CN110289226A - 工艺腔室和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工艺腔室和半导体处理设备。所述工艺腔室包括腔室本体和LED灯源，LED灯源用于朝向腔室本体内的待处理工件发出光线，所述LED灯源包括灯罩和在所述灯罩内设置的至少一个LED芯片，每个所述LED芯片均能够发出预定波长的光线。本发明的工艺腔室，采用至少一个LED芯片作为发光单元，可以使得LED芯片在灯罩内灵活排布，其次，LED芯片的发光效率较高、发热量小、寿命较高，因此维护成本较低。此外，当待处理工件为待处理介质层时，合理选用所需要的预定波长，可以提高对Low‑k材料中C‑SI，C‑H，H‑O等键的裂解作用，从而形成SI‑O‑SI键，可以有效降低介电常数K值，并且可以有效增加Low‑k的机械强度。

Description

工艺腔室和半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种工艺腔室和一种包括该工艺腔室的半导体处理设备。

背景技术

半导体后段制程主要是金属互连工艺，在金属层之间用含硅氧的绝缘介质作为隔离形成多层互连。随着后段工艺的尺寸逐步缩小，以及互连层数的增加，RC延时(RC delay)逐渐成为一个影响器件速度的突出问题。要降低RC delay，一方面是降低金属线电阻，即R，另外一方面就是降低器件寄生电容，即C，这个电容主要是通过减小绝缘介质的介电常数K来实现的。

为了降低绝缘介质层的K值，紫外固化处理已经成为一种非常必要而有效的手段。实际上，紫外固化处理不但可以降低绝缘介质层的K值，还能够增强薄膜机械性能和稳定性。主要原因是经过紫外光照射，绝缘介质层中的Si-O-Si结构发生了变化，部分笼状结构的Si-O-Si转变成了交织互连网状结构的Si-O-Si。网状结构的Si-O-Si与笼状结构的Si-O-Si相比具有小的键角，结构更稳定和牢固，机械强度更高。

如图1所示，为现有的紫外固化处理设备中的工艺腔室的结构示意图。该工艺腔室100包括腔室本体110和LED灯源120。如图2所示，为该LED灯源120的结构示意图。该LED灯源120包括磁控管123、位于磁控管123端部的微波头124、容纳微波头124的导向腔室125、与导向腔室125连接的微波腔室126、与微波腔室126连接的一级反射屏127以及位于微波腔室126内的无极汞灯芯片128。

具体地，磁控管123通过高压震荡产生微波，微波能量通过微波头124导入到导向腔室125中，从而使微波腔室126中的无极汞灯芯片128激发产生紫外光，并通过一级反射屏127进入到工艺腔室中。

为了使得LED灯源120所发出的紫外光能够均匀进入到工艺腔室100内，如图1所示，该工艺腔室100还包括二级反射屏140和旋转机构150。其中，二级反射屏140被旋转机构150(一般为皮带机构)带动旋转，这样可以保证光照均匀，可以在待处理介质层的表面形成如图3所示的光照区域G。

但是，上述结构的LED灯源，其中的磁控管和无极汞灯芯片等均为耗材，需要经常更换，导致紫外固化处理设备的使用成本较高。其次，LED灯源中的光路设计较为复杂，尤其是需要二级反射屏的反射才能够使得入射到待处理介质层的光线均匀。其次，利用无极汞灯芯片作为发光单元，也不利于对Low-k材料中C-SI，C-H，H-O等键的裂解作用，使得K值降低效果不明显。

因此，如何设计一种结构简单且能够有效使得Low-k材料中C-SI，C-H，H-O等键发生较好地裂解成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种工艺腔室和一种包括该工艺腔室的半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室本体和LED灯源，所述LED灯源用于朝向所述腔室本体内的待处理工件发出光线，所述LED灯源包括灯罩和在所述灯罩内设置的至少一个LED芯片，每个所述LED芯片均能够朝向所述待处理工件发出预设波长的光线。

优选地，多个所述LED芯片在所述灯罩内呈圆环形排列。

优选地，多个所述LED芯片在多个等间距的同心圆上均匀排布。

优选地，沿直径最大的圆的周向，每隔预设角度作直径线，所述直径线与每个圆相交处均设置有所述LED芯片。

优选地，所述直径最大的圆在所述待处理工件表面所处水平面上的正投影面积大于或等于所述待处理工件的表面积。

优选地，所述预定波长包括245nm、275nm、365nm、385nm或405nm中的至少一种。

优选地，所述灯罩的截面呈矩形，所述LED芯片位于所述灯罩的底壁上。

优选地，还包括旋转机构，所述旋转机构与所述LED灯源可转动连接，以带动所述LED灯源相对所述腔室本体旋转。

优选地，所述待处理工件包括待处理介质层，所述LED灯源用于降低所述待处理介质层的介电常数。

本发明的第二方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的工艺腔室。

本发明的工艺腔室，其中的LED灯源中，采用至少一个LED芯片作为发光的基本单元。首先，多个LED芯片可以在灯罩内灵活排布，对于该LED灯源的光路设计要求较低。其次，LED芯片的发光效率较高，发热量小。再次，LED芯片的寿命一般为14000～20000小时，因此，该工艺腔室中的LED灯源的维护成本较低。最重要的是，当该工艺腔室应用到诸如紫外固化等半导体处理设备上时，该LED芯片与传统的无极灯源相比是单波长的灯源，其光源输出波长范围±10nm，因此，可以根据实际需要，合理选用所需要的预定波长，该预定波长可以提高对Low-k材料中C-SI，C-H，H-O等键的裂解作用，从而形成SI-O-SI键，可以有效降低介电常数K值，并能够有效增加Low-k的机械强度。

本发明的半导体处理设备，具有前文记载的工艺腔室的结构，该工艺腔室中的LED灯源，采用至少一个LED芯片作为发光的基本单元。首先，多个LED芯片可以在灯罩内灵活排布，对于该LED灯源的光路设计要求较低。其次，LED芯片的发光效率较高，发热量小。再次，LED芯片的寿命一般为14000～20000小时，因此，该工艺腔室中的LED灯源的维护成本较低。最重要的是，当该半导体处理设备为诸如紫外固化半导体处理设备时，该LED芯片与传统的无极灯源相比是单波长的灯源，其光源输出波长范围±10nm，因此，可以根据实际需要，合理选用所需要的预定波长，该预定波长可以提高对Low-k材料中C-SI，C-H，H-O等键的裂解作用，从而形成SI-O-SI键，可以有效降低介电常数K值，并能够有效增加Low-k的机械强度。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中紫外固化处理设备中的工艺腔室结构示意图；

图2为现有技术中LED灯源的结构示意图；

图3为现有技术中LED灯源的光路示意图；

图4为本发明中工艺腔室的结构示意图；

图5为本发明中LED灯源的内部结构示意图；

图6a为本发明中LED灯源的俯视图；

图6b为本发明中倒扣的LED灯源的侧视图；

图6c为为本发明中LED灯源的仰视图。

附图标记说明

100：工艺腔室；

110：腔室本体；

120：LED灯源；

121：灯罩；

122：LED芯片；

123：磁控管；

124：微波头；

125：导向腔室；

126：微波腔室；

127：一级反射屏；

128：无极汞灯芯片；

130：静电卡盘；

140：二级反射屏；

150：旋转机构；

200：待处理工件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图4和图5所示，本发明的第一方面，涉及一种工艺腔室100。一般地，如图4所示，该工艺腔室100包括腔室本体110和位于腔室本体110内的静电卡盘130，该静电卡盘130用于放置待处理工件200，例如，该待处理工件200包括待处理介质层。

其中，上述工艺腔室100还包括LED灯源120，该LED灯源120用于朝向位于静电卡盘130上的待处理工件200发出光线。该LED灯源120包括灯罩121和在该灯罩121内设置的至少一个LED芯片122，每个LED芯片122均能够朝向待处理工件200发出预定波长的光线，这样，全部LED芯片122所发出的光线能够均匀照射到待处理工件200的表面。

需要说明的是，对于上述预定波长的具体取值并没有作出限定，例如，当将该结构的工艺腔室100应用到半导体处理设备，例如，紫外固化处理设备时，每个LED芯片122所发出的预定波长的光线应当为紫外光，也就是说，该预定波长的范围为紫外波长的范围，具体地，例如，该预定波长可以是245nm、275nm、365nm、385nm或405nm中的至少一种。另外，上述每个LED芯片122均能够发出预定波长的光线也应当作广义理解，也就是说，所有的LED芯片122所发出的预定波长可以相同，或者，有一个或者多个LED芯片122可以发出不同于其他LED芯片122的预定波长的光线，或者，每个LED芯片122所发出的预定波长均不同。

进一步需要说明的是，对于全部LED芯片122所发出的预定波长的光线是如何实现均匀照射到待处理工件200的表面，并没有作出限定，例如，可以采取全部LED芯片122在灯罩121上均匀排列的方式。或者，可以采取LED灯源120可以旋转的方式，使得LED灯源120所发出的出射光线的投影可以完全覆盖整个待处理工件200的表面。再或者，还可以采取两者结合的方式，也即全部的LED芯片122在灯罩121上均匀排布，同时，LED灯源120可以旋转。当然，除了该三种方式以外，还可以是其他的一些结构，只要能够满足照射到待处理工件200的表面的光线均匀即可。

本实施例结构的工艺腔室100，其中的LED灯源120中，采用至少一个LED芯片122作为发光的基本单元。首先，各LED芯片122可以在灯罩121内灵活排布，对于该LED灯源120的光路设计要求较低。其次，LED芯片122的发光效率较高，发热量小。再次，LED芯片122的寿命一般为15000～20000小时，因此，该工艺腔室100中的LED灯源120的维护成本较低。最重要的是，当该工艺腔室100应用到诸如紫外固化等半导体处理设备上时，该LED芯片122与传统的无极灯源相比是单波长的灯源，其光源输出波长范围±10nm，因此，可以根据实际需要，合理选用所需要的预定波长，该预定波长可以提高对Low-k材料中C-SI，C-H，H-O等键的裂解作用，从而形成SI-O-SI键，可以有效降低介电常数K值，并能够有效增加Low-k的机械强度。

优选地，为了进一步地使得待处理工件200的表面所接收到的光线更加均匀，从而在待处理工件200为诸如待处理介质层时，可以使得待处理介质层内的C-SI，C-H，H-O等键能够进一步发生更好地裂解，形成SI-O-SI键，进而可以有效降低介电常数K值，并且能够进一步增加Low-k的机械强度。如图5所示，多个LED芯片122在灯罩121内呈圆环形排列。

具体地，如图5所示，多个LED芯片122可以在多个等间距的同心圆上均匀排布，例如，如图5所示，该图示意了5个同心圆(A、B、C、D和E)，各同心圆上均均匀分布有多个LED芯片122，这样，可以使得多个LED芯片122所发出的预定波长的光线可以更加均匀地照射到待处理工件200的表面。当然，除了5个同心圆以外，还可以设置更多数量的同心圆。

优选地，作为LED芯片122的一种具体排布示例。如图5所示，沿直径最大的圆(如图5中最外侧的圆)的周向，每隔预设角度(该预设角度，例如，可以是30°、45°、60°等)作直径线，直径线与每个圆相交处均设置有LED芯片122。

优选地，如图5所示，直径最大的圆在待处理工件200表面所处的水平面上的正投影面积大于或等于待处理工件200的表面积。也就是说，如图5所示，直径最大的圆完全覆盖待处理工件200。这样，全部的LED芯片122所发出的预定波长的光线可以照射到待处理工件200的任意位置，从而可以使得待处理工件200的表面所接收到的光线更加均匀，进而在待处理工件200为待处理介质层时，可以实现有效降低介电常数K值，也可以进一步增加Low-k的机械强度。

需要说明的是，对于直径最大的圆在待处理工件200表面所处的水平面上的正投影面积超过超出待处理工件200的面积多少并没有作出限定，理论上来说，只要其面积略大于待处理工件200的面积即可，这是因为，如果面积过大，则会造成LED灯源120的制作成本提高，同时，也会有一部分LED芯片122得不到有效利用，造成资源浪费，导致制造成本提高。

优选地，如图4和图6a、6b、6c所示，灯罩121的截面呈矩形，并且，LED芯片122位于灯罩121的底壁上。灯罩121的顶部作为电源引入端，使用时，如图6b所示，将灯源120以倒扣的方式设置在石英盖上方，其中，图6b中底部的矩形结构即为电源引入端。

优选地，上述工艺腔室100还包括旋转机构(该旋转机构在本发明中并未示出，可以参考背景技术部分的旋转机构的记载)。其中，该旋转机构可以与LED灯源120可转动连接，以带动该LED灯源120相对腔室本体110旋转。

本实施结构的工艺腔室100，其还包括旋转机构，该旋转机构可以带动LED灯源120相对腔室本体110进行旋转，也就是说，可以使得LED灯源120相对待处理工件200旋转，从而可以使得待处理工件200的表面所接收到的光线更加均匀。

需要说明的是，对于上述的旋转机构的具体结构并没有作出限定，例如，该旋转机构可以采用皮带机构、链轮机构或齿轮机构等任意一种能够带动LED灯源120旋转的机构。

优选地，上述待处理工件200为待处理介质层，LED灯源120用于降低待处理介质层的介电常数K值。

具体地，LED灯源120可以使得入射至待处理介质层表面的光线更加均匀，从而可以使得待处理介质层内的C-SI，C-H，H-O等键的发生裂解，形成SI-O-SI键，进而可以有效降低K值，同时，也可以有效增加Low-k的机械强度。

本发明的第二方面，涉及一种半导体处理设备，其包括前文记载的工艺腔室100。

本实施例结构的半导体处理设备，具有前文记载的工艺腔室100的结构，该工艺腔室100中的LED灯源120，采用至少一个LED芯片122作为发光的基本单元。首先，各LED芯片122可以在灯罩121内灵活排布，对于该LED灯源120的光路设计要求较低。其次，LED芯片122的发光效率较高，发热量小。再次，LED芯片122的寿命一般为15000～20000小时，因此，该工艺腔室100中的LED灯源120的维护成本较低。最重要的是，当该半导体处理设备为诸如紫外固化半导体处理设备时，该LED芯片122与传统的无极灯源相比是单波长的灯源，其光源输出波长范围±10nm，因此，可以根据实际需要，合理选用所需要的预定波长，该预定波长可以提高对Low-k材料中C-SI，C-H，H-O等键的裂解作用，从而形成SI-O-SI键，可以有效降低介电常数K值，并能够有效增加Low-k的机械强度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种工艺腔室，包括腔室本体和LED灯源，所述LED灯源用于朝向所述腔室本体内的待处理工件发出光线，其特征在于，所述LED灯源包括灯罩和在所述灯罩内设置的至少一个LED芯片，每个所述LED芯片均能够朝向所述待处理工件发出预设波长的光线。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，多个所述LED芯片在所述灯罩内呈圆环形排列。

3.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，多个所述LED芯片在多个等间距的同心圆上均匀排布。

4.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，沿直径最大的圆的周向，每隔预设角度作直径线，所述直径线与每个圆相交处均设置有所述LED芯片。

5.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述直径最大的圆在所述待处理工件表面所处水平面上的正投影面积大于或等于所述待处理工件的表面积。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述预设波长包括245nm、275nm、365nm、385nm或405nm中的至少一种。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述灯罩的截面呈矩形，所述LED芯片位于所述灯罩的底壁上。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，还包括旋转机构，所述旋转机构与所述LED灯源可转动连接，以带动所述LED灯源相对所述腔室本体旋转。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述待处理工件包括待处理介质层，所述LED灯源用于降低所述待处理介质层的介电常数。

10.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的工艺腔室。