TWI391592B - 處理溶液之具感測器的閥以及使用該閥處理基板的裝置與方法 - Google Patents

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Description

處理溶液之具感測器的閥以及使用該閥處理基板的裝置與方法
本發明是有關於用於製程溶液的具感測器(sensor)的閥(valve)以及使用此閥來處理基板(substrate)的裝置及方法，特別是有關於能夠延長產品壽命且提高製程效率的用於製程溶液的具感測器的閥以及使用此閥來處理基板的裝置及方法。
諸如半導體記憶元件(semiconductor memory device)或平板顯示器(flat panel display device)的電子元件包括基板。此基板可以是矽晶圓(silicon wafer)或玻璃基板。基板上形成多個導電層圖案(conductive layer patterns)，這些導電層圖案的每個導電層圖案之間形成起絕緣作用的介電圖案(dielectric pattern)。這些導電層圖案或介電圖案是藉由執行諸如曝光(exposing)、顯影(developing)、蝕刻(etching)以及清潔(cleaning)的一系列製程來形成。
處理的一部分包括使用裝有製程溶液的處理槽(processing bath)。根據所需的處理，可提供多個處理槽。這些處理槽可裝有執行相同製程的相同製程溶液，也可裝有執行不同製程的不同製程溶液。此外，這些處理槽可包括裝有清潔溶液的處理槽，在基板被處理之後用來清潔此基板。
當清潔溶液被用作製程溶液來清潔基板時，確定完成清潔的時刻來結束清潔製程。要確定完成清潔的時刻，可使用接觸製程溶液的感測器，且此感測器暴露在清潔溶液中。然而，清潔溶液中可包含酸性成分，使得感測器可能因長期暴露在酸性成分中而受損，從而縮短其使用壽命。
本發明提供一種用於製程溶液的具感測器的閥，這種閥具有延長的產品壽命，且能夠提高製程效率。
本發明也提供一種使用閥的基板處理裝置。
本發明更提供一種可應用於上述基板處理裝置的處理基板的方法。
實施例包括用於製程溶液的具感測器的閥。此閥包括主體(body)、入口(inlet)、出口(outlet)、閘門(shutter)以及感測器。主體內提供一通道(passage)，提供給基板的製程溶液流經此通道。入口是連接到此通道的一端，製程溶液藉由此入口而流入主體。出口是連接到此通道的另一端，製程溶液藉由此出口而排出主體之外。閘門是用來在入口與通道相連接的部位打開或關閉通道。感測器是耦接到主體，以接觸流經通道的製程溶液，且感測製程溶液的成分。
有些實施例中，感測器可測量製程溶液的比電阻(specific resistance)。
在其他實施例中，製程溶液可包括純水。此時，感測器可感測純水中所含的氫氟酸(hydrofluoric acid)的濃度。
在其他實施例中，基板處理裝置包括處理槽、第一排放管線(discharge line)以及第一閥。處理槽裝有製程溶液，利用此製程溶液來處理基板。第一排放管線連接到處理槽，用來排放製程溶液。第一閥是安裝在第一排放管線中。此第一閥包括主體、入口、出口、閘門以及感測器。主體內提供一通道，製程溶液流經此通道。入口是連接到此通道的一端，製程溶液藉由此入口而流入主體。出口是連接到此通道的另一端，製程溶液藉由此出口而排出主體之外。閘門是用來在入口與通道相連接的部位打開或關閉通道。感測器是耦接到主體，以接觸流經通道的製程溶液，且感測製程溶液的成分。
有些實施例中，基板處理裝置可更包括控制器，此控制器是連接到感測器，以根據所感測的結果來控制處理的結束。
在其他實施例中，基板處理裝置可更包括第二排放管線，此第二排放管線是連接到處理槽以排放製程溶液，且第一排放管線耦接到此第二排放管線。在這裡，處理槽可包括：內槽，用來容納製程溶液，且在內槽裡，基板被浸入所容納的製程溶液中；以及外槽，包圍著內槽，用來容納從內槽溢出的製程溶液。在此情形下，第一排放管線可連接到外槽，且第二排放管線可連接到內槽。在這裡，基板處理裝置可更包括第三排放管線，此第三排放管線是連接到外槽以排放製程溶液，且耦接到第二排放管線。
在其他實施例中，處理基板的方法包括：在裝有製程溶液的處理槽中對基板執行處理；將連接到處理槽的排放管線的通道打開；感測經由此排放管線而排出的製程溶液的成分；以及根據感測的結果來結束處理，其中打開通道與感測成分是在相同的位置執行。
有些實施例中，處理可以是基板的清潔製程，且製程溶液可包括純水。在這裡，成分的感測可包括：測量製程溶液的比電阻；以及當比電阻大於參考值時，結束處理。
在其他實施例中，成分的感測可包括：測量製程溶液的比電阻；感測純水中所含的氫氟酸的濃度；以及當所測量的比電阻超過參考值時，結束處理。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
下面將參照所附圖式來詳細描述較佳實施例。然而，本發明也可體現為不同的形態，而不應侷限於本說明書所列舉的實施例。確切地說，提供這些實施例是為了使揭露的內容更透徹更完整，且將本發明的範圍充分傳遞給本領域中具有通常知識者。
圖1是依據實施例的閥的剖面圖。
請參照圖1，此閥包括主體1、入口2、出口3、通道4、閘門5以及感測器6。主體1經配置以沿著其長度在內部界定一空腔(hollow space)。入口2是沿著主體1的長度而界定在其一端，出口3則是界定在另一端。通道4是透過其空心組態而界定在主體1內，且通道4是與入口2、出口3相通的。主體1上安裝著閘門5，用來打開和關閉與通道4相通的入口2。閘門5沿著主體1的長度而上升與下降，且藉由向上移動來密封入口2。閘門5藉由向下移動來打開入口2，在此情形下，通道4是從入口2沿著閘門5的周邊來界定的。感測器6耦接到主體1，其端部6a穿過主體1，插入通道4。
一種閥安裝在多種流體流經的通道中，以控制流體的流動。流體藉由入口2而進入，當閘門5打開通道4時，流體穿過通道4，且藉由出口3而流出，當穿過通道4時，流體經過感測器6的端部6a。感測器6的端部6a接觸流體，且感測此流體的成分。感測流體的成分可使用各種方法。例如，當流體包含酸性成分時，感測器可測量此流體的pH水準，或者可根據流體的導電性(conductivity)或電阻率(resistivity)的變化來測量從酸性成分中解離(dissociated)的離子的數量，以確定導電性或電阻率。此外，也可測量流體中的特定成分的粒子濃度或數量。
根據使用此閥的裝置的類型，流體可以是任何流體。例如，當製造半導體基板的處理裝置中使用此閥時，流體可以是半導體基板製造中使用的製程溶液。此製程溶液可以是氫氟酸、硫酸(sulfuric acid)、磷酸(phosphoric acid)或超純水(ultrapure water)。
當此閥被提供給基板處理裝置時，此閥控制著製程溶液的流量，且耦接到此閥的感測器6感測製程溶液的成分。因此，可掌握處理狀態，且可對處理狀態進行適當的管理。此外，因為感測器6是與閥耦接在一起，形成一整體，所以感測器6很容易安裝到基板處理裝置上，而不必使用額外的設備，從而可實現成本有效性。
圖1中的組態是作為示範而提供的實施例，且可具有各種不同感測器的組態耦接到與上述實施例不同的閥。下面將描述基板處理裝置的幾個實施例。
圖2是依據實施例的基板處理裝置的立體圖。
請參照圖2，一種基板處理裝置可包括載入埠(load port)10、傳送單元20以及處理單元30。諸如半導體晶圓的基板是在載入埠10上被載入與卸載(unload)。載入埠10上的晶圓以多數方式(in plurality)被載入匣子(cassette)11以便同時進行處理。傳送單元20從載入埠10接收晶圓，且將這些晶圓傳送至處理單元30。傳送單元20具有傳送機械手(transfer robot)(未繪示)，配置在傳送單元20的下面部分，用來傳送晶圓。
處理單元30處理從傳送單元20傳送來的晶圓。此處理單元30包括多個子處理單元。也就是說，此處理單元30包括第一子處理單元31、第二子處理單元32以及第三子處理單元33。除了第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33，處理單元30還可包括另外的子處理單元。此外，根據需要，處理單元30可不包括第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33中的一部分。
第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33包括處理槽，這些處理槽裡裝有用來對晶圓執行各種製程的製程溶液。例如，處理可包括蝕刻、清潔以及乾燥。蝕刻製程、清潔製程以及乾燥製程可使用包括氫氟酸、硫酸、去離子水(deionized water)、異丙醇(isopropyl alcohol)等的各種製程溶液。
各別的第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33的處理槽中所裝的製程溶液可以是執行相同處理的相同製程溶液。亦可選擇，各別的第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33的處理槽中所裝的製程溶液，是分別具有不同成分的製程溶液。此外，各別的第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33的處理槽中所裝的製程溶液可以是分別執行不同製程的不同製程溶液。
下面將描述第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33之一的組態。以下所述的子處理單元組態可與第一子處理單元31、第二子處理單元32及第三子處理單元33中的所有子處理單元的組態相同，也可不同於其中的一部分。然而，即使有不同的組態，基本組態通常不會偏離下述的組態很多。
圖3是圖1所示之子處理單元的組態圖。
請參照圖3，一種子處理單元可包括：處理槽100；支架(support)120；排放嘴130；排放管線140、150及160；以及控制器200。處理槽100具有容納製程溶液的空間，以在此空間內對諸如半導體晶圓的基板S進行處理。
具體地說，處理槽100包括內槽111與外槽112。內槽111上方有一開口(open)，且外槽112包圍著內槽111的外周邊。內槽111容納處理半導體基板S所需的製程溶液，而外槽112則容納從內槽111溢出的製程溶液。
在處理過程中支撐著基板S的支架120是安裝在內槽111中。此支架120包括：多根支撐杆(supporting rod)121，以相互平行的方式配置；以及耦合板(coupling plate)122，連接著支撐杆121。每根支撐杆121沿著其縱向端設置溝槽(slot)121a，基板S的邊緣的一部分插入此溝槽。有大約50個溝槽121a形成，所以支架120可同時支撐著最多為50個晶圓W。
內槽111內安裝著排放嘴130，此排放嘴130連接到供應管線131，且此供應管線131連接到外部製程溶液源(source)。因此，製程溶液是從外部源經由供應管線131來輸送，且從排放嘴130排放到內槽111中。供應管線131可連接到供應一種製程溶液的一個源。此外，供應管線131可連接到供應多種製程溶液的多個源。當連接多個源時，供應管線131可分支到這些源，其中一種或多種源可藉由每條分支管線來同時或依次提供以進行每個步驟的處理。
處理槽100設置第一出口141、第二出口151及第三出口161，且此第一出口141、第二出口151及第三出口161是分別連接到第一排放管線140、第二排放管線150及第三排放管線160。第一出口141是設置在外槽112的外側，且第一閥145安裝在第一排放管線140中。第二出口151是設置在內槽111中，且第二閥155安裝在第二排放管線150中。第三出口161是設置在外槽112中，且第三閥165安裝在第三排放管線160中。第一排放管線140、第三排放管線160與第二排放管線150會聚(converge)在一起。如此一來，製程溶液經由最終會聚的第二排放管線150而排放到外界。然而，第一排放管線140與第三排放管線160並非一定要與第二排放管線150會聚在一起，而是第一排放管線140、第二排放管線150及第三排放管線160可相互獨立地分別排放製程溶液。
感測器145a耦接至第一閥145，用來感測製程溶液的成分。第一閥145可以是上述實施例中使用的閥。控制器200根據感測器145a的感測結果來控制處理裝置的操作。
圖4A與圖4B是利用圖3中的子處理單元來執行處理程序的圖式。
請參照圖4A，製程溶液300裝在內槽111內，而從內槽111溢出的製程溶液300則裝在外槽112中。基板S被放進內槽111，且用支架120來支撐著。基板S被支架120支撐著，同時基板S被浸入製程溶液300，且執行處理，在處理時與製程溶液300發生反應。例如，當所執行的處理是基板S的清潔製程時，化學品被供應到處理槽100以清除各種異物與雜質。然後，將純水供應給基板S，用純水來沖洗(rinse)基板S，且清除基板S上的化學品。
當執行上述處理時，第二閥155與第三閥165(而不是第一閥145)是打開的，從而開通第二排放管線150與第三排放管線160。因此，製程溶液300經由第二排放管線150而從內槽111中排出，而溢出的製程溶液300則是經由第三排放管線160而從內槽111中排出。
請參照圖4B，從使用純水來執行沖洗製程的時間開始經過預定的時間之後，第一閥145打開。如此一來，第一排放管線140開通，且製程溶液300經由第一排放管線140而排出。因為製程溶液300是從外槽112排出，而第一排放管線140是開通的，所以第三排放管線160(也就是外槽的另一條排放路徑)是開通的還是密封的其實無關緊要。然而，在本實施例中，當第一排放管線140開通時，第三排放管線160密封。
流經第一排放管線140的製程溶液300經過第一閥145，感測器145a於是分析並感測其成分。在感測步驟中，用作製程溶液300的純水中所含的化學品的量被分析。如果分析結果表明化學品的量少於(或等於或低於)參考值，則斷定已執行了足夠的沖洗，且結束處理。如果分析結果表明化學品的量等於或高於(或超過)參考值，則斷定所執行的沖洗不夠充分，且繼續執行沖洗製程。
如上所述，感測器145a可藉由各種方法來分析化學品的量。例如，當化學品是氫氟酸時，氫氟酸就是解離成離子的酸性製程溶液，且導電性隨著離子數量的增加而增大。因此，當純水中的化學品數量很大時，比電阻減小；相反地，當純水中的化學品數量很小時，比電阻增大。當比電阻值經測量發現大於參考比電阻值時，可斷定已執行了足夠的沖洗來清除化學品，並且結束處理。
然而，諸如氫氟酸的化學品具有腐蝕玻璃或石英(quartz)的特性，所以當感測器145a持續暴露在這些化學品中且與這些化學品接觸時，感測器145a會受損，從而縮短產品的使用壽命。因此，使感測器145a可與化學品接觸執行分析所需的時間量最少。
根據本實施例，從外槽112排出的製程溶液大多數是經由第三排放管線160而排出，而裡面安裝著感測器145a的第一排放管線140的開通只是為了感測化學品。如此一來，感測器145a接觸化學品的時間最小化，以免感測器145a受損，且可延長使用壽命。此外，因為感測器145a與第一閥145耦接在一起，且形成一整體，所以容易安裝，無需額外的設備，且可實現成本有效性。
圖5是依據本發明之其他實施例的圖1所示之子處理單元的組態圖。在本實施例中，相同的元件符號代表著上述實施例中的相同元件，這樣的元件將不再贅述。
請參照圖5，一種子處理單元包括處理槽100、支架120、排放嘴130、排放管線140與150以及控制器200。處理槽100包括內槽111與外槽112。支架120是安裝在內槽111中以支撐著基板S。此外，內槽111上安裝著排放嘴130。此排放嘴130連接到供應管線131，而此供應管線131從外部源接收製程溶液給基板S。
處理槽100設置第一出口141與第二出口151，且第一排放管線140與第二排放管線150分別連接到此第一出口141與第二出口151。第一出口141是設置在外槽112中，且第一閥145安裝在第一排放管線140中。第二出口151是設置在內槽111中，且第二閥155安裝在第二排放管線150中。第一排放管線140與第二排放管線150會聚在一起。
感測器145a耦接到第一閥145，用來分析與感測製程溶液，且控制器200連接到此感測器145a。控制器200是根據感測器145a的感測結果來控制基板處理裝置的操作。
圖6A與圖6B是利用圖5中的子處理單元來執行處理程序的圖式。
請參照圖6A，製程溶液300是裝在內槽111中。所供應的製程溶液300只裝滿內槽111，而不從內槽111溢出。基板S被固定在支架120上，且浸入製程溶液300以執行處理。例如，如果所執行的處理是基板S的清潔製程，則化學品被供應到處理槽100，以清除基板S上的各種異物或雜質。然後，純水被供應給基板S，於是用純水沖洗基板S，且清除基板S上的化學品。當執行處理時，第二閥155打開以開通第二排放管線150，且經由此第二排放管線150從內槽111排出製程溶液300。
請參照圖6B，使用純水來執行沖洗預定的持續時間之後，製程溶液300從內槽111溢出到外槽112。此外，第一閥145打開以開通第一排放管線140，且製程溶液經由第一排放管線140而排出。
在第一排放管線140中，製程溶液300經過第一閥145，感測器145a就其成分來進行分析。根據感測結果，當斷定已執行了足夠的沖洗時，控制器200結束清潔製程。如果感測結果表明所執行的沖洗不夠充分，那麼控制器200則繼續執行清潔製程。
在本實施例中，不同於上述實施例的是，只形成第一排放管線140來作為外槽112的排放通道。如此一來，當正在執行處理時，如果製程溶液300從內槽111溢出到外槽112，那麼溢出的製程溶液300必須經由第一排放管線140來排出。在此情形下，感測器145a持續暴露在製程溶液300中，如果製程溶液300包括諸如氫氟酸的化學品，那麼感測器145a就會受損，且縮短使用壽命。考慮到後者，如果除了安裝著感測器145a的第一排放管線140之外不另安裝外槽112的獨立排放管線的話，製程溶液300會在其成分分析正在執行時溢出到外槽112。因此，感測器145a接觸化學品的時間最小化，從而避免感測器145a受損，且延長其使用壽命。而且，因為感測器145a是耦接到第一閥145，與第一閥145形成一整體，且一條排放管線特別地安裝在外槽112上，所以安裝很容易，無需額外的設備，且實現成本有效性。
下面將給出的是關於基板處理方法的描述，此基板處理方法可應用於依據上述實施例的裝置。為了可應用於依據上述實施例的裝置，且為了便於描述，以下所述的基板處理方法將使用上述實施例中所使用的元件符號。但是，容易理解的是，以下所述的處理基板的方法不會僅僅侷限於應用在以上實施例所述的裝置，而是可應用於多種相似的裝置。
圖7是依據本發明之實施例的基板處理方法的流程圖。
請參照圖7，在處理槽100中處理基板S是在第一個操作步驟(S100)中執行。此處理可包括諸如清潔或蝕刻的多個製程，而且是藉由在處理槽100中裝滿對應於每個製程的製程溶液300以及將基板S浸入處理槽100來執行。
在第二個操作步驟(S200)中，連接至處理槽100的排放管線140、150及160的通道打開。因此，製程溶液300經由排放管線140、150及160而從處理槽100排出。
在第三個操作步驟(S300)中，對所排出的製程溶液300的成分進行分析。在此製程中，如果使用包含氫氟酸的化學品來清潔基板S，且使用純水來沖洗基板S，則對殘留在純水中的氫氟酸的量進行感測。氫氟酸的量是藉由測量製程溶液300的比電阻來進行感測，且用來感測氫氟酸的量的感測器145a耦接到一閥145，而此閥145將對應的排放管線140的通道打開。因此，對應之排放管線140中的通道的打開與成分的分析是在相同的位置執行。
在第四個操作步驟(S400)中，所測量的比電阻值與參考值相比較。如果測量值小於參考值，則執行額外的沖洗；如果測量值大於參考值，則結束處理。
根據本發明的實施例，製程溶液與感測器之間的接觸最小化，以延長產品壽命，提高製程效率。
本發明已以較佳實施例揭露如上，根據這些實施例，產品使用壽命可延長，製程效率可提高。然而這些實施例並非用以限定本發明，本領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．主體
2．．．入口
3、141、151、161．．．出口
4．．．通道
5．．．閘門
6、145a．．．感測器
6a．．．端部
10．．．載入埠
11．．．匣子
20．．．傳送單元
30．．．處理單元
31、32、33．．．子處理單元
100．．．處理槽
111．．．內槽
112．．．外槽
120．．．支架
121．．．支撐杆
121a．．．溝槽
122．．．耦合板
130．．．排放嘴
131．．．供應管線
140、150、160．．．排放管線
145、155、165．．．閥
200．．．控制器
300．．．製程溶液
S．．．基板
S100～S400．．．操作步驟
圖1是依據實施例的閥的剖面圖。
圖2是依據實施例的基板處理裝置的立體圖。
圖3是圖1所示之子處理單元的組態圖。
圖4A與圖4B是利用圖3中的子處理單元來執行處理程序的圖式。
圖5是依據其他實施例的圖1所示之子處理單元的組態圖。
圖6A與圖6B是利用圖5中的子處理單元來執行處理程序的圖式。
圖7是依據實施例的基板處理方法的流程圖。
1．．．主體
2．．．入口
3．．．出口
4．．．通道
5．．．閘門
6．．．感測器
6a．．．端部

Claims (10)

  1. 一種基板處理裝置，包括：處理槽，利用製程溶液來處理基板，所述處理槽包括：內槽，容納所述製程溶液及純水；以及外槽，包圍著所述內槽，用來容納從所述內槽溢出的所述製程溶液及所述純水；第一排放管線，連接到所述外槽以排放包括所述製程溶液的所述純水；第二排放管線，連接到所述內槽以排放所述製程溶液；第三排放管線，連接到所述外槽以排放所述製程溶液；第一閥，安裝在所述第一排放管線中，所述第一閥包括：主體，所述主體內提供一通道，所述製程溶液流經所述通道；入口，連接到所述通道的一端，所述製程溶液藉由所述入口而流入所述主體；出口，連接到所述通道的另一端，所述製程溶液藉由所述出口而排出所述主體之外；閘門，在所述入口與所述通道相連接的部位打開或關閉所述通道；以及感測器，耦接到所述主體，以接觸流經所述通道的所述製程溶液，且感測所述製程溶液的成分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板處理裝置，其中所述感測器是測量所述製程溶液的比電阻。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基板處理裝置，其中所述製程溶液包括純水。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之基板處理裝置，其中所述感測器是感測所述純水中所含的氫氟酸的濃度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之基板處理裝置，其中所述感測器的一端穿過所述主體，以接觸流經所述通道的所述製程溶液。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之基板處理裝置，更包括控制器，所述控制器是連接到所述感測器，以根據感測結果來控制所述處理的結束。
  7. 一種處理基板的方法，使用如申請專利範圍第1項所述之基板處理裝置，所述處理基板的方法包括：在裝有所述製程溶液的所述處理槽中對基板進行處理；將所述第二排放管線的通道與所述第三排放管線的通道打開以排放所述製程溶液；以所述純水在所述處理槽中對所述基板進行清潔；將所述第一排放管線的通道打開以排放包括所述製程溶液的所述純水；感測經由所述第一排放管線而排出的在所述純水中的所述製程溶液的成分；以及根據感測的結果來確定完成所述清潔的時刻。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之處理基板的方法，其中所述成分的感測，包括測量所述製程溶液的比電阻。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之處理基板的方法，其中除了所述比電阻的測量之外，所述成分的感測更包括感測所述純水中所含的氫氟酸的濃度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之處理基板的方法，其中當測量的所述比電阻超過參考值時，結束所述處理。
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