TWI760354B - 高純度分配單元 - Google Patents

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羅那得 納斯曼
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Abstract

本文中的技術包含基於囊體之分配系統，其利用配置成選擇性膨脹及收縮的狹長囊體，以輔助分配動作。此分配系統補償通常伴隨微製造之流體過濾的過濾器滯後(filter-lag)。此分配系統亦提供高純度且高精確度的分配單元。模組化液壓單元包含狹長囊體及接觸囊體外表面的液壓流體。當加壓製程流體處於狹長囊體中時，液壓控制部可選擇性地降低囊體上的壓力，而導致膨脹，以及然後選擇性地增加液壓壓力，以輔助分配動作。

Description

高純度分配單元
本揭露內容相關於半導體製造，且尤其相關於膜層分配/塗佈及顯影製程及系統。 [相關申請案之交互參考]
本申請案主張2016年8月11日申請、名為「High-Purity Dispense Unit」之美國臨時專利申請案第62/373,724號的權利，其係整體併入於此，以供參考。
利用塗佈機/顯影機工具的諸多微製造製程針對特定設計指定待分配於基板(晶圓)上的不同化學物質。例如，諸多阻劑(光阻)塗佈物可分配至基板表面上。阻劑塗佈物可依據對光化輻射的反應類型(正型/負型)而改變，且亦可依據圖案化之不同階段(產線前段、金屬化等)的組成而改變。此外，可選擇諸多顯影劑及溶劑，以分配於晶圓上。然而，能夠將諸多化學物質分配至晶圓上的挑戰係避免所分配之化學物質中的缺陷。化學物質中的任何小雜質或凝聚可能產生晶圓上的缺陷。當半導體特徵部的尺寸持續減小時，避免及防止所分配之化學物質的缺陷變得越來越重要。
用以使分配至基板上之液體避免缺陷的一方式係購買用於塗佈機/顯影機工具中之經預過濾的化學成分。然而，如此之經預過濾的化學成分可能非常昂貴，且雖然進行了預過濾，仍可能於運輸或使用期間在化學成分中發展缺陷。避免缺陷的另一方式係在即將分配於基板上之前於半導體製造工具(例如，塗佈機/顯影機「軌道」工具)處過濾化學物質。在即將分配之前進行過濾(使用過濾的時機) 的一癥結係流速的降低。例如，為了輸送已經充分過濾而滿足純度要求的流體，需要相對細密的過濾器。利用如此之細密過濾器的挑戰係當推動流體化學成分通過該等相對細密的過濾器時，該等過濾器降低給定化學成分的流體流動速率。許多半導體製造製程需要化學成分以遵循特定參數的特定流速(或流速範圍)進行分配。流速在如此之給定特定流速以上或以下的情形可能導致基板上的缺陷、覆蓋不足、及/或過度覆蓋。換言之，難以足夠快地推動流體通過逐漸細密之過濾器以滿足分配流動要求。
本文中所揭露的技術提供流體輸送系統，其補償相對慢的流體過濾速率，同時利用數位分配控制提供特定的分配速率。換言之，本文中的系統可使經過濾的液體在比過濾速率更快的分配速率下以高純度分配至基板上。
如此之系統可包含流體輸送設備。液壓流體外殼界定具有狹長囊體定位於其中的腔室。狹長囊體從腔室入口開口延伸至腔室出口開口。腔室提供囊體膨脹限制部，其容許狹長囊體膨脹至預定容積且防止狹長囊體膨脹超過預定容積。狹長囊體定義在腔室入口開口及腔室出口開口之間呈線性的流體流動路徑。狹長囊體係配置成在腔室內橫向膨脹及橫向收縮，使得當狹長囊體容納製程流體時，狹長囊體內之製程流體的容積可增加且可減小。腔室係配置成容納與狹長囊體之外表面接觸的液壓流體。液壓流體外殼包含與容納狹長囊體之腔室流體連接的位移腔室。位移腔室包含可插入該位移腔室中且可從該位移腔室縮回的位移構件。系統包含配置成啟動容積控制系統的控制器，該容積控制系統藉由從位移腔室縮回位移構件的一部分而選擇性地降低狹長囊體上的液壓流體壓力，導致狹長囊體的膨脹。控制器係配置成啟動容積控制系統，該容積控制系統藉由將位移構件的一部分插入位移腔室中而選擇性地增加狹長囊體上的液壓流體壓力，導致狹長囊體的收縮。
如此之技術可降低沉積膜層的缺陷率。膜層缺陷率可能由氣泡、落物微粒、有機殘留物/聚合物、金屬雜質、凝聚微粒等所導致。所有該等缺陷的來源及形成機制受塗佈機/顯影機分配管線設計及配置的強烈影響。氣泡缺陷的一原因或機制可能與待分配之液體化學物質(製程流體)中溶解的氣體有關。溶解氣體然後可能在分配步驟期間進入膜層，成為氣泡缺陷，或者氣泡本身可能作為成核位點(nucleation site)，以吸引小微粒成為隨後在分配步驟期間沉積至膜層中的大微粒。微粒產生、有機殘留物、及金屬雜質的一貢獻因素係構成分配管線的部件(泵浦、閥、槽、管路、配合件等)。
本文中的技術藉由利用間接分配系統而使導致氣體溶解的缺陷最小化。利用本文中的系統使製程流體對氣體及環境的曝露最小化。再者，本文中的系統藉由使本文中之分配管線中所使用的部件(泵浦、閥、槽、管路、配合件等)最少化而減少其他的缺陷類型(例如，落物微粒、有機殘留物/聚合物、及金屬雜質)。因為每一部件皆增加導致缺陷的潛在性，故吾人可察知減少分配管線中之部件的優勢。使製程流體與部件/硬體之間的盲區(dead space)及表面接觸最小化可透過使化學凝聚所需的成核位點最少化而使流動渦流最小化。
當然，如本文中所描述之不同步驟的討論順序已為清楚起見而呈現。一般來講，該等步驟及技術可按照任何適當的順序執行。此外，儘管本文中不同特徵、技術、配置等的每一者可於本揭露內容的不同位置處討論，但意欲使該等概念的每一者可相互獨立地、或相互結合地加以實施。據此，本發明可以許多不同的方式實施及考量。
注意到，本發明內容部分不具體說明本揭露內容或所請發明的每一實施例及/或漸增新穎的實施態樣。反而，本發明內容僅提供不同實施例的初步討論、以及優於習知技術之新穎性的對應點。對於本發明及實施例的額外細節及/或可能觀點，引導讀者至如以下進一步討論之本揭露內容的實施方式部分及對應圖式。
本文中的技術可實施為使用狹長囊體的基於囊體之分配系統。此分配系統補償通常伴隨微製造之流體過濾的過濾器滯後(filter-lag)。此分配系統亦提供高純度且高精確度的分配單元。本文中之此分配系統更降低缺陷產生的機會。習知的流體輸送系統通常具有懸掛於流體管線的「盲管(dead leg)」。此盲管可為從(例如用於壓力量測裝置或貯器之)流體管線分出的分支。習知的流體輸送系統可能具有其他的不連續部分(包含諸多閥)，其導致在流體中產生缺陷的顯著機會。流體連接器係設計成減少流體導管壁(內壁)上的瑕疵。任何粗糙的連接器或轉折皆可能導致產生流體可能發生再循環、減速、或以其他方式停止(可能造成凝聚)的位置。因此，製程流體導管設有活塞、檔板、或側裝式貯器的情形可能產生許多不樂見的交叉流，並產生流體阻塞或減速的位置。如此之交叉流及減速位置點可能在流體內導致產生微粒。然後，如此之微粒在被分配於給定基板上時(例如，分配光阻於矽晶圓上)變成缺陷。
據此，本文中之系統包含使用間接壓力/容積控制的狹長囊體設備，以分配製程流體、且使製程流體中的氣體溶解最少化、且減少分配系統所使用的總體部件。當將此狹長囊體配置成提供與上游及下游導管之橫剖面類似的橫剖面(用於流體流動)時， 達成較佳的流體分配結果。如此之配置有助於防止製程流體產生交叉流或製程流體流動減速的情形。當流體進入或穿過狹長囊體時，具有平滑且漸進的加寬過程，以維持層流(laminar flow)。在分配關閉階段期間(亦即，當流體不從對應噴嘴分配至基板上時)，在製程流體被推動通過細密過濾器(微過濾器)後，該等製程流體可聚集於此囊體中(成為膨脹囊體)。在一實施例中，此狹長囊體充當用於分配的流體儲存器(fluid capacitor)，其係配置成利用(在分配關閉階段期間已於上游處、或已於即將進入狹長囊體之前進行過濾之)製程流體加以填充。在一些例示性分配應用中，給定流體係以預定流速(例如，每秒0.4至1.4立方釐米)進行分配，且該流體係分配(至基板上)持續相對短暫的時間。例如，給定分配時間可持續約一秒，且然後可不再使用流體分配系統，直到休止期間過後。該休止期間可為從約15秒至60秒的任何時間，或者就一些製造流程而言為更久的時間。
當從噴嘴再次開始分配時，狹長囊體單元從聚集製程流體的狀態轉變為排出製程流體的狀態。換言之，該狹長囊體具有以下能力：膨脹，以聚集一注入量的製程流體；以及隨後選擇性壓縮以藉由將所聚集之注入量的流體(其在即將進入狹長囊體之前已穿過微過濾器)釋放而協助維持特定的製程流體流動速率。因此，如此配置提供具有分配儲存器的系統，其包含配置成膨脹以接收一注入量之流體、且收縮以輔助排出所累積之注入量之流體、且皆同時維持通過狹長囊體之製程流體之實質上線性的流動路徑的囊體或可膨脹構件。
狹長囊體的膨脹及收縮可經由耦接的液壓系統(或者氣壓系統)而完成，該液壓系統(或者氣壓系統)控制與狹長囊體之外表面接觸的液壓流體。狹長囊體可具有不同的橫剖面形狀，例如，圓形、方形、及橢圓形。為便於描述本文中之實施例，本揭露內容將主要聚焦於具有近似橢圓形或圓形形狀的囊體。使斜角錐形末端連接至製程流體輸入導管及製程流體輸出導管可有利於平緩地從製程流體導管過渡至特定的狹長囊體形狀。不同的橫剖面形狀提供不同的優勢。使用具有長圓形橫剖面形狀之囊體的優勢係具有兩個相對平坦的對向表面，該等表面可為用於膨脹及收縮的主撓曲表面。在實質上均勻或對稱之橫剖面形狀(例如，圓形橫剖面)的情形中，所有的側壁表面將皆能夠大致上均勻地膨脹及收縮，且此形狀亦可提供複數優點。
在常見的操作中，當狹長囊體的內側及外側上具有相等壓力時，該狹長囊體具有初始形狀或橫剖面。狹長囊體實質上膨脹超過該初始形狀至膨脹狀態(大至抵達囊體膨脹限制的某膨脹狀態)，以收集一注入量的製程流體且/或停止分配動作。然後，狹長囊體可從膨脹狀態收縮至初始狀態，在一些實施例中，就特定的分配操作而言，狹長囊體可收縮至比初始狀態更小，但避免實質上超過初始狀態的收縮以防止缺陷。實際上，系統可配置成防止製程流體被狹長囊體夾緊。若對向內壁彼此接觸而夾緊狹長囊體，則此動作可能類似於實體且徹底地阻隔製程流體流動的閥在製程流體中產生缺陷。系統可配置成防止狹長囊體對製程流體的任何夾緊。因此，除了製程流體過濾器之上游處的製程流體閥以外，系統在製程流體過濾器及分配噴嘴之間不包含(能夠將通過製程流體導管之製程流體流動徹底阻隔的)任何閥。
間接壓力分配可藉由以下動作執行：在不於源容器中之製程流體上使用直接氣體(氣體壓力)的情況下，將製程流體從化學物質瓶或製程流體源容器拉出/推出進入分配系統。如此之系統可利用具有內部襯墊的供應瓶，該內部襯墊將用於擠壓/折疊內袋的氣體隔離。或者，習知的流體容納瓶可與拉動裝置一起使用，該拉動裝置在不使用與製程流體接觸之氣體的情況下，將製程流體從來源瓶拉出。另一方式係使用包含虹吸機構的重力饋送系統。
本文中之實施例的另一實施態樣包含相較於習知的光阻分配系統減少分配系統中總體部件。本文中的實施例包含從製程流體過濾器之後(亦即，製程流體過濾器之下游)的分配管線移除諸多的部件及閥。製程流體中的微粒大部分可利用製程流體過濾器移除，但產生於製程流體過濾器後的微粒可能在基板上產生缺陷，而該缺陷係在所沉積的膜層中。
在一些實施例中，在通過製程流體過濾器後，沒有與製程流體直接接觸的移動部件。亦即，除了囊體壁本身以外，別無移動部件，但囊體壁的移動係分散且相對均勻的，且沒有與習知移動部件有關的尖銳接觸部或邊緣(其產生製程流體缺陷)。此實施例可包含在製程流體過濾器後沒有閥的情形。因此，本文中的技術免除了分配閥及相關泵浦，其中系統在沒有用以驅動製程流體通過系統以及至基板上之泵浦的情況下運作。
本文中的分配系統可劃分成兩區域或部分。例如，具有「淨空部分(clean zone)」區域，其包含從製程流體源至製程流體過濾器的分配系統管線及元件。亦具有「超淨空部分(super clean zone)」，其包含從製程流體過濾器至分配噴嘴的分配管線。淨空部分區域(從製程流體過濾器起的上游處) 涵蓋例如閥、槽、貯器等的所有移動部件。超淨空部分區域(從製程流體過濾器起的下游處)沒有與製程流體(液體)接觸的移動部件。
技術包含具有用於膨脹及收縮之狹長囊體(其係由液壓流體圍繞)的分配單元，其具有可插入液壓流體中的活塞及/或桿部，用於液壓流體的容積控制，且藉由延伸而用於狹長囊體的容積控制。本文中的分配單元提供高純度且高精確度的分配系統。這可包含分配操作期間通過分配噴嘴之製程流體的量的電子(數位)控制。又，分配單元可提供於分配後操作期間被拉回至分配噴嘴中之製程流體的量的電子控制，這亦稱為回吸控制(suck-back control)。作為回吸控制的一部分，系統可將製程流體吸回，使得彎液面留置在分配噴嘴內的預定位置處，且然後在囊體的再填充期間可將該彎液面保持於該位置處。因此，本文中的技術提供精確的數位回吸控制及彎液面控制。精確的分配及回吸係部分地藉由精確的活塞及/或桿部、及相關馬達而達成。精確的容積控制及狹長囊體達成了製程流體過濾器之下游處的無閥系統(valve-less system)。
技術包含具有精確流體位準偵測器的分配噴嘴。系統可偵測及控制分配噴嘴中之彎液面的位置。彎液面感測器將分配噴嘴中之液體彎液面位置的連續回饋提供至狹長囊體單元，以連續調整囊體容積，而將彎液面維持於期望位置處。系統可包含具有遮蔽裝置或護罩的噴嘴系統，該遮蔽裝置或護罩藉由在分配噴嘴周圍流動溶劑氣體而在噴嘴周圍產生有利的微環境，以防止分配噴嘴中製程流體(例如，光阻)的乾燥。當製程流體中的溶劑蒸發時(由於沒有閥，故在曝露至空氣的分配噴嘴處)，蒸發可能留下乾燥微粒，其可輕易地在後續分配操作中被轉移至基板。本文中之如此的遮蔽裝置在不使用可能造成缺陷之閥的情況下，消除了製程流體在噴嘴中乾燥的情形。
現在，本文中的實施例將更詳細地加以描述。現在參考圖1~3，其描繪可用於流體輸送的分配單元100。如此之分配單元100可包含界定腔室(或囊體腔室)的液壓流體外殼111，狹長囊體係定位於該腔室(或囊體腔室)中。包含液壓流體腔室的活塞桿部外殼113係附接至液壓流體外殼111，該液壓流體腔室係與該液壓流體外殼111流體連接。活塞桿部外殼113可用以精確地控制狹長囊體單元內的液壓流體壓力。致動器114可用以移動及控制活塞桿部。排放閥118可用以輔助空氣從液壓系統的移除。可將本文中的分配單元配置成操作為獨立式液壓系統(self-contained hydraulic system)—實施例不需要延伸至分配單元的液壓管路或連接器。實施例可為緊湊的，且以低液壓容積運作。
現在參考圖4及5，其描繪例示性基於囊體之分配單元的橫剖面側視圖。狹長囊體115從腔室入口開口116延伸至腔室出口開口117。腔室119係定尺寸成容許狹長囊體115膨脹至預定容積且防止其膨脹超過該預定容積。狹長囊體定義在腔室入口開口116及腔室出口開口117之間呈線性的流體流動路徑。狹長囊體係配置成在腔室119內橫向膨脹及收縮，使得當狹長囊體容納製程流體時，狹長囊體內之製程流體的容積可增加及減小。
此實施例包含附接至腔室119的活塞桿部外殼113。活塞桿部外殼包含配置成在位移腔室內移動的活塞124。例如步進馬達128的馬達可用以移動活塞124。位移腔室127係與腔室119流體連接。據此，藉由移動活塞124，當液壓流體填充腔室及位移腔室時，施加於狹長囊體115之外表面上的壓力可增加及減小。抗反衝機構129可用以移除液壓流體的作用，以增加狹長囊體內之製程流體容積的精確度及控制。DIN軌道安裝部148可用以將基於囊體之分配單元固定於得益於液體之精確受控分配的塗佈機-顯影機工具或其他分配系統內。
因此，本文中的技術可實施為閉合迴路內的單一卡匣型腔室分配單元。液壓位移銷(或桿部、或活塞、或複數銷)可能影響液壓流體。此液壓流體係與彈性狹長囊體的(複數)外表面接觸。囊體收縮的控制係銷(或(複數)活塞、或(複數)桿部、或(複數)柱塞)插入液壓流體中之遠近的函數。同樣地，囊體膨脹的控制係銷從液壓流體移除或拉回之程度的函數。據此，達成狹長囊體膨脹或收縮的極精確控制。液壓流體的進一步控制係受所使用之銷的數目、及尺寸、及其組合的影響。舉例而言，具有填充整個液壓流體通道之相對大型銷的情形可賦予相對較大的容積變化。密封件可在進入液壓流體腔室的開口處用於活塞/桿部周圍，以防止液壓流體的損失。利用具有相對小橫剖面的桿部或銷可有助於容積的漸進及小幅變化，這可有利於分配相對小量的流體。或者，實施例可包含使用複數桿部(例如，具有不同尺寸的桿部)以造成不同的容積變化。
致動器可用以推動活塞或桿部。致動器可為步進馬達、DC馬達、伺服馬達、或其他機構。液壓控制機構的選擇可基於特定的分配要求。例如，給定系統可設計成從噴嘴以0.3~1.0 mL/s的速率進行分配。以非限制性範例為例，用於將光阻分配至半導體晶圓上的常見設計考量包含足夠快地進行分配以避免滴液，但又足夠慢地進行分配以防止飛濺至晶圓上。分配速度亦可係以下者的函數：待分配之特定製程流體的粘稠度。因為輸送速率係致動器速度的函數，故特定致動器的選擇可基於給定系統所期望的分配參數。
本文中的分配單元可在超過特定程度時受約束或實體受限制，使得狹長囊部可過度加壓、或過度回壓。換言之，將囊體加壓至特定程度(增加囊體容積)後，該囊體接觸壁部且不再膨脹，類似於在桶中使氣球膨脹。在特定程度時，狹長囊體接觸腔室壁或囊體膨脹限制部，且不再膨脹。圖6及7係描繪此特徵的示意性橫剖面視圖。在圖6中，狹長囊體115係描繪成定位於腔室119內。狹長囊體115係處於中等膨脹狀態中，且係顯示成具有均勻的橫剖面(製程流體正流過該橫剖面)。囊體膨脹限制部145係定位於狹長囊體115周圍。注意到，液壓流體126填充狹長囊體115及囊體膨脹限制部145之間的間隙。亦注意到，囊體膨脹限制部145可包含孔洞、或間隙、或穿孔，以提供液壓流體的進出。因此，在一實施例中，囊體膨脹限制部145可配置成界定複數開口的剛性套筒，或者，可使用剛性網孔套筒。
當施加於狹長囊體上的液壓流體壓力降低時(例如，藉由使活塞124從腔室(或位移腔室)縮回)，製程流體的流體壓力可使狹長囊體膨脹且收集一注入量的流體。此膨脹狀態係在圖7中描繪。狹長囊體的膨脹可持續進行，直到囊體完全接觸囊體膨脹限制部為止。此時，避免狹長囊體再使內直徑膨脹。如此之實體限制部避免了源自狹長囊體之彈性材料的遲滯問題，藉此消除持續再校準的需要。圖8描繪一實施例，其中腔室119係定尺寸成足夠小，以充當囊體膨脹限制部。圖8亦描繪使用兩位移構件(其可包括活塞124及桿部125)的實施例。這樣可提供兩層級的控制。活塞124可提供較大的位移，用於較粗略的控制，而較小的桿部125提供較精細的位移控制。圖9描繪給定的實施例，其中位移構件行進至狹長囊體115所定位於其中的同一腔室中。
利用本文中的分配單元實施例，當與空氣活塞抗反衝預負載一起使用時，不總是需要額外的液壓流體。空氣活塞可避免容積改變中的「剎車鬆軟」或鬆弛，使得腔室不需要具有複數銷來精確地調整容積。空氣活塞可施加壓力於整個系統，以消除任何殘餘的變形潛在性或鬆軟。例如，空氣活塞可用以消除線性致動器中的反衝。本文中的反衝包含螺釘改變方向時的空轉、及隨後之螺母或滾珠軸承從螺釘一壁變換接觸至另一壁。藉由在軸上施加恆定力，元件與螺釘一側保持接觸。針對容納液壓流體之區域的排放閥可用以移除系統內的空氣。
系統可包含用作限制開關的光學中斷開關。或者，可採用簧片或霍爾效應感測器而使用位於桿部安裝部的基部處之磁鐵。舉例而言，利用彎液面位置感測器，可將線性編碼器可選地用於閉合迴路控制、或用於資料收集。
本文中的分配系統使用注入物累積及分配囊體，以在製程流體過濾之後提供無閥分配系統。圖10係例示性分配系統的示意圖。製程流體係從製程流體源150往閥152供應或輸送。例如，製程流體源可為一瓶光阻、顯影劑等。閥152係完全閉合閥，且因此可使進入較大分配系統的流動開始或停止。製程流體從閥152流向且穿過可為高純度過濾器的過濾器154，以移除微粒及/或其他污染物。製程流體從過濾器154流向包含狹長囊體之基於囊體的分配單元100。
分配單元可使狹長囊體的容積膨脹，以收集一注入量的製程流體。當將製程流體分配至基板上時，分配單元可使狹長囊體收縮，這導致經過濾的製程流體流向分配噴嘴137且從分配噴嘴向基板105流出。注意到，製程流體通過過濾器154之後，在分配管線中沒有閥。這包含沒有分配噴嘴閥的情形。據此，在過濾器154的下游，系統係開放管設計(open-tube design)。通常，在開放管系統的情形中，當閥開放時，製程流體將連續地從分配噴嘴流出。但本文中的系統利用可膨脹囊體以回吸製程流體，且收集一注入量的製程流體，以防止流體在不期望的時間進行分配。再注入速率可依據特定的分配循環進行調整。例如，給定系統可需要每30秒、或每45秒、或每60秒在不同基板上沉積製程流體。基於分配循環及製程流體過濾，可設定特定的再注入速率。就分配操作之間之較長時段而言，當狹長囊體不應無限制地收集注入物時，可關閉閥152。
在製程流體過濾器之後沒有閥的情形意味著缺陷產生的較小機會。一些液體組成物具有較高的自聚集傾向(例如，某些含矽抗反射塗層)，且自聚集問題隨更多的實體接觸部(閥、分洩部(bleed off)等)而增加，且因此通常可能在一製造批次開始時、或當變更流體時，排除一加侖的如此材料。本文中的分配單元及分配系統不提供如此材料的聚集機會，且因此增加材料的使用率。習知的系統通常包含許多試圖防止缺陷的機械元件(包含增強閥、注入前腔室、分洩螺釘(bleed screw)、吐出位置(purge location)、粗針閥及細針閥、緩衝槽、起泡器等)，但所有的該等特徵本身可能產生缺陷。據此，如本文中所揭露，於過濾之後沒有接觸製程流體的機械元件的情形提供高純度的分配，且分配單元之精準的馬達控制提供高精確度的分配。
本文中之分配系統的配置實質上將製程流體管線分隔成兩區域或部分。再次參考圖10，部分171可稱為「淨空」部分，而部分172可稱為「超淨空」部分。注意到，閥152及製程流體源150係位於製程流體過濾器之上游側的淨空部分中。淨空部分可視為次級重要區域(相較於超淨空部分)，因為製程流體尚未穿過分配之前的最終過濾器。又，閥152可具有柔性開合及電子控制。在過濾器154(最終過濾器)之後，沒有撞擊或聚集位置，且分配管線(導管)係從過濾器154貫通至分配噴嘴137。因此，在超淨空部分中，除了平順膨脹及收縮的狹長囊體以外，沒有接觸製程流體的機械移動部件。
本文中之分配系統的實施例亦可包含利用連續監控及回饋的彎液面控制。彎液面感測器138可以相對高的取樣速率(每秒十或更多的循環)監控分配噴嘴137處的彎液面位置，並將彎液面位置資料(包含彎液面位置改變)傳輸至控制狹長囊體膨脹及收縮的控制器142。據此，在分配操作之間，彎液面位置可在分配噴嘴137內維持於預定位置處。這包含在製程流體分配之後，利用狹長囊體之膨脹的回吸控制。
本文中的技術可部分地藉由以下方式提供數位回吸(digital suck back)：具有足夠的來回容積變換，以使彎液面維持運作。彎液面可停止於分配管線上，且然後維持於系統之噴嘴區域內的位置。在習知系統的情況中，不可能使用開放管系統。然而，利用本文中之使用狹長囊體的技術，如此之控制係可能的。分配單元可配置成以小幅延遲回應彎液面位置回饋。例如，彎液面位置感測器(例如，光學感測器)藉由監控彎液面位置而識別彎液面的位置及彎液面的變化(人眼通常無法察覺)。然後，PID控制迴路係用以立即地作出單向或反向的容積囊體變化。例如，一回應為快速地使狹長囊體膨脹，以吸收即將撞擊彎液面之壓力脈衝的容積變化。此回應的結果為製程流體留在噴嘴中，而不分配至基板上。
可使用能進行以下動作的任何感測器：在足夠的時間內監控噴嘴區域中之彎液面的位置並偵測位置的變化，以傳遞位置的變化，所以分配單元可作出容積調整，以使彎液面維持於預定位置範圍內。現在參考圖11，在一實施例中，光學感測器係與分配噴嘴137一起使用。電子光感測器168(例如，線性光二極體陣列(PDA, photodiode array)感測器、或電荷耦合元件(CCD, charge-coupled device)感測器)係定位於分配噴嘴137上或噴嘴區域。噴嘴區域可包含噴嘴、噴嘴的漸縮部分(tapered portion)、或噴嘴及緊接分配噴嘴137之前之預定長度的導管。例如發光二極體(LED)的光源167係面對光感測器而安裝以提供光照。電子光感測器168然後可用以偵測彎液面位置169。控制迴路回應時間可配置成小於十毫秒。或者，可使用具有光擴散器的表面安裝LED。或者，可使用電容感測器、視覺照相機系統、時域反射計(time-domain reflectometer)、或超音波感測器。步進馬達可涵蓋於控制迴路中，且可作出快速改變，以將彎液面維持於預定保持位置處。據此，即使在分配噴嘴137處沒有閥，且不管對於系統之任何實體衝擊動作、或通過製程流體過濾器之變數流速，本文的系統仍可將彎液面保持於彎液面位置。彎液面位置的監控提供數位的回吸控制。在分配操作期間，狹長囊體可利用液壓流體進行收縮或壓縮。此動作有助於使製程流體離開分配噴嘴至基板上。可從製程流體源提供額外的流動。在分配操作完成之後，系統可使狹長囊體膨脹，直至將製程流體的彎液面回吸至噴嘴區域內的預定位置。彎液面監控感測器可直接地定位於噴嘴本身上，或可考量噴嘴而定位。
實施例可包含在不進行分配時，防止製程流體彎液面蒸發的技術，以防止缺陷。如已描述，本文中的系統在噴嘴處沒有閥的情形下運作。在噴嘴處，製程流體係在彎液面曝露至空氣的情況下維持於噴嘴內或噴嘴區域內。當製程流體中的溶劑蒸發時，該蒸發可能留下乾燥的微粒，其在後續的分配操作中可輕易地被轉移至基板。現在參考圖12，實施例可包含利用蒸發屏障178及/或溶劑氣體供應器177。蒸發屏障178可提供噴嘴的護罩、部分式外殼、或完整式外殼(封裝部)，以防止或減少蒸發。具有完整式外殼的屏障裝置可在不觸及噴嘴的情況下將噴嘴的末端包住。因此，在微粒產生方面，沒有機械部件接觸彎液面。蒸發屏障178可配置成取決於分配動作而打開及閉合，從而在閉合時容納蒸發物，且然後打開而容許分配動作。可供應氣體基溶劑至噴嘴，來取代屏障裝置、或附加於屏障裝置。藉由充滿與製程流體彎液面接觸的空氣，製程流體的溶劑具有降低的機會從製程流體蒸發而留下較高濃度之固體。據此，如此之技術可在沒有實體接觸製程流體彎液面之機械部件的情況下，防止或減少彎液面處的蒸發。
本文中的系統包含若干操作狀態。一操作狀態係保持彎液面位置的操作狀態。在分配之前、或在閒置期間，利用來自彎液面位置感測器的回饋，狹長囊體係用以將製程流體彎液面維持於噴嘴或噴嘴區域內的特定位置處。另一操作狀態係分配流體的操作狀態。若製程流體彎液面不處於期望位置處，則使用囊體來將彎液面調整至定位。然後，囊體可以期望的速率將期望的製程流體容積分配至例如半導體晶圓的基板上，且然後停止分配操作，並將彎液面回吸至保持位置。注意到，在分配操作期間，沒有閥運作，亦即在製程流體過濾器的下游處沒有閥。另一操作狀態係再注入狹長囊體的操作狀態。閥(在過濾器的上游側)係打開的，以容許製程流體流入狹長囊體中。使狹長囊體膨脹，以再填充流體注入體積，並管理彎液面保持位置。當囊體已進行再填充，且不需要後續分配時，則可將閥閉合。
本文中的系統可基於像素移動而保持彎液面位置。當偵測大於(例如)5像素的像素移動時，系統可作出容積調整。據此，利用本文中的技術，可將彎液面保持於設定位置之+/-1毫米以內的特定保持位置處。本文中的系統可配置成在約1秒內分配約0.5ml。在一例示性再注入流程中，將閥打開，以容許製程流體流過過濾器及進入狹長囊體。可利用PID控制啟動分配單元容積控制馬達，以將彎液面維持於保持位置。當階段位置抵達再注入設定點時，可將閥152閉合。可在可選的延遲之後停止馬達，以容許額外的流體從過濾器分洩。然後，可使用比例控制器將彎液面定位於保持位置處。取決於系統參數及尺寸，經過濾之製程流體在囊體中的再注入可花費5-30秒。因此，本文中的系統可具有小於約20秒的基板循環時間。本文中的系統可提供具有高度可重複性、及約1毫米以內之彎液面控制的無閥分配系統。
用以保持彎液面位置的其他實施例包含將分配噴嘴及/或噴嘴區域配置成利用毛細管作用。毛細管作用可用以產生具有壓差的部分，而不使用囊體來移動製程流體。在一實施例中，實質壓差係藉由利用噴嘴中的特徵而產生於噴嘴範圍內。例如，篩板可定位於噴嘴內緊鄰噴嘴開口之前(或細密過濾器、篩網等)。以非限制性實施例為例，就利用導管(其具有約1mm的噴嘴開口)的光阻分配而言，可使用具有複數微米級開口的板件。在製程流體穿過篩件之後，製程流體可輕易地落在定位於噴嘴下方的基板上。在降低製程流體的壓力之後，製程流體被保持於篩件的導管側。然後，在製程流體能離開噴嘴前，需要具備臨界壓力以克服篩板的毛細管作用。據此，源自篩板的毛細管作用可將製程流體的彎液面保持於噴嘴區域內。
另一實施例可包含在緊鄰分配噴嘴之前使用縮窄的流體導管。當管路的直徑縮窄時，毛細管力增加，且液體及管路之間的粘著力可增加。因此，利用定位於分配噴嘴附近、或定位於緊接離開分配噴嘴前的縮窄開口，此部分中的流體粘著力可增加。若使製程流體導管中的製程流體壓力充分地降低，則已穿過此縮窄部分的製程流體被切斷並離開分配噴嘴，剩下的製程流體由於粘著力而被保持於縮窄導管內。然後需要大於零的某臨界壓力來重新啟動分配製程流體。否則，製程流體可能被保持於開放的分配噴嘴內，而不從分配噴嘴滴出。以非限制性範例為例，若製程流體導管具有1mm的直徑，且分配噴嘴具有0.8mm的直徑，則緊接分配噴嘴之前的導管的長度可具有約0.5mm的直徑。如此之實施例可在具有彎液面感測器或沒有彎液面感測器的情況下運作，且可在具有蒸發防止機構或沒有蒸發防止機構的情況下運作。
據此，本文中的實施例提供流體輸送系統。如此之系統可包含界定腔室的液壓外殼，該腔室具有定位於該腔室內的狹長囊體。狹長囊體從腔室的腔室入口開口延伸至腔室出口開口。腔室提供囊體膨脹限制部，其容許狹長囊體膨脹至預定容積，且防止狹長囊體膨脹超過預定容積。例如，套筒可定位於腔室內，或腔室本身可定尺寸成提供膨脹限制部。
狹長囊體定義在腔室入口開口與腔室出口開口之間呈線性的流體流動路徑。狹長囊體係配置成在腔室內橫向膨脹及橫向收縮，使得當狹長囊體容納製程流體時，狹長囊體內之製程流體的容積可增加且可減小。換言之，當製程流體流過流體輸送管線時，製程流體進入管狀囊體，該管狀囊體實質上維持層流，但可橫向膨脹，而產生較大的橫剖面面積，同時維持管狀形狀。諸多的膨脹機構可用於狹長囊體。一機構係由可伸縮之彈性材料選擇囊體。
腔室係配置成容納與狹長囊體之外表面接觸的液壓流體。液壓流體外殼包含與腔室流體連接的位移腔室。位移腔室包含可插入位移腔室且可從位移腔室縮回的位移構件。囊體腔室及位移腔室可選地可為相同腔室或容器。或者，其可為具有供液壓流體來回移動之一或更多流體導管的個別腔室。
系統包含配置成啟動容積控制系統的控制器，該容積控制系統藉由從位移腔室縮回位移構件的一部分而選擇性地降低狹長囊體上的液壓流體壓力，導致狹長囊體的膨脹。控制器係配置成啟動容積控制系統，該容積控制系統藉由將位移構件的一部分插入位移腔室中而選擇性地增加狹長囊體上的液壓流體壓力，導致狹長囊體的收縮。
一些實施例可包含位移構件係活塞的情形，該活塞具有大部分地或完全地填滿位移腔室之內直徑的直徑或橫剖面面積。換言之，位移構件可推動或拉動與活塞之一面接觸的實質上全部的液壓流體。在其他實施例中，位移構件係一桿部，其具有比位移腔室之內部高度更小的橫剖面高度。不同於在插入之處與位移腔室之整個內壁相接觸的位移構件，如此之桿部可類似於插入流體中且藉由進入(具有液壓流體之)腔室中的固體體積而使液體產生位移的銷。桿部的面/末端及軸部二者皆與液壓流體接觸，且因此，桿部的體積乃為致使液壓流體之位移者。其他實施例可使用活塞及桿部的組合，其可一致地或彼此獨立地移動，其中相較於桿部而言，活塞通常產生較大的液壓流體位移。然而，其他實施例可包含藉由致動器前後推動的伸縮囊或隔膜。
腔室可配置成使得液壓流體能夠圍繞狹長囊體。腔室可包含符合狹長囊體之形狀的剛性狹長套筒。在其他實施例中，腔室壁本身係定尺寸成符合囊體的形狀。此套筒可具有供液壓流體進出的複數開口。抗反衝機構可配置成施加足以增加位移構件之壓力響應的壓力至液壓流體。
容積控制系統係配置成回應來自製程流體感測器的輸入(例如，流速、彎液面位置等)。狹長囊體係由彈性材料組成。可使用能夠達成狹長囊體之膨脹及收縮的其他撓性材料。例如，可使用各種不同的塑膠。狹長囊體可具有圓形、橢圓形、或長圓形橫剖面形狀。利用長圓形橫剖面形狀可有利於利用平坦表面達成更好的變形能力。狹長囊體具有比橫剖面高度更大的長度。產業應用習知使用的囊體通常具有圓形或方形的形狀，作為多餘材料的容器。本文中的囊體係將尺寸及形狀定成類似於流體導管，以盡量地促進持續層流。利用足夠長的囊體，橫向膨脹可相對小，且仍提供足夠的容積增加，以收集一注入量的流體、保持彎液面位置、及分配所收集之注入量的流體。
另一實施例包含用於流體輸送的設備。液壓流體外殼界定具有腔室入口開口及腔室出口開口的腔室。狹長囊體係定位於該腔室內，且從腔室入口開口延伸至腔室出口開口。狹長囊體定義在腔室入口開口及腔室出口開口之間呈線性的流體流動路徑。狹長囊體係配置成在狹長囊體內容納製程流體，其與容納於腔室內的液壓流體隔開。狹長囊體係配置成在腔室內橫向膨脹及橫向收縮，使得當狹長囊體容納製程流體時，狹長囊體內之製程流體的容積可增加及減小。狹長囊體可具有比狹長囊體之橫剖面高度大至少四倍的長度。
囊體膨脹限制部係配置成容許狹長囊體在腔室內膨脹至預定容積，且防止狹長囊體膨脹超過預定橫向膨脹值。囊體膨脹限制部可為剛性的狹長套筒，其係定位於狹長囊體周圍，使得狹長套筒的內表面阻止狹長囊體膨脹超過套筒的內直徑。狹長套筒可界定一或更多開口，用於囊體膨脹限制部內之液壓流體的進出。或者，腔室壁、或其他線網、或其他實體限制部可用來限制膨脹。
腔室係配置成維持液壓流體與狹長囊體之外表面接觸。位移構件可插入腔室中，且可從腔室縮回。控制器係配置成啟動容積控制系統，該容積控制系統藉由從腔室縮回位移構件的一部分而選擇性地降低狹長囊體上的液壓流體壓力，導致狹長囊體的膨脹。控制器亦配置成啟動容積控制系統，該容積控制系統藉由將位移構件的一部分插入腔室中而選擇性地增加狹長囊體上的液壓流體壓力，導致狹長囊體的收縮。
在其他實施例中，控制器係構建且設置成使狹長囊體膨脹至比腔室入口開口之直徑更大的直徑，使得製程流體聚集於狹長囊體中。過濾器可經由流體入口導管而定位於腔室入口開口的上游處，其係定位成在製程流體進入狹長囊體之前以過濾速率來過濾製程流體。分配噴嘴可經由流體導管而定位於腔室出口開口的下游處。
因此提供高純度、高精確度的分配系統。
在前述說明內容中，已提出如處理系統之特定幾何結構、及其中所用諸多元件及製程之說明的特定細節。然而，吾人應理解，本文中之技術可在背離該等特定細節的其他實施例中實施、以及如此之細節係用於解釋且非限制的目的。本文中所揭露之實施例已參照隨附圖式加以描述。類似地，針對解釋的目的，已提出特定的數目、材料、及配置，以提供透徹的理解。然而，實施例可在沒有如此之特定細節的情形中實施。具有實質上相同功能性結構的元件係以相似參考符號表示，且由此可省略任何重複的描述。
各種不同的技術已描述為複數的分離操作，以幫助理解各種不同的實施例。描述的順序不應被視為暗示該等操作必須順序相依。實際上，該等操作不必以所呈現之順序執行。所描述之操作可按照不同於所述實施例的順序執行。在額外的實施例中，可執行諸多額外的操作、且/或可省略所述操作。
依據本發明，本文中所使用之「基板」或「目標基板」一般是指受處理的物體。基板可包含元件(特別是半導體或其他電子元件)的任何材料部分或結構，且舉例而言，可為基礎基板結構，如半導體晶圓、倍縮遮罩、或基礎基板結構上或覆蓋該基礎基板結構的覆層(如薄膜)。因此，基板不受限於任何特定的基礎結構、下方層或上方層、圖案化或非圖案化，反而基板被認為包含任何的如此之覆層或基礎結構、以及覆層及/或基礎結構的任何組合。描述內容可參照特定類型的基板，但其僅為說明性的目的。
熟習該領域技術者亦將理解，針對以上所解釋之技術的操作可作出諸多不同變化，而仍達成本發明之同樣的目標。如此之變化意在涵蓋於本揭露內容的範疇中。因此，本發明之實施例的前述內容不意圖為限制性。反而，對於本發明之實施例的任何限制係呈現於以下申請專利範圍中。
100‧‧‧分配單元105‧‧‧基板111‧‧‧液壓流體外殼113‧‧‧活塞桿部外殼114‧‧‧致動器115‧‧‧狹長囊體116‧‧‧腔室入口開口117‧‧‧腔室出口開口118‧‧‧排放閥119‧‧‧腔室124‧‧‧活塞125‧‧‧桿部126‧‧‧液壓流體127‧‧‧位移腔室128‧‧‧馬達129‧‧‧抗反衝機構137‧‧‧分配噴嘴138‧‧‧彎液面感測器142‧‧‧控制器145‧‧‧囊體膨脹限制部148‧‧‧DIN軌道安裝部150‧‧‧製程流體源152‧‧‧閥154‧‧‧過濾器167‧‧‧光源168‧‧‧電子光感測器169‧‧‧彎液面位置171‧‧‧部分172‧‧‧部分177‧‧‧溶劑氣體供應器178‧‧‧蒸發屏障
參照以下連同隨附圖式一併考量的實施方式，對本發明之諸多實施例及其許多伴隨優點的較完整認知將變得顯而易見。該等圖式未必按比例繪製，而是要強調說明特徵、原理、及概念。
圖1為如本文中所述之基於囊體之分配單元的立體圖。
圖2為如本文中所述之基於囊體之分配單元的側視圖。
圖3為如本文中所述之基於囊體之分配單元的正面圖。
圖4為如本文中所述之基於囊體之分配單元的橫剖面側視圖。
圖5為如本文中所述之基於囊體之分配單元的橫剖面側視圖。
圖6為如本文中所述之基於囊體之分配單元的橫剖面示意側視圖。
圖7為如本文中所述之基於囊體之分配單元的橫剖面示意側視圖。
圖8為如本文中所述之基於囊體之分配單元的橫剖面示意側視圖。
圖9為如本文中所述之基於囊體之分配單元的橫剖面示意側視圖。
圖10為如本文中所述之分配系統的示意圖。
圖11為如本文中所述之噴嘴及彎液面感測器(meniscus sensor)的橫剖面示意圖。
圖12為如本文中所述之噴嘴及彎液面感測器的橫剖面示意圖。
100‧‧‧分配單元
111‧‧‧液壓流體外殼
113‧‧‧活塞桿部外殼
114‧‧‧致動器
116‧‧‧腔室入口開口

Claims (14)

  1. 一種流體輸送設備，該設備包含：一液壓流體外殼，其界定具有一狹長囊體的一腔室，該狹長囊體係定位於該腔室內，該狹長囊體從一腔室入口開口延伸至一腔室出口開口，該腔室包含一囊體膨脹限制部，其容許該狹長囊體膨脹至比該腔室的容積小的一預定容積且防止該狹長囊體膨脹超過該預定容積，該囊體膨脹限制部跨展該曩體的一長度且在其壁上包括複數個穿孔以允許液壓流體進出該囊體膨脹限制部的流動；該狹長囊體定義一流體流動路徑，該流體流動路徑在該腔室入口開口及該腔室出口開口之間呈線性，該狹長囊體係配置成在該腔室內橫向膨脹及橫向收縮，使得當該狹長囊體容納製程流體時，該狹長囊體內之該製程流體的容積可增加及減小；該腔室係配置成容納與該狹長囊體之一外表面接觸的液壓流體；該液壓流體外殼包含與該腔室呈流體連接的一位移腔室，該位移腔室包含可插入該位移腔室中且可從該位移腔室縮回的一位移構件；以及一控制器，其係配置成啟動一容積控制系統而藉由從該位移腔室縮回該位移構件的一部分而選擇性地降低該狹長囊體上的液壓流體壓力，導致該狹長囊體的膨脹，該控制器係配置成啟動該容積控制系統而藉由將該位移構件的一部分插入該位移腔室中而選擇性地增加該狹長囊體上的液壓流體壓力，導致該狹長囊體的收縮，其中該囊體膨脹限制部係一狹長套筒，其為剛性且定位於該狹長囊體周圍，且 該狹長套筒界定供該囊體膨脹限制部內之液壓流體之進出的一或更多開口。
  2. 如申請專利範圍第1項之流體輸送設備，其中該位移構件包含一活塞，該活塞具有填滿該位移腔室之內直徑的一活塞直徑。
  3. 如申請專利範圍第1項之流體輸送設備，其中該位移構件係一桿部，該桿部具有比該位移腔室之內部高度的一半更小的一橫剖面高度。
  4. 如申請專利範圍第3項之流體輸送設備，其中該位移構件更包含一桿部及一活塞，該桿部及活塞係配置成獨立於彼此移動，相較於該桿部，該活塞導致該液壓流體之更大的位移。
  5. 如申請專利範圍第1項之流體輸送設備，更包含一抗反衝機構，其係配置成施加壓力至一致動器，以增加該位移構件的壓力響應。
  6. 如申請專利範圍第1項之流體輸送設備，其中該狹長囊體係由彈性材料構成。
  7. 一種流體輸送設備，該設備包含：一液壓流體外殼，其界定具有一腔室入口開口及一腔室出口開口的一腔室；一狹長囊體，其係定位於該腔室內且從該腔室入口開口延伸至該腔室出口開口，該狹長囊體定義一流體流動路徑，該流體流動路徑在該腔室入口開口及該腔室出口開口之間呈線性，該狹長囊體係配置成在該狹長囊體內容納製程流體，其與容納於該腔室內的液壓流體隔開，該狹長囊體係配置成在該腔室內橫向膨脹及橫向收縮，使得當該狹長囊體容納製程流體時，該狹長囊體內之該製程流體的容積可增加及減小； 一囊體膨脹限制部，其係配置成容許該狹長囊體在該腔室內膨脹至一預定容積且防止該狹長囊體膨脹超過一預定橫向膨脹值，該腔室係配置成維持液壓流體與該狹長囊體之外表面接觸；一位移構件，其可插入該腔室中且可從該腔室縮回；以及一控制器，其係配置成啟動一容積控制系統而藉由從該腔室縮回該位移構件的一部分而選擇性地降低該狹長囊體上的液壓流體壓力，導致該狹長囊體的膨脹，該控制器係配置成啟動該容積控制系統而藉由將該位移構件的一部分插入該腔室中而選擇性地增加該狹長囊體上的液壓流體壓力，導致該狹長囊體的收縮，其中該位移構件係具有一橫剖面高度的一桿部，且其中該位移構件更包含一活塞，該桿部及活塞係配置成獨立於彼此移動，相較於該桿部，該活塞導致該液壓流體之更大的位移。
  8. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，更包含一抗反衝機構，其係配置成施加足以增加該位移構件之壓力響應的壓力至一致動器。
  9. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，其中該容積控制系統係配置成回應來自感測器的輸入，該感測器量測該設備內之該製程流體的流速。
  10. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，其中該囊體膨脹限制部係一狹長套筒，其為剛性且定位於該狹長囊體周圍，使得該狹長套筒的內表面防止該狹長囊體膨脹超過該狹長套筒的內直徑，其中該狹長套筒界定供該囊體膨脹限制部內之液壓流體之進出的一或更多開口。
  11. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，其中該囊體膨脹限制部係由該腔室的腔室壁構成，其中該腔室係定尺寸且配置成為一狹長腔室，該狹長囊體係定位於該狹長腔室內。
  12. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，其中該控制器係構建且設置成使該狹長囊體膨脹至比該腔室入口開口之直徑更大的一直徑，使得製程流體聚集於該狹長囊體中。
  13. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，更包含：一過濾器，其係經由一流體入口導管定位於該腔室入口開口的上游處，其係定位成在該製程流體進入該狹長囊體之前以一過濾速率過濾該製程流體；及一分配噴嘴，其係經由一流體導管定位於該腔室出口開口的下游處。
  14. 如申請專利範圍第7項之流體輸送設備，其中該狹長囊體具有比該狹長囊體之一橫剖面高度大至少四倍的長度。
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