CN112638557B - 用于喷洒测量设备的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有夹具装置的喷洒测量系统的各种实施例，其允许测量一个或多个喷嘴的喷洒输出，并确定喷嘴的喷洒分布型式。

Description

用于喷洒测量设备的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及一种喷洒测量设备，并且特别地涉及一种用于喷洒测量设备的系统和方法，该系统和方法能够检测批化学处理室内的一个或多个喷嘴的液体捕获水平，以理解喷洒分布形式。
背景技术
用于半导体湿化学处理的批化学处理室需要多个喷嘴，以将化学物均匀地喷洒到在处理室内以阵列形式堆叠的多个晶圆上。一个或多个喷嘴的故障或未正确调整的喷嘴(一个或多个)会导致喷洒分布不均匀，从而阻碍一致或符合规格的批处理过程完成。另外，一旦识别出喷嘴组件中的问题，拆卸批处理室以识别哪个或哪些喷嘴有故障并采取纠正措施可能是困难且耗时的。因此，缺少一种用于简单且准确地监视和测量批化学处理室内的喷洒分布的系统。
正是考虑到这些观察，构思和开发了本公开的各个方面。
附图说明
图1是喷洒测量设备的透视图，该喷洒测量设备布置在转子和批处理室内并且与喷嘴阵列对准；
图2是该喷洒测量设备的透视图，其中该壳体为虚线，透视图示出了用于测量喷洒分布的夹具装置；
图3是喷洒测量设备的端视图，其中移除了近侧端板以示出内部构件；
图4是喷洒测量设备的俯视图，示出了夹具装置的挡板；
图5是喷洒测量设备的仰视图，以虚线示出了壳体，以示出内部构件；
图6是喷洒测量设备的侧视图，以虚线示出了壳体，以示出内部构件；
图7是喷洒测量设备的分解图；
图8是喷洒测量设备的放大分解图，示出了夹具装置；
图9是喷洒测量设备的放大分解图，示出了压力传感器的阵列；
图10是喷洒测量设备的放大分解图，示出了控制器，压力传感器和电池；
图11是用于喷洒测量设备的壳体的底面的放大透视图；
图12是用于喷洒测量设备的壳体的俯视图，示出了壳体的箱体；且
图13是示出由喷洒测量系统测量的多个喷嘴的一种布置的图示。
相应的附图标记表示附图的图中的相应元件。附图中使用的标题不限制权利要求的范围。附图是本发明的一个实施例的示例。
具体实施方式
在一个方面，公开了一种具有夹具装置的喷洒测量设备，其能够测量喷洒输出并确定多个单独的喷嘴的喷洒分布。在另一方面，该喷洒测量设备可操作以测量与各个喷嘴相关联的多个液体捕获通道的液位(liquid levels)，以理解喷洒分布形式。在另外又一方面，喷洒测量设备包括与批系统通信的控制器，其中，控制器使喷洒测量设备能够绕水平轴旋转至批化学处理室内的特定方向，以检查和利用其他分析模型。在另一方面，喷洒测量系统允许验证整个半导体晶圆负载上喷洒的均匀性，以确保在所有半导体晶圆上一致的工艺完成性。在一些实施例中，喷洒测量设备包括夹具装置，该夹具装置具有多个挡板，该挡板布置在与特定晶圆位置相对应的相应狭槽内，这允许在喷洒管理设备的操作期间识别一个或多个故障的喷嘴。参考附图，示出了喷洒测量系统的实施例，并且它们在图1-13中总体上表示为100。
如图1-2所示，在一些实施例中，喷洒测量系统100包括转子10，布置在转子10内的喷洒测量设备101，以及可操作以控制和监视喷洒测量系统100的操作的控制器131。在一些实施例中，喷洒测量设备101包括配置成容纳夹具装置102的壳体103，夹具装置102可操作用于测量喷洒输出并确定在批化学处理室(未示出)中的多个喷嘴12的喷洒分布，这将在下面更详细地讨论。另外，壳体103被构造成允许喷洒测量设备100布置在转子10内，其中，在操作期间，当测量喷洒输出时，转子10布置在批化学处理室内。喷洒测量设备100可操作以由转子10沿着水平轴线Z旋转至特定旋转角度，以便在特定旋转角度收集从喷嘴阵列12输出的喷洒来确定喷洒分布。
参考图1-5，在一些实施例中，壳体103形成外表面105和内表面106，其共同限定壳体103的顶部107、第一侧部108、第二侧部109和底部110。如图1-3中具体示出的，壳体103的顶部107限定了与上部室128(图6和11)连通的顶部开口127，其中，夹具装置102部分地布置在顶部室127中并且通过顶部开口127进入。如具体地在图4中所示，壳体103在壳体103的相对侧上限定第一侧杆部分143和相对的第二侧杆部分144，第一侧杆部分143和相对的第二侧杆部分144提供了允许喷洒测量设备100沿第一和第二侧杆部分143和144在批化学处理室内接合转子10并固定在转子10内的结构表面。
参照图7，壳体103还限定了近侧开口111和远侧开口112，近侧开口111和远侧开口112与形成在壳体103内的下部室129的相对端连通。如图所示，近侧端板114构造成接合并密封近侧开口111，而远侧端板115构造成接合并密封远侧开口112。在一些实施例中，诸如螺钉的固定构件142用于将近侧端板114和远侧端板115接合到壳体103上。在一些实施例中，手柄141固定至近侧端板114，用于操纵喷洒测量设备101。
如图7和图12中所示，壳体103的上部室128与布置在壳体103内的箱体121连通，并且可以与壳体103的结构成一体，或为单独的构件。箱体121限定了多个内部通道122和一对端部通道123，它们形成为沿着壳体103的纵向轴线延伸的阵列。箱体121的内部通道122和端部通道123各自提供对应于一个或多个喷嘴12的相应的液体捕获部位，使得来自特定喷嘴12的液体喷洒可被捕获在相应的内部通道122或端部通道123内以进行测量，如将在下面更详细地讨论的。
如图4-8中所示，夹具装置102提供了一种用于隔离特定晶圆位置的装置，使得特定喷嘴12的激活允许测量从这些喷嘴12收集的液体，以确定包括任何喷嘴12是否发生故障或是否需要调整的喷洒分布形式。在一些实施例中，夹具装置102包括对准成阵列的多个挡板116，其中，每个挡板116对应于批化学处理室中的喷嘴阵列12的多个可能部分中的喷嘴阵列12的一部分。
在一些实施例中，夹具装置102进一步包括狭槽组件104，狭槽组件104限定了多个狭槽113，在其中单独的挡板113定位在相应的狭槽113中。如图6和图7中所示，狭槽组件104包括插入在相应狭槽块119之间的多个狭槽板117，狭槽块119布置在狭槽板117的两端上，当在制造过程中组装狭槽组件104时，狭槽板117共同限定了形成在近侧端板124与远侧端板125之间的阵列中的多个狭槽113中的各个狭槽。如图所示，每个狭槽板117限定对齐的板开口155，该对齐的板开口155被配置为在组装期间接收杆126，而每组狭槽块118限定对齐的块开口156，该对齐的块开口156也被配置为在组装期间接收杆126。当组装狭槽组件104时，将相应的杆126插入穿过对准的一组块开口156中的每一个和对准的板开口155中的每一个，以组装狭槽组件104的各个相应的狭槽113。此外，夹具组件104的底侧接合到第一支撑部件119和第二支撑部件120，以将夹具装置102固定在壳体103的上部室128内。
在组装夹具装置102时，相应的挡板116沿着狭槽组件104设置在相应的狭槽113内，并且可以根据需要撤回或插入到狭槽113中。如图进一步所示，每个挡板116沿挡板116的边缘限定相应的突起148，并且构造成允许用户抓住突起148以相对于相应的狭槽113撤回或插入单独的挡板116。如此，当测量喷嘴的输出并确定单个喷嘴12或一组喷嘴12的喷洒分布时，可以从夹具装置102的狭槽组件104中抽出任意数量的挡板116，如将在下面更详细描述的那样。
参考图2、12和13，夹具装置102与由箱体121限定的多个内部通道122和端部通道123流体流动连通，以捕获由一个或多个喷嘴12喷洒到特定位置上的液体，其中一个或多个挡板116已经从夹具装置102上移除。以这种方式，可以通过测量在相应的通道122中收集的液体的量，来确定针对单个喷嘴12或组合在一起的一批喷嘴12的喷洒测量输出和喷洒分布形式。在一些实施例中，端部通道123可用于共同测量所有喷嘴12的喷洒测量输出和喷洒分布形式，而在端部通道123之间形成的内部通道122可用于测量单独的或选择的一组喷嘴12的喷洒测量输出和喷洒分布形式—当对应于那些喷嘴12的特定的挡板116在测试喷嘴12期间从夹具装置102移除时。如图12中所示，上部室128形成肩部154，该肩部154被构造为当夹具装置102插入到壳体103中时邻接夹具装置102。
在一些实施例中，喷洒测量设备101还包括与一个或多个通道122和123流体流动连通的多个压力传感器130，用于在喷嘴12已激活之后测量沉积在特定通道122和123内的液体的量。在一些实施例中，每个压力传感器130包括第一端口157和第二端口158，第一端口157与大气连通，第二端口158通过与通道122或123中的一个通道流体流动连通的相应的软管145与相应的通道122或123连通。在一些实施例中，每个软管145连接到软管连接器146，以通过形成在每个通道122和123的底部的开口153建立与相应的通道122和123的流体流动连通，如图12中所示。在操作中，每个压力传感器130收集指示从特定通道122和123收集的液体量的压力数据。
在图12所示的一个实施例中，箱体121可限定两个端部通道123A和123B以及内部通道122A-122G，但是通道122和123的数量可以是可对应于一个或多个喷嘴12的多个通道122和123中的任何一个，以用于测量液体收集。在一个实施例中，夹具装置102可以包括挡板116A-116X，其中每个挡板116A-116X在处理期间对应于特定的晶圆位置；然而，可以使用任何数量的挡板116来容纳要覆盖的晶圆位置的数量。
在使用喷洒测量系统100测量喷洒输出并确定喷洒分布形式的一种方法中，喷洒测量设备101绕水平轴线Z旋转到远离竖直的特定测试角度。保持静止的喷嘴12喷洒液体，并且液体被收集到多个通道122和123中的任何一个中。随后，将喷洒测量系统100绕水平轴线Z从竖直旋转回到0度，其中压力传感器130测量每个通道122和123中的压力量，其中每个通道122和123中的压力量对应于每个通道122和123中收集的液体的体积。随着测试过程继续，随后选择另一个测试角度并重复该过程。
在使用喷洒测量系统100测量喷洒输出并确定喷洒分布形式的另一种方法中，用户可以从夹具装置102上移除一个或多个挡板116，例如挡板116J-116M，以确定与挡板116J-116M的位置(一个或多个)相关联的喷嘴12是否正常地起作用并且施加均匀的喷洒分布型式。一旦从通道122D收集了液体收集数据，则进行进行以下验证：与挡板116J-116M的位置相关联的所有喷嘴12均正常地起作用，还是需要更换或调节一个或多个喷嘴12。
如图1、2、3、5-7、9和10所示，喷洒测量系统100还包括与每个压力传感器130可操作地通信的控制器131。此外，控制器131包括数据连接接口(未示出)，其提供一种用于收集数据或允许用户与控制器131交互以操作喷洒测量系统100的装置。例如，数据连接接口可是可操作的，以记录与在两个端部通道123A和123B以及内部通道122A-122G中收集的液体的量有关的相应压力。在一些实施例中，控制器131收集并存储关于从特定通道122和123收集的液体量的数据，以及在批化学处理室内以不同的测试角度在不同的喷洒测量值收集的数据。在一些实施例中，控制器131可以与用于控制喷洒测量系统100的操作的外部装置(未示出)无线或有线通信。在一些实施例中，控制器131可以与整个批化学处理室结合，且由此将由转子10控制喷洒测量设备100的旋转。
在一些实施例中，电池147可以向喷洒测量系统100的所有构件提供电力，例如控制器131和压力传感器130。在一些实施例中，电池147可以是可充电的。在其他实施例中，可以通过电力电缆(未示出)提供电力。
在一些实施例中，第一阵列的压力传感器130A-130D可以固定到第二侧板136，且第二阵列的压力传感器103E-130H可以固定到第一侧板135，如图9中所示。另外，对于图12中所示的实施例或壳体103，压力传感器130I还可用于容纳九个总的端部通道122和内部通道123。如图进一步所示的，第一侧板135包括第一支架139，该第一支架139与安装在壳体103的内表面106上的第一导轨部件133接合，而第二侧板136包括与第二导轨部件140接合的第二支架140，第二导轨部件134也安装在壳体103的内表面106上。
参照图11，壳体103的底部110限定多个开口153，每个开口153构造成接收相应的插头151。在一些实施例中，壳体103的底部110进一步限定凹口152，该凹口152构造成在将壳体103固定在批化学处理室的转子10内时用作安装件。
从前述内容将理解，尽管已经示出和描述了特定实施例，但是可以对其做出各种修改而不背离本发明的精神和范围，这对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的改变和修改在所附权利要求书所限定的本发明的范围和教导内。

Claims (20)

1.一种喷洒测量系统(100)，包括：
转子(10)，所述转子设置在批化学处理室内，其中所述转子(10)能够操作以绕水平轴线Z旋转，其中所述转子(10)能够操作以沿顺时针或逆时针方向A以及相反的顺时针或逆时针方向B旋转；
与转子(10)操作地关联的喷洒测量设备(101)，所述喷洒测量设备(101)包括：
夹具装置(102)，所述夹具装置包括多个狭槽(113)，其中，所述多个狭槽(113)中的每一个能够操作以接收挡板(116)；和
与所述多个狭槽(113)中的一个或多个相对应的一个或多个通道(122，123)，其中所述一个或多个通道(122，123)中的每一个与相应的压力传感器(130)操作地关联，以测量在所述一个或多个通道(122，123)中收集的液体量；
其中，所述喷洒测量设备(101)能够操作，以通过所述转子(10)在竖直静止位置和预定测试角度之间旋转；
和：
与所述转子(10)操作地关联的控制器(131)，其中所述控制器(131)能够操作以使所述转子(10)绕所述水平轴线Z旋转，其中所述控制器(131)能够操作，以使所述转子(10)沿所述顺时针或逆时针方向A以及所述相反的顺时针或逆时针方向B在所述竖直静止位置和预定测试角度之间旋转；
其中，所述喷洒测量设备(101)能够操作以旋转至预定测试角度，并接收由喷嘴阵列(12)喷洒到所述一个或多个通道(122，123)中的液体的量，其中数据收集接口能够操作以记录在所述一个或多个通道(122，123)的每一个通道中收集的液体的量。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述喷嘴阵列(12)保持于在所述喷洒测量设备(101)上方成角度的固定位置，其中，所述喷嘴阵列(12)能够操作以在所述喷洒测量设备(101)处喷洒所述量的液体。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个挡板(116)中的每一个防止液体进入所述多个狭槽(113)中的相应狭槽(113)，并且其中，手动移除所述挡板(116)允许液体进入所述多个狭槽(113)中的相应狭槽。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述喷洒测量设备(101)利用沿着壳体的相应的对侧形成的第一侧杆部分和第二侧杆部分固定在所述转子(10)内。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述控制器(131)能够操作以记录和分析由所述数据收集接口收集的信息。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，通过测量在所述多个通道(122，123)的每一个中收集的液体的量来识别所述喷嘴阵列(12)的故障喷嘴(12)。
7.一种喷洒测量设备(101)，包括：
壳体(103)，所述壳体限定顶部(107)、底部(110)以及相对的第一和第二侧部(108、109)，其中所述顶部(107)形成与设置在所述壳体(103)内的箱体(121)形成的上部室(128)连通的顶部开口(127)，其中所述箱体(121)限定多个通道(122，123)；
夹具装置(102)，所述夹具装置(102)布置在所述上部室(128)内，所述夹具装置(102)包括：
狭槽组件(104)，包括：
多个狭槽板(117)，插入在多个狭槽块(119)之间以限定相应的狭槽(113)；和
多个挡板(116)，布置在所述狭槽组件(104)内，其中，所述多个挡板(116)中的每个构造成布置在所述狭槽组件(104)的相应狭槽(113)内，并且其中相应的狭槽(113)与所述多个通道(122，123)中的一个相关联，使得在该相应的狭槽(113)处由一个或多个喷嘴(12)喷洒的液体被收集在所述多个通道(122，123)中的一个处；
多个压力传感器(130)，与所述多个通道(122，123)操作地连通，以在至少一个挡板(116)已经被移除的相应的狭槽(113)中测量所述一个或多个喷嘴(12)的喷洒输出，其中每个相应的通道(122，123)与所述多个压力传感器(130)中的相应一个相关联；和
数据收集接口，与所述多个压力传感器操作地通信，以测量在所述多个通道(122，123)中收集的液体的量。
8.根据权利要求7所述的设备(101)，其中，由所述多个压力传感器(130)中的一个确定的压力值被用于计算所述多个通道(122，123)中的一个通道中的液体的体积。
9.根据权利要求7所述的设备(101)，其中，所述数据收集接口与控制器(131)操作地通信，并且其中，所述控制器(131)能够操作以记录和分析由所述数据收集接口收集的信息。
10.根据权利要求9所述的设备(101)，其中，所述控制器(131)放置在所述喷洒测量设备(101)的所述壳体(103)内。
11.根据权利要求9所述的设备(101)，其中，所述控制器(131)在所述喷洒测量设备(101)的外部。
12.根据权利要求7所述的设备(101)，其中，通过电池(147)向所述喷洒测量设备(101)供电。
13.根据权利要求7所述的设备(101)，其中，通过有线连接向所述喷洒测量设备(101)供电。
14.一种使用喷洒测量系统(100)测量喷洒输出的方法，包括：
旋转与具有多个通道(122，123)的喷洒测量设备(101)操作地关联的转子(10)，其中，所述转子(10)和喷洒测量设备(101)沿着水平轴线Z在顺时针或逆时针方向A上旋转，其中所述转子(10)和喷洒测量设备(101)从竖直位置旋转到预定测试角度；
在喷洒测量设备(101)处从固定喷嘴阵列(12)喷洒一定量的液体，其中来自所述固定喷嘴阵列(12)的一定体积的液体被收集到所述喷洒测量设备(101)的所述多个通道(122，123)中的一个或多个中；
沿所述水平轴线Z在相反的逆时针或顺时针方向B上旋转与所述喷洒测量设备(101)操作地关联的所述转子(10)，使得收集了一定量的所述液体的所述喷洒测量设备(101)返回到竖直位置；和
测量所述多个通道(122，123)中的一个或多个中的液体的体积。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过添加或移除多个挡板(116)中的一个或多个来构造一个或多个通道(122，123)，以测试一个或多个喷嘴(12)，其中所述多个挡板(116)中的每个构造成布置在所述喷洒测量设备(101)的狭槽组件(104)的相应狭槽(113)内，其中，相应狭槽(113)与所述多个通道(122，123)中的一个相关联，使得在所述多个通道(122，123)中的一个处收集由一个或多个喷嘴(12)在该相应狭槽(113)处喷洒的液体的量。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，重复测量喷洒输出的方法，其中，每次重复所述测量喷洒输出的方法处于不同的测试角度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，通过测量在一个或多个测试角度上在所述多个通道(122，123)中的每一个通道中收集的液体的体积，来从所述喷嘴(12)阵列识别故障喷嘴。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，通过使用相应的压力传感器测量所述相应通道中的压力的量来测量所述喷洒测量设备(101)的相应通道中的液体的体积，其中所述通道中的压力的量对应于所述通道中收集的液体的体积。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，与所述压力传感器(130)操作地通信的数据收集接口能够操作，以记录和分析与所述多个通道(122，123)中的每一个通道中的压力的量有关的数据。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述转子(10)操作地连通的控制器(131)能够操作以旋转所述转子(10)，从而旋转所述喷洒测量设备(101)。
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