基板处理装置的制作方法

基板处理装置


背景技术：

1.本文描述的发明概念的实施例涉及基板处理装置。
2.随着集成电路元件的设计规则的减小，半导体元件的临界尺寸减小到约20纳米至30纳米或更小。因此，需要用于形成具有大约5或更大的相对大的纵横比的深且窄的图案的工艺，以及伴随的清洁和干燥工艺。在其中形成具有较大纵横比的结构的基板上执行包括蚀刻、清洁、干燥等的预定处理过程中，已经提出了使用超临界流体的方法。
3.当将处理流体注入进行超临界处理的腔室内的处理空间时，处理流体在容纳在腔室中的基板上的流动不均匀，并且在其部分区域上产生涡流，直到处理空间内的压力达到等于或高于处理流体的临界压力的处理压力。


技术实现要素：

4.本发明构思的实施例提供了一种基板处理装置，其能够有效处理基板。
5.本发明构思的实施例提供了一种基板处理装置，其能够在处理流体进入超临界状态之前控制处理流体的流动。
6.本发明构思的实施例提供了一种基板处理装置，其能够在处理流体进入超临界状态之前控制处理流体的流动，从而降低化学液体的初始浓度，并降低执行超临界处理的腔室内残留的水分浓度。
7.本发明构思的实施例提供了一种基板处理装置，其能够控制化学液体的浓度和腔室内部残留水分的浓度，从而增加了精细图案的置换力并防止干燥失败。
8.根据本发明构思的目的不限于上述目的。根据本发明构思的未提及的其他目的和优点可以基于以下描述来理解，并且可以基于根据本发明构思的实施例更清楚地理解。此外，将容易理解，根据本发明构思的目的和优点可以使用权利要求及其组合中所示的手段来实现。
9.一方面，提供了一种使用处于超临界状态的处理流体来处理基板的装置。装置包括：腔室，其用于提供用于处理基板的处理空间；基板支撑件，其设置在腔室内，以用于在可以将基板加载到腔室中时支撑基板；第一供应端口，其设置在腔室的下壁中，其中第一供应端口可以连接到第一供应管线，以用于将处理流体供应到处理空间的位于基板下方的部分；排出端口，其设置在腔室的下壁中并与第一供应端口隔开预定间距，其中排出端口可以连接到用于从腔室排出处理流体的排出管线；分支管线，其从排出管线分出并且位于排出管线上的、安装在排出管线处的排出阀上游的位置处，其中分支管线可以一直打开；以及控制器，其控制处理流体的供应和排出，其中在将处理空间中的压力从低于处理流体的临界压力的压力增加到高于临界压力的处理压力的增压步骤中，控制器控制从第一供应端口供应的处理流体的供应量，以控制从第一供应端口供应然后通过排出端口排出的处理流体的流动。
10.在一个实施例中，装置还可以包括安装在分支管线中的孔口。
11.在一个实施例中，孔口的直径可以小于排出管线的直径。
12.在一个实施例中，分支管线可以是以平行于排出阀的方式安装的旁通管线。
13.在一个实施例中，控制器可以控制处理流体的供应量，以便在增压步骤的整个时段的一部分中保持处理空间中的压力。
14.在一个实施例中，在增压步骤中，在处理空间中的压力达到处理流体的临界压力之前的预定时间段部分内，控制器可以将处理流体的供应流速控制到第一流速，从而控制处理空间中的处理流体的流动，并将处理流体的供应流速控制到大于第一流速的第二流速，以将处理空间中的压力增加到处理压力。
15.在一个实施例中，装置还可以包括第二供应端口，其连接到第二供应管线，以用于将处理流体供应到处理空间的位于基板上方的部分，其中控制器可以：在增压步骤中，在处理空间中的压力达到处理流体的临界压力之前的时段内从第一供应端口供应处理流体；在处理空间中的压力已经达到处理流体的临界压力之后的时段从第二供应端口供应处于超临界状态的处理流体；以及在使用处于超临界状态的处理流体对基板的处理已经完成之后，打开排出阀以排出处理空间内的处理流体。
16.在一个实施例中，装置还可以包括设置在第一供应端口和基板支撑件之间的阻挡板，以用于防止来自第一供应端口的处理流体直接喷射到基板上，其中阻挡板的顶面可以定位成邻近基板的底面。
17.在一个实施例中，控制器可以将针对增压步骤的第一时段的处理流体的供应流速和针对增压步骤的第一时段之后的第二时段的处理流体的供应流速控制成彼此不同。
18.在一个实施例中，控制器可以将针对第一时段的处理流体的供应流速控制为第一流速，并将第二时段的处理流体的供应流速控制为第二流速，第二流速大于第一流速。
19.在另一方面，提供了一种使用处于超临界状态的处理流体来处理基板的装置。装置包括：腔室，其用于提供用于处理基板的处理空间；基板支撑件，其设置在腔室内，以用于在可以将基板加载到腔室中时支撑基板；第一供应端口，其设置在腔室的下壁中，其中第一供应端口可以连接到第一供应管线，以用于将处理流体供应到处理空间的位于基板下方的部分；第一排出端口，其设置在腔室的下壁中并与第一供应端口隔开预定间距，其中第一排出端口可以连接到用于从腔室排出处理流体的第一排出管线；第二排出端口，其连接到用于从腔室排出处理流体的第二排出管线，其中第二排出端口可以一直打开；以及控制器，其控制处理流体的供应和排出，其中在将处理空间中的压力从低于处理流体的临界压力的压力增加到高于临界压力的处理压力的增压步骤中，控制器可以控制从第一供应端口供应的处理流体的供应量，以控制从第一供应端口供应然后通过第二排出端口排出的处理流体的流动。
20.在一个实施例中，装置还可以包括安装在第二排出端口中的孔口。
21.在一个实施例中，孔口的直径可以小于第一排出管线的直径。
22.在一个实施例中，控制器可以控制处理流体的供应量，以便在增压步骤的整个时段的一部分中保持处理空间中的压力。
23.在一个实施例中，在增压步骤中，在处理空间中的压力达到处理流体的临界压力之前的预定时间段部分内，控制器可以将处理流体的供应流速控制到第一流速，从而控制处理空间中的处理流体的流动，并将处理流体的供应流速控制到大于第一流速的第二流速，以将处理空间中的压力增加到处理压力。
24.在一个实施例中，装置还可以包括第二供应端口，其连接到第二供应管线，以用于将处理流体供应到处理空间的位于基板上方的部分，其中控制器可以：在增压步骤中，在处理空间中的压力达到处理流体的临界压力之前的时段内从第一供应端口供应处理流体；在处理空间中的压力已经达到处理流体的临界压力之后的时段从第二供应端口供应处于超临界状态的处理流体；以及在使用处于超临界状态的处理流体对基板的处理已经完成之后，打开第一排出阀以排出处理空间内的处理流体。
25.在一个实施例中，第一排出端口可设置在腔室的下壁的中心处，其中第一供应端口可以沿一个方向设置在与第一排出端口间隔开的位置处，其中第二排出端口可以沿与所述一个方向相反的方向设置在与第一排出端口间隔开的位置处，并且可以围绕第一排出端口与第一供应端口相对。
26.在一个实施例中，控制器可以将针对增压步骤的第一时段的处理流体的供应流速和针对增压步骤的第一时段之后的第二时段的处理流体的供应流速控制成彼此不同。
27.在一个实施例中，控制器可以将针对第一时段的处理流体的供应流速控制为第一流速，并将针对第二时段的处理流体的供应流速控制为第二流速，第二流速大于第一流速。
28.在又一方面，提供了一种使用处于超临界状态的处理流体来处理基板的装置。装置包括：腔室，其用于提供用于处理基板的处理空间；基板支撑件，其设置在腔室内，以用于在可以将基板加载到腔室中时支撑基板；第一供应端口，其连接到第一供应管线，以用于将处理流体供应到处理空间的位于基板下方的部分；第二供应端口，其连接到第二供应管线，以用于将处理流体供应到处理空间的位于基板上方的部分；排出端口，其连接到用于将处理流体从腔室排出的排出管线；分支管线，其从排出管线分出并且位于排出管线上的、安装在排出管线处的排出阀上游的位置处，其中分支管线可以一直打开，其中孔口可以安装在分支管线中，其中孔口的直径可以小于排出管线的直径；阻挡板，其设置在第一供应端口和基板支撑件之间，以用于防止来自第一供应端口的处理流体直接喷射到基板上；以及控制器，其配置成控制处理流体的供应和排出，其中在将处理空间中的压力从低于处理流体的临界压力的压力增加到高于临界压力的处理压力的增压步骤中，控制器可以控制从第一供应端口供应的处理流体的供应量，以控制从第一供应端口供应然后通过第二排出端口排出的处理流体的流动，其中控制器可以将针对增压步骤的第一时段的处理流体的供应流速和针对增压步骤的第一时段之后的第二时段的处理流体的供应流速控制成彼此不同，其中控制器可以将针对第一时段的处理流体的供应流速控制为第一流速，以及将针对第二时段的处理流体的供应流速控制为第二流速，第二流速大于第一流速，其中第一时段可以是处理空间内部的压力达到处理流体的临界压力之前的时段，其中控制器可以在增压步骤中、在处理空间中的压力达到处理流体的临界压力之前的时段内从第一供应端口供应处理流体；在处理空间中的压力已经达到处理流体的临界压力之后的时段从第二供应端口供应处于超临界状态的处理流体；以及在使用处于超临界状态的处理流体对基板的处理已经完成之后，打开排出阀以排出处理空间内的处理流体。
附图说明
29.根据以下参考附图的描述，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，否则相同附图标记在各个附图中是指相同部分，并且其中：
30.图1是示意性地示出根据本发明构思的实施例的基板处理装置的视图；
31.图2至图5顺序示出了其中根据使用根据本发明构思的一个实施例的基板处理装置执行处理的顺序而已经控制基板处理装置的状态。
32.图6示出了根据本发明构思的一个实施例的按时间顺序的处理空间内的压力变化。
33.图7是示意性示出根据本发明构思的另一实施例的基板处理装置的视图。
具体实施方式
34.在下文中，将参考附图更详细地描述本发明构思的实施例。可以以各种形式修改本发明构思的实施例。因此，本发明构思的范围不应被解释为局限于以下实施例。提供这些实施例是为了向本领域普通技术人员更全面地描述本发明的构思。因此，附图中的元件的形状被放大以强调其更清晰的描述。
35.图1是示意性地示出根据本发明构思的实施例的基板处理装置10的视图。
36.参考图1，基板处理装置10可以包括：基板处理单元100，其用于支撑诸如晶圆w的基板，并且用于经由使用超临界流体的超临界工艺来处理基板；超临界流体发生器200，其用于产生超临界流体；流体供应源300，其用于将超临界流体从超临界流体发生器200供应到处理腔室100；以及流体排出器400，其用于从处理腔室100排出超临界流体。
37.超临界工艺可以包括使用超临界流体的清洁过程、干燥过程和蚀刻过程。超临界流体可以是温度和压力高于其临界点的物质，并且其具有类似于气体的扩散率、粘度和表面张力以及类似于液体的溶解度。例如，超临界流体可以包括二氧化碳(co2)、水(h2o)、甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、丙烷(c3h8)、乙烯(c2h4)、丙烯(c2h2)、甲醇(c2h3oh)、乙醇(c2h5oh)、六氟化硫(sf6)、丙酮(c3h8o)等。
38.在一个实施例中，基板处理单元100可以包括腔室110和120、第一基板支撑件130、第一供应端口122、第二供应端口112和排出端口124。基板处理单元100可以使用超临界状态的处理流体来干燥经过漂洗过程的基板w。在一个实施例中，处理流体可以是二氧化碳(co2)。
39.腔室110和120可以提供用于干燥基板的处理空间102和104。处理空间102和104可以包括处理区域102和缓冲区域104。处理区域102可以是基板w上包含化学液体s的区域，以及缓冲区域104可以是基板w下方的区域。
40.腔室110和120可以包括上腔室110和下腔室120。上腔室110可以包括上壁和第一侧壁。上腔室110的上壁可以实施为腔室的上壁。上腔室110的第一侧壁可以实施为腔室侧壁的一部分。下腔室120可以包括下壁和第二侧壁。下腔室120的下壁可以实施为腔室的下壁。下腔室120的第二侧壁可以实施为腔室侧壁的一部分。
41.上腔室110和下腔室120可以在驱动机构(未示出)的操作下相对于彼此移动，使得两者可以彼此接合或分离，从而两者可以在腔室110和120的关闭状态和腔室110和120的打开状态之间切换。例如，上腔室110和下腔室120中的至少一个可以沿着升降杆(未示出)上下移动，使得两者可以彼此联接或分离。在腔室110和120的打开状态下，基板w可以加载到腔室中/从腔室卸载。在腔室的关闭状态下，可以执行基板w的超临界干燥过程。
42.基板支撑件130可以设置在腔室110和120内，并且当基板w加载到腔室110和120中
时，可以支撑基板w。在腔室110和120的打开状态下，当基板w加载到腔室110和120中/从腔室110和120卸载时，基板支撑件130可以支撑基板w。此外，当在腔室110和120中处理基板w时，基板支撑件130可以支撑基板w。
43.基板支撑件130可以包括从上腔室110的上壁向下延伸的第一竖直杆和从第一竖直杆的一个端部沿水平方向延伸的第一水平杆。此外，基板支撑件130可以包括至少一个第一支撑突起(未示出)，该第一支撑突起从第一水平杆突出，并且支撑基板w的同时与基板w的边缘区域接触。两个基板支撑件130彼此隔开对应于基板w的直径的间距。因此，基板支撑件130中的每一个可以支撑基板w的边缘区域。
44.基板处理单元100可以包括设置在下腔室120的下壁和基板支撑件130之间的阻挡板140。阻挡板140可以安装成与下腔室120的下壁隔开预定的间距。阻挡板140可以经由支撑杆固定在下腔室120的下壁上。阻挡板140可以包括具有预定厚度的板，该板占据缓冲区域104内的预定空间。阻挡板140可以防止来自第一供应端口122的超临界流体直接喷射到基板w的后表面上。
45.此外，缓冲区域104的体积可以由于阻挡板140而减小。缓冲区域104的体积可以小于处理区域102的体积。因此，存在于基板w下方的缓冲区域104中的处理流体的量可以小于存在于基板w上方的处理区域102中的处理流体的量。阻挡板140可以存在于基板w下方的缓冲空间中，以便保持处理性能，并同时减少干燥过程中使用的处理流体的量。因此，阻挡板140可以减少缓冲空间以减少处理时间。
46.此外，可以在阻挡板140和下腔室120的下壁之间保持空间，使得可以调节高压腔室内的流体流动方向。
47.处理流体以高压储存在超临界流体发生器200中，然后通过管道l1、l11和l12以及流体供应源300的阀310、320a、320b、320c、330和332，并然后被引入干燥处理腔室。在此行进过程中，由于在阀310、320a、320b、320c、330和332以及管道连接部分处的压力下降，处理流体发生冷却现象。因此，处理流体被液化或固化，并因此作为颗粒污染物保留在基板上。或者，其他杂质可能导致处理流体的固化。为此目的，将处理流体保持在临界点以上的温度是很重要的。在加大增压速度时，仅仅保持管道的温度不足以将足够的热量传递给气体或超临界状态的溶剂。因此，附加的热交换器350、352和354(或温度调节夹套)用于在处理流体从超临界流体发生器200转移到干燥处理腔室100期间最小化相变并减少由于温度引起的密度变化，以便于加压和减压的时间控制。
48.第一供应端口122可以安装在下腔室120处。第一供应端口122可以位于下腔室120的下壁中。处理流体可以通过第一供应端口122供应到位于基板w下方的缓冲区域104。
49.第二供应端口112可以安装在上腔室110处。第二供应端口112可以位于上腔室110的上壁的中心区域。处理流体可以通过第二供应端口112供应到位于基板w上方的处理区域102。
50.排出端口124可以安装在下腔室120处。排出端口124可以位于下腔室120的下壁的邻近第一供应端口122的部分中。排出端口124可以从腔室的处理空间排出在超临界流体工艺中使用的流体。排出的处理流体可能在其中溶解有化学液体。从排出端口124排出的处理流体可以被排出或供应到再生装置(未示出)，其中处理流体可以被分离成超临界流体和有机溶剂。
51.基板处理单元100可以包括设置在上腔室110的上壁和侧壁以及下腔室120的下壁和侧壁中的至少一个中的加热器。加热器可以加热腔室的内部，使得供应到腔室内部的处理流体保持在高于临界温度的温度。例如，加热器可以包括设置在上腔室110的第一加热器116和设置在下腔室120的第二加热器126。
52.图2至图5顺序示出了其中根据使用根据本发明构思的一个实施例的基板处理装置执行处理的顺序而已经控制基板处理装置的状态。图6示出了根据本发明构思的一个实施例的按时间顺序的处理空间内的压力变化。参考图5至图6，描述基板w的处理过程。通过示例描述了干燥基板的过程。
53.如图2所示，为了干燥基板w，将基板w加载到腔室中并安置在基板支撑件130上。
54.然后，在腔室中进行使用超临界流体的干燥过程。具体地，在干燥过程之前的过程(例如，漂洗过程)中剩余的化学液体s与超临界流体混合(替换)。然后，可以排出混合的超临界流体。因此，已经从基板上移除化学液体s。化学液体s可以是有机溶剂，也可以是防倾斜液体(anti-leaning liquid)。此外，化学液体s可以是异丙醇(ipa)。
55.干燥过程可以包括：增压步骤i，其用于将处理空间的内部增加到高压以使处理流体进入高温高压的超临界状态；替换步骤，也就是用于去除混合的液体溶剂的干燥步骤ii；以及排出步骤iii，其用于将处理空间内部的压力降回大气压。排出步骤iii可以包括低速减压步骤iii-a和高速减压步骤iii-b。基板处理单元100的处理空间的压力可以根据增压步骤i、替换步骤ii和排出步骤iii来控制转换。
56.流体供应源300可以将处理流体供应到腔室中，以增加腔室中的处理空间的压力。流体排出器400可以从腔室中排出处理流体。
57.在增压步骤i中，控制器(未示出)将处理空间中的压力从低于处理流体临界压力的压力增加到高于临界压力的处理压力。控制器(未示出)控制从第一供应端口122供应的处理流体的供应量，以控制从第一供应端口122供应并通过排出端口124排出的处理流体的流量。
58.排出端口124连接到排出管线l2。排出阀410安装在排出管线l2处。
59.分支管线l3从排出管线l2分出并位于排出阀410上游的位置处，并保持在总是打开的状态。孔口510安装在分支管线l3处。孔口510的直径小于排出管线l2的直径。在所例示的实施例中，分支管线l3实施为与排出阀410平行安装的旁通管线。然而，根据另一实施例，分支管线l3的端部可以以与排出管线l2分离的方式排空。
60.当在增压步骤i中通过第一供应端口122以第一流速供应处理流体时，处理流体沿着第一供应端口122流动，然后流向基板w的顶面，并然后流向排出端口124。在这方面，排出阀410关闭，使得通过排出端口124的处理流体通过分支管线l3排空。设定第一流速，使得处理流体在基板w的顶面上产生层流。具体地，在增压步骤i中，在处理空间中的压力达到临界压力pcr之前的时段内，处理流体的供应流速被控制为第一流速，从而控制处理空间中的处理流体的流动。可以通过选择并控制其中分别安装有流体供应源300的多个第一调节阀320a、320b和320c的第一调节管线302a、302b和302c中的一个来实现以第一流速供应处理流体，也就是说，通过选择并控制调节管线中的一个来允许三个步骤的调节。根据另一个实施例，流速控制设备(未示出)可以安装在供应管线l1处以控制流速。
61.在其中控制处理空间中的流动的状态下，在基板上形成液膜的化学液体的浓度降
低，并且残留在腔室中的水分的浓度降低，处理流体的供应流速增大。在一个实施例中，处理流体的供应流速被控制为大于第一流速的第二流速，以将处理空间中的压力增加到处理压力。第二流速被设定为高于第一流速，并且被设定为增加处理空间中的压力的流速。考虑到腔室中的相态特征，可以改变加压速度以缩短加压时间。
62.根据本发明构思的实施例，预定的处理流体通过排出端口124连续排出。因此，为了增加处理空间内部的压力，处理流体应该以高于第一流速的第二流速供应到处理空间。
63.根据一个实施例，增压步骤i包括其中执行第一增压的第一增压步骤i-a，流量控制步骤i-b，以及其中执行第二增压的第二增压步骤i-c。
64.参考图2和图6，描述第一增压步骤i-a和流量控制步骤i-b。在第一增压步骤i-a中，通过第一供应端口122以第一流速供应处理流体。处理流体可能达不到其临界压力，因此产生气流作为气体的一个特征。当处理流体达到一定的压力水平时，处理流体通过排出端口124和连接到排出端口124的分支管线l3排出处理空间，然后执行流量控制步骤i-b。在流量控制步骤i-b中，在基板w的顶面上产生层流。在预设的持续时间内控制流量能够降低化学液体的浓度，并降低残留在腔室内的水分浓度。在低于处理流体的临界压力pcr的压力下进行流量控制步骤i-b。在流量控制步骤i-b中，处理空间中的压力可以在预定的持续时间内保持为恒定压力。
65.参考图3和图6，描述第二增压步骤i-c。流量控制步骤i-b执行设定的持续时间，使得化学液体的浓度降低，并且残留在腔室中的水分的浓度降低。然后，处理流体的供应流速增加到第二流速。控制多个第一调节阀320a、320b和320c以增加处理流体的供应流速。结果，当以作为增加的流速的第二流速供应处理流体时，执行其中进行第二压力增大的第二增压步骤i-c。
66.参考图4和图6，将描述当处理流体的当前压力在第二增压步骤i-c中超过处理流体的临界压力pcr时供应处理流体的方法。当处理流体的当前压力超过处理流体的临界压力pcr时，除了通过第一供应端口122供应处理流体外，还通过第二供应端口112供应处理流体。
67.当处理空间内部的压力达到处理压力时，执行替换步骤ii。在替换步骤ii中，可以执行冲洗过程，其中在第一压力p1和第二压力p2之间的范围内的减压过程和加压过程交替且重复地进行。通过第二供应管线l11和第二供应端口112将预定量的处理流体供应到腔室中的过程和在上述过程中通过排出端口124排出处理空间102中存在的气体的过程可以交替且重复地进行。
68.参考图5和图6，描述在替换步骤ii完成之后排出处理空间内部的排出步骤iii。当处理完成时，排出阀410打开以排出和排空处理空间内的处理流体。在排出步骤iii中，可以调节处理流体的排出速度，即减压速度，使得腔室中的温度保持在高于处理流体的临界温度的水平，使得超临界状态的处理流体不进入液态。因此，可以减少处理时间。
69.图7是示意性示出根据本发明构思的另一实施例的基板处理装置的视图。参考图7，在本发明构思的另一个实施例中，第二排出端口125可以设置在下腔室120处。第二排出端口125连接到第二排出管线l4。根据图1的实施例，第二排出端口125和第二排出管线l4可以对应于分支管线l3。排出端口125和第二排出管线l4总是打开的。孔口510安装在第二排出管线l4处，以设定排出流速。
70.根据图7的实施例，第一排出端口124设置在下腔室120的下壁的中心处。第一供应端口122沿一个方向设置在与第一排出端口124隔开的位置。第二排出端口125沿相反方向设置在与第一排出端口124隔开的位置处，并且围绕第一排出端口124与第一供应端口122相对。根据图7的实施例，第一供应端口122和第二排出端口125布置成围绕第一排出端口124彼此对称，使得可以更平滑地控制流体流动。
71.根据本发明构思的各种实施例，基板处理装置可以有效地处理基板。
72.根据本发明构思的各种实施例，基板处理装置可以在处理流体进入超临界状态之前控制处理流体的流动。
73.根据本发明构思的各种实施例，基板处理装置可以在处理流体进入超临界状态之前控制处理流体的流动，从而降低化学液体的初始浓度，并降低执行超临界处理的腔室内残留的水分浓度。
74.根据本发明构思的各种实施例，基板处理装置可以控制化学液体的浓度和腔室内部残留水分的浓度，从而增加了精细图案的置换力并防止干燥失败。
75.本发明构思的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从上述描述中将清楚地理解未提及的其他效果。
76.虽然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，可以进行各种改变和修改。因此，应当理解，上述实施例不是限制性的而是说明性的。