JP3717996B2 - 薬液供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフォトレジスト液などの薬液を塗布する薬液塗布技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの製造技術分野を始め、液晶基板製造技術分野や多層配線基板製造技術などの分野では、フォトレジスト液、アルカリ性や酸性の処理液などの薬液が使用されている。それぞれの薬液を供給するために、容器とこの中に収容された薬液を供給するポンプとこのポンプの作動により流路を介して案内された薬液を吐出するノズルとを有する薬液供給装置が使用されている。このような薬液供給装置としては、たとえば、米国特許第5,061,156 号公報に開示されているようなものが開発されている。
【０００３】
図１は開発対象となった薬液供給装置を示す図であり、この装置は容器１に収容されたレジスト液Ｌ（薬液）を半導体ウエハＷに塗布するために使用されている。図示するように、ウエハＷにレジスト液Ｌを吐出するノズル２と容器１とを結ぶ配管３には、ノズル２に向けて薬液を供給するポンプ４と、薬液Ｌを濾過するフィルター５とが設けられ、さらに、配管３内の流路を開閉する開閉バルブ６と、サックバックバルブ７が設けられている。
【０００４】
サックバックバルブ７は、吸い戻し弁とも言われ、所定の量の薬液Ｌをノズル２から吐出した後におけるノズル２からの液垂れを防止するために使用されており、開閉バルブ６を作動させて流路を閉じた後に、このサックバックバルブ７を作動させることにより、ノズル２の先端部内に薬液が吸引されるようにしている。これらのポンプ４、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７の作動は、システム制御部８からの信号によって制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
サックバックバルブとしては、流路の開度を調整するためのダイヤフラムを有するタイプのものが使用されており、ノズル２から薬液を吐出する際にはその開度を小さくしており、ノズル２からの薬液の吐出を停止するために開閉バルブ６を閉じた後に、ダイヤフラムを作動させて流路を広げるようにしている。流路を広げることによって、ダイヤフラムの部分の流路の容積が大きくなり、ノズル２の先端部内の薬液はノズル２の内部に引き込まれることになる。ダイヤフラムの作動は空気圧によって行われており、ダイヤフラムの部分の流路の容積はダイヤフラムの変形量を規制するための調整ねじによって設定される。この場合には、システム制御部８からの信号によって空気圧が制御され、サックバックバルブ内のダイヤフラムが作動することになる。
【０００６】
サックバックバルブを電空レギュレータによって作動するようにしたタイプのものもあり、この場合にはダイヤフラムの移動量や速度を任意に設定することができる。一方、電動モータを用いてダイヤフラムの移動量を制御するタイプも開発されている。
【０００７】
これらの何れかのタイプのサックバックバルブを用いた薬液供給装置にあっては、ダイヤフラムの移動量を一定としているが、サックバック動作終了後のノズル２内の液面が一定とならない場合があった。
【０００８】
図２（ａ），（ｂ）は薬液Ｌの吐出工程が終了した状態におけるノズル２を示す図であり、図２（ａ）に示すように、薬液Ｌがノズル２の先端面よりも突出した状態となってサックバック動作が終了すると、この部分の薬液Ｌが自重によって落下することになる。このため、適正量の薬液ＬをウエハＷに塗布することができないことになるのみならず、塗布終了後にノズル２を初期位置に戻す際に被塗布物に薬液Ｌがぼた落ちしてしまうことがある。一方、図２（ｂ）に示すように、サックバック量が多過ぎると、薬液Ｌの下面が上昇し過ぎて、薬液Ｌの内部に外部空気を巻き込んで気泡Ｍが形成されてしまう。このように気泡Ｍが形成されると、次の薬液吐出工程において所定量の薬液Ｌを塗布することができなくなる。
【０００９】
常に一定の移動量でサックバックバルブ内のダイヤフラムを作動させても、図２に示すように、ノズル２内の液面が一定とならない場合がある。その理由としては、薬液Ｌの温度変化による膨張収縮や粘度変化が考えられ、さらには、周囲温度の変化による開閉バルブ６やサックバックバルブ７および配管３などの膨張収縮が考えられる。
【００１０】
そして、ノズル２は塗布位置と待機位置との間を移動することになるので、配管チューブ内の曲がり部の曲率が経時変化して配管内の体積が変化することもあり、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７内にそれぞれ組み込まれたダイヤフラムが経時変化することもあり、これらの経時変化が発生すると、それぞれのバルブ内あるいは管路内の薬液案内部の容積が変化することになる。一方、バルブの破損などによって液洩れが発生した場合には、薬液吐出後におけるノズル内の液面を所定の高精度に維持することが困難となる。
【００１１】
これらの原因によって液面が所定の液面とならない場合には、薬液の吐出状態を常に作業者が監視することは現実的には困難なので、レジスト塗布工程における欠陥は、ウエハの所定の処理工程が終了した後における検査工程によって判明することになる。このため、ある程度の塗布欠陥が発生した時点でレジスト塗布工程が適正に行われなかったことが判明することになり、欠陥製品を多く発生させて製品の製造歩留りを低下させることになる。
【００１２】
本発明の目的は、ノズルから薬液の塗布が終了した後におけるノズル内の薬液の液面を一定の位置に保持し得るようにすることにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１５】
すなわち、本発明の薬液供給装置は、容器に配管を介して接続され、前記容器内の薬液を吐出するノズルと、膨張収縮するポンプ室を有し、入口側が流入側バルブにより開閉されるとともに出口側が流出側バルブにより開閉され、前記容器内の薬液を前記ノズルに向けて供給するポンプと、前記ノズル内における薬液の液面を検出する液面センサと、前記ポンプの駆動と前記流出側バルブの開閉を制御し、前記ノズルから薬液を吐出した後に前記流出側バルブを開いた状態のもとで前記ポンプを駆動して前記液面センサが前記ノズル内の液面が適正位置となったことを検出するまで前記ポンプ室を膨張させるポンプ制御部とを有し、前記ポンプによって前記ノズル内に薬液を戻すサックバック動作を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明の薬液供給装置は、前記流入側バルブを前記ポンプ制御部により開閉制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明の薬液供給装置は、前記流入側バルブが逆止弁であることを特徴とし、前記ポンプ制御部は、前記ノズル内の液位が所定の液位よりも低下したら上昇させ、上昇したら低下させて、常に所定の液位が保持されるように、前記ポンプを制御することを特徴とする。
【００１８】
ノズルによって薬液を吐出した後におけるサックバック動作によって薬液の液位がノズル内における所定の位置まで上昇すると、それが液面センサによって検出されるので、連続的に吐出作業を行う過程で温度変化などが生じても、サックバック後におけるノズル内の薬液は常に一定の液位となり、吐出精度の向上が達成される。
【００１９】
また、サックバック動作量が所定の許容補正値を超えた場合には、それを装置の異常として判断して、装置の作動を停止することができ、不良製品の発生を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図３は本発明の一実施の形態である薬液供給装置を示すシステム構成図であり、レジスト液Ｌが収容されたタンクつまり容器１と、ウエハＷにレジスト液Ｌを吐出するノズル２とを結ぶ配管３には、図１に示す薬液供給装置と同様に、ノズル２に向けて薬液を供給するポンプ４と、薬液Ｌを濾過するフィルター５とが設けられ、さらに、配管３内の流路を開閉する開閉バルブ６と、サックバックバルブ７が配管３に設けられている。
【００２２】
ポンプ４、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７の作動を制御するために、システム制御部１０が設けられ、このシステム制御部１０からポンプ４および開閉バルブ６に作動信号が送られるとともに、サックバックバルブ制御部１１に作動信号が送られるようになっている。サックバックバルブ７は、このサックバックバルブ制御部１１を介して作動が制御されるようになっており、サックバックバルブ７内の流路の容積を拡大するように作動するサックバック動作と、この流路を減少させるように作動するサックバック逆動作とを行うことができる。
【００２３】
ノズル２にはこの中の薬液の液位を検出するための液面センサ１２が設けられており、この液面センサ１２からの検出信号はサックバックバルブ制御部１１を介してシステム制御部１０に送られるようになっている。したがって、サックバックバルブ７を作動させてノズル２内の薬液の液面が所定の液位となったことが液面センサ１２によって検出されたならば、サックバックバルブ７の作動が停止されることになる。
【００２４】
たとえば、開閉バルブ６が故障してバルブの閉状態が不完全となったり、配管が亀裂を起こして、薬液が洩れた場合などのように装置に重大なシステム異常が生じた場合には、液面を維持するためのサックバック動作あるいはサックバック逆動作に要する液面補正値が大きくなる。そこで、これを算出し、予め設定された許容補正値を超えているか否かを比較するために、比較器１３が設けられている。この比較器１３にはサックバックバルブ制御部１１から補正値信号が送られ、液面補正値を算出するようにしている。この補正値が所定の値つまり許容補正値を超えた場合には、システム制御部１０に信号が送られて、異常表示部１４に装置の異常状態が表示されるようになっている。この異常表示部１４として警報ブザーを用いることも可能である。
【００２５】
システム制御部１０には入力部１５が接続されており、この入力部１５に設けられたスイッチやキーを操作することによって、作動開始などの指令がシステム制御部１０に送信される。
【００２６】
図４はノズル２の先端部を示す図であり、下端に開口部２ａを有し、この開口部２ａに連なる薬液案内路が形成されたノズル本体２ｂには液面センサ１２が設けられている。ノズル本体２ｂはフッ素樹脂であるテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）により形成されており、透明性を有している。この液面センサ１２はそれぞれ光ファイバー製の光導部材からなる発光部材２１と２本の受光部材２２，２３とを有しており、これらの部材２１〜２３はノズル本体２ｂ内に埋め込まれている。それぞれの発光部材と受光部材２１〜２３はセンサ回路２４に接続され、光信号が電気信号に変換されるとともに増幅されて、ここからサックバックバルブ制御部１１に信号が送られるようになっており、この液面センサ１２によって液面Ｓが最適範囲Ｒ内となるようにサックバック動作が制御される。なお、この最適範囲Ｒをより狭い範囲とするには、１本のみの受光部材２２を用いるようにしても良い。
【００２７】
図５および図６は図３に示した薬液供給装置の作動手順を示すフローチャートであり、これらの図を参照しつつ薬液供給装置の動作について説明する。
【００２８】
図５はメインルーチンを示す図であり、入力部１５から装置の作動開始を指令する信号が入力されると、ステップＳ１に示すように、ノズル２内の液面が所定の液位となるように液面維持動作が実行される。この状態で、ウエハＷに対する薬液の吐出指令が出されるのを待機し、ステップＳ２で吐出指令が出されたことが判断されたならば、ステップＳ３の吐出動作が実行される。この吐出動作は、開閉バルブ６を開いた状態のもとでポンプ４を作動させることによりなされる。薬液の吐出動作が終了すると、開閉バルブ６を閉じるとともにポンプ４の作動が停止され、ステップＳ４のサックバック動作が実行される。このサックバック動作はサックバックバルブ７を作動させることによりなされ、これにより、ノズル２内の薬液の液面は上昇し、ステップＳ５で液面センサ１２により液面が検出される。液面センサ１２により所定の液位となったことが検出されたならば、ステップＳ７でサックバック動作が停止される。
【００２９】
サックバック動作終了までにおける液面の補正値は、補正量カウンタによりカウントされており、ステップＳ８ではそのカウンタがリセットされる。ウエハＷに対するレジスト液の塗布は、１ロッド毎などのように所定の枚数を１グループとして連続的に行われることになり、ステップＳ８が終了した後に図示しないステップで所定の枚数のウエハＷに対する処理が終了したことが判断されたならば、薬液の供給作業が終了する。
【００３０】
図６はステップＳ１の液面維持のサブルーチンを示すフローチャートであり、ステップＳ１１で液面センサ１２が液面を検出したならば、ステップＳ１２でその位置が適正な液位であるか否かが判断され、ステップＳ１３ではその液面の位置が所定の液位よりも上か下かが判断される。このステップＳ１３で液面が所定の液位よりも下であると判断されたならば、ステップＳ１４でサックバック動作が開始され、ステップＳ１５で液面センサ１２により再度液面を検出し、ステップＳ１６で液面が適正な液面であるか否かが判断され、適正な液位となったときにステップＳ１７でサックバック動作が終了される。
【００３１】
一方、ステップＳ１３で液面の位置が所定の液位よりも上であると判断されたならば、ステップＳ１８ではサックバック逆動作が実行され、ステップＳ１９，Ｓ２０を経て、液面が適正な液位となったときに、ステップＳ２１でサックバック逆動作が停止される。サックバック逆動作は、サックバックバルブ７の流路内の容積を減少させるようにサックバックバルブ７を作動させることによりなされる。
【００３２】
ステップＳ２２では、ステップＳ１４〜Ｓ２１までの液面維持動作においてなされたサックバックバルブ７の合計動作量がカウントされ、つまり補正量カウンタの加算値が求められ、ステップＳ２３ではこの補正量カウンタ値が予め設定された許容補正値つまり設定値と比較され、この許容補正値よりも補正量カウント値が小さければ、メインフローに戻される。また、ステップＳ２３において補正量カウント値が許容補正値を超えていると判断されたならば、ステップＳ２４が実行されて、異常表示部１４に異常表示がなされる。図示する実施の形態では、薬液供給装置が作動しているときには、常に、装置が異常状態となっているか否かを検知するようにしているが、１枚のウエハＷに対する薬液の塗布が終了する毎に異常状態となっているか否かを検知するようにしても良い。
【００３３】
図７は本発明の他の実施の形態である薬液供給装置を示すシステム構成図であり、この図においては、図３に示す薬液供給装置と共通する部材には同一の符号が付されている。
【００３４】
ポンプ４は樹脂製のダイヤフラムやベローズなどのように弾性変形自在のポンプ部材３０により区画形成されるポンプ室４ａを有しており、ポンプ部材３０をモータにより往復動することによりポンプ室４ａが膨張収縮するようになっている。ポンプ４にはポンプ室４ａの入口側と出口側とに流入側バルブ３１と流出側バルブ３２とが設けられており、それぞれポンプ制御部１６からの信号によって作動が制御されるようになっている。
【００３５】
このタイプの薬液供給装置の作動は、ポンプ制御部１６からの信号により制御されるようになっており、制御の基本手順は図８に示すメインフローチャートに示す通りであり、図８に示す薬液吐出工程のサブルーチンを示すと、図９の通りである。このタイプの薬液供給装置の制御手順について、図８および図９を参照しつつ説明する。
【００３６】
ステップＳ３２で薬液の吐出要求が出されたならば、流入側バルブ３１を閉じた状態として、ステップＳ３４で流出側バルブ３２を開いて吐出動作を実行し、ポンプ室４ａを収縮させる。吐出動作が終了した後には、サックバック動作が開始され、流出側バルブ３２を開いた状態のままで、ステップＳ３５でポンプ室４ａを拡大動作する。次いで、ステップＳ３６で液面センサ１２により液面を検出し、ステップＳ３７で液面が適正位置か否かを検出する。このステップＳ３７で適正位置であると判断されたならば、ポンプ室４ａの拡大動作を停止し、ステップＳ３９で流出側バルブ３２を閉じてサックバック動作が終了する。
【００３７】
次いで、ポンプ室４ａ内に薬液を供給するために、ステップＳ４０で流入側バルブ３１を開き、ステップＳ４１で容器１内の薬液Ｌの吸入動作を実行し、ステップＳ４２で流入側バルブ３１を閉じて、ステップＳ４３で補正量カウンタをリセットする。
【００３８】
ステップＳ３１に示した液面維持の処理工程にあっては、図９のステップＳ５１に示すように、液面センサ１２により液面を検出し、ステップＳ５２ではその液面が適正位置か否かを判断する。ステップＳ５３で液面が所定の液面よりも下側であると判断されたならば、ステップＳ５４〜Ｓ５８のサックバック動作が実行され、上側であると判断されたならば、ステップＳ５９〜Ｓ６３のサックバック逆動作が実行される。
【００３９】
このようにして液面が所定の液位に設定されたならば、流出側バルブ３２をステップＳ６４で閉じて、ステップＳ６５においてそれまでにポンプ室４ａを拡大したり収縮させた際におけるこれらの拡大収縮量の加算値を補正量カウンタに加算する。
【００４０】
ステップＳ６６では流入側バルブ３１を開いた後に、ステップＳ６７でポンプを原点位置に復帰させ、ステップＳ６８で流入側バルブ３１を閉じる。これにより、薬液を吐出する前におけるポンプ室４ａ内における薬液の量を一定とすることができる。
【００４１】
ステップＳ６９では、図６に示すステップＳ２３と同様の処理が行われ、補正量カウンタ値が予め設定された許容補正値つまり設定値と比較されて、この許容補正値よりも補正量カウント値が小さければ、メインフローに戻される。また、補正量カウント値が許容補正値を超えていると判断されたならば、ステップＳ７０が実行されて、異常表示部１４に異常表示がなされる。
【００４２】
このタイプの薬液供給装置にあっては、ポンプ４におけるベローズなどの弾性変形自在のポンプ部材３０を作動させることによって吐出動作のみならずサックバック動作をも行うようにしている。
【００４３】
図７に示すタイプの薬液供給装置にあっては、流入側バルブ３１として逆止弁つまりチェックバルブを使用するようにしても良く、その場合にはポンプ制御部１６によってバルブの作動を制御することが不要となる。
【００４４】
図１０（ａ）はノズル本体２ｂに設けられる液面センサ１２の変形例を示す図であり、この液面センサ１２は複数の発光素子が直線状に配列されて形成された発光部材３４と、これに対向させて設けられＣＣＤなどからなる複数の受光素子が直線状となって配列されたリニアセンサ３５とにより形成されており、薬液Ｌによって遮蔽されるリニアセンサ３５の位置から液面Ｓの位置を検出することができる。なお、図１０（ａ）および図４に示す液面センサ１２は、ノズル本体２ｂが透明性を有していることから、ノズル本体２ｂ内に埋め込まれているが、ノズル本体２ｂが透明性を有していない場合には、ノズル本体２ｂの内周面に液面センサ１２を露出させることになる。
【００４５】
前記した液面センサ１２は何れも薬液Ｌが不透明な場合に有用であるのに対して、薬液Ｌが透明性を有する場合には、図１０（ｂ）に示す液面センサ１２を用いることが有用である。前記した液面センサ１２は発光部と受光部が相互に対向してノズル本体２ｂに設けられているのに対して、図１０（ｂ）に示す場合には、発光部材３６と受光部材３７とが所定の角度だけ相互にずらしてノズル本体２ｂに設けられている。発光部材３６から照射された光は薬液Ｌ内で屈折して受光部材３７に入射することから、液面を検出することができる。
【００４６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４７】
たとえば、図示する薬液供給装置は、半導体ウエハを被塗布物としてこれにレジスト液を塗布するために使用されているが、薬液としてはレジスト液に限られず、また被塗布物もウエハに限られず、それぞれ種々のものを対象とすることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４９】
(1).薬液の温度や粘性が変化したり、配管などが膨張収縮しても、サックバック動作後におけるノズル内の薬液の液面は常に一定の液位となり、ノズルからの薬液の吐出を高精度で行うことができる。
【００５０】
(2).配管やバルブなどの薬液供給装置を構成する部材が経時変化しても、サックバック動作後におけるノズル内の液位を常に一定に保持することができ、ノズルからの薬液の吐出を高精度で行うことができる。
【００５１】
(3).バルブや配管などの故障のように装置の異常が発生した場合には、サックバック動作量からそれを検出することができる。
【００５２】
(4).これにより、半導体ウエハなどの被処理物の処理を高品質で歩留り良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】開発対象となった薬液供給装置を示すシステム構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ薬液の液面が相違した状態におけるノズル先端部を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である薬液供給装置を示すシステム構成図である。
【図４】図３に示されたノズルを示す拡大断面図である。
【図５】薬液供給装置の作動手順を示すメインフローチャートである。
【図６】図５の液面維持工程のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態である薬液供給装置を示すシステム構成図である。
【図８】図７に示す薬液供給装置の作動手順を示すメインフローチャートである。
【図９】図８の液面維持工程のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は液面センサの変形例を示す縦断面図であり、（ｂ）は液面センサのさらに他の変形例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ ノズル
３ 配管
４ ポンプ
５ フィルター
６ 開閉バルブ
７ サックバックバルブ
１０ システム制御部
１１ サックバックバルブ制御部
１２ 液面センサ
１３ 比較器
１４ 異常表示部
１５ 入力部
１６ ポンプ制御部
２１ 発光部材
２２，２３ 受光部材
２４ センサ回路
３０ ポンプ部材（ダイヤフラム、ベローズ）
３１ 流入側バルブ
３２ 流出側バルブ
Ｌ レジスト液（薬液）
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (4)

1. 容器に配管を介して接続され、前記容器内の薬液を吐出するノズルと、
   膨張収縮するポンプ室を有し、入口側が流入側バルブにより開閉されるとともに出口側が流出側バルブにより開閉され、前記容器内の薬液を前記ノズルに向けて供給するポンプと、
   前記ノズル内における薬液の液面を検出する液面センサと、
   前記ポンプの駆動と前記流出側バルブの開閉を制御し、前記ノズルから薬液を吐出した後に前記流出側バルブを開いた状態のもとで前記ポンプを駆動して前記液面センサが前記ノズル内の液面が適正位置となったことを検出するまで前記ポンプ室を膨張させるポンプ制御部とを有し、
   前記ポンプによって前記ノズル内に薬液を戻すサックバック動作を行うことを特徴とする薬液供給装置。
2. 請求項１記載薬液供給装置において、前記流入側バルブを前記ポンプ制御部により開閉制御することを特徴とする薬液供給装置。
3. 請求項１記載の薬液供給装置において、前記流入側バルブが逆止弁であることを特徴とする薬液供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記ポンプ制御部は、前記ノズル内の液位が所定の液位よりも低下したら上昇させ、上昇したら低下させて、常に所定の液位が保持されるように、前記ポンプを制御することを特徴とする薬液供給装置。

Images