JP2015042398A - 気泡除去装置、気泡除去方法、及び半導体製造装置の薬液供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】気泡の混在を効果的に抑制可能とする気泡除去装置、気泡除去方法、及び半導体製造装置の薬液供給システムを提供すること。【解決手段】実施形態によれば、気泡除去装置１は、気泡吸着手段及び気泡排出手段を有する。気泡吸着手段は、液体が充填されている容器内において、液体中の気泡を吸着させる。気泡排出手段は、気泡吸着手段に吸着された気泡を取り込む。気泡排出手段は、取り込んだ気泡を容器から排出させる。気泡吸着手段は、メッシュ構造物１１を備える。メッシュ構造物１１は、線状部材が格子状に組み合わされている。メッシュ構造物１１は、正に帯電可能な帯電部材を含む線状部材を用いて構成されている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、気泡除去装置、気泡除去方法及び半導体製造装置の薬液供給システムに関する。

半導体製品の製造工程で使用されるフォトレジスト液等の薬液は、品質保持などのための窒素ガス等とともに薬液タンクに充填される。薬液タンクが運搬などの過程を経て半導体製造装置に設置されるまでの間に、薬液には、窒素ガスが微小な気泡（マイクロバブル）となって溶存するようになる。かかるマイクロバブルを含む薬液を薬液タンクから送り出すと、薬液が流動する経路のうち圧力降下がある部分、あるいは圧力開放がある部分で、マイクロバブルが薬液から分離して大きな気泡を生じさせることになる。大きな気泡が混在している薬液がウェハに供給されると、薬液の塗布不良、さらには塗布不良に起因する欠陥が生じるようになることで、半導体製品の歩留まり及び信頼性に影響が及ぶこととなる。従来、ウェハへ供給される薬液から気泡を除去する技術が知られている。しかし、半導体デバイスの微細化に伴い、圧力損失が大きくなる傾向にあることから、気泡の混在を十分に抑制することが困難となっている。

特開２０１２−２２３６６９号公報

本発明の一つの実施形態は、気泡の混在を効果的に抑制可能とする気泡除去装置、気泡除去方法、及び半導体製造装置の薬液供給システムを提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、気泡除去装置は、気泡吸着手段及び気泡排出手段を有する。気泡吸着手段は、液体が充填されている容器内において、液体中の気泡を吸着させる。気泡排出手段は、気泡吸着手段に吸着された気泡を取り込む。気泡排出手段は、取り込んだ気泡を容器から排出させる。気泡吸着手段は、メッシュ構造物を備える。メッシュ構造物は、線状部材が格子状に組み合わされている。メッシュ構造物は、正に帯電可能な帯電部材を含む線状部材を用いて構成されている。

図１は、実施形態にかかる気泡除去装置を含む半導体製造装置の概略構成を示す図である。 図２は、気泡除去装置の構成を模式的に示す図である。 図３は、気泡除去装置による気泡の吸着及び排出について説明する図である。 図４は、メッシュ構造物及び中空糸膜へ気泡が流動する原理を説明する断面模式図である。 図５は、メッシュ構造物の構成例を示す図である。 図６は、気泡除去装置の変形例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる気泡除去装置、気泡除去方法及び半導体製造装置の薬液供給システムを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
図１は、実施形態にかかる気泡除去装置を含む半導体製造装置の概略構成を示す図である。気泡除去装置１は、例えば、半導体製造装置の薬液供給システムに適用される。半導体製造装置は、例えば、薬液をウェハ９に塗布する。薬液供給システムは、薬液をウェハ９に供給する。薬液は、例えばフォトレジスト液とする。薬液は、フォトレジスト液のほか、ウェハ９に塗布されるいずれの液体であっても良い。薬液は、例えば有機溶剤であっても良い。

薬液供給システムは、薬液ボトル２、リキッドエンド（ＬＥ）タンク３、供給ポンプ４、フィルタ５、バルブ６及びノズル７を含む。

薬液ボトル２は、薬液の供給源である。ＬＥタンク３は、薬液ボトル２からの薬液を一時貯留する容器である。薬液ボトル２の薬液が無くなった場合、ＬＥタンク３に貯留されている薬液の供給を継続している間に薬液ボトル２を交換する。ＬＥタンク３は、薬液ボトル２の交換時における予備容器としての役割を果たす。気泡除去装置１は、ＬＥタンク３に取り付けられている。

供給ポンプ４は、ＬＥタンク３からの薬液をノズル７へ向けて供給する。フィルタ５は、薬液から不純物及び気泡を除去する。バルブ６は、開閉により、ノズル７からの薬液の吐出を調節する。ノズル７は、スピンコータ８上のウェハ９へ薬液を吐出する。スピンコータ８は、ウェハ９を高速回転させることにより、ノズル７から吐出された薬液をウェハ９の全面に塗布する。

なお、図１には、レジストを供給する管路をＬＥタンク３から３つに分岐させ、３つの系統においてそれぞれウェハ９にレジストを塗布する例を示している。かかる系統の数は任意であるものとする。

図２は、気泡除去装置の構成を模式的に示す図である。気泡除去装置１は、メッシュ構造物１１、中空糸膜１２及び排気管１３を備える。

メッシュ構造物１１は、ＬＥタンク３の側壁を貫いて設けられている。メッシュ構造物１１は、液体が充填されている容器内において、液体中の気泡を吸着させる気泡吸着手段である。本実施形態では、メッシュ構造物１１は、薬液が充填されているＬＥタンク３内において、薬液中の気泡を吸着させる。メッシュ構造物１１は、線状部材が格子状に組み合わされて構成されている。

中空糸膜１２は、ＬＥタンク３の内部に設けられている。中空糸膜１２は、気泡吸着手段に吸着された気泡を取り込み、取り込んだ気泡を容器から排出させる気泡排出手段である。本実施形態では、中空糸膜１２は、メッシュ構造物１１に吸着された気泡を取り込み、織り込んだ気泡をＬＥタンク３から排出させる。メッシュ構造物１１は、中空糸膜１２の周囲に巻き付けられている。

中空糸膜１２は、気体を通過させ、かつ液体を通過させない性質を持つ。中空糸膜１２は、内部が負圧であるときに、液体に溶存している気体を内側へ取り込むことで、液体から気体を分離させる。

排気管１３は、中空糸膜１２に接続されている。排気管１３は、中空糸膜１２内の気体をＬＥタンク３外部へ排出させる。排気管１３には、真空ポンプ１４が接続されている。真空ポンプ１４を作動させると、排気管１３及び中空糸膜１２の内部は負圧になる。

図３は、気泡除去装置による気泡の吸着及び排出について説明する図である。図４は、メッシュ構造物及び中空糸膜へ気泡が流動する原理を説明する断面模式図である。なお、図４では、中空糸膜１２の断面構成と、メッシュ構造物１１を構成する一本の線状部材２０の断面構成とを模式的に示している。

線状部材２０は、導電性物質２２を芯として、導電性物質２２をナイロン２１でコーティングして構成されている。導電性物質２２は、例えば、ステンレス等からなる金属部材とする。金属部材は、ステンレス以外のいずれの金属からなるものであっても良い。ナイロン２１は、正に帯電しやすい帯電部材である。ＬＥタンク３の内部では、導電性物質２２である金属部材は、ナイロン２１がコーティングされていることで、薬液による腐食が抑制される。メッシュ構造物１１のうちＬＥタンク３の外側の部分では、導電性物質２２を露出させている。

帯電ガン１５は、コロナ放電により対象物を帯電させる帯電装置である。帯電ガン１５は、導電性物質２２に静電気を生じさせて、導電性物質２２を強制的に負に帯電させる。導電性物質２２が負に帯電することで、ナイロン２１は正に帯電する。気泡除去装置１は、帯電ガン１５を用いて、例えば定期的に導電性物質２２を帯電させることが望ましい。

マイクロバブルである気泡１６は、薬液中に溶存する窒素ガスである。マイクロバブルは、コロイド粒子としての側面を持ち、表面が負に帯電していることが知られている。気泡１６は、正に帯電しているナイロン２１に引き寄せられる。ナイロン２１との間に静電力が作用することで、気泡１６は、薬液の流動があってもメッシュ構造物１１から流されず、メッシュ構造物１１の表面に留められる。

このようにして、メッシュ構造物１１は、薬液中の気泡１６を吸着させる。メッシュ構造物１１は、静電力を利用することで、線状部材２０による格子のサイズに対する気泡１６の径の大小を問わず、効率良く気泡１６を吸着させることができる。なお、格子のサイズは、適宜設計可能であるものとする。

気泡１６は、メッシュ構造物１１へ吸着されることで、中空糸膜１２の近くにまで流動する。気泡１６は、内部が負圧とされている中空糸膜１２に引き寄せられて、中空糸膜１２の内部に取り込まれる。気泡１６は、中空糸膜１２から排気管１３へと排出される。これにより、気泡除去装置１は、薬液から気泡１６を除去する。

気泡除去装置１は、フィルタ５で除去が困難なマイクロバブルを効果的に除去可能とする。薬液供給システムは、薬液がＬＥタンク３を通過する段階にて気泡１６を除去しておくことで、ＬＥタンク３以降における、圧力降下あるいは圧力開放がある部分での気泡の発生を抑制できる。

気泡除去装置は、薬液の塗布に影響を及ぼすような気泡の基となるマイクロバブルを除去可能とすることで、薬液供給システムから供給される薬液への気泡の混入を効果的に抑制することができる。気泡除去装置は、気泡をマイクロバブルの段階で除去するため、半導体デバイスの微細化に伴い圧力損失が大きくなる状況下においても、気泡の混在を十分に抑制することができる。半導体製造装置は、薬液への気泡の混在を抑制可能とすることで、薬液の塗布不良を低減できる。半導体製造装置は、薬液の塗布不良に起因する欠陥を低減でき、歩留まり及び信頼性を向上できる。

図５は、メッシュ構造物の構成例を示す図である。メッシュ構造物１１は、線状部材２０を二次元方向において縦横の格子状に組まれている。さらに、メッシュ構造物１１は、かかる二次元方向に垂直な方向において凹凸をなすように、線状部材２０を組み合わせて構成されている。かかる凹凸のうちの突起部分２３は、線状部材２０が鋭角をなしている先端部分とする。

突起部分２３は、中空糸膜１２側とは逆の方向へ向けて形成されている。このように、メッシュ構造物１１は、中空糸膜１２とは反対側を凸とする突起部分２３を含む。メッシュ構造物１１は、突起部分２３の先端へ気泡１６を誘引させて、気泡１６を付着させる。また、メッシュ構造物１１は、突起部分２３を設けることで、薬液と接触する表面積を大きくすることができる。これにより、メッシュ構造物１１は、突起部分２３を設けることで、気泡１６を効率良く吸着させることができる。

なお、メッシュ構造物１１における突起部分２３の形状及び構成は、本実施形態で説明するものに限られない。突起部分２３は、液体中にて気泡１６を誘引可能であれば、いずれの形状及び構成によるものとしても良い。

メッシュ構造物１１は、ナイロン２１をコーティングした線状部材２０からなるものに限られない。線状部材２０は、マイクロバブルを電気的に吸着可能であれば良く、ナイロン２１以外の帯電部材を備えるものであっても良い。かかる帯電部材として、正に帯電し易い帯電部材を用いることで、メッシュ構造物１１は、効率良く気泡１６を吸着させることができる。

線状部材２０の芯とする導電性物質２２は、金属部材以外に、導電性を備えるいずれの物質としても良い。線状部材２０は、導電性物質２２として、例えば、炭素繊維を用いることとしても良い。なお、メッシュ構造物１１は、帯電部材によって気泡１６を十分吸着可能であれば、芯とする導電性物質２２を省略しても良い。気泡排出手段は、液体から気泡を取り込み可能であれば良く、中空糸膜１２以外の部材を備えたものとしても良い。

図６は、気泡除去装置の変形例を示す図である。本変形例にかかる気泡除去装置３０は、複数の中空糸膜１２を備える。各中空糸膜１２には、それぞれメッシュ構造物１１が巻き付けられている。気泡除去装置３０に設けられる中空糸膜１２の数は、中空糸膜１２ごとの気泡１６の除去能力を考慮して、適宜決定することとしても良い。

なお、気泡除去装置は、ＬＥタンク３に設けられる以外に、薬液供給システムのうちＬＥタンク３以外のいずれの容器あるいは管路に設けることとしても良い。フィルタ５を通過後の薬液への異物の混入の可能性を考慮すると、気泡除去装置は、薬液がフィルタ５へ流入するより手前の位置に設けられることが望ましい。

薬液供給システムでは、圧力降下あるいは圧力開放により気泡が成長する以前に、マイクロバブルとして存在している段階の気泡１６をできるだけ除去することが望ましい。このため、気泡除去装置は、薬液ボトル２から薬液が流出してすぐの位置に設けられることが望ましい。本実施形態では、マイクロバブルが薬液の品質保持のためのガスによるものであるため、気泡除去装置は、薬液を使用するときに気泡１６を除去することが望ましい。

気泡除去装置は、半導体製造装置の薬液供給システム以外のいずれの装置に適用しても良い。気泡除去装置は、薬液以外のいずれの液体から、気泡を除去するものであっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 気泡除去装置、１１ メッシュ構造物、１２ 中空糸膜、１６ 気泡、２０ 線状部材、２１ ナイロン、２２ 導電性物質、２３ 突起部分、３０ 気泡除去装置。

Claims (8)

1. 液体が充填されている容器内において、前記液体中の気泡を吸着させる気泡吸着手段と、
   前記気泡吸着手段に吸着された気泡を取り込み、取り込んだ気泡を前記容器から排出させる気泡排出手段と、を有し、
   前記気泡吸着手段は、線状部材が格子状に組み合わされたメッシュ構造物を備え、
   前記メッシュ構造物は、正に帯電可能な帯電部材を含む前記線状部材を用いて構成されていることを特徴とする気泡除去装置。
2. 前記線状部材は、導電性物質からなる芯を前記帯電部材でコーティングしてなることを特徴とする請求項１に記載の気泡除去装置。
3. 前記帯電部材は、ナイロンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡除去装置。
4. 前記気泡排出手段は、中空糸膜を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の気泡除去装置。
5. 前記メッシュ構造物は、前記中空糸膜とは反対側を凸とする突起部分を含むことを特徴とする請求項４に記載の気泡除去装置。
6. 液体が充填されている容器内において、線状部材が格子状に組み合わされたメッシュ構造物に、前記液体中の気泡を吸着させ、
   前記メッシュ構造物に吸着された気泡を取り込み、取り込んだ気泡を前記容器から排出させることを含み、
   前記メッシュ構造物は、正に帯電可能な帯電部材を含む前記線状部材を用いて構成されたものとすることを特徴とする気泡除去方法。
7. 前記線状部材は、導電性物質からなる芯を前記帯電部材でコーティングしてなるものであり、
   前記導電性物質を負に帯電させることで、前記帯電部材を正に帯電させることを特徴とする請求項６に記載の気泡除去方法。
8. ウェハに薬液を塗布する半導体製造装置において、前記薬液を前記ウェハに供給する薬液供給システムであって、
   前記薬液から気泡を除去する気泡除去装置を備え、
   前記気泡除去装置は、
   前記薬液が充填されている容器内において、前記薬液中の気泡を吸着させる気泡吸着手段と、
   前記気泡吸着手段に吸着された気泡を取り込み、取り込んだ気泡を前記容器から排出させる気泡排出手段と、を有し、
   前記気泡吸着手段は、線状部材が格子状に組み合わされたメッシュ構造物を備え、
   前記メッシュ構造物は、正に帯電可能な帯電部材を含む前記線状部材を用いて構成されていることを特徴とする半導体製造装置の薬液供給システム。

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