用在基板的光固化装置

技术领域

本发明关在一种基板处理装置，特别是一种用在基板的光固化装置，更特别是一种用在半导体基板的紫外光固化装置。

背景技术

对在半导体领域的紫外光固化应用的光源需求主要集中在200nm至280nm(即UVC波段)，或者更到280nm至315nm(即UVB波段)。

业界一般使用无极中压汞灯并辅以特别金属掺杂配方来优化UVC波段的谱辐射表现。UV波段的无极灯实质上是一个光谱光源，其发光范围覆盖UVC到近红外光波段，但光固化应用中实际需要的光谱范围狭窄很多。使用这种无极灯作为UV固化光源，存在很大的能量浪费。目前业界的UV无极灯，其中的UV波段的光功率一般大约为整体波段光功率的40％，而UVC波段的光功率在整个UV波段光功率的比例更是低在20％。举例市面10英寸6000W规格的UV灯，其UVC波段的光功率仅约480W，且受限在封装及光路设计，UVC波段的有效利用率约为60％。也就是说一个UV灯管提供的UVC波段有效能量在300W左右，若考虑配置双灯的情况下，总计为600W，但折算出来的UVC波段辐照功率(功率密度)低在1000mw/cm

UV无极灯需要使用高压直流大功率磁控管作为微波源，整个系统而复杂，维护困难，系统成本高企。UV无极灯一般为线状灯管，为了处理12英寸的晶圆，光学设计复杂，导致光能有效利用率低。

此外，由在UV无极灯的功率极大，需要强劲的冷却系统来保证UV灯正常工作，但半导体厂房的空间有限，设备占用很大的空间，维护不便。

再者，要将UV无极灯的线光源转为近似圆形的面阵光，光学系统设计比较复杂，且UVC波段或UVB波段光功率的有效利用率低。

发光二极体的效率和寿命均比UV无极灯有优势，且发光二极体的光功可达20000mW/cm

发明内容

本发明提出一种用在基板的光固化装置，包含：一腔体；一支撑盘，配置在该腔体中用在支撑一基板并将该基板的一表面暴露在该腔体中；及一光源组件，配置在该腔体中用在照射该基板的表面。该光源组件配置成能在该腔体中沿着至少一方向往复移动，使该光源组件在该基板的表面上形成的明暗区域随着该光源组件的移动一起变化。

在一具体实施例中，该光源组件包含一光源阵列，该光源阵列由多个发光二极体排列而成。

在一具体实施例中，该光源组件包含一光源阵列，该光源阵列由多个第一发光二极体、多个第二发光二极体及多个第三发光二极体排列而成，且所述第一发光二极体、第二发光二极体及第三发光二极体具有不同频谱。

在一具体实施例中，该光源组件包含一光源阵列，该光源阵列由多个发光单元排列而成，每一个发光单元由一第一发光二极体、一第二发光二极体及一第三发光二极体组成，且所述第一发光二极体、第二发光二极体及第三发光二极体具有不同频谱。

在一具体实施例中，该光源阵列具有多个导光部件，所述导光部件配置在所述发光二极体的周围，以将所述发光二极体的照射导向该基板的表面。

在一具体实施例中，所述发光单元具有一导光部件，所述发光单元的导光部件配置在第一发光二极体、第二发光二极体及第三发光二极体的周围，以将所述发光单元的照射导向该基板的表面。

在一具体实施例中，该多个第一发光二极体沿着多个第一列排列，该多个第二发光二极体沿着多个第二列排列，该多个第三发光二极体沿着多个第三列排列，所述第一列、所述第二列和所述第三列相互平行。

在一具体实施例中，所述发光单元的第一发光二极体、第二发光二极体及第三发光二极体是以转动对称排列。

在一具体实施例中，该腔体具有供冷却空气流动的一循环路径，该循环路径通过该光源组件，使该光源组件能够冷却。

在一具体实施例中，所述的光固化装置更包含：一光学窗，配置在该腔体中且位在该支撑盘及该光源组件之间；一孔板，配置在该光学窗下方；一喷淋板，配置在该孔板下方。

本发明具有许多优点。利用发光二极体矩阵照明来固化半导体晶圆，相对在使用汞灯，系统成本低，工作寿命长，系统设计简单，光功率利用率高。利用多个不同峰值波长及其半功率谱宽的发光二极体进行组合，在一个相对较宽的波长范围内模拟连续谱的光源，满足不同应用对光谱和谱辐射的需求。克服单个发光二极体谱宽很窄的问题，使光源系统有更好的适应性。同时可以视具体的需求，配置不同的组合方案达到功能扩展的目的。发光二极体的功耗是无极汞灯的十分之一甚至更低，降低了散热设计的难度，不需要很大的冷却风流和强力风机，进而可以显着地缩小环境系统占的空间。光源组件的往复运动行程一般为灯珠的间距的二至三倍，不需要大范围的的移动，运动系统内置在环境系统内部，整个回风系统不需要运动密封。

附图说明

参照下列附图与说明，可更进一步理解本发明。参照下列附图描述的非限制性与非穷举性实例，在附图中的部件并非必须为实际尺寸，重点在于说明结构及原理。

图1示意本发明用在基板的光固化装置。

图2为光源组件示意图。

图3为第二图光源组件的局部放大。

图4为光源阵列的第一实施例。

图5为光源阵列的第二实施例。

图6例示发光单元的频谱组成。

图7为光源阵列的第三实施例。

图8为本发明用在基板的光固化装置的一实施例。

图9为本发明用在基板的光固化装置的另一实施例。

附图标号说明：

11腔体；12分隔板；13顶部空间；14底部空间；15光源组件；151主体；152、152A、152B、152C、152’发光单元；16散热鳍片；17支撑盘；18光学窗；31发光二极体；32导光部件；41、42列；51、52、53列；7A、7B、7C发光二极体；81腔体；82分隔板；83顶部空间；84底部空间；85光源组件；86散热鳍片；87支撑盘；88光学窗；89热交换组件；891冷却部；91石英孔板；92石英喷淋板；D方向；N列。

具体实施方式

下文将结合附图更完整说明本发明，并且通过例示显示特定范例具体实施例。不过，本发明所述技术方案可具体实施在许多不同形式，因此所涵盖或申请本发明所述的技术方案的结构并不受限在本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖的技术方案。除此之外，例如本发明所述的技术方案可具体实施为方法、装置或系统。因此，具体实施例可采用例如硬件、软件、固件或这些的任意组合已知(并非软件)的形式。

本说明书内使用的词汇“实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如本发明所述的技术方案包括全部或部分范例具体实施例的组合。

图1示意本发明用在基板的光固化装置，包含一腔体(11)。预先形成有薄膜的基板可从其他处理腔体转移至该腔体(11)，使基板上的薄膜受光照而固化。腔体(11)中提供有一分隔板(12)，其将腔体(11)划分成一顶部空间(13)和一底部空间(14)。

腔体(11)的顶部空间(13)包含一光源组件(15)，其配置成朝底部空间(14)照射光。光源组件(15)配置成可沿着至少一方向(D)往复移动，藉此光源组件(15)可朝底部空间(14)照射晃动的光。光源组件(15)除了能沿着一横向方向往复移动，还能配置成沿着其他方向往复移动，例如靠近或远离底部空间(14)的垂直往复移动。在可能的实施例中，光源组件(15)能沿着预定的轨迹移动，如圆形、椭圆形、矩形或三角形，甚至光源组件(15)能根据一转轴进行转动，使照射光在底部空间(14)的一平面上有晃动的效果。

光源组件(15)包涵一冷却部件，如图示散热鳍片(16)，配置在光源组件(15)的背侧，用在冷却发光单元(如发光二极体)。

支撑盘(17)装配在底部空间(14)，用在承载及支撑待处理的基板。当支撑盘(17)支撑基板时，使基板的一表面暴露在底部空间(14)以接收照射光。支撑盘(17)具有基本的升降手段，令基板可以在一处理位置(照射位置)及一过渡位置(传输位置)之间移动。依处理的需求，支撑盘(17)可配置加热手段，预热待处理的基板。

底部空间(14)可提供有其他必要部件，像是抽气通道、供气通道及/或衬套(liner)，其可以是各种形式，不在此赘述。

一光学窗(18)可安装至分隔板(12)的开口，让光源可从顶部空间(13)照射至底部空间(14)，并防止底部空间(14)的化学物质附着在光源组件(15)的发光单元。在一实施例中，光学窗(18)为由石英玻璃。

图2显示光源组件(15)包含一主体(151)。主体(151)具有一背侧和一前侧。主体(151)背侧提供有所述散热鳍片(16)，主体(151)前侧提供有复数个发光单元(152)。

图3显示每一个发光单元(152)至少是由一发光二极体(31)和一导光部件(32)所构成。发光二极体(31)经由封装技术形成一封装体，包含如基座、壳体、电极及透光组件。导光部件(32)基本上提供在发光二极体(31)的周围，利用反射、折射或其结合而将光源导向，使原本发散的光源形成集中光束。在本实施例中，导光部件(32)为包覆发光二极体(32)周围的一罩体，罩体内侧能将光反射，形成导向性光束。

图4例示主体(151)的前侧具有一圆形表面，而这些发光单元(152)以特定图案排列在所述圆形表面的圆形区域中。如图所示，发光单元(152)沿着多个平行列排列。由左至右，第一列(41)有五个发光单元(152)，第二列(42)有九个发光单元(152)，第N列有六个发光单元(152)。本实施例的第一列(41)的发光组件(152)和第二列(42)的发光组件(152)未对齐，如虚线所示，但本发明不以此为限制。

已知汞灯是连续广谱光源，可涵盖紫外光至绿光，但对在不同的半导体沉积薄膜的固化工艺，光源的光谱范围和谱辐射有特定的要求。发光二极体能产生一个窄光谱范围且强度足够的光源，但窄的光谱可能无法满足所有工艺需求。

图5为光源阵列的第二实施例，其显示不同波段的第一发光单元(152A)、第二发光单元(152B)及第三发光单元(152C)分别沿着第一列(51)、第二列(52)及第三列(53)排列。每一列的发光单元与相邻列的发光单元产生不同波段的光源。换言之，图5提供了一个三波段混合照明方案，可以近似实现连续谱照明。如图6所示功率光谱图，利用三种不同波段发光二极体半功率谱的特点，选择不同峰值辐射波长的发光二极体进行混合可以在一个相对较宽的波长范围内模拟汞灯的连续谱。

在第二实施例的一照明方案中，光源阵列可经由控制器控制成：先以该等第一列(51)的第一发光单元(152A)照明一段时长(例如60秒，但本发明不以此为限制)，然后关闭该等第一发光单元(152A)并以该等第二列(52)的第二发光单元(152B)照明一段时长，最后关闭该等第二发光单元(152B)并开启该等第三列(53)的第三发光单元(152C)照明一段时长，完成半导体沉积薄膜的固化工艺。本发明藉由分开开启不同波段的第一发光单元(152A)、第二发光单元(152B)及第三发光单元(152C)进行照明，可以先去除薄膜中的氢键或者致孔剂，再形成牢固的网络结构，提升薄膜性能。

在第二实施例的另一照明方案中，光源阵列可经由控制器控制成：先以该等第一列(51)的第一发光单元(152A)照明一段时长后，再同该等第二列(52)的第二发光单元(152B)照明一段时长，最后同该等第三列(53)的第三发光单元(152C)开启全部的发光单元照明一段时长，完成半导体沉积薄膜的固化工艺。本发明藉由接续开启不同波段的第一发光单元(152A)、第二发光单元(152B)及第三发光单元(152C)来进行同时照明，可促进薄膜中多种键的断裂，来提升薄膜性能。此外，本发明可根据固化工艺需求，第一、第二及第三发光单元(152A、152B、152C)分别以不同的时长来照射。

图7为光源阵列的第三实施例。每一个发光单元(152’)包含不同波段的第一发光二极体(7A)、第二发光二极体(7B)、第三发光二极体(7C)及导光部件(32)，可以近似实现连续谱照明。第一、第二及第三发光二极体(7A、7B、7C)可依特定图案排列，如转动对称排列，但本发明不以此为限制。

在第三实施例的一照明方案中，该等发光单元(152’)可经由控制器控制成先以该等第一发光二极体(7A)照明一段时长(例如60秒)，然后关闭该等第一发光二极体(7A)并以该等第二发光二极体(7B)照明一段时长，最后关闭该等第二发光二极体(7B)并开启该等第三发光二极体(7C)照明一段时长，完成半导体沉积薄膜的固化工艺。本发明藉由分开开启不同波长的第一、第二及第三发光二极体(7A、7B、7C)进行照明，可以先去除薄膜中的氢键或者致孔剂，再形成牢固的网络结构，提升薄膜性能。

在第三实施例的另一照明方案中，该等发光单元(152’)可经由控制器控制成：先以该等第一发光二极体(7A)照明一段时长后，再同该等第二发光二极体(7B)照明一段时长，最后该等第一、第二及第三发光二极体(7A、7B、7C)同时照明一段时长，完成半导体沉积薄膜的固化工艺。本发明藉由接续开启不同波段的第一、第二及第三发光二极体(7A、7B、7C)来进行同时照明，可促进薄膜中多种键的断裂，来提升薄膜性能。此外，本发明可根据固化工艺需求，第一、第二及第三发光二极体(7A、7B、7C)分别以不同的时长来照射。

图8为本发明用在基板的光固化装置的一实施例。腔体(81)中提供有分隔板(82)，其将腔体(81)界定出顶部空间(83)和底部空间(84)。顶部空间(83)配置有复数个光源组件(85)，每一个光源组件(85)与其他的光源组件(85)是制程独立的。这些光源模块(85)配置成可在顶部空间(83)中沿着至少一个方向、维度或轨迹往复移动，藉此朝底部空间(84)晃动照射。同样地，光源组件(85)可提供有各自的散热鳍片(86)。复数个支撑盘(87)配置在底部空间(84)并与上方的光源组件(85)对应，并经由对应的光学窗(88)接收固化光源。藉此，腔体(81)中能形成多个光固化处理的站(stations)。

一热交换组件(89)连接至腔体(81)的顶部空间。本实施例热交换组件(89)包含配置在一箱体中的冷却部(891)，如温度低于散热鳍片(86)冷却鳍片。热交换组件(89)具有入口埠和出口埠，分别经由气体通道流体连接至腔体(81)，并分别接收来自顶部空间(83)的热气和通入冷却气体至腔体(81)，藉此建立封闭的一循环路径。尽管未具体显示，腔体(81)和热交换组件(89)之间还配置有气阀、泵浦及/或风扇，以实现气体流量的控制及调整。冷却空气可从腔体(81)的顶部进入。冷却气体可以是辐射扩散的方式流过各光源组件(85)的散热鳍片(86)，或是可从光源组件(85)周围的一供气环吹拂散热鳍片(86)。热空气可从腔体(81)的两侧或每一个光源组件(85)周围的抽气通道离开腔体(81)并返回热交换组件(89)。

图9为本发明用在基板的光固化装置的一实施例，其与图8的差异在于，底部空间(84)还提供有一石英孔板(91)及一石英喷淋板(92)，作为供气组件的部件，藉此光固化处理能配合特定气体来进行。

上述实施例揭露的负压气室是覆盖组件与壳体底部的一上表面所界定，但在其他可能的实施例中，负压气室可以是覆盖组件与壳体底部的一下表面所界定。或者，负压气室可以是由壳体底部的结构所界定。这些可能的实施例均未脱离本发明的范畴。

虽然为了清楚解释本发明，已经用某些细节来描述前述本发明，在权利要求的保护范围内可进行特定变更与修改。因此，以上实施例仅用在说明，并不设限，并且本发明并不受限在此处说明的细节，但是可在权利要求的保护范围内及等同下进行修改。