液体过滤器润湿方法与流程

本发明涉及一种润湿用于过滤在半导体装置制造中使用的液体溶剂(例如光致抗蚀剂流体)的筒式过滤器(filtercartridge)的方法。更具体地，本发明涉及气体的以下用途：在使液体溶剂流入筒式过滤器之前使气体流过筒式过滤器以吹扫残留气体并移动到过滤器中的空隙空间中，从而与在不使吹扫气体流过筒式过滤器的情况下使液体溶剂流过筒式过滤器相比，加速液体溶剂对筒式过滤器的润湿。

背景技术

目前，在半导体装置的生产中普遍使用诸如光致抗蚀剂流体的液体溶剂。光致抗蚀剂流体(包括正性光致抗蚀剂流体和负性光致抗蚀剂)被用于诸如光刻和照相制版的工艺以在半导体晶片的表面上形成涂覆图案。需要高纯度的光致抗蚀剂流体使得半导体装置不含可能妨碍或破坏半导体装置的功能的污染物、杂质等。此时，通常使光致抗蚀剂流体经历过滤以减少或消除从制造商处接收的光致抗蚀剂流体中可能存在的污染物。

光致抗蚀剂流体过滤通常通过使光致抗蚀剂流体流过包括尼龙或聚四氟乙烯过滤器的筒式过滤器来进行。从制造商处接收的筒式过滤器包括空隙空间，液体溶剂例如光致抗蚀剂流体通过该空隙空间流过固体过滤器表面。目前，使液体溶剂流过筒式过滤器以填充过滤器中的空隙空间直至不再有气泡离开筒式过滤器。这种技术使过滤器完全润湿，并且还用于从过滤器中冲洗掉任何不期望的污染物。因此，对过滤器进行冲洗和润湿以清洗过滤膜，减少滤出物(leachables)和下游系统中的任何处理或安装残留物的存在，并且在使用前完整性测试之前润湿过滤器。滤出物和下游颗粒的减少是液体溶剂冲洗实现针对完整性测试的润湿的固有益处，并且不需要单独的操作。然而，离开过滤器的液体溶剂被废弃，导致成本与所期望的相比增加。本文中，本发明人认识到，从制造商处接收的筒式过滤器中的残留气体与所期望的相比更慢地溶解到液体溶剂中，导致液体溶剂的效率低下和损失。

例如，图1示出了目前行业中用于润湿筒式过滤器的冲洗工艺中使用的现有技术系统。在该装置中，液体溶剂例如光致抗蚀剂流体润湿过滤器，将气泡冲掉，并且还将用于制造过滤器的制造工艺中留下的可滤出污染物冲洗掉。液体溶剂通常进行冲洗直至没有气泡出现在离开筒式过滤器的液体溶剂中。用于冲洗筒式过滤器的液体溶剂被废弃。

本文中，本发明人认识到，废弃的光致抗蚀剂流体是浪费的并且增加了制造半导体装置的成本。本发明人试图为该问题提供解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了针对一个或更多个上述问题或缺点的解决方案。

在本发明的实践中，所述方法润湿用于处理在半导体制造中使用的液体溶剂的筒式过滤器。在该方法中，将具有空隙空间(其中所述空隙空间包含来自用于制造筒式过滤器的制造工艺的残留气体)的筒式过滤器连接至用于吹扫残留气体的气体源。如本文所使用的，用于吹扫残留气体的气体被称为“吹扫气体”。使吹扫气体流过筒式过滤器以至少部分地置换来自用于制造筒式过滤器的制造工艺的残留气体的至少一部分。接着，将液体溶剂泵送通过筒式过滤器，使得吹扫气体溶解到液体溶剂中并且至少部分地填充空隙空间，从而用液体溶剂至少部分地润湿透筒式过滤器。

更具体地，在一个广泛方面中，本发明是用于润湿用于处理半导体制造中使用的液体溶剂的筒式过滤器的方法，其包括：提供具有空隙空间的筒式过滤器，其中空隙空间包含来自用于制造筒式过滤器的制造工艺的残留气体；使吹扫气体流过筒式过滤器以至少部分地置换来自用于制造筒式过滤器的制造工艺的残留气体的至少一部分；以及将液体溶剂泵送通过筒式过滤器，使得吹扫气体溶解到液体溶剂中并且至少部分地填充空隙空间。在本发明的实践中，选择吹扫气体使得吹扫气体具有允许吹扫气体容易溶解到液体溶剂中的属性。例如，在将有机光致抗蚀剂流体泵送通过筒式过滤器之前，可以使用非极性有机气体冲洗筒式过滤器。

在一个实施方案中，吹扫气体为具有一个或更多个碳原子的非极性有机化合物。非极性有机化合物可以为ch4、chf3、c2h2f4、c4h10或其他氟化气体。在一个实施方案中，使吹扫气体流过筒式过滤器直至残留气体的至少50％被置换。

在一个实施方案中，使液体溶剂以0.1l/分钟至12l/分钟的流量流过筒式过滤器。

在一个实施方案中，使吹扫气体在10摄氏度至50摄氏度的温度下流过筒式过滤器。

在一个实施方案中，筒式过滤器中的过滤器由尼龙、聚四氟乙烯等制成。

在一个实施方案中，所述方法与在不预先使吹扫气体流过筒式过滤器的情况下将液体溶剂泵送通过筒式过滤器的方法相比，减少了用液体溶剂完全润湿透筒式过滤器的时间。

在一个实施方案中，液体溶剂为光致抗蚀剂流体，所述光致抗蚀剂流体流过筒式过滤器直至没有气泡离开筒式过滤器。

在一个实施方案中，吹扫气体的纯度为至少99％。

在一个实施方案中，吹扫气体为非极性有机气体。

在一个实施方案中，吹扫气体为二氧化碳、氨或挥发性胺。

在一个实施方案中，吹扫气体为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氟化乙烯或其组合。

在一个实施方案中，液体溶剂为光致抗蚀剂流体。

在一个实施方案中，液体溶剂流过筒式过滤器直至没有气泡离开筒式过滤器。

在一个实施方案中，在液体溶剂已润湿透筒式过滤器之后，将筒式过滤器从液体溶剂源断开。

在一个实施方案中，吹扫气体为乙烷、丙烷、丁烷或其组合。

在一个实施方案中，吹扫气体为四氟乙烷、四氟甲烷、二氟乙烷或其组合。

在一个实施方案中，在使吹扫气体流过筒式过滤器之前，将筒式过滤器连接至吹扫气体的源。

在一个实施方案中，在将液体溶剂泵送通过筒式过滤器之前，将筒式过滤器连接至液体溶剂的源。

本发明的方法提供了一种用于润湿供在半导体制造中使用的液体溶剂例如光致抗蚀剂流体使用的筒式过滤器的改进方法。选择比从制造商处接收的筒式过滤器中的残留气体更容易溶解在给定液体溶剂中的吹扫气体。有利地，使用吹扫气体至少部分地填充筒式过滤器的空隙空间用于加速液体溶剂对筒式过滤器的润湿透。有利地，与在未使用吹扫气体的情况下离开筒式过滤器的溶剂的颗粒计数相比，使用吹扫气体减少了在润湿透筒式过滤器期间离开筒式过滤器的溶剂的初始颗粒计数。本发明的实践中使用的特别有用的液体溶剂为光致抗蚀剂流体。

附图说明

应注意，附图仅示出了本发明的示例性实施方案，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本发明可以容许其他等效实施方案。

图1示出了用于冲洗和润湿筒式过滤器的现有技术系统。

图2示出了根据本发明的用于冲洗和润湿筒式过滤器的系统。

图3示出了呈现根据本发明的冲洗和润湿方法中使用的步骤的流程图。

图4示出了指示离开筒式过滤器的溶剂的颗粒计数相对于注入筒式过滤器的溶剂的体积的图。

具体实施方式

本发明提供了在使用半导体装置制造中使用的液体溶剂例如光致抗蚀剂流体之前用液体溶剂例如光致抗蚀剂流体润湿筒式过滤器的改进方法。

从筒式过滤器制造商处接收的筒式过滤器具有包含来自制造工艺的残留气体的空隙空间。残留气体可以是氮气、空气、或者具有痕量的未反应的在制造筒式过滤器时使用的化学物质的空气。通常，残留气体是空气。由于空气不能良好地溶解在光致抗蚀剂流体中，因此必须使光致抗蚀剂流体长时间地流过筒式过滤器以迫使气泡离开筒式过滤器中的空隙空间。

图1示出了目前行业中使用的冲洗过程中使用的现有技术系统。在该装置中，所有阀开始是关闭的。接着，打开入口阀v1和排放阀v3。缓慢启动泵或开启压力源以通过v3排出组件中的空气。在不再看到滞留空气时，关闭v3。在排气并关闭v3之后，并且保持给定过滤器在上游压力计p1处的入口压力的同时，打开出口阀v2，直至下游压力计p2上指示大于例如14磅/平方英寸(表压)的背压。将通过筒式过滤器c1的流量保持为制造商对于给定过滤器所提供的。根据需要调整v1和v2以保持流量/压力和背压条件。

将过滤器冲洗给定量的时间，然后通过打开v4然后打开v3来对系统进行排放。接着，关闭v1、v3和v4，同时完全打开v2。根据需要进行完整性测试。无论是否进行完整性测试，用于冲洗过滤器的流体都被废弃。

图2示出了可以用于润湿筒式过滤器50的本发明的系统100。图2在此示出了管线12中的第一阀10。第一阀10用于打开和关闭液体溶剂如光致刻蚀剂流体的流动。第二阀20位于管线22中。第二阀20用于打开和关闭吹扫气体的流动，其用于置换筒式过滤器50中的残留气体。液体溶剂和吹扫气体均通过管线32流动至第三阀30。第三阀30用于打开和关闭吹扫气体或液体溶剂的流动以通过管线42流动到筒式过滤器50中。进入筒式过滤器50的液体溶剂和吹扫气体通过管线44离开筒式过滤器50。第四阀40用于允许吹扫气体或液体溶剂在润湿筒式过滤器50期间或在用于生产半导体装置期间分配液体溶剂期间通过经管线46流出第四阀40而流出筒式过滤器50。

如本文所使用的，第一阀10可以被称为液体溶剂阀10。第二阀20可以被称为吹扫气体源阀。第三阀30可以被称为筒式过滤器入口阀。第四阀40可以被称为筒式过滤器出口阀。

用于润湿筒式过滤器50的代表性方案可以如下。作为润湿方案的第一步，依次打开第二阀20、第三阀30和第四阀40。也就是说，打开第二阀20，然后打开第三阀30，然后打开第四阀40。通过顺序打开第二阀20、第三阀30和第四阀40，吹扫气体被允许流过筒式过滤器50。

在润湿方案的第一次停止期间，吹扫气体流过系统100。吹扫气体处于压力下以迫使吹扫气体通过系统100。吹扫气体可以通过加压罐来提供。或者，吹扫气体可以通过内联的泵(in-linepump)加压。吹扫气体可以供应至系统100的流量和压力可以是允许吹扫气体流过筒式过滤器50以至少部分地填充筒式过滤器50中的空隙空间并置换残留气体的至少一部分的任意量。应理解，根据阀、管线和筒式过滤器的设备额定值，筒式过滤器50和系统100可以具有最大压力容限。

吹扫气体流过筒式过滤器50一段时间以有效地置换从制造商处接收的筒式过滤器50内预先存在的残留气体的至少一部分。通常，吹扫气体在环境温度下流过筒式过滤器50，但如果需要，可以调节吹扫气体和/或筒式过滤器50的温度。吹扫气体流过筒式过滤器50的时间越长，越多的残留气体将被吹扫气体置换，直至填充空隙空间的最大量的吹扫气体，使得实际上筒式过滤器中的所有气体是吹扫气体。如果需要，可以对离开系统100的所有气体进行取样以确定筒式过滤器50的空隙中的吹扫气体的程度。例如，离开系统100的气体可以使用气相色谱法、质谱法或其他常规方法来分析。

在一个实施方案中，吹扫气体流过筒式过滤器足以置换筒式过滤器50中的残留气体的至少50％的一段时间。在另一个实施方案中，吹扫气体流过筒式过滤器50以置换筒式过滤器50中的残留气体的至少80％。在另一个实施方案中，吹扫气体流过筒式过滤器50直至筒式过滤器50中的残留气体的至少95％被置换。优选地，吹扫气体流过筒式过滤器50，直至筒式过滤器50中的由氮气、空气或其他初始气体构成的残留气体的至少99％被置换。

吹扫气体置换从制造商处接收的筒式过滤器50中存在的空气。在一个实施方案中，与空气相比，吹扫气体更快速地溶解到光致刻蚀剂流体中，从而减少完全润湿透筒式过滤器50所需的光致抗蚀剂流体的量。应理解，当光致抗蚀剂流体被注入筒式过滤器50中时，筒式过滤器50中的吹扫气体的量越大，筒式过滤器50将更快速地被润湿透。因此，吹扫气体也减少了否则将被浪费和废弃的光致抗蚀剂流体的量，从而减少了成本和排放操作。

当吹扫气体已经流过筒式过滤器50适当长度的时间以有效地减少筒式过滤器50中的残留气体的量时，关闭第四阀40。在关闭第四阀40之后，第二阀20和第三阀30也关闭。

吹扫气体可以如所期望的多轮地流过筒式过滤器50。类似地，该方法可以包括在开始使吹扫气体流入筒式过滤器50中之前在筒式过滤器50中产生完全或部分真空。额外的真空步骤可以减少筒式过滤器中的残留气体的量并因此加速吹扫气体对残留气体的置换。在吹扫气体被引入筒式过滤器50中之后可以重复真空步骤以快速减少筒式过滤器50中的残留物。真空/吹扫气体流动步骤可以根据需要重复进行。

吹扫气体的压力可以是有效地将吹扫气体引入筒式过滤器50中并使吹扫气体流过筒式过滤器50的任意压力。该压力可以根据筒式过滤器50的尺寸、类型和规格而改变。

应理解，伴随系统100的变化，图2中示出的阀也可以是三通阀。

在关闭第二阀20、第三阀30和第四阀40之后，打开第一阀10，随后打开第四阀40。在第一阀10和第四阀40打开的情况下，液体溶剂开始流过筒式过滤器50。随着液体溶剂流过筒式过滤器50，吹扫气体溶解到液体溶剂中。

在给定的时间段之后，例如，足以允许至少一个筒式过滤器50的体积的液体溶剂流过筒式过滤器50直至筒式过滤器50被完全润湿透的时间。可以观察该流以确定气泡是否在光致抗蚀剂流体50中，并且可以继续该流直至液体溶剂中不出现气泡。可以使用颗粒传感器来确定光致刻蚀剂流体50中是否存在气泡。

在确定筒式过滤器50被完全润湿之后，如果筒式过滤器50还没有连接至半导体制造装置，则可以从管线42和44中移出筒式过滤器50，使得可以将筒式过滤器50移动到半导体制造装置。如果筒式过滤器50在适当位置连接至半导体制造装置，则可以连接适当的连接件。或者，筒式过滤器50和系统100已经可以内联(inline)以用于半导体制造装置，例如这样的系统10：其中在第四阀40下游存在被配置成允许废弃残留气体和吹扫气体以及废弃含有气泡的液体溶剂的附加阀，以及用于将液体溶剂输送至半导体制造装置的附加阀和管线。

本发明的实践中使用的筒式过滤器可商购自例如pall公司。通常，筒式过滤器包括保持在密封的筒式壳体内的过滤材料，该密封的筒式壳体包括在筒的相反端上具有入口和出口构件的端盖。本发明的筒式过滤器主题用于在制造设备中的半导体晶片的商业化学处理。过滤材料可以由例如尼龙、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂等材料制成。过滤器可以由疏水或亲水的材料制成。使用非极性有机气体来处理亲水筒式过滤器，而使用其他气体如二氧化碳来处理疏水筒式过滤器。筒式过滤器由褶式、盘式或管式构造的过滤膜构造成。筒式过滤器用于从待处理的光致刻蚀剂流体中除去各种各样的酸、碱、溶剂、其他化学品、颗粒物等。过滤材料还可以适用于与内联地(inline)安装在制造设备中的永久筒式壳体一起使用，使得移出旧的过滤器并更换新的过滤器，而筒式过滤器壳体被重复使用。

因此，筒式过滤器可以是由外壳和封装的尼龙或聚四氟乙烯过滤材料形成的一次性过滤器。一次性过滤器用于消除对处理危险化学品的需要并且最大限度地缩短安装时间。本发明的实践中使用的筒式过滤器优选为一次性筒式过滤器。

当前使用的市售筒式过滤器的代表性实例由pall公司制造，包括微生物额定筒式过滤器。应注意，市售筒式过滤器通常由制造商评定用于润湿的流量。流量取决于过滤器的类型、流体的类型、过滤器的尺寸、过滤器的配置等。流体的典型流量可以定为0.1ml/分钟至12l/分钟或更大。应理解，用于将流体输送至筒式过滤器的泵应有效地符合制造商建议的流量。流量可以使用标准程序例如在线流量计或者甚至是可能像在有刻度的烧杯或其他圆筒中检查体积一样简单的程序来确定。

在从制造商处接收或在润湿之前以其他方式使用时，在本发明的实践中可以用于置换存在于筒式过滤器中的气体的吹扫气体可以包括易溶于筒式过滤器中待过滤的有机溶剂或光致刻蚀剂流体的非极性有机化合物。本发明的实践中使用的吹扫气体可以根据最终要流过筒式过滤器的溶剂或光致抗蚀剂流体的类型而变化。对于有机溶剂或光致刻蚀剂流体，吹扫气体可以包括非极性烃和卤代烃。这样的非极性气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和其他在用有机气体冲洗筒式过滤器的条件下为气态的高级烃。如本文所使用的，丙烷和丁烷包括它们的异构体，包括例如异丙醇和2-甲基丙烷。

非极性气体可以包括卤代烃，包括但不限于二氯甲烷、四氯化碳、三氯甲烷、氯甲烷、氯化乙烯(包括具有1至6个氯的氯化乙烯)、氟甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷、氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯及其混合物。

可以使用的其他卤素包括碘和溴，只要相应的卤代烃在本发明的方法所使用的条件下是气态的即可。

同样地，如果化合物在本发明的实践中在使用吹扫气体冲洗筒式过滤器的温度和条件下是气态的，则气体中的碳数可以高于两个碳。

对于待通过筒式过滤器过滤的水性溶剂或醇性溶剂，吹扫气体可以包括二氧化碳、氨、挥发性胺及其组合。这些吹扫气体容易溶解在待在筒式过滤器中过滤的水性溶剂或醇性溶剂中。

本发明的实践中使用的液体溶剂和光致刻蚀剂流体是市售的。液体溶剂可以是水性溶剂、醇性溶剂和非水性非极性有机溶剂。优选地，根据本发明的待处理化合物是光致刻蚀剂流体。光致刻蚀剂流体可以是正性或负性光致刻蚀剂流体。这样的市售光致刻蚀剂流体的代表性实例包括但不限于可得自于jsrmicro的arf负性和正性光致刻蚀剂流体和arf浸没式光致刻蚀剂流体。

图3示出了本发明的方法的流程图。在步骤310中，将从制造商处接收的筒式过滤器连接至吹扫气体源。在步骤320中，使吹扫气体流过筒式过滤器直至残留气体的至少一部分被吹扫掉。这种残留气体可以是从制造商处接收时存在于筒式过滤器中的空气或氮气。在步骤330中，将筒式过滤器与吹扫气体源断开并连接至液体溶剂或光致刻蚀剂流体源。在步骤340中，使液体溶剂或光致抗蚀剂流体流过筒式过滤器，该筒式过滤器吸收吹扫气体，使得与润湿从制造商处接收的筒式过滤器的速率相比，液体溶剂或光致抗蚀剂流体能够更快速地润湿筒式过滤器。液体溶剂或光致抗蚀剂流体流过筒式过滤器以润湿筒式过滤器，以溶解滤出物或推动颗粒物通过筒式过滤器，并使液体溶剂或光致抗蚀剂流体流动直至使得流动离开筒式过滤器的液体溶剂或光致抗蚀剂流体没有气泡出现的时间，此时在步骤350中停止液体溶剂或光致抗蚀剂流体的流动。接着，在步骤360中将筒式过滤器与润湿系统断开，并立即投入半导体制造装置中使用或者储存直至需要用其替换旧的过滤器。本发明的方法提供了润湿供用于半导体制造的液体溶剂(例如光致刻蚀剂流体)使用的筒式过滤器的改进方法。有利地，选择与从制造商处接收的筒式过滤器中的残留气体相比更容易溶解在给定液体溶剂中的吹扫气体。有利地，使用吹扫气体至少部分地填充筒式过滤器的空隙空间，用于加速液体溶剂对筒式过滤器的润湿。有利地，本发明的实践中使用的尤其有用的液体溶剂是光致刻蚀剂流体。

图4示出了颗粒计数相对于流过筒式过滤器的溶剂体积的图。点线示出了使用干式过滤器时的颗粒计数。实线示出了在使溶剂流过筒式过滤器以使其润湿之前使吹扫气体流过筒式过滤器之后的颗粒计数。图4中的“颗粒计数”是指尺寸为26nm或更大的颗粒。这样的颗粒包括夹带在溶剂中的气泡。图4中的点线和实线在溶剂开始离开筒式过滤器时开始。在将溶剂从筒式过滤器中排出之前需要稍多于100ml的溶剂来填充筒式过滤器。可以看出，使用吹扫气体之后的溶剂中的颗粒计数(约2700的颗粒计数)几乎是在不使用吹扫气体的情况下离开干式筒式过滤器的溶剂的颗粒计数的一半(约5000的颗粒计数)。如所预期的，随着时间的推移，虚线和实线的颗粒计数在约220ml的溶剂流入筒式过滤器中之后汇合。图4表明吹扫气体的使用是根据本发明可以控制以便实现在筒式过滤器被浸湿时离开筒式过滤器的溶剂中的颗粒计数的更快速减少的一个重要变量。

鉴于本说明书，本发明的其他修改和替代实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，将认识到，本发明不受这些示例性配置的限制。因此，该说明书被解释为仅是说明性的，并且是为了教导本领域技术人员执行本发明的方式。应理解，本文示出和描述的本发明的形式应被认为是目前优选的实施方案。可以对实施方式和结构做出各种修改。例如，等同元件可以替代本文示出和描述的那些元件，并且本发明的某些特征可以独立于其他特征的使用而使用，所有的这样对于得益于本发明的描述之后的本领域技术人员而言将是显而易见的。