(57)【要約】【課題】薬液供給源からパーティクルろ過装置を経て供給される薬液を吐出ノズルより吐出してウエハー表面に塗布し、薄膜を形成する薄膜塗布装置において、薬液中に含まれる気泡等による塗布膜の欠陥を防止する。【解決手段】パーティクルろ過装置１２と吐出ノズル７との間の管路に、薬液３中の気泡を除去する気泡除去装置１８と、この気泡除去装置１８を通過した薬液３中になお含まれる気泡などの粒子状物質の量を測定する測定装置１９とを介装する。測定装置１９でのモニタリング結果に基づいて、欠陥を含んだ塗布膜が形成される前に塗布運転を停止して、気泡除去装置１８のメンテナンスを行なうことができる。【選択図】  図１
2004327638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液供給源からパーティクルろ過装置を経て供給される薬液を吐出ノズルより吐出してウエハー表面に塗布し、薄膜を形成する薄膜塗布装置であって、
前記パーティクルろ過装置と吐出ノズルとの間の管路に、前記薬液中の気泡を除去する気泡除去装置と、この気泡除去装置を通過した薬液中になお含まれる気泡などの粒子状物質の量を測定する測定装置とを介装した薄膜塗布装置。
【請求項２】
測定装置の装置内配管とこの装置内配管に接続した上流側配管と下流側配管とを同一直径にした請求項１記載の薄膜塗布装置。
【請求項３】
測定装置は取付け姿勢を変更可能に設けた請求項１記載の薄膜塗布装置。
【請求項４】
測定装置の測定結果に基づいて塗布運転の稼動または停止を判定し、判定結果にしたがった制御を行なう制御手段を備えた請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハーを製造する際にフォトレジスト膜や反射防止膜となる薬液を塗布する薄膜塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハーを製造するためのフォトリソグラフィー工程では、１）ウエハー表面にホトレジストを塗布して均一な厚さのレジスト膜を形成するレジスト塗布工程と、２）ホトレジストに混合されていた溶剤を蒸発させてレジスト膜を固化させ、下地との密着性を向上させるとともに、光化学反応を高めるプリベーク工程と、３）ウエハーにフォトマスクを介して紫外線を照射してレジスト上にデバイスパターンを焼き付ける露光工程と、４）未露光部分のホトレジストを現像液により溶解させてホトレジストのパターンを形成する現像工程と、５）現像により膨潤したホトレジストを硬化させて下地との密着をよくするポストベーク工程とを行なっている（たとえば特許文献１参照）。近年では、パターンの微細化に伴って６）レジスト上にさらに反射防止膜を形成するための塗布工程を行なっている。レジスト膜・反射防止膜等の薬液を塗布するにあたっては一般に、ウエハーを回転させながら薬液を滴下する方法がとられている。
【０００３】
従来の薄膜塗布装置は、図１１に示すようなものであり、ウエハー１を水平に保持し回転させるウエハー回転機構２と、薬液３を搬送し滴下する薬液塗布機構４とを備えている。ウエハー回転機構２はウエハーチャック５とモーターフランジ６とを有している。薬液塗布機構４は、ウエハー１に薬液３を滴下する吐出ノズル７と、薬液３の供給源である薬液瓶８とが配管９により連通され、その管路途中に、薬液瓶８側から順にバッファータンク１０とポンプ１１とパーティクルろ過装置１２と薬液液面高さ調整装置１３とが介装されている。１４はＮ２加圧配管、１５はバッファータンクドレイン、１６はパーティクルろ過装置ドレイン、１７は薬液塗布機構を制御する制御装置である。
【０００４】
この薄膜塗布装置の運転開始時には、薬液３が入った薬液瓶８を所定位置に設置し、この薬液瓶８に配管９とＮ２加圧配管１４を密閉状態で連結する。そして、Ｎ２加圧配管１４よりＮ２で薬液瓶８の薬液面を加圧するとともに、バッファータンクドレイン１５の弁を開放することにより、バッファータンク１０まで薬液３で満たす。その後にバッファータンクドレイン１５の弁を閉じ、パーティクルろ過装置ドレイン１６の弁を開放することにより、ポンプ１１、パーティクルろ過装置１２まで薬液３で満たす。そして、この状態でポンプ１１を駆動させることにより、薬液３を送り出して薬液液面高さ調整装置１３を経て吐出ノズル７に到達させ、回転しているウエハー１上に滴下させ、遠心力により均一な膜厚にて塗布する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３２０９９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような薄膜塗布装置に設置される薬液瓶内の薬液には、その製造時や搬送時の状態にもよるが多くの溶存気体や気泡が含まれており、そのような気泡を含んだ薬液がウエハーにスピンコートされると、塗布膜に欠陥が生じ、デバイスパターン欠陥、歩留まり低下を招いてしまう。
【０００７】
薬液瓶から吐出ノズルまでの管路には上記したようにパーティクルろ過装置が介装されていて、薬液中の気泡の多くはここで除去されるのであるが、薬液中の溶存気体は通過してしまい、ポンプを駆動した時の配管内での圧力変動などによって発泡し、薬液に含まれて吐出ノズルから吐出されることになる。また、パーティクルろ過装置の交換時にこの装置に気泡がかむことがあり、そのような場合も薬液に気泡が含まれ、吐出ノズルから吐出されることになる。
【０００８】
よって、パーティクルろ過装置を通過した後の薬液が吐出ノズルに到達するまでの管路途中で気泡を除去することが課題となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、吐出ノズルに向けて送り出されている薬液中の気泡を吐出ノズルの近傍で除去する気泡除去装置と、この気泡除去装置を通過後の薬液中になお含まれる気泡の量をモニタリングする測定装置とを設けることで、欠陥を含んだ塗布膜が形成される前に塗布運転を停止できるようにしたものである。
【００１０】
すなわち本発明は、薬液供給源からパーティクルろ過装置を経て供給される薬液を吐出ノズルより吐出してウエハー表面に塗布し、薄膜を形成する薄膜塗布装置において、前記パーティクルろ過装置と吐出ノズルとの間の管路に、前記薬液中の気泡を除去する気泡除去装置と、この気泡除去装置を通過した薬液中になお含まれる気泡などの粒子状物質の量を測定する測定装置とを介装した構成としたものである。
【００１１】
好ましくは、測定装置の装置内配管とこの装置内配管に接続した上流側配管と下流側配管とを同一直径にする。このことにより、装置内配管との接続部に段差がある場合に段差部分に起こり易い気泡の滞溜を防止することができ、薬液中の気泡数を正確に測定することが可能となる。気泡が段差部分に集中して凝縮し、一度に大量に吐出されることも回避できる。
【００１２】
また好ましくは、測定装置の取付け姿勢を変更可能に設ける。測定装置をその装置内配管が鉛直方向に沿う姿勢とすることで、薬液が流れない時でも気泡が装置内配管に滞留することがなくなり、薬液中に存在する気泡数を正確に計測できる。
【００１３】
また好ましくは、測定装置の測定結果に基づいて塗布運転の稼動または停止を判定し、判定結果にしたがった制御を行なう制御手段を備えた構成とする。これにより、測定値が予め設定した規定値を越えた時に、オペレーターにアラーム等の信号を送ったり、塗布運転を自動的に停止させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態における薄膜塗布装置の概略構成図である。この薄膜塗布装置は、先に図１１を用いて説明した従来のものとほぼ同様の構成を有しており、ウエハー１を水平に保持し回転させるウエハー回転機構２と、薬液３を搬送し滴下する薬液塗布機構４とを備えている。
【００１５】
ウエハー回転機構２はウエハー１を保持するウエハーチャック５と、ウエハーチャック５を回転させるモーターフランジ６とを有している。薬液塗布機構４は、ウエハー１に薬液３を滴下する吐出ノズル７と、薬液３の供給源である薬液瓶８とが配管９により連通され、その管路途中に、薬液瓶８側から順にバッファータンク１０とポンプ１１とパーティクルろ過装置１２と薬液液面高さ調整装置１３とが介装されている。
【００１６】
薬液瓶８にはＮ２加圧配管１４が設けられており、バッファータンク１０とパーティクルろ過装置１２にはそれぞれ、廃液を捨てるためのバッファータンクドレイン１５とパーティクルろ過装置ドレイン１６が設けられている。薬液液面高さ調整装置１３は、吐出ノズル７における薬液液面高さを調整するもので、所定量吐出後の吐出ノズル７の先端からの垂れ落ちを防止するために負圧をかけて吸引するサックバック機能を有している。１７は後述するように薬液塗布機構を制御する制御装置であり、制御ラインは簡便のために一部のみ示している。
【００１７】
この薄膜塗布装置が従来のものと相違するのは、パーティクルろ過装置１２と薬液液面高さ調整装置１３との間に、薬液３中の気泡を除去する気泡除去装置１８と、この気泡除去装置１８を通過した薬液３中になお含まれる気泡などの粒子状物質の量を測定する測定装置１９とが介装されている点である。
【００１８】
気泡除去装置１８は、図示を省略するが、ガス高選択透過性のある特殊な膜で内部を仕切り、膜を隔てた一方の空間を真空排気する真空ポンプを設けたものであり、膜を隔てた他方の空間を通過する薬液中のガス分子のみが選択的に膜を透過し排気される。
【００１９】
測定装置１９は、図２に示すように、装置内配管２０を挟んでレーザー発光部２１とレーザー受光部２２とが対向配置されたものであり、装置内配管２０を通過する薬液３中の気泡２３や微粒子２４の量がレーザー２５によって測定される。
【００２０】
たとえば薬液瓶中に含まれている微粒子や薬液からの析出物などの、直径０．０５μｍ以上の大きさを有する微粒子や気泡はパーティクルろ過装置４により補足されるが、それ以下のサイズの微粒子や気泡はパーティクルろ過装置で補足されず、通過してくるため測定装置１９によって測定することができる。
【００２１】
以下、上記構成における作用を説明する。
上述したのと同様にして、薬液３が入った薬液瓶８にＮ２加圧配管１４を通じてＮ２を入れ、薬液瓶８の薬液面を加圧し、ポンプ１１を駆動させることによって、吐出ノズル７まで薬液３で満たす。そして、ウエハー１への塗布に際して、ポンプ１１を駆動させて薬液３を吐出ノズル７に送り出し、ウエハーチャック５上に保持され回転されているウエハー１の中心（回転軸上）に吐出させる。このことにより、ウエハー１の表面上に滴下された薬液３が遠心力でウエハー１全体に広がり、均一な膜厚にて塗布される。
【００２２】
このとき、薬液３は薬液瓶８からパーティクルや気泡を含んだ状態で供給され、バッファータンク１０，ポンプ１１，パーティクルろ過装置１２，気泡除去装置１８，測定装置１９，薬液液面高さ調整装置１３を順次に通って吐出ノズル７に到達する。その間に、薬液３中のパーティクルや気泡の大部分はパーティクルろ過装置１２で濾過され、このパーティクルろ過装置１２の通過後も存在する気泡は気泡除去装置１８で除去される。気泡除去装置１８では上記したようにガス状の分子のみが選択的に除去されるので、薬液３の組成・流量の変化は起こらない。
【００２３】
ただし、気泡除去装置１８の使用時間が長くなると、気泡除去能力が低下し、この装置通過後の薬液３中の気泡数が増加してくるので、所望の気泡除去能力を有した新たな気泡除去装置１８へと交換する必要がある。しかし薬液中の気泡量や溶存気体量には薬液製造時や搬送時の状態によってバラツキが見られ、交換時期を一定にするのは望ましくない。
【００２４】
図３は気泡除去装置の使用時間と気泡除去装置通過後の測定値との関係を示す。ある時期から徐々に気泡除去能力が低下しているのがわかる。そこで、この徐々に気泡除去能力が低下してくるある時期の測定値を規格値として、気泡除去装置１８の交換時期を予想することが考えられる。
【００２５】
図４は、気泡除去装置通過後の測定装置１９での測定値とウエハー１のフォトマスクデバイスパターンの欠陥数（以下、ウエハーパターン欠陥数と言う）との経時変化を示す。測定装置１９での測定値とウエハーパターン欠陥数とは時間ｔの時間遅れをもって、まったく同じ増減の推移をたどっている。
【００２６】
これは、測定装置１９と吐出ノズル７との間に、薬液高さ調整装置１３と、薬液高さ調整装置１３，吐出ノズル７間の配管９ａと、薬液高さ調整装置１３，測定装置１９間の配管９ｂとがあるため、測定装置１９で検出された気泡及び微粒子は、数回の吐出が行われた後の薬液３に含まれてウエハー１上に滴下されるからである。
【００２７】
つまり、測定装置１９で検出された気泡及び微粒子が実際にウエハー１上に吐出されるまでに、薬液高さ調整装置１３，配管９ａ，９ｂを通過する時間があるため、測定装置１９での測定値がウエハーパターン欠陥数として反映されるまでに、ある一定の時間遅延が存在する。
【００２８】
この知見をもとに、時間ｔの時間遅れを考慮して、図５に示すような、測定装置１９での測定値とウエハーパターン欠陥数との相関を得る。この相関に基づいて、ウエハーパターン欠陥数の任意の許容値に対応する測定装置の測定値を求め、規格値として決定する。測定装置１９での測定値は気泡と微粒子とを合わせた値であるが、両者ともウエハーパターン欠陥の原因となるので同列に扱う。図示した例では、ウエハーパターン欠陥数１００に対応する測定装置での測定数５０を規格値としている。
【００２９】
このような規定値を用いた制御を図６に基づいて説明する。
気泡除去装置１８を通過した後の薬液３中の気泡および微粒子の数が測定装置１９で測定され（ステップＳ１）、その測定値を規格値に対して比較する判定が薬液塗布機構の制御装置１７で行なわれ（ステップＳ２）、測定値が規格値未満であれば通常稼動命令が出力され、薄膜塗布装置は通常稼動される（ステップＳ３）。測定値が規格値以上であれば異常停止命令が出力され、薄膜塗布装置は異常停止される（ステップＳ４）。稼動停止時に、所望の気泡除去能力を有した新たな気泡除去装置１８へと交換することになる。
【００３０】
以上のようにして、気泡除去装置１８と測定装置１９とを組み合わせて、気泡除去装置１８通過後の薬液３中の気泡および微粒子の数を測定装置１９でモニタリングすることにより、気泡除去装置１８の気泡除去能力の低下を検知し、交換時期を容易かつ適正に決めることができる。
【００３１】
気泡除去装置１８の交換時期の規定値を予め設定しておけば、測定値が規定値以上になった時に、薄膜塗布装置を自動的に停止させる信号や、オペレーターに対するアラーム等の信号を送る制御が可能となる。
【００３２】
よって、気泡や微粒子に起因する欠陥を持った品質の悪い塗布膜が形成されるまでに薄膜塗布装置の稼動を停止することができ、実デバイス上のパターン欠陥、歩留まり低下を防止することが可能となる。
【００３３】
薬液中の気泡数を調べるこれまでの検査では、実モニター基板を用いていて、多大な時間と費用及び人員を要していたのに比べて、これらを大幅に削減することができる。
【００３４】
望ましくは、図７に示すように、測定装置１９の装置内配管２０と、これに接続する下流側の配管９ｂと上流側の配管９ｃとを同一直径、かつ直管状に設ける。
【００３５】
このことにより、配管９ｂと装置内配管２０と配管９ｃとの連結部に段差が存在せず、段差がある場合に段差部分に起こり易い気泡の滞溜を防止することができ、薬液３中の気泡数を正確に測定することが可能となる。また、段差がある場合に懸念される事態、つまり、気泡が段差部分に集中して凝縮し、一度に大量に吐出ノズル７から吐出される事態を回避することができる。よって、気泡に起因する塗布膜の欠陥をより効果的に防止できる。
【００３６】
測定装置１９は取り付け姿勢を任意に変更できるように設ける。望ましくは、図８に示すように、測定装置１９の取り付け姿勢は、測定装置１９を装置内配管２０が鉛直方向に沿うように、設置角度９０°になるように設置する。この理由については図９を用いて説明する。
【００３７】
図９は測定装置１９の設置角度と装置内配管２０における気泡２３の状態を示す。
図９（ａ）に示すように、測定装置１９を装置内配管２０が水平方向に沿うように、設置角度０°の状態で設置すると、薬液３が流れていない時に装置内配管２０に滞留する気泡２３をレーザー２５が検出するため、実際に薬液３中に存在する気泡数以上の値を出力してしまう。
【００３８】
これに対し、図９（ｂ）に示すように、測定装置１９を装置内配管２０が鉛直方向に沿うように、設置角度９０°の状態で設置すると、気泡２３は薬液３が流れない時でも比重差によって上昇し、装置内配管２０に滞留しないため、薬液３中に存在する気泡数の測定は正確に行われる。よって、気泡除去装置１８の気泡除去能力が低下し交換を要する時期をより適正に求めることができる。
【００３９】
また気泡の移動速度は流量に大きく依存しており、薬液が流れていない時の気泡の移動速度は、薬液が流れている時の気泡の移動速度に対して非常に小さくほとんど無視できる。そのため薬液３が配管中を流れている時は設置角度が変化しても気泡の移動速度が変化することはないので、設置角度に影響を受けることなく正確な測定を行うことができる。
【００４０】
図１０は測定装置１９の設置角度と気泡２３の滞留時間との関係を示す。気泡２３の滞留時間が最も短い状態において最も正確に気泡数の測定を行うことができ、この図１０からも、最適な設置角度は９０°であることがわかる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、吐出ノズルに向けて送り出されている薬液中の気泡を吐出ノズルの近傍の気泡除去装置で除去しつつ、この気泡除去装置通過後の薬液中になお含まれる気泡などの粒子状物質の量を測定装置でモニタリングし、その結果に基づいて吐出運転の自動停止などを行なえるので、欠陥を含まない品質の良い塗布膜をウエハーに形成することができ、歩留まりの向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態における薄膜塗布装置の概略構成図
【図２】図１の薄膜塗布装置において気泡除去装置の後段に設けられ粒子状物質を測定する測定装置の概略構成を示す断面図
【図３】図１の薄膜塗布装置に設けられた気泡除去装置の使用時間と気泡除去装置通過後に測定装置で測定される粒子状物質の測定値との関係を示す特性図
【図４】図２の測定装置での測定値とウエハーパターン欠陥数との経時変化を示す特性図
【図５】図２の測定装置での測定値とウエハーパターン欠陥数との相関図
【図６】図１の薄膜塗布装置を規定値を用いて制御するフローを示すフローチャート
【図７】図２の測定装置の装置内配管とその下流側配管および上流側配管との接続を示す断面図
【図８】本発明の他の実施形態における薄膜塗布装置であって、測定装置の取り付け姿勢を変更可能な薄膜塗布装置の概略構成図
【図９】図８の測定装置の設置角度と装置内配管における気泡の状態を示す断面図
【図１０】図８の測定装置の設置角度と気泡の滞留時間との関係を示す特性図
【図１１】従来の薄膜塗布装置の概略構成図
【符号の説明】
１    ウエハー
３    薬液
７    吐出ノズル
８    薬液瓶
９ｂ    下流側配管
９ｃ    上流側配管
１２    パーティクルろ過装置
１７    制御装置
１８    気泡除去装置
１９    測定装置
２０    装置内配管
【図１】
2004327638.tif 000003
【図２】
2004327638.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004327638.tif 000009
【図８】
2004327638.tif 000010
【図９】
2004327638.tif 000011
【図１０】
2004327638.tif 000012
【図１１】
2004327638.tif 000013