JP2004327747A - 薬液塗布装置 - Google Patents

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Seiji Tanaka
誠嗣 田中
Shinichi Imai
伸一 今井
Kotaro Miyasaka
幸太郎 宮坂
Shinki Taguchi
真貴 田口
Masaki Kitahashi
匡樹 北端
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Abstract

【課題】半導体ウエハー製造時にフォトレジスト液の塗布及び反射防止膜の塗布の工程で塗布される薬液中に気泡、パーティクルが存在すると、ウエハー上でパターン欠陥が生じ、歩留まりが低下する問題が生じる。
【解決手段】薬液を供給する薬液瓶1とバッファータンク2と、ポンプ3と、フィルター4と、サックバック5と、吐出ノズル6とが順に配管7でつながっている薬液塗布装置で、薬液瓶1とバッファータンク2の間に配管7中を流れる薬液に含まれる気泡や微細粒子の量を測定する測定器15を設けた。この測定結果からバッファータンク2への薬液の流れを制御する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハーを製造する際にフォトレジスト液の塗布、及び反射防止膜を塗布する塗布工程における薬液中の気泡、パーティクルをモニターして、品質の良い膜質で塗布ができるような薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハーを製造するためのフォトリソグラフィー工程は、ウエハー表面にレジストを塗布し、均一な厚さのレジスト膜を形成するレジスト塗布工程と、レジスト膜中の残留溶剤を蒸発させて、光化学反応を高めるためのプリベーク工程と、ウエハーにフォトマスクデバイスパターンを焼き付ける露光工程と、露光部を溶出させる現像工程と、パターン強化のためのポストベークがある。
【0003】
さらに、微細化に伴い、近年レジスト上に反射防止膜を塗布する工程がある。レジスト・反射防止膜等の薬液を塗布するにあたっては、ウエハーを回転させて、薬液を滴下することが一般に行われている。この従来の方法で塗布される塗布装置について説明を行う(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
図6は従来の薬液塗布装置を示す概略図である。図6において、薬液8の供給源である薬液瓶1と、バッファータンク2と、ポンプ3と、フィルター4と、サックバック5と、吐出ノズル6とが順に配管7でつながっている。ここで、各部を個々につなぐすべての配管を総称している。また、図6中に示す矢印は、配管7を流れる薬液の方向を示している。
【0005】
さらに、薬液瓶1には、N加圧配管9、バッファータンク2とフィルター4には、それぞれ廃液を捨てるための配管であるバッファータンクドレイン10とフィルタードレイン11がつながっている。それぞれのドレインには、途中に弁10a,10bがある。また、吐出ノズル6の直下には、ウエハー12と、ウエハー12を載せたウエハーチャック14と、ウエハーチャック14を回転させるモーターフランジ13とがある。
【0006】
薬液8は薬液瓶1に入った状態で薬液塗布装置に供給される。配管7とN加圧配管9を薬液瓶1に密閉した状態でつなげ、N加圧配管9よりNガスを流し、薬液瓶1中の薬液8の液面を加圧し、バッファータンクドレイン10の弁10aを開放し、バッファータンク2まで薬液8で満たすことができる。さらにポンプ3、フィルター4を通じて、フィルタードレイン11の弁10bを開放する事により、フィルター4までの配管7を薬液で満たすことができる。この状態でポンプ3を駆動させると、薬液8はポンプ3より吸引され、配管7を通りポンプ3から押し出され、フィルター4でパーティクルが濾過され、サックバック5を経て吐出ノズル6よりウエハー12上に滴下される。ウエハー12はモーターフランジ13で回転し、滴下された薬液8による均一な膜厚の塗布が行われる。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−42472号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薬液の製造及び搬送の状態で、薬液8中の溶存気体及び気泡の含有量は大きく変わり、その時々の薬液瓶1の間で薬液8中の溶存気体及び気泡の含有量にバラツキが見られる。その薬液瓶1を用いて薬液8を薬液塗布装置に供給することになる。このため、薬液8中に溶存気体と気泡が多く溶け込んだ状態で薬液塗布装置に供給される。
【0009】
薬液8中に溶け込んだ溶存気体と気泡は、ポンプ3により、吐出ノズル6まで供給され、途中でフィルター4により多くの気泡は除去されるが、溶存気体は通過する。また、ポンプ3を駆動した時の配管7中の圧力変動により溶存気体は発泡し、気泡を含んだ薬液8が吐出ノズル6から供給されることがある。また、フィルター交換時にフィルター4に気泡がからむことがある。この時も、フィルター4を通過後の薬液8には気泡が含まれ、吐出ノズル6から気泡を含んだ薬液8が吐出される。
【0010】
いずれの場合も吐出ノズル6からの薬液8をウエハー12に吐出し、スピンコートすると塗布膜に欠陥が生じる。実デバイス上の場合、パターン欠陥が生じ、歩留まりが低下するという問題が生じる。
【0011】
そこで、本発明は、薬液瓶1からサックバック5までの間で突然気泡、微細粒子が発生しても、配管7の中を流れる薬液8に含まれる気泡及び微細粒子をモニタリングして取り除き、ウエハー12上の塗布膜に現れる欠陥を少なくする薬液塗布装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の薬液塗布装置は、薬液を供給する薬液供給源と、前記薬液中の気泡やパーティクルを濾過するフィルターと、前記薬液供給源から前記フィルターに前記薬液を送り出すポンプと、前記フィルターを通過した前記薬液をウエハー上に塗布する吐出ノズルとを備えるとともに、前記薬液供給源と前記ポンプとの間、または前記フィルターと前記吐出ノズルとの間の配管中を流れる前記薬液の微粒子や気泡を検出する測定器を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、測定器と接続された出力側の配管に3方弁を備え、出力の弁の一方は前記吐出ノズル側に、他方は薬液を排出するドレイン配管につながっており、前記測定器で測定した前記薬液の微粒子や気泡の量が所定値を越えると前記ドレイン配管に、所定値以下なら前記吐出ノズル側に前記薬液を流すように前記3方弁の開放動作を行うことを特徴とする。
【0014】
また、この薬液塗布装置は前記測定器からの測定結果を塗布装置の制御装置に送信する機構と測定結果によって薬液塗布装置の稼動および停止させる機能を備えたり、測定結果を一定期間保持する機能と傾向管理する機能を備えた記録演算装置を備えことを特徴とする。
【0015】
本発明の構成によって、配管中を流れる薬液に含まれる気泡及び微細粒子の量をモニタリングし、その測定結果を薬液塗布装置の制御装置に送信し、予め設定した設定値を越えた場合、薬液配管の3方弁を開放して薬液が流れる方向を変えることにより、気泡、微細粒子を含んだ薬液を吐出ノズルから出さないことが可能となり、また、装置を停止したり、ウエハーを再生したり、オペレーターにアラーム等の信号を送ったりすることが可能となる。これにより、欠陥を含まない品質の良い塗布膜が形成することができるようになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参考にしながら説明する。
【0017】
図1は本発明の第1の実施形態における薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置の概略図を示す。
【0018】
図1において、薬液8の供給源である薬液瓶1と、バッファータンク2と、ポンプ3と、フィルター4と、サックバック5と、吐出ノズル6とが順に配管7でつながっている。ここで、上記の各部を個々につなぐすべての配管を総称している。また、図1中に示す矢印は、配管7を流れる薬液の方向を示している。
【0019】
さらに、薬液瓶1には、N加圧配管9、バッファータンク2とフィルター4には、それぞれ廃液を捨てるための配管であるバッファータンクドレイン10とフィルタードレイン11がつながっている。それぞれのドレインには、途中に弁10a,10bがある。また、吐出ノズル6の直下には、ウエハー12と、ウエハー12を載せたウエハーチャック14と、ウエハーチャック14を回転させるモーターフランジ13とがある。
【0020】
薬液瓶1とバッファータンク2との間には、薬液瓶1に配管7を介してつながり、配管7中を流れる薬液に含まれる気泡や微細粒子の量を測定する測定器15があり、測定器15の直後には3方弁16がある。3方弁16の一方はバッファータンク2、他方はドレイン配管17につながっている。
【0021】
以上のように構成された本実施形態の薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置について以下、その動作について説明する。
【0022】
薬液8は薬液瓶1に入った状態で薬液塗布装置に供給される。配管7とN加圧配管9を薬液瓶1に密閉した状態でつなげ、Nガスを流し、薬液瓶1中の薬液8の液面を加圧し、バッファータンクドレイン10の弁10aを開放し、バッファータンク2まで薬液8で満たすことができる。さらにポンプ3、フィルター4を通じて、フィルタードレイン11の弁10bを開放することにより、フィルター4までの配管7を薬液で満たすことができる。この状態でポンプ3を駆動させると、薬液8はポンプ3より吸引され、配管7を通りポンプ3から押し出され、フィルター4でパーティクルが濾過され、サックバック5を経て吐出ノズル6よりウエハー12上に滴下される。ウエハー12はモーターフランジ13に載せられて回転し、薬液8による均一な膜厚の塗布が行われる。一方、ポンプ3を駆動させると、配管7中の薬液8が移動し、測定器15の中を一定時間に一定量だけ通過する。この時、測定器15から信号が出される。
【0023】
図4はポンプ3における吐出のためのポンプ駆動回数を横軸とし、縦軸に測定器15からの出力値、つまり薬液に含まれる気泡や微細粒子の量を表した特性図である。この図では測定器15における出力値の設定値が100で、この値を超えたものは異常値と見る。
【0024】
この異常値を検出した時、3方弁16に信号が送信され、3方弁16が開放され、薬液8がドレイン配管17に排出される。設定値以内であると、3方弁16は閉じて、従来通り、バッファータンク2に薬液8は供給される。
【0025】
以上のように本実施形態によれば、配管7中を流れる薬液8の気泡、微細粒子を測定器15で測定し、薬液8中に気泡や微細粒子が多く含まれていると判断した場合に3方弁16を切り替えてドレイン配管17に薬液8を破棄することにより、気泡を含んだ薬液8を吐出ノズル6から出さないようにすることができる。
【0026】
図2は、本発明の第2の実施形態における薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置の概略図である。
【0027】
第1の実施形態と異なる構成は、配管7中を流れる薬液に含まれる気泡や微細粒子の量を測定する測定器を配置する位置が異なることであり、フィルター4とサックバック5との間に測定器18が設定されており、測定器18の直後には3方弁19がある点である。3方弁19の一方はサックバック5、他方はドレイン配管20につながっている。その他の構成は、第1の実施形態と同じであり、詳細な構成の説明は省略する。
【0028】
ここでも、測定器18で薬液8に含まれる気泡や微細粒子の量を測定した結果、その出力値が設定値を超えて異常値を検出した時は、3方弁19に信号が送信され、3方弁19が開放され、薬液8がドレイン配管20に排出される。設定値以内であると、3方弁19は閉じて、従来通り、サックバック5に薬液8は供給される。
【0029】
以上のように本実施形態によれば、配管7中を流れる薬液8の気泡、微細粒子を測定器18で測定し、薬液8中に気泡や微細粒子が多く含まれていると判断した場合に3方弁19を切り替えてドレイン配管20に薬液8を破棄することにより、気泡を含んだ薬液8を吐出ノズル6から出さないようにすることができる。
【0030】
図3は、本発明の第3の実施形態における薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置の概略図である。
【0031】
フィルター4とサックバック5との間に測定器21が設定されており、測定器21の直後には3方弁22がある点は、第2の実施形態と同様であるが、異なる構成としては、3方弁22の一方はサックバック5、他方はバイパス配管23につながっており、このバイパス配管23の一方は薬液瓶1につながっている。このバイパス配管23を通る薬液8中には気泡、微細粒子が多く含まれているが、これが薬液瓶1に戻っても、吐出ノズル6から出るまでに、再度フィルター4を通過するため、薬液8中の気泡や微細粒子はそこで濾過される可能性がある。また、フィルター4を通過後の薬液8は再度測定器21で気泡、微細粒子の量を測定するので吐出ノズル6から出されることはない。その他の構成は、第1の実施形態と同じであり、詳細な構成の説明は省略する。
【0032】
ここでも、測定器21で薬液8に含まれる気泡や微細粒子の量を測定した結果、その出力値が設定値を超えて異常値を検出した時は、3方弁22に信号が送信され、3方弁22が開放され、薬液8がドレイン配管20に排出される。設定値以内であると、3方弁19は閉じて、従来通り、サックバック5に薬液8は供給される。
【0033】
以上のように本実施形態によれば、配管7中を流れる薬液8の気泡、微細粒子を測定器18で測定し、薬液8中に気泡や微細粒子が多く含まれていると判断した場合に3方弁19を切り替えてバイパス配管23を介して薬液8を薬液瓶1に戻すことにより、気泡を含んだ薬液8を吐出ノズル6から出さないようにすることができる。
【0034】
図5は、本発明の薬液モニタリングシステムの信号流れと処理システムを示した概略図である。その構成は大まかに測定器と測定器からの信号を受ける記録演算装置と薬液塗布装置の制御部からなる。
【0035】
測定器から、配管7中を流れる薬液8の気泡、微細粒子の量の測定結果の信号50は測定器が反応した時系列データであり、薬液塗布装置の制御装置からの信号52は装置イベントの時系列データである。これら二つの信号50,52が記録演算装置に送信される。ここでは、装置イベントと測定器の反応値を結び付け、データを記録し、傾向管理を行ったり、測定器の設定値を設け、その設定値と測定結果を比較して異常値判断を行ったり、またその頻度を記録したりする。この記録演算装置で異常判断した信号は薬液塗布装置の制御部に信号51として送られ、薬液塗布装置を制御する。例えば、ウエハーの搬送を停止する信号を出したり、薬液塗布装置の稼動および停止する信号を出したり、3方弁の開閉を行う信号を出したり、ウエハー上の塗布膜を剥離および再塗布し、ウエハー再生のためのレシピを実行する信号を出したりする。
【0036】
以上のようにこの実施形態によれば、測定器から出た信号が異常値の時に、薬液塗布装置を制御することにより品質の悪い欠陥が多い塗布膜を形成することを避けることができる。
【0037】
【発明の効果】
本発明は、配管中を流れる薬液中の気泡及び微細粒子の量を測定器にてモニターし、その結果から薬液塗布装置を制御することにより、例えば、気泡及び微細粒子を含んだ薬液を吐出ノズルから出さないことが可能となったり、装置の稼動を止めてメンテナンスを行ったり、ウエハー再生等の処理を行ったりして歩留まり低下を防ぐことのできる優れた薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置の概略図
【図2】本発明の第2の実施形態における薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置の概略図
【図3】本発明の第3の実施形態における薬液モニタリングシステムを備えた薬液塗布装置の概略図
【図4】吐出ポンプ駆動回数と測定器からの出力値を表した特性図
【図5】本発明の薬液モニタリングシステムの信号流れと処理システムを示した概略図
【図6】従来の薬液塗布装置の概略図
【符号の説明】
1 薬液瓶
2 バッファータンク
3 ポンプ
4 フィルター
5 サックバック
6 吐出ノズル
7 配管
12 ウエハー
13 モーターフランジ
14 ウエハーチャック
15,18,21 測定器
16,19,22 3方弁

Claims (8)

  1. 薬液を供給する薬液供給源と、前記薬液中の気泡やパーティクルを濾過するフィルターと、前記薬液供給源から前記フィルターに前記薬液を送り出すポンプと、前記フィルターを通過した前記薬液をウエハー上に塗布する吐出ノズルとを備えるとともに、前記薬液供給源と前記ポンプとの間の配管中を流れる前記薬液の微粒子や気泡を検出する測定器を備えたことを特徴とする薬液塗布装置。
  2. 薬液供給源とポンプの間に薬液を貯めるバッファータンクを備え、測定器は、前記薬液供給源と前記バッファータンクの間に設けたことを特徴とする請求項1に記載の薬液塗布装置。
  3. 測定器と接続されたポンプ側の配管に3方弁を備え、出力の弁の一方は前記ポンプ側に、他方は薬液を排出するドレイン配管につながっており、前記測定器で測定した前記薬液の微粒子や気泡の量が所定値を越えると前記ドレイン配管に、所定値以下なら前記ポンプ側に前記薬液を流すように前記3方弁の開放動作を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の薬液塗布装置。
  4. 薬液を供給する薬液供給源と、前記薬液中の気泡やパーティクルを濾過するフィルターと、前記薬液供給源から前記フィルターに前記薬液を送り出すポンプと、前記フィルターを通過した前記薬液をウエハー上に塗布する吐出ノズルとを備えるとともに、前記フィルターと前記吐出ノズルとの間の配管中を流れる前記薬液の微粒子や気泡を検出する測定器を備えたことを特徴とする薬液塗布装置。
  5. 測定器と接続された吐出ノズル側の配管に3方弁を備え、出力の弁の一方は前記吐出ノズルに、他方は薬液を排出するドレイン配管につながっており、前記測定器で測定した前記薬液の微粒子や気泡の量が所定値を越えると前記ドレイン配管に、所定値以下なら前記吐出ノズルに前記薬液を流すように前記3方弁の開放動作を行うことを特徴とする請求項4に記載の薬液塗布装置。
  6. ドレイン配管が薬液供給源につながっていることを特徴とする請求項5に記載の薬液塗布装置。
  7. 測定器からの測定結果を薬液塗布装置の制御装置に送信する機構を備え、前記制御装置が前記測定結果により、前記薬液塗布装置の稼動および停止させる機能を備えたことを特徴とする請求項1または4に記載の薬液塗布装置。
  8. 制御装置と接続され、測定器からの測定結果を一定期間保持し、測定結果と所定値と比較するとともに、薬液塗布装置の動作状態を記憶する記録演算装置を備えたことを特徴とする請求項7に記載の薬液塗布装置。
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