专利名称：晶片清洗和蒸汽干燥系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及高洁净度物体的处理和清洗系统，特别涉及使用干燥蒸汽干燥这类物体的干燥系统和干燥过程。
背景技术：
在某些工业中必须使用各过程使物体达到极高的洁净度。例如，在半导体晶片制作中，一般需要使用多个清洗步骤除去晶片表面上的杂质才能作进一步处理。多年来，在进行称为表面制备的晶片清洗时，把多个晶片集中成一批后使该批晶片经受一系列化学和清洗步骤后最终进行干燥步骤。一种典型的表面制备顺序是把这些晶片浸没在HF和HCI酸洗溶液中除去表面氧化物和金属杂质。然后，这些晶片用高纯度去离子水(DI)彻底清洗，除去晶片上的酸洗化合物。经清洗的晶片然后使用各种公知干燥过程干燥。
当前，在工业中使用各种工具和方法进行该表面制备过程。现有清洗中最流行的工具是浸入润湿清洗平台或“润湿台”。在润湿台处理中，一批晶片浸入一系列处理容器中，其中，一些容器中装有清洗或酸洗所需化合物，而另一些容器中装有清洗晶片表面上的这些化合物的去离子水(“DI”)。为更彻底清洗晶片表面，可使用与一个或多个容器连接的压电转换器把兆波能量赋予晶片。在最后一个处理容器中，使用异丙醇(IPA)之类溶剂除去晶片上的清洗流体。IPA是一种减小水的表面张力的有机溶剂。
在(Schwenkler)美国专利No.5,226,242描述了一种IPA干燥方法中，湿基片被移入一密封容器中后置于该容器的处理区。在该容器的蒸汽发生区生成的IPA蒸汽雾被引入该处理区，从而除去晶片上的水。该干燥方法可非常有效地除去晶片上的液体，但很难应用于在同一容器中进行化学处理、清洗和干燥的单容器系统中。
为减小环境污染，要求对干燥技术作出改进，以减小IPA用量。一种改进的干燥技术为
图1简示的Marongoni方法。在Marongoni方法的一种应用中，在把晶片从处理容器慢慢提起的同时IPA蒸汽凝结在包围晶片的清洗水的顶面上。所溶解蒸汽的浓度在晶片表面S处最高，随着清洗流体离开晶片表面的距离的增加而递减。由于表面张力随着IPA浓度的增加而减小，因此水的表面张力在IPA浓度最高的晶片表面处最小。该浓度梯度从而造成箭头A所示清洗水离开晶片表面的“Marongoni流”。从而清洗水从晶片表面上被剥离下来，晶片表面得以干燥。
Marongoni方法的另一个应用见(McConnell)美国专利No.4,911,761，该专利说明了一种清洁、清洗和干燥晶片的单室系统。如该专利所述，一批晶片放置在单一密封容器中后各处理液相继从顶部到底部流过该容器。该方法还使用一称为“直接排代干燥”的过程在最后清洗后干燥晶片。随着清洗流体的慢慢排出使用引入该容器中的IPA干燥蒸汽进行该干燥步骤。IPA蒸汽排代跌落的清洗水，凝结在容器中清洗水表面上，生成从晶片表面到跌落的清洗水中的Marongoni流，从而干燥晶片。
尽管直接排代干燥法可获得令人满意的结果，IPA的用量减少，但仍有改进余地。例如，由于该方法部分地依赖于容器中的下降清洗流体的牵引(或表面张力)，因此不适用于在一容器中进行清洗后在另一容器中进行干燥的系统。此外，要从Marongoni效应中获得最佳结果，必须密切控制去离子水排出容器的速率。
在(Mohindra)美国专利5,571,337所述清洁和干燥过程中，一容器中的晶片经化合物处理后在DI水中清洗，除去剩余化合物。清洗后，进行IPA清洁步骤，使用Marongoni流除去剩余在晶片表面上的粒子。该清洁步骤是在DI清洗流体慢慢排出的同时把IPA蒸汽引入容器中，生成从晶片表面到跌落清洗水中的Marongoni流。按照该专利，如小心控制清洗水的跌落速率，Marongoni流可带走晶片表面上的剩余粒子，获得更清洁的晶片。除了除去晶片上的粒子，IPA步骤中Marongoni流还除去晶片上的大部分清洗水。但在IPA步骤结束时晶片表面上留下水滴，因此把热氮气引导到晶片上，使剩余水滴蒸发。尽管该方法的IPA用量较之现有干燥方法减少，但剩余水滴造成可能在晶片表面上留下杂质的问题。
因此本发明的一个目的是提供一种改进的彻底干燥方法和装置，它的溶剂用量减少，非常适用于各种表面制备系统和过程。
本发明概述本发明装置是一种处理、干燥一物体表面的方法和系统。按照该方法，一湿物体放置在一容器中，然后把一干燥蒸汽引入该容器中。该干燥蒸汽凝结在该物体表面上，减小剩余处理流体的表面张力，使得剩余处理流体从该表面上脱落。在一实施例中，在该容器中对该物体进行湿处理、然后排空处理流体后才引入干燥蒸汽。
附图的简要说明图1为一晶片的侧视图，简示出Marongoni干燥过程中晶片表面上的Marongoni流。
图2简示出本发明干燥系统第一实施例。
图3为一流程图，例示出在HF酸洗、清洗和干燥过程中使用图2和8干燥系统的各处理步骤。
图4A为本发明干燥容器的正视剖面图，并简示出干燥系统各部件。
图4B为图4A干燥容器的端视剖面图。
图4C为该容器的仰视立体图，未示出盖和卸料门。
图5为图4A干燥容器的分解图，示出盖处于关闭位置。
图6为图4A干燥容器的分解图。
图7为图4A干燥容器的盖的分解图。
图8A-C为一晶片的侧视图，相继简示出结合第一和第二实施例所述除去清洗水和晶片表面上的凝结PIA的过程。
图9A简示出一用于第一和第二实施例的化合物注入系统，包括化合物储罐的正视图。
图9B为图9A化合物注入系统的化合物储罐的侧视图。
图10简示出用于第一和第二实施例的化合物注入系统、特别是用来把一干燥化合物输入干燥蒸汽发生室中的化合物注入系统。
附图的详细说明本发明为一种非常适用于各种处理方法的蒸汽干燥系统和方法。例如，该系统和方法可单独用来干燥，此时可把湿物体从一湿处理容器移入该干燥系统的该容器中。作为另一个例子，该干燥系统的该容器可用作干燥前的表面钝化处理，例如晶片处理中使用的酸洗、臭氧清洗和DI清洗过程以及其后的干燥过程。
下面结合半导体基片的表面制备说明本发明系统和方法。这只是例示性的而非限制性的。本发明系统和方法同样适用于要求高洁净度的其他物体，例如但不限于平板显示器、光和磁记录盘和光掩模。还应指出，尽管称为“干燥系统和方法”，但本发明系统和方法可用于各种应用场合，这些应用场合可包括、也可不包括化学处理步骤和清洗步骤。
还应指出，尽管该系统中把异丙醇(“IPA”)用作优选干燥化合物/蒸汽，但本发明也可使用当前公知或将来研制出的其他干燥化合物/蒸汽。这类替代物应看成落在本发明范围内。例如与IPA相同的其他极性有机化合物以及甲烷、HFE、其他醇类和不含极性有机化合物的其他物质，包括氩气和氮气。
结构-第一实施例图2简示出本发明系统一实施例。一般来说，系统10包括一清洗/干燥容器12、一活动盖14、一与该容器分开的干燥蒸汽发生室16、一化合物注入部件68、一废料回收部件70和下文详述的各排水装置和进口。
清洗/干燥容器12为大小和形状可用来接收和处理一批半导体晶片的处理容器。容器12最好有一内筒部18，其侧壁、前壁和后壁被一溢流堰20围住。在许多现有清洗筒中可见到的溢流堰20在某些应用中供流体沿容器壁成瀑布状直流而下。溢流堰20中有一溢流排水管22，内筒部16底部有一过程排水管24。阀26控制排水管24的打开和关闭。另一排水管28和阀30用来排出IPA。一冷凝器32用来把排出的IPA凝结成废料。
一清洗流体源34与容器12底部的清洗流体进口36连通。该系统可有一过滤器在清洗流体流向该容器时过滤清洗流体，尽管许多生产设施另装有过滤系统生成纯净度符合要求的清洗流体。使用时，清洗流体流入容器中、流过容器后沿容器内壁以瀑布状流入溢流堰20。清洗流体经排水管22流出该溢流堰后废弃。
盖14为一由顶壁40和顶壁40上下垂的4侧壁构成的无底盖。盖14受一机器人系统44操纵可在一下降位置与一升起位置之间移动。在下降位置，侧壁42伸入内筒部18中与筒底密封接触，同时顶壁40伸展在容器顶部开口上。项壁40降到底时最好与构成容器内部和溢流堰的侧壁密封接触。这一结构防止蒸汽在处理过程中从容器中逸出，同时防止周围环境中的气体或颗粒物质进入容器中。
在升起位置，盖14与容器12相距足够距离，以把一晶片盒46上的晶片降入容器12中或从中取出。机器人系统44可沿一垂直轴线在下降位置与升起位置之间移动盖14。它也可作多轴线移动，从而把盖置于容器开口上方一边上，以把晶片移入移出容器。
与容器12一样，盖14也用与使用在该系统中的化合物不起反应的材料制成。该盖还装有一把盖壁40、42保持在高温下的加热系统。如下文结合图2详述，加热盖的好处在于，减少干燥蒸汽在盖上的凝结，从而使更多的干燥蒸汽凝结在冷晶片表面上，从而使用于干燥的IPA或其他干燥溶剂的用量减少。
当然，可使用各种各样的系统加热盖。一种加热盖的系统为埋置在壁40、42中的一加热元件系统。在一优选系统中，这些加热元件为与热去离子水之类热流体体源50连接的流体管道48。该热流体在壁40、42中的管道中流通，加热各壁，把各壁保持在高温下(该高温最好高于用来清洗晶片的清洗流体的温度)。当然，管道48在壁40、42中的布置无关紧要，只要该布置足以使热流体在各壁中流通，从而把各壁的温度保持在所需高温上。或者，也可用导向盖表面的热氮气加热盖。
盖的顶壁40上有把蒸汽引入容器中的一个或多个进口51。用来驱除容器中的空气、防止容器中的晶片氧化的氮气和用作干燥的干燥蒸汽从这些进口流入容器中。
在本发明一实施例中，使用初始IPA步骤进行干燥，在该步骤中，用热氮气把IPA蒸汽带入容器中。在该步骤后的一个步骤是，把热氮气引入容器中，使得剩余在晶片和晶片盒上的凝结IPA挥发。用作这两个目的的氮气用一接收一氮气源54的氮气的氮气加热器52加热。用管道使氮气/IPA干燥步骤所需的热氮气流入IPA室16中以及使热氮气的第二干燥步骤所需的热氮气直接流入容器中。阀56用作流入IPA室中的氮气的开关，阀58控制经旁通管道直接流入容器中的氮气气流。氮气/IPA输出阀59打开时，氮气/IPA从室16流入容器12中。
IPA室16最好为一电抛光高纯度不锈钢室，包括一底壁60和底壁60旁一用来加热该底壁的加热件61。使用时，一定量的IPA流体从IPA储槽62输入到室16底壁上。
一室温氮气源66与盖14连接，用来把源66中的气体经进口51输入容器中。
如该系统用作清洁和/或蚀刻之类化学处理，还可有一化合物注入部件68，该化合物注入部件计量反应化合物后把它们注入DI水流中，DI水流把它们带入容器12中。
工作情况-第一实施例图2系统可用于各种应用场合，包括在容器12中或外部进行化学处理和清洗步骤。图3为图2干燥系统的一种应用的流程图，其中，表面氧化物使用HF/HCI酸洗除去，然后清洗和干燥晶片。
最好在该过程的早期进行IPA蒸汽的发生，但无论如何在晶片即将干燥之时进行IPA蒸汽的发生。步骤200。为在IPA室16中生成IPA蒸汽，把一定量的IPA流体注入该室的表面60上后用加热件61加热。IPA在表面60上最好加热到低于IPA的沸点(在1个大气压下为82.4℃)。加热IPA可提高IPA蒸汽发生的速度，从而加快该过程，生成IPA蒸汽浓雾。
该过程开始时，最好盖14不在容器开口上，用在流体管道48中流动的热DI把盖壁40、42加热到促使IPA蒸汽凝结在晶片表面而不凝结在盖上的温度。在DI开始流入容器的同时把酸洗化合物(例如HF和HCI)注入流入容器中的DI流中，用预定浓度的酸洗流体充满容器。步骤204。
把装有晶片W的一晶片盒46(图2)降入容器中后放置在晶片支架47上。步骤204。然后把盖14移动到容器上方位置(例如图2所示位置)。把氮气从一氮气源66(该氮气源可以是氮气源54，也可为一独立氮气源)经进口50引入容器中驱除该系统中的空气。
晶片在处理化合物中漫没完成酸洗所需预定时间。步骤208。酸洗结束时，清洗流体从进口36被泵入容器12中、成瀑布状流入溢流堰20后从溢流排出管22排出。步骤210。如要进行臭氧清洗，则接着使用臭氧化DI水清洗晶片。步骤212。为此把臭氧从容器12的另一进口注入清洗流体中或使用化合物注入部件68注入DI流中。臭氧清洗后，继续进行纯DI清洗足够时间以彻底清洗晶片和晶片盒，步骤214，然后打开过程排出管24，迅速排出容器中的清洗流体(“迅速卸料”)。步骤216。在排出清洗流体的同时机器人系统44把盖14移入其在容器中的下降位置。最好是，随着盖的下降氮气经进口51流回室温氮气源66，在容器中保持驱气环境。
如上所述，在该过程早期在IPA室16中开始发生IPA蒸汽。在即将进行干燥步骤时，阀56稍稍打开，使热氮气充满室16。一旦容器排空、盖下降到底，打开阀59，使得热氮气把IPA蒸汽带入容器中。步骤218。
由于是热蒸汽，因此IPA蒸汽凝结在它所接触的冷表面上。由于盖壁被加热，因此热IPA蒸汽凝结在较冷晶片表面上而不是盖壁上。应该指出，这一使用加热盖壁促使在晶片上的凝结可减小IPA的用量，因为由凝结在容器表面上造成的IPA“浪费”减小。
凝结在晶片上的蒸汽克服晶片上水的表面张力，从而把清洗水从晶片表面上剥离下来。
IPA干燥步骤结束时，关闭阀59，打开旁通阀58，使得热氮气直接流入容器中。步骤220。应该指出，容器12中可另有正对晶片的气体进口51a(图2)，在该步骤中进行干燥。热氮气使存留在晶片和晶片盒上的凝结IPA挥发而完成该干燥过程。
热氮气通过蒸发除去的凝结IPA从IPA排出口28排入冷凝器32中。冷凝器32把IPA冷凝成便于废弃的液态。
然后，机器人系统44提起盖14，从容器中取出彻底干燥的晶片和晶片盒。步骤222。
如上所述，系统10也可用于其他过程。例如，系统10可在晶片处理与清洗分开在两容器中进行的一更大系统中用作一部件。此时，可在清洗步骤后开始使用系统10，把湿晶片降入容器12中进行干燥。步骤224、226、216、218、220、222。作为另一个例子，对于某些表面，要求跳过HF酸洗步骤，使用该系统进行臭氧清洗/清洗/干燥过程。步骤212、214、216、218、220、222。臭氧清洗在晶片上生成亲水表面，而上述HF酸洗过程生成疏水表面。上述干燥过程的优点是，不管晶片表面亲水还是疏水，干燥效果俱佳。
结构-第二实施例图4A-7示出使用本发明原理的一干燥系统的第二实施例。第二实施例与第一实施例类似，主要在结构和盖的使用方面与第一实施例不同。
参见图4A和4B，第二实施例包括其形状和大小适合于接收和处理一批半导体晶片的一容器112和用来隔绝容器内部与外部环境的一盖114。容器112和盖114用PVDF或PFA之类不与该过程中所使用的化合物反应的材料制成。
一种具有容器112的一般特点的容器为SCP Global Technologies，Boise ID的DynaflowTM清洗筒。容器112最好由一内筒部118构成，其侧壁、前壁和后壁被一溢流堰120围住，该溢流堰供处理流体或清洗流体沿各容器壁成瀑布状直流而下。容器各壁的顶边最好呈锯齿形，以防止流体累积在顶边上。溢流堰120的内底面与水平方向成一角度，便于流体流向一位于溢流堰120一端的排出管122。容器中可有一普通液面传感器(未示出)，用来确认内筒118中的液面高到足以全部浸没晶片。
容器底面的纵向和横向上有许多相间距的流体进口136。一流体管线134把去离子水源连接到这些进口下方的空腔135。从流体管线134流入空腔135中的流体对空腔加压，使高压流体从进口136流入容器112中。内筒118的底壁四侧最好包括图4A所示斜面部，使得从进口136流入的流体在容器中均匀流动。
如结合第一实施例所述，一化合物注入部件与管线134连接，需要时把处理化合物注入DI流中。
内筒部118底壁上有一细长形开口123。开口123沿纵向从筒的前部到筒的后部伸展在该底壁上。一卸料门124密封该开口123。一自动卸料门组件126控制卸料门124移离开口123、从而迅速排空内筒部118的动作和卸料门124移回开口123、从而重新密封该筒的动作。一种通常与卸料门组件一起使用的传感器用来证实卸料门是否按照系统控制器的指令打开或关闭。
打开时，卸料门可把容器中的流体迅速排入容器下方的废料筒72中。该系统包括一废料回收部件，该废料回收部件包括一废料管线74，使废料从该废料筒流到玻璃厂中一废酸站。该废料筒72的顶部有一IPA排出管128。使用时，IPA蒸汽(被从进口150经卸料口123流入废料筒72中的氮气)从排出管128排出到一冷凝器132后冷凝成便于废弃的液态。
该系统用来生成输入该容器中的氮气和干燥蒸汽的各部件与结合第一实施例所述相同，在此不再赘述。这些部件在图4A中的标号与在图3第一实施例中相同。
容器112包括一用铰接盖114。从盖114上伸出一对臂116。每一臂与一汽缸117连接，汽缸的底端装在用来支撑该容器的一工作平台或其他支撑结构(未示出)上。汽缸117与两臂116工作时使该盖在打开与关闭位置之间枢转。处于打开位置时，盖密封在一装在容器112上的凸缘119上，使用时防止蒸汽从容器中逸出并防止容器外部的粒子进入容器中。为提高盖与凸缘之间的密封性，盖114和/或凸缘119上有一个或多个用Teflon(商标名)或Chemraz之类合适密封材料制成的密封121(图6)。
从盖114顶面上伸出的一管接斗150用作氮气和IPA蒸汽流入容器中的进口。盖114中有歧管使得氮气/蒸汽在容器中均匀流向容器中的晶片。该歧管从图7中可看得最清楚。如图7所示，盖114由顶板170、中间板172和底板174构成。顶板170底面上有一对相交成X形的凹槽176(也可见图4A)。管接斗150最好在两凹槽的交点处与两凹槽连通，使得氮气/蒸汽从管接斗流入两凹槽中。
底板174的顶面上有一组凹槽178、180。在一实施例中，这些凹槽包括三个纵向凹槽178和一对横向凹槽180。沿纵向凹槽178有多个小穿孔供氮气和IPA蒸汽从盖114流入容器112中。
中间板172夹在顶板与底板170、174之间。如图4A所示，中间板172与顶板和底板的凹槽176、178、180构成一连串通道。换句话说，这些板的结构在顶板和中间板之间形成一对通道(相交成X形)，在中间板与底板之间形成另一串通道。
中间板包括伸展在其顶面与底面之间的穿孔182。穿孔182用作氮气和IPA蒸汽从X形通道系统经中间板流入底板凹槽178、189之间的该串通道的流路。
为便于氮气和IPA蒸汽在盖114中的分布，穿孔182可与顶板两凹槽形成的“X”的4角对齐并与底板174上纵向凹槽178与横向凹槽180的交点对齐。使用时，气体/蒸汽从管接斗150流入形成在顶板与中间板之间的X形通道，然后经穿孔182流入形成在中间板与底板之间的该串通道。最后，气体/IPA蒸汽经纵向凹槽180中的小孔流入该容器。
一过程控制器184与操纵盖的机器人系统、卸料门组件126、化合物注入部件68以及与该系统的运行有关的各阀和传感器电连接。控制器184编程成可控制这些部件，从而按照处理过程所要求的顺序自动打开和关闭各阀、操纵该盖和卸料门以及调节流体和气体等的流量。一种适用的控制器为Preco Electronics，Inc.Boise，ID的MCS微处理控制器。但是，也可使用任何合适的过程控制计算机。应该指出，为简明起见，附图中未示出控制器与各部件的电连接。
图9A和9B示出一用作第一和第二实施例的系统的化合物注入部件68的化合物注入系统300。之所以使用化合物注入系统300，是因为，不管一般使用在玻璃厂的化合物大容量供应源所固有的压力变动，都可使用它精确计量过程化合物。用过程控制器184或一独立控制器控制该化合物注入系统所使用的各阀。
如图9A所示，化合物注入系统300包括一与一化合物大容量供应源304连接的化合物储罐302。该化合物储罐包括一主室306和一从该主室伸出的侧室308。主室和侧室的内部互相连接。此外，主室与侧室之间有一流体管线310。一液面传感器312用来监测流体管线310中的液面并反馈给系统控制器184(图4A)。主室的一壁上伸出一排气管314。
一注入容器316经其上有节流孔320的管线318与化合物储罐302连接。节流孔320的下游有一阀322。阀322下游有一DI管线与管线318连接。一阀324控制从DI源326流入容器316的DI水的流量。
从注入容器316伸出的一输出管线328包括一阀330和一节流孔332。管线328中有液面传感器336检测管线328中的流体(即阀330一旦打开时)。
支线334连接输出管线328与容器316的顶部。支线334下游有一与容器112连通的注入管线338。
化合物注入系统300工作时一般包括4个步骤。第一步是大容量灌装步，在该步骤中，用大容量供应源304中的化合物灌装化合物储罐302。第二步为定时第二灌装步，在该步骤中，把处理一批晶片所需数量的化合物从化合物储罐302输入注入容器316中。为此打开阀322预定时间，把所需数量的化合物注入容器316中。第三步打开阀330使化合物从容器316流入管线338中。如下文详述，这一步骤定时进行，使用传感器336证实第二灌装步的精度。最后，进行注入步骤，用流过容器316的DI流把管线338中的化合物带入容器112中。
一般当化合物储罐302中的液面下降到预定最小容许高度时进行第一步。此时打开储罐302与大容量供应源之间的阀303，使得化合物从大容量供应源流入储罐302中。在整个第一步中该系统中的所有其他阀关闭。
当化合物储罐302中的液面达到预定高度时，传感器312把此信息反馈给控制器184。该高度最好与在容器112中处理预定批数的晶片所需化合物数量对应。
传感器312一旦检测到化合物储罐302已灌满到所需容积，阀303关闭。然后，打开阀322开始把化合物灌入容器316中。该系统通过监控阀322的打开时间对容器316进行精确灌装。例如，该系统的流率选择成用4分钟把200ml灌入容器316中。阀322打开预定时间后关闭，流体停止流入容器316中。节流孔320使得流体慢慢注入容器316中，从而减小向阀322发出“关闭”信号到实际关闭该阀之间时间延迟对灌装精度的不良影响。应该指出，在该系统的各次运行所需化合物量不同时，也可使用该系统。只须在灌装容器316时改变阀322打开时间即可改变所灌装的化合物容积。
阀322关闭后，打开阀330把化合物从容器316注入管道338中，管道338最好粗到足够容纳所注入的全部化合物。管线328一旦流空，传感器336关闭，表明容器316已排空。该系统记录阀330打开与传感器336关闭之间的时间即排空容器316所化时间。系统将该时间与存储在系统软件中的一值进行比较，该值与在流体从容器316流出的流率给定的情况下容器316排空所需时间有关。这一步骤用来证实流体注入容器316过程中所化时间。如该比较结果表明所注入化合物数量存在误差，在晶片传送入容器112中前采取补救措施。该补救措施可包括用阀339放完化合物后对容器316重新进行灌装。
然后，在要把化合物注入容器112中时，打开阀324，使得DI水从DI源326流入容器316中后经管线328和334流入管道338中。由于管线328中设置有节流孔332，因此只有一小部分DI水在管线328中清洗该管线中的化合物。大部分DI注入容器316中后经支线334流入管道338中，把管道338中的化合物推入容器112中，同时清洗容器316和管线334和338。把阀324打开注入所需容积所需预定时间或按照容器340中液面传感器的反馈关闭阀324即可控制所注入的DI容积。
图10示出一把干燥化合物(例如IPA或其他合适化合物)注入干燥蒸汽发生室(室16，图2和4A)的化合物注入系统400。化合物注入系统400包括一与干燥化合物大容量供应源404连接的化合物储罐402。一管线410伸展在储罐402的顶部与底部之间。一液面传感器412用来监控管线410中的液面并把关于该液面的信息反馈给系统控制器184(图4A)。容器402一壁上伸出一排气管414。
一注入容器416经一由管线417、储槽418a和管线418b-418f构成的管道系统与化合物储罐402连接。管线417上有一节流孔420，节流孔420下游有一阀422。
储槽418a与管线418c连接的开口大大小于管线418c的管径。例如，储槽418a与1英寸管径管线418c连接的开口的直径为1/2英寸。管线418d和418f的顶端上有排气管。管线418d中有一传感器436，传感器436下方有一阀437。
容器416及其管道418a-f的大小可容纳并精确输出单次输出操作所需的全部数量的化合物。它们布置成当灌入容器416及其管道中的化合物稍多于该过程所需化合物数量时，传感器436检测到与此化合物数量对应的液面。当所需输出容积改变时，可使用容积不同的容器和管道取代容器416及其管道。
一管线428从容器416伸出，它包括一阀430。管线428与干燥蒸汽发生室16连通，把干燥化合物注入该室中后蒸发。
化合物注入系统400的运行一般涉及3个步骤。第一步是大容量灌装步，在该步骤中，把大容量供应源404中的干燥化合物输入化合物储罐402中。第二步是第二灌装步，在该步骤中，把干燥一批晶片所需化合物数量从储罐402灌入容器416及其管道中。
第三步打开阀430把化合物从容器416及其管道注入室16。
当化合物储罐402中的液面下降到预定最低高度时进行第一步。打开阀403，使得化合物从大容量供应源流入该容器中。在第一步中阀422保持关闭。
传感器412把化合物储罐402中液面上升到预定高度的信息反馈给控制器184。该高度与进行预定干燥次数所需化合物容积对应。
传感器412一旦检测到化合物储罐402已灌装到所需容积，阀403关闭。然后打开阀422开始把干燥化合物灌入容器416中。应该指出，此时管线418d中的阀437保持关闭。
干燥化合物灌入容器416时，流体流过节流孔420后灌装管线428位于阀430上游的部分，然后灌装容器416、管线418b，然后储槽418a。然后，流体从储槽418a流入管线418d位于关闭着的阀437上方的部分。流体还从容器416上升到管线418d位于阀437下方部分，然后流入管线418e和418f。当传感器436检测到液面时，获得校准的流体容积。此时阀422关闭，从而流体停止流入容器416中。图10中用阴影表示第二步结束时流体的校准的容积。
阀422关闭后，打开阀430时化合物从容器416流入室16中。应该指出，此时阀437保持关闭。
当阀430打开与输出校准的化合物容积对应的预定时间后关闭。由于阀437在第二步中始终关闭，因此少量流体存留在管线418c和管线418d位于阀437上方部分中。然后打开阀437使该少量流体流入容器416中用作下一个第二步所计量的校准容积的一部分。该少量容积为因阀422无法在传感器436检测到液面时立刻关闭所造成的超过该过程所需容积的部分。
工作情况-第二实施例下面参见图3结合一过程说明第二实施例的工作情况，在该过程中，使用HF/HCl酸洗除去氧化物，然后对晶片进行清洗和干燥。在一优选实施例中，按照在控制器184中预先编程的一过程顺序自动进行上述各步骤。换句话说，用过程控制器184控制化学处理时间、清洗时间、容器排空时间、流率、废料处置、化合物计量、输出和注入等。
最好在该过程早期进行IPA蒸汽发生，但无论如何在即将干燥晶片时进行IPA蒸汽发生。结合化合物注入系统400(图10)所述方式把预定数量的IPA流体注入到室16的加热表面60上，从而在IPA室16中生成IPA蒸汽。在一实施例中，用于一批50个200mm直径晶片的IPA数量约为50-150ml。IPA在表面60上最好加热到低于IPA沸点(在1大气压下为82.4℃)的一温度。加热IPA可提高IPA蒸汽的发生速度，从而加快该过程，生成IPA蒸汽浓雾。IPA温度保持低于沸点可防止IPA流体中的杂质升到空中被带到晶片上。
开始处理时，容器112充满DI水和酸洗化合物(例如HF和HCl)的酸洗液。为混合得更充分，酸洗化合物可结合化合物注入系统300(图9A和9B)所述流入容器的同时注入DI流中。
打开盖114后，把一装有晶片W的晶片盒降入容器中后放置在容器中一晶片支架上。然后把盖114枢转到关闭位置，使得容器被密封121密封。把一氮气源66(该氮气源可以是、但不必是氮气源54)中(最好为室温)的氮气从管接斗150引入容器中驱除系统中的空气。室温氮气继续以低流率流入容器中，直到如下所述开始干燥。
晶片经酸洗后，清洗流体从DI进口136泵入容器112中成瀑布状流入溢流堰120，然后从排出管122排出。如要进行臭氧清洗，接着使用臭氧化DI水清洗晶片。为此可从容器112中另一进口把臭氧注入清洗水中或用化合物注入部件把臭氧直接注入DI流中。继续清洗足够时间(例如3-5分钟，但清洗时间可随应用场合而变)，彻底清洗晶片和晶片盒。在清洗所需时间后，迅速开动卸料门组件使卸料门移动到打开位置，使清洗流体迅速从容器中排出(“迅速卸料”)。最好在不到5秒的极短时间中排空容器中的流体。排出的流体流入废料筒72中后从废料筒72经废料管线74排入玻璃厂的废酸废弃站。在迅速卸料步骤中低流率室温氮气继续流入容器中。
就在干燥步骤前，简短地打开阀56，使热氮气充满如上所述已含有IPA蒸汽浓雾的IPA发生室16。该容器中的流体体一旦排空，打开阀59，使得热氮气(温度一般为80-90℃)把IPA蒸汽带入容器中。该过程中使用的IPA和氮气最好为“ppb”或十亿分率或99.999％纯度的高纯度。
流入该容器中的氮气/IPA的流率为约每分钟25-100标准升(slpm)，干燥时间最好为2-5分钟。为降低IPA排放，最好使用该范围的低端值。盖114的歧管结构使得IPA蒸汽均匀分布在盖中各通道中，从而蒸汽经进口均匀流到晶片上。
IPA蒸汽凝结在晶片上，在粘在晶片表面上的流体中形成均匀浓度的IPA。所凝结IPA克服晶片上的水的表面张力，造成清洗水从晶片表面上脱落。IPA干燥结束时，晶片、晶片盒和容器壁上的清洗水被完全清除而被一层凝结IPA取代。氮气/IPA从该容器经卸料口123流入废料筒72后经管线128排出，经冷凝器132废弃。
上述迅速卸料和IPA步骤较之现有技术有若干优点。较之现有蒸汽干燥器的一个优点是，在整个过程中晶片始终处于驱气环境中，而不是从一清洗容器传送到一干燥容器时暴露在氧气和粒子中。其他优点可从图8A-8C中看出。如图8A所示，在迅速卸料后，晶片表面上留下一层携带水。当IPA蒸汽开始进入容器112中时，它凝结在该携带层表面上后渗入该水层中。当更多IPA凝结在水上时，它逐渐减小水的表面张力，直到水最后从晶片表面上脱落。IPA蒸汽继续流入容器112中，凝结在晶片表面上，在晶片表面上留下一层凝结IPA。
这一水清除方法对高形态比或晶片表面中有许多微小空隙的结构复杂的晶片特别有利。在这些微小空隙中毛细管力很大，很难除去其中的水。使用在携带水层上凝结IPA的方法可使IPA渗入水中然后渗入晶片的这些微小空隙中(并在携带水从晶片上脱落后继续凝结在晶片表面上)，即使在这些很深的微小空隙中也进行干燥。
此外，流过晶片表面的凝结水/凝结IPA促使IPA/水清洗晶片表面，从而除去任何存留在晶片上的粒子。
另一个优点是，进行迅速卸料步骤，从而在最好为5秒的极短时间中排空容器112(或至少排出容器中晶片下方的流体)。液体的这一高速排出有利于使水(以及水中的粒子)脱离晶片。从而在IPA蒸汽步骤开始前就清除水。
回到图3和4A，IPA干燥结束时，阀59关闭，打开旁通阀58，使得热氮气(最好为80-90℃)以最好为150-250slpm的高流率直接流入容器中。与第一实施例一样，容器中可另有一正对晶片盒的气体进口在该步骤中进行干燥。
热氮气蒸发掉凝结在晶片、晶片盒和容器壁上的IPA(图8C)。该IPA蒸发步骤最好进行2-5分钟。所蒸发的IPA经IPA排出管128排入冷凝器130中。冷凝器130把IPA冷凝成便于废弃的液态。热氮气还把任何存留在容器中的IPA蒸汽驱入废料筒72中后经管线128流入冷凝器132。
该IPA蒸发步骤结束时，恢复低流率(最好为20slpm)氮气，在取出晶片时保持容器中清洁。打开盖114取出充分干燥的晶片和晶片盒。
如上所述，系统110也可用于其他过程。例如，系统110可在晶片处理与清洗分开在两容器中进行的一更大系统中用作一部件。此时，可在清洗步骤后开始使用系统110，把湿晶片降入容器112中进行干燥。作为也由图8所示另一个例子，对于某些表面，要求跳过HF酸洗步骤，使用该系统进行臭氧清洗/清洗/干燥过程。臭氧清洗在晶片上生成亲水表面，而上述HF酸洗过程生成疏水表面。上述干燥过程的优点是，不管晶片表面亲水还是疏水，干燥效果俱佳。
作为另一个例子，可在晶片浸没在HF中后立即把HF溶液排入废料筒中。化合物迅速卸料后进行IPA蒸汽干燥步骤(步骤218)，然后，需要时用热氮气除去凝结在晶片和晶片盒上的IPA。
尽管以上结合各优选实施例说明了本发明，但本领域普通技术人员可在由后附权利要求书界定的本发明范围和精神内对本发明作出种种改动和修正。
权利要求
1.一种处理和干燥一物体表面的方法，包括下列步骤(a)提供一容器和至少一个有一表面的物体；(b)把该物体浸没在该容器中的一处理流体中；(c)排出该容器中的该处理流体，该物体表面上留下剩余处理流体；(d)在排出该容器中的该处理流体后，把一干燥蒸汽引入该容器中，该干燥蒸汽凝结在该物体表面上，减小该剩余处理流体的表面张力，使得剩余处理流体从该表面上脱落。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该处理流体为去离子水。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该处理流体为氢氟酸。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤；在步骤(d)后在该容器中引入一热气体，使凝结在该表面上的干燥蒸汽挥发。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤在步骤(b)前，在与该容器分开的一位置发生该干燥蒸汽；以及步骤(d)包括下列步骤使用一载气把该干燥蒸汽从该位置带入该容器中。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(a)进一步提供一与该容器连通的室，该室与该容器分开；该发生步骤包括下列步骤在该室中加热一干燥化合物生成该干燥蒸汽；以及步骤(d)包括使载气流过该室，使得载气把该干燥蒸汽带入该容器中。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤回收该容器中的干燥蒸汽后把所回收的干燥蒸汽冷凝成液态。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该干燥蒸汽由异丙醇生成。
9.一种处理和干燥一物体表面的方法，包括下列步骤(a)提供一容器和至少一个有一表面的物体；(b)把该物体浸没在该容器中一液态化合物中处理该物体；(c)把一清洗流体引入该容器中，清洗该容器中和该物体表面上的化合物；(e)把清洗流体从该容器中排出，该物体表面上留下剩余清洗流体；(f)在清洗流体排出该容器后，把一干燥蒸汽引入该容器中，该干燥蒸汽凝结在该物体表面上，减小剩余清洗流体的表面张力，使得剩余清洗流体从该表面上脱落。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在步骤(d)后在该容器中引入一热气体，使凝结在该表面上的干燥蒸汽挥发。
11.按权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤在步骤(b)前，在与该容器分开的一位置发生该干燥蒸汽；以及步骤(d)包括下列步骤使用一载气把该干燥蒸汽从该位置带入该容器中。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(a)进一步提供一与该容器连通的室，该室与该容器分开；该发生步骤包括下列步骤在该室中加热一干燥化合物生成该干燥蒸汽；以及步骤(d)包括使载气流过该室，使得载气把该干燥蒸汽带入该容器中。
13.按权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤回收该容器中的干燥蒸汽后把所回收的干燥蒸汽冷凝成液态。
14.按权利要求9所述的方法，其特征在于，该干燥蒸汽由异丙醇生成。
15.按权利要求9所述的方法，其特征在于，该清洗流体为去离子水。
16.按权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤在臭氧化水中清洗物体。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，包括下列步骤在步骤(d)前用臭氧化清洗流体清洗该物体。
18.一种处理和干燥一物体表面的方法，包括下列步骤(a)提供一容器、一与该容器连通但与该容器分开的室和至少一个有一表面的物体；(b)在该容器外部使用湿处理法处理该物体，生成其上有剩余处理流体的一湿物体；(c)把该湿物体放入该容器中；(d)在该室中发生一干燥蒸汽；以及(e)使一载气经该室流入该容器中，该载气把该干燥蒸汽从该室带入该容器中，该干燥蒸汽凝结在该物体表面上，减小该剩余处理流体的表面张力，使得剩余处理流体从该表面上脱落。
19.按权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括在该室中加热一干燥化合物生成该干燥蒸汽。
20.按权利要求19所述的方法，其特征在于，该干燥化合物加热到一低于其沸点的温度。
21.按权利要求18所述的方法，其特征在于步骤(a)进一步提供该容器的一盖，该盖包括至少一个进口；该方法进一步包括使用该盖密封该容器；以及在步骤(e)中，载气和干燥蒸汽从该盖中的该至少一个进口流入该容器中。
22.按权利要求19所述的方法，其特征在于，该干燥化合物为异丙醇。
23.按权利要求18所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤回收该容器中的干燥蒸汽后把所回收的干燥蒸汽冷凝成液态。
24.按权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在步骤(e)后在该容器中引入一热气体，使凝结在该表面上的干燥蒸汽挥发。
25.一种处理和干燥一物体表面的方法，包括下列步骤(a)提供一容器和至少一个有一表面的物体；(b)把该物体浸没在该容器中一处理流体中，该处理流体包括氢氟酸；(c)把该处理流体从该容器中排出；(d)在处理流体全部排出该容器后不首先清洗该物体，把一干燥蒸汽引入该容器中，该干燥蒸汽凝结在该物体表面上，减小剩余处理流体的表面张力，使得剩余处理流体从该表面上脱落。
26.按权利要求25所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在步骤(d)后在该容器中引入一热气体，使凝结在该表面上的干燥蒸汽挥发。
27.按权利要求25所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤在步骤(b)前，在与该容器分开的一位置发生该干燥蒸汽；以及步骤(d)包括下列步骤使用一载气把该干燥蒸汽从该位置带入该容器中。
28.按权利要求27所述的方法，其特征在于，步骤(a)进一步提供一与该容器连通的室，该室与该容器分开；该发生步骤包括下列步骤在该室中加热一干燥化合物生成该干燥蒸汽；以及步骤(d)包括使载气流过该室，使得载气把该干燥蒸汽带入该容器中。
29.按权利要求28所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤回收该容器中的干燥蒸汽后把所回收的干燥蒸汽冷凝成液态。
30.按权利要求25所述的方法，其特征在于，该干燥蒸汽由异丙醇生成。
31.按权利要求25所述的方法，其特征在于步骤(a)进一步提供该容器的一盖，该盖包括至少一个进口；该方法进一步包括使用该盖密封该容器；以及在步骤(d)中，载气和干燥蒸汽从该盖中的该至少一个进口流入该容器中。
32.一种处理和干燥一物体的方法，包括下列步骤(a)提供一有一活动盖的容器，该盖由多个连接成一无底封闭物的壁构成；进一步提供一有一表面的物体；(b)把该物体浸没在该容器中一处理流体中；(c)用该盖密封该容器；(d)把该盖的至少一部分加热到一高于该处理流体温度的温度；(e)把该处理流体从该容器中排出，该物体表面上留下剩余处理流体；以及(f)在处理流体全部排出该容器后，把一干燥蒸汽引入该容器中，该干燥蒸汽凝结在该物体表面上减小该剩余处理流体的表面张力，使得该剩余处理流体从该表面上脱落。
33.按权利要求32所述的方法，其特征在于，该处理流体为清洗流体，该方法进一步包括下列步骤在步骤(b)前把该盖悬挂在该容器上方，把该物体浸没在该容器中一化合物浴中，物体浸没后把该化合物从该容器中排出，然后使用该盖密封该容器。
34.按权利要求33所述的方法，其特征在于，该盖悬挂在该容器上方的步骤在该容器上方生成一防护罩，以减少容器中的气体逸入大气中。
35.按权利要求32所述的方法，其特征在于，该盖中有至少一个进口；步骤(f)包括把干燥蒸汽从该盖中的该进口引入该容器中。
36.按权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在引入干燥蒸汽前把一驱气引入该容器中。
37.按权利要求31所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在步骤(f)后在该容器中引入一热气体，使凝结在该物体表面上的干燥蒸汽挥发。
38.一种处理和干燥一物体的装置，该装置包括一容器，该容器包括一开口顶部和一可在一密封该开口顶部的关闭状态与一打开该开口顶部的打开状态之间活动的盖，该容器底部的一卸料口和一可在一打开状态与一关闭状态之间活动的卸料门，在该打开状态，流体可从该卸料口排出，在该关闭状态，该卸料口密封，以及该容器底部的一流体进口；一经一流体管线与该进口连通的清洗流体源；一与该流体管线连通的处理化合物源；一与该容器连通的干燥蒸汽发生室；以及一与该卸料口连通的冷凝器。
39.按权利要求38所述的装置，其特征在于，进一步包括控制装置，使得该容器充满来自该清洗流体源的清洗流体、在清洗流体充满该容器后在预定时间后打开该卸料门、在清洗流体从该容器中排出后使得该容器中充满来自干燥蒸汽发生室的干燥蒸汽。
40.按权利要求39所述的装置，其特征在于该盖包括多个流体歧管和与这些流体歧管连通的多个蒸汽进口；以及该干燥蒸汽发生室与这些流体歧管连通。
41.按权利要求38所述的装置，其特征在于该干燥蒸汽发生室包括一封闭室、该室中用来接收一液态干燥化合物、生成一干燥蒸汽的热表面；以及该装置进一步包括一与该封闭室连通的载气源。
42.按权利要求41所述的装置，其特征在于该盖包括多个流体歧管和与这些流体歧管连通的多个蒸汽进口；以及该干燥蒸汽发生室与这些流体歧管连通。
43.按权利要求38所述的装置，其特征在于，该化合物源包括一与一化合物大容量供应源连通、其大小可容纳化合物的第一容积的化合物储罐；一与该化合物储罐连通的注入筒，该注入筒的大小所容纳的化合物的第二容积大大小于化合物的第一容积；该化合物储罐与该注入筒之间的第一阀；该注入筒与该容器之间的第二阀；以及控制装置，用来打开第一阀预定时间把预定数量的化合物从该储罐输入该注入筒，该预定数量与在该容器中进行一过程所需的量对应；进一步打开第二阀把预定数量的化合物从该注入筒注入该容器中。
44.按权利要求43所述的装置，其特征在于，进一步包括与该注入筒连通的第二流体源和该第二流体源与该注入筒之间的第三阀，该控制装置进一步操纵该第三阀，使第二流体与预定数量的化合物混合成一处理溶流体。
45.一种干燥一物体的装置，包括一有一开口的容器；一由多个连接成一无底封闭物的壁构成的盖，该盖可在密封该容器该开口的第一位置与打开该容器开口的第二位置之间活动；一与该盖各壁连接的加热件；以及一与该容器连通的干燥蒸汽源。
46.按权利要求45所述的装置，其特征在于，该容器包括一进口；该装置进一步包括一与该进口连通的清洗流体源。
47.按权利要求46所述的装置，其特征在于，进一步包括一与该进口连通的处理化合物源。
48.按权利要求46所述的装置，其特征在于，该容器进一步包括一形成在该容器底部的卸料口和一可在一打开状态与关闭状态之间活动的卸料门，在该打开状态，流体可从该卸料口排出，在该关闭状态，该卸料口密封。
49.按权利要求46所述的装置，其特征在于，该盖包括一干燥蒸汽进口；该干燥蒸汽源与该干燥蒸汽进口连通。
50.按权利要求46所述的装置，其特征在于，该干燥蒸汽源包括一有一用来接收一液态干燥化合物的热表面的封闭室，该室与该容器分开，但与该容器连通；以及一与该封闭室连通的载气源。
全文摘要
本发明为一种处理和干燥一物体、特别是一半导体晶片的方法和系统。按照所述方法,当一湿物体位于一容器中时,把异丙醇干燥蒸汽引入该容器中。干燥蒸汽凝结在该物体表面上减小该剩余处理流体的表面张力,使得剩余处理流体从该表面上脱落。在该容器中对该物体进行HF清洁和/或去离子水清洗之类湿处理、然后排出处理流体后引入干燥蒸汽。
文档编号H01L21/00GK1329748SQ99813901
公开日2002年1月2日 申请日期1999年9月28日 优先权日1998年10月9日
发明者E·塔默, R·M·哈尔, J·布特勒 申请人:Scp环球技术公司