CN106796902B - 基板处理装置及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种基板处理装置及基板处理方法。所公开的基板处理装置包括：放射率设定部被输入自与基板相接触的化学液或从基板与化学液相接触的交界面处放射的放射率；辐射能量输入部，被输入自化学液或交界面处放射的辐射能量；以及计算部，根据放射率与辐射能量而计算化学液或交界面的计算温度。

Description

基板处理装置及基板处理方法
技术领域
本发明涉及一种基板处理装置及基板处理方法，尤其涉及一种直接测量化学液或化学液与基板相接触的交界面的计算温度，从而能够使基于化学液的基板处理温度最佳化的基板处理装置及基板处理方法。
背景技术
通常，湿式工序是指使化学液(liquid chemical)与诸如硅晶圆等基板接触而对基板的表面执行蚀刻或清洁等处理的工序。
具体地，湿式工序可包括蚀刻工序，使化学液与基板接触而在基板上形成薄膜(thin film)或膜层(layer)。此外，湿式工序可包括清洁工序，清洁化学液与基板接触而形成于基板上的薄膜或膜层或者清除形成于基板上的污染物(contamination)等。
另外，随着在半导体领域中半导体组件的集成度的提升，形成于基板上的图案已经微缩至几十纳米的程度，由此，蚀刻工序与清洁工序的重要性不断提高。
因此，实际情况是，基于高产性而维持了几十年的批次型(batch type)湿式工序中的一部分正在被单一晶圆型湿式工序所取代。然而，由于现有湿式工序很难准确地测量化学液和基板的温度，以及很难维持化学液和基板的温度为设定温度，因此存在有难以确保基板处理的均匀性的问题。所以，需要改善上述问题。
本发明的背景技术公开于韩国登录专利公报第10-1037179号(于2011年5月19日注册，发明名称：基板处理装置中的温度控制器的误动作查找装置及方法)。
发明内容
要解决的技术问题
本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于提供一种直接测量在使用化学液而处理基板的表面的单一晶圆型湿式蚀刻或清洁等基板处理工序中与基板相接触的化学液的计算温度或化学液与基板相接触的交界面的计算温度，从而能够使基于化学液的基板处理温度最佳化的基板处理装置及基板处理方法。
技术问题的解决手段
根据本发明的基板处理装置，其特征在于，包括：放射率设定部，被输入自与基板相接触的化学液或从所述基板与所述化学液相接触的交界面处放射的放射率；辐射能量输入部，被输入自化学液或交界面处放射的辐射能量；以及计算部，根据所述放射率与所述辐射能量而计算所述化学液或所述交界面的计算温度。
根据本发明的基板处理装置，其特征在于，所述基板处理装置还包括腔室，所述腔室包括：工作台，以能够旋转的方式设置；托架，在所述工作台上分开支承所述基板；以及喷嘴，向所述基板供应所述化学液。
根据本发明，其特征在于，所述喷嘴分离设置于所述基板的下侧。
根据本发明，其特征在于，所述计算部使用根据下式3计算的绝对温度而计算所述计算温度，
[式3]
其中，
C1＝2πhc2＝3.74×10-16W/m2，
E(λ,T)是输入至所述辐射能量输入部的辐射能量，λ是根据所述辐射能量输入部而预先设定的红外线波长，ε是所述化学液或所述交界面的放射率，T是绝对温度，h是普郎克常数(plank constant)，c是光速，k是波兹曼常数(Boltzmann constant)。
根据本发明，其特征在于，由所述辐射能量部、所述放射率设定部及所述计算部构成放射温度计(Pyrometer)，以便测量所述计算温度，所述放射温度计设置于安装部，所述安装部分离设置于所述基板的上侧。
根据本发明，其特征在于，所述基板处理装置还包括保护部，所述保护部包围保护所述辐射能量输入部。
根据本发明，其特征在于，所述辐射能量输入部在以所述基板为基准的、与所述交界面相反一侧，与所述基板分离设置。
根据本发明，其特征在于，所述基板处理装置还包括控制部，所述控制部对为了蚀刻或清洁所述基板而预先设定的工序温度与所述计算温度进行比较。
根据本发明，其特征在于，所述基板处理装置还包括加热器，所述加热器分离设置于所述基板的上侧，并根据所述控制部的信号来加热所述基板或与所述基板相接触的所述化学液。
根据本发明，其特征在于，所述基板划分为：中央区，对应于所述工作台的旋转中央部分；边缘区，对应于所述工作台的旋转边缘部分；以及变化区，划分所述中央区与所述边缘区；所述辐射能量输入部与所述加热器分别设置于所述中央区、所述边缘区和所述变化区，所述控制部使所述加热器在所述中央区、所述边缘区和所述变化区分别独立工作。
根据本发明的基板处理方法，其特征在于，包括：测量步骤，测量自与基板相接触的化学液或所述基板与所述化学液相接触的交界面处放射的辐射能量；以及计算步骤，根据通过所述测量步骤所测量到的所述辐射能量和所述化学液或所述交界面处的放射率，计算与所述基板相接触的所述化学液的计算温度或所述交界面的计算温度。
根据本发明，其特征在于，所述计算步骤使用根据下式4计算的绝对温度(T)而计算所述计算温度，
[式4]
其中，
C1＝2πhc2＝3.74×10-16W/m2，
E(λ,T)是通过所述测量步骤而测量的辐射能量，λ是根据被输入所述辐射能量的辐射能量输入部而预先设定的红外线波长，ε是所述化学液或所述交界面处的放射率，T是绝对温度，h是普郎克常数(plank constant)，c是光速，k是波兹曼常数(Boltzmannconstant)。
根据本发明，其特征在于，所述基板处理方法还包括比较步骤，所述比较步骤对为了蚀刻或清洁所述基板而预先设定的工序温度与通过所述计算步骤而计算得到的所述计算温度进行比较。
根据本发明，其特征在于，当通过所述比较步骤，所述计算温度包含于预先设定的工序温度时，实施所述测量步骤。
根据本发明，其特征在于，所述基板处理方法还包括校正步骤，当通过所述比较步骤，所述计算温度未包含于预先设定的工序温度时，所述校正步骤根据所述计算温度与预先设定的工序温度之间的差值，加热所述基板或与所述基板相接触的所述化学液。
发明的效果
根据本发明的基板处理装置和基板处理方法，直接测量在单一晶圆型湿式蚀刻或者清洁工序中与基板相接触的化学液的计算温度或基板与化学液相接触的交界面的计算温度，从而能够使基于化学液的基板处理温度最佳化。
此外，本发明直接测量与基板相接触的化学液或者交界面的温度，从而能够准确并有效管理基板处理温度，从而能够消除由于基板的过热(加热基板或化学液而导致基板过热)而导致基板的处理不均匀等问题。
此外，本发明在单一晶圆型湿式蚀刻工序中，能够精确地控制占有大比重的基板处理温度变化，从而能够准确并有效管理基板处理温度。
此外，随着图案的集成度变高，本发明能够在湿式工序装备特别是在单一晶圆型湿式蚀刻或者清洁工序装备中，实现较高的工序重复性以及精密性。
此外，本发明能够随时掌握基板内的温度分布变化，从而能够及时发现在蚀刻工序或者清洁工序中发生的不良状况，并且能够应用于掌握产出率低下的原因，并且能够预测工序不良。
此外，本发明将加热状态下的化学液供给至基板时，能够充分地补偿产生的化学液的冷却，能够确保在单一晶圆型湿式蚀刻工序或者清洁工序中精确的工序条件，能够实现单一晶圆型湿式蚀刻工序或者清洁工序的标准化。
此外，本发明适用于大面积的基板，从而能够实时地均匀维持基板整体的处理温度。
此外，本发明在基板与化学液相接触的交界面的相反一面测量计算温度，从而能够抑制或防止光对化学液的散射或干涉。
此外，本发明在与化学液相接触的交界面的相反一面加热基板或化学液，从而能够抑制或防止化学液在接触于基板的过程中蒸发或化学液浓度变化。
此外，本发明将常温下的化学液供给至基板以后，加热基板或者化学液，从而能够防止或抑制化学液的浓度或组成变化。
附图说明
图1是示出本发明的一实施例的基板处理装置的图；
图2是示出本发明的一实施例的单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中的基板的图；
图3是示出本发明的一实施例的基板处理装置的第一结构图；
图4是示出本发明的一实施例的基板处理装置的第二结构图；
图5是示出在本发明的一实施例的基板处理装置中根据温度变化而测量辐射能量的红外线波长范围的图表；
图6是示出本发明的另一实施例的基板处理装置的图；
图7是示出本发明的一实施例的基板处理方法的流程图；
图8是示出在本发明的一实施例的基板处理方法中用于检测放射温度计对化学液的特性的实验装置的构造图；
图9是示出在本发明的一实施例的基板处理方法中用于检测放射温度计对浸入于化学液中的基板的特性的实验装置的构造图；
图10是示出在本发明的一实施的基板处理方法中用于检测放射温度计对基板与化学液的交界面的特性的实验装置的构造图；以及
图11是示出在本发明的一实施例的基板处理方法中用于确认放射温度计的特性的实验装置的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的基板处理装置与基板处理方法的一实施例进行说明。在该过程中，对于附图中示出的线的粗细以及构成元素的大小等有时为了清楚方便的说明而夸大示出。
此外，下述的术语为考虑到本发明的功能而定义的术用语，因此其根据使用者或运用者的意图或惯例而有时不同。因此，关于这些术语的定义应当基于本说明书的整体内容来定义。
图1是示出本发明的一实施例的基板处理装置的图，图2是示出本发明的一实施例的单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中的基板的图，图3是示出本发明的一实施例的基板处理装置的第一结构图，图4是示出本发明的一实施例的基板处理装置的第二结构图，图5是示出在本发明的一实施例的基板处理装置中根据温度变化而测量辐射能量的红外线波长范围的图表。
参照图1至图5，本发明的一实施例的基板处理装置包括放射率设定部(11)、辐射能量输入部(15)、计算部(17)与腔室(50)，从而能够使基于化学液(C)的基板(W)的处理温度最佳化。
其中，观察单一晶圆型湿式工序的话，单片的基板(W)安装于托架(54)，通过扩散部(57)使基板(W)旋转。自一个以上化学液槽(59)经由化学液管线(58)而移动的化学液(C)按照预定顺序从与化学液槽(59)对应的喷嘴(55)供应至基板(W)的表面。
在这种单一晶圆型湿式工序中，工序结果会根据化学液(C)的接触时间、化学液(C)的量、化学液(C)的温度而不同。作为一例，在由于缩短工序时间或工序特性而需要常温以上的温度的情形下，可以在化学液槽(59)中加热化学液(C)，将加热的化学液(C)供应至基板(W)处。作为另一例，在使用混合液作为化学液(C)的情况下，可利用化学反应热。
本发明的一实施例的基板处理装置在利用自喷嘴(55)供应的化学液(C)而蚀刻或清洁单片的基板(W)的单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中，当化学液(C)与旋转的基板相接触时，可测量与基板(W)相接触的化学液(C)或基板(W)与化学液(C)相接触的交界面的计算温度。
放射率设定部(11)被输入化学液(C)的放射率或者基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处的放射率。其中，放射率根据化学液(C)的类型而预先设定。
作为一例，可分别测量供应至基板(W)并与基板(W)接触的化学液(C)的放射率或基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处的放射率，所测量到的放射率输入至放射率设定部(11)。在本发明的一实施例中，放射率可为基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处所放射的能量通过基板(W)的复合性的放射率。
辐射能量输入部(15)设置于向基板(W)的上侧分离设置的安装部(B)。辐射能量输入部(15)被输入与基板(W)相接触的化学液(C)或基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处所放射的辐射能量。
作为一例，辐射能量输入部(15)可被输入在化学液(C)与基板(W)接触的状态下从化学液(C)或交界面处放射而穿过基板(W)的辐射能量。
计算部(17)基于输入至放射率设定部(11)的放射率与输入至辐射能量输入部(15)的辐射能量而计算与基板(W)相接触的化学液(C)或交界面的计算温度。
计算部(17)可采用根据下述[式1]所计算的绝对温度(T)而计算计算温度。
[式1]
其中，
C1＝2πhc2＝3.74×10-16W/m2，
E(λ,T)是输入至辐射能量输入部(15)的辐射能量，λ是预先设定的红外线波长，ε是化学液(C)的放射率，T是绝对温度，h是普郎克常数(Plank constant)，c是光速，k是波兹曼常数(Boltzmann constant)。
其中，将计算得到的绝对温度(T)转换为摄氏温度或华氏温度，从而能够准确地测量计算温度。
预先设定的红外线波长为根据辐射能量输入部(15)而预先设定的常数。
参照图5，包含黑体的所有物质释放出辐射能量，但根据温度而峰波互不相同。
从物质所释放出的辐射能量遵循普郎克定律(plank's law)，温度越低而峰波越向长波长侧转移。
当化学液(C)的温度为摄氏25度时，能够测量1W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量的波长在大于4μm且30μm以下的范围，峰波为10μm。
其中，由于在4μm以下或大于30μm的波长难以测量辐射能量，因此将波长预先设定为大于4μm且30μm以下的红外线波长。
更具体地，红外线波长可预先设定为5μm以上且小于25μm。此时，可输入2W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为6μm以上且小于23μm。此时，可输入3W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为6μm以上且小于19μm。此时，可输入4W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为大于6μm且小于18μm。此时，可输入5W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为7μm以上且17μm以下。此时，可输入6W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为7μm以上且16μm以下。此时，可输入7W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为8μm以上且小于14μm。此时，可输入8W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此外，红外线波长可预先设定为9μm以上且11μm以下。此时，可输入9W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量至辐射能量输入部(15)。
此时，放射温度计(Pyrometer)(10)可设置于安装部(B)，并包括放射率设定部(11)、辐射能量输入部(15)及计算部(17)，以便测量计算温度。放射温度计(10)是将用于测量计算温度的放射率设定部(11)、辐射能量输入部(15)及计算部(17)模块化，从而能够简便地计算出计算温度。在放射温度计(10)中，可预先设定适于目的的放射率值、红外线波长等。
前述的放射温度计(10)可设置为在以基板(W)为基准的交界面侧与基板(W)相分离。在这种情况下，能够校正由于光对化学液(C)的散射和干涉而发生的计算温度的误差。
此外，前述的放射温度计(10)可设置为在以基板(W)为基准的与交界面相反的面侧与基板(W)相分离。在这种情况下，能够最小化光对化学液(C)的散射和干涉的影响，从而能够抑制或避免计算得到的计算温度的误差，最小化计算温度的误差范围。
前述的辐射能量部(15)或放射温度计(10)被保护部(19)包裹保护。由于设置有保护部(19)，因此可防止由于加热化学液(C)所产生的蒸汽(fume)导致辐射能量输入部(15)或放射温度计(10)发生误动作。
保护部(19)优选由如窗口、光束管等穿透性材质所制成，以使得红外线波长稳定地穿过，防止所输入的辐射能量的误差，不会干扰环境温度。
本发明的一实施例的基板处理装置还可包括控制部(30)与加热器(20)。
控制部(30)对为了蚀刻或清洁基板(W)而预先设定的工序温度与通过计算部(17)所计算的计算温度进行比较。
其中，控制部(30)可包括：信号转换部(31)，将计算部(17)所计算得出的计算温度转换成模拟或数字信号；以及控制器(33)，对信号转换部(31)的信号以及基于预先设定的工序温度的信号进行比较，传送两个信号的差异。其中，信号转换部(31)可设置于放射温度计(10)。
此外，控制部(30)可控制基板处理装置整体的动作。
控制器(33)将从信号转换部(31)接收的信号表示为供操作员能够辨认的数字或存储为用于比较的数据。此外，控制器(33)可根据两个信号的差异而判断是否存在工序异常，通知操作员。
加热器(20)设置为与基板(W)分离，根据控制部(30)的信号而加热基板(W)或加热与基板(W)相接触的化学液(C)。加热器(20)可设置于安装部(B)。
此外，加热器(20)可与辐射能量输入部(15)或放射温度计(10)形成为一体。加热器(20)可由红外线加热器所构成，加热基板(W)。
加热器(20)加热基板(W)或者与基板(W)相接触的化学液(C)，从而可将常温的化学液(C)供应至基板(W)，容易调整化学液(C)的温度，抑制或防止由于加热导致化学液(C)的成分与浓度的变化。
控制部(30)对应于由放射温度计(10)所测量到的计算温度来使加热器(20)工作。控制部(30)对计算温度与为了处理基板(W)而预先设定的工序温度进行比较，根据计算温度与预先设定的工序温度之间的差异值而控制加热器(20)的加热工作。
作为一例，在控制部(30)的信号中计算温度包含于预先设定的工序温度中时，可继续通过放射温度计(10)测量与基板(W)相接触的化学液(C)或交界面的计算温度。
此外，在控制部(30)的信号中计算温度未包含于预先设定的工序温度中时，控制部(30)将基于计算温度与预先设定的工序温度的差异值的控制信号传输至加热器(20)，升高或降低加热器(20)的输出，以便使得计算温度达到预先设定的工序温度，从而能够调整基板(W)或与基板(W)相接触的化学液(C)的温度。
如此，便能稳定地维持单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所需要的处理温度，能够提高单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序的精确度。
特别地，根据本发明的一实施例，在选择性或整个基板(W)的湿式蚀刻工序中恒定维持工序温度，从而能够提高基于基板(W)的微图案的图案宽度、图案间隔、图案密度与蚀刻深度的精确度而蚀刻基板(W)。
此外，在湿式清洁工序中，恒定维持工序温度，从而根据与基板(W)的相接触的化学液(C)而稳定地降低表面张力，以使化学液(C)容易浸入基板(W)的微图案之间，防止表面张力导致相邻图案之间接触，能够防止表面张力引起图案变形或图案破裂。
其结果，不仅能够稳定地清除残留于图案之间的蚀刻液或异物，还能够提高湿式蚀刻或清洁工序中的收率。
此外，即使化学液(C)以常温状态供应，也能够加热与基板(W)相接触的常温的化学液(C)来进行蚀刻或清洁。特别地，当采用磷酸作为化学液(C)时，可在磷酸的沸点以上温度下实施单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序。
其中，基板(W)可分成与工作台(53)的旋转中央部分相对应的中央区(W1)、与工作台(53)的旋转边缘部分相对应的边缘区(W2)以及划分中央区(W1)与边缘区(W2)之间的变化区(W3)。变化区(W3)可形成多个。这样，辐射能量输入部(15)与加热器(20)可各设置于中央区(W1)、边缘区(W2)与变化区(W3)，控制部(30)可分别在中央区(W1)、边缘区(W2)与变化区(W3)独立地使加热器(20)工作。
本发明的一实施例的基板处理装置可还包括腔室(50)。
腔室(50)稳定地安装支承基板(W)，将化学液(C)供应至基板(W)。腔室(50)中设置有工作台(53)、托架(54)及喷嘴(55)。
在腔室(50)中单一晶圆型实现湿式蚀刻或清洁工序，当处理基板(W)时，无需移动基板(W)就能实施化学液(C)的供应、蚀刻、清洁、干燥等，从而能够在生产线实现，自动化湿式蚀刻或清洁工序。
相较于批次型腔室，这种单一晶圆型腔室(50)能够容易进行各个基板(W)的处理状态的管理及基板(W)的管理，避免基板(W)之间的污染物转移，最小化化学液(C)的消耗量。
此外，相较于批次型腔室，单一晶圆型腔室(50)在进行单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序时，便于进行化学液(C)的更换，每次供应新的化学液(C)至各基板(W)处，容易管理化学液(C)的浓度。
此外，相较于批次型的腔室，单一晶圆型腔室(50)能够适应基板(W)的大型化而确保处理均匀性，降低腔室(50)的制造费用。
其中，批次型腔室使基板(W)浸于化学液(C)，从而实现湿式蚀刻或清洁工序。作为一例，批式型腔室能够将设置有多个基板(W)的晶圆盒(未图示)浸于化学液(C)，从而实现湿式蚀刻或清洁工序。
工作台(53)可旋转地设置于腔室(50)。工作台(53)通过扩散部(57)而旋转。通过扩散部(57)使基板(W)旋转，从而化学液(C)与基板(W)相接触而能够涂抹为均匀的厚度。扩散部(57)可提供喷射压力至喷嘴(55)，以使得化学液(C)自喷嘴(55)供应至基板(W)。
托架(54)设置于工作台(53)，在工作台(53)上隔开支承基板(W)。托架(54)支承基板(W)的边缘，从而可避免基板(W)的表面上产生刮伤等损坏。
喷嘴(55)将化学液(C)供应至基板(W)。喷嘴(55)分离设置于基板(W)的下侧。喷嘴(55)设置于工作台(53)的旋转中心，可供应化学液(C)至基板(W)。虽然未图示，喷嘴(55)分离设置于基板(W)的上侧，能够通过另外设置的摆动装置进行摆动动作的同时，将化学液(C)供应至基板(W)。
然而，当喷嘴(55)设置于基板(W)的下侧时，与喷嘴(55)位于基板(W)的上侧的相比，能够轻易地清除单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中所产生的污染物，抑制化学液(C)的散射所造成的影响，降低化学液(C)的消耗量。
此时，供应至基板(W)的化学液(C)可通过设置于腔室(50)的排放部(51)进行回收。排放部(51)形成污染物的排放通道，该污染物是在通过基板(W)与化学液(C)的接触来进行的单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中加热化学液(C)所产生的蒸汽(fume)、异物等。
排出部(51)可被另外提供抽吸力，抽吸并排出污染物。排出部(51)可沿着设置于腔室(50)的基板(W)的边缘而形成。
其中，辐射能量输入部(15)分离设置于基板(W)的上侧，喷嘴(55)分离设置于基板(W)的下侧，从而能够最小化光对化学液(C)的散射与干扰的影响，由此能够抑制或避免计算得到的计算温度的误差，能够最小化计算温度的误差范围。
此外，通过辐射能量输入部(15)与喷嘴(55)的设置构造，能够以水雾方式将常温的化学液(C)供应至基板(W)的下表面，即使在化学液(C)的沸点以上的高温下，也能够进行单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序。
此外，即使在注入化学液(C)的状态下，也不存在进行单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所带来的热损失，能够简便地调节单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所需的温度，能够维持最佳化的温度条件。
可对应于化学液(C)的种类，设置一个以上喷嘴(55)、化学液管线(58)及化学液槽(59)。此时，化学液槽(59)的化学液(C)可加热至等于或小于工序温度。
其结果，本发明的一实施例的基板处理装置不仅调节与基板(W)相接触的化学液(C)的温度，还通过监控功能对化学液(C)与基板(W)相接触状态下的化学液(C)的温度变化进行监控，从而能够找出化学液(C)的温度变化所带来的单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中的问题，检查基板(W)的蚀刻或清洁状态。
此外，本发明的一实施例的基板处理装置通过在基板(W)的上面分离的加热器(20)来调整基板(W)或与基板(W)相接触的化学液(C)的温度，从而可将常温的化学液(C)以喷雾状态供应至基板(W)的下表面，即使在化学液(C)的沸点以上的高温下，也能够进行单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序。
此外，本发明的一实施例的基板处理装置即使在被注入化学液(C)的状态下，也不存在单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所带来的热损失，能够简便地调节单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所需的温度，维持最佳化的温度条件。
下文中，对本发明的另一实施例的基板处理装置进行说明。
在本发明的另一实施例的基板处理装置中，对与本发明的一实施例的基板处理装置相同的构成，标注相同的附图标记，省略对其说明。
图6是示出本发明的另一实施例的基板处理装置的图。
参照图6，本发明的另一实施例的基板处理装置改变喷嘴(55)的位置。
更具体地，向基板(W)的上侧分离设置有辐射能量输入部(15)与喷嘴(55)，从而与设置于基板(W)上侧的喷嘴(55)相比，能够轻易地清除单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序中产生污染物，抑制化学液(C)的散射所造成的影响，抑制化学液(C)的消耗量。
此外，通过辐射能量输入部(15)及喷嘴(55)的配置构造，能够将常温的化学液(C)以液态供应至基板(W)的上表面，即使在化学液(C)沸点以上的温度下，也能够进行单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序。
此外，即使在被注入化学液(C)的状态下，也不存在单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所带来的热损失，能够简便地调节单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序所需的温度，维持最佳化的温度条件。
在下文中，对本发明的一实施例的基板处理方法进行说明。
图7是示出本发明的一实施例的基板处理方法的流程图，图8是示出在本发明的一实施例的基板处理方法中用于检测放射温度计对化学液的特性的实验装置的构造图，图9是示出在本发明的一实施例的基板处理方法中用于检测放射温度计对浸入于化学液中的基板的特性的实验装置的构造图，图10是在示出本发明的一实施例的基板处理方法中用于检测放射温度计对基板与化学液的交界面的特性的实验装置的构造图，图11是示出在本发明的一实施例的基板处理方法中用于确认放射温度计的特性的实验装置的结构图。
参照图7至图11，可测量自化学液(C)或化学液(C)与基板(W)相接触的交界面处放射的辐射能量。
首先，实施用于推导放射温度计(10)对基板(W)的特性的实验。
在本实验中，使用硅晶圆作为基板(W)。此外，碳化硅、蓝宝石晶圆、石英等也可使作基板(W)。
为了进行本实验，实验组将放射温度计(10)分离设置于基板(W)的一侧，将黑体和供暖加热器(63)依次分离设置于基板(W)的另一侧之后，通过供暖加热器(63)加热黑体的同时，根据加热温度来测量辐射能量。
并且，在对其的对照组中，将放射温度计(10)分离设置于黑体的一侧，将供暖加热器(63)分离设置于黑体的另一侧之后，与实验组相同，通过供暖加热器(63)加热黑体的同时，根据加热温度来测量辐射能量。
实验结果，实验组与对照组测量到实质上相同的辐射能量，基板(W)显示出红外线波长透过的特性。
此外，改变基板(W)的种类，将其设置于放射温度计(10)与供暖加热器(63)之间，观察其透过特性的结果，显示出即使基板(W)的薄膜质量或薄膜厚度不同，红外线波长透过基板(W)的特性。
此外，实施用于推导放射温度计(10)对化学液(C)的特性的实验。
在本实验中，化学液(C)使用85重量％的磷酸。
为了进行本实验，将化学液(C)填满于测试水槽(60)，将放射温度计(10)分离设置于化学液(C)的表面。并且，通过供暖加热器(63)加热化学液(C)，在改变化学液(C)的温度的同时测量化学液(C)的放射率。此时，可将热电偶(61)浸入于化学液(C)中，测量化学液(C)的温度。
实验结果，确认到化学液(C)的放射率维持实质上恒定，与温度无关。
此外，放射温度计(10)对光阻剂去除工序中使用的化学液(C)的特性也显示出化学液(C)的放射率维持实质上恒定，与温度无关。
此外，实施用于推导放射温度计(10)对浸于化学液(C)中的基板(W)的特性的实验。
为了进行本实验，将化学液(C)填满于测试水槽(60)，在化学液(C)的表面分离设置放射温度计(10)。
并且，通过供暖加热器(63)加热化学液(C)，使得自化学液(C)的表面浸于化学液(C)中的基板(W)按照深度移动，同时测量基于化学液的设定温度的基板(W)的温度和化学液(C)的放射率，在下[表1]中示出。
此时，可将热电偶(61)连结于基板(W)来测量基板(W)的温度。
实验结果，虽然与只测量化学液(C)的测量结果存在数值差异，但呈现出基板(W)的温度与化学液(C)的放射率实质上保持恒定的特性。
[表1]
此外，实施用于推导放射温度计(10)对基板(W)与化学液(C)的交界面的特性的实验。
其中，使用85重量％的磷酸作为化学液(C)，当化学液(C)与纯水的比例为1:2时，包含约39重量％的磷酸，当化学液(C)与纯水的比例为1:1时，包含约53重量％的磷酸。
为了进行本实验，将化学液(C)填满于测试水槽(60)，将放射温度计(10)在化学液(C)的表面分离设置。
并且，通过供暖加热器(63)加热化学液(C)，在使基板(W)与化学液(C)的表面接触的状态下，改变化学液(C)的种类的同时，测量基于化学液(C)的设定温度的基板(W)的温度和化学液(C)的放射率，在下[表2]中示出。
此时，可将热电偶(61)连结于基板(W)来测量基板(W)的温度。
实验结果，虽然随着化学液(C)的浓度改变，放射率会改变，但显示出放射率针对相同浓度实质上维持恒定的特性。
[表2]
此外，实施用于推导放射温度计(10)对薄膜更换的特性的实验。
为了进行本实验，在测试壳体(70)内使微量(小于0.5mm的厚度)的化学液(C)接触于基板(W)，在基板(W)与化学液(C)相接触的交界面侧分离设置测试块(80)，在交界面的相反一侧分离设置放射温度计(10)。
于是，对测试块(80)的设置与否以及化学液(C)与基板(W)接触与否进行温度测量。此时，可将热电偶(61)连结于基板(W)来测量基板(W)的温度。
实验结果，显示出如下特性：在化学液(C)接触基板(W)的状态下，温度维持实质上恒定，与测试块(80)的设置与否无关。并且，显示出在去除化学液(C)的状态下，温度根据测试块(80)的设置与否而变化的特性。
综合实验结果的话，如下。
第一，在常温区，基板(W)呈现出透过红外线波长的特性。
第二，呈现出即使其它物质沉积于基板(W)，基板(W)透过红外线波长的特性。
第三，针对相同浓度的化学液(C)具有实质上相同放射率，与化学液(C)的温度及化学液(C)的量无关。
第四，关于化学液(C)，即使在测量点存在微量，也显示出红外线波长放射的特性。
基于前述实验结果，本发明的一实施例的基板处理方法包括测量步骤(S1)与计算步骤(S2)。
测量步骤(S1)测量与基板(W)相接触的化学液(C)或基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处所发射的辐射能量。其中，测量步骤(S1)通过放射温度计(10)测量自化学液(C)或交界面处所发射的辐射能量，并输入至辐射能量输入部(15)。
测量步骤(S1)可分别测量与基板(W)相接触的化学液(C)或者基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处的放射率，将测量得到的放射率输入至放射率设定部(11)。
计算步骤(S2)利用经过测量步骤(S1)而测量的辐射能量和化学液(C)的放射率，计算与基板(W)相接触的化学液(C)的计算温度或交界面的计算温度。
其中，计算步骤(S2)利用根据下[式2]所计算的绝对温度(T)来计算计算温度。
[式2]
其中，
C1＝2πhc2＝3.74×10-16W/m2，
E(λ,T)是通过测量步骤(S1)测量的辐射能量，λ是预先设定的红外线波长，ε是化学液(C)的放射率，T是绝对温度，h是普郎克常数(Plank constant)，c是光速，而k是波兹曼常数(Boltzmann constant)。
由此，将计算得到的绝对温度(T)转换成摄氏温度或华氏温度，从而能够准确地测量计算温度。
此时，红外线波长可预先设置为大于4μm且30μm以下。
自物体所发射的辐射能量遵循普郎克定律(plank's law)，温度越低，峰波越移向长波长。
当化学液(C)的温度为摄氏25度(常温区)时，能够测量1W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量的波长是大于4μm且30μm以下的范围，峰波为10μm。
其中，由于在4μm以下或大于30μm的波长难以测量辐射能量，因此红外线波长可预先设定为大于4μm且30μm以下。
更具体地，红外线波长可预先设定为5μm以上且小于25μm。此时，测量步骤(S1)可测量到2W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为6μm以上且小于23μm。此时，测量步骤(S1)可测量到3W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为6μm以上且小于19μm。此时，测量步骤(S1)可测量到4W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为大于6μm且小于18μm。此时，测量步骤(S1)可测量到5W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为7μm以上且17μm以下。此时，测量步骤(S1)可测量到6W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为7μm以上且16μm以下。此时，测量步骤(S1)可测量到7W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为8μm以上且小于14μm。此时，测量步骤(S1)可测量到8W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
此外，红外线波长可预先设定为9μm以上且11μm以下。此时，测量步骤(S1)可测量到9W/(㎡)(sr)(μm)以上的辐射能量。
本发明的一实施例的基板处理方法可还包括比较步骤(S3)。
比较步骤(S3)对为了蚀刻、清洁等处理而预先设定的工序温度与计算温度进行比较。比较步骤(S3)可通过控制部(30)的控制器(33)来比较工序温度与计算温度。比较步骤(S3)与校正步骤(S4)通过加热器(20)与控制器(30)而构成。
预先设定的工序温度根据单一晶圆型湿式蚀刻或清洁工序的处理条件，设定为温度值，或设定为温度范围。
比较步骤(S3)可将通过控制器(33)自信号转换部(31)接收到的信号表示为供操作者识别的数字或存储为用于比较的数据。
根据比较步骤(S3)的结果，能够调整基板(W)的温度或与基板(W)相接触的化学液(C)的温度。
更具体地，当经过比较步骤(S3)，计算温度包含于预先设定的工序温度的情形下，再实施测量步骤(S1)。
此外，当经过比较步骤(S3)，计算温度并未包含于预先设定的工序温度时，还包括校正步骤(S4)。
校正步骤(S4)根据计算温度与预先设定的工序温度的差值来加热基板(W)或与基板(W)相接触的化学液(C)。在校正步骤(S4)中，根据从控制部(30)传输过来的控制信号而调整加热器(20)的输出，从而能够调整加热基板(W)或与基板(W)相接触的化学液(C)的程度。
前述计算温度为计算部(17)所计算的温度，工序温度为根据化学液(C)的种类，为了蚀刻或清洁基板(W)而计算出的理论温度，处理温度为与基板(W)相接触的化学液(C)的实际温度。
在比较步骤(S3)与校正步骤(S4)中，可将通过控制器(33)自信号转换部(31)接收到的信号表示为供操作者识别的数字。此外，在比较步骤(S3)与校正步骤(S4)中，储存用于比较的数据。
此外，在比较步骤(S3)与校正步骤(S4)中，可根据两个信号之间的差异来判断是否存在工序异常，并通知操作者。
综上所述，本发明的一实施例的基板处理方法如下所述。基板(W)在腔室(50)中旋转，将化学液(C)供应至基板(W)。其中，可由操作者预先设定化学液(C)的种类、化学液(C)的量、化学液(C)的喷射时间等工序条件。
将从与基板(W)相接触的化学液(C)或基板(W)与化学液(C)相接触的交界面处释放出的辐射能量入射至辐射能量输入部(15)。在本发明的一实施例中，使用红外线区的辐射能量，被入射的辐射能量为强度(intensity)随着经时而连续改变的模拟信号。
并且，在计算部(17)中，通过入射至辐射能量输入部(15)的辐射能量与通过放射率设定部(11)预先设置的放射率，计算计算温度。此时，计算得到的计算温度为数字信号，通过信号转换部(31)转换为模拟信号而传输至控制器(33)。
在控制器(33)中，可比较预先设定的工序温度与被传输的计算温度，判断是否存在工序异常，并通知操作者。
根据如前所述的基板处理装置及基板处理方法，直接测量与基板(W)相接触的化学液(C)的温度或交界面的温度，从而能够准确且有效地管理处理温度。
此外，本发明能够掌握基板(W)内的温度分布变化，从而能够用作掌握蚀刻或清洁工序中收率降低原因的根据，进而可预测工序缺陷。
本发明参考附图中示出的实施例进行了说明，该实施例只是示例性的，应理解为所属技术领域中具有通常知识的技术人员能够据此进行多种变形以及等同的其它实施例。
因此，本发明的真正的技术性保护范围应当根据权利要求书来定义。

Claims (13)

1.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
放射率设定部，被输入自与基板相接触的化学液或从所述基板与所述化学液相接触的交界面处放射的放射率；
辐射能量输入部，被输入自化学液或交界面处放射的辐射能量；以及
计算部，根据所述放射率与所述辐射能量而计算所述化学液或所述交界面的计算温度，
所述计算部使用根据下式3计算的绝对温度而计算所述计算温度，
[式3]
其中，
C1＝2πhc2＝3.74×10-16W/m2，
E(λ,T)是输入至所述辐射能量输入部的辐射能量，λ是根据所述辐射能量输入部而预先设定的红外线波长，ε是所述化学液或所述交界面的放射率，T是绝对温度，h是普郎克常数(plank constant)，c是光速，k是波兹曼常数(Boltzmann constant)。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置还包括腔室，所述腔室包括：工作台，以能够旋转的方式设置；托架，在所述工作台上分开支承所述基板；以及喷嘴，向所述基板供应所述化学液。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
所述喷嘴分离设置于所述基板的下侧。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
由所述辐射能量输入部、所述放射率设定部及所述计算部构成放射温度计(Pyrometer)，以便测量所述计算温度，所述放射温度计设置于安装部，所述安装部分离设置于所述基板的上侧。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置还包括保护部，所述保护部包围保护所述辐射能量输入部。
6.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述辐射能量输入部在以所述基板为基准的、与所述交界面相反一侧，与所述基板分离设置。
7.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置还包括控制部，所述控制部对为了蚀刻或清洁所述基板而预先设定的工序温度与所述计算温度进行比较。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板处理装置还包括加热器，所述加热器分离设置于所述基板的上侧，并根据所述控制部的信号来加热所述基板或与所述基板相接触的所述化学液。
9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板划分为：
中央区，对应于所述工作台的旋转中央部分；
边缘区，对应于所述工作台的旋转边缘部分；以及
变化区，划分所述中央区与所述边缘区；
所述辐射能量输入部与所述加热器分别设置于所述中央区、所述边缘区和所述变化区，
所述控制部使所述加热器在所述中央区、所述边缘区和所述变化区分别独立工作。
10.一种基板处理方法，其特征在于，包括：
测量步骤，测量自与基板相接触的化学液或所述基板与所述化学液相接触的交界面处放射的辐射能量；以及
计算步骤，根据通过所述测量步骤所测量到的所述辐射能量和所述化学液或所述交界面处的放射率，计算与所述基板相接触的所述化学液的计算温度或所述交界面的计算温度，
所述计算步骤使用根据下式4计算的绝对温度(T)而计算所述计算温度，
[式4]
其中，
C1＝2πhc2＝3.74×10-16W/m2，
E(λ,T)是通过所述测量步骤而测量的辐射能量，λ是根据被输入所述辐射能量的辐射能量输入部而预先设定的红外线波长，ε是所述化学液或所述交界面处的放射率，T是绝对温度，h是普郎克常数(plank constant)，c是光速，k是波兹曼常数(Boltzmann constant)。
11.根据权利要求10所述的基板处理方法，其特征在于，
所述基板处理方法还包括比较步骤，所述比较步骤对为了蚀刻或清洁所述基板而预先设定的工序温度与通过所述计算步骤而计算得到的所述计算温度进行比较。
12.根据权利要求11所述的基板处理方法，其特征在于，
当通过所述比较步骤，所述计算温度包含于预先设定的工序温度时，实施所述测量步骤。
13.根据权利要求12所述的基板处理方法，其特征在于，
所述基板处理方法还包括校正步骤，当通过所述比较步骤，所述计算温度未包含于预先设定的工序温度时，所述校正步骤根据所述计算温度与预先设定的工序温度之间的差值，加热所述基板或与所述基板相接触的所述化学液。
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