直列式分配容器的製作方法

2023-10-27 22:09:22

本申請要求於2014年1月26日提交的名稱為「Inline Dispense Capacitor(直列式分配容器)」的美國臨時專利申請No.61/931,680的權益，該美國臨時專利申請的全部內容通過參引併入本文中。本申請還要求於2014年5月1日提交的名稱為「Inline Dispense Capacitor(直列式分配容器)」的美國臨時專利申請No.61/987,013的權益，該美國臨時專利申請的全部內容通過參引併入本文中。

技術領域

本公開涉及半導體製造，並且具體地涉及膜分配/塗布及顯影過程和系統。

背景技術：

塗布器/顯影器工具相關的各種過程指定將不同的化學品分配到基板或晶片上以進行指定類型的處理。例如，可以將各種抗蝕劑或光刻膠塗層分配到基板表面上。此外，可以將各種顯影劑和溶劑分配到晶片上。然而，將各種化學品分配到晶片上會面臨一個挑戰，即，避免所分配的化學品中的缺陷。化學品中的任何小的雜質或凝結均可能在晶片上形成缺陷。由於半導體結構的尺寸不斷減小，因此避免並去除來自所分配的化學品的缺陷變得越來越重要。

技術實現要素：

避免由分配到基板上的流體造成的缺陷的一個方案是購買用在塗布器/顯影器工具中的預過濾化學品。然而，這種預過濾化學品可能是非常昂貴的，並且儘管經過預過濾但仍可能在運輸或使用期間 在化學品中形成缺陷。避免缺陷的另一方案是在半導體製造工具(例如，塗布器/顯影器)中、在化學品即將分配在基板上之前對化學品進行過濾。在即將分配之前進行過濾的一個並發問題是流動速率的減小。例如，為了對已被充分過濾以滿足純度需求的流體進行輸送，需要相對精細的過濾器。使用精細過濾器的挑戰在於，這種過濾器在流體化學品被推動通過這些相對精細的過濾器時減小了給定化學品的流體流動的速率。許多半導體製造過程要求以遵循指定參數的流動速率來分配指定化學品。流動速率高於或低於這種給定的指定流動速率可能引起基板上的缺陷。換句話說，難以將流體以可接受的較快速率推動通過越來越精細的過濾器。

本文所公開的技術提供了一種下述系統：該系統在提供指定的分配流動速率的同時對相對較慢的流體過濾速率進行補償。換句話說，本文中的系統可以將過濾的液體以比過濾速率大的分配速率分配到基板上。這種系統可以包括位於過濾器與分配噴嘴之間的分配容器。該分配容器包括撓性隔膜或表面，其選擇性地彎曲以增大或減小流體流動和/或壓力。此外，分配容器限定有大致直線形的流體導管，其不具備引發缺陷的幾何結構。在一個實施方式中，該系統可以包括囊狀部或撓性直線形部件，該囊狀部或撓性直線形部件可以向外撓曲以增加位於過濾器與分配噴嘴之間的輸送管路內的流體的量，並且/或者可以收縮以減少該輸送管路中的流體的量，以便保持指定的壓力和/或流動速率。這種系統的優勢在於，給定的分配化學流體可以在即將被分配到晶片上之前利用相對精細的過濾器進行過濾，並且同時仍然保持可以比過濾速率大的指定分配速率。

當然，為了清楚起見，已經呈現出本文所描述的不同的步驟的討論順序。通常，這些步驟可以以任意適當的順序進行。另外，儘管本文中在不同的地方討論了不同的特徵、技術、構造等中的每一者，但是每個概念都應當可以彼此獨立或彼此結合執行。因此，本發明可以以許多不同的方式實施和查看。

注意，本發明內容部分並不指明本公開內容或所要求保護的發明的每個實施方式和/或增加的新穎方面。相反，本發明內容僅提供不同實施方式及其相應的相對於常規技術而言新穎的點的初步討論。為獲得本發明和實施方式的附加的細節和/或可能的方面，讀者可參考以下 進一步描述的本公開內容的具體實施方式部分和對應的附圖。

附圖說明

結合附圖考慮，通過參照以下詳細描述，本發明的各種實施方式的更完整的理解及其許多附帶的優點將變得顯而易見。附圖不一定按比例繪製，而是將重點放在闡明特徵、原理和概念上。

圖1是本文所描述的分配容器的截面示意圖。

圖2是本文所描述的分配容器的截面示意圖。

圖3是用於本文所描述的分配容器的控制系統的簡化示意圖。

圖4是本文所描述的分配容器的示例實施方式的截面圖。

具體實施方式

本文中的技術可以實施為直列式分配系統，其對通常伴隨著用於微型品製造的流體過濾而出現的過濾器滯後進行補償。本文中的該分配方案還減小缺陷形成的機會。通常，流體輸送系統具有使流體管路(比如用於壓力測量裝置或貯存器)中止的盲管段或者其他中斷件，很有可能在流體中形成缺陷。流體連接件設計成減小流體導管壁(內壁)的瑕疵。任何粗糙的連接件或彎曲件都可能導致下述位置：流體可能在該位置打轉(recirculate)、減速或者以其他方式停止——這可能引起凝結。因而，具有活塞、導流板或側附接貯存器可能產生許多不期望的橫向流動以及使流體堵住的位置。這種橫向流動和減速點會導致流體內形成粒子，所述粒子在分配到諸如矽晶片之類的給定基板上時變成缺陷。

因此，本文中的系統包括直列式(直線形)囊狀部裝置。在該直列式囊狀部構造為下述貫穿管(大致均勻的截面)——該貫穿管不允許流體橫向流動或流體流動減速——的情況下獲得了更好的流體分配結果。在分配關閉時段，即在流體未從對應的噴嘴分配到基板上時，過程流體可以在被推動通過精細過濾器(微過濾器)之後收集在該囊狀部(如擴張的囊狀部)中。在一個實施方式中，流體 分配容器構造成在分配關閉時段期間填充有流體，該流體已經在即將進入該分配容器之前被過濾過。在一些示例性分配應用中，給定流體以預定的流動速率(比如0.4立方釐米每秒至1.4立方釐米每秒)進行分配，並且該流體被分配(到基板上)相對較短的時間比如約一秒，隨後流體分配系統在休息時段期間不能被再次使用。該休息時段可以是從約15秒到60秒的任意時間或更長的時間。

當從噴嘴重新開始分配時，直列式囊狀部從收集過程流體的狀態反轉成排出過程流體的狀態。換句話說，該大致直線形的囊狀部具有擴張的能力以收集一定量的過程流體，並且隨後被選擇性地壓縮，以通過排出所收集的一定量的流體來幫助保持特定的過程流體流動速率。因而，這種構型提供了一種具有下述分配容器的系統：該分配容器包括囊狀部或可擴張構件，該囊狀部或可擴張構件構造成擴張以接收一定量的流體並且構造成收縮以有助於排出所積聚的一定量的流體，擴張和收縮時都保持過程流體以大致直線形的流動路徑通過囊狀部。

分配容器的擴張和收縮可以經由聯接的氣動或液壓系統實現，該氣動或液壓系統對圍繞直列式囊狀部的壓力控制流體進行控制。直列式囊狀部可以具有各種截面形狀，比如圓形、正方形和橢圓形。為了方便描述本文中的實施方式，本公開將主要針對具有大致橢圓形或圓形形狀的囊狀部。不同的截面形狀提供不同的優勢。使用具有橢圓形截面形狀的囊狀部的一個優勢是具有兩個相對較平坦的相對表面，所述表面可以是用於擴張和收縮的主要變形表面。在大致均勻或對稱(比如圓形截面)的截面形狀中，所有側壁表面都將能夠大致均勻地擴張及收縮。

現在參照圖1，示出了用於流體輸送的裝置——例如分配容器——的簡化示意圖，並且將在文中對其進行描述。該裝置包括加壓流體殼體120，該加壓流體殼體120限定有壓力控制室121。加壓流體殼體指的是這樣的殼體或結構：其構造成接收或容納各種壓力下的流體。壓力控制室121具有流體入口123和流體出口124。加壓流體殼體構造成容納壓力控制流體127。可使用多種材料中的任何材料來製造加壓流體殼體120。要注意的是，壓力控制室121可以以各種形狀和構型實施。例如，在某些實施方式中，加壓流體殼體120 可以限定有縱向壓力控制通道。換句話說，可以限定形狀與囊狀部115大致相同的室。在這種實施方式中，加壓流體殼體可以包括壓力控制流體入口。在其他實施方式中，壓力控制殼體的整個側部或部段可以被致動以產生壓力差。

在壓力控制室121內有囊狀部115或其他可擴張/可收縮的導管。囊狀部115具有過程流體入口111，該過程流體入口111連接至壓力控制室121的流體入口123。囊狀部115還具有過程流體出口112，該過程流體出口112連接至壓力控制室121的流體出口124。囊狀部115在過程流體入口111與過程流體出口112之間限定有大致直線形的流動路徑。因而，過程流動流體110可以大致直線形地流動通過囊狀部115。作為示例，過程流動流體110可以包括用以沉積在給定基板上的光刻膠合成物、嵌段共聚物、溶劑等。

囊狀部115構造成在壓力控制室(或縱向壓力控制通道)內擴張及收縮以使得由囊狀部限定的容積可以增大及減小。囊狀部115的囊狀部長度大於囊狀部截面高度。換句話說，代替形成盒狀或球狀的常規囊狀部(例如燃料囊)，本文中的囊狀部115構造成具有大致直線形的形狀(流動路徑)。

壓力控制室121(或縱向壓力控制通道)構造成容納圍繞囊狀部115的壓力控制流體127。壓力控制室121包括壓力控制機構140，該壓力控制機構140選擇性地增大或減小壓力控制流體127施加在囊狀部115的外表面上的流體壓力。控制器配置成啟動壓力控制機構140並且選擇性地增大或減小壓力控制流體127施加在囊狀部115的外表面上的流體壓力，使得由囊狀部限定的容積選擇性地增大或減小。要注意的是，圖1中示出的囊狀部115呈擴張狀態。該擴張僅為說明性的並且未按比例繪製，這是由於這種擴張在實際中不容易觀察到。

在一個實施方式中，壓力控制機構可以包括從壓力控制室121抽出壓力控制流體127以及將壓力控制流體127推入到壓力控制室121中。這種壓力控制機構或系統可以包括使用選擇性地增加或減少圍繞囊狀部的氣體或液體的氣動或液壓系統。比如系統可以例如利用活塞來使壓力控制流體移動到壓力控制室中以及移動離開壓力控制室。在某些實施方式中，這種活塞可以位於壓力控制室的外部。 在其他實施方式中，活塞表面可以限定壓力控制室的一個壁或內表面。

在壓力控制室內圍繞囊狀部115的是壓力控制流體127，該壓力控制流體127可以被容納在加壓流體殼體內，同時還與過程流動流體110隔開。可以利用殼體中的一個或更多個開口——比如通過使用聯接至加壓流體殼體的液壓或氣動系統——來增加或減少殼體內的壓力控制流體的量。壓力控制流體可以是諸如礦物油(mineral oil)、油(oil)、水等的任何適用液壓的流體。流體還可以包括各種氣體。替代性地，可以使用氣動系統來充注及排出過程流動流體。另一替代方案是機械系統，該機械系統使囊狀部的表面向內或向外物理地移動。過程流動流體110可以是用在塗布/顯影過程或光刻過程中的任意數目的流體。過程流體可以包括光刻膠、顯影劑、蝕刻流體、聚合物流體等。為加壓流體殼體所選定的材料應該相對於囊狀部材料大致呈剛性。囊狀部材料可以選自各種撓性的但不可滲透流體的材料，比如各種隔膜、金屬、特氟龍、聚合物或者彈性體、橡膠以及塗有特氟龍的橡膠材料。基本上，可以使用提供足夠的變形量以收集大量流體並且隨後將所收集的大量流體朝向出口或分配器(噴嘴)推動的任何材料和/或材料厚度。

圖3是示出示例性流體分配裝置的用法的簡化控制圖。在操作中，給定的過程流體儲存在壓力控制的液體安瓿150中。該壓力控制的液體安瓿可以包括用於經由導管或管將過程流體從安瓿朝向過濾器133驅動的機構。在使用高純度過濾器時，將過程流體推動通過過濾器133會是相對較慢的過程。示例性過濾速率可以比過程流體沉積到基板105上的指定分配速率慢。在經淨化的過程流動流體經過過濾器133之後，過程流動流體開始收集在液壓殼體內的囊狀部115中。可以使用活塞142來致動加壓流體系統。例如直線形驅動器144可以拉回活塞142，從而減小壓力控制室中的壓力控制流體的量。這使得囊狀部115能夠在液壓殼體中擴張，從而收集更多量的過程流動流體。

這些過程流體的這種收集可以在分配閥136處於關閉位置時發生。因此，過程流動流體被收集在液壓殼體加壓流體殼體120內部的囊狀部115內。在囊狀部內收集到足夠量的過程流動流體的情況 下，分配容器系統可以開始經由噴嘴137將液體以指定流動速率——其可以比過濾速率大——分配在給定的基板上。管路中的壓力可以在過程流動流體源處被保持(利用壓力控制的液體安瓿150)成防止過程流動流體通過高純度過濾器回流。這可以通過下述方式實現：具有用以保持一定量的過程流動流體移動通過過濾器133的足夠的壓力，即使在囊狀部115被壓縮時也是如此。在過濾器回流被阻止的情況下，直線形驅動器144使活塞142移動，以使更多的壓力控制流體進入壓力控制室。壓力控制流體的增多自然對囊狀部進行擠壓，從而使收集的過程流動流體繼續通過系統導管或管朝向噴嘴流動並最終流動到諸如目標晶片之類的基板105上。在某些實施方式中，可以使用隔板來代替加壓流體殼體控制囊狀部。

要注意的是，本文中的技術可以保持流動通過過濾器133的持續性。也就是說，在囊狀部被充注時以及在噴嘴進行分配時，過程流體可以流動通過高純度過濾器。即使在分配操作期間在過濾器兩側存在壓降的情況下，流體仍可以持續移動通過過濾器。保持持續流動——包括持續過濾——的優勢在於，過濾器的表面上所積聚的物體(由過濾器捕獲)沒有機會回到溶液中。其他實施方式可以包括在管路中的分配閥之前的位置、在過濾器與分配容器之間的軟管部分處使用靜液鎖定裝置(hydrostatic lock)，使得不會發生回流。另一優勢在於，實施方式在流體輸送系統中——例如在流體源與分配噴嘴之間——不具有死空間。不具有死空間進一步限制了形成缺陷的可能。

可以使用諸如PID控制器(比例/積分/微分)之類的控制器145對氣動或液壓壓力進行控制，以使過程流動流體在其離開噴嘴時產生指定的流動速率。在流體在噴嘴處被分配完成後，噴嘴可以關閉並且過程流動流體可以再次開始收集在分配容器系統的囊狀部中，以準備進行後續分配操作或一系列分配操作。要注意的是，可以使用壓力傳感器147來向PID控制器提供反饋。替代性地，壓力傳感器可以整合在壓力控制室內，從而消除對於在分配操作期間讀取過程流動流體的壓力的單獨的T形連接器(T-connection)的需求。

圖4是流體輸送裝置的示例實施方式的截面圖。圖4示出了加壓流體殼體120、壓力控制室121和囊狀部115。要注意的是，囊狀 部115可以在流體入口和流體出口處包括凸緣119。壓力控制流體入口117可以附接至壓力控制系統。由於囊狀部將擴張及收縮，因此將囊狀部的端部緊固至殼體有利於保持正常工作。凸緣119可以繞唇緣部被壓緊以形成密封，從而防止流體洩漏並且使得過程流動流體不會由於流體在這種連接點處減速而形成缺陷。囊狀部115在某些實施方式中可以具有大致橢圓形的截面形狀。通過使用具有圓形拐角的橢圓形囊狀部或矩形囊狀部，囊狀部的變形可以設計成主要出現在該囊狀部的對置的平坦表面處。

可以選擇各種材料來製造囊狀部。示例性撓性材料可以包括橡膠、合成橡膠、彈性體、薄壁金屬、不鏽鋼、氟聚合物彈性體等。在某些實施方式中，囊狀部的內表面可以出於保護、減少缺陷等目的而被塗有塗層。內塗層可以由選定成對光刻膠和例如乳酸乙酯和環己酮等的溶劑有耐受性的耐化學材料構成。示例性耐化學材料包括聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基烷烴(PFA)。沉積可以通過包括化學氣相沉積(CVD)和熱絲輔助CVD在內的各種沉積技術來實現。對於化學氣相沉積技術而言，可以使用相對較低壓的沉積環境以確保在囊狀部的整個長度上的均勻覆蓋。替代性實施方式是使合成橡膠或彈性體在由耐化學材料——如例如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、含氟彈性體等——製成的壁相對較薄的模具或嵌件上包覆成型(overmold)。在某些實施方式中，可以使用薄壁金屬，然而使用具有金屬囊狀部的PTFE/PFA流體連接件也可能是有益的。另一實施方式包括雙射成型(two-shot molding)，其中，首先將耐化學材料形成為襯裡，隨後對彈性體進行成形加工以填充給定模具的剩餘部分。其他實施方式可以採用注塑成型、吹塑成型或者對PFA、PTFE及不具有橡膠或彈性體的類似材料進行機加工。要注意的是，本領域技術人員將理解的是，針對將要流動通過囊狀部的給定的過程流體，可以專門選定許多不同類型的材料和/或塗層。

本文中的裝置可以結合到諸如塗布器/顯影器、光刻工具和清潔系統之類的半導體製造工具中。本文中的系統可以針對各種粘度的流體進行優化。應當理解的是，分配裝置的優化操作可以結合有各種控制迴路和機構。例如，壓力傳感器、減壓器(reducers)、粒子 測量系統、數字和模擬輸入/輸出、微處理器、電源等。

替代性實施方式可以將該裝置用作分配容器、壓力感測裝置或者分配容器和壓力感測裝置兩者。將囊狀部裝置用作壓力感測機構的優勢在於，不需要「T」形流動路徑。將流動路徑保持得儘可能平滑且連續會減少凝結的機會。

一個實施方式包括壓力傳感器裝置。該壓力傳感器裝置包括加壓流體殼體，該加壓流體殼體限定有壓力測量室或縱向壓力測量通道。在壓力測量室或縱向壓力測量通道內定位有囊狀部。該實施方式包括如上所述的具有對應的流體入口和出口的囊狀部。在縱向壓力測量通道內定位有壓力傳感器，使得當縱向壓力測量通道填充有壓力測量流體時，該壓力傳感器與壓力測量流體接觸。壓力傳感器配置成響應於由囊狀部的擴張或收縮引起的壓力測量流體的壓力變化而發送壓力測量信號。在某些實施方式中，可以使用不可壓縮流體。要注意的是，這種實施方式可以與上文的分配裝置分開，或者與該分配裝置結合。

該構型的一個益處在於，過程流體(比如光刻膠)不與壓力傳感器直接接觸，因此可以使用相對惰性的流體作為壓力測量流體。壓力傳感器可以配置成響應於由囊狀部的擴張或收縮引起的壓力測量流體的壓力變化而發送壓力測量信號。圖2示出了將囊狀部和加壓流體殼體用作壓力傳感器裝置的示例實施方式。圖2的壓力傳感器155可以替代性地添加至圖1以獲得結合在一起的分配容器和壓力傳感器。

在前面的描述中，已經闡述了具體細節，例如處理系統的具體幾何結構和處理系統中使用的各種部件和過程的描述。然而，應該理解的是，本文中的技術可以以脫離這些具體細節的其他實施方式進行實踐，這些細節是出於解釋而非限制的目的。已經參照附圖對本文所公開的實施方式進行了描述。類似地，出於解釋的目的，已經闡述了具體的數量、材料和構型，以便提供全面的理解。然而，實施方式可以在沒有這些具體細節的情況下實現。具有大致相同功能結構的部件由相同的附圖標記表示，因而可以省去任何多餘的描述。

各種技術已經被描述為多個分立操作，以有助於理解各種實施方 式。描述的順序不應當解釋為指這些操作必定與順序相關。實際上，這些操作不必以所呈現的順序執行。所描述的操作可以以與所描述的實施方式不同的順序執行。在附加的實施方式中可以執行各種附加的操作以及/或者可以省去所描述的操作。

本文所使用的「基板」或「目標基板」通常指根據本發明的正在被處理的物體。基板可以包括器件——特別是半導體或其他電子器件——的任何材料部分或結構，並且可以例如是基底基板結構，如半導體晶片、掩模板、或在基底基板結構上或覆蓋基底基板結構的層，如薄膜。因而，基板不限於圖案化或未圖案化的任何特定的基礎結構、底層或上層，而是設想到包括任何這樣的層或基礎結構，以及層和/或基礎結構的任意組合。該描述可以參照特定類型的基板，但這僅出於說明的目的。

本領域的技術人員還將理解的是，在仍實現本發明的相同的目的的情況下，會存在對上文所解釋的技術的操作進行的許多變型。這樣的變型應由本公開內容的範圍涵蓋。因此，本發明的實施方式的前述描述不意在進行限制。相反地，對本發明的實施方式的任何限制存在於下面的權利要求中。