CN100547725C - 处理基材的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于向基材表面供应多种化学品或气体以清洁和干燥基材的设备。这种设备包括：带有卡盘的基材支撑单元，基材装载在该卡盘上；底部室，该底部室具有打开的顶部并用于围住该卡盘的周边；顶部室，该顶部室用于打开或关闭该底部室的顶部，使得在该基材与外部隔离时对该基材进行干燥处理，在该顶部室的内部形成上部空间，该上部空间具有环形的边缘部分和从该边缘部分延伸的中心部分；以及间接喷嘴，该间接喷嘴安装在该顶部室的边缘部分中并用于向该中心部分喷射干燥流体，使得该干燥流体间接地喷射到该基材的中心，然后扩散到该基材的边缘。使用这种设备，可以提高基材干燥效率，抑制外部污染，并防止生成氧化物层。

Description

处理基材的设备和方法
相关申请的交叉参考
本美国非临时专利申请根据35U.S.C§119要求2006年7月12日提交的韩国专利申请2006-65374的优先权，在此引入该韩国专利申请的全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及基材处理设备。更具体地说，本发明涉及基材处理设备和使用这种基材处理设备的基材处理方法，在该设备中，向基材的上表面供应化学品或气体以清洁和干燥基材。
背景技术
在制造半导体器件过程中，通过反复沉积、蚀刻绝缘层和金属材料，涂布光致抗蚀剂并使其显影，然后去除粉尘，来形成精细图案结构。借助于使用去离子水(DI水)或化学品的湿法清洁过程去除在这些过程中产生的颗粒。
一般来说，清洁和干燥设备包括用于固定晶片的晶片卡盘。当通过发动机旋转由晶片卡盘固定的晶片时，DI水或化学品被供应至晶片表面。由于晶片的旋转力，供应的DI水或化学品扩散到晶片的整个表面以进行清洁和干燥过程。
在这种单晶片清洁和干燥设备中，使用DI水冲洗晶片，然后使用氮气干燥冲洗过的晶片。
然而，随着近来晶片直径更大、晶片图案更精细的趋势，DI水不能完全被去除(未干燥)。因为暴露在空气中使晶片清洁和干燥，所以外部环境对晶片影响极大，从而使晶片的干燥较差。
发明内容
本发明的示例性实施例涉及一种基材处理设备。在示例性实施例中，这种基材处理设备可以包括：带有卡盘的基材支撑单元，基材装载在所述卡盘上；底部室，所述底部室具有打开的顶部并用于围住所述卡盘的周边；顶部室，所述顶部室用于打开或关闭所述底部室的顶部，使得在所述基材与外部隔离时对所述基材进行干燥处理，在所述顶部室的内部形成上部空间，所述上部空间具有环形的边缘部分和从所述边缘部分延伸的中心部分；以及间接喷嘴，所述间接喷嘴安装在所述顶部室的边缘部分中并用于向所述中心部分喷射干燥流体，使得干燥流体间接地喷射到所述基材的中心，然后扩散到所述基材的边缘。
优选的是，所述中心部分高于所述边缘部分。此外，在所述顶部室的内部、所述上部空间的下面可以形成下部空间，以及在所述下部空间与所述边缘部分之间可以设置凸壁，其中在所述中心部分与所述下部空间之间可以形成中心孔，从而所述中心部分中的干燥流体流向所述下部空间。
所述凸壁的上表面可以包括导向表面，所述导向表面朝着所述中心部分向上倾斜，所述凸壁的下表面具有导向表面，所述导向表面朝着所述基材的边缘向下倾斜。
在另一个示例性实施例中，这种基材处理设备可以包括：带有卡盘的基材支撑单元，基材装载在所述卡盘上；腔室，所述基材支撑单元的卡盘设置在所述腔室中并且所述腔室用于限定密封空间，使得在所述基材与外部隔离时对所述基材进行干燥处理；以及间接喷嘴，所述间接喷嘴用于朝着所述腔室的中心向上喷射干燥流体，使得干燥流体没有直接地喷射到所述基材表面上。
在另一个示例性实施例中，这种基材处理设备可以包括：带有卡盘的基材支撑单元，基材装载在所述卡盘上；底部室，所述底部室具有打开的顶部并用于围住所述卡盘的周边；以及顶部室，所述顶部室用于密封所述底部室的顶部，使得在与外部空气隔离的空间中对所述基材进行干燥处理。
本发明的示例性实施例涉及一种使用上述基材处理设备的基材处理方法。在示例性实施例中，这种基材处理方法可以包括：将基材装载到设置在底部室内部的卡盘上；向装载的基材供应化学品以对所述基材进行化学处理；以及当顶部室密封所述底部室的打开顶部时，利用安装在所述顶部室的间接喷嘴从所述顶部室的边缘向中心喷射干燥流体；经在所述顶部室中心形成的中心孔排放在所述顶部室中心聚集的干燥流体；以及当排放的干燥流体从所述基材中心向其边缘逐渐扩散时使化学处理的基材干燥。
附图说明
图1显示了本发明的基材处理设备。
图2显示了图1的基材处理设备的部分打开的底部室。
图3显示了图1的基材处理设备的完全打开的底部室。
图4显示了顶部室。
图5显示了从图4的顶部室的第一喷嘴喷射的干燥流体的流动。
图6是本发明基材处理方法的流程图。
具体实施方式
下面参考显示本发明优选实施例的附图，将更完整地描述本发明。然而，可以以许多不同的形式体现本发明，并且不应当认为本发明限制于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例将使本发明内容清楚、完整，并向本领域技术人员充分表达本发明的范围。相同的附图标记始终表示相同的元件。
图1显示了本发明的基材处理设备100。图2和图3分别显示了基材处理设备100的部分打开的底部室和完全打开的底部室。当基材W旋转时，基材处理设备100用于化学处理、冲洗和干燥基材W。
参见图1-图3，基材处理设备100包括基材支撑单元110、底部室120、顶部室130、化学品喷嘴单元160以及减压单元170。
基材支撑单元110用于在过程中支撑基材W。基材支撑单元110包括卡盘112、心轴114、旋转部件116、升降部件117和背面喷嘴部件118。
卡盘112设置在底部室120的内部空间中。卡盘112具有其上装载基材W的上表面112a、用于在与上表面112a分开时支撑基材W的支撑销113a以及用于固定基材W的卡盘销113b。当基材W与卡盘112的上表面112a分开时，支撑销113a支撑基材W。在此过程中，卡盘销113b用于卡住基材W的部分边缘。
心轴114与卡盘112的中心底部连接。心轴114设置成空心轴的形式，用于向卡盘112传递旋转部件116的旋转功率。尽管没有显示细节，但是旋转部件116可以包括用于产生旋转功率的驱动部件(例如，发动机)、用于向心轴114传递旋转功率的皮带以及功率传输部件(例如，链条)。
升降部件117用于使卡盘112上升或下降，使得在底部室120内部，卡盘112的相对高度随着流体种类(或处理过程)变化。利用升降部件117，卡盘112根据流体种类(或处理过程)移动到与第一吸管122a、第二吸管122b和第三吸管122c相应的高度位置。稍后将详细描述吸管122a、122b和122c。如上所述，固定底部室120，然后根据清洁、冲洗和干燥处理(或所用流体的种类)使卡盘112上升或下降。然而，可以固定卡盘112，而使底部室120上升或下降。
背面喷嘴部件118用于选择性地喷射流体，以对基材W底部进行清洁和干燥处理。背面喷嘴部件118包括供应管道118a和喷嘴118b。供应管道118a(流体的流动通道)穿过心轴114的中空部分，喷嘴118b安装在卡盘112的上表面的中心。喷嘴118b与供应管道118a连接并与卡盘112的中心部分接触，从而喷射用于对基材W的背面进行清洁和干燥处理的流体，以清洁和干燥基材W的背面。供应管道118a可以是预定的管道或者是以心轴114内部管道形式限定的中空空间。由于基材W的旋转，从喷嘴118b喷射的流体很容易从基材W的背面中心扩散到边缘。
底部室120具有打开的顶部，用于围住卡盘112的周边。底部室120包括多级的第一环形管122a、第二环形管122b和第三环形管122c。提供这些环形管122a、122b和122c以使喷射在旋转的基材W上的流体流入其中并被其吸收。底部室120包括与强制排气用的真空管线174连接的排放口124。排放管线(图中未示)与底部室120连接以回收化学品。
参见图1、图4和图5，顶部室130包括上部杯体132、间接喷嘴140和切换驱动部件138。上部杯体132用于打开或关闭底部室120的顶部。间接喷嘴140安装在上部杯体132中，用于向基材间接喷射干燥流体。切换驱动部件138驱动上部杯体132，以打开或关闭底部室120的顶部。
上部杯体132的尺寸足以覆盖底部室120的顶部。上部杯体132包括上部空间134、中心孔135、导向表面136、凸壁137和下部空间139。上部空间134为伞状的空间，具有边缘部分134a和中心部分134b。边缘部分134a呈环形，中心部分134b从边缘部分134a延伸。该间接喷嘴安装在边缘部分134a上。中心部分134b设置在比边缘部分134a高的位置。上部空间134具有倾斜的通道134c，以将从间接喷嘴140喷射的干燥流体导向其中心部分134b。
间接喷嘴140在上部空间134的边缘部分134a处排列成环形。间接喷嘴140具有多个固定间隔的喷射孔142。喷射孔142用于向上喷射干燥流体。经间接喷嘴140的喷射孔142喷射之后，干燥流体沿着上部空间134流向上部空间的中心部分134b(上部杯体132的中心)。
在上部空间134的中心部分134b聚集的干燥流体经中心孔135排放到下部空间139。凸壁137设置在下部空间139与边缘部分134a之间，由间接喷嘴140喷射的干燥流体流向该凸壁。凸壁137用于保护基材W，防止从间接喷嘴140落下的异物。中心孔135形成在中心部分134b与下部空间139之间。凸壁137的上表面具有朝着中心部分134b向上倾斜的导向表面137a，上部杯体132的下表面具有朝着卡盘112上放置的基材边缘向下倾斜的导向表面136。
应当注意，干燥流体可以包括有机溶剂(IPA)和氮气(N2)，并且可以在30-90摄氏度的温度下加热。
如上所述，间接喷嘴140用于间接地向基材喷射干燥流体。因此，可以完全地保持层流流动，并且比使用常规摆动喷嘴更均匀地保持干燥流体的浓度分布。特别的是，间接喷嘴140设置在上部空间134的边缘部分134a(向内凹进的空间)，以防止从间接喷嘴140的喷射孔142落下的异物落在基材上。
上部杯体132的导向表面136从中心到边缘向下倾斜。导向表面136引导经中心孔135排放的干燥流体，以从基材中心向其边缘逐渐扩散。因此，导向表面136用于防止干燥流体的密度在基材边缘处降低。上部杯体132的导向表面136用于限定处理空间139，其中该处理空间的高度从基材中心向边缘变窄。
因为处理空间139从中心向其边缘减小，所以从基材中心流向边缘的干燥流体的密度在处理空间139边缘比在其中心更大。此外，因为干燥流体逐渐扩散并从基材中心流向其边缘，所以在基材的整个表面上均匀地提供干燥流体。
特别的是，因为起到流体流动通道作用的处理空间139在基材边缘比在基材中心窄，所以干燥流体在基材边缘比在基材中心流动更快。因此，可以提高残留在基材表面上的颗粒的去除效率，并且可以提高使水干燥的效率。
顶部室130配备有密封部件133，该密封部件设置在上部杯体132的侧面并与底部室120接触。密封部件133用于密封在其中处理基材的空间。
减压部件170用于使通过底部室120和顶部室130相互连接形成的密封的处理空间139减压。减压部件170包括真空泵172和真空管线174，其中该真空管线的一端与真空泵172连接，另一端与底部室120的排放口124连接。
如上所述，基材处理设备100具有如下结构特征：基材W的处理空间139通过顶部室130与外部隔离，并且可以使隔离的处理空间(密封空间)“a”减压以获得低于大气压的压力。根据这种结构特征，可以减轻外部环境产生的影响，并且在基材干燥过程中可以使基材快速干燥。
尽管图中没有显示，但是底部室120和基材支撑单元110的卡盘112可以相对或独立地升降。当底部室120和卡盘112上升或下降时，基材W可以装载在卡盘112上，或者从卡盘112上卸载经处理的基材W。
参见图1和图3，化学品喷嘴单元160用于向基材W的上表面喷射清洁流体和冲洗流体。化学品喷嘴单元160包括喷嘴162，其中该喷嘴可以利用喷嘴移动部件164在直线上向上或向下移动，或者从基材W的中心顶部可旋转地移动到底部室120的外部。喷嘴移动部件164包括水平支架166和垂直支架168，其中喷嘴162与水平支架连接，垂直支架168与水平支架166连接并且可以利用发动机(图中未示)旋转。
喷射孔的数量、所供应流体的种类以及喷射孔的空间可以随着清洁和干燥基材的方法而变化。例如，清洁基材的流体可以是去离子水(DI水)与氢氟酸(HF)的混合溶液、DI水或者是氨水溶液与过氧化氢水溶液的混合溶液，干燥基材的流体可以是异丙醇蒸汽(IPA蒸汽)与氮气的混合气体或者是氮气。
如图5所示，上部杯体132与基材的边缘间隔0.5-2cm，以防止从基材散射的水珠和干燥流体回弹撞击底部室的壁。
下面详细描述使用前述基材处理设备的基材清洁和干燥过程。
图6是本发明基材处理方法的流程图。
参见图1-图6，基材W通过底部室120的打开顶部装载在卡盘112上(S110)。通过卡盘销113b卡住基材W，同时通过支撑销113a支撑。借助于旋转部件116的运行，基材W随着卡盘112旋转。利用经化学品喷嘴单元160的喷嘴162喷射的流体(参见图3)清洁和冲洗旋转的基材W(S120)。
清洁和冲洗基材W之后，对基材W进行干燥处理(S130)。在高速下并且在低于大气压的压力下进行干燥处理，以防止在基材W表面上产生水印。
下面，详细描述干燥处理。通过上部杯体132密封底部室120的顶部(S132)。利用减压单元170使被顶部室130和底部室120密封的下部空间139减压，以获得低于大气压的压力(S134)。当下部空间139被减压而获得低于大气压的压力时，利用经间接喷嘴140间接喷射的干燥流体使基材W干燥(S136)。在使下部空间139减压之前(从顶部室130移动并密封底部室120时起)，可以通过间接喷嘴140供应干燥流体。间接喷嘴140设置在上部空间134的边缘部分134a，并且喷射孔142朝上以防止从喷射孔142落下的异物造成基材污染。
经间接喷嘴140的喷射孔142喷射之后，干燥流体沿着上部空间134聚集到上部空间134的中心部分134b(上部杯体132的顶部)。聚集的干燥流体经中心孔135排放到下部空间139。排放的干燥流体流动以快速、均匀地使基材W的表面干燥，同时从基材W的中心向边缘逐渐扩散。
在本发明中，可以同时清洁和干燥基材W的上表面和下表面。当基材W旋转时，通过经背面喷嘴部件118的喷嘴118b向基材W的下表面供应流体，来清洁和干燥基材W的下表面，其中这种流体与向基材W的顶部供应的流体相同。
当基材W的干燥结束时，顶部室130的上部杯体132上升到图2所示的位置，然后移动到图3所示的位置，从而打开底部室120的顶部(S140)。当处于固定位置时，从卡盘112上卸载基材W(S150)。
本发明可以应用于所有使用液相(或气相)流体处理基材的设备。尽管本发明实施例中描述了旋转清洁设备，但是本发明可以应用于旋转蚀刻设备。
总之，本发明具有如下优点：(1)使基材快速干燥；(2)间接向基材喷射干燥流体，从而完全地保持层流流动并且均匀地保持干燥流体的浓度分布；(3)在干燥处理过程中保护基材不受外部污染物的污染；(4)在干燥处理过程中减轻外部环境产生的影响；(5)防止基材与空气接触；以及(6)减小被供应用于使基材干燥的流体的浓度和温度的变化。
尽管已经结合附图中所示的本发明实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。显然，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以做出各种替换、修改和变化。

Claims (14)

1.一种基材处理设备，包括：
带有卡盘的基材支撑单元，基材装载在所述卡盘上；
底部室，所述底部室具有打开的顶部并用于围住所述卡盘的周边；
顶部室，所述顶部室用于打开或关闭所述底部室的顶部，使得在所述基材与外部隔离时对所述基材进行干燥处理，在所述顶部室的内部形成上部空间，所述上部空间具有环形的边缘部分和从所述边缘部分延伸的中心部分；以及
间接喷嘴，所述间接喷嘴安装在所述顶部室的边缘部分中并用于向所述中心部分喷射干燥流体，使得干燥流体间接地喷射到所述基材的中心，然后扩散到所述基材的边缘。
2.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述中心部分高于所述边缘部分。
3.如权利要求1所述的基材处理设备，其中在所述顶部室的内部、所述上部空间的下面形成下部空间，以及其中在所述下部空间与所述边缘部分之间设置凸壁，其中在所述中心部分与所述下部空间之间形成中心孔，从而所述中心部分中的干燥流体流向所述下部空间。
4.如权利要求3所述的基材处理设备，其中所述凸壁的上表面具有导向表面，所述导向表面朝着所述中心部分向上倾斜。
5.如权利要求3所述的基材处理设备，其中所述顶部室的下表面具有导向表面，所述导向表面朝着所述基材的边缘向下倾斜。
6.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述上部空间呈伞状。
7.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述顶部室与所述基材边缘间隔0.5-2cm，以防止从所述基材散射的干燥流体和水珠回弹撞击所述底部室的壁。
8.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述底部室包括多级排列的多个环形吸管，用于吸入在所述基材上散射的空气和化学品。
9.如权利要求8所述的基材处理设备，其中所述卡盘根据所述吸管的高度上升或下降。
10.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述卡盘包括用于支撑向上间隔的基材的支撑单元。
11.如权利要求10所述的基材处理设备，还包括：
背面喷嘴部件，所述背面喷嘴部件安装在所述卡盘上，用于向所述基材背面喷射清洁流体和干燥流体。
12.如权利要求1所述的基材处理设备，其中干燥流体包括有机溶剂或氮气。
13.一种使用如权利要求1所述的基材处理设备的基材处理方法，包括：
将基材装载到设置在底部室内部的卡盘上；
向装载的基材供应化学品以对所述基材进行化学处理；
当顶部室密封所述底部室的打开顶部时，利用间接喷嘴从所述顶部室的边缘向中心喷射干燥流体；
经在所述顶部室中心形成的中心孔排放在所述顶部室中心聚集的干燥流体；以及
当排放的干燥流体从所述基材中心向其边缘逐渐扩散时使化学处理的基材干燥。
14.如权利要求13所述的基材处理方法，其中在所述顶部室密封所述底部室之前，所述顶部室内部保持在干燥流体氛围中。
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