UV固化装置的制作方法

本发明涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及UV固化装置。

背景技术：

低k介电薄膜通过各种CVD(化学汽相沉积)或旋转涂覆工艺可沉积在晶圆上。基于诸多原因，在沉积之后通过UV光照射固化这些介电材料，这些原因包括提高和/或恢复薄膜材料的物理属性，诸如增强弹性模量或硬度以改善机械强度用于较高的封装量和/或更好地抵挡诸如蚀刻、化学清洗、CMP(化学机械抛光)、引线接合等的薄膜后沉积。此外，UV固化用于修复由诸如氟和氮的化学品导致的对薄膜的损坏，以及用于恢复在一些薄膜后沉积工艺期间可增强的薄膜低k属性。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种UV固化装置，包括：

处理室；

UV光源，设置在处理室上方；

窗，设置在处理室和UV光源之间用以允许来自UV光源的UV光穿过且进入处理室；

密封环，设置在处理室和窗之间用以密封处理室；以及

光遮蔽装备，设置在UV光源和密封环之间用以防止密封环暴露给UV光。

根据本发明的一个实施例，UV光源包括反射器，并且光遮蔽装备组装在反射器上。

根据本发明的一个实施例，反射器包括彼此连接的多个柱条，并且在相邻柱条之间形成间隙。

根据本发明的一个实施例，密封环暴露于间隙，并且光遮蔽装备覆盖密封环的暴露部分。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备包括遮蔽件，遮蔽件包括：

顶板，覆盖间隙和密封环的暴露部分；以及

两个侧板，从顶板的两个相对端延伸且接触反射器。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备包括用于将侧板紧固在反射器处的紧固件。

根据本发明的一个实施例，还包括设置在处理室上用以支撑窗的支撑器，其中，密封环夹设在窗和支撑器之间。

根据本发明的一个实施例，支撑器包括凸缘和立于凸缘上的侧壁，其中，窗由凸缘支撑，并且在侧壁处组装光遮蔽装备。

根据本发明的一个实施例，密封环夹设在凸缘和窗之间。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备覆盖窗的边缘部分和密封环。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备是金属环。

根据本发明的一个实施例，密封环是由橡胶制成。

根据本发明的一个实施例，窗是石英窗。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备是由铝或铝合金制成。

根据本发明的一个实施例，还包括设置在处理室内以保持衬底的保持架，其中，衬底接收穿过窗的UV光。

根据本发明的另一方面，提供了一种UV固化装置，包括：

处理室；

UV光源，设置在处理室上方；

支撑器，设置在处理室上；

窗，由支撑器支撑用以允许来自UV光源的UV光穿过且进入处理室；

密封环，设置在支撑器和窗之间用以密封处理室；以及

光遮蔽装备，设置在支撑器和UV光源之间以遮蔽UV光射在密封环上。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备紧固在支撑器上且覆盖窗的边缘部分和密封环。

根据本发明的一个实施例，UV光源包括通过连接多个柱条形成的反射器，其中，在相邻柱条之间形成间隙，并且密封环的一部分暴露于间隙。

根据本发明的一个实施例，光遮蔽装备组装至反射器并且覆盖密封环的暴露部分。

根据本发明的又一方面，提供了一种UV固化方法，包括：

将密封环放置在窗和处理室之间用以密封处理室；

将UV光射向处理室；以及

遮蔽处于窗的边缘处的UV光的一部分用以防止密封环暴露于UV光。

附图说明

当结合附图进行阅读时，通过下列详细的描述，可以更好地理解本公开的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，没有按比例绘制各种部件。实际上，为了清楚地讨论，可以任意地增加或减小各种部件的尺寸。

图1是根据本公开的UV固化装置的示例性实施例的示意图。

图2是根据本公开的一些实施例的UV光源130的一部分的截面图。

图3A和图3B是根据本公开的一些实施例的仰视第二反射器所呈现的不同组装状态的斜视图。

图4示出了根据本公开的一些实施例的UV固化装置的示意图。

图5是根据本公开的一些实施例的UV固化方法的流程图。

具体实施方式

下列公开提供了用于实现所提供主题的不同特征的多种不同实施例或实例。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在多个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复用于简化和清楚，并且其本身不表示所述多个实施例和/或配置之间的关系。

此外，在此可使用诸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、以及“上面的”等的空间关系术语，以容易的描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件(多个元件)或部件(多个部件)的关系。除图中所示的方位之外，空间关系术语将包括使用或操作中的装置的各种不同的方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且通过在此使用的空间关系描述符进行相应地解释。

在UV固化低k介电薄膜期间，最好保持晶圆的整个表面上方具有均匀的UV固化强度以避免产生诸如在晶圆的部分处出现薄膜缩小的问题，这种问题可不成比例地暴露给更高的照射强度，这样可导致器件性能的可变性。因此，需要提供一种使用寿命长且缺陷改进的UV装置。

图1是根据本公开的UV固化装置的示例性实施例的示意图。UV固化装置100包括具有外壳112的处理室110，外壳112内限定有UV照射处理空间。外壳112包括用于从处理室110装载和卸载晶圆200的至少一个裂缝开口114。

UV固化装置100包括设置在处理室110的底部上方的晶圆保持架116。晶圆保持架116具有一般圆形的转盘，该转盘被配置和构造成支撑晶圆200。晶圆200包括半导体衬底，其中，半导体衬底由例如硅、化合半导体(诸如碳化硅、砷化铟或磷化铟)、或合金半导体(诸如碳化硅锗、磷化砷镓或磷化铟镓)制成。晶圆200还可包括位于半导体衬底中的各种掺杂区、介电部件或多级互连件。介电材料的薄膜沉积在晶圆200的表面上以被固化。

在一些实施例中，晶圆保持架116包括陶瓷材料。晶圆保持架116通过轴118连接至提升机构(未示出)。轴118可将晶圆保持架116降低至传递位置以允许晶圆200进入处理室110放置在晶圆保持架116上。轴118可将晶圆保持架116升至预定的处理位置。轴118连接至旋转机构(未示出)。晶圆保持架116可通过轴118进行旋转，因此晶圆保持架116上的晶圆200均匀地暴露给UV光。晶圆保持架116还包括加热器115，使得晶圆保持架116和其上的晶圆200在UV固化工艺期间可加热至预定温度。

通过使用静电电荷、机械夹具、真空夹具或重力可将晶圆200保持在 晶圆保持架116上。通过应用光学技术(钨丝灯、激光)、热辐射技术、或通过使用衬托器和射频(RF)感应加热可加热晶圆保持架116上的晶圆200。

在一些实施例中，自动化材料处理系统(AMHS)可用于运送晶圆盒或载体，诸如将多个未处理的晶圆保持在处理室110的FOUP(前开式标准晶圆盒)。在一些实施例中，通过与从处理室110卸载被处理的晶圆200相同的路径将未处理的晶圆200装载至处理室110内。可选地，将未处理的晶圆200装载至处理室110内的路径不同于从处理室110卸载被处理的晶圆200的路径。

UV固化装置100还包括UV光源130，其包括用于发出UV波长辐射的UV灯单元132。UV灯单元132包括布置在UV光源130的侧壁136上的UV灯134阵列或多个UV灯134。晶圆200定位在处理室110内的UV灯单元132的光学视线中，以接收用于薄膜固化的UV辐射。

图2是根据本公开的一些实施例的UV光源130的一部分的截面图。UV灯134紧固在UV光源130的侧壁136上。因此，在一些实施例中，灯单元132固定且稳固在适当位置。在一些实施例中，UV光源130包括第一反射器138，其包括在每个UV灯134上方延伸的部分，以朝向处理室向下反射UV光，从而增强介电薄膜的照射和固化，介电薄膜诸如先前通过任何适合的方式(包括CVD(化学汽相沉积))或旋转涂覆)沉积在晶圆上的低k薄膜。

第一反射器138邻近UV灯134定位，以增强UV辐射的反射。第一反射器138可具有任何适合的配置，并且在所示的示例性实施例中具有如图2所示的波状角的或曲折图案。单个UV灯134定位在通过成角反射器单元所形成的每个凹槽内。在其他实施例中，第一反射器138可以是凹形的，其中，单个UV灯134定位在多个凹形反射器中的每一个下方，与图2所示的角形反射器布置相似。

UV光源130还包括连接至第一反射器138的底部的第二反射器190。由第一反射器138反射的UV光进一步由第二反射器190反射，并且然后第二反射器190所反射的UV光进入处理室110(参见图1)用以固化晶圆 上的介电薄膜。第二反射器190布置在UV光源130的底部分上且朝向处理室110。

第一反射器138和第二反射器190可由任何适合的具有反射表面加工或涂层(可操作地反射UV辐射)的涂覆或未涂覆的金属制成。在实施例中，第一反射器138和第二反射器190可由铝或铝合金制成，并且第一反射器138和第二反射器190的表面被表面处理工艺(诸如被铝阳极氧化工艺)处理过。在铝阳极氧化工艺中，铝氧化物等量地向下生长至表面内和表面外。通过使用铝目标(object)使直流电穿过电解溶液来生长阳极氧化的铝层，即，反射器138和190用作阳极(正极)。电流在阴极(负极)释放氢气且在作为铝阳极的反射器138和190的表面释放氧气，从而产生铝氧化物的堆积。交流电和脉冲电流也是可能，但是很少使用。各种溶液所需的电压的范围在1至300V DC之间，尽管大部分落在15至21V的范围内。形成在硫酸和有机酸中的较厚涂层通常需要较高的电压。阳极氧化电流随着被阳极氧化的铝的面积而变化，并且通常范围在30至300安培每平方米(2.8至28安培每平方英尺)。

可使用任何合适类型的UV灯134或光源，这包括但不限于汞灯和准分子灯、汞微波弧光灯、脉冲氙气闪光灯、UV发光二极管灯。在一些实施例中，UV灯134为纵长的管型UV灯，其彼此间隔且平行设置。可由任何适合的可用于为灯供给能量的电源给UV灯134供电。可选择UV灯134产生具有工艺要求所需的任意合适波长的UV辐射。例如，但不限于，所使用的UV辐射波长的范围可在约193nm至500nm之间。

再次参见图1，UV固化装置100包括UV透明窗，诸如分隔和隔离有源晶圆处理室110和UV光源130的石英窗140。因此，石英窗140放置且定位在晶圆200上方以操作地使得处理室110与外界环境和UV光源130封闭。石英窗140防止晶圆200的排气到达和污染UV灯134。石英窗140是透明板且操作以允许灯单元132的UV波长辐射投射且穿过石英窗140以及照射放置在石英窗140下方的晶圆200。在一些实施例中，石英窗140可由合成的石英制成。在一些实施例中，现有UV固化装置100中的石英(SiO₂)窗140具有足以容纳所有的灯阵列区的尺寸。

UV固化装置100还包括气体系统，该气体系统包括气体供应源150和气体排出装置154。气体供应源150通过进气管152将惰性气体供应给处理室110。气体可以是用于将处理室110中的温度保持在理想水平的冷却气体，在一些代表性的非限制性实施例中可在450℃以下。气体还用作净化气体以有助于在UV固化处理期间去除从晶圆200或处理室110排出的各种有机化合物或其他物种。在一些实施例中，气体是氮气(N₂)；然而，可使用其他适合的惰性或稀有气体。气体通过气体排出装置154被吸进处理室110以及从处理室110中排出。

气体排出装置154包括排气管156、真空泵158和阀门160。排气管156的端部连接至处理室110，并且排气管156的另一端部连接至真空泵158。阀门160连接至排气管156且设置在真空泵158和处理室110之间。

在一些实施例中，排气管156连接至真空泵158，其中，处理室110在低于大气压的气压下进行操作。在各个实施例中，通过操作真空泵158处理室110可保持在真空、大气(低于10吨)、或正压状态下。

UV固化装置100包括设置在处理室110的顶部以支撑石英窗140的支撑器170。支撑器170为环形，这样使得UV光可穿过支撑器170的孔并且进入处理室110。支撑器170可包括多个连接至进气管152的气体分配通道172，用以允许来自气体供应源150和进气管152的气体穿过且进入处理室110。气体分配通道172的开口通向支撑器170的内表面。支撑器170还包括多个连接至排气管156的排气通道174。处理室110内的气体被导向排气通道174且通过气体排出装置154去除。

UV固化装置100还包括设置在石英窗140和处理室110之间的密封环180以密封处理室110。在一些实施例中，密封环180夹在支撑器170和石英窗140之间。为了密封处理室110，密封环180由诸如橡胶的可压缩材料或其他适合的材料制成。橡胶可以是例如乙烯丙烯橡胶(EPDM/EPM)、丁腈橡胶(NBR)、天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、硅胶(VMQ/MVQ/HTV)、丙烯酸酯橡胶(ACM)、氢化丁腈橡胶(HNBR)或氟橡胶(FKM)制成。

密封环180为环形，因此UV光(UV波长辐射)可穿过密封环180所 环绕的空间和下面的石英窗140。

因为密封环180由诸如橡胶的可压缩材料制成，所以密封环180对UV光敏感。即，橡胶密封环180可因暴露给UV光而导致出现缺陷。密封环180的缺陷可被观察为破裂、剥落、粉化、变色和其他表面缺陷。例如，密封环180粘合在长时间暴露给UV光之后会断裂，并且从橡胶密封环180剥落的污染物可被气体带走且落入处理室110。污染物可沉积在晶圆200上，并且介电层的表面可以是粗糙的并且可降低晶圆200上的组件的性能。

因此，本公开的UV固化装置100还包括设置在UV光源130和密封环180之间的至少一个光遮蔽装备210，以防止密封环180因暴露给UV光而被损坏。

在一些实施例中，组装一个或多个光遮蔽装备210以覆盖光源130的底部的边缘，使得光遮蔽装备210阻挡来自UV光源130的射向密封环180的UV光的一部分，因此光遮蔽装备210保护UV光源130下面的密封环180并且密封环180不会直接暴露给UV光。因此，由橡胶制成的密封环180不会由于长时间暴露给UV光而被损坏。

参照图3A和图3B，图3A和图3B是根据本公开的一些实施例的仰视第二反射器所呈现的不同组装状态的斜视图。参照图3A，第二反射器190由多个柱条192构成，并且柱条192通过焊接或螺纹连接彼此连接。在一些实施例中，每个柱条192的内表面是弯曲表面，并且柱条192被布置成圆形。然而，由于制造限制，在两个相邻柱条192的边界处会形成一些不必要的间隙194。因此未被柱条192(例如，间隙194下面的部分)覆盖的密封环180(参见图1)暴露给UV光。

因此，如图3B所示，提供了光遮蔽装备210，以阻挡直接射向密封环180的UV光。光遮蔽装备210布置在间隙194上方或下面，使得穿过间隙194的UV光被光遮蔽装210阻挡。

光遮蔽装备210中的每一个包括遮蔽件212和用以将遮蔽件212紧固在第二反射器190上的紧固件214。在一些实施例中，遮蔽件212包括顶板216和从顶板216的两个相对端延伸的两个侧板218。侧板218被布置成大致垂直于顶板216。顶板216从不同角度可被认为是底板。顶板216 可用于覆盖间隙194，使得顶板216阻挡密封环180(参见图1)的暴露给间隙194的部分，并且UV光不会直接射在密封环180上。在一些实施例中，紧固件214包括多个螺丝，并且螺丝将侧板218旋拧在第二反射器190上。光遮蔽装备210可由能够屏蔽UV光的材料制成，诸如铝或铝合金。

参照图1和图3B，在第二反射器190处组装光遮蔽装备210以阻挡UV光射向密封环180且允许UV光穿过石英窗140。在一些实施例中，两个对角光遮蔽装备210之间的距离d1大于晶圆200的直径d2。在一些实施例中，支撑器170的孔的直径d3大于晶圆200的直径d2。因此，UV光源130所提供的UV光穿过石英窗140和支撑器170的孔且进入处理室110。相对的光遮蔽装备210之间的距离d1可大于、等于或小于支撑器170的孔的直径d3。第二反射器190和光遮蔽装备210屏蔽密封环180。因此，密封环180没有直接暴露给UV光，并且橡胶密封环180的粘合不会被损坏。

参照图4，其中，图4示出了根据本公开的一些实施例的UV固化装置的示意图。UV固化装置100包括具有外壳112的处理室110，外壳112内限定了UV照射处理空间。外壳112包括用于从处理室110装载和卸载晶圆200的至少一个裂缝开口114。UV固化装置100包括设置在处理室110的底部上方的晶圆保持架116。晶圆保持架116通过轴118连接至提升机构(未示出)。轴118可将晶圆保持架116降低至传递位置以允许晶圆200进入处理室110放置在晶圆保持架116上。轴118可将晶圆保持架116升高至预定的处理位置。轴116连接至旋转机构(未示出)。晶圆保持架116可被轴116旋转，因此其上的晶圆200均匀地暴露给UV光。晶圆保持架116还包括加热器115，使得在UV固化工艺期间晶圆保持架116和其上的晶圆200可被加热至预定温度。

UV固化装置100还包括UV光源130，其包括用以发射UV波长辐射的UV灯单元132。UV灯单元132包括布置在UV光源130的侧壁136上的UV灯134阵列或多个UV灯134。晶圆200放置在UV灯单元132的光学视线中，以接收用于薄膜固化的UV辐射。

UV固化装置100包括UV透明窗，诸如分开和隔离有源晶圆处理室110和UV光源130的石英窗140。因此石英窗140布置且定位在晶圆200 上方以操作地使得处理室110与外界环境和UV光源130封闭。石英窗140防止晶圆200的排气到达和污染UV灯134。石英窗140是透明板且操作允许灯单元132的UV波长辐射投射且穿过石英窗140以及照射放置在石英窗140下方的晶圆200。

UV固化装置100还包括气体系统，该气体系统包括气体供应源150和气体排出装置154。气体供应源150通过进气管152将惰性气体供应给处理室110。气体排出装置154包括排气管156、真空泵158和阀门160。在一些实施例中，排气管156连接至真空泵158，其中，处理室110在低于大气压的气压下进行操作。在各个实施例中，通过操作真空泵158处理室110可保持在真空、大气(低于10吨)或正压状态下。

UV固化装置100包括设置在处理室110的顶部的支撑器170，以支撑石英窗140。支撑器170是环形，使得UV光可穿过支撑器170的孔并且进入处理室110。支撑器170具有向支撑器170的孔突出的凸缘172，并且凸缘172支撑石英窗。即，支撑器170具有立于凸缘172上的侧壁174，并且石英窗140设置在凸缘172上且抵靠侧壁174。

UV固化装置100还包括设置在石英窗140和处理室110之间以密封处理室110的密封环180。在一些实施例中，密封环180设置在凸缘172和石英窗140之间。为了防止密封环180由于曝光给UV光而被损坏，UV固化装置100还包括光遮蔽装备220，其设置在UV光源130和密封环180之间以防止UV光直接射在密封环180上。

在一些实施例中，光遮蔽装备220是由对UV光具有高耐受性的材料(诸如铝或铝合金)制成的金属环。光遮蔽装备220的表面可以是表面处理。环形光遮蔽装备220设置在石英窗140和支撑器170上且与其接触。光遮蔽装备220覆盖石英窗140的边缘部分并且还覆盖石英窗140的边缘部分正下方的密封环180。

光遮蔽装备220可紧固在支撑器170上。在一些实施例中，光遮蔽装备220旋拧在支撑器170的侧壁174上。光遮蔽装备220在大气环境下组装至支撑器170，并且旋拧位置和密封环180处于石英窗140的相对侧上，因此支撑器170的螺纹孔不会破坏处理室110的密封状态。

组装光遮蔽装备220以阻挡UV光射向密封环180且允许UV光穿过石英窗140。在一些实施例中，光遮蔽装备220的内直径的距离d4大于晶圆200的直径d2。在一些实施例中，支撑器170的孔的直径d3大于晶圆200的直径d2。因此，UV光源130提供的UV光穿过石英窗140和支撑器170的孔并且进入处理室110。光遮蔽装备220的内直径d4可大于、等于或小于支撑器170的孔的直径d3。光遮蔽装备220屏蔽密封环180。因此，密封环180没有直接暴露给UV光，并且橡胶密封环180的粘合不会被破坏。

参照图5，其为根据本公开的一些实施例的UV固化方法的流程图。在步骤510中，密封环放置在窗和处理室之间用以密封处理室。例如，密封环夹设在处理室上的支撑器和窗之间。

在步骤520中，UV光射向处理室。一个晶圆或多个晶圆被加载至处理室110内，并且UV光用于固化晶圆的表面上的介电层。

在步骤530中，屏蔽窗的边缘处的UV光的一部分以防止密封环暴露给UV光。窗的主要中心区域处的UV光仍穿过窗且进入处理室110。例如上述的光遮蔽装备可遮蔽UV光。

通过使用光遮蔽装备屏蔽密封环，密封环没有直接暴露给UV光，这样可防止密封环的损坏。

根据本公开的一些实施例，UV固化装置包括处理室、设置在处理室上方的UV光源、设置在处理室和UV光源之间以允许UV光源的UV光穿过和进入处理室的窗、设置在处理室和窗之间以密封处理室的密封环、以及设置在UV光源和密封环之间以防止密封环暴露给UV光的光遮蔽装备。

根据本公开的一些实施例，UV固化装置包括处理室、设置在处理室上方的UV光源、设置在处理室上的支撑器、由支撑器支撑以允许UV光源的UV光穿过和进入处理室的窗、设置在支撑器和窗之间以密封处理室的密封环、以及设置在支撑器和UV光源之间以防止UV光射在密封环上的光遮蔽装备。

根据本公开的一些实施例，UV固化方法包括将密封环放置在窗和处理室之间以密封处理室；将UV光射向处理室；以及遮蔽窗的边缘处的UV 光的一部分以防止密封环暴露给UV光。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域的技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域的技术人员应该理解，可以很容易地使用本公开作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域的技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本公开的精神和范围，并且在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、更换以及改变。