【発明の詳細な説明】 【０００１】 （発明の背景） （１．発明の分野） 本発明は、流体分与（ｆｌｕｉｄ ｄｉｓｐｅｎｓｅ）の完全性およびタイミングを監視するための方法および装置に関する。 特に、本発明は、流体分与の完全性をリアルタイムで監視するための方法および装置に関する。 【０００２】 （２．従来技術の説明） 様々な産業では、幾度となく繰り返される時間期間に対して、一貫した速度で正確な量の液体を供給することが必要である。 また、供給の終了時に、供給に対するそのタイミングが、処理の一貫性および製品の一様性において重要となる次の処理が成される。 例えば、均一な厚さのフォトレジスト層をウエハ上に形成するために、正確な量のフォトレジスト組成物が、シリコンウエハ基板に供給される。 ウエハが高速で回転された後に液体が供給され、これにより、ウエハ上に液体が均一に分配される。 量、分与持続時間、および分与速度の精度に関する要件は、幾度となく繰り返される長い時間期間に対して、一貫した供給速度で繰り返し同じ量の液体を供給する装置によって影響される。 【０００３】 半導体産業は、サブミクロン技術を使用することを期待しているため、マイクロプロセッサおよび記憶装置の性能を向上させるためには、フォトレジストおよび低誘電率の液体組成物が、ますます重要となっている。 製造コストを低減し、
フォトレジストの浪費を減らすため、より少ない分与量の液体フォトレジスト、
およびより低粘度の液体が分与される。 これらの流体によってウエハをコーティングするためには、ウエハ全体にわたる厚さ、およびウエハ同士での厚さを、高い度合いで均一にする必要がある。 必要な均一性を達成し、またこれらの流体によって形成される膜の製造の歩留まりを高めるためには、ウエハ上に分与される液体の流体力学およびタイミングが重要となる。 例えば、ウエハに衝突する液体の途切れた流れは、分与ノズルまたはチューブ内の滴や気泡によって引き起こされるが、液体によって形成される膜の均一性に影響を与えるウエハ欠陥の一般的な原因である。 欠陥が増えれば、製造コストが増大するという望ましくない結果を生む。 【０００４】 流体が分与される時に、ウエハを低速で回転させ、その後、ウエハの全体にわたって液体が均一に広がり、且つフォトレジストまたは低誘電率Ｋの溶媒の蒸発を引き起こす、最終的な回転速度まで上げるスピンアップと呼ばれるステップを行なうことにより、ウエハ上に供給される流体によってウエハ上に均一な膜が形成される。 ウエハが最終的な回転速度で回転されている時間は、再現可能な厚さを形成し、且つ均一なコーティングを行なうためには極めて重要である。 流体がノズルから放出される時の流体分与の終了と、最終的なスピンアップまでの時間との間の時間を知ることは、ウエハが高速で回転される時間を制御して、均一なコーティングを達成する上で重要である。 均一なコーティングに関する様々な変数の重要性については、ＤａｕｇｈｔｏｎおよびＧｉｖｅｎｓによる、Ｊ． Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ，（１９９２年）の第１２９巻の１７３頁に説明されている。 【０００５】 電子雨量計を提供することが、ＰＣＴ出願第９８／００７３６号で提案されている。 雨水を収集し、且つ収集された水をオリフィスによって所定容積の滴に変換する容器が設けられる。 収集器からの液滴を数えることにより、雨量が決定される。 この決定は、光放射器と光受信器との対によって達成され、光放射器と光受信器との間を液滴が通過する時に、電圧変化またはパルスが生じる。 電圧パルスの数を数えて、１滴の容積を掛け合わせることにより、全降水量を決定することができる。 滴の形状や、滴が装置から離れる時間を監視する手段は設けられておらず、また、不規則性や滴の形状を検出する手段や、エミッタセンサ対からの出力信号を、入力信号としてウエハスピンコーターや流体分与ポンプに組み入れる手段も設けられていない。 一方、シリコンウエハ上に対する液体分与を監視する場合には、分与時間および分与流体の形状を含む一貫した方法で、各ウエハに分与が成されていることを決定でき、且つ分与容積を決定できるように、分与を監視する手段を設けることが必要である。 この要件を満たすためには、流体分与の形状およびタイミングを監視して、流体と基板との間の最初の接触、中間の接触、および最後の接触からの基板に対する流体供給速度を、延長された時間にわたって本質的に再現できるようにする必要がある。 【０００６】 したがって、再現可能な速度、流体力学、容積、および供給間隔に関して、正確な量の液体供給を監視する方法および装置を提供することが望ましい。 また、
基本的にリアルタイムで、プロセス制御情報を使用して、生産ラインにおいて、
延長された時間にわたって再現可能な速度で正確な量の液体供給を監視できる、
そのような方法および装置を提供することが望ましい。 【０００７】 （発明の概要） 本発明によれば、ノズルから分与される液体の動力学的な時間に応じるプロファイルが、形成されて解析される。 このように形成されたプロファイルは、その後、良好な液体分与に対して、時間、容積、およびプロファイルにおいて相関関係がある、標準的なプロファイルと比較される。 形成されたプロファイルが、容積、タイミング、および形状において良好であると判断されると、シリコンウエハ等の基板上に分与される液体の更なる処理が続けられ、液体でコーティングされた基板の更なる処理を行なう。 液体が分与されるノズルの下側には、光発生器および光検出器が設けられる。 光発生器および光検出器は、液体分与流れの経路の互いに向かいあう側に位置される。 発生器から発生されるエネルギは、熱エネルギ、音響エネルギ、または他のタイプの電磁エネルギに限らないが、これらのエネルギを含む他の形態のエネルギを、適当な検出器とともに使用できることは言うまでもない。 サンプル自体から放射される熱エネルギを、適当な検出器のためのエネルギ源と見なすこともできる。 本発明の説明のため、光エネルギが一例として使用されているが、これら他のタイプのエネルギおよびセンサを、交換可能に使用することができる。 【０００８】 分与プロセス中、液体流は、光発生器からの光の幾らかを吸収し或いは散乱させる。 一方、液体から伝達され或いは液体によって散乱された光は、検出器によって集められる。 吸収や散乱を問わず、液体流から伝達された光量は、流体分与ノズルから放出された所定の液体流の直径および連続性によって決まる。 液体の分与速度が変化し或いは停止すると、液体流の直径が減少して途切れ、検出器に到達する光量が増大する。 所定の時間にわたって集められた光量を記録し、その測定値を適当な電気信号に変換することにより、時間に応じた分与の流体力学的プロファイルが得られる。 この信号は、その後、良好な液体分与に関して既に形成された標準的な信号と比較されることにより、その意図する目的における分与の許容性（ａｃｃｅｐｔａｂｉｌｉｔｙ）が決定される。 代わりに、センサから得られた信号は、分与のタイミングおよび分与の終了を確定するために使用することができるとともに、スピンアップやチャンバ内の減圧といった、次の流体の処理ステップを開始するために使用される。 【０００９】 本発明によれば、流体分与の光伝達特性またはエネルギ伝達特性を監視するとともに、監視された特性を既に形成された標準的な分与と相関させて、基板コーティング等の特定の目的にとって、流体分与が良好であるか否かを判断するプロセスおよびシステムが提供される。 また、このシステムにおいては、最後の流体が分与ノズルから放出された時間を決定するとともに、次の処理ステップを開始するために与えられる信号を使用する手段が設けられる。 流体は、ノズルから分与されるとともに、少なくとも１つの検出器セットを通過する。 各検出器セットは、エネルギエミッタとエネルギ検出器とを備えている。 一例として、エミッタからの光子が分与流体を通過し、分与流体を通った光子が検出器によって検出される。 その後、時間と光子の伝達度との相関グラフが、標準的なグラフと比較され、分与が良好であるか否かが決定される。 グラフによって分与全体が特徴付けられるように、全ての分与容積が放射された光子に晒される。 分与が良好であると判断されると、分与に使用されるスピンアップ等のコーティング処理等を続けることができる。 分与が良好ではないと判断されると、分与対象物が更なる処理から除去される。 例えば、シリコンウエハを、フォトレジストや低誘電率Ｋの材料や他の材料でコーティングする場合、良好ではない分与でコーティングされたウエハが、更なる処理から除去され、例えば溶媒抽出によって分与流体がウエハから除去される。 この例においては、更に処理された場合、例えばコーティングされたウエハの良好ではない光学的処理が行なわれた場合には、容認できなくなるであろう、許容可能な未処理ウエハの回収を可能にすることにより、実質的な経済的節約を実現できる。 【００１０】 本発明の他の実施形態では、少なくとも１つの検出器セットによって、基板から反射され或は散乱されたエネルギが測定される。 各検出器セットは、エネルギエミッタとエネルギ検出器とを備えている。 エミッタからのエネルギは、基板に対して分与される流体と衝突し、基板上に分与された流体から反射されたエネルギは、検出器によって検出される。 その後、時間とエネルギ散乱度との相関グラフが、標準的なグラフと比較され、分与が良好であるか否かが決定される。 散乱エネルギまたは反射エネルギのグラフによって、ウエハ上に対する分与全体が特徴付けられるように、放射されたエネルギにウエハが晒される。 【００１１】 （特定の実施形態の説明） 良好な流体分与とは、流体の複数の個別容積（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｖｏｌｕｍ
ｅ）ではなく、流体の単一の個別容積によって形成される流体分与のことである。 複数の個別流体容積が分与されると、その結果生じる基板上のコーティングは、単一の個別流体容積を用いて形成される均一なコーティングに比べて、厚さや線状（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）が変化し易いという特徴がある。 したがって、センサ装置を通過する単一の個別流体容積によって形成される信号応答は、光子エミッタと光子検出器との間に流体が介在しない場合に測定される最初の測定点と、
光子エミッタと光子検出器との間に流体が介在しない場合に測定される最後の測定点との間で滑らかな曲線を描くという特徴がある。 一方、複数の個別流体容積によって形成される曲線は、個別流体容積間に僅かな流体しか存在せず、あるいは全く存在しない時間帯に、少なくとも１つのピークまたは凹部が現われることを特徴としている。 ピークは、エネルギ伝達が直接に測定される時に得られる。
一方、凹部は、逆の光子伝達が測定される時に得られる。 【００１２】 １つまたは複数のエネルギ検出器を使用することができる。 複数の検出器セットが使用される場合には、これらの検出器セットは、流体分与経路に沿って互いに離間して配置される。 ２個または３個の検出器セットを使用して、最初の測定を確認する手段を得ることができる。 代わりに、検出器およびエミッタのセットを、流体分与ノズルの周囲に配置するとともに、分与容積または流体の一部でコーティングされる基板から、反射もしくは散乱されるエネルギを検出器が測定するように角度付けることもできる。 【００１３】 図１に示されるように、本発明のシステムはノズル１０を有している。 ノズル１０は、重力、流体に圧力を加える、または適切な従来の弁等の従来の手段によってノズルから分与される、流体のための容器（図示せず）に接続される。 分与された流体１２は、例えば重力により、第１の検出器セット１４間に通される。
第１の検出器セット１４は、赤外光または可視光を放射するダイオードや音波発生器といったエネルギエミッタと、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、サーモパイル、電荷結合素子、およびマイクロフォン等のエネルギ検出器１８とを備えている。 検出器１８は、所定の時間にわたって分与された液体によるエネルギ伝達、または吸収されたエネルギのグラフを形成することができる、従来の信号プロセッサ２０に電気的に接続される。 エネルギエミッタ２４とエネルギ検出器２６とを備えた第２のエミッタおよび検出器セット２２は、第１の検出器セット１４の下流側に配置されている。 エネルギ検出器２６は、所定の時間期間にわたって分与された流体３０による光子伝達、または光子吸収度の第２のグラフを形成することができる、従来の信号プロセッサ２０に電気的に接続される。 【００１４】 図２には、光子エミッタ１６と光子検出器１８との間を通過する、単一の個別容積３２から成る良好な分与が示されている。 この良好な分与により、信号プロセッサ２０は、図４Ｂに示される曲線３４を形成する。 曲線３４には、エミッタ１６と検出器１８との間に分与が成されていない場合に、検出器１８によって測定される最初の測定値３６と、光子エミッタ１６と検出器１８との間に分与がない場合に、検出器１８によって測定される最後の測定値３８との間に、スパイクあるいは凹部が無い。 【００１５】 図３には、エミッタ１６と検出器１８との間を通過する、複数の個別容積３１
、３３、および３５から成る良好ではない分与が示されている。 この良好ではない分与により、信号プロセッサ２０は、図４Ａに示される曲線４０を形成する。
曲線４０には、エミッタ１６と検出器１８との間に分与がない場合に、検出器１
８によって測定される最初の測定値４６と、エミッタ１６と検出器１８との間に分与がない場合に、検出器１８によって測定される最後の測定値４８との間に、
スパイク４２および４４（または凹部）がある。 スパイク４２および４４は、エミッタ１６と検出器１８との間を各個別容積３３、３１が通過する時の測定値を含む。 【００１６】 図５には、センサからの信号を検出することができるプロセッサの概略図が示されている。 プロセッサは、信号を適切な形態に処理して、信号を標準的な分与と比較し、その比較結果に基づいて、処理を行なうための処理装置に信号を送る。 【００１７】 （例１） 流体の分与を感知する光エミッタと光検出器との対を構成した。 また、Ｔａｎ
ｄｙ部品番号２７６−１４２のエミッタ検出器対を、エミッタに取り付けられた４５８オームの抵抗およびセンサのリード線に接続した。 エミッタのピーク波長は９１５ｎｍであった。 エミッタおよびセンサを、０．８ｃｍだけカットして分離し、ブレッドボード上に実装した。 装置のサイズは２”×２”（約５ｃｍ×約５ｃｍ）であった。 ＭｉｌｌｉｐｏｒｅのＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎ（登録商標）ポンプから、監視される液体を分与した。 フォトレジストを含む液体を、エチル乳酸塩系の溶媒中に溶かした。 レジストは、ポンプにより分与され、ブレッドボード上に実装されたセンサおよびエミッタ対を通過し、電子天秤上の５０ｍｌのフラスコ内に集められた。 各分与後に、分与された液体の質量を測定し、前回の分与に対する質量差を求めた。 チャート速度が２０ｍｍ／秒に設定されたＫｉｐｐ
ａｎｄ Ｚｏｎｅｎストリップチャートレコーダにより、センサからの０から５Ｖの出力を測定した。 【００１８】 図６は、本発明に記載された装置によって測定されたフォトレジストの望ましい分与を示している。 センサ応答は、０．２５秒から３秒の時間範囲にある分与を示している。 【００１９】 図７は、不規則な流体流れを含む、望ましくない分与の後に、特徴的な複数の滴下を伴う望ましくない分与が成される状態を示している。 図６と図７とを比較することにより、図７に示される分与の形状およびタイミングが、図６における分与の形状およびタイミングと比較して受け入れることができないという決定を成す手段を提供する。 【００２０】 図８は、分与時間に対してプロットされた、図６に示される様々な分与のグラフである。 このデータの最小二乗回帰は、１シグマ信頼区間で、例１における本発明の装置の能力が、３３ミリ秒内の異なる分与期間同士を区別できることを示している。 【００２１】 これらが、記載された本発明の装置の一例であることは言うまでもない。 当業者であれば分かるように、高速タイミング装置および他のセンサに限定されないが、これらを含む装置に適当な変更を加えることができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の装置を示す概略図である。 【図２】 本発明の装置によって測定される良好な分与を示している。 【図３】 本発明の装置によって測定される良好ではない分与を示している。 【図４Ａ】 本発明の装置によって形成され、且つ本発明にしたがって識別される良好ではない分与を表わす信号出力の図である。 【図４Ｂ】 本発明の装置によって形成され、且つ本発明にしたがって識別される良好な分与を表わす信号出力の図である。 【図５】 分与を通じて伝達された検出光を、分与光伝達特性のリアルタイムのグラフに変換するための回路図である。 【図６】 ０．２５から３秒の期間、本発明の装置によって測定された適切な分与の一例を示している。 【図７】 本発明の装置によって測定された良好ではない分与の一例を示している。 【図８】 本発明の装置の感度を決定して、様々な期間の分与同士を区別するためのプロットである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＬ，Ａ Ｍ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ， ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ (72)発明者 シユー，ジエー−フア アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01810、アンドーバー、スター・アベニユ ー・イースト・６ Ｆターム(参考） 4F042 AA02 AA07 AB00 BA02 BA12 BA22 EB09 EB13 EB18 EB19 EB29 5F046 JA01 |
