CN108962787A - 基板处理装置和基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种基板处理装置和基板处理方法。该基板处理装置包括：腔室、设置在腔室内用于支撑基板的基板支撑构件、向基板供应冲洗液的喷射构件、用于对腔室进行减压的减压管线、以及控制器，该控制器在供应冲洗液之后，通过减压管线对腔室进行减压，使所述冲洗液汽化。

Description

基板处理装置和基板处理方法
技术领域
本发明构思的实施例涉及一种基板处理装置和基板处理方法。
背景技术
为了制造半导体器件和液晶显示面板，执行了例如光刻工艺、刻蚀工艺、灰化工艺、薄膜沉积工艺和清洗工艺等各种工艺。在这些工艺中，刻蚀工艺用于从形成在基板上的薄膜中去除不需要的区域，该刻蚀工艺需要关于薄膜的更高的选择比和更高的刻蚀速率。
通常，该刻蚀工艺或清洗工艺主要通过依次执行化学处理步骤、冲洗处理步骤和干燥处理步骤而执行。按照化学处理步骤，对形成在基板上的薄膜进行刻蚀或者向基板供应化学品以去除基板上的外来物质。按照冲洗处理步骤，向基板供应冲洗溶液，该冲洗液是纯水。在干燥冲洗液的过程中，冲洗液产生的表面张力施加到基板上。由于基板上形成有较精细的图案，因此因表面张力而导致的破坏图案的风险可能会增加。
发明内容
本发明构思的实施例提供了一种能够有效地处理基板的基板处理装置和基板处理方法。
本发明构思的实施例提供了一种能够有效地干燥供应至基板的冲洗液的基板处理装置和基板处理方法。
根据本发明构思的示例性实施例，可提供一种基板处理装置，该装置包括：腔室；基板支撑构件，该基板支撑构件设置在腔室内以支撑基板；喷射构件，该喷射构件向所述基板供应冲洗液；减压管线，该减压管线用于对腔室进行减压；和控制器，该控制器在供应冲洗液之后，通过减压管线对腔室进行减压，使冲洗液汽化。
此外，喷射构件可供应被加热到设定温度的冲洗液。
此外，控制器可在将所述冲洗液供应至所述基板的第一供应步骤中，以及在对温度被加热到比所述第一供应步骤中的冲洗液的温度高的冲洗液进行供应的第二供应步骤中，控制喷射构件向基板供应冲洗液。
此外，该装置还可包括增压管线，该增压管线与腔室连接以向腔室的内部供应增压气体，增压气体用于对所述腔室的内部进行增压。
此外，增压管线上可设置有管式加热器以加热增压气体。
此外，向腔室内部供应的增压气体可设置成该增压气体被加热到设定温度的状态。
此外，当供应冲洗液时，控制器可控制增压管线，使得腔室的内部压力高于大气压且低于冲洗液的临界压力。
此外，冲洗液可具有高于大气压下的沸点且低于所述腔室的内部压力下沸点的温度。
此外，冲洗液可为纯水。
此外，冲洗液可为异丙醇。
此外，喷射构件可包括：喷射喷嘴，该喷射喷嘴向基板排放冲洗液；冲洗液供应单元，该冲洗液供应单元供应冲洗液；和供应管，该供应管将冲洗液供应单元与喷射喷嘴相连。冲洗液供应单元和供应管的内部压力具有比大气压更高的压力。
此外，基板支撑构件可包括加热器以加热供应至基板的冲洗液。
根据本发明构思的示例性实施例，可提供一种基板处理方法，该方法包括：将基板放置在腔室中，该腔室具有比大气压更高的压力；向基板供应液相的冲洗液，该冲洗液被加热到高于大气压下沸点的温度；和通过降低腔室的压力对冲洗液进行汽化。
此外，腔室的内部压力可设置成为低于冲洗液的临界压力。
此外，冲洗液可为纯水。
此外，冲洗液可为异丙醇。
此外，腔室的增压可通过供应热的惰性气体来执行。
根据示例性实施例，可提供一种基板处理方法，该方法包括：向基板供应冲洗液；在腔室的内部压力高于大气压的情况下，供应被加热的冲洗液；和通过降低腔室的压力对冲洗液进行汽化。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上所述以及其它他的目的和特征将变得清楚。
图1为示出了根据本发明构思的实施例的基板处理装置的视图；
图2为示出了根据本发明构思的工艺模块的视图；
图3为示出了喷射构件的管关系的视图；
图4为示出了工艺模块的控制关系的视图；
图5为示出了冲洗和干燥基板的过程的视图；
图6为示出了执行干燥过程的部分的汽化曲线的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明构思的实施例进行更详细地描述。本发明构思的实施例可以修改成各种形态，并且本发明构思的范围不应被解释为限于以下描述的本发明构思的实施例。本发明构思的实施例提供为向本领域技术人员更完整地描述本发明构思。因此，为了突出更清楚的描述，部件的形状等在附图中被放大。
图1为示出了根据本发明构思的实施例的基板处理装置的视图。
参见图1，根据本发明构思，基板处理装置1000可包括索引单元10、缓冲单元20和处理单元50。索引单元10、缓冲单元20和处理单元50可排成一排。在下文中，将索引单元10、缓冲单元20和处理单元50的排列方向称为第一方向，将从顶部观察时与第一方向垂直的方向称为第二方向，以及将与包括第一方向和第二方向的平面垂直的方向称为第三方向。
索引单元10在第一方向上布置在基板处理装置1000的前部。索引单元10包括四个装载端口12和一个索引机械手13。
四个装载端口12在第一方向上布置在索引单元10的前部。提供有多个装载端口12，这些装载端口在第二方向上布置。装载端口12的数量可根据基板处理装置1000的工艺效率和占地面积而变化。装载端口12中放置有载体16(例如，暗盒、前开式晶圆盒(FrontOpening Unified Pod，FOUP)等)，同时该载体16容纳待提供给工艺的基板“W”和经过工艺处理的基板“W”。载体16具有多个插槽，这些插槽在将基板“W”布置为与地面水平时接收基板“W”。
索引机械手13在第一方向上布置成与装载端口12相邻。索引机械手13安装在装载端口12和缓冲单元20之间。索引机械手13将在缓冲单元20的上层待命的基板“W”传输到载体16或者将载体16中待命的基板“W”传输到缓冲单元20的下层。
缓冲单元20安装在索引单元10和处理单元50之间。缓冲单元20在主传输机械手30传输待提供给工艺的基板“W”之前，临时储存该待提供给工艺的基板“W”，或在索引机械手13传输完全经过工艺处理的基板“W”之前，临时储存该完全经过工艺处理的基板“W”，使得基板“W”待命。
主传输机械手30位于传输腔室40处以在每个工艺模块1和缓冲单元20之间传输基板“W”。主传输机械手30将在缓冲单元20中待命的、待提供给工艺的基板“W”传输到每个工艺模块1，且将完全经过工艺处理的基板“W”传输到缓冲单元20。
传输腔室40设置成在第一方向上延伸并具有用于主传输机械手30移动的通道。工艺模块1沿第一方向布置在传输腔室40的两侧，同时彼此面对。主传输机械手30在传输腔室40内沿第一方向移动，安装有移动轨道使得主传输机械手30移动到工艺模块1的上下层以及缓冲单元20的上下层。
工艺模块1布置在移动通道的两侧或一侧，使得工艺模块1邻近于安装有主传输机械手30的移动通道。尽管基板处理装置1000可以包括设置在上层和下层的多个工艺模块1，但是工艺模块1的数量可以根据基板处理装置1000的工艺效率和占地面积增加或减少。每个工艺模块1包括独立的腔室800。因此，在基板处理装置1000内可以独立地执行处理基板“W”的工艺。
图2为示出了根据本发明构思的工艺模块的视图。
尽管根据本实施例将描述作为由工艺模块1处理的基板“W”的半导体基板，但是本发明构思不限于此。例如，本发明构思适用于各种类型的基板“W”，例如玻璃基板。
参考图2，根据本发明构思，工艺模块1包括腔室800、处理容器100、基板支撑构件200、喷射构件300和排出管线410。
腔室800提供密封的内部空间。腔室800可以通过分隔壁814分隔成工艺区815和维护区818。尽管附图中示出了一些元件，但是维护区818是一个空间，在该空间内回收管线141、143和145与处理容器100连接，且排出管线410放置在该空间内。优选地，维护区818与在其内处理基板“W”的工艺区815分隔开。
处理容器100设置成具有开放的上部的桶状，以提供用于处理基板“W”的工艺空间。处理容器100的开放的顶表面设置为通道，以将基板“W”引入到处理容器100内或者将基板“W”从处理容器100中撤出。基板支撑构件200放置在工艺区815内。当执行工艺时，基板支撑构件200支撑且旋转基板“W”。
在处理容器100上部，处理容器100设置有具有环形形状且设置成多级的第一吸入管道110、第二吸入管道120和第三吸入管道130，以引入或吸入散落在旋转的基板“W”上的化学液体和气体。具有环形形状的第一吸入管道110、第二吸入管道120和第三吸入管道130具有与一个公共的环形空间(对应于处理容器100的下部空间)连通的排出孔H。处理容器100的下部设置有排出管道190，该排出管道190与排出管线410连接。
具体地，第一吸入管道110、第二吸入管道120和第三吸入管道130中的每个包括环形底表面和从底表面延伸以形成圆柱形的侧壁。第二吸入管道120环绕第一吸入管道110且设置为与第一吸入管道110间隔开。第三吸入管道130环绕第二吸入管道120且设置为与第二吸入管道120间隔开。
第一吸入管道110、第二吸入管道120和第三吸入管道130提供回收空间RS1、RS2和RS3，从基板“W”散落的处理液和包括烟雾的气流引入到这些回收空间中。第一回收空间RS1由第一吸入管道110限定，第二回收空间RS2由第一吸入管道110和第二吸入管道120之间的空间限定，且第三回收空间RS3由第二吸入管道120和第三吸入管道130之间的空间限定。
第一吸入管道110、第二吸入管道120和第三吸入管道130中每个的顶表面具有开放的中心部、和倾斜表面，其中，倾斜表面与相关底表面之间的距离从与顶表面连接的侧壁朝着开放的中心部逐渐增加。因此，从基板“W”散落的处理液沿着第一吸入管道110的顶表面、第二吸入管道120的顶表面和第三吸入管道130的顶表面流入到回收空间RS1、RS2和RS3中。
引入到第一回收空间RS1中的第一处理液通过第一回收管线141排放至外部。引入到第二回收空间RS2中的第二处理液通过第二回收管线143排放至外部。引入到第三回收空间RS3中的第三处理液通过第三回收管线145排放至外部。
同时，处理容器100耦接至升降单元600，以改变处理容器100的竖直位置。升降单元600在竖直方向上线性移动处理容器100。当处理容器100在竖直方向上移动时，可以改变处理容器100与旋转头210的相对高度。
升降单元600包括支架612、移动轴614和驱动单元616。支架612固定安装在处理容器100的外壁上。由驱动单元616移动的移动轴614在竖直方向上固定地耦接到支架612。当基板“W”装载到旋转头210或从旋转头210卸载时，向下移动处理容器100使得旋转头210从处理容器100向上突出。此外，当执行工艺时，根据供应到基板“W”的处理液的种类，调节处理容器100的高度，使得将处理液引入到预先设置的第一至第三吸入管道110、120和130中。相应地，处理容器100和基板“W”之间的相对竖直位置发生变化。因此，在处理容器100中，对于回收空间RS1、RS2和RS3中的每个而言可以回收不同的处理液和污染气体。
根据本实施例，工艺模块1在竖直方向上移动处理容器100以改变处理容器100和基板支撑构件200之间的相对竖直位置。然而，工艺模块1可通过竖直移动基板支撑构件200来改变处理容器100和基板支撑构件200之间的相对竖直位置。
基板支撑构件200安装在处理容器100的内部。基板支撑构件200可以在工艺期间支撑基板“W”，且可以在执行工艺时由以下描述的驱动单元230旋转。基板支撑构件200包括具有圆形顶表面的旋转头210，并包括用于支撑基板“W”的多个支撑销212、和设置在旋转头210顶表面上的多个卡盘销214。这些支撑销212以固定距离布置，同时在旋转头210顶表面的边缘部分上彼此间隔开。支撑销212从旋转头210向上突出。支撑销212支撑基板“W”的底表面使得基板“W”被支撑，同时这些支撑销212从旋转头210向上间隔开。卡盘销214布置在支撑销212的外部且设置为向上突出。卡盘销214对准基板“W”，使得由支撑销212支撑的基板“W”被放置在旋转头210的正确位置上。当执行工艺时，卡盘销214与基板“W”的侧部接触，以防止基板“W”偏离正确位置。可以在旋转头210内设置加热器215，以加热供应至基板“W”上的冲洗液。
旋转头210的下部耦接有支撑轴220，以支撑旋转头210。支撑轴220由耦接至支撑轴220下端的驱动单元230旋转。驱动单元230可包括发动机。当支撑轴220旋转时，旋转头210和基板“W”旋转。
喷射构件300在基板“W”的处理工艺中接收冲洗液，且将冲洗液喷射到放置在基板支撑构件200的旋转头210上的基板“W”的处理表面上。喷射构件300包括支撑轴310、驱动器320、喷嘴支撑件340和喷射喷嘴342。
支撑轴310的长度方向是竖直方向，且支撑轴310的下端耦接至驱动器320。驱动器320改变支撑轴310的位置或旋转支撑轴310。喷嘴支撑件340耦接至支撑轴310以将喷射喷嘴342移动至基板“W”的上部，或者，喷嘴支撑件340将喷射喷嘴342移动至基板“W”的上部，与此同时喷射喷嘴342喷射冲洗液。
喷射喷嘴342安装在喷嘴支撑件340的端部的底表面上。喷射喷嘴342由驱动器320移动到工艺位置及待命位置。工艺位置是喷射喷嘴342布置在处理容器100的竖直上部的位置，待命位置是喷射喷嘴342在处理容器100的竖直上部之外的位置。喷射喷嘴342喷射冲洗液。当冲洗液是纯水时，工艺模块1还可以包括用于将化学液供应至基板“W”的喷嘴。在这种情况下，供应至基板“W”的化学液可以是用于清洗基板“W”的化学液、或者用于刻蚀基板“W”的化学液。此外，当冲洗液是异丙醇时，工艺模块1还可以包括用于将化学液供应至基板“W”的喷嘴、和用于在使用该化学液处理基板“W”之后将纯水供应至基板“W”的喷嘴。在这种情况下，供应至基板“W”的化学液可以是用于清洗基板“W”的化学液、或者用于刻蚀基板“W”的化学液。
排出管线410用于排放处理容器100的内部气体。腔室800的上部可以设置风机过滤单元810，以向腔室800的内部空间供应用于形成向下的气流的气体。
腔室800连接有增压管线821，以增加腔室800的内部压力。在处理基板“W”的工艺区815中形成有供气口822，增压管线821可连接至供气口822。增压管线821耦接至气体供应单元823。气体供应单元823供应用于对腔室800的内部增压的增压气体。增压气体可以包括诸如氮气(N)或氩气(Ar)的惰性气体。由气体供应单元823供应的增压气体已被加热至预设温度。此外，可以在增压管线821上设置管式加热器825，以对供应的增压气体进行加热。因此，管式加热器825可以防止流经增压管线821的增压流体的温度降低。此外，气体供应单元823可以在常温下供应增压流体，且可以在通过增压管线821供应该增压流体的过程中加热该增压流体。增压管线821上可以设置有增压阀824。
腔室800连接有减压管线831，以降低腔室800的内部空间的压力。在处理基板“W”的工艺区815中形成有排气口832，减压管线831可连接至排气口832。减压管线831可与泵833连接，该泵833用于强制排出腔室800的内部气体以提供真空。减压管线831上可设置有减压阀834。
图3为示出了喷射构件的管关系的视图。
参见图3，喷射喷嘴342通过供应管344与冲洗液罐343连接。冲洗液罐343的一侧可设置有阀345。供应管344用于将加热到预设温度的冲洗液供应到喷射喷嘴342。例如，供应管344上可设置有管式加热器346。因此，管式加热器346可在通过供应管344供应冲洗液的过程中，将冲洗液加热到预设温度。此外，冲洗液罐343可设置成在将冲洗液加热至预设温度后，将该冲洗液供应到供应管344。此外，冲洗液罐343可设置成在将冲洗液加热至预设温度后将该冲洗液供应到供应管344，并可在冲洗液被供应的过程中通过管式加热器346防止冲洗液的温度降低。当供应热的冲洗液时，冲洗液的温度可设置为高于冲洗液的大气压下的沸点。此外，为了防止冲洗液汽化，供应管344的内部压力可以保持在将冲洗液保持为液相的压力范围内。
图4为示出了工艺模块的控制关系的视图。图5为示出了冲洗和干燥基板的过程的视图，以及图6为示出了执行干燥过程的部分的汽化曲线的视图。
参见图4至图6，控制器900在将冲洗液供应至基板“W”之后，控制工艺模块1对冲洗液进行汽化。
在基板液体处理的最后阶段，向基板“W”供应冲洗液。当冲洗液为异丙醇时，可在向基板“W”供应异丙醇之前，将化学液供应至基板“W”，用于对基板“W”进行诸如清洗或刻蚀等处理。然后，可向基板“W”供应纯水以从基板“W”上去除残留的化学液和杂质。然后，当将异丙醇供应至基板“W”时，基板“W”上残留的纯水可由异丙醇取代。当冲洗液为纯水时，可在向基板“W”供应纯水之前，将化学液供应至基板“W”，用于对基板“W”进行诸如清洗或刻蚀等处理。然后，当将纯水供应至基板“W”时，去除残留在基板“W”上的化学液和杂质。
控制器900在腔室800的内部压力通过增压气体保持在设定压力或设定范围内的压力的情况下，控制减压管线831和喷射构件300。该设定压力或设定范围内的压力设置为高于大气压且低于冲洗液的临界压力。可以将冲洗液以设定温度或设定范围内的温度供应到基板“W”。该设定温度或设定范围内的温度设置为高于冲洗液的沸点且低于大气压下的超临界温度。此外，该设定温度或设定范围内的温度设置为，用于在腔室800的内部压力下将冲洗液保持为液相的温度。可在设定时间内将设定量的冲洗液供应至基板“W”。此外，可以分多个步骤供应冲洗液。在第一供应步骤中，在冲洗液没有被加热的情况下将冲洗液供应至基板“W”。然后，在第二供应步骤中，将加热至比第一供应步骤中温度高的温度的冲洗液供应至基板“W”。在第一供应步骤中，由于控制器900关闭增压阀824，因此不向腔室800供应增压气体。替代地，在第一供应步骤中，向腔室800供应增压气体，从而将腔室800的内部压力调节到设定压力或设定范围内的压力。此外，在第一供应步骤中，腔室800的内部压力可以是设定压力或设定范围内的压力。此外，在第二供应步骤中，腔室800的内部压力可设置为设定压力或设定范围内的压力。当供应冲洗液时，控制器900允许加热器215加热冲洗液。
然后，控制器900控制减压管线831排出腔室800的内部气体，使得基板“W”的周围压力降低。执行气体的排出使得腔室800的内部压力在较短时段内快速地降低。因此，在腔室800的内部温度和冲洗液的温度被同样地保持或变化最小的情况下，腔室800的压力降低。当腔室800的压力降低时，腔室800的内部状态从冲洗液为液相的点P2移动到冲洗液为气相的点P2。因此，基板“W”上残留的冲洗液被快速汽化。此外，随着腔室800的内部气体被排出，汽化的冲洗液从腔室800中排放。
根据本发明构思的实施例，冲洗液因表面张力降低而从基板“W”上去除。根据约特弗斯(Eotvos)方程或拉姆齐-希尔茨(Ramsay-Shields)方程，冲洗液的表面张力根据冲洗液的温度而降低。根据本发明构思，通过在比大气压下的沸点高的温度下降压而使冲洗液汽化。因此，当冲洗液被汽化时，冲洗液被提供为表面张力降低。
此外，根据本发明构思的实施例，由于清洗液是在表面张力降低的情况下被汽化的，因此可以使用多种流体，例如，异丙醇和纯水。
如上所述，根据本发明构思的实施例，还可以提供能够有效地处理基板的基板处理装置和基板处理方法。
此外，根据本发明构思的实施例，还可以提供能够有效地干燥供应到基板上的冲洗液的基板处理装置和基板处理方法。
出于示例性目的而做出以上描述。此外，上述的内容描述了本发明构思的示例性实施例，且本发明构思可适用于各种的其它组合、变化和环境。也就是说，可在不脱离本说明书中所公开的本发明构思的范围、本书面公开的等同范围和/或本领域技术人员的技术或知识范围的情况下，对本发明的构思进行修改或修正。本书面实施例描述了实施本发明构思的技术精神的最佳情况，且可在本发明构思的具体应用领域和目的中进行各种变化。此外，应当解释的是，所附权利要求包括其它实施例。

Claims (18)

1.一种基板处理装置，其特征在于，所述装置包括：
腔室；
基板支撑构件，所述基板支撑构件设置在所述腔室内以支撑基板；
喷射构件，所述喷射构件向所述基板供应冲洗液；
减压管线，所述减压管线用于对所述腔室进行减压；和
控制器，所述控制器在供应所述冲洗液之后，通过所述减压管线对所述腔室进行减压，使所述冲洗液汽化。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷射构件供应被加热到设定温度的冲洗液。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器在将所述冲洗液供应至所述基板的第一供应步骤中，以及在对温度被加热到比所述第一供应步骤中的冲洗液的温度高的冲洗液进行供应的第二供应步骤中，控制所述喷射构件供应所述冲洗液。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
增压管线，所述增压管线与所述腔室连接以向所述腔室的内部供应增压气体，所述增压气体用于对所述腔室的内部进行增压。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述增压管线上设置有管式加热器，以加热所述增压气体。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，向所述腔室的内部供应的所述增压气体设置成所述增压气体被加热到设定温度的状态。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当供应所述冲洗液时，所述控制器控制所述增压管线，使得所述腔室的内部压力高于大气压且低于所述冲洗液的临界压力。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲洗液具有高于大气压下沸点且低于所述腔室的内部压力下沸点的温度。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲洗液为纯水。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲洗液为异丙醇。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷射构件包括：
喷射喷嘴，所述喷射喷嘴向所述基板排放所述冲洗液；
冲洗液供应单元，所述冲洗液供应单元供应所述冲洗液；和
供应管，所述供应管将所述冲洗液供应单元与所述喷射喷嘴相连，以及
其中所述冲洗液供应单元和所述供应管具有比大气压更高的压力。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基板支撑构件包括加热器，以加热供应至所述基板的所述冲洗液。
13.一种基板处理方法，所述方法包括：
将基板放置在腔室中，所述腔室具有比大气压更高的压力；
向所述基板供应液相的冲洗液，所述冲洗液被加热到高于大气压下沸点的温度；和
通过降低所述腔室的压力对所述冲洗液进行汽化。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述腔室的内部压力设置成低于所述冲洗液的临界压力。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述冲洗液为纯水。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述冲洗液为异丙醇。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述腔室的增压通过供应热的惰性气体来执行。
18.一种基板处理方法，其特征在于，所述方法包括：
向基板供应冲洗液；
在腔室的内部压力高于大气压的情况下，供应被加热的冲洗液；和
通过降低所述腔室的压力对所述冲洗液进行汽化。
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