CN106169433A - 一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置及方法，该装置包括平行放置于晶圆(6)上方的两根紫外灯管(1)，灯管(1)在灯罩(2)的带动下进行旋转，所述晶圆(6)与紫外灯管(1)之间设有总成组合型结构的透明窗口(3)，所述透明窗口(3)的中心部分为凹形透镜(4)，外圈为平板透镜(5)，利用中心部分的该凹形透镜(4)对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱，本发明可以提高晶圆上的紫外辐照均匀性，最终实现多孔低k值薄膜均匀性的提升，有利于其作为集成电路介电层的稳定性。

Description

一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术，特别是涉及一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置及方法。
背景技术
随着CMOS集成电路制造工艺的发展以及关键尺寸的缩小，很多新的材料和工艺被运用到器件制造工艺中，用以改善器件性能。多孔低k值材料可以实现2.7以下的介电常数，能够有效降低集成电路的RC延迟。
目前的多孔低k值材料(主要是BD2：Black Diamond 2)的形成分了两个步骤：薄膜沉积和紫外照射。薄膜沉积是在PECVD反应腔里完成的，在这个过程中会通入有机致孔剂(ATRP，α-松油烯，或其他易挥发大分子聚合物)。沉积得到的初始薄膜并不是多孔的，里面含有大量的致孔剂。随后在紫外照射反应腔中，致孔剂在紫外线的作用下被驱赶出薄膜，形成多孔结构，同时薄膜内部发生键的交联反应，进一步使多孔膜结构固化。有机致孔剂被赶出的越彻底，越有利于提高多孔低k值材料的性能，交联反应的程度则影响了薄膜的机械性能，最终紫外处理效果由收缩率、孔隙率、k值来衡量。而在整个晶圆范围内，紫外处理效果的均匀性直接影响这些性能的均匀性。
图1为AMAT公司UV Cure反应腔的示意图，图2为UV Cure反应腔示意图(纵向)。在晶圆的上方，平行放置(水平高度一致)两根短波紫外灯管，灯管将在灯罩的带动下进行旋转。晶圆与紫外灯管之间有一个透明石英窗口，其目的是避免从多孔低k值材料中挥发出来的致孔剂污染灯管，同时有具备使光能够有效透过到达晶圆表明。灯管在整个灯罩的带动下平行于晶圆进行旋转，以提高UV Cure工艺的均匀性，但这种方法目前的均匀性还是无法达到集成电路薄膜工艺的要求。根据传统UV Cure条件下获得的多孔低k值薄膜的厚度收缩率分布，可得现有技术中厚度收缩率的均匀系数(标准方差/平均值，越小表示越均匀)超过2.0％，相对于行业水准(一般能做到<1.5％)较低，而且呈现出很明显的中心区域特征，即中间厚度收缩率很大，边缘厚度收缩率较小，这是由于晶圆中心区域由于处于两根灯管的辐照叠加区域，使晶圆中间区域受到的紫外辐照强度相对更大(图3所示)，并且这种效应无法通过灯罩体的旋转来明显改善，旋转时紫外光叠加的中心区域并未偏离到周围区域照射。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置及方法，其可以提高晶圆上的紫外辐照均匀性，最终实现多孔低k值薄膜均匀性的提升，有利于其作为集成电路介电层的稳定性。
为达上述及其它目的，本发明提出一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，包括平行放置于晶圆(6)上方的两根紫外灯管(1)，灯管(1)在灯罩(2)的带动下进行旋转，所述晶圆(6)与紫外灯管(1)之间设有总成组合型结构的透明窗口(3)，所述透明窗口(3)的中心部分为凹形透镜(4)，外圈为平板透镜(5)，利用中心部分的该凹形透镜(4)对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
进一步地，所述凹形透镜(4)的球形度、中心厚度、尺寸大小根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定。
进一步地，该透明窗口(3)的中心区域可采用双面凹透镜结构、单面凹透镜结构、多段弧形凹透镜组合结构以及其中的任意组合。
进一步地，所述透明窗口(3)为透明石英窗口。
进一步地，所述紫外灯管(1)为短波紫外灯管。
为达到上述目的，本发明还提供一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法，包括如下步骤：
步骤一，于晶圆上方平行放置两根紫外灯管，灯管在灯罩的带动下进行旋转；
步骤二，在晶圆与紫外灯管之间设有总成组合型结构的透明窗口，透明窗口的中心部分为凹形透镜，外圈为平板透镜；
步骤三，利用中心部分的凹形透镜对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
进一步地，所述凹形透镜的球形度、中心厚度、尺寸大小根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定。
进一步地，该透明窗口的中心区域可采用双面凹透镜结构、单面凹透镜结构、多段弧形凹透镜组合结构以及其中的任意组合。
进一步地，所述透明窗口为透明石英窗口。
进一步地，所述紫外灯管为短波紫外灯管。
与现有技术相比，本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置及方法，将透明窗口改为中心部分带凹型透镜的复合结构窗口，利用凹透镜对光的发散作用，使紫外光在入射透过窗口后，中心区域的光实现像晶圆外围发散照射，此凹透镜曲率和投射面积可根据工艺要求设定，通过本发明提出的方法，可以避免或减少在传统UV Cure工艺过程中存在的紫外辐照中心过强的不均匀现象，提高多孔低k值薄膜性能的均匀性。
附图说明
图1为AMAT公司UV Cure反应腔的示意图；
图2为UV Cure反应腔示意图(纵向)；
图3为使用传统UV Cure腔体窗口时晶圆紫外辐射强度示意图；
图4为本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置的结构图；
图5为本发明较佳实施例中几种复合透明窗口示意图；
图6为本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图4为本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置的架构图。如图4所示，本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，包括平行放置于晶圆6上方的两根短波紫外灯管1，灯管1将在灯罩2的带动下进行旋转，晶圆与紫外灯管之间设有总成组合型结构的透明窗口3，透明窗口3为透明石英窗口，透明窗口3的中心部分为凹形透镜4，外圈为平板透镜5，利用中心部分的该凹形透镜对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
该凹形透镜的球形度、中心厚度、尺寸大小，可根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定，从而可以控制中心区域的紫外辐照强度，进而提高均匀性，该透明窗口3的中心区域可以是双面凹透镜结构，单面凹透镜结构，多段弧形凹透镜组合结构，以及其中的任意组合。
在本发明具体实施例中，首先将透明窗口3做成组合型结构，中心部分为凹形透镜，外圈为平板透镜，利用该凹形透镜对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
该凹形透镜的球形度、中心厚度、尺寸大小，焦点位置可根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定，从而达到最大优化均匀性的效果，可以控制中心区域的紫外辐照强度，进而提高均匀性。
图5为本发明较佳实施例中几种复合透明窗口示意图，其中，中心部分可以是双面凹透镜结构，单面凹透镜结构，多段弧形凹透镜组合结构，以及其中的任意组合。其凹透镜的半径、厚度、球形度、焦点位置可根据需要设定制作，本发明不以此为为限。
图6为本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法的步骤流程图。如图6所示，本发明一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法，包括如下步骤：
步骤601，于晶圆上方平行放置两根短波紫外灯管，灯管在灯罩的带动下进行旋转，两根灯管的水平高度一致。
步骤602，在晶圆与紫外灯管之间设有总成组合型结构的透明窗口，透明窗口的中心部分为凹形透镜，外圈为平板透镜。在本发明中，透明窗口为透明石英窗口，该凹形透镜的球形度、中心厚度、尺寸大小，可根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定，从而可以控制中心区域的紫外辐照强度，进而提高均匀性，该透明窗口的中心区域可以是双面凹透镜结构，单面凹透镜结构，多段弧形凹透镜组合结构，以及其中的任意组合
步骤603，利用中心部分的凹形透镜对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
可见，通过本发明，可以提高晶圆上的紫外辐照均匀性，最终实现多孔低k值薄膜均匀性的提升。本发明不仅适用于提升多孔低k值薄膜的均匀性，也适用于其它需要用到UVCure工艺的薄膜形成技术。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，包括平行放置于晶圆(6)上方的两根紫外灯管(1)，灯管(1)在灯罩(2)的带动下进行旋转，其特征在于：所述晶圆(6)与紫外灯管(1)之间设有总成组合型结构的透明窗口(3)，所述透明窗口(3)的中心部分为凹形透镜(4)，外圈为平板透镜(5)，利用中心部分的该凹形透镜(4)对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
2.如权利要求1所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，其特征在于：所述凹形透镜(4)的球形度、中心厚度、尺寸大小根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定。
3.如权利要求2所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，其特征在于：该透明窗口(3)的中心区域可采用双面凹透镜结构、单面凹透镜结构、多段弧形凹透镜组合结构以及其中的任意组合。
4.如权利要求3所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，其特征在于：所述透明窗口(3)为透明石英窗口。
5.如权利要求3所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，其特征在于：所述紫外灯管(1)为短波紫外灯管。
6.一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法，包括如下步骤：
步骤一，于晶圆上方平行放置两根紫外灯管，灯管在灯罩的带动下进行旋转；
步骤二，在晶圆与紫外灯管之间设有总成组合型结构的透明窗口，透明窗口的中心部分为凹形透镜，外圈为平板透镜；
步骤三，利用中心部分的凹形透镜对投射光的发散作用，使中心区域内的紫外辐照度减弱。
7.如权利要求6所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法，其特征在于：所述凹形透镜的球形度、中心厚度、尺寸大小根据目前反应腔中晶圆性能的均匀性分布来确定。
8.如权利要求7所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法，其特征在于：该透明窗口的中心区域可采用双面凹透镜结构、单面凹透镜结构、多段弧形凹透镜组合结构以及其中的任意组合。
9.如权利要求8所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的方法，其特征在于：所述透明窗口为透明石英窗口。
10.如权利要求8所述的一种改善多孔薄膜材料紫外处理均匀性的装置，其特征在于：所述紫外灯管为短波紫外灯管。
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