基板处理设备和基板处理方法与流程

文档序号:17494194发布日期:2019-04-23 21:03阅读:111来源:国知局
基板处理设备和基板处理方法与流程

本文描述的发明构思的实施例涉及基板处理设备和方法,更具体地,涉及包括具有由缸体打开或关闭的处理空间的腔室的基板处理设备以及使用该设备的基板处理方法。



背景技术:

半导体器件制造工艺包括去除基板上的残余污染物的清洁工艺。在清洁工艺中,通过将化学物质供应到基板上来去除基板上的污染物的化学工艺、通过将冲洗溶液供应到基板上来去除基板上的化学物质的冲洗工艺以及干燥残留在基板上的冲洗溶液的干燥工艺以连续顺序进行。

通过用有机溶剂替换基板上的冲洗溶液,将超临界流体供应到基板上,以及将有机溶剂溶解在超临界流体中以使有机溶剂与基板分离来进行干燥工艺。

通常,在超临界处理中使用的流体在高于大气压的高压下保持在超临界状态,因此用于使用超临界流体进行处理的腔室内的压力保持为高压。

通常使用的超临界处理腔室具有上壳体和下壳体。上壳体是固定的,而下壳体由多个缸体单元上下移动。为了在处理期间将处理腔室内的压力保持为高压,缸体单元连续地向下壳体施加力以使下壳体和上壳体彼此紧密接触。多个缸体单元连接到下壳体的不同区域,以同时向下壳体施加驱动力。

同一流体供应源将流体供应到多个缸体单元。尽管通常将相同量的流体供应到多个缸体单元中,但是由于机械结构或各种外部环境因素的微小差异,缸体单元的操作位移可能彼此不同。当任何一个缸体单元的操作位移不同于其他缸体单元的操作位移时,下壳体以倾斜状态向上移动。因此,下壳体和上壳体的整个区域不能同时彼此接触,并且下壳体的任何特定区域比下壳体的其他区域更早地与上壳体接触。由此,产生颗粒。颗粒被引入超临界处理腔室中并附着到基板上。此外,比其他区域更早接触上壳体的区域比其他区域更快地磨损。



技术实现要素:

本发明构思的实施例提供基板处理设备和方法,以用于校正联接到超临界处理腔室的多个缸体单元之间的操作偏差,从而最少化在打开或关闭超临界处理腔室时产生的颗粒。

本发明构思的各方面不限于此,并且本发明构思所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解本文未提及的任何其他方面。

根据实施例的一方面,用于处理基板的设备包括:腔室,具有第一壳体和第二壳体,该第一壳体和第二壳体彼此组合以在内部形成处理空间;以及壳体致动器,移动第一壳体以打开或关闭处理空间。壳体致动器包括:多个缸体单元,联接到第一壳体;流体供应单元,供应用于操作多个缸体单元的流体;以及偏差校正单元,校正多个缸体单元之间的操作偏差。

多个缸体单元中的每一者可以包括:缸体,联接到第一壳体;杆,联接到第二壳体;以及活塞,设置在缸体内并连接到杆,并且将缸体内部分为第一空间和第二空间。

流体供应单元可以包括:第一管线,连接到第一空间以将流体供应到第一空间中或从第一空间取回流体;和第二管线,连接到第二空间以将流体供应到第二空间中或从第二空间取回液体。第一管线和第二管线中的每一者可以包括:集成管线,连接到流体供应源;和多个分支管线,从集成管线分支并分别连接到缸体。

多个分支管线可以包括:多个第一分支管线,经由集成管线上的第一分支阀从集成管线分支;和多个第二分支管线,经由第一分支管线上的第二分支阀从每个第一分支管线分支。

偏差校正单元可以测量缸体单元的操作状态,并且可以根据测量值控制流入或流出第一空间或第二空间的流体。

偏差校正单元可以包括:测量装置,在第一壳体移动时分别测量缸体单元的操作状态;多个控制管线,分别连接到第一管线的分支管线,每个控制管线上都安装有控制阀;以及控制器,从测量装置接收测量值,并且基于测量值对控制阀进行控制,以控制流经第一管线的分支管线的流体量。

分支管线可以配置为使得在流体流入第二空间时关闭处理空间。

控制管线可以是排出管线,其排出流经分支管线的流体的一部分。

分支管线可以配置为使得在流体流入第二空间时关闭处理空间,并且控制管线可以是排出管线,其排出流经分支管线的流体的一部分。

分支管线可以配置为使得在流体流入第二空间时关闭处理空间,并且控制管线可以是辅助供应管线,其将流体供应到分支管线中以增加流经分支管线的流体量。

根据实施例的另一方面,用于处理基板的设备包括:腔室,具有第一壳体和第二壳体,该第一壳体和第二壳体彼此组合以在内部形成处理空间;支撑单元,在处理空间内支撑基板;流体供应管线,将超临界流体供应到处理空间中;排出管线,排出处理空间内的超临界流体;以及壳体致动器,移动第一壳体以打开或关闭处理空间。壳体致动器包括:多个缸体单元,联接到第一壳体;流体供应单元,供应用于操作多个缸体单元的流体;以及偏差校正单元,校正多个缸体单元之间的操作偏差。

缸体单元中的每一者可以包括:缸体,联接到第一壳体;杆,联接到第二壳体;以及活塞,设置在缸体内并连接到杆,并且将缸体内部分为第一空间和第二空间。

流体供应单元可以包括:第一管线,连接到第一空间以将流体供应到第一空间中或从第一空间取回流体;和第二管线,连接到第二空间以将流体供应到第二空间中或从第二空间取回液体。第一管线和第二管线中的每一者可以包括:集成管线,连接到流体供应源;和多个分支管线,从集成管线分支并分别连接到缸体。

偏差校正单元可以包括:测量装置,在第一壳体移动时分别测量缸体单元的操作状态;多个控制管线,分别连接到第一管线的分支管线,每个控制管线上都安装有控制阀;以及控制器,从测量装置接收测量值,并且基于测量值对控制阀进行控制,以控制流经第一管线的分支管线的流体量。

根据实施例的另一方面,用于处理基板的方法包括:通过使用多个缸体单元打开/关闭由第一壳体和第二壳体形成的处理空间;并且当多个缸体单元之间发生操作偏差时,通过测量多个缸体单元的操作状态并且控制流入或流出多个缸体单元的流体量来校正该操作偏差。

缸体单元可以经由从供应流体的集成管线分支的分支管线来接收相同量的流体,并且可以通过经由连接到分支管线的控制管线控制流经分支管线的流体量,来校正多个缸体单元之间的操作偏差,流体通过该分支管线从多个缸体单元中排出。

流经分支管线的流体可以经由控制管线排出,以校正多个缸体单元之间的操作偏差。

可以经由控制管线将流体供应到分支管线中以校正多个缸体单元之间的操作偏差。

根据本发明构思的实施例,通过校正联接到超临界处理腔室的多个缸体单元之间的操作偏差,能够使在打开或关闭超临界处理腔室时产生的颗粒最少化。

根据本发明构思的实施例,当关闭超临界处理腔室时,第一壳体和第二壳体的接触部分彼此等同地接触,从而可以防止第一壳体和第二壳体的不均匀磨损。

根据本发明构思的实施例,由于校正了缸体单元之间的操作偏差,所以可以防止缸体单元的不均匀磨损。

根据本发明构思的实施例,超临界处理腔室的使用时间和维护周期可以随着第一壳体、第二壳体和缸体单元使用时间的增加而增加。

本发明构思的效果不限于上述效果,并且本发明构思所属领域的技术人员可从本说明书和附图中清楚地理解本文未提及的任何其他效果。

附图说明

通过参考以下附图进行的以下描述,上述和其他目的和特征将变得显而易见,其中除非另有说明,否则相同的附图标记在各个附图中指代相同的部分,并且其中:

图1是二氧化碳的相图;

图2是示出根据本发明构思的实施例的基板处理设备的示意性平面图;

图3是示出图2的基板处理设备的截面图;

图4是沿图3中的线a-a截取的截面图;

图5是示出图3的壳体致动器的框图;

图6是示出图5的偏差校正单元的框图;

图7是示出图3的缸体单元的操作的回路图;

图8是示出根据本发明构思的实施例的基板处理方法的流程图;以及

图9至图11是示出根据本发明构思的其他实施例的图3的缸体单元的操作的回路图。

具体实施方式

在下文中,将参考附图更详细地描述本发明构思的实施例。然而,本发明构思可以以不同的形式来实施,并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反,提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整,并将本发明构思的范围完全传达给本领域技术人员。在附图中,为了清楚说明,夸大或减小了部件的尺寸。

下面将描述根据本发明构思的基板处理设备100。基板处理设备100可以执行用超临界流体作为处理流体处理基板w的超临界处理。

这里,基板w具有包括用于制造半导体器件、平板显示器(fpd)以及在薄膜上形成有电路图案的其他对象的所有基板的综合概念。基板w的示例包括各种晶片,包括硅晶片、玻璃基板、有机基板等。

术语“超临界流体”是指在高于其临界点的温度和压力下同时具有气体和液体性质的相。超临界流体的特性在于其分子密度接近于液体的分子密度,并且其粘度接近于气体的粘度。因此,超临界流体具有优异的扩散力、渗透性和溶解性,因此有利于化学反应。另外,超临界流体几乎没有表面张力,因此超临界流体不会对微结构施加界面张力。

使用超临界流体的这些特点进行超临界处理。超临界处理的代表性示例包括超临界干燥处理和超临界蚀刻处理。基于超临界干燥处理,将给出以下超临界处理的描述。然而,这仅仅是为了便于描述,并且基板处理设备100可以执行除超临界干燥处理之外的超临界处理。

超临界干燥处理可以通过用超临界流体使基板w的电路图案上残留的有机溶剂溶解来干燥基板w的方式进行。超临界干燥处理具有优异的干燥效率并且具有防止图案坍塌的优点。可以与有机溶剂混合的物质可以用作超临界干燥处理中使用的超临界流体。例如,超临界二氧化碳(scco2)可以用作超临界流体。

如图1所示,二氧化碳具有31.1摄氏度的相对较低临界温度和7.38mpa的相对较低临界压力。因此,二氧化碳可以容易地进入超临界状态。此外,二氧化碳的优点在于通过调节温度和压力可以容易地控制相变,并且成本低。另外,二氧化碳对人体无害,因为它没有毒性,并且具有不燃性和惰性特点。超临界二氧化碳的扩散系数是水或其它有机溶剂的约10至100倍,因此超临界二氧化碳可快速渗透并可以迅速取代有机溶剂。此外,超临界二氧化碳几乎没有表面张力,因此具有干燥基板w以使其具有良好电路图案的优点。

此外,二氧化碳在环境污染方面是有利的,因为作为各种化学反应的副产物产生的二氧化碳是可重复使用的,并且超临界干燥处理中使用的二氧化碳可通过将超临界二氧化碳转化为气体以使有机溶剂与超临界二氧化碳分离来重复使用。

图2示出根据本发明构思的实施例的基板处理设备100。基板处理设备100包括转位模块1000和处理模块2000。转位模块1000从外部接收基板w并将基板w传送到处理模块2000。处理模块2000对基板w执行清洁处理和超临界干燥处理。

作为设备前端模块(efem)的转位模块1000包括负载端口1100和传送框架1200。其中容纳有基板w的载体c放置在负载端口1100上。前开口传递盒(foup)可以用作载体c。载体c可以通过空中行走式传送机(oht)从外部运送到负载端口1100,反之亦然。

传送框架1200在放置在负载端口1100上的载体c和处理模块2000之间传送基板w。传送框架1200包括转位机械手1210和转位轨道1220。转位机械手1210可以在转位轨道1220上移动以传送基板w。

处理模块2000是实际执行处理的模块。处理模块2000包括缓冲模块2100、传送模块2200、第一处理腔室3000和第二处理腔室4000。

缓冲模块2100具有在转位模块1000和处理模块2000之间传送的基板w暂时停留的空间。缓冲模块2100可以具有缓冲槽,基板w放置在该缓冲槽中。

传送模块2200在布置在传送模块2200周围的缓冲模块2100、第一处理腔室3000和第二处理腔室4000之间传送基板w。传送模块2200可以包括传送机械手2210和传送轨道2220。传送机械手2210可以在转位轨道2220上移动以传送基板w。

第一处理腔室3000和第二处理腔室4000可以执行清洁处理。可以在第一处理腔室3000和第二处理腔室4000中依次执行清洁处理。

例如,在清洁处理中,可以在第一处理腔室3000中执行化学处理、冲洗处理和有机溶剂处理,并且可以在第二处理腔室4000中执行超临界干燥处理。

第一处理腔室3000和第二处理腔室4000可以设置在传送模块2200的两侧。例如,第一处理腔室3000和第二处理腔室4000可以面对面地设置在传送模块2200的不同侧。

替代地,处理模块2000可以包括多个第一处理腔室3000和多个第二处理腔室4000。多个处理腔室3000和4000可以在传输模块2200的两侧成排布置,可以堆叠在传送模块2200的顶部和底部上,或者可以通过其组合进行布置。

第一处理腔室3000和第二处理腔室4000的布置不限于上述实施例,并且可以考虑到各种要素(诸如,基板处理设备100的占地面积或处理效率)来适当地修改。

第一处理腔室3000可以执行化学处理、冲洗处理和有机溶剂处理。替代地,第一处理腔室3000可以仅执行一些处理。这里,化学处理是通过将清洁剂供应到基板w上来去除基板w上的异物的处理。冲洗处理是通过将冲洗剂供应到基板w上来清洁基板w上的残留清洁剂的处理。有机溶剂处理是通过将有机溶剂供应到基板w上,用具有低表面张力的有机溶剂替换基板w的电路图案之间的残留冲洗剂的工艺。

第一处理腔室3000中的每一者包括处理容器3100、旋转头3200、升降单元3300和喷射单元3400。处理容器3100具有执行基板处理过程的空间。处理容器3100在其顶部敞开。处理容器3100具有多个碗状部(未示出)。碗状部分别收集用于该处理的不同处理液。

旋转头3200设置在处理容器3100内。旋转头3200支撑基板w并使正在处理的基板w旋转。

升降单元3300沿上/下方向直线移动处理容器3100。处理容器3100相对于旋转头3200的高度随着处理容器3100竖直移动而变化。当执行处理时,根据供应到基板w的处理液的类型来控制处理容器3100的高度,使得处理液流入预设的碗状部中。

喷射单元3400将处理液供应到基板w上。可以设置一个或多个喷射单元3400。在设置多个喷射单元3400的情况下,可以通过不同的喷射单元3400供应化学物质、冲洗液和有机溶剂。化学物质可以是具有强酸或强碱性质的液体。冲洗液可以是纯水。有机溶剂可以是异丙醇蒸气和惰性气体的混合物,或者可以是异丙醇(ipa)。

图3示出根据本发明构思的实施例的基板处理设备4000a作为第二处理腔室4000。如图3至图6所示,基板处理设备4000a包括腔室4100、支撑单元4200、流体供应管线4300、排出管线4400和壳体致动器4500。

腔室4100具有执行超临界干燥处理的空间。腔室4100包括第一壳体4110和第二壳体4120,它们彼此组合以形成处理空间。第一壳体4110设置在第二壳体4120下方。第一壳体4110和第二壳体4120彼此组合以形成处理基板w的处理空间。第二壳体4120的位置是固定的。第一壳体4110朝向第二壳体4120向上移动,并且通过壳体致动器4500与第二壳体4120紧密接触,这将在下面进行描述。

支撑单元4200在处理空间中支撑基板w。支撑单元4200可以附接到第二壳体4120的下表面上。支撑单元4200具有多个钩以预定间隔布置在第二壳体4120的下表面上的结构。基板w的周边和底侧放置在多个钩上,使得基板w被支撑在支撑单元4200上。

流体供应管线4300将超临界流体供应到腔室4100中。流体供应管线4300具有第一供应管线4310和第二供应管线4320。

第一供应管线4310通过第一壳体4110联接,并且将超临界流体供应到放置在支撑单元4200上的基板w的底侧。第二供应管线4320通过第二壳体4120联接,并且将超临界流体供应到放置在支撑单元4200上的基板w的顶侧。

第一供应管线4310和第二供应管线4320中的每一者中都安装有阀(未示出)以打开/关闭内部流道。第一供应管线4310和第二供应管线4320可以具有孔口(未示出)以供应不同量的流体。

当超临界流体首先被供应到腔室4100中时,腔室4100内的压力可以低于临界压力,并且供应的超临界流体可以被液化。因此,首先通过第一供应管线4310供应超临界流体,以防止液化的超临界流体落到基板w上。当腔室4100内的压力达到临界压力时,第二供应管线4320开始供应超临界流体。

排出管线4400从腔室4100中排出超临界流体。如上所述,腔室4100内的压力可以低于超临界流体首次供应到腔室4100中时的临界压力。排出管线4400通过第一壳体4110联接以排出液相超临界流体。

壳体致动器4500移动第一壳体4110以打开或关闭处理空间。壳体致动器4500包括缸体单元4510、流体供应单元l和偏差校正单元4530。

设置多个缸体单元4510。根据实施例,可以设置四个缸体单元4510。缸体单元4510安装在第一壳体4110的四个角上。每个缸体单元4510包括缸体4511、杆4512和活塞4513。

缸体4511固定到第一壳体4110上。活塞4513设置在缸体4511内,并且通过供应到缸体4511或从缸体4511排出的流体在缸体4511内竖直移动。杆4512的一端固定到活塞4513上,并且杆4512的相反端固定到第二壳体4120上。缸体4511内的空间被活塞4513分为第一空间4511a和第二空间4511b。第一空间4511a和第二空间4511b位于活塞4513的相反两侧。第一空间4511a可以位于第二空间4511b下方。

流体供应单元l将流体供应到缸体4511中。根据实施例,流体可以以液相供应,从而通过液压操作缸体单元4510。流体也可以以气相供应,从而通过气动压力操作缸体单元4510。

流体供应单元l包括第一管线l1和第二线l2。第一管线l1连接到第一空间4511a,以将流体供应到第一空间4511a中或从第一空间4511a取回流体。第二管线l2连接到第二空间4511b,以将流体供应到第二空间4511b中或从第二空间4511b取回流体。

第一管线l1包括集成管线4521a和分支管线4522a,并且第二管线l2包括集成管线4521b和分支管线4522b。集成管线4521a和4521b连接到流体供应源4520,该流体供应源向第一管线l1和第二管线l2提供液压。

分支管线4522a从集成管线4521a分支并连接到缸体4511的第一空间4511a,并且分支管线4522b从集成管线4521b分支并连接到缸体4511的第二空间4511b。

根据实施例,第一管线l1中的每个分支管线4522a包括第一分支管线4523a和第二分支管线4523b。两个第一分支管线4523a经由分支阀v1从集成管线4521a分支。

设置四个第二分支管线4523b。四个第二分支管线4523b中的两个经由分支阀v2从第一分支管线4523a之一分支,并且剩余的两个第二分支管线4523b从另一第一分支管线4523a分支并且直接连接到第一空间4511a。

虽然已经将每个分支管线4522a描述为包括第一分支管线4523a和第二分支管线4523b,但是四个分支管线4522a可以直接从集成管线4521a分支并且可以直接连接到第一空间4511a。

第二管线l2包括集成管线4521b和分别从集成管线4521b延伸到第二空间4511b的多个分支管线4522b。

偏差校正单元4530校正缸体单元4510之间的操作偏差,以在第一壳体4110上下移动时保持第一壳体4110水平。偏差校正单元4530测量腔室4100的操作状态,并且根据测量结果控制流出缸体单元4510的流体量。

偏差校正单元4530包括测量装置4531、控制管线4532和控制器4533。测量装置4531测量相应缸体单元4510的操作状态。根据实施例,测量装置4531可以用距离传感器来实现,并且可以测量杆4512在缸体单元4510所连接的区域中行进的距离。

例如,设置在第一壳体4110上以测量从第一壳体4110到第二壳体4120的距离的光学传感器形式的测量仪器可以用作测量装置4531。各种形式的测量装置4531可以选择性地设置在缸体单元4510上,以测量活塞4513行进的距离。

控制管线4532分别连接到第二分支管线4523b。控制阀v3安装在控制管线4532上。控制管线4532通过集成管线4521c连接到流体供应源4520。

控制器4533从测量装置4531接收信号,并且基于所接收的信号来测量缸体单元4510的操作状态。基于测量值,控制器4533控制控制阀v3的打开/关闭,以控制流经第二分支管线4523b的流体量。

阻挡构件4600具有板状并且安装在第一壳体4110上。当从上方观察时,阻挡构件4600位于与第一供应管线4310重叠的位置。阻挡构件4600阻挡超临界流体到基板w的直接供应,以防止基板w的表面被超临界流体的注入压力损坏。

将参考图7和图8描述根据控制阀v3的操作来校正缸体单元4510之间的操作偏差的方法。图7是示出当由于第一空间4511a中的流体经由第二分支管线4523b排出而使第一壳体4110向上移动时供应到缸体单元4510中的流体流动的示意性回路图。

如图7所示,流体经由集成管线4521b供应到第二空间4511b中。第一空间4511a中的流体经由第一管线l1的第二分支管线4523b排出。

如图8的流程图所示,测量装置4531检测缸体单元4510的操作状态并将生成的信号发送到控制器4533。控制器4533基于所接收的信号来计算缸体单元4510之间的操作偏差。当任何一个缸体单元4510a向上移动的距离小于其他缸体单元450时,控制器4533打开与该缸体单元4510a对应的控制阀v3a。因此,流经第二分支管线4522c的流体流入控制管线4532a中。

因此,经由第二分支管线4522c从第一空间4511a排出的流体量增加,从而缸体单元4510a的操作状态类似于其他缸体单元4510的操作状态。结果,解决了当关闭腔室400时可能发生的缸体单元4510之间的操作偏差。

因此,第一壳体4110在保持水平的同时向上移动,并且第一壳体4110和第二壳体4120的整个区域同时彼此接触。虽然上面已经详细描述了基板处理设备和基板处理方法,但是本发明构思不限于上述实施例,并且可应用于使用超临界流体执行干燥处理的所有设备。

图9至图11是示出图7的其他实施例的视图。参考图9,第一管线l1的第二分支管线4523b连接到第二空间4511b,第二管线l2的分支管线4522b连接到第一空间4511a。因此,当流体经由第二管线l2流出第一空间4111a时,关闭处理空间。

根据图9中所示的实施例,当发生缸体单元4510之间的操作偏差时,控制器4533增加供应到向上移动相对较小距离的缸体单元4510a的第二空间4511b的流体量。

连接到第二空间4511b的第一管线l1的第二分支管线4522c和控制管线4532a彼此连通,并且控制阀v3a打开,使得控制管线4532a中的流体流入第二分支管线4522c中。控制管线4532a用作辅助供应管线,以用于增加经由第二分支管线4522c流入第二空间4511b中的流体量。

参考图10,第一管线l1的第二分支管线4523b连接到第二空间4511b,第二管线l2的分支管线4522b连接到第一空间4511a。因此,当流体经由第二管线l2流出第一空间4111a时,关闭处理空间。

根据图10中所示的实施例,当发生缸体单元4510之间的操作偏差时,控制器4533减小供应到向上移动相对较大距离的缸体单元4510a的第二空间4511b的流体量。

连接到第二空间4511b的第一管线l1的第二分支管线4522c和控制管线4532a彼此连通,并且控制阀v3a打开,使得第二分支管线4522c中的流体流入控制管线4532a中。控制管线4532a用作排出管线,以用于减小经由第二分支管线4522c流入第二空间4511b中的流体量。

参考图11,第一管线l1的第二分支管线4523b连接到第一空间4511a,第二管线l2的分支管线4522b连接到第二空间4511b。因此,当流体经由第一管线l1流入第一空间4111a中时,打开处理空间。

根据图11中所示的实施例,当发生缸体单元4510之间的操作偏差时,控制器4533减小供应到向下移动相对较大距离的缸体单元4510a的第一空间4511a的流体量。

连接到第一空间4511a的第一管线l1的第二分支管线4522c和控制管线4532a彼此连通,并且控制阀v3a打开,使得第二分支管线4522c中的流体流入控制管线4532a中。控制管线4532a用作排出管线,以用于减小流入第一空间4511a中的流体量。

尽管已经参考实施例描述了本发明构思,但是对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下,可以进行各种改变和修改。因此,应该理解,上述实施例不是限制性的,而是说明性的。

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