輪廓460、462和464均沿圖16所示的直徑A-A’提取得到。圖17示出通過燈412與燈410相結(jié)合(包括燈管414、416和主反射器420、422、 似4和426)產(chǎn)生的輻射輪廓。如圖17所示，燈沿?zé)糨S方向產(chǎn)生凸起的的輻射輪廓467A 并沿與燈軸正交的方向產(chǎn)生凹陷輻射輪廓467B。設(shè)計主反射器的曲率使得靜態(tài)輻射輪廓 468 (輪廓467A和467B結(jié)合)沿?zé)糨S以及正交燈軸B-B，觀察具有“蝙蝠(batman) ”形狀。 但是，一旦旋轉(zhuǎn)以后，高強度和低強度的互補區(qū)域結(jié)合以產(chǎn)生如470所示的明顯更加均勻 的輪廓。如果沒有任何反射器的話，通過兩個汞燈發(fā)出的直射光約有15%會到達襯底的表 面。該直射光的輻射輪廓為中心高圓頂形狀。主反射器G20和42 以及GM和426)將 到達襯底的光量增至原來的三倍。從圖17和圖18的分析可明顯看到，副反射器440通過 改變可能會落到襯底以外的光的方向使其回到襯底表面額外增加35%的輻射。副反射器 反射表面的特定曲率允許如上所述進一步校正輻射輪廓。該技術(shù)在不過分損失光輻射的情 況下在晶圓邊緣實現(xiàn)平坦輻射輪廓方面是非常有益的。圖18示出向僅由燈和主反射器產(chǎn) 生的輻射輪廓中添加副反射器440所產(chǎn)生的效果。如圖18所示，輻射輪廓472具有和輪廓 468類似的“蝙蝠”形狀但是明顯具有更高的強度等級。此外，副反射器440能夠產(chǎn)生輻射 圖案474使得在旋轉(zhuǎn)時輻射輪廓476比輪廓470更加均勻。在本發(fā)明的具體實施方式
中，燈410和412為位于矩形封裝內(nèi)的線形燈，其中燈以 最小的光損失以及低于3%的光輻射非均勻性向12”襯底傳輸光。設(shè)計固化腔400的光學(xué) 系統(tǒng)(燈、主和副反射器)以充分利用燈旋轉(zhuǎn)。如圖18所示，燈和反射器結(jié)合以在與燈正 交的方向產(chǎn)生凹陷輻射輪廓并在沿?zé)舻姆较虍a(chǎn)生凸起輻射輪廓。然后，在旋轉(zhuǎn)后高低輻射 區(qū)域彼此補償從而產(chǎn)生相對平坦的輪廓。由于每個燈覆蓋約一半的晶圓，因此每個燈產(chǎn)生 非對稱的輪廓，因此每個燈的內(nèi)部主反射器和外部主反射器具有不同的形狀。此外，主反射 器具有非聚焦的橢圓曲率，在不通過特殊手段的情況下，該主反射器的特性使其對于制造準確性以及定向準確性均不敏感。光學(xué)系統(tǒng)的第二元件為副反射器440。第二鋁制反射器(440)具有兩個功能。首 先，其通過減少落在晶圓外部的光提高對于晶圓的平均輻射(在一具體實施方式
中提高約 35%)。第二，該副反射器進一步整個晶圓的輻射均勻性。在某些實施方式中，還可以通過 副反射器的形狀改進對輻射輪廓進行最終校正(基于實際的膜收縮圖進行校正)。主、副反射器均具有二向色涂層從而使其在 200nm-400nm范圍內(nèi)具有至少90%的反射率。如下表1所示，發(fā)明人執(zhí)行的測試表明采用如圖14所示的兩燈旋轉(zhuǎn)技術(shù)的實施方 式可以將對于低K薄膜的固化時間從采用靜態(tài)單獨燈的25分鐘減少為9分鐘，同時具有同 樣的平均膜收縮并且明顯提高膜收縮的均勻性。
單位靜態(tài)單獨旋轉(zhuǎn)雙向旋轉(zhuǎn)燈到晶圓的距離英寸10. 6610. 88. 8燈功率W90W90W90W+90W輻射度在晶圓上的平均值1W/m23686161023輻射度均勻性1%9. 65. 42. 6輻射度范圍1%+/-20+/-14+/-8UV處理時間2分鐘25159膜收縮的非均勻性2%5. 64. 33. 01 =模擬結(jié)果2 =測量結(jié)果表1圖19為根據(jù)本發(fā)明的雙燈系統(tǒng)480的另一實施方式的簡化截面圖。除了為了可以 更靠近處理襯底的中心定位燈并為流經(jīng)燈的冷卻空氣創(chuàng)造更多空間將UV燈482和484彼 此呈相對角度設(shè)置以外，系統(tǒng)480與圖14所示的系統(tǒng)400類似。在某些實施方式中，相對 角度為相對于垂直方向呈2-25度并且在其他實施方式中相對于垂直方向呈4-10度之間。 在本發(fā)明的附加實施方式中可以采用其他結(jié)構(gòu)的燈。在圖19所示的系統(tǒng)480中，采用上述 技術(shù)調(diào)試主、副反射器的設(shè)計使其補償燈482和484的角度從而產(chǎn)生所需的輻射圖案。諸如燈410、412的UV燈的效率會隨著時間逐漸降低。本發(fā)明的某些實施方式包 括輻射傳感器，該傳感器可以單獨監(jiān)控UV燈中各元件的強度/反射率已確定替換時間并根 據(jù)燈的使用壽命獲得較高的光均勻性。為了實現(xiàn)該功能，本發(fā)明的實施方式包括貫穿副反 射器形成的多個孔或者狹縫(有時稱之為光導(dǎo)管(light pipe))。經(jīng)過各光導(dǎo)管的輻射與 UV輻射傳感器接觸，該傳感器在所選的經(jīng)過光導(dǎo)管的波長范圍(例如200-400nm或者更窄 的范圍，諸如 250-260nm、280-320nm、320-390nm 和 395_445nm)測量輻射的強度。
光導(dǎo)管的位置和方向、其直徑以及長度決定讓產(chǎn)生于燈的哪個單獨光線穿過該光 導(dǎo)管到達傳感器(即，該光導(dǎo)管的接收角度)。設(shè)計每個燈導(dǎo)管使其可以具有獨立于其他元 件監(jiān)控一個燈元件(例如，一個燈管或者一個主反射器)的特定接收角度。通常，燈導(dǎo)管的 軸與要經(jīng)過該導(dǎo)管的光線角度重合。通過該路徑由特定元件產(chǎn)生或者反射的光穿過該光導(dǎo) 管到達傳感器。因此該光導(dǎo)管可以被看作為只允許來自特定方向的光經(jīng)過該過濾器的方向 過濾器ο根據(jù)在區(qū)域中副反射器的厚度形成單獨光導(dǎo)管，通過將管狀物(例如，鋁制管)插 入穿過副反射器形成的孔或者狹縫延伸該光導(dǎo)管的長度。為了減小在光導(dǎo)管中反射率的影 響并確保只有在光導(dǎo)管特定接收角度的光才能到達其傳感器，該光導(dǎo)管的內(nèi)表面可以具有 線紋或者涂敷適當(dāng)?shù)奈獠牧?，其中該吸光材料吸收傳感器所檢測波長范圍的輻射?？蛇x 地，可以處理光導(dǎo)管的內(nèi)表面使其具有較高粗糙度(例如，通過鋼刷進行洗滌)經(jīng)由多次反 射接觸到光導(dǎo)管壁上的不必要光。在監(jiān)控UV燈的單獨元件時，希望光導(dǎo)管僅允許由該元件產(chǎn)生或者反射的光線在 監(jiān)控該元件的光導(dǎo)管末端到達傳感器。在某些實施例中，設(shè)計光導(dǎo)管使得到達其相關(guān)傳感 器的100%光線都來自單獨元件是不實際的，相反設(shè)計該光導(dǎo)管使得到達其傳感器的光線 的較高百分比(例如80%或者90%)來自監(jiān)控元件。對于圖14的UV固化系統(tǒng)，可以包括6個不同光導(dǎo)管單獨監(jiān)控個UV燈管414和 416以及各主反射器420、422、似4和426。直射光和反射光以不同角度傳播。類似地，來自 各主反射器420、422、似4和似6的反射光到達副反射器的不同點上。采用該知識以及適當(dāng) 的光線跟蹤程序，可以確定經(jīng)過副反射器的各光導(dǎo)管的位置，這樣允許各光導(dǎo)管監(jiān)控其中 之一元件?，F(xiàn)在參照圖20和圖21，兩圖分別為在副反射器引入光導(dǎo)管之前和之后前面圖14 所示副反射器的透視圖。圖20示出在副反射器440中可以定位監(jiān)控單獨元件(UV燈管414 和416以及各主反射器420、422、似4和426)的6個光導(dǎo)管的位置501-506。位置501A和 502A位于副反射器的相對端并且尤其適于設(shè)計用來過濾全部或者大部分從主反射器反射 的輻射的光導(dǎo)管，從而僅允許來自燈管414和416其中之一的直接輻射經(jīng)過。當(dāng)UV燈410 如圖20所示位于副反射器440的左面部分上部并且UV燈412位于副反射器440的右面部 分上部時可以在位置501A設(shè)置用于監(jiān)控通過UV燈管414產(chǎn)生的直接輻射的光導(dǎo)管并在位 置502A設(shè)置用于監(jiān)控通過UV燈管416產(chǎn)生的直接輻射的光導(dǎo)管。位置501B和502B為可 以分別設(shè)置光導(dǎo)管監(jiān)控UV燈管414和416的可選位置。此外，可以在位置503設(shè)置用于監(jiān) 控通過外部主反射器420反射的輻射的光導(dǎo)管，在位置504設(shè)置用于監(jiān)控通過內(nèi)部主反射 器422反射的輻射的光導(dǎo)管，在位置505設(shè)置用于監(jiān)控通過內(nèi)部主反射器似4反射的輻射 的光導(dǎo)管，并且在位置506設(shè)置用于監(jiān)控通過外部主反射器426反射的輻射的光導(dǎo)管。圖21示出已經(jīng)分別在位置503-506結(jié)合到副反射器440中的光導(dǎo)管510-513以 及分別在位置501b和502b形成的光導(dǎo)管514和515。光導(dǎo)管510監(jiān)控外部主反射器420 的反射率，光導(dǎo)管511監(jiān)控內(nèi)部主反射器422的反射率，光導(dǎo)管512監(jiān)控內(nèi)部主反射器似4 的反射率并且光導(dǎo)管513監(jiān)控外部主反射器426的反射率。通過分別在位置503和506穿 過副反射器的反射表面的開口形成光導(dǎo)管510和513。分別在位置504和505穿過副反射 器的反射表面的開口形成光導(dǎo)管511和512。此外，將擴展管裝配到位置504和505處的每個孔中以拉伸每個光導(dǎo)管511和512從而進一步過濾與每個導(dǎo)管連接的反射器無關(guān)輻射。 此外還裝配有擴展導(dǎo)管的光導(dǎo)管514和515分別監(jiān)控UV燈管414和416的強度。本發(fā)明的一些實施方式包括位于每個光導(dǎo)管末端的單獨UV輻射傳感器。但是在 固化工藝期間旋轉(zhuǎn)一個或者多個UV燈或者襯底的實施方式可以采用比每個燈導(dǎo)管一個傳 感器更少的傳感器。例如，在UV固化期間將燈模塊旋轉(zhuǎn)180度的實施方式中，可以采用兩 個UV輻射傳感器。例如，設(shè)置第一傳感器檢測經(jīng)過光導(dǎo)管510、514和512的輻射同時設(shè)置 第二傳感器檢測經(jīng)過光導(dǎo)管511、515和513的輻射。在另一實施例中，假設(shè)充分旋轉(zhuǎn)燈模 塊(例如270或者360度)以允許在固化期間允許經(jīng)過每個光導(dǎo)管的光都與該傳感器接觸， 則可以采用單獨傳感器檢測經(jīng)過各個光導(dǎo)管510-515的輻射。在單獨傳感器監(jiān)控多個燈導(dǎo) 管的情況，邏輯或者控制電路(微控制器或者計算機處理器)跟蹤旋轉(zhuǎn)的時序以及來自傳 感器的數(shù)據(jù)采樣并且采用時序信息以及公知的旋轉(zhuǎn)圖案以確定單獨傳感器的讀數(shù)和哪個 燈管相關(guān)。為了降低由UV輻射傳感器檢測到的噪音，人們希望該傳感器盡可能的靠近光導(dǎo) 管的出口。在采用單獨傳感器檢測經(jīng)過多個光導(dǎo)管發(fā)出的UV輻射的實施方式中，可能需要 相對于其他光導(dǎo)管延伸某些光導(dǎo)管的長度以確保有效定位與具體傳感器一起工作的所有 光導(dǎo)管在光導(dǎo)管末端和傳感器之間具有類似的距離。作為實施例，參照圖22A和圖22B，兩 圖為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的反射器540 —側(cè)的透視圖。反射器540包括與在反射器 440中形成光導(dǎo)管510、512和514的區(qū)域相應(yīng)的區(qū)域中形成的光導(dǎo)管610、612和614。但 是反射器540在其外圍區(qū)域M5明顯比反射器440更厚。區(qū)域545包括具有所選曲率半徑 的彎曲表面使得每個光導(dǎo)管510、512和514的末端到傳感器(未示出)具有相等的間距， 其中有效設(shè)置該傳感器以在旋轉(zhuǎn)反射器540時檢測經(jīng)過各個孔的UV輻射。盡管已經(jīng)全面描述了本發(fā)明的若干實施方式，但是對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說根據(jù)本發(fā)明固化介電膜的其他等效或者替代裝置以及方法是顯而易見的。這些替代物以 及等效物也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體；在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；與所述襯底支架間隔的紫外輻射燈，所述燈用于向位于所述襯底支架上的襯底傳播紫 外輻射；以及有效連接的電機，其用于使所述紫外輻射燈或襯底支架至少其中之一相對彼此旋轉(zhuǎn)至 少180度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，還包括一個或多個反射器，其用 于在具有互補高、低亮度區(qū)域的所述襯底上產(chǎn)生紫外輻射的泛光圖案，并當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，所述互 補高、低亮度區(qū)域結(jié)合產(chǎn)生基本均勻的輻射圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，所述紫外輻射燈包括細長紫外 輻射源，而一個或多個反射器包括部分包圍所述細長輻射源的主反射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，一個或多個反射器還包括設(shè)置 于所述主反射器和襯底支架之間的副反射器，以及其中所述主反射器用于將紫外輻射從所 述輻射源反射至所述襯底支架并且所述副反射器用于減少在所述襯底外部損失的光。
5.一種襯底處理設(shè)備，包括限定襯底處理區(qū)的主體在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；以及第一紫外燈，其與所述襯底支架間隔設(shè)置并設(shè)計用于向所述襯底支架上的襯底傳播紫 外輻射，其中所述第一紫外燈包括第一紫外輻射源和部分包圍所述第一紫外輻射源的第一 反射器，其中所述第一反射器具有相對的內(nèi)反射板和外反射板，所述內(nèi)反射板具有第一反 射表面，而所述外反射板具有與第一反射表面不對稱的第二反射表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的襯底處理設(shè)備，其特征在于，還包括第二紫外燈，其與襯底支架間隔設(shè)置并設(shè)計用于向所述襯底支架上的襯底傳播紫外輻 射，其中所述第二紫外燈包括第二紫外輻射源和部分包圍所述第二紫外輻射源的第二反射 器，其中所述第二反射器具有相對的內(nèi)反射板和外反射板，內(nèi)反射板具有第三反射表面，而 所述外反射板具有與所述第三反射表面不對稱的第四反射表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的一種襯底處理設(shè)備，其特征在于，還包括設(shè)置于所述第一反射器、 第二反射器以及襯底支架之間的第三反射器，其中所述第三反射器用于減少襯底外部的紫 外輻射損失。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，還包括使所述襯底處理區(qū)與所 述第一和第二紫外燈分開的窗口，其中設(shè)置所述窗口從而在紫外輻射到達所述襯底之前通 過所述窗口透射紫外輻射。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，所述第一紫外燈以相對垂直方 向呈2-25度之間的角度安裝，以及所述第一和第二不對稱的反射表面用于產(chǎn)生補償所述 角度的輻射圖案。
10.一種固化形成于襯底上的介電材料層的方法，所述方法包括在襯底處理腔室中將具有所述介電材料形成于其上的襯底放置于襯底支架上；以及通過利用細長紫外源產(chǎn)生的輻射將襯底暴露于紫外輻射中并利用部分包圍所述輻射源并彼此不對稱的第一和第二反射表面改并由所述紫外源產(chǎn)生的所述紫外輻射的方向。
11.一種襯底處理設(shè)備，其特征在于，包括限定襯底處理區(qū)的主體；在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；紫外輻射燈，其與襯底支架間隔設(shè)置并且設(shè)計用于產(chǎn)生并向所述襯底支架上的襯底傳 播紫外輻射，所述紫外輻射燈包括紫外輻射源和部分包圍所述紫外輻射源的主反射器，具 有反射表面的所述主反射器包括至少一拋物面段和至少一橢圓段。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，所述主反射器包括相對的內(nèi) 反射板和外反射板，其中所述每個反射板具有包括至少一拋物面段和至少一橢圓段的反射 表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個橢圓段具有非 聚焦的橢圓曲率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個拋物面段反射 互相不平行的光線。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的襯底處理設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)反射板和相對的外反 射板的反射表面為彼此不對稱的形狀。
16.一種襯底處理設(shè)備，其特征在于，包括限定襯底處理區(qū)的主體；在所述襯底處理區(qū)內(nèi)用于支撐襯底的襯底支架；第一紫外燈，其與所述襯底支架間隔設(shè)置并且設(shè)計用于產(chǎn)生并向所述襯底支架上的襯 底傳播紫外輻射，所述第一紫外燈包括第一紫外輻射源和部分包圍所述紫外輻射源的第一 反射器，具有反射表面的所述第一反射器包括至少一拋物面段和至少一橢圓段；以及第二紫外燈，其與所述襯底支架間隔設(shè)置并且設(shè)計用于產(chǎn)生并向所述襯底支架上的襯 底傳播紫外輻射，所述第二紫外燈包括第二紫外輻射源和部分包圍所述紫外輻射源的第二 反射器，具有反射表面的所述第二反射器包括至少一拋物面段和至少一橢圓段。
17.一種固化形成于襯底上的介電材料層的方法，其特征在于，所述方法包括在襯底處理腔室中將具有所述介電材料沉積于其上的襯底放置于襯底支架上；以及通過利用細長紫外源產(chǎn)生的輻射將襯底暴露于紫外輻射中以及利用部分包圍所述輻射源并相對的第一和第二反射表面改變由所述紫外源產(chǎn)生的所述紫外輻射的方向，其中所 述相對的第一和第二表面的至少其中之一包括至少一個拋物面段和至少一個橢圓段。
全文摘要
本發(fā)明的實施方式主要涉及一種用于固化沉積于襯底上的介電材料的紫外固化腔室以及利用紫外輻射固化介電材料的方法。根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種襯底處理設(shè)備包括限定襯底處理區(qū)的主體；在所述襯底處理區(qū)內(nèi)支撐襯底的襯底支架；與所述襯底支架間隔設(shè)置的紫外輻射燈，所述燈設(shè)計用于向位于所述襯底支架上的襯底傳播紫外輻射；以及運轉(zhuǎn)耦合的電機使所述紫外輻射燈或襯底支架的至少其中之一相對彼此旋轉(zhuǎn)至少180度。所述襯底處理設(shè)備還可包括一個或多個反射器，其用于在襯底上產(chǎn)生紫外輻射的泛光圖案，所述圖案具有高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，所述區(qū)域結(jié)合而產(chǎn)生基本均勻的輻射圖案。在本發(fā)明中還公開了其他實施方式。
文檔編號H01L21/00GK102136411SQ20101053487
公開日2011年7月27日 申請日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者安德茲·卡祖巴, 希姆·M·薩德, 恩德卡·O·米科蒂, 戴爾·R·杜·博伊斯, 托馬斯·諾瓦克, 斯科特·A·亨德里克森, 湯姆·K·喬, 胡安·卡洛斯·羅奇-阿爾維斯, 薩尼夫·巴魯賈, 達斯廷·W·胡 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司