CN106206368A - 喷嘴、包括喷嘴的基板处理装置和基板处理方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种向基板供应处理液的喷嘴，该喷嘴包括：主体，具有在其内部的通道，处理液在通道内流动，以及具有排出孔，排出孔与通道连通并且处理液从排出孔排出；以及压电元件，对流过主体的处理液加压，以便将处理液以液滴状态通过排出孔排出，其中通过排出孔排出的液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

Description

喷嘴、包括喷嘴的基板处理装置和基板处理方法

技术领域

本发明构思涉及一种供应处理液的喷嘴，包括该喷嘴的基板处理装置和基板处理方法。

背景技术

为了制造半导体器件或液晶显示器，需要在基板上执行多种工艺，例如光刻、蚀刻、灰化、离子注入和薄膜沉积。为了除去这些工艺中产生的异物和颗粒，在工艺之前或之后，需要进行清洁基板的清洁过程。

对于该清洁过程，使用多种方法，例如注入化学物质、注入混合有气体的处理液或振动地注入处理液，以便除去基板上的异物和颗粒。

在清洁过程中使用振动地注入处理液的方法，会根据颗粒的大小，影响位于基板上的异物的去除。

当被供应颗粒的大小并不恒定时，清洁力并不恒定，而且清洁过程的效率会变差。

发明内容

本发明构思提供一种用于改善清洁过程效率的喷嘴，包括该喷嘴的基板处理装置和基板处理方法。

本发明构思还提供一种使供应到基板的处理液的颗粒大小恒定的喷嘴，包括该喷嘴的基板处理装置和基板处理方法。

本发明构思还提供一种防止清洁过程中供应的处理液损伤基板的喷嘴，包括该喷嘴的基板处理装置和基板处理方法。

本发明构思要解决的问题不限于上述问题，本发明构思所属的本领域技术人员应从本说明书和附图中清楚地理解未提到的问题。

本发明构思提供一种向基板供应处理液的喷嘴。

根据本发明构思的一方面，提供了一种向基板供应处理液的喷嘴，该喷嘴包括：主体，具有在其内部的通道，处理液在通道内流动，以及具有排出孔，排出孔与通道连通并且处理液从排出孔排出；以及压电元件，对流过主体的处理液加压，以便将处理液以液滴状态通过排出孔排出，其中通过排出孔排出的液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

根据一个实施例，压电元件可向流过通道的处理液施加频率，使得通过排出孔排出的液滴之间的距离(λ)与排出孔的直径(d)之间的比值(λ/d)为3.5到6。

根据一个实施例，排出孔的直径可为2微米到8微米。

根据一个实施例，流过通道和排出孔的处理液具有层流的形式。

根据一个实施例，处理液通过排出孔排出时，具有使雷诺数为700或以下的粘度和密度。

本发明构思提供一种处理基板的装置。

根据本发明构思的一方面，提供了一种处理基板的装置，该装置包括：容器，其内部具有处理空间；支撑单元，位于处理空间中，并在其上放置基板；以及喷嘴，向置于支撑单元上的基板供应处理液，其中该喷嘴包括：主体，具有在其内部的通道，处理液在通道内流动，以及具有排出孔，排出孔与通道连通并且处理液从排出孔排出；以及压电元件，对流过主体的处理液加压，以便将处理液以液滴状态通过排出孔排出，并且其中通过排出孔排出的液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

根据一个实施例，压电元件向流过通道的处理液施加频率，使得通过排出孔排出的液滴之间的距离(λ)与排出孔的直径(d)之间的比值(λ/d)为3.5到6。

根据一个实施例，排出孔的直径可为2微米到8微米。

根据一个实施例，流过通道和排出孔的处理液具有层流的形式。

根据一个实施例，处理液通过排出孔排出时，可具有使雷诺数为700或以下的粘度和密度。

本发明构思提供一种处理基板的方法。

根据本发明构思的一方面，提供了一种处理基板的方法，该方法包括：向流过主体的处理液施加频率，使得处理液通过主体中形成的排出孔以液滴的状态被供应到基板，其中通过排出孔排出的液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

根据一个实施例，压电元件向流过通道的处理液施加频率，使得通过排出孔排出的液滴之间的距离(λ)与排出孔的直径(d)之间的比值(λ/d)为3.5到6。

根据一个实施例，排出孔的直径可为2微米到8微米。

根据一个实施例，流过通道和排出孔的处理液具有层流的形式。

根据一个实施例，处理液通过排出孔排出时，具有使雷诺数为700或以下的粘度和密度。

附图说明

参照以下附图的如下描述，以上和其它目的和特征将变得显而易见，且在所有附图中，除非另行指明，相同的附图标记表示相同的部件，附图中：

图1为示意地示出了根据本发明构思一个实施例的一种基板处理系统的平面图；

图2为示出了图1中基板处理装置的截面视图；

图3为示出了图2中喷嘴的截面视图；

图4为示出了图3中喷嘴的仰视图；

图5为示出了图2中喷嘴的注入通道的另一个实施例的视图；

图6为示出了从图2中喷嘴排出的液滴的视图；以及

图7为示意地示出了在图2中喷嘴内部流动的液体的视图。

具体实施方式

下面，将结合附图对本发明构思的示例性实施例作更详细地描述。本发明构思的实施例可以各种形式进行修改，并且本发明构思的范围不应被解释为受限于以下实施例。提供本发明构思的实施例，以便为本领域技术人员更全面地描述本发明构思。有鉴于此，为了更清楚地进行描述，夸大了附图中部件的形状。

图1为示意地示出了根据本发明构思一个实施例的一种基板处理系统的平面图。参照图1，基板处理系统1包括索引(index)模块10和过程(process)处理模块20。索引模块10包括多个装载端口120和馈送框架(feeding frame)140。装载端口120、馈送框架140和过程处理模块20可顺序地布置在一行中。接下来，装载端口120、馈送框架140和过程处理模块20布置的方向被称为第一方向12，当从顶部查看时，垂直于第一方向12的方向被称为第二方向14，与含有第一方向12和第二方向14的平面正交的方向被称为第三方向16。

其中接收基板W的托架130安放在装载端口120上。设置有多个装载端口120。多个装载端口120沿着第二方向14布置在一行中。根据过程处理模块20的过程效率、封装(footprint)条件等，可增加或减少装载端口120的数量。当基板W平行于地面布置时，托架130中形成接收基板W的多个槽部(未示出)。前开式晶片盒(FOUP)可用作托架130。

过程处理模块20包括缓冲单元220、馈送腔室240和多个处理腔室260。馈送腔室240的布置使其纵长方向平行于第一方向12。处理腔室260布置在馈送腔室240的相对侧。处理腔室260在馈送腔室240的相对侧相对于馈送腔室240以相互对称的方式设置。多个处理腔室260布置在馈送腔室240的一侧。一些处理腔室260沿着馈送腔室240的纵长方向布置。此外，一些处理腔室260被布置成彼此堆叠。也就是说，具有A乘B阵列的处理腔室260可被布置在馈送腔室240的一侧。这里，A为沿着第一方向12的一行设置的处理腔室260的数量，B为沿着第三方向16的一行设置的处理腔室260的数量。当四或六个处理腔室260设置在馈送腔室240的一侧时，处理腔室260可以2乘2或3乘2的阵列布置。处理腔室260的数量可增加或减少。与上述描述不同，处理腔室260可只设置在馈送腔室240的一侧。可选择地，处理腔室260可设置在馈送腔室240的一侧或相对侧，以形成单层。

缓冲单元220被布置在馈送框架140和馈送腔室240之间。缓冲单元220在馈送腔室240和馈送框架140之间提供基板W在被运送之前停留的空间。其中放置基板W的多个槽部(未示出)设置在缓冲单元220的内部。多个槽部(未示出)可设置为沿着第三方向16彼此间隔开。缓冲单元220面向馈送框架140的表面和缓冲单元220面向馈送腔室240的表面是敞开的。

馈送框架140在安放在装载端口120上的托架130和缓冲单元220之间传送基板W。在馈送框架140中设置有索引轨道142和索引机械手144。索引轨道142的布置使其纵长方向平行于第二方向14。索引机械手144安装在索引轨道142上，并沿着索引轨道142在第二方向14线性地移动。索引机械手144具有底座144a、主体144b和多个索引臂144c。底座144a安装成沿着索引轨道142移动。主体144b耦合到底座144a。主体144b设置为在底座144a上沿着第三方向16移动。主体144b设置为在底座144a上转动。索引臂144c耦合到主体144b，并设置为相对于主体144b前后移动。多个索引臂144c设置为被独立地驱动。索引臂144c被布置成彼此堆叠，从而沿着第三方向16彼此间隔开。当基板W被运送到过程处理模块20中的托架130时，使用一些索引臂144c，当基板W从托架130被运送到过程处理模块20时，使用一些索引臂144c。在索引机械手144携带基板W进出的过程中，该结构可防止在过程处理之前基板W生成的颗粒附着到过程处理之后基板W。

馈送腔室240在缓冲单元220和处理腔室260之间，以及两个处理腔室260之间传送基板W。在馈送腔室240中设置有导轨242和主机械手244。导轨242的布置使其纵长方向平行于第一方向12。主机械手244安装在导轨242上，并在索引轨道242上沿着第一方向12线性地移动。主机械手244具有底座244a、主体244b和多个主臂244c。底座244a安装成沿着导轨242移动。主体244b耦合到底座244a。主体244b设置为在底座244a上沿着第三方向16移动。主体244b设置为在底座244a上转动。主臂244c耦合到主体244b，并设置为相对于主体244b前后移动。多个主臂244c设置为被独立地驱动。主臂244c被布置成彼此堆叠，从而沿着第三方向16彼此间隔开。

在处理腔室260中设置基板处理装置300，用于执行基板W上的清洁过程。基板处理装置300根据清洁过程的类型可具有不同的结构。可替代地，处理腔室260中的基板处理装置300可具有相同的结构。可选择地，处理腔室260可被划分为多个组，使得处理腔室260中属于相同组的基板处理装置300的结构是相同的，并且处理腔室260中属于不同组的基板处理装置300的结构是不同的。

图2为示出了图1中基板处理装置的截面视图。

参照图2，基板处理装置300包括容器320、支撑单元340、提升单元360和注入单元380。容器320在其内部具有处理空间。处理空间为在其中进行基板处理过程的空间。容器320的上面是敞开的。容器320具有内侧回收管(vessel)322、中间回收管324和外侧回收管326。回收管322、324和326回收该过程中使用的不同处理液。内侧回收管322设置为具有围绕支撑单元340的圆环形状。中间回收管324设置为具有围绕内侧回收管322的圆环形状。外侧回收管326提供成具有围绕中间回收管324的圆环形状。内侧回收管322的内部空间322a，内侧回收管322和中间回收管324之间的空间324a以及中间回收管324和外侧回收管326之间的空间326a用作将处理液通过其引入到内侧回收管322、中间回收管324和外侧回收管326的入口。从回收管322、324和326垂直于其底面的向下方向延伸的回收线322b、324b和326b分别连接至回收管322、324和326。回收线322b、324b和326b分别排出通过回收管322、324和326引入的处理液。排出的处理液通过外部处理液回收系统(未示出)可被重新使用。

支撑单元340在该过程期间支撑并转动基板W。支撑单元340具有主体342、多个支撑销344、多个卡盘销346和支撑轴348。当从顶部查看时，主体342的上表面具有基本上圆形形状。可由电机349转动的支撑轴348固定耦合到主体342的底部。

设置有多个支撑销344。支撑销344在主体342上表面的外围彼此间隔布置，并从主体342向上伸出。支撑销344通过其组合被布置成具有大体圆环形状。支撑销344支撑基板W后表面的外围，使得基板W与主体342的上表面间隔开预定的距离。

设置有多个卡盘销346。卡盘销346布置成比支撑销344距离主体342的中心更远。卡盘销346设置为从主体342向上伸出。卡盘销346支撑基板W的一侧，使得当支撑单元340转动时，基板W不会从适当位置横向分离。卡盘销346设置为沿着主体342的径向在待用(standby)位置和支撑位置之间线性地移动。待用位置为距离主体342的中心比距离支撑位置更远的位置。当基板W装载到支撑单元340或从支撑单元340上卸载时，卡盘销346位于待用位置，当在基板W上执行工艺时，卡盘销346位于支撑位置。卡盘销346在支撑位置与基板W的一侧相接触。

提升单元360线性地上下移动容器320。当容器320上下移动时，容器与支撑单元340的相对高度发生变化。提升单元360具有支架362、可移动轴364和驱动器366。支架362固定安装于容器320的外壁，由驱动器366上下移动的可移动轴364固定耦合到支架362。降低容器320，使得当基板W置于支撑单元340上或从支撑单元340提起时，支撑单元340伸出至容器320的上侧。当执行工艺时，调节容器320的高度，使得根据供应到基板W的处理液的种类，向预置回收管360引入处理液。可选择地，提升单元360可上下移动支撑单元340。

注入单元380向基板W注入处理液。可提供多个注入单元380，以便在多种方法中，注入不同种类或相同种类的处理液。注入单元380包括支撑轴386、喷嘴臂382、喷嘴400和喷嘴构件480。

支撑轴386布置在容器320的一侧。支撑轴386具有杆状形状，其纵向方向为垂直方向。支撑轴386由驱动器构件388摆动或提升。与此不同，支撑轴386可由驱动器构件388水平线性地移动和提升。喷嘴臂382固定耦合到支撑轴386的上端。喷嘴臂382支撑喷嘴400和喷嘴构件480。

喷嘴400和喷嘴构件480位于喷嘴臂382的一端。例如，喷嘴构件480可比喷嘴400更靠近喷嘴臂382的一端。

图3为示出了图2中喷嘴的截面视图。图4为示出了图3中喷嘴的仰视图。参照图3和图4，喷嘴400供应处理液到基板W之上。当从顶部查看时，喷嘴400具有圆形形状。喷嘴400包括主体410和430、压电元件436、处理液供应线450和处理液回收线460。喷嘴400通过喷墨方式排出处理液。

主体410和430具有下板体(plate)410和上板体430。下板体410具有圆柱形形状。处理液流过的通道412在下板体410的内部形成。通道412连接引入通道432和回收通道434。第一处理液通过其被注入的多个排出孔414形成在下板体410的底面，排出孔414与通道412连通。排出孔414的直径可为2微米或8微米。在排出孔414中形成细孔。通道412可具有第一区域412b、第二区域412c和第三区域412a。当从顶部查看时，第一区域412b和第二区域412c具有环形形状。第一区域412b的半径大于第二区域412c的半径。第一区域412b的排出孔414可在沿着第一区域412b的一行设置。第二区域412c的排出孔414可在沿着第二区域412c的两行上设置。第三区域412a将第一区域412b和第二区域412c连接到引入通道432。第三区域412a将第一区域412b和第二区域412c连接到回收通道434。例如，如图4所示，第三区域412a可连接到引入通道432或回收通道434。上板体430具有直径与下板体410相同的圆柱形形状。上板体430固定耦合到下板体410的上表面。引入通道432和回收通道434在上板体430的内部形成。引入通道432和回收通道434与通道412的第二区域412b连通。引入通道432用作将处理液通过其引入到通道412的入口，回收通道434用作将处理液通过其从通道412回收的出口。引入通道432和回收通道434相对于喷嘴400的中心彼此相对地设置。

压电元件436位于上板体430的内部。当从顶部查看时，压电元件436具有圆盘形状。例如，压电元件436与第一区域412b的直径相同。可选择地，压电元件436的直径可大于第一区域412b的直径并小于上板体430的直径。压电元件436电连接至位于外侧的电源438。压电元件436为注入的处理液提供振动，以便控制颗粒的大小和处理液的流速。

通过压电元件436向处理液施加频率，使得排出孔414排出的液滴之间的距离(λ)与排出孔414的直径(d)之间的比值(λ/d)为3.5到6。处理液作为清洁液提供。例如，处理液可为电解水。处理液可包括氢水、氧水或臭氧水中的任何一个或全部。可选择地，处理液可为纯水。

处理液供应管线450向引入通道432供应处理液，处理液回收线460从回收通道434回收处理液。处理液供应管线450连接到引入通道432。处理液回收线460连接到回收通道434。泵452和供应阀454安装在处理液供应管线450上。回收阀462安装在处理液回收线460上。泵452加压从处理液供应管线450向引入通道432供应的处理液。供应阀454打开和关闭处理液供应管线450。回收阀462打开和关闭处理液回收线460。根据一个实施例，当盖工艺处于待用状态时，回收阀462打开处理液回收线460。相应地，处理液通过处理液回收线460被回收，并且不通过排出孔414注入。不同地，当工艺被执行时，回收阀462关闭处理液回收线460。相应地，通道412填充有处理液，通道412的内部压力增加，如果向压电元件436施加电压，处理液可通过排出孔414注入。通过排出孔414供给的液滴的平均直径(d1到d5)大于等于5微米且小于15微米。

图5为示出了图2中喷嘴的通道的另一个实施例的视图。下文中，参照图5，通道4120包括第一通道4120a、第二通道4120b和第三通道4120c。第一通道4120a从引入通道432延伸。第一通道4120a可具有第一长度L1。第二通道4120b从回收通道434延伸。第二通道4120b可设置为平行于第一通道4120a。第二通道4120b可具有第一长度L1。第三通道4120c连接第一通道4120a和第二通道4120b。第三通道4120c是弯曲的。第三通道4120c的一部分可平行于第一通道4120a并具有第一长度L1。例如，第三通道4120c可设置为具有多个U形彼此连接的形状。可选择地，第三通道4120c可具有多种形状。

重新参照图2，喷嘴构件480向基板W上供应保护液。当喷嘴400供应处理液时，喷嘴构件480供应保护液。于是，喷嘴构件480在喷嘴400开始供应处理液之前，可首先供应保护液。例如，喷嘴构件480可以滴加(drop)的方式注入保护液。喷嘴构件480围绕喷嘴400的一部分。喷嘴构件480设置为比喷嘴400更靠近喷嘴臂382的一端。喷嘴构件480具有将保护液通过其垂直于基板W排出到基板W之上的第一排出孔(未示出)。当从顶部查看时，喷嘴构件480具有围绕喷嘴400一部分的弧形形状。喷嘴构件480的相对端之间的线性距离可大于喷嘴400的直径。于是，喷嘴400和喷嘴构件480可以是同心的。例如，保护液可以是含有氨和过氧化氢的溶液。保护液在基板W上形成液体膜，液体膜缓解了处理液施加到基板W时的冲击。相应地，可防止基板W上的图案被处理液减弱(fall)。保护液可为纯水。第一排出孔可设置为具有单个狭缝形状。可选择地，第一排出孔可包括多个圆形排出孔。喷嘴构件480可向与基板W被注入处理液的区域邻近的区域注入保护液。注入保护液的区域可比注入处理液的区域更靠近基板W的中心区域。可选择地，喷嘴构件480可以是棒状的，而不是弧形的。

图6为示出了从图2中喷嘴排出的液滴的视图。图7为示意地示出了在图2中喷嘴内部流动的液体的视图。参照图6和图7，喷嘴400以液滴状态通过排出孔414排出处理液。多个排出孔414在基板W之上供应均匀尺寸的液滴。通过排出孔414排出的多个液滴的平均直径(d1到d5)大于等于5微米且小于15微米。

为了保持液滴的大小，通过排出孔414排出的液滴之间的距离(λ)与排出孔414的直径(d)之间的比值(λ/d)为3.5到6。通过压电元件向流过通道412的处理液施加频率，使得可以保持通过排出孔414排出的液滴之间的距离(λ)与排出孔414的直径(d)之间的比值(λ/d)。在向处理液施加频率之后，通过排出孔414排出流过通道412的处理液。接着，排出液滴的平均直径(d1到d5)大于等于5微米且小于15微米。

流过通道412和排出孔414的处理液以层流的形式提供。由于流过通道412和排出孔414的处理液以层流的形式提供，通过排出孔414排出的液滴大小是均匀的。当处理液通过排出孔414排出时，雷诺数小于或等于700。为了达到这点，处理液具有使得雷诺数为700或以下的粘度和密度。

根据本发明构思的一个实施例，通过供应到基板W之上的处理液液滴，恒定物理清洁力可传递到基板W，使得液滴具有恒定的细小尺寸。液滴具有恒定的尺寸，能够改善清洁过程的效率。进一步，当液滴保持在恒定尺寸时，处理液可被供应到基板W之上，从而可降低对基板W的损伤，并改善清洁过程的效率。

根据本发明构思的一个实施例，通过使喷嘴供应的处理液的尺寸恒定，可改善基板清洁过程的效率。

进一步，根据本发明构思的一个实施例，通过使供应到基板的处理液的尺寸变小，可减小当在基板清洁过程中向基板供应处理液时对基板的损伤。

此外，根据本发明构思的一个实施例，通过使喷嘴供应的处理液的尺寸均匀，以提供恒定物理清洁力，可改善基板清洁过程的效率。

本发明构思的效果不限于上述效果，本发明构思所属的本领域技术人员应从本说明书和附图中清楚地理解未提到的效果。

上述详细说明例示了本发明构思。此外，上述内容描述了本发明构思的示例性实施例，并且本发明构思可用于多种其他组合、变化和环境中。也就是说，本发明构思可以被修改和修正，只要不脱离说明书中公开的本发明构思的范围、书面公开的等效范围和/或本领域技术人员的技术或知识范围。书写的实施例描述了实现本发明构思技术启示的最佳状态，可根据具体应用领域和本发明构思目的，作出各种变化。有鉴于此，本发明构思的详细描述不意图限制在公开的实施例状态中的发明构思，而是，应当被解释为所附权利要求包括其他实施例。

Claims (15)

1.一种向基板供应处理液的喷嘴，所述喷嘴包括：

主体，具有在其内部的通道，所述处理液在所述通道内流动，以及具有排出孔，所述排出孔与所述通道连通并且所述处理液从所述排出孔排出；以及

压电元件，对流过所述主体的处理液加压，以便将所述处理液以液滴状态通过所述排出孔排出，

其中通过所述排出孔排出的所述液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述压电元件向流过所述通道的处理液施加频率，使得通过所述排出孔排出的液滴之间的距离λ与所述排出孔的直径d之间的比值λ/d为3.5到6。

3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述排出孔的直径为2微米到8微米。

4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中流过所述通道和所述排出孔的处理液具有层流的形式。

5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述处理液通过所述排出孔排出时，具有使雷诺数为700或以下的粘度和密度。

6.一种处理基板的装置，所述装置包括：

容器，其内部具有处理空间；

支撑单元，位于所述处理空间中，并在其上放置所述基板；以及

喷嘴，向置于所述支撑单元上的基板供应处理液，

其中所述喷嘴包括：

主体，具有在其内部的通道，所述处理液在所述通道内流动，以及具有排出孔，所述排出孔与所述通道连通并且所述处理液从所述排出孔排出；以及

压电元件，对流过所述主体的处理液加压，以便将所述处理液以液滴状态通过所述排出孔排出，并且

其中通过所述排出孔排出的所述液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述压电元件向流过所述通道的处理液施加频率，使得通过所述排出孔排出的液滴之间的距离λ与所述排出孔的直径d之间的比值λ/d为3.5到6。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述排出孔的直径为2微米到8微米。

9.根据权利要求6所述的装置，其中流过所述通道和所述排出孔的处理液具有层流的形式。

10.根据权利要求6所述的装置，其中所述处理液通过所述排出孔排出时，具有使雷诺数为700或以下的粘度和密度。

11.一种处理基板的方法，所述方法包括：

向流过主体的处理液施加频率，使得所述处理液通过所述主体中形成的排出孔以液滴的状态被供应到所述基板，

其中通过所述排出孔排出的所述液滴的平均直径大于等于5微米且小于15微米。

12.根据权利要求11所述的方法，其中压电元件向流过通道的处理液施加频率，使得通过所述排出孔排出的液滴之间的距离λ与所述排出孔的直径d之间的比值λ/d为3.5到6。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述排出孔的直径为2微米到8微米。

14.根据权利要求11所述的方法，其中流过所述通道和所述排出孔的处理液具有层流的形式。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理液通过所述排出孔排出时，具有使雷诺数为700或以下的粘度和密度。