CN1023450C - 对经液体处理后的基片进行清洁干燥的方法和装置 - Google Patents

Abstract

对经液体处理后的基片进行清洁、干燥的方法和装置。把基片(1)浸入盛有液体(3)的槽(2)中一段时间，然后再缓慢地从液体中取出，使液体实际上仍全部留在槽(2)中。根据本发明，基片(1)从液体(3)中一出来就立即和来自导管(17)的排气喷嘴(18)的、不在基片上凝结的、且由易与液体混合的物质组成的蒸汽接触，接触后生成表面张力于该液体的混合物。已发现经处理后的基片(1)上不存在有机或金属残余物，或者其它污染物的干迹。

Description

本发明涉及一种处理基片的方法。这些基片先放在盛有液体的槽中浸入一段时间，然后再非常慢地从槽中取出，而使液体在实际上仍全部留有槽中。该发明还涉及到实现这一方法的一个装置。

例如，在各种基片上制造电子线路时，比如，某些半导体晶片（如硅片）上的集成电路，透明玻璃或石英板上的液晶显示的激励电路，或合成材料板（各种线路板）上的电子线路的制造过程中，可用此方法处理基片。该方法还可用在显象管的荫罩屏或激光唱片（CD）或长时间放映（VLP）的录象磁带生产过程中。在所有这些情况下，基片都要在盛有液体的槽中多次浸入一段时间，如浸入淀积金属的电镀槽，浸入在金属层或半导体材料上蚀刻图形的蚀刻槽，浸入将曝了光的感光漆层显影的显影槽，以及浸入清洗各种基片的清洗槽。在经这些液体槽处理后，要将基片从液体中取出并干燥。因为要将它们要从液体中提起、即取出，所以，液体就会从槽中流失。

美国专利No.4，722，752公开了一种方法，根据这种方法，为了清洗，硅片要在高温（90℃）的去离子水中浸入一段时间，接着，再将硅片以大约为5厘米/分的速度从水中慢慢提起。这样低的速度足以保证硅片在离开槽时实际上已处于干燥状态。那时液体的表面张力将会起作用。

实际上已发现，用这种干燥方法，液体中的污物可能会存留在基片上。还发现，利用所述的已知方法时，硅片上仍留有几微米厚的水膜。

接着这层水膜迅速蒸发，但这会引起所谓的“干迹”。在干燥期间，水膜会收缩，以致于水中的污物（往往是些有机物质或金属物质）局部集聚在晶片上。倘若晶片还必需进行蚀刻处理，则这样的残余物会产生很大的阻碍。它们会局部延缓蚀刻，甚至阻止蚀刻处理。当然，在水膜中的灰尘粒子也残留在晶片上。

为此，该发明的目的就是对经液体处理后的基片提供一种清洁、干燥的方法和装置，采用这种方法和装置可以克服上述的缺点。

根据本发明方法的特征在于：基片一从液体中出来就立即与不会在基片上凝结的蒸汽接触，这种蒸汽是可与液体混合的，混合后，产生一种表面张力低于槽中液体的混合物。因而，意外地发现，以这种方式干燥的基片上，已不再有干迹和污物。此外，一些实验已表明，即使在基片上还存在液膜，其厚度也必定小于30

。

可以推断，使用本发明的方法，通过马兰格尼（Marangonl）效应得到了更为令人满意的干燥效果，残留在基片上的液体量要少得多，甚至没有。如果把一亲液的基片部分地浸入液体中，那么这液体会在基片处形成一凹月面。于是在基片是就会呈现一个沿液体槽方向的厚度增加的液体膜。如果把这样的液体膜和不会在基片凝结的、含有易与该液体混合的物质的蒸汽接触，于是该蒸汽中的物质就会和膜中的液体混合，那地方的浓度就沿该液体槽方向开始降低。因而，在液体膜中该物质的浓度呈现了一个梯度。因为，在和液体混合时，该物质生成了表面张力低于该液体的混合物，所以这种浓度梯度导致了液体膜的表面张力梯度。由于这一梯度，沿液体槽方向就有一个力作用在液体膜上（马兰格尼效应）。因此，最终基片获得了更加满意的干燥效果。

在本发明的方法中，蒸汽不会在基片上凝结。如果存在这种情况，则从液体中取出后的基片上就会复盖一凝结蒸汽层。当然，这层凝结蒸汽一定会除去，但干燥过程要经较长的时间。再说，这种层会和基片起 化学反应。比如，如果这一层含有机溶剂，或基片上具有感光漆图形就是这种情况。实际上，在基片干燥后其上还留有较多的尘粒。用在基片上凝结的蒸汽做试验表明，在基片上凝结的蒸汽与在基片上不凝结的蒸汽相比，基片上残留的尘粒要高出10多倍。在槽和基片的温度下，在基片上不凝结的蒸汽压是不饱和的，而在基片上凝结的蒸汽的蒸汽压是饱和的。

正如上面已述的那样，基片可在不同的液体槽中处理。但实际上，这些槽几乎都盛有水。在这种情况下，最好用有机溶剂作为易和该液体混合的物质。已知有很多，如酒精类、乙二醇类、醛类和酮类，不过象四氢呋喃这种有机溶剂也能确保基片有满意的干燥效果。如果所述的槽中盛有其它种类的液体（如酒精），本发明方法也能成功地利用。为了获得满意的干燥效果，可以把基片从酒精中一提出就立即与有机溶剂1，1，1-三氟三氯乙烷蒸汽接触。

如果要把基片浸入其中一段时间的槽中盛有水，则根据本发明要求，所用有机溶剂在水中的溶解度最好大于1克/升，且其蒸汽压在25至25，000帕斯卡之间。一些实验已表明，在这些条件下，可获得满意的干燥效果。如果在水中的溶解度低于上述量，显然，因为液体得到的蒸汽太少，以致于不能产生足够大的表面张力梯度，因而得不到所期望的干燥效果。如果蒸汽压低于上述蒸汽压的下限，显然液体也不能得到足够量的蒸汽。如果蒸汽压高于上述蒸汽压的上限，则液体得到的蒸汽量太大，显然，在这种情况下所得到的表面张力梯度也非常小，因而也不能获得所期望的干燥效果。

如果按本发明要求，用乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇和四氢呋喃这类有机溶剂中的一种，则基片能以较快的速度（高达1.5厘米/秒）从水中取出。

如果把敷有感光漆的基片从水中取出（如显影后），则最好用2-丙醇 作为有机溶剂。实际上感光漆不会和这种蒸汽起化学反应。

最好，用载气来混合蒸汽，把这一混合气体排放到液体上，然后使基片接触蒸汽。这样一来，蒸汽就能在局部以高浓度和基片接触。然后，蒸汽压的选择要使在基片上的所述凝结容易避免。

当基片（如硅晶片）借助于浸在液体中的升举机构将其部分地从液体中取出液面，并如上述要求，与适当的蒸汽接触时，则基片升出液面的那部分将被干燥。如果那时抓住基片的干燥部分，并进一步把它从液体中提出，那么液滴就会附着在最后离开液体的那部分基片上。干燥基片边缘的这种液滴不一定是有害的，但可能引起上面已提到的问题。人们意外地发现，当把基片从液体中取出时，基片最后离开液体的那些部分在离开液体的时候由刃形构件支撑，只要按本发明的方法做，这种液滴的形成就避免了。这样，所述液滴就顺着刃形构件流走了。所以若用刃形构件将基片从液体中提出是特别有效的。

本发明还涉及到实现本发明方法的装置。该装置备有把基片提升出液面的升举机构，和抓住液面上基片干燥部分的机构。

美国专利No.4，722    752叙述了这一装置。它的升举机构先把基片从液体中升出一部分，随后抓住基片的干燥部分，进而通过基片盒将其从液体中全部提出。然后升举机构仍留在水中，以便在基片湿的部分离开液体时，既不和升举机构接触，也不和基片盒接触。在这种接触面上的液滴就会被留下。

为了使基片得到满意的干燥效果，就要像如上所述，基片一被提出液体就立即和其不在基片上凝结的蒸汽物质接触，该蒸汽物质在和液体混合后，生成一种表面张力低于液体表面张力的混合物。为此目的，本发明的装置备有一组带排气喷嘴的导管，以使该蒸汽和基片进行所要求的接触。

在已知装置中，从液体中提出的基片的下边粘附着液滴。为避免这 种液滴，本发明的装置装备了一刃形构件。当基片从液体中提起时，它支撑着基片的最后离开液体的那部分，于是上述液滴就经刃形构件流走了。

把刃形构件装在升举机构上是最可取的，这样便可用刃形构件从液体中提升出基片，于是就得到了一种既实用又简易的装置。

现在，通过举例，参考附图和几个实施例来更充分叙述本发明。图中：

图1    是本发明装置的纵向剖视图。

图2    是图1所示装置沿Ⅰ-Ⅰ线所取的截面图。

图3-6用图示法表明了借助于图1和2所示装置来实现本发明方法的几个步骤。

图1和2用图示表明了应用这种方法来处理基片1的装置。其中，要把这些基片浸入盛有液体3的槽2中一段时间，然后再从槽中慢慢地提出，速度要慢到使液体3实际上仍全部被留在槽2中。虽然该方法可用来处理各种基片，如玻璃板、石英板或合成材料板等，但在这一例子中处理的是硅晶片。如果要在这样的晶片上制造半导体器件，如三极管、二极管或集成电路，那么这些晶片就要多次地在盛有液体的槽中浸入一段时间，比如浸入蚀刻槽，显影槽或清洗槽。在经这些处理后，晶片1就要从液体3中拿出干燥。

在图1和2所示的装置中，基片被浸入液体3中。基片是放在聚四氟乙烯盒4中的，盒4的侧壁5上有容纳基片1的凹槽6，侧壁5通过横向壁7相互连接。实际上盒子4所能容纳的基片数往往比图中所示的大得多，但是为了清楚起见，没有把图中所示的盒子塞满基片。盒子4被两个支撑杆8支承在液体中，它能借助于传动轴9向上运动。传动轴9穿过槽2的底10，由驱动装置（图中没有示出）驱动，这样盒子4就能提升出液体3。在液体3上面安放了一辅助盒11，其侧壁12设有凹槽 13，用它来容纳基片1。这些侧壁12通过横向壁14相互连接。辅助盒11可上下竖直运动，并通过导杆导向，为清楚起见图中没有示出导杆。如图1和2所示，辅助盒11位于最低于位置，这时离液体3的距离最近。

此外，该装置还包括一个升举机构15，它能借助于传动轴16向上移动，该传动轴16穿过槽2的底10，由驱动装置（图中没有示出）驱动，于是基片1就能从盒子4滑入辅助盒11中。

该装置还包括一个带排气喷嘴18的气体导管17。当基片1从盒4滑入辅助盒11时，带排气喷嘴18的气体导管17使离开液体3后的基片1立即和能与该液体混合的物质组成的蒸汽进行接触，在混合后，产生了表面张力低于液体3的混合物。于是基片便以干燥状态从液体中提升起，并在液体3上方被辅助盒11抓住。

图3到6用图示表明了利用上述装置实现本发明方法的几个步骤。

图3再一次显示了已经由图1和2所示装置中所表明的步骤。基片1被放在的盒子4中，置于液体3下。基片1在浸入液体3中一段时间后从液体中提升出，然后运用升举机构15把基片从盒4滑入辅助盒11中，正如图4和图5指出的那样。接着盒4被从液体中提升出来，沿着辅助盒11的方向，盒11是可垂直移动的，正如图6所指出的。由疏水性材料制成的盒4地离开液体时是干燥的，因此能带着干燥基片1一起移走。

基片1以非常慢的速度离开液体3，所以在实际上液体仍被全部留在槽中。依照本发明，从液体3中出来的基片1立即与不在基片上凝结的、由与该液体易混合的物质组成蒸汽进行接触。在接触混合后，生成表面张力低于液体表面张力的混合物。事实上已发现，基片1上没有出现干迹或其它污物，假如基片1借助于上述装置从盛有水的槽中取出，不使用上述蒸汽，已发现，基片1上会残留几微米厚的水膜。不错，该膜会迅速蒸发，但来自水膜中的干迹和其它污物则仍残留在基片上。一 般讲，干迹是由有机残余物和金属残余物组成。当基片需进一步处理时，就可能造成很大的阻碍。

在实践中，槽2中的液体3往往是水。因此，用有机溶剂作为和液体易混合的物质是更可取的。已知多种有机溶剂可用，如酒精类、醛类、酯类和酮类，例如四氢呋喃也能使基片产生满意的干燥效果。而且，最好采用在水中的溶解度高于1克/升、蒸汽压在25到25，000帕斯卡之间的有机溶剂。如实施例所要表明的那样，会得到满意的干燥效果。如果溶解度低于上述量或蒸汽压在上述范围之外，干燥效果就不大满意，干燥表面可在经处理后的基片上观察到。

若按本发明要求，有机溶剂选自乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇和四氢呋喃组，则基片就能迅速地从水中取出（速度高达1.5厘米/秒）。

如果涂感光漆层的基片从水中（如从显影槽中）取出，那么最好用2-丙醇作为有机溶剂。这样感光漆实际上不会起化学反应。

和基片1接触的蒸汽最好以常规方法和载气混合，然后将混合物经由导管17和排气喷嘴18在液体3上方流过。这样，蒸汽就被局部以高浓度供给，且在基片1上不会发生蒸汽的凝结。

从这些图中可见，当基片1从液体3中取出时，最后离开液体3的那部分在离开时，被刃形构件19支撑。依据本发明，刃形构件19构成升举机构15的部件，并用它来把基片从液体中提起。刃形构件19由石英玻璃等制成，并且有小于100°的顶角。当基片从液体3中提出时，液体通过该刃形构件19全部流走了。如果现在处于本方法图4所示步骤阶段，基片1的干燥部分应当被抓住，进而从液体3中提起，一液滴就会附着在基片1上。正是这最后一滴经刃形构件19流走了。另外，这些图还要表明，在基片1离开液体3时，这些基片湿的部分和盒4及辅助盒11没有接触。如果有接触，则在有接触的地方就会有液滴附着。

实施例：

在以上所述方法中，硅晶片以常规方法在低压（U.V.）臭氧室中清洁后，再浸入水中，然后再以大约1毫米/秒的速度提升。该水被故意强污染成1克分子的氯化钠溶液。基片一离开液体就立即与由易与水溶合的不同溶剂组成的，不会在基片上凝结的蒸汽进行接触，于是生成表面张力低于水表面张力的混合物。在此，氮气大约以每秒0.5升的速度经过盛着有机溶剂的洗气瓶，接着这气体混合物经导管17和排气喷嘴18流经液体上方。下表表明了这些实验结果。在“结果”栏，“+”表明使用放大率为500倍的显微镜看不到基片上有干迹。而“-”表示能见到干迹。此外，检验有机溶剂的蒸汽压和溶解度也列于表中。已发现，为使基片得到满意的干燥效果，这两个量都必需在前面已指出的范围内，表中所述的完全溶解度是指：混合物中有机溶剂的浓度可在0到100%之间。

溶剂    蒸汽压（巴）    水中溶解度    结果

（克/升）

乙二醇    6    完全    -

乙基乙二醇    500    完全    +

1-丙醇    1，870    完全    +

2-丙醇    4，300    完全    +

四氢呋喃    20，000    完全    +

4-羟基-4-甲基    100    完全    +

-2-Penthamone

1-丁醇    670    790    +

2-丁醇    1，730    125    +

乙醚    58，700    12    -

四氯化碳    12，000    0.8    -

辛烷    1，500    0.1    -

Claims (11)

1、一种经液体处理后的基片的清洁、干燥的方法，把基片在盛有液体的槽中浸入一段时间后，再把它非常缓慢地从槽中取出时，使液体实际上仍全部留在槽中，这种处理基片方法的特征在于：基片从液体中一出来就立即与不在基片上凝结的、由易和该液体溶合的物质组成的蒸汽接触，接触混合后，蒸汽物质生成表面张力低于该液体表面张力的混合物。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：用有机溶剂作为易和液体溶合的物质。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：所用有机溶剂在水中的溶解度高于1克/升，其蒸汽压在25到25，000帕斯卡之间。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于：有机溶剂选自乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇和四氢呋喃组。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于：使用2-丙醇作为有机溶剂。

6、如前述权利要求的任一要求所述的方法，其特征在于：使基片与蒸汽接触，该蒸汽先与载气混合，然后通到液体上方。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于：当基片从液体中取出时，基片最后离开液体的那些部分在离开液体的时候是由刃形构件支撑着。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于：基片是借助于刃形构件从液体中提起的。

9、实现权利要求1所述方法的装置，该装置包括：盛装所述液体的槽，将所述基片在该槽中浸入一段时间;一个将基片从该槽中提升起来的升举机构;在所述槽上面的干燥基片夹持机构，

该装置的特征在于：它还配备了一组带排气喷嘴的气体导管，在基片离开液体时，用来使基片立即和不在基片上凝结的、由易与该液体溶合的物质组成的蒸汽接触，在接触混合后，生成表面张力低于该液体的混合物。

10、如权利要求9所述装置，其特征在于：所述升举机构包括一刃形构件，在基片从液体中提起时，用它来支撑基片，将基片从液体中提升出来。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于：所述刃形构件是由石英玻璃制成的，并具有小于100°的顶角。

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