KR101811469B1 - 액처리 장치, 액처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기판에 대하여 처리액에 의해 처리하는데 있어서, 처리액의 유량을 고정밀도로 계측하고 처리액의 토출 상태를 감시할 수 있는 액처리 장치, 액처리 방법 및 기록 매체를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액처리 장치는 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 장치에 있어서, 상기 유로 부재에 설치되고, 상기 처리액을 상기 노즐까지 송출하기 위한 송액 기구와, 상기 유로 부재에 있어서의 상기 송액 기구의 하류측에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계를 구비하고, 상기 초음파 유량계는, 상기 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 상기 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자와, 초음파를 상기 제1 압전 소자로부터 상기 제2 압전 소자로 전파할 때의 전파 시간과 해당 초음파를 상기 제2 압전 소자로부터 상기 제1 압전 소자로 전파할 때의 전파 시간과의 시간 차에 기초하여, 상기 처리액의 유량을 측정하는 측정부를 구비한다.

Description

액처리 장치, 액처리 방법 및 기억 매체{SOLUTION PROCESSING APPARATUS, SOLUTION PROCESSING METHOD, AND RECORDING MEDIUM}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 액처리 장치, 액처리 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서의 포토리소그래피 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함)의 표면에 레지스트막을 형성하는 레지스트 도포 처리가 행해지고 있다. 이 도포 처리로서는, 일반적으로 스핀 코팅법이 채용되고 있지만, 레지스트막용 약액(이하 「레지스트」라 함)이 고가이므로, 레지스트막의 막 두께에 대해 높은 면내 균일성을 확보할 수 있는 토출량이면서, 소비량을 가능한 한 억제하는 것이 요구된다. 이 때문에 소유량의 영역에서 고정밀도로 유량을 검출해야 하지만, 적절한 유량계가 존재하지 않으므로, 예를 들어 정기적으로 전자 천칭을 사용하여 펌프압을 조정하는 등의 대응이 이루어지고 있었다. 그러나 정기적으로 이러한 작업을 행하는 것은 번잡하다고 하는 과제가 있었다. 또한, 레지스트 중의 용존 기체에 의해 기포가 나타나는 경우가 있지만, 패턴의 선 폭의 미세화가 진행되고 있으므로, 종래 문제로 되어 있지 않은 미세한 기포에 대해서도, 검출하여 대처할 필요성에 직면하고 있다.

특허문헌 1에는, 한 쌍의 초음파 송수신기를 유체가 흐르는 도관의 외주부에 배치하고, 유체의 유량값을 계측하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 초음파 유량계의 계측 결과에 기초하여, 토출 구멍 앞의 밸브 개폐를 조정함으로써 토출량을 제어하는 레지스트 도포법이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 1, 2의 어느 쪽에도, 1㎖/sec 이하의 미소한 유량을 검출하는 구성에 대해서는 기재되어 있지 않다.

일본 특허 출원 공개 제2004-226391호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-197516호 공보

본 발명은 기판에 대하여 처리액에 의해 처리하는데 있어서, 처리액의 유량을 고정밀도로 계측할 수 있는 액처리 장치, 액처리 방법 및 기억 매체를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면 액처리 장치가 제공된다. 일 실시예에 따른 액처리 장치는 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 장치이며, 상기 유로 부재에 설치되고, 상기 처리액을 상기 노즐까지 송출하기 위한 송액 기구와, 상기 유로 부재에 있어서의 상기 송액 기구의 하류측에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계를 포함하고, 상기 초음파 유량계는, 상기 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 상기 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자와, 초음파를 상기 제1 압전 소자로부터 상기 제2 압전 소자로 전파할 때의 전파 시간과 상기 초음파를 상기 제2 압전 소자로부터 상기 제1 압전 소자로 전파할 때의 전파 시간과의 시간 차에 기초하여, 상기 처리액의 유량을 측정하는 측정부를 구비한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 액처리 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 액처리 방법은 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 액처리 방법이며, 상기 유로 부재에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계에 의해 상기 처리액의 유량을 측정하는 공정을 포함하고, 상기 공정은, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 상기 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자를 사용하고, 초음파를 상기 제1 압전 소자로부터 상기 제2 압전 소자로 전파할 때의 전파 시간과 상기 초음파를 상기 제2 압전 소자로부터 상기 제1 압전 소자로 전파할 때의 전파 시간과의 시간 차에 기초하여, 상기 처리액의 유량을 측정하는 공정을 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 기억 매체가 제공된다. 일 실시예에 따른 기억 매체는 처리액 공급원으로부터 공급된 처리액에 대하여, 액처리 방법을 행하는 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램이 기록된 기억 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 전술한 액처리 방법을 행하도록 구성된다.

본 발명은, 노즐에 접속되는 유로 부재에, 서로 처리액의 흐름 방향으로 이격되고 또한 각각 상기 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 제1 및 제2 압전 소자를 설치하고, 이들 사이의 초음파의 전파 시간에 기초하여 레지스트의 유량을 검출하도록 초음파 유량계를 구성하고 있다. 이 때문에 1㎖/sec 이하의 미소한 유량을 고정밀도로 검출할 수 있으므로, 노즐로부터 기판에 토출되는 레지스트의 양을, 미소량이면서 높은 정밀도로 설정량에 맞출 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 레지스트 도포 장치를 구성하는 레지스트 공급 장치의 실시의 일 형태를 나타내는 구성도.
도 2는 본 실시 형태의 레지스트 도포 장치의 일 형태의 사시도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 형태에 따른 레지스트 공급 장치를 구성하는 초음파 유량계의 내부 구조 및 동작을 나타내는 설명도.
도 4는 레지스트 공급 장치 전체의 제어 기구를 나타낸 블록도.
도 5a 및 도 5b는 레지스트 공급 장치의 일 실시예에 있어서, 초음파 유량계에 의해 측정된 유량의 파형도.
도 6은 레지스트 공급 장치에 있어서의 적산 유량 계측의 흐름의 일 형태를 나타낸 흐름도.
도 7은 초음파 유량계가 기포를 검출하고 나서 트랩 밖으로 기포를 배출할 때까지를 나타낸 흐름도.
도 8은 레지스트 공급 장치에 있어서의 초음파 유량계의 설치의 일 형태를 나타낸 구성도.
도 9는 본 실시 형태의 레지스트 도포 장치의 제어 기구를 나타낸 블록도.

이하, 본 발명의 액처리 장치를 레지스트 도포 장치에 적용한 실시의 일 형태에 대해 설명한다.

우선 도 1을 사용하여 레지스트 도포 장치의 전체 구성에 대해 간단하게 설명하면, 레지스트 도포 장치는, 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하는 기판 유지부인 스핀 척(61)을 포함하는 컵 모듈(60)과, 스핀 척(61)에 유지된 웨이퍼(W)의 중심부에 처리액인 레지스트를 공급하기 위한 노즐(50)과, 이 노즐(50)에 레지스트를 공급하는 레지스트 공급 장치(10)를 구비하고 있다. 상기 노즐(50)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 노즐 이동 기구(81)에 설치되고, 컵 모듈(60)의 상방과, 더미 디스펜스에 의한 레지스트를 수용하는 액 수용부인 대기 배스(89)와의 사이를 이동할 수 있도록 되어 있다.

상기 컵 모듈(60)은, 스핀 척(61)을 둘러싸도록 설치되고, 웨이퍼(W)로부터 떨어진 레지스트를 수용하기 위한 컵체(63)를 구비하고, 컵체(63)의 하부에는, 흡인 배기로가 접속됨과 함께 드레인을 배출할 수 있도록 구성되어 있다. 컵체(63)는, 미스트의 날아오름을 방지하도록 내부 컵, 외부 컵 등이 조합하여 구성되어 있지만, 도면에서는 생략하고 있다.

상기 레지스트 공급 장치(10)는, 레지스트의 흐름의 상류측부터 설명하면, 처리액 공급원의 일예인, 레지스트를 저류하는 밀폐형의 보틀(11)을 구비하고 있다. 보틀(11)의 상부에는 배관(12)의 일단과 배관(32)의 일단이 접속되고, 배관(12)의 타단은 리퀴드 엔드 탱크(13)의 상부에 접속된다.

배관(32)의 타단은, 보틀(11) 내에 불활성 가스를 공급하는 기구, 예를 들어 N₂ 가스를 공급하는 N₂ 가스 공급원(31)에 접속되어 있다. 배관(32)에는 밸브(32a)가 구비되어 있고, 이 밸브(32a)의 개폐를 제어함으로써 보틀(11) 내에의 N₂ 가스의 공급량을 변화시킬 수 있다.

그리고 N₂ 가스 공급원(31)으로부터 N₂ 가스를 보틀(11)에 공급함으로써 보틀(11) 내에 압력을 가하여, 내부의 레지스트를 배관(12) 내에 압송한다. 배관(12)의 타단은 리퀴드 엔드 탱크(13)의 상부에 접속되어 있다. 또한, 배관(12) 상의 리퀴드 엔드 탱크(13)의 바로 앞에는 기포 센서(33)가 설치되어 있다.

리퀴드 엔드 탱크(13)에는 내부의 기체를 탈기하는 탈기관(14)이 설치되어 있고, 탈기관(14)에는 밸브(14a)가 설치되어 있다. 리퀴드 엔드 탱크(13)의 하부에는 리퀴드 엔드 탱크(13) 내의 레지스트를 유출시키는 배관(15)이 접속되고, 배관(15)의 타단에는 필터부(16)가 접속되어 있다.

필터부(16)에는 필터부(16)에서 제거한 불순물 등을 배출하는 탈기관(17)이 설치되고, 이 탈기관(17)에는 밸브(17a)가 구비되어 있다. 필터부(16)는 배관(18)을 통해, 트랩(19)에 접속된다. 또한, 배관(18) 상의 트랩(19)의 바로 앞에는 기포 센서(34)가 설치되어 있다.

리퀴드 엔드 탱크(13), 필터부(16), 트랩(19), 기포 트랩(26)에는 각각 밸브(14a, 17a, 21a, 27a)가 개재하여 설치된 탈기관(14, 17, 21, 27)이 설치되어 있다. 그리고 트랩(19)의 하류측에는 배관(22)의 일단이 접속되고, 타단은 펌프부(23)의 입력측에 접속되어 있다. 또한, 배관(22)에는 밸브(22a)가 구비되어 있다. 또한, 송액 기구에 해당하는 펌프부(23)로서는, 예를 들어 다이어프램식의 펌프가 사용되고, 내부에 압력 센서 등의 조정 기기를 내장하고 있어, 원하는 압력으로 레지스트를 압송하는 것이 가능하다. 또한, 펌프부(23)의 근방에는 펌프의 주위 온도를 검지하는 온도 센서(35)가 설치되어 있다.

펌프부(23)의 출력측은 배관(24)을 통해 초음파 유량계(40)에 접속된다. 이 초음파 유량계(40)는 예를 들어 튜브 형상의 본체를 직육면체 형상의 커버가 피복하는 구조로 되어 있다. 초음파 유량계(40)의 상세한 구조에 대해서는 후술한다. 초음파 유량계(40)의 타단은 배관(25)을 통해 기포 트랩(26)에 접속되어 있다.

기포 트랩(26)의 하류측에는 배관(28)의 일단이 접속되고, 타단은 밸브(29)의 입력측에 접속되어 있다. 그리고 밸브(29)의 출력측은 배관(51)에 의해 노즐(50)에 접속되어 있다.

다음으로, 초음파 유량계(40)의 구성의 일례에 대해 상세하게 설명한다. 도 3a는 개략적인 초음파 유량계(40)를 나타내고 있고, 본체 부분은 유로 부재의 일부를 이루는 내경이 2㎜ 이하인, 예를 들어 외경 4㎜의 수지 튜브(41)와, 각각 수지 튜브(41)의 외주를 환 형상으로 둘러싸고 또한 액의 흐름 방향으로 이격된 제1 압전 소자(42a) 및 제2 압전 소자(42b)를 구비하고 있다. 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b) 및 수지 튜브(41)는 초음파 유량계(40)의 센서부이다. 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)의 소재로서는, 예를 들어 티탄산지르콘산납 등을 들 수 있다. 수지 튜브(41)와 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)는 도시하지 않은 플라스틱 커버에 의해 덮이고, 커버에는 탈착식의 동축 케이블이 접속됨과 함께 레지스트 공급 장치(10) 내의 배관에 접속하기 위한 단부가 커버의 전후로 각각 돌출되어 있다.

제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)는 도 3b에 도시하는 바와 같이, 신호로 절환부(103)를 통해 한쪽이 전원(120)에, 다른 쪽이 전압 검출부(104)에 각각 접속되어 있다. 신호로 절환부(103)는, 전원(120)으로부터의 전압을 제1 압전 소자(42a)에 공급함과 함께, 전압 검출부(104)와 제2 압전 소자(42b)를 접속하는 상태와, 전원(120)으로부터의 전압을 제2 압전 소자(42b)를 접속함과 함께, 전압 검출부(104)와 제1 압전 소자(42a)를 접속하는 상태 중 한쪽을 선택한다. 구체적으로는 이러한 선택을 하도록 스위치부가 설치되어 있다.

도 4는 본 실시 형태의 레지스트 공급 장치(10)의 구성 요소의 하나인 컴퓨터를 포함하는 제어부(2)를 도시하고 있다. 110은 버스, 100은 CPU이며, 상기 초음파 유량계(40)의 전압 검출부(104)는 이 예에서는 제어부(2) 안에 포함된다. 전압 검출부(104)는, 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)에 발생하는 전압을 아날로그/디지털 변환부에 의해 디지털값으로 변환하고, 이 디지털값을 판독하여, 메모리(106)에 기입하는 프로그램을 포함한다. 제어부(2)는, 초음파 유량계(40)의 구성 요소인 유량 연산 프로그램(101)을 구비하고 있고, 이 유량 연산 프로그램(101)에 의해 실행되는 연산도 포함하여 초음파 유량계(40)의 원리에 대해 설명하여 둔다.

도 3a는 초음파 유량계(40)의 측정부의 설명도이다. 도 3a에 도시하는 바와 같이 수지 튜브(41) 내에 있어서, 좌측으로부터 우측을 향해 측정 대상의 유체가 흐르는 것으로 한다. 제1 압전 소자(42a)에 전압이 인가되면, 특정한 주파수의 초음파를 발진한다. 이 초음파가 유체 내를 전반하여, 제2 압전 소자(42b)에 전달된다. 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)는 동일한 공진 주파수를 갖고 있고, 제2 압전 소자(42b)는, 제1 압전 소자(42a)가 발진한 초음파를 수신하면 전압을 출력한다. 따라서 제1 압전 소자(42a)에 전압을 인가하고 나서 제2 압전 소자(42b)가 전압을 출력할 때까지의 시간은 제1 압전 소자(42a)로부터 제2 압전 소자(42b)에 초음파가 도달할 때까지 필요한 시간으로 간주할 수 있다. 이 시간을 t₁이라 한다.

한편, 제2 압전 소자(42b)에 전압을 인가하면 초음파를 발진하고, 제1 압전 소자(42a)는 당해 초음파를 수신하고 전압을 출력한다. 따라서 상기한 경우와 마찬가지로 제2 압전 소자(42b)에 전압을 인가하고 나서 제1 압전 소자(42a)가 전압을 출력할 때까지의 시간은 제2 압전 소자(42b)로부터 제1 압전 소자(42a)에 초음파가 도달할 때까지 필요한 시간으로 간주할 수 있다. 이 시간을 t₂라 한다.

유체의 유속을 V라 하면, 초음파를 발진하였을 때의 초음파의 유체 내에서의 속도는, 유체 자체의 점도나, 온도 등의 영향을 받는다. 이 영향은 속도의 고유 상수로서 표현된다. 이것을 C라고 칭한다. 제1 압전 소자(42a)와 제2 압전 소자(42b) 사이의 거리를 L이라고 하면, 다음 식이 성립된다.

수학식 1 및 2로부터, 유체의 유속 V가 도출될 수 있다. 즉,

따라서 초음파의 전반에 필요로 하는 시간을 쌍방향에서 검출하면, 유속 V가 구해진다. 또한, 센서부 내의 수지 튜브(41)의 내부 단면적은 자명하므로, 따라서 유량도 구해진다.

또한, 이 초음파 유량계(40)에 따르면, 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)가 수지 튜브(41)의 둘레를 따라 환 형상으로 존재하고, 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b) 사이의 거리도 예를 들어 30㎜로 통상의 거리의 1/3 내지 1/5 정도이며, 또한, 수지 튜브(41)의 내경도 2㎜ 이하로 극소하므로, 광학식 유량계에서는 불가능한 레벨에서의 유량의 측정, 구체적으로는 1㎖/sec 이하의 레벨의 유량을 측정하는 것이 가능하다. 또한, 제1 및 제2 압전 소자(42a, 42b)는 환 형상으로 설치되는데, 환 형상으로 설치된다고 하는 것은 수지 튜브(41)의 전체 둘레를 둘러싸는 경우에 한정되지 않고, 전체 둘레의 절반 이상을 둘러싸고 있는 경우를 포함한다.

이 초음파 유량계(40)는, 역방향의 유속, 레지스트 공급 장치(10)에서 말하면 웨이퍼(W)로부터 보틀(11) 방향으로의 유속도 측정 가능하며, 또한 밸브(29) 등을 개폐한 직후 등의 유속의 대폭적인 변화도 측정할 수 있다.

또한, 초음파 유량계(40)의 설치 장소는 펌프의 앞이나 노즐의 앞 등, 다양한 위치에 두는 것이 가능하며, 복수 설치하여도 되지만, 특히 노즐의 바로 앞이 고정밀도로 측정이 가능하게 된다. 또한, 초음파 유량계(40)를 설치하는 장소에 따라 적절한 시스템 구성이 달라지는 것에 유의한다.

그런데, 초음파 유량계(40)에 의해 레지스트 토출량을 측정하는 과정에서, 레지스트 토출량은 초음파의 전반을 기초로 하여 측정되지만, 레지스트 내에 기포가 혼입되어 있을 때에는, 이 기포에 초음파가 닿아 반사되고, 결과적으로, 측정되는 데이터에 현저한 변화(노이즈)가 보인다. 이 현저한 변화는, 액체와 기체에서는 초음파 전반 속도가 크게 다른 것에 근거한다.

도 5a 및 도 5b는 펌프의 온, 오프에 의한 유량값의 시간대 추이를 나타내고, 도 5a는 레지스트 중에 기포가 존재하지 않는 경우이며, 도 5b는 레지스트 중에 기포가 존재하는 경우이다. 즉, 기포가 초음파 유량계(40) 내의 레지스트에 혼입되고, 초음파 유량계(40)의 기포 검출부에 포착되면, 도 5b에 나타낸 바와 같은 현저한 변화(노이즈)가 유량값의 추이 데이터의 파형 상에 보인다. 실제로 지금까지의 실험에 의해, 직경 0.3㎜ 정도까지의 기포 검출이 가능한 것이 알려져 있다.

유량값의 상술한 변화를 검출하는 방법으로서는, 미리 설정된 시간(노이즈의 발생 시간에 기초하여 사전에 설정한 시간) 내에 유량값의 증가, 감소의 한쪽 및 다른 쪽의 변화가 있었던 것과, 변화 폭이 임계값을 초과하는 것의 앤드 조건을 취함으로써, 상술한 변화(즉, 기포의 존재)를 검출하는 예를 들 수 있다.

또한, 제어부(2)는, 유량 감시 프로그램(102) 및 기포 대처 프로그램(107)을 구비하고 있다. 유량 감시 프로그램(102)은 초음파 유량계(40)에서 검출된 유량값과 노즐(50)로부터의 토출 시간, 즉, 펌프가 온으로 되어 있는 시간을 적산하여 적산 토출량을 구하고, 이 적산 토출량이 노즐의 토출 횟수에 따른 임계값(토출 적산량의 설정값)의 범위 내에 있는지 확인하고, 범위 내에 있지 않은 경우에는 알람(105)을 동작시키도록 구성되어 있다.

기포 대처 프로그램(107)은, 초음파 유량계(40)의 유량 검출값의 시계열 데이터를 이용하여 기포 트랩(26)으로부터 탈기시키기 위한 것으로, 후술하는 작용 설명에서 도 7에 기재한 흐름을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있다.

상기 유량 감시 프로그램(102) 및 기포 대처 프로그램(107)을 포함하는 프로그램에는, 후술하는 동작을 실행하여 소정의 처리를 행하도록 명령(각 스텝)이 내장되어 있다. 이 프로그램은, 컴퓨터 기억 매체, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 등의 기억부에 저장되어 CPU(100)에 인스톨된다. 여기서 상기 CPU(100)에 인스톨된 상기 프로그램에는, 스핀 척(61), 스핀 척 구동부(62), 노즐(50), N₂ 가스 공급원(31), 밸브(32a), 보틀(11), 밸브(14a), 필터부(16), 밸브(21a), 밸브(22a), 펌프부(23), 기포 센서(33, 34), 온도 센서(35), 초음파 유량계(40), 밸브(27a), 밸브(29) 등을 제어하기 위한 프로그램도 포함되어 있고, 메인 메모리에 인스톨된 후에 상기 각 부가 제어되도록 되어 있다. 따라서, 초음파 유량계(40)의 제어의 일부는, 도 4에 도시하는 제어부(2)에 의한 제어의 일부에 구성되도록 포함된다.

계속해서, 레지스트 공급 장치(10)의 작용에 대해 도 1을 다시 참조하여 설명한다. 우선, 밸브(32a)를 제어하여, N₂ 가스 공급원(31)으로부터 배관(32)을 통해 보틀(11) 내에 N₂ 가스를 공급하고, 보틀(11) 내를 통상 운전 시보다 높은 압력으로 가압한다. 그리고 밸브(22a) 및 밸브(29)를 개방하여, 보틀(11)로부터 유로 부재의 일례인 배관계 전체를 통해, 노즐(50)에 레지스트를 압송한다. 이 동작에 의해, 배관(12, 15, 18, 22, 24, 25, 28, 51) 내나, 리퀴드 엔드 탱크(13), 필터부(16), 트랩(19), 펌프부(23), 초음파 유량계(40), 기포 트랩(26), 노즐(50) 등에 체류한 기체를 고압의 레지스트에 의해 제거할 수 있다.

상술한 기체 제거 작업(준비 작업)이 종료된 후, 웨이퍼(W)를 레지스트 도포 장치 내에 반입하고, 보틀(11) 내의 압력은 소정의 통상 운전으로서의 압력으로 유지된다. 이 소정의 압력은, 레지스트 중에 N₂ 가스가 용존한 경우라도, 레지스트가 후술하는 펌프부(23)에 공급될 때까지 발포하지 않는 압력으로, 즉, 레지스트에 양압이 가해지도록 결정된다.

리퀴드 엔드 탱크(13)는, 레지스트를 일단 저류하고, 보틀(11)로부터의 레지스트 공급이 정지된 경우에, 저류해 둔 레지스트를 노즐(50)에 공급하는, 소위 버퍼 탱크로서의 역할을 하고 있다. 또한, 이 리퀴드 엔드 탱크(13) 바로 앞의 기포 센서(33)가 기포를 검출한 경우, 당해 기포는 탈기관(14)의 밸브(14a)를 개방함으로써 외부에 배출된다.

리퀴드 엔드 탱크(13) 내에 있어서 탈기된 레지스트는, 리퀴드 엔드 탱크(13)의 하류측에 접속된 배관(15)을 통해 필터부(16)에 유입된다. 이 필터부(16)에 의해 레지스트 중의 이물질이나 잔존하고 있는 기포가 분리되고, 분리된 이물질 등은 탈기관(17)의 밸브(17a)를 개방함으로써 외부에 배출된다. 이물질 등을 제거한 후의 레지스트는 배관(18) 내를 유통하여, 트랩(19)에 유입된다.

트랩(19)은, 트랩(19) 앞의 기포 센서(34)가 기포를 검출한 경우, 펌프부(23)에 레지스트가 유입되기 전에 탈기관(21)의 밸브(21a)를 개방함으로써 당해 기포를 제거한다. 탈기 후의 레지스트는, 배관(22)을 통과하여, 펌프부(23)까지 반송된다.

그리고 펌프부(23)까지 반송된 레지스트는, 배관(24)을 통해 초음파 유량계(40) 내에 유입된다. 여기서 레지스트의 유량이 계측된다.

초음파 유량계(40)에서 유량이 계측된 후, 레지스트는 배관(25)을 통해 기포 트랩(26)에 들어간다. 기포 트랩(26)은, 초음파 유량계(40)가 기포를 검출한 경우, 탈기관(27)의 밸브(27a)를 개방함으로써 당해 기포를 제거한다. 당해 기포 제거의 일례에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다. 그리고 레지스트는, 기포 트랩(26)으로부터 배관(28)을 통해 밸브(29)를 거쳐 노즐(50)에 유입된다. 웨이퍼(W)로의 레지스트의 토출량은 이 밸브(29)의 컨트롤에 의해서도 조절되고, 웨이퍼(W)로의 레지스트 토출이 행해진다.

레지스트 토출까지의 펌프의 다이어프램의 구동량 감시에 대해서는, 전술한 유량 감시 프로그램(102)에 의해, 이하와 같은 수순으로 적산 토출량을 감시함으로써 구동량의 감시 및 제어가 행해지고 있다.

다음으로 상술한 적산 토출량의 감시에 대해 설명한다. 도 6은 적산값 감시부로서의 유량 감시 프로그램(102)의 작동 기구를 도시한 흐름도이다.

우선 미리, 노즐로부터의 레지스트 토출을 몇 회 행하였을 때에 적산 토출량을 확인할 것인지에 대해 결정해 두고, 이 횟수를 m이라 한다.

레지스트 도포 장치가 가동되면(시작), 이 상태에서 토출 횟수 카운터 k가 0으로 리셋된 후에(S101), 노즐로부터 약액 토출을 실시한다(S102). 그리고 토출 횟수 카운터 k의 값에 1을 더한다(S103).

여기서 k＝0일 때부터의 적산 토출량을 산출한다(S104). 그리고 k의 값을 m과 비교하고(S105), k＜m의 경우(S105:아니오), 통상 운전의 루프로 복귀된다(S102).

k＝m의 경우(S105:예), 적산 토출량이 규정값 이내인지 판정한다(S106). 만약 적산 토출량이 규정값(즉, 임계값)을 초과하는 경우(S106:아니오), 알람을 작동시켜(S107), 오퍼레이터에게 알린다. 이 경우에는, 예를 들어 로트의 절환 시 등에 있어서 메인터넌스를 행한다. 적산 토출량이 규정값 이내인 경우에는(S106:예), 일단 루틴을 종료하고(종료), 다시 시작부터 도 6의 루틴을 개시한다.

또한, 유량 감시 프로그램(102)의 실행에 더하여, 기포 대처 프로그램(107)이 실행되어, 이하와 같은 처리가 행해진다.

기포를 검출하였을 때의 실시의 일 형태로서, 도 1의 기포 트랩(26)에 기포를 트랩시킨 후에, 레지스트를 기포 트랩(26) 내에 퍼지하여 기포를 배출하는 수순이 있다. 이 형태에 대해, 도 7의 흐름도를 사용하여 설명한다. 도 7은 초음파 유량계(40)가 기포를 검출하고 나서 트랩 밖으로 기포를 배출할 때까지를 나타낸 흐름도이다.

우선 미리, 몇 회 기포를 검출하면, 기포 트랩(26) 밖으로 기포를 배출하는 수순을 행할지, 그 횟수를 결정해 둔다. 이 횟수를 M이라 한다.

초음파 유량계(40)가 가동되면(시작), 이 상태에서 카운트값 n이 0으로 리셋된 후에(S201), 유량 검출을 실행한다(S202). 그리고 유량 연산부에서 얻어진 유량값이 소정의 범위 내에 있는지 여부를 판단한다(S203).

소정의 범위 내에 있는 경우에는(S203:예), 유량값이 소정의 범위 내에 있는 동안, 통상 운전의 루프를 반복하고, 유량값이 소정의 범위를 상회하고 있거나 또는 하회하고 있다고 판단한 경우(S203:아니오), 카운트값 n의 값에 1을 더한다(S204). 그리고 n의 값을 M과 비교하고(S205), n＜M의 경우, 통상 운전의 루프로 복귀된다(S202로).

n＝M의 경우, 즉, 기포의 검출 횟수가 임계값을 초과하게 되었을 때, 기포 트랩(26) 밖으로 기포를 배출하는 타이밍이므로, 밸브(29)를 폐쇄하고(S206), 탈기관(27)의 밸브(27a)를 개방하고(S207), 그러한 후에 펌프부(23)를 구동시켜, 기포 트랩(26)에 레지스트를 미리 설정한 레벨까지 공급한다(S208). 이와 같이 하여 기포를 계(系) 외부로 배출한 후, 밸브(27a)를 폐쇄한 후에(S209), 밸브(29)를 개방하고(S210), 기포 배출의 동작을 종료한다(종료). 그리고 다시 시작부터 도 7의 루틴을 개시한다.

또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 도 8과 같이 초음파 유량계(40)를 종배치(수직 방향)로 설치하면, 토출 정지시이어도 기포가 존재하는 경우, 기포가 초음파 유량계(40)의 여진 영역 내를 통과한다. 그때에 측정 데이터 상에 도 5b에 나타낸 바와 같은 노이즈가 출현하므로, 이와 같이 초음파 유량계(40)를 설치하는 방법도 생각할 수 있다.

또한, 기포를 검출하였을 때의 다른 실시 형태로서, 노즐(50)로부터의 레지스트의 더미 디스펜스를 행하도록 하여도 된다. 이러한 예로서, 다음의 방법을 들 수 있다.

우선 초음파 유량계(40)의 여진 영역에 있어서의 레지스트액 중에 기포가 존재할 때에는 상술한 바와 같이(도 5b 참조) 유량값에 기초하여 기포를 검출할 수 있다. 제어부(2)는 기포를 검출하였을 때에, 이 기포가 노즐(50)에 도달할 때까지 통상의 처리를 행하고, 기포가 노즐(50)에 도달하는 타이밍 시에, 노즐(50)을 대기 배스(89)(도 2 참조)까지 이동시키고, 펌프부(23)를 구동하여 더미 디스펜스를 행한다. 또한 이 경우에는, 예를 들어 도 1에 도시하는 기포 트랩(26)의 하류측에 초음파 유량계(40)가 설치된다. 도 9는 이러한 방법을 실시하기 위한 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 구체적으로 설명하면, 초음파 유량계(40)로부터 노즐(50)까지의 체적 및 레지스트의 유량은 이미 알고 있기 때문에, 초음파 유량계(40)를 나온 기포가 노즐(50)에 도달할 때까지의 시간을 산출할 수 있으므로, 기포가 노즐(50)을 통과하기 전에 통상과 마찬가지로 레지스트를 토출 가능한 횟수도 산출할 수 있다. 그리고 예를 들어 초음파 유량계(40)에서 기포를 검출한 순간부터 통상의 레지스트 토출이 2회 행해진 후, 노즐(50)이 대기 배스(89)로 이동하고, 더미 디스펜스가 행해진다.

또는, 본 실시 형태에 있어서는, 노즐(50)의 대피와 더미 디스펜스를 행하는 대신에, 노즐(50)로부터 레지스트를 웨이퍼(W)로 토출하는 프로세스를 계속하고, 검출한 기포에 대응하는 웨이퍼(W)에 대하여 소프트 마킹을 행하여, 주의를 촉구하여도 된다.

또한, 본 레지스트 공급 장치(10)에 있어서, 노즐로부터의 복수회 토출량이 노즐로부터의 토출 횟수에 따른 임계값의 범위 내에 있지 않은 경우에는, 상술한 바와 같이 알람(105)을 작동시키는 대신에, 레지스트의 유량이 감소되고 있는 경우에는 레지스트의 유량을 증가시키고, 레지스트의 유량이 증가되고 있는 경우에는 레지스트의 유량을 감소시킨다. 또는, 유의해야 하는 웨이퍼에 소프트 마킹을 행하거나, 펌프 토출압을 컨트롤하거나, 혹은 이후의 처리를 정지하거나 하여, 제품 불량을 검지 또는 방지하는 것도 가능하다.

펌프 토출압의 컨트롤로서 이하의 방법이 있다. 예를 들어 상기한 토출 횟수에 따른 임계값은 당해 유량의 상한측의 임계값과 하한측의 임계값으로 이루어진다. 상기 하한측의 임계값보다 상기 복수회 토출량이 저하된 경우에는, 펌프의 토출압을 상승시킨다. 이때, 임계값을 하회한 양에 대하여 상승시키는 펌프의 토출압은 미리 결정해 둔다. 예를 들어, 0.01㎖ 하회한 경우, 토출압을 0.1㎪ 증가시킨다.

이들 제어는, 제어의 종류에 따르지만, 리얼 타임으로 행하는 것도, 시간을 구획하여(예를 들어 레지스트 토출 1회마다) 행하는 것도 생각할 수 있다.

또한, 토출량 산출 기능의 응용으로서, 연속적으로 측정된 유량의 기록을 데이터베이스화하고, 그 데이터를 피드백하여 레지스트 토출량을 보정하는 기능이 있다. 구체적인 예로서는, 유량값 감시에 의해 측정된 유량값 파형의 변동을 기초로 한 토출 시스템의 제어가 있고, 기능의 일례로서는, 유량값 변동에 의해 펌프부(23)를 피드백 제어하는 것에 의한 유량값 제어, 펌프의 흡액 동작에 보정을 가하는 제어 및 밸브(29)에 있어서의 개폐 동작의 보정 제어 등이 있다.

또한, 측정된 유량과 그 시점에서의 레지스트의 온도 및 펌프부(23) 주변의 온도의 기록을 관련지어 데이터베이스화하고, 그 데이터를 피드백하여 펌프부(23)의 압력값을 보정하는 기능이 있다.

구체적으로 설명하면, 레지스트는 온도에 따라 점도가 변화되므로, 웨이퍼(W)에 레지스트를 도포할 때, 스핀 코팅에 의한 확산의 정도도 온도에 따라 변화된다. 따라서 토출량은 레지스트의 온도에 따라 변동시킬 필요가 있다. 따라서 미리, 레지스트 온도에 대한 원하는 레지스트 토출량을 결정해 두고, 온도 센서(35)에서 측정한 펌프부(23)의 주변 온도에 대하여 펌프부(23)의 압력값을 어떻게 설정하면 원하는 레지스트의 양이 노즐(50)로부터 토출되는지 조사하고, 얻어진 온도와 압력의 상관을 기록하고, 이들의 결과를 데이터베이스화한다. 그리고 실제의 운용 시에는 이 데이터베이스와, 레지스트 정지 시에 있어서 초음파 유량계(40)의 초음파 측정에서 얻어진 레지스트의 액온, 및 온도 센서(35)에서 얻어진 펌프부(23)의 주변 온도에 기초하여 펌프부(23)의 압력값을 보정하고, 레지스트의 토출을 행한다. 이 토출 시에는 초음파 유량계(40)에서 레지스트 유량을 측정하고, 원하는 레지스트량이 토출되고 있는지 체크하는 스텝을 마련하여도 된다.

이때에, 외부 액온 모니터로 유량을 보정하는 경우에는, 액온이 설정 온도로 조정되어 있는 것이 전제되며, 그 전제 위에서 외부 온도와 유량의 상관 관계가 결정된다.

이와 같이, 본 레지스트 공급 장치(10)는, 초음파 유량계(40)의 유량 계측 및 유량 계측으로부터 얻어진 데이터를 기초로 하여, 외부로부터의 영향을 최소화하면서 토출을 제어 가능하게 하는 구성으로 되어 있다.

이상에 있어서, 본 발명에 따른 액처리 장치의 실시예로서, 레지스트 공급 장치(10)에 대해 설명하였지만, 실제의 액처리 장치로서는, 물론 취급하는 처리액은 레지스트에 한정하는 것이 아니라, 보호막이나 반사 방지막 등의 웨이퍼 성막 시의 처리액 및 시너(프리웨트액, 박리액)에 대한 처리에도 응용이 가능하다.

또한, 기포 검지에 관한 다른 실시 형태로서는, 기포를 검지하였을 때에 알람을 발생시켜 주의를 촉구하는 방법 등이 있다. 이 알람 발생은 기포 1개마다가 아니라, 기포가 복수의 특정회 발생하였을 때에 알람을 발생시키는 방식이어도 된다.

또한, 초음파 유량계(40)는, 상술한 미소 기포 검출에 특화된 이용도 생각된다.

또한, 초음파 유량계(40)에서 측정되는 유량의 파형은, 유체의 점도에 따라 서로 다른 특성을 보이므로, 당해 파형을 측정함으로써, 약액 공급원에 있어서의 처리액 보틀의 오접속을 방지하는 효과도 있다.

또한, 초음파 유량계(40)의 초음파 전파 속도는, 레지스트의 온도 변화에 의존하므로, 미리 초음파 전파 속도와 레지스트 온도의 관계를 데이터화해 둠으로써, 초음파 유량계(40)는 레지스트 정지시에서의 레지스트의 온도 변화의 검지에도 이용이 가능하다.

1 : 액처리 장치
10 : 레지스트 공급 장치
11 : 보틀
13 : 리퀴드 엔드 탱크
23 : 펌프부
26 : 기포 트랩
29 : 밸브
31 : N₂ 가스 공급원
40 : 초음파 유량계
41 : 수지 튜브
42a, 42b : 압전 소자
50 : 노즐
W : 웨이퍼

Claims (14)

1. 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 1㎖/sec 이하의 유량으로 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 장치이며,
   상기 유로 부재에 설치되고, 처리액을 상기 노즐까지 송출하기 위한 송액 기구와,
   상기 유로 부재에 있어서의 상기 송액 기구의 하류측에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계와,
   상기 초음파 유량계에 의해 얻어진 유량값의 변화에 기초하여, 상기 처리액 중의 기포를 검출하는 기포 검출부와,
   상기 유로 부재에 있어서의 상기 초음파 유량계의 하류측에 설치된 기포 트랩과,
   상기 기포 트랩의 하류측에 설치된 밸브와,
   상기 초음파 유량계에 의해 기포의 검출 횟수가 임계값을 초과하였을 때에 상기 밸브를 폐쇄하고, 상기 기포 트랩에 처리액을 공급하여 기체를 배출하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 초음파 유량계는, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자와, 상기 제1 및 제2 압전 소자 사이에서 초음파를 번갈아 가며 전파시키고 서로의 전파 시간의 시간 차에 기초하여, 처리액의 유량을 측정하는 측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
2. 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 1㎖/sec 이하의 유량으로 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 장치이며,
   상기 유로 부재에 설치되고, 처리액을 상기 노즐까지 송출하기 위한 송액 기구와,
   상기 유로 부재에 있어서의 상기 송액 기구의 하류측에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계와,
   상기 초음파 유량계에 의해 얻어진 유량값의 변화에 기초하여, 상기 처리액 중의 기포를 검출하는 기포 검출부와,
   노즐로부터 더미 디스펜스된 처리액을 수용하기 위한 액 수용부와,
   상기 초음파 유량계에 의해 기포가 검출되었을 때에, 미리 설정된 횟수만큼 노즐로부터 기판에 처리액을 토출하여 액처리를 행한 후, 상기 액 수용부에서 더미 디스펜스를 행하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 초음파 유량계는, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자와, 상기 제1 및 제2 압전 소자 사이에서 초음파를 번갈아 가며 전파시키고 서로의 전파 시간의 시간 차에 기초하여, 처리액의 유량을 측정하는 측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
3. 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 1㎖/sec 이하의 유량으로 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 장치이며,
   상기 유로 부재에 설치되고, 처리액을 상기 노즐까지 송출하기 위한 송액 기구와,
   상기 유로 부재에 있어서의 상기 송액 기구의 하류측에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계와,
   상기 초음파 유량계에서 검출된 유량값과 노즐로부터의 토출 시간을 적산하여 적산 토출량을 구하고, 상기 적산 토출량이 노즐로부터의 토출 횟수에 따른 임계값을 초과하였을 때에 알람을 출력하도록 제어하는 적산값 감시부를 구비하고,
   상기 초음파 유량계는, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자와, 상기 제1 및 제2 압전 소자 사이에서 초음파를 번갈아 가며 전파시키고 서로의 전파 시간의 시간 차에 기초하여, 처리액의 유량을 측정하는 측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초음파 유량계에 있어서의 제1 압전 소자와 제2 압전 소자 사이의 유로 부재는 내경이 2㎜ 이하인 원통 형상인 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
5. 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 1㎖/sec 이하의 유량으로 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 액처리 방법이며,
   상기 유로 부재에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계에 의해 처리액의 유량을 측정함과 함께 유량값의 변화에 기초하여 기포를 검출하는 공정과,
   상기 유로 부재에 있어서의 상기 초음파 유량계의 하류측에 설치된 기포 트랩과, 상기 기포 트랩의 하류측에 설치된 밸브를 사용하여, 상기 초음파 유량계에 의해 기포의 검출 횟수가 임계값을 초과하였을 때에 상기 밸브를 폐쇄하고, 상기 기포 트랩에 처리액을 공급하여 기체를 배출하도록 제어하는 공정을 포함하고,
   상기 초음파 유량계에 의해 처리액의 유량을 측정하는 공정은, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자를 사용하고, 상기 제1 및 제2 압전 소자 사이에서 초음파를 번갈아 가며 전파시키고 서로의 전파 시간의 시간 차에 기초하여, 처리액의 유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
6. 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 1㎖/sec 이하의 유량으로 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 액처리 방법이며,
   상기 유로 부재에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계에 의해 처리액의 유량을 측정함과 함께 유량값의 변화에 기초하여 기포를 검출하는 공정과,
   상기 초음파 유량계에 의해 기포가 검출되었을 때에, 미리 설정된 횟수만큼 노즐로부터 기판에 처리액을 토출하여 액처리를 행한 후, 액 수용부에서 더미 디스펜스를 행하도록 제어하는 공정을 포함하고,
   상기 초음파 유량계에 의해 처리액의 유량을 측정하는 공정은, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자를 사용하고, 상기 제1 및 제2 압전 소자 사이에서 초음파를 번갈아 가며 전파시키고 서로의 전파 시간의 시간 차에 기초하여, 처리액의 유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
7. 기판 유지부에 유지된 기판에 대하여, 처리액 공급원으로부터 유로 부재 및 노즐을 통해 1㎖/sec 이하의 유량으로 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 액처리 방법이며,
   상기 유로 부재에 설치되고, 측정 가능한 유량의 하한값이 1㎖/sec 이하인 초음파 유량계에 의해 처리액의 유량을 측정하는 공정과,
   상기 초음파 유량계에서 검출된 유량값과 노즐로부터의 토출 시간을 적산하여 적산 토출량을 구하고, 상기 적산 토출량이 노즐로부터의 토출 횟수에 따른 임계값을 초과하였을 때에 알람을 출력하는 공정을 포함하고,
   상기 초음파 유량계에 의해 처리액의 유량을 측정하는 공정은, 처리액의 흐름 방향으로 서로 이격되고 또한 각각 유로 부재의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 설치된 제1 및 제2 압전 소자를 사용하고, 상기 제1 및 제2 압전 소자 사이에서 초음파를 번갈아 가며 전파시키고 서로의 전파 시간의 시간 차에 기초하여, 처리액의 유량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
8. 처리액 공급원으로부터 공급된 처리액에 대하여, 액처리 방법을 행하는 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램이 기록된 기억 매체로서,
   상기 컴퓨터 프로그램은, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 액처리 방법을 실시하기 위한 것인 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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