CN110349910B

CN110349910B - 腔室盖、工艺腔室和半导体处理设备

Info

Publication number: CN110349910B
Application number: CN201810305925.5A
Authority: CN
Inventors: 白志民; 李强; 耿宏伟; 彭文芳; 魏延宝; 丁培军; 王伟
Original assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-04-08
Filing date: 2018-04-08
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2038-04-08
Also published as: CN110349910A

Abstract

本发明公开了一种腔室盖、工艺腔室和半导体处理设备。腔室盖用于透光，包括盖本体和吸收层，盖本体具有受光表面，吸收层设置在受光表面的预定区域，用于吸收照射至所述预定区域的部分光，以使预定区域的透光率满足预定值。通过在受光表面上的预定区域所设置的吸收层，改变腔室盖在预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。同时，本发明的腔室盖，结构简单，并不需要为了提高片内均匀性所引入复杂的光路设计的结构，因此，可以有效降低制作成本，提高经济效益。

Description

腔室盖、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，具体涉及一种腔室盖、一种包括该腔室盖的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(UV Cure)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，为现有技术一中工艺腔室的结构示意图。该工艺腔室200包括腔室本体210、灯源组件220、旋转组件230和冷却系统240，其中，旋转组件230用于驱动灯源组件220相对腔室本体210旋转，使得灯源组件220所发出的紫外光能够均匀照射到腔室本体210内。冷却系统240用于冷却灯源组件220工作时产生的热量。

如图2所示，灯源组件220包括磁控管221、位于磁控管221端部的微波头222、容纳微波头222的导向腔室223、与导向腔室223连接的微波腔室224、与微波腔室224连接的一级反射屏225以及位于微波腔室224内的无极汞灯芯片226。其中，该磁控管221，通过高压震荡产生微波，微波能量通过微波头222导入到导向腔室223中，从而使微波腔室224中的无极汞灯芯片226激发产生紫外光，并通过一级反射屏225进入到工艺腔室200中。

但是，上述灯源组件220在旋转时，不可避免地在晶圆的中心区域传递更多的紫外光能量，导致中心区域的紫外光固化程度过高，这样，晶圆该位置处的介电常数K和硬度就不同于其他位置处的介电常数K和硬度，如图3所示，其示意了晶圆不同位置处的K值分布示意图，由图3可见，K值分布结果超过了3％的均匀性。

为了解决上述存在的问题，如图4所示，其与现有技术一存在的一处区别在于：灯源组件220包括二级反射屏227。

但是，现有技术二中的灯源组件220的结构，显然，其光路设计较为复杂，其虽然能够一定程度上改善紫外光在晶圆上的分布，但是，仍不可避免地出现晶圆的中心区域传递更多的紫外光能量的状况发生，从而会导致晶圆的中心区域的介电常数K和硬度不同，影响晶圆的性能。

因此，如何设计一种结构简单且能够使得晶圆各位置可以有效接收到均衡的紫外光的能量的结构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，提出了一种腔室盖、一种包括该腔室盖的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，提供了一种腔室盖，用于透光，包括盖本体和吸收层，所述盖本体具有受光表面，所述吸收层设置在所述受光表面上的预定区域，用于吸收照射至所述预定区域的部分光，以使所述预定区域的透光率满足预定值。

优选地，所述受光表面上通过蒸镀形成所述吸收层。

优选地，所述吸收层由半透明材料制成。

优选地，所述吸收层的横截面呈圆形，所述预定区域为所述受光表面的中心区域。

优选地，所述预定区域的透光率与所述吸收层的厚度呈反比。

优选地，所述预定区域的透光率T_r与所述吸收层的厚度T_h之间满足下述关系式：

当T_h∈[32nm，38nm]时，T_r∈[49％，51％]；

当T_h∈[40nm，46nm]时，T_r∈[46％，48％]；

当T_h∈[47nm，54nm]时，T_r∈[42％，44％]；

当T_h∈[56nm，64nm]时，T_r∈[37％，39％]。

优选地，所述吸收层由氧化锌、氧化铟锡、氧化钛和氟化镁中的任意一种材料制成。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室本体，所述腔室本体用于容置晶圆，还包括前文记载的所述的腔室盖，所述腔室盖盖设在所述腔室本体上。

优选地，所述吸收层在所述晶圆上的正投影与所述晶圆同心，且所述正投影的面积等于所述晶圆面积乘以预设系数A，其中，A∈[1/6，1/3]。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括灯源组件，还包括前文记载的所述的工艺腔室，所述灯源组件可旋转地设置在所述工艺腔室上方。

本发明的腔室盖、工艺腔室和半导体处理设备，通过在受光表面上的预定区域所设置的吸收层，改变腔室盖在预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。同时，本发明的腔室盖、工艺腔室和半导体处理设备，其结构简单，并不需要为了提高片内均匀性所引入复杂的光路设计的结构，因此，可以有效降低制作成本，提高经济效益。

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为现有技术一中工艺腔室的结构示意图；

图2为现有技术一中灯源组件的结构示意图；

图3为现有技术一中晶圆的介电常数的分布示意图；

图4为为现有技术二中工艺腔室的结构示意图；

图5为本发明中腔室盖的结构示意图；

图6为本发明中晶圆的介电常数的分布示意图。

附图标记说明

100：腔室盖；

110：盖本体；

111：受光表面；

120：吸收层；

200：工艺腔室；

210：腔室本体；

220：灯源组件；

221：磁控管；

222：微波头；

223：导向腔室；

224：微波腔室；

225：一级反射屏；

226：无极汞灯芯片；

227：二级反射屏；

230：旋转组件；

240：冷却系统。

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5所示，本发明的第一方面，涉及一种腔室盖100，其用于透光，也就是说，该腔室盖100应当由透光材料制成，例如，其可以为由石英材料所制成的石英盖等等。

其中，上述的腔室盖100包括盖本体110。盖本体110具有受光表面111，该受光表面111用于接收光。也就是说，当外界有光照射到该盖本体110上时，受光表面111能够接收该部分光，并且，腔室盖100能透光，因此，受光表面111所接收到的光可以透过盖本体110，也就是说，光可以经由盖本体110的下表面(与受光表面111相对的表面)出射。

上述的腔室盖100还包括吸收层120，其设置在受光表面111上的预定区域，用于吸收照射至该预定区域的部分光，以使该预定区域的透光率满足预定值。也就是说，在盖本体110上，凡是设置有吸收层120的区域，该区域处的透光率必然发生变化。

为了便于说明，以将上述结构的腔室盖100应用到半导体处理设备(例如，紫外固化处理设备)中的工艺腔室为例进行说明。正如背景技术部分所记载的那样，对晶圆进行紫外固化处理是为了降低绝缘介质层的介电常数K值以及增强薄膜机械性能和稳定性。

关于工艺腔室的具体结构，可以参考背景技术中现有技术一(也就是图1)所对应的工艺腔室200的结构，在此不作赘述。

显然，如图1所示，在现有技术一的工艺腔室200的结构中，由于灯源组件220相对腔室盖100作旋转运动，因此，其不可避免地会在晶圆的某一位置(例如，晶圆的中心区域)传递更多的紫外光，导致晶圆的该位置处接收到的紫外光强度大于晶圆的其余位置所接收到的紫外光的强度，这会导致该位置处的晶圆的介电常数和硬度产生差异，导致晶圆出现片内均匀性问题，进而可以影响到晶圆的性能。

为此，本发明的发明人设计出了如上的腔室盖100的结构，其在盖本体110的受光表面111(该受光表面111与灯源组件220相对设置)的预定区域设置有吸收层120，应当理解的是，虽然对于预定区域并没有明确限定，但是本领域技术人员应当知晓的是，该预定区域应当满足预定区域所接收到的光强度明显高于其余位置所接收到的光强度。这样，当灯源组件220向腔室盖100发出光时，吸收层120可以吸收预定区域的部分光，从而可以使得透射到晶圆上的与预定区域相对应位置处的该部分光强度变弱，使得其与其余位置处的光强度基本一致，从而可以使得晶圆的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。

因此，本实施例结构的腔室盖100，通过在受光表面111上的预定区域所设置的吸收层120，改变腔室盖100在预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。同时，本实施例结构的腔室盖100，结构简单，并不需要为了提高片内均匀性所引入复杂的光路设计的结构，因此，可以有效降低制作成本，提高经济效益。

优选地，上述受光表面111可以通过蒸镀形成吸收层120。

具体地，可以在受光表面111上制作与受光表面111的尺寸一致的掩膜板，并在该掩膜板与受光表面111的预定区域相对应的位置处开设蒸镀口，该蒸镀口的尺寸与预定区域的尺寸相一致。在蒸镀时，吸收层120会沉积在掩膜板的蒸镀口处。这样，当完成蒸镀工艺后，所沉积的吸收层120便位于预定区域。

应当理解的是，除了可以通过蒸镀的方式形成上述的吸收层120以外，还可以采用其他制作工艺形成吸收层120。

上述吸收层120可以由半透明材料制成，具体地，例如，该吸收层120可以由氧化锌、氧化铟锡、氧化钛和氟化镁中的任意一种材料制成。当然，除了所列举的该些材料以外，吸收层120还可以选择其他半透明材料。

本实施例结构的腔室盖100，将吸收层120限定为半透明材料，并列举了几种优选地半透明材料。通过这样设置，可以进一步改变盖本体110在预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。

优选地，上述吸收层120的横截面呈圆形，预定区域为受光表面111的中心区域。

如前文记载，受光表面111的中心区域处所接收到的光强较为强烈，因此，可以在受光表面111的中心区域设置吸收层120，通过这样设置，可以进一步使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。

本发明的发明人进行了多次理论试验研究，预定区域的透光率与吸收层120的厚度呈反比。因此，可以根据所得知的预定区域的透光率的预定值，设计该预定区域的吸收层120的厚度。

具体地，预定区域的透光率T_r与吸收层120的厚度T_h之间满足下述关系式：

当T_h∈[32nm，38nm]时，T_r∈[49％，51％]；

当T_h∈[40nm，46nm]时，T_r∈[46％，48％]；

当T_h∈[47nm，54nm]时，T_r∈[42％，44％]；

当T_h∈[56nm，64nm]时，T_r∈[37％，39％]。

需要说明的是，由于在对晶圆进行紫外固化处理时，所起作用的主要波长为310～370nm，因此，上述数据均是在利用波长在310～370nm之间的紫外光所试验得到。

本实施例结构的腔室盖100，在实际应用时，可以根据预定区域的透光率，设计更加精准厚度的吸收层120，因此，可以进一步使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室200，该工艺腔室200的结构可以参考图1，包括腔室本体210，该腔室本体210用于容置晶圆，与图1中的工艺腔室200所不同的是，其腔室盖替换为前文记载的腔室盖100，也即在腔室盖100的盖本体110的受光表面111的预定区域设置有吸收层120。腔室盖100盖设在腔室本体210上。

本实施例结构的工艺腔室200，通过在受光表面111上的预定区域所设置的吸收层120，改变该预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。同时，本实施例结构的工艺腔室200，结构简单，并不需要为了提高片内均匀性所引入复杂的光路设计的结构，因此，可以有效降低制作成本，提高经济效益。

优选地，上述吸收层120在晶圆上的正投影与晶圆同心，并且，正投影的面积等于晶圆面积乘以预设系数A，其中，A∈[1/6，1/3]。

具体地，对于晶圆而言，其所接收到的光强度过高的区域所占的面积为1/6～1/3。换句话说，以晶圆直径的1/6～1/3作为分割线，将晶圆分割为内圆和外圆，内圆所接收到的光的能量明显高于外圆所接收到的光的能量，外圆光能量约为内圆光能量的1/4。因此，可以在内圆所在的位置处设置上述的吸收层120。因此，可以进一步改变腔室盖100在预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。如图6所示，采用本发明的腔室盖100以后，工艺腔室200内晶圆的K值分布结果超过了1.5％的均匀性。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，包括灯源组件(本发明并未示出)和前文记载的工艺腔室200，灯源组件可旋转地设置在工艺腔室上方。

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200的结构，该工艺腔室200又具有前文记载的腔室盖100的结构，通过在受光表面111上的预定区域所设置的吸收层120，改变腔室盖100在预定区域的透光率，可以使得晶圆各位置处的介电常数和硬度基本相同，提高片内均匀性，改善晶圆的性能。同时，本实施例结构的半导体处理设备，结构简单，并不需要为了提高片内均匀性所引入复杂的光路设计的结构，因此，可以有效降低制作成本，提高经济效益。

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

1.一种工艺腔室，包括腔室本体，所述腔室本体用于容置晶圆，其特征在于，还包括腔室盖，所述腔室盖盖设在所述腔室本体上，用于透光，所述腔室盖包括盖本体和吸收层，所述盖本体具有受光表面，所述吸收层设置在所述受光表面上的预定区域，用于吸收照射至所述预定区域的部分光，以使所述预定区域的透光率满足预定值；

所述吸收层在所述晶圆上的正投影与所述晶圆同心，且所述正投影的面积等于所述晶圆面积乘以预设系数A，其中，A∈[1/6，1/3]。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述受光表面上通过蒸镀形成所述吸收层。

3.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述吸收层由半透明材料制成。

4.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述吸收层的横截面呈圆形，所述预定区域为所述受光表面的中心区域。

5.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述预定区域的透光率与所述吸收层的厚度呈反比。

6.根据权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述预定区域的透光率T_r与所述吸收层的厚度T_h之间满足下述关系式：

当T_h∈[32nm，38nm]时，T_r∈[49％，51％]；

当T_h∈[40nm，46nm]时，T_r∈[46％，48％]；

当T_h∈[47nm，54nm]时，T_r∈[42％，44％]；

当T_h∈[56nm，64nm]时，T_r∈[37％，39％]。

7.根据权利要求2至6中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述吸收层由氧化锌、氧化铟锡、氧化钛和氟化镁中的任意一种材料制成。

8.一种半导体处理设备，包括灯源组件，其特征在于，还包括权利要求1至7中任意一项所述的工艺腔室，所述灯源组件可旋转地设置在所述工艺腔室上方。