CN103456661A - 用于半导体的uv固化系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于处理诸如晶圆的半导体衬底的紫外线(UV)固化系统的实施例。固化系统通常包括：处理室、用于在室中保持晶圆的晶圆支架、设置在室之上的UV辐射源、以及散置在辐射源和晶圆支架之间的UV透明窗。在一个实施例中，晶圆支架由在UV固化期间可操作以将晶圆传输通过室的带式输送器提供。在另一个实施例中，UV辐射源是横跨室的顶部移动的可移动灯单元，用于照射晶圆。在另一个实施例中，UV透明窗包括UV辐射调节器，其减小位于调节器下面的晶圆的多个部分上的UV辐射的强度。通过使晶圆上的UV强度水平正常化，多个实施例提高了晶圆固化均匀度。本发明提供用于半导体的UV固化系统。

Description

用于半导体的UV固化系统
技术领域
本发明大体上涉及半导体制造方法，具体而言，涉及适用于固化晶圆上的半导体层或膜的紫外线(UV)固化系统及其相关方法。
背景技术
低-k电介质绝缘材料在制造半导体器件中用作减小电阻电容(RC)延迟时间的手段，电阻电容(RC)延迟抑制器件性能速度并且增加功率消耗。低-k电介质被用作例如导电迹线之间的金属间电介质(IMD)和层间电介质(ILD)，以改进半导体器件性能，这样其中的器件和电路通过制造技术的进步继续在尺寸上收缩。低-K材料通常被认为是具有小于3的电介质常量的材料。
低-k介电薄膜可以通过多种CVD(化学汽相沉积)或旋涂工艺沉积在晶圆上。为了包括改进和/或恢复薄膜材料的物理特性的多种原因(诸如，增加弹性模量或硬度)，这些介电材料在沉积之后通过利用UV光的辐射被固化，以改进用于较高封装产量的机械强度和/或更好的耐后膜沉积工艺(诸如，蚀刻、化学清洗、CMP(化学机械抛光)、引线结合等)。另外，使用UV固化来修补由诸如氟和氮的化学物质导致的对膜的损害，并且恢复膜的可能在一些后膜沉积工艺期间增加的低k性能。
在低-k介电薄膜的UV固化期间，期望保持晶圆的整个表面上的均匀UV固化强度，以避免诸如晶圆的多个部分处的膜收缩，该晶圆的多个部分可能不均匀地曝光至更大等级的辐射，其可能导致器件性能的改变。现有UV固化装置布置有时导致晶圆上的较高局部化UV辐射强度区域，其可能发生在晶圆的中心处和/或在一个或多个其他隔离区中。不同的晶圆辐射轮廓可以归因于所使用的UV灯布置和/或固化处理。当晶圆尺寸从300mm改变至450mm晶圆时，预期不均匀问题可能更差。
期望改进的UV固化系统和方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体晶圆固化系统，包括：处理室；设置在所述处理室中的带式输送器，所述带式输送器被配置用于保持晶圆并且可操作以将所述晶圆传输通过所述处理室；以及设置在所述处理室之上的紫外线(UV)辐射源，所述UV辐射源可操作以照射设置在所述带式输送器上的晶圆，用于UV固化。
在上述晶圆固化系统中，进一步包括：UV透明窗，位于所述带式输送器和UV辐射源之间。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述处理室的构造是细长的并且呈直线。
在上述晶圆固化系统中，进一步包括：接近所述室的第一端设置的入口加载锁闭室和接近所述室的第二端设置的出口加载锁闭室，所述晶圆在所述带式输送器上可从所述入口加载锁闭室移动到所述出口加载锁闭室。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述UV辐射源是UV灯单元，所述UV灯单元包括多个UV灯和接近所述灯设置用于朝向所述带式输送器向下反射UV辐射的反射器。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述带式输送器包括：耐UV传送带和滑轮，所述滑轮可操作以在所述处理室的相对端之间移动所述传送带。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述带式输送器包括：耐UV传送带和滑轮，所述滑轮可操作以在所述处理室的相对端之间移动所述传送带，其中，所述传送带由金属网制成。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体晶圆固化系统，包括：处理室；晶圆支架，被配置用于在所述处理室中支撑晶圆；以及可移动紫外线(UV)灯单元，设置在所述处理室之上并且发射UV辐射，所述UV灯单元可操作以照射设置在所述晶圆支架上的晶圆，其中，所述UV灯单元被配置用于在UV固化周期内横跨所述晶圆支架移动以照射所述晶圆。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述灯单元包括由可移动灯托架支撑的多个UV灯，所述灯托架设置在所述处理室之上的灯壳体中。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述灯单元包括由可移动灯托架支撑的多个UV灯，所述灯托架设置在所述处理室之上的灯壳体中，其中，所述UV灯是细长管型灯。
在上述晶圆固化系统中，进一步包括控制器，被配置用于控制所述UV灯单元的移动。
在上述晶圆固化系统中，进一步包括UV透明窗，位于所述处理室和所述UV灯单元之间。
在上述晶圆固化系统中，进一步包括UV透明窗，位于所述处理室和所述UV灯单元之间，进一步包括驱动系统，所述驱动系统包括具有电动机的可移动传送机，可操作以在所述灯壳体中沿着线性路径移动，所述灯托架与所述传送机连接并且可以与所述传送机一起移动。
在上述晶圆固化系统中，进一步包括UV透明窗，位于所述处理室和所述UV灯单元之间，进一步包括驱动系统，所述驱动系统包括具有电动机的可移动传送机，可操作以在所述灯壳体中沿着线性路径移动，所述灯托架与所述传送机连接并且可以与所述传送机一起移动，其中，所述传送机由设置在所述灯壳体中的具有细长槽的水平定向分割板支撑，所述灯托架通过所述槽与所述传送机连接。
根据本发明的又一方面，提供了一种半导体晶圆固化系统，包括：处理室；晶圆支架，被配置用于在所述处理室中支撑晶圆；以及紫外线(UV)灯单元，设置在所述处理室之上并且发射具有一强度的UV辐射，所述UV灯单元可操作以照射设置在所述晶圆支架上的晶圆；以及UV透明窗，设置在所述处理室和UV灯单元之间，所述窗可操作以将UV辐射从所述灯单元传输至所述晶圆支架上的所述晶圆；其中，所述UV透明窗包括UV辐射调节器，所述UV辐射调节器使经由所述调节器到达底座上的晶圆的UV辐射的强度减小。
在上述晶圆固化系统中，其中，位于所述UV辐射调节器下面的晶圆部分上被投射的UV辐射的强度与不位于所述UV辐射调节器下面的晶圆部分上被投射的UV辐射的强度基本相同。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述UV辐射调节器是具有至少一个凹面的发散透镜。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述透镜具有小于接近所述透镜的所述UV透明窗的厚度的最小厚度。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述UV辐射调节器具有圆形构造并且设置在所述UV透明窗的中心处。
在上述晶圆固化系统中，其中，所述UV辐射调节器是施用至所述UV透明窗的UV吸收涂层。
附图说明
参考以下附图描述实施例的特征，其中，类似元件被类似地标记，并且其中：
图1是根据本发明的UV固化系统的第一实施例的透视图；
图2是图1的UV固化系统中的UV灯单元的横截面正视图；
图3是示出使用图1的固化系统固化晶圆的方法的实施例的步骤的流程图；
图4是在晶圆的中心处具有高强度UV“热点”的晶圆上的UV辐照或强度水平的图形描述；
图5是当使用本文描述的本发明的实施例固化时，具有基本均匀UV强度水平的晶圆上的UV辐照或强度水平的图形描述；
图6是根据本发明的UV固化系统的第二实施例的横截面正视图；
图7是示出UV灯单元的图6的固化系统的顶视图；
图7.1是其横截面图；
图7.2是其透视图；
图8示出UV灯单元可移动托架的细节；
图9是根据本发明的UV固化系统的第三实施例的横截面正视图；
图10是其修改版本的横截面正视图；
图11是图9和图10的灯单元的透视图；
图12是示出图10的UV透明窗以及示出窗之上和之下的相对UV辐射水平或强度的图；以及
图13是负或离散光学透镜形式的图10和图12的UV辐射调节器的放大详细正视图；以及
图14是图1的晶圆处理机器人的一个可能实施例的顶视图。
所有附图都是示意性的并且不按比例绘制。
具体实施方式
示意性实施例的该说明旨在结合附图读取，其被认为是整个编写的说明书的一部分。在说明书中，诸如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“以上”、“以下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”的关系术语及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该被解释为是指如之后在所论述的图中描述或示出的定向。这些关系术语仅用于便于说明并且不要求装置在特定定向上构建或操作。除非另外明确地描述，诸如“连接”、“互连”、“耦合”、“附着”等的关于附着、耦合等的术语是指结构直接或间接地通过插入结构被固定或附着到另一个结构的关系以及可移动或刚性附着或关系。
第一实施例
图1是根据本发明的UV固化系统的示例性第一实施例的示意图。固化系统包括具有在其中限定UV辐射处理室101的外壳102的UV固化工具或炉100。晶圆加载锁闭室104A、104B设置在炉100的一端上，用于从处理室101装载和卸载晶圆W。加载锁闭室104A是入口加载锁闭室，并且加载锁闭室104B是出口加载锁闭室。
每个加载锁闭室104A、104B都包括：提供有两个相对出入门108的外部壳体103；到环境的一个外部出入门108，用于从外部源接收晶圆W，以及到处理室101的另一个内部出入门，用于将晶圆从加载锁闭室装载到处理室中。在一些可能实施例中，自动材料处理系统(AMHS)可以用于将诸如保持多个未处理的晶圆的FOUP(前开口晶圆传送盒)的晶圆盒或载体传送到入口加载锁闭室104A。另一个空晶圆载体可以位于出口加载锁闭室104B，以接收UV处理后的晶圆。在一个实施例中，到固化炉100的内部出入门108可打开/可关闭，并且包括操作以密封处理室101的合适封口，以允许在固化炉100内部建立受控处理环境。在用于外部出入的加载锁闭室104壳体中提供的外部出入门108可以进一步可打开/可关闭，并且包括合适封口以允许每个加载锁闭室与外部周围设备环境隔离。在一些实施例中，外部定位出入门108可以被配置用于入坞(docking)诸如保持多个晶圆的FOUP的晶圆载体。每个加载锁闭室104A、104B都包括晶圆处理机器人106，其可操作以重新得到/接收并且将晶圆W装载到处理室101中，并且在另一端从处理室去除UV固化晶圆。晶圆处理机器人可商购。图14示出机器人106的多个可能实施例之一的顶视图，机器人106包括磁性浮动电机107A、包括回转接头107C的可伸长和机械铰接机器人传输臂107B、以及设置在传输臂的一端上被配置用于抓握和释放晶圆W的晶圆抓握刀片107D。可以使用任何合适的晶圆处理机器人。
如图1中所示的，固化炉100在一些实施例中是隧道形的，为具有比在从入口加载锁闭室104A(在左边示出)到出口加载锁闭室104B(在右边示出)的晶圆处理流的方向上的宽度更大的长度的细长结构的形式。该布置有利地增加晶圆W在UV光中的曝光时间，以通过产生均匀晶圆辐射和加热改进固化性能。
有利地，固化炉100被配置成一次处理多于一个晶圆，从而相对于仅能够处理单个晶圆(参见例如图1)的固化炉，实现了大规模生产和生产力改进。
继续参考图1，UV固化系统进一步包括UV光源，诸如，UV灯单元120，包括发射UV波长辐射的UV灯122的阵列或多个UV灯122。晶圆W位于处理室101内的灯单元120的光学视场中，以接收用于膜固化的UV辐射。图2是灯单元120的一部分的横截面正视图。灯122可以通过合适的灯支持物装配，其由炉外壳102的一部分支撑。从而，在一个实施例中，灯单元120的位置是固定和静止的。在所示的实施例中，灯单元120位于处理室101之上。在一些实施例中，可以提供反射器124，其位于在每个灯122之间至少部分垂直延伸的多个部分之上并且包括该多个部分，以朝向处理室101向下反射UV光，由此增强介电薄膜(诸如低K薄膜)的辐射和固化，该介电薄膜先前通过包括CVD(化学汽相沉积)或旋涂的任何合适手段沉积在晶圆W上。低-K薄膜可以是任何类型的材料，作为实例，包括但不限于应用材料公司的黑金刚石
Figure BDA00002232067300071
或陶氏化学的
反射器124接近灯122定位，以最大化UV辐射的反射。反射器124可以具有任何合适配置，并且在所示的示例性实施例中，具有波状有角或之字形图案，如图2中所示。相应的灯122位于有角反射器单元形成的每个凹口内。在其他实施例中，反射器可以是凹形的，其中，相应的灯122位于多个凹形反射器中的每一个的下面，类似于图2中所示的有角反射器布置。反射器可以由具有反射表面修饰或涂层的任何合适的镀层金属或非镀层金属制成，其中，反射表面修饰或涂层可操作以反射UV辐射。在一个实施例中，不限制的情况下，反射器可以由铝形成。
可以使用任何合适类型的UV灯122或源，包括但不限于汞和准分子灯、汞微波弧光灯、脉冲氙闪光灯、UV发光二极管等。在一个实施例中，UV灯122是细长管型UV灯，其沿着固化炉100的长度和纵向方向相互以间隔和平行关系布置(参见图1和图2)。灯122可以由可用于给予灯能量的任何合适电源供电。灯122可以被选择以产生具有任何合适波长的UV辐射，用于所遇到的处理要求。作为实例，不限制的情况下，所使用的UV辐射波长可以在从约193nm到500nm的范围内。
在一个实施例中，如图1中所示，反射器124和灯122的组合产生覆盖移动带式输送器131的主要部分的UV辐照图案(参见向下UV光线箭头)，更具体而言，产生至少覆盖传送传送带130的将放置晶圆的部分的UV辐照图案，从而使得晶圆的所有部分都被以基本均匀地辐射并具有相对均匀的UV强度。在一些实施例中，UV辐照图案在传送带130上形成大体上呈直线(例如，矩形或正方形)的辐照照射轮廓，其在一些实施例中至少与传送带的尺寸相同。在多个实施例中，提供至少多于两个灯122，以形成在传送带130的长度的主要部分之上纵向延伸的灯的阵列。布置灯使得管型灯的长度被布置并且横向定向，以横跨UV固化炉100的宽度延伸，如图1中所示。该布置最小化阵列所需的灯122的长度。
参考图1和图2，诸如石英窗130的UV透明窗分离和隔离有效晶圆处理室101和UV灯单元120。从而，石英窗130被定位和就位在固化炉100中并位于晶圆W之上，以可操作地使处理室101与周围环境和UV灯单元分离密封。窗130防止来自晶圆的渗气达到并且污染UV灯122。石英窗130操作以允许来自灯单元120的UV波长辐射被传输和经由窗并照射位于窗下面的晶圆W。在一个实施例中，处理窗可以由合成石英制成。
在一个实施例中，本UV固化装置中的石英(SiO2)窗130具有足够灯阵列的所有区域的尺寸。
固化炉100进一步包括将惰性气体提供给处理室101的气体冷却系统。冷却气体将处理室101中的温度保持在期望水平，在一些代表性非限制实施例中，其可能在450度C以下。冷却气体还用作吹扫气(purge gas)，以在UV处理期间帮助去除从晶圆W排出的多种有机化合物或其他物质。在一些实施例中，氮(N2)被用作冷却气体；然而，可以使用其他合适惰性或稀有气体。冷却气体通过任何合适数量和布置的入口导管111从气体源引入到处理室101中。冷却气体通过包含连接至出口导管114的多个孔的出口管头116被抽取和从处理室101去除。在UV固化期间来自晶圆W的渗气以及惰性冷却气体通过出口导管114被从处理室101去除。
在一些实施例中，出口导管114可以连接至诸如真空泵的真空源，其中，室101在小于大气的压力下操作。在多种实施例中，处理室101可以保持在真空、大气(＜10托)、或正压下。
UV固化处理对处理室101中的氧(O2)敏感。从而，在一些实施例中，可以提供如图1中所示的一个或多个O2传感器112，以在固化处理期间监控O2水平，并且检测该水平是否变得足够高而出现潜在处理问题。
再次参考图1和图2，UV固化炉100进一步包括：被配置用于移动晶圆W通过炉的带式输送器131。带式输送器131包括被装配并且以普通方式在至少两个滑轮132之间移动的传送带130。至少一个滑轮132是通过合适的电机驱动器134旋转的驱动滑轮，电机驱动器134转动滑轮并且驱动带。带式输送器131操作以在从入口加载锁闭室104A到出口加载锁闭室104B的纵向方向上沿着其长度线性地移动晶圆W通过固化炉100。
传送传送带130可以由能够耐受和抵挡固化炉100内的UV辐射、热以及来自渗气和炉清洁气体化学物质的侵蚀的任何合适结构和类型的材料制成。在一些实施例中，不限制的情况下，柔性金属丝网传送带材料可以被使用，其由被编织、接合、打孔、展开的线或薄片制造，或者另外形成能够在滑轮132周围移动的柔性带。金属网带包括开口区域，在处理期间，冷却气体通过该开口区域可以在晶圆W之间流动，而当固化炉100被周期性地清洁以去除处理期间在炉内侧形成的有机沉淀物时，清洁气体通过该开口区域可以在晶圆W之间流动。
在一些实施例中，用于金属线网传送带130的材料可以是铝、钛、钢(包括不锈钢)、镍、铜、铂、其金属合金、或其他合适的金属和合金。在一个实施例中，使用铝或铝合金网带。线网传送带可商购。
继续参考图1，一些实施例中的UV固化炉100包括气体清洁系统。在操作期间，有机材料沉积物在UV晶圆固化期间形成在处理室101中的壁、石英窗、以及输送器上。固化产生包含来自晶圆和其上的低-K介电薄膜的有机化合物的渗气。周期性地在UV固化周期之间，远程等离子体清洁(RPC)通过将诸如O2的清洁气体通过多个流量喷嘴110引入到室101中执行。气体与灯单元120产生的UV辐射的反应产生臭氧，其从室内去除有机沉积物。“脏”清洁气体流可以经由出口导管114从室101去除。
在固化炉100中执行的UV固化处理可以在任何合适压力和温度下进行。在一个实施例中，使用在约并且包括300到约并且包括410度C的操作温度范围。通常，由于晶圆热预算和器件问题，不推荐410度C以上的温度。在一些实施例中，操作压力在1-10托内，用于更好地固化均匀性控制。
在一些实施例中，UV固化系统和炉100的操作可以通过与炉可操作地相关的基于处理器的控制器控制。这种控制器在本领域中被熟知，并且用于启动UV灯阵列、带式输送器、气流、晶圆装载/卸载操作、清洁循环等。为了确保UV灯阵列强度在控制范围内，在一些实施例中使用实时UV强度监控系统，以给系统提供反馈。如果UV灯强度下降到95％，则可以提供警报系统，其将触发系统或操作者停止生产。在95％-100％UV强度内，在一些实施例中通过功率控制器或单元控制UV灯功率的自动调谐以控制功率(强度)，确保固化性能在晶圆到晶圆之间是均匀的。
现在参考图1和图3描述用于固化本发明的UV固化系统中的晶圆的示例性方法。图3是示出基本UV固化处理的高级流程图。在该实施例中，处理室101在真空下操作。
晶圆W首先通过外部出入门108被装载到入口加载锁闭室104A中(步骤200)。晶圆可以包括需要UV固化的低-K绝缘材料。然后，当关闭外部门108时，在加载锁闭室104A中形成真空(步骤205)。在将晶圆装载到加载锁闭室104A中之前，到室101的内部门108可能已经被关闭。接下来，内部门108被打开，并且晶圆通过机器人106被装载到处理室101中并且到传送传送带130上(步骤210)。应该注意，机器人106还可以最初在步骤200中使用，以将晶圆装载到入口加载锁闭室104A中。UV灯单元120和冷却气流接下来被启动(步骤215)。接下来，操作带式输送器131(步骤220)，并且当晶圆通过旋转滑轮132沿着传送带130移动通过处理室101时，晶圆通过UV固化被处理(步骤225)。然后，在出口加载锁闭室104B中形成真空(步骤230)。室104B中到大气环境的外部门108先前已经被关闭。接下来，晶圆从处理室101被去除，并且通过机器人106移动到出口加载锁闭室104B(步骤235)。到室101的内部门108被关闭，并且外部门108被打开，以允许处理后的晶圆W从加载锁闭室104B被去除(步骤240)。
图4是使用诸如图9中所示的固化装置的实施例使晶圆经历固化的UV辐射强度图，其在一些情况下可以有效地增加晶圆的特定部分上的辐射强度。通过该固化装置配置，晶圆的中心经历比晶圆的其他部分更高的UV强度，这可归因于通过多个灯在中心附近产生UV辐射的交叠能带的灯布置，由此产生增加的强度情况。这导致晶圆的表面之上的不同UV剂量和很差的固化均匀度。相对于晶圆的外部区域，晶圆的暴露至较大UV强度的中心部分还与更高的“晶圆内”收缩相关，其对在该中心高收缩位置内的晶圆上建立的器件的电性能有不利影响。虽然反射器角度的一些调节是可能的，但是这种调节通常仅将高UV强度剂量和收缩问题分配到晶圆的其他区域而不消除该问题。
图5是根据本文描述的本发明形成的UV固化系统的多个实施例处理的晶圆的模拟UV辐射强度图。与图4相反，实现更均匀的固化均匀度，并且最小化或消除晶圆的中心处的高强度区域。
根据本发明的实施例的隧道型UV固化和UV灯阵列可以通过移动每个晶圆提供均匀的UV强度和位置。相较于会导致UV强度和固化方面的中心到边缘差异的单个晶圆处理工具，这导致更好的固化性能。由于强度通常在中心晶圆位置处高，基于单个晶圆的室不能提供整个晶圆的均匀UV强度。并且因此，当固定在具有单个晶圆加热器的室内的单个位置时，晶圆在晶圆的中心和边缘之间经历很差的固化性能。
根据本发明的一个实施例，半导体晶圆固化系统包括处理室和设置在处理室中的带式输送器。带式输送器被配置用于保持晶圆并且可操作地将晶圆传输通过处理室。系统进一步包括设置在处理室之上的紫外线(UV)辐射源。UV辐射源可操作地照射带式输送器上的晶圆，用于UV固化。
第二实施例
图6是根据本发明的包括UV固化装置300的UV固化系统的示例性第二实施例的示意图。该固化装置用于产生晶圆的更均匀辐射，并且最小化或消除图4中所示和已经在本文中另外描述的高UV强度剂量中心晶圆区域。
如图6中所示，UV固化装置300包括在其中限定UV辐射处理室301的外壳302，用于在处理期间容纳晶圆W。在一些实施例中，从上面看，室301的构造可以是圆柱或圆形的。
固化装置进一步包括晶圆支架，诸如，具有大体上圆形形状的浅盘354的加热底座350，其被配置并且构建以支撑晶圆。浅盘354可以由能够经受室301内经历的温度、压力和环境的任何合适材料制成，包括但不限于陶瓷或诸如铝的金属。底座350进一步包括连接至电机驱动单元356的轴352，其被配置并且可操作以在处理室301内升高/降低晶圆，并且在一些实施例中，在UV处理期间旋转浅盘354和其上的晶圆。
继续参考图6，固化装置300包括气体入口导管311和气体出口导管314，其与处理室301流畅地连通，用于提供和去除到室的惰性冷却/净化气体，如本文中另外描述的。用于从内部室301周期性地去除累积的有机或其他产品的清洁气体分别通过导管311和314被引入和去除，或者可替换地可以通过分离的单个或多个流量喷嘴110(类似于本文已经描述的那些(参见图1))提供。可以提供与本文已经描述的那些类似的O2传感器112(参见图1)。
在一些实施例中，气体出口导管314可以连接至诸如真空泵的真空源，用于在低于大气的压力下操作固化装置300和处理室301。在多个实施例中，处理室301可以保持在真空、大气、或正压下。
参考图6-图8，提供UV灯单元320，其包括由可移动盘或托盘326支撑的多个UV灯322或UV灯322的阵列，其在位于处理室301之上的灯壳体324内轴向地来回扫描和移动。灯单元320在UV处理期间横跨下面的晶圆W相应地来回移动，以产生更均匀的UV强度并且防止或最小化图4中所示和本文中描述的局部高强度区域。灯单元320进一步包括一个或多个反射器325，用于朝向处理室301中的晶圆向下引导UV辐射。在一个实施例中，反射器325和灯322固定在灯单元320中并可与之移动。
图7.1是更详细地示出灯322和反射器的图7中的可移动灯单元320的截面图。在所示的一些实施例中，反射器325可以被准确地弯曲或抛物线成形，并且被配置成朝向处理室301向下反射UV光，如图6中所示。在所示的实施例中，每个灯322都具有相关的反射器325。图7.2是可移动灯单元320的透视图。只要处理室301中的晶圆W可以以均匀方式被满意地和适当地辐射，就可以提供任何合适数量的灯322和反射器325。从而，提供至少一个灯322。
诸如石英窗330(在一些实施例中，其可以类似于本文描述的窗130)的UV透明窗分离和隔离有效晶圆处理室301和UV灯单元320，但是允许UV波长辐射通过到晶圆W。从而，石英窗330被定位并就位在晶圆W之上的固化装置300中，以从周围环境和UV灯单元有效地密封处理室301。
图7是灯单元320的顶视图。图8更详细地示出灯托架326和为托架326提供移动的装置。参考图6-图8，托架326包括被配置用于以可移动方式支撑灯322和相关反射器325的框架328。在一个实施例中，托架326以通常平行于晶圆W的上表面的水平方向和平面移动。
参考图8，提供用于横跨晶圆W和处理室301来回移动灯托架326的驱动系统。在一个实施例中，灯托架326被支撑并且悬挂在包括电机402的可移动传送机400的底部处，并且可以沿着装配在灯壳体324中的导电轨410向前和向后移动。电机402和传送机400接收来自电轨的动力和控制信号，用于UV处理期间传送机400运动的可调节速度和在晶圆W之上的灯壳体内向前和向后移动的频率。提供合适的电触点412，以在轨迹410和传送机400之间建立电和信号路径。
提供与灯单元320相关的控制器370，用于控制在UV固化期间的操作、扫描或移动速度、扫描的频率、以及横跨晶圆W的来回移动中的灯托架326的定时。控制器370被配置有合适控制电路、处理器、数据存储器、存储器、输入端/输出端、电源、以及控制灯托架326和其上支撑的灯322的操作的其他必要组件。在多个实施例中，控制器370使灯托架326和灯322启动(例如，打开/关闭)的操作与固化装置300的整体操作和UV固化周期同步。托架326在灯壳体324中在晶圆W之上来回移动的频率和速度经由控制器370的编程和/或调节是可调节的。
在一个实施例中，参考图8，包括灯托架326的灯单元320从传送机400悬挂下来，其可以通过齿轮移动传输系统向前和向后移动，齿轮移动传输系统可以是金属链或齿轮组420，以传送转矩和由电机402供电的旋转或者可替换地是步进电机。在一些实施例中，齿轮组420可以包括装配在沿着设置在处理室301之上的灯壳体324中的水平延伸齿条来回移动的传送机400上的可旋转齿轮。可以提供用于来回移动传送机400的任何合适驱动系统。可移动传送机400的一部分或装配到其上的支架向下延伸通过形成在水平定向分割板430中的细长水平槽432用于连接至灯托架326的框架328，水平定向分割板430设置在灯壳体324内侧。槽432具有适于提供期望用于灯单元3320的线性移动的整个范围的长度以提供有效和均匀的晶圆UV辐射。在一些实施例中，链或齿条组件可以装配在分割板430上或沿着槽432接近分割板430。如图所示，移动停止装置434可以接近槽432的每个相对端设置，以限制传送机400和相应灯托架436的线性运动范围。另外，一些实施例中的控制器370还可以提供对冷却系统(未示出)的控制，如本领域中所熟知的，包括气体冷却或液体冷却，以冷却UV灯模块，驱散由于给UV灯泡供电产生的热。
在操作中，灯托架326在处理室301和晶圆W的顶部之上并且横跨其线性地扫描或移动，由此当托架移动时，通过如图6中所示的UV辐射逐渐地一次辐射晶圆的一部分。有利地，该瞬动型(wiper-type)固化动作均匀地辐射晶圆的所有部分，以最小化或消除晶圆上的倾向于收缩的UV高强度“热点”和随后的器件问题。在一些实施例中，在晶圆之上的单次通过可能足以固化晶圆上的介电薄膜。在其他实施例中，可以使用横跨晶圆来回的多次通过。
在一个实施例中，参考图6-图8，由托架326承载的反射器325和灯322的组合在室301中在下面产生相应移动UV辐照图案(参见向下UV光线箭头)，其扫描和覆盖浅盘354的主要部分，更具体而言，至少扫描和覆盖浅盘上将要放置晶圆的部分从而使得晶圆的所有部分都被基本均匀地辐射并具有相对均匀的UV强度。在一些实施例中，UV辐照图案横跨浅盘354形成大体上移动的呈直线(例如，矩形或正方形)辐照照明轮廓，其尺寸在水平面中至少与浅盘相同或更大，以确保晶圆的所有部分都被适当地固化。
根据本发明的一个实施例，半导体晶圆固化系统包括：处理室、被配置用于支撑处理室中的晶圆的晶圆支架、以及设置在处理室之上并且发射UV辐射的可移动紫外线(UV)灯单元。UV灯单元可操作以照射设置在晶圆支架上的晶圆，并且被配置用于在UV固化周期内横跨晶圆支架移动以照射晶圆。当单元横跨晶圆移动时，UV灯单元在晶圆之上垂直间隔并且与晶圆分离。在一个实施例中，灯单元是支撑多个UV灯的托架。
第三实施例
图10是包括UV固化装置500的根据本发明的UV固化系统的示例性第三实施例的示意图。在该实施例中，石英窗530如本文进一步描述的那样被修改，以产生晶圆的更均匀辐射，并且最小化或消除图4中所示和本文另外所述的高UV强度剂量中心晶圆区域。
图9和图10示出类似的固化装置500，具有本文进一步解释的石英窗530的修改。
参考图9和图10，UV固化装置500包括：外壳502，在其中限定UV辐射处理室501，用于在处理期间容纳晶圆W，如图10中所示。在一个实施例中，当从上面看时，室501的构造是具有圆形形状的圆柱。固化装置500进一步包括：晶圆支架，诸如，加热底座550，具有普通圆形形状的浅盘554，其被配置并且构建以支撑晶圆。浅盘554可以由能够经受在室301内经历的温度、压力、以及环境的合适材料制成，包括但不限于陶瓷或诸如铝的金属。底座550进一步包括连接至电极驱动单元556的轴552，其被配置并且可操作以在处理室510内升高/降低晶圆，并且在一些实施例中，在UV处理期间旋转浅盘554和其上的晶圆W(参见定向运动箭头)。
继续参考图9和图10，固化装置500包括气体入口导管511和气体出口导管514，其流畅地与处理室501连通，用于提供并且去除到室的惰性冷却/净化气体，如本文另外描述的。用于从室501内周期性地去除累积的有机或其他产品的清洁气体可以分别被引入并且通过导管511和514去除，或者可替换地，可以通过与已经在本文中描述的那些(参见图1)类似的分离的单个或多个流量喷嘴110提供。还可以提供与本文中另外描述的那些(参见图1)类似的O2传感器112。
在一些实施例中，气体出口导管514可以连接至诸如真空泵的真空源，用于在低于大气的压力下操作固化装置500和处理室501。在多个实施例中，处理室501可以保持在真空、大气或正压下。
参考图9和图10，提供UV灯单元520，其包括设置在位于处理室501之上的灯壳体524中的多个UV灯泡或灯522和反射器526，或是UV灯泡或灯522和反射器526的阵列。灯522和反射器526被配置并且布置成朝向处理室501中的晶圆W向下引导UV辐射。在一个实施例中，每个反射器526都是抛物线或U-形的，具有大体上凹形的内表面，其至少部分地围绕UV灯522并且在灯的至少一部分的顶部之上延伸。反射器526和灯522在一些实施例中是细长的，如图11中最好地示出，并且以并排关系横跨处理室501布置。
灯522可以类似于本文已经描述的灯122，并且在一些实施例中是细长管型灯。在图9-图11中所示的实施例中，提供每个都具有其本身带有专用反射器526的灯522的两个灯组件521，具有横跨处理室510纵向延伸的长度(即，图9和图10中向纸张内的方向)。在所考虑的多种其他实施例中，任何合适布置中的多于一个的灯522或灯522的阵列被提供用于每个灯组件521。当适用于给定应用时，可以提供任何合适布置、类型、和/或数量的灯。从而，根据本发明的实施例不限于本文说明和描述的那些。
现在参考图9，提供诸如石英窗530的UV透明窗，其分离和隔离有效晶圆处理室501和UV灯单元520，但是允许来自灯522的UV波长辐射通过到晶圆W。石英窗530从而被定位和就位在晶圆W之上的固化炉装置500中，以从周围环境和UV灯单元522有效地密封处理室501。窗530可以装配在支撑晶圆W的浅盘554之上的外壳502的上部中心部分中。在一些实施例中，窗530可以本文已经描述的窗330，并且在一个实施例中由合成石英制成。在图9中所示的实施例中，石英窗530具有补充处理室501的圆形构造的圆形形状。
在一个实施例中，参考图9和图10，反射器526和灯522的组合在室501中在下面产生相应UV辐照图案(参见向下UV光线箭头)，其覆盖浅盘554的主要部分，更具体而言，至少覆盖浅盘的将被放置晶圆的部分从而使得晶圆的所有部分都被基本均匀地辐射并具有相对均匀的UV强度。在一些实施例中，UV辐照图案横跨浅盘554形成大体上的圆形或椭圆形辐照照射轮廓，其尺寸在水平面中至少与浅盘相同或更大，以确保晶圆的所有部分都被适当地固化。在多个其他实施例中，辐照照射轮廓可以是呈直线形状。
在图9中，邻近晶圆的中心部分(即，位于和接近晶圆的几何中心)射向晶圆的UV辐射被准直会聚和交叉的UV光线561(参见虚箭头以及图13)放大或增加，UV光线561由本实施例中所示的两个灯组件521中的每个生成。如本文已经描述的，这产生增加的辐射效果，其中，相比于晶圆的外围区域，晶圆的中心部分被以更高的UV强度辐射(参见在图9上覆盖的代表性UV强度图形)。晶圆的该中心部分经历本文已经解释的较高收缩，其不利地影响该中心区域中建立的IC器件的电性能。
为了解决以上高UV强度情况，发明人发现，修改与高强度相关的石英窗的预定部分的光学性能降低或消除会聚增加的UV光线效果，由此横跨晶圆的整个表面产生更标准化和均匀的UV强度水平。
参考图10，提供具有UV辐射调节器560的石英窗530，其操作以产生发散UV光线图案，从而在入射会聚UV光线到达下面的晶圆W之前，在调节器上改变它们的方向，以消除或最小化晶圆的中心区域中的高UV强度“热点”。如本文中使用的术语，“UV辐射调节器”包括可操作以改变UV波长辐射的强度和/或方向的任何器件或物质。
另外参考图12和图13，在一个实施例中，UV辐射调节器560为负或发散透镜562的形式，其被装配至石英窗530或与石英窗530整体形成。在所示的实施例中，发散透镜562位于石英窗530的几何中心处；然而，可以在窗530中需要改变会聚UV光线的方向的任何位置提供一个或多个透镜562，该会聚UV光线来自与导致晶圆W上的高UV强度区域相关的灯单元520。发散透镜562在所示的实施例中的构造是圆形的，并且具有被选择以最小化或消除高UV强度情况的合适直径。在考虑的其他实施例中，透镜562根据石英窗530的形状和/或遇到的高UV强度区域的位置可以具有其他合适构造。
在多种实施例中，发散透镜562可以是双凹透镜，如图13中最好地示出的，或者可选地是平凹透镜。这样的透镜和它们的光学功能对于本领域技术人员来说是熟知的。
参考图10-图13，被配置成双凹透镜的发散透镜562被示出具有上凹表面564A和下凹表面564B。可替换地，如果提供平凹透镜，则上表面564A是平坦的。所示的透镜562的配置导致透镜的较薄中心具有最小厚度T2，其小于石英窗530的邻近部分的厚度T1。在一些实施例中，窗530可以具有从邻近透镜562的中心部分到窗的外围边缘的基本均匀的厚度T1。在一些代表性实施例中，为了仅说明而不限制，透镜562的厚度T2可以约为0.5cm到约1cm并且石英窗530的厚度T1可以约为3cm。
发散透镜562可以具有任何合适折射率用于给定应用。在一个实施例中，发散透镜562可以被形成为单片石英窗530本身的整体单一结构部分。在这样的情况下，可以在制造石英窗530的同时形成透镜562，和/或此后可以使用熟知的透镜研磨装置和技术将透镜研磨进窗内。在一些实施例中，类似于传统光学透镜，透镜562的透镜表面可以被抛光。在可选实施例中，发散透镜562可以作为离散组件与石英窗530分别形成，并且此后通过任何合适装置装配或附着到窗，包括但不限于粘合剂、收缩配合、热焊接等。在一些实施例中，如图10-图13中所示，发散透镜562可以形成在或并入窗530中，使得透镜至少部分地嵌入窗中。
参考图13，发散透镜562限定光轴Ao、焦点FP、以及从焦点FP到上和下表面564A和564B之间的透镜的中心测量的焦距F。上表面564A具有曲率半径R1而下表面564B具有曲率半径R2。半径R1和R2被预定并且选择以提供合适的焦点FP和长度F，该合适的焦点FP和长度F是基于透镜562上的光线的入射角为入射UV光线561产生发散图案所需要的，该发散图案足以消除或减小高UV强度至不会不利地影响IC器件性能的可容忍水平。基于遇到的UV灯单元520的布置确定这些透镜参数也在本领域技术人员的范围内。
在操作中，入射到发散透镜562上在并折射通过发散透镜562的UV光线561具有如图13中所示的离散和向外发散图案，以避免来自灯单元520的UV辐射的放大或增加效果。这将相应地产生UV强度在晶圆W的整个表面之上的更均匀分布，如图12中所示(还参见覆盖在图10上的代表性UV强度图形)，由此消除或最小化晶圆收缩问题并且增加器件产量。
将想到，任何合适类型或配置的发散透镜562都可以被提供并且集成到石英窗530中，只要晶圆W的中心处的高UV强度区域可以被消除或最小化。
代替在以上图12和图13中示出和描述的实施例中改变会聚UV光线的方向使其远离石英窗的中心，根据本发明提供的UV辐射调节器560的另一个实施例，UV光吸收光学涂层566被直接应用至面向光单元520的石英窗530的上表面(如可替换地在图12中示出)。当需要时，对应于下面的晶圆W上经受的高UV强度位置，UV光吸收涂层可以被应用至窗530的一个或多个部分。在一个实施例中，类似于被发散透镜562占用的部分，UV光吸收涂层566可以接近窗530的中心C(参见例如图12)施用，和/或根据需要涂层来减小下面的晶圆上的UV强度的位置，在窗上的单个或多个偏离中心的位置施用。由涂层566占用的表面区域的范围和石英窗530上的涂布区域的构造可以根据所遇到的晶圆上的高UV强度区域的相应范围选择。通常，应该理解本文描述的任何UV辐射调节器560占用的表面区域(即，发散透镜562或涂层566)将小于石英窗530的总表面区域(参见例如图12)。
用于UV光吸收涂层的合适材料包括但不限于TiO2(二氧化钛)、Al2O3(氧化铝)、介电SiON、TiNi、TiON和其他。这些材料有效地吸收某些UV光或辐射，但是允许一部分UV辐射或光线通过窗530到达下面的晶圆W。由于被吸收的UV辐射的量取决于涂层566的厚度，基于窗530上的入射UV强度水平，以及被涂层阻挡/捕捉以产生晶圆的基本均匀辐射所需的UV辐射的量来选择涂层的合适厚度，由此消除或最小化“热点”。
在一些代表性实例中，不限制的情况下，基于所需的固化膜厚度，UV光吸收涂层566可以具有在约10A(埃)到约1000A范围内的厚度。
根据本发明的一个实施例，半导体晶圆固化系统包括：处理室、被配置成在处理室中支撑晶圆的晶圆支架、设置在处理室之上并且发射具有一强度的UV辐射的紫外线(UV)灯单元，UV灯单元可操作以照射设置在晶圆支架上的晶圆、和设置在处理室和UV灯单元之间的UV透镜窗。窗可操作以将UV辐射从灯单元传送至晶圆支架上的晶圆。UV透明窗进一步包括UV辐射调节器，其减小通过调节器到底座上的晶圆的UV辐射的强度。在一个实施例中，UV辐射调节器是发散透镜。在另一个实施例中，UV辐射调节器是施用至UV透明窗的UV辐射吸收涂层。
虽然以上说明和图表示本发明的示例性实施例，但是应该理解，在不脱离所附权利要求的等价物的精神和范围内，在此可以做出多种增加、修改和替换。特别地，本领域技术人员应该清楚，根据本发明的多种实施例可以以其他形式、结构、配置、比例、尺寸并且利用其他元件、材料和组件构建，而不脱离其精神和基本特征。另外，在不脱离本发明的情况下，可以做出本文描述的示例性方法和工艺的多种改变。从而，当前披露的实施例被认为在所有方面都是示意性的而不是限制性的，所要求的发明的范围由所附权利要求及其等价物限定，并且不限于以上说明或实施例。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆固化系统，包括：
处理室；
设置在所述处理室中的带式输送器，所述带式输送器被配置用于保持晶圆并且可操作以将所述晶圆传输通过所述处理室；以及
设置在所述处理室之上的紫外线(UV)辐射源，所述UV辐射源可操作以照射设置在所述带式输送器上的晶圆，用于UV固化。
2.根据权利要求1所述的晶圆固化系统，进一步包括：UV透明窗，位于所述带式输送器和UV辐射源之间。
3.根据权利要求1所述的晶圆固化系统，其中，所述处理室的构造是细长的并且呈直线。
4.根据权利要求1所述的晶圆固化系统，进一步包括：接近所述室的第一端设置的入口加载锁闭室和接近所述室的第二端设置的出口加载锁闭室，所述晶圆在所述带式输送器上可从所述入口加载锁闭室移动到所述出口加载锁闭室。
5.一种半导体晶圆固化系统，包括：
处理室；
晶圆支架，被配置用于在所述处理室中支撑晶圆；以及
可移动紫外线(UV)灯单元，设置在所述处理室之上并且发射UV辐射，所述UV灯单元可操作以照射设置在所述晶圆支架上的晶圆，其中，所述UV灯单元被配置用于在UV固化周期内横跨所述晶圆支架移动以照射所述晶圆。
6.根据权利要求5所述的晶圆固化系统，其中，所述灯单元包括由可移动灯托架支撑的多个UV灯，所述灯托架设置在所述处理室之上的灯壳体中。
7.根据权利要求6所述的晶圆固化系统，其中，所述UV灯是细长管型灯。
8.一种半导体晶圆固化系统，包括：
处理室；
晶圆支架，被配置用于在所述处理室中支撑晶圆；以及
紫外线(UV)灯单元，设置在所述处理室之上并且发射具有一强度的UV辐射，所述UV灯单元可操作以照射设置在所述晶圆支架上的晶圆；以及
UV透明窗，设置在所述处理室和UV灯单元之间，所述窗可操作以将UV辐射从所述灯单元传输至所述晶圆支架上的所述晶圆；
其中，所述UV透明窗包括UV辐射调节器，所述UV辐射调节器使经由所述调节器到达底座上的晶圆的UV辐射的强度减小。
9.根据权利要求8所述的晶圆固化系统，其中，位于所述UV辐射调节器下面的晶圆部分上被投射的UV辐射的强度与不位于所述UV辐射调节器下面的晶圆部分上被投射的UV辐射的强度基本相同。
10.根据权利要求8所述的晶圆固化系统，其中，所述UV辐射调节器是具有至少一个凹面的发散透镜。
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