CN115466938A - 一种紫外固化设备及其方法、一种半导体器件的加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外固化设备、一种紫外固化方法和一种半导体器件的加工装置。该紫外固化设备设于待加工晶圆的第一方向，包括：紫外光源；以及半球形反射罩，其中，所述半球形反射罩的开口形状符合所述晶圆的形状，所述半球形反射罩包围所述紫外光源的所述第一方向，以向放置所述晶圆的第二方向反射符合所述晶圆的形状的紫外光线。通过使用上述提供的紫外固化设备及其方法以及半导体器件的加工装置，不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及了一种紫外固化设备、一种紫外固化方法以及一种半导体的加工装置。
背景技术
诸如氧化硅、碳化硅和掺碳氧化硅薄膜的材料广泛应用于半导体器件制造中。一种在半导体衬底上形成这种含硅薄膜的方法为通过在腔室内进行化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)工艺。例如，硅源和氧源之间的化学反应可在CVD腔室内的半导体衬底的顶部上生成固态氧化硅的沉积。水通常为有机硅炕化合物的CVD反应的副产品。因此，水能作为水汽物理性地被吸收进入薄膜中或者作为Si-OH键结合进入已沉积的薄膜中。
但是，通常晶圆的处理过程中不希望出现任何这种形式的水结合。因而，现有技术中，可以采用紫外固化设备来去除水等会牺牲材料的热不稳定的有机成分。目前的紫外固化设备中的紫外(Ultraviolet，UV)光源为细长灯管，经由长条形的反射器反射的紫外光线辐射范围中会覆盖这个放置晶圆的衬底表面。然而，这种长条形的反射器出射的紫外光图案不能适配晶圆形状，容易导致部分晶圆无法照到紫外光线，或使部分紫外光线的辐射范围超出晶圆衬底之外，从而降低光源的利用率，并造成光源能量的浪费。而且，现有技术中长条形的紫外灯管会限制紫外固化设备的大小，使其无法实现小型化、轻便化的配置。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域亟需一种紫外固化技术，不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的一方面提供了一种紫外固化设备，设于待加工晶圆的第一方向。该紫外固化设备包括：紫外光源；以及半球形反射罩，其中，该半球形反射罩的开口形状符合该晶圆的形状，该半球形反射罩包围该紫外光源的该第一方向，以向放置该晶圆的第二方向反射符合该晶圆的形状的紫外光线。本发明一方面提供的该种紫外固化设备不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射到晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
可选地，在一些实施例中，该紫外光源为点光源，该点光源被设置于该半球形反射罩的焦点位置，以使该半球形反射罩向该第二方向反射符合该晶圆的形状的紫外平行光线。
可选地，进一步地，该半球形反射罩的开口直径符合该晶圆的直径，以使该紫外平行光线完整、高效地照射该晶圆。
可选地，进一步地，该半球形反射罩的开口直径小于该晶圆的直径，该紫外固化设备还包括：扩散透镜，该扩散透镜被设置于该半球形反射罩及该晶圆之间，用于接收经由该半球形反射罩反射出的该紫外平行光线，并扩散该紫外平行光线，以使获得的扩散光线完整、高效地照射该晶圆。
可选地，更进一步地，该扩散透镜到该晶圆的第一距离是根据该半球形反射罩的开口直径与该晶圆的直径的差异来确定。
可选地，更进一步地，该紫外固化设备还包括：会聚透镜，该会聚透镜被设置于该扩散透镜与该晶圆之间，用于接收经由该扩散透镜发出的扩散光线，并将该扩散光线会聚为扩束的紫外平行光线，以使该扩束的紫外平行光线均匀、完整、高效地照射该晶圆。
更进一步地，该扩散透镜到该会聚透镜的第二距离是根据该半球形反射罩的开口直径与该晶圆的直径的差异来确定。
可选地，在一些实施例中，该紫外光源的波长处于180nm～400nm的宽带波长范围内，且该半球形反射罩的内部具有二向色涂层，以使该180nm～400nm的宽带波长具有至少90％的反射率。
本发明的另一方面又提供了一种紫外固化方法。该紫外固化方法使用上述任一项所述的紫外固化设备向待加工晶圆提供紫外光线。通过本发明一方面提供的上述紫外固化方法使用上述另一方面提供的一种紫外固化设备，不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射到晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
此外，本发明的另一方面还提供了一种半导体器件的加工装置。该加工装置中配置有上述任一项所述的紫外固化设备。通过本发明一方面提供的上述紫外固化方法使用包括上述另一方面提供的紫外固化设备的一种半导体器件的加工装置，不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射到晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的第一实施例所提供的一种紫外固化设备的结构示意图；
图2示出了根据本发明的第二实施例所提供的一种紫外固化设备的结构示意图；以及
图3示出了根据本发明的第三实施例所提供的一种紫外固化设备的结构示意图。
附图标记：
100、200、300 紫外固化设备；
110、210、310 紫外光源；
120、220、320 半球形反射罩；
230、330 扩散透镜；
340 会聚透镜；
400 晶圆；
D1 第一距离；
D2 第二距离。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例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他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，现有技术中，在半导体器件的CVD工艺制作中，可以采用紫外固化设备来去除水等会牺牲材料的热不稳定的有机成分。目前的紫外固化设备中的紫外(Ultraviolet，UV)光源为细长灯管，经由长条形的反射器反射的紫外光线辐射范围中会覆盖这个放置晶圆的衬底表面。然而，这种长条形的反射器出射的紫外光图案不能适配晶圆形状，容易导致部分晶圆无法照到紫外光线，或使部分紫外光线的辐射范围超出晶圆衬底之外，从而降低光源的利用率，并造成光源能量的浪费。而且，现有技术中长条形的紫外灯管会限制紫外固化设备的大小，使其无法实现小型化、轻便化的配置。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种紫外固化设备、一种紫外固化方法、以及一种半导体的加工装置，不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
在一些非限制性的实施例中，本发明的一方面提供的上述紫外固化方法可以由本发明的另一方面提供的上述紫外固化设备实施。本发明的另一方面提供的上述紫外固化设备可以配置于由本发明的又一方面提供的一种半导体的加工装置中。
以下将结合一些紫外固化方法的实施例来描述上述紫外固化设备的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些紫外固化方法的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该紫外固化设备的全部工作方式或全部功能。同样地，该紫外固化设备也只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，不对这些紫外固化方法中各步骤的实施主体构成限制。
具体来说，请参考图1。图1示出了根据本发明的第一实施例所提供的一种紫外固化设备的结构示意图。
如图1所示，在本发明所提供的第一实施例中，紫外固化设备100设置于待加工晶圆400的第一方向。在本实施例中，该第一方向可以为待加工经晶圆400的上侧。晶圆400可以放置并固定于衬底(附图中未绘示)的正面，以便于进行后续的紫外固化照射。
该紫外固化设备100主要包括紫外光源110和半球形反射罩120。具体来说，该半球形反射罩120设置于紫外光源110的第一方向，即紫外光源110的上侧，并包围该紫外光源110的第一方向。半球形反射罩120的开口形状符合位于其第二方向的晶圆400的形状，以向放置晶圆400的第二方向反射符合该晶圆400的形状的紫外光线。在本实施例中，如图1所示，该第二方向可以为半球形反射罩120的下侧。
本领域的技术人员可以理解，上述第一方向和第二方向为互相相对设置的两个方向即可，如位于第二方向(图1中位于下方)的晶圆400和位于第一方向(图1中位于上方)的半球形反射罩120互相相对设置，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
可选地，在其他一些实施例中，也可以将晶圆400和半球形反射罩120左右放置，此时第一方向和第二方向则对应于左右方向。
继续回到图1所示的第一实施例中，紫外光源110为点光源。紫外光源110的灯管中可以通过选择采用的气体，来决定紫外光源110发光的波长。可选地，该紫外光源110的波长可以处于180nm到400nm的宽带波长范围内。
例如，由于在存在氧气时较短波长更易于产生臭氧，因此在一些优选的实施例中，可以通过调节紫外光源110的灯管发出的UV光至产生高于200nm的宽带UV光，从而来避免在固化工艺期间产生臭氧。
半球形反射罩120可以为凹面镜。优选地，半球形反射罩120的内部还可以涂敷二向色涂层。具体来说，二向色涂层包括由具有交替高、低折射率的不同介电材料构成周期多层膜，且该多层膜不会反射损伤性产热的红外辐射。通过在凹透镜的半球形反射罩120的内表面涂敷二向色涂层，从而可以对上述紫外光源110发出的180nm～400nm的紫外宽带波长，具有至少90％的反射率。
紫外光源110的点光源可以设置于半球形反射罩120的凹面镜的焦点位置，从而使得半球形反射罩120可以均匀地向第二方向反射符合晶圆400的形状的紫外平行光线。
进一步地，在一些优选的第一实施例中，半球形反射罩120的开口直径可以符合待加工的晶圆400的直径，以使得由半球形反射罩120反射的光照强度均匀的紫外平行光线可以完整、高效地照射晶圆400。
举例说明，如图1所示，半球形反射罩120的开口直径可以等于或略大于待照射加工的晶圆400，从而经由半球形反射罩120反射的紫外平行光线在均匀地照射晶圆400时，其照射范围既可以正好全面地覆盖到晶圆400，同时该照射范围也不会超出晶圆400的尺寸范围，导致额外的紫外辐射光的消耗和浪费。
本发明所提供的上述第一实施例，点光源的紫外光源的设计不仅实现了紫外固化设备的小型化、轻便化，而且通过单级还能使紫外辐射光更契合地照射到待加工的晶圆，不仅提高了光源的利用率，而且光路简单，降低了结构设计难度和设备成本。
进一步地，在本发明提供的上述第一实施例基础上，本发明还提供了第二实施例。请参看图2，图2示出了根据本发明的第二实施例所提供的一种紫外固化设备的结构示意图。
如图2所示，在本发明所提供的第二实施例中，紫外固化设备200中除了包括紫外光源210和半球形反射罩220，还包括了扩散透镜230。本实施例中，紫外光源210和半球形反射罩220的结构和工作原理和上述第一实施例相同，此处就不再赘述。
不同于上述第一实施例，在第二实施例中，半球形反射罩220的开口直径可以小于晶圆400的直径。为了使得半球形反射罩220反射的紫外辐射光能够继续完整得照射到晶圆400，可以在半球形反射罩220和晶圆400之间，设置扩散透镜230。
具体来说，扩散透镜230可以选择凹透镜，来接收经由半球形反射罩220反射出的紫外平行光线，并通过光的折射扩散该紫外平行光线，以使获得的扩散光线可以完整、且高效地照射到第二方向的晶圆400。
可选地，可以通过调节扩散透镜230到晶圆400之间的第一距离D1，来调节经由扩散透镜230获得的紫外扩散光线的照射范围。进一步地，该第一距离D1可以根据半球形反射罩220的开口直径与待照射加工的晶圆400的直径的差异来确定。
本发明所提供的上述第二实施例，将经过半球形主反射罩反射后的紫外平行光，通过扩散透镜(凹透镜)进行扩散，从而可以缩小半球形反射罩的尺寸，即进一步小型化紫外固化设备，提高其适用性。
进一步地，在本发明提供的上述第二实施例基础上，本发明还提供了第三实施例。参看图3，图3示出了根据本发明的第三实施例所提供的一种紫外固化设备的结构示意图。
如图3所示，在本发明所提供的第三实施例中，紫外固化设备300中除了包括紫外光源310、半球形反射罩320、扩散透镜330外，还包括了会聚透镜340。本实施例中，紫外光源310、半球形反射罩320和扩散透镜330的结构和工作原理和上述第二实施例相同，此处就不再赘述。
在第三实施例中，会聚透镜340可以选择为凸透镜。会聚透镜340可以设置于扩散透镜330与晶圆400之间，用于接收经由其第一方向(例如，上方)的扩散透镜330发出的扩散光线，并通过光的折射将该扩散光线会聚为扩束的紫外平行光线，以使该扩束的紫外平行光线可以均匀、完整、高效地照射到第二方向(例如，下方)的晶圆400。
可选地，可以通过调节扩散透镜330到会聚透镜340之间的第二距离D2，来调节经由扩散透镜330获得的紫外扩散光线的照射范围。该第二距离D2可以根据半球形反射罩320的开口直径与待照射加工的晶圆400的直径的差异来确定。
优选地，在结合第二距离D2的基础上，还可以进一步结合调节会聚透镜340和晶圆400之间第三距离(附图中未绘示)，从而使得经由半球形反射罩320反射的紫外辐射光线可以均匀地照射晶圆400，并且其照射范围既可以正好全面地覆盖到晶圆400，同时该照射范围也不会超出晶圆400的尺寸范围，导致额外的紫外辐射光的消耗和浪费。
本发明所提供的上述第三实施例，在缩小半球形反射罩的尺寸，进一步小型化紫外固化设备的基础上，将经过半球形反射罩反射后的紫外平行光，通过扩散透镜(凹透镜)和会聚透镜(凸透镜)的组合，从而形成扩大后的平行光以保持待照射加工的晶圆的各个部分都受到均匀的紫外辐射光照射。
本领域的技术人员可以理解，上述基于扩散透镜和会聚透镜实现反射后的紫外辐射光线的扩散和会聚的方案，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。用户可以根据实际情况选择一种或多种光线扩散和/或汇聚的装置以实现上述技术效果。
在另一方面，本发明还提供了一种紫外固化方法，通过使用上述实施例中提供的紫外固化设备100、200、300来向待加工晶圆400提供紫外光线。具体工作原理如上所述，此处就不再赘述。
此外，本发明还提供了一种半导体器件的加工装置。该加工装置中主要配置有上述实施例中提供的紫外固化设备100、200、300。紫外固化设备100、200、300具体结构如上所述，此处就不再赘述。
综上所述，本发明提供了一种紫外固化设备、一种紫外固化方法、以及一种半导体的加工装置，不仅能够实现紫外固化设备的小型化、轻便化，而且还能使得紫外辐射光更契合地照射晶圆，从而避免对于紫外光源的损耗和浪费，并提高光源利用率。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (10)
1.一种紫外固化设备，设于待加工晶圆的第一方向，其特征在于，所述紫外固化设备包括：
紫外光源；以及
半球形反射罩，其中，所述半球形反射罩的开口形状符合所述晶圆的形状，所述半球形反射罩包围所述紫外光源的所述第一方向，以向放置所述晶圆的第二方向反射符合所述晶圆的形状的紫外光线。
2.如权利要求1所述的紫外固化设备，其特征在于，所述紫外光源为点光源，所述点光源被设置于所述半球形反射罩的焦点位置，以使所述半球形反射罩向所述第二方向反射符合所述晶圆的形状的紫外平行光线。
3.如权利要求2所述的紫外固化设备，其特征在于，所述半球形反射罩的开口直径符合所述晶圆的直径，以使所述紫外平行光线完整、高效地照射所述晶圆。
4.如权利要求2所述的紫外固化设备，其特征在于，所述半球形反射罩的开口直径小于所述晶圆的直径，所述紫外固化设备还包括：
扩散透镜，所述扩散透镜被设置于所述半球形反射罩及所述晶圆之间，用于接收经由所述半球形反射罩反射出的所述紫外平行光线，并扩散所述紫外平行光线，以使获得的扩散光线完整、高效地照射所述晶圆。
5.如权利要求4所述的紫外固化设备，其特征在于，所述扩散透镜到所述晶圆的第一距离是根据所述半球形反射罩的开口直径与所述晶圆的直径的差异来确定。
6.如权利要求4所述的紫外固化设备，其特征在于，还包括：
会聚透镜，所述会聚透镜被设置于所述扩散透镜与所述晶圆之间，用于接收经由所述扩散透镜发出的扩散光线，并将所述扩散光线会聚为扩束的紫外平行光线，以使所述扩束的紫外平行光线均匀、完整、高效地照射所述晶圆。
7.如权利要求6所述的紫外固化设备，其特征在于，所述扩散透镜到所述会聚透镜的第二距离是根据所述半球形反射罩的开口直径与所述晶圆的直径的差异来确定。
8.如权利要求1所述的紫外固化设备，其特征在于，所述紫外光源的波长处于180nm～400nm的宽带波长范围内，且所述半球形反射罩的内部具有二向色涂层，以使所述180nm～400nm的宽带波长具有至少90％的反射率。
9.一种紫外固化方法，其特征在于，使用如权利要求1～8中任一项所述的紫外固化设备向待加工晶圆提供紫外光线。
10.一种半导体器件的加工装置，其特征在于，所述加工装置中配置有如权利要求1～8中任一项所述的紫外固化设备。
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2022
- 2022-09-30 CN CN202211207469.3A patent/CN115466938A/zh active Pending
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