유체 분배물의 수용성을 결정하기 위한 방법 및 시스템

유체 분배의 수용성을 결정하기 위한 방법 및 시스템 {PROCESS AND SYSTEM FOR DETERMINING ACCEPTABILITY OF A FLUID DISPENSE}

많이 반복될 수 있는 기간 동안 일관된 비율로 액체의 정밀한 볼륨(volume)의 이송이 다양한 산업에서 요구된다. 또한, 이송의 종료시, 이송에 대한 타이밍이 프로세스 일관성 및 제품 균일성을 위해 중요한, 연속 처리가 발생할 것이다. 예를 들어, 포토레지스트의 혼합물의 정확한 볼륨들은 웨이퍼 상의 균일한 두께의 포토레지스트 층을 형성하도록 실리콘 웨이퍼 기판에 이송된다. 웨이퍼는 웨이퍼 상의 액체를 균일하게 분포시키기 위해 액체 이송 후 고속으로 회전된다. 분배 중 정밀한 볼륨을 위한 요구 사항과 이송 비율은 긴 기간에 걸쳐 많이 반복될 수 있는 기간 동안 일관된 이송 비율로 액체의 동일한 볼륨을 반복적으로 이송하는 장치에 의해 영향받아야만 한다.

반도체 산업은 초미세 기술을 사용할 것으로 예상되기 때문에, 포토 레지스트 및 낮은 유전체 액체 혼합물들은 마이크로프로세서 및 메모리 저장 장치의 성능을 향상시키기 위해 점점 더 중요해 지고 있다. 제조 비용을 줄이고 포토레지스트 폐기물을 감소시키기 위해, 액체 포토레지스트의 더 낮은 분배량과 액체의 더 낮은 점성이 분배될 것이다. 이들 액체의 웨이퍼 상의 코팅은 웨이퍼 전체에 걸쳐 두께에서의 고도의 균일성과 웨이퍼로부터 웨이퍼까지의 두께에서의 고도의 균일성을 요구한다. 이들 유체로부터 형성된 막의 높은 제조 생산량과 요구되는 균일성을 달성하기 위해, 유체 다이나믹(dynamics)과 웨이퍼 상에 분배되는 액체의 타이밍들이 중요하다. 예를 들어, 분배 노즐 또는 튜빙 내에 액적 또는 기포에 의해 유발되며, 웨이퍼 상에 작용하는 액체의 파단된 흐름들은 액체로부터 형성된 막의 균일성에 영향을 미치는 웨이퍼 결점의 일반적인 원인이다. 결점의 증가는 생산비용의 바람직하지 못한 증가를 초래한다.

웨이퍼 상에 분배된 유체는 유체가 분배될 때 저속으로 웨이퍼를 회전시킴으로써 웨이퍼 상에 균일한 막이 되며, 그 후 웨이퍼에 걸쳐 액체를 균일하게 분사하여 포토레지스트 또는 낮은 K 유전체 용매의 증발을 유발시키기 위한 최종 회전 속도, 소위 스핀 업(spin up) 단계까지 회전 속도를 증가시킨다. 웨이퍼가 최종 회전 속도인 시간은 두껍고 균일한 코팅을 재생적으로 형성하는데 중요하다. 액체가 노즐을 떠날 때 유체 분배의 종료 사이의 시간과 최종 회전 속도까지의 시간을 아는 것은 웨이퍼가 높은 회전 속도로 회전되어 코팅 균일성을 달성하는 시간을 제어하기 위해 중요하다. 코팅 균일성의 다양한 변수들의 중요성은 제이. 일렉드로켐. 에스오씨.(J. Electrochem. Soc.)의 도톤과 기븐스(Daughton and Givens)(1992) (vol. 129, p173)에 의해 설명된다.

전자 우량계를 제공하는 것은 국제 출원 번호 제98/00736호에 제안되었다. 용기는 빗물을 수집하고 수집된 물을 오리피스를 통해 형성된 볼륨의 액적으로 전환하도록 제공된다. 비의 볼륨은 수집기로부터의 액체의 액적을 계산하여 결정된다. 이 계산은 액체 액적이 이미터와 수용기 사이를 통과할 때 전압 변화 또는 펄스를 생성하도록 광학 이미터와 광학 수용기 쌍에 의해 달성된다. 전압 펄스의 수를 계산하고 액적의 볼륨에 곱함으로써, 강우량의 총량이 결정될 수 있다. 액적의 형상과, 장치를 떠나는 시간을 모니터링 하는 어떠한 장치도 제공되지 않으며, 불규칙성, 액적의 형상 또는 입력 신호와 같은 이미터 쌍으로부터 웨이퍼 회전 코팅기로의 또는 유체 분배 펌프로의 출력 신호를 통합을 위한 어떠한 수단도 제공되지 않는다. 반대로, 실리콘 웨이퍼 상에 액체 분배를 모니터링할 때, 분배가 분배의 시간, 분배 유체의 형태 그리고 분배 볼륨을 결정을 포함하는 일관된 방식으로 각 웨이퍼에 도포되는 것을 결정할 수 있는 방식으로 분배를 모니터링하기 위한 수단이 제공될 필요가 있다. 이러한 요구 조건은 유체와 기판 사이의 초기 접촉, 중간 접촉 및 최종 접촉으로부터 기판에 대한 유체 도포의 비율이 연장된 기간에 걸쳐 본질적으로 중복될 수 있도록 유체 분배의 타이밍과 형상을 모니터링하는 것을 필요하게 한다.

따라서, 반복 가능한 비율, 유체 다이나믹, 볼륨 및 이송 간격으로 액체의 정밀한 볼륨의 이송을 모니터링하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 연장된 시간에 걸쳐 반복 가능한 비율로, 실시간 기초의 생산라인에서, 프로세스 제어를 위한 정보를 사용하여 액체의 정밀한 볼륨의 이송을 모니터링할수 있는 이러한 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 유체 분배의 완전함과 타이밍을 모니터링 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체 분배의 완전함을 실시간으로 모니터링 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 장치를 도시한 개략도이다.

도2는 본 발명의 장치에 의해 측정된 만족스러운 분배를 도시한다.

도3은 본 발명의 장치에 의해 측정된 불만족스러운 분배를 도시한다.

도4a는 본 발명에 따라 식별된 불만족스러운 분배를 나타내는 본 발명의 장치에 의해 생성된 신호 출력의 선도이다.

도4b는 본 발명에 따라 식별된 만족스러운 분배를 나타내는 본 발명의 장치에 의해 생성된 신호 출력의 선도이다.

도5는 분배를 통해 전달된 검출 광을 분배 광 전달 특성의 실시간 그래프로전환하기 위한 회로 선도이다.

도6은 본 발명의 장치에 의해 측정될 때, 0.25 내지 3초의 기간에 대한 적절한 분배의 일 예를 도시한다.

도7은 본 발명의 장치에 의해 측정될 때 불만족스러운 분배의 일 예이다.

도8은 다른 기간의 분배들을 구별하도록 본 발명의 장치의 민감도를 결정하기 위한 플롯이다.

본 발명에 따르면, 노즐로부터 분배되는 액체의 변형 형상의 시간 종속 프로파일이 발생되고 분석된다. 따라서, 발생된 프로파일은 만족할 만한 액체 분배에 대한 프로파일, 볼륨 및 시간과 상호 관련된 표준 프로파일과 비교된다. 발생된 프로파일이 볼륨, 타이밍 및 형상에서 만족스러운 것으로 간주될 때, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 분배되는 액체의 다른 처리가 액체 코팅 기판의 다른 조치를 수행하기 위해 연속된다. 광 발생기 및 광 검출기는 액체가 분배되어 광 발생기 및 광 검출기가 액체 분배 유동의 경로의 대향 측면 상에 위치되는 노즐 아래에 장착된다. 열, 음향 또는 전자기 에너지의 다른 유형을 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 발생기로부터의 에너지의 다른 형태도 적절한 검출기와 관련하여 사용될 수 있다. 표본 자체로부터 발산된 열 에너지도 적절한 검출기에 대한 에너지 공급원으로 간주될 수 있다. 광 에너지가 본 발명의 설명을 위한 예로써 사용될 것이지만, 에너지 및 센서의 다른 유형이 상호 교환식으로 사용될 수 있다.

분배 프로세스 중, 액체를 통해 전달 및 분산된 광은 검출기에 의해 수집되지만, 액체 흐름은 광 발생기로부터의 약간의 광을 흡수 또는 분산시킬 것이다. 흡수 또는 분산된, 흐름으로부터 전달된 광의 양은 유체 분배 노즐로부터 발산되는 주어진 액체 흐름의 연속성 및 직경에 따라 결정된다. 액체가 분배되는 비율이 변화 또는 정지될 때, 액체 흐름의 직경은 감소되고 중단되어 검출기에 도달하는 광의 양이 증가된다. 시간에 걸쳐 수집된 광의 양을 기록하고 적절한 전기 신호로그 측정값을 전환하여, 분배의 유체 다이나믹과 시간 종속 프로파일이 얻어진다. 그 후, 이 신호는 의도된 목적에 대한 분배의 수용성을 결정하도록 만족스러운 액체 분배를 위해 사전에 발생된 표준 신호에 비교된다. 다르게는, 센서로부터 얻어진 신호는 분배의 타이밍과 분배의 종료를 결정하도록 사용되고, 스핀-업 또는 챔버에 감소된 압력을 인가하는 것과 같은 후속 되는 유체 처리 단계를 개시하도록 사용된다.

본 발명에 따르면, 프로세스 및 시스템은 유체 분배의 광 또는 에너지 전달 특성을 모니터링하고 유체 분배가 기판 상의 코팅과 같은 특정 목적을 만족하는 지를 결정하기 위해 모니터링된 특성과 사전에 발생된 표준 분배를 비교하도록 제공된다. 또한, 마지막 유체가 분배 노즐을 떠나는 시간을 결정하고 후속 처리 단계를 개시하도록 제공되는 신호를 사용하기 위한 수단이 이 시스템에 의해 제공된다. 유체는 노즐로부터 분배되어 각각 에너지 이미터와 에너지 검출기를 포함하는 적어도 하나의 검출기 세트를 통과한다. 예를 들어, 이미터로부터의 광자는 유체 분배를 통과하고 유체 분배를 통해 전달된 광자는 검출기에 의해 검출된다. 그 후, 시간에 걸친 광자 전달의 정도와 관련된 그래프가 분배가 만족스러운가를 결정하기 위해 표준 그래프와 비교된다. 분배의 전체 볼륨은 그래프가 전체 분배를 묘사하도록 방사된 광자에 노출된다. 분배가 만족스럽다고 판단될 때, 스핀-업과 같은 분배가 사용되는 코팅 프로세스 등이 연속될 수 있다. 분배가 불만족스럽다고 판단될 때, 분배 대상물은 다른 처리로부터 제거된다. 예를 들어, 포토레지스트 또는 낮은 K 유전체 또는 다른 재료로 실리콘 웨이퍼를 코팅할 때, 불만족스러운 분배로 코팅된 웨이퍼는 다른 처리로부터 제거되고 분배 유체는 용매 추출 등에 의해 제거된다. 이 예에서, 상당한 경제적 결합이 코팅된 웨이퍼의 불만족스러운 포토-처리가 수행될 때와 같이 추가로 처리된 경우 수용될 수 없게 되는 수용할 수 있는 비조치된 웨이퍼의 회복을 허용하여 실현된다.

본 발명의 다른 실시예는 각각 에너지 이미터와 에너지 검출기를 포함하는 적어도 하나의 검출기 세트를 통해 기판으로부터 분산 또는 반사된 에너지를 측정한다. 이미터로부터의 에너지는 기판 상에 분배된 유체를 타격하고 기판 상에 분배된 유체로부터 반사된 에너지는 검출기에 의해 검출된다. 그 후, 시간에 걸쳐 분산된 에너지의 정도에 관한 그래프는 분배가 만족스러운 가를 결정하기 위해 표준 그래프와 비교된다. 웨이퍼는 분산 또는 반사된 에너지의 그래프가 웨이퍼 상의 전체 분배를 나타내도록 방사된 에너지에 노출된다.

만족할 만한 유체 분배는 복수의 유체의 불연속 볼륨이라기 보다 유체의 단일 불연속 볼륨으로부터 형성되는 것이다. 복수의 불연속 유체 볼륨이 분배될 때, 기판 상의 합성 코팅은 단일 불연속 유체 볼륨과 함께 발생되는 균일한 코팅과 비교할 때 더 가변적인 두께 또는 줄무늬로 특징된다. 따라서, 센서 장치를 통과하는 유체의 단일 불연속 볼륨에 의해 발생되는 단일 반응은 유체가 광자 이미터와 광자 검출기 사이에 전혀 삽입되지 않는 측정 초기점과 유체가 광자 이미터와 광자 검출기 사이에 전혀 삽입되지 않는 측정 최종 지점 사이의 부드러운 곡선으로 특징된다. 이와 반대로, 복수의 불연속 유체 볼륨에 의해 발생된 곡선은 유체가 분리 유체 볼륨들 사이에 거의 또는 전혀 존재하지 않는 기간 동안의 적어도 하나의 마루부 또는 함몰부로 특징된다. 함몰부는 광자 전달의 역전이 측정될 때 얻어지는 반면에, 마루부는 에너지 전달이 직접 측정될 때 얻어진다.

하나 또는 복수의 에너지 검출기들이 사용될 수 있다. 복수의 검출기 세트들이 사용될 때, 검출기 세트들은 유체 분배의 이동 경로를 따라 서로 이격되어 위치된다. 초기 측정을 확증하기 위한 수단을 제공하기 위해 둘 이상의 검출기 세트들을 사용하는 것이 가능하다. 다르게는, 검출기와 이미터 세트들은 검출기가 유체의 일부분으로 코팅된 기판 또는 분배 볼륨으로부터 반사 또는 분산된 에너지를 측정하도록 각이 지고 유체 분배기 주위에 위치될 수 있다.

도1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 예를 들어, 중력, 유체에 대한 가압, 유체 펌핑 또는 적절한 종래의 밸빙(valving)을 갖는 수단과 같은 임의의 종래 수단에 의해 노즐로부터 분배되도록 (도시되지 않은) 용기에 연결된 노즐(10)을 포함한다. 분배된 유체(12)는 예를 들어, 적외선 또는 가시 광선 방사 다이오드, 또는 음향 파장 발생기와 같은 에너지 이미터를 포함하는 제1 검출기 세트(14)와 광 트랜지스터, 열전퇴(thermopile), 전하 결합 장치 또는 마이크로폰과 같은 에너지 검출기(18) 사이에서 중력에 의해 통과된다. 검출기(18)는 에너지 전달 또는 기간에 걸쳐 분배된 액체에 의해 흡수된 에너지의 그래프를 발생시킬 수 있는 종래의 신호 프로세서(20)에 전기적으로 연결된다. 에너지 이미터(24)와 에너지 검출기(26)를 포함하는 제2 이미터 및 검출기 세트(22)는 제1 검출기 세트(14)의 하류에 위치된다. 에너지 검출기(26)는 시간에 걸쳐 분배된 유체(30)에 의해 흡수된 광자 또는 광자 전달의 제2 그래프를 발생시킬 수 있는 종래의 신호 프로세서(20)에 전기적으로 연결된다.

도2를 참조하면, 광자 이미터(16)와 광자 검출기(18) 사이를 통과하는 단일 불연속 볼륨(32)을 포함하는 만족할 만한 분배가 도시된다. 이러한 만족할 만한 분배는 신호 프로세서(20)가 도4b에 도시된 곡선을 발생시키도록 한다. 분배가 이미터(16)와 검출기(18) 사이에 위치되지 않는 검출기(18)에 의한 초기 측정 지점과 분배가 이미터(16)와 검출기(18) 사이에 위치되지 않는 검출기(18)에 의한 최종 측정 지점 사이에서, 곡선(34)은 스파이크 또는 함몰부를 갖지 않는다.

도3을 참조하면, 이미터(16) 및 검출기(18) 사이를 통과하는 복수의 불연속 볼륨(31, 33, 35)을 포함하는 불만족스러운 분배가 도시된다. 이 불만족스러운 분배는 단일 프로세서(20)가 도4a에 도시된 곡선(40)을 발생시키게 한다. 분배가 이미터(16)와 검출기(18) 사이에 위치되지 않는 검출기(18)에 의한 초기 측정 지점과 분배가 이미터(16)와 검출기(18) 사이에 위치되지 않는 검출기(18)에 의한 최종 측정 지점 사이에서, 곡선(34)은 스파이크 또는 함몰부를 갖는다. 스파이크(42, 44)는 불연속 볼륨(33, 31)이 이미터(16)와 검출기(18) 사이를 각각 통과할 때의 측정을 포함한다.

도5를 참조하면, 센서로부터 신호를 검출하고, 적절한 형태로 신호를 처리하고, 표준 분배와 신호를 비교하고, 비교 결과를 기초로 작동하도록 프로세스 장치에 발신할 수 있는 프로세서의 개략적인 선도가 도시된다.

예 1

유체 분배를 센싱하기 위한 광 이미터 및 광 검출기 쌍이 구성되었다. 이미터 검출기 쌍, 탠디 부품 번호(Tandy part number) 제276-142호가 이미터와 센서 리드에 부착된 468 오옴 저항기에 연결되었다. 이미터의 마루부 파장 길이는 915nm이다. 이미터와 센서는 절단되어 0.8cm 만큼 이격되고 회로 부품판(breadboard) 상에 장착된다. 장치의 크기는 5.08cm ×5.08cm(2inch×2inch)이다. 모니터링되는 액체는 상표명 밀리포어스 인텔리전(Millipore's Intelligen

도6은 본 발명에 설명된 장비에 의해 측정된 포토레지스트의 바람직한 분배를 도시한다. 센서 반응은 0.25초에서 3초 동안의 범위를 갖는 분배를 도시한다.

도7은 바람직하지 못한 분배의 복수의 액적 특성에 의해 수반되는 유체의 불규칙 흐름을 포함하는 바람직하지 못한 분배를 도시한다. 도6과 도7의 비교는 도7에 도시된 분배가 도6의 분배에 비해 형상과 타이밍의 관점에서 수용될 수 없다는 것을 결정하기 위한 수단을 제공한다.

도8은 분배에 대한 시간에 대해 플롯팅된 도6 내에 도시된 다른 분배의 그래프이다. 이 데이터의 적어도 사각형 만곡은 1 시그마 신뢰 구간(sigma confidence interval)에서, 예1의 본 발명의 장치의 성능이 33ms 동안에 다른 분배들의 지속 기간을 식별할 수 있다는 것을 도시한다.

이러한 것들은 설명된 발명의 기구의 예들이라는 것이 이해될 것이다. 고속 타이밍 장비 및 다른 센서들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 이러한 장치에 대한 적절한 변경은 본 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다.