JP2005311001A - 液体材料供給装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 材料供給容器内の液体材料を残さず使用することができ、液体材料の特性変化や気泡混入等も防止できる液体材料供給装置および方法を提供する。
【解決手段】 液体材料としてのレジスト２を入れたレジスト供給ボトル３とレジスト吐出ポンプ１２とを、配管１０１Ａ，１０１Ｃを介して接続し、前記ポンプ１２の吐出側に配管１０１Ｄを介してレジスト供給ノズル１６を接続した液体材料供給装置において、前記ボトル３内を外部より加圧することでレジスト２を間接加圧する間接加圧手段としてのタンク１０，エア５と、前記ボトル３内のレジスト２を直接に加圧する直接加圧手段としてのエア５と、前記ボトル３とポンプ１２との間の配管１０１Ａ，１０１Ｃ間に介装され、前記ボトル３から送り出されたレジスト２を一旦溜めるバッファボトル１０とを設ける。バッファボトル１０内のレジスト２量を管理することで、ボトル３内のレジスト２を連続的に送り続けることができ、残さず使用することが可能になった。
【選択図】 図１

Description

レジストなどの液体材料を供給する液体材料供給装置および方法に関する。

レジスト、洗浄液、接着剤など、種々の液体材料を供給する液体材料供給装置が知られている。半導体装置の製造工程でウェハ上に塗布されるレジストを供給するレジスト供給装置を一例に挙げて説明する。

従来のレジスト供給装置は、図２に示すように、レジスト２を入れたレジスト供給ボトル３（以下、レジストボトル３と言う）とレジスト吐出ポンプ１２（以下、ポンプ１２と言う）とを配管１０１Ａ，１０１Ｆを介して接続し、ポンプ１２の吐出側に配管１０１Ｄを介してレジスト供給ノズル１６（以下、ノズル１６と言う）を接続している。

レジストボトル３の設置時には、高純度の窒素である加圧用のエア５を配管１０１Ｇを通じてレジストボトル３に供給することにより、レジストボトル３内のレジスト２を加圧し、配管１０１Ａに送り込む。その際に配管１０１Ａ内に入った加圧用エアやレジスト２からの発生ガスなどの気体は、配管１０１Ａ，１０１Ｆ間に介装した手動二方弁２１に設けたドレイン２０へ逃がし、配管１０１Ｆへはレジスト２のみ流入させる。

そしてその時点でポンプ１２を動作させて、レジストボトル３内のレジスト２を配管１０１Ａ，１０１Ｆを通じて吸引し、配管１０１Ｄ，ノズル１６に向けて送り出し、ノズル１６の先端から吐出させる。この際のレジスト２からの発生ガスなどの気体は、ポンプ１２に設けたドレイン１３から排出する。

レジスト２がノズル１６から吐出されたことが確認されたら、エア５のための配管１０１Ｇをレジストボトル３から取り外す。レジストボトル３内のレジスト２の有無は、配管１０１Ａに取り付けたレジストセンサ７で監視する。レジストボトル３とポンプ１２との間にリザーブタンクを設けた装置もある（たとえば特許文献１）。
特開平７−３３５５１７号公報

しかしながら、従来のレジスト供給装置では、上記したように高純度の窒素を加圧用のエア５として用いてレジスト２をレジスト吐出ポンプ１２の吸引側に送り込んでいるため、レジスト２が窒素と反応してしまい、特性が変化することがある。

また前記エア５によって加圧し続けると、レジスト２中に気泡として流れ込んだり、窒素との反応による発泡が生じて、レジスト２に気泡が混入し、レジスト供給ノズル１６からの吐出後にレジスト塗布異常を来たすことがある。一たびレジスト２中に混入した気泡は、システム内で抜き取ることは難しく、レジスト塗布異常がたびたび発生することがある。気泡が混入したレジスト２はドレイン１３を通じて廃棄しなければならず、レジスト２は高価であるだけにコスト増を招くことにもなる。

そのため、加圧用エア５で加圧し続けることはできず、一方でレジスト吐出ポンプ１２のみではレジスト供給ボトル３が空になるまでレジスト２を使用することはできず、高価なレジスト２を残したままボトル交換することを余儀なくされている。さらに、ボトル交換の前後でレジスト２の塗膜の膜厚や膜質が変化するため、ボトル交換前後での膜管理が必要なのであるが、ボトル交換の頻度が高くなることは膜管理が煩雑になる原因ともなる。

これらの問題は概ね、レジスト以外の液体材料を供給する供給装置にも共通する。
本発明は上記問題を解決するもので、材料供給容器内の液体材料を最後まで使用することができ、液体材料の特性変化や気泡混入等も防止できる液体材料供給装置および方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の液体材料供給装置は、液体材料を入れた材料供給容器とポンプ装置とを配管を介して接続し、前記ポンプ装置の吐出側に材料供給ノズルを接続した液体材料供給装置であって、前記材料供給容器を外部より加圧することにより前記材料供給容器内の液体材料を間接加圧して前記配管へと送り出す間接加圧手段と、前記材料供給容器内の液体材料を直接に加圧する直接加圧手段と、前記材料供給容器とポンプ装置との間の配管に介装され、前記材料供給容器から送り出された液体材料を一旦溜めるバッファ容器とを有したことを特徴とする。

間接加圧手段として、材料供給容器を収納する密閉式のタンクと、このタンク内に供給されるエアとを使用することができる。
直接加圧手段として、固形または液状の微粒子状物が予め除去されたエアを使用することができる。

バッファ容器内の液体材料量を検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて前記バッファ容器内の液体材料量の流入および送出を制御する制御装置とを備えるのが好都合である。

また、ポンプ装置と材料供給ノズルとの間に介装された弁装置と、前記弁装置とバッファ容器とを接続した配管とを備えるのが好都合である。
さらに、ポンプ装置が液体材料を吐出したショット数を計測する計測装置を備えるのが好都合である。

本発明の液体材料供給方法は、液体材料を入れた材料供給容器とポンプ装置とを配管を介して接続し、前記ポンプ装置の吐出側に接続させた材料供給ノズルより吐出させる際に、前記材料供給容器を外部より加圧することにより前記材料供給容器内の液体材料を間接加圧して前記配管へと送り出し、前記材料供給容器とポンプ装置との間に介装したバッファ容器に一旦溜め、このバッファ容器から前記ポンプ装置によって吸引して前記材料供給ノズルに送り出すことを特徴とする。

材料供給容器内の液体材料を、固形または液状の微粒子状物が予め除去されたエアで直接に加圧することができる。
バッファ容器内の液体材料量をモニターし、検出結果に基づいて前記バッファ容器内の液体材料量の流入および送出を制御するのが好ましい。

材料供給ノズルより液体材料を吐出しない時に、前記材料供給ノズルとポンプ装置との間に接続させた配管に流路を切り替え、前記ポンプ装置により送り出される液体材料をバッファ容器に循環返送するのが好ましい。

ポンプ装置が液体材料を吐出したショット数を計測し、計測値を滞留時間の指標として液体材料の品質を管理するのが好ましい。

本発明のレジスト供給装置および方法は、材料供給容器内の液体材料を間接加圧して送り出し、バッファ容器に一旦溜め、このバッファ容器からポンプ装置によって材料供給ノズルに送り出すようにしたため、バッファ容器内の液体材料量を管理することで、ポンプ装置へ連続的に送り続けることができ、材料供給容器内の液体材料を残さず使い切ることが可能になった。よって、液体材料として高価なレジストを用いるウェハ加工などを、材料供給容器を頻繁に交換することなく、効率良く行うことが可能になり、生産性の向上を図ることができる。

また、直接加圧手段として固形または液状の微粒子状物が予め除去されたエアを使用するようにしたことにより、またポンプ装置と材料供給ノズルとの間に三方弁を設けて、ポンプ装置で取り出した液体材料を短い管路でバッファ容器へ循環返送するようにしたことにより、従来装置で発生していた気泡の混入やダストの発生を抑えることができ、品質の高い加工が可能になった。

さらに、ポンプ装置が液体材料を吐出したショット数を計測するようにしたことにより、材料供給容器の交換前後の新旧液体材料の品質差を確認し、安定した品質の製品を作製可能になった。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態における液体材料供給装置であって、ウェハ上に塗布される液状のレジストを供給するレジスト供給装置の概略構成を示す。

このレジスト供給装置は、先に図２を用いて説明した従来のものと同様に、レジスト２を入れたレジスト供給ボトル３（以下、レジストボトル３と言う）とレジスト吐出ポンプ１２（以下、ポンプ１２と言う）とを配管１０１Ａ，１０１Ｃを介して接続し、ポンプ１２の吐出側に配管１０１Ｄを介してレジスト供給ノズル１６（以下、ノズル１６と言う）を接続している。なおレジストボトル３は、プラスチック材料等によって容易に変形可能に形成されている。

配管１０１Ａの途中には、配管１０１Ａ内へのレジスト２の流入を監視して、レジストボトル３内のレジスト２の有無を検知するレジストセンサ７を設けていて、「無」が検知された時に音や光でレジストボトル３の交換を知らせる。

さらにこのレジスト供給装置は、レジストボトル３を収納する密閉式のタンク１と、タンク１に配管１０１Ｇを介して接続し、加圧手段としてのエア５を供給することにより、タンク１内を加圧してレジストボトル３内のレジスト２を間接加圧し、配管１０１Ａへと送り出す制御ユニット４と、レジストボトル３とポンプ１２との間の配管１０１Ａ，１０１Ｃ間に介装され、レジストボトル３から配管１０１Ａを通じて送り出されたレジスト２を一旦溜めるバッファボトル１０と、バッファボトル１０内のレジスト２の量を検出する第１および第２のセンサ８，９とを有している。バッファボトル１０を備えたことで、ポンプ１２の吸い込み側の配管１０１Ａ，１０１Ｃが短くてすむ構造である。

制御ユニット４は、配管１０１Ａに介装した加圧排気ユニット１７に対して配管１０１Ｈを介して接続していて、加圧排気ユニット１７を通じて配管１０１Ａ内に加圧用のエア５を供給し、排気する機能も担っている。

第１および第２のセンサ８，９はそれぞれ、予め決められた上限液位（バッファボトル１０への供給停止液位）または下限液位（バッファボトル１０の空を示す液位）を検出可能な位置に配置されていて、図示を省略した信号線を通じて検出結果を制御ユニット４に送信する。

上記構成における作用を説明する。
新たなレジストボトル３を設置した時には、制御ユニット４が配管１０１Ｇを通じてエア５を供給してタンク１内を加圧することにより、レジストボトル３を押圧し、レジストボトル３内のレジスト２を間接加圧して、配管１０１Ａを通じてバッファボトル１０内に送り込む。

その際に、第１および第２のセンサ８，９によってバッファボトル１０内のレジスト２の液位が監視されていて、レジスト２の液位が下限液位より高くなったら、ポンプ１２が連続して動作されて、バッファボトル１０内のレジスト２を配管１０１Ｃを通じて吸引し、配管１０１Ｄ，ノズル１６に向けて送り出し、ノズル１６の先端から吐出させる。ポンプ１２の起動直後に発生した気体は、ポンプ１２に設けられたドレイン１３から排出される。

バッファボトル１０内のレジスト２の液位が上限液位を超えた時には、制御ユニット４が配管１０１Ｇを通じてのエア５の供給を停止して（あるいは配管１０１Ｇを通じて排気して）、バッファボトル１０へのレジスト２の供給を一旦停止し、上限液位より低下した後にバッファボトル１０へのレジスト２の供給を再開する。

制御ユニット４はまた、配管１０１Ｇを通じてエア５を供給すると同時に、加圧排気ユニット１７，配管１０１Ｈによって排気することにより、配管１０１Ａ内に入ったエア５やレジスト２からの発生ガスなどの気体を除去し、気泡の発生を防ぐ。バッファボトル１０内で発生した気体はバッファボトル１０に設けたドレイン１１から排気する。

一方で、レジストボトル３内のレジスト２の有無がレジストセンサ７により監視されていて、レジスト２の「無」が検知された時に音や光が発せられる。それに基づきレジストボトル３が交換された後は、上記と同様の動作が繰り返される。

以上のように、タンク１内でエアー５によりレジストボトル３自体とその内部のレジスト２を加圧するようにしたため、レジストボトル３内のレジスト２を完全に追い出すことができ、最後まで使い切ることができる。また、レジストボトル３内およびバッファボトル１０内のレジスト２の量を監視するようにしたため、レジストボトル３をタイミング良く交換してレジスト２をバッファボトル１０へ供給し続けることができ、それによりバッファボトル１０内のレジスト２の液位を下限液位より高く維持し、バッファボトル１０内のレジスト２をポンプ１２により連続的に吸引することが可能となる。

なお、制御ユニット４が取り込むエア５は、塵や油分などの固形または液状の微粒子状物が予め除去された給気源からの空気である。このため、加圧排気ユニット１７，配管１０１Ａを通じて送り込まれるエア５と接触するレジスト２への前記微粒子状物の混入はなく、また窒素比率が従来よりも小さいため窒素との反応が抑えられ、レジスト２の供給経路内での発泡を抑制することが可能であり、レジスト２への気泡の混ざり込みを無くすことができる。

さらにこのレジスト供給装置は、ポンプ１２に接続した配管１０１Ｄとノズル１６との間に三方弁１５を介装し、この三方弁１５とバッファボトル１０（ここでは配管１０１Ａの途中）とを接続する配管１０１Ｅを設けている。上述したようにバッファボトル１０とポンプ１２との間の配管１０１Ｃを短くできる構造であるため、配管１０１Ｄと配管１０１Ｅも短く設計可能である。

この構成において、ポンプ１２を連続運転し、ノズル１６からレジスト２を吐出しない間に、三方バルブ１５により配管１０１Ｅに流路を切り替えて、ポンプ１２によりバッファボトル１０から取り出されたレジスト２をバッファボトル１０へ返送する。このことにより、レジスト２が配管１０１Ｃ、１０１Ｄ内に滞留することがなくなり、レジスト２の硬化、それによるダストの発生を抑えることができ、エア混入も防ぐことができるため、発泡も抑えることが出来る。

またポンプ１２には、このポンプ１２が往復機能によりレジスト２を吐出して配管１０１Ｄへ送り出したショット数（往復１回で１ショット）を計測する吐出ショットカウンタ１４が信号線２０１Ａを介して接続しており、この吐出ショットカウンタ１４に信号線２０２Ｂを通してシグナルタワー１８が接続している。そして、吐出ショットカウンタ１４が前記ショット数を取り込み、予め決めた値に達した時に、シグナルタワー１８に表示（あるいは警報音等でもよい）を指令する。

これにより、配管１０１Ｃ、１０１Ｄ、１０１Ｅ内を通過・循環しているレジスト２の状態を確認したり、またレジスト２をウェハ面上に吐出して塗膜を形成する際の膜厚管理などに利用することが可能になる。たとえば、レジストボトル３を交換した後にトラップタンク１０で新旧のレジスト２が混ざり、配管１０１Ｃ、１０１Ｄ、１０１Ｅ、トラップタンク１０を循環する間に、レジスト２の性質が変化することがあるので、ショット数を指標としてレジスト２の状態を確認できることは有効である。

本発明に係る液体材料供給装置および方法は、気泡やダストの混入、ボトル交換前後の品質差等が問題となるレジストなどの液体材料の供給に特に有用である。

本発明の一実施形態としてのレジスト供給装置の構成図 従来のレジスト供給装置の構成図

符号の説明

１ タンク
２ レジスト（液体材料）
３ レジスト供給ボトル
４ 制御ユニット
５ エア
８，９ センサ
１０ バッファボトル
１２ レジスト吐出ポンプ
１４ 吐出ショットカウンタ
１５ 三方弁
１６ レジスト供給ノズル
１７ 加圧排気ユニット

Claims (11)

1. 液体材料を入れた材料供給容器とポンプ装置とを配管を介して接続し、前記ポンプ装置の吐出側に材料供給ノズルを接続した液体材料供給装置であって、
   前記材料供給容器を外部より加圧することにより前記材料供給容器内の液体材料を間接加圧して前記配管へと送り出す間接加圧手段と、
   前記材料供給容器内の液体材料を直接に加圧する直接加圧手段と、
   前記材料供給容器とポンプ装置との間の配管に介装され、前記材料供給容器から送り出された液体材料を一旦溜めるバッファ容器と
   を有した液体材料供給装置。
2. 間接加圧手段が、材料供給容器を収納する密閉式のタンクと、このタンク内に供給されるエアとである請求項１記載の液体材料供給装置。
3. 直接加圧手段が、固形または液状の微粒子状物が予め除去されたエアである請求項１記載の液体材料供給装置。
4. バッファ容器内の液体材料量を検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて前記バッファ容器内の液体材料量の流入および送出を制御する制御装置を有した請求項１記載の液体材料供給装置。
5. ポンプ装置と材料供給ノズルとの間に介装された弁装置と、前記弁装置とバッファ容器とを接続した配管とを有した請求項１記載の液体材料供給装置。
6. ポンプ装置が液体材料を吐出したショット数を計測する計測装置を有した請求項１記載の液体材料供給装置。
7. 液体材料を入れた材料供給容器とポンプ装置とを配管を介して接続し、前記ポンプ装置の吐出側に接続させた材料供給ノズルより吐出させる液体材料供給方法であって、
   前記材料供給容器を外部より加圧することにより前記材料供給容器内の液体材料を間接加圧して前記配管へと送り出し、前記材料供給容器とポンプ装置との間に介装したバッファ容器に一旦溜め、このバッファ容器から前記ポンプ装置によって吸引して前記材料供給ノズルに送り出す液体材料供給方法。
8. 材料供給容器内の液体材料を、固形または液状の微粒子状物が予め除去されたエアで直接に加圧する請求項７記載の液体材料供給方法。
9. バッファ容器内の液体材料量をモニターし、検出結果に基づいて前記バッファ容器内の液体材料量の流入および送出を制御する請求項７記載の液体材料供給方法。
10. 材料供給ノズルより液体材料を吐出しない時に、前記材料供給ノズルとポンプ装置との間に接続させた配管に流路を切り替え、前記ポンプ装置により送り出される液体材料をバッファ容器に循環返送する請求項７記載の液体材料供給方法。
11. ポンプ装置が液体材料を吐出したショット数を計測し、計測値を滞留時間の指標として液体材料の品質を管理する請求項７記載の液体材料供給方法。

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