CN104916565A - 供给和分配无气泡光刻化学溶液的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻系统包括可变容积缓冲罐、连接至缓冲罐的分配系统以及配置为从缓冲罐的顶部空间释放气体，而阻挡从顶部空间释放液体的阀。存储容器具有位于底部的开口并且通过该开口排放至缓冲罐。缓冲罐具有足以接收存储容器的全部内含物的存储容量。该系统在防止化学溶液与空气和其他气体接触的同时，向分配系统供给化学溶液。本发明涉及供给和分配无气泡光刻化学溶液的系统和方法。

Description

供给和分配无气泡光刻化学溶液的系统和方法

技术领域

本发明涉及光刻系统、以及为光刻系统供给化学物质的系统和方法。

背景技术

光刻是一种用于制造具有高元器件密度的集成电路的必要工具。光刻包括形成薄涂层。这些涂层中的一层是光刻胶层。另一常用涂层是底部抗反射涂层(BARC)。这些涂层由液态化学溶液形成。化学溶液保存在贮存器内，根据需要，从贮存器分配化学溶液。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种光刻系统，包括：可变容积缓冲罐；分配系统，连接至所述缓冲罐并且配置为将光刻化学溶液从所述缓冲罐分配至晶圆上；以及阀，配置为从所述缓冲罐的顶部空间释放气体，而阻挡从所述顶部空间释放液体。

在上述光刻系统中，还包括：存储容器，具有存储容量；以及连接件，形成用于将液体从所述存储容器传输至所述缓冲罐的连接；其中，所述可变容积缓冲罐具有最大容量，所述最大容量大于所述存储容器的存储容量。

在上述光刻系统中，用于将液体从所述存储容器传输至所述缓冲罐的所述连接配置为从所述存储容器的底部排放出所述存储容器的内含物。

在上述光刻系统中，所述缓冲罐包括位于钢性壳内的可折叠衬垫。

在上述光刻系统中，所述缓冲罐包括活塞和汽缸布置。

在上述光刻系统中，所述缓冲罐包括具有多道褶裥的柔性容器。

在上述光刻系统中，所述阀是电控阀。

在上述光刻系统中，还包括：气泡检测器，配置为检测所述顶部空间中的气泡；其中，所述阀配置为响应于由所述气泡检测器检测的所述顶部空间中的气泡而自动打开。

在上述光刻系统中，所述可变容积缓冲罐通过开口连接至光刻化学溶液分配系统，所述开口在低于所述顶部空间的高度处离开所述缓冲罐。

在上述光刻系统中，所述分配系统包括正排量泵，所述正排量泵通过每个排量周期可操作地减小所述缓冲罐的容积。

在上述光刻系统中，所述缓冲罐包括调压系统。

根据本发明的另一方面，还提供了一种光刻化学物质供给系统，包括：存储容器，具有位于底部的开口；以及可变容积缓冲罐，通过位于所述底部的开口连接至所述存储容器；其中，所述缓冲罐具有比所述存储容器更大的存储容量。

在上述光刻化学物质供给系统中，所述存储容器在所述存储容器的顶部具有与气体源连通的开口。

在上述光刻化学物质供给系统中，所述气体源是含氮汽缸。

根据本发明的又一方面，还提供了一种向光刻系统供给化学溶液的方法，包括：从可变容积缓冲罐中泵取化学溶液；在旋涂仪中分配所述泵取的化学溶液；以及通过将填充有所述化学溶液的存储容器排空至所述缓冲罐内来再填充所述缓冲罐。

在上述方法中，将填充有所述化学溶液的所述存储容器排空包括通过穿过所述存储容器的底部形成的出口而使所述存储容器排放。

在上述方法中，使所述存储容器排放包括利用处于高于一个大气压的压力下的氮气，驱动所述化学溶液排出所述存储容器。

在上述方法中：将填充有所述化学溶液的所述存储容器排空包括保持所述存储容器和所述缓冲罐之间的持续流动，直到排空所述存储容器；以及在小于5分钟的时期内发生将填充有所述化学溶液的所述存储容器排空。

在上述方法中，还包括：将所述化学溶液保持在处于正压力下的所述缓冲罐中；以及当所述缓冲罐内的所述化学溶液处于正压力下时，从所述缓冲罐的顶部空间排出气体。

在上述方法中，当所述化学溶液位于所述缓冲罐内时，保持基本不与气体接触。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可以最佳地理解本发明的各方面。应该注意的是，根据工业中的标准实践，没有按比例绘制各种部件。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以任意地增大或缩小。

图1是根据本发明的一些实施例的光刻系统。

图2至图5是根据各个实施例的可变容积缓冲罐。

图6是根据一些实施例的向光刻系统供给化学溶液的方法的流程图。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。下面描述了部件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

已经观察到，光刻化学溶液中的气泡和污染物能够引起器件缺陷。已经发现，光刻化学溶液贮存器上方的顶部空间中的空气是污染源。已经发现，填充光刻化学溶液贮存器上方的顶部空间的氮是引起气泡的原因。本发明提供了在几乎不暴露于空气并且有限地暴露于且接触能引起气泡的纯氮气体环境的情况下供给光刻化学溶液的系统和方法。

液态溶液中氮的平衡浓度与接触该溶液的氮的分压力几乎成比例。如果液态溶液在一个大气压下的纯氮环境中保存足够长的时间，那么，其会吸附氮直到溶液中的氮浓度与一个大气压下的氮气相平衡。然后，如果将液态溶液释放到一个大气压下的气体环境中，那么，氮会解吸附直到其浓度降低大约22％。空气中仅含有78％的氮。特别地，如果解吸附的氮被吸附以与在一个大气压以上的压力或高于环境温度的温度下的氮气相平衡，那么，该解吸附的氮能够形成气泡。在由本发明提供的一些系统中，虽然光刻化学溶液暴露于纯氮气体环境中，但是限制了暴露时间和接触面积以防止氮吸附进溶液内而达到接近平衡的浓度。

根据本发明的一些实施例，可变容积缓冲罐为光刻化学溶液分配系统提供了贮存器。缓冲罐提供了贮存器，可以根据需要从贮存器分配化学溶液而不需要以气体填充顶部空间。在这些实施例的一些中，缓冲罐包括排气系统，该排气系统用于释放进入缓冲罐的任何气体或从缓冲罐中的液体中作为气泡出现的任何气体。在这些实施例的一些中，缓冲罐保持在正压力下，以促进完全去除任何气体。

根据本发明的一些实施例，可变容积缓冲罐通过每个再填充操作接收化学溶液存储容器的所有内含物，这样防止在部分充满的存储容器中的化学溶液被空气污染或被氮饱和。因此，调整缓冲罐的尺寸。

图1示出了根据本发明的一些实施例的光刻系统100。光刻系统100包括光刻化学溶液分配系统160和光刻化学物质供给系统101。供给系统101本身就是根据本发明的一些实施例的实例。供给系统101包括可变容积缓冲罐145和化学溶液存储容器105。缓冲罐145提供了化学溶液150的贮存器并且使化学溶液150在需要时有效地通过固定的导管147到达分配系统160。存储容器105通过导管119再填满缓冲罐145。

分配系统160将化学溶液150分配至晶圆180的表面上。化学溶液150是光刻化学溶液。光刻化学溶液是一种在光刻工艺中适用于旋涂至晶圆180上的液态化学溶液。在多数实施例中，光刻系统100包括旋涂仪(未示出)。例如，化学溶液150可以是光刻胶溶液、底部抗反射涂层(BARC)溶液、或底漆(primer)溶液(诸如，促进晶圆表面和光刻胶之间的粘附的底漆的溶液)。

在一些实施例中，分配系统160包括泵163。在一些实施例中，分配系统160包括光刻胶分配系统中通常包括的其他部件。例如，这些其他部件可以包括过滤器165、阀167和回吸阀169。回吸阀169是一种起到去除来自分配操作之间的分配端171的化学溶液150的作用的阀。分配系统160通过导管147从缓冲罐145抽取化学溶液150。

缓冲罐145包括具有一个或多个可移动边界的容器空间140，从而使容器空间140的容积可随着液体的增加而增大并且随着液体的去除而减小。图1提供了根据实施例的实例，其中，可折叠衬垫131为容器空间140提供可移动边界。图1的容器空间140包括刚性上容器空间144和顶部空间143。可折叠衬垫131是袋状容器。在一些实施例中，可折叠衬垫131是装有角撑板的。可以由任何合适的材料形成可折叠衬垫131。例如，合适的材料可以为聚四氟乙烯(PTFE)。可变容积缓冲罐145还包括钢性壳129。钢性壳129支撑衬垫131。可以由诸如不锈钢或高密度聚乙烯(HDPE)的刚性材料形成壳129。

图2至图5提供了用于可变容积缓冲罐145的设计的额外的实例。图2和图3示出了根据一些实施例的可变容积缓冲罐145A和145B，其中，可变容积容器空间140部分地由汽缸134内的活塞132形成。图4和图5示出了根据一些实施例的可变容积缓冲罐145C和145D，其中，可变容积容器空间140部分地由具有多道褶裥136的柔性材料形成。与以可折叠衬垫131为特征的设计相比，这些设计的优点在于具有较少的可以俘获气泡的折痕。

在一些实施例中，可变容积缓冲罐145配备有用于从顶部空间143释放气体的排气系统128，从而缓冲罐145内的容器空间140的内含物始终全部或几乎全部是液体。排气系统128包括阀141，该阀141基本防止缓冲罐145的内含物与环境空气连通。在一些实施例中，容器空间140的上表面142向靠近排气阀141的顶部空间143倾斜，以促进容器空间140内的任何气泡迁移至能够将气泡排出的顶部空间143。排气阀141将气体释放到排气管139内或直接释放到大气中。

在一些实施例中，排气阀141是脱气阀。脱气阀是一种设计为阻挡液体通过而允许气体通过的阀。在一些实施例中，脱气阀包括浮子，并且当液体抬升浮子时，脱气阀关闭。在一些实施例中，脱气阀141是一种即使当顶部空间143中的压力大于排气管139中的压力时仍起到选择性地排出气体的类型的阀。

在一些实施例中，排气阀141是电控阀。如图1所示，由控制器137操作电控阀。控制器137能够从气泡检测器135接收输入。气泡检测器135检测顶部空间143中的气泡。在一些实施例中，气泡检测器135使用超声检测顶部空间143中存在的气泡。当检测到气泡时，控制器137打开排气阀141。当不再检测到气泡或在较短的时间之后，控制器137关闭排气阀141。机械脱气阀比电控阀简单，但是电控阀能够提供最彻底的排气。

在一些实施例中，缓冲罐145将化学溶液150保持在处于正压力下的容器空间140内。正压力是超过大气压的压力并且能够促进气泡的排出。在一些实施例中，通过控制钢性壳121和衬垫131之间的空间中的液体129的量来保持正压力。在一些实施例中，通过对容器空间140的外侧施加机械力来保持正压力。例如，通过图2和图3中示出的活塞132或通过图4和图5中示出的平台138可施加机械力。机械力的实例包括由弹簧、液压或平衡锤施加的力。

在一些实施例中，被动地保持容器空间140中的正压力。通过重力可操作被动系统。在图3的实例中，活塞132的重量可保持容器空间140中的正压力。倾向于平坦化图4和图5中的可变容积缓冲罐145C或145D的重力可保持这些实例的容器空间140中的正压力。

在一些实施例中，缓冲罐145包括调压系统128。图1提供了实例。调压系统128包括压力计123和控制器125。在一些实施例中，调压系统128通过使用泵127向钢性壳121和衬垫131之间的空间增加或从钢性壳121和衬垫131之间的空间去除液体129来调节压力。

缓冲罐145通过导管119连接至存储容器105。在一些实施例中，将缓冲罐145连接至分配系统160的导管147、和导管119在低于顶部空间143的高度处离开容器空间140。这种设计能够提高顶部空间140的排气。如图1、图2和图4中的实例所示，在一些实施例中，导管147在靠近容器空间140上端的位置处接入容器空间140。这种设计能够为泵163提供更为一致的压位差。如图3和图5中的实例所示，在一些其他实施例中，导管147在靠近容器空间140下端的位置处接入容器空间140。这种设计能够降低当将化学溶液150供给至分配系统160时化学溶液150中会夹带有气泡的可能性。根据其他设计选择，导管147的一个或其他配置能够通过将容器空间140内的管道系统降到最少，来促进容器空间140的扩大和收缩。类似的考虑应用于并且存在将导管119连接至缓冲罐145的相应的实施例。在一些实施例中，容器空间140内的任何管道(诸如，与导管119或147连接的管道)的长度都小于容器空间140的高度的一半。

存储容器105可从供给系统101上拆卸。当缓冲罐145中需要更多的化学溶液150时，可替换存储容器105。存储容器105可附接至导管119，导管119通过联轴器111将存储容器105连接至缓冲罐145。在一些实施例中，导管119包括阀103，该阀103防止当将存储容器105从联轴器111拆卸时从缓冲罐145回流。在一些实施例中，阀103是止回阀。在一些实施例中，阀103包括用于释放导管119中俘获的气体的机构。

存储容器105可以从光刻化学物质供给系统101上拆卸，然而，缓冲罐145仍可永久性地连接至分配系统160。因此，在一些实施例中，导管147提供缓冲罐145和分配系统160之间的固定连接。

缓冲罐145设计为具有充足的容量，以最大容量地接收和容纳存储容器105的内含物。在多数实施例中，存储容器105的容量大于约3公升。因此，在多数实施例中，缓冲罐145的存储容量大于3公升。存储容量指的是在给定时间内与自由容量相反的总容量，存储容量取决于当前容器空间140中化学溶液150的量。容器空间140的存储容量与容器空间140的最大容积相对应。

在一些实施例中，存储容器105设计为从底部排放。更具体地，在一些实施例中，存储容器105具有位于并且穿过存储容器105的底部的开口109，通过开口109化学溶液150可以排放出。在一些实施例中，存储容器105的底面107向内朝着底部排放开口109倾斜。底部排放能够降低夹带气泡的几率。底部排放能够降低在化学溶液150和顶部空间106中的气体之间的界面104处的搅动，从而降低吸附来自顶部空间106中的气体的速率。

在多数实施例中，存储容器105配置为无需将化学溶液150暴露于空气就可排放。在一些实施例中，存储容器105是钢性容器。在一些实施例中，存储容器105通过线路110连接至氮存储汽缸190，这允许当化学溶液150排放时以氮填充顶部空间106。在一些实施例中，存储容器105相对于缓冲罐145升高以允许在重力驱动下进行排放。在一些实施例中，氮存储汽缸190配置为在顶部空间106中施加足以驱动化学溶液150流出存储容器105并且流进缓冲罐145内的正压力。在一些实施例中，存储容器105是可变容积容器。在这些实施例的一些中，存储容器105具有针对缓冲罐145描述的容量可变设计中的一种设计。存储容器105的相应实施例包括与可施加压力的各种方式相对应的实施例。

在多数实施例中，将化学溶液150存储在存储容器105中几天、几周或几个月。在一些实施例中，存储容器105是运输化学溶液150的容器。可要求制造商在设计为用于光刻系统100的存储容器105中供给化学溶液150，从而，在将存储容器105附接至供给系统101之前不存在污染化学溶液150的风险。

图6提供了根据本发明的一些实施例的方法200的流程图。方法200是一种用于将化学溶液150供给光刻系统100的方法。方法200包括步骤201，步骤201为从缓冲罐145中泵取化学溶液150，并且将化学溶液150施加至晶圆180。在一些实施例中，每当从缓冲罐145抽取化学溶液150时，分配系统160均将化学溶液150施加至晶圆180。容器空间140的容积随着化学溶液150的去除而减小。

步骤203是确定缓冲罐145是否需要再填充。在一些实施例中，由感测器(诸如检测活塞132的高度的感测器)确定缓冲罐145中化学溶液的量。在一些实施例中，通过控制器125监测衬垫131和壳121之间的空间中的液体129的量来确定缓冲罐145中的化学溶液的量。在一些实施例中，由控制器推断出缓冲罐145的低态，其中，该控制器监测自从缓冲罐145的最后一次再填充之后分配系统160已分配的化学溶液150的量。如果需要再填充，方法200继续进行组成再填充操作的一系列步骤210。

在一些实施例中，在再填充操作210期间，分配系统160继续进行操作。在这些实施例中，缓冲罐145允许光刻化学物质供给系统101持续地供给分配系统160，这样提高了生产率。

再填充操作210开始于步骤211，将最大容量地填充有化学溶液150的存储容器105附接至供给系统101。在一些实施例中，步骤211包括将导管119通过联轴器111附接至位于存储容器105的底部的开口109。在一些实施例中，步骤211包括将氮供给线路110附接至存储容器105的顶部。

步骤213是打开控制存储容器105和缓冲罐145之间的连通的阀103。在一些实施例中，通过将存储容器105的内含物加压至缓冲罐145中的液体静压力或略高于缓冲罐145中的液体静压力来继续进行步骤213。在一些实施例中，通过排出俘获在导管119中的气体来继续进行步骤213。可将阀103设计为用于该功能。

步骤215是将存储容器105的内含物排入缓冲罐145内。在一些实施例中，步骤215是连续的操作，通过该步骤，存储容器105进行稳定地排放直到排空为止。在一些实施例中，在从开始至完成的相对短的时间周期内实施步骤215。短时间周期小于5分钟。相比之下，在多数实施例中，每小时实施再填充操作210的次数少于一次。例如，每天一次。

在相对短时间周期内将存储容器105从充满状态排放到排空状态使得在存储容器105处于部分充满状态时发生污染或将气体吸附进化学溶液150内的风险降到最低。在多数实施例中，容器空间140的容积增加的量大约等于步骤215过程中存储容器105的容量。

步骤217是关闭阀103，以允许排空的存储容器105从供给系统101去除并且允许供给系统101独立于存储容器105进行操作。关闭阀103防止从缓冲罐145回流。在一些实施例中，阀103是止回阀并且自动关闭。因此，步骤217是可选择的步骤。

再填充操作210继续另一个可选择的步骤，调整缓冲罐145中的压力。在一些实施例中，缓冲罐145中的压力是可调节的。在这些实施例的一些中，在再填充操作210期间暂停压力调节。然后，可采用步骤219以将缓冲罐145中的压力调整到供给分配系统160的理想压力。

步骤221是另一个可选择的步骤。在一些实施例中，在再填充操作210期间，防止分配系统160从缓冲罐145抽取溶液。在这些实施例的一些中，采用步骤221。步骤221是在等待时期内继续暂停从缓冲罐145分配，在等待时期中，允许容器空间140的内含物沉淀并且允许形成或已夹带的任何气泡在允许的时间内上升至顶部空间143内。在一些实施例中，等待时期介于1分钟至半小时的范围内。在一些实施例中，等待时期介于5分钟至15分钟的范围内。

方法200继续可选择的步骤205，确定缓冲罐145中的压力是否太低。如果太低，则方法200继续进行步骤223，步骤223是提高缓冲罐145中的压力。在一些实施例中，工艺控制回路可代替步骤205和223。在一些实施例中，工艺控制回路可以提高或降低缓冲罐145中的压力。缓冲罐145的理想压力是正压力。在一些实施例中，缓冲罐145中的压力保持在1.01atm至1.3atm的范围内。

方法200继续进行步骤207，确定顶部空间143中是否有气泡。步骤207也是可选择的。如果顶部空间143中有气泡，方法200继续进行步骤225，即，打开排气阀141。在短暂的固定时期之后，通过步骤209关闭排气阀141。在一些其他实施例中，排气阀141保持打开直至在顶部空间143中不再检测到气泡。

方法200限制化学溶液150与气体接触并且吸附气体。在一些实施例中，在化学溶液存储容器105中提供化学溶液150，其中，氧和氮浓度基本低于在与环境空气平衡时的它们的浓度。在一些实施例中，供给系统101向化学溶液分配系统160提供化学溶液150，其中，氧和氮浓度基本低于并且始终低于在与环境空气平衡时的它们的浓度。低于平衡浓度10％的浓度将认为是基本低于。

本发明提供了一种光刻系统，光刻系统包括可变容积缓冲罐，连接至缓冲罐并且配置为将光刻化学溶液从缓冲罐分配至晶圆上的分配系统以及配置为从缓冲罐的顶部空间释放气体，而阻挡从顶部空间释放液体的阀。可操作缓冲罐以在防止化学溶液与空气和其他气体接触的同时，向分配系统提供化学溶液。

本发明也提供了一种光刻化学物质供给系统，光刻化学物质供给系统包括具有位于底部的开口的存储容器以及通过位于底部的开口连接至存储容器的可变容积缓冲罐。缓冲罐的存储容量大于存储容器的存储容量。该系统可以用于为缓冲罐提供光刻化学物质，同时在从部分充满的存储容器排放光刻化学物质或光刻化学物质保留在部分充满的存储容器中时，限制光刻化学物质与空气或其他气体之间的接触。

本发明提供了一种向光刻系统供给化学溶液的方法。该方法包括从可变容积缓冲罐中泵取化学溶液，在旋涂仪中分配泵取的化学溶液，以及通过将填充有化学溶液的存储容器排空至缓冲罐来再填充缓冲罐。

上面论述了若干实施例的特征，使得本领域的普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域的普通技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或更改用于与本文所介绍的实施例实现相同的目的和/或获得相同优点的其他工艺和结构。本领域的普通技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，他们可以对本发明做出多种变化、替代和改变。

Claims (10)

1.一种光刻系统，包括：

可变容积缓冲罐；

分配系统，连接至所述缓冲罐并且配置为将光刻化学溶液从所述缓冲罐分配至晶圆上；以及

阀，配置为从所述缓冲罐的顶部空间释放气体，而阻挡从所述顶部空间释放液体。

2.根据权利要求1所述的光刻系统，还包括：

存储容器，具有存储容量；以及

连接件，形成用于将液体从所述存储容器传输至所述缓冲罐的连接；

其中，所述可变容积缓冲罐具有最大容量，所述最大容量大于所述存储容器的存储容量。

3.根据权利要求2所述的光刻系统，其中，用于将液体从所述存储容器传输至所述缓冲罐的所述连接配置为从所述存储容器的底部排放出所述存储容器的内含物。

4.根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述缓冲罐包括位于钢性壳内的可折叠衬垫。

5.根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述缓冲罐包括活塞和汽缸布置。

6.根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述缓冲罐包括具有多道褶裥的柔性容器。

7.一种光刻化学物质供给系统，包括：

存储容器，具有位于底部的开口；以及

可变容积缓冲罐，通过位于所述底部的开口连接至所述存储容器；

其中，所述缓冲罐具有比所述存储容器更大的存储容量。

8.根据权利要求7所述的光刻化学物质供给系统，其中，所述存储容器在所述存储容器的顶部具有与气体源连通的开口。

9.根据权利要求8所述的光刻化学物质供给系统，其中，所述气体源是含氮汽缸。

10.一种向光刻系统供给化学溶液的方法，包括：

从可变容积缓冲罐中泵取化学溶液；

在旋涂仪中分配所述泵取的化学溶液；以及

通过将填充有所述化学溶液的存储容器排空至所述缓冲罐内来再填充所述缓冲罐。