CN101079373A - 处理基材的设备和方法以及用于这种设备的喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供喷头、基材处理设备以及使用它的基材处理方法。该基材处理设备包括支撑基材的可旋转的旋转头；安装在旋转头上并用于向支撑在旋转头上的基材的底部表面供应流体的喷头；以及向喷头供应流体的流体供应单元。该喷头包括：设置在支撑在旋转头上的基材的中心区域下面并用于从流体供应单元接收流体的主体；以及从主体延伸到支撑在旋转头上的基材的边缘区域并用于向基材的底部表面喷射由主体供应的流体的喷射部件，该喷射部件具有第一喷孔、第二喷孔和流动通道，第一喷孔向基材的边缘区域喷射流体，第二喷孔向位于中心区域与边缘区域之间的中间区域喷射流体，流体经流动通道供应到第一喷孔，然后供应到第二喷孔。
Description
相关申请的交叉参考
本美国非临时专利申请根据35U.S.C§119要求2006年5月25日提交的韩国专利申请2006-47217的优先权，在此引入该韩国专利申请的全部内容作为参考。
技术领域
在此公开的本发明涉及基材处理设备和基材处理方法，更具体地说，涉及能够均匀处理基材底部表面的基材处理设备和方法。
背景技术
一般来说，在半导体器件制造过程中，在用作基材的晶片上沉积多层薄层，比如多晶体层、氧化物层、氮化物层和金属层。在这些薄层上涂布光致抗蚀剂层。使用曝光过程在光掩模上形成的图案被转移到光致抗蚀剂层上。此后，通过蚀刻过程在晶片上形成预期的图案。
比如各种薄层和光致抗蚀剂等不必要的杂质会残留在进行上述过程的晶片的底部表面上。这些薄层和光致抗蚀剂在后面的过程中作为颗粒使器材污染。因此，需要蚀刻过程来去除比如各种薄层和光致抗蚀剂等残留在晶片底部表面上的不必要的杂质层。
蚀刻基材底部表面用的基材处理设备包括向旋转晶片的底部表面喷射化学品溶液的喷头。这种喷头包括设置在晶片下部中心区域的主体和从该主体向晶片边缘区域延伸的喷射部件。在喷射部件上形成有多个喷孔。化学品溶液经这些喷孔喷射到晶片底部表面。由于晶片的旋转，喷射到晶片底部表面的化学品溶液流向晶片边缘区域，从而去除残留在晶片底部表面上的杂质。
然而，常规的基材处理设备具有以下问题。
供应到喷射部件的化学品溶液从相应于晶片中心区域的喷射部件内部流向相应于晶片边缘区域的喷射部件外部。化学品溶液首先经形成于喷射部件内部的喷孔喷射，然后经形成于喷射部件外部的喷孔喷射。
当喷孔远离晶片中心区域时，因为化学品溶液经喷孔喷射，所以内部压力下降。因此，由于压力下降，很难精确控制在形成于喷射部件外部的喷孔所喷射的化学品溶液的流动和喷射压力。此外，虽然未处理面积从晶片中心区域进一步逐渐增加，但是精确控制流动和喷射压力并不困难。因此，形成在晶片边缘区域的杂质层不能令人满意地被蚀刻，于是晶片底部表面的蚀刻均匀性降低。
发明内容
本发明提供一种能够充分蚀刻晶片边缘区域的喷头。
本发明还提供一种能够均匀蚀刻晶片底部表面的喷头。
本发明的实施例提供了用于向所述基材的底部表面喷射流体的基材处理设备。这种基材处理设备包括：可旋转的旋转头，所述旋转头支撑基材；喷头，所述喷头安装在所述旋转头上并用于向支撑在所述旋转头上的基材的底部表面供应流体；以及流体供应单元，所述流体供应单元向所述喷头供应流体。所述喷头包括：主体，所述主体设置在支撑在所述旋转头上的基材的中心区域下面并用于从所述流体供应单元接收流体；以及喷射部件，所述喷射部件从所述主体延伸到支撑在所述旋转头上的基材的边缘区域并用于向所述基材的底部表面喷射由所述主体供应的流体。所述喷射部件具有第一喷孔、第二喷孔和流动通道，所述第一喷孔向所述基材的边缘区域喷射流体，所述第二喷孔向位于所述中心区域与所述边缘区域之间的中间区域喷射流体，流体经所述流动通道供应到所述第一喷孔，然后供应到所述第二喷孔。
在一些实施例中，所述喷射部件包括第一流动通道和第二流动通道，所述第一流动通道使流体从与所述主体连接的所述喷射部件的一端流向所述喷射部件的另一端，所述第二流动通道从所述第一流动通道延伸并使流体从所述喷射部件的另一端流向所述喷射部件的一端，所述第二喷孔形成在所述第二流动通道上。
在另外的实施例中，所述第一喷孔形成在所述第一流动通道上。所述第一流动通道与所述第二流动通道平行设置。此外，所述流动通道呈“U”形。所述第一喷孔之间的间距比所述第二喷孔之间的间距窄。从所述基材的中心区域向远端方向倾斜地形成所述第一喷孔。倾斜地形成所述第一喷孔，使得所述第一喷孔的各顶端部分朝向所述基材的边缘区域。
在另外的实施例中，所述主体包括气体喷孔，所述气体喷孔向所述基材的中心区域喷射气体，从而有助于从所述喷射部件喷射的流体流向所述基材的边缘区域。此外，所述喷射部件包括向所述基材的中心区域喷射流体的第三喷孔。朝所述基材的中心倾斜地形成所述第三喷孔。
在本发明的其他实施例中，喷头包括：供应流体的主体；以及喷射部件，所述喷射部件从所述主体延伸并用于喷射由所述主体供应的流体。所述喷射部件具有第一流动通道、第二流动通道和喷孔，所述第一流动通道使流体从与所述主体连接的所述喷射部件的一端流向所述喷射部件的另一端，所述第二流动通道从所述第一流动通道延伸并使流体从所述喷射部件的另一端流向所述喷射部件的一端，并且流体经所述喷孔喷射，使得在所述喷射部件两端之间区域上的喷孔喷射流体之前，在所述喷射部件的另一端区域上的喷孔喷射流体。
在一些实施例中，所述第一流动通道具有在所述喷射部件另一端区域喷射流体的第一喷孔，所述第二流动通道具有在所述喷射部件一端与另一端之间的区域喷射流体的第二喷孔。
在本发明的其他实施例中，基材处理方法包括：从与所述基材的中心区域相应的位置向基材下面设置的喷射部件供应流体，以及在使用所述喷射部件向所述基材的中心区域与边缘区域之间的中间区域喷射流体之前，向所述基材的边缘区域喷射流体。
在一些实施例中，在向所述基材的边缘区域喷射流体之前，向所述基材的中心区域喷射流体。这种方法还包括向所述基材的中心区域喷射气体，从而有助于从所述喷射部件喷射的化学品溶液流向所述基材的边缘区域。
附图说明
附图用于进一步理解本发明，本说明书包括这些附图并且它们构成本说明书的一部分。这些附图显示了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：
图1是本发明基材处理设备的局部剖切的立体图；
图2是图1所示的基材处理设备的俯视图；
图3是图1所示的基材处理设备的正面投影视图；
图4是本发明实施例的喷头的投影视图；
图5是本发明实施例的喷射部件的俯视投影视图；
图6A-图6C是正面投影视图，阐明使用本发明实施例的喷头的基材处理方法；以及
图7是曲线图，阐明使用本发明实施例的喷头处理基材的结果。
具体实施方式
下面结合图1-图7，更详细地描述本发明的优选实施例。然而，可以以许多不同的形式体现本发明，并且不应当认为本发明限制于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例将使本发明内容清楚、完整，并向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
在下文中，虽然以晶片W作为基材的例子描述本发明，但是本发明可应用于除晶片W以外的各种基材。
图1是本发明基材处理设备10的局部剖切的立体图，图2是图1所示的基材处理设备的俯视图。图3是图1所示的基材处理设备的正面投影视图。
本发明的基材处理设备10在基材底部表面上进行均匀蚀刻处理，并且其包括旋转头100、旋转轴200、驱动单元300和喷头400。
呈圆盘形状的旋转头100在支撑晶片W的状态下使晶片W旋转。在旋转头100上安装许多用于支撑晶片W底部表面的支撑销120和许多用于支撑晶片W侧面的卡盘销110。晶片W位于支撑销120上，然后在使晶片W旋转之前使卡盘销110旋转。当卡盘销旋转时，卡盘销110布置和固定晶片W的位置。因此，当旋转头100旋转时，卡盘销110可以防止晶片W与旋转头100分离。
下面将要描述的驱动单元300使与旋转头100连接的旋转轴200旋转。旋转轴200的上端与旋转头100连接，旋转轴200的下端与驱动单元300连接。旋转轴200将驱动单元300的扭矩传输到旋转头100。
呈空心轴形状的旋转轴200包括冲洗溶液供应管线442、气体供应管线444和清洁溶液供应管线446。将在下面描述管线442、444和446。
驱动单元300包括驱动发动机310、驱动滑轮320和皮带330。通过外部电源施加的电力，驱动发动机310产生驱动力。与驱动发动机310连接的驱动滑轮320通过皮带330与旋转轴200连接。驱动发动机310产生的扭矩通过皮带330传输到旋转轴200。可以通过调节旋转轴200的内外径比来调节旋转轴200的旋转速度。
基材处理设备10还包括容器500。容器500防止了因旋转头100的旋转而使清洁溶液从晶片W散射到外部。因为酸性溶液用作清洁溶液，所以容器500安装在旋转头100周围以保护外围装置。容器500的上端具有放入和取出晶片W的开口，并且设置容器500使其围住旋转头100。
图4是本发明实施例的喷头400的投影视图。
喷头400安装在旋转头100上，并向晶片W的底部表面供应流体。如上所述，需要蚀刻过程去除比如各种薄层和光致抗蚀剂等残留在晶片W的底部表面上的不必要的杂质层。旋转头100向晶片W的底部表面供应流体以蚀刻不必要的杂质层。
喷头400包括设置在晶片W的底部表面的中心区域下面的主体410、从主体410沿着径向延伸的第一喷射部件420和从主体410沿着与第一喷射部件420相反的方向延伸的第二喷射部件430。
呈圆盘形状的主体与冲洗溶液供应管线442、气体供应管线444和清洁溶液供应管线446连接。因此，冲洗溶液经冲洗溶液供应管线442供应到主体410。气体经气体供应管线444供应到主体410。清洁溶液经清洁溶液供应管线446供应到主体410。
在主体410的中心形成有气体喷孔412。从气体供应管线444供应的气体经气体喷孔412喷射到晶片W的底部表面的中心区域，从而有助于喷射到晶片W底部表面的清洁溶液平稳地流向晶片W的边缘区域。优选的是，所述气体使用不活泼气体，比如氮气。
图5是本发明实施例的第一喷射部件420的俯视投影视图。
第一喷射部件420向晶片W的底部表面喷射清洁溶液。清洁溶液用于分离残留在晶片W的底部表面上的杂质层。氢氟酸溶液可以用作清洁溶液。尽管清洁溶液用作本实施例中的处理溶液，但是本发明不限于清洁溶液，并且除了清洁溶液以外还可以使用各种化学品溶液和处理气体。
在第一喷射部件420的内部形成清洁溶液流动通道428，经清洁溶液供应管线446供应的清洁溶液经过该清洁溶液流动通道流动。清洁溶液流动通道428具有第一流动通道428a和第二流动通道428b，其中在第一流动通道428a中清洁溶液从与主体410连接的第一喷射部件420的一端流向第一喷射部件420的另一端，在第二流动通道428b中清洁溶液从第一喷射部件420的另一端流向第一喷射部件420的一端。
参见图5，呈“U”形的第一流动通道428a和第二流动通道428b分别沿着与喷头400上面放置的晶片W相平行的方向设置。此外，第一流动通道428a与第二流动通道428b相通。在另一个实施例中，第一流动通道428a和第二流动通道428b可以单独地沿着垂直方向设置，也就是沿着晶片W的纵向方向设置。
清洁溶液供应管线446与第一流动通道428a连接，并且经清洁溶液供应管线446向第一流动通道428a供应清洁溶液。供应到第一流动通道428a的清洁溶液沿着第一流动通道428a流向第二流动通道428b。
参见图5，在第一喷射部件420的上部表面上形成有第一喷孔422、第二喷孔424和第三喷孔426。晶片W可以分为边缘区域(以下称为“区域A”)、中心区域(以下称为“区域C”)和在边缘区域与中心区域之间限定的中间区域(以下称为“区域B”)。这里，清洁溶液经第一喷孔422喷射到区域A上，经第二喷孔424喷射到区域B上，经第三喷孔426喷射到区域C上。
区域A、区域B和区域C的大小分别由第一喷孔422、第二喷孔424和第三喷孔426的布置决定。第一喷孔422、第二喷孔424和第三喷孔426的布置可以由清洁过程的均匀性决定。
此时，在第一流动通道428a上形成第一喷孔422和第三喷孔426，在第二流动通道428b上形成第二喷孔424。因此，当清洁溶液经清洁溶液供应管线446供应到第一流动通道428a时，供应的清洁溶液沿着第一流动通道428a流动，并且首先在第三喷孔426喷射，然后在第一喷孔422喷射。当清洁溶液供应到第二流动通道428b时，清洁溶液最后在第二喷孔424喷射。
然而，根据本发明的实施例，第一喷孔422、第二喷孔424和第三喷孔426的位置可以稍微变化。在本发明的实施例中，清洁溶液供应到区域A，然后供应到区域B。因此，可以在第二流动通道428a上形成第三喷孔426，也可以在第二流动通道428a上形成第一喷孔422。尽管改变了第一喷孔422和第三喷孔426的位置，但是也可以实现本发明的目的。下面将进行更详细的说明。
参见图3，由于支撑销120的存在，第一喷射部件420不可能延伸到与晶片W的半径相应的长度。因此，清洁溶液难以供应到区域A的端部。此外，在主体410的中心形成气体喷孔412。主体410的中心相应于晶片W的中心。第三喷孔426从主体410的中心偏置预定距离。因此，清洁溶液难以供应到晶片W的中心区域。
因此，如图4所示，朝远离晶片W中心的方向倾斜地形成第一喷孔422以向区域A供应清洁溶液。此外，朝晶片W的中心方向倾斜地形成第三喷孔426以向晶片W的中心区域供应清洁溶液。
此时，圆周长度与半径成比例。因此，当晶片旋转完整的一圈时，喷孔离晶片W的中心越远，未处理面积增加越大。在单喷孔的未处理面积中，区域A的未处理面积大于区域B的未处理面积。因此，优选的是，第一喷孔422的间距比第二喷孔424和第三喷孔426的间距更密。
第二喷射部件430向晶片W的底部表面喷射冲洗溶液。冲洗溶液用于去除使用清洁溶液而与晶片W的底部表面分离的杂质。去离子水可以用作冲洗溶液。
在第二喷射部件430的内部形成冲洗溶液流动通道434，经冲洗溶液供应管线442供应的冲洗溶液经过该冲洗溶液流动通道流动。冲洗溶液流动通道434沿着旋转头100的径向从旋转头100的中心区域向旋转头100的边缘区域延伸。
在第二喷射部件430的上部表面上形成有多个与冲洗溶液流动通道434相通的冲洗溶液喷孔432。在本发明的实施例中，尽管冲洗溶液喷孔432设置成相互分开预定距离，但是在相应于晶片W的边缘区域的部分可以更密集地设置冲洗溶液喷孔432，因为晶片W的边缘区域比晶片W的中心区域具有更大的将要使用冲洗溶液处理的面积。
冲洗溶液喷孔432包括向晶片W的边缘区域供应冲洗溶液的第一喷孔432a和向晶片W的中心区域供应冲洗溶液的第二喷孔432b。
由于支撑销120的存在，第二喷射部件430和第一喷射部件420不可能延伸到与晶片W的半径相应的长度。因此，向晶片W的边缘区域供应清洁溶液有些困难。此外，在主体410的中心形成气体喷孔412。冲洗喷孔432从主体410的中心偏置预定距离。因此，向晶片W的中心区域供应冲洗溶液有些困难。
参见图4，朝远离晶片W中心的方向倾斜地形成第一喷孔432a以向晶片W的边缘区域供应冲洗溶液。此外，朝晶片W的中心方向倾斜地形成第二喷孔432b以向晶片W的中心区域供应冲洗溶液。
如上所述，气体供应管线444与气体喷孔412连接，冲洗溶液供应管线442与冲洗溶液流动通道434连接。此外，清洁溶液供应管线446与清洁溶液流动通道428连接。在冲洗溶液供应管线442、气体供应管线444和清洁溶液供应管线446上分别安装冲洗溶液阀门442a、气体阀门444a和清洁溶液阀门446a。在各管线的末端分别安装冲洗溶液贮存器442b、气体贮存器444b和清洁溶液贮存器446b。
图6A-图6C是正面投影视图，阐明使用本发明实施例的喷头400来处理晶片W的方法，图7是曲线图，阐明使用本发明实施例的喷头400来处理晶片W的结果。
晶片W装载在旋转头100上面。装载的晶片W由支撑销120支撑并由卡盘销110固定。
接着，当旋转头100使晶片W旋转时，向安装在晶片W下面的喷头400供应清洁溶液和气体。
供应的气体经气体喷孔412向晶片W的底部表面喷射，供应的清洁溶液沿着第一流动通道428a流动。
沿着第一流动通道428a流动的清洁溶液首先经在第一流动通道428a上形成的第三喷孔426喷射，然后经第一喷孔422喷射。没有经第一喷孔422和第三喷孔426喷射的清洁溶液流入第二流动通道428b中，然后经在第二流动通道428b上形成的第二喷孔424喷射。此时，向晶片W的底部表面喷射的清洁溶液移动到晶片W的边缘区域，并且经气体喷孔412喷射的气体促进了清洁溶液的移动。
清洁过程之后，将冲洗溶液经冲洗溶液供应管线446供应到冲洗溶液流动通道434，然后冲洗溶液去除残留在晶片W的底部表面上的杂质。
如上所述，经清洁溶液供应管线446供应的清洁溶液经形成在晶片W的边缘区域下面的第一喷孔422喷射，从而在预定的喷射压力下向晶片W的边缘区域喷射足够的清洁溶液。因此，可以在晶片W的整个底部表面上均匀地进行清洁过程。
以上公开的主题被认为是说明性的而不是限制性的，所附权利要求书意图用来覆盖所有落入本发明的实质精神和范围内的修改、改进以及其他实施例。因此，在法律允许的最大程度上，本发明的范围将由所附权利要求书及其等同物所允许的最宽泛解释来确定，而不应受前述详细说明的约束或限制。
Claims (15)
1.一种基材处理设备，包括：
可旋转的旋转头，所述旋转头支撑基材；
喷头，所述喷头安装在所述旋转头上并用于向支撑在所述旋转头上的基材的底部表面供应流体；以及
流体供应单元，所述流体供应单元向所述喷头供应流体，
其中所述喷头包括：
主体，所述主体设置在支撑在所述旋转头上的基材的中心区域下面并用于从所述流体供应单元接收流体；以及
喷射部件，所述喷射部件从所述主体延伸到支撑在所述旋转头上的基材的边缘区域并用于向所述基材的底部表面喷射由所述主体供应的流体，
所述喷射部件具有第一喷孔、第二喷孔和流动通道，所述第一喷孔向所述基材的边缘区域喷射流体，所述第二喷孔向位于所述中心区域与所述边缘区域之间的中间区域喷射流体，流体经所述流动通道供应到所述第一喷孔，然后供应到所述第二喷孔。
2.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述喷射部件具有第一流动通道和第二流动通道，所述第一流动通道使流体从与所述主体连接的所述喷射部件的一端流向所述喷射部件的另一端，所述第二流动通道从所述第一流动通道延伸并使流体从所述喷射部件的另一端流向所述喷射部件的一端，
所述第二喷孔形成在所述第二流动通道上。
3.如权利要求2所述的基材处理设备，其中所述第一喷孔形成在所述第一流动通道上。
4.如权利要求2所述的基材处理设备，其中所述第一流动通道与所述第二流动通道平行设置。
5.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述流动通道呈“U”形。
6.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述第一喷孔之间的间距比所述第二喷孔之间的间距窄。
7.如权利要求1所述的基材处理设备，其中倾斜地形成所述第一喷孔，使得所述第一喷孔的各顶端部分朝向所述基材的边缘区域。
8.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述主体包括气体喷孔，所述气体喷孔向所述基材的中心区域喷射气体，从而有助于从所述喷射部件喷射的流体流向所述基材的边缘区域。
9.如权利要求1所述的基材处理设备，其中所述喷射部件具有向所述基材的中心区域喷射流体的第三喷孔。
10.如权利要求1所述的基材处理设备，其中倾斜地形成所述第三喷孔，使得所述第三喷孔的各顶端部分朝向所述基材的中心区域。
11.一种喷头，包括：
供应流体的主体；以及
喷射部件，所述喷射部件从所述主体延伸并用于喷射由所述主体供应的流体，
其中所述喷射部件具有第一流动通道、第二流动通道和喷孔，所述第一流动通道使流体从与所述主体连接的所述喷射部件的一端流向所述喷射部件的另一端，所述第二流动通道从所述第一流动通道延伸并使流体从所述喷射部件的另一端流向所述喷射部件的一端，并且流体经所述喷孔喷射，使得在所述喷射部件两端之间区域上的喷孔喷射流体之前，在所述喷射部件的另一端区域上的喷孔喷射流体。
12.如权利要求11所述的喷头，其中所述第一流动通道具有在所述喷射部件另一端区域喷射流体的第一喷孔，所述第二流动通道具有在所述喷射部件一端与另一端之间的区域喷射流体的第二喷孔。
13.一种基材处理方法，包括：
在基材下面设置喷射部件，从与所述基材的中心区域相应的所述喷射部件的一端向所述喷射部件供应流体；以及
在使用所述喷射部件向所述基材的中心区域与边缘区域之间的中间区域喷射流体之前，向所述基材的边缘区域喷射流体。
14.如权利要求13所述的方法，其中在向所述基材的边缘区域喷射流体之前，向所述基材的中心区域喷射流体。
15.如权利要求13所述的方法，还包括向所述基材的中心区域喷射气体，从而有助于从所述喷射部件喷射的化学品溶液流向所述基材的边缘区域。
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