用于处理基板的设备和方法与流程

本文描述的发明构思的实施方案涉及用于处理基板的设备和方法，并且更具体地讲，涉及用分配到基板上的液体处理基板并且然后去除液体的设备和方法。

背景技术：

半导体工艺包括清洁基板上的薄膜、异物、颗粒等的过程。通过以下方式来执行清洁过程：将基板放置在旋转头上以使得图案化表面朝上或朝下，在将旋转头旋转的同时将处理液分配到基板上，并且在此之后干燥基板。

近年来，超临界流体已用于清洁基板的过程中。例如，提供了用于通过将处理液分配到基板上来处理基板的液体处理室，以及用于在执行液体处理后通过使用超临界流体从基板去除处理液的高压室，并且通过转移机械手将在液体处理室中完成处理的基板转移到高压室中。

图1是示出现有技术中用于通过使用超临界流体来清洁基板的基板处理设备的示意图。超临界流体储存在流体供应罐61中并通过打开阀门来供应。孔口63设置在供应管线中。孔口63调整超临界流体的供应。加热器64设置在孔口63的下游以加热穿过孔口63的超临界流体。加热的超临界流体被供应到腔室50中。超临界流体在穿过孔口63后绝热膨胀，并且因此可能发生非预期的相变。

技术实现要素：

本发明构思的实施方案提供了用于在使用超临界流体来处理基板时提高处理效率的基板处理设备和方法。

此外，本发明构思的实施方案提供了用于在使用超临界流体来处理基板时减少基板上的颗粒的基板处理设备和方法。

本发明构思要解决的技术问题不限于上述问题，并且本发明构思所属领域的技术人员从以下描述中将清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。

根据示例性实施方案，一种用于处理基板的设备包括：腔室，所述腔室具有处理空间，在该处理空间中执行处理所述基板的过程；以及流体供应单元，所述流体供应单元将处理流体供应到所述腔室中。所述流体供应单元包括：供应管线；至少一个孔口，所述至少一个孔口设置在所述供应管线中；以及第一加热器，所述第一加热器设置在所述孔口上或所述孔口的上游。所述第一加热器将穿过所述孔口的所述处理流体加热到设定温度或更高温度。

根据一个实施方案，处理流体可以在孔口的下游绝热膨胀，并且所述设定温度可以是使得在穿过所述孔口之后绝热膨胀的所述处理流体的温度保持在临界温度或更高温度的温度。

根据一个实施方案，所述供应管线可以包括：孔口区域，在其中设置有孔口；在所述孔口区域上游的前孔口区域；以及在所述孔口区域下游的后孔口区域。所述处理流体可以在顺序地穿过所述前孔口区域、所述孔口区域和所述后孔口区域时在温度-压力相图中形成至少一个转折点。所述转折点可以在高于所述处理流体的临界温度的温度下形成。

根据一个实施方案，所述设定温度可以是使得穿过所述孔口的所述处理流体变成气态或超临界状态以经历两相相变或更少相变的温度。

根据一个实施方案，所述设备还可以包括设置在所述孔口下游的第二加热器。

根据一个实施方案，所述处理流体可以是二氧化碳。

根据示例性实施方案，用于处理基板的方法包括通过将超临界流体分配到所述基板上来执行处理所述基板的过程。处理流体在被分配到所述基板上之前流过孔口。所述处理流体在穿过所述孔口之前被加热到设定温度或更高温度。

根据一个实施方案，所述处理流体的温度可以在孔口下游降低，并且所述设定温度可以是使得所述降低的温度保持在临界温度或更高温度的温度。

根据一个实施方案，供应所述处理流体的供应管线可以包括：孔口区域，在其中设置有所述孔口；在所述孔口区域上游的前孔口区域；以及在所述孔口区域下游的后孔口区域。所述处理流体可以在顺序地穿过所述前孔口区域、所述孔口区域和所述后孔口区域时在温度-压力相图中形成至少一个转折点。所述转折点可以在高于所述处理流体的临界温度的温度下形成。

根据一个实施方案，所述过程可以是干燥基板的过程。

根据一个实施方案，所述处理流体可以是二氧化碳。

附图说明

根据参考以下附图的以下描述，上述和其它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图中是指相同的部分，且其中：

图1是示出现有技术中的基板处理设备的示意图；

图2是示出根据本发明构思的实施方案的基板处理设备的示意性平面图；

图3是示出图2的液体处理室的实施方案的示意图；

图4是示出图2的高压室的实施方案的示意图；

图5是示出根据本发明构思的实施方案的基板处理设备的示意图；

图6是示出图5中的孔口区域和相邻区域的放大视图；

图7示出了二氧化碳的相图，其中表示了根据本发明构思的示例的相变过程；

图8是示出根据本发明构思的另一个实施方案的基板处理设备的示意图；以及

图9是示出根据本发明构思的另一个实施方案的基板处理设备的示意图。

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方案。然而，本发明构思可以不同的形式实施，并且不应当被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案以使得本发明构思将彻底且完整，且将本发明构思的范围完全传达给本领域技术人员。在图式中，为了清楚说明，夸大了部件的尺寸。

图2是示出根据本发明构思的实施方案的基板处理设备的示意性平面图。

参见图2，基板处理设备包括转位模块10、处理模块20和控制器30。根据实施方案，转位模块10和处理模块20沿一个方向布置。在下文中，转位模块10和处理模块20的布置方向称为第一方向92，当俯视时垂直于第一方向92的方向被称为第二方向94，并且垂直于第一方向92和第二方向94两者的方向称为第三方向96。

转位模块10将基板w从其中接收有基板w的载体80转移到处理模块20，并且在载体80中放置在处理模块20中完成处理的基板w。转位模块10的长度方向平行于第二方向94。转位模块10具有多个装载端口12和转位框架14。装载端口12相对于转位框架14位于处理模块20的相反侧。其中接收有基板w的载体80放置在装载端口12上。多个装载端口12可以沿第二方向94布置。

可以使用诸如正面开口标准箱(foup)的气密载体作为载体80。载体80可以通过诸如顶置式转移装置、顶置式输送器、或自动引导式载具的转移单元(未示出)或由操作员放置在装载端口12上。

转位机械手120设置在转位框架14中。导轨140(其长度方向平行于第二方向94)设置在转位框架14中，并且转位机械手120可沿导轨140移动。转位机械手120包括其上放置有基板w的手部122，并且手部122可前后移动，可围绕沿第三方向96定向的轴旋转，并且可沿第三方向96移动。多个手部122可以被设置成在竖直方向上彼此间隔开。手部122可以独立地向前或向后移动。

处理模块20包括缓冲单元200、转移室300、液体处理室400和高压室500。缓冲单元200提供空间，在该空间中，要加载到处理模块20中的基板w和从处理模块20卸载的基板w暂时停留。每个液体处理室400执行通过将液体分配到基板w上来处理基板w的液体处理过程。每个高压室500执行去除残留在基板w上的液体的干燥过程。转移室300在缓冲单元200、液体处理室400和高压室500之间转移基板w。

转移室300可以布置成使得其长度方向平行于第一方向92。缓冲单元200可以设置在转位模块10与转移室300之间。液体处理室400和高压室500可以设置在转移室300的相对侧。液体处理室400和转移室300可以沿第二方向94布置。高压室500和转移室300可以沿第二方向94布置。缓冲单元200可以位于转移室300的一端处。

根据一个实施方案，液体处理室400可以设置在转移室300的相对侧，并且高压室500可以设置在转移室300的相对侧。液体处理室400可以被设置成比高压室500更靠近缓冲单元200。在转移室300的一侧，液体处理室400可以沿第一方向92和第三方向96布置成a×b阵列(a和b是1或更大的自然数)。此外，在转移室300的一侧，高压室500可以沿第一方向92和第三方向96布置成c×d阵列(c和d是1或更大的自然数)。可替选地，液体处理室400可以仅设置在转移室300的一侧，并且高压室500可以仅设置在转移室300的相反侧上。

转移室300具有转移机械手320。导轨340(其长度方向平行于第一方向92)可以设置在转移室300中，并且转移机械手320可沿着导轨340移动。转移机械手320可以包括其上放置有基板w的手部322。手部322可前后移动，可围绕沿第三方向96定向的轴旋转，并且可沿第三方向96移动。多个手部322可以被设置成在竖直方向上彼此间隔开。手部322可以独立地向前或向后移动。

缓冲单元200包括其中放置有基板w的多个缓冲器220。缓冲器220可以沿第三方向96彼此间隔开。缓冲单元200的前面和后面是开放的。前面与转位模块10相对，并且后面与转移室300相对。转位机械手120可以通过缓冲单元200的前面接近缓冲单元200，并且转移机械手320可以通过缓冲单元200的后面接近缓冲单元200。

图3是示出图2的液体处理室400的实施方案的示意图。参考图3，液体处理室400具有壳体410、杯状部420、支撑单元440、液体分配单元460和升降单元480。壳体410具有大致矩形的平行六面体形状。杯状部420、支撑单元440和液体分配单元460布置在壳体410中。

杯状部420具有在顶部开放的处理空间，并且在处理空间中用液体处理基板w。支撑单元440在处理空间中支撑基板w。液体分配单元460将液体分配到支撑在支撑单元440上的基板w上。不同类型的液体可以顺序地分配到基板w上。升降单元480调整杯状部420相对于支撑单元440的高度。

根据一个实施方案，杯状部420具有多个回收碗状部422、424和426。回收碗状部422、424和426分别具有用于回收用来处理基板w的液体的回收空间。回收碗状部422、424和426中的每一个具有围绕支撑单元440的环形形状。在液体处理过程中通过基板w的旋转而散射的处理液可以通过相应的回收碗状部422、424和426的入口422a、424a和426a引入回收空间中。根据一个实施方案，杯状部420具有第一回收碗状部422、第二回收碗状部424和第三回收碗状部426。第一回收碗状部422被设置为围绕支撑单元440，第二回收碗状部424被设置为围绕第一回收碗状部422，并且第三回收碗状部426被设置成围绕第二回收碗状部424。第二入口424a(通过其将液体引入第二回收碗状部424中)可以位于比第一入口422a(通过其将液体引入第一回收碗状部422中)更高的位置，并且第三入口426a(通过其将液体引入第三回收碗状部426中)可以位于比第二入口424a更高的位置。

支撑单元440具有支撑板442和驱动轴444。支撑板442的上表面可以具有基本上圆形的形状，并且可以具有比基板w更大的直径。支撑销442a设置在支撑板442的中央部分上以支撑基板w的背面。支撑销442a从支撑板442向上突出以允许基板w与支撑板442隔开预定距离。卡盘销442b设置在支撑板442的边缘部分上。卡盘销442b从支撑板442向上突出并支撑基板w的侧向部分，以防止基板w在旋转时从支撑单元440脱出。驱动轴444由致动器446驱动。驱动轴444连接到支撑板442的底表面的中心并使支撑板442绕其中心轴旋转。

根据一个实施方案，液体分配单元460具有第一喷嘴462、第二喷嘴464和第三喷嘴466。第一喷嘴462将第一液体分配到基板w上。第一液体可以是用于去除残留在基板w上的膜或异物的液体。第二喷嘴464将第二液体分配到基板w上。第二液体可以是用于中和分配到基板w上的第一液体的液体。此外，第二液体可以是中和第一液体并且在第三液体中比在第一液体中更好地溶解的液体。第三喷嘴466将第三液体分配到基板w上。第三液体可以是在高压室500中使用的超临界流体中很好地溶解的液体。例如，第三液体可以是在高压室500中使用的超临界流体中比在第二液体中更好地溶解的液体。第一喷嘴462、第二喷嘴464和第三喷嘴466可以由不同的臂461支撑。臂461可以独立地移动。可替选地，第一喷嘴462、第二喷嘴464和第三喷嘴466可以安装在相同臂上，并且可以通过相同臂同时移动。

升降单元480使杯状部420沿竖直方向移动。杯状部420与基板w之间的相对高度通过杯状部420的竖直移动而改变。因此，用于回收处理液的回收碗状部422、424和426可以根据分配到基板w上的液体的类型而改变，由此分别回收液体。与以上描述相反，杯状部420可以是固定的，并且升降单元480可以沿竖直方向移动支撑单元440。

图4是示出图2的高压室500的实施方案的示意图。根据一个实施方案，高压室500通过使用超临界流体去除基板w上的液体。高压室500具有主体520、基板支撑单元(未示出)、流体供应单元560和阻挡板(未示出)。

主体520具有其中执行干燥过程的内部空间502。主体520具有上部主体522和下部主体524。上部主体522和下部主体524彼此组合以形成上述内部空间502。上部主体522位于下部主体524上方。上部主体522可以固定就位，并且下部主体524可以通过诸如汽缸的致动器590被升高或降低。当下部主体524与上部主体522分离时，内部空间502打开，并且基板w放置在内部空间502中或从内部空间取出。在干燥过程中，下部主体524与上部主体522紧密接触以将内部空间502从外部密封。高压室500具有加热器570。根据一个实施方案，加热器570位于主体520的壁中。加热器570加热主体520的内部空间502，以使得供应到主体520的内部空间502中的流体保持在超临界状态。

同时，尽管图中未示出，但支撑基板w的基板支撑单元(未示出)可以设置在处理空间502中。基板支撑单元(未示出)在主体520的内部空间502中支撑基板w。基板支撑单元(未示出)可以安装在下部主体524上以支撑基板w。在这种情况下，基板支撑单元(未示出)可以升高并支撑基板w。可替选地，基板支撑单元(未示出)可以安装在上部主体522上以支撑基板w。在这种情况下，基板w可以从基板支撑单元(未示出)悬置并由其支撑。

流体供应单元560将处理流体供应到主体520的内部空间502中。根据一个实施方案，处于超临界状态的处理流体可以被供应到内部空间502中。可替选地，处于气态的处理流体可以被供应到内部空间502中并且可以在内部空间502中经历相变而成为超临界状态。处理流体可以是用于干燥的流体。

根据一个实施方案，流体供应单元560具有供应管线562。供应管线562从放置在基板支撑单元(未示出)上的基板w上方供应处理流体。根据一个实施方案，供应管线562连接到上部主体522。此外，供应管线562可以连接到上部主体522的中心。

可替选地，供应管线562可以分成连接到上部主体522的上分支管线564和下分支管线(未示出)。下分支管线(未示出)可以连接到下部主体524。上分支管线564和下分支管线(未示出)可以各自具有安装在其中的流量阀。

排放管线550连接到下部主体524。主体520的内部空间502中的超临界流体通过排放管线550排出到主体520的外部。

在下分支管线(未示出)连接到下部主体524的情况下，阻挡板(未示出)可以设置在主体520的内部空间502中。阻挡板(未示出)可以具有圆板形状。阻挡板(未示出)由支撑件(未示出)支撑从而与主体520的底表面向上间隔开。支撑件(未示出)具有杆形状并且彼此间隔开预定距离。下分支管线(未示出)的出口和排放管线550的入口可以设置在彼此不干涉的位置。阻挡板(未示出)可以防止通过下分支管线(未示出)供应的处理流体直接分配到基板w而损坏基板w。

图5是示出根据本发明构思的实施方案的基板处理设备的示意图。将参考图5详细描述流体供应单元560。

根据一个实施方案，流体供应罐610设置在流体供应单元560的上游。流体供应罐610存储将被供应到高压室500中的处理流体。根据一个实施方案，处理流体是二氧化碳。供应管线562连接到流体供应罐610。供应管线562提供通道，储存在流体供应罐610中的处理流体通过该通道被供应到高压室500中。

根据一个实施方案，供应管线562被配备有流量阀620、第一加热器630、孔口640、第二加热器650和流量阀660。根据一个实施方案，流量阀620、第一加热器630、孔口640、第二加热器650和流量阀660从上游侧到下游侧依次布置。本文使用的术语“上游侧”和“下游侧”基于供应管线562中的处理流体的流动方向。

流量阀620是打开或关闭来自流体供应罐610的处理流体的供应的阀。在打开状态下，流量阀620允许处理流体流过流量阀620下游的供应管线562。在关闭状态下，流量阀620不允许处理流体流过流量阀620下游的供应管线562。穿过流量阀620的处理流体处于高温气态或超临界状态。可以为每条管线安装多个流量阀620以控制处理流体的供应。

孔口640调节从流体供应罐610供应的处理流体的量。穿过孔口640的处理流体的量根据孔口640的尺寸进行调整。孔口640改变管线中的流动通道的横截面。孔口640中的流动通道的横截面积从上游侧到下游侧逐渐减小。根据一个实施方案，孔口640中的流动通道包括具有从上游侧到下游侧减小的横截面积的区段、具有恒定横截面积的区段、以及具有从上游侧到下游侧增加的横截面积的区段。

第一加热器630设置在孔口640的上游。第一加热器630将孔口640上游的处理流体加热到设定温度或更高温度。

第二加热器650设置在孔口640的下游。第二加热器650将孔口640下游的处理流体加热到设定温度或更高温度。根据一个实施方案，第二加热器650用于维持处理流体的温度。

图6是示出图5中的孔口区域和相邻区域的放大视图，并且图7示出了二氧化碳的相图，其中表示了根据本发明构思的示例的相变过程。

参见图6和图7，前孔口区域①设置在其中设置有孔口640的孔口区域②的上游，并且后孔口区域③设置在孔口区域②的下游。第一加热器630安装在前孔口区域中，并且第二加热器650安装在后孔口区域中。

在图7中，tcr是临界点的温度，ttp是三相点的温度，pcr是临界点的压力，并且ptr是三相点的压力。例如，在处理流体为二氧化碳的情况下，tcr为31.1℃，ttp为-56.4℃，pcr为73atm，并且ptr为5.11atm。

穿过孔口640的处于tcr或更高温度的处理流体在孔口640的下游绝热膨胀。此时，处理流体的温度沿图7的方向a→b急剧下降。此后，当第二加热器650加热处理流体时，处理流体的温度沿方向b→c上升。

在比较例1中，在温度-压力相图上的特定温度(tcr或更高)和特定压力的点a1处的处于气态的处理流体在穿过孔口640之后绝热膨胀。此时，处理流体的温度沿方向a1→b1下降。温度降低的处理流体在转折点b1处以固态存在。此后，当孔口640下游的第二加热器650加热处理流体时，处理流体沿方向b1→c1通过液相进入超临界流体相。根据比较例1，处理流体在顺序穿过点a1、b1和c1的过程中经历四相改变，直到以超临界流体状态供应处理流体。

在比较例2中，在温度-压力相图上的特定温度(tcr或更高)和特定压力(点a2处的温度高于点a1处的温度)的点a2的处于气态的处理流体在穿过孔口640之后绝热膨胀。此时，处理流体的温度沿方向a2→b2下降。温度降低的处理流体在转折点b2处以液态存在。此后，当孔口640下游的第二加热器650加热处理流体时，处理流体沿方向b2→c2达到超临界流体相。根据比较例2，处理流体在顺序穿过点a2、b2和c2的过程中经历三相改变，直到以超临界流体状态供应处理流体。

在本发明构思的示例中，在温度-压力相图上的特定温度(tcr或更高)和特定压力(点a3处的温度高于点a2处的温度)的点a3的处于气态的处理流体在穿过孔口640之后绝热膨胀。此时，处理流体的温度沿方向a3→b3下降。温度降低的处理流体在转折点b3处以气态或超临界状态存在。此后，当孔口640下游的第二加热器650加热处理流体时，处理流体沿方向b3→c3达到超临界流体相。根据本发明构思的示例，处理流体在顺序穿过点a3、b3和c3的过程中经历两相改变，直到以超临界流体状态供应处理流体。

比较例1中的处理流体经历四相变化，并且比较例2中的处理流体经历三相变化。处理流体的相变引起处理流体中的污染水平的升高。例如，当比较例1中的点b1处的处理流体是固体时，固体可能撞击供应管线562的管道而引起污染。

为了使相变最小化，可以使用将超临界流体存储在流体供应罐610中并随后供应超临界流体的方法，或将流体供应罐610中的处理流体的温度升高到最大值的方法。然而，这些方法可能导致可存储在流体供应罐610中的处理流体的容量减少。

在根据该实施方案的供应管线562上，第一加热器630设置在孔口640的上游，在该上游处发生绝热膨胀。在处理流体即将穿过孔口640之前，第一加热器630将超临界流体加热到设定温度或更高温度。设定温度是使得在穿过孔口640之后膨胀的超临界流体的温度保持在临界温度或更高温度的温度范围。

第一加热器630不仅可以预先提高处理流体的温度(该处理流体的温度在处理流体穿过孔口640之后降低)，而且也可以增加可存储在流体供应罐610中的处理流体的容量。

图8是示出根据本发明构思的另一实施方案的基板处理设备的示意图。参考图8，第一加热器670可以设置在孔口640上。第一加热器670加热处理流体以使得穿过孔口640的处理流体的温度保持在临界温度或更高温度。

图9是示出根据本发明构思的另一实施方案的基板处理设备的示意图。参考图9，图9所示的实施方案和图8所示的实施方案可以合并在一起。可以提供多个第一加热器。第一加热器630可以设置在孔口640的上游，并且第一加热器670可以设置在孔口640上。

本发明构思不仅可以应用于通过使用超临界流体来干燥基板的过程，而且还可以应用于通过使用超临界流体来处理基板的过程，并且这对应于普通创造性范围的修改。

根据本发明构思的实施方案，当通过使用超临界流体来处理基板时，基板处理设备和方法可以提高处理效率。

此外，根据本发明构思的实施方案，当通过使用超临界流体来处理基板时，基板处理设备和方法可以减少基板上的颗粒。

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。

虽然已经参考示范性实施方案描述了发明构思，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可进行各种改变和修改。因此，应理解，上述实施方案不是限制性的，而是说明性的。