JP5231028B2

JP5231028B2 - 塗布液供給装置

Info

Publication number: JP5231028B2
Application number: JP2008010242A
Authority: JP
Inventors: 寛之藤井; 和宏西島
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: JP2009166007A; US20090183676A1

Description

本発明は、基板に塗布液を吐出する塗布ノズルに塗布液を供給する塗布液供給装置に関する。

例えば半導体集積回路などの多層配線構造の形成プロセスでは、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）上の金属配線間に絶縁膜を形成する処理が行われる。この絶縁膜の形成処理には、例えば塗布ノズルからウェハ上に液状の絶縁膜材料の塗布液を塗布し、ウェハを回転させ、塗布液をウェハ表面に拡散させ、その後硬化させる塗布処理法が広く用いられている。この塗布処理法により、絶縁膜として例えばＳＯＤ（ＳｐｉｎＯｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜やＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜が形成される。

ところで、このような絶縁膜を所望の膜厚で均一に形成するためには、塗布ノズルからの塗布液の吐出を安定して行う必要がある。すなわち、塗布ノズルに塗布液を安定して供給する必要がある。

従来から、塗布液を塗布ノズルに供給する塗布液供給装置として、塗布液を貯留する塗布液供給源と、塗布液供給源から塗布ノズルに塗布液を圧送するポンプとを有する塗布液供給装置が提案されている（特許文献１）。この従来技術によれば、ポンプの作動によって塗布液が圧送された分に応じて、塗布液供給源の開口部や弁から塗布液供給源内に周囲の空気が流入するようになっている。

特開２００６−２６５４６号公報

しかしながら、ＳＯＤ膜などの絶縁膜材料の塗布液は、高い反応性を有しており、酸素、水分等と反応し、劣化しやすい。したがって、塗布液供給源内に空気が流入する従来の塗布液供給装置では、塗布液は空気中の酸素や水分等と反応して劣化しやすく、長期的に使用することができなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、塗布液供給装置を用いて塗布ノズルに塗布液を供給する際に、反応性の高い塗布液を用いた場合でも、当該塗布液を安定して塗布ノズルに供給しつつ、塗布液供給装置内の塗布液を長期的に使用することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板に空気中の成分と反応する絶縁膜の塗布液を吐出する塗布ノズルに、塗布液を供給する塗布液供給装置であって、内部に塗布液を貯留する密閉型の塗布液供給源と、前記塗布液供給源から前記塗布ノズルへ塗布液を供給するための供給管と、前記供給管に設けられ、塗布液を前記塗布ノズルに圧送するポンプと、塗布液が前記ポンプに流入する前に塗布液中に溶存している不活性ガスを除去する脱気機構と、前記供給管における前記塗布液供給源と前記脱気機構との間に設けられ、塗布液を貯留するタンクと、前記タンクと前記脱気機構との間の前記供給管に設けられ、塗布液中の気泡を検出するセンサと、前記ポンプを作動させて前記塗布ノズルに塗布液を圧送した際においても、塗布液供給源内が負圧にならないように、前記塗布液供給源内は不活性ガスの供給によって所定の圧力に加圧して塗布液を供給させる制御部と、を有し、前記制御部は、前記センサが気泡を検知したときに塗布液の供給を停止して、前記脱気機構において気泡を排出させることを特徴としている。そして前記ポンプを作動させて前記塗布ノズルに塗布液を圧送した際においても、塗布液供給源内が負圧にならないように前記塗布液供給源内は不活性ガスの供給によって所定の圧力に加圧されていることを特徴としている。なお、不活性ガスとしては、窒素ガス等が用いられる。また、塗布液供給源内の所定の圧力は、塗布液供給源の位置（高さ）等による当該塗布液供給源からポンプまでの圧力損失を考慮した上で、ポンプによる塗布液の圧送に影響を及ぼさない圧力に決定される。

本発明によれば、前記ポンプを作動させて前記塗布ノズルに塗布液を圧送した際においても、塗布液供給源内が負圧にならないように、前記塗布液供給源内は不活性ガスの供給によって所定の圧力に加圧されているので、密閉型の塗布液供給源を採用しつつも、所定の流量の塗布液を圧送して、塗布液を安定して塗布ノズルに供給することができる。またあくまでも、ポンプによる圧送だから精度の高い供給が行われる。しかも密閉型の塗布液供給源内には不活性ガスが供給されているので、塗布液として例えば反応性の高いＳＯＤ膜やＳＯＧ膜等の絶縁膜材料の塗布液を用いた場合でも、従来のように塗布液供給源内に空気が流入することがなく、塗布液が酸素や水分と反応して劣化するのを抑制することができる。したがって、塗布液供給源内に貯留された塗布液を長期的に使用することができる。

前記供給管における前記ポンプと前記塗布ノズルとの間には、塗布液中の不純物を除去するフィルタが設けられていてもよい。

前記制御部は、前記塗布液供給源内を所定の圧力に加圧するために、当該塗布液供給源に供給される不活性ガスの供給量を制御してもよい。

前記制御部は、前記ポンプを作動させない場合、前記塗布液供給源内の加圧のみによって、塗布液を前記塗布ノズルに圧送するように不活性ガスの供給量を制御してもよい。

本発明によれば、反応性の高い塗布液を用いた場合でも、当該塗布液を安定して塗布ノズルに供給しつつ、塗布液供給装置内の塗布液を長期的に使用することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布液供給装置が適用される塗布処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施の形態においては、塗布液としてＳＯＤ膜の塗布液、例えばＳＰＩＮＦＩＬ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社の登録商標）が用いられる。ＳＰＩＮＦＩＬは、例えばペルヒドロシラザン（溶質）とジブチルエーテル（溶媒）を含んでいる。

塗布処理装置１は、図１に示すように、内部を密閉することができる処理容器１０を有している。処理容器１０の内部には、その上面にウェハＷを水平に真空吸着保持するスピンチャック１１が設けられている。このスピンチャック１１はモータなどを含む駆動機構１２により鉛直周りに回転できる。また、駆動機構１２には、シリンダなどの昇降駆動源（図示せず）が設けられており、スピンチャック１１は昇降できる。

スピンチャック１１の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ体１３が設けられている。カップ体１３の上面には、ウェハＷを保持した状態のスピンチャック１１が昇降できるようにウェハＷ及びスピンチャック１１よりも大きい開口部が形成されている。カップ体１３底部には、回収した塗布液を排出するための排液口１４と、カップ体１３内の雰囲気を排気する排気口１５が形成されている。排液口１４と排気口１５は、排液管１６と排気管１７にそれぞれ接続され、排気管１７には、処理容器１０の内部の雰囲気を真空引きする排気ポンプ（図示せず）が接続されている。

スピンチャック１１の上方には、ウェハＷ表面の中心部に塗布液を塗布するための塗布ノズル２０が配置されている。塗布ノズル２０は、塗布液を供給する塗布液供給装置３０に接続されている。

塗布ノズル２０は、図２示すように、アーム２１を介して移動機構２２に接続されている。アーム２１は移動機構２２により、処理容器１０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って設けられたガイドレール２３に沿って、カップ体１３の一端側（図２では左側）の外側に設けられた待機領域２４から他端側に向かって移動できると共に、上下方向に移動できる。待機領域２４は、塗布ノズル２０を収納できるように構成されていると共に、塗布ノズル２０の先端部を洗浄できる洗浄部２４ａを有している。

次に、塗布処理装置１内の塗布ノズル２０に対し塗布液を供給する塗布液供給装置３０の構成について説明する。図３は、塗布液供給装置３０の構成の概略を示す説明図である。

塗布液供給装置３０は、図３に示すように、塗布液を貯留する密閉型の塗布液供給源４０を有している。塗布液供給源４０の上部には、ガス供給管４１を介して、塗布液供給源４０内に不活性ガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給源４２が接続されている。ガス供給管４１には、バルブ４３が設けられている。バルブ４３の開度は、後述する制御部１００によって制御され、バルブ４３の開度が制御されることによって、塗布液供給源４０に供給される窒素ガスの供給量が制御される。

制御部１００は、塗布液供給中の塗布液供給源４０内の圧力が所定の圧力、例えば５ｋＰａに維持されるように、窒素ガスの供給量を制御している。なお、この所定の圧力は、塗布液供給源４０から後述するポンプ７０までの圧力損失を考慮したうえで、ポンプ７０による塗布液の圧送に影響を及ぼさない圧力に決定される。また、塗布液中に窒素ガスが溶存した場合でも、塗布液がポンプ７０に供給される間に溶存した窒素ガスが発泡しない圧力、すなわち塗布液に陽圧がかかるように決定される。例えば常圧下の塗布液がポンプ７０に供給される際に、その塗布液にかかる圧力が−３ｋＰａとなる場合には、１ｋＰａのマージンを考慮して、塗布液供給源４０内の所定の圧力は、５ｋＰａに決定される。また、制御部１００は、塗布液供給開始時、例えば塗布液供給源４０を交換して塗布液供給装置３０の運転を再開する際等において、塗布液供給源４０内の圧力が上記所定の圧力より高い圧力、例えば５０ｋＰａになるように、窒素ガスの供給量を制御することができる。このように高い圧力をかけることによって、ポンプ７０を作動させずに、塗布液供給源４０から塗布ノズル２０まで塗布液を圧送することができる。

塗布液供給源４０の上部には、内部の塗布液を流出させる配管４４が設けられている。塗布液供給源４０の上部は、配管４４内の加圧を補助するためにできるだけ高い位置にあるのが好ましい。そして、塗布液供給源４０内に窒素ガスが供給されて、塗布液供給源４０内が加圧されることで、塗布液が塗布液供給源４０から配管４４に圧送される。

塗布液供給源４０の下流側には、配管４４を介して、塗布液を一旦貯留させておくリキッドエンドタンク５０が接続されている。

リキッドエンドタンク５０は、外形が例えば円柱形上のタンクであり、上部にはリキッドエンドタンク５０内の気体を排気する補助管５２が設けられ、下部にはリキッドエンドタンク５０内の塗布液を流出させる配管５３が接続されている。補助管５２のリキッドエンドタンク５０からの出口側と、配管４４のリキッドエンドタンク５０への入口側には、センサ５４、５５がそれぞれ設けられている。センサ５４、５５は、塗布液供給源４０内の塗布液が無くなった場合に、リキッドエンドタンク５０内の窒素ガス等の気泡を検出することができる。そしてセンサ５４、５５が気泡を検出した場合、補助管５２からこの窒素ガス等の気泡を排気する。さらに、現在処理されているロット、例えばウェハＷ２５枚分の処理で塗布処理を終了する。また、リキッドエンドタンク５０は、バッファタンクとしての役割を果たしており、上述のように塗布液供給源４０から供給される塗布液が無くなった場合でも、リキッドエンドタンク５０内に貯留されている塗布液を塗布ノズル２０に供給することができる。なお、リキッドエンドタンク５０は、気泡を捕捉しやすいようにできるだけ高い位置にあるのが好ましい。

リキッドエンドタンク５０の下流側には、配管５３を介して、塗布液中に溶存する窒素ガス等の気体を除去する脱気機構６０が接続されている。脱気機構６０には、脱気機構６０内の塗布液を流出させる配管６１が設けられている。脱気機構６０内には、図４に示すように、脱気機構６０の入口側の配管５３と出口側の配管６１を接続する複数のチューブ６２が設けられている。チューブ６２は、耐薬性に優れ、液体を通過させずに気体のみを通過させる性質を有する材料、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等が用いられる。また、脱気機構６０には、内部を真空吸引する吸引装置６３が設けられている。そして、吸引装置６３によって脱気機構６０内を真空吸引するにより、チューブ６２内を流れる塗布液中の窒素ガス等の気体を吸引することができる。また、リキッドエンドタンク５０の下流側の配管５３には、センサ５６が設けられている。このセンサ５６が気泡を検出した場合には、塗布液の吐出処理を強制的に終了し、脱気機構６０あるいは後述するポンプ７０の排気管７２より気泡を排出する。

脱気機構６０の下流側には、図３に示すように、配管６１を介して、塗布液を塗布ノズル２０に圧送するポンプ７０が接続されている。配管６１には、バルブ７１が設けられている。バルブ７１は、例えばエアオペレーションバルブであり、制御部１００の制御によって脱気機構６０からポンプ７０の塗布液の供給を開始又は停止させる。ポンプ７０の上部には、ポンプ７０内の空気を排気する排気管７２が設けられている。また、ポンプ７０には、ポンプ７０内の塗布液を流出させる配管７３が設けられている。なお、ポンプ７０には、例えばチューブフラム式のポンプが用いられ、本実施の形態のように塗布液供給装置３０の配管系が窒素ガスにより所定の圧力（例えば１０ｋＰａ以下）に加圧されていても、塗布液を安定して圧送することができる。

ポンプ７０は、配管７３を介して、塗布処理装置１の塗布ノズル２０に接続されている。配管７３には、塗布液中の不純物を除去するフィルタ８０が設けられている。フィルタ８０の上部には、除去した不純物を外部へ排出する配管８１が設けられている。なお、フィルタ８０は、気泡を捕捉しやすいようにできるだけ高い位置にあるのが好ましい。

配管７３におけるフィルタ８０の下流側には、バルブ８２が設けられている。バルブ８２は、例えばエアオペレーションバルブであり、制御部１００の制御によってポンプ７０から塗布ノズル２０の塗布液の供給を開始又は停止させる。なお、配管４４、５３、６１、７３で塗布液の供給管を構成しており、塗布液供給装置３０内の各機構は供給管が可能な限り短くなるように配置されるのが好ましい。

本実施の形態にかかる塗布液供給装置３０は以上のように構成されており、次に塗布液を供給する際の塗布液供給装置３０の動作について説明する。

塗布液供給装置３０による塗布液の供給を開始する際、例えば塗布液供給源４０を交換して塗布液供給装置３０の運転を再開する際には、先ず、制御部１００によってバルブ４３の開度を制御して塗布液供給源４０内に窒素ガスを供給する。そして、塗布液供給源４０内を通常供給時の所定の圧力より高い圧力、例えば５０ｋＰａに加圧する。その後、バルブ７１、８２を開いて、ポンプ７０を作動させずに、窒素ガスの加圧のみによって、塗布液供給源４０内から塗布ノズル２０に塗布液を圧送する。この動作によって、例えば塗布液供給装置３０の動作停止中に配管４４、５３、６１、７３、８２や、リキッドエンドタンク５０、脱気機構６０、ポンプ７０、フィルタ８０内等にたまった気体を、高い圧力で圧送される塗布液によって除去することができる。また、塗布液供給装置３０の動作開始時に塗布液をフィルタ８０に通す際、フィルタ８０自体は必ずしも濡れ性がよい（固体表面張力が高い）わけではないため、塗布液の表面張力の方がフィルタ８０の固体表面張力よりも高い場合には、塗布液がフィルタ８０内まで通らないことがある。その結果、フィルタ８０内の気体が気泡となって塗布液中に混入されてしまう。この場合でも、上述のように高い圧力で塗布液を圧送することによって、フィルタ８０を塗布液になじませることができ、フィルタ８０で気泡を発生させずに塗布液を通過させることができる。なお、この動作中には、塗布処理装置１内にウェハＷは収容されていない。

上述の準備動作が終了すると、制御部１００によって塗布液供給源４０内に供給される窒素ガスの供給量が減少され、塗布液供給源４０内が所定の圧力、例えば５ｋＰａに維持される。そして、この圧力によって、塗布液が、塗布液供給源４０からリキッドエンドタンク５０、脱気機構６０を通って、ポンプ７０まで圧送される。この際、リキッドエンドタンク５０では、一旦塗布液が貯留され、また脱気機構６０では、吸引装置６３が作動し、塗布液中の窒素ガス等の気体が吸引される。なお、この塗布液が圧送される際に、塗布処理装置１内にウェハＷが搬入される。

そして、ポンプ７０内に供給された塗布液は、ポンプ７０からフィルタ８０を通って、塗布液処理装置１の塗布ノズル２０に所定の流量、所定の圧力で圧送される。この際、フィルタ８０では、塗布液中の不純物が除去される。

塗布ノズル２０に塗布液が供給されると、塗布処理装置１において、スピンチャック１１に吸着されたウェハＷを駆動機構１２によって回転させると共に、塗布ノズル２０からウェハＷの中心部に塗布液を滴下する。ウェハＷに塗布された塗布液は、ウェハＷの回転により生じる遠心力によってウェハＷの表面の全体に拡散し、ウェハＷの表面層に塗布膜が形成される。

ウェハＷ上の塗布膜の形成が終了すると、塗布ノズル２０からの塗布液の塗布を停止する。すなわち、塗布液供給装置３０のポンプ７０の作動を停止すると共に、制御部１００によってバルブ７１、８２を閉じる。なお、バルブ７１を閉じる際、配管４４、５３、６１内の圧力が瞬間的に減少するが、塗布液供給源４０が所定の圧力に維持されているために、当該配管４４、５３、６１内が負圧になることはない。

そして、塗布処理装置１内に次のウェハＷがスピンチャック１１に吸着され、駆動機構１２によって回転されると、再びポンプ７０の作動を開始すると共に、制御部１００によってバルブ７１、８２を開け、塗布液ノズル２０に塗布液を供給する。

以上のように、塗布液供給装置３０から塗布ノズル２０への塗布液の供給が連続して行われる。なお、塗布液供給源４０内の塗布液が無くなった場合でも、リキッドエンドタンク５０内に貯留されている塗布液を塗布ノズル２０へ供給することができる。

以上の実施の形態によれば、塗布液を貯留する密閉型の塗布液供給源４０内に窒素ガスを供給し、当該塗布液供給源４０内を所定の圧力に加圧しているので、従来のように塗布液供給源内に空気が流入することがなく、塗布液が酸素や水分と反応して劣化するのを抑制することができる。したがって、塗布液供給源４０内に貯留された塗布液を長期的に使用することができる。これによって、塗布液供給源４０自体の交換頻度を減少させることができ、塗布液供給装置３０の稼働率を向上させることができる。また、劣化して無駄になる塗布液を減少させることができるので、塗布液の消費量を減少させることもできる。

また、塗布液供給源４０内は、配管４４、５３、６１内が負圧にならないように加圧されているので、塗布液中に窒素ガス等の気体が溶存した場合でも、この気体の発泡を抑制することができる。

また、塗布液供給源４０及び配管４４、５３、６１内が負圧にならないよう所定の圧力に加圧されおり、かつ、ポンプ７０は高い精度で所定の流量の塗布液を圧送することができるので、塗布液供給源４０から塗布ノズル２０に所定の流量の塗布液を安定して供給することができる。

また、塗布液供給源４０とポンプ７０の間には脱気機構６０が設けられているので、塗布液中に窒素ガス等の気体が溶存した場合でも、この気体を塗布液から除去することができる。これによって、例えば塗布液が塗布ノズル２０から大気圧下に吐出されても、当該塗布液中に窒素ガス等の気泡が発生しない。

また、塗布液供給源４０とポンプ７０の間にはリキッドエンドタンク５０が設けられているので、塗布液供給源４０内の塗布液が無くなった場合でも、リキッドエンドタンク５０内に貯留されている塗布液を塗布ノズル２０へ供給することができる。したがって、塗布液供給源４０の交換中でも塗布液を供給することができ、塗布液供給装置３０の稼働率をさらに向上させることができる。また、この場合、リキッドエンドタンク５０の補助管５２から窒素ガス等を排気することで、塗布液中の窒素ガス等の気泡を除去することができる。

また、ポンプ７０と塗布ノズル２０の間にはフィルタ８０が設けられているので、塗布ノズル２０から吐出される直前の塗布液から不純物を除去することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば以上の実施の形態では、塗布液としてＳＯＤ膜を形成する塗布液を例に採って説明したが、本発明は、ＳＯＤ膜を形成する塗布液以外の他の塗布液、例えばレジスト液、反射防止膜などを形成する塗布液、あるいは現像液などの塗布液の供給にも適用できる。また、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば、基板に塗布液を吐出する塗布ノズルに塗布液を供給する塗布液供給装置に有用である。

塗布処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。塗布処理装置の構成の概略を示す横断面図である。本実施の形態にかかる塗布液供給装置の構成の概略を示す説明図である。脱気機構の構成の概略を示す縦断面図である。

符号の説明

１塗布処理装置
２０塗布ノズル
３０塗布液供給装置
４０塗布液供給源
５０リキッドエンドタンク
６０脱気機構
７０ポンプ
８０フィルタ
１００制御部

Claims

基板に空気中の成分と反応する絶縁膜の塗布液を吐出する塗布ノズルに、塗布液を供給する塗布液供給装置であって、
内部に塗布液を貯留する密閉型の塗布液供給源と、
前記塗布液供給源から前記塗布ノズルへ塗布液を供給するための供給管と、
前記供給管に設けられ、塗布液を前記塗布ノズルに圧送するポンプと、
塗布液が前記ポンプに流入する前に塗布液中に溶存している不活性ガスを除去する脱気機構と、
前記供給管における前記塗布液供給源と前記脱気機構との間に設けられ、塗布液を貯留するタンクと、
前記タンクと前記脱気機構との間の前記供給管に設けられ、塗布液中の気泡を検出するセンサと、
前記ポンプを作動させて前記塗布ノズルに塗布液を圧送した際においても、塗布液供給源内が負圧にならないように、前記塗布液供給源内は不活性ガスの供給によって所定の圧力に加圧して塗布液を供給させる制御部と、を有し、
前記制御部は、前記センサが気泡を検知したときに塗布液の供給を停止して、前記脱気機構において気泡を排出させることを特徴とする、塗布液供給装置。
前記供給管における前記ポンプと前記塗布ノズルとの間には、塗布液中の不純物を除去するフィルタが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の塗布液供給装置。
前記制御部は、前記塗布液供給源内を所定の圧力に加圧するために、当該塗布液供給源に供給される不活性ガスの供給量を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の塗布液供給装置。
前記制御部は、前記ポンプを作動させない場合、前記塗布液供給源内の加圧のみによって、塗布液を前記塗布ノズルに圧送するように不活性ガスの供給量を制御することを特徴とする、請求項３に記載の塗布液供給装置。