CN101018950A - 药液供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止在工作时泵的发热、可以实现使药液从前端喷嘴滴下的将排出泵小型化的药液供给系统。通过将压缩空气供应到抗蚀剂瓶(15)的上层空间(15a)而将成为正压的药液加压输送到排出泵(11)的泵室内，从而将抗蚀剂(R)填充到泵室内。因此，无需像现有技术那样采用使用弹簧等将排出泵(11)的挠性膜向工作室侧驱动来执行抗蚀剂(R)的吸入动作的结构。这样，排除了电动机，当然不存在对半导体晶片(47)带来热损害的顾虑，可以使排出泵(11)自身更加小型化。

Description

药液供给系统

技术领域

本发明涉及通过泵吸入药液后排出，使该排出的药液滴下的药液供给系统，更具体地说，涉及适用于在半导体制造装置的药液使用工序如光致抗蚀剂液的药液涂布工序等中使用的药液供给系统。

背景技术

在半导体制造装置的药液使用工序中，为了将光致抗蚀剂等药液按预定量涂布到半导体晶片上，提出了例如专利文献1那样的药液供给系统。在该药液供给系统中，挠性管介于泵内的药液流路中，在该挠性管的外侧具有可弹性变形的膜盒。在膜盒上，内径不同的小型膜盒部和大型膜盒部并列设置在挠性管的轴方向上，在该膜盒与挠性管间的空间中装入非压缩性介质。另外，通过与泵一体组装的电动机致动装置使小型膜盒部扩展且使大型膜盒部收缩，通过非压缩性介质使挠性管的容积变小，排出药液。反过来，使小型膜盒部收缩且使大型膜盒部扩展，通过非压缩性介质使挠性管的容积变大，吸入药液。

但是，电动机致动装置不仅昂贵且使系统的结构复杂化。而且，工作时产生的热量大，存在该热量将对为了接受通过泵供给的药液而配置在该泵附近的半导体晶片带来损害的问题。

因此，例如在专利文献2中公开了解决上述问题的技术。在该药液供给系统中，在泵中使用对填充药液的泵室和加压室(工作室)进行分隔的隔膜。为了将泵室的容积变小以使药液排出，从调节器对空气进行加压供应到泵的加压室，使隔膜向泵室侧变形。反过来，为了将泵室的容积变大以使药液吸入，通过调节器降低泵加压室内的气压，使隔膜向泵室相反侧变形。在此情况下，仅仅降低气压不能充分确保隔膜向泵室相反侧的变形量(工作量)。因此，在泵内安装弹簧，通过该弹簧向泵室相反侧对隔膜施力，使隔膜向泵室相反侧变形。

由于在该药液供给系统中不使用发热量大的电动机，因此不用担心会给半导体晶片带来由热产生的损害。但是，由于在泵内安装有使隔膜向泵室相反侧变形的弹簧，因此在实现泵的小型化方面将存在问题。

专利文献1：特开平10-61558号公报

专利文献2：特开平11-343978号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的主要目的在于提供一种药液供给系统，在使药液从前端喷嘴滴下的排出泵中，在防止工作时的发热的同时，去除了使容积可变部件向泵室相反侧进行动作的施力装置，从而可以实现小型化。

解决课题的技术方案

以如下的方式构成本发明涉及的药液供给系统。即，包括：

排出泵，以容积可变部件将填充药液的泵室和工作室分隔，通过向该工作室内供应工作气体来驱动所述容积可变部件以缩小所述泵室的容积，根据所述容积的变化排出所述药液；

开闭型排出侧截流阀，设于所述排出泵与前端喷嘴之间；

切换装置，切换成将设定压力的所述工作气体供应到所述工作室的第一状态和对所述工作室进行大气开放的第二状态中的任一状态；

药液供给装置，使药液成为正压并将其供应到所述排出泵；

开闭型供给侧截流阀，设于所述排出泵与所述药液供给装置之间；

控制装置，控制所述两截流阀和所述切换装置，在从所述排出泵排出药液时将所述供给侧截流阀切换到关闭位置，将所述排出侧截流阀切换到打开位置，且将所述切换装置切换到第一状态；在将药液填充到所述排出泵时将所述供给侧截流阀切换到打开位置，将所述排出侧截流阀切换到关闭位置，且将所述切换装置切换到第二状态，以开始向所述药液供给装置供给药液。

在该药液供给系统的结构中，通过药液供给装置将成为正压的药液供应到排出泵的泵室，药液被填充到该泵室内。因此，无需使用像现有技术那样的弹簧在药液填充时向泵室容积膨胀侧驱动排出泵的容积可变部件以进行药液吸入动作。在该结构中由于不使用电动机，当然不用担心对半导体晶片带来热损害，而且用于排出药液且使药液从前端喷嘴滴下的排出泵本身也可以实现进一步的小型化。

该排出泵的小型化在以下方面具有优点。首先，通过排出泵的小型化可以使排出泵的设置空间比以往还要狭小。例如，在半导体制造装置的情况下，为使药液排出量的精度提高，排出泵配置在半导体晶片附近。在包含该半导体晶片的设置空间中要求最高级别的清洁度。如果考虑清洁化的成本则要求这样空间应尽可能狭小，而在上述结构中能够使前述的设置空间狭小的这一点上，能够大大有助于成本削减。此外，通过排出泵的小型化可以使排出泵比以往还要靠近前端喷嘴而设置。由此，在设置多个将前端喷嘴和排出泵作为一对的药液排出部的情况下，在各药液排出部可以减小从排出泵起至前端喷嘴的配管长度和扬程的差异。因此，易于使各药液排出部的控制值均匀，控制变得容易。

此外，作为药液填充的装置，也可以考虑通过对工作室进行真空抽吸向工作室侧驱动容积可变部件使泵室的容积膨胀，使泵自身进行药液吸入动作。即使根据该结构也无需在排出泵中组装弹簧等。但是，由于真空抽吸是人为地制造苛刻的状态，因此还应考虑各种问题产生，如必须要有能承受该状态的构造等。在这一点上，根据上述结构，具有下述优点：由于仅另外设置药液供给装置由此将药液供应到排出泵的极其简单的结构而无需弹簧等，可以使排出泵实现小型化。

另外，在过滤器设于排出泵与药液供给容器之间的情况下，当对工作室进行真空抽吸等而进行药液的吸入动作时，泵室内的药液成为负压。如果这样，由于过滤器的压力损失而在过滤器的前后会产生压力差，会产生给滴下对象带来损害的气泡。在这一点上，根据上述结构，由于成为正压的药液从药液供给装置供应到排出泵，因此可以防止在药液通过过滤器时产生气泡。

此外，列举以下的结构作为上述药液供给系统的优选例子，即，药液供给配管的一端连接到排出泵，而另一端配置在药液供给容器的药液内。所述药液供给装置具有通过来自所述控制装置的药液供给指令将设定压力的加压气体供应到密闭的药液供给容器内部的药液上方的空间以使药液成为正压而送出的结构。

根据该结构，根据来自控制装置的药液供给开始的指令，将设定压力的加压气体供应到药液供给容器内部的药液上方的空间，由此药液从药液供给容器被送到排出泵。此时，药液上方空间内的压力全部成为药液的供给压力。该供给压力与大气压相比为正压。在该结构中，由于药液上方空间的压力与加压气体的供给大致同时地达到其设定压力，因此能够将对药液供给的开始指令响应性良好的供给压力作为设定压力。此外，由于如果将设定压力的加压气体供应到药液上方的空间则可以恒定地维持供给压力，因此药液供给的控制变得容易。另外，由于在药液供给系统不工作时不会形成来自控制装置的药液供给指令，所以在替换药液供给容器时药液上方的空间从加压状态变成例如向大气开放状态那样的非加压状态，因此还具有加压气体不会意外地从药液供给容器漏出的优点。

此外，列举以下的结构作为上述药液供给系统的另一优选例子，即，一端连接到排出泵的药液供给配管的另一端配置在药液供给容器的药液内，所述药液供给装置具有将设定压力的加压气体持续供应给密闭的药液供给容器内部的药液上方的空间以使药液成为正压而送出的结构。

根据该结构，设定压力的加压气体被持续供应给药液供给容器内部的药液上方的空间，由此药液从药液供给容器被送到排出泵。此时，药液上方空间内的压力全部成为药液的供给压力。该供给压力与大气压相比为正压。在该结构中，由于药液上方空间的压力与加压气体的供给大致同时地达到其设定压力，因此能够将对药液供给的开始指令响应性良好的供给压力作为设定压力。此外，由于如果将设定压力的加压气体供应到药液上方的空间则可以恒定地维持供给压力，因此药液供给的控制变得容易。如果像这样持续将加压气体供应到药液供给容器的药液上方空间，则与上述优选例子不同，可以降低控制装置的控制负担。但是，在此情况下，优选地先连接手动的阀等以在替换药液供给容器时可以将该容器内的空间向大气开放。

另外，优选地，在所述排出泵与所述药液供给容器之间设有过滤器。

即使在所述排出泵与所述药液供给容器之间设置过滤器的情况下，由于通过药液供给装置成为正压的药液供应到排出泵，因此还可以防止药液通过过滤器时产生气泡。而且在装置中，可以将在由药液供给装置进行药液供给时混入药液的尘埃等在供应到排出泵之前去除。由此，可以净化排出泵前后的药液，可以使排出泵的设置空间更进一步变狭小。

附图说明

图1是表示药液供给系统的一个实施方案中的总体回路的回路说明图；

图2是表示药液供给系统的一个实施方案中动作顺序的时序图。

符号说明

11排出泵

12作为药液供给配管的供给配管

13作为供给侧截流阀的供给侧阀

15作为药液供给容器的抗蚀剂瓶

17构成药液供给装置的第一切换阀

18构成药液供给装置的压力控制阀

22排出侧截流阀

26作为切换装置的第二切换阀

29作为控制装置的控制器

具体实施方式

下面，参照附图对具体体现本发明的一个实施方案进行说明。在本实施方案中，对使用在半导体装置等的生产线上的药液供给系统进行具体化并根据图1的回路图对其进行说明。

该药液供给系统包括排出药液用的排出泵11。尽管对排出泵11的内部结构未进行图示，但在其内部形成有空间。该内部空间通过构成容积可变部件的隔膜等挠性膜划分成气压作用的工作室和充满药液的泵室。另外，在泵室的容积膨胀而充满药液的状态下，当通过控制工作室内的气压使挠性膜向泵室侧变化(压缩泵室的容积)时，药液从泵室排出。

在设于排出泵11的药液供给侧图中未示出的供给口上连接有供给配管12的一端。供给配管12的另一端通过供给侧阀13和过滤器14导入作为抗蚀剂瓶15的药液的抗蚀剂R内。抗蚀剂瓶15构成药液供给容器。供给侧阀13为能够简单地切换到打开位置和关闭位置的廉价气动阀，构成供给侧截流阀。此外，上述过滤器14是在抗蚀剂R通过供给配管12时除去尘埃等的部件。

在抗蚀剂瓶15内插入有加压配管16的一端，该一端配置在抗蚀剂R上方的空间(上层空间)15a内。该抗蚀剂瓶15内的上层空间15a呈密闭状态。在加压配管16的另一端上连接有作为二位三口型电磁切换阀的第一切换阀17。第一切换阀17的剩余两个口中一个口向大气开放，另一个通过压力控制阀18与空气源19连接。另外，在第一切换阀17具有的电磁螺线管断开时，加压配管16内部向大气开放。另一方面，在电磁螺线管接通时，加压配管16通过压力控制阀18连通到空气源19。从上述空气源19供给由压缩机等压缩的空气，通过压力控制阀18使该压缩空气的压力成为设定的压力后，将该设定压力的压缩空气供应到第一切换阀17。因此，当第一切换阀17的电磁螺线管接通时，通过压力控制阀18变成设定压力的压缩空气供应到抗蚀剂瓶15内的上层空间15a。另外，药液供给装置由上述第一切换阀17、压力控制阀18等构成。

在设于排出泵11的药液排出侧图中未示出的排出口上连接有排出配管21的一端。排出配管21的另一端形成前端喷嘴。前端喷嘴指向下方同时按照使抗蚀剂R滴在装载于旋转板46上的半导体晶片47的中心位置的方式配置。另外，排出侧截流阀22介于直至前端喷嘴的排出配管21的途中。排出截流阀22为上述的气动阀。

从以上可知，抗蚀剂瓶15内的抗蚀剂R通过供给配管12、排出泵11内的泵室和排出配管21沿着到达排出配管21的前端喷嘴的流路被引导。另外，为了提高抗蚀剂R排出量的精度，优选地使排出配管21变短。因此，排出泵11和排出侧截流阀22配置在装载半导体晶片47的旋转板46的附近位置。

上述排出泵11上设有连通工作室的图中未示出的排出口，在该排出口上连接有气配管25。在气配管25上连接有作为二位三口型电磁切换阀的第二切换阀26。该第二切换阀26构成切换装置。第二切换阀26的剩余两个口中一个口向大气开放，另一个通过电动气动调节器27与空气源28连接。另外，在第二切换阀26具有的电磁螺线管断开时，气配管25内部向大气开放，在电磁螺线管接通时，气配管25通过电动气动调节器27连通到空气源28。因此，当第二切换阀26的电磁螺线管断开时，工作室向大气开放。另一方面，当第二切换阀26的电磁螺线管接通时，通过电动气动调节器27变成设定压力的压缩空气供应到工作室。

上述供给侧阀13、第一切换阀17、第二切换阀26、电动气动调节器27和排出侧截流阀22连接到具有微型计算机等的控制器29。由控制器29构成控制装置。另外，第一切换阀17和第二切换阀26根据来自控制器29的信号接通/断开其电磁螺线管。此外，供给侧阀13和排出侧截流阀22通过由控制器29分别接通/断开来控制其开闭状态。而且，对压缩空气的压力进行设定的信号从控制器29发送到电动气动调节器27。

接下来，根据图2所示的时序图对药液供给系统的动作顺序进行说明。

在图2中，根据来自控制器29的第一指令信号，空气源28的压缩空气的压力通过电动气动调节器27达到设定的压力，该设定压力的压缩空气供应到第二切换阀26。在此状态下，首先在t1的时间点，当来自控制器29的第二指令信号变为断开电平时，供给侧阀13切换到关闭位置。由此，供给配管12在供给侧阀13的位置被关闭。与此同时，在t1的时间点，来自控制器29的第五指令信号变为断开电平，第一切换阀17切换到关闭位置。于是，向抗蚀剂瓶15内的上层空间15a的加压被停止。由此，在排出泵11的泵室内充满抗蚀剂R的状态下，抗蚀剂R的供给被停止。另外，后面将对抗蚀剂的供给、填充进行描述。

此外，在t1的时间点，通过来自控制器29的第四指令信号，第二切换阀26的电磁螺线管接通，第二切换阀26被切换到打开位置。于是，供应到第二切换阀26的设定压力的压缩空气流入工作室。由此，由于通过工作室的压力挠性膜挤压泵室，因此工作室的压力就成为填充在泵室中的抗蚀剂R的排出压力。

其次，在从t1经过作为保留时间而设定的时间T1到达t2的时间点，当来自控制器29的第三指令信号变为接通电平时，排出侧截流阀22被切换到打开位置。由此，排出配管21被打开，抗蚀剂R基于泵室内的压力从排出配管21的前端喷嘴滴下。

在t2的时间点，抗蚀剂R的滴下开始后，在经过预先任意设定的滴下时间的t3的时间点，来自控制器29的第三指令信号变为断开电平，排出侧截流阀22被切换到关闭位置。由此，排出配管17被关闭，抗蚀剂R的滴下动作结束。

接下来，在从t3经过时间T2到达t4的时间点，当来自控制器29的第四指令信号变为断开电平时，第二切换阀26被切换到关闭位置。由此，工作室向大气开放。另外，设置时间T2的间隔是为了避免当同时进行滴下动作的结束和抗蚀剂R的填充时，随着来自排出泵11的排出压力急剧降低而产生滴下结束时的断流(液切れ)缺陷等问题。

在t4的时间点，来自控制器29的第二指令信号和第五指令信号也变为接通电平。当第二指令信号变为接通电平时，供给侧阀13被切换到打开位置，供给配管12被打开。另外，当第五指令信号变为接通电平时，第一切换阀17被切换到打开位置。于是，供应到第一切换阀17的设定压力的压缩空气供应到抗蚀剂瓶15内的上层空间15a。由于该上层空间15a密闭，因此通过供应压缩空气，该上层空间15a内的压力从大气压变为压缩空气的设定压力，其对抗蚀剂R进行加压。另外，上层空间15a的压力全部成为供给配管12内的抗蚀剂R的供给压力。该供给压力与大气压相比为正压。另外，由于供给配管12开放，所以通过此供给压力，抗蚀剂R在通过过滤器14被除去尘埃等的同时供应、填充到排出泵11的泵室。由于抗蚀剂R通过这种加压输送方式抗蚀剂被填充到泵室，因此排出泵11本身无需设置药液吸入机构。因此，可以实现排出泵11自身的小型化。

然后，在t5的时间点，来自控制器29的第五指令信号变为断开电平，第一切换阀17被切换到关闭位置，抗蚀剂R的供给、填充被停止。此外，在t5的时间点，首先执行与前述的t1的情况相同的动作，之后反复进行那些动作(t1～t4的动作)。

在此，对加压输送抗蚀剂R并供给、填充到排出泵11的泵室情况下的供给压力的设定简单地进行说明。该供给压力如前所述反映了由压力控制阀18设定的压缩空气的压力设定。一般地，排出泵11设置在比抗蚀剂瓶15的设置位置更高的位置。在此情况下，供给压力的设定需要考虑扬程h(参照图1)。此外，需要考虑通过介于供给配管12途中的过滤器14时的阻力、由于排出泵11的种类而使挠性膜向工作室侧变形的力。考虑这些因素来设定供给压力。

根据以上详细描述的本实施方案可以获得以下的优秀效果。

通过将压缩空气供应到抗蚀剂瓶15的上层空间15a，成为正压的抗蚀剂R被加压输送并填充到排出泵11的泵室内。因此，无需像现有技术那样采用使用弹簧等向工作室侧驱动排出泵11的挠性膜而执行抗蚀剂R的吸入动作的结构。这样，去除了电动机，当然不存在对半导体晶片47带来热损害的顾虑，可以使排出泵11自身更加小型化。

通过该排出泵11的小型化可以使排出泵11的设置空间比以往还要狭小。在半导体制造装置的情况下，如上所述，为使抗蚀剂R排出量的精度提高，排出泵11配置在装载半导片47的旋转板46的附近。在包含该旋转板46的设置空间中要求最高级别的清洁度。如果考虑清洁化的成本，则要求这样空间应尽可能狭小，而在可使前述的设置空间狭小地形成这一点上，能够大大有助于成本削减。此外，通过排出泵11的小型化可以使排出泵11比以往还要靠近前端喷嘴而设置。由此，在设置多个将前端喷嘴和排出泵11作为一对的药液排出部的情况下，在各药液排出部可以减小从排出泵11起至前端喷嘴的配管长度和扬程的差异。因此，易于使各药液排出部的控制值均等，抗蚀剂R滴下的控制变得容易。

此外，作为抗蚀剂R填充的装置，也可以考虑通过对工作室进行真空抽吸向工作室侧驱动挠性膜使泵室的容积膨胀，使泵自身进行药液吸入动作。即使根据该结构也无需在排出泵11中组装弹簧等。但是，由于对工作室进行真空抽吸的结构是人为地制造苛刻状态的结构，因此还应考虑各种问题的产生，如必须要有承受该状态的构造等。在这一点上，根据本实施方案，由于仅通过另外设置加压输送装置由此将抗蚀剂R供应到排出泵11的极其简单的结构而无需弹簧等，因此具有可以使排出泵11小型化的优点。

另外，如果对工作室进行真空抽吸等而使抗蚀剂R的吸入动作进行，则泵室内的抗蚀剂R成为负压。如果这样，由于过滤器14的压力损失而在过滤器14的前后产生压力差，会产生给半导体晶片47带来损害的气泡。在这一点上，根据本实施方案，由于成为正压的抗蚀剂R供应到排出泵11，因此可以防止在抗蚀剂R通过过滤器14时产生气泡。

此外，当来自控制器29的第五指令信号变为接通电平时，设定压力的压缩空气被供应到抗蚀剂瓶15的上层空间15a，由此抗蚀剂R被送到排出泵11。此时，上层空间15a内的压力就成为抗蚀剂R的供给压力。该供给压力与大气压相比为正压。在该结构中，由于上层空间15a的压力与压缩空气的供给大致同时地达到其设定压力，因此能够将对指令信号响应性良好的供给压力作为设定压力。此外，由于将设定压力的压缩空气一供应到上层空间15a就可以恒定地维持供给压力，因此抗蚀剂R供给的控制变得容易。

另外，本发明并不局限于上述实施方案记载的内容，例如也可以按照以下的方式实施。

即，在上述实施方案中，虽然以空气作为向工作室供应的压缩性介质为例进行了举例说明，但也可以使用除空气以外的氮等其他气体。

此外，虽然示出了使用抗蚀剂R作为药液的例子，但这是因为药液的滴下对象以半导体晶片47为前提。因此，药液以及该药液的滴下对象也可以为其他。

此外，虽然示出了以挠性膜对排出泵11的泵室和工作室进行划分的例子，但此外也可以采用使用膜盒进行划分的泵。

此外，也可以在排出泵11与排出侧截流阀22之间设置压力传感器，检测从排出泵11排出的抗蚀剂R的液压，将来自该压力传感器的信号反馈到电动气动调节器27以对压缩空气的设定压力进行调整。在此情况下，电动气动调节器27根据基于来自控制器29的第一指令信号的压缩空气的设定压力(与排出压力相等)与来自压力传感器的液压信号的偏差量按照使工作室内的压力成为设定压力的方式对压缩空气进行调压。由此，为了将压缩空气调整为设定压力(与排出压力相等)，无需考虑随工作室的压力变化而进行驱动的挠性膜的张力，可以容易地进行排出压力的控制。

此外，在上述实施方案中，通过对抗蚀剂瓶15的上层空间15a进行加压的加压输送方式将抗蚀剂R供给、填充到排出泵11的泵室。但是，也可以代之以将利用电动机等致动装置的泵配置在供给侧来供给抗蚀剂R。即使根据该结构也可以获得排出泵11的小型化、防止气泡的效果。不过，该泵从接受驱动信号起至将排出压力作为设定压力的时间长，此外，还存在恒定地维持泵的排出压力的控制困难的问题。如果从这种观点来看，上述实施方案加压输送方式的供给是优选的。

此外，也可以将第一切换阀17和压力控制阀18替换成手动阀(以手动方式将上层空间15a切换成向大气开放状态)及固定调节器等、持续对抗蚀剂瓶15的上层空间15a进行加压。如果这样，与上述实施方案的情况相比，具有可以降低控制负担的优点。

Claims (4)

1.药液供给系统，其特征在于，包括：

排出泵，利用容积可变部件将填充药液的泵室和工作室分隔，通过向所述工作室内供应工作气体来驱动所述容积可变部件以缩小所述泵室的容积，根据所述容积的变化排出所述药液；

开闭型排出侧截流阀，设于所述排出泵与前端喷嘴之间；

切换装置，切换成将设定压力的所述工作气体供应到所述工作室的第一状态和将所述工作室向大气开放的第二状态中的任一状态；

药液供给装置，使药液成为正压，并将其供应到所述排出泵；

开闭型供给侧截流阀，设于所述排出泵与所述药液供给装置之间；

控制装置，控制所述两截流阀和所述切换装置，在从所述排出泵排出药液时将所述供给侧截流阀切换到关闭位置，将所述排出侧截流阀切换到打开位置，且将所述切换装置切换到第一状态，在将药液填充到所述排出泵时将所述供给侧截流阀切换到打开位置，将所述排出侧截流阀切换到关闭位置，且将所述切换装置切换到第二状态，使所述药液供给装置开始供给药液。

2.根据权利要求1所述的药液供给系统，其特征在于，所述药液供给配管的一端连接到排出泵，另一端置于药液供给容器的药液内，所述药液供给装置具有通过来自所述控制装置的药液供给指令将设定压力的加压气体供应到密闭的药液供给容器内部的药液上方的空间以使药液成为正压而送出的结构。

3.根据权利要求1所述的药液供给系统，其特征在于，所述药液供给配管的一端连接到排出泵，另一端配置在药液供给容器的药液内，所述药液供给装置具有将设定压力的加压气体持续供应给密闭的药液供给容器内部的药液上方的空间以使药液成为正压而送出的结构。

4.根据权利要求1至3任一项所述的药液供给系统，其特征在于，在所述排出泵与所述药液供给容器之间设有过滤器。