TWI760355B - 具有彎液面控制的高精度分配系統 - Google Patents

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Abstract

文中的技術包含一種使用伸長的囊的囊系分配系統，伸長的囊係用以選擇性地擴張與收縮以協助分配作用。此分配系統能補償微製造之流體過濾所通常伴隨的過濾裝置死角。此分配系統亦提供一種高純度與高精度的分配單元。一彎液面感測器監測噴嘴處之製程流體之彎液面的位置。伸長的囊單元係藉著選擇性地擴張或收縮囊而將彎液面的位置維持在特定位置處，藉此移動或保持彎液面位置。在完成分配作用後亦將伸長的囊的擴張用於後吸作用。

Description

具有彎液面控制的高精度分配系統
本發明係關於半導體製造，尤其係關於薄膜分配/塗佈及顯影製程與系統。
使用塗佈設備/顯影設備的各種微製造程序針對特定設計欲分配至基板(晶圓)上的不同化學品。例如，可將各種光阻塗層分配至基板表面上。光阻塗層可因光化輻射反應而有類型變化(正/負)且針對不同的圖案化階段(前段製程、金屬化製程等)而有組成變化。此外，可選擇欲分配至晶圓上的各種顯影劑與溶劑。然而，將各種化學品分配至晶圓上的一挑戰為，避免在已分配的化學品中有缺陷。化學品中的任何小不純物或凝結皆可在晶圓上產生缺陷。當半導體特徵部的尺寸持續微縮，自已分配的化學品避免防止缺陷變得益發重要。
自分配至基板上之液體防止缺陷的一選擇為，購買塗佈設備/顯影設備欲使用之預先過濾過的化學品。然而，此類預先過濾過的化學品可能很昂貴且即便已預先過濾仍可能在傳輸或使用期間產生缺陷。防止缺陷的另一選擇為，緊接著在將化學品分配至基板上之前於半導體製造設備(如塗佈設備/顯影設備軌道設備)處過濾化學品。緊接著在將化學品分配之前進行過濾(使用過濾的點)的一困難為，流率的降低。例如，為了輸送被充分過濾過以符合純度要求的流體，需要相對精細的濾件。使用此類精細濾件的挑戰在於，當流體化學品被推經此些相對精細的濾件時，此些濾件會減少特定化學品的流體流率。許多半導體製造程序需要化學品以特定的流率(或流率範圍)分配以符合規範的參數。使流率高於或低於此類特定規範的流率可導致基板上的缺陷、不充分的覆蓋、及/或過多的覆蓋。換言之，難以將流體以夠快的速率推經較精細的濾件以滿足分配流量的需求。
文中所揭露的技術提供一種流體輸送系統，其能補償較慢的流體過濾速率並同時提供具有數位分配控制的特定分配流率。換言之，文中的系統能以快於過濾速率的分配速率將已過濾的液體分配至基板上並維持高純度。
此類系統可包含一流體分配設備。一液壓流體外殼定義具有一腔室入口開口與一腔室出口開口的一腔室。一伸長的囊係位於該腔室內。該伸長的囊自該腔室入口開口延伸至該腔室出口開口。該伸長的囊在該腔室入口開口與該腔室出口開口之間定義了一線性的流體流動路徑。該伸長的囊係用以在該腔室內橫向擴張與橫向收縮俾以在該伸長的囊容納一製程流體的體積時該伸長的囊內之該製程流體的體積可增加且可減少。該設備包含將該腔室出口開口連接至一分配噴嘴的一製程流體導管。一彎液面感測器係用以連續地監測該設備之一噴嘴區域內之該製程流體之一彎液面的一位置。該彎液面感測器係用以連續地傳輸彎液面位置的數據。一控制器係用以接收該彎液面位置的數據並用以藉由活化一壓力控制系統而將該製程流體之該彎液面的該位置維持在該噴嘴區域內之一預定位置處，該壓力控制系統可選擇性地減少該伸長的囊之一外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張。亦藉著選擇性地增加該伸長的囊之該外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮，而控制該彎液面的該位置。
此類技術可減少沉積薄膜的缺陷率。薄膜缺陷率可源於氣體泡泡、落下的粒子、有機殘留物/聚合物、金屬不純物、凝結的粒子等。此些缺陷源與形成機制會受到塗佈設備/顯影設備之分配線設計與配置的強影響。氣體泡泡缺陷的一原因或機制可關於氣體被溶解至欲分配的液體化學品(製程流體)中。由於泡泡缺陷或泡泡本身可具有成核位置的功能吸引小粒子成為大粒子，然後大粒子在分配步驟期間被沉積至薄膜中，於是被溶解的氣體在分配步驟期間便跑到了薄膜中。對粒子生成、有機殘留物、及金屬不純物有貢獻的一因素為構成分配線的部件(泵浦、閥件、儲槽、管、配件等)。
文中的技術藉著使用間接分配系統而最少化能造成氣體溶解的缺陷。使用文中的系統，能最小化製程流體對氣體與環境的暴露。又，文中的系統藉著最少化在分配線中所用之部件(泵浦、閥件、儲槽、管、配件等)而減少其他缺陷類型如落下粒子、有機物殘留物/聚合物、及金屬不純物。由於每一個部件都會增加造成缺陷的潛在風險，因此減少分配線中之部件的優點是可理解的。最小化製程流體與部件/硬體之間的死角與表面接觸可藉著最小化化學品團聚用的成核位置而最小化流動渦流。
當然，為了清楚明白的目前在文中以特定的順序討論不同的步驟。一般而言，此些步驟與技術可以任何適合的順序施行。此外，雖然在文中於不同處討論不同特徵、技術、配置中的每一者，但本發明欲使每一概念能彼此獨立執行或彼此結合執行。因此，本發明可以許多不同的方式體現與看待。
應注意，此發明內容段落不會明確闡述本發明或申請專利範圍的每一實施例及/或益發新穎的態樣，而是僅提供不同實施例及對應新穎點相對於傳統技術的初步討論。若需瞭解本發明與實施例的額外細節及/或可能的觀點，讀者應參考下面更進一步討論之本發明的實施方式段落及對應附圖。
文中的技術可體現為使用伸長的囊的一種囊系分配系統。此分配系統補償微製造之流體過濾所通常伴隨的過濾裝置死角。此分配系統亦提供一種高純度與高精度的分配單元。 文中的此分配溶液更減少了缺陷產生的機會。傳統的流體輸送系統通常具有截斷流體線的「死角」。此死角可為流體線的分支如壓力量測裝置或儲槽用的分支。傳統的流體輸送系統可具有其他的不連續如各種閥件，此些不連續可造成液體中產生缺陷的明顯機會。流體連接件係設設用以減少流體導管壁(內壁)上的不完美。任何粗糙的連接件或彎折可造成流體可再循環、減緩、或停滯而造成凝結的地方。是以，具有活塞、檔板、或側連至製程流體導管的儲槽可產生許多非所欲的橫流並產生流體受到阻礙或變慢的地方。此類橫流及慢處可導致液體內的粒子生成。接著此類粒子在被分配至特定基板上如分配光阻至矽晶圓上時會變成缺陷。
因此，文中的系統包含一伸長的囊設備，此伸長的囊設備使用間接壓力/體積控制以分配製程流體並最少化氣體溶解至製程流體中且減少分配系統所用的總共部件。當此伸長的囊係用以提供類似於上游與下游之導管之橫剖面積的橫剖面積(流體流動用)時，可獲得較佳的流體分配結果。此類配置有助於避免製程流體產生橫流或拖慢製程流體流動。當流體進入或通過伸長的囊時，其平滑且逐漸變寬而維持層流。在分配關閉的期間—即當不再自對應的噴嘴將流體分配至基板上時—在製程流體被推經精細的濾件(微濾件)之後，製程流體在此囊中累積(擴張的囊)。 在一實施例中，此伸長的囊具有用以分配之流體容器的功能，其係用以填充在上游已經過濾的製程流體或在分配關閉期間在進入伸長的囊之前的製程流體。在分配應用的某些實例中，以預定的流速(如每秒0.4至1.4立方公分)分配特定的流體，且此流體係持續分配(至基板上)相對短的時間。例如，特定的分配時間可持續約一秒，然後可不再使用流體分配系統直到一剩餘的期間之後。此剩餘的期間可自約15秒至60秒，針對某些製造流則更久。
當重新開始自噴嘴分配時，伸長的囊單元自收集製程流體的狀態轉變為驅趕製程流體的狀態。換言之，此伸長的囊具有下列能力：擴張以收集一注製程流體、然後藉著釋出被收集的該注流體而選擇性地被壓縮以協助維持一特定製程流體流率，其中被收集的該注製程流體在進入伸長的囊之前剛通過一微濾件。是以，此類配置提供一種具有分配容器的系統，此分配容器包含一囊或可擴張的元件，囊或可擴張的元件係用以擴張而容納流體及收縮而協助趕出累積的流體並同時維持通過伸長的囊之製程流體的實質線性流動路徑。
伸長的囊的擴張與收縮可藉由耦合液壓(或氣動系統)來完成，耦合液壓能控制與伸長的囊之外部表面相接觸的液壓流體。伸長的囊可有各種橫剖面形狀如圓形、方形、橢圓。為了便於說明文中的實施例，本文將主要聚焦於具有接近橢圓形或圓形的囊。以錐斜端連接至製程流體輸入導管與製程流體輸出導管以自製程流體導管逐漸轉變至特定之伸長的囊的形狀是有利的。不同的橫剖面形狀能提供不同的優點。使用具有橢圓橫剖面形狀之囊的一優點為具有兩個相對平坦的相對表面，此兩表面可為擴張與收縮用的主要歪斜表面。在實質上均勻或對稱的橫剖面形狀(如圓形橫剖面)中，所有的側壁表面皆能約略均勻地擴張與收縮，此形狀亦可提供優點。
在典型的操作中，當伸長的囊的內外壓力相等時，伸長的囊具有一初始形狀或橫剖面。伸長的囊先擴張超過此初始形狀而達到一經擴張的狀態 (某些經擴張的狀態上至到達囊擴張限制件)以收集一注製程流體及/或停止分配作用。接著，伸長的囊可自經擴張的狀態收縮至初始狀態。在某些實施例中，針對特定的分配操作伸長的囊可收縮至小於初始狀態，但應避免實質上收縮超過初始狀態以避免缺陷。的確，可配置系統藉由伸長的囊避免製程流體的夾止。若相對的內壁彼此接觸而夾止伸長的囊，則此動作可能會在製程流體中產生缺陷，其係類似於閥件實體上完全阻擋製程流體流動。可配置系統以避免伸長的囊夾止製程流體。是以，除了製程流體濾件之上游的製程流體閥件之外，系統不包含能夠完全阻擋製程流體流經製程流體濾件與分配噴嘴之間之製程流體導管的任何閥件。
藉著下列方式可執行間接壓力分配：在不在源容器中的製程流體上使用直接氣體(氣體壓力)的情況下，將製程流體拉出化學品瓶或製程流體源或將製程流體推出化學品瓶或製程流體源，並使製程流體流入分配系統中。此類系統可使用具有內襯的供給瓶，內襯能絕緣用以擠壓/壓垮內袋的氣體。或者，可使用傳統的流體容納瓶以及拉裝置，拉裝置在不使用與製程流體接觸的氣體的情況下將製程流體自流體源瓶拉出。另一選擇為使用包含虹吸管機構的重力饋送系統。
文中實施例的另一態樣包含減少分配系統中的總部件，使其比傳統光阻分配系統中的部件更少。文中的實施例包含自製程流體濾件之後即製程流體濾件的下游的分配線(製程流體導管)移除許多的部件與閥件。製程流體中的粒子大部分可利用製程流體濾件移除，但在製程流體濾件之後所產生的粒子會在基板上導致缺陷，缺陷形式為沉積薄膜中的缺陷。
在某些實施例中，在通過製程流體濾件之後，並無移動部件會和製程流體直接接觸。意即，除了囊壁本身之外並無其他的移除部件，但囊壁的移動為分散且相對均勻的，並無傳統之會產生製程流體缺陷的移動部件相關的強烈接觸或邊緣。此實施例可包含在製程流體濾件之後無閥件。是以，文中的技術消除了分配閥及相關的泵浦並使系統在無泵浦的情況下操作而將製程流體驅動流經系統並分配至基板上。
文中的分配系統可分區分為兩個區域或區塊。例如，有一「乾淨區域」區域，其包含分配系統線以及介於製程流體源至製程流體濾件之間的元件。另有一「超級乾淨區塊」，其包含介於製程流體濾件至分配噴嘴之間的分配線。乾淨區塊區域(製程流體濾件的上游)包含所有移動部件如閥件、槽、儲槽等。超級乾淨區塊區域(製程流體濾件的下游)並無任何會與製程流體(液體)接觸的移動部件。
技術包含具有擴張與收縮用之伸長的囊的分配單元，伸長的囊係受到液壓流體的包圍，一活塞及/或桿可***至液壓流體中以控制液壓流體的體積並更進一步控制伸長的囊的體積。文中的分配單元提供高純度與高精度的分配系統。這可包含在分配操作期間流經分配噴嘴之製程流體之量的電子(數位)控制。又，分配單元可提供在分配操作後之期間被拉回至分配噴嘴中之製程流體之量的電子控制，這亦被稱為後吸控制。作為後吸控制的一部分，系統可後吸製程流體俾使彎液面留在分配噴嘴內的一預定位置處，然後在重新裝填囊的期間可將彎液面維持在該位置處。是以，文中的技術提供精準的數位後吸控制及彎液面控制。精準的分配與後吸係部分由精準的活塞及/或桿以及相關的馬達所致。精準的體積控制及伸長的囊致能一種在製程流體濾件下游無閥件的系統。
技術包含具有精準流體位準偵測器的分配噴嘴。系統可偵測及控制分配噴嘴中之彎液面的位置。彎液面感測器將分配噴嘴中之液體彎液面位置的持續反饋提供至伸長的囊單元以持續調整囊體積而將彎液面維持在期望的位置處。系統可包含具有屏蔽裝置或罩蓋的噴嘴系統，其藉著使溶劑氣體在分配噴嘴周圍流動而避免分配噴嘴中的製程流體(如光阻)乾燥以在噴嘴附近產生有利的微環境。當製程流體中的溶劑蒸發(分配噴嘴因無閥件而暴露至空氣)時，蒸發可留下乾燥的粒子，此些粒子在接續的分配操作中可被輕易地傳送至基板。文中的此類屏蔽裝置能在不使用會造成缺陷的閥件的情況下避免噴嘴中之製程流體乾燥。
現在將更詳細地說明文中的實施例。現在參考圖1-3，其例示可用於液體輸送的分配單元100。此類分配單元100可包含液壓流體外殼111，液壓流體外殼111定義了伸長的囊所在的腔室(或囊室)。附接至液壓流體外殼111的是活塞桿外殼113，活塞桿外殼113包含與液壓流體外殼111流體連接之液壓流體的一腔室。活塞桿外殼113可用以精準控制伸長的囊單元內的液壓流體壓力。致動器114可用以移動及控制活塞桿。排氣閥118可用以促進空氣自液壓流體排出。文中的分配單元可以自我限制液壓的方式操作—實施例毋需延伸至分配單元的液壓管或連接件。實施例可精實且具有低液壓體積的功能。
現參考圖4與5，其例示一例示性囊系分配單元的橫剖面側圖。伸長的囊115自腔室入口開口 116延伸至腔室出口開口117。腔室119的尺寸允許伸長的囊115擴張至預定的體積且避免超過預定體積的擴張。伸長的囊在腔室入口開口116與該腔室出口開口117之間定義了一線性的流體流動路徑。伸長的囊係用以在該腔室119內橫向擴張與收縮俾以在該伸長的囊容納製程流體時使該伸長的囊內之該製程流體的體積可增加且可減少。
此實施例包含附接至腔室119的活塞桿外殼113。活塞桿外殼包含用以在一位移室內移動的活塞124。可使用一馬達如步進馬達128平移活塞124。位移室 127係與腔室 119流體連接。因此，藉著移動活塞124—當液壓流體充滿腔室與位移室時—可增加及減少施加至伸長的囊115之一外部表面上的壓力。可使用反後座力機構129自液壓流體移除動盪以增加伸長的囊內之製程流體體積的精準與控制。可使用導軌安裝件148來將囊系分配單元固定於可自精準控制之液體分配受惠的塗佈-顯影設備或其他分配系統內。
是以，文中的技術可體現為封閉迴路內的單盒型腔室分配單元。液壓位置銷(或桿或活塞或複數銷)可撞擊至液壓流體上。此液壓流體係與彈性伸長的囊的外部表面(複數外部表面)相接觸。囊的收縮控制為銷(或活塞/複數活塞或桿/複數桿或柱/複數柱)被***液壓流體中多深的函數。類似地，囊的擴張控制為銷自液壓流體被移出或拉回多遠的函數。因此，可達到伸長的囊之擴張或收縮的非凡精準控制。液壓流體的更進一步控制係藉著所用之銷的數目與尺寸與組合來達成。具有相對大的活塞例如填充整個液壓流體通道的活塞可造成相對較大的體積變化。在液壓流體腔室的一開口處於活塞/桿周圍可使用密封件以避免液壓流體的損失。使用具有較小橫剖面的桿或銷可有助於體積的漸增與小變化，這有利於分配相對較少量的流體。或者實施例可包含使用複數桿如具有不同尺寸的桿以達到不同的體積變化。
可使用致動器推動活塞或桿。致動器可為步進馬達、DC馬達、伺服馬達、或其他機構。液壓控制機構的選擇可基於特定的分配需求。例如，可將一特定系統設計為自噴嘴以0.3-1.0 mL/s的速率分配。例如，分配光阻至半導體晶圓上的典型設計考量包含分配快到足以防止液滴但慢到足以避免濺至晶圓上。分配速度亦可為欲分配之特定製程流體的黏度的函數。由於輸送速率為致動器速率的函數，因此特定致動器的選擇可基於特定系統所期望的分配參數。
文中的分配單元在某個點之後可位於腔室中或受到實體限制，因此伸長的囊可受到過度壓力或受到過度的背壓。換言之，在囊受壓至一特定點 (增加囊體積)之後，囊接觸一壁且不再擴張，類似於在一桶子中對氣球充氣。在一特定點處，伸長的囊接觸腔室壁或囊擴張限制件，於是無法再擴張。圖6與7之概略橫剖面圖例示了此特徵。在圖6中，伸長的囊115被例示於腔室119中。伸長的囊115係處於中性擴張位置且具有能使製程流體流經的均勻橫剖面。設置於伸長的囊115周圍的是囊擴張限制件145。應注意，液壓流體126填充伸長的囊115與囊擴張限制件145之間的間隙。亦應注意，囊擴張限制件145可包含孔洞、間隙、或穿孔以提供液壓流體的進入。是以，在一實施例中，囊擴張限制件145可被配置為定義複數開口的一剛硬套管、或可使用一剛硬的網套。
當施加在伸長的囊上的液壓流體壓力減少時如藉著自腔室(或位移室)收回活塞124，製程流體的流體壓力可造成伸長的囊擴張並收集一注流體。此擴張係例示於圖7中。伸長的囊可持續擴張直到囊完全接觸囊擴張限制件為止。在此點處，避免伸長的囊更擴張其內部直徑。此類實體限制能避免來自伸長的囊的彈性材料的遲滯問題，藉此消移持續重新校準的需要。圖8例示一實施例，其中腔室119的尺寸小到具有囊擴張限制件的功能。圖8亦例示使用兩個位置構件的實施例，此兩個位置構件包含活塞124與桿125。這可提供兩個層次的控制。活塞124可提供較大位置的較粗略控制而較小的桿125可提供較精細的位移控制。圖9例示一特定實施例，其中位移構件移動至伸長的囊115所在的相同腔室中。
當文中之分配單元實施例使用空氣活塞作為反後座力預負載時，並非總是需要額外的液壓流體。空氣活塞可避免體積變化時的「制動發軟(spongy brake)」或鬆弛，因此腔室毋需具有複數銷來精準地調整積。空氣活塞可將壓力施加至整個系統上以消除任何剩餘的形變潛能或軟質。例如，可使用空氣活塞來消除線性致動器中的後座力。文中的後座力包含當螺絲改變方向時的無效動作以及之後螺帽或滾珠軸承自螺絲的一壁轉移接觸至另一壁。藉著將固定的力施加至桿軸上，元件能與螺絲的一側維持接觸。可使用容納液壓流體區域用之排氣閥來移除系統內的空氣。
系統可包含光學中斷開關用來作為限制開關。或者，在安裝桿的基部處可使用磁鐵，施用磁簧或霍爾效應感測器。針對閉迴路控制或數據收集如彎液面位置感測器可選擇性地使用線性加碼器。
文中的分配系統使用流體累積與分配的囊以提供在製程流體過濾之後無閥件的分配系統。圖10為一例示性分配系統的概圖。自製程流體源150朝向閥152供給或輸送製程流體。製程流體源可例如為光阻瓶、顯影設備等。閥152為一全關式閥，因此可開始或停止液體流至更大的分配系統。製程流體自閥152朝向濾件154並流經濾件154，濾件154可為一高純度濾件以移除粒子及/或其他污染物。製程流體自濾件154流至包含伸長的囊的囊系分配單元100。
分配單元可擴張伸長的囊的體積以收集一注製程流體。當欲將製程流體分配至基板上時，分配單元可收縮伸長的囊，這使得已經過濾的製程流體朝向分配噴嘴137流動並流出分配噴嘴而到達基板105。應注意，在製程流體通過濾件154之後，在分配線中已無任何閥件。這包含沒有任何分配噴嘴閥件。因此，在濾件154的下游，系統為開放管設計。一般而言，使用開放管系統，在閥件為開啟時製程流體會連續流出分配噴嘴。但文中的系統使用可擴張的囊後吸製程流體並收集一注製程流體以避免流體在非所欲的時間處分配。可針對特定的分配循環來調整重新裝填的速率。例如，一特定系統可能需要每30秒、或每45秒、或每60秒將製程流體沉積至不同的基板上。 基於分配循環與製程流體過濾，可設定特定的重新裝填。針對分配操作之間更長的時間期間，由於伸長的囊不應無止盡地收集製程流體，因此可關閉閥152。
在製程流體濾件之後無任何閥件意指較少產生缺陷的機會。某些液體組成具有較高自我團聚傾向(如某些含矽的抗反射塗層)且愈多的實體接觸(與閥件、溢流調節件等)會增加自我團聚問題，因此在製造一批次的起始處或當更換流體時通常會清除一加侖的此類材料。文中的分配單元與分配系統不會給予此類材料團聚的機會，因此可增加材料的使用效率。傳統的系統通常包含許多試著避免缺陷的機械元件如擴大閥、預裝填室、帶孔螺絲、清除位置、粗略與精細針閥、緩衝槽、給氣件等，但所有的此些元件皆可能會產生缺陷。因此，如文中所述在過濾之後沒有任何機械裝置與製程流體相接觸能提供高純度的分配，分配單元的精細馬達控制可提供高精度 分配。
文中之分配系統的配置基本上將一製程流體線分為兩個區域或區塊。再參考圖10，區塊171可被稱為「乾淨」區塊而區塊 172可要被稱為「超級乾淨」區塊。應注意，閥152與製程流體源150係位於製程流體濾件之上游側上的乾淨區塊中。由於製程流體在分配前尚未通過最終的濾件，乾淨區塊可被視為是較不重要的區域(相較於超級乾淨區塊)。又，閥152可具有軟開啟與關閉以及電子控制。在濾件154(最終濾件)之後，自濾件154通過分配線(導管)到分配噴嘴137不再有撞擊或團聚位置。是以，除了平滑之伸長的囊的擴張與收縮之外，在超級乾淨區塊中沒有任何移動部件會與製程流體接觸。
文中之分配系統的實施例亦可包含利用連續監測與反饋的彎液面控制。彎液面感測器138可以相對高的取樣速率(每秒十或更多個週期)監測分配噴嘴137處的彎液面位置並將彎液面位置的數據(包含彎液面位置的變化)傳送至能控制伸長的囊的擴張與收縮的控制器 142。因此，在分配操作之間可將彎液面位置維持在一預定位置處的分配噴嘴137內。這包含在製程流體分配之後使用伸長的囊的擴張來控制後吸。
文中的技術藉著具有足夠的體積前後移動而維持彎液面位置，可提供數位後吸。彎液面可在分配線上停止然後維持其在系統之噴嘴區域內的位置。利用傳統的系統，使用開放管系統不可能達到此結果。然而，以利用伸長的囊的文中技術可能達到此類控制。分配單元可用以以極少的延遲對彎液面位置反饋作出響應。例如，彎液面位置感測器如光學感測器識別出彎液面位置並藉著監測彎液面位置而監測彎液面的變化(通常無法為人眼所察覺)。接著使用PID控制迴路立即不管以何種方式進行囊體積變化。例如，一種響應為快速地擴張伸長的囊以舉起快要碰到彎液面之壓力脈動的體積變化。此響應的結果為，製程流體繼續留在噴嘴中而不分配至基板上。
可使用任何感測器來監測彎液面在噴嘴區域中的位置並在充分的時間內偵測位置變化以傳遞位置變化，使得分配單元可進行體積調整而將彎液面維持在預定的位置範圍內。現參考圖11，在一實施例中將光學感測器與分配噴嘴 137一起使用。電子的光感測器168如線性光二極體陣列(PDA)感測器或電荷耦合裝置(CCD)感測器係設置於分配噴嘴137或噴嘴區域上。噴嘴區域可包含噴嘴、噴嘴的錐斜部、或噴嘴與緊接在分配噴嘴137之前之預定長度的導管。光源167如發光二極體(LED)係與光感測器相對安裝以提供照明。接著可電子的光感測器168來偵測彎液面位置169。可將控制迴路響應時間配置在小於十毫秒。或者可使用具有光漫射件之表面安裝的LED。或者，可使用電容式感測器、視覺相機系統、時域反射儀、或超音波感測器。可將步進馬達包含至控制迴路中，步進馬達可快速改變以將彎液面維持在一預定維持位置處。因此，文中的系統即便在分配噴嘴137處無閥件且即便在系統受到猛然震動或在各種流率通過製程流體濾件的情況下仍能將彎液面維持在彎液面位置處。彎液面位置的監測能提供數位後吸控制。在分配操作期間，可利用液壓流體收縮或壓縮伸長的囊。此動作有助於製程流體離開分配噴嘴而到達基板上。可自製程流體源提供額外的流體。在完成分配操作之後，系統可使伸長的囊的擴張直到製程流體的彎液面被後吸至噴嘴區域內的一預定位置處為止。彎液面監測感測器可直接設置於噴嘴本身上、或位於噴嘴的視野中。
實施例可包含在分配製程流體時避免製程流體之彎液面蒸發而避免缺陷的技術。如前所述，文中的系統在噴嘴處無閥件的情況下操作。在噴嘴處，製程流體被維持在噴嘴或噴嘴區域內且彎液面係暴露至空氣。當製程流體中的溶劑蒸發時，蒸發會留下乾燥的粒子，此些粒子可輕易地在接續的分配操作中被轉移至基板。現在參考圖12，實施例可包含使用蒸發屏蔽件178及/或溶劑氣體供給件177。蒸發屏蔽件178可提供一罩蓋部分圍繞或完全圍繞(包覆)噴嘴以避免或減少蒸發。完全圍繞的屏蔽裝置可包覆噴嘴但不接觸噴嘴。是以，無機械部件接觸彎液面而產生粒子。取決於分配作用，蒸發屏蔽件178可開啟及關閉，藉此在關閉時限制蒸發並在開啟時允許分配作用。取代屏蔽件或在屏蔽件以外，可對噴嘴供給氣相溶劑。接著飽和與製程流體之彎液面接觸的空氣，製程流體的溶劑有較少的機會自製程流體蒸發而留下濃度較高的固體。因此，此類技術可在不用與製程流體之彎液面實體接觸之機械部件的情況下避免或減少彎液面處的蒸發。
文中的系統包含數個操作狀態。一操作狀態為維持彎液面位置。在分配之前、或在閒置期間，利用來自彎液面位置感測器的反饋使用伸長的囊將製程流體的彎液面維持在噴嘴或噴嘴區域內之特定位置處。另一操作狀態為分配流體。若製程流體的彎液面並未處於期望的位置處，則使用囊來調整彎液面使其進入期望的位置。接著囊可以期望的流率將期望的製程流體體積分配至基板如半導體晶圓上，然後停止分配操作並將彎液面後吸至一維持位置。應注意，在分配操作期間並未操作任何閥件，意即，在製程流體濾件的下游並無任何閥件。另一操作狀態為重新補充伸長的囊。開啟閥件(在濾件的上游側)以使製程流體流入伸長的囊中。伸長的囊擴張以重新填滿流體裝填體積並管理彎液面維持位置。當重新填滿囊且後續不再需要分配時，可關閉閥件。
文中的系統可基於像素移動來維持彎液面位置。當偵測像素移動大於例如5個像素時，系統可進行體積調整。因此，利用文中的技術，可將彎液面保持在一設定位置之+/- 1毫米之內的一特定維持位置處。文中的系統可用以在約1秒內分配約0.5 ml的流體。在重新裝填的一實例中，閥件開啟以使製程流體流經濾件而進入伸長的囊中。可起始分配單元體積控制馬達使用PID控制而將彎液面保持在維持位置處。當階段位置到達一重新裝填設定點時，可關閉閥152。在選擇性的延遲允許多餘的流體流出濾件之後，可停止馬達。接著可使用比例控制器以將彎液面位置調整至一維持位置處。取決於系統參數與尺寸，重新補充囊中之經過濾的製程流體可能需要5-30秒。是以，此處的系統可具有少於約20秒的基板循環時間。文中的系統可提供具有高重覆性並將彎液面控制在約1毫米之內的無閥分配系統。
留住彎液面位置的其他實施例包含配置分配噴嘴及/或噴嘴區域以使用毛細管作用。毛細管作用可用以在不使用囊移動製程流體的情況下產生具有壓差的一區域。在一實施例中，藉著使用噴嘴中的一特徵部而在噴嘴兩側產生實質的壓差。例如，可將一篩板(或精細濾件、網孔等)設置在噴嘴內緊接於噴嘴開口之前處。例如，對於利用具有約1 mm 之噴嘴開口的導管來分配光阻而言，可使用具有複數微米等級之開口的板。在製程流體通過篩板之後，製程流體可輕易地落在置於噴嘴下方的基板上。在減少對製程流體之壓力後，製程流體會留在篩板的導管側上。然後需要一閾值壓力來克服篩板的毛細管作用才能使製程流體離開噴嘴。因此，來自篩板的毛細管作用可將製程流體的彎液面留在噴嘴區域內。
另一實施例可包含緊接在分配噴嘴之前的一窄化流體導管。當管子的直徑變窄時，毛細管力增加且液體與管之間的黏著力增加。是以，當在現存的分配噴嘴相鄰處或緊接於現存的分配噴嘴之前設置一窄化的開口時，可增加此窄區的流體黏著力。若未充分地降低製程流體導管中的製程流體壓力，則已經過此窄區的製程流體會截斷並存在於分配噴嘴，剩餘的製程流體會因黏著力而被留在窄化的導管內。接著需要某些大於零的閾值壓力來重新開始分配製程流體。否則，可使製程流體留在一開放的分配噴嘴內但不滴出該分配噴嘴。例如，若製程流體導管具有1 mm的直徑且分配噴嘴具有0.8 mm的直徑，則緊接於分配噴嘴之前之導管的長度可具有約0.5 mm的直徑。此類實施例可與或可不與彎液面感測器一起作用且可與或可不與一蒸發防止機構一起作用。
因此，文中的實施例提供一種流體輸送系統。此類系統可包含一種流體分配設備。
一液壓流體外殼定義具有一腔室入口開口與一腔室出口開口的一腔室。一伸長的囊係位於該腔室內。該伸長的囊自該腔室入口開口延伸至該腔室出口開口。該伸長的囊在該腔室入口開口與該腔室出口開口之間定義了一線性的流體流動路徑。該伸長的囊係用以在該腔室內橫向擴張與橫向收縮俾以在該伸長的囊容納一製程流體的體積時該伸長的囊內之該製程流體的體積可增加且可減少。設備包含將該腔室出口開口連接至一分配噴嘴的一製程流體導管。
一彎液面感測器係用以連續地監測該設備之一噴嘴區域內之該製程流體之一彎液面的一位置。該彎液面感測器係用以連續地傳輸彎液面位置的數據。一控制器係用以接收該彎液面位置的數據並將該製程流體之該彎液面的該位置維持在該噴嘴區域內之一預定位置處。該彎液面的該位置可藉由活化一壓力控制系統而維持，該壓力控制系統可選擇性地減少該伸長的囊之一外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張。該系統亦可選擇性地增加該伸長的囊之該外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮。
該控制器可用以基於自該彎液面感測器所持續接收之該彎液面位置的數據而持續調整該伸長的囊上的液壓流體壓力。換言之，文中的技術提供彎液面位置控制用的實時反饋與調整迴路。
該彎液面感測器包含選自各種類型的一感測器，此些類型例如是光學感測器、電容式感測器、視覺相機系統、超音波感測器、及其他類型的感測器。光學感測器可包含設置在該分配噴嘴之該噴嘴區域上的相機、或與該噴嘴區域相鄰設置的相機、或當執行分配操作時位於該噴嘴區域的視區內的相機。該噴嘴區域可包含該分配噴嘴的一錐斜部。該彎液面感測器可用以以大於每秒10個樣本的頻率捕捉該彎液面位置的數據。某些感測器可包含每秒數百個樣本。
該設備可更用以藉由增加施加至該伸長的囊上之液壓流體壓力而開始分配該製程流體。設備更用以藉著減少施加至該伸長的囊之該外部表面上之液壓流體壓力而停止自該分配噴嘴分配該製程流體並後吸該彎液面之製程流體位置至該噴嘴區域內的該預定位置。
該伸長的囊可用以在無製程流體自該分配噴嘴分配時且在該製程流體之該彎液面係維持在該噴嘴之一預定區域內或該噴嘴或噴嘴區域內之一預定位置處時擴張並收集一注製程流體。
實施例可包含一製程流體閥件及一製程流體濾件。該製程流體濾件係位於該伸長的囊的上游且該製程流體閥件係位於該製程流體濾件的下游。該控制器係更用以在該製程流體閥件係處於一開啟狀態時將該彎液面維持在該預定區域內。
該控制器可用以在該製程流體閥件係處於該開啟狀態時將該製程流體後吸至該預定的彎液面位置。是以，毋需任何分離機制或缺陷造成元件，而是可在分配後使用伸長的囊精準後吸。
該設備在該伸長的囊與該分配噴嘴之間可不具有任何閥件。使用可被***至該液壓流體外殼中並自該液壓流體外殼收回的一位移構件。
在某些實施例中，設置一蒸發預防裝置以部分圍繞或完全圍繞該分配噴嘴而不接觸該分配噴嘴內的該製程流體。換言之，使用一罩幕或罩蓋圍繞該分配噴嘴的尖端或減少該分配噴嘴的尖端暴露至空氣但實際上卻不與該分配噴嘴的尖端接觸。亦可設置一溶劑輸送單元，其係用以將一氣相的溶劑輸送至該分配噴嘴的一開放區域俾使該溶劑流動而與該製程流體的該彎液面相接觸。換言之，可朝向該分配噴嘴的開口泵抽或流動氣相的溶劑(與製程流體相匹配)。藉著飽和該分配噴嘴之尖端處的空氣而使該氣相溶劑與該製程流體的該彎液面相接觸，可減少或避免該製程流體的蒸發，藉此減少該製程流體中的缺陷。
該控制器可用以活化一體積控制系統，該體積控制系統藉著將該位移構件的一部分自該液壓流體外殼收回而選擇性地減少在該伸長的囊之該外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張。該控制器係用以活化該體積控制系統，該體積控制系統藉著將該位移構件的一部分***至該液壓流體外殼中而選擇性地增加在該伸長的囊之該外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮。實施例可包含一縱向的囊限制件，該縱向的囊限制件係位於該液壓流體外殼內且其尺寸允許該伸長的囊擴張至一預定體積而避免超過該預定體積的擴張。該縱向的囊限制件定義了一或多個開口俾使當該液壓流體外殼包含該液壓流體時該液壓流體係與該伸長的囊之該外部表面相接觸。
因此，提供一種高純度高精度的分配系統，其包含精準的後吸與彎液面控制。
在前面的說明中已列舉了特定細節如製程系統之特定幾何特徵及文中所用之各種元件與製程的說明。但應瞭解，可在脫離此些特定細節的其他實施例中實施文中的技術，且此類特定細節為解釋目的而非限制目的。已參考附圖說明了文中所揭露的實施例。類似地，為了解釋的目的，已列舉特定的數目、材料、及配置以提供對本發明的全面瞭解。然而，可在缺乏此類特定細節的情況下施行實施例。具有實質上相同功能性結構的元件係以類似參考標號代表，是以可省略任何冗蝕的敘述。
將各種技術以複數離散操作的方式說明已助於瞭解各種實施例。說明的順序不應被解讀為暗示此些操作必須為順序相依的。的確，此些操作毋需以說明的順序施行之。所述的操作可以不同於所實施例的順序施行之。在額外的實施例中可進行各種額外的操作及/或省略所述的操作。
文中所用之「基板」或「目標基板」等詞大致上指根據本發明所處理的物體。基板可包含一裝置的任何材料部分或結構，尤其是一半導體或其他電子裝置，且可例如是一基礎基板結構如一半導體晶圓、光罩、或一基礎基板結構上方或上的一膜層如一薄膜。是以，基板不限於任何特定的基礎結構、下方層或上方層、圖案化或未圖案化的，而是應被認為是包含任何此類膜層或基礎結構以及此些膜層及/或基礎結構的任何組合。本文可指涉特定類型的基板，但其作為例示目的。
熟知此項技藝者亦當瞭解，可對上文所解釋的技術操作進行許多變化但仍達到本發明的相同目的。此類變化應被本發明的範疇所涵蓋。是以，本發明之實施例的上列說明並非限制性的。對本發明之實施例的任何限制係呈現於下面的申請專利範圍中。
100‧‧‧分配單元105‧‧‧基板111‧‧‧液壓流體外殼113‧‧‧活塞桿外殼114‧‧‧致動器115‧‧‧伸長的囊116‧‧‧腔室入口開口117‧‧‧腔室出口開口118‧‧‧排氣閥119‧‧‧腔室124‧‧‧活塞125‧‧‧桿126‧‧‧液壓流體127‧‧‧位移室128‧‧‧馬達129‧‧‧反後座力機構137‧‧‧分配噴嘴138‧‧‧彎液面感測器142‧‧‧控制器145‧‧‧囊擴張限制件148‧‧‧導軌安裝件150‧‧‧製程流體源152‧‧‧閥154‧‧‧濾件167‧‧‧光源168‧‧‧光感測器169‧‧‧彎液面位置171‧‧‧區塊172‧‧‧區塊177‧‧‧溶劑氣體供給件178‧‧‧蒸發屏蔽件
下面參考附圖之更細節的說明當能使熟知此項技藝者更瞭解本發明的各種實施例及許多優點。圖示不一定依比例繪示，而是著重例示特徵、原理、及概念。
圖1為文中所述之一囊系分配單元的透視圖。
圖2為文中所述之一囊系分配單元的側視圖。
圖3為文中所述之一囊系分配單元的前視圖。
圖4為文中所述之一囊系分配單元的橫剖面側視圖。
圖5為文中所述之一囊系分配單元的橫剖面側視圖。
圖6為文中所述之一囊系分配單元的橫剖面側視概圖。
圖7為文中所述之一囊系分配單元的橫剖面側視概圖。
圖8為文中所述之一囊系分配單元的橫剖面側視概圖。
圖9為文中所述之一囊系分配單元的橫剖面側視概圖。
圖10為文中所述之一分配單元的概圖。
圖11為文中所述之一噴嘴與彎液面感測器的橫剖面概圖。
圖12為文中所述之一噴嘴與彎液面感測器的橫剖面概圖。
137‧‧‧分配噴嘴
167‧‧‧光源
168‧‧‧光感測器
169‧‧‧彎液面位置

Claims (17)

  1. 一種流體分配設備，此設備包含：一液壓流體外殼，定義具有一腔室入口開口與一腔室出口開口的一腔室；一伸長的囊，係位於該腔室內，該伸長的囊自該腔室入口開口延伸至該腔室出口開口，該伸長的囊在該腔室入口開口與該腔室出口開口之間定義了一線性的流體流動路徑，該伸長的囊係用以在該腔室內橫向擴張與橫向收縮俾以在該伸長的囊容納一製程流體的體積時，該伸長的囊內之該製程流體的體積可增加且可減少；一製程流體導管，將該腔室出口開口連接至一分配噴嘴；一彎液面感測器，係用以連續地監測該設備之一噴嘴區域內之該製程流體之一彎液面的位置，該彎液面感測器係用以連續地傳輸彎液面位置的數據；及一控制器，係用以接收該彎液面位置的數據並用以藉由活化一壓力控制系統而將該製程流體之該彎液面的該位置維持在該噴嘴區域內之一預定位置處，該壓力控制系統選擇性地減少該伸長的囊之一外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張、並選擇性地增加該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮，其中該設備係更用以藉由增加施加至該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力而開始自該分配噴嘴分配該製程流體，且其中該設備係更用以藉著減少施加至該伸長的囊之該外部表面上之該液壓流體壓力而停止自該分配噴嘴分配該製程流體並後吸該彎液面之製程流體位置至該噴嘴區域內的該預定位置，其中該控制器係用以基於自該彎液面感測器所持續接收之該彎液面位置的數據而持續調整該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力。
  2. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該彎液面感測器包含選自由下列者所構成之族群的一感測器：光學感測器、電容式感測器、視覺相機系統、超音波感測器、及時域反射儀。
  3. 如申請專利範圍第2項之流體分配設備，其中該光學感測器包含設置在該分配噴嘴之該噴嘴區域上的一相機。
  4. 如申請專利範圍第2項之流體分配設備，其中該光學感測器係設置以視察該分配噴嘴之該噴嘴區域。
  5. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該彎液面感測器係用以以大於每秒10個樣本的一頻率捕捉該彎液面位置的數據。
  6. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該彎液面感測器係設置在該分配噴嘴上。
  7. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該控制器係用以減少施加至該伸長的囊之該外部表面上之該液壓流體壓力以執行一後吸作用。
  8. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該噴嘴區域至少包含該分配噴嘴之一錐斜部。
  9. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該伸長的囊係用以在無製程流體自該分配噴嘴分配時且在將該製程流體之該彎液面位置維持在該噴嘴區域內之該預定位置處時擴張並收集一注該製程流體。
  10. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中該設備包含一製程流體閥件與一製程流體濾件，該製程流體濾件係位於該伸長的囊的上游且該製程流體閥件係位於該製程流體濾件的上游，其中該控制器係更用以在該製程流體閥件係處於一開啟狀態時將該彎液面維持在該預定區域內。
  11. 如申請專利範圍第10項之流體分配設備，其中該控制器係更用以在該製程流體閥件係處於開啟狀態時將該製程流體後吸至該預定的彎液面位置。
  12. 如申請專利範圍第10項之流體分配設備，其中該設備在該伸長的囊與該分配噴嘴之間不具有能完全阻擋該製程流體流經該製程流體導管的任何閥件。
  13. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，更包含一蒸發預防裝置，該蒸發預防裝置部分圍繞或完全圍繞該分配噴嘴而不接觸該分配噴嘴內的該製程流體。
  14. 如申請專利範圍第1項之流體分配設備，其中更包含一溶劑輸送單元，該溶劑輸送單元係用以將一氣相的溶劑輸送至該分配噴嘴的一開放區域俾使該溶劑流動而與該製程流體的該彎液面相接觸。
  15. 一種流體分配設備，此設備包含：一液壓流體外殼，定義具有一腔室入口開口與一腔室出口開口的一腔室；一伸長的囊，係位於該腔室內，該伸長的囊自該腔室入口開口延伸至該腔室出口開口，該伸長的囊在該腔室入口開口與該腔室出口開口之間定義了一線性的流體流動路徑，該伸長的囊係用以在該腔室內橫向擴張與橫向收縮俾以在該伸長的囊容納一製程流體的體積時，該伸長的囊內之該製程流體的體積可增加且可減少；一製程流體導管，將該腔室出口開口連接至一分配噴嘴；一彎液面感測器，係用以連續地監測該設備之一噴嘴區域內之該製程流體之一彎液面的位置，該彎液面感測器係用以連續地傳輸彎液面位置的數據；一控制器，係用以接收該彎液面位置的數據並用以藉由活化一壓力控制系統而將該製程流體之該彎液面的該位置維持在該噴嘴區域內之一預定位置處， 該壓力控制系統選擇性地減少該伸長的囊之一外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張、並選擇性地增加該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮；及一位移構件，可被***至該腔室中並自該腔室收回，其中該控制器係用以基於自該彎液面感測器所持續接收之該彎液面位置的數據而持續調整該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力。
  16. 如申請專利範圍第15項之流體分配設備，其中該控制器係用以活化一體積控制系統，其藉著將該位移構件的一部分自該腔室收回而選擇性地減少在該伸長的囊上的該液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張，該控制器係用以活化該體積控制系統，其藉著將該位移構件的一部分***至該液壓流體外殼中而選擇性地增加在該伸長的囊上的該液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮。
  17. 一種流體分配設備，此設備包含：一液壓流體外殼，定義具有一腔室入口開口與一腔室出口開口的一腔室；一伸長的囊，係位於該腔室內，該伸長的囊自該腔室入口開口延伸至該腔室出口開口，該伸長的囊在該腔室入口開口與該腔室出口開口之間定義了一線性的流體流動路徑，該伸長的囊係用以在該腔室內橫向擴張與橫向收縮俾以在該伸長的囊容納一製程流體的體積時，該伸長的囊內之該製程流體的體積可增加且可減少；一製程流體導管，將該腔室出口開口連接至一分配噴嘴；一彎液面感測器，係用以連續地監測該設備之一噴嘴區域內之該製程流體之一彎液面的位置，該彎液面感測器係用以連續地傳輸彎液面位置的數據；一控制器，係用以接收該彎液面位置的數據並用以藉由活化一壓力控制系統而將該製程流體之該彎液面的該位置維持在該噴嘴區域內之一預定位置處， 該壓力控制系統選擇性地減少該伸長的囊之一外部表面上的液壓流體壓力而造成該伸長的囊的擴張、並選擇性地增加該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力而造成該伸長的囊的收縮；及一囊擴張限制件，此囊擴張限制件的尺寸允許該伸長的囊擴張至一預定體積而避免超過該預定體積的擴張，該囊擴張限制件定義了一或多個開口俾使當該腔室包含該液壓流體時該液壓流體係與該伸長的囊之該外部表面相接觸，其中該控制器係用以基於自該彎液面感測器所持續接收之該彎液面位置的數據而持續調整該伸長的囊之該外部表面上的該液壓流體壓力。
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