図1に概略的に示すように、紫外線(UV)処理を使用して、基板処理チャンバ12内で、半導電性ウェーハ、ディスプレイ、または太陽電池パネルなどの基板10上の層および材料を処理することができる。基板処理チャンバ12は、紫外線処理チャンバ、CVDもしくはPVDと紫外線を組み合わせた処理チャンバ、または加工タスクの組合せを実行する任意の他のチャンバとすることができる。チャンバ12は、プロセス区間14を密閉する壁13を備え、プロセス区間14は、基板10を支持する基板支持体16を保持する。基板10より上にある紫外線生成区間18内で、紫外線放射を生成することができる。
紫外線ランプモジュール20は、紫外線生成区間18内に紫外線放射を生成するために使用される。ランプモジュール20は、紫外線放射を放出するUVランプ22を備える。UVランプ22は、水銀のマイクロ波アークランプ、パルスキセノン閃光ランプ、または高効率のUV発光ダイオードアレイなどの任意のUV源とすることができる。一変形形態では、UVランプ22は、マイクロ波25を生成するマイクロ波源などの電源23によって励起されるように、キセノン(Xe)または水銀(Hg)などの1つまたは複数のガスで充填された封止式プラズマバルブを備える。別の実施形態では、UVランプ22は、電源23(概略的に示す)によって電力供給されるフィラメントを含み、電源23は、フィラメントに直流電流を供給する。UVランプ22はまた、UVランプ22内のガスを励起できる無線周波数(RF)エネルギー源を備える電源23によって電力供給することができる。UVランプ22は、例示を目的として、細長い円筒形バルブとして示すが、当業者には明らかであるように、球形のランプまたはランプのアレイなど、他の形状を有するUVランプを使用することもできる。適切なUVランプ22は、たとえばオハイオ州ウェストレイクのNordson Corporationまたはメリーランド州スティーブンソンのMiltec UV Companyから市販されている。一実施形態では、UVランプ22は、Miltec UV Companyからの単一の細長いUV H+バルブを含む。他の実施形態では、UVランプ22は、2つ以上の隔置された細長いバルブを含むことができる。
UV透過板24は、UVランプモジュール20を隔離し、UV生成区間18と下にあるプロセス区間14を分離する。板24はまた、基板10からUVランプ22への粒子状物質による汚染をなくし、UVランプ22および/またはマイクロ波源を冷却するためのガスの使用を可能にする。板24はまた、プロセス区間14内でプロセスガスを使用できるようにし、これらのガスがUVランプ22の動作に干渉しないようにする。一実施形態では、板24は、所望のUV波長に対して実質上透過性の光透過率を有する石英材料から製作される。そのような石英材料の一例は、ニュージャージー州ウェストベルリンのDynasil Corporationから商品名Dynasil 1000で市販されている。他の材料を使用して、220nm未満の波長など、異なる波長を有する紫外線放射を生成することもできる。板24はまた、UV生成区間18内へのUV放射の後方反射を最小にするために、反射防止被覆で被覆することができる。たとえば、板24は、フッ化マグネシウム、シリコン、フッ素、および他の被覆で被覆することができる。
紫外線透過式マイクロ波反射板25は、UVランプモジュール20の前に配置され、マイクロ波反射板25を通して紫外線(UV)放射26を透過しながら、同時に、UVランプ22より上で生成されたマイクロ波27を後方反射する。反射されるマイクロ波を矢印27aで示す。マイクロ波反射板25は、マイクロ波27aを紫外線生成区間18内へ後方反射するのに有用である。同時に、UV生成区間28内で生成される紫外線放射26は、マイクロ波反射板25を透過して、チャンバ12のプロセス区間14内に位置する基板10を処理する。
一実施形態では、マイクロ波反射板25は、図2Aおよび2Bに示すように、大きい開放面積を提供するマイクロメッシュスクリーン28を備える。開放面積が大きいことで、UVランプ22によって生成される紫外線放射の大部分が、スクリーン28を通過することができる。マイクロメッシュスクリーン28内の開口29の寸法が大きければ大きいほど、開口29間の固体領域によって反射される紫外線放射26の減衰は低い。したがって、マイクロメッシュスクリーン28の開放面積は、スクリーンの総面積の80%より大きい。スクリーンの総面積とは、固体セグメント30の格子によって覆われた面積である。しかし、マイクロメッシュスクリーン28はさらに、総面積の95%より大きい開放面積を提供するように寸法設定された開口29を有することもできる。図示の例では、マイクロメッシュスクリーン28は、方形の開口29を備える。しかし、開口29は、格子製造技術の当業者には理解されるように、他の形状にすることができる。
この変形形態では、マイクロメッシュスクリーン28の開口29はまた、図1に示すように、マイクロ波がスクリーン28から「跳ね返る」ようにしながら、それでもなお紫外線放射26のうちマイクロメッシュスクリーン28を通過する量を最大にするように寸法設定される。開口29は、図1に矢印27aによって示すように、マイクロ波27(またはUVランプ22を付勢するために使用される他の放射)がマイクロメッシュスクリーン28から「跳ね返る」ように寸法設定される。マイクロ波を反射するのに適切な開口の寸法は、任意の方向に、マイクロ波の波長の少なくとも約4分の1である。2GHzの周波数(150mmの波長)を有するマイクロ波放射の場合、マイクロメッシュスクリーン28は、25mm2にほぼ寸法設定された開口29を備える。当業者には明らかなように、他のタイプの放射または異なる波長を有するマイクロ波放射を反射するためにスクリーンが使用される場合、開口29はそれに応じて寸法設定されることを理解されたい。
一変形形態では、マイクロメッシュスクリーン28は、開口29を画定する固体セグメント30の格子を備える。図2Aおよび2Bに示す変形形態では、固体セグメント30は、厚さが実質上均一であり、同じ寸法を有する開口29を画定するが、固体セグメント30の厚さはまた、格子全体にわたってまたは格子開口の長さ全体にわたって変動することもある。一変形形態では、たとえばスクリーン28が電鋳、PVD、またはCVDなどの堆積プロセスによって作製されるとき、固体セグメント30の連続する層が、互いに交差してマイクロメッシュスクリーン28を形成する。堆積の変形形態では、スクリーン28は本質的に連続する固体材料層であり、開口29のパターンは、線形または非線形の固体セグメント30の交差するパターンによって作られる。しかし、スクリーン28を個々のワイアから、または交差部でともに接合された固体部分のパターンから作製して、固体セグメント30間に開口29を画定することもできる。開口29の例示的な変形形態は方形の形状を有することを示すが、開口29は、弧状の形状などの他の形状、たとえば円形または長円形の形状を有することができることを理解されたい。
開口29間の固体セグメント30の寸法または幅は、マイクロメッシュスクリーン28の強度に影響を及ぼす。開口29間の固体材料の寸法が小さすぎ、または細かすぎる場合、マイクロメッシュスクリーン28は、取り扱うのが困難なことがあり、また設置するとき、または清浄のためにUVランプモジュール20から取り外すときに、破損することがある。したがって、固体セグメント30の寸法は、固体セグメント30間の開口29の寸法を制限することがある。一変形形態では、良好な機械的強度を有するマイクロメッシュスクリーン28は、各開口の開放面積が5mm2未満になるように開口29間の固体セグメント30にパターン形成することによって形成される。
図2Aおよび2Bに示す変形形態では、マイクロメッシュスクリーン28は固体セグメント30の格子を備え、固体セグメント30はそれぞれ、高さと幅で方形の断面を有する。方形の固体セグメント30は、固体セグメント30の寸法の空間的な向きの制御を提供する。たとえば、横方向の強度が高いマイクロメッシュスクリーン28は、高さが幅より高い固体セグメント30から作製することができる。高さが高ければ高いほど、垂直方向により大きい厚さを提供しながら水平方向の厚さを最小にし、マイクロメッシュスクリーン28に改善された機械的強度を提供しながら、より多くの量のUV放射に開口29を通過させる。固体セグメント30の幅が小さければ小さいほど、より大きい開放面積が紫外線ランプに面し、ランプの放射のより多くの部分にスクリーンを通過させる。一変形形態では、固体セグメント30の高さと幅の比は、少なくとも約1.5であり、またさらには約2〜約5である。たとえば、セグメント30は、約10〜約100ミクロンの幅および約2〜約500ミクロンの高さを有することができる。
別の変形形態では、固体セグメント30は、図3Aに示すように、異なる寸法の長方形を含む。たとえば、固体セグメント30は、マイクロメッシュスクリーン28の周辺領域31a、bでより大きい第1の断面積を有し、マイクロスクリーンの中心領域31cでより小さい第2の断面積を有することができる。この変形形態では、UVランプ22の中心で固体セグメント30の寸法を最小にしながら、それでもなおスクリーン28の周辺縁部で十分な強度を保持する。逆に、特定のUVランプ22またはUVランプモジュール20の紫外線放射出力のスペクトル強度プロファイルに応じて、固体セグメント30の断面プロファイルは、ランプモジュール20全体にわたって紫外線強度放射プロファイルを均衡させかつ均等にするように、他の形で選択することができる。一例では、周辺領域31a、bの固体セグメント30は、約0.01mm〜約0.5mmの第1の直径または幅を有することができ、中心領域31cの固体セグメント30は、約0.002mm〜約0.1mmの第2の直径を有することができる。固体セグメント30の寸法は、周辺領域31a、bから中心領域31cへ段階的または継続的に低減させることができ、または逆も同様である。
さらに別の変形形態では、マイクロメッシュスクリーン28の固体セグメント30は、図3Bに示すように円形の断面を有する。円形の断面とは、円、長円形、または楕円形の形状を意味する。円形の断面プロファイルは、より大きい圧縮強度を提供し、組立てまたは使用中にマイクロ波反射板25およびマイクロメッシュスクリーン28に圧縮応力が加えられるときに望ましい。一変形形態では、円形の断面プロファイルを有する固体セグメント30の直径は、約10〜約100ミクロンである。円形の断面を有する固体セグメント30はまた、所望のパターンで互いに重複するように置かれて、重複する接合部で接着剤(図示せず)によって接合された押出しワイアとすることができる。たとえば、固体セグメント30上に接着剤を噴霧して接合部を定位置に固定し、格子を形成することができる。
固体セグメント30はまた、図3Cに示すように、長さ全体にわたって変化する寸法を有することができる。この変形形態では、断面寸法は、直径または幅などによって、固体セグメント30の長さ全体にわたって変化する。たとえば、断面寸法は、マイクロメッシュスクリーン28の中心の方へ徐々に低減することができる。この変形形態では、固体セグメント30の断面寸法は、周辺縁部で第1のより大きい寸法を含み、中心領域で第2のより小さい寸法を含み、または逆も同様である。たとえば、断面寸法は、少なくとも約100ミクロンの第1の寸法から約20ミクロン未満の第2の寸法へ徐々に先細りすることができる。
マイクロメッシュスクリーン28は、電気メッキ/電鋳、鋳造、射出成型、または他の製作技法などのプロセスによって所望の構造で製作できる任意の適切なマイクロ波反射材料から作製することができる。一変形形態では、マイクロメッシュスクリーン28は、導電性の金属から作製される。少なくとも約13以上の高い原子数を有する金属が、より安定しているため、より良好である。金属材料はまた、少なくとも約19g/cm3以上などの高い密度を有することができる。たとえば、マイクロメッシュスクリーン28は、ニッケル、ニッケル−鉄、銅、銀、金、鉛、タングステン、ウラン、またはこれらの合金などの金属から作製することができる。
図2Aおよび2Bに示す実施形態では、マイクロ波反射板25はまた、マイクロメッシュスクリーン28を取り囲む金属フレーム32を備える。金属フレーム32は、たとえばマイクロメッシュスクリーン28が微細な断面寸法を有するとき、脆弱なマイクロメッシュスクリーン28を補強するために提供される。この変形形態は、マイクロメッシュスクリーン28がミクロンの範囲で寸法設定された固体セグメント30を備えるとき、特に有用である。しかし、金属フレーム32はまた、大きい寸法を有する開口29によって固体セグメント30が隔置され、したがって機械的強度または剛性が低いスクリーンを提供するときに使用することもできる。これらの変形形態は、紫外線処理チャンバ12内へ設置中に破損または湾曲することが多い。
金属フレーム32は、マイクロメッシュスクリーン28を取り囲み、したがってスクリーン28は、金属フレーム32全体にわたって延びるように伸縮する。図示の変形形態では、金属フレーム32は、長手方向の境界33aおよび横方向の境界33bを備え、境界33a、bはそれぞれ、方形の断面プロファイルを有する。長手方向の境界33aと横方向の境界33bの断面寸法は同じにすることができ、または長手方向の境界33aは、横方向の境界33bの第2の方形の断面とは異なるように寸法設定された第1の方形の断面を有することができる。一変形形態では、金属フレーム32の長手方向の境界33aおよび横方向の境界33bは、少なくとも約20mmの幅および約10ミクロン〜約100ミクロン、またさらには約30ミクロン〜約80ミクロンの厚さを含む。
別の変形形態では、金属フレーム32は、図4に示すように、先細り状の断面を含む。この変形形態では、金属フレーム32の長手方向の境界33aは、第1の厚さを有する外周部34aと、第1の厚さより薄い第2の厚さを有する内周部34bとをもつ。これにより、金属フレーム32に構成上の剛性を提供しながら、フレームを作製するために使用される材料の量を低減させる。そのようなフレームの断面は、フレームを作製するために使用される材料が高価であるとき、またはフレームの厚さを構築するプロセスに時間がかかるときに適切である。金属フレーム32に選ばれた金属は、マイクロメッシュスクリーン28に選ばれた材料と同じ材料でも異なる材料でもよく、また元素状金属でも金属合金でもよい。
一実施形態では、マイクロメッシュスクリーン28は、図5に示すように、電鋳プロセスによって作製され、1つまたは複数の電鋳された層を備える。この方法では、金属、プラスチック、セラミック、またはガラスの平滑なプリフォームが清浄される。プリフォームに適切な材料は、たとえば銅、ニッケル、またはステンレス鋼である。プリフォームを研磨して平滑な研磨された表面を提供し、電鋳されたメッシュを容易に剥がせるようにする。ガラスプリフォームなど、プリフォームが非導電性であるとき、または堆積された材料より下にベース層を提供するには、プリフォーム上に導電材料層を塗布することもできる。プリフォームの表面は、シート状の感光性のフォトレジスト層で被覆される。フォトレジスト層はまた、プリフォームの研磨された導電表面に積層させることもできる。フォトレジスト上には、所望のマイクロメッシュスクリーンに対するパターンを有するマイクロメッシュパターンのフォトマスクが配置され、光源を使用して、マイクロメッシュパターンの画像をフォトレジスト上に刻印する。次いで、露出されたフォトレジストが、様々な現像液で洗い流される。現像液は、フォトレジストの露出されていない部分または露出された部分を、硬化、溶解、および/または除去する。その結果、マイクロメッシュスクリーンの充填された開口に対応する高くなったレジストフィーチャのパターンが、プリフォーム上に作られる(図示せず)。
次いで、電解液からの導電材料が、パターン付きレジストフィーチャ間の凹部領域上に堆積し、マイクロメッシュスクリーン28を画定する相互接続された固体セグメント30を形成する。このプロセスでは、プリフォームの裏面は、この面に金属が堆積するのを防止するために、非導電性の材料で覆われる。次いで、プリフォームは、たとえばスルファミン酸ニッケルまたは硫酸銅など、ニッケルまたは銅塩を含有する金属含有電鋳液内に浸漬される。導電性のプリフォーム表面をカソードとして使用し、堆積すべき金属の電極をアノードとして使用して、溶液に電流が流される。好ましいアノード材料は、ニッケルまたは銅を含む。溶液の端と端の間に電位が存在するとき、非導電性のレジストフィーチャによって画定されたパターン内の導電性の露出された心棒表面上に金属が堆積する。電鋳プロセスは、マイクロメッシュスクリーン28の固体セグメント30に対する所望の厚さが得られるまで継続される。電鋳後、マイクロメッシュスクリーン28は、プリフォームから剥がされる。マイクロメッシュが非常に微細な線を有する応用例では、溶解液内で洗浄することによって残留のフォトレジストをまず除去してから、電鋳されたマイクロメッシュスクリーン28をプリフォームから持ち上げることができる。
一変形形態では、金属フレーム32はまた、マイクロメッシュスクリーン28と一体化されたユニット構造として作製することができる。金属フレーム32のパターンをマイクロメッシュスクリーン28の開口30のパターンに組み込んで単一のパターン付きのフォトマスクにすることによって、電鋳プロセスを使用して、金属フレーム32とマイクロメッシュスクリーン28の両方を同時に形成できることがわかった。電鋳プロセスは、連続する電鋳された層である金属フレーム32およびマイクロメッシュスクリーン28を作る。
電鋳プロセスは、マイクロメッシュスクリーン28に対して高品質の微細パターンを可能にするので有利である。電鋳プロセスによって作製されるマイクロ波反射板25では、周波数が20GHzより大きくUV透過率が80%より大きいマイクロ波放射の反射率は、98%より大きい。このプロセスはまた、良好なプロセス再現性および制御において比較的低い単価で品質生産を可能にする。電鋳はまた、非常に微細な線を含む固体セグメント30のマイクロメッシュスクリーン28を生成し、電鋳を使用して、弧状の断面または他のパターンの固体セグメント30を形成することができる。写真で再現されるパターンで得られる精度および分解能により、マイクロメッシュスクリーンは、微細な線の幾何形状およびより厳しい公差を有することができる。しかし、電鋳製作の例示的な方法は、製作方法を例示するために提供され、他の方法を使用して、マイクロ波反射板25およびマイクロメッシュスクリーン28を形成することもできる。また、当業者には明らかであるように、異なる電鋳材料および溶液を用いることもできる。
紫外線透過式マイクロ波反射板25の別の実施形態は、図6に示すように、UV透過板24全体にわたって延び、UV透過板24によって支持されたマイクロメッシュスクリーン28を備える。適切な紫外線透過材料の紫外線透過は、材料上に入射する紫外線放射の少なくとも約80%である。たとえば、UV透過板24を形成するために使用できる紫外線透過材料は、二酸化シリコン、たとえば石英を含む。適切な石英板は、約4分の1”〜約2”の厚さを有することができる。チャンバ12では、重ね合わせたマイクロメッシュスクリーン28を備えるUV透過板24を使用して、前述のUV透過板24自体に取って代わることもできる。マイクロメッシュスクリーン28は、別個の構造として電鋳し、次いでUV透過板24に付着させ、または他の形で接合させることができる。別の変形形態では、マイクロメッシュスクリーン28は、UV透過板24上へ直接電鋳される。後者の場合、石英板は、所望の形状および寸法を有する板を形成するように、石英スラブを鋳造してスラブを機械加工することによって形成される。平滑な表面を形成するように、従来の研磨方法を使用してスラブの平坦な表面を研磨することができる。その後、上述のフォトレジスト方法を使用して、マイクロメッシュスクリーン28に対応する導電性の格子パターンが石英板上に形成される。その結果得られる構造を電鋳液内に浸漬して、UV透過板24上へ直接マイクロメッシュスクリーン28を電鋳する。
さらに別の変形形態では、図7に示すように、固体セグメント30の格子を備えるマイクロメッシュスクリーン28は被覆媒体38で被覆され、したがって被覆媒体は、固体セグメント30を覆う。被覆媒体38はまた、紫外線透過媒体とすることができる。一変形形態では、被覆媒体の厚さは、約2ミクロン〜約10ミクロンである。この方法では、固体セグメント30の格子を備えるマイクロメッシュスクリーン28は、電鋳によって形成される。その後、固体セグメント30は、被覆媒体38で被覆される。たとえば、ポリマーを含む被覆媒体38を固体セグメント30上に広げることができる。一変形形態では、ポリマーは液体として提供され、固体セグメント30の格子上に塗布される。次いでポリマーは、加熱または他の処理によって硬化され、ポリマー構造内に埋め込まれたワイアメッシュを形成する。
UVランプ22の前でフレーム入りマイクロメッシュスクリーン28を支持するために使用できるフレームアセンブリ40の一実施形態を図8に示す。この変形形態では、フレームアセンブリ40は外側フレーム42を備え、外側フレーム42は、マイクロ波反射板25の金属フレーム32に嵌合する境界43と、境界43の上部および底部区域から上方へ延びるフランジ44とを備える。マイクロ波反射板25の金属フレーム32は、外側フレーム42の境界43の上に、境界43を覆うように位置決めされる。マイクロ波反射板25の金属フレーム32の上には、フレームを保持してマイクロメッシュスクリーン28にかかる応力を緩和するように、フレームマウント46が嵌合され、フレームマウント46は、方形のカットアウト48を取り囲む長手方向の縁部47aおよび横方向の縁部47bを備える。外側フレーム42とフレームマウント46は、マイクロ波反射板25のフレーム32を間に挟んで、微細なマイクロメッシュスクリーン28に機械的強度および剛性を提供する。1対の側面ガスケット49a、bはそれぞれ、長手方向ストリップ50a、bを備え、長手方向ストリップ50a、bの内側および外側の縁部上のポスト51a、bが、フレームマウント46の長手方向の縁部47aの上に位置決めされる。1対の上部ガスケット52aおよび底部ガスケット52bはそれぞれ、長手方向ストリップ53a、bを備え、長手方向ストリップ53a、bは、垂直に延びる外側フランジ54a、bをもつ。ガスケット49a、bおよび52a、bの上には、フレームアセンブリ40全体を保持および捕獲するように、フレームトラップ55が取り付けられる。この変形形態では、マイクロ波反射板25は方形の形状を有し、したがって、フレームアセンブリ40の様々な構成要素はまた、マイクロ波反射板25のマイクロメッシュの方形の形状に一致するカットアウトを有するように成形されるが、他のフレーム形状および構成を使用することもできる。
UVランプ22を含むUVランプモジュール20、マイクロ波反射板25、UVランプ22を部分的に取り囲む1次反射板63を含む反射板アセンブリ62を図9に示す。1次反射板63は、中心反射板64を含むことができる1組の反射板を構成する。中心反射板64は、UVランプ22に対して隔置された関係で、UVランプ22の後ろで中心に位置決めされる。中心反射板64は、湾曲した反射表面67を有する長手方向ストリップ66を備え、反射表面67は、UVランプ22によって放出されて誘導された紫外線放射線を基板10の方へ後方反射するために、UVランプ22の裏面に面する。長手方向ストリップ66内には、冷却ガス69を外部の冷却ガス源からUVランプ22の方へ誘導できるように、複数の貫通孔68が設けられる。1次反射板63はまた、中心反射板64のいずれかの側面に位置決めされた第1の側面反射板70および第2の側面反射板72を含むことができる。1次反射板63、ならびに第1の側面反射板70および第2の側面反射板72はまた、注型石英から作製することができ、それぞれ弧状の反射表面74、76である内部表面を有する。中心反射板64および側面反射板70、72のいずれかは、それぞれ長円形もしくは放物線状の反射板とすることができ、または長円形の反射部分と放物線状の反射部分の両方の組合せを含むことができる。任意選択で、中心反射板64または側面反射板70、72の反射表面のいずれかに、2色性の被覆(図示せず)を塗布することもできる。2色性の被覆36は、小さい波長範囲を有する光を選択的に通過させながら他の波長を反射する薄膜フィルタである。
反射板アセンブリ62はまた、図9に示すように、1次反射板63に加えて2次反射板90を含むことができる。2次反射板90は、普通なら1次反射板の投光パターンの境界の外側に入るはずのUV放射をさらに通して再誘導し、したがってこの反射された放射は、処理されている基板10に当たって、基板10を放射するエネルギーの強度を増大させる。2次反射板90は、UVランプ22の投光パターンを実質上方形の領域から実質上円形の形状92に変える。実質上円形の形状92は、露出されている実質上円形の半導体基板10に対応する。2次反射板90は、上部部分94および下部部分96を含み、上部部分94と下部部分96は、反射板90の内周部の周りを延びる頂点98でぶつかる。上部部分94は、冷却空気を妨げずにUVランプ22へ流せるように、半円形のカットアウト100を含む。上部部分94はまた、2つの対向する(上部から)概ね内側に傾斜した長手方向の表面102a、bと、2つの対向する横方向の表面102c、dとを含む。横方向の表面102bは概ね垂直であり、横方向に沿って凸形の表面を有する。長手方向の表面102aは、長手方向に沿って概ね凹形である。上部部分94の真下に位置決めされる下部部分96は、2つの対向する(上部から)概ね外側に傾斜した表面104aと、2つの対向する概ね外側に傾斜した横方向の表面104bとを含む。図示の実施形態では、表面10bは、(垂直に対して)表面102aより低減された角度をなす。長手方向の表面102aは、長手方向に沿って概ね凹形であるが、表面102bは、横方向に沿って概ね凸形である(ただし顕著な例外として、隅部108では、表面102aの下部部分が表面102bの下部部分とぶつかる)。
本明細書に記載の紫外線ランプモジュール20は、たとえば半導体加工装置、太陽電池パネル加工装置、およびディスプレイ加工装置を含めて、多くの異なるタイプの基板処理装置で使用することができる。シリコンまたは化合物の半導体ウェーハなどの半導体ウェーハを処理するために使用できる例示的な基板処理装置200を図10および11に示す。装置200は、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.から市販のProducer(商標)処理システムの一実施形態を示す。装置200は、図10に示すように、メインフレーム構造202上に必要な処理ユーティリティが支持された自己完結型システムである。装置200は通常、ロードロックチャンバ208との間で基板10のロードおよびアンロードを可能にするように基板カセット206a、bが支持されるカセットロードチャンバ204と、基板ハンドラ214を収容する搬送チャンバ210と、搬送チャンバ210上に取り付けられた一連のタンデム型プロセスチャンバ216a〜cとを含む。ユーティリティエンド220は、ガスパネル222や配電パネル224など、装置200の動作に必要な支持ユーティリティを収容する。
タンデム型プロセスチャンバ216a〜cはそれぞれ、基板10a、bをそれぞれ処理することが可能なプロセス区間218a、b(チャンバ216bのものを示す)を含む。2つのプロセス区間218a、bは、共通のガス供給、共通の圧力制御、および共通のプロセスガス排気/ポンプシステムを共有して、異なる構成間の急速変換を可能にする。チャンバ216a〜cの構成および組合せは、特定のプロセスステップを実行する目的に対して変更することができる。タンデム型プロセスチャンバ216a〜cのいずれかは、基板10上の材料の処理および/またはチャンバ清浄プロセスに使用するために、1つまたは複数のUVランプ22を含む下記の蓋を含むことができる。図示の実施形態では、タンデム型プロセスチャンバ216a〜cの3つすべてがUVランプ22を有し、最大処理量のために並列で動作するようにUV硬化チャンバとして構成される。しかし、代替実施形態では、タンデム型プロセスチャンバ216a〜cはすべて、UV処理チャンバとして構成されないこともあり、装置200は、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)、エッチング、またはこれらのプロセスの組合せなどの他のプロセスを実行するチャンバを有するように適合することができ、UV処理は同じチャンバ内で実行される。たとえば、装置200は、基板10上に低誘電率(K)膜などの材料を堆積させるCVDチャンバとしてタンデム型プロセスチャンバ216a〜cの1つを備えるように構成することができる。
半導電性ウェーハなどの基板10のUV処理のために構成された装置200のタンデム型プロセスチャンバ216の一実施形態を図11に示す。プロセスチャンバ216は、本体230と、本体230にヒンジで取り付けることができる蓋234とを含む。蓋234には2つの筐体238a、bが結合され、筐体238a、bはそれぞれ、筐体238a、bの内部へ冷却ガスを通過させるために、出口242a、bとともに入口240a、bに結合される。冷却ガスは、パイプ246a、bおよび流れ制御装置248a、bを介して冷却ガス源244から得られ、冷却ガスは、約22℃など、室温以下とすることができる。冷却ガス源244は、タンデム型プロセスチャンバ216a〜cに関連するUVランプ22および/またはランプ用の電源の正しい動作を確実にするのに十分な圧力および流量の冷却ガスを入口240a、bへ提供する。タンデム型プロセスチャンバ216と一緒に使用できる冷却モジュールの詳細は、本発明の譲受人に譲渡された2006年11月3日出願の「Nitrogen Enriched Cooling Air Module for UV Curing System」という名称の米国特許出願第11/556,642号に見られる。同出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。オゾンの形成は、酸素のない冷却ガス(たとえば、窒素、アルゴン、またはヘリウム)でランプを冷却することによって回避することができる。一変形形態では、冷却ガス源244は、流量が約200〜2000sccmの窒素を含む冷却ガスを提供する。出口242a、bは、筐体238a、bから排気された冷却ガスを受け取り、この冷却ガスは、共通の排気システム(図示せず)によって収集される。この排気システムは、バルブ選択に応じて、UVバルブによって潜在的に生成されるオゾンを除去するためにスクラバを含むことができる。
筐体204はそれぞれ、本体230内に画定された2つのプロセス区間218a、b上にそれぞれ配置された2つのUVランプ22の1つを覆う。各プロセス区間218a、b上には単一のUVランプ22を示すが、たとえば2007年3月15日出願の「APPARATUS AND METHOD FOR TREATING A SUBSTRATE 10 WITH UV RADIATION USING PRIMARY AND SECONDARY REFLECTORS」という名称の米国特許出願公開第20070257205号に記載のように、複数のUVランプを使用して全体的な照射を増大できることに留意されたい。同出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。筐体238a、bはそれぞれ、UVランプ22が中に位置決めされる上部筐体252a、bと、2次反射板90が中に配置される下部筐体256a、bとを備える。図示の変形形態では、ディスク255a、bがそれぞれ複数の歯257a、bを有し、歯257a、bは、ディスクをスピンドル(図示せず)に結合させる対応するベルト(図示せず)を把持する。スピンドルは、モータ(図示せず)に動作可能に結合される。ディスク255a、b、ベルト、スピンドル、およびモータにより、基板支持体254a、b上に位置決めされた基板に対して、上部筐体252a、b(および上部筐体252a、b内に取り付けられたUVランプ22)を回転させることができる。各2次反射板90は、ブラケット(図示せず)によってそれぞれのディスク255a、bの底部に取り付けられ、それによって2次反射板は、下部筐体256a、b内で上部筐体252a、bおよびUVランプ22とともに回転することができる。露出している基板10a、bに対してUVランプ22を回転させることで、基板の表面全体にわたって露出の均一性を改善する。一実施形態では、UVランプ22は、露出している基板10a、bに対して少なくとも180度回転することができ、他の実施形態では、UVランプ22は、270度またさらには全360度回転することができる。
プロセス区間218a、bはそれぞれ、プロセス区間218a、b内で基板10a、bを支持する基板支持体254a、bを含む。支持体254a、bは加熱することができ、セラミックまたはアルミニウムなどの金属から作製することができる。支持体254a、bは、ステム258a、bに結合することが好ましく、ステム258a、bは、本体230の底部を貫通して延出しており、処理区間250a、b内で支持体254a、bをUVランプ22の方へ動かし、またUVランプ22から離すように、駆動システム260a、bによって動作される。駆動システム260a、bもまた、基板照射の均一性をさらに高めるために、硬化中に支持体254a、bを回転および/または平行移動させることができる。また、支持体254a、bを調整可能に位置決めすることで、焦点距離など、光伝達システムの設計上の考察の性質に応じて、基板10a、b上の入射するUV照射レベルの潜在的な微調整に加えて、揮発性の硬化副生成物ならびにパージガスおよびクリーンガスの流れパターンおよび滞留時間の制御も可能になる。
図示の変形形態では、UVランプ22は、UVランプ22へマイクロ波を供給するマイクロ波源を備える電源(図示せず)によって励起されるように水銀で充填された、細長い円筒形の封止式プラズマバルブである。一変形形態では、マイクロ波源は、マグネトロンと、マグネトロンのフィラメントを付勢する変圧器とを含む。一変形形態では、キロワットのマイクロ波電源は、筐体238a、b内の開口(図示せず)に隣接してマイクロ波を生成し、開口を通ってUVランプ22へマイクロ波を伝送する。最高6000ワットのマイクロ波電力を提供するマイクロ波源は、それぞれのUVランプ22から最高約100WのUV光を生成することができる。一変形形態では、UVランプ22は、広帯域の波長170nm〜400nm全体にわたってUV光を放出する。UVランプ22内のガスは、放出される波長を決定し、酸素が存在するとき、より短い波長がオゾンを生成する傾向があるため、UVランプ22によって放出されるUV光は、UV処理プロセス中のオゾン生成を回避するために、200nmを越える広帯域のUV光を主として生成するように調整することができる。
各UVランプ22から放出されるUV光は、蓋234内の開口内に配置された窓264a、bを通過することによって、処理区間250a、bの1つに入る。一変形形態では、窓264a、bは、合成の石英ガラス板などの紫外線透過板を備え、亀裂なく真空を維持するのに十分な厚さを有する。たとえば、窓264a、bは、最低約150nmまでのUV光を透過するOHのない溶融シリカから作製することができる。蓋234は本体230を封止し、したがって窓264a、bは蓋234に封止され、約1トル〜約650トルの圧力を維持することが可能な体積を有するプロセス区間218a、bを提供する。プロセスガスは、2つの入口通路262a、bの1つを介してプロセス区間218a、bに入り、共通の排気ポート266を介してプロセス区間218a、bから出る。また、筐体238a、bの内部へ供給される冷却ガスは、UVランプ22を越えて循環するが、窓264a、bによってプロセス区間218a、bから隔離される。
シリコン−酸素−炭素を含む低誘電率誘電体材料が硬化される例示的な紫外線処理プロセスについて、次に説明する。そのような硬化プロセスでは、支持体254a、bは350℃〜500℃に加熱され、プロセス区間258a、bは、支持体254a、bから基板10への熱の伝達を高めるように、約1〜約10トルのガス圧力で維持される。硬化プロセスでは、それぞれの入口通過262a、bを介して、それぞれのタンデム型チャンバ216a〜c内で、8トルの圧力において14slmの流量でヘリウムが導入される(対の片側当たり7slm)。いくつかの実施形態では、硬化プロセスはまた、Heの代わりに、またはHeとの混合物として、窒素(N2)またはアルゴン(Ar)を使用することもできる。パージガスは、硬化している副生成物を除去し、基板10a、b全体にわたって均一の熱の伝達を促進し、処理区間250a、b内の表面上に蓄積する残留物を最小にする。また、水素を追加して、基板10上の膜からメチル基を除去し、硬化中に解放された酸素を捕集することもできる。
別の実施形態では、硬化プロセスは、パルスキセノン閃光ランプを使用できるパルスUVランプ22を使用する。プロセス区間218a、bは、約10ミリトル〜約700トルの圧力において真空下で維持され、基板10a、bは、UVランプ22からのUV光のパルスに露出される。パルスUVランプ22は、様々な応用例に対して、UV光の調整された出力周波数を提供することができる。
プロセス区間218a、b内で、清浄プロセスを実行することもできる。このプロセスでは、支持体254a、bの温度を約100℃〜約600℃に上昇させることができる。清浄プロセスでは、元素状酸素が、処理区間250a、bの表面上に存在する炭化水素および炭素種と反応して、一酸化炭素および二酸化炭素を形成する。一酸化炭素および二酸化炭素は、排気ポート266を通ってポンプで汲み出すことができ、または排気することができる。酸素などの清浄ガスは、選択された波長のUV放射へ露出させて、その場でオゾンを生成することができる。清浄ガスが酸素であるとき、所望の波長、好ましくは約184.9nmおよび約253.7nmでUVランプ22からUV光放出を提供するように、電源をオンにすることができる。酸素は184.9nmの波長を吸収してオゾンおよび元素状酸素を生成し、253.7nm波長はオゾンによって吸収され、酸素ガスならびに元素状酸素の両方に分解されるため、これらのUV放射の波長は酸素による清浄を高める。清浄プロセスの一変形形態では、5slmのオゾンおよび酸素(酸素中13重量%のオゾン)を含むプロセスガスをタンデム型チャンバ216a、b内へ流し、各プロセス区間218a、b内で均等に分割して、プロセス区間218a、b内の表面から堆積物を清浄するのに十分な酸素ラジカルを生成した。O3分子は、様々な有機残留物を浸食することもできる。残りのO2分子は、処理区間250a、b内の表面上の炭化水素堆積物を除去しない。6対の基板10a、bを硬化させた後、8トルで20分間の清浄プロセスを行うことで、十分な清浄プロセスを実行することができる。
本発明の例示的な実施形態について図示および説明したが、本発明を組み込む他の実施形態を当業者であれば考案することができ、他の実施形態もまた、本発明の範囲内である。さらに、図中の例示的な実施形態に関して示す下、上、底部、上部、上へ、下へ、第1、および第2という用語、ならびに他の相対的または位置的な用語は交換可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明を説明するために本明細書に記載の好ましい変形形態、材料、または空間構成に関する記載に限定されるものではない。