JP2006026546A - 処理液供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハに対するレジスト液の吐出流量を安定させる。
【解決手段】 ガス圧駆動式でダイヤフラム形の圧送ポンプ２２のガス管路４１には，電空レギュレータ４３が設けられる。電空レギュレータ４３と圧送ポンプ２２との間には，ダイヤフラム形のアキュームレータ４４が設けられる。第３の開閉バルブ２６が開放され，レジスト液吐出ノズル７からレジスト液が吐出されると，圧送ポンプ２２の給気室３１内の急激な圧力変動がアキュームレータ４４により緩和され，短時間で収束する。これにより，給気室３１の圧力によって貯留室３０から圧送されるレジスト液の流量も短時間で安定する。この結果，レジスト液吐出ノズル７から吐出されるレジスト液の吐出流量が安定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は，基板に処理液を供給する処理液供給システムに関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスでは，半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）上にレジスト液が塗布され，レジスト膜が形成されるレジスト塗布処理や，ウェハ上に絶縁膜材料を主成分とする塗布液を塗布する絶縁膜塗布処理など，ウェハ上に薄膜を形成する複数の液処理が行われている。

例えばレジスト塗布処理は，通常レジスト塗布装置で行われ，例えばスピンチャックに保持され回転されたウェハの中心部に，レジスト液吐出ノズルから所定量のレジスト液が吐出され，ウェハ上のレジスト液がウェハ表面全面に拡散されることによって，ウェハ上に薄いレジスト膜が形成されている。

ところで，ウェハ上にレジスト液を供給するための供給系には，比較的小型であることから，ガス圧駆動式の例えばダイヤフラムポンプが用いられている。ダイヤフラムポンプは，ポンプ内の貯留室に貯留された所定量のレジスト液を，給気室のガス圧によりダイヤフラムを介して押圧し圧送するものである。ダイヤフラムポンプとレジスト液吐出ノズルとの間の管路には，開閉バルブが設けられ，この開閉バルブの開閉によりレジスト液の吐出の開始と停止を行っている。ダイヤフラムポンプにガスを給供する給気系には，ポンプ内のガス圧を一定に維持しレジスト液を定圧で圧送するためにレギュレータが設けられている（例えば，特許文献１参照。）。

しかしながら，上述した供給系を用いてウェハにレジスト液を供給した場合，図６に示すようにレジスト液吐出ノズルからの吐出流量が開閉バルブの開放と同時に急激に上がり，その後急激に落ちてしばらく振動を繰り返し，その後安定していた。このように，ダイヤフラムポンプの給気系にレギュレータを設けたにもかかわらず，実際のレジスト液供給時には，レジスト液の吐出流量が大きく変動し，またその変動が安定するまでに時間が掛かっていた。

発明者の実験によれば，レジスト液の供給中にレジスト液の吐出流量が変動すると，ウェハ上に形成されるレジスト膜の膜厚が不均一になることが確認されている。このようにレジスト膜が均一に形成されないと，例えばウェハ上に最終的に形成されるパターン形状等がばらつき，デバイス製造における歩留まりが著しく低下する。

特開２００３-１３６０１５号公報

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ウェハなどの基板に対するレジスト液などの処理液の吐出流量の変動を抑制し，早期に安定させる処理液供給システムを提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，基板に処理液を供給する処理液供給システムであって，基板に処理液を吐出する処理液吐出ノズルと，前記処理液吐出ノズルに対し処理液供給流路を通じて処理液を圧送する圧送ポンプと，前記処理液供給流路に設けられ，前記処理液吐出ノズルからの処理液の吐出の開始と停止を行う開閉バルブと，を備え，前記圧送ポンプは，処理液を貯留する貯留室と，ガスが給気される給気室を有し，前記給気室のガス圧力により前記貯留室の処理液を圧送するものであり，前記給気室にガスを給気するためのガス流路には，前記給気室のガス圧力を一定に維持するためのレギュレータが設けられ，さらに，前記レギュレータと前記給気室との間の前記ガス流路には，前記給気室のガス圧力の変動を緩和するアキュームレータが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば，前記アキュームレータにより，開閉バルブを開放したときに起きる前記圧送ポンプ内の瞬時的な圧力変動が緩和される。これにより，圧送ポンプ内のガス圧によって圧送される処理液の流量変動も緩和され，処理液の吐出流量が短時間で安定する。したがって，基板にはより安定した流量の処理液が供給され，均一な処理膜が形成される。また，アキュームレータを圧送ポンプの吐出し口側の流路に設けずに，ガスの給気流路側に設けることにより，例えば処理液の流路全体の容積が増大することを防止できる。これにより，流路内の残留処理液が増えるのを防止でき，例えば処理液のダミーディスペンス量や廃液量を少なくすることができる。なお，前記「アキュームレータ」には，例えば他の部分よりも太い管路のように，給気室内の瞬時的な圧力変動を緩和する機能を有するものも含まれる。

前記圧送ポンプは，筺体内に，前記貯留室と，前記給気室と，前記貯留室と給気室との間に設けられ前記給気室内のガス圧力を前記貯留室内の処理液に伝達する圧力伝達部材と，を備え，前記アキュームレータは，前記筐体内に設けられていてもよい。かかる場合，アキュームレータが給気室により近い筐体内に設けられるので，給気室内の瞬時的な圧力変動に対するアキュームレータの応答性があがり，当該圧力変動をより早く安定させることができる。この結果，処理液の吐出流量もより早い段階で安定させることができる。

前記アキュームレータは，前記ガスが流通し容積変化が可能な蓄圧室を備え，前記筐体内には，前記蓄圧室，前記給気室及び前記貯留室が順に直線状に配置され，前記蓄圧室と前記給気室との間には，通気孔が形成された隔壁が設けられていてもよい。かかる場合，蓄圧室によって給気室内のガス圧力の変動が一様に緩和される。そして，この一様に緩和されたガス圧力によって貯留室内の処理液が均等に押されて，貯留室内の処理液を安定的に圧送できる。

前記通気孔は，前記隔壁において複数箇所に形成され，さらに同一円周上に等間隔に形成されていてもよい。かかる場合，貯留室に対してさらに均等に，給気室内のガス圧力変動を緩和できる。

前記筺体の一部が可撓性のある材質で形成され，当該筺体の一部によって前記蓄圧室が形成されていてもよい。

本発明によれば，基板に対する処理液の吐出流量が安定するので，基板上に形成される処理膜の均一性を向上できる。

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，本発明にかかる処理液供給システムとしてのレジスト液供給システムが適用されるレジスト塗布装置１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。

例えば，レジスト塗布装置１は，図１に示すようにケーシング１ａを有し，当該ケーシング１ａ内の中央部には，ウェハＷを水平に保持するスピンチャック２が設けられている。スピンチャック２には，例えばスピンチャック２を所定速度で回転させるモータなどの回転駆動部３が設けられている。

スピンチャック２の周囲には，ウェハＷから飛散したレジスト液などの液体を受け止め，回収するためのカップ４が設けられている。カップ４は，上面が開口した略円筒形状を有し，スピンチャック２上のウェハＷの外方と下方とを囲むように形成されている。カップ４の下面４ａには，回収したレジスト液等を排液する排液管５とカップ４内を排気する排気管６とが設けられている。

ケーシング１ａ内には，スピンチャック２に保持されたウェハＷに対しレジスト液を吐出する処理液吐出ノズルとしてのレジスト液吐出ノズル７が設けられている。レジスト液吐出ノズル７は，図示しない移動機構によりカップ４の外側の待機部からカップ４内のウェハＷの中心部の上方まで移動可能である。

レジスト塗布装置１では，スピンチャック２上にウェハＷが保持されると，レジスト液吐出ノズル７が待機部からウェハＷの中心部の上方まで移動する。そして，ウェハＷの回転が開始され，レジスト液吐出ノズル７からウェハＷの中心部にレジスト液が吐出される。ウェハＷ上に供給されたレジスト液は，遠心力によってウェハ全面に拡散し，ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。

ここで，レジスト塗布装置１内のウェハＷに対しレジスト液を供給するレジスト液供給システム１０の構成について説明する。図２は，レジスト液供給システム１０の構成の概略を示す模式図である。

レジスト液が貯留されている貯留タンクなどを有するレジスト液供給源２０は，例えば第１のレジスト液供給管路２１によって圧送ポンプ２２の吸入口２２ａに接続されている。圧送ポンプ２２の吐出し口２２ｂは，処理液供給管路としての第２のレジスト液供給管路２３によってレジスト液吐出ノズル７に接続されている。圧送ポンプ２２は，例えばガス圧駆動式のダイヤフラム式のポンプであり，ポンプ内にレジスト液供給源２０からの所定量のレジスト液を貯留し，ガス圧によってレジスト液吐出ノズル７側に圧送できる。

第１のレジスト液供給管路２１には，レジスト液供給源２０から圧送ポンプ２２へのレジスト液の供給を動・停止するための第１の開閉バルブ２４が設けられている。第２のレジスト液供給管路２３には，圧送ポンプ２２内にレジスト液を貯留するために管路を閉鎖できる第２の開閉バルブ２５が設けられている。第２のレジスト液供給管路２３の第２の開閉バルブ２５よりも下流側には，レジスト液の吐出の開始と停止を行うための第１の開閉バルブ２６が設けられている。

圧送ポンプ２２は，例えば略円筒状の筺体２２ｃを有しており，当該筺体２２ｃ内には，所定量のレジスト液を貯留できる貯留室３０と，圧縮ガスが給気される給気室３１が形成されている。圧送ポンプ２２の吸入口２２ａと吐出し口２２ｂは，貯留室３０の側壁面に開口している。貯留室３０と給気室３１には，例えば薄い円盤状の仕切板３２が配置されている。仕切板３２の中央部には，通気路３３が形成されている。仕切板３２の貯留室３０側には，通気路３３を通過する圧縮ガスによって上下方向に伸縮するベローズ形の圧力伝達部材としてのダイヤフラム３４が設けられている。このダイヤフラム３４によって，貯留室３０側と給気室３１側が遮断され，給気室３１側の圧力を貯留室３０内のレジスト液に伝えることができる。

例えば給気室３１の中心部には，上下方向に長いシリンダ３５が設けられ，シリンダ３５内には，ダイヤフラム３４の伸縮とともに上下動する昇降ロッド３６が設けられている。例えば筺体２２ｃの天井面であってシリンダ３５の上端部には，ＦＵＬＬセンサ３７が設けられている。ＦＵＬＬセンサ３７は，貯留室３０内に所定量のレジスト液が溜まることによって最上部まで上昇した昇降ロッド３６を検出できる。つまりＦＵＬＬセンサ３７は，貯留室３０内に所定量のレジスト液が貯留されたことを検出できる。また，給気室３１の側壁面には，給気室３１内の圧力を検出する圧力センサ３８が設けられている。

また，例えば給気室３１の側壁面には，圧縮ガス給気口４０が形成されている。圧縮ガス給気口４０は，例えばガス流路としてのガス管路４１によってコンプレッサなどの圧縮ガス供給源４２に接続されている。本実施の形態においては，圧縮ガス供給源４２から高圧の窒素ガスが供給される。また，圧縮ガス給気口４０は，ガス管路４１によって負圧発生装置Ｇにも接続されており，給気室３１内を負圧にすることができる。

ガス管路４１には，給気室３１内の圧縮ガスの圧力を一定に維持するための電空レギュレータ４３が設けられている。また，ガス管路４１における電空レギュレータ４３と圧送ポンプ２２との間には，給気室３１内の瞬時的な圧力変動を緩和するためのアキュームレータ４４が設けられている。

電空レギュレータ４３は，例えば図示しない電磁弁を開閉し，圧縮ガス供給源４２から給気室３１に給気される圧縮ガスの給気量を制御することによって，給気室３１の圧力を予め設定されている設定圧力に調整できる。

アキュームレータ４４には，例えば図３に示すようにダイヤフラム式のものが用いられる。アキュームレータ４４は，本体４４ａ内に，例えばガスが流通する蓄圧室５０を備え，蓄圧室５０は，例えばバネ５１により支持された可撓性のあるダイヤフラム５２によって容積を自在に変動できる。

例えば給気室３１の圧力センサ３８の検出結果は，図２に示すように制御装置６０に出力できる。制御装置６０は，この圧力センサ３８により検出結果に基づいて，電空レギュレータ４３の動作を制御し，給気室３１の圧力を設定圧力に調整できる。

ＦＵＬＬセンサ３７によって貯留室３０内に所定量のレジスト液が満たされたことを検出し，その検出結果は，制御装置６０に出力できる。制御装置６０は，その検出結果をトリガとして第１の開閉バルブ２４を閉鎖できる。また，制御装置６０は，第２の開閉バルブ２５の動作を制御でき，貯留室３０にレジスト液が貯留されている間には，第２の開閉バルブ２５を閉鎖し，レジスト液の吐出時には，第２の開閉バルブ２５を開放できる。

さらに，制御装置６０は，第３の開閉バルブ２６の動作を制御でき，所定のタイミングでレジスト液吐出ノズル７からのレジスト液の吐出を動・停止できる。

次に，以上のように構成されたレジスト液供給システム１０の動作について説明する。先ず，第２及び第３の開閉バルブ２５，２６が閉鎖された状態で，第１の開閉バルブ２４が開放され，レジスト液供給源２０のレジスト液が圧送ポンプ２２の貯留室３０内に充填される。このとき，例えば負圧発生装置Ｇによる給気室３１内が負圧にされ，ダイヤフラム３４を引き上げることによってレジスト液供給源２０のレジスト液を貯留室３０内に吸入する。貯留室３０内に所定量のレジスト液が貯留し，ダイヤフラム３４の上昇に伴って昇降ロッド３６が最上部まで上昇すると，ＦＵＬＬセンサ３７がその状態を検出し，制御装置６０によって第１の開閉バルブ２４が閉じられる。

その後，給気室３１には，圧縮ガス供給源４２から圧縮ガスが給気され，電空レギュレータ４３によって給気室３１内がレジスト液の圧送のための設定圧力に調整される。

そして，レジスト塗布装置１において，ウェハＷがスピンチャック２上に保持され，レジスト液吐出ノズル７がウェハＷの中心部の上方まで移動し，ウェハＷが回転されると，制御装置６０によって第２及び第３の開閉バルブ２５，２６が開放される。開閉バルブ２５，２６が開放されると，給気室３１の圧力によってダイヤフラム３４が貯留室３０側に伸び，貯留室３０内のレジスト液が押される。これにより，貯留室３０内のレジスト液が第２のレジスト液供給管路２３を通じてレジスト液吐出ノズル７側に圧送され，レジスト液吐出ノズル７からレジスト液が吐出される。

第３の開閉バルブ２６の開放直後，貯留室３０のレジスト液が急に第２のレジスト液供給管路２３側に流れ込むので，電空レギュレータ４３では間に合わず，圧送ポンプ２２内の圧力が一時的に低下する。このとき，アキュームレータ４４の作用によって，その圧力変動が小さく抑えられ，また短時間で収束する。この結果，貯留室３１側から圧送されるレジスト液の流量変動が小さくなり，またそのレジスト液の流量が早期に安定する。

レジスト液吐出ノズル７からの吐出が所定時間行われ，所定量のレジスト液がウェハＷ上に供給されると，第３の開閉バルブ２６が閉じられ，レジスト液の吐出が停止される。

以上の実施の形態によれば，圧送ポンプ２２と電空レギュレータ４３との間のガス管路４１にアキュームレータ４４が設けられたので，レジスト液の吐出時の電空レギュレータ４３では調節しきれない給気室３１の瞬時的な圧力変動を小さくし，早期に安定させることができる。それ故，給気室３１の圧力によって貯留室３０から圧送されるレジスト液の流量の変動を抑え，そのレジスト液の流量を早い段階で安定させることができる。この結果，ウェハＷには，より安定した流量でレジスト液が供給され，ウェハＷ上に形成されるレジスト膜の膜厚均一性が向上する。

また，一定の容積を有するアキュームレータ４４が第２のレジスト液供給管路２３側でなくガス管路４１側に設けられたので，第２のレジスト液供給管路２３側全体の容積が増えることがなく，例えば吐出停止時に第２のレジスト液供給管路２３内に残留するレジスト液の量が増えることがない。この結果，例えばダミーディスペンスなどのレジスト液の廃液量を少なくできる。

また，貯留室３０内にレジスト液を吸入するために給気室３１を負圧にする際にも，アキュームレータ４４の作用により，給気室３１内の急激な圧力変動を緩和できるので，貯留室３０内におけるレジスト液の発泡を防止できる。これにより，ウェハＷ上に供給されるレジスト液内に泡が混入することがない。

以上の実施の形態では，アキュームレータ４４がガス管路４１の途中に設けられていたが，アキュームレータ４４は圧送ポンプ２２の圧縮ガス給気口４０に直接接続されてもよい。

また，アキュームレータ４４は圧送ポンプ２２の筺体２２ｃ内に設けられてもよい。かかる場合，例えば図４に示すように，筺体２２ｃ内にアキュームレータ４４の蓄圧室７０と，給気室３１及び貯留室３０が直線状に並ぶように，蓄圧室７０が給気室３１の上部に配置される。圧縮ガス供給口４０は，蓄圧室７０の上面の筺体２２ｃの天井面の中央部に設けられる。蓄圧室７０は，例えば蓄圧室７０の側面を囲むように形成されたダイヤフラム７１によって容積を変更できる。ダイヤフラム７１と筺体２２ｃの側壁面との間には，ダイヤフラム７１を内側に押し戻すためのバネ７２が設けられる。

蓄圧室７０と給気室３１との間には，隔壁７３が形成され，当該隔壁７３には，複数の通気孔７４が形成されている。通気孔７４は，例えば図５に示すように平面から見て同一円周上に等間隔で形成されている。こうすることによって，蓄圧室７０において圧力調整された圧縮ガスが通気孔７４を介して給気室３１側に均等に給気される。

かかる例によれば，レジスト液の吐出開始時に起こる給気室３１内の圧力変動が同じ筺体２２ｃ内の蓄圧室７０によって緩和される。この結果，給気室３１内の圧力変動に対する応答性がよく，より早い段階でレジスト液の流量を安定させることができる。また，蓄圧室７０と給気室３１と貯留室３０が直線状に配置されるので，給気室３１内の圧力変動を一様に緩和でき，その緩和された圧力によって貯留室３０のレジスト液を均等に圧送できる。

上記例では，蓄圧室７０の壁面にダイヤフラム７１を設けたが，ダイヤフラム７１に代えて，例えば筺体２２ｃ上部の壁面部分を可撓性のある材質で形成し，筺体２２ｃ上部を膨縮可能にして蓄圧室７０を形成してもよい。かかる場合も，蓄圧室７０によって給気室３１内の圧力変動を緩和できる。

以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，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。上記実施の形態では，圧送ポンプ２２が，ダイヤフラム式のポンプであったが，ピストン式のような他の容積式のポンプであってもよい。また，アキュームレータ４４は，ダイヤフラム式のものであったが，他の形式のものであってもよい。また，アキュームレータは，給気室３１内の圧力変動を緩和できるものであれば，少なくともガス管路４１よりも径が大きい管路であってもよい。本発明が，レジスト塗布装置１にレジスト液を供給するレジスト液供給システム１０に適用されていたが，本発明は，他の処理液塗布装置，例えば絶縁膜の塗布装置などに処理液を供給するものにも適用できる。また本発明は，ウェハ以外の例えば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に処理液を供給する場合にも適用できる。

本発明は，基板に対し流量の安定した処理液を供給する際に有用である。

レジスト塗布装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 レジスト液供給システムの構成の概略を示す模式図である。 アキュームレータの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 筺体内にアキュームレータが設けられた圧送ポンプの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 通気孔が形成された隔壁の平面図である。 従来のレジスト液の供給系におけるレジスト液の流量変化を示すグラフである。

符号の説明

１ レジスト塗布装置
７ レジスト液吐出ノズル
１０ レジスト液供給システム
２２ 圧送ポンプ
２６ 開閉バルブ
３０ 貯留室
３１ 給気室
４１ ガス管路
４３ 電空レギュレータ
４４ アキュームレータ
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. 基板に処理液を供給する処理液供給システムであって，
   基板に処理液を吐出する処理液吐出ノズルと，
   前記処理液吐出ノズルに対し処理液供給流路を通じて処理液を圧送する圧送ポンプと，
   前記処理液供給流路に設けられ，前記処理液吐出ノズルからの処理液の吐出の開始と停止を行う開閉バルブと，を備え，
   前記圧送ポンプは，処理液を貯留する貯留室と，ガスが給気される給気室を有し，前記給気室のガス圧力により前記貯留室の処理液を圧送するものであり，
   前記給気室にガスを給気するためのガス流路には，前記給気室のガス圧力を一定に維持するためのレギュレータが設けられ，
   さらに，前記レギュレータと前記給気室との間の前記ガス流路には，前記給気室内のガス圧力の変動を緩和するアキュームレータが設けられていることを特徴とする，処理液供給システム。
2. 前記圧送ポンプは，筺体内に，前記貯留室と，前記給気室と，前記貯留室と給気室との間に設けられ前記給気室内のガス圧力を前記貯留室内の処理液に伝達する圧力伝達部材と，を備え，
   前記アキュームレータは，前記筐体内に設けられていることを特徴とする，請求項１に記載の処理液供給システム。
3. 前記アキュームレータは，前記ガスが流通し容積変化が可能な蓄圧室を備え，
   前記筐体内には，前記蓄圧室，前記給気室及び前記貯留室が順に直線状に配置され，
   前記蓄圧室と前記給気室との間には，通気孔が形成された隔壁が設けられていることを特徴とする，請求項２に記載の処理液供給システム。
4. 前記通気孔は，前記隔壁の複数箇所に形成され，さらに同一円周上に等間隔に形成されていることを特徴とする，請求項３に記載の処理液供給システム。
5. 前記筺体の一部が可撓性のある材質で形成され，当該筺体の一部によって前記蓄圧室が形成されていることを特徴とする，請求項３又は４のいずれかに記載の処理液供給システム。

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