JP4227171B2 - マルチシリンジ流体分配システムを用いて半導体処理溶液を分配する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体処理において使用される流体を分配するための装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、個々の流体ディスペンサを使用してフォトレジスト及び他の流体を分配することに関する。

フォトリソグラフィ処理は、半導体ウェーハ上に選択された回路パターンを形成する際に使用される重要な技術である。この処理を行う時、一般的に、フォトレジストフィルムを基板ウェーハ上に堆積させ、次に、選択された回路パターンを転写するためにリソグラフィ機器にパターン露光することができる。次に、転写されたパターンに対応するレジストパターンを得るために、フォトレジストが現像液を用いて現像される。現像液は、フォトレジストの比較的溶解し易い区域を除去して、基本的に複数の半導体ウェーハ層をエッチングするためのマスクとして働くパターン化された画像を後に残こすためのものである。

基板上に望ましいパターンを形成するために、フォトレジストは、現像段階中に高度に制御された方式で付加される溶液を用いて処理される。フォトレジスト又はレジストの現像は、半導体ウェーハが様々な速度で回転し、処理のために所定の時間間隔で断続的に停止する間に行われる。例えば、ウェーハは、現像液が現像装置ノズルの放出ポートからウェーハ上に分配される間に回転させることができる。従って、ウェーハの表面全体に亘って比較的均一な厚さを有するように意図された現像液フィルムを形成することができる。ウェーハとそこに形成された現像液フィルムの両方は、その後所定の時間間隔に亘って静止状態に保持され、そのために現像液は、レジスト被覆ウェーハに露光潜像を現像するために、レジスト被覆ウェーハと密接な接触を保つことになる。現像処理におけるこの段階が完了した時、洗浄液供給ノズルからウェーハ表面上に純水又は他の洗浄液を供給することができる。純水又は洗浄液は、ウェーハを比較的高速度で回転させることにより最終的に振り落とされてウェーハ表面をスピン乾燥させることができ、ウェーハ処理のこの段階を完了する。

一般的に、スピンコーティング技術を用いて様々なフォトレジスト及び現像材料がウェーハに付加される。フォトレジスト又は現像液のいずれかは、ウェーハ表面上に噴霧されるか又は他の方法で付加され、回転チャック上で回転させられる。ウェーハのスピンは、基板表面上に流体を分配し、ウェーハから余分な流体を分離させることによってフォトレジスト、現像液、又は他の任意の種類の処理溶液の薄層又はコーティングをもたらす剪断力を及ぼすものである。多くの場合に、基板上に欠陥のない高度に均一な層を作り出すことは、その上に次の層の形成を精密に構成することを可能にするために望ましいものである。

従来の溶液分配装置に関わる１つの大きな問題は、欠陥をもたらす可能性がある処理済みウェーハ又は基板上への流体の不用意な滴下を防止できないことである。従来の液体ノズルを使用したスピンコーティングによる溶液分配に続いて、フォトレジストのような流体の残留分が、下に重なるウェーハ上に頻繁に「滴下する」ことが公知である。溶液の滴下は、ノズル本体の表面上にある一定の添加不純物を含有することもあり、これがウェーハを更に汚染する可能性がある。滴下の発生は、不均一なレジストコーティング、現像欠陥、線幅欠陥、形状不良、及び他の望ましくない結果を招く場合がある。今日の一部の流体分配システムは、滴下を防止しようとして吸戻し弁のような装置を組み込んでいるが、そのような機器は、流体滴下の問題に対処するために余分な複雑さを加える傾向がある。多くの場合に使用される長い配管は、圧縮される可能性があり、これが弁の使用にも関わらず滴下を引き起こす可能性があるために、吸戻し弁の有効性にも限界がある。
今日使用されている利用可能な機器及び方法は、現在の処理溶液分配用途によって要求される高度な性能要求を十分に満たしていない。ウェーハ欠陥及び半導体処理コーティングの不均一な付加の発生を低減する改善された処理溶液分配装置及び方法に対する必要性が存在する。

米国特許出願出願番号第１０／３２０，９９４号

本明細書の発明は、個々の流体ディスペンサのアレイを用いて半導体処理溶液を分配する方法及び装置を提供する。本明細書の発明の説明する実施形態の具体的な特徴は、個々に又は本発明の他の変形例及び態様と組合せて考えることができることは理解されるものとする。
本発明の好ましい実施形態は、マルチシリンジ型フォトレジスト及び流体送出システムを提供する。ウェーハトラックモジュールは、シリンジトレイから流体シリンジを把持するように構成された把持部を有して形成された１つ又はそれ以上の分配アームを含むことができる。一定量の調製された流体を収容した個々のシリンジは、把持部と分配アームによって取り上げられ、その内容物を放出するためにウェーハの上に位置決めすることができる。シリンジは、次に、それ自体のホルダ内の定位置へ戻されてそこに格納することができる。ホルダは、レジスト溶液のような処理流体をリザーバ内へ給送するか又は直接シリンジ自体の中に給送するために、液体供給源と流体連通することができる。本明細書において提供されるマルチシリンジ構成は、吸戻し弁及びポンプに対する必要性を回避するものである。更に、複数の流体は、そうでなければ単一ヘッド上に複数のノズルを有する分配ヘッドで存在するであろう相互汚染の危険性を低減して基板上に送出することができる。本明細書に開示されるマルチシリンジ実施形態及びそれらの使用方法は、滴下を低減して様々な処理流体を分配する比較的単純で有効なソリューションを提供するものである。

本発明の別の態様は、流体ラインのアレイから個々のノズルを把持するように構成された分配アームを使用して処理モジュール内で流体を分配する方法及び装置を提供する。アレイからの各ノズルは、様々な液体供給源と流体連通した別々の管に接続することができる。これらの管は、そこの流体を選択された温度に維持するために、分離されて熱交換ジャケットで覆うことができる。液体供給源の各々は、選択されたノズルを通じて分配される流体を管を通じて給送するために、シリンジポンプ又は一連の個々に制御されたシリンジポンプを含むことができる。ノズルは、分配アーム上に取り付けた把持部によって取り上げられ、それぞれのシリンジポンプの作動に続いてウェーハを通過する流体を誘導するためにウェーハの上に位置決めされ、次に、流体ラインのアレイ内の定位置に戻すことができる。

本発明の他の目的及び利点は、以下の説明及び添付図面に関連して考察すると更に評価されて理解されるであろう。以下の説明は、本発明の特定的な実施形態を説明した具体的な詳細を含む場合があるが、これは本発明の範囲を限定するのではなく、好ましい実施形態の例示であると解釈されるべきである。本発明の各態様に対して、当業者に公知の本明細書に示唆するような多くの変形が可能である。本発明の範囲内でその精神から逸脱することなく多くの変更及び修正を行うことができる。
本明細書に含まれた図面は、本発明の利点と特徴を説明するものである。図面中の同様又は同じ参照番号及び文字は、本発明の同じ又は同様な特徴を示すことは理解されるものとする。更に、本明細書に示す図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことも注意すべきである。

本発明は、図１に全体的に示すウェーハトラックシステムのような半導体処理装置に適用することができる。ウェーハトラックシステムは、基本的に３つの部分、つまり、カセットエンドインタフェース部分、スキャナインタフェース部分、及び処理部分を含む。カセットエンドインタフェース部分は、ウェーハをそれらが格納されているカセットからトラックシステムへ、また反対に、処理後にトラックシステムからカセットへ移送する装置を含む。スキャナインタフェース部分は、トラックシステムとフォトリソグラフィ装置との間でウェーハを移送するための装置を収容する別の移行区域であると考えることができる。他方、ウェーハトラックの処理部分は、基本的にレジストコーティングスピンモジュール、焼付け／冷却モジュール、及びレジスト現像スピンモジュールのようないくつかのウェーハ処理モジュールを含む。図１のシステムレイアウトに示すように、ウェーハトラック内の様々な処理スタックは、ある一定の利益とウェーハ処理効率を実現するために、組織的又は最適構成に配置することができる。例えば、いくつかの処理ステーションは、レジストコート及び現像処理のための処理モジュールのスタックを有する処理部分内に構成することができる。ウェーハを加熱及び冷却するために、焼付け／冷却プレートのような熱交換装置を有する熱モジュールのスタックを含むこともできる。図１に示す処理ステーションは、ウェーハ上に初期レジストコーティングを付加するための処理モジュールのスタックである一対のフォトレジストコーティング部分と、パターン化してレジストコーティングされたウェーハを現像するためのモジュールを備えた一対の現像部分とを含むことができる。ウェーハは、望ましいプログラムに従って又は所定の処理順序と合致した一組の命令に従って、一連のロボットアーム又は他のウェーハ操作装置を用いてトラックシステム内の処理ステーション間で配送及び移送することができる。

半導体ウェーハ処理工程は、一組の高度に組織化された手順を含んでいる。ウェーハは、最初に、カセットエンドステーションに局所的に格納された１つ又はそれ以上のカセットからウェーハトラック内へ給送することができる。図１の平面図に示すように、一連のウェーハカセットは、カセット取付テーブル上で支持された４つの個別の縦列の組に配置することができる。ウェーハ運搬ロボットは、コントローラ（図示せず）から受け取った命令に応答して、ウェーハトラックシステム内の選択された処理モジュールから選択された処理モジュールへウェーハを移送するために望ましいカセットにアクセス可能である。ウェーハ又は基板上にフォトレジストフィルム層を形成する前に、ウェーハは、最初に準備モジュールに移送することができ、そこで、その表面は、水分の存在を取り除いて確実に疎水性の表面にするために熱処理又は化学処理をすることができる。次に、ウェーハは、冷却プレートのような熱装置を用いて冷却することができ、次にアプリケータへと搬送され、そこで、フォトレジストポリマーが、ウェーハ表面上に均一に分配される。フォトレジスト被覆ウェーハは、次に、フォトレジストポリマーを加熱してこれを安定なフィルムに変えるために、加熱装置又は焼成プレートへ移送することができる。加熱処理が完了した時、処理されたウェーハは冷却され、格納のためにカセットへ搬送されるか、又は、多くの場合にそうであるようにステッパ又はスキャナインタフェースを通じて付随するステッパ装置へ直接移送することができる。ウェーハ上のフォトレジストコーティング又はフィルムは、次に、ステッパ装置内で適用可能なフォトリソグラフィにより回路パターンに露光される。安定フィルムの露光後に、ウェーハは、トラックシステムへ戻され、フィルム上に回路パターンを定着させるために焼成モジュール内で加熱することができる。次に、ウェーハは、冷却モジュール内で冷却されて現像モジュールへ送られる。現像モジュール内では、フィルムの一部分を現像するためにフィルム上に溶液が加えられ、次に、ウェーハ表面から現像液を除去するためにウェーハ上に洗浄液が注がれる。次に、ウェーハは、焼成モジュール内で熱処理され、冷房モジュール内で冷却され、次に、格納のためにカセットへ戻すことができる。本発明によって提供される流体分配装置及び方法は、本明細書に説明したものを含む今日利用可能な多くの現像システムに適用することができる。

図２及び３に示すように、ウェーハトラックシステム内のレジストコーティングモジュールは、様々な流体分配アームを含むことができる。図２に示す構成は、直線レジストアーム、つまり、規定されたＸ軸線方向に沿って移動可能な直線運動をすることができるアーム２０を示している。直線アーム２０は、モジュール２５内の様々な位置に沿って前後に運動するために一組のレールに沿って摺るように作られ、従来の電気的に作動するモータ２４又は他の駆動機構によって駆動される。アーム２０は、ウェーハＷとレジスト溶液及び／又は流体供給ノズル２６との間の距離を制御するために、相対的に垂直方向に動くようにも作ることができる。直線アーム２０は、フォトレジスト溶液及び／又は洗浄液のような流体を分配するために、２つの別々のノズル２６を含むことができる。ノズル２６が図に示す定位置で休止している時にノズル２６が乾燥するのを防止するために、ノズル浴槽２７を設けることができる。更に、直線アーム２０は、カップ又は格納容器２９内に置かれた回転チャック２８上に比較的平らに取り付けられたウェーハＷの上方の選択された領域の上の分配位置へと移動させることができる。このように、様々な１つ又はそれ以上の流体をノズル２６を通じてウェーハ上に分配することができる。これに加えて、様々な種類のレジスト溶液又は処理溶液を分配するために、ラジアル流体分配アーム３０をモジュール２５内に取り付けることができる。ラジアルアーム３０が定位置又は待機位置に置かれている時、このアーム上に取り付けられた付加的なノズル３６に対して別のノズル浴槽３７を選択することができる。ラジアルアーム３０は、本明細書に説明されているようなレジストコーティング処理中に所定の時間間隔で規定されたＸ−Ｙ平面に沿って水平に、かつ下に重なるウェーハＷの上方でこれを横切って選択的に掃引されるように、回転カップ２９の近くにおいてレジストモジュール２５内にピボット式に取り付けることができる。代替的に、図３に示すように、レジストコーティング又は処理モジュール３５は、複数のラジアル流体分配アーム３２を含むことができ、これらの各アームは、下に重なる半導体ウェーハのような基板Ｓ上に分配される流体を誘導するために、これらのアーム上に取り付けられた１つのノズル３４を有する。各ラジアルアーム３２は、回転カップ３９の互いに相反する側に取り付けることができ、定位置又は休止位置に置かれた時に専用のノズル浴槽３３を有することができる。１つ又はそれ以上の液体供給源に接続することができるノズル３４を通じて基板Ｓ上に選択された流体を分配するために、一方又は両方のアーム３２は、ウェーハ処理中に選択された時間間隔で基板Ｓの上方で遥動することができる。流体分配アーム３２は、本明細書に説明した他の流体分配アームの場合と同様に、利用可能な駆動手段３８によって駆動され、かつ制御することができる。

様々なコーティング処理は、図２及び３に示すような従来の装置を使用して行うことができる。例えば、ウェーハ又は基板のレジストコーティング時に、ウェーハは、最初に回転チャック又はプラットフォーム上に取り付けられる。通常はウェーハＷの直上の区域の外側である待機位置又は定位置に保持することのできるレジストコーティング溶液供給ノズルは、フォトレジスト溶液を供給しながらウェーハの上方で掃引又は走査することができる。このノズルは、所定の期間中又は所望量の流体が放出された後に、一定のウェーハ位置に亘って溶液を誘導することができる。次に、供給ノズルは、待機位置又は定位置へ戻ることができる。所定量の時間が経過した後、コーティング処理は、実質的な完了に進むことができる。しかし、今日使用されている種類の処理装置を用いた場合には、供給ノズルは、ウェーハの上方を再び通過することがあるので、コーティングし終えたウェーハ上にレジスト溶液が滴下するかなり高い危険性がある。加圧された比較的大量の溶液は、多くの場合に比較的短時間の間にウェーハＷ上に迅速に分配されるので、滴下の危険性は更に増大する。レジスト溶液がウェーハ上に滴下する時、ウェーハの欠陥、線幅不良、ウェーハの形状不良、及び他の望ましくないウェーハ特性を含む多くの問題が生じる可能性がある。本明細書に説明する発明は、ウェーハ処理時における上述の限界を回避又は最小にするために、そのようなウェーハトラックシステム及びレジストコーティングモジュールに適用することができるものである。レジストコーティングの形成に関連した本発明の説明は、現像液及び他の処理溶液の分配にも同様に適用することができるということも更に理解されるものとする。

図４は、フォトレジストのような様々な処理溶液のコーティング又はフィルムを付加するために選択することができるウェーハトラックシステム内の処理モジュール４０を示している。規定されたＸ−Ｙ平面に沿って見た処理モジュール４０のこの上面図に示すように、ウェーハＷ又は基板は、ロボットアーム４２又は移送装置によってモジュール内へ移送されて回転チャック４４上に置くことができる。回転チャック４４は、捕捉カップ又はボウル４６内に置かれ、モータ又は回転駆動機構によって駆動される。ウェーハＷは、従来の真空吸引装置又は他の公知の装置を用いて回転チャック４４上の定位置に保持することができる。更に、装置の底部又は側壁部分に沿って取り付けられた案内レール４１上でＸ軸線方向に沿って摺動自在に動くように、１つ又はそれ以上の直線分配アームをモジュール４０内に取り付けることができる。分配アーム４２は、図に示すようにＹ軸線方向に沿って前後に延びる伸縮アームをもたらすために、伸張可能なセグメントＡ及びＢで構成することができる。ラジアル又は直線分配アーム設計の場合、アーム４２のいくつかの部分Ａ及びＢは、本発明のこの態様によれば、遠位側に取り付けられたシリンジ把持部５０又はホルダを基板又は他の望ましい位置の上に位置決めするために、必要に応じて伸縮させることができる。ここに示したシリンジ把持部は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている米国特許出願出願番号第１０／３２０，９９４号に説明したアームのようなピボット回転可能ラジアルアームを含むモジュール内の他の種類の分配アーム上にも取付け可能であることは理解されるものとする。

流体シリンジのトレイ４８は、図４に示すように処理モジュール４０内に置くことができる。流体シリンジ４５は、ウェーハ又は基板上に配置されるレジスト溶液のような任意の様々な望ましい処理流体を収容することができる。各シリンジ４５は、トレイ４８内に形成された個々の区画４７内に収容するか、又は同様な種類の流体を分配するために必要に応じてグループ毎にまとめることができる。更に、トレイ４８又はシリンジの集合は、モジュール４０の側壁又は他の部分に取り付けたトレイ軌道４９上に摺動自在に取り付けることができる。シリンジトレイ４８の可動性は、分配アーム４２の要求された運動を助けるか又は低減することができる。トレイ４８から望ましいシリンジが選択された時、分配アーム４２は、その上に取り付けられた把持部５０が望ましいシリンジと整列することができるように、トレイに向けて動くことができる。本発明のこの実施形態では、把持部５０と望ましいシリンジの間の相互作用を妨げる処理流体配管は全くない。トレイ４８は、静止位置に固定することができ、又はそうでなければ選択されたシリンジに対する把持部５０の整列を助けるために動くことができる。分配アーム４２と把持部５０は、トレイ４８から望ましいシリンジを把持し、スピンコーティングを形成するために、回転するウェーハ上方の望ましい位置にそのシリンジを位置決めすることができる。望ましい位置及び時点において、把持部５０は、シリンジを作動させてその内容物を下に重なるウェーハ上に放出させることができる。シリンジ内の全所定量の流体を放出することにより、滴下の危険性が更に減少される。シリンジ内容物の分配に続いて、アーム４２は、シリンジをトレイ４８内の適正位置つまり定位置に戻すことができる。トレイ４８から付加的なシリンジを選び、同様にウェーハＷ又は基板上に分配するために以上の諸作動を必要に応じて反復することができる。

本明細書において提供される調節可能な多重流体分配アレイは、ウェーハトラックモジュール内で使用されるレジスト溶液及び他の種類の処理流体を配置するために複数のシリンジを含むことができる。固定された長さ又は可変的な長さを有するロボット分配アームを用いることにより、流体分配装置を収容したトレイは、ロボットアームにより近く配置することができる。これによって、分配アームのみから要求される作業負荷を低減し、また時間を節減することができる。様々な公知のコントローラ（図示せず）は、アーム及び／又は流体分配トレイに要求される運動が最小となるように、アームとトレイの間の運動を調整することができる。分配アームとトレイに加わる共有の作業負荷は、ロボット分配アームのみによる運動を低減することにより、幾らかの時間節減をもたらすことになる。約２フィートｘ２フィートのレイアウトのような様々な寸法に形成することができるモジュール内で分配アームが限定された運動範囲を有する場合には、シリンジトレイは、そのような限度を補って、分配アーム把持部にアクセス可能なより多くのシリンジを保持することができる。多くの個々のシリンジを使用することができることは、いかなる流体ラインもアームを貫通して配管する必要がないという点で分配アームの構造を単純化させる。従って、分配される異なる流体の数は、流体分配アーム内に支持又は収容される流体ラインの数に限定されることはない。

図５は、ウェーハトラックモジュール４０のＸ−Ｚ平面に沿って見た時の図４に示す流体分配アーム及び把持部の別の図を示している。流体分配アーム４２は、モジュール４０の側壁部分上に取り付けられた軌道４１に沿って置かれ、これに沿って摺ることができる。分配アーム４２上に取り付けられた把持部５０は、シリンジの主要本体部分５５を把持又は固定することができるシリンジホルダ５２を含むことができる。更に、把持部５０は、シリンジのプランジャ部分５６を固定するためにプランジャホルダ５４を有するように形成される。プランジャホルダ５４は、それ自体移動することができ、又は分配される流体を充填及び放出する指令に応じて、これを選択的に上下方向に上げ下げする可動的な作動部材５１に取り付けることができる。本明細書に説明した処理モジュールのモータ駆動される他のアセンブリの場合と同様に、プランジャホルダ５４の作動及び分配アーム４２の全体的な移動は、１つ又はそれ以上のコントローラによって指令することができる。分配アーム４２及び把持部５０は、捕捉カップ４６に隣接したモジュール４０内の初期待機位置に保持することができる。指令された時、分配アーム４２は、トレイ４８から選択されたシリンジを取り出すことができる。選択されたシリンジは、他のシリンジと共用することができるそれぞれのリザーバ４７の上方でトレイ４８の一部分内に比較的直立した姿勢で格納することができる。異物の侵入を防止し、直立姿勢で立っている時にシリンジを容易に除去及び交換することができるように、可撓性フラップ蓋でリザーバ４７を被うことができる。リザーバ４７は、レジストのような処理流体を選択された分量だけ保持するようにトレイ４８内に形成することができる。リザーバ４７は、外部液体供給源に通じる供給管５８に流体連通することができる。更に、トレイ４８は、リザーバ４７及び／又は供給管５８の比較的近くに置かれた熱交換器５３を含んでいる。この熱交換器は、シリンジによって分配される流体を望ましい温度に維持することができる。望ましい流体温度を得るために、ペルチェ素子及び熱抵抗器のような様々な公知の熱交換装置を選択することができる。従来のノズルとホースから成るアセンブリを備えた比較的長い供給管に熱交換流体を循環させるのではなく、選択された容積の流体を必要に応じて冷却又は加熱し、必要に応じてより小さな容積の流体で高度に効率的な熱交換を行うことができる。シリンジトレイ４８は、様々な流体を異なる温度に維持するために、個々のリザーバに対して個々の熱交換器を含むことができる。本明細書に示す発明の他の実施形態は、流体をリザーバ内に中間的に格納することなく、トレイ内に格納されたシリンジ内に直接給送することができるものである。

図６Ａに示すように、流体分配シリンジ４５は、液体供給源６１に対して流体連通することができる。液体供給源６１は、格納された溶液を望ましい温度に維持するために熱交換器６３を含むことができる。液体供給源６１は、液体供給源管６４を通じて流体を給送するポンプ６２に接続することができる。ポンプ６２は、独立的に作動することができ、又は外部液体供給源からシリンジトレイ４８内に流体を供給するように選択することができる他のポンプと連携して作動することができる。ポンプ６２により給送される流体は、シリンジトレイ４８内に形成された１つ又はそれ以上のリザーバ４７にシリンジ管６５を通じて送ることができる。代替的に、重力支援設計を用いて流体が上方からリザーバ４７内に供給される場合、又はリザーバ４７内に手動的に注入される場合には、いかなるポンプも必要とされない。複数のシリンジは、共通のリザーバを共用することができ、又は、各々は、分配される同一種類の流体を受け取ることができる。図６Ｂに示すような本発明の別の実施形態では、いかなるリザーバも必要とされない。ポンプ６２からの流体は、直接シリンジ４５に送ることができる。トレイ４８内の開口部６７は、流体をシリンジ管６５を通じてシリンジ４５内へ給送することを可能にする。シリンジ４５に対する流体密封シ−ルを形成するように一連の弁又はシ−ル６６を選択することができる。本発明の更に別の実施形態では、使い捨て可能な１回使用型シリンジをトレイ４８内に密封して格納することができ、この場合、シリンジは、分配される一定量のフォトレジスト溶液又は処理溶液を前以って収容しており、使用後は廃棄することができる。処理溶液６１は、必要とされるまで格納することができ、そのそれぞれの熱交換器６３により望ましい温度に保つことができる。分配される流体のための望ましい温度制御に応じて、図示のシリンジトレイ熱交換器５３Ａ及び５３Ｂのいずれか一方又は両方を一定の用途のために選択し、温度制御装置５５により制御することができる。シリンジトレイに通じた流体ポンプ及び供給管の１つ又はそれ以上の組合せに接続した複数の処理溶液を分配することができるということは理解されるものとする。

図７は、処理溶液をシリンジに充填し又はシリンジから放出する分配アーム把持部の作動を示している。分配アーム把持部７０は、シリンジ７５のプランジャ部分７６と本体部分７７の両方と係合することができる。把持部７０のホルダ部分７２は、選択されたシリンジの本体部分７７と係合することができ、同様に、プランジャホルダ部分７４は、充填された位置又は充填されていない位置（仮想線で示す）に保つことのできるシリンジプランジャ７６と係合することができる。充填された位置において、プランジャ７６は、既に比較的上方に後退させられており、所定量の流体をシリンジ７５内に収容している。他方、充填されていない位置において、シリンジ７５は、分配される望ましい量の流体を未だ収容していないか又はその流体を既に分配し終えている。望ましい流体を充填する時、シリンジホルダ７２は、シリンジ７５を確実に保持することができ、他方、プランジャホルダ７４は、流体をリザーバからシリンジ内へ流入させるためにプランジャ７６を引き上げる、つまり後退させることができる。プランジャホルダ７４は、シリンジ７５に充填及び放出させるために上下動する分配アーム７８に接続した作動部材７１を含むことができる。今日では、バイオテクノロジー産業において利用されるものを含む様々なシリンジ及びピペットが利用可能なことは理解されるものとする。これらの流体分配装置の各々に対する作動機構に応じて、分配アーム把持部は、本発明によりそれぞれを選択的に把持して作動させるように構成することができる。更に、ここで選択されるシリンジは、充填されて再使用されるものではなく、比較的廉価で使用後に廃棄することができる使い捨ての１回使用型流体送出装置である。

本発明の別の態様は、本明細書に説明した装置を用いて、実質的に滴下することなく半導体ウェーハをレジストコーティングする様々な方法を提供する。例えば、レジストコーティングモジュールには、少なくとも１つの流体シリンジを把持するために把持部をその遠位側に取り付けるように形成された分配アームを設けることができる。この分配アームは、モジュール内のトレイから望ましいシリンジを選択して把持するように指令することができる。次に、分配アーム及びシリンジは、回転チャック上に取り付けられた回転するウェーハを収容する捕捉カップの上方のようなモジュール内の望ましい位置に位置決めすることができる。次に、把持部は、シリンジの内容物をウェーハ上に分配してレジストコーティングを形成するために、シリンジのプランジャ部分を下降させることにより、シリンジを外すか又は作動させることができる。次に、分配アームは、シリンジをトレイの区画内に戻すように指令される。この区画は、シリンジを下降させて溶液を引き込むことができるように、レジスト溶液を収容することができる。分配アーム把持部は、シリンジを装填し、つまりプランジャを後退させ、シリンジが再び流体を直ちに分配することができるように、又はシリンジを待機装填位置に保つことができるように指令される。ここに説明したシリンジは、様々なサイズに形成することができ、約０．５から５．０ｃｃ又はそれ以上の範囲の流体容積を収容することができるということは理解されるものとする。

図８から１１は、本発明の更に別の実施形態を示しており、この実施形態は、個々の流体分配ライン及びノズルのアレイを使用した流体分配システムを提供している。トレイに取り付けられた流体分配ライン８５のアレイを近くに設けることにより、分配アーム８２は、毎回全ての流体ラインに流体を充填して搬送するのではなく、必要に応じて個々の流体ラインを個別的に選択することができる。いくつかの流体ライン８５は、一般的に、長さ３から６フィートであって、異なる種類の処理溶液を分配することができるように形成され、従って、分配アーム８２の物理的パラメータによって限定されない。図８及び９に示すように、分配アーム８２は、上述のような１つ又はそれ以上の把持部９０を有する構造に作ることができる。一連のコントローラは、ウェーハＷ又は基板を取り付けた回転カップ８６又はチャック８４に対して分配アーム８２をモジュール８０内の様々な領域に沿って位置決めすることができる。分配アーム把持部９０は、望ましい処理溶液を分配するために、トレイ８８上の浴槽内に格納されている選択されたノズル９５に整列することができる。トレイ８８は、軌道８９上に摺動可能に取り付けることができる。把持部９０は、図１０に示すように、必要に応じて選択されたノズル９５を把持するために、１つ又はそれ以上のホルダ９２及び９４を有するように形成することができる。把持部９０の上下運動を助けるために、別の作動部材１０１を設けることもできる。各ノズル９５は、個々の管又は熱ジャケット９３内に収容された供給管８５に接続することができ、この場合、各供給管は、外部液体供給源９１及び図１１に示すような市販のシリンジポンプ１００（カブロ・インコーポレーテッド、米国カルフォルニア州サンホセ）に接続することができる。これらのそれぞれ別々の弁機構９６を含む一連又は一列の流体シリンジポンプ１００は、流体を分配するために中央コントローラ１１０により独立的に作動又は制御することができる。代替的に、流体をシリンジ１００に出入りさせるために受動弁を選択することができる。各管９３は、供給管８５及びこれに含まれた流体を望ましい温度又は望ましい温度範囲に維持するために、循環する熱交換媒体又は要素１０３を含むことができる。中央コントローラ１１０は、様々な弁１０２を用いて流体の温度及び流れを制御することができ、かつ媒体を冷却及び加熱することができる。滴下の危険性を更に低減するために、当業技術で公知のように、１つ又はそれ以上のシリンジポンプ１００の組合せを流体ライン８５の様々な部分に沿って取り付けることができる。本明細書において提供される単一管流体ディスペンサは、各ノズルと管のアセンブリに対して個々のポンプを使用して相互汚染の危険性を低減し、高度に制御された流体放出を行うことができるものである。

処理モジュール内の異なる位置において把持部を移動させるために、様々な流体分配アームを選択することができる。流体的に安定な環境内で極めて正確な処理手順を行うために、多くのウェーハトラック処理モジュールは、望ましい層流気流を備えている。ウェーハトラックモジュール内の従来の流体分配アームは、一般的に直線ハードエッジ設計形状を有し、単純な矩形設計形状を有するように形成され、アームの遠位端に取り付けられたノズル内に流体を供給する配管を収容するために中空である。逆Ｕ字形状の断面を有する分配アームが一般的に使用され、この場合、配管は、アームの下方に収容され、実質的に目に触れないようにアームの中空部分内に置かれる。しかし、分配アームの非空気力学的エッジは、回転する基板の近くに乱気流を作り出す可能性がある。アームが基板表面の近くで掃引される時、この従来のアーム形状は、空気流を分断してフォトレジストのような材料の平坦又は均一なコーティング厚に悪影響を及ぼすことになる。トラックモジュールを有するいくつかの構成要素が移動する速度と、密封された環境内で流体が分配される割合とを考慮した場合、実質的に直線的な空気流をモジュール内で維持することが望ましい。

本発明の別の態様によれば、流体分配アームは、図１２に示すような空気力学的な翼として構成することができる。空気力学的構造に作られた流体分配アームは、レジストコーティング及び現像ユニットのような様々なウェーハトラック処理モジュール内で使用することができる。分配アーム１２０は、テーパを付され、比較的小さな湾曲側面下側部分に対して比較的大きな湾曲側面上側部分を含んでいる。本明細書に説明した他の把持アセンブリ１２５の場合と同様に、分配アーム１２０の相対的に遠位側の端部部分に一対のホルダ１２２及び１２４を取り付けることができる。他の翼設計一般の場合と同様に、本実施例における流体分配アームは、モジュール内で意図される乱気流に悪影響を及ぼさないように滑らかな表面を有するように形成することができる。本明細書に説明した多重流体分配シリンジ又はノズル／管アレイに対して選択された分配アームを含む、分配アーム内の中空空洞を通して配管が延びていないいくつかの分配アームについては、回転する表面に対向したアームの下方領域は、空気を捕らえたり又はその他の方法でモジュール内に必要な望ましい滑らかな空気流を乱さないものである。従って、本明細書において提供される単純化された分配アーム設計は、流体のより均一な分布とウェーハ欠陥の可能性の低減とをもたらすことができる滑らかな流体分配結果を与えるものである。

本明細書において提供される分配アームは、図１３Ａから１３Ｅに示すような様々な把持部を有するように構成することができる。本明細書において使用される「把持部」という用語は、能動的把持機構と受動的把持機構の両方を含むということは理解されるものとする。能動的な把持機能を果たすために、様々な機械的及び磁力的に作動する把持アセンブリが本発明によって提供される。例えば、把持部は、処理流体又は溶液トレイから分配ノズル又はシリンジを把持するために、１つ又はそれ以上のホルダ部分を含むことができる。把持部は、図１３Ａから１３Ｃに示すように、シリンジ１３０又はノズルをそれぞれ把持又は解放するために、近付けたり遠ざけたりすることができる２つの相対する部材１３２及び１３４を含むことができる。ここでは互いに相補的に摺動可能に係合する把持部ホルダの一部分及びシリンジ１３０のプランジャ又は本体部分上に、一連の溝及びスロットを形成することができる。代替的に、図１３Ｄに示すように、複数の交互に相対する部材又はフィンガ部分１３５を機械的に作動させて開閉することができる。把持部はまた、図１３Ｅに示すように、シリンジ又はノズル上の別のプレートと係合及び外れるように磁力によって作動するプレートを含むことができる。本発明の他の実施形態はまた、十分な力が加えられた時に物体を選択的に保持及び解除するバネ作動式部材のような受動的な把持装置を含むことができる。

本発明を以上の明細書に関連して説明したが、本明細書の好ましい実施形態の説明及び図面は、限定的な意味で解釈されないものとする。本発明の全ての態様は、様々な条件及び変数に依存する本明細書に示す特定の説明、構成、又は相対的な比率に限定されないことは理解されるものとする。本発明の実施形態の形式及び詳細の様々な変更、並びに本発明の他の変形は、本発明の開示内容を参照すると当業者には明らかであろう。従って、特許請求の範囲はまた、いかなるそのような修正、変形、又は均等物をも網羅するように意図するものである。

半導体ウェーハ製造のために使用される様々な処理モジュールのスタックを含むウェーハトラックシステムの単純化された平面構成図である。 処理モジュール内の従来の直線及びラジアルアーム流体分配システムの上面図である。 トラック処理モジュール内の二重分配ラジアルアームアセンブリを示す図である。 本発明により提供された把持部を備えた流体分配アームとマルチシリンジトレイとを組み込んだ処理モジュールの上面図である。 図４に示す処理モジュール内に置かれたトレイから１つ又はそれ以上のシリンジを選択するための直線流体分配アーム及び把持部の側面図である。 液体供給源に流体連通した流体分配シリンジノズルの拡大図である。 液体供給源に流体連通した流体分配シリンジノズルの拡大図である。 流体分配シリンジのプランジャ部分及び本体部分を把持する分配アーム把持部の拡大側面図である。 流体分配ライン及びノズルのアレイから広範な処理溶液を配置するための流体分配システムを提供する本明細書の発明の更に別の態様を説明する様々な図の１つである。 流体分配ライン及びノズルのアレイから広範な処理溶液を配置するための流体分配システムを提供する本明細書の発明の更に別の態様を説明する様々な図の１つである。 流体分配ライン及びノズルのアレイから広範な処理溶液を配置するための流体分配システムを提供する本明細書の発明の更に別の態様を説明する様々な図の１つである。 流体分配ライン及びノズルのアレイから広範な処理溶液を配置するための流体分配システムを提供する本明細書の発明の更に別の態様を説明する様々な図の１つである。 本明細書に説明した方法及び装置と共に使用するように選択することができる空気力学的分配アームを示す図である。 本発明の様々な態様に従って本明細書で提供される様々な流体分配アームに対して選択することができる様々な把持部の１つを示す図である。 本発明の様々な態様に従って本明細書で提供される様々な流体分配アームに対して選択することができる様々な把持部の１つを示す図である。 本発明の様々な態様に従って本明細書で提供される様々な流体分配アームに対して選択することができる様々な把持部の１つを示す図である。 本発明の様々な態様に従って本明細書で提供される様々な流体分配アームに対して選択することができる様々な把持部の１つを示す図である。 本発明の様々な態様に従って本明細書で提供される様々な流体分配アームに対して選択することができる様々な把持部の１つを示す図である。

符号の説明

４０ 処理モジュール
４２ ロボットアーム
４４ 回転チャック
４５ 流体シリンジ
Ｗ ウェーハ

Claims (7)

1. フォトレジストコーティングのためのマルチシリンジ流体分配システムであって、
   捕捉カップ内に置かれた回転チャックを収容したウェーハトラックコーティングモジュールと、
   前記ウェーハトラックコーティングモジュール内の流体シリンジを把持して位置決めするための分配アーム及び把持部アセンブリと、
   前記ウェーハトラックコーティングモジュール内に配置された、フォトレジスト溶液を収容する複数の流体シリンジを保持するための溶液トレイと、を含み、
   前記分配アームは、テーパーが付され、相対的に小さな湾曲面下側部と、該湾曲面下側部の反対側に相対的に大きな湾曲面上側部とを含む
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記把持部は、前記溶液トレイから選択されたシリンジに係合するためのプランジャホルダ及びシリンジ本体ホルダを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチシリンジ流体分配システム。
3. 前記溶液トレイから選択されたシリンジは、前記プランジャホルダ及び前記シリンジ本体ホルダと解除可能に係合する相補的部分を含むことを特徴とする請求項２に記載のマルチシリンジ流体分配システム。
4. 複数のフォトレジスト溶液を分配するための装置であって、
   処理モジュール内のトレイ上に取り付けられた流体ディスペンサのアレイ、
   を含み、
   各流体ディスペンサは、該流体ディスペンサの相対的に遠位側の領域に形成されたノズル部分、該流体ディスペンサの長さに沿って該ノズル部分まで延びる流体ライン、及び熱伝達媒体を循環させて該流体ライン内の流体の温度を制御するための該流体ラインを取り囲む熱ジャケットを含み、
   選択された流体ディスペンサの選択されたノズル部分を把持するように構成された装着把持部を支持し、かつ該選択されたノズル部分を前記処理モジュール内の所定の位置へ誘導することができる分配アームと、
   フォトレジスト溶液供給源と前記選択された流体ディスペンサの流体ラインとに流体連通した流体シリンジポンプアセンブリと、
   前記流体シリンジポンプアセンブリと、前記選択された流体ディスペンサの前記選択されたノズル部分を通る前記フォトレジスト溶液供給源からの流体の分配とを制御するためのコントローラと、を更に含み、
   前記分配アームは、テーパーが付され、相対的に小さな湾曲面下側部と、該湾曲面下側部の反対側に相対的に大きな湾曲面上側部とを含む
   ことを特徴とする装置。
5. ウェーハトラックモジュールにおいてフォトレジストを分配する方法であって、
   流体シリンジと係合して作動させる把持部を支持するための分配アームと半導体ウェーハを支持するための回転チャックとを含むウェーハトラックシステム内のコーティングモジュールを選択する段階と、
   フォトレジスト溶液を収容した流体シリンジを前記コートモジュール内に格納する段階と、
   前記流体シリンジを選択して解除可能に係合するように前記分配アーム及び前記把持部に命令する段階と、
   前記把持部を備えた前記分配アームと前記流体シリンジとを前記半導体ウェーハの上の前記コートモジュール内の所定位置に誘導する段階と、
   前記流体シリンジをそこに収容された前記フォトレジスト溶液を前記半導体ウェーハ上に分配するために作動するように前記把持部に命令する段階と、を含み、
   前記分配アームは、テーパーが付され、相対的に小さな湾曲面下側部と、該湾曲面下側 部の反対側に相対的に大きな湾曲面上側部とを含む
   ことを特徴とする方法。
6. 前記半導体ウェーハの実質的に中央部分上にそれが回転している時に前記フォトレジスト溶液を分配する段階、
   を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記分配アーム及び把持部を前記コートモジュール内の待機位置に戻す段階、
   を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。

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