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JP3890229B2 - 薬液供給装置および薬液供給装置の脱気方法 - Google Patents

薬液供給装置および薬液供給装置の脱気方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬液などの液体を所定量吐出するようにした薬液供給装置に関し、たとえば、半導体ウエハの表面にフォトレジスト液を塗布するために使用して好適な薬液供給装置およびその脱気方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ製造技術を始めとして、液晶基板製造技術、磁気ディスク製造技術および多層配線基板製造技術などの種々の技術分野における製造プロセスにあっては、フォトレジスト液、スピニオンガラス液、ポリイミド樹脂液、純水、現像液、エッチング液、洗浄液、有機溶剤などの化学薬液が使用されており、これらの薬液の塗布には薬液供給装置が用いられている。このような薬液供給装置としては、たとえば、米国特許第５，０６１，１５６号公報に開示されているようなものが既に開発されている。
【０００３】
たとえば、半導体ウエハの表面にフォトレジスト液を塗布する場合には、半導体ウエハを水平面内において回転させた状態のもとで、半導体ウエハの表面にフォトレジスト液を塗布ノズルから滴下するようにしている。このような薬液供給装置にあっては、フォトレジスト液の中の異物を除去するためにフィルタが設けられている。
【０００４】
フォトレジスト液等の薬液を吐出する際に、装置内に気泡が混入すると、薬液を押し出そうとする圧力を気泡が吸収してしまい、薬液の吐出量が不安定になり、吐出精度が低下する。このため、半導体ウエハに形成される集積回路を高品質に歩留まりよく製造する為には気泡の除去が必要である。
【０００５】
ポンプの吐出圧によって薬液を吐出させている薬液供給装置の場合、フィルタ容積内に溜まった気泡は、通常、フィルタのベントポートに接続された排気流路に脱気弁を取り付け、この脱気弁を開放することによって、薬液供給装置の外へ排出させていた。この方法によって、フィルタに溜まった気泡を、ある程度は除去することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の薬液供給装置では、濾過膜の抵抗、薬液の浸透圧等の問題により、フィルタの濾過膜内に溜まっている気泡までは、完全に除去できないことが判明した。気泡をフィルタの濾過膜内から完全に排出できない限り、薬液を安定的に吐出し、吐出精度を向上させることは難しく、従って、製品の製造歩留まりの向上は望めない。
【０００７】
本発明の目的は、薬液供給装置から吐出される薬液の量を安定させ、吐出精度を飛躍的に向上させることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、半導体集積回路を高品質に歩留まり良く製造することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の薬液供給装置は、流路を開閉するポンプ入口側弁が設けられた液体導入路を介して液体タンク内の液体に連通して液体を吐出するポンプと、流路を開閉するポンプ吐出側弁が設けられたポンプ出口流路を介して前記ポンプに接続されるフィルタと、流路を開閉する吐出弁が設けられた液体吐出流路を介して前記フィルタに接続される液体吐出部とを有し、前記液体タンク内の液体を前記液体吐出部から吐出する薬液供給装置であって、前記フィルタにその入口側に連通する排気流路を設け、前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じて前記ポンプ吐出側弁を開いた状態のもとで前記ポンプを吸入動作する際に前記排気流路を閉じ、前記ポンプ吐出側弁を開くとともに前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じた状態のもとで前記ポンプを吐出動作する際に前記排気流路を開く脱気弁を、前記排気流路に設けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の薬液供給装置の脱気方法は、流路を開閉するポンプ入口側弁が設けられた液体導入路を介して液体タンク内の液体に連通して液体を吐出するポンプと、流路を開閉するポンプ吐出側弁が設けられたポンプ出口流路を介して前記ポンプに接続されるフィルタと、流路を開閉する吐出弁が設けられた液体吐出流路を介して前記フィルタに接続される液体吐出部とを有し、前記液体タンク内の液体を前記液体吐出部から吐出する薬液供給装置の脱気方法であって、前記フィルタの入口側に連通される排気流路に設けられた脱気弁と前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じ、前記ポンプ吐出側弁を開いた状態のもとで前記ポンプを吸入動作する工程と、前記脱気弁と前記ポンプ吐出側弁とを開き、前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じた状態のもとで前記ポンプを吐出動作する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図１に示すように、この薬液供給装置は、液体タンク４６内に収容された液体を吐出するポンプ１１と、流路を開閉するポンプ吐出側弁Ｖ２が設けられたポンプ出口流路４２を介してポンプ１１に接続されるフィルタ４１と、流路を開閉する吐出弁Ｖ４が設けられた液体吐出流路４８を介してフィルタ４１に接続される塗布ノズル（液体吐出部）５０と、流路を開閉する脱気弁Ｖ３が設けられた排気流路５１を介してフィルタ４１に連通する真空源８とを有する。薬液供給装置およびこれらを構成するポンプ１１、フィルタ４１等の具体的な構造については、本出願人が提案した特開平１０−６１５５８号公報に記載されたものと基本的に同様である。
【００１５】
ポンプ１１は、拡張収縮するポンプ室１７とポンプ入口１５ａとポンプ出口１６ａとを有する。液体導入流路４５には、この流路を開閉するためのポンプ入口側弁Ｖ１が設けられており、一端がポンプ１１のポンプ入口１５ａに接続され、他端部がフォトレジスト液を収容する液体タンク４６の内部に位置するように配置されている。したがって、ポンプ１１と液体タンク４６とは、液体導入流路４５を介して接続されることとなる。
【００１６】
ポンプ１１は、液体タンク４６内に収容された液体を、液体導入流路４５を経由してポンプ室１７の拡張時にポンプ入口１５ａからポンプ室１７内に吸入し、収縮時にポンプ出口１６ａから吐出する。
【００１７】
ポンプ１１は、供給される薬液がフォトレジスト液であることから、薬液と反応しないように、フッ素樹脂であるテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の樹脂材料により形成されている。ただし、樹脂材料としては、ＰＦＡに限られず、弾性変形する材料であれば、他の樹脂材料を用いてもよい。
【００１８】
また、ポンプ１１の形式としては、容積変化式のポンプであれば、ダイヤフラム式のポンプでもよい。
【００１９】
フィルタ４１は、ポンプ出口流路４２が接続されるフィルタ入口４１ａと、液体吐出流路４８が接続されるフィルタ出口４１ｂと、排気流路５１が接続されるベントポート４１ｃとを有する。
【００２０】
フィルタ４１としては、中空糸膜により形成されたものや、シート状の膜により形成されたものが用いられるが、薬液を濾過することができるものであれば、これらに限定されるものではない。
【００２１】
図１に示した実施の形態では、塗布ノズル（液体吐出部）５０は、液体吐出流路４８の先端部に設けられている。
【００２２】
真空源８としては、レシプロ方式やベーン方式の真空ポンプ、またはエジェクタなどを用いることができる。
【００２３】
液体吐出流路４８にはこの流路を開閉するための戻し弁Ｖ５が設けられている。なお、これらのポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５としては、電気信号により作動するソレノイドバルブ、または空気圧により作動するエアオペレートバルブなどを用いることができる。
【００２４】
図１に示した実施の形態では、ポンプ１１、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５および真空源８の作動を制御するために、システム制御部９が設けられており、このシステム制御部９からポンプ１１、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５および真空源８に作動信号が送られるようになっている。
【００２５】
図２は図１に示した薬液供給装置により薬液の塗布を行う際の基本動作を示す工程図である。図において、符号ＯＰは弁が開いた状態にあることを示し、符号ＣＬは弁が閉じた状態にあることを示す。
【００２６】
液体を塗布するには、まず、図２(Ａ)に示すように、ポンプ吐出側弁Ｖ２、脱気弁Ｖ３、吐出弁Ｖ４および戻し弁Ｖ５を閉じて、ポンプ出口流路４２、排気流路５１および液体吐出流路４８が閉じた状態にし、更に、ポンプ入口側弁Ｖ１を開いて液体導入流路４５だけが開いた状態のもとで、ポンプ１１を吸入動作させる。このポンプ１１の吸入動作によってポンプ室１７が拡張されて、液体タンク４６内のフォトレジスト液はポンプ室１７内に吸入される。
【００２７】
次に、図２(Ｂ)に示すように、ポンプ入口側弁Ｖ１を閉じて液体導入流路４５が閉じた状態にし、ポンプ吐出側弁Ｖ２、吐出弁Ｖ４および戻し弁Ｖ５を開いてポンプ出口流路４２および液体吐出流路４８が開いた状態のもとで、ポンプ１１を吐出動作させる。このポンプ１１の吐出動作によってポンプ室１７が収縮されて、ポンプ室１７内のフォトレジスト液は塗布ノズル（液体吐出部）５０から吐出され、半導体ウエハWの表面に塗布される。
【００２８】
このように、ポンプ１１の吸入、吐出動作に伴って、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５の開閉を行い、それぞれの流路を開閉することにより、この薬液供給装置は薬液を塗布するための薬液吐出供給動作を行うことができる。
【００２９】
薬液の吐出動作が終了すると、吐出弁Ｖ４を閉じると共にポンプ１１の作動が停止され、サックバック動作が実行される（図示しない）。このサックバック動作は戻し弁Ｖ５を作動させることによってなされる。これによって、塗布ノズル（液体吐出部）５０の中にフォトレジスト液が入り込んで液垂れが防止される。
【００３０】
図３は本発明の薬液供給装置の脱気方法を説明する図である。まず、ポンプ吐出側弁Ｖ２、吐出弁Ｖ４および戻し弁Ｖ５を閉じてポンプ出口流路４２および液体吐出流路４８が閉じた状態にし、脱気弁Ｖ３を開いて液体導入流路４５が閉じた状態にする。この状態のもとで真空源８を作動させる。これによって、フィルタ４１の濾過膜の内部に溜まっている気泡を完全に除去できる。このため、薬液を安定的に吐出し、吐出精度を飛躍的に向上させることができ、結果として、半導体集積回路を高品質に歩留まり良く製造することができる。
【００３１】
以下、図１に示した実施の形態とは異なる薬液供給装置を示す。図において、図１に示された構成部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付してある。
【００３２】
図４は本発明の別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図４に示した薬液供給装置は、フィルタ４１と真空源８との間にバッファタンク５７が配置されていることを特徴とする。
【００３３】
図４に示すように、バッファタンク５７は、内部にフォトレジスト液が蓄えられており、底部に液体排出路５５が設けられている。フィルタ４１のベントポート４１ｃから延びる排気流路５１は、その先端部がバッファタンク５７内部のフォトレジスト液の液面下に位置するように配置されている。排気流路５４は、その一端がバッファタンク５７内部のフォトレジスト液の液面上に位置するように配置され、その他端が真空源８に接続されている。
【００３４】
したがって、フィルタ４１とバッファタンク５７とは排気流路５１を介して接続され、バッファタンク５７と真空源８とは排気流路５４を介して接続されることとなる。真空源８を動作させることにより、バッファタンク５７内部がフォトレジスト液で満たされた場合は、吐出弁Ｖ６を開いてフォトレジスト液を排出する。
【００３５】
図４に示した実施の形態の場合も、ベントポート４１ｃに接続された排気流路５１からフィルタ４１内部の気泡を除去する点で図１に示したものと基本的な構造は同様であり、同様の作用効果を奏する。
【００３６】
図５は本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図５に示した実施の形態は、真空源８がフィルタ４１の下流側つまり２次側に設けられていることを特徴とする。排気流路５８は、その一端が液体吐出流路４８のフィルタ出口４１ｂと吐出弁Ｖ４との間の箇所に接続されており、他端が真空源８に接続されている。即ち、真空源８とフィルタ４１とは、流路を開閉する脱気弁Ｖ７が設けられた排気流路５８を介して連通している。
【００３７】
この実施の形態の場合も、図１に示した実施の形態と同様、ポンプ１１の吸入、吐出動作に伴って、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５および脱気弁Ｖ７の開閉を行い、それぞれの流路を開閉することにより、この薬液供給装置は薬液を塗布するための薬液吐出供給動作を行うことができる。
【００３８】
また、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５を閉じてポンプ出口流路４２、液体吐出流路４８および排気流路５１が閉じた状態にし、脱気弁Ｖ７を開いて排気流路５８が開いた状態のもとで真空源８を作動させる。これによって、図５に示した実施の形態はフィルタ４１の内部に溜まっている気泡を完全に除去できるので、図１に示した薬液供給装置と同様の作用効果を奏する。
【００３９】
図６は本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図６に示した実施の形態の場合は、真空源８がフィルタ４１の下流側つまり２次側に設けられている点で図５に示した実施の形態と同様であり、真空源８の一次側にバッファタンク５７を備える点で図４に示した実施の形態と同様である。したがって、図６に示した実施の形態の場合も、図１に示した薬液供給装置と同様の作用効果を奏する。
【００４０】
図７は本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図７に示した実施の形態は、真空源８がフィルタ４１の上流側つまり１次側に設けられていることを特徴とする。排気流路５９は、その一端がポンプ出口流路４２のフィルタ入口４１ａとポンプ吐出側弁Ｖ２との間の箇所に接続されており、他端が真空源８に接続されている。即ち、真空源８とフィルタ４１とは、排気流路５９を介して連通している。
【００４１】
この実施の形態の場合も、図１に示した実施の形態と同様、ポンプ１１の吸入、吐出動作に伴って、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５および脱気弁Ｖ８の開閉を行い、それぞれの流路を開閉することにより、この薬液供給装置は薬液を塗布するための薬液吐出供給動作を行うことができる。
【００４２】
また、ポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５を閉じてポンプ出口流路４２、液体吐出流路４８および排気流路５１が閉じた状態にし、脱気弁Ｖ８を開いて排気流路５９が開いた状態のもとで真空源８を作動させる。これによって、図７に示した実施の形態はフィルタ４１の濾過膜に溜まっている気泡を完全に除去できるので、図１に示した薬液供給装置と同様の作用効果を奏する。
【００４３】
図８は本発明の更に別の実施形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図８に示した実施の形態の場合は、真空源８がフィルタ４１の上流側つまり１次側に設けられている点で図７に示した実施の形態と同様であり、真空源８の一次側にバッファタンク５７を備える点で図４および図６に示した実施の形態と同様である。したがって、図８に示した実施の形態の場合も、図１に示した薬液供給装置と同様の作用効果を奏する。
【００４４】
図９は本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。図９に示した実施の形態の場合は、真空源を用いず、ポンプ１１の吸入動作および排気動作と、ポンプ出口流路４２、液体吐出流路４８および排気流路５１の開閉のタイミングとをシステム制御部９により制御することによって、フィルタ４１内の気泡を除去することを特徴とする。
【００４５】
図９に示すように、ベントポート４１ｃは、フィルタ４１のフィルタ入口４１ａ側に設けられ、排気流路５１がフィルタ４１に接続されている。ポンプ１１およびポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５の作動は、システム制御部９からの信号によって制御される。
【００４６】
図１０は図９に示した薬液供給装置における脱気方法を説明する図である。図９に示した薬液供給装置の気泡除去動作は、以下の４つの工程に従って実行される。
【００４７】
第一の工程では、薬液吐出動作を行う。図９の実施の形態は、図１に示した実施の形態と基本的に同様の構成をとるため、ポンプ１１およびポンプ入口側弁Ｖ１〜戻し弁Ｖ５の作動手順は、図２(Ａ)、(Ｂ)に示した通りである。
【００４８】
このとき、薬液供給装置は、全体が薬液で満たされた状態にある。フィルタ４１の内部や各流路内に溜まっている気泡は、脱気弁Ｖ３を開いて排気流路５１から排出するか、塗布ノズル（液体吐出部）５０より排出する。
【００４９】
第二の工程では、図１０(Ａ)に示すように、ポンプ入口側弁Ｖ１、脱気弁Ｖ３および吐出弁Ｖ４を閉じて、液体導入流路４５、排気流路５１および液体吐出流路４８が閉じた状態にし、更に、ポンプ吐出側弁Ｖ２を開いてポンプ出口流路４２だけが開いた状態のもとで、ポンプ１１を吸入動作させる。このポンプ１１の吸入動作によって負圧が発生し、フィルタ４１の濾過膜に取り込まれている気泡が濾過膜から遊離して、フィルタ４１の内部でフィルタ入口４１ａ側に移動する。
【００５０】
第三の工程では、図１０(Ｂ)に示すように、ポンプ入口側弁Ｖ１および吐出弁Ｖ４を閉じて、液体導入流路４５および液体吐出流路４８が閉じた状態にし、ポンプ吐出側弁Ｖ２および脱気弁Ｖ３を開いて、ポンプ出口流路４２および排気流路５１が開いた状態のもとで、ポンプ１１を吐出動作させる。このポンプ１１の吐出動作によって、フィルタ入口４１ａ側に移動したフィルタ４１の内部の気泡を、ベントポート４１ｃから排気流路５１に排出する。これにより、フィルタ４１の濾過膜の内部に溜まっている気泡を除去することができる。
【００５１】
第四の工程では、必要に応じて薬液吐出動作を行い、供給装置の内部を常に薬液で満たされた状態に保つ。気泡は薬液と共に排出されるからである。
【００５２】
上述した第二の工程から第四の工程は、フィルタ４１の濾過膜内の気泡が無くなるまで繰り返されるものとする。
【００５３】
このように、図９に示した実施の形態によっても、図１に示したものと同様に、本発明の目的を達成できる。
【００５４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００５５】
たとえば、以上の説明では、薬液供給装置を半導体ウエハにフォトレジスト液を塗布するために使用した場合について説明したが、レジスト液に限らず、種々の液体を供給するために本発明を適用することが可能であり、特に、気泡が発生しやすい液をフィルタ４１に透過させて吐出する場合に用いて有効である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、薬液供給装置から吐出される薬液の量を安定させ、吐出精度を飛躍的に向上させることができる。
【００５７】
本発明によれば、半導体集積回路の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図２】図１に示した薬液供給装置によって薬液の塗布を行う場合の基本動作を示す工程図であり、（Ａ）は吸入動作、（Ｂ）は吐出動作を示す図である。
【図３】本発明の薬液供給装置の脱気方法を説明する図である。
【図４】本発明の別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図５】本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図６】本発明の更に別の実施形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図７】本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図８】本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図９】本発明の更に別の実施の形態である薬液供給装置の概略を示す液体回路図である。
【図１０】図９に示した薬液供給装置における脱気方法を説明する図であり、（Ａ）は吸入動作、（Ｂ）は排気動作を示す図である。
【符号の説明】
８ 真空源
９ システム制御部
１１ ポンプ
１５ａ ポンプ入口
１６ａ ポンプ出口
１７ ポンプ室
４１ フィルタ
４１ａ フィルタ入口
４１ｂ フィルタ出口
４１ｃ ベントポート
４２ ポンプ出口流路
４５ 液体導入流路
４６ 液体タンク
４８ 液体吐出流路
５０ 塗布ノズル（液体吐出部）
５１，５４，５８，５９ 排気流路
５５ 液体排出路
５７ バッファタンク
Ｖ１ ポンプ入口側弁
Ｖ２ ポンプ吐出側弁
Ｖ３，Ｖ７，Ｖ８ 脱気弁
Ｖ４，Ｖ６ 吐出弁
Ｖ５ 戻し弁
Ｗ ウエハ

Claims (2)

  1. 流路を開閉するポンプ入口側弁が設けられた液体導入路を介して液体タンク内の液体に連通して液体を吐出するポンプと、流路を開閉するポンプ吐出側弁が設けられたポンプ出口流路を介して前記ポンプに接続されるフィルタと、流路を開閉する吐出弁が設けられた液体吐出流路を介して前記フィルタに接続される液体吐出部とを有し、前記液体タンク内の液体を前記液体吐出部から吐出する薬液供給装置であって、
    前記フィルタにその入口側に連通する排気流路を設け、
    前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じて前記ポンプ吐出側弁を開いた状態のもとで前記ポンプを吸入動作する際に前記排気流路を閉じ、前記ポンプ吐出側弁を開くとともに前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じた状態のもとで前記ポンプを吐出動作する際に前記排気流路を開く脱気弁を、前記排気流路に設けることを特徴とする薬液供給装置。
  2. 流路を開閉するポンプ入口側弁が設けられた液体導入路を介して液体タンク内の液体に連通して液体を吐出するポンプと、流路を開閉するポンプ吐出側弁が設けられたポンプ出口流路を介して前記ポンプに接続されるフィルタと、流路を開閉する吐出弁が設けられた液体吐出流路を介して前記フィルタに接続される液体吐出部とを有し、前記液体タンク内の液体を前記液体吐出部から吐出する薬液供給装置の脱気方法であって、
    前記フィルタの入口側に連通される排気流路に設けられた脱気弁と前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じ、前記ポンプ吐出側弁を開いた状態のもとで前記ポンプを吸入動作する工程と、
    前記脱気弁と前記ポンプ吐出側弁とを開き、前記ポンプ入口側弁と前記吐出弁とを閉じた状態のもとで前記ポンプを吐出動作する工程とを有することを特徴とする薬液供給装置の脱気方法。
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