用于UV固化系统的富氮冷却空气模块技术方案

一种再循环冷却系统可以与固化系统一起使用，以减小系统的排气需求。另外，使用冷却液诸如氮降低臭氧的产生以及系统的密封需求。一种简单的热交换器可以在返回和供应容器之间使用，以去除在循环经过固化辐射源期间添加到再循环流体的热。氮可来自氮源，或者来自膜或可用以分裂供应气体为其分子组分的其它器件以提供富氮气源。一种臭氧破坏单元可以与该冷却系统一起使用以减少臭氧量至可接收级别，并最小化氮气的消耗。催化剂可用以耗尽在反应期间没有消耗的臭氧。

【技术实现步骤摘要】
用于uv固化系统的富氮冷却空气模块
技术介绍
诸如硅氧化物(SiOx)、硅碳化物(SiC)和碳掺杂的硅氧化物(SiOCx)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。水通常为该有机硅垸化合物的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 并縮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IOO，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
中其它的改善仍将持续寻找。
技术实现思路
根据本专利技术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。在一个实施方式中，用于对包括UV灯源和固化腔室的UV固化系统提供 冷却的系统包括可用以包含大量流体的供应容器。流动产生器件，诸如鼓风机， 可以导引来自供应容器的流体流动经过UV灯源，使得流体的流动可以去除来 自uv灯源的热能。连接到固化腔室的循环管路可以接收流体的热流动并导引热流体流动至循环容器。沿着流路设置在循环容器和供应容器之间的热交换器可以去除来自流体热流的热能，其中可以导引流体流动返回至供应容器中以再 循环为冷却流体。流体可以是任何适当的液体或者气体，诸如氮气或富氮气体。 气体分离模块可以使用以容纳送入空气的流动并分离出送入空气的至少一种 组分以产生供应容器的流体源。气体分离模块可以包括气体分离膜，例如，可 以容纳供应气体流并产生氮气流。在一个实施方式中，空气模块设置用于产生辐射型固化器件的再循环冷却 流。模块包含可用以容纳并包含大量流体的供应容器。流动产生器件可以导引 来自供应容器的流体流至辐射型固化器件，流体的流动可用以从固化器件去除 热能。返回容器可以容纳退出辐射型固化器件的流体的热流。模块还可包括沿 着流路设置在返回容器和供应容器之间的热交换器。热交换器可以去除来自流 体热流的热能并导引流体流返回至供应容器中。在一个实施方式中，冷却uv固化系统的方法包括导引来自供应容器的冷却流体流经过uv灯源，流体流可用以去除来自uv灯源的热能。冷却流体的热流从固化腔室导引至返回容器，并且从冷却流体的热流去除热能。然后，冷 却流体的热去除流导引返回至供应容器中，其中冷却流体可用以再循环经过uv灯源。在一个实施方式中，用于减少在uv固化系统中臭氧存在的系统包括用于 包含大量流体的供应容器和可用以导引来自供应容器的流体流动经过uv灯 源的流动产生器件，使得流体的流动可以去除来自uv灯源的热能。连接到固化腔室的第一输送渠道可以容纳流体的热流并导引加热流体流动至臭氧破坏 单元。臭氧破坏单元可以容纳热流体的流动并减少其中所包含的臭氧的浓度。 然后，在臭氧破坏单元和供应容器之间连接的第二输送渠道可以导引流体的臭 氧减少流返回至工艺容器中。臭氧破坏单元可以包括催化剂，选择以引起与流 体的流体热流的反应，其分解在流体中所包含的任意臭氧的至少一部分。催化剂可以为分解臭氧的任意适当催化剂，诸如选自Mn02/CuO，Mn02/CuO/Al203、 活性炭、Pd/Mn02、 Pd/MnCV硅铝、嫩02基的催化剂和贵金属Pt/Pd催化剂。 催化剂可以球状形式包含于臭氧破坏器件中，或者可以为在臭氧破坏器件中在 蜂窝(honeycomb)和辐射器件其中之一上的涂层形式。在一个实施方式中，用于减少UV固化工具中臭氧存在的臭氧破坏装置包 括具有容纳退出固化工具的流体流的出口和用于输出再循环通过固化工具的臭氧减少的流体流的出口的箱体(housing)。在箱体中流动路径配置以导引 箱体中所容纳的流体流，流动路径具有一长度和形状使得流体流动对于给定的 流速具有在流动路径中的所选停留时间。催化剂放置在流动路径表面上，或者 在流动路径中，使得在流动路径中的流体流与催化剂接触选定的停留时间。选 择催化剂以引起与流体流的反应，其分解在流体中包含的任何臭氧的至少一部 分，产生臭氧减少的流体流输出以从箱体输出并再循环返回至固化系统中。例 如，流动路径可以为辐射体(radiator)或者蜂窝的形式。在一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对包括ＵＶ灯源和固化腔室的ＵＶ固化系统提供冷却的系统，包括：　　　　供应容器，可用以包含大量的流体；　　　　流动产生器件，可用以导引来自供应容器的流体流动经过所述ＵＶ灯源，所述流体流动可用以从所述ＵＶ灯源去除热能；　　　　返回管路，连接到所述固化腔室并可用以容纳所述流体的热流并导引所述热流体的流动；　　　　返回容器，连接到所述返回管路并可用以容纳通过所述返回管路导引的所述流体的热流；以及　　　　热交换器，沿着流动路径设置在所述返回容器和所述供应容器之间并且可用以从所述流体的热流去除所述热能，其中导引所述流体流返回到所述供应容器中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：达斯廷W胡，胡安卡洛斯罗奇阿尔维斯，戴尔R杜博伊斯，斯科特A亨德里克森，萨尼夫巴鲁贾，恩德卡O米科蒂，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]