[发明专利]用于UV固化系统的富氮冷却空气模块

说明书

背景技术

诸如硅氧化物(SiO_x)、硅碳化物(SiC)和碳掺杂的硅氧化物(SiOC_x) 膜的材料发现广泛应用于半导体器件的制造中。在半导体基板上形成该含硅膜 的一种方法为通过腔室内的化学气相沉积(CVD)工艺。例如，在硅供应源和 氧供应源之间的化学反应可能导致固相硅氧化物在设置在CVD腔室内的半导 体基板顶部上的沉积。在另一实施例中，硅碳化物和碳掺杂的硅氧化物膜可由 包括至少一种Si-C键的有机硅烷源的CVD反应形成。

水通常为该有机硅烷化合物的CVD反应的副产物。这样，水可以以水汽 形式物理吸附到膜中或者以Si-OH化学键结合到所沉积膜中。水结合的这些形 式的任意一种通常都是不期望的。因此，不期望的化学键和化合物诸如水优选 为从所沉积的含碳膜中去除。同样，在一些特定的CVD工艺中，需要去除牺 牲材料(由在CVD期间用以增加气孔率的制孔剂引起)的热不稳定的或者不 安定的有机部分。

一种用于解决该问题的公知方法为传统的热退火。来自该退火的能量以有 序膜的更加稳定的键属性替代不稳定的、不期望的化学键，从而增加膜密度。 传统的热退火步骤一般具有相对长的持续时间(例如，通常为30分钟至2个 小时)，因此消耗了非常多的处理时间并减慢了总制造工艺。

解决这些问题的另一方法为利用紫外线(UV)辐射以有助于CVD生产的 膜诸如硅氧化物、硅碳化物和碳掺杂的硅氧化物膜的后处理。例如，美国专利 No.6,566,278和6,614,181，都为应用材料公司的并在此引入其全部内容作为参 考，描述了用于CVD碳掺杂的硅氧化物膜的后处理的UV光的使用。用于固 化和密实CVD膜的UV辐射的使用可以降低单独晶圆的总热预算并加速制造 工艺。多个各种UV固化系统已经发展，其可以有效用于固化沉积在基板上的 膜。其中一个实施例在2006年5月9日提交的题目为“High Efficiency UV Curing System”的美国申请No：11/124,908中进行了描述，其转让给应用材 料并在此引入其全部内容作为参考。

因为用于固化的UV源趋于增大加热总时间，其负面影响正在处理的器件 并缩短它们源自身的寿命，所以需要冷却这些存在的UV和其它固化源，并且 固化电子器件和各种其它组件。典型地，使用开环系统，诸如在图1中所示的 装置100，其中鼓风机106用于将环境空气导入UV源的末端中，诸如用于导 引UV辐射到材料(固化)腔室104的UV灯模块102。排气口108设置在UV 源的另一端，使得热风从灯模块引出，从而从模块102去除热。对该方法存在 各种不利方面。

一个不利方面是热风必须排出系统外，增加总工艺线的排气装置的成本和 复杂性。另一不利方面是使用环境空气导致大量氧气泄露进入灯模块和/或固 化腔室。氧气的存在限制了在系统能操作处UV光谱中的波长，原因在于较低 的波长(例如，低于200nm)趋于被氧气吸收。该效果可能通过增加固化系统 的密封要求在一定程度上减轻，但是其再次增加了固化系统的成本和复杂性。

另一问题是在系统中的任意氧气对UV辐射的暴露在系统中产生少量的 臭氧。该臭氧导致系统中氮气的消耗。另外，对于可以存在于系统中的臭氧量 有严格的要求，并且在处理期间臭氧的连续产生可能导致必须检测并在处理能 继续之前解决的不期望的臭氧级别。

由于这些和其它不足的原因，尽管有各种固化腔室和技术的发展，但是在 该重要的技术领域中其它的改善仍将持续寻找。

发明内容

根据本发明的各种实施方式提供在UV固化系统或器件中用于再循环流 体的系统和方法，诸如通过利用再循环冷却系统或者闭环冷却系统(CLCS)。 该再循环能减少固化系统的排气和密封需求。再循环流体诸如氮的使用还能减 少系统中臭氧的产生，并可以虑及在较低波长时操作固化系统。该再循环还能 提供在再循环流体中的臭氧密度的减少。