包含压力传感器的旋涂方法以及用于旋涂的设备技术

说明用于在基片上旋涂工作溶液的方法和设备，其中，该方法和设备含有一个检测工作溶液的压力例如与从分配器分配工作溶液的开始和结束相关的压力的压力传感器；一些优选方法和设备测量分配管路中的光致抗蚀剂、显影剂、水、溶剂或清洁剂的压力；并且一些优选方法和设备包含涉及中断式并行控制方法的过程控制系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含控制系统的旋涂方法和设备，用于为半导体器件以及其它微电子器件把诸如工作溶液的材料施加到诸如晶片的基片上。该方法和设备包含一个可用于监视和控制旋涂过程的各个步骤并检测不正常工作的压力传感器。
技术介绍
一些加工过程要求把材料薄膜涂在各种商业上重要的基片上。一种商业上已经采用的用来把材料施加到基片上的方法是利用旋涂机的旋转加工或旋涂。旋涂机能把一定量的材料置于基片上并且可以绕它的中心轴按一个或一系列转速旋转该基片。离心作用使该材料在该旋转基片的表面上散开，例如成为均匀薄膜。更一般地，各种商用重要基片，例如含有微电子器件和集成电路的半导体晶片的处理要求把一些处理步骤限制在基片表面的严格定义的区域中。例如在加工微电子器件中的确要把不同的材料精确地置于半导体晶片上以便构建电路设计。这种处理的一个步骤是准确地界定基片的各个必须受到或者防止受到加工材料和加工步骤的作用的不同区域。加工这种基片的常见方法包括光刻和旋涂。光刻用于选择性地保护或曝光基片的各个区域例如微电子器件。在器件上按薄层旋涂上光敏光致抗蚀剂材料涂层。还可以任选地把其它工作溶液例如溶剂施加在基片上(涂上)。通过成图案的光掩模使光致抗蚀剂层对电磁能曝光，造成曝光的光致抗蚀剂材料的化学反应，但是不造成掩蔽区(即不对电磁能曝光)材料的反应。然后，旋涂或以其它方式把显影剂溶液施加在整个光致抗蚀剂材料上。该显影剂溶液使光致抗蚀剂材料的曝光区或不曝光区“显影”，这允许去掉显影的或者不显影的光致抗蚀剂材料。如果光致抗蚀剂材料是所谓的负片型，显影并去掉涂层的不曝光区；如果光致抗蚀剂材料是所谓的正片型，可以显影并去掉感光涂层的曝光区。在这二种类型的光刻中，留下的光致抗蚀剂材料以光掩模的正片或者负片图案形成保护层，这允许进一步加工曝光区同时保护由该光致抗蚀剂材料覆盖的区域。光致抗蚀剂层的厚度(就在要曝光前)对于最终产品微电子器件制造的质量、性能和成本中的一个或多个具有明显影响。曝光和显影光致抗蚀剂层的厚度可以影响利用该光致抗蚀剂层在基片上构建的特征的尺寸和分辨率。根据特征的有用纵横比(即高度比宽度)的范围，较薄的光致抗蚀剂层允许较精细的特征和较精密的特征分辨率。另外，当用单色光对光致抗蚀剂层曝光时，光可以穿过该层并反射，从而造成建设性的或破坏性的干扰。可以设计希望的薄膜厚度以按照最大或最小薄膜干扰/摆动曲线操作。为了以均匀的方式产生小的特征，光致抗蚀剂层的均匀性也是重要的，这指的是单块基片上的感光薄膜厚度的均匀性(晶片内均匀性)以及对不同基片施加的不同涂层之间的(平均)厚度的均匀性(晶片间均匀性)。晶片内均匀性是重要的，例如因为它提供置于任何给定器件上的元件特征尺寸的均匀性。该晶片间均匀性是重要的，例如因为形成具有可预测均匀厚度的涂层能生产具有均匀和相容质量的器件。如所解释那样，显影的光致抗蚀剂层是包括涂上感光溶液和涂上显影剂(在光致抗蚀剂材料曝光后)的多步骤处理的结果。在产生具有均匀和可预测厚度以及具有均匀特征尺寸的显影光致抗蚀剂层中，这二个处理步骤以及它们的相关材料可以是关键性的。旋涂方法试图通过密切监视和控制处理条件、材料以及各个处理命令以在均匀、可重复方式下执行各个旋涂处理步骤，从而提供涂覆均匀性。这通常是通过对计算机化的处理控制系统编程从而根据预编程的事件组在重复、预测、定时条件下均匀执行来实现的。此外，由于所涉及的尺寸和容限非常小，那些在其它情况可认为是不重要的处理周围的因素可能具有破坏性的实际后果从而造成旋涂材料非常小的变化和不均匀。这些因素的例子可以包括工作溶液的粘性和温度、旋转速度和加速度、处理定时延迟、涂覆设备中的空气移动和速度、环境湿度、环境温度、环境气压、化学分配系统参数、定时中的小变化、施加的工作溶液的机械碰撞，等等。存在一些监视并补偿这些因素中的一些因素的方法以减小它们对旋涂材料的厚度的影响。旋涂处理典型地考虑利用计算机化处理控制系统控制加工条件。一种经常采用的用来控制旋涂处理的系统涉及串行处理控制，例如“循环”式控制过程。在串行式控制过程中，一个电子或计算机化单元利用顺序或串行方法监视并控制旋涂系统的各个部件。该过程控制系统的操作通常遵循连续、串行(例如环形)路径，在不改变的预定次序下顺序地对设备中的预先确定的构件定址(见图3)。实际上，可以对计算机或中央处理单元(CPU)编程以便在某时对一个子例程顺序地定址。在图3中，用从CPU遵循的路径发出的射线表示各个子例程。CPU定址某子例程，通过检查条件或参数以及采取任何指示的动作完成该子例程的各指令，并在采取任何这样的动作后移动下一个子例程。图3示出大量的代表各子例程的射线。一些射线是标明的以标识示例子例程而另一些未标明。通过利用已知的过程控制方法以及已知的用来监视、控制或补偿内部和外部加工条件和设备变化的技术进行的旋涂能达到的涂覆均匀性仍受到限制。随着微电子器件的特征尺寸变得更小以及对特征尺寸中变化容限的要求变得更高，尤其如此。仍需要新的、更好的以及更准确的测量、定时和控制旋涂处理的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及旋涂系统，例如设备，其含有用于测量工作溶液的压力的压力传感器。该工作溶液可以是微电子加工中使用的各种工作溶液中的任一种，例如溶剂(包括作为有机溶剂的水)、清洁剂、光致抗蚀剂、显影剂，等等。如本文说明那样，可以在旋涂系统和方法中包含该压力传感器，或者独立地或者最好和选定的过程控制系统结合地，以便改进旋涂系统和旋涂过程，或者通过通知不合常规或者其它不正常来监视旋涂系统的正常工作。该压力传感器例如可以用于在和分配步骤相关的时刻提供分配管路中的和工作溶液的压力有关的信息。该信息可用来检测和监视整个分配过程，包括根据该压力传感器测量的压力监视分配工作溶液的开始或结束。还可以从该相同的压力信号中得出其它有用信息(分配开始或结束之外的信息)，例如从分配步骤中某特定重复点上的压力读数值得出的信息。这种信息可以用于在分配过程中的重复点，例如分配步骤期间、略早时刻或之后时刻，检测分配管路内的压力量的缓慢漂移或急剧改变。这能指示旋涂系统中的缓慢或急剧的不合常规或不正常工作，例如次或主管路堵塞、次或主管路泄漏或者任何其它类型的次或主部件的不正常工作。本专利技术还涉及含有这种压力传感器的旋涂过程和过程控制系统。本专利技术的一些优选实施例涉及其中利用计算机化过程控制系统尤其是“并行”过程控制系统来控制旋涂的设备和方法，“并行”过程控制系统中断串行过程控制以便并行地执行过程命令，从而减少或消除和串行过程控制关联的定时上的变化。在这些实施例中，可以把来自压力传感器的信号或测量包含在过程控制系统中例如，从分配步骤期间、之前或之后时刻来自压力传感器的信号得出的信息可以指示分配工作溶液的开始或结束，并且该指示可以是一个参照点，用以准确控制该过程中后面步骤的定时。这种过程可以对其它过程控制方法提供改进，尤其是对分配步骤之后出现的处理步骤的过程控制以及控制定时的改进。常规旋涂过程控制系统在旋涂处理中引入定时改变。这些改变可以大到足以引起涂在基片上的工作溶液的晶片间和晶片内厚度的显著改变。在一个例子中，定时改变引起旋涂光致抗蚀剂的行宽重复性上的改变。这可以通过旋涂的光致抗蚀剂溶液的厚度上的变化、显影剂溶液旋涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋涂系统，包括：通过分配管路与分配器流体连通的工作溶液供给源，以及在和分配该工作溶液的步骤相关的时刻测量该分配管路中的工作溶液压力的压力传感器，以便控制相继的旋涂过程步骤的定时。

【技术特征摘要】
US 2002-10-15 10/271,5251.一种旋涂系统，包括通过分配管路与分配器流体连通的工作溶液供给源，以及在和分配该工作溶液的步骤相关的时刻测量该分配管路中的工作溶液压力的压力传感器，以便控制相继的旋涂过程步骤的定时。2.如权利要求1的系统，其中，该压力传感器包括压力转换器。3.如权利要求1的系统，包括一个在该工作溶液供给源和该分配器之间的分配阀，并且该压力传感器在该分配阀和该分配器之间。4.如权利要求1的系统，其中，该压力传感器检测从该分配器分配工作溶液的开始或结束。5.如权利要求1的系统，还包括用于控制旋涂过程的控制系统，其中，该压力传感器检测从该分配器分配工作溶液的开始或结束，并且该压力传感器在工作溶液分配的检测到的开始或者检测到的结束向该控制系统发送一个信号。6.如权利要求5的方法，其中，该工作溶液是光致抗蚀剂溶液，并且该压力传感器在光致抗蚀剂溶液分配的检测到的结束时发信令通知该控制系统。7.如权利要求5的方法，其中，该工作溶液是显影剂溶液，并且该压力传感器在显影剂溶液分配的检测到的开始时发信令通知该控制系统。8.如权利要求1的系统，其中，该工作溶液是从由光致抗蚀剂、显影剂、溶剂和脱离子水组成的组中选择的。9.一种旋涂系统，包括支持并转动基片的可转动体；可在分配位置和不分配位置之间移动的分配器；通过分配管路与分配器流体连通的工作溶液供给源；测量该工作溶液的压力的压力传感器；控制对基片施加工作溶液的过程控制系统，该过程控制系统编程为中断串行控制以执行过程命令。10.如权利要求9的系统，其中该系统包括在该工作溶液供给源和该分配器之间的分配阀，该压力传感器测量该分配管路中的工作溶液的压力，以及该压力传感器在该分配阀和该分配器之间。11.如权利要求9的系统，其中，该工作溶液是从光致抗蚀剂溶液和显影剂溶液组成的组中选择的。12.如权利要求9的系统，其中，该压力传感器在工作溶液分配的开始或结束时向该控制系统发送一个信号，并且该控制系统中断该过程的控制。13.如权利要求12的系统，其中，该工作溶液是光致抗蚀剂溶液，并且该压力传感器在光致抗蚀剂溶液分配结束时向该控制系统发送一个信号。14.如权利要求12的系统，其中，该工作溶液是显影剂溶液，并且该压力传感器在显影剂溶液分配开始时向该控制系统发送一个信号。15.如权利要求9的系统，其中，该工作溶液是从光致抗蚀剂、显影剂、脱离子水和溶剂组成的组中选择的。16.一种在基片上旋涂工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉米D柯林斯，塞缪尔A库伯，
申请(专利权)人：FSI国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]