JP2008172248A - 半導体ウェハをコーティングするためのポンプ汲み上げ及び分配システム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハをコーティングするための改善されたポンプ汲み上げ及び分配システムを提供する。
【解決手段】マイクロ・バブルのようなバブルが少ない及び／又は溶解ガスが少ないレジスト溶液、反射防止コーティング（ＡＲＣ）溶液、又は別の溶液を効率的にポンプ汲み上げしそして分配することが可能なポンプ汲み上げ／分配システムが開示される。本システムは、システムの外に溶液を分配する前に溶液からバブルを分離するポンプを有する。溶液がポンプを通過する前にフィルタを通過する循環ループが提供される。フィルタを横切る圧力低下は、フィルタの後部のところでバブルを生成させるために十分であり、そしてこれらのバブルは、分配される前にポンプにより分離されそして取り除かれる。したがって、バブルは、溶液を分配するときに流出口の圧力低下で形成されることが殆どない又はさらに形成されることがない。
【選択図】図３

Description

半導体デバイスの製造は、半導体ウェハを作り出すこと、そしてウェハ上に様々な処理技術を実行することを含む。１つのそのような技術は、投影される像を用いてウェハを露光することによってリソグラフィを実行することを含み、その投影像はウェハ上に埋め込まれる回路の設計に依存する。像を投影する前に、レジスト・コーティング及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）が、そのウェハの表面に行われる。投影された像がウェハ上へと適正に露光されることを確実にするために、レジスト・コーティング及び反射防止コーティングは、平滑であり、そしてバブル又は他の汚染が相対的に無いことが重要である。

適正な量のレジスト及びＡＲＣをウェハ上へと分配する分配システムが、既に考案されてきている。そのような分配システムの２つの従来型：一段システム、及び二段システム、がある。これらのシステムのそれぞれは、汚染を低減するように設計されており、その汚染はそうでなければ分配される化学薬品中に存在する。しかしながら、これらのシステムのそれぞれは、付随する問題を有する。

図１は、従来の一段分配システム１００の機能ブロック図である。システム１００は、貯蔵器１０１を含み、それはレジスト溶液又は反射防止コーティング（ＡＲＣ：anti-reflective coating）溶液を保持する。ポンプ１０４は、パイプ１０５を通して溶液１０２を取り出し、そしてパイプ１０６を通して溶液１０２を放出する。溶液１０２は、次にフィルタ１０３を通り抜け、そのフィルタは溶液１０２から固体汚染物（図１に黒丸で示される）を取り除く。フィルタした後で、まだポンプ１０４からの圧力の下で、溶液１０２は、流出口１０８へとパイプ１０７を通り抜ける。溶液１０２は、次に半導体ウェハ１０５’に接触し、全体に広がり、そのウェハ１０５’はその表面全体にわたり溶液１０２をさらに広げるためにスピンするプラットフォーム１３０上に置かれる。

このタイプの一段システム１００にともなう様々な問題がある。例えば、時間の経過とともに、フィルタ１０３は詰まるようになり、それによって溶液１０２の最大流量が低下し、そして所定のウェハに分配されることができる溶液１０２の量に悪影響を及ぼす。これは、分配レートの変動に対する許容範囲が小さいために望ましくない。したがって、フィルタ１０３は、適正な分配レートを維持するために定常的に清掃される又は置き換えられる必要がある。それに加えて、システム１００は、望ましくない量のマイクロ・バブル１０９（図１に白丸で示される）が分配される溶液１０２中に形成されことを引き起こし、それは引き続くリソグラフィ工程を危険にさらすことがある。マイクロ・バブル１０９は、例えば、加圧された溶液１０２が閉じられた加圧パイプ１０７から出て、そして雰囲気の部屋の圧力に急速に減圧される流出口１０８のところのように、溶液圧力に急激な低下があるときに溶液１０２中に溶解していたガスから形成される。

図２は、従来の二段分配システム２００の機能ブロック図である。システム２００は、貯蔵器２０１を含み、それはレジスト溶液又はＡＲＣ溶液２０２を保持する。第１ポンプ２０４（再循環ポンプとも呼ばれる）は、パイプ２０６を通して溶液２０２を取り出し、そしてパイプ２０７を通して溶液２０２を放出する。溶液２０２は、次にフィルタ２０３を通り抜け、そのフィルタは溶液２０２から固体汚染物を取り除く。フィルタした後で、まだポンプ２０４からの圧力の下で、溶液２０２は、循環ループ２１０を経由してポンプ２０４の中へと通過して戻るか、第２ポンプ２０５（分配ポンプとも呼ばれる）へとパイプ２０８を通過する。溶液２０２は、次にパイプ２０９中へとポンプ２０５によって汲み上げられ、そして流出口２０８’の外へと吐出される。溶液２０２は、次に半導体ウェハ２０５’に接触し、全体に広がり、そのウェハ２０５’はその表面全体にわたり溶液２０２をさらに広げるためにスピンするプラットフォーム２３０上に置かれる。

別の循環ポンプ２０４を使用することによって、分配システム２００は、システム１００と比較して分配量変動問題を軽減する。しかしながら、システム２００は、望ましくない量のマイクロ・バブル２０９’が流出口２０８’において形成されることを同様に生じさせる。それに加えて、システム２００のような二段システムは、製造するためにそして動作させために比較的費用がかさむ。そのようなシステムは、１個のポンプの代わりに２個のポンプを使用し、そのため製造するためのそして維持するための部品数を増加させ、そしてシステムを運転させるために使用されるエネルギーの量を増加させる。

マイクロ・バブル及び／又は溶解ガスが少ないレジスト材料及び／又は反射防止コーティング（ＡＲＣ）材料を効率的にポンプ汲み上げしそして分配することが可能な改善されたポンプ汲み上げ／分配システムに対する必要性がある。

本発明の１態様にしたがえば、システムの外に溶液を分配する前に溶液からマイク・バブルのようなバブルを分離するポンプを有するシステムが、開示される。そのようなシステムは、循環ループを有することができ、そこでは溶液は、ポンプを通過する前にフィルタを通過する。フィルタを横切る圧力低下は、フィルタの後部のところでバブルを生成させるために十分である。これらのバブルは、その後、バブルの自然の浮力を利用することによってそのポンプにより分離されそして取り除かれることができる。溶液が分配流出口を通りシステムの外に出るときまでに、溶解しているガスの全てでなくとも大部分は、そのように溶液から取り除かれる。したがって、バブルは、その溶液を分配するときに流出口の圧力低下で形成されることが殆どない又はさらに形成されることがない。

本開示のこれらの態様及びその他の態様は、例示の実施形態の下記の詳細な説明を考慮すると明らかになるであろう。

本発明のより完全な理解とその利点は、添付した図面を考慮して下記の記述を参照することによって把握されることができる。図面では、類似の参照番号は、類似の特徴を示す。

図３は、例示のポンプ汲み上げ／分配システム３００の機能ブロック図であり、それは溶液を分配する前に溶液からバブルを効率的に除去する又はより完全に除去する。図３は、本明細書中に記載される様々な実施形態のそしてその代案の単なる例示である。

システム３００は、貯蔵器３０１を含む又はそれにつなげられ、その貯蔵器はレジスト又はＡＲＣのような溶液３０２を収容する。溶液３０２が１つの場所から別の場所へ流れることを可能にする様々な導管が、この例にしたがって配置される。溶液の流れの方向は、異なる導管に対してそれらの導管に隣接する実線の矢印で図３に示されている。図３にしたがって、導管３０９は、貯蔵器３０１とフィルタ３０３の入口との間の溶液の流路を提供する。導管３０７’は、フィルタ３０３の出口とポンプ３０４の入口３２０との間の溶液の流路を提供する。ポンプ３０４は、しかも導管３０６に排出される溶液を供給するための第１出口も有し、その導管３０６は貯蔵器３０１へ戻る溶液の流路を提供する。ポンプ３０４は、導管３１０に排出される溶液を供給するための第２出口をさらに有し、その導管３１０は弁３３５を経由して流出口３０８への溶液の流路を提供する。溶液３０２は、次に流出口３０８から半導体ウェハ３０５へ吐出され、そのウェハは溶液３０２が半導体ウェハ３０５に供給されるときにスピンされるプラットフォーム３３０上に置かれることができ、それによって半導体ウェハ３０５を同様にスピンさせる。そのようにスピンすることは、溶液３０２が半導体ウェハ３０５全面により一様に広げられることを可能にする。コントローラ３４０は、ポンプ３０４で汲み上げること、プラットフォーム３３０をスピンすること、及び／又は弁３３５の状態を含む、システム３００の動作を調整しそして制御することができる。

そのように、溶液３０２は、導管３０９、３０７と３０６により与えられるフィードバック・ループ、又は導管３０９、３０７と３１０により与えられる供給経路のいずれかを流れることができる。下記にさらに論じられるように、フィードバック経路は、溶液３０２からバブルを集め、一方で供給経路は、半導体ウェハ３０５に塗り広げるためにバブルが無い（又は少なくともバブルが非常に少ない）溶液３０２を送る。導管３０６を介して比較的バブルの多い溶液３０２を貯蔵器３０１に流して戻すことを可能にすることによって、その溶液３０２は、貯蔵器３０１中で既存の溶液３０２と混合された後で再使用されることができる。これは、溶液３０２が高価でありそして再使用可能である場合には、極めて望ましい。例えば、まだ汚染されていないレジストは、再使用可能であり、そして１ガロン当り数千ドルでなくとも数百ドルの価格である。その上、システム３００は、１個のポンプだけで溶液３０２を再循環することが可能である。そのように、システム３００は、溶液３０２を浪費せず、そしてしかも２段システムよりもさらに効率的である。

１個の貯蔵器３０１だけが示されているが、それぞれが異なる溶液を収容している複数の貯蔵器が与えられることができる。例えば、貯蔵器３０１は、レジスト溶液を収容することができ、そして第２貯蔵器（図示されず）は、ＡＲＣ溶液を収容することができる。そのようなケースでは、各貯蔵器は、図３のように構成されるそれぞれの並列溶液分配装置と結び付けられることができる。貯蔵器３０１は、ある量の溶液３０２を保持することが可能な任意のタイプの貯蔵器であり得る。例えば、貯蔵器３０１は、カップ形の容器又は水差し形の容器であり得る。貯蔵器３０１は、上が開放されていることもあり閉じられていることもある。閉じられている場合、比較的小さな開口部が用意されることができ、それを通して導管３０６と３０９は、貯蔵器３０１の内部へと通ることができる。図示されたように、導管３０６の出口端は、貯蔵器３０１中の溶液３０２の液面の下に配置される。これは必ずしも必要ではないけれども、そのような構成は、はね返りを低減することができ、そしてそれにより貯蔵器３０１中に収容されている溶液３０２中に既にある溶解ガス及び／又はバブルの量に追加される量を低減することができる。

フィルタ３０３は、溶液３０２から固体汚染物（図３に黒丸として示される）をフィルタして取り除き、そして導管３０７’にフィルタされた溶液３０２を出力する。ポンプ３０４の入口３２０がフィルタ３０３の出口の後に配置されるために、導管３０７’は、システム３００の中で最も低い圧力であり、そしてシステム３００の外部の雰囲気の大気圧よりも低いことさえある。フィルタ３０３を横切る急激な圧力の低下は、溶液３０２中に既に溶解しているガスからバブル３１２を発生させるのに十分に大きい。そのように、バブルを含んでいる溶液３０２は、ポンプ３０４の入口３２０へと供給される。

ポンプ３０４は、上に向かってバブル２１２を含む溶液３０２の一部を出口３０７に排出するように、そしてバブル３１２を含んでいない（又は少しかバブルを含まない）溶液３０２の残りを出口３２２へと排出するように構成される。これが起きるようにするために、この特定の実施形態では、ポンプ３０４のメイン・チャンバは、垂直に構成され、その結果、出口３２２は、出口３０７よりも距離Ｄｙだけ低く、そして入口３２０から距離Ｄｘだけ横方向にずらされている。それに加えて、図示されたように、出口３０７は、入口３２０に対して垂直に位置を合わせられている。バブル３１２は、自身の浮力のために溶液３０２中を自然に上に向かって上昇するため、ポンプ３０４の独特の構成は、バブルが出口３２２から排出されないようにバブルが低い方の出口３２２に到達するときまでにバブル３１２の全てでなくとも大部分が十分な垂直の運動量を得られるようにすることができる。あるいは、全てでなくとも大部分のバブル３１２は、上昇し続け、そして出口３０７から排出される。

距離ＤｘとＤｙは、ポンプ３０４のチャンバの大きさ、ポンプ３０４を通る溶液３０２の流速、及び溶液３０２の粘性に基づいて適切に選択されることができる。例えば、溶液３０２がレジスト溶液の場合、Ｄｘはほぼ１５ｍｍであり、そしてＤｙはほぼ２０ｍｍであり得る。別の例として、溶液３０２がＡＲＣ溶液の場合、Ｄｘはほぼ１０ｍｍであり、そしてＤｙはほぼ１５ｍｍであり得る。

ポンプ３０４の多くの変形が、本発明の範囲内である。例えば、出口３０７がポンプ３０４の天井に配置されるように示されており、出口３２２がポンプ３０４の側壁上に配置されるように示されているが、これらの出口の両方ともが天井に又は側壁上であり得る。しかも、バブル３１２を分離するために垂直高さの異なる出口３０７と３２２とを使用することの代わりに又はそれに加えて、ポンプ３０４内部に１又はそれより多くのバッフル、若しくはポンプ３０４内部の別の構造又はポンプ３０４の別の構造が、出口３２２から遠くにバブル３１２を分離するために使用されることができる。

動作では、半導体ウェハ３０５は、プラットフォーム３３０上に置かれる。この時、ポンプ３０４は、導管３０６のフィードバック経路を経由して溶液３０２を既にポンプ汲み上げしている。しかしながら、この時点では、弁３３５は、閉じられた状態であり、その結果、溶液３０２は流出口３０８へ通ることができない。例えば弁３３５のような、弁は、この分野では周知である。次に、コントローラ３４０は、プラットフォーム３３０が所定の回転速度でスピンを開始するように制御することができ、それによってプラットフォーム３３０とともに半導体ウェハ３０５が同様にスピンする。プラットフォーム３３０がスピンしているあいだに、コントローラ３４０は、弁３３５が所定の時間の長さのあいだそして所定の大きさだけ開くようにさせることができ、それによって（バブル３１２の少ない又はバブル３１２がない）溶液３０２が半導体ウェハ３０５上に注がれるようにする。弁３３５が閉じられた後で、コントローラ３４０は、プラットフォーム３３０がスピンを停止するように制御することができる。あるいは、コントローラ３４０は、第２溶液が第１の吐出された溶液３０２を覆い半導体ウェハ３０５上へと吐出されるようにさせるためにポンプと弁の第２のそして並列セット（図示されず）を動作させることができる。この例では、溶液３０２はレジスト溶液であり、そして第２溶液はＡＲＣ溶液であり得る。溶剤のような第３溶液が、レジスト溶液が吐出される前に半導体ウェハ３０５上へと同様に吐出されることができる。全ての所望の溶液が半導体ウェハ３０５に対して塗布された後で、半導体ウェハ３０５は、プラットフォーム３３０から取り外され、そして製造プロセスの次の工程を受ける。多くの場合、次の工程は、リソグラフィを含む。

ある複数の実施形態では、ポンプ３０４は、弁３３５の状態に拘わらず連続的に動作する。別の実施形態では、ポンプ３０４は、弁３３５の状態に無関係に又は弁３３５の状態にある種の関係を持ってのいずれかで間歇的に動作する。ポンプ３０４の間歇的な動作は、そのバブル分離能力の効率を向上させることができる。例えば、ポンプ３０４を周期的にオン／オフさせることによって、ポンプ動作がオフのあいだにポンプ動作が再びオンにされる前に、バブル３１２は、ポンプ３０４のチャンバの頂上部に向かって上昇するためのより多くの時間を与えられることができ、そのようにして出口３２２と比較して出口３０７から排出されるバブルの割合を増加させることができる。

そのように、レジスト溶液及びＡＲＣ溶液のような溶液をポンプ汲み上げする改善された例示の装置及び方法が、説明されてきた。

図１は、従来の一段ポンブ汲み上げ／分配システムの機能ブロック図である。 図２は、従来の二段ポンブ汲み上げ／分配システムの機能ブロック図である。 図３は、本明細書の態様にしたがった例示のポンプ汲み上げ／分配システムの機能ブロック図である。

符号の説明

１０２，２０２，３０２…溶液，１０５，１０６，１０７，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０，３０６，３０７’，３０９，３１０…導管，１０５’，２０５’，３０５…半導体ウェハ，１０８，２０８’，３０８…流出口，１３０，２３０，３３０…プラットフォーム，３０７…第１出口，３２２…第２出口，３２０…入口，３３５…弁。

Claims (17)

1. 溶液をポンプ汲み上げする装置であって、
   該溶液を保持するために構成された貯蔵器と、
   入口と、第１出口と、該第１出口から離され且つ該第１出口より垂直方向に低く配置された第２出口とを有するポンプと、
   該貯蔵器と該ポンプの該入口との間の第１溶液流路と、
   該ポンプの該第１出口と該貯蔵器との間の第２溶液流路と
   を具備し、
   ここにおいて、該ポンプは、該第１溶液流路から該入口へと該溶液をポンプ汲み上げするため、そして該ポンプ汲み上げされた溶液の一部を該第１出口へと排出し且つ該ポンプ汲み上げされた溶液の残りを該第２出口へと排出するために構成され、そしてここにおいて、該ポンプは、該ポンプ汲み上げされた溶液中のバブルが該入口から該第２出口の上方の該第１出口へと上に向かって上昇するようにさらに構成される
   ことを特徴とする装置。
2. 該ポンプの該第２出口は、該ポンプの該入口から水平方向にずれていることを特徴とする、請求項１の装置。
3. 該第２出口と溶液が流出する開口部との間の第３溶液流路と、
   該開口端の下方に配置されたプラットフォームと、ここにおいて、該プラットフォームはスピンするように構成される、
   該溶液が該開口部から流出しているあいだ該プラットフォームがスピンするように該プラットフォームを制御するために構成されたコントローラと
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１の装置。
4. 該第３溶液流路に配置され、且つ開状態では該第３溶液流路を通る該溶液を流れさせるためそして閉状態では該第３溶液流路を通る該溶液の流れを阻止するために構成された弁をさらに含む、
   ここにおいて、該コントローラは、該弁が該閉状態及び該開状態の両方にあるあいだ動作するように該ポンプを制御するためにさらに構成される
   ことを特徴とする、請求項３の装置。
5. 該装置は、該第１溶液流路に配置されたフィルタをさらに含み、ここにおいて、該装置内の該溶液の最低圧力は、該フィルタと該ポンプの該入口との間の該第１溶液流路内の場所においてであることを特徴とする、請求項１の装置。
6. 該バブルは、該フィルタを通り抜ける該溶液により生成されることを特徴とする、請求項５の装置。
7. 溶液をポンプ汲み上げする装置であって、
   該溶液を保持するために構成された貯蔵器と、
   入口と、第１出口と、該第１出口から離された第２出口とを有するポンプと、
   該貯蔵器と該ポンプの該入口との間の第１溶液流路と、
   該第１溶液流路を通り流れる該溶液が該フィルタを通り流れるように該第１溶液流路に配置されたフィルタと、ここにおいて、該溶液の圧力低下は、該フィルタを横切って生じ、そしてここにおいて、該フィルタと該ポンプの該入口との間の該第１溶液流路中の該溶液の圧力は、該装置内の任意の他の場所の該溶液の圧力よりも低い、
   該ポンプの該第１出口と該貯蔵器との間の第２溶液流路と
   を具備し、
   ここにおいて、該ポンプは、該第１溶液流路から該入口へと該溶液をポンプ汲み上げするため、そして該ポンプ汲み上げされた溶液の一部を該第１出口へと排出しそして該ポンプ汲み上げされた溶液の残りを該第２出口へと排出するために構成される
   ことを特徴とする装置。
8. 該ポンプの該第１出口は、該ポンプの該入口と垂直方向に位置を合わせられ、そして該ポンプの該第２出口は、該ポンプの該入口から水平方向に位置をずらされていることを特徴とする、請求項７の装置。
9. 該ポンプの該第２出口は、該ポンプの該第１出口より垂直方向に低く配置されることを特徴とする、請求項８の装置。
10. 該第２出口と溶液が流出する開口部との間の第３溶液流路と、
    該開口端の下方に配置されたプラットフォームと、ここにおいて、該プラットフォームはスピンするように構成される、
    該溶液が該開口部から流出しているあいだ該プラットフォームがスピンするように該プラットフォームを制御するために構成されたコントローラと
    をさらに含むことを特徴とする、請求項７の装置。
11. 該第３溶液流路に配置され、且つ開状態では該第３溶液流路を通る該溶液を流れさせるためそして閉状態では該第３溶液流路を通る該溶液の流れを阻止するために構成された弁をさらに含み、
    ここにおいて、該コントローラは、該弁が該閉状態及び該開状態の両方にあるあいだ動作するように該ポンプを制御するためにさらに構成される
    ことを特徴とする、請求項１０の装置。
12. 該バブルは、該フィルタを通過する該溶液により生成されることを特徴とする、請求項７の装置。
13. 溶液をポンプ汲み上げする装置であって、
    該溶液を保持する貯蔵器と、
    該貯蔵器から該溶液を供給する第１溶液流路手段と、
    該第１溶液流路手段から供給される該溶液をフィルタするフィルタ手段と、
    該貯蔵器への戻りの該溶液の第１部分を供給する第２溶液流路手段と、
    該フィルタ手段から受け取った該溶液を汲み上げ、そしてバブルが該貯蔵器に流れて戻る該溶液の該第１部分中に含まれるように該第２溶液流路手段に向かって該溶液中の該バブルを向けるポンプ手段と、
    該ポンプ手段から該貯蔵器とは別の場所に該溶液の第２部分を供給する第３溶液流路手段と
    を具備することを特徴とする装置
14. 該場所に配置されたプラットフォームと、ここにおいて、該プラットフォームはスピンするように構成される、
    該溶液が該場所に流れているあいだ該プラットフォームがスピンするように該プラットフォームを制御するために構成されたコントローラと
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１３の装置。
15. 該第３溶液流路手段に配置され、且つ開状態では該第３溶液流路手段に沿って該溶液を流れさせるためそして閉状態では該第３溶液流路手段に沿った該溶液の流れを阻止するために構成された弁、をさらに含み、
    ここにおいて、該コントローラは、該弁が該閉状態及び該開状態の両方にあるあいだ動作するように該ポンプを制御するためにさらに構成される
    ことを特徴とする、請求項１４の装置。
16. 該装置内の該溶液の最低圧力は、該フィルタ手段と該ポンプ手段との間の該第１溶液流路手段に沿った場所においてであることを特徴とする、請求項１３の装置。
17. 該バブルは、該フィルタ手段を通り抜ける該溶液により生成されることを特徴とする、請求項１３の装置。

Images