CN105655232B - 基板处理方法、基板处理装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基板处理方法。该基板处理方法用于显影工艺后的基板，其步骤如下：利用两个第一喷嘴于基板上持续提供液体，液体与基板之间具有接触角；利用第二喷嘴于液体中持续提供气体，以移除部分液体，暴露部分基板的表面。其中，其中一个第一喷嘴沿着第一方向延伸，另一个第一喷嘴沿着第三方向延伸，以及第二喷嘴沿着第二方向延伸，上述第一方向、第三方向与第二方向不同。通过提供上述气体以改变液体与基板之间的接触角，使得液体移动。

Description

基板处理方法、基板处理装置及其应用

技术领域

本发明是有关于一种基板处理方法及其处理装置，且特别是有关于一种用于光刻胶显影机台的基板处理方法及其处理装置。

背景技术

光刻(Photolithography)是半导体元件工艺中的一个重要步骤，其可利用曝光与显影工艺在光刻胶上形成所需的图形结构，然后通过刻蚀工艺将光刻胶上的图形转移到所需的基板上。

在实际生产过程中，曝光后的光刻胶在与显影液进行酸碱中和反应之后，如果有部分光刻胶或显影液残留在不需要光刻胶保护的区域中，将会影响后续刻蚀工艺的结果。随着半导体元件的关键尺寸的愈来愈小，残留的光刻胶或显影液对于后续刻蚀工艺的不良影响也会愈来愈大。因此，在显影工艺过后，如何完全移除不需要的光刻胶或显影液将成为未来重要的课题之一。

发明内容

本发明提供一种基板处理方法及其处理装置，其可降低显影工艺后的基板表面的缺陷(Defect)，进而提升显影工艺后的基板表面的清洁度。

本发明提供一种基板处理方法，用于显影工艺后的基板，其步骤如下。利用第一喷嘴于基板上持续提供液体。上述液体与基板之间具有接触角。利用第二喷嘴于液体中持续提供气体，移除部分液体，以暴露部分基板的表面。第一喷嘴沿着第一方向延伸；上述第二喷嘴沿着第二方向延伸。上述第一方向与第二方向不同。通过提供上述气体以改变液体的接触角，使得液体沿移动。

在本发明的一实施例中，在上述液体中持续提供气体时，还包括同时旋转基板。

在本发明的一实施例中，上述第一喷嘴与第二喷嘴构成一双喷嘴机械手臂。上述双喷嘴机械手臂沿着轴向方向移动，使得液体也沿着轴向方向移动。

在本发明的一实施例中，上述第一方向与上述第二方向夹第一角度，第一角度为0度至12度。

在本发明的一实施例中，上述液体包括去离子水(DIW)、异丙醇、丙酮、乙醇或其组合。

在本发明的一实施例中，上述气体包括氮气、氦气、氩气、压缩干燥空气或其组合。

本发明提供一种基板处理装置，包括基座以及双喷嘴机械手臂。将基板配置于基板台上，且予以旋转。双喷嘴机械手臂位于基座的上方，且沿着轴向方向移动。双喷嘴机械手臂包括第一喷嘴与第二喷嘴。第一喷嘴沿着第一方向延伸，并持续提供液体于基板上。第二喷嘴沿着第二方向延伸。第二喷嘴持续提供气体于上述液体中，移除部分液体，以暴露部分基板的表面。上述轴向方向、第一方向以及第二方向不同。

在本发明的一实施例中，上述第一方向与上述第二方向夹第一角度，第一角度为0度至12度。

本发明提供一种光刻胶显影机台，其包括上述基板处理装置。光刻胶显影机台包括显影液喷嘴配置于基座的上方。其提供显影液于基座上的基板上。上述基板处理装置用以清洗残留在基板上的显影液。

在本发明的一实施例中，上述液体包括去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇或其组合。而上述气体包括氮气、氦气、氩气、压缩干燥空气或其组合。

基于上述，本发明利用第二喷嘴持续提供气体于第一喷嘴所持续提供的液体中，移除部分液体，以暴露部分基板的表面。如此一来，持续提供的气体便可带动液体至基板的边缘，以完全移除残留在基板上的显影液、光刻胶或其他缺陷，提升显影工艺后的基板表面的清洁度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为依照本发明一实施例的基板处理装置的立体示意图。

图2A绘示为图1的部分P的正面示意图。

图2B绘示为图1的部分P的侧面示意图。

图3A至图3C绘示为依照本发明一实施例的光刻胶显影步骤流程的剖面示意图。

图4A至图4B绘示为依照本发明一实施例的基板处理方法的动作示意图。

【符号说明】

10：基座；

11：平台；

12：旋转轴；

13：双喷嘴机械手臂；

14：机械手臂；

14a：连接部；

14b：移动部；

14c：旋转部；

14d：驱动部；

16a、16b：第一喷嘴；

18：第二喷嘴；

20a、20b、22：连接构件；

21：固定构件；

23、24：螺丝；

26：显影液喷嘴；

100：图案化光刻胶层；

110：显影液；

D₁：第一方向；

D₂：第二方向；

D₃：第三方向；

D₁₂：距离；

D_a：轴向方向；

L、L₁、L₂：液体；

P：部分；

W：基板；

θ₁：第一角度；

θ₂：第二角度；

θ_c1、θ_c2：接触角。

具体实施方式

图1绘示为依照本发明一实施例的基板处理装置的立体示意图。图2A绘示为图1的部分P的正面示意图。图2B绘示为图1的部分P的侧面示意图。

请参照图1，本发明的基板处理装置包括：基座10以及双喷嘴机械手臂13。双喷嘴机械手臂13位于基座10的上方，其可提供所需的液体或气体于基座10上的基板W。更具体地说，基座10包括平台11与旋转轴12。基板W可配置于平台11上，以保持水平状态。旋转轴12位于平台11下方，其用于旋转平台11，并且使得平台11上的基板W也随之旋转。

双喷嘴基机械手臂13包括机械手臂14、第一喷嘴16a、第一喷嘴16b以及第二喷嘴18。详细地说，机械手臂14可包括连接部14a、移动部14b、旋转部14c以及驱动部14d。连接部14a与移动部14b位于平台11的上方，其中连接部14a位于移动部14b的一端，且与第一喷嘴16a、第一喷嘴16b以及第二喷嘴18连接。旋转部14c与驱动部14d则位于平台11的一侧。旋转部14c与移动部14b的另一端连接。驱动部14d用以驱动旋转部14c旋转，使得移动部14b以及与连接部14a连接的第一喷嘴16a、第一喷嘴16b以及第二喷嘴18沿着轴向方向D_a移动。整体而言，连接部14a、移动部14b、旋转部14c以及驱动部14d所构成的机械手臂14呈现阿拉伯数字7的形状。但本发明并不以此为限，只要是能让移动部14b以及与连接部14a连接的第一喷嘴16a、第一喷嘴16b以及第二喷嘴18沿着轴向方向D_a移动，连接部14a、移动部14b、旋转部14c以及驱动部14d所构成的机械手臂14的形状并不设限。

请同时参照图1、图2A以及图2B，第一喷嘴16a、第一喷嘴16b以及第二喷嘴18与连接部14a连接。连接部14a包括连接构件20a、连接构件20b、固定构件21以及连接构件22。固定构件21位于连接构件20a、20b、22之间，用以将连接构件20a、20b、22固定在固定构件21上。固定构件21与移动部14b相连接(未绘示)，其使得机械手臂14沿着轴向方向D_a移动时，第一喷嘴16a、第一喷嘴16b以及第二喷嘴18也跟着移动。详细地说，如图2A与图2B所示，第一喷嘴16a与连接构件20a连接且沿着第一方向D₁延伸；第一喷嘴16b与连接构件20b连接且沿着第三方向D₃延伸；而第二喷嘴18与连接构件22连接且沿着第二方向D₂延伸。第一方向D₁与第二方向D₂夹第一角度θ₁；而第三方向D₃与第二方向D₂夹第二角度θ₂。第一角度θ₁与第二角度θ₂可分别通过螺丝23、24来进行调控。由于本实施例的基板处理装置可应用于偶数工艺单元的机台，因此，第一喷嘴16a与第一喷嘴16b为左右对称且功能相同的构件，其可分别进行相同的工艺步骤。但本发明并不限于此，在其他实施例中，本发明的基板处理装置也可以应用于奇数工艺单元的机台，也就是说本发明的基板处理装置可具有至少一个第一喷嘴16a。另外，图2A分别绘示3个螺丝23以及3个螺丝24，但是所属领域中普通技术人员应可理解，螺丝23、24的数量与配置可因应各种需求而异，设计者可根据实际应用所需而增减螺丝，本发明并不限于此。此外，虽然本实施例中是以螺丝为例，但本发明也可以适用于其他固定构件，例如卡榫或铆钉等等。

在一实施例中，第一角度θ₁为0度至12度；而第二角度θ₂为0度至12度。第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间夹第一角度θ₁，第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间相隔一距离D₁₂。此距离D₁₂可由第一喷嘴16a以及第二喷嘴18的长度以及第一角度θ1的大小来进行调整。举例来说，第一喷嘴16a以及第二喷嘴18的长度愈长，且第一角度θ₁的角度愈大，则距离D₁₂的距离愈大。在一实施例中，距离D₁₂为1.5cm至4.5cm。如此一来，本发明可解决第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间距离太近，而导致基板W表面清洁不足的问题。同样地，第一喷嘴16b与第二喷嘴18之间也如上述，其详细方法将于以下段落进行说明，于此便不再赘述。

在本实施例中，本发明的基板处理装置可用于光刻胶显影机台。但本发明并不以此为限，在其他实施例中，基板处理装置也可以用于需要清洗或处理基板表面的任何机台。以下将以光刻胶显影机台为例来说明。以下实施例皆以第一喷嘴16a来进行说明，但是所属领域中普通技术人员应可理解第一喷嘴16b也具有相同结构与功能，于此便不再赘述。

图3A至图3C绘示为依照本发明一实施例的光刻胶显影步骤流程的剖面示意图。图4A至图4B绘示为依照本发明一实施例的基板处理方法的动作示意图。

请参照图3A，于平台11上放置基板W，以保持水平状态。基板W上具有图案化光刻胶层100，其中图案化光刻胶层100可例如是使用电子束对基板W上的光刻胶材料层(未绘示)进行图案描绘所形成的，详细的过程为本领域中普通技术人员所熟知，于此便不赘述。然后，利用显影液喷嘴26在基板W上提供显影液110，使得显影液110覆盖图案化光刻胶层100的表面，以进行显影步骤。显影步骤是利用显影液110与图案化光刻胶层100进行酸碱中和反应之后，以使图案化光刻胶层100上显现所欲转移的图案。

请参照图3B，利用平台11下方的旋转轴12以旋转平台11，使得基板W上的显影液110被旋干。在一实施例中，旋转轴12的转速为1000rpm至2000rpm。

请参照图3C，在平台11旋转时，也可以同时清洗残留在基板W上的显影液110，其步骤如下。首先，利用第一喷嘴16a于基板W上持续提供液体L。液体L与基板W之间具有接触角θ_c1，如图4A所示。在此所述接触角是指液体L表面的气液界面接触基板W表面所夹的角度，其中接触角θ_c1愈大则疏水性愈高。第一喷嘴16a与机械手臂14连接。机械手臂14位于平台11的上方，且沿着轴向方向D_a移动。特别注意的是，在进行本实施例的光刻胶显影步骤时，可于第一喷嘴16a与第一喷嘴16b中择一进行。在本实施例中，第一喷嘴16a与第一喷嘴16b皆具有提供液体L的功用。在一实施例中，液体L包括去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇、或其组合。第一喷嘴16a的管径为5mm至6mm，其提供液体的流速为250ml/min至350ml/min。同样地，第一喷嘴16b的管径也为5mm至6mm，其可提供液体的流速为250ml/min至350ml/min。

接着，利用第二喷嘴18于液体L中持续提供气体G。第二喷嘴18也与机械手臂14连接。请参照图4B，气体G破坏液体L的表面张力，暴露出部分基板W的表面，以将液体L分隔成液体L₁与液体L₂。但本发明并不限于此，在其他实施例中，第一喷嘴16a与第二喷嘴18也可以分别同时提供液体L与气体G。另一方面，以上视图而言，则是利用气体G移除第二喷嘴18下方区域的部分液体L，在液体L中形成气体G的同心圆(未绘示)。如图4B所示，液体L₁与液体L₂与基板W之间具有接触角θ_c2，其中接触角θ_c2大于接触角θ_c1。因此，当双喷嘴机械手臂13沿着轴向方向D_a移动，气体G便容易带动液体L₁或液体L₂至基板W的边缘，使得残留在基板W上的显影液110随着液体L₁或液体L₂同时被移除。换句话说，本实施例可通过第二喷嘴18持续提供垂直于基板W的作用力，其具有改变接触角θ_c1的作用，使得液体L₁或液体L₂容易移动至基板W的边缘。因此，当双喷嘴机械手臂13提供轴向方向D_a的作用力，且旋转轴12旋转平台11以提供离心力时，便可移除液体L₁或液体L₂，以达到清洗基板W的功效。在一实施例中，气体G包括氮气、氦气、氩气、压缩干燥空气或其组合。但本发明并不以此为限，在其他实施例中，只要不与上述液体L发生反应的气体即可。第二喷嘴18的管径为1mm至2mm，其提供气体G的压力为0.3至0.5kpa。在本实施例中，第二喷嘴18提供气体G的压力可固定为0.4kpa，但本发明并不以此为限。此外，气体G可以持续提供的时间例如是10秒至16秒。值得一提的是，如图2A与图2B所示，本发明的第一喷嘴16a沿着第一方向D₁延伸；第一喷嘴16b沿着第三方向D₃延伸；而第二喷嘴18沿着第二方向D₂延伸。第一方向D₁与第二方向D₂夹第一角度θ₁，第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间具有一距离D₁₂。此距离D₁₂可解决当第一喷嘴与第二喷嘴过于接近时，第二喷嘴无法持续提供气体，而导致基板表面清洗不足的问题。换句话说，由于本发明的第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间具有一距离D₁₂，所以第二喷嘴18可持续提供气体G。如此一来，持续提供的气体G便足以实时移除第二喷嘴18下方区域的部分液体L。因此，持续提供的气体G便可带动液体L至基板W的边缘，以完全移除残留在基板W上的显影液110，提升显影工艺后的基板W表面的清洁度。

此外，当第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间的距离D₁₂愈大(也就是第一角度θ₁的角度愈大)，第一喷嘴16a所持续提供液体L的流速也可以随之增加。当持续提供液体L的流速增加，也可以增加基板W表面的清洁度。第一喷嘴16a与第二喷嘴18之间的距离(也就是第一角度θ₁的角度)可通过螺丝23来进行调控，借此也可以调整第一喷嘴16a所持续提供液体L的流速。

实验例

在本实验例中，利用第一喷嘴于基板上持续提供去离子水。接着，再利用第二喷嘴于去离子水中持续提供氮气11秒，借此移除残留在基板上的缺陷。然后，在进行上述基板处理方法后，检测此基板表面的缺陷(Defect)数量，其结果如表1所示。

比较例1

在比较例1中，利用第一喷嘴于基板上持续提供去离子水，但并未利用第二喷嘴提供氮气。然后，在进行上述基板处理方法后，检测此基板表面的缺陷数量，其结果如表1所示。

比较例2

在比较例2中，利用第一喷嘴于基板上持续提供去离子水。接着，再利用第二喷嘴于去离子水中提供一次氮气，大约0.5秒至0.6秒，其后不再提供氮气。然后，在进行上述基板处理方法后，检测此基板表面的缺陷数量，其结果如表1所示。

表1

请参照表1，依照实验例、比较例1以及比较例2的基板处理方法处理基板之后，实施例的缺陷数量远小于比较例1与比较例2的缺陷数量。由此可知，相较于比较例1与比较例2，实施例的基板处理方法具有更好的基板表面的清洁度，以提升所述产品的可靠度。

综上所述，由于本发明的第一喷嘴与第二喷嘴之间具有一距离，其使得第二喷嘴可持续提供气体至第一喷嘴所持续提供的液体中。如此一来，第二喷嘴所提供的气体不仅可以实时移除第二喷嘴下方区域的部分液体，且持续提供的气体可带动液体至基板的边缘，以完全移除残留在基板上的显影液、光刻胶或其他缺陷，提升显影工艺后的基板表面的清洁度。此外，第一喷嘴与第二喷嘴之间的距离拉大，也可以增加第一喷嘴所持续提供液体的流速，进而加强基板表面的清洁度。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作部分的更改与修饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种基板处理方法，其特征在于，用于显影工艺后的一基板，其步骤包括：

利用两个第一喷嘴于该基板上持续提供一液体，该液体与该基板之间具有一接触角，其中一个第一喷嘴沿着一第一方向延伸，另一个第一喷嘴沿着第三方向延伸；以及

利用一第二喷嘴于该液体中持续提供一气体，移除部分该液体，以暴露部分该基板的表面，该第二喷嘴沿着一第二方向延伸，其中该第一方向、第三方向与该第二方向不同，通过提供该气体以改变该液体与该基板之间的该接触角，使得该液体移动，第二喷嘴可持续提供气体至两个第一喷嘴所持续提供的液体中；

其中该第一喷嘴与该第二喷嘴构成一三喷嘴机械手臂，该三喷嘴机械手臂沿着一轴向方向移动，使得该液体也沿着该轴向方向移动。

2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，在该液体中持续提供该气体时，还包括同时旋转该基板。

3.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中该第一方向与该第二方向夹一第一角度，该第一角度为0度至12度。

4.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇或其组合。

5.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中该气体包括氮气、氦气、氩气、压缩干燥空气或其组合。

6.一种基板处理装置，其特征在于，包括：

一基座，将一基板配置于该基座上，且予以旋转；以及

一三喷嘴机械手臂，位于该基座的上方，且沿着一轴向方向移动，该三喷嘴机械手臂包括：

两个第一喷嘴，其中一个沿着一第一方向延伸，另一个第一喷嘴沿着第三方向延伸并持续提供一液体于该基板上；以及

一第二喷嘴，沿着一第二方向延伸，并持续提供一气体于该液体中，移除部分该液体，以暴露部分该基板的表面，其中该轴向方向、该第一方向、第三方向以及该第二方向不同，第二喷嘴可持续提供气体至两个第一喷嘴所持续提供的液体中。

7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中该第一方向与该第二方向夹一第一角度，该第一角度为0度至12度。

8.一种光刻胶显影机台，其特征在于，包括根据权利要求6或7所述的基板处理装置，该光刻胶显影机台包括：

一显影液喷嘴，配置于该基座的上方，提供显影液于该基座上的该基板上，

其中该基板处理装置用以清洗残留在该基板上的显影液。

9.根据权利要求8所述的光刻胶显影机台，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇或其组合，而该气体包括氮气、氦气、氩气、压缩干燥空气或其组合。