Устройство для фильтрации фоторезиста

 

Устройство относится к производству полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, в частности к технике фотолитографии . Цель изобретения уменьшение расхода фильтрующего материала за счет осуществления возможности фильтрации в период между выдачей порций фоторезиста. Устройство включает входную и выходную камеры, герметически скрепленных между собой и разделенные фильтровальной перегородкой из пористого материала, и дополнительную камеру, внутренний объем которой соединен с верхней частью выходной камеры посредством трубопровода из прозрачного материала, при этом объем выходной камеры равен объему дополнительной камеры. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 01 0 35/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) . ORИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811205/26 (22) 06.04.90 (46) 23..12.92, Бюл, N- 47 (71) Киевский научно-исследовательский институтмикроприборбв (72) P.Â.Гапич, В.Н. Колодин, B.È.Соколенко и B,Н.Артюх (56) Lee А Practical Application of Point-ofUse Photoreslst Filtration. — Semlcond. Int., v.7, 1984, М 9, р,101-103, Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. М. "Химия", 1985, с.5-7.

Shldmore К. Applying. Photoresist for орОmal Coatings. — Semiconductor

Internatlon, чЛ1, 1988, N. 2, рр.56-62. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ФОТОРЕЗИСТА, Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, в частности, к технике фотолитографии, В системах для нанесения фоторезиста применяют фильтры для фильтрации жидкого фоторезиста непосредственно перед его подачей на подложку, что позволяет существенно уменьшить количе- ство инородных части и неоднородностей в получаемой пленке фоторезиста и на счет этого повысить процент выхода годных иэделий, изготавливаемых групповым способом на подложке (1).

Известное устройство для фильтрации жидкого фото реэиста состоит из двух тарелкообразных фланцев, герметически скрепленных между собой и разделенных перегородкой из пористого фильтрующего материала (2, .стр.204, рис,6,2a). Устройство

„„. Ж „„1782631 А1

2 (57) Устройство относится к производству полупроводниковйх приборов и интегральных микросхем, в частности к технике фотолитографии. Цель изобретения уменьшение расхода фильтрующего материала за счет осуществления воэможности фильтрации в период между выдачей порций фоторезиста. Устройство включает входную и выходную камеры, герметически скрепленных между собой и разделенные фильтровальной перегородкой из пористого материала, и дополнительную камеру, внут- ренний объем которой соединен с верхней частью выходной камеры посредством трубопровода иэ прозрачного материала, при этом объем выходной камеры равен объему дополнительной камеры. 1 э.п.ф-лы, 1 ил. имеет трубопроводы для подачи фоторезиста под один фланец и для отвода его из-под другого фланца. В связи с тем, что фоторезист представляет собой вязкую жидкость: (ф (раствор полимерного материала в органи- р ческом растворителе), для его фильтрации с g достаточно высокой требуемой скоростью (1-4 мл/с) необходимо использовать пориЪ стую перегородку большой площади, что увеличивает габариты устройства. Это являе ся недостатком устройства.

Более совершенное устройство (2, — ъ стр.204. рис.6.26) содержит несколько фланцев, разделенных перегородками из пористого фильтрующего материала, Фланцы на их плоской стороне имеют углубления и со.браны в пакет таким образом, что перегородки по отношению к потоку фотореэиста соединены параллельно. В устройстве име1782631

e I

r a.

I ется трубопровод и система каналов в фланцах для подачи фотореэиста в полости, образованные углублениями в фланцах и перегородками, а также трубопровод и система каналов для отвода фильтрованного фоторезиста. Это устройство принято за прототип.

Недостатком у тройства - прототипа является то, что для сбеспечения высокой скорости фильтрации фоторезиста суммарная эффективная площадь перегородок из пористого фильтрующего материала должна быть достаточно большой, что требует большого количества фильтрующего материала, Целью иэ6бретения являетСя уменьшение расхбда фильтрующего материала, Поставленная цель достигается тем, что устройство для фильтрации фоторезиста, предназначенное для использования в системе нанесения фоторезиста на подложки с периодической выдачей фильтрованного фоторезиста порциями заданного объема, состоящее из двух фланцев с углублениями на плоской стороне, герметически скрепленных между собой углублениями друг к другу и разделенных перегородкой из пористого фильтрующего материала, снабженное трубопроводами для подачи фоторезиста в углубление одного из фланцев и отвода фотореэиста из углубления другого фланца, дополнительно содержит полую камеру, внутренний объем которой соединен трубопроводом с верхней частью углубления фланца, к которому подсоединен трубопровод для отвода фоторезиста, Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройства отличается от прототипа тем, что содержит полую камеру, внутренний объем которой .соединен трубопроводом с верхней частью углубления фланца. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию

"новизна", Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать .Л вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

Нэ чертеже показано устройство.

Устройство состоит из входной и выходной камер 2, разделенных фильтровальной перегородкой 3 из пористого материала. Фланцы 4 и 5 герметически скреплены между собой с помощью известных элементов крепления(болты с гайками, шпИльки, винты. струбцины и т.д.), которые на чертеже не показаны. Для повышения механической прочности фильтроеальной перегородки 3 пористый материал уложен на решетку 6.

Устройство снабжено трубопроводом 7 для подачи фоторезиста и трубопроводом 8 для

его отвода. Устройство содержит дополнительную камеру 9, внутренний объем которой соединен трубопроводом 10 с выходной камерой 2, При использовании предлагаемого устройства н составе системы для нанесения фоторезиста трубопровод 7 подсоединен к резервуару с жидким фоторезистом, находящимся под давлением выше атмосферного, а трубопровод 8 подсоединен к электромагнитному клапану.

Резервуар и клапан не относятся к конструкции устройства для фильтрации фоторезиста, поэтому на чертеже не показаны.

Предлагаемое устройство работает в составе системы для нанесения фоторезиста следующим образом.

В исходном состоянии электромагнитный клапан закрыт. Клапан открывают и фоторезист из резервуара по трубопроводу 7 поступает во входную камеру 1, вытесняя находящийся в ней газ через перегородку 3

25 в выходную камеру 2 и далее в трубопровод

8, Фоторезист полностью заполняет камеру

1, проходит через перегородку 3 иэ пористого материала, очищаясь от механических частиц и плотных сгустков смолы, входящей в

30 состав фоторезиста, и заполняет часть камеры 2 и трубопровод 8. При появлении фоторезиста на выходе системы электромагнитный клапан закрывают. После этого находящийся под давлением фото35 резист продолжает поступать в камеру, сжимая гаэ, заполняет камеру 2 и часть объема трубопровода 10 (или даже часть камеры 9). Заполнение фотореэистом внутренних полостей предлагаемого уст40 ройства прекращается, когда давление фоторезистэ в резервуаре и газа в.камере 9 уравнивается. Таким. образом, в камере 2 накапливается отфильтрованный фотореэист. При необходимости подать его на под45 ложку электромагнитный.-:. клапан открывают. При этом сжатый гаэ в камере 9 расширяется и выталкивает дозу фоторезиста из камеры 2 через трубопровод 8 и через. открытый клапан на.поверхность подложки.

50 Количество подаваемого на подложку фоторезиста устанавливают путем выбора длительности интервала времени, в течение которого клапан открыт.

После закрывания клапана происходит

55 накопление отфильтрованного фоторезиста в камере 2. 8 течение времени, когда происходит фильтрация фоторезиста и его накопление в камере 2, на рабочей позиции выполняется дальнейшая технологическая обработка подложки с фоторезистом и сме1782631

5 на подложки, поэтому использование устройства s серийном производстве не приводит к увеличению затрат времени на выполнение операции нанесения фоторезиста.

Особенности конструкции и рабочие характеристики предлагаемого устройства приведены в следующем примере.

Пример 1, Использовали устройство для фильтрации фоторезиста, схематически изображенное на чертеже. Устройство состоит из входной камеры и выходной 2, выполненных из нержавеющей стали, диаметром 100 мм и глубиной 2,5 мм, Камеры 1 и 2 с помощью винтов герметически скреплены между собой фланцами 4 и 5.

Между фланцами расположена фильтровальная перегородка 3 из пористого материала, s качестве которого применяли пленочный микрофильтр на основе ароматического полиамида марки "Хемофил" СПА

ТУ6-06-497-82 с диаметром пор 0,25 мкм (2, стр.197). Общая площадь такой перегородки 3 из пористого материала составляла 113 см . Пористый материал уложен на решетку

6 из листовой нержавеющей стали с множеством отверстий, К камерам 1 и 2 с помощью штуцеров присоединены трубопроводы 7, 8 и 10.из фторопласта. Дополнительная камера 9 с помощью трубопровода 10 подсоединена в верхней части.к камере 2. Устройство использовали в составе автомата нанесения фоторезиста линии фотолитографии "Лада125", включая его в систему подачи фоторезиста между резервуаром с фоторезистом и электромагнитным клапаном.

Фоторезист под избыточным давлением 0,2-0,7 кгс/см подавали в устройство через трубопровод 7, для чего открывали. электромагнитный клапан, перекрывающий трубопровод 8. После появления на выходе трубопровода 8 капель фоторезиста электромагнитный клапан закрывали, После это.го фоторезист заполнял камеру 2, вытесняя воздух в камеру 9, Объем камеры 9 выбирали равным 30 смз; при этом фоторезист заполнял только часть трубопровода 10 по его длийе. Процесс заполнения устройства фоторезистом фиксировали визуально, так как трубопровод 10 выполнен из прозрачного материала (фторопластовая трубка).

Для нанесения фоторезиста на подложку электромагнитный клапан открывали на короткое время (мейьше 1 с) и подавали на подложку (окисленную пластину кремния диаметром 100 мм и толщиной 0,5 мм) около

1,6 мл фоторезиста до полного покрытия им рабочей поверхности подложки). Пленку фоторезиста формировали известным методом центрифугирования под ожки (3), При исследовании характеристик опытного образца предлагаемого устройства для фильтрации фоторезиста использовали перегородку 3 из различных пористых фильт5 рующих материалов: наложенных друг на друга пленочных микрофильтровмарки "Хемофил" СПА с диаметром пор 0,25 и 0,5 мкм; гидратцеллюлозных мембран с диаметром пор 0,25 — 0,15 мкм; фильтровальных мемб10 ран фирмы "Миллипоре" (США) с диаметром пор 0,2 мкм. Фильтровали фоторезйсты ФП383, ФП-383Н, ФП-РН-7,ФП-051МК, вязкость которых изменяется в широких пределах. Во всех случаях получаемые на

15 подложках пленки фоторезиста, фильтрованного с помощью предлагаемого устройства, встроенного в систему нанесения фоторезиста, удовлетворяли всем требованиям производства современных интег20 ральнь х микросхем повышенной сложности (3).

Время заполнейия фоторезистом камеры 2 и части трубопровода 10 поспе выдачи дозы фоторезиста до выравнивания paine25 ния в резервуаре и в камере 9 (то есть минимальное время между двумя дозами фоторезиста) составляло в начале эксплуатации устройства 8-15 с. Предлагаемое уст ройство использовалось в системе дл я

30 нанесения фоторезиста в течение 45 суток без промывки его органическими растворителями и без замены фильтровальной перегородки 3 из пористого материала . В течение этого периода эксплуатации пол35 учали высококачественные пленки фоторезиста на подложках. Объем фоторезйста

ФП вЂ” 383 или ФП-051МК, профильтрованного за это время с помощью йредлагаемого устройства, составлял 84л. Для фоторезиста

40 ФП-383 за 45 суток минимальное время между двумя дозами фоторезиста увеличилось с 8 с до 18 с, а для фоторезиста ФП051МК это время увеличилось с 15 с до 29 с. что, очевидно, связайо с засорением фильт45 рующего материала частицами, содержащимися в фоторезисте. Скорость выдачи дозы фоторезиста. на всем протяжении эксплуатации устройства составляла 3 — 4 мл/с.

При испытаниях предлагаемого устрой"50 ства установлено, что для обеспечения высокого качества пленки фоторезиста на подложке необходимо, чтобы в процессе эксплуатации устройства фоторезист заполнял весь объем камеры 2. Если камера 2 не

55 заполнено полностью фоторезистом и в нем остается воздух, то в пленке фоторезиста на поверхности положки наблюдаются включения диаметром 1,5-4,0 мкм, имеющие вид коагулировавших сгустков смолы. По мнению авторов, эти дефекты возникают из-за

1782631 окисления кислородом находящегося в ка- короткое время (менее 1 с) и подавали на мере 2 воздуха продуктов фоторезиста, сма- подложку около 1,6 мл фоторезиста до полчивающего сильно развитую пористую ного покрытия им всей рабочей поверхноповерхность фильтрующего материала. сти подложки. Пленку. фоторезиста

Этот процесс активизируется в условиях по- 5 получали центрифугированием, как в привышенного давления. Другими словами, на мере 1. На начальной стадии эксплуатации смоченный фоторезистором поверхности устройства скорость выдачи фильтрованнопористого фильтрующего материала, сопри- го фоторезиста составляла 3-4 мл/с. После касающейся с воздушным пузырем, проис- пропусканйя через устройство 40 л фотореходит образование сгустков фоторезиста, 10 зиста ФП-383скорость выдачифоторезиста которые в момент нанесения увлекаются в уменьшалась до 0,8 мл/с, При использова.выходной трубопровод и попадают на по- нии фоторезиста ФП-051МК скорость выда верхность подложки, создавая в образую- чи фоторезиста уменьшалась до 0,8 мл/с щейся пленке фоторезиста включения, -nocne пройускания через устройство 22 л недопустимые в производстве интеграль- 15 этого фоторезйста. Уменьшение скорости ных микросхем. - ... ::, . выдачи фотореэиста до 0;8 мл/с приводило

Для исключения возможности образо- к вознйкновейию наплывов.и утолщений в вания воздушных пузырей в камере 2 при пленке фоторезиста на подложке, чтоделазаполнении устройства фоторезистом тру- ло невозможнь м ее использование в проиэбопровод 10, который заполняется фоторе- 20 водстве интегральных микросхем. зистом до некоторого уровня. Таким Прй уменьшении числа флайцев в уст- образом исключается соприкосновение . ройстве по прототипу до четырех (трй пере.смоченной фотарезистом поверхности по- городки из пористого фильтрующего ристого фильтрующего материала с возду- Материала) уменьшение скорости выдачи хом и образование включений в пленке 25 фотореэиста до О;8 мл/с и получение некафотореэиста. на подложке.. -:... ;,:„",,,. .. чественмых.пленок фоторезиста на подложПример2 (сравнйтельный);Использо- .. ках наступало после пропускания через вали"устройство для фильтрации фоторези- устройство 20 л фоторезиСта ФП-383 или 12: ста по прототипу (2, стр.204, рис.6.2б), л фоторезиста ФП-051МК;Устайовлено, что которое -состоит из семи. дискообразных 30 увеличение числа фланцев до 8-10 шт и бо фланцев из нержавеющей стали, разделен- лее (и, соответствейно, числа перегородок .: ных перегородками иэ пористого фильтрую- иэ пористого фильтрующего материала).вещего материала (шесть перегородок); дет к возрастанию габаритов устройства и

Каждая перегородка имела диаметр 142 мм увеличенйю трудоемкости сборки устройсти состояла из одного слоя пленочного филь- 35 ва при периодической замере фильтрующетровального материала марки "Хемофил"..:, го материала, а также снижает надежность

СПА с диаметром пор 0;25 мкм (2, стр.197). работы устройства, увеличивает количествоОбщая площадь йспользуемого пленочного ошибок при сборке устройства. 8 связи с фильтровального материала составляла этим увеличенйе числа фланцев устройства . около 948 см .. - ...40 по прототипу до-8 — 10 шт и более нецелесоУстройство по прототипу имеет трубоп- образно. ровод и систему каналов в фланцах для под- . Из приведенных примеров следует, что ачи фоторезиста в полости, образованные для фильтрации 84 л фоторезиста Ф-383 с углублениями в фланцах и перегородками, а помощью йредлагаемого устройства требутакже трубопровод и систему каналов в 45 ется йленочный фильтровальный материал фланцах для отвода фильтрованного фото- площадью 113 см, а при использовании г резиста. Все перегородки из пористого устройства по прототипу для фильтрации фильтрующего материала по отношению к таМогожеколич стваэтогофотореэистатрепотоку фоторезиста включены параллельно. буется 948 см х -1896 см фильтровального 2 2

Устройство.по прототипу включали в си- 50 материала, Кроме того, объем фоторезиста, стему автомата нанесения фоторезиста ли- который можно профильтровать с помощью нии "Лада-125" между резервуаром с предлагаемого устройства от начала эксплуфоторезистом и электромагнитным клапа- атации до момента замены фильтрующего ном. Далее заполняли это устройство фото- материала, составляет 84 л, в то время как резистором под давлением 0,2-0,7 кгс/см 55 для устройства по прототипу объем профи производили нанесение фоторезиста на ильтрованного фоторезиста не превышает подложки-окисленные пластины кремния 40л. дискообразной формы диаметром 100 мм и Таким образом, предлагаемое устройсттолщиной 0,5 мм. При нанесении фоторези- во для фильтрации фоторезиста при испольста электромагнитный клапан открывали на зовании его в производстве полупровод1782631

5

20

30

40

После закрывания клапана уровень фоторезиста в трубопроводе 10 относительно медленно повышается. llo мере засорения фильтрующего материала при эксплуатации устройства время восстановления первоначального уровня фоторезиста в трубопроводе 10 монотонно увеличивается (с 8 до 29 с никовых приборов и интегральных микросхем позволяет уменьшить расход фильтрующего материала и существенно увеличивает количество фоторезиста, профильтрованного через один комплект фильтрующего материала, Данные преимущества достигнуты за счет того, что предлагаемое устройство содержит камеру 9, внутренний объем которой соединен трубопроводом 10 с верхней частью камеры 2. Благодаря этому техническому решению устройство имеет новое техническое свойство: фильтрация фоторезиста производится в промежутке времени между выдачей порций фоторезиста. Это и является тем свойством, которое 1 отличает предлагаемое устройство от уст-. ройств — аналогов и прототипа, в которых фильтрация фоторезиста производится в момент его выдачи.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является то, что име.ется возможность визуально контролировать изменение уровня фоторезиста в трубопроводе 10 во время выдачи порции фоторезиста и при его фильтрации в период между открываниями электромагнитного клапана. При кратковременном открывании клапана уровень фоторезиста в трубопроводе 10 резко понижается, так как сжатый воздух в камере 9 выталкивает отфильтрованный фоторезист иэ камеры 2 в трубопровод 8 и далее через электромагнитный клапан на подложку. Зная внутренний диаметр трубопровода 10, по изменению уровня фоторезиста в трубопроводе 10 можно определить объем фоторезиста, подаваемо.гб на подложку при открывании клапана, Это имеет очень важное значение для контроля за экономным расходованием фоторезиста, в примере 1), Когда зто время увеличивается настолько, что начинает уменьшаться стандартная производительность автомата нанесения фоторезиста, производят замену фильтрующего материала, Фактически, имеется возможность заблаговременно определять момент замены фильтрующего материала. Это дает воэможность производить такую замену в специально выделенное для этого время и, таким образом, исключить незапланированные перерывы технологического процесса нанесения фоторезиста на партии подложек. Это является существенным преимуществом предлагаемого устройства перед известными устройствами, при эксплуатации которых для определения момента замены фильтрующего материала необходимо периодически производить замеры скорости выдачи фоторезиста, что требует прерывания технологического цикла и приводит к существенным потерям рабочего времени.

Использование предлагаемого устройства в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем позволит получить экономию ильтрующего материала в размере 21 см на каждый литр и рофил ьтро в а н ного фоторезиста.

Формула изобретения

1, Устройство для фильтрации фотореэиста, содержащее скрепленные фланцевым соединением входную и выходную камеры с соответствующими трубопроводами и размещенную между фланцами камер фильтровальную перегородку иэ пористого материала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения расхода фильтровального материала за счет осуществления возможности фильтрации фоторезиста в период между выдачей порций фоторезиста, устройство снабжено дополнительной камерой периодического отвода фоторезиста присоединенной трубопроводом к верхней части выходной камеры.

2. Устройство поn1, отл ича юще ес я тем, что трубопровод, соединяющий выходную камеру с дополнительной, выполнен из прозрачного материала, 1782631

Составитель А.Ахметзя нов

Техред М.Моргентал, Корректор Н.Ревская

Редактор 3;Хорина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 4473 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5