TWI392044B - 處理製程溶液的方法以及處理基板的裝置 - Google Patents

Description

處理製程溶液的方法以及處理基板的裝置

本發明是關於一種用以進行半導體基板製程之製程溶液的處理方法，及使用此製程溶液處理基板的裝置，且特別是關於一種製程效率改良的處理製程溶液的方法，及使用此製程溶液來處理基板的裝置。

半導體記憶體元件或諸如平面顯示器的電子裝置包括基板。基板可為矽晶圓或玻璃基板。多個導電層圖案形成於基板上，並且還形成多個在不同導電層圖案之間作為絕緣的電介質圖案。導電層圖案或電介質圖案藉由一系列製程而形成，諸如曝光、顯影以及蝕刻。

使用容納製程溶液的處理池來進行此系列製程中的某些製程。依據目標製程，可提供多個處理池(bath)。多個處理池可以是容納進行同一製程之相同製程溶液的處理池，或容納進行不同製程之不同製程溶液的處理池。處理池還可包括容納清洗液的處理池，以在使用製程溶液於處理基板之後來清洗基板。

然而，部份製程溶液是在進行基板製程之前提供到處理池，並經過預定的準備操作。例如，某一特定製程僅在高溫下進行，並且要加熱該製程溶液直至其達到需要的溫度。這種準備操作延遲了製程程序並且降低了製程效率。

本發明提供了一種製程效率已改良之處理製程溶液的方法。

本發明還提供了一種使用製程溶液來處理基板的裝置。

本發明的實施例提供了一種處理製程溶液的方法，此方法包括：提供基板的製程溶液至處理池；以及經由連接至處理池的循環線路來使製程溶液循環。循環包括：主循環，其中製程溶液沿循環線路移動；以及子循環，其中製程溶液沿循環線路移動同時通過一從循環線路的第一位置分支出來且隨後耦接於第二位置的旁路線路。主循環包括在第一和第二位置之間過濾製程溶液。

在本發明的其他實施例中，處理製程溶液的方法包括提供基板的製程溶液至處理池；以及經由連接至處理池的循環線路來循環該製程溶液。循環包括：主循環，其中製程溶液沿循環線路移動；以及子循環，其中製程溶液沿循環線路移動同時通過一從循環線路的第一位置分支出來且隨後耦接於第二位置的旁路線路。循環包括在循環線路之除第一位置和第二位置之間的部份以外的某一位置上加熱製程溶液。

在本發明的其他實施例中，處理基板的裝置包括處理池、循環線路、旁路線路以及過濾器。基板的製程溶液提供於處理池中。循環線路連接至處理池，並且製程溶液經由循環線路而進行循環。旁路線路從循環線路的第一位置分支出來且隨後耦接於循環線路的第二位置。過濾器安裝於循環線路的第一位置和第二位置之間的某一位置。

在本發明的其他實施例中，處理基板的裝置包括：處理池、循環線路、旁路線路以及加熱器。基板的製程溶液提供於處理池中。循環線路連接至處理池，並且製程溶液經由循環線路而進行循環。旁路線路從循環線路的第一位置分支出來並耦接於循環線路的第二位置。加熱器安裝於循環線路之除第一位置和第二位置之間的部份以外的某一位置。

將參照附圖更詳細地描述本發明的較佳實施例。然而，本發明可以不同形式來實施，並不應解釋為侷限於所舉的實施例。更確切地，提供這些實施例是為了使本發明揭露得更全面完整，並向本領域熟知此項技藝者充分傳達本發明的精神和範圍。

圖1是根據本發明實施例之處理基板的裝置的透視圖。

參照圖1，基板處理裝置包括加載埠10、傳送單元20以及處理單元30。在加載埠10上加載及卸載諸如半導體晶圓之類的基板。可使用盒11在加載埠10上同時加載及卸載多個晶圓。傳送單元20從加載埠10接收晶圓並將晶圓傳送至處理單元30。傳送晶圓的傳送臂(未圖示)設置於傳送單元20的下端。

處理單元30對傳送單元20傳送的晶圓進行製程處理。處理單元30包括多個子處理單元。也就是，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。如果必要，處理單元30可更包括除第一至第三子處理單元31、32及33以外的其他子處理單元。或者，可省略處理單元30的第一至第三子處理單元31、32及33中的某些單元。

第一至第三子處理單元31、32及33可分別包括處理池，其容納晶圓上進行各種製程的製程溶液。例如，製程可以是蝕刻、清洗及乾燥。在蝕刻、清洗及乾燥期間，HF、H₂ SO₄ 、去離子水(deionized water)、異丙醇(isopropyl alcohol)等各種溶液可用作製程溶液。

容納在第一至第三子處理單元31、32及33的處理池中的製程溶液可以是進行同一製程的相同製程溶液。或者，容納在第一到第三子處理單元31、32及33的處理池中的製程溶液可以是相同製程的成份互異的製程溶液。或者，容納在第一到第三子處理單元31、32及33的處理池中的製程溶液可以是進行不同製程的彼此互異的製程溶液。

製程溶液需要在基板製程之前進行準備製程。例如，需要提供製程溶液至處理池以利用製程溶液來填充處理池的準備製程。同樣，對於特定製程溶液，製程僅在高溫下進行。為此，需要將製程溶液加熱至高溫的準備製程。同樣，當製程溶液的成份隨著製程進行而發生改變時，製程溶液需要更換，並且在更換後，需要進行相同的準備製程。當製程溶液的準備製程完成時，容納在盒11內的晶圓藉由傳送臂而傳送至處理單元30，以進行必要的製程。一種目標晶圓連續地傳送，製程完成的晶圓被傳送到外面。

如上所述，製程溶液的準備製程占據了整個晶圓製程中相當大的部份。因此，隨著準備製程所用時間的增加，晶圓要在加載埠10上進行等候，因此整個製程時間被延遲並且製程效率降低。

在本實施例中，第一至第三子處理單元31、32及33的每個單元可使製程溶液的準備時間得以最小化，以避免製程延遲。下文中，透過第一至第三子處理單元31、32及33中之一者來描述避免製程延遲的結構。然而，以下結構並非必須應用到所有子處理單元上。也就是說，在此多個子處理單元的某些單元中，製程溶液的準備製程可能不會花費過量的時間，並且以下結構可不應用到此子處理單元。

圖2是圖1所示之子處理單元的構造圖。

參照圖2，子處理單元包括處理池100、供應部件200及循環部件300。在處理池100中進行半導體基板(例如，晶圓W)的製程。供應部件200提供製程溶液至處理池100。循環部件300使提供至處理池100的製程溶液循環。

具體來說，處理池100包括內池111及外池112。內池111具有向上開放的部份以從上方接收製程溶液。用以排出製程溶液的排出口(未圖示)形成於內池111的底部。外池112包圍在內池111的外側並容納從內池111溢出的製程溶液。

導引件120安裝於內池111內部並在製程期間支撐晶圓W。導引件120包括彼此平行配置的多個支撐條121，以及連接這些支撐條121的耦接板122。用以接收晶圓W的部份邊緣的切口121a沿各支撐條的縱向形成於各支撐條內。形成約25到50個切口121a，使得導引件120可同時支撐約25到50個晶圓。

出口130形成於外池112內，而入口140形成於內池111內。出口130和入口140與循環部件300連接。循環部件300循環來自出口130的製程溶液以將製程溶液經由入口140提供至處理池100。循環部件300的詳細結構稍後描述。

供應部件200提供兩種不同的製程溶液。下文中，此兩種製程溶液被稱為第一製程溶液和第二製程溶液。為了提供第一製程溶液，供應部件200包括儲存第一製程溶液的第一容器210以及第一製程溶液移動時所經過的第一供應線路211。第一輔助供應線路212從第一供應線路211的預定位置分支出來。第一輔助供應線路212連接至處理池100。第一供應線路211的一側連接至第一容器210，另一側連接至處理池100。還為第一供應線路211提供一輔助容器213。閥215、216在第一輔助容器213的前方和後方安裝於第一供應線路211上。同樣，閥217安裝於第一輔助供應線路212上。每一閥215、216及217控制其安裝位置上的第一製程溶液的流動。

類似於第一製程溶液，供應部件200包括第二容器220、第二供應線路221、第二輔助供應線路222、第二輔助容器223以及多個閥225、226、及227以供應第二製程溶液。

第一供應線路211提供第一製程溶液至處理池100。第一輔助容器213控制供應至處理池100的第一製程溶液量。第一輔助供應線路212補充第一製程溶液的供應。同樣地，第二供應線路221提供第二製程溶液至處理池100。第二輔助容器223控制供應至處理池100的第二製程溶液量。第二輔助供應線路222補充第二製程溶液的供應。

若在處理池100進行的製程是清洗晶圓W的清洗製程，則製程溶液可為H₂ SO₄ 和H₂ O₂ 的混合物。在此情況下，第一製程溶液為H₂ SO₄ ，第二製程溶液為H₂ O₂ 。H₂ SO₄ 和H₂ O₂ 分別儲存於獨立的第一和第二容器210、220內，並獨立供應，然後在處理池100中混合。

同時，SC-1型濕式清洗可用以清洗晶圓W。在此情況下，製程溶液包括H₂ O₂ 、NH₄ OH及純淨水。在製程溶液包括三種不同成份的溶液的情況下，需要為供應部件200增加獨立的容器、供應線路、輔助供應線路、輔助容器以及多個閥。在製程溶液是四種或更多種溶液之混合物的情況下，依據製程溶液的種類而增加獨立的容器等。同時，僅使用一種製程溶液單獨作為製程溶液時，第二容器220、第二供應線路221、第二輔助供應線路222、第二輔助容器223以及多個閥225、226及227可從供應部件200中省略掉。

在圖2所示的實施例中，已經描述了成批型結構(batch type structure)，其允許多個晶圓W浸入至製程溶液中並一次處理這些晶圓。不同於此，本發明還可以應用於將製程溶液提供至迴轉晶圓並進行製程的單晶圓製程結構。

圖3是圖2的子處理單元中的循環部件的構造圖。

參照圖3，循環部件300包括泵301、加熱器302、感測器303、過濾器304、循環線路310以及控制器320。循環線路310包括一在第一位置P1和第二位置P2之間分支出來的旁路線路。為了便於描述，循環線路310的第一和第二位置P1和P2之間的部份被稱為第一線路311，而旁路線路被稱為第二線路312。第一閥311b安裝於第一線路311上，第二閥312b安裝於第二線路312上。

泵301、加熱器302、感測器303以及過濾器304安裝於循環線路310上。泵301、加熱器302以及感測器303安裝於循環線路310之除第一和第二位置P1、P2之間的第一線路311以外的位置上。只要泵301、加熱器302以及感測器303安裝於循環線路310之除第一線路311以外的位置上，它們能以與圖3所示不同的順序或在不同的位置進行安裝。

控制器320是與感測器303、第一閥311b以及第二閥312b連接。控制器320在使用從感測器303接收到的資訊來控制第一和第二閥311b和312b的開/關的同時可控制製程溶液的流動。然而，在控制製程溶液的流動時，製程溶液的流動可使用手動操作來進行控制，即便在隨後的操作製程描述中使用習知的控制器320。

圖4A和4B是解釋圖3的循環線路的操作過程的示意圖。

參照圖4A，提供至處理池100的製程溶液從泵301的操作獲得動力以沿循環線路310移動。製程溶液經由泵301而通過加熱器302，並在加熱器302加熱至一預定溫度。在加熱器302加熱之製程溶液的溫度藉由感測器303來感測。依據感測的溫度，控制器320控制該製程溶液移動至第一線路311或第二線路312。

具體來說，當製程溶液的溫度小於預定的設定值時，控制器320關閉第一閥311b並打開第二閥312b以引導製程溶液流向第二線路312。製程溶液通過第二線路312並沿循環線路310返回到處理池100。以上的循環製程重複若干次，並且製程溶液的溫度透過重複過程得以提升。

參照圖4B，製程溶液的溫度透過重複循環而達到設定值。當由感測器303感測到製程溶液的溫度變為或超過設定值時，控制器320打開第一閥311b並關閉第二閥312b以引導製程溶液流向第一線路311。製程溶液通過第一線路311上的過濾器304。由過濾器304過濾製程溶液的雜質，過濾雜質後的製程溶液沿循環線路310返回到處理池100。以上的循環製程重複若干次直到製程溶液的溫度提升到目標值。在製程溶液的溫度達到目標值後，提供晶圓W並在處理池100進行有關製程。

當依據溫度範圍將製程溶液控制成流向第一線路311或第二線路312時，可獲得以下好處。如上所述，依據製程種類，可使用各種溶液作為製程溶液。將使用製程溶液為H₂ SO₄ 和H₂ O₂ 混合物的實例來描述本實施例的好處。

H₂ SO₄ 具有高粘性，使其不容易在低溫下流動。也就是說，當沿循環線路310移動時，H₂ SO4在低溫下要從泵301接收高壓。特別是，由於H₂ SO₄ 在低溫下的高粘性，H₂ SO₄ 難以通過第一線路311的過濾器304。因此，使H₂ SO₄ 通過該過濾器304要花費大量時間，並且整個製程時間將被大大地延遲。

根據本實施例，H₂ SO₄ 在低溫下流向第二線路312，使其不通過該過濾器304，並因此降低了循環時間。同樣，當H₂ SO₄ 的溫度達到設定值並因此使H₂ SO₄ 的粘性變低時，改變移動路徑，H₂ SO₄ 通過第一線路311，使得H₂ SO₄ 的雜質被過濾器304移除。

設定值和目標值依據目標製程以及用以進行目標製程的製程溶液種類而發生改變。在H₂ SO₄ 的情況下，設定值約為50℃至60℃，而目標值約為120℃至150℃。也就是說，H₂ SO₄ 的粘性在設定值下降低，並且H₂ SO₄ 容易沿循環線路310而移動，而當H₂ SO₄ 的溫度達到目標值時，進行晶圓W的製程。

下文中，描述了形成旁通路徑的另一實施例。

圖5是根據本發明另一實施例之圖2的子處理單元的循環部件的構造圖，而圖6A和圖6B是解釋圖5的循環線路的操作過程的示意圖。在本實施例的描述中，相同的參照標號表示與先前實施例相同的元件，並且省略了詳細描述。

參照圖5，循環部件300包括泵301、加熱器302、過濾器304、循環線路310以及控制器320。循環線路310分為位於第一位置P1和第二位置P2之間的第一線路311和第二線路312。第二線路312是在第一和第二位置P1和P2之間分支出來的旁路線路。加熱器302包括位於其內的溫度感測器，循環線路310上不安裝獨立的感測器。第一線路311上不安裝獨立的閥，僅在第二線路312上安裝閥312b’。控制器320連接至加熱器302及閥312b’，並控制該閥312b’的開/關。

參照圖6A，製程溶液從泵301獲得動力以沿循環線路310移動。製程溶液藉由泵301而通過加熱器302。藉由加熱器302加熱製程溶液，並且藉由包括在加熱器302內的溫度感測器來感測該製程溶液的溫度。當製程溶液的溫度小於設定值時，控制器320打開閥312b’。

當閥312b’打開，製程溶液同時流經第一和第二線路311和312。然而，由於製程溶液的溫度低，流經第一線路311的製程溶液不易通過該過濾器304而發生積聚。另一方面，流經第二線路312的製程溶液容易移動。因此，大部份的製程溶液流經第二線路312，同時僅一部份製程溶液流經第一線路311。如上所述，當第二線路312打開使得製程溶液容易循環時，製程溶液被迅速加熱至設定值。

參照圖6B，當製程溶液的溫度透過以上的重複循環而達到設定值時，閥312b’關閉以阻塞第二線路312。在第一線路中，製程溶液在通過該過濾器304時被過濾，並且當製程溶液的溫度透過重複循環而達到目標值時，循環終止以及提供晶圓W，使得在處理池100進行有關製程。

根據本實施例，避免了製程程序的延遲，並且省略了在第一線路311上安裝閥，更為經濟。

下文中，描述用於上述裝置之處理製程溶液的方法。由於後續實施例是關於使用上述裝置的方法，所以使用與裝置相同的參考標記。然而，在進行處理製程溶液的方法時，未必使用上述裝置。

圖7是繪示了根據本發明一實施例之處理製程溶液的方法的流程圖，而圖8是繪示了圖7的製程溶液循環操作的詳細操作的流程圖。

參照圖7，處理製程溶液的方法包括提供製程溶液(S100)和循環該製程溶液(S200)。提供製程溶液(S100)包括從供應部件200供應製程溶液至處理池100。製程溶液的循環(S200)包括將從處理池100提供的製程溶液加熱至目標值同時循環該製程溶液而經過循環部件300。

參照圖8，製程溶液的循環(S200)包括多個過程。在加熱該製程溶液的操作(S210)中，安裝於循環線路300上的加熱器302加熱該製程溶液。在加熱後，製程溶液的溫度與設定值進行比較(S220)。當比較結果是製程溶液的溫度低於設定值時，控制該製程溶液以通過旁路線路(S230)並經由循環線路310而循環(S240)。另一方面，當製程溶液的溫度高於設定值時，控制該製程溶液在不通過旁路線路的情況下經由循環線路310而循環。

在每次循環中，製程溶液的溫度與目標值進行比較(S250)。當比較結果是製程溶液的溫度低於目標值時，循環製程重複。另一方面，當比較結果是製程溶液的溫度高於目標值時，製程溶液的循環完成並且進行晶圓W的製程。

當進行晶圓W的製程時，由於晶圓W與製程溶液之間的化學反應，製程溶液的成份可能發生改變。因此，即使當進行製程時，也可以循環該製程溶液以使其成份得以保持。

上述實施例描述了藉由控制製程溶液流經旁路線路來控制製程溶液不經過該過濾器304，直到製程溶液的溫度達到設定值。然而，上述實施例並不侷限於上述情況並可以不同方式來應用。例如，設定值或目標值可對應於其他條件，例如濃度而非溫度。過濾器304可對應於預定的不同元件。當製程溶液通過預定元件需要花費過量時間，直到製程溶液達到預定設定值時，可在元件前後安裝旁路線路。使用旁路線路來控制製程溶液旁路此元件，直到製程溶液達到設定值，避免此元件造成的製程延遲。此後，當製程溶液滿足設定值時，使用旁路線路的路徑被阻塞，控制該製程溶液以通過此元件。

如上所述，根據本實施例，避免了製程程序在準備製程溶液時被延遲，使得製程效率得以改良。然而，實施例是範例性描述，並且本領域熟知此項技藝者應當理解，在不背離由後續申請專利範圍限定之本發明的精神和範圍的情況下，可對其進行各種形式和細節上的改變。

10．．．加載埠

11．．．盒

20．．．傳送單元

30．．．處理單元

31．．．第一子處理單元

32．．．第二子處理單元

33．．．第三子處理單元

100．．．處理池

111．．．內池

112．．．外池

120．．．導引件

121．．．支撐條

122．．．耦接板

130．．．出口

140．．．入口

200．．．供應部件

210．．．第一容器

211．．．第一供應線路

212．．．第一輔助供應線路

213．．．第一輔助容器

215．．．閥

216．．．閥

217．．．閥

220．．．第二容器

221．．．第二供應線路

222．．．第二輔助供應線路

223．．．第二輔助容器

225．．．閥

226．．．閥

227．．．閥

300．．．循環線路

301．．．泵

302．．．加熱器

303．．．感測器

304．．．過濾器

310．．．循環線路

311．．．第一線路

312．．．第二線路

320．．．控制器

121a．．．切口

311b．．．第一閥

312b．．．第二閥

312b’．．．閥

P1．．．第一位置

P2．．．第二位置

S100、S200、S210、S220、S230、S240、S250．．．步驟

附圖用以提供對本發明的進一步理解，並結合且構成說明書的一部份。附圖與描述一起說明了本發明的實施例，且用以解釋本發明的原理。在附圖中：

圖1是根據本發明實施例之處理基板的裝置的透視圖。

圖2是圖1所示之子處理單元的構造圖。

圖3是圖2之子處理單元中的循環部件的構造圖。

圖4A和圖4B是解釋圖3之循環線路的操作過程的示意圖。

圖5是根據本發明另一實施例之圖2的子處理單元的循環部件的構造圖。

圖6A和圖6B是解釋圖5之循環線路的操作製程的示意圖。

圖7是繪示根據本發明一實施例之處理製程溶液的方法的流程圖。

圖8是繪示圖7之製程溶液循環操作的詳細操作的流程圖。

10．．．加載埠

11．．．盒

20．．．傳送單元

30．．．處理單元

31．．．第一子處理單元

32．．．第二子處理單元

33．．．第三子處理單元

Claims (10)

1. 一種處理基板的裝置，所述裝置包括：處理池，基板的製程溶液提供至所述處理池；循環線路，連接至所述處理池，並且所述製程溶液經由所述循環線路而進行循環；旁路線路，從所述循環線路的第一位置分支出來且隨後耦接於所述循環線路的第二位置；以及過濾器，安裝於所述循環線路之所述第一位置和所述第二位置之間的某一位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之處理基板的裝置，更包括：加熱器，安裝於所述循環線路上；以及溫度感測器，安裝於所述循環線路上並感測所述製程溶液的溫度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之處理基板的裝置，更包括第一閥，安裝於所述旁路線路上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之處理基板的裝置，更包括第二閥，安裝於所述循環線路上並位於所述第一位置和所述第二位置之間。
5. 如申請專利範圍第3項所述之處理基板的裝置，更包括控制器，所述控制器依據所述溫度感測器所感測的所述製程溶液的所述溫度來至少控制所述第一閥和所述第二閥中的所述第一閥的開/關，以控制所述製程溶液是否通過所述旁路線路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之處理基板的裝置，其中當所述製程溶液的溫度小於設定值時，所述控制器控制所述製程溶液使經由所述旁路線路而進行循環。
7. 如申請專利範圍第6項所述之處理基板的裝置，其中所述設定值為50℃至60℃。
8. 如申請專利範圍第1項所述之處理基板的裝置，更包括：容器，儲存所述製程溶液；及供應線路，連接所述容器與所述處理池。
9. 如申請專利範圍第8項所述之處理基板的裝置，其中所述容器包括儲存H₂ SO₄ 的第一容器以及儲存H₂ O₂ 的第二容器。
10. 一種處理基板的裝置，所述裝置包括：處理池，基板的製程溶液提供至所述處理池；循環線路，連接至所述處理池並且所述製程溶液經所述循環線路而進行循環；旁路線路，從所述循環線路的第一位置分支出來並耦接於所述循環線路的第二位置；以及加熱器，安裝於所述循環線路之除了所述第一位置和所述第二位置之間的部份以外的某一位置。