TWI231230B - Method and apparatus for blending process materials - Google Patents
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Description
1231230 玫、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係主張對2 〇 〇 2车7 η 1 η 平7月1 9日所申請的標題為,,摻 :力:工材料之方法和裝置"之美國臨時專利申請案第 ,441號之優先權,其係'全部收錄於此以作為參考之 用0 【先前技術】 在例如半導體工業上是需要摻混加工化學品。在典型 的“類型系統中’具有二種類型的混合,支配著供給系 統市場:體積與質量。兩者都是定量的技術,其假設進入 的液體是在有限範圍中變動的均句物流,料之變動是與 2於分析特定化學品佔總單元質量中的質量百分比的化學 濃度有關。在大部份的情形了,這些數個百分比的小量變 動例如對典型上係假定為3 0重量百分比的半導體等級 的過氧化氫可能會從28變化至33重量百分比。當目標摻 混需要這些化學品的最終貢獻係從數個十分之一百分比至 例如說約4重量百分比時,進入的化學品隨之而來的大範 圍重量百分比變化將導致需要對最終溶液進行調整的變化 。最終溶液的調整可能會產生離線或線上技術,其範圍係 從物理樣本的收集與經由實驗室分析的化驗至藉自動化取 樣化驗系統的樣本轉移與分析。在液態化學品混合的最終 接受上將造成大量時間需花在等候輸送以用於製造環境的 使用。 在化學應用上摻混液體目前的類型包括使用體積或質 1231230 量測量以分散每—個所需的成份。體積測量係經由流量計 或液位偵測的使用以士 、六曰 >丄Η /丄# 、、 ^凡成。流Ϊ计疋經由某些機制以測量 、·勺體積例如為槳輪、渴輪、超音頻、壓差測量等。 液位感應器㈣測容器中的液柱高度且藉由容器已知的戴 面積以關聯體積。 體積的測量可利用各種不同型態的流量計與液位測量 組件以量測分散進入容器中的體積。體積係經一段時間輸 迗,其因此可能會基於個別液流所需的輸入參數而變動以 分散正確的液體量。輸入參數係基於支援系統,該系統典 型上係壓力供應且能夠藉此改變供應至摻混系統中的流率 。k動可能是供應設備所使用之輸送機制型態中的脈動所 造成,這是來自支撐管線所引起的摩擦損失或是與化學加 工設備中供給設備位置有關的各種不同落差損失。對於任 合一種不同的減慢未加工、個別供應物流的供應流動之貢 獻,係造成摻混容器中分散化學品的時間的增加。 這些測量型態中的每一個皆會造成某些形式的測量誤 差。這個誤差可能是一種基於内建於裝置中的靈敏程度的 一組百分比之形式。該百分比可能是已知的施加至流量計 整個操作範圍的固定值。其有時亦稱為全標度(fuU scale)。誤差的另一種形式可能是讀數的百分比率,其係 隨流量的提高而逐漸增加。舉例來說:具有每分鐘〇丨_ 全標度誤差與每分鐘1 _ 1 〇升範圍的流量計不論流量為多 少皆會產生0· 1升的相同誤差。由於固定式誤差對不精確 程度只有較小的貢獻,故此流量計在較高流量值時將是有 1231230 2的。因為誤差是固定的,故對測量流量的總誤差將隨流 里勺^加而遞減,例如從每分鐘1升的10%下降至每分鐘 10升的1%。另外一個實例是:具有1%的全標度誤差與每 刀里1 10升範圍的流量計。當此流量計的流量提昇時, 不精確度將維持為流量的固 募,誤差將維持是流量的固 以分散至容器時,不精確的 誤差率或流量的固定百分比 量的乘積。此貢獻在方法中 統操作時加以調諧。 在每一種情況中,液態 維持一特定配方的流體體積 某化學成份、試劑、起始化 液體或粉末狀類型的選擇比 某種程度必須維持、或對特 成無法使用的。此情況的一 的是氫氟酸的稀釋中用於蝕 /叉在氫氟酸浸浴環境下的結 以達成材料的均勻移除。此 晶圓隨時間的移除速率是一 除在連續加工步驟中使欲處 太高可能會曝露下層表面, 造品中丟棄。另外一個實例 鎢或銅互相連接的晶圓基板 定百分比。不論所分散的量多 定百分比。當流體通過流量計 組成量是誤差率、不論是固定 與流體分散通過流量計的時間 變成是固定的,其典型上在系 化學品混合方法的最終結果是 。此配方係詳細說明所選擇的 合物的、預混合比值、與其他 值。配方的要求是使容許度的 定方法的整批含量必須被登記 個實例是在某些酸類、更明確 刻晶圓基板層。層餘刻係晶圓 果,其可以在浸浴環境下操縱 方法需要特定的濃度以使曝露 致的,濃度太低將不能充分移 理之特定層曝露的材料;濃度 造成晶圓的損壞,故只能從製 係關於包括金屬接觸、例如為 的化學與機械研磨或平坦化。 j231230 包括例如為二氧化矽或鋁 係分散在一種夾 白、惰性材料的磨料懸浮液 改質化學口的= 除程序之特定酸驗值的額外 、u予°口的去離子水介質中。、全 ^ ^ 化氫、硝酸, 、 廷二泥漿可以與例如過氧 ㈣夂鐵、碘酸鉀的氧化劑 地藉由化學鍵結、氧 ,、中氧化劑係明確 。惰性磨料係作她t 基板的金屬成份反應 的金屬,使欲严理分以 门研磨表面以移除被氧化 必須維持氧化劑的特定濃度以在整個方法是 對晶圓的均勾移^ i ^個“方法中確保晶圓 氧化劑濃度的情 心里改、在低於目標 的晶圓;H 、* 全的移除會造成只部份平面化 的夺面右羊齊 1濃度是高於特定的目標值’則過度研磨 的表面可能合慑f n * ^ ^ 晶圓被吾棄。… i在某些情況下會損害晶圓而導致 、准持摻幻b學品固定地供應到摻混化學 =造中將被消耗的製程上,當製造設備在大二 曰。、疋要的。在任何製造設備的實例中,當障礙發生時 j通過製造設備的移動將會降低。在液態化學品擦混與 刀一放系統中的障礙可能來自流量的調整,其是源自於嘗試 經由调整進入摻混系統的液體物流以獲得正確摻混的結果 。對於摻混期間有助益的因素包括將每一個物流加入至系 統中、當改質化學品被加入製程中時循環產物,攪拌這些 成伤以達成所欲的均勻摻混、最終掺混物的測量、對摻混 物為可的檢定程序、對不合格批次的隨後添加、測量前的 循裒日守間、與摻混物的再檢定。在批次主導的情況下,某 Ϊ231230 些摻混系統架構並不具有調整播混物以導致内容物傾倒至 排:官線的㈣,只能重新開始整個批次方法。此批次的 貝失將導致時間的損失與浪費化學品。 將加工材料加入至摻混容器典型上係藉測量質量或體 積的差異則貞測與調整。典型的質量差異調整添加可包括 谷益或儲槽上的標尺的使用。在此型式的系統巾,每一個 加工材料係個別地加入’因為自動控制系統無法辨別同時 π 加工材料的相對量。典型的體積差異調整添加 I括流篁汁的使用。在任—情況下,若進入的液體變化 超過特^的範圍,直到認可檢定時的最終測量前、都無法 立即得知摻混物已不被認可。 許多傳統的方法需要加工材料精確地添加以製造適於 其應料摻混加工材料批次。因此,制輸人至摻混容器 的測里工具典型上是非常精確以確保批次對批次的一致性 在大部份的應用即使是很小的加工變化都可能會導 致摻混加工材料批攻中的f 河竹孙人中的顯者差異,可能會使其無法使用 於所欲應用中。 晶圓的大規模製造將合併製造技術,其中半導體基板 :裝置晶圓將暴露於各步驟中;編移除因沈積步驟所 :的非必要層、所需的平坦步驟及蝕刻功能。這些功能可 月b需要基於時間的方法,甘士 ^ ^ 八中S日日圓基板浸泡在浴或槽中 時係暴露在溶液中、在清潔方法過程中以化學溶液噴灑、 進仃化子與機械研磨程序以移除材料且製備用於後續加工 步驟的表面。由於製造這些晶圓基板需要高成本,故所使 10 1231230 用的化學溶液對所制 认兮 π裝造的每個化學品摻混批次皆需要精確 的準確度,以提供 _ lL 表仏方法上的一致性。批次對批次的一 致性必須加以維掊· 间α 以確保整個晶圓製造方法中丟棄的晶 ®減至最低。 多種化學配方Ρ # & 一 乃匕成為用於泥漿、CMP(化學機械研磨) 先淨f鍍洽、顯影劑等所需系統中的顯著特徵。所需 、_方將要求等於或低於1 %的摻混精確度。這些配方在 尺度上可以具有你 ]. 月攸丨· 1至1 ·· 1 000的比值。正確地敘述 斤而的系統成分對於任何一位系統設計工程師皆是一項任 務。 【發明内容】 在一具體態樣中,本發明乃關於一種摻混系統,其包 :具有接受第一與第二材料的第一與第二入口的摻混室。 第_人口係連接至第1 ’且人Π係連接至第二閥。該系 :包括連接至摻混室以接收第—與第二材料摻混物且將” 混物回送至摻混室的循環管線。在循環管線中係配置一感 應裔,且控制器係連接至感應器與第二閥以控制在第二入 口處所接收的第二材料量以達成混合物中所欲的第二材料 量。 在另外-具體態樣中,本發明乃關於一種用於接混至 少二種成分之具有摻混室的系統。摻混室具有分別用於接 受第-與第二材料的第-人σ與第二人口、與用於輸送第 一成分與第二成分的混合物至工具處的出口、以及用於循 環管線的入口與出口。該系統亦包括用於分析循環管線中 1231230 的^物以及調整第二成分加入至播混室的速率的機構。 少二種Γ卜-具體態樣中’本發明乃關於—種用於推混至 养混室且:至所欲濃度的方法。第一材料係大量地提供至 二材料流係提供至推混室以產生播混物。測量 的泣旦、特性且Ώ時循環混合物且調整第二材料至掺混室 的抓里以達到所欲的濃度。 【實施方式】 二::明乃關於使用可们則化學品配方終點特定參數的 摻混化學品成為具均勻度的方法,特別是 與處:Γ 半導體設備基板與整個晶圓裝置的製造 導^備Γ使用的超,純度化學品。此方法亦能應用於半 導體-備基板研磨所使用的研磨膠體懸浮液的摻混上。 在下文中所陳述的本發明是_ 拉A ^ 種產生方法的機構,其 =在物理摻混過程中分析城正批次且調整液態化學品 物抓加入至批次的速率以使系統達到所斤 低檢定與接受液態化學品批次的時間。、、而/辰又以降 =驗一種摻混在處理和製造半導體設備基板 /、展置日日囡時所使用的經校 進入液態化學品整體濃度 此在製造半導體設備基板與裝置晶圓中所使用的某 二方法為下述之原由需要準確度與精確度0 本發明的-具體實施例乃關於一㈣混系統, ,縮液態化學品供應管線,其將基本、濃縮之:括去 肖隹子水的大量化學品供仏到备 h 务 /、、、·σ系、、先中。數個濃縮液體供應管 線可以糟由在開啟與關閉狀態作動的自動化雙向與可變控 12 1231230 制闊以從摻混容器隔開。摻混容器可以含有數個作為供應 、輸入與沖洗口用途的連接點。系統可以由摻混容器、線 上化學品濃度監視器、泵送機制、與用於導引流體摻混、 排放與轉移功能的額外閥所組成。摻混系統亦可以包括一 組程序控制系統,其係包括控制器、輸入裝置、與用於控 T系統中的流動的相關閥門。可以合併額外的裝置以維持 安王Μ必需的警報特徵以降低物理危害與健康傷害。 閥下游的供應管線可以連結至摻混容器,其可以具有 …、回机口冲洗口與溢流σ。供應管線可以連結至線 =,該❹可以連結至泵送機制。在泵送機制與摻混 在由養的儀时位置,係使關於換混均句度狀態的濃度訊息 在由泵送機制產生的鏵六媒 & 先加 &擾動所貝獻的微小變化影響之前 機二'’里’不過,某些裝置並不會被脈動所影響。泵送 機制可以連結至製程管線,泉达 環管線。製程排放興始'、刀支至1程排放管線與循 沖、先循r、 S Ή容許㈣在運轉_放内含物' 冲洗循%以用於預防性維護^物 混時排放部分内含物。猶聲管;2疋在不符規格的摻 其允許在摻混程序及檢定期接=連結至另外的分支, 或被傳送到槽中,該槽係固^也供到摻混容器中 循環製程迴路。 、。所欲使用消耗點之 ^本發明乃關於一種用於摻混 系統係適於將符合需求的加工材斜换、、/的糸統。該摻混 所謂的加工材料係指可 叱與供應至使用點。 例如,加工材料可以包括欠S以輪送的任何流體材料。 7、各種不同的化學品、固體懸 13 1231230 洋液、泥漿或任何其 •…,▽雒热+货明的穋混系統 可以用於任何需要摻混加工材料的方法令,但其特別可應 用於超南純度化學品與研磨泥聚的推混,以及其它需要準 確度與精確度的摻混應用上,特定是指在半導體設備鱼晶 圓基板的製造上。 〃 本發明的摻混系統的程序控制系統可以包括控制哭、 輸入裝置與數個氣動電磁間,其係用以排放磨縮空氣:在 自動化壞境的系統中啟動例如為閥的特定要點。控制 ,是能夠接收輸入訊號且根據基於一系列協定與演算:訊 號以執行操作順序而作動的任 是以微處理器為基礎时置=二例如,控制器可以 :(〇。程序控制系統的輸入裝置可以連接至护 共代表加工材料所欲推混的輸入訊號。輸= :::夠接收訊息且轉送至控制器的任何裝置。例如, w j置可以是鍵盤或管理控制與輯獲取點(scada)。 :以將程序控制系統的多個闊連接至一或多個材料供 c s線以及控制器。例如, ’、 以柝制π π上 ,口者材枓供應管線放置 4制通過或進入材料供應管 制。因Jf,M w 里且精由控制器以控 制器可以根據在輸入裝置所供應的加工材枓 的所欲摻混,使用闊來控制通過或進入 ^枓 量。就摻混备Μ Μ μ 何杆供應官線的流 糸統整體而言,其現已清楚地是摻 基於使用去沾4t〜 匕糸、,'先月b夠 加工材料的與曰 以供應所欲的加工材料摻混物。此 ” M乡混可以固定且以連續、未中斷的方★ μ # 使用點。其亦可以瞭解的是控制器可以 至 條收額外的輸入以 14 1231230 砉助摻/比方法。例如,控制器可以 、 應器所槎徂+ , (、應末自於程序適合感 提ί、之與加工材料或處理條 %^ ^ ^ 俅件有關之的訊息。在自 广兄中藉由完整的通信以使用這些要點是極度的重要 例如、可=1的是控制器亦可控制㈣ ⑽ 工’态可以連接至裝置或系統以改變加工材料的性 二以基於從感應器所收到關於加工材料條件的輸入 k擇地刼作這些裝置或系統。 樣可::明可適應於各種不同的應用上。本發明的具體態 方用以改變°例如’在監視加工材料是所欲的地 混容器的溢流、整個系統㈣漏、或故障的 ,可以使用感應器,且這些感應器可以根據加工材料以 改二。同樣地’摻混系統的構造、例如配管、管線、以及 儀益與栗浦的濕濁表面可適於特定的加工材料。例如,當 此加工材料是研磨料或腐㈣、例如為研磨泥漿與通常^ 用在半導體工業上的化學品時,這些結構可以由例如為對 大。IM刀已知化學品在化學上是相容的氟聚合物、或對使用 在晶圓化學機械研磨中的許多磨钮化合物具有阻抗性的聚 丙烯的塑膠材料所形成。 麥考圖示、特別是圖、14,其顯示本發明的一個示範性 具體態樣。在目14中,由外部所供應的液態形式的起始 化合物係供應至系統中且經控制閥i與2以調整。控制闊 係使通過裝置的化學品流速可以藉由改變橫過流動路徑的 例如為隔膜墊圈的密封表面的位置以調整。此種型態的閥 在階段式或標計閥(index vaive)的實例中可以電子控制 15 1231230 、或在雙重啟動器的實例 、 貝例甲疋乱動式,其中通過主要入σ 以移開密封表面的#庫爾 …… 被經由第二入口所供應的 几t力抵4。流速控制闕、^ ^ ^ ^ R ^ p々,L動之物流降低至滴 ^且下降至進入加物泣 物々丨全關閉。在某些情況下,額外 的:係放置在流速控制闕的上流和下游位置處以用於維修 f兀全f閉’也可能在某些製造設備中是安全的需求 ’即是在人員存在的區域中需要確保關閉與失誤安全程序 的執行。
。輸人化學品物流的速率控制是藉由線上㈣裝置幻 益所測量的濃度以決定。欲摻混的化學品與化學品成份自 數目將決定儀器的選擇。線上儀器最小的數目是一個、^ 如在氫氟酸藉由去離子水稀釋職49重量百分比的濃與 值下降至〇 · 5 〇 〇重量百公卜卜&、两4口士 、 曰* 里里白刀比的過私中是以傳導係數探針沒
s濃度。i器的型式可以包括ρΗ探針、〇Rp探針、密度須 量儀器、超音波衰減、傳導係數、ς電位、透射光谱、努 收光譜、濁度計、懸液計、近紅外光NIR、或其他可允言 感興趣的單一化學成份被分離且關聯至溶劑中化學品濃肩 的光譜技術。所使用的光學儀器係使某些波長的光可以朝 合併至特定的化學品型態中,以允許濃度經由已知的比圖 朗伯(Beer-Lambert )定律測定。因為化學成份在某邊 波長下具光學活性’故可以組裝許多光學感應器以重複測 定化學品溶液,找出為目標之個別成份且精確地測定化學 品的正確濃度。此允許加工材料可以循序地或甚至是同時 地加入、但是仍可以獨立地被偵測而不同於其他的偵測方 16 1231230 法、其中每個加工材料對於偵測值的相對效應係無法加以 決定的。 對用於摻混液態化學品方法的步驟可參考圖1 5與圖 1 6以解釋二種可達成均勻、正確與可重複摻混的不同型態 。在每一種實例中,大部份的液體是藉由標準的雙向控制 闕來加入至摻混容器中,該控制閥是連接到與摻混容器連 接的液體調整器。液體調整器被用來降低亦已知為水槌的 突然震動或系統變動,且允許起始的大量液體以平順、迅 速的方式進入摻混容器中。當起始液體加入至摻混容器時 ,放置在特定位置的液位感應器將移動至特定的液體高度 。對於產生正確、可重複的摻混而言,感應器的精確位置 並不重要。放置的安排是考慮到完成所需摻混週期的彈性 時間可以轉移且決不會影響最終化學品批次的結果。值得 庄思的疋對液位感應器的位置需要大致的瞭解以確定在容 器,中的換混内纟物的總體積是合適的。此位置可以大略地 計异且在容器上標示,或可以在倒入大略體積的非危險液 體及水進入儲槽中且設定液位感應器位置的起始安裝過程 :=U地達成。感應器可以啟動泵浦的操作以開始推混 '杰中液態内含物的循環以建立化學品濃度一監視儀器上 的句句靖數° H统是在全量製造環境的情況下,先前批 -人的殘留液體會存在於摻混容器巾,會明顯地被所進入的 起始液態化學品所稀釋且被線上儀錶記錄成為輸出值。摻 絲器的内含物可以藉例如為喷灑頭、喷射器、多孔管分 布器或噴嘴等靜態攪拌器以達成均句的濃度。此靜態攪拌 17 1231230 為可在摻混容器中對於進 境。當液位感細士 產生南度蒼流環 由η始内含物的添加速率可· …制韻關閉雙向閥、停止起 添加。摻混交哭从 心化予π口的 i此谷益的内含物、大量 次所剩铨66於如^ G予σ 口與先前批 广餘的殘留物將經由录浦機制循環且返回摻混容哭 直到線上儀錶登錄到均勾的數值。例:::, 摻混容器,杏#田—、 對五(5)加侖的 三⑺加侖的平均泵送流速以猶 衣去離子水與殘留的 時,m , 〇〇重置百分比剩餘氫氟酸内含物 ’ :友上儀器均勻輸出的平均時間為低於10秒。 & ^驟疋成後’將化學品輸入閥門開啟以依序 ^人^混的化學品加入。化學品的輸入係使每一個物流 、曰^刀%以全流量輸入摻混容器中。當化學品物流進入摻 混容器中且容哭φ且古立 窃 / 、 °。中八有起始的大Ϊ溶劑時,化學品濃度監 視盗將開始記錄變化以作為輸出值。由於化學品添加的結 果’此机號將隨時間上升。當欲摻混的化學品濃度提高時 ’程序訊號可藉由調整雙向可變控制閥以控制所欲化學品 的輪入速率’其可參見圖15與圖16。® 15係描述一種方 法’其中除可變控制閥外’一通常的雙向啟動閥係經由時 間設定的處理器以控制。閥的活動係快速地開與關,以驅 使所奴的少1化學品進入正進行攪動的容器中。階段式方 法的操作速率可藉由線上濃度儀器所登錄逐漸提高的濃度 值以彳工制。階段式程序考慮到調配少部分的所欲化學品, 直到設定值達成且方法完成。圖16係描述一種使用可變 18 1231230 控制閥的方法,其中所欲化學品的進入物流係隨時間而控 制速率。當監視器登錄到化學品濃度提高日寺,可變控· 將會降低所欲化學品進入摻混容器的速率。此連續方法將 以階段、快速達到終端值的方式調整流量。兩種型態的程 序,制皆可藉由儀錄登錄變化的速率以及將此值傳遞至控 制裔以產生閥操作變化的訊號以調整。 丄此方法係使完整的摻混程序直到所欲的設定值達成時 才=止m低於摻混規格的情況發生。在摻混程序產 t高於所需濃度的情況下,保全裝置副程式將依下述順序 修,批次。此順序係藉由啟動製程排放、後段泵送機制、 :岭小部分不合規袼的摻混物從容器中移除以部份排放摻 此谷益的内含物。此量係藉由控制排放閥的簡單計時器設 定以達成。在小量的體積移除後,將製程排放管線關閉且 再次地將系統循環。在排放停止後,再次地藉由控制起始 、散裝溶劑化學品的計時器設定以將小部分的起始、散裝 溶劑化學品加入至摻混容器+。當起始、散裝溶劑化學品 元成後,階段式閥的啟動或可變控制閥添加方法將會發生 〇 此方法考慮到正確與可重複化學品溶液的快速摻混速 率且對超越最終摻混規格所引起的損失較小。與其他型式 的系統相tb ’此方法可達成目前、已公佈方法的二倍速率 〇 在半導體製程中,泥漿係在半導體晶圓的製造中使用 以作為研磨介質。泥漿亦可用於研磨光學透鏡以及其他與 19 1231230 磁碟相關的項目。泥衆的研磨效 細微、惰性、研磨粒子。在半導體工孝所:爾體中的 ^ 菜所使用泥漿中的血 •磨料是氧切、氧化㈣鈽氧化物八 根攄犄孚士 ϊ ㈤ 用於/尼漿的磨料係 根據粒子大小乾圍以製造且分類 ilmyj: 〇 nr; , 孓的泥漿係包括直徑 軌圍從0.05微米至0.3。微米的粒 超過1·〇12個粒子。 万Α刀係含有 導體製程中泥漿的監視,較佳為用於連續測量 “:’例如密度計5。測量密度是追蹤濃度 方式。例如在泥漿中,密度係與每單位體 揮發性固體量有關β M月性非 在泥漿製料,㈣為使㈣ PH感應器、但並非永遠需要。 PH之儀-,例如 ’則泥漿將過於具有攻擊性了接又值 itm ^ 『且將s從日日«移除其他的材料 甚至是沒有化學反應發生。貝^曰曰回上將只有报小或 學。=!!機械研磨的半導體製程中,各種不同的化 磨晶圓、以及在洗務溶液、後清潔溶液 化气… l用於研磨的典型化學品包括過氧 二=卸與氯氧化錄。過氧化氯係作為氧化劑使用 的=?二ΐ屬插塞與層狀物。控制加工材料摻混* & ,里了^制從晶圓表面移除的材料速率。典型上 過氣化氫係從3 0重量百分屮r舌旦 如?/各曰 刀比(重ϊ%)的溶液摻混成為例 里百分比的低百分比溶液。氫氧化卸係用來控 20 1231230 制加工材料摻混物的酸鹼 介雷t M,TTn、 乂徒(、—氧化矽層所欲研磨的 型上^ 磨步驟。過氧化氫與氫氧化錄混合物典 使用0幻乍為清潔與洗務溶液。若這些混合物保持在未 〗%過與氫氧化㈣分解成水與氨。因此, 根據本發明#這些混合物欲使用時再製造是較佳的。 適於測量與監視化學加工材料及較佳用於半導體工業 中之本方法的其它儀器是用於決定濃度與反應性的儀哭,、 例如分別為傳導係數感應器9與氧化與還原電 應器 1。可以使用傳導係數以測量化學品濃度,因= 在用以關聯傳導係數與化學品濃度的表列係表示成對材料 總重的百分率重量比值或化學術語當量濃度、其係每升溶 劑的當量值、或莫耳濃度、其係每升溶劑中特定化學品的 莫耳比值’其巾在A部份情形下溶劑是去離子水。因此, 藉著監視加工材料的傳導係數,濃度可以參考加工溫度來 計算。因為傳導係數是溶液溫度的函數,故其必須瞭解所 欲濃度電導與溶液溫度間的關係。藉此關係的瞭解且將其 合併至控制系統中’不論摻混方法中溫度的改變如何,達 到特定終點所必須的所欲傳導係數是與溫度有關,且當此 數值決定時、化學品濃縮物的調製已完成。 本叙明的此具體實施例係操作在摻混終點偵測的基礎 上’而非多個流量計與配製/驗證技術。目前的實例2括 使用標度與流量計以配製化學品規定體積的儀器,且使用 傳導係數回饋迴路以驗證摻混。目前的批次摻混方法型態 中所面臨的問題包括由用來測量配製材料質量的標度中的 21 1231230
偏移所造成的誤差、用於配製流I 3偏移戶斤彳告成的誤I 、以及用於驗證與停止摻混的傳導係 斤这成差 。 文k針所造成的誤差 如此處所使用,下述術語表示如下·· 傳導係數··對於材料電性的測量。 u α 士 - 通㊉係以在液體中 、以歐姆所表不的對已知距離的特定 。 电丨且里的測置來描逃 P0U:使用點。在液體系統中的一特定位置,立中對於 摻混化學品(或一系列的摻混化學品)的需求是消耗所需: 此位置不必然是真實的儀器(例如半導體製程儀器) 執行的位置。 /Cv:與在-段時間中通過孔洞的體積流量有關的流動 係數’其可產生1 ps i g的壓降。
Psig:以每平方英吋磅數所表示的管線中的表壓力。 UHP(超面純度):具有非常低的微粒與特定金屬離子污 染的化學品。這些化學品需要連續的過渡以移除系統本身 所產生的微粒。由於純度的等級,任何曝露至金屬表面都 會使金屬離子進入溶液中。極端的純度需求典型上需要氟 I合物材料。 ABs:數學函數的絕對值。使用於統計分析中。 系統操作:典型的摻混方案 麥考圖14,本發明摻混系統的特定具體態樣的操作將 藉由實例的方式加以描述。在開始時將閥丨(典型上為氣動 閱)開啟’以使DT(去離子)水充滿摻混槽1〇至預定體積。 22 1231230 儲槽ίο的總體積係使絕對摻混體積(最終)佔儲槽總體積 的75-85%。此絕對最終液體體積係符合SEMI標準。 閥1的狀恶(開啟/關閉與開啟/關閉的角度)可藉由液 位感應器1 2以控制。當去離子水的流體體積啟動感應器 時,閥1將關閉且除非發生摻混超量的情況(見下文),否 則將不再使用。液位感應器的選擇係使構造材料的成分與 半導體工業上所使用的任何與所有化學品相容且在靈敏度 上是可靠的。 在觸動液位感應器12後,泵浦14將開始循環儲槽的 内含物。此可使儲槽内含物經由多孔管分布器噴頭16攪 拌以降低典型上未具有任何 β仕何攪拌裝置(例如未具有多孔管 分布器)所需的摻混時間。者 田糸、、先擔玉衣去離子水時,化學 品可以經由閥門2 (业创μ务> a 、 、、β ^上為虱動閥)的開啟以分散進入摻 ,吧儲槽1 0中。 應主末端製程可 ,”叫々L Μ 从疋凹疋式恩 料或工廠供應。化學品^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ’ 曰]仏應官線係使流量可以經由 、不用提供能源的方法來抻㈤ 、、二甶 從1 /9 4 4 ^制。此可以包括降低管線 攸1/2英吋管至1/8英蚪总、 ^ 可以#田彳t、旨&以及在供應物流上的針閥, 去離子水U8M歐姆)si ,十18、20以測量液態混合物 所預測之末端結果的最線、已 ¥於傳導性質上的變化。 〃取、、已 數的偏移與平均值。可使用此二個探針以監視傳 當傳導係數值接近末 其可隨應用而變化),間 m
端值的目標點時(例如為75%,但 2可關閉一段時間以使内含物摻 23 !23123〇 /吧且朝向穩態傳導 2可以迅速的方Γ 句化。在内含物穩定後,闕 槽中。對於閥/與_以將原料化學品分散進入儲 外的時間直到内八的母次啟動,系統内含物可以循環-段額 直到内含物達成均質化。 3(心::摻混值達到b夺’儲槽整個内含物可以經由閥門 為二向氣動閥)以從摻混儲槽分散至第二系統。
記二ί摻混過程中的任何時間下兩隻傳導係數探針同時 口 ’、、同於设定臨限值(例如為3%)的數值超過設定時間( 、^為數fy )、或所記錄的兩隻探針所產生的平均值在超 時間下都高於設定臨限值,則系統將啟動如下的摻 此超置副程 <。開啟製程排放^ 4(典型±為氣動式)到製
私排放22。化學品可以在設定的時間(例如為數秒)下從系 、、’克排放化學品的排放量係使約1 〇-15%的起始化學品批次 從系統中移除。現在系統是低於去離子水輸入的起始液位 設定。去離子水供應閥門1可被開啟且去離子水可以供應 到感應器12以觸動去離子水供應閥門為關閉。 使用在半導體工業的系統的典型系統規袼的實例: DI輸入 於選定psi下的3/4英吋輸入物流。 化學品輸入 於3 / 8英对至1 / 2英叶輸入物流。 20-45psi的輸入物流供應壓力。 供應壓力擾動係來自低於或等於3 p s i總脈動的脈動。 氣動輸入 24 1231230 氮氣、過濾至0 · 1 〇微米。 流體,液體 。所有材料的潮濕表面對於在半導體工業中所遇到化學 。口的阻抗。鐵弗龍或相似的氣化聚合物是可接受的。
在非UHP化學品應用中曝霡於R T曝路於周圍裱境中的外部表面 口J以由較佳是加上氟聚合物 切日]d i b不銹鋼金屬所構成。 操作環境: 所建議的周圍環境15-25。(: 濕度%RH(相對濕度):40 —85% 所有曝露的液體表面係維持在惰性環境下。 摻混規格的實例 下表顯示可根據本發明方法摻混的化學品實例,以及 其典型^^混配方
1:1:100
去離子水稀釋 低至1 % 低至1% 去離子水稀釋 去離子水稀釋 低至.001% 极δ 1 %
化學品名稱 (用途)
SC
SC
BOE
TMAH ΝΗ,ΟΗ Κ0Η
HF 25 1231230 摻混的精確度 關於本發明摻混系統之整體精確度的驅動裝置較佳是 傳導係數裝置。在某些具體實施例中,此是用於摻混= 一探針及/或控制裝置。因此,關於傳導係數探針的裝置 精確度的嚴格規格將是需要的。在評估低於例如為百分之 二十之額外量的最終摻混值處之探針時應該要特別注意。 對每一個個別的摻混運轉,整體的摻混精確度可1優 於配方設定點@ 2%。摻混運轉係定義成個別的配方批次、 從開始至完成,伴隨著任何所需的去離子水溢流及/或 t/CDA沖洗。精確度係定義成:((絕對值丨測量值_理論值 丨)/(理論值)Χΐ〇〇%)〈χ(χ可以是2%)。 摻混的重製度可以是(統計偏差(第一標準差八丨〇〇測 量點)/真貫流量〈流量範圍中間標度之〇 . 〇 〇 1。 方法的準確度可以是〈特定配方目標點的±1 %。 ((絕對值丨測量值-真實顯示值丨)/(真實顯示值)x 100%) 〇 摻混方法的整體響應時間係定義如下·· 起始·單兀係在2秒鐘内從關閉狀態轉換成開啟狀態 以適當地分配化學品。 適當轉移·單元係能夠回應進入化學品的擾動。對於 輕微擾動的回應時間係低於1秒。 圖1 -13僅是藉由實例之方式以說明本發明的一個具體 實施例。在圖中:LOOS與HOOS係分別表示低於規格值與 26 1231230 高於規袼值。 FV1 〇 1 1 〇 7係代表流量閥,其之某些亦顯示於圖Η中 例如用於控制第一整批材料輸入的F V丨〇丨係對應至圖Η 中的閥門1。FV102是在摻混過程中用來控制第二材料的 輸入且其是相對應至圖14中的閥2。在圖14中用以將摻 混物回送至摻混槽且分配摻混物的三相閥3在流程圖中係 同時以FV103和FV104表示。圖14中的排洩閥4係對應 至FV105。FV106是分配系統的一部份且未顯示於圖14中 。FV301與302亦代表系統分佈侧上的閥。FV2〇1代表控 制第二材料輸入摻混槽或第二化學品加入至摻混槽中的整 批材料的閥。雖然摻混三或多種材料係可加以考慮的,不 過,許多感應器無法輕易地區別3或多個材料,將造成較 不正確的結果。 YS101與YS101 -YS105係代表各種不同的感應器。 yssioi與ysioi特別是洩漏偵測感應器。Ysl〇2代表可送 出摻混槽是否已清空的訊號的感應器。1 q4與1 〇5係 代表摻混輸送系統分配側上的感應器。YS2〇丨係代表用於 第二材料或第一化學品加入至摻混槽中的整批材料的感應 器。 PS101L係代表低壓力開關。PSi〇4h係代表用於高壓的 壓力開關。同樣地’ PS105H-PS107H係代表用於高壓讀數 的壓力開關’且PS106L與PS107L係代表用於低壓讀數的 壓力開關,P101 -1 〇 2係代表各種不同的泵浦, LSI 01-LSI 06係代表各種不同的液位感應器。例如, 27 1231230 〇3係代表摻混槽 輸送的感應器。中的液位感應器且LS⑽係用於材料 多個二:解的疋此處所描述的每-個元素,或皇之-戈 夕個可以加以修改式女 4具之一或 用上發現用途〔妙已、可以在不同於上述所描述的其他應 樣,但盆不:已經說明及描述本發明的特定具體態 修改與替換無論如你卩口為各種不同的 義的本發明精神下進行。 專利乾圍所定 【圖式簡單說明】 (一)圖式部分 由實::明之較佳、非限制的具體態樣將參考所附圖式藉 由貫例之方式描述,其中·· 圖卜13是本發明摻混方法的-具體態樣的流程圖; ^ 14是本發明摻混方法的—具體態樣的示意圖; 圖15是達成所欲設定值或終端濃度的化學品階段式閥 心作添加的邏輯示意圖。 、、天圖16是達成所欲設定值或終端濃度的化學品控制闊操 作添加的另一個邏輯示意圖。亦包括者是詳細說明隨時間 添加至系統的濃縮化學品的操作速率控制的流動曲線。 圖17是顯示十(10)次重複地將49重量%的氫氟酸隨時 ^入去離子水中的真貫數據,最終設定值為0.500土 〇· 005重量%氫氟酸。 圖18是顯示使用線上傳導係數以正確地摻混且控制添 力片丨以二份基於鈽之泥漿的七(Ό次個別摻混物在五(5) 28 1231230 次個別重複時的平均真實數據。 圖1 9是圖18的百分比誤差圖,其係顯示在基於飾的 泥漿與添加劑的批次對批次變化間所記錄的差異,其係將 設定點與真實值間之差異除以設定點且乘以1 0 0以計算。 (二)元件代表符號 1 控制閥 2 控制閥 3 閥 4 製程排放閥 10 摻混槽 12 液位感應器 14 泵浦 16 多孔管分布器喷頭 18 傳導係數探針 20 傳導係數探針 29
Claims (1)
1231230 拾、申請專利範圍: !,種用於摻混至少二種材料m 摻混室,其包括: 八3 % · 用於接收第一材料的第一入口, -閥以控制在第-人口處所收到 #連接至第 用於接收第二材料的第二入口弟—第材料量;以及 二閥以控制在《 -人π ♦ —弟一入口係連接至第 閲以在苐一入口處所收到的第二材料旦; 連接至摻混室以接收第一材料 . 提供第-材料與第二材料之混合物混,亡 線; 。、4此至的循環管 配置在循環管線中以伯測在第—材 合物中所i合㈣二材料量的感應器; 才枓之混 連接至感應器與第:閥以 第二材料量已達成在混合物中所欲广處所收到的 。 所奴之弟二材料量的控制器 2. 根據巾請專利範圍第丨項之^, 包括: /、中循壤管線係 連接至摻混室以接收第 入口; η弟一材料之混合物的 ,連接至至以提供第_材料與第 送至摻混室的出口;以及 、 才科之混合物回 接收來自循環;# ^ 線 的第一材料盥第_ U丄丨 將混合物栗送至循環管線出口的㈣。 混合 3. 根據申請專利範圍第2項之系統:其進一步含有; 30 1231230 連接至循環管線且配置在果浦與循環管線出口以提供 摻混物至儀器的出口。 =申請專利範圍第3項之系統,其中感 導係數感應器。 5 ·根據申請專利範圍第] 導係數感應器。 頁之糸統,其中感應器是傳 6.根據申請專利範圍第1項之系統,其進一步含有: 連接至循環管線以提供摻混物至儀器的出口。 動:為τ種摻混至少二種材料至所欲濃度的方法,其含有 以整批的方式將第-材料提供至摻混室; 經由第二人口將第二材料流提供至摻混室; 於摻混室中將箆-Μ #、六、日A 物; 弟一材枓&此合至第一材料以產生混合 循環摻混室中的混合物; 在循環動作過程中測量混合物的特性;且 調整第二材料至松、、曰& ^吧至的〉瓜動以達到所欲之濃度。 .根據申請專利範圍第7項之方 特性的私Mr &人 、方法,其中測量混合物 们生的動作係含有偵測可指示濃度的特性。 第二==利範圍第7項之方法,其中提供第-與 以#據申在未知第一濃度與第二濃度下發生。 第二材料的叙^ 图弟’項之方法’其中提供第-與 u動作係在未使用流量控制器下發生。 L根據申請專利範圍第7項之方法,其進一步含有將 31 1231230 不付合規格的摻混物排放一 m^ ^ 口P刀且將不符合規格摻混物的 餘分留在摻混室中。 &根據申請專利範圍第u項之方法,其進一步含有 &七、額外量的第一與第二材料。 摻混室,其具有: 用於接受第一成分的第一入口; 用於接受弟二成分的第二入口; 用方、將弟成分與第二成分之摻混物輸送至工具的出 口 ; 13. —種用於摻混至少二種成分的系統,其含有: 用於循環管線的入口與出口; 用於分析循環管線中的摻混物且調整第二成分加入至 摻混室速率的機構。 14·根據申請專利範圍第13項之系統,其進一步含有 在物理摻混過程中修正批次且調整液態化學品物流加入至 批次的速率以使物流達成所需終點的機構。 _ 15 ·根據申請專利範圍第14項之系統,其進一步含有 在摻混時用於修正不符合規格摻混物的機構。 拾壹、圖式: 如次頁 32
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