[发明专利]紫外固化系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于固化沉积于衬底上的介电材料的紫外固化腔室以及利用紫外辐射固化介电材料的方法。

背景技术

诸如氧化硅(SiO_x)、碳化硅(SiC)和掺碳氧化硅(SiOC_x)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(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。作为另一示例，碳化硅和掺碳氧化硅薄膜可由包含具有至少一个Si-C键的有机硅烷源的CVD反应形成。

水通常为有机硅烷化合物的CVD反应的副产品。因此，水能作为水汽物理性地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。通常人们不希望出现任何这种形式的水结合。因此，优选地从沉积的含碳薄膜中去除诸如水的不期望的化学键及化合物。另外，在一些特定的CVD工艺中，需要去除牺牲材料的热不稳定的有机成分。

一种用于解决上述问题的常用方法为传统的热退火处理。来自这种热退火的能量利用有序结构薄膜更稳定的键特征替代不稳定的、不期望的化学键，从而改善所述薄膜的密度。传统的热退火步骤通常需要较长的时间周期(例如，通常30分钟到2小时之间)，因此消耗大量的处理时间并减慢整个制造工艺。

解决这些问题的另一技术为利用紫外(UV)辐射辅助对CVD氧化硅、掺碳氧化硅薄膜的后处理。例如，都属于应用材料公司的美国专利No.6,566,278和No.6,614,181中公开了利用紫外灯用于CVD掺碳氧化硅薄膜的后处理，在此引入其全部内容作为参考。用于固化以及硬化CVD膜的UV辐射可以降低单独晶圆的热开支并加速制造工艺。现已研发了多种不同的紫外固化系统，其能用于有效地固化沉积于衬底上的薄膜。在2005年5月9日提交的发明名称为“High Efficiency UV Curing System(高效紫外固化系统)”的美国专利申请No.11/124,908中描述其中的一实施例，在此引入其全部内容作为参考。

尽管研发了不同的紫外固化腔室，但是需要进一步不断改进该重要的技术。

发明内容

本发明的实施方式主要涉及一种用于固化沉积在衬底上的介电材料的紫外固化腔室，以及利用紫外辐射固化介电材料的方法。

根据本发明实施方式的一种衬底处理设备，包括：限定衬底处理区的主体；在所述衬底处理区内用于支撑衬底的衬底支架；与衬底支架间隔设置的紫外辐射灯，所述灯设计用于向位于衬底支架上的衬底传播紫外辐射；以及运转耦合的电机使紫外辐射灯或衬底支架的至少其中之一相对彼此旋转至少180度。该衬底处理设备还可包括一个或多个反射器，其用于在衬底上产生紫外辐射的泛光图案(flood pattern)，该图案具有互补的高亮度和低亮度区域，当旋转时，所述区域结合而产生基本均匀的辐射图案。

根据本发明另一实施方式的一种衬底处理设备，包括：限定衬底处理区的主体；在所述衬底处理区内用于支撑衬底的衬底支架；紫外辐射灯，其与衬底支架间隔设置，并设计用于产生并向位于衬底支架上的衬底传播紫外辐射，紫外辐射灯包括紫外辐射源和部分包围该紫外辐射源的主反射器(primaryreflector)，以及设置于主反射器和衬底支架之间的副反射器(secondaryreflector)。副反射器适用于使其他不能与衬底接触的紫外辐射改变方向朝向衬底。在一些实施方式中，副反射器包括上部和下部，其中每个部分包括相对的纵向表面，其相交于穿过纵向表面长度的顶点，以及相对的横向表面，其在纵向表面的端部之间延伸。

根据本发明另一实施方式的一种衬底处理设备，包括：限定衬底处理区的主体；在所述衬底处理区内用于支撑衬底的衬底支架；以及第一紫外灯，其与衬底支架间隔设置并设计用于向衬底支架上的衬底传播紫外辐射，其中第一紫外灯包括第一紫外辐射源和部分包围第一紫外辐射源的第一反射器，其中第一反射器具有相对的内反射板和外反射板，内反射板具有第一反射表面以及外反射板具有与第一反射表面不对称的第二反射表面。一些实施方式还包括与衬底支架间隔设置的第二紫外灯并设计用于向衬底支架上的衬底传播紫外辐射，其中第二紫外灯包括第二紫外辐射源和部分包围第二紫外辐射源的副反射器，副反射器具有相对的内反射板和外反射板，内反射板具有第三反射表面以及外反射板具有与第三反射板不对称的第四反射表面。