专利名称：用于确定流体分配的可接受性的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监测流体分配的整体性和定时的方法和系统。更特别地，本发明涉及一种用于实时监测液体分配的整体性的方法和系统。
背景技术：
许多工业要求以前后一致的速度在高度可重复的时间段内输送精确体积的液体。另外，在输送结束时，将进行随后的加工，其相对于输送的定时对于工艺的前后一致性和产品的一致性是很重要的。例如，将精确体积的光阻成分输送到硅晶片基体上，从而在晶片上形成厚度一致的光阻材料层。在流体输送后高速旋转晶片，从而将液体均匀地分布到晶片上。对于精确的体积、分配持续时间以及输送速度的要求必须由这样一种装置来实现，它能够以前后一致的输送速度在长时间内一个高度可重复的时间段内重复输送相同体积的液体。
由于半导体工业期望使用亚微米技术，光阻材料和低介电液体成分对于提高微处理器和存储装置的性能变得越来越重要。为了降低制造成本和减少光阻材料废品，将分配的是低分配量的液体光阻材料和低粘度液体。将这些液体涂覆在晶片上要求晶片的厚度以及晶片与晶片的厚度均匀。为了获得所需的均匀性以及由这些流体形成薄膜的高产量，分配到晶片上的流体动态和定时是很重要的。例如，由于分配嘴或管中液滴或气泡所导致的断流的流体会冲击晶片，这是造成影响由流体形成薄膜的均匀性这种晶片缺陷的通常原因。增加的缺陷会导致生产成本不期望地增加。
分配到晶片上的流体通过以与流体分配相同的低速旋转晶片而形成均匀的薄膜，然后将旋转速度提高，一个所谓旋转提速的步骤，到达最终旋转速度，从而均匀地将液体分配到晶片上并使光阻材料或低K介电溶剂蒸发。晶片处于最终旋转速度的时间对于可复制地形成厚的均匀涂层很重要。知道从液体离开喷嘴而结束流体分配，到最终旋转提速之间的时间对于控制晶片以便以高旋的转速度旋转因而影响涂覆均匀性是很重要的。各种变量对于涂覆均匀性的重要性由Daughton和Givens在J.Electrochem.Soc.(1992年)第129卷第173页中进行了描述。
在PCT申请号98/00736中提出了提供一种电子雨量计。提供一个容器用于收集雨水并通过一小孔将收集到的雨水转化成具有限定体积的液滴。通过对来自收集器的液滴进行读数来确定雨量。这是通过光发射器和光接收器对来完成的，当液滴经过发射器和接收器之间时，产生一电压变化或脉冲。通过对电压脉冲进行计数并乘以液滴的体积，可确定降水的总量。没有提供装置用于监测液滴的形状、离开装置的时间，也没有提供装置用于检测液滴的不规则性和形状，或者将来自发射器传感器对的输出信号作为输入信号集合到晶片旋转涂覆器或流体分配泵。相反，当监测向硅晶片上分配流体时，必须提供一个装置用于以这样的方式监测分配，即能够确定是以前后一致的方式向每个晶片进行分配的，包括分配时间、分配流体的形状，并确定分配体积。这个要求使得必须监测流体分配的形状和时间，因而能够基本上在延长的时间段内将从流体与基体之间初始接触、中间接触直到最终接触的过程中向基体涂覆流体的速度复制。
因此需要提供一种方法和系统用于监测以可重复的速度、流体动态、体积以及输送间隔来输送精确量的液体。另外，还需要提供这样一种方法和系统，能够在实时基础上监测在生产线上的延长时间内以可重复的速度输送精确体积的液体，并用该信息进行控制。
发明内容
根据本发明，形成一从喷嘴分配出液体的动态的时间依赖轮廓，并进行分析。然后将这样产生的轮廓与一在时间、体积和轮廓上和一令人满意的液体分配相关的标准轮廓进行对比。当认为产生的轮廓在体积、定时和形状上令人满意时，继续对分配到基体如硅晶片上的液体进行进一步的加工，从而对涂覆液体的基体作进一步处理。在流体从中分配的喷嘴下面安装有一个光发生器和一光检测器，该光发生器和光检测器定位在液体分配流动路径的相对侧。可以理解，也可以将来自发生器的其它形式的能量，包括但不限于热能，声能和其它类型的电磁能，与适当的检测器结合使用。也可以将由样品自身发出的热能作为用于适当检测器的能量源。尽管将作为本发明说明的一个例子使用光能，但可以理解，可以互换地使用其它类型的能量和传感器。
在分配过程中，液流将吸收或散射一些来自光发生器的光，而由液体传递或散射的光由检测器收集。不论是被吸收还是散射，由液流传递的光量取决于从流体分配喷嘴发出的给定液流的直径和连续性。当流体分配速度改变或停止时，液流的直径减小和断开，到达检测器的光量增加。通过记录在经过一段时间后收集的光量并将测量值转换成适当的电信号，获得了分配的时间依赖轮廓、流体动态。然后将该信号与事先产生的用于令人满意液体分配的标准信号进行对比，以确定用于其期望用途的分配的可接受性。可替换地，由传感器获得的信号可用于确定分配的定时及分配的结束，并用于开始随后的流体加工步骤，如旋转提速或将降低了的压力施加到腔室中。
根据本发明，提供了一种方法和系统，用于监测流体分配的光或能量传递特性，并将监测到的特性与一事先产生的标准分配进行对比，以确定流体分配对于特殊用途如基体上的涂层是否令人满意。该系统还提供了一种手段，用于确定最后的流体离开分配喷嘴的时间，并用所提供的信号起动随后的加工步骤。流体从喷嘴分配出来，经过分别包括一个能量发射器和一个能量检测器的检测器组。例如，来自发射器的光子穿过流体分配器，穿过流体分配器传递的光子由检测器检测。然后将经过一段时间后光子传递相关程度的图形与标准图形进行对比，以确定分配是否令人满意。全部体积的分配都暴露给所发射的光子，因而图形代表了整个分配。当认为分配令人满意时，允许使用分配的涂覆过程如旋转提速等，继续进行。当认为分配不令人满意时，从进一步加工中去除分配的物体。例如，当用光阻材料或低K介电或其它材料对硅晶片进行涂覆时，从进一步加工中去除用不令人满意的分配涂覆的晶片，并通过例如溶剂萃取而从中去除分配流体。该例子中，通过允许回收不可接受的未处理晶片而实现了相当大的经济上的节省，而如果进一步加工，如对已涂覆晶片进行了不令人满意的光学加工，则这些晶片将会变成不可接受。
本发明的另一实施例测量由基体通过分别包括一个能量发射器和一个能量检测器的至少一个检测器组反射或散射的能量。来自发射器的能量打击分配到基体上的流体，而由分配到基体上的流体反射的能量由检测器检测。将经过一段时间后能量散射相关程度的图形与标准图形进行对比，以确定分配是否令人满意。晶片暴露于所发射的能量，因而散射或反射能量的图形代表了向晶片的整个分配。
附图描述
图1是一示意图，表示本发明的系统。
图2表示由本发明的系统所测量的令人满意的分配。
图3表示由本发明的系统所测量的不令人满意的分配。
图4a是由本发明的系统产生的信号输出的图表，代表根据本发明所识别的不令人满意的分配。
图4b是由本发明的系统产生的信号输出的图表，代表根据本发明所识别的令人满意的分配。
图5是用于将通过分配传递的所检测到的光转换成分配光传递特性的实时图表。
图6表示如由本发明系统测量的在0.25到3秒的时间内一适当分配的例子。
图7是由本发明的系统所测量的不令人满意的分配的例子。
图8是一图表，用于确定本发明系统确定不同分配持续时间的敏感性。
具体实施例方式
令人满意的流体分配是由单个分散体积的流体，而不是由多个分散体积的流体形成的。当分配多个分散流体体积时，在基体上产生的涂层的特征是与由单个分散流体体积产生的均匀涂层相比，厚度或条纹更加可变。因此由穿过传感装置的单个分散体积的流体产生的信号响应的特征在于，在光子发射器与光子接收器之间没有设置流体的起始测量点与在光子发射器与光子接收器之间没有设置流体的最终测量点之间是一平滑的曲线。相反，由多个分散流体体积产生的曲线的特征在于，在分散流体体积之间不存在流体或者存在很少流体的时间段内有至少一个高峰或低谷。当直接测量能量传递时获得高峰，而当测量光子传递反面时获得低谷。
可使用一个或多个能量检测器。当使用沿流体分配路径彼此间隔开定位的多个检测器组时，可使用两个或三个检测器组来提供用于校验初始测量的装置。可替换地，可环绕流体分配喷嘴对检测器和发射器组确定位置和角度，使检测器测量由分配体积或由涂有一部分流体的基体反射或散射的能量。
参照图1，本发明的系统包括一与一流体容器(未示出)联接的喷嘴10，该容器中的流体将以常规方式(如用适当的常规阀调节通过重力、向流体施加压力、泵压流体等)从喷嘴分配出。所分配的流体12例如通过重力在一第一检测器组14与一能量检测器18之间经过，该第一检测器组14包括一能量发射器，如红外或可见光发射二极管或声波发生器，该能量检测器18如光敏晶体管，光敏电阻，热电堆，电荷耦合装置，或扩音器。检测器18电联接到一常规信号处理器20上，该信号处理器20能够产生在一段时间内的能量传递或者由所分配流体吸收的能量的图表。
一由一能量发射器24和能量检测器26所构成的第二发射器和检测器组22位于第一检测器组14下游。能量检测器26电联接到该常规信号处理器20上，该信号处理器20能够产生在经过一段时间后光子传递或者由所分配流体30吸收的光子的第二个图表。
参照图2，示出一令人满意的分配，包括一在光子发射器16和光子检测器18之间经过的单个分散体积32。该令人满意的分配使信号处理器20产生一图4b中所示的曲线34。曲线34，在由检测器18进行的发射器16和检测器18之间没有分配的初始测量点36与在发射器16和检测器18之间没有分配的最终测量点38之间，并没有尖峰或低谷。
参照图3，示出一不令人满意的分配，包括多个在发射器16和光子检测器18之间经过的分散体积31、33和35。该不令人满意的分配使信号处理器20产生一图4a中所示的曲线40。曲线40，在由检测器18进行的发射器16和检测器18之间没有分配的初始测量点36与由检测器18进行的在发射器16和检测器18之间没有分配的最终测量点38之间，包括尖峰42和44。该尖峰42和44包含当分散体积33和31分别经过发射器16和检测器18之间时的测量。
参照图5，示出一处理器和信号处理设备的示意性图表，该处理器能够检测来自传感器的信号，将信号处理成适当的形式，将信号与一标准分配进行比较，该信号处理设备在比较结果的基础上采取措施。
例1构造了一个用于传感流体分配的光发射器和光检测器对。一Tandy零件号码为276-142的发射器检测器对与连接到发射器和传感器引线上的468欧姆电阻联接。发射器的峰值波长是915纳米。发射器和传感器以0.8厘米切割和分离并安装在一试验电路板上。该装置尺寸是2”×2”。受监测的液体从一Millipore’s IntelligenTM泵中分配出来。液体中含有溶解在乳酸乙酯基溶剂中的光阻材料。
光阻材料由泵分配穿过安装在试验板上的传感器和发射器对，并收集在电子秤上一个50毫升烧瓶中。在每次分配后测量所分配液体与前次分配的质量差。用Kipp和Zonen条带记录仪对来自传感器的0-5伏输出进行测量，图形速度设定为20毫米/秒。
图6示出由本发明中所述的系统测量的所需光阻材料的分配。传感器响应显示在0.25至3秒持续时间范围内的分配。
图7示出一不期望的分配，包含不规律的液流，之后是不期望分配的多个液滴特性。图6与图7的对比提供了手段用于确定与图6中相比，图7中所示的分配在形状和定时上是不可接受的。
图8是相对于分配时间画出的图6中不同分配的图表。该数据的最小平方回归显示，在1标准差置信区间(1sigma Confidence Interval)中，例1中本发明的系统能够区分33微秒以内的不同分配的持续时间。
可以理解，这些是所述本发明系统的例子。对于本领域技术人员来讲，对系统进行改进，包括但不限于高速定时设备和其它传感器，是显而易见的。
权利要求
1.用于确定流体分配的可接受性的方法，包括提供一个分配器，用于从一容纳流体的容器中分配包含上述流体分配的分散体积的流体，并从该容器穿过该分配器分配分散流体体积，用来自发射器的能量照明上述分散体积的流体，对由上述分散体积液体传递的能量进行检测，以识别上述流体分配的轮廓，及将上述轮廓与一事先识别的标准轮廓进行对比，以确定上述流体分配的可接受性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过对由上述分散体积液体传递的能量进行检测来确定来自分配装置的流体开始流动的时间以及何时停止。
3.用于确定流体分配的可接受性的系统，包括一个分配器，用于从一容纳流体的容器中分配分散体积的流体，一个或多个用能量照明上述分散体积流体的能量源，一个或多个传感器，用于对由上述分散体积液体传递的能量进行检测，以识别上述流体分配的轮廓，及用于将上述轮廓与一事先识别的轮廓进行对比，以确定上述流体分配的可接受性的装置。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，利用对由上述分散体积液体传递的能量进行检测的传感器来确定来自分配装置的流体开始流动的时间以及何时停止。
5.如权利要求1所述的方法，其中，上述照明和检测步骤至少进行两次。
6.如权利要求1所述的方法，其中，上述照明和检测步骤是通过测量由流体分配到其上的表面所反射的能量而完成的。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该一个或多个能量源是用于照明的能量源，该一个或多个传感器是用于检测的传感器。
8.在一用于修正的第二工序中确定对基体进行涂覆的流体分配的可接受性的方法，包括下列步骤从一容纳流体的容器中将包含上述流体的分散体积的流体分配到上述基体上，用来自发射器的能量照明上述分散体积的流体，对由上述分散体积液体传递的能量进行检测，以识别上述流体分配的轮廓，及将上述轮廓以及分配的定时与一事先识别的标准轮廓或响应输出进行对比，以确定上述流体分配和分配定时的可接受性，及当确定流体分配不可接受时从上述第二工序中去除上述基体。
9.如权利要求8所述的方法，其中，上述照明和检测步骤至少进行两次。
10.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该一个或多个能量源是从包括下列各项的组中选择的热能，声能和电磁能。
11.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该一个或多个能量源是光。
12.如权利要求1所述的方法，其中，该一个或多个能量源是从包括下列各项的组中选择的热能，声能和电磁能。
13.如权利要求1所述的方法，其中，该一个或多个能量源是光。
14.如权利要求8所述的方法，其中，该一个或多个能量源是从包括下列各项的组中选择的热能，声能和电磁能。
15.如权利要求8所述的方法，其中，该一个或多个能量源是光。
16.如权利要求1所述的方法，其中，该轮廓用于确定分配停止的时间，并用于控制分配系统上的一个或多个止吸回动阀。
17.如权利要求1所述的方法，其中，该轮廓用于确定分配停止的时间，并用于控制系统的一旋转芯轴。
18.如权利要求1所述的方法，其中，该轮廓用于确定分配停止的时间，并用于控制由分配系统进行随后分配的定时。
19.如权利要求3所述的系统，其特征在于，探测由上述所分配的分散体积流体从上述能量源所收集的能量的传感器，用于确定流体开始从分配装置流出的时间以及何时停止。
20.如权利要求3所述的系统，其特征在于，来自传感器的轮廓表示流体分配的结束，并用于控制系统的一个或多个回吸阀和旋转芯轴，以及随后分配的定时。
21.如权利要求3所述的系统，其特征在于，来自传感器的轮廓表示流体分配的结束，并用于控制系统的旋转芯轴。
22.如权利要求3所述的系统，其特征在于，来自传感器的轮廓表示流体分配的结束，并用于控制随后分配的定时。
全文摘要
一种用于确定流体分配的可接受性的方法和系统，如用于确定涂覆基体的分散体积的液体(30)的可接受性。流体分配暴露于一能量源(16，24)，对由流体分配传递的能量进行检测，以确定流体分配的形状。将流体分配形状和分配开始和结束的定时与事先产生的标准分配轮廓进行对比，用于确定流体分配的形状和/或定时的可接受性。来自传感器(18，26)的输出用于控制对基体的进一步加工。
文档编号G01F11/00GK1454121SQ00819648
公开日2003年11月5日 申请日期2000年6月19日 优先权日2000年6月19日
发明者约翰·E·皮利恩, 罗伯特·F·麦克洛克林, 徐介华 申请人:迈克里斯公司