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Die Erfindung betrifft eine Fluiddüsenvorrichtung und ein Verfahren, um damit ein Substrat zu reinigen, genauer eine Fluiddüsenvorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung eines Halbleiterwafers oder eines Substrats für ein Display unter Verwendung der Fluiddüsenvorrichtung.
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Ein Halbleiterwafer wird durch viele Verfahrensschritte hergestellt und kann potentiell durch Schmutzstoffe in den Verfahrensschritten verunreinigt werden, wie etwa übriggebliebene chemische Flüssigkeit oder übriggebliebenes chemisches Polymer. Die Schmutzstoffe auf einer Oberfläche des Halbleiterwafers können Defekte oder Fehlfunktionen von Komponenten des Wafers bewirken. Somit ist ein Reinigungsprozess nötig, um die Schmutzstoffe unter Verwendung einer Reinigungslösung von dem Halbleiterwafer zu entfernen.
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Ein herkömmliches Verfahren zur Reinigung des Halbleiterwafers ist es, den Halbleiterwafer in ein chemisches Mittel einzutauchen. Jedoch ist der dem herkömmlichen Verfahren zugeschriebene Reinigungseffekt dürftig, und die Ausbeute des nachfolgenden Prozesses unter Verwendung des Halbleiterwafers kann nachteilig beeinflusst werden. Ferner ist es kompliziert, das verwendete chemische Mittel zu entsorgen.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluiddüsenvorrichtung mit einem verbesserten Reinigungseffekt und ein Verfahren zur Reinigung eines Substrats unter Verwendung der Fluiddüsenvorrichtung bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird eine Fluiddüsenvorrichtung vorgesehen, die zur Reinigung eines Substrats angepasst ist. Die Fluiddüsenvorrichtung umfasst zumindest eine Fluiddüse, die einen Düsenkörper, ein Gaseinlassrohr, ein Flüssigkeitseinlassrohr und eine Mehrzahl von Ausstoßkanälen umfasst. Der Düsenkörper weist eine erste Innenfläche, eine zweite Innenfläche, die der ersten Innenfläche in einer ersten Richtung gegenüberliegt und davon beabstandet ist, eine Bodeninnenfläche, die die erste und die zweite Innenfläche miteinander verbindet und die mit der ersten und der zweiten Innenfläche zusammenwirkt, um dazwischen einen Aufnahmeraum zu definieren, und eine Bodenaußenfläche an einem Boden des Düsenkörpers auf. Das Gaseinlassrohr ist auf der Oberseite des Düsenkörpers angeordnet und definiert einen Gaseinlasskanal, der mit dem Aufnahmeraum in Fluidverbindung ist.
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Das Flüssigkeitseinlassrohr weist ein Ende, das mit der zweiten Innenfläche verbunden ist, und ein gegenüberliegendes Ende auf, das sich in der ersten Richtung durch die erste Innenfläche erstreckt, und das mit einem Flüssigkeitseinlass ausgebildet ist, der den Aufnahmeraum mit der äußeren Umgebung räumlich verbindet. Das Flüssigkeitseinlassrohr weist ferner zumindest einen Flüssigkeitsauslass auf, der sich distal vom Gaseinlassrohr befindet und sich in der ersten Richtung erstreckt, um den Aufnahmeraum mit einem Innenraum des Flüssigkeitseinlassrohrs räumlich zu verbinden. Die Ausstoßkanäle sind in der ersten Richtung voneinander beabstandet und im Düsenkörper angeordnet. Jeder der Ausstoßkanäle weist gegenüberliegende offene Enden auf, die jeweils in der Bodeninnenfläche und der Bodenaußenfläche ausgebildet sind. Eine von dem Flüssigkeitseinlassrohr eingeleitete Prozessflüssigkeit fließt aus dem Flüssigkeitseinlassrohr durch den Flüssigkeitsauslass und wird von einem Gas, das durch das Gaseinlassrohr in den Aufnahmeraum eingeleitet wird, dazu gedrängt, aus der Fluiddüse auf das Substrat über die Ausstoßkanäle ausgestoßen zu werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Reinigung eines Substrats unter Verwendung der vorgenannten Fluiddüsenvorrichtung vorgesehen, das die Schritte umfasst:
- (a) Lösen von Kohlenstoffdioxid in einer Flüssigkeit, um eine Prozessflüssigkeit zu bilden; und
- (b) Einleiten der Prozessflüssigkeit in den Düsenkörper durch das Flüssigkeitseinlassrohr, und Einleiten des Gases in den Düsenkörper durch das Gaseinlassrohr, um die Prozessflüssigkeit aus dem Düsenkörper auf das Substrat über die Ausstoßkanäle auszustoßen.
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Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich in der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dieser Erfindung zur Reinigung eines Substrats ist;
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2 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform einer Fluiddüsenvorrichtung gemäß dieser Erfindung ist;
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3 eine Draufsicht der bevorzugten Ausführungsform der Fluiddüsenvorrichtung ist;
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4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3 ist;
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5 eine teilweise Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform der Fluiddüsenvorrichtung ist, um eine Mehrzahl von Ausstoßkanälen zu zeigen, die in einem Düsenkörper angeordnet und mit einem Aufnahmeraum in Fluidverbindung sind;
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6 eine vergrößerte stückweise Schnittansicht ist, um einen Flüssigkeitsauslass zu zeigen, der von einer Achse abweicht;
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7 eine Schnittansicht ist, um die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens unter Verwendung der bevorzugten Ausführungsform der Fluiddüsenvorrichtung zu verdeutlichen;
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8 eine weitere teilweise Schnittansicht ist, um die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens unter Verwendung der bevorzugten Ausführungsform der Fluiddüsenvorrichtung zu verdeutlichen;
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9 eine Schnittansicht ist, um zu verdeutlichen, dass die bevorzugte Ausführungsform der Fluiddüsenvorrichtung so verstellt wird, dass sie sich relativ zum Substrat neigt; und
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10 eine vergrößerte stückweise Schnittansicht gemäß 9 ist, die den Ausstoß der Prozessflüssigkeit auf das Substrat zeigt.
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Bevor die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Ausführungsformen beschrieben wird, sollte angemerkt werden, dass ähnliche Elemente über die ganze folgende Offenbarung hinweg mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
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Bezug nehmend auf die 2, 3, 4 und 5, umfasst die bevorzugte Ausführungsform einer Fluiddüsenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die zum Reinigen eines Substrats 9 angepasst ist (siehe 7) zwei Fluiddüsen 1. Jede der Fluiddüsen 1 umfasst einen Düsenkörper 2, ein Gaseinlassrohr 4, ein Flüssigkeitseinlassrohr 5 und eine Mehrzahl von Ausstoßkanälen 6.
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Bei dieser Ausführungsform hat der Düsenkörper 2 eine im Wesentlichen recheckige Form und weist eine erste Innenfläche 213, eine zweite Innenfläche 214, die der ersten Innenfläche 213 in einer ersten Richtung (D1) gegenüberliegt und davon beabstandet ist, eine Oberseiteninnenfläche 215 und eine Bodeninnenfläche 216, die die erste und die zweite Innenfläche 213, 214 miteinander verbinden und die mit der ersten und der zweiten Innenfläche 213, 214 zusammenwirken, um dazwischen einen Aufnahmeraum 3 zu definieren, und eine Bodenaußenfläche 217 an einem Boden des Düsenkörpers 2 auf. Der Düsenkörper 2 weist des Weiteren eine erste äußere Seitenfläche 210, eine zweite äußere Seitenfläche 211, die der ersten äußeren Seitenfläche 210 gegenüberliegt und davon beabstandet ist, und zwei dritte äußere Seitenflächen 212 auf, die die erste und die zweite äußere Seitenfläche 210, 211 miteinander verbinden. Bei dieser Ausführungsform liegen die zweiten äußeren Seitenflächen 211 der Düsenkörper 2 der beiden Fluiddüsen 1 aneinander an, so dass die beiden Fluiddüsen 1 aneinander anliegen, und die ersten äußeren Seitenflächen 210 der Düsenkörper 2 der beiden Fluiddüsen 1 als gegenüberliegende äußere seitliche Flächen der Düsenkörpervorrichtung dienen. Es ist zu beachten, dass die beiden Fluiddüsen 1 in anderen Ausführungsformen dieser Erfindung voneinander getrennt angeordnet sein können.
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Der Aufnahmeraum 3 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form und erstreckt sich in der ersten Richtung (D1).
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Das Gaseinlassrohr 4 ist auf der Oberseite des Düsenkörpers 2 angeordnet und definiert einen Gaseinlasskanal, der mit dem Aufnahmeraum 3 in Fluidverbindung ist.
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Bezug nehmend auf die 4, 5 und 6 weist das Flüssigkeitseinlassrohr 5 ein Ende, das mit der zweiten Innenfläche 214 verbunden ist, und ein gegenüberliegendes Ende auf, das sich in der ersten Richtung (D1) durch die erste Innenfläche 213 und eine der dritten äußeren Flächen 212 erstreckt, und das mit einem Flüssigkeitseinlass 51 ausgebildet ist, der den Aufnahmeraum 3 mit der äußeren Umgebung räumlich verbindet.
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Das Flüssigkeitseinlassrohr 5 weist ferner zumindest einen Flüssigkeitsauslass 52 auf, der sich distal vom Gaseinlassrohr 4 befindet und sich in der ersten Richtung (D1) erstreckt, um den Aufnahmeraum 3 mit einem Innenraum des Flüssigkeitseinlassrohrs 5 räumlich zu verbinden. Bei dieser Ausführungsform ist das Flüssigkeitseinlassrohr 5 mit zweien der Flüssigkeitsauslässe 52 ausgebildet, die um einen Winkel voneinander beabstandet sind. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Flüssigkeitsauslässe 52 basierend auf tatsächlichen Anforderungen variieren kann.
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Das Gaseinlassrohr 4 erstreckt sich entlang einer Achse (L), die durch einen Mittelpunkt der Oberseite des Düsenkörpers 2 hindurchläuft, und eine gedachte Linie zwischen einer Längsmittelachse des Flüssigkeitseinlassrohrs 5 und jeder der Flüssigkeitsauslässe 52 weicht von der Achse (L) um einen Winkel (α) ab. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Winkel (α) 30 Grad. Jedoch ist der Winkel (α) nicht darauf beschränkt und kann basierend auf tatsächlichen Anforderungen eingestellt werden.
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Die Ausstoßkanäle 6 sind in der ersten Richtung (D1) voneinander beabstandet und im Düsenkörper 2 angeordnet. Jeder der Ausstoßkanäle 6 weist gegenüberliegende offene Enden auf, die jeweils in der Bodeninnenfläche 216 und der Bodenaußenfläche 217 ausgebildet sind.
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Im Düsenkörper 2 jeder der Fluiddüsen 1 ist jeder der Ausstoßkanäle 6 geneigt, wobei ein Abstand zwischen dem einen der Ausstoßkanäle 6 und der ersten äußeren Seitenfläche 210 allmählich zur Bodenaußenfläche 217 hin verringert wird. Bei dieser Ausführungsform ist jeder der Ausstoßkanäle 6 ein länglicher Kanal, um die Fließgeschwindigkeit einer dort hindurch fließenden Flüssigkeit zu beschleunigen.
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Die bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Reinigung des Substrats 9 mit einer Prozessflüssigkeit 7 unter Verwendung der Fluiddüsenvorrichtung gemäß dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1, 7 und 8 beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Flüssigkeitseinlassrohr 5 so ausgelegt, dass es unterhalb des Gaseinlassrohrs 4 angeordnet wird. Wenn Gas 8 in den Aufnahmeraum 3 durch das Gaseinlassrohr 4 eingeleitet wird, wird das Gas 8 durch das Flüssigkeitseinlassrohr 5 verlangsamt und in zwei Gasströme aufgespalten, um die Schubkraft des Gases 8 zu verteilen, wodurch der Prozessflüssigkeit 7 eine Durchschnittskraft vermittelt wird. Gleichzeitig wird eine große Menge der Prozessflüssigkeit 7 in das Flüssigkeitseinlassrohr 5 vom Flüssigkeitseinlass 51 eingeleitet und fließt in dem Flüssigkeitseinlassrohr 5 in der ersten Richtung (D1). Die Prozessflüssigkeit 7 fließt dann aus dem Flüssigkeitseinlassrohr 5 durch die beiden Flüssigkeitsauslässe 52 in den Aufnahmeraum 3 und wird im Aufnahmeraum 3 gesammelt. Die Prozessflüssigkeit 7 wird dann gleichmäßig durch das Gas 8, das in den Aufnahmeraum 3 eingeleitet wurde, dazu gedrängt, in die Ausstoßkanäle 6 zu fließen, aus der Fluiddüse 1 ausgestoßen zu werden und auf das Substrat 9 gesprüht zu werden. Die Konstruktionen des Gaseinlassrohrs 4 und des Flüssigkeitseinlassrohrs 5 würden es der Prozessflüssigkeit 7 in jedem der Ausstoßkanäle 6 erlauben, aus der Fluiddüse 1 mit einer identischen Ausstoßgeschwindigkeit ausgestoßen zu werden, wodurch die Einheitlichkeit des Ausstoßes verbessert wird.
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Bei dieser Ausführungsform enthält die Prozessflüssigkeit 7 bevorzugt Kohlenstoffdioxid (CO2) 71, d. h. die Prozessflüssigkeit 7 ist aus einer Flüssigkeit 72 und CO2 71 zusammengesetzt. Wenn die CO2 enthaltende Prozessflüssigkeit 7 aus den Ausstoßkanälen 6 ausgestoßen wird und mit der Atmosphäre in Kontakt kommt, wird der Druck der CO2 enthaltenden Prozessflüssigkeit 7 reduziert, so dass in der CO2 enthaltenden Prozessflüssigkeit 7 gelöstes Kohlenstoffdioxid 71 aufgrund der verringerten Löslichkeit des Kohlenstoffdioxids 71 in der Flüssigkeit 72 freigesetzt wird. Das freigesetzte Kohlenstoffdioxid 71 würde expandieren und in die Atmosphäre ausgestoßen werden. In der Zwischenzeit würde das ausgestoßene Kohlenstoffdioxid 71 die Sprüheffizienz der Flüssigkeit 72 erhöhen, wodurch die Aufschlagskraft der Flüssigkeit 72 auf dem Substrat 9 und die Fähigkeit und Effizienz bei der Reinigung der Schmutzstoffe auf dem Substrat 9 verbessert wird. Die Produktausbeute kann somit verbessert werden.
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Bezug nehmend auf 1 umfasst das Verfahren dieser Ausführungsform die Schritte:
- (a) Lösen von Kohlenstoffdioxid 71 in der Flüssigkeit 72, um die Prozessflüssigkeit 7 zu bilden; und
- (b) Einleiten der Prozessflüssigkeit 7 in den Düsenkörper 2 durch das Flüssigkeitseinlassrohr 5, und Einleiten des Gases 8 in den Düsenkörper 2 durch das Gaseinlassrohr 4, um die Prozessflüssigkeit 7 aus dem Düsenkörper 2 auf das Substrat 9 über die Ausstoßkanäle 6 auszustoßen.
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Um Probleme bei der Abfallbehandlung zu vermeiden, ist die Flüssigkeit 72 im Schritt (a) entionisiertes Wasser (deionized water, DIW) oder pures Wasser, und das Gas 8 im Schritt (b) ist saubere trockene Luft (clean dry air, CDA).
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Im Schritt (a) wird Kohlenstoffdioxid 71 in eine Leitung (nicht gezeigt) gepumpt, durch die die Flüssigkeit 72 fließt, und wird in der Flüssigkeit 72 gelöst, um die CO2 enthaltende Prozessflüssigkeit 7 zu bilden. Die Fluiddüsenvorrichtung stößt intermittierend die CO2 enthaltende Prozessflüssigkeit 7 aus. Das heißt, im Intervall zwischen der Reinigung zweier benachbarter Substrate 9 wird der Durchtritt, wo die CO2 enthaltende Prozessflüssigkeit 7 in das Flüssigkeitseinlassrohr 5 eintritt, geschlossen. Jedoch wird in dem Intervall Kohlenstoffdioxid 71 kontinuierlich in die Leitung gepumpt und in der Flüssigkeit 72 gelöst, so dass eine bestimmte Konzentration von Kohlenstoffdioxid 71 in der Flüssigkeit 72 aufrechterhalten werden könnte. Zum Zeitpunkt der Reinigung des Substrats 9 würde dann der Durchtritt, wo die CO2 enthaltende Prozessflüssigkeit 7 in das Flüssigkeitseinlassrohr 5 eintritt, erneut geöffnet. Aufgrund der vorgenannten Anordnung würde die Prozessflüssigkeit 7 eine feste und ausreichende Menge Kohlenstoffdioxid 71 enthalten, so dass der nachteilige Reinigungseffekt, der einem ungleichmäßigen und unzureichenden Gehalt an Kohlenstoffdioxid 71 zugeschrieben wird, verhindert werden kann.
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Es ist zu beachten, dass die Anzahl und die Verteilung der Ausstoßkanäle 6 abhängig von einer Größe des Substrats 9 eingestellt werden kann. Bei dieser Ausführungsform könnte die Fluiddüsenvorrichtung eine rechteckige Fläche des Substrats 9 reinigen, und wird dann verfahren, um eine weitere rechteckige Fläche des Substrats 9 zu reinigen.
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Bezug nehmend auf die 9 und 10 kann bei dieser Ausführungsform ein Winkel der Fluiddüsenvorrichtung bezüglich des Substrats 9 verstellt werden. Genauer gesagt wird die Fluiddüsenvorrichtung dieser Erfindung durch einen Halter (nicht gezeigt) gehalten und daran aufgehängt, und wird bezüglich des Substrats 9 geneigt, um einen Winkel zwischen der Achse (L) und dem Substrat 9 zu erzeugen. Wie in 9 gezeigt, werden die Ausstoßkanäle 6 in den beiden Fluiddüsen 1 so eingestellt, dass sie relativ zum Substrat 9 unterschiedliche Winkel aufweisen, so dass die aus den Fluiddüsen 1 ausgestoßene Prozessflüssigkeit 7 unter unterschiedlichen Winkeln auf dem Substrat 9 auftreffen und es reinigen würde, wodurch der Reinigungseffekt verbessert wird. Die Ausstoßkanäle 6 in den beiden Fluiddüsen 1 können basierend auf tatsächlichen Anforderungen variieren.
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Wie in 10 gezeigt, würde, wenn das Substrat 9 eine unebene Oberfläche aufweist, die geneigte Fluiddüsenvorrichtung es erlauben, dass das Prozessfluid 7 die Bereiche reinigt, die schwer zu erreichen und zu reinigen sind.
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Zusammenfassend könnte mit der Konstruktion der Fluiddüsenvorrichtung nach dieser Erfindung die Reinigungseffizient erhöht werden. Ferner kann Kohlenstoffdioxid 71 ebenfalls die Reinigungseffizienz verbessern. Die Verwendung der Prozessflüssigkeit 7, die aus entionisiertem Wasser/purem Wasser 72 und Kohlenstoffdioxid 71 zusammengesetzt ist, würde Umweltverschmutzungs- und Abfallbehandlungsprobleme beseitigen.
