CN1561313A - 流体分配装置 - Google Patents

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卡迪尔·梅基亚斯
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Abstract

本发明描述了一种分配装置以及它们的使用方法，这种分配装置具有位于控制室(4)内部的一个或多个处理室(8)，为分配流体特别是数量精确地分配流体，通过向该控制室添加控制流体或自该控制室排出控制流体同时正确地开闭阀来增大或减小处理室的容积，以使流体流入及流出处理室(8)。

Description

流体分配装置
发明领域
本发明涉及分配流体的方法和装置，该方法及装置特别用于高精度地输送处理助剂以及高精度地控制流量，特别但非排它地用于在微电子设备处理中分配处理流体。
背景技术
多种商业和工业处理都涉及流量控制、泵送或分配流体，通常这些处理都要求或受益于高精确度。一个例子是处理微电子设备，对该微电子设备进行处理以清洗、涂覆并再利用该微电子设备。这些处理步骤可包括将某种流体分配到基片上，该流体例如光致抗蚀剂、显影剂、旋压(spin-on)介电材料、蚀刻剂、溶剂、清洁剂、水或其它有用流体。微电子设备的基片可包括半导体材料或组件、薄膜“读写”头、平板显示器基片、光纤调制器基片、或类似的已知微电子设备。
由于多种原因，其中某些原因与成本、质量控制、一致性或总生产效率相关，在许多特定应用中都希望能够精确地控制施加给基片的流体量。例如，在旋涂微电子设备时，施加精确数量的光致抗蚀剂和/或随后的显影剂可使得每个所涂覆材料的厚度精确且一致，使得光致抗蚀剂和显影剂涂层非常均匀，并最终确保所制造微电子设备的质量和一致性。在某些情况下，精确控制流体量的另一个不同动机可能是流体组成了处理过程中价格昂贵的部分，例如在光致抗蚀剂以及其它与微电子设备处理相关的材料情况下。
工业上仍然在继续寻求可改进流体分配能力的新方法和新设备，特别是可相当准确且精确地控制体积的新方法和新设备。
发明概述
本发明一般涉及用以分配流体的装置和方法。该装置可用于分配任何种类的流体，但可特别用于给微电子设备特别是半导体晶片施加处理流体。该方法和装置一般涉及通过改变一个室的体积例如通过膨胀及压缩该室，并与开启及关闭该室的入口和出口相结合，从而利用流体压力差(例如，压力和真空)来控制流体流过该室的方向和数量，以优选高精度地控制流体流。“高精度”分配指所分配流体的实际体积在目标体积的百分之一范围内。
本发明装置可包括一处理室，利用一控制室至少部分地包围该处理室。通过向控制室内添加控制流体及自控制室排出控制流体，可控制处理室的容积。处理室的入口经由一阀与一种处理流体储存器连接，该处理室的出口经由一阀与分配位置例如一种微电子设备制造装置连接。
通过控制与处理室容积相关的每个入口阀和出口阀，可利用本发明的装置使流体流入和流出处理室以进行分配。在入口阀开启且出口阀关闭的状态下，流体可经由入口阀被抽入处理室；在入口阀关闭且出口阀开启的状态下，流体可被排出处理室。通过控制该控制室内的控制流体的体积和/或压力，例如向控制室内添加控制流体及自控制室排出控制流体，或者提高及降低控制室内的压力，可控制(即，在开启及关闭阀的同时，增大及减小)处理室的容积。
在本发明的装置的一种实施例中，具有与不同(或相同)流体连接的多个处理室，该不同处理室被单个控制室包围，且在每个处理室的入口和出口都单独安装有阀，由此可用于自单个装置分配多种不同的处理流体。
所分配的流体可以是任何有用流体，特别是处理流体，且特别是在需要精确控制所分配的流体的量的情况下。当该装置及方法用于处理微电子设备时，示范性处理流体包括光致抗蚀剂、显影剂、溶剂、清洁剂、水、其它有效的处理剂和流体、以及它们的混和物。
本发明的一个方面涉及一种为微电子设备分配流体的装置。该装置包括被一控制室包围的一处理室。该处理室的入口与一种流体储存器连接，该处理室的出口与一种微电子设备制造装置连接。可利用控制室内的控制流体的数量或压力控制处理室的容积。
本发明的另一方面涉及一种用于分配两种或多种流体的装置。该装置包括位于一个控制室内的两个或多个处理室。每个处理室都具有与一阀连接的流体入口和与一阀连接的流体出口。可利用控制室内的控制流体的数量或压力控制每个处理室的容积。
本发明的再一方面涉及对微电子设备进行处理时分配处理流体的方法。该方法包括：
提供一种给微电子设备分配流体的装置，该装置包括被一控制室包围的一处理室。该处理室的入口经由一阀与一种流体储存器连接，该处理室的出口经由一阀与一种微电子设备制造装置连接。通过向控制室内添加一定量的控制流体及自控制室排出一定量的控制流体，可控制处理室的容积。
本发明的再一方面涉及一种分配多种流体的方法。该方法包括提供这样一种装置，该装置包括位于一个控制室内的两个或多个处理室。每个处理室都具有与一阀连接的流体入口和与一阀连接的流体出口。可利用控制室内的控制流体的数量成压力控制每个处理室的容积。
附图的简要说明
图1表示具有单个处理室的本发明装置的一种实施例。
图2是在单个控制室的内部具有多个处理室的本发明装置的一种
实施例的端视图。
图3表示本发明装置的一种实施例，其具有多种处理流体以及一种利用真空调节的控制流体。
图4表示本发明装置的一种实施例，其具有多种处理流体和一种气体控制流体，该控制流体直接调节控制室内的压力。
优选实施例的详细说明
本发明装置包括一控制室、至少一个且优选多个利用该控制室包围的处理室、阀组、以及控制流体和处理流体，所有这些都设置成能够允许控制流体进入及排出控制室，以使得流体能够流入及流出处理室。该装置可通过控制处理室的体积，以及通过阀组例如打开处理室的输入阀和输出阀，来将流体送入和排出处理室。可通过控制与处理室相接触的该控制室内控制流体的体积和/或压力，例如通过向控制室添加控制流体和从控制室排出控制流体，来控制处理室的体积。
本发明的一种示范性分配装置包括位于一控制室内部的一处理室。该示范性处理室具有一入口、一入口阀、一出口以及一出口阀。处理室可由这种材料制成，通过给处理室的这种材料施加或减小压力可增大或减小该处理室的体积，这种材料例如软塑料或橡胶管一类的柔性材料。控制室可由非柔性材料制成，这样改变该控制室(包含处理室)内流体的压力或体积基本上不会改变该控制室的体积，即，控制室内控制流体的体积变化将优先改变处理室的体积而不是该控制室的体积。可按照以下方式使流体流过处理室。减小控制室内的压力，并关闭处理室的出口阀，该处理室将膨胀且体积增大以经由开启的入口阀将流体抽入处理室内。接着，关闭该入口阀，并增大控制室内的压力，以减小处理室的体积并自开启的出口阀排出处理流体。
处理室可为依照这里整个说明书能够采用的任何尺寸和形状，且可由任何材料制成。示范性控制室可由柔性材料制成，这样通过给处理室的外部施加不同的压力，能够增大或减小该处理室的内容积。优选的，处理室由管状材料制成，其中一个例子是管状含氟聚合物例如管状聚四氟乙烯(Teflon)。也可采用其它形状和材料。处理室可具有任何容积，但对于本发明的某些实施例而言，要求高精度的分配工艺，因此特别采用容积在大约1毫升(ml)至500毫升范围内的处理室。作为一种更特别的例子，用于微电子设备处理装置的处理室具有这样一种尺寸，该尺寸大约比通常的分配体积大一个数量级；这种相对尺寸范围使得限定该处理室的材料在分配过程中变形较小，从而使得分配更精确。对于光致抗蚀处理流体而言，分配体积在毫升范围内，例如大约1ml至大约5ml，那么处理室的容积可以在几十毫升的范围内，例如自大约20ml至大约40ml，或者大约为30ml。对于光致抗蚀显影流体而言，普通的分配体积在几十毫升的范围内，例如30ml至60ml，或者40ml至50ml，那么处理室的容积可以在几百毫升的范围内，例如200ml至400ml。高精度地分配这些流体指所分配流体的实际体积在目标体积的百分之一范围内。
可利用阀来控制处理室每个入口和出口处的处理流体流。任何一个技术人员都能认识到，这些阀可以是适用于所述处理室且能够在相应压力下控制流体流的任何种类及尺寸，该压力对于微电子设备处理应用而言不能过高，例如对于半导体处理应用而言通常要低于大约10个大气压。可利用单独的(内部或外部)控制机构机械地或电力地(优选利用高精度电子反馈控制系统)控制该阀，或者此阀可以是单向阀，根据该单向阀两端的压力差来开启及关闭该阀，从而基于此压力差仅单向地允许流体流过该阀。高精度的阀和控制机构优选应用于分配高精度数量的流体，即“高精度分配”。
高精度分配装置中还可采用一种高精度的反馈控制、压力调节系统，以控制该控制室内控制流体的数量和压力，同时选择性且优选地用以控制处理室的入口阀和出口阀。能够采用的高精度压力或流体流电子调节设备对本领域技术人员而言是已知的，且在商业上可自大量渠道获得，包括日本的SMC。优选的，这种压力调节设备能控制流动时间例如开启和关闭入口及出口阀的时间至大约一毫秒，更优选至小于一毫秒，甚至更优选至远远小于一毫秒。
一种优选的电子控制系统包括一个或多个压力传感器例如压力换能器，以测量用于反馈控制的分配装置组件的压力，例如控制流体的压力或处理流体的压力。例如，可以是一个压力传感器位于控制室内，或者多个单独的压力传感器位于一个或多个处理室内。以上布置中任一种都能提供一种有效的系统。但是，由于分配装置的可变性(variability)包括室容积的可变性，单独一个压力传感器位于控制室内会使得对处理流体的分配具有可变性。在用以分配微电子设备处理流体的旋涂装置内，本发明压力传感器的优选位置是处理装置的处理室内部的分配头处。将压力传感器放置在旋涂装置的分配头处能有利地消除与控制室及处理室容积有关的某些易变性，从而提高所分配流体量的精确度。
控制室可为任何尺寸和形状，该尺寸和形状能够用于容纳一个或多个处理室和足量的控制流体。用于一个或多个管状处理室的控制室通常为管状，但也可为圆形、正方形或矩形等。控制室可由较硬的材料制成，这样当该控制室在使用过程中受到压力时，由该控制室所限定的容积将不会发生变化。示范性材料包括金属和塑料，例如刚性管状聚氯乙烯、不锈钢、或者其它金属或硬质塑料一类的刚性材料。控制室的尺寸应能有效地容纳一个或多个处理室，并能额外地容纳可使用的一定量控制流体。
处理流体(或简称为“流体”)是能有效地施加或涂覆到基片上以进行处理、制造或使用的任何已知材料。应用于微电子设备的示范性处理流体包括：在照相平版印刷方法中使用的光致抗蚀剂和显影剂；利用旋涂工艺涂覆的其它材料，例如介电材料、旋压玻璃、旋压掺杂剂、低k电介质、或随后涂覆的显影剂；清洗材料或蚀刻剂，例如溶剂和其它酸性或碱性材料；以及其它任何可用于对微电子设备例如半导体晶片进行处理的材料，特别是在有助于或希望能够精确地控制所涂覆材料量的情况下。作为一种简单的例子，本发明方法和装置用于涂覆可照相限定(photodefinable)的旋压介电材料(例如，聚酰亚胺或任何其它化学物质)和/或随后的显影剂。
依照本发明的方法可对各种微电子设备进行处理，包括集成半导体电路(例如，半导体晶片)、含有流体晶的显示屏、合成材料板(电路板)上的电路、以及其它商业上重要的材料和产品。
控制流体是可压缩或不可压缩的任何流体，例如空气、惰性气体、或各种已知且商业上能够获得的液压流体中任何一种，这些液压流体例如硅树脂或含氟聚合物等。
本发明的分配装置可应用于任何通常类型的处理或制造设备或者任何特定装置，特别是那类用于处理微电子设备的装置，且特别是在精确分配处理流体是有益或有利的情况下。这种处理装置的例子通常是已知的且在商业上是能够获得的，包括例如在受让人于2000年5月31日提交、名称为“Coating Methods and Apparatuses forCoating”、系列号为09/583,629的相关待决美国专利申请中；以及在受让人于1999年9月16日提交、名称为“Liquid Coating Device withBarometric Pressure Compensation”、系列号为09/397,714的相关待决美国专利申请中描述的旋涂装置，在此引入上述申请的全部内容以供参考。
图1表示依照本发明的一种示范性分配装置。图1表示了装置2具有由外壳(这里是一根管)6限定的控制室4，以及由内部材料(这里是一根柔性管)10限定的内部处理室8。自处理室8的入口14且经由阀22供应来自流体储存器(未表示)的处理流体12。处理室8在出口端18处经由出口阀24与一处理装置(未表示)连接。控制流体20经由通道16送入及排出控制室4。一控制装置(未表示)经由通道16与控制室4连接，该控制装置用以控制该控制室4内的控制流体20的压力和体积之一或两者。
在操作时，经由通道16将控制流体20送入及排出控制室4，以提供该控制室4与处理室8之间的压力差，从而使内管10即处理室8的容积按照要求精确地膨胀和收缩。通过例如将控制流体排出控制室4来降低压力，就使得处理室8膨胀，从而能够(以及阀22开启和阀24关闭)经由入口14将处理流体12抽入处理室8内。通过增大控制室4内控制流体的压力或体积，就使得处理室8收缩，从而能够(以及阀22关闭和阀24开启)使处理流体12经由出口18流出处理室8。按照这种方式能够相当精确地控制装置2所分配的处理流体量。
如图1所示的本发明的分配装置能够采用任何尺寸。如图1所示，在本发明分配装置的一种实施例中，使该分配装置小型化以与例如处理室内的分配头尽可能紧密地配合，该处理室内的分配头作为旋转处理装置的分配头的一部分。作为另一种实施例，分配头处或其附近的旋涂装置内可具有图1所示但包括两个或多个处理室的一种分配装置，例如，其中一个处理室用于光致抗蚀剂，而其它处理室用于显影剂。
同时，尽管图1所示入口阀和出口阀位于控制室与处理室的端部附近，但是可将该入口阀和出口阀之一或两者设置在系统内的任何地方：例如，控制室内部；控制室外部；处理室内部，例如旋涂装置的分配头处，流体储存器处、或位于旋涂装置的分配头与流体储存器之间的任何地方。
本发明分配装置30实施例的横截面表示在图2中，该图表示了由柔性内管10限定的多个处理室8，该柔性内管10位于由刚性外管6所限定的单独一个控制室4的内部。如上所述，每个不同的处理室8可用于分配不同(或相同)的流体。例如，利用其中一个处理室8分配照相平版印刷用光致抗蚀剂，而利用同一装置30内的其它处理室8分配显影剂。可将任意种类的不同处理流体分配给单个设备例如微电子设备处理装置。
利用同以上所述用于单个处理室装置2相同的原理，自该单个外部控制室4内具有多个内部处理室8的装置30中分配流体。每个处理室8都由柔性内部管材10制成，这样通过改变控制室4内控制流体的体积或压力以及通过正确地操纵每个处理室各自的入口阀和出口阀，来给各个管材10施加压力，从而改变各个处理室8的容积。可按照以下方式使处理流体流过多个处理室8中的任何一个。开启一个处理室8的入口阀，选择性或优选地同时关闭其它所有处理室的所有其它入口阀和出口阀，降低控制室4内的压力，就使入口阀处于开启状态的那个处理室的体积发生膨胀并将流体抽入那个室内，而处理流体不会被抽入其它处理室内。接着，关闭上述开启着的入口阀。开启同一处理室的出口阀(同时关闭所有其它的入口阀和出口阀)并增大控制室4内的压力，以减小出口阀处于开启状态的那个处理室的体积并自那个处理室的出口排出处理流体。通过正确地单独控制全部处理室8的每个入口阀和每个出口阀，可利用仅具有单个控制室4和单一控制流体的单个装置30单独地控制每个室以精确地分配流体。
图3举例说明图2所示分配装置的总体装备，其中，单个控制室4内具有多个处理室8。图3表示的多个控制室8由例如薄壁TEFLON管制成。每个内部处理室8都经由各自的入口阀22与若干流体储存器32之一连接。每个流体储存器32可容纳不同流体。每个内部处理室8还具有其自己的出口阀24，该出口阀24通往分配点例如旋涂装置的处理槽(未表示)。通过单独控制与各个处理室8相关的入口阀和出口阀，同时控制该控制室4内控制流体20的压力和/或体积，可利用装置42精确分配任一储存器32内的流体。在这种装置42中，利用来自控制流体储存器40的控制流体20控制该控制室内的压力，反过来又利用调节压力(regulated pressure)44和调节真空(regulated vacuum)46来控制该控制流体储存器40的压力。调节压力44和调节真空46可控制进入储存器40顶部空间52内的受压气体50。气体50可以是例如空气或不活泼气体如氮气。增大进入储存器40顶部空间52内的受压气体50的压力或体积，就使得控制流体20在流体储存器40与控制室4之间来回流动。控制流体20可以是例如，水一类的液体、或者硅树脂液压流体或碳氟化合物液压流体一类的液压流体、或者最好基本上不可压缩的其它任何液体。
在另一种实施例中，如图4所示，调节压力44和调节真空46直接作用于控制室4，在这种实施例中控制流体为气体例如空气或不活泼气体如氮气。
如所述，可利用本发明方法及装置给微电子设备例如半导体晶片及其它装置施加处理流体。本公开内容特别描述了这种应用。但正如本领域技术人员所能认识到的，本发明也可类似地应用于许多其它方面，例如其它某些处理状况，在这些状况下，出于任何原因(例如，成本或质量控制或一致性)高精度地控制施加给任何基片的溶分配比较有利。

Claims (33)

1.一种为微电子设备分配流体的装置，所述装置包括被一控制室包围的一处理室，所述处理室的入口与一种流体储存器连接，所述处理室的出口与一种微电子设备制造装置连接，其中，可利用所述控制室内的控制流体的数量或压力控制所述处理室的容积。
2.权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括多个处理室，每个所述处理室都具有入口和出口，所述入口经由一阀与一种流体储存器连接，所述出口经由一阀与一种微电子设备制造装置连接，可利用所述控制室内的控制流体的数量或压力独立地控制每个所述处理室的容积。
3.权利要求1所述的装置，其中，所述处理室由一种柔性管限定。
4.权利要求1所述的装置，其中，所述控制室由一种刚性管限定。
5.权利要求1所述的装置，其中，所述处理流体自以下组中选出，该组包括光致抗蚀剂、显影剂、溶剂、清洁剂、水及它们的混和物。
6.一种微电子设备处理装置，包括权利要求1所述的分配装置。
7.一种旋涂装置，包括权利要求1所述的分配装置。
8.权利要求7所述的旋涂装置，其中，所述分配装置位于分配头处。
9.权利要求7所述的旋涂装置，其中，所述分配装置包括一压力传感器，所述压力传感器位于所述旋涂装置的分配头处。
10.一种用于分配两种或多种流体的装置，所述装置包括位于一个控制室内的两个或多个处理室，每个所述处理室都具有与一阀连接的流体入口和与一阀连接的流体出口，其中，可利用所述控制室内的控制流体的数量或压力独立地控制每个所述处理室的容积。
11.权利要求10所述的装置，其中，所述处理室由至少部分柔性的一种管限定。
12.权利要求11所述的装置，其中，所述管包括柔性含氟聚合物。
13.权利要求10所述的装置，其中，所述控制室由一种刚性管限定。
14.权利要求13所述的装置，其中，所述刚性管包括聚氯乙烯或不锈钢。
15.权利要求10所述的装置，其中，所述控制流体是流体。
16.权利要求10所述的装置，其中，所述控制流体是气体。
17.权利要求10所述的装置，其中，所述处理流体自以下组中选出，该组包括光致抗蚀剂、显影剂、溶剂、清洁剂、水及它们的混和物。
18.一种微电子设备处理装置，包括权利要求10所述的分配装置。
19.一种旋涂装置，包括权利要求10所述的分配装置。
20.权利要求19所述的旋涂装置，其中，所述分配装置位于所述旋涂装置的处理室的内部。
21.权利要求19所述的旋涂装置，其中，所述分配装置位于所述旋涂装置的分配头处。
22.权利要求19所述的旋涂装置，其中，所述分配装置包括一压力传感器，所述压力传感器位于所述旋涂装置的分配头处。
23.一种对微电子设备进行处理时分配处理流体的方法，所述方法包括
提供一种给微电子设备分配流体的装置，所述装置包括
一处理室，
以及一控制室，容纳所述处理室，
所述处理室的入口经由入口阀与一种流体储存器连接，
所述处理室的出口经由出口阀与一种微电子设备制造装置连接，
其中，利用所述控制室内的控制流体的数量控制所述处理室的容积。
24.权利要求23所述的方法，其中，所述方法包括：向所述控制室内添加控制流体以及自所述控制室排出控制流体，从而增大和减小所述处理室的容积。
25.权利要求24所述的方法，其中，
通过使控制流体排出所述控制室，以及关闭所述处理室的出口阀且开启所述处理室的入口阀，将处理流体抽入所述处理室内，以及
通过向所述控制室内添加控制流体，以及关闭所述入口阀且开启所述出口阀，将所述处理流体排出所述处理室。
26.权利要求23所述的方法，其中，所述流体是自以下组中选出的一种流体，该组包括光致抗蚀剂、显影剂、溶剂、清洁剂、水及它们的混和物。
27.权利要求23所述的方法，其中，所述装置包括位于一个控制室内的两个或多个处理室，每个所述处理室都具有与一阀连接的流体入口和与一阀连接的流体出口，其中，可利用所述控制室内的控制流体的数量或压力独立地控制每个所述处理室的容积。
28.权利要求25所述的方法，其中，所分配流体的实际体积在目标体积的百分之一范围内。
29.一种分配多种流体的方法，所述方法包括
提供这样一种装置，所述装置包括位于一个控制室内的两个或多个处理室，每个所述处理室都具有与一入口阀连接的流体入口和与一出口阀连接的流体出口，其中，可利用所述控制室内的控制流体的数量或压力控制每个所述处理室的容积，
以及利用所述控制室内的控制流体的数量或压力控制所述一个或多个处理室的容积。
30.权利要求29所述的方法，其中，所述方法包括：向所述控制室内添加控制流体以及自所述控制室排出控制流体，同时选择性地开启及关闭所述入口阀和出口阀，以增大单个处理室的容积并将流体抽入那个处理室内以及减小单个处理室的容积并使流体排出那个处理室。
31.权利要求29所述的方法，其中，
通过使控制流体排出所述控制室且关闭所有其它的入口阀和出口阀，可将流体抽入其入口阀被开启的那个处理室内，以及
通过向所述控制室内添加控制流体且关闭所有其它的入口阀和出口阀，可自其出口阀被开启的那个处理室排出所述抽入流体。
32.权利要求29所述的方法，其中，所述流体是自以下组中选出的一种流体，该组包括光致抗蚀剂、显影剂、溶剂、清洁剂、水及它们的混和物。
33.权利要求29所述的方法，其中，所分配流体的实际体积在目标体积的百分之一范围内。
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