实时监控光刻过程所用组合物的系统和方法

摘要

本发明公开了监控光刻过程所用多组分组合物的系统和方法，该光刻过程用于制造半导体器件、液晶显示设备等等，该组合物如光刻胶、剥离剂、显影剂、蚀刻剂、稀释剂、漂洗剂/清洁剂和蚀刻边胶清除剂。所述系统包括：组合物循环装置，其用于从贮存光刻过程所用组合物的储罐中抽取所述组合物，并将所抽取的组合物通过流动池循环回所述储罐；组合物分析装置，其用于测量流经所述流动池的组合物的吸光度，并从所测得的吸光度计算该组合物的至少一种组分的浓度；组分供应装置，其用于在某些组分的浓度低于预定水平时向所述储罐提供所缺乏的组分；及控制装置，其用于根据所述吸光度对所述组分供应装置进行控制，以调节所述组合物的每种组分的浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及应用近红外光谱仪实时监控光刻过程所用组合物的系统和方法。更特别地，本发明涉及应用近红外光谱仪实时(在线)自动监控诸如光刻胶、剥离剂(stripper)、显影剂、蚀刻剂、稀释剂、漂洗剂/清洁剂和EBR(蚀刻边胶清除剂)的多组分组合物的系统和方法，其中所述组合物用于半导体器件、液晶显示设备(LCD)等的生产中的光刻过程。

背景技术

诸如光刻胶、剥离液、显影液、蚀刻剂、稀释剂、漂洗液/清洁剂和EBR(蚀刻边胶清除剂)等的组合物是用于半导体器件、LCD设备等生产中的光刻过程的常规试剂。该组合物包含各种组分，例如有机溶剂、光刻胶组分、水、酸性组分、碱性组分等等。用于分析所述组合物组分的常规设备有滴定仪(titroprocessor)、离子色谱仪、气相色谱仪、毛细管离子分析仪、水分计、UV-Vis光谱仪、拉曼光谱仪等等。然而，使用常规设备分析所述组合物的各种组分通常需要花费较长时间。为了减少分析各种组分所需的时间，可同时使用超过两台设备。然而，即使这样，也无法充分实现每种组分的实时分析，因而难以提高分析的时间效率。此外，当采用常规设备分析所述组合物时，难以避免出问题。

为了克服这些缺陷，研究者开发了使用在线分析设备的方法。然而，现有的在线分析设备仅能实现自动采样，因此不能充分降低分析所需的时间，且不能实时并同时分析所述的各种组分。即，不能实时获取被分析组合物的全部信息，而这些信息是处理或监控光刻过程所用组合物时所必须的。因此，需要一种实时分析方法，其可对半导体和LCD设备生产中光刻过程所用组合物的组分进行实时分析，且可监控所述组合物的使用期限，并管理和循环所述组合物。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种使用近红外光谱仪实时监控光刻过程所用组合物的系统和方法，其中所述近红外光谱仪可分析和控制光刻过程所用的诸如光刻胶、剥离剂、显影剂、蚀刻剂、稀释剂、漂洗剂/清洁剂和EBR(蚀刻边胶清除剂)的组合物的组分，例如有机溶剂、光刻胶组分、水、酸性组分、碱性组分。

本发明的另一目的是提供一种监控光刻过程所用组合物的系统和方法，其可很容易地进行光刻过程所用多组分组合物的取样。

本发明的再一目的是提供一种监控光刻过程所用组合物的系统和方法，其可根据所需组合物的性质用泵或真空系统转移或添加该组合物，从而提高该过程的效率。

本发明的再一目的是提供一种监控光刻过程所用组合物的系统和方法，其可在不引起所述组合物组分的任何变化或降解的条件下对该多组分组合物进行分析，且可对被分析的组合物进行再利用或再循环，并降低废水的产生量。

为实现这些及其它目的，本发明提供一种实时监控光刻过程所用组合物的系统，包括：组合物循环装置，其用于从贮存光刻过程所用组合物的储罐中抽取所述组合物，并将所抽取的组合物通过流动池循环回所述储罐；组合物分析装置，其用于测量流经所述流动池的所述组合物的吸光度，并从所测得的吸光度计算所述组合物的至少一种组分的浓度；组分供应装置，其用于在欠缺组分的浓度低于指定水平时向所述储罐提供所欠缺的组分；及控制装置，其用于根据所述吸光度对所述组分供应装置进行控制，以调节所述组合物的每种组分的浓度。

本发明提供一种实时监控光刻过程所用组合物的方法，包括如下步骤：将储罐中用于光刻过程的组合物转移至处于减压状态的转移容器中；通过向所述转移容器中注入惰性气体将位于该转移容器中的所述组合物转移至流动池；当所述组合物流经所述流动池时，通过测量该组合物的吸光度来测量该组合物的至少一种组分的浓度；将该组合物从所述流动池循环回所述储罐；将所述组合物中欠缺的组分转移至附加罐中；及将附加罐中的所述欠缺组分供应给所述储罐。

附图的简要说明

通过参考以下附图，可以更全面地理解本发明及其具有的优点，其中：

图1.是组合物循环装置的示意图，根据本发明的实施方案其应用在通过近红外光谱仪实时监控光刻过程所用组合物的系统中；

图2.是组合物分析装置和控制装置的示意图，根据本发明的实施方案其应用在组合物监控系统中

图3.所示为组合物循环装置、组合物分析装置和控制装置的操作的流程图，其中根据本发明的实施方案上述装置应用在组合物监控系统中；

图4.是组分供应装置的示意图，根据本发明的实施方案其应用在组合物监控系统中；

图5.所示为组分供应装置的操作的流程图，根据本发明的实施方案该装置应用在组合物监控系统中；

具体实施方式

下面参考附图，对本发明的优选实施方案进行具体说明。

本发明的实时监控光刻过程所用组合物的系统包括：i)组合物循环装置，ii)组合物分析装置，iii)组分供应装置及iv)控制装置。图1为本发明实施方案的组合物循环装置的示意图。如图1所示，所述组合物循环装置包括第一自动阀V1，其安装在贮存光刻过程所用组合物的储罐10上，并用于从储罐10中抽取所述组合物；转移容器30，其用于接收通过第一自动阀V1从储罐10中抽取的组合物，并将所接收的组合物转移至流动池70；及用于对转移容器30进行抽真空的真空储蓄器50。对真空储蓄器50抽真空或向其提供诸如氮气的惰性气体。当真空储蓄器50被抽真空时，所述组合物从储罐10供应给转移容器30。当向真空储蓄器50供应惰性气体时，由于惰性气体的压力使所述组合物从转移容器30转移至流动池70中，然后流动池70中已分析的组合物通过第六自动阀V6被循环回储罐10中。

所述组合物循环装置还可包括抽真空装置40，其根据第二自动阀V2的控制接收和排出空气，从而对真空储蓄器50进行抽真空。可通过安装在第二自动阀V2和抽真空装置40之间的第一调节器R1来调节注入抽真空装置40的空气量。此外，所述组合物循环装置还可包括与真空储蓄器50相连的排放转移罐60，其用于当注入转移容器30的所述组合物过量时，接收从转移容器30中溢流出的所述组合物，同时还可包括用于控制组合物流入排放转移罐60的第四自动阀V4，用于控制组合物从排放转移罐60排出的第五自动阀V5，用于向真空储蓄器50注入惰性气体(氮气)的第三自动阀V3，及用于控制注入真空储蓄器50的惰性气体量的第二调节器R2。

图2是所述组合物分析装置和控制装置的示意图。如图2所示，ii)所述组合物分析装置包括供待测组合物从其中流过的所述流动池70，用于使光照射到所述组合物使得可测量其吸光度的光纤12，及用于测量所述组合物吸光度的近红外光谱仪80。当组合物从转移容器30转移到流动池70中时，来自近红外光谱仪80的光通过光纤12照射到所述组合物。近红外光谱仪80测量流经流动池70的组合物的吸光度，并从所测得的吸光度计算该组合物的至少一种组分的浓度，随后将所得的浓度相关信息传输至控制装置100。控制装置100通过输出单元90将所述组分浓度相关信息与来自罐控制装置15的所述组合物的状态信息(如“使用时间”和“光刻过程的使用号”)一起输出。控制装置100还根据对所述组合物的分析结果控制所述组分供应装置对所述组合物的每一组分的浓度进行调节。

下面参考附图3对i)所述组合物循环装置，ii)所述组合物分析装置和iv)所述控制装置的操作进行说明。如图3所示，为了转移并分析储罐10中的组合物，首先，由罐控制装置15将所述组合物的状态相关信息(如“使用时间”和“光刻过程的使用号”)传送到控制装置100(S10)。然后，开启与当前使用的储罐10相连的第一自动阀V1及与抽真空装置40相连的第二自动阀V2(S12)。当第二自动阀V2被开启后，抽真空装置40被抽真空，而真空储蓄器50和转移容器30中的压力下降，因而使储罐10中的所述组合物通过第一自动阀V1转移至减压状态的转移容器30(S14)。此时，可通过控制与空气注入端相连的第一调节器R1来控制注入的空气量，从而调节抽真空装置40的真空度。根据所述真空度，所述组合物转移至转移容器30的速度可快可慢。当注入转移容器30的所述组合物过量时，可通过同时开启第二和第四自动阀V2、V4将过量的组合物从其中排出至排放转移罐60。当所述过量的组合物被注入排放转移罐60时，传感器(图中未示出)检测到这种状态，第三、第四和第五自动阀V3、V4、V5开启，并注入氮气。因此，排放转移罐60中的组合物被氮气的压力排出。

当所述组合物从储罐10转移至转移容器30时，转移容器30中的最低水平传感器和低水平传感器先后运作。当所述组合物持续进入转移容器30时，高水平传感器运作(S16)，同时第一、第二和第四自动阀V1、V2、V4关闭(S18)。然后，第三和第六自动阀V3、V6开启(S20)，此时通过注入转移容器30的氮气的压力使转移容器30中的组合物进入流动池70(S22)，同时转移至流动池70的组合物通过第六自动阀V6循环回储罐10。在此过程中，可使用安装在氮气注入端的调节器R2控制注入的氮气量，从而调节所述组合物循环回储罐10的流率。当转移容器30的低水平传感器停止检测(S24)，第三和第六自动阀V3、V6关闭以阻止所述组合物的流动(S26)。转移容器30中设置最高水平传感器和最低水平传感器是用来应对所述高水平传感器和低水平传感器操作失败的情况。如上所述，当储罐10中的组合物流经流动池70时，使用近红外光谱仪80测量所述组合物的至少一种组分的浓度(S28)，同时通过输出单元90输出所测得的组分浓度及所述组合物的状态(S30)。

图4是本发明实施方案的系统所采用的组分供应装置的示意图。所述组分供应装置用于在被检测的组合物的至少一种组分的浓度低于预定水平时，从其它罐中向储罐10提供额外的溶液或欠缺的组分。如图4所示，iii)所述组分供应装置包括一个或多个自动阀V11、V12，一个或多个附加罐130、140，其用于暂时贮存通过自动阀V11、V12注入的所述组合物并将所贮存的组合物提供给储罐10，以及用于对附加罐130、140抽真空的真空储蓄器180。对真空储蓄器180抽真空，或者向其供应诸如氮气的惰性气体。当真空储蓄器180被抽真空时，从独立的原料罐(图中未示出)向附加罐130、140提供所述的欠缺组合物或组分。当向真空储蓄器180供应氮气时，在氮气压力的作用下所述待添加的组合物或组分从附加罐130、140转移至储罐10。

所述组分供应装置还可包括用于对真空储蓄器180进行抽真空的抽真空装置170，通过控制第七自动阀V7可向其中注入空气或将空气从其中排出。通过调节安装在第七自动阀V7和抽真空装置170之间的第三调节器R3可控制注入抽真空装置170的空气量。此外，所述组分供应装置还可包括与真空储蓄器180相连的排放转移罐190，其用于在注入附加罐130、140的组合物过量时贮存从附加罐130、140溢流出的组合物，用于控制所述过量的组合物注入排放转移罐190的第九自动阀V9，用于控制所述组合物从排放转移罐190排出的第十自动阀V10，用于向真空储蓄器180注入惰性气体(例如氮气)的第八自动阀V8，以及用于控制注入真空储蓄器180的氮气量的第四、第五和第六调节器R4、R5、R6。在附加罐130、140的末端，可安装用于将附加罐130、140中的组合物或组分提供给储罐10的不同自动阀V13-V17。此外，还可设置用于混合附加罐130、140中组分的管路混合器160，及用于贮存所述混合溶液的混合罐150。

下面参考附图5对所述组分供应装置的操作进行说明。例如，当所述组合物的两种组分浓度低于其各自预定的水平时(S50)，第十一和第十二自动阀V11、V12开启(S52)，从而使所述的欠缺组分转移至附加罐130、140(S54)。当注入所述的欠缺组分至附加罐130、140的高水平传感器运作时(S56)，第十一、第十二和第七自动阀V11、V12、V7关闭(S58)。第八自动阀V8开启以注入氮气，并且第十三和第十四自动阀V13、V14开启(S60)，这样在氮气压力的作用下每种加入的溶液流经管路混合器160，从而将每种加入的溶液混合并注入混合罐150(S62)。然后，当附加罐130、140的低水平传感器关闭时(S64)，第十三和第十四自动阀V13、V14关闭(S66），而第十五自动阀V15开启(S68)，且在氮气压力的作用下混合罐150中的所述加入的溶液被供给储罐10(S70)。根据与上述相同的方法，可通过将所述附加罐的数量增加到3个或更多个来进行3种或更多种组合物的混合和供应。可通过控制安装在空气注入端或氮气注入端的调节器来调节所加溶液的转移速率。

本发明中，所述i)组合物循环装置，ii)组合物分析装置，iii)控制装置和iv)组分供应装置可分别制成独立的盒式(cabinet)装置，因此可很容易地安装在现有的或新的加工设备上。此外，通过只使用ii)所述组合物分析装置和iv)所述组分供应装置，可以简便的方式实现测量所述组合物的浓度和供应所述的欠缺组分的功能。根据所述组合物的性质，构成本发明系统的所述盒式装置、罐、自动阀、转移容器、必需的管路等等，可用诸如SUS、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯和聚四氟乙烯的不锈材料制造。此外，根据所述组合物的性质可任意地使用泵或真空设备来转移所述组合物。当连续分析两个或多个罐中的两种或多种组合物时，通过仅接收来自罐控制装置15的当前分析的罐的信息，可实时进行高效的分析。同时，本发明中对应分别接收不同组合物的两个或多个流动池70，可只使用一台近红外光谱仪80、一个输出单元90和一个控制装置100，这样可降低设备成本。

本发明的系统优选还配备有泄漏传感器，其用于检测由例如聚四氟乙烯管连接部件的问题或其它任何原因引起的所述组合物的泄漏。通过安装所述泄漏传感器，可增强所述系统的稳定性。此外，可很容易地在本发明系统上配备各种警报器，其用于报告传感器、被分析组合物的组分浓度、杂质浓度、所述近红外光谱仪的功能不良等等的问题。所述警报信号可传送至罐控制装置15，并由位于独立控制室的操作者检验。

如上所述，本发明的光刻过程所用组合物的控制系统和方法，(1)不会造成所检测组合物的任何改变或降解，(2)可通过一个流动池分析两种或多种组分，且可通过使用两个或多个流动池分析多种组合物，(3)不需要多台常规分析设备，且因为所述系统可用近红外光谱仪分析所述多组分组合物，因此不产生废水，(4)可选择性地对光刻过程当前使用的罐中的组合物进行分析，及(5)可根据所分析的组合物的性质通过泵或真空设备转移所述组合物。