CN103377972A - 基板处理装置和供给处理溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基板处理装置和供给处理溶液的方法。本发明提供了一种基板处理装置。该装置包括：处理腔室，其容纳基板并利用处理溶液处理基板；和供给单元，其为所述处理腔室供给处理溶液。供给单元包括：供给管路，处理溶液通过供给管路供给；初步加热器，其被安装在供给管路中并初步加热处理溶液；主加热器，其被安装在初步加热器下游处的供给管路上并二次加热处理溶液；第一绕行管路，其连接至供给管路以绕行至初步加热器并包括第一阀门；第二绕行管路，其连接至供给管路以绕行至初步加热器和主加热器或者绕行至主加热器并包括第二阀门；以及控制器，其控制第一阀门和第二阀门。

Description

基板处理装置和供给处理溶液的方法

技术领域

本发明涉及一种基板处理装置，并且更具体地涉及一种能够混合多种化学品、并控制通过混合将用于处理基板的化学品而获取的溶液的温度的基板处理装置和一种供给溶液的方法。

背景技术

通常地，通过薄膜气相积淀处理、蚀刻处理和清洗处理来执行半导体器件、平板显示器器件或太阳能电池的制造过程。在这些制造过程中，在蚀刻处理和清洗处理中使用多种化学品。例如，多种处理溶液都可以是蚀刻溶液、显影溶液和清洗溶液。

对于蚀刻处理或者清洗处理，使用通过按一定比例混合多种化学品获得的处理溶液。处理溶液通过化学品供给装置被供给至腔室或者处理室。化学品供给装置根据相应的处理条件控制在两个器皿中的处理溶液和化学品的浓度和温度并且供给该处理溶液和化学品。

由于常用的化学品供给装置预先制备要在两个器皿中使用的处理溶液的浓度和温度，且将所述处理溶液供给腔室，因此这需要制备时间。此外，一旦确定了温度并且制备时改变处理溶液的温度也需要制备时间。一旦确定了比例并且制备时改变处理溶液的浓度也需要制备时间。

如上所述，由于将通过化学品供给装置预先制备的处理溶液以相同的条件供给到所有腔室，因此不可能改变用于各个腔室的处理溶液的条件。同时，根据使用水平，使用期限也具有限制。

发明内容

本发明提供了一种能够通过以所需比例实时混合化学品并随后增加待供给的处于常温的化学品的温度来获取处理溶液的基板处理装置和一种供给该处理溶液的方法。

本发明还提供了一种能够将具有不同条件的处理溶液供给相应腔室的基板处理装置和一种供给该处理溶液的方法。

本发明还提供了一种能够实时改变处理溶液的温度和流量的基板处理装置和一种供给该处理溶液的方法。

本发明还提供了一种能够防止瞬间发生的温度摆动（temperature hunting）的基板处理装置和一种在该装置中供给处理溶液的方法。

本发明还提供一种基板处理装置和一种供给处理溶液的方法，尽管处理溶液未喷出，所述基板处理装置仍能够维持喷嘴部分的温度一致。

本发明的方面不限于此，通过下面的描述，本领域技术人员将清楚地明白以上未提及的其它方面。

本发明的实施例提供了基板处理装置，所述基板处理装置包括：处理腔室，其容纳基板并利用处理溶液处理该基板；以及供给单元，其将处理溶液供给到处理腔室。供给单元包括：供给管路，通过该供给管路供给处理溶液；初步加热器，其被安装在供给管路中并初步加热处理溶液；主加热器，其被安装在初步加热器的下游处的供给管路上并二次加热处理溶液；第一绕行管路，其连接至供给管路以绕行至初步加热器，并包括第一阀门；以及控制器，其控制第一阀门。

在一些实施例中，该装置可进一步包括第二绕行管路，该第二绕行管路连接至供给管路以绕行至初步加热器和主加热器或绕行至主加热器，并且第二绕行管路包括由控制器控制的第二阀门。

在其它实施例中，该装置可进一步包括回流管路，该回流管路连接至供给管路，以允许处理溶液从主加热器的下游返回至初步加热器的上游。

在仍其它实施例中，主加热器可以是水浴加热器以精确控制处理溶液的温度。

在甚至其它实施例中，该装置可进一步包括安装在供给管路上的速率控制器，其接收来自一个或者多个化学品供给器的一种或多种化学品并向初步加热器供给混合处理溶液。

在另其它实施例中，控制化学品流量的流量控制器可安装在连接速率控制器和化学品供给器的管路上。

在本发明的其它实施例中，供给处理溶液的方法包括：接收和混合来自一个或者多个化学品供给器的化学品；当混合处理溶液通过初步加热器时，初步将混合处理溶液的温度增加至确定的温度度数；以及通过主加热器将处理溶液的温度二次增加至确定的温度度数。当初步加热器中发生温度超调时，流过绕行至初步加热器的第一绕行管路的处于常温的一部分处理溶液可与其温度被初步增加的处理溶液混合。

在一些实施例中，当实时降低处理溶液的温度（其温度在二次增加温度时增加到确定的度数）时，流过绕行至初步加热器和主加热器的第二绕行管路的处于常温的一部分处理溶液可与其温度被二次增加的处理溶液混合。

在其它的实施例中，为精确地增加处理溶液的温度，在二次增加温度时可以使用水浴加热器。

附图说明

包括附图以提供对本发明的进一步的理解，其被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示意性示出基板处理系统的俯视图；

图2是示出基板处理装置的横断面视图；

图3是示出为相应基板处理装置设置的处理溶液供给单元的结构图；和

图4是示出处理溶液供给单元的结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更加详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同形式体现，并不应构造为限制于此处所阐述的实施例。而是，这些实施例的提供使得公开更加全面与完整，且将本发明的范围充分传达给了本领域的技术人员。

图1是示意性示出基板处理系统1000的俯视图。

参照图1，基板处理系统1000可以包括分度器（index）部分10和处理部分20。分度器部分10和处理部分20布置成一行。在下文中，布置分度器部分10和处理部分20的方向被指定为第一方向1，在俯视图中垂直于第一方向1的方向被指定为第二方向2，并且垂直于包括第一方向1和第二方向2的平面的方向被指定为第三方向3。

分度器部分10在第一方向1上布置在基板处理系统1000的前部。分度器部分10包括装载端口12和转移框架14。

容纳基板W的载体11位于装载端口12上。装载端口12设置有多个且沿第二方向2布置成一列。所述装载端口12的数量可以根据基板处理系统1000的处理效率和表面区域（footprint）情况增加或者减少。前开式晶圆盒（FOUP）可以用作载体11。用于容纳水平于地表面的基板的多个狭槽形成于载体11上。

转移框架14在第一方向上临近装载端口12设置。转移框架14设置在装载端口12和处理部分20的缓冲单元30之间。转移框架14包括分度器轨道15和分度器机械手17。分度器机械手17位于分度器导轨15上。分度器机械手17在缓冲单元30和载体11之间转移基板W。分度器机械手17在第二方向2上沿着分度器轨道15笔直地移动或者围绕第三方向3旋转。

处理部分20在第一方向1上设置在基板处理系统1000的后部，临近分度器部分10。处理部分20包括缓冲单元30、转移路径40、主转移机械手50和基板处理装置60。

缓冲单元30在第一方向1上设置在处理部分的前部。缓冲单元30是在基板处理装置60和载体11之间转移基板W之前该基板W临时存储及备用（onstandby）的地方。缓冲器30设置有狭槽（未示出），基板W布置在狭槽上，其中，狭槽设置有多个，且其在第三方向3上互相分离。

对应于缓冲单元30设置转移路径40。转移路径40设置成使其纵向方向平行于第一方向1。转移路径40设置有经由其主转移机械手50移动的路径。在转移路径40的两侧，基板处理装置60在第一方向上彼此面对设置。转移轨道安装在转移路径40上，以允许主转移机械手50在第一方向1上移动，并在基板处理装置60的顶部和底部之间以及在缓冲单元30的顶部和底部之间上升或者下降。

主转移机械手50安装在转移路径40上，并在基板处理装置60和缓冲单元30之间或者在相应基板处理装置60之间转移基板W。主转移机械手50在第二方向2上沿着转移路径40笔直地移动，或者围绕第三方向3旋转。

基板处理装置60设置有多个并且在第二方向2上设置在转移路径40的两侧。一些基板处理装置60沿转移路径40的纵向方向设置。此外，一些基板处理装置60还设置为彼此堆叠。也就是说，基板处理装置60可以在转移路径40的一侧上布置为A×B。在此情况中，A是在第一方向1上设置成一行的基板处理装置60的数量，并且B是在第二方向2上设置成一行的基板处理装置60的数量。当将4个或者6个基板处理装置60设置在转移路径40的一侧上时，基板处理装置60可以设置成2×2或者3×2之一。基板处理装置60的数量可以增加或者减少。与上述内容不同的是，基板处理装置60可以只设置在转移路径40的一侧。此外不同地，基板处理装置60还可以在转移路径40的一侧或者两侧设置成单层。

基板处理装置60可以执行清洗基板W的处理。基板处理装置60可根据所执行的清洗处理的种类而具有不同的结构。不同地，各个基板处理装置60可具有相同的结构。可选择地，基板处理装置60被分为多个组，其中，包含在相同组中的基板处理装置60可以具有相同的结构，且包含在不同组中的基板处理装置60可以彼此具有不同的结构。例如，当将基板处理装置60分成两组时，第一组的基板处理装置60可以设置在转移路径40的一侧，并且第二组的基板处理装置60可以设置在转移路径40另一侧。可选地，第一组的基板处理装置60可以设置在转移路径40两侧的低层，并且第二组的基板处理装置60可以设置在转移路径40两侧的上层。第一组的基板处理装置60和第二组的基板处理装置60可以根据所使用的化学品的种类或者其清洗方法的种类进行分类。不同地，第一组的基板处理装置60和第二组的基板处理装置60可设置为在基板W上连续地执行处理。

图2是示出基板处理装置60的横断面视图，并且图3是示出为相应基板处理装置60设置的处理溶液供给单元800的结构图。

在本实施例中，例如，将描述通过使用处理溶液来清洗基板的装置。然而，本发明的技术范围不限于此，还可以应用于在向基板提供处理溶液的同时执行诸如蚀刻处理的处理的多种装置。

而且，在本实施例中，尽管将半导体基板描述为由基板处理装置处理的基板，但是本发明不限于此，还可以应用于诸如玻璃基板的多种基板。

参照图2和图3，基板处理装置60包括处理腔室700、处理容器100、基板支撑元件200、喷射元件300和处理溶液供给单元800。

处理腔室700提供了封闭空间，风扇过滤单元710安装在处理腔室700的顶部。风扇过滤单元710在处理腔室700内部生成气陷（air pocket）。

风扇过滤单元710是由过滤器和供气扇形成的模块，且是过滤新鲜空气并将新鲜空气供给至处理腔室700中的器件。新鲜空气通过风扇过滤单元710并且供给到处理腔室700，因此形成气陷。气陷在基板上方提供均匀的气流，并且经由处理容器100的收集容器将在由处理溶液处理基板表面时产生的诸如烟气的污染气体和空气一起排放至排气元件400并将它们移除，因此，保持了处理容器100内部的清洁。

通过横向划分将处理腔室700分割成处理区域716和维持区域718。尽管附图中示出一部分，维持区域718是这样一个空间：其中除了收集管路141和145以及连接至处理容器100的次排气管路410之外的连接至喷射元件300的喷嘴340的处理溶液供给单元800所处的空间，维持区域718可以与用于处理基板W的处理区域716相分离。

处理容器100的形状是具有敞开式顶部的圆柱形，且处理容器100为处理基板W提供处理空间。处理容器100的敞开式顶部设置为传送基板W的路径。基板支撑元件200位于处理空间中。处理容器100设置有连接至位于处理空间下面的排气元件400的排气管道190。排气管道190设有位于底面上的排水管路192。

处理容器100包括收集器皿121、122和123以及第一上升元件130。

收集器皿121、122和123设置成多级式以吸收分散在旋转基板W和空气中的化学品。各个收集器皿121、122和123都可以收集用于处理的不同的处理溶液。

第三收集器皿123形成为围绕基板支撑元件200的环形形状，第二收集器皿122形成为围绕第三收集器皿123的环形形状，并且第一收集器皿121形成为围绕第二收集器皿122的环形形状。第三收集器皿123的内部空间123a设置为进口，化学品和空气通过该进口被吸入第三收集器皿123中。位于第三收集器皿123和第二收集器皿122之间的空间设置为进口，化学品和空气通过该进口吸入第二收集器皿122中。此外，位于第二收集器皿122和第一收集器皿121之间的空间设置为进口，化学品和空气通过该进口吸入第一收集器皿121中。

在本实施例中，处理容器100如所示具有三个收集器皿，但是不限于此，其可以包括两个收集器皿或者三个以上收集器皿。

处理基板W时，排气元件400为处理容器100内部提供排气压力。排气元件400包括连接至排气管道190的次排气管路410和气闸420。次排气管路410接收来自于排气泵（未示出）的排气压力并连接至埋于半导体生产线底部空间的主排气管路。

在执行处理时，基板支撑元件200支撑并旋转基板W。基板支撑元件200包括旋转头210、支撑轴220和旋转驱动器230。旋转头包括支承销212和卡盘销214。从俯视图来看，旋转头210具有形成为基本上圆形形状的顶面。可旋转的支撑轴220通过旋转驱动器230固定并联接至旋转头210的底面。

喷射元件300接收来自于处理溶液供给单元800的处理溶液，并将处理溶液喷射至放置在基板支撑元件200的旋转头210上的基板W的经处理的表面。喷射元件300包括支撑轴320、驱动器310、喷嘴支撑杆330和喷嘴340。在支撑轴320的情况下，其纵向设置为第三方向3，且其底端与驱动器310结合。驱动器310允许支撑轴320旋转并笔直地移动。喷嘴支撑杆330与支撑轴320结合，并且当喷射处理溶液时，喷嘴支撑杆330朝向基板W顶部转移喷嘴340或者允许喷嘴340在基板W上方移动。

喷嘴340安装在喷嘴支撑杆330端部的底面上。通过驱动器310将喷嘴340转移至处理位置和备用位置。处理位置是指喷嘴340垂直设置于处理容器100顶部的位置，备用位置是指喷嘴340在垂直于处理容器100顶部以外的位置。喷嘴340喷射处理溶液供给单元800供给的处理溶液。此外，喷嘴340还可以直接接收和喷射除处理溶液供给单元800供给的处理溶液以外的另外的处理溶液。

图4是示出处理溶液供给单元800的结构图。

参照图4，处理溶液供给单元800包括速率控制器810、供给管路820、初步加热器830、主加热器840、流量控制器850、第一绕行管路862、第二绕行管路864、回流管路866和控制器890。

速率控制器810接收来自一个或者多个化学品供给器的化学品。例如，速率控制器810可以从第一化学品供给器802a和第二化学品供给器802b接收将被混合的化学品。控制化学品流量的流量控制器808可以安装在使第一化学品供给器802a和第二化学品供给器802b其中之一与速率控制器810彼此连接的管路804上。流量控制器808可以包括液体流量控制器LFC。也就是说，第一化学品供给器802a和第二化学品供给器802b可以预定范围内的压力供给由流量控制器808确定的化学品总量的化学品。

换言之，多种化学品通过流量控制器808控制其总量并且混合，随后在通过线上（inline）速率控制器810时再次混合。相应地，处理溶液供给单元800不需要包括用于混合化学品的混合槽。

另一方面，尽管图4中仅示出了第一化学品供给器802a和第二化学品供给器802b，但是化学品供给器可以是三个或者更多个，且其中之一可以是蒸馏水（DIW）供给器802c。控制使用蒸馏水的化学品的温度可以通过将热蒸馏水和冷蒸馏水适当地混合而达到需要的温度来初步地执行并且通过利用主加热器840精确地控制来二次地执行。

将通过速率控制器810线上混合的混合化学品（在下文中称作处理溶液）被供给到处理溶液使用单元。例如，混合化学品使用单元可以是处理腔室或者喷射元件，并且处理溶液可以通过喷嘴340供给基板W。

另一方面，通过速率控制器810混合的处理溶液可以通过连接至速率控制器810的浓度计（未示出）测量其浓度。换言之，处理溶液的浓度可以通过连接至速率控制器810的浓度计直接测量。

通过速率控制器810混合的处理溶液通过供给管路820供给喷射元件340。

在供给管路820中，初步加热器830、主加热器840和流量控制器850是顺序安装的。

初步加热器830安装在速率控制器810和主加热器840之间的供给管路820上。处理溶液的温度初步增加至最临近期望温度的度数，其是处理溶液通过初步加热器830时所确定的温度。例如，初步加热器可以是加热灯。

主加热器840安装在初步加热器830和流量控制器850之间的供给管路820上。处理溶液的温度精确地增加至期望的度数，其是处理溶液通过主加热器840时所确定的度数。例如，主加热器840可以是精确调节处理溶液的温度的水浴加热器。水浴加热器可以包括：水浴盆，其充满了用于水浴的液体；加热器，其将用于水浴的水加热到一定温度；和换热管，待加热的处理溶液通过换热管。在处理溶液通过水浴加热器的换热管的同时，处理溶液的温度精确地增加至确定的度数。在水浴加热器中，当处理溶液的温度的确定度数是100度或者更低时，使用恒温水，当处理溶液的温度的确定度数是100度或者更高时，使用硅油。

第一绕行管路862连接至供给管路820以绕行至初步加热器830。第一阀门863安装在第一绕行管路862上。当处理溶液经由第一绕行管路862绕行至初步加热器830时，部分处理溶液可以流动。例如，当初步加热器830中发生温度超调时，为防止此超调，允许部分处于常温的处理溶液通过第一绕行管路862绕行并与其温度通过初步加热器830被增温的处理溶液混合，从而控制流入主加热器840的处理溶液的温度。

第二绕行管路864连接至供给管路820以绕行至初步加热器820和主加热器840。第二阀门865安装在第二绕行管路864上。部分处理溶液可以通过第二绕行管路864绕行至初步加热器820和主加热器840，然后可加入供给管路820。例如，当要降低通过主加热器840将其温度实时增加至确定的度数的处理溶液的温度时，此处理溶液的温度可以通过混合流经第二绕行管路864的处于常温的处理溶液来实时控制。在本实施例中，第二绕行管路864绕行至初步加热器830和主加热器840。然而，作为另一个示例，第二绕行管路864可以连接至供给管路820以绕行至主加热器840。

回流管路866连接至供给管路820以允许处理溶液从主加热器840的下游返回至初步加热器830的上游。第三阀门867和循环泵868可安装在回流管路866上。当停止供给处理溶液时，供给管路820内的化学品的温度下降。为防止此情况，在停止供给处理溶液后，供给管路820内部的处理溶液通过回流管路866循环，从而维持了供给管路820内部的处理溶液的温度的一致性。

控制器890控制第一阀门863、第二阀门865、第三阀门867和循环泵868。控制器890可控制第一阀门863和第二阀门865，以允许部分处理溶液流过第一绕行管路862和第二绕行管路864。此外，控制器890还可以控制第三阀门867和循环泵868，以允许处理溶液通过回流管路866循环。

根据示例性实施例，在通过以所需比例实时混合化学品而获取处理溶液后，能够在将处理溶液的温度增加至所需度数的同时供给处于常温的化学品。

此外，根据示例性实施例，能够向各个腔室供给具有不同条件的处理溶液。

此外，根据示例性实施例，能够实时改变处理溶液的温度和流量。

此外，根据示例性实施例，能够防止瞬间发生的温度摆动。

此外，根据示例性实施例，尽管处理溶液未喷出，也能够维持喷嘴部分的温度一致。

认为以上所公开的主题是例证性的，而非限制性的，附加的权利要求书旨在覆盖落入本发明的实质和范围内的全部变型、改进和其它实施例。因此，法律所允许的最大保护范围内，本发明的保护范围通过以下权利要求的最大可允许的解释和其等同物确定，并且不应被前述详细描述所限制或限定。

Claims (9)

1.一种基板处理装置，其包括：

处理腔室，其容纳基板并利用处理溶液处理所述基板；以及

供给单元，其向所述处理腔室供给所述处理溶液，

其中，所述供给单元包括：

供给管路，所述处理溶液通过所述供给管路供给；

初步加热器，其安装在所述供给管路中并初步加热所述处理溶液；

主加热器，其安装在所述初步加热器下游处的所述供给管路上并二次加热所述处理溶液；

第一绕行管路，其连接至所述供给管路以绕行至所述初步加热器，并包括第一阀门；以及

控制器，其控制所述第一阀门。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括第二绕行管路，所述第二绕行管路连接至所述供给管路以绕行至所述初步加热器和所述主加热器或者绕行至所述主加热器，所述第二绕行管路包括由所述控制器控制的第二阀门。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其进一步包括回流管路，所述回流管路连接至所述供给管路以允许所述处理溶液从所述主加热器的下游返回至所述初步加热器的上游。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述主加热器是水浴加热器以精确控制处理溶液的温度。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其进一步包括安装在所述供给管路上的速率控制器，其接收来自一个或者多个化学品供给器的一种或多种化学品，并向所述初步加热器供给混合处理溶液。

6.根据权利要求5所述的装置，其中控制化学品流量的流量控制器被安装在连接所述速率控制器和所述化学品供给器的管路上。

7.一种供给处理溶液的方法，该方法包括：

接收和混合来自一个或者多个化学品供给器的化学品；

当混合处理溶液通过初步加热器时，初步将所述混合处理溶液的温度增加至确定的温度度数；和

通过主加热器将所述处理溶液的温度二次增加至确定的温度度数，

其中，当所述初步加热器发生超调时，流过绕行至所述初步加热器的第一绕行管路的处于常温的一部分处理溶液可以与其温度被初步增加的处理溶液混合。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，当要实时降低所述处理溶液的温度时，所述处理溶液的温度在二次增加温度时增加至确定的度数，流过绕行至所述初步加热器和所述主加热器的第二绕行管路的处于常温的所述一部分处理溶液与其温度被二次增加的处理溶液混合。

9.根据权利要求7和8中的任一项所述的方法，其中在二次增加温度时使用水浴加热器以便精确地增加所述处理溶液的温度。

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