JP5401551B2 - 冷却ガス用の孔を有する紫外線リフレクタおよび方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本装置および方法の実施形態は、一般に基板の紫外線処置に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路、ディスプレイおよびソーラーパネルの製作では、誘電体材料、半導体材料および導電性材料の層が、半導体ウェハ、ガラスパネルまたは金属パネルなどの基板上に形成される。次いでこれらの層は、電気的相互接続、誘電体層、ゲートおよび電極などのフィーチャを形成するように処理される。他の処理では、紫外線放射を用いて、基板上に形成された層またはフィーチャを処置することができる。例えば、紫外線放射を急速熱処理(RTP)に用いて、基板上に形成された層を迅速に加熱することができる。紫外線放射は、ポリマー層の縮合および重合を促進するためにも用いられる。紫外線放射を用いて、圧力を加えられた薄膜層を生成することもできる。紫外線放射を用いて、チャンバを清浄化するガスを活性化することもできる。
【0003】
ある用途では、酸化ケイ素、炭化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素の薄膜を処置するために、紫外線(UV)放射が用いられる。例えば、どちらも参照によって本明細書にその全体を援用する、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,566,278号および第6,614,181号は、ケイ素−酸素−炭素の薄膜の処置に対する紫外線光の使用について記載している。酸化ケイ素(SiOx)、炭化ケイ素(SiC)およびケイ素−酸素−炭素(SiOCx)の薄膜などの材料は、半導体デバイスの製造において誘電体層として使用される。こうした薄膜を堆積させるために、化学気相成長(CVD)法が用いられることがしばしばであり、CVDチャンバ内でのケイ素供給源と酸素供給源の間の熱またはプラズマベースの反応の促進を伴う。こうしたプロセスのいくつかにおいて、CVDまたは他の反応の副生成物として水が形成されることがある。例えば、少なくとも1つのSi−C結合を含む有機シラン源を用いるCVDプロセスによって、ケイ素−酸素−炭素または炭化ケイ素の薄膜が堆積する際に、水が形成されることがある。プロセスによって生成された水は、水分として薄膜中に物理的に吸収される、またはSi−OH化学結合として堆積した薄膜中に取り込まれる可能性があるが、そのどちらも望ましくない。
【0004】
紫外線放射を用いてこれらの薄膜を処置し、堆積したCVD薄膜を硬化して密度を高めることができる。有利には、紫外線処置は個々のウェハの全体的な熱量を低減し、製造プロセスを速める。例えばカリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.,に譲渡され、参照によって本明細書にその全体を援用する、2005年5月9日出願の「Tandem UV Chamber for Curing Dielectric Materials」という名称の米国特許出願公開第2006/0251827号として公開された米国特許出願第11/124,908号など、基板38上に堆積した薄膜を効果的に硬化させるために用いることができる、いくつかの紫外線硬化チャンバが開発されている。そうした紫外線プロセスでは、より速い硬化時間およびより短いプロセスサイクルを実現するために、紫外線放射の強度を高めることが望ましい。しかしながら、高出力の供給源または他の手段によって紫外線放射を高めると、チャンバ内で発生する熱も増加する。この過大な熱が、基板上で処理されるフィーチャに悪影響を及す恐れがあり、また紫外線源自体の寿命を縮める可能性もある。
【0005】
これらのおよび他の欠陥を含む理由のために、様々なUV硬化チャンバおよび技術の開発にもかかわらず、紫外線処置技術におけるさらなる改善が引き続き求められている。
【発明の概要】
【0006】
基板処理装置において、紫外線ランプ用のリフレクタを用いることができる。リフレクタは、紫外線ランプの長さに延在する長手方向のストリップを備える。長手方向のストリップは湾曲した反射面を有し、かつ冷却ガスを紫外線ランプに方向付けるために複数の貫通孔を備える。
【0007】
基板処理チャンバは、
(i)基板支持体から間隔を置いて配置され、紫外線光を基板支持体に向けて送るように構成された細長い紫外線ランプと、
(ii)(1)紫外線ランプの長さに延在し、湾曲した反射面を有し、かつ冷却ガスを紫外線ランプに方向付けるために設けられた複数の貫通孔を含む、長手方向のストリップを備えた中央リフレクタ、ならびに(2)中央リフレクタのどちらかの側に位置決めされた、第1の側面リフレクタおよび第2の側面リフレクタを備える一次リフレクタと
を含む、基板支持体および紫外線ランプのモジュールを備える。
【0008】
紫外線放射を用いて基板を処置する方法は、基板を処理ゾーンに設置することを含む。紫外線ランプはエネルギーを与えられ、紫外線放射を発生させる。発生した紫外線放射を基板に向けて反射させるために、湾曲した反射面が設けられる。紫外線ランプを冷却するために、冷却ガスの複数の流れが湾曲した反射面内の孔を通して方向付けられる。
紫外線ランプ用のリフレクタ組立体は、湾曲した反射面と複数の貫通孔とを有する長手方向のストリップを備えた中央リフレクタ、ならびに中央リフレクタのどちらかの側に位置決めされた第1の側面リフレクタおよび第2の側面リフレクタを備える。二次リフレクタが中央リフレクタの下方にあり、前記二次リフレクタは上側部分および下側部分を含み、これら部分はそれぞれ(i)相対する長手方向の面と、(ii)前記長手方向の面の端部の間に延在する相対する横断面とを含む。
紫外線ランプ用のリフレクタは、紫外線ランプの長さに沿って延在する長手方向のストリップを備え、前記長手方向のストリップは湾曲した反射面と、冷却ガスを紫外線ランプに方向付けるために複数の貫通孔とを有し、前記貫通孔の縁部は角度または傾斜が付いている。
基板を紫外線放射で処理する方法は、基板を処理ゾーンに設置するステップと、紫外線ランプにエネルギーを与えて、紫外線放射を発生させるステップと、前記発生した紫外線放射を前記基板に向けて反射するために、湾曲した反射面と縁部に角度または傾斜の付いた孔とを有する長手方向のストリップを設けるステップと、冷却ガスの複数の流れを前記縁部に角度または傾斜の付いた孔へと方向付けて、前記冷却ガスを前記紫外線ランプへと注入させるステップとを含む。
【0009】
本発明のこれらの特徴、態様および利点は、以下の記述、添付の特許請求の範囲、および本発明の例を図示する添付図面に関連してより適切に理解されるようになるであろう。しかしながら、特徴のそれぞれは、特定の図面の状況のみならず、本発明において一般的に使用することが可能であり、また本発明はこれらの特徴の任意の組合せを含むことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】石英窓および基板の上に位置決めされた紫外線(UV)ランプおよび一次リフレクタを備える、UVランプモジュールの一実施形態の概略的な斜視図である。
【図2】UVランプモジュール、ならびに一次リフレクタおよび二次リフレクタを備えるリフレクタ組立体の上面斜視図である。
【図3A】リフレクタホルダの一部、および中央リフレクタの孔を通り、UVランプを覆う冷却ガスの流れを示す、リフレクタの湾曲した反射面を見上げる中央リフレクタの斜視図である。
【図3B】孔を通り、UVランプを取り巻くガスの流れを示す、図3Aの観察線3Bに沿って得られる中央リフレクタの側面図である。
【図4A】従来型のシステムにおける冷却ガスについて、コンピュータによってモデル化した図である。
【図4B】中央リフレクタの孔を通り、UVランプを取り巻く冷却ガスについて、コンピュータによってモデル化した図である。
【図5】本発明の一実施形態によるタンデム型チャンバの概略的な断面図である。
【図6】本発明の一実施形態による基板処理装置の概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
半導体ウェハ、ディスプレイおよびソーラーパネルなどの基板38を処置するために紫外線放射を発生させることができる、紫外線(UV)ランプモジュール20の一実施形態を図1に示す。UV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を備えている。UVランプ22は、水銀マイクロ波アークランプ、パルス式キセノンフラッシュランプ、または高効率のUV発光ダイオードアレイなど任意のUV源を含むことができる。あるバージョンでは、UVランプ22は、マグネトロン、およびマグネトロンのフィラメントにエネルギーを与える変圧器を含む、マイクロ波発生器などの外部の電源23によって励起されるキセノン(Xe)または水銀(Hg)などのガスで充填された、密閉式のプラズマバルブである。他の実施形態では、UVランプ22は、フィラメントに直流を供給する電源23(概略的に示す)によって動力の供給を受けるフィラメントを含むことができる。UVランプ22も、UVランプ22内のガスを励起させることが可能な高周波(RF)エネルギー源を備えた電源23によって、動力の供給を受けることができる。UVランプ22は、説明のために細長い円筒形のバルブとして示してあるが、当業者には明らかになるように、球形のランプまたはランプの配列など、他の形を有するUVランプ22を用いることもできる。適切なUVランプ22は、例えばNordson Corporation(オハイオ州ウエストレイク)、またはMiltec UV Company(メリーランド州スティーブンソン)から市販されている。あるバージョンでは、UVランプ22は、Miltec UV Company製の単一の細長いUV H+バルブを含む。UVランプ22は、2つ以上の別個の細長いバルブを含むことができる。
【0012】
ランプモジュール20は、紫外線ランプモジュール20のUVランプ22を部分的に囲む一次リフレクタ26を含む、リフレクタ組立体24を含んでいる。一次リフレクタ26は、UVランプ22の後ろに、UVランプ22に対して間隔を置いた関係で中央に位置決めされた中央リフレクタ28を備えている。中央リフレクタ28は、図3Aおよび3Bに示すように、紫外線ランプの長さに延在する長手方向のストリップ30を備えている。長手方向のストリップ30は、内側の面であり、かつUVランプ22によって基板38に向けて放出され、方向付けされた紫外線放射の光線を後方に反射するように、UVランプ22の後部に面する湾曲した反射面32を有している。長手方向のストリップ30の湾曲した反射面32は、円形、楕円形または放物線状とすることが可能な弓形の面である。あるバージョンでは、湾曲した反射面32は、少なくとも約2cmかつ約5cm未満、あるいは約3〜約4cmの曲率半径を有する円形の面を備えている。長手方向のストリップ30は、平坦にする、または湾曲した反射面32の曲率に合うように湾曲させることが可能な後面34も有している。
【0013】
長手方向のストリップ30は、赤外線放射およびマイクロ波の透過を可能にし、紫外線放射を反射する材料から製造することができる。あるバージョンでは、長手方向のストリップ30は石英を含む。例えば、長手方向のストリップ30を形成するように、石英の細長い予備成形品を機械加工することができる。CNCなどの従来の機械加工技術を用いて、湾曲した反射面32をストリップ30の前部に含む所望の形の長手方向のストリップ30を得るように、鋳造石英の予備成形品を機械加工することができる。したがって、従来の研磨方法を用いて内向きの面を研磨し、面32の少なくとも95%にしわおよび亀裂がないようにすることによって、湾曲した反射面32が形成される。
【0014】
任意選択で、後方に方向付けされた紫外線光線をより高い割合で基板38に向けて反射するように、長手方向のストリップ30の湾曲した反射面32にダイクロイックコーティング36を塗布することもできる。ダイクロイックコーティング36は、狭い範囲の波長を有する光を選択的に通過させ、他の波長を反射する薄い膜のフィルタである。一実施形態では、ダイクロイックコーティング36は、異なる誘電体材料からなる複層の薄膜を含む。例えば、異なる誘電体材料は、交互に高い屈折率と低い屈折率を有する複数の層を含むことが可能であり、その層は、ダイクロイックコーティング36が、UVランプ22によって放出された、熱を発生させる有害な赤外線放射のすべてを反射するのではなく、むしろこの放射の一部が長手方向のストリップ30の中に入ることができるように配置および選択される。ストリップ30の石英材料は赤外線光を透過させ、ダイクロイックコーティング36は、UVランプ22によって放出された紫外線光を反射する。ダイクロイックコーティングは非金属性であるため、電源(図示せず)からUVランプ22に適用されるマイクロ波放射は、石英の裏側に下向きに入射し、調節された層とあまり相互作用しない、または調節された層によって吸収されず、容易に透過されてUVランプ22内のガスをイオン化する。
【0015】
通常、長手方向のストリップ30の後面34にはコーティングが塗布されない。しかしながら、長手方向のストリップ30の前部の湾曲した反射面32を通過する紫外線放射を反射して戻すために、または紫外線放射に曝すことによって長手方向のストリップ30に蓄積された熱をより迅速に放散させるために、背面34に二次的な反射コーティング(図示せず)を塗布することもできる。
【0016】
長手方向のストリップ30の中に、複数の貫通孔40が設けられる。孔40は、冷却ガス42を外部の冷却ガス源からUVランプ22に注入することができるように、背面34から湾曲した反射面32まで延びる。孔40は、第2の孔46の第2の直径より大きい、第1の直径を有する第1の孔44を含む。第1の孔44および第2の孔46は、長手方向のストリップ30の中心軸48に沿って一列に並べられる。例えば、第1の孔44は約0.2mm〜約4mmの直径を有することができ、第2の孔46は、約6mm〜約12mmの直径を有することができる。他の例として、第1の孔44の総数は約10〜約50の範囲とすることができ、第2の孔46の総数は約2〜約6の範囲とすることができる。さらに、孔44,46の縁部は角度または傾斜を付けて、冷却ガス42がUVランプ22へと注入されるようにすることができる。適切な角度は、25°など約10°〜約45°の範囲とすることができる。
【0017】
一実施形態において、中央リフレクタ28の長手方向のストリップ30の各端部50a、bは、端部タブ52a、bを備えている。リフレクタホルダ54は、それぞれがカットアウト58a、bを有する端部ホルダ56a、bを備え、カットアウト58a、bは、図3Aおよび3Bに示すように、中央リフレクタ28の各端部タブ52a、bが端部ホルダ56a、bのカットアウト58a、bに収まり、中央リフレクタ28をUVランプ22の後ろの適所に保持するように成形される。リフレクタホルダ54は、DuPont de Nemours Company(デラウェア州)のTeflon(登録商標)などのポリマーで製造することができる。あるバージョンでは、端部タブ52a、bは、端部ホルダ56a、bの対応する楔形のカットアウト58a,bに収まる楔形のタブである。楔形のタブ52a、bは、端部ホルダ56a、bの楔形のカットアウト58a、bの対応する傾斜面62の傾斜に一致する、傾斜面60を有することもできる。これによって、中央リフレクタ28をリフレクタ組立体24の後ろから端部ホルダ56a、bの楔形のカットアウト58a、bに取り付け、中央リフレクタ28を保持することが可能になる。
【0018】
コンピュータによってモデル化された図表を用い、従来型のUV源組立体(図4A)、および第1の孔44を有する中央リフレクタ28を備えるUVランプモジュール20の実施形態(図3B)を横断するガスの流れ分布に基づいて、バルブ表面の温度を求めた。対照的に、従来型のシステムは、孔のない長方形の中央のリフレクタプレートを備えている。従来型のシステムでは、冷却流がバルブ表面を越えて2つの側面上を均一に流れる。しかし、バルブの温度が均一ではないため、一部の高温のスポット領域の冷却能力が低くなると同時に、他の低温領域は過多な冷却流を受ける。これらの図から理解されるように、従来型のシステムと比べると、UVランプ22の後ろに位置決めされた孔40を有する中央リフレクタ28を用いて、実質的に向上したガス流が得られる。図4Aに示すように、従来型のシステムを用いたUVランプ22を横切る流れは、UVランプ22の表面への集中が少ない冷却流をもたらす。対照的に、図4Bに示すように、ガスを中央リフレクタ28の第1の孔44および第2の孔46を通過させるとき、UVランプ22を横切る冷却ガス42の流れは、冷却流がUVランプ22の重要な頂部の位置に効果的に方向付けられることを示している。これにより、UVランプ22では45℃低い表面温度(648℃〜603℃)が実現される。これらの図表は、ESI(フランス)から入手可能な市販のモンテカルロ流体シミュレーションプログラム、CADalyzer(登録商標)を用いてモデル化された。シミュレーションモデルは、所与の流れ条件の下での熱分布をシミュレートする反復法を用いた。例示的なモデリングシミュレーションを示しているが、請求される発明は、本明細書に記載されるもの以外のモデル化されたバージョンを包含することを理解すべきである。
【0019】
図1および2に示すバージョンでは、中央リフレクタ28に加えて、リフレクタ組立体24は、中央リフレクタ28のどちらかの側に位置決めされた第1の側面リフレクタ70および第2の側面リフレクタ72を含むこともできる。第1の側面リフレクタ70および第2の側面リフレクタ72も、鋳造石英で製造することが可能であり、それぞれ弓形の反射面74、76である内面を有する。弓形の反射面74、76も、その上に中央リフレクタ28に用いるものと同じコーティング材料である、ダイクロイックコーティングを有することができる。中央リフレクタ28、ならびに第1の側面リフレクタ70および第2の側面リフレクタ72を備えるリフレクタ組立体24は、図1に示すように、中央リフレクタ28の長手方向のストリップ30の長さを横断するUVランプ22より上の頂点で接する放物線型の面80を有する、細長い共振空洞を形成する。第1の側面リフレクタ70および第2の側面リフレクタ72はそれぞれ、UVランプ22の長さを越えて長手方向に延在する。
【0020】
中央および側面のリフレクタ28、70、72のいずれも、それぞれ楕円形もしくは放物線状のリフレクタとする、または楕円形の反射部と放物線状の反射部の両方の組合せを含むことができる。同じ幅の光ビームの場合、楕円形のリフレクタは、放物線状のリフレクタより小さい共振空洞の中に収まることが可能であり、また放物線状のリフレクタに比べて優れた光の均一性を得ることもできる。しかしながら、楕円形の区画と放物線状の区画の両方を有するリフレクタ28、70、72は、用途に合わせた反射パターンの生成においてより高い適応性を与える。さらに、楕円形のリフレクタは、正確なまたは完全な楕円形状を有する必要がない。その代わり、明確に定義された焦点がない部分的な楕円形状または半楕円形状を有するリフレクタも、楕円形のリフレクタと称する。同様に、放物線状のリフレクタも、正確なまたは完全な放物線形状を有する必要がない。その代わり、厳密には平行でない光線を反射する部分的な放物線形状または半放物線形状を有するリフレクタも、放物線状のリフレクタと称する。説明のための実施形態として、リフレクタ28、70、72を別個の接続されていないパネルとして示しているが、本発明は同様のものに限定されず、リフレクタ28、70および72を単一のU字形の構成要素として接続することが可能であり、またそうした構成要素が、長手方向の開口部を含んでも含まなくてもよいことにも留意すべきである。
【0021】
リフレクタ組立体24は、UVランプ22からの照射プロファイルを制御し、直接的な光の不均一性を補償することができる(UVランプに沿った照射は、供給源の中心からの距離の関数である)。単一のUVランプ22を用いて基板38を照射する、示される実施形態では、第1の側面リフレクタ70および第2の側面リフレクタ72は、相対する対称な反射面である弓形の反射面74、76を有している。しかしながら、他の実施形態において、例えば2つ、もしくは2つより多い、もしくはそれより多いUVランプ22を用いて基板38を照射するときには、非対称な対の側面リフレクタ(図示せず)を前述のように用いることもできる。
【0022】
図1および2に示すように、リフレクタ組立体24は、一次リフレクタ26に加えて二次リフレクタ90を含むこともできる。二次リフレクタ90はさらに、もしそうしない場合には一次リフレクタのフラッドパターンの境界の外側に出るUV放射を導き、再び方向付け、この反射された放射が処置される基板38に当たり、基板38に放射されるエネルギーの強度を高めるようにする。二次リフレクタ90は、特定のUVランプ22および/または一次リフレクタ26に合わせて変更することができる複雑な形を示す。二次リフレクタ90は、用途の要求に応じて、特定の照射プロファイルおよび均一性のレベルに合わせて(使用されるときには一次リフレクタと共に)変更することもできる。例えばいくつかの実施形態では、二次リフレクタ90は、中央で高くなるヒータの熱プロファイルを補償するために、縁部で高い照射プロファイルを生成するように設計することができる。また、二次リフレクタ90は一般に、以下に論じる静止したまたは回転するランプと共に使用されるかどうか応じて、異なる照射パターンを生成するように設計される。
【0023】
図2に示すように、二次リフレクタ90は、UVランプ22のフラッドパターンを、実質的に長方形の領域から、露光される実質的に円形の半導体基板38に対応する実質的に円形の形状92に変える。二次リフレクタ90は、リフレクタ90の内周部の周りに延びる頂点98で交わる上側部分94および下側部分96を含む。上側部分94は、UVランプ22への冷却空気の流れが妨げられないように、半円のカットアウト100を含む。上側部分94は、2つの相対する(頂部から)全体的に内向きに傾斜する長手方向の面102a、b、および2つの相対する横断面102c、dも含む。横断面102c,dは全体的に垂直であり、横断方向に沿って凸形の面を有する。長手方向の面102a,bは、長手方向に沿って全体的に凹形である。
【0024】
上側部分94のすぐ下に位置決めされる下側部分96は、2つの相対する(頂部から)全体的に外向きに傾斜する面104a、および2つの相対する全体的に外向きに傾斜する横断面104bを含む。示される実施形態では、面104a,bは(垂直面に対して)面102a,bより小さい角度で傾斜している。長手方向の面102a,bは、長手方向に沿って全体的に凹形であるが、相対する横断面102c,dは横断方向に沿って全体的に凸形である(注目すべき例外は、面102c,dの下側部分が面102a,bの下側部分と交わるコーナー108にある)。
【0025】
UVランプ22から放出され、一次リフレクタ26および二次リフレクタ90によってそれぞれ反射されるUV放射に対する簡易化した反射経路を、図1に示す。示されるように、一次リフレクタ26と二次リフレクタ90を組み合わせることにより、ランプ22によって放出される実質的にすべてのUV放射を、基板38に方向付け、基板38に当てることが可能になる。ランプ22からの放射は、異なる例示的な経路によって基板38に当たることが可能であり、その経路には、一次リフレクタ26または二次リフレクタ90から反射されることなく、基板38に直接達する経路110a、中央リフレクタ28によって反射された後に、基板38に達する経路110b、第1の側面リフレクタ70によって反射された後に、基板38に達する経路110c、二次リフレクタ90の上側部分94によって反射された後に、基板38に達する経路110d、および二次リフレクタ90の下側部分96によって反射された後に、基板38に達する経路110eが含まれる。経路110a〜eは例示的な経路にすぎず、多くの他の反射経路がランプ22から直接生成される、または一次リフレクタ26もしくは二次リフレクタ90から反射されることを理解されたい。
【0026】
本明細書に記載される紫外線ランプモジュール20は、例えば半導体処理装置、ソーラーパネル処理装置およびディスプレイ処理装置を含めた、多くの異なるタイプの基板処理装置に用いることができる。シリコンウェハまたは化合物半導体ウェハなどの半導体ウェハを処理するために用いることができる例示的な基板処理装置200を、図5および6に示す。装置200は、Applied Materials,Inc.(カリフォルニア州サンタクララ)から市販されている、Producer(商標)処理システムの1つの実施形態を図示している。図5に示すように、装置200は、主フレーム構造体202に支持された必要な処理ユーティリティを有する独立したシステムである。装置200は一般に、基板カセット206a、bが、基板38のロードロックチャンバ208へのローディング、およびロードロックチャンバ208からのアンローディングを可能にするように支持されるカセットローディング用のチャンバ204と、基板ハンドラ214を収容するトランスファチャンバ210と、トランスファチャンバ210に取り付けられる一連のタンデム型処理チャンバ216a〜cとを含む。ユーティリティの端部220は、ガスパネル222および出力分布パネル224など、装置200の動作に必要とされる支援ユーティリティを収容する。
【0027】
タンデム型処理チャンバ216a〜cはそれぞれ、基板38a、bの処理がそれぞれ可能である処理ゾーン218a、b(チャンバ216bについて示す)を含む。2つの処理ゾーン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出/ポンピング用のシステムを共有し、異なる構成の間で迅速な切り換えを可能にする。チャンバ216a〜cの配置および組合せは、特有の処理ステップを実施するために変更することができる。タンデム型処理チャンバ216a〜cはいずれも、基板38上の材料を処置するのに用いるために、かつ/またはチャンバの清浄プロセスのために1つまたは複数のUVランプ22を含む、以下に記載する蓋部を含むことができる。示される実施形態では、並行に作動して最大のスループットを得るために、3つのタンデム型処理チャンバ216a〜cはすべてUVランプ22を有し、UV硬化チャンバとして構成される。しかしながら、代替の実施形態では、タンデム型処理チャンバ216a〜cのすべてが、UV処置チャンバとして構成されなくてもよく、装置200は、化学気相成長(CVD)、物理蒸着(PVD)、エッチング、またはこれらのプロセスと同じチャンバ内で実施されるUV処置との組合せなど、他のプロセスを実施するチャンバを有するように適合させることができる。例えば装置200は、タンデム型処理チャンバ216a〜cの1つを、基板38上に低誘電率(K)の薄膜などの材料を堆積させるためのCVDチャンバとして備えるように構成することができる。
【0028】
半導体ウェハなどの基板38のUV処置用に構成された、装置200のタンデム型処理チャンバ216の一実施形態を図6に示す。処理チャンバ216は、本体230、および本体230にヒンジで取り付けることができる蓋部234を含む。蓋部234には2つのハウジング238a、bが結合され、2つのハウジング238a、bはそれぞれ、冷却ガスがハウジング238a、bの内部を通過するように、出口242a、bと共に入口240a、bに結合される。冷却ガスは、冷却ガス源244からパイプ246a、bおよび流れ制御器248a、bを介して得られ、冷却ガスは、約22℃など室温また室温より低くすることができる。冷却ガス源244は、UVランプ22、および/またはタンデム型処理チャンバ216a〜cに関連付けられるランプ用の電源の適切な動作を保証するために、十分な圧力および流量の冷却ガスを入口240a、bに提供する。タンデム型処理チャンバ216と共に使用可能な冷却モジュールの詳細は、2006年11月3日に出願され、「Nitrogen Enriched Cooling Air Module for UV Curing System」という名称である、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第11/556,642号に見出すことができ、その全体を参照によって本明細書に援用する。ランプを無酸素の冷却ガス(例えば、窒素、アルゴンまたはヘリウム)を用いて冷却することによって、オゾンの形成を避けることができる。あるバージョンでは、冷却ガス源244は、約200〜2000sccmの流量の窒素を含む冷却ガスを提供する。出口242a、bは、ハウジング238a、bから排出された冷却ガスを受け取り、その冷却ガスは、バルブの選択に応じてUVバルブによって生成される可能性があるオゾンを除去するためにスクラッバを含むことができる、共通の排出システム(図示せず)によって集められる。
【0029】
ハウジング238a、bはそれぞれ、本体230の中に画定される2つの処理ゾーン218a、bの上にそれぞれ配設される、2つのUVランプ22の1つを覆う。各処理ゾーン218a、bの上に単一のUVランプ22が示されているが、例えば参照によって本明細書にその全体を援用する、2007年3月15日出願の「APPARATUS AND METHOD FOR TREATING A SUBSTRATE WITH UV RADIATION USING PRIMARY AND SECONDARY REFLECTORS」という名称の米国特許出願公開第20070257205号に記載されるように、全照射量を増やすために複数のUVランプを用いることが可能であることに留意すべきである。ハウジング238a、bはそれぞれ、UVランプ22が内部に位置決めされる上側ハウジング252a、b、および二次リフレクタ90が内部に配置される下側ハウジング256a、bを備えている。示されるバージョンでは、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)に結合する対応するベルト(図示せず)をつかみ、スピンドルは動作可能にモータ(図示せず)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って、上側ハウジング252a、b(およびその内部に取り付けられるUVランプ22)を、基板支持体254a、bの上に位置決めされた基板38a,bに対して回転させることが可能になる。二次リフレクタ90はそれぞれ、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、それにより、二次リフレクタ90が上側ハウジング252a、bおよびUVランプ22と共に、下側ハウジング256a、bの中で回転することが可能になる。UVランプ22を露光される基板38a、bに対して回転させることによって、基板の表面全体にわたる露光の均一性が改善される。一実施形態では、UVランプ22を露光される基板38a、bに対して少なくとも180度回転させることができ、他の実施形態では、UVランプ22を270度、あるいは完全に360度回転させることができる。
【0030】
処理ゾーン218a、bはそれぞれ、基板38a、bを処理ゾーン218a、bの中で支持するための基板支持体254a、bを含む。支持体254a、bは加熱される可能性があり、セラミックまたはアルミニウムなどの金属から製造することができる。好ましくは、支持体254a、bはステム258a、bに結合され、ステム258a、bは、本体230の底部を貫通して延び、駆動システム260a、bによって作動され、処理ゾーン218a、b内の支持体254a、bをUVランプ22に向ける、またUVランプ22から遠ざけるように移動させる。駆動システム260a、bは、硬化の間、基板の照明の均一性をさらに高めるために、支持体254a、bを回転および/または並進させることもできる。支持体254a、bの調節可能な位置決めにより、焦点距離など光送出システムの設計上考慮すべき事柄の本質に応じて基板38に入射するUVの照射レベルを細かく調整できることに加えて、揮発性の硬化副生成物、およびパージ、および清浄ガスの流れのパターン、および滞留時間の制御も可能になる。
【0031】
示されるバージョンでは、UVランプ22は、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、細長い円筒形の密閉されたプラズマバルブである。あるバージョンでは、電源は、マグネトロン、およびマグネトロンのフィラメントにエネルギーを与える変圧器を含むマイクロ波発生器である。あるバージョンでは、キロワットのマイクロ波電源が、ハウジング238a、b内の開口部(図示せず)付近でマイクロ波を発生させ、マイクロ波を開口部を通して送り、マイクロ波がUVランプ22に適用される。最大6000ワットのマイクロ波の出力を提供する電源は、UVランプ22のそれぞれから最大約100WのUV光を発生させることができる。あるバージョンでは、UVランプ22は、170nm〜400nmの広帯域の波長にわたるUV光を放出する。UVランプ22中のガスによって放出される波長が決まるが、酸素が存在すると、波長が短くなってオゾンを発生させる傾向があるため、UV処置プロセス中のオゾンの発生を避けるために、UVランプ22によって放出されるUV光は、主に200nmより高い広帯域のUV光を発生させるように調整することができる。
【0032】
各UVランプ22から放出されたUV光は、蓋部234の開口部内に配設された窓264a、bを通過することによって、処理ゾーン218a、bの1つに入る。あるバージョンでは、窓264a、bは、合成石英ガラスで製造され、亀裂を生じることなく真空を維持するのに十分な厚さを有する。例えば、窓264a、bは、UV光を透過して約150nmまで下げる、OHのない溶融石英から製造することができる。蓋部234は本体230を密閉し、その結果、窓264a、bが蓋部234に対して密閉され、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処理ゾーン218a、bを形成する。プロセスガスは、2つの入口通路262a、bの1つを介して処理ゾーン218a、bに入り、共通の排出ポート266を介して処理ゾーン218a、bを出る。また、ハウジング238a、bの内部に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によって処理ゾーン218a、bから隔離される。
【0033】
次に、ケイ素−酸素−炭素を含む低k誘電体材料を硬化させる例示的な紫外線処置プロセスについて説明する。そうした硬化プロセスでは、支持体254a、bが350℃〜500℃に加熱され、支持体254a、bから基板38への熱伝達を高めるために、処理ゾーン218a、bが約1〜約10トルのガス圧力に維持される。硬化プロセスでは、ヘリウムが、入口通路262a、bのそれぞれを介して、タンデム型チャンバ216a〜cのそれぞれに14slmの流量および8トルの圧力(対の一方の側につき7slm)で導入される。いくつかの実施形態では、硬化プロセスは、ヘリウムの代わりにまたはヘリウム(He)との混合物として、窒素(N2)またはアルゴン(Ar)を用いることもできる。パージガスは硬化副生成物を除去し、基板38a、b全体にわたる均一な熱伝達を促し、処理ゾーン218a、b内の面の上に蓄積される残留物を最小限に抑える。基板38上の薄膜から一部のメチル基を除去し、硬化中に放出される酸素を掃気するために、水素を加えることもできる。
【0034】
他の実施形態では、硬化プロセスは、パルス式キセノンフラッシュランプを含むことができるパルス式UVランプ22を使用する。処理ゾーン218a、bは、真空下で約10ミリトル〜約700トルの圧力に維持され、基板38a、bはUVランプ22からのUV光のパルスに曝される。パルス式UVランプ22は、様々な用途に対して調整された出力周波数のUV光を提供することができる。
【0035】
処理ゾーン218a、bの中で、清浄プロセスを実施することもできる。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、元素酸素が処理ゾーン218a、bの面上に存在する炭化水素および炭素種と反応し、排出ポート266を通して汲み出すまたは排出することが可能な一酸化炭素および二酸化炭素を形成する。酸素などの清浄化ガスは、選択された波長のUV放射に曝され、元の位置にオゾンを発生させる。電源をオンにして、所望の波長におけるUVランプ22からのUV光の放出をもたらすことが可能であり、清浄化ガスが酸素であるときには、約184.9nmおよび約253.7nmが好ましい。酸素が184.9nmの波長を吸収し、オゾンおよび元素酸素を発生させ、253.7nmの波長がオゾンによって吸収され、オゾンが酸素ガスと元素酸素の両方に***するため、これらのUV放射の波長は酸素を用いた清浄化を向上させる。清浄プロセスのあるバージョンでは、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に流入させ、各処理ゾーン218a、bの中に均等に分割し、処理ゾーン218a、b内の面から堆積物を清浄化するのに十分な酸素ラジカルを発生させた。O3分子も、様々な有機残留物を攻撃することができる。残りのO2分子は、処理ゾーン250a、b内の面上の炭化水素の堆積物を除去しない。6対の基板38a、bを硬化させた後、8トルでの20分の清浄プロセスによって十分な清浄化プロセスを実施することができる。
【0036】
本発明の例示的な実施形態が図示され記載されるが、当業者には、本発明を組み込み、やはり本発明の範囲内である他の実施形態を考案することが可能である。さらに、図中の例示的な実施形態に関して示される、下方、上方、底部、頂部、上、下、第1および第2、ならびに他の相対的または位置的な用語は入れ換えることが可能である。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される好ましいバージョン、材料または空間的な配置についての記述に限定されるべきではない。
Claims (36)
- 紫外線ランプ用のリフレクタであって、前記紫外線ランプの長さに延在する長手方向のストリップを備え、前記長手方向のストリップが
(a)湾曲した反射面と、
(b)冷却ガスを前記紫外線ランプに方向付けるための複数の貫通孔と、
(c)各端部に端部タブと
を備えるリフレクタ。 - 前記長手方向のストリップの湾曲した反射面が、
(a)少なくとも約2cmの曲率半径、
(b)約5cm未満の曲率半径、および
(c)ダイクロイックコーティング
の少なくとも1つを備える請求項1に記載のリフレクタ。 - 前記複数の貫通孔が、第1の直径を有する第1の孔、および第2の直径を有する第2の孔を備え、前記第1の直径が前記第2の直径より大きい請求項1に記載のリフレクタ。
- 前記第1の孔および第2の孔が長手方向のストリップの中心軸に沿って整列されている請求項3に記載のリフレクタ。
- 前記端部タブが、楔形である請求項1に記載のリフレクタ。
- それぞれがカットアウトを有するポリマーの端部ホルダをさらに備え、前記リフレクタの各端部タブが、端部ホルダのカットアウトに収まる請求項1に記載のリフレクタ。
- 中央の位置に請求項1の前記リフレクタを備え、前記中央に位置決めされたリフレクタのどちらかの側に位置決めされた、第1の側面リフレクタおよび第2の側面リフレクタをさらに備えるリフレクタ組立体。
- 前記中央に位置決めされたリフレクタ、ならびに前記第1の側面リフレクタおよび前記第2の側面リフレクタが、前記長手方向のストリップの長さを横断する頂点で接する放物線型の面を形成する請求項7に記載のリフレクタ組立体。
- 中央に位置決めされたリフレクタ、ならびに前記第1の側面リフレクタおよび前記第2の側面リフレクタが、一次リフレクタを構成し、前記一次リフレクタと基板支持体の間に位置決めされた二次リフレクタをさらに備え、前記二次リフレクタが上側区域および下側区域を備え、前記上側区域および前記下側区域のそれぞれが、(i)端部を有する相対する長手方向の面、および(ii)前記長手方向の面の端部の間に延在する相対する横断面を含む請求項8に記載のリフレクタ組立体。
- 請求項8のリフレクタ組立体を備え、細長い紫外線ランプをさらに備える紫外線ランプモジュール。
- (1)基板支持体、および
(2)請求項10に記載の紫外線ランプモジュール
を備える基板処理チャンバ。 - (a)基板支持体と、
(b)紫外線ランプモジュールと
を備えた基板処理チャンバであって、
前記紫外線ランプモジュールが、
(i)前記基板支持体から間隔を置いて配置され、紫外線光を前記基板支持体に向けて送るように構成された細長い紫外線ランプと、
(ii)(1)前記細長い紫外線ランプの長さに沿って延在する長手方向のストリップを備えた中央リフレクタであって、前記長手方向のストリップが、各端部に端部タブと、湾曲した反射面と、冷却ガスを前記細長い紫外線ランプに方向付けるために設けられた複数の貫通孔とを備える、中央リフレクタと、(2)中央リフレクタのどちらかの側に位置決めされた、第1の側面リフレクタおよび第2の側面リフレクタとを備える一次リフレクタと
を含む、基板処理チャンバ。 - 前記長手方向のストリップの湾曲した反射面が、
(a)約2cm〜約5cmの曲率半径、および
(b)ダイクロイックコーティング
の少なくとも1つを備える請求項12に記載のチャンバ。 - 前記複数の貫通孔が、前記長手方向のストリップの中心軸に沿って一列に並べられる第1の孔および第2の孔を含み、前記第1の孔の第1の直径が前記第2の孔の第2の直径より大きい請求項12に記載のチャンバ。
- 前記一次リフレクタが、それぞれがカットアウトを有する一組のポリマーの端部ホルダを備え、前記中央リフレクタの前記長手方向のストリップの各端部タブが端部ホルダのカットアウトに収まる請求項12に記載のチャンバ。
- 前記中央リフレクタが石英を含む請求項12に記載のチャンバ。
- 前記中央リフレクタ、ならびに前記第1の側面リフレクタおよび前記第2の側面リフレクタが、前記長手方向のストリップの長さを横断する頂点で接する放物線型の面を形成する請求項12に記載のチャンバ。
- 前記一次リフレクタと基板支持体の間に位置決めされた二次リフレクタをさらに備え、前記二次リフレクタが上側区域および下側区域を備え、前記上側区域および前記下側区域のそれぞれが、(i)端部を有する相対する長手方向の面、および(ii)前記長手方向の面の端部の間に延在する相対する横断面を含む請求項12に記載のチャンバ。
- 前記紫外線ランプを前記基板支持体から分離する窓をさらに備える請求項12に記載のチャンバ。
- 基板を紫外線放射で処置する方法であって、
(a)基板を処理ゾーンに設置すること、
(b)紫外線ランプにエネルギーを与えて、紫外線放射を発生させること、
(c)前記発生した紫外線放射を前記基板に向けて反射するために、紫外線ランプの裏側に湾曲した反射面を有する長手方向のストリップを、前記長手方向のストリップの各端部の端部タブで支持すること、および
(d)前記紫外線ランプを冷却するために、冷却ガスの複数の流れを前記湾曲した反射面内の孔を通して方向付けること
を含む方法。 - (a)冷却ガスの複数の流れを、異なる直径を有する孔を通して方向付けること、
(b)窒素を含む冷却ガスを方向付けること、および
(c)前記基板上に形成された低誘電率材料層を、前記紫外線放射に曝して、前記低誘電率材料層を硬化すること
の少なくとも1つを含む請求項20に記載の方法。 - (a)湾曲した反射面と複数の貫通孔とを有する長手方向のストリップを備えた中央リフレクタと、
(b)前記中央リフレクタのどちらかの側に位置決めされた、第1の側面リフレクタおよび第2の側面リフレクタと、
(c)前記中央リフレクタの下方に二次リフレクタと
を備えた紫外線ランプリフレクタ組立体であって、
前記二次リフレクタが、上側区域および下側区域を備え、前記上側区域および前記下側区域のそれぞれが、(i)端部を有する相対する長手方向の面、および(ii)前記長手方向の面の端部の間に延在する相対する横断面を含む、リフレクタ組立体。 - 前記中央リフレクタ、前記第1の側面リフレクタ、前記第2の側面リフレクタ、および前記二次リフレクタの少なくとも1つが石英を含む、請求項22に記載のリフレクタ組立体。
- 前記中央リフレクタ、ならびに前記第1の側面リフレクタおよび前記第2の側面リフレクタが、前記長手方向のストリップの長さを横断する頂点で接する放物線型の面を形成する請求項22に記載のリフレクタ組立体。
- 前記中央リフレクタ、前記第1の側面リフレクタ、前記第2の側面リフレクタ、および前記二次リフレクタの少なくとも1つが約2cm〜約5cmの曲率半径を備える、請求項22に記載のリフレクタ組立体。
- 請求項22のリフレクタ組立体を備え、細長い紫外線ランプをさらに備える紫外線ランプモジュール。
- 処理チャンバ内で基板支持体から紫外線ランプを分離する窓をさらに備える請求項26に記載の紫外線ランプモジュール。
- 紫外線ランプの長さに沿って延在する長手方向のストリップを備えた紫外線ランプリフレクタであって、
前記長手方向のストリップが、
(a)湾曲した反射面と、
(b)冷却ガスを紫外線ランプに方向付けるための複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔は前記長手方向のストリップの中心軸に沿って一列に整列され、かつ、前記複数の貫通孔は内周面を定義する縁部を有し、前記内周面は各内周面の中心に向かって約10°〜約45°の範囲の角度が付けられており、
を有する、リフレクタ。 - 石英を含む請求項1または28に記載のリフレクタ。
- 前記貫通孔が、第1の孔および第2の孔を含み、前記第1の孔の第1の直径が前記第2の孔の第2の直径より大きい請求項28に記載のリフレクタ。
- 請求項28のリフレクタを備え、細長い紫外線ランプをさらに備える紫外線ランプモジュール。
- (1)基板支持体と、
(2)請求項31の紫外線ランプモジュールと
を備える、基板処理チャンバ。 - 中央の位置に請求項28のリフレクタを備え、前記中央に位置決めされたリフレクタのどちらかの側に位置決めされた、第1の側面リフレクタおよび第2の側面リフレクタをさらに備える、一次リフレクタ組立体。
- 請求項33の一次リフレクタ組立体を備え、二次リフレクタをさらに備えるリフレクタ組立体であって、
前記二次リフレクタが上側区域および下側区域を備え、前記上側区域および前記下側区域のそれぞれが、(i)端部を有する相対する長手方向の面、および(ii)前記長手方向の面の端部の間に延在する相対する横断面を含む、リフレクタ組立体。 - 基板を紫外線放射で処置する方法であって、
(a)基板を処理ゾーンに設置すること、
(b)紫外線ランプにエネルギーを与えて、紫外線放射を発生させること、
(c)前記発生した紫外線放射を前記基板に向けて反射するために湾曲した反射面と、長手方向のストリップの中心軸に沿って一列に整列された複数の貫通孔との両方を有する前記長手方向のストリップを設けること、前記複数の貫通孔は内周面を定義する縁部を有し、前記内周面は各内周面の中心に向かって約10°〜約45°の範囲の角度が付けられており、および
(d)冷却ガスの複数の流れを角度の付いた前記縁部を有する前記複数の貫通孔へと方向付けて、前記冷却ガスを前記紫外線ランプへと注入させること
を含む方法。 - (a)冷却ガスの複数の流れを、異なる直径を有する貫通孔を通して注入すること、および
(b)窒素を含む冷却ガスを注入すること
の少なくとも1つを含む請求項35に記載の方法。
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