CN100490083C - 衬底处理方法和衬底处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种衬底处理装置，该衬底处理装置包括蒸汽产生部，该蒸汽产生部通过在有机溶剂中，产生惰性气体的气泡的方式产生有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体；支承机构，该支承机构以等间距平行且垂直的状态，支承要处理的多块衬底；处理槽，该处理槽容纳通过上述支承机构支承的衬底的集合体；盖体，该盖体覆盖上述处理槽的顶部开口；设置于上述盖体上的喷嘴；第1导管，该第1管将上述蒸汽产生部和喷嘴连通，在上述第1导管和喷嘴上，分别附设加热器，能通过上述各加热器的控制，使从上述喷嘴喷射的干燥气体中，包含亚微米粒度的有机溶剂薄雾。

Description

衬底处理方法和衬底处理装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片，液晶显示器用衬底，记录盘用衬底，或掩模用衬底，其它的衬底表面进行高质有效的干燥处理的衬底处理方法及其装置。
背景技术
为了对各种衬底中的半导体晶片(在下面称为“晶片”)等的表面进行清洁，通过药液，对晶片表面进行清洗，然后，通过纯水等处理液，进行清洗，之后，采用有机溶剂如异丙醇(IPA)等有机溶剂进行晶片的干燥处理。更具体地说，该处理由冲洗步骤和该步骤之后的干燥步骤构成，该冲洗步骤指通过药液和纯水，对晶片进行清洗后，将开晶片曝露于IPA的蒸汽中，使IPA凝结于晶片的表面上，通过该IPA的凝结，将到之前附着于晶片上的纯水置换为IPA，并且随着纯水从晶片的表面流失，将颗粒等污染物质冲洗掉，该干燥步骤指将IPA蒸发，使晶片表面干燥。在该干燥步骤中，即使在晶片的表面上残留有少量水滴，仍会在晶片表面上，形成水痕迹，该水痕迹与颗粒相同，是使晶片的品质变差的原因。由此，在半导体制造步骤中，必须防止这些污染颗粒附着于晶片上。因此为解决上述问题研究出了大量的晶片等衬底表面处理方法和处理装置，并投入实用，并且在专利文献，如JP特开2001—271188号文献(参考图1，第5页左栏～第6页左栏)、JP特开平11—191549号文献(参考权利要求书，段落0018～0024，图1)等中，也大量地介绍了该衬底表面处理法和处理装置。
下面参照图10和图11，对JP特开2001—271188号文献所公开的衬底处理装置进行描述。另外，图10为上述专利文献公开的衬底处理装置的剖视图。该衬底处理装置1包括容纳有进行处理的衬底(比如，晶片)的处理槽2；向处理槽2的内部供给处理液(比如，纯水)的处理液送入管3；容纳有机溶液(比如，IPA)的蒸汽产生槽4；从处理槽2排出处理液的处理液排出部5；用于向蒸汽产生槽4的内部，供给加热的有机溶剂的加热溶剂供给装置6、6’，上述衬底在多块衬底按照等间距平行且的垂直立起状态下运送到处理槽2的内部，进行各衬底的表面处理。
在该衬底处理装置1中，通过下述的步骤，对各种衬底，如，半导体晶片W(以下称为“晶片W”)进行表面处理。
1)晶片的送入步骤
在处于等待状态的处理装置1中将贮存有纯水的处理槽2的盖21打开，并将多块晶片W送入到处理槽2的内槽22中，将该晶片W投入并浸渍于纯水J中，并关闭盖21。然后，将惰性气体，如氮气从惰性气体供给管81，供给到处理槽2的内部，通过该氮气，置换处理槽2内的空气。
2)干燥步骤
接着，在进行晶片W的水洗或冲洗后，将产生气泡用的氮气N2供给到蒸汽发生槽4的内部，产生有机溶液，如IPA的蒸汽，已产生的蒸汽从蒸汽排出口41，送入到处理槽2的内部，充满于纯水J的上部空间中。
然后，打开内槽排液管51的开关阀，通过流量控制阀，每次将内槽22内的纯水J少量地排出，纯水J的液面下降，晶片W从其顶端，逐渐地露出于液面之上。
该晶片W的表面露出液面，则随着该情况，处理槽2内的IPA的蒸汽与液面上的晶片W的表面接触。此时，由于处理槽2内的纯水J基本设定到室温，故晶片W的温度也基本为室温。由此，IPA的蒸汽与晶片W接触，急速地冷却，在液面上的晶片W的表面上凝结IPA的蒸汽，已凝结的IPA降低纯水的表面张力，将之前附着于晶片W上的纯水置换为该IPA。在将全部的纯水J排出后，将惰性气体从惰性气体供给管81，供给到处理槽2的内部，由此将IPA蒸发，对晶片W的表面进行干燥处理。
3)晶片的送出步骤
然后，将内槽22内的纯水J排出，接着，经过排气步骤，结束衬底处理，打开盖21，从处理槽2中，取出晶片W。
通过该衬底处理装置，一连串的处理步骤在1个密封的处理槽内进行，故晶片完全不与大气接触，可有效地处理晶片，并且可抑制颗粒，水痕迹等污染物质附着于晶片表面上的情况。
但是，近年，对于通过上述衬底处理装置处理的晶片，为了提高处理效率，必须将尽可能地多的晶片插入处理槽内部，根据情况，在处理槽内部同时对50～100枚晶片进行批量处理，由此，各晶片之间的间隙有进一步变窄的倾向，而且，晶片的直径也从200mm，增加到300mm，具有渐渐增大的趋势。因此，晶片的直径较小在200mm以下时，可抑制水痕迹的发生，但是，在直径为300mm的大直径的晶片的情况下，则会产生水痕迹，已有装置具有局限性。
因此，本发明人从各种角度，对上述水痕迹残留的原因进行了分析，其结果发现，其原因在于干燥气体中的IPA蒸汽是通过在IPA中产生惰性气体气泡而获得的，除了饱和浓度以下的IPA气体以外，还包含大量的微小的IPA的液体颗粒(在下面称为“薄雾(mist)”)，但是，由于该薄雾的大小(粒度)和质量大大超过氮气，故难以通过较窄的晶片之间的间隙，如果晶片的直径也为300mm，则难以将IPA薄雾供给到远离IPA薄雾的供给口的晶片表面，因此，IPA的置换无法充分地进行。即，如果在干燥气体中包含的全部IPA量相同，则IPA薄雾的粒度较大时，其薄雾的数量减少，反之，在IPA薄雾的粒度较小时，其薄雾的数量增加。加上，如果IPA薄雾的粒度增加，则其质量也较大，移动速度变慢。这样，在上述2)的干燥步骤，即使在将干燥气体供给到处理槽内的多枚晶片之间的情况下，附着于晶片的表面上的清洗液的水滴数量与IPA薄雾的颗粒数量不均衡，如IPA薄雾的颗粒数量少于水滴数量，则一部分的水滴不能由IPA置换而残留，造成水痕迹。
此外，由于IPA薄雾的粒度增加，而薄雾较重，故难以通过较窄的晶片之间的间隙，因此在300mm的大直径的晶片中，IPA薄雾通常在接触远离供给口的晶片表面之前，附着在较近的表面上。所以在较远的晶片表面，所供给的IPA薄雾的数量少，另外，无法均匀地供给IPA薄雾。即，在接近IPA薄雾的供给口的晶片表面上，供给足够量以上的IPA薄雾，但是，由于在远离供给口的晶片表面上，不能供给充分的IPA薄雾，故在离IPA薄雾供给口较远的晶片表面，不能充分地进行附着于晶片表面上的清洗液与IPA的置换，导致水痕迹产生。
下面参照图11，对该水滴通过IPA置换的情况进行描述。另外，图11为将干燥处理时的IPA薄雾与附着于水痕迹W上的清洗液的水滴(下面称为“DIW”)的关系模式化的剖视图。在上述2)的干燥步骤，如图11(a)所示，将具有粒度较大的IPA薄雾(液体)的IPA蒸汽和氮气N2(气体)的混合气体供给到处理槽的内部，将其供给到晶片W之间。于是，如图11(b)所示，虽然DIW由IPA蒸汽置换，但是，由于IPA薄雾的粒度较大，故移动速度较慢，另外，由于将大量(50～100枚)的300mm的大直径的晶片同时在处理槽内进行处理，故IPA的数量也受到限制，因此无法接触到全部的DIW。由于上述原因，IPA薄雾在接触到远离干燥气体的供给口的晶片表面之前，附着于较近的表面上，不能将IPA薄雾供给到较远的表面上。因此，如图11(c)所示，DIW仍然残留在晶片上，导致水痕迹产生。
另一方面，在JP特开平11—191549号文献中，公开有下述的衬底处理装置，在该装置中，无须在有机溶剂中形成惰性气体气泡，而将有机溶剂在蒸发槽内加热蒸发，产生有机溶剂蒸汽和惰性气体的混合气体，在管内，通过另外的惰性气体对该混合气体进行稀释，并且对其加热保温，通过喷嘴喷射。在该衬底处理装置中，管内和从喷嘴喷射的气体中的有机溶剂蒸汽完全地变为气体，采用上述完全变为气体的有机溶剂蒸汽，则由于气体的有机溶剂分子的大小远远小于薄雾的粒度，故不产生上述的有机溶剂薄雾的问题。
但是，由于即使采用完全变为气体的有机溶剂蒸汽，进行衬底处理的情况下，干燥气体中的有机溶剂蒸汽浓度仍不会超过饱和浓度，故干燥气体中的有机溶剂的绝对量较少。因此，在下述的专利文献2所公开的衬底处理装置中，为了将有机溶剂蒸汽遍布到衬底的各个角落，将其与衬底表面的水分进行置换，非常费时，故无法实现提供形成于上述衬底表面上的水痕迹很少，几乎为零，并且不附着颗粒，干燥处理速度较高的衬底处理方法和装置。
另外，一般“蒸汽”指“气体”，但是，在衬底处理的技术领域，如上述干燥气体，除了“气体”以外，还包括“微小的液体颗粒(薄雾)”，从习惯上来说，表现为“蒸汽”或者“水汽(vapor)”，由此，在本申请的说明书和权利要求书中，除了“气体”以外，还将包含“微小的液体颗粒(薄雾(mist))”的物质定义为“蒸汽”。
发明的公开方案
于是，本发明人根据上述分析结果，反复进行了各种分析，其结果发现了下述情况，由此，实现本发明，该情况指如果构成有机溶剂的蒸汽的薄雾的粒度极小，则可不增加有机溶剂的使用量，而增加有机溶剂薄雾的颗粒数量，另外，虽然相应的薄雾的表面积变小，但是，另一方面，薄雾的数量增加，由此，可以使各个薄雾的总和所表示的整体的表面积增加，另外，将该全部的薄雾的表面积增加的有机溶剂蒸汽喷射到衬底表面上，由于可以无遗漏地附着于附在衬底上的水滴上，故可以有效地将该水滴置换为有机溶剂。
即，本发明的第1目的在于提供下述衬底处理方法，该方法通过采用包含极小粒度的有机溶剂薄雾的干燥气体，实现高质量的表面处理，且缩短处理时间。
本发明的第2目的在于提供下述的衬底处理方法，该方法通过调节干燥气体中的极小粒度的有机溶剂薄雾的浓度，实现更高质量的表面处理，且缩短处理时间。
本发明的第3目的在于提供下述的衬底处理装置，该装置能够简单地产生包含极小粒度的有机溶剂薄雾的干燥气体，实现高质量的表面处理，且缩短处理时间。
且，本发明的第4目的在于提供下述衬底处理装置，该装置通过调节干燥气体中的极小粒度的有机溶剂薄雾的浓度，实现更高质量的表面处理，且缩短处理时间。
为了解决上述课题，本申请所述的衬底处理方法的发明涉及下述的衬底处理方法，该方法中向衬底，喷射由有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体形成的干燥气体，进行衬底表面的干燥，其特征在于上述干燥气体为混合气体，该混合气体由在蒸汽产生部，在有机溶剂中产生惰性气体的气泡的方式形成的有机溶剂蒸汽和惰性气体形成，其中，
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
从上述蒸汽产生部，到喷嘴的有机溶剂与惰性气体形成的混合气体的温度由T2表示；
从喷嘴喷射的干燥气体的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述的关系式：
T1≤T2≤T3。
本发明所述的衬底处理方法，通过将惰性气体在有机溶剂中产生气泡，可以获得含有有机溶剂蒸汽的与惰性气体的混合气体，其中该有机溶剂蒸汽由有机溶剂薄雾和饱和浓度未满的有机溶剂气体组成，该混合气体被按照到从喷嘴排出为止相同的温度或慢慢的变高的方式进行温度控制，所以在移动中从有机溶剂薄雾的表面，有机溶剂慢慢的被气化，薄雾的颗粒半径变小，容易获得包含亚微米粒度的有机溶剂的干燥气体。由于包含于有机溶剂中的蒸汽大大减小到亚微米的粒度，故可在不增加有机溶剂的使用量的情况下，增加有机溶剂薄雾的颗粒数量，由此，虽然各个的薄雾的表面积变小，但是，另一方面，由于颗粒数量增加，故各个的薄雾的表面积的总和即整体的表面积增加。由此，可向衬底表面，喷射大量的亚微米粒度的薄雾，因此，附着于衬底上的清洗液由该大量亚微米粒度的有机溶剂薄雾而有效地进行置换。其结果是，即使将多个大直径衬底插入处理槽内，该亚微米粒度的薄雾仍可急速地浸入到衬底之间，因此干燥处理效率提高，并且处理时间也可缩短，衬底表面的水痕迹的产生情况极少，或几乎为零。且，也没有颗粒的附着，此外，由于干燥处理的速度加快，因此还可以防止颗粒的再次附着。
另外，本申请所述的一种向衬底喷射干燥气体以进行衬底表面的干燥的衬底处理方法，该干燥气体由有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体组成，其特征在于，上述干燥气体为通过与上述惰性气体同种的稀释气体对混合气体进行稀释而形成，其中该混合气体由有机溶剂蒸汽和惰性气体形成，且该有机溶剂蒸汽是在蒸汽产生部，通过有机溶剂中产生惰性气体的气泡的方式形成的，其中
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
上述混合气体在上述蒸汽产生部产生到通过稀释气体稀释时的温度由T2’表示；
上述稀释气体的温度由T4表示；
在通过上述稀释气体稀释后，到喷嘴处的上述有机溶剂和惰性气体形成的混合气体的温度由T2”表示；
从喷嘴喷射的干燥气体的温度由T3表示；
此时，控制上述温度使之满足下述关系式：
T1≤T2’≤T4≤T2”≤T3
并且在从上述喷嘴喷出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂薄雾。
按照本发明所述的衬底处理方法，在蒸汽产生部产生的有机溶剂薄雾和小于饱和浓度的有机溶剂气体形成的有机溶剂蒸汽和惰性气体的混合气体中，另外添加与用于产生气泡的惰性气体同种的惰性气体，进行稀释，故有机溶剂薄雾凝结的机会减少，并且混合气体中的有机溶剂蒸汽浓度进一步降低，此外，可大量地在晶片和晶片之间，(作为载体)运送IPA薄雾。而且该混合气体到从喷嘴排放为止其温度按照保持恒温，或温度慢慢升高方式进行控制，故有机溶剂的一部分从有机溶剂薄雾的表面气化，形成微米薄雾的速度和效率提高，可获得低浓度，但包含许多亚微米粒度的有机溶剂薄雾的大量干燥气体，可以连续向衬底表面，喷射大量的亚微米粒度的有机溶剂薄雾。其结果是，即使将多个大直径衬底插入处理槽内，亚微米粒度的薄雾仍可快速地浸入到衬底之间，附着于衬底上的清洗液被大量连续供给的亚微米粒度的有机溶剂的蒸汽快速置换，其结果是，干燥处理效率提高的同时，并且也可缩短处理时间，大大提高干燥处理的速度。因此，特别是在不增加有机溶剂的使用量的情况下，可提高干燥处理效率，也可缩短处理时间，衬底表面极少产生水痕迹，或几乎为零，另外，也没有颗粒的附着，此外，干燥处理的速度增加，由此，可防止颗粒的再次附着。
另外，上述衬底处理方法中的有机溶剂为从异丙醇、双丙酮醇、1-甲氧基-2-丙醇、乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、四氢呋喃组成的组中选择出的至少1种，上述惰性气体为从氮、氩、氦形成的组中选择出的至少1种。
所述衬底处理方法中的有机溶剂和惰性气体的选择范围增加，可通过任意的组合，应对各种衬底处理。
此外，发明所述的一种衬底处理装置，该衬底处理装置包括：
蒸汽产生部，该蒸汽产生部通过在有机溶剂中产生惰性气体的气泡，产生有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体；
支承机构，该支承机构以等间距，在平行且垂直的状态下，支承要处理的多块衬底；
清洗处理槽，该清洗处理槽容纳通过上述支承机构支承的衬底的集合体；
盖体，该盖体覆盖上述清洗处理槽的顶部开口；
设置于上述盖体上的喷嘴；
第1导管，该第1导管将上述蒸汽产生部和喷嘴连通；
其特征在于在上述第1导管和喷嘴上，分别附设加热器，能通过上述各加热器的控制，其中将
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
上述第1导管内的温度由T2表示；
上述喷嘴内的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述关系式：
T1≤T2≤T3
并且使上述喷嘴喷射出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂喷雾。
本发明通过对设置于各部位的加热器进行控制，可以简单地产生包含亚微米粒度的有机溶剂的干燥气体，可简单地实施上述的衬底处理方法。
发明还涉及一种衬底处理装置，该衬底处理装置包括：
蒸汽产生部，该蒸汽产生部通过在有机溶剂中产生惰性气体的气泡，产生有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体；
支承机构，该支承机构以等间距，在平行且垂直的状态下，支承要处理的多块衬底；
清洗处理槽，该清洗处理槽容纳通过上述支承机构支承的衬底的集合体；
盖体，该盖体覆盖上述清洗处理槽的顶部开口；
设置于上述盖体上的喷嘴；
第1导管，该第1导管将上述蒸汽产生部和喷嘴连通，
其特征在于其还包括第2导管，该第2导管从上述第1导管的中途连接，供给与上述惰性气体同种的稀释气体，
在上述第1导管、第2导管及喷嘴上附设相应的加热器，通过上述加热器的控制，将
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
从上述第1导管内的蒸汽产生部，到与第2导管的连接点的温度由T2’表示；
上述稀释气体的温度由T4表示；
从上述第1导管内的与第2导管的连接点，到上述喷嘴的温度由T2”表示；
上述喷嘴内的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述关系式：
T1≤T2’≤T4≤T2”≤T3
并且使上述喷嘴喷射出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂喷雾。
所述的衬底处理装置，容易获得可以实施上述的衬底处理方法的衬底处理装置。
另外，本发明所述的衬底处理装置，在上述第1导管和第2导管的连接点的下游处，上述喷嘴的上游方，设置静态混合器。
本发明于上述第1导管和第2导管的连接点的下游处，上述喷嘴的上游方，设置静态混合器，故惰性气体、有机溶剂薄雾、有机溶剂气体充分地混合，获得均匀的混合气体，这样，亚微米薄雾的形成效率提高。
此外，上述有机溶剂为从异丙醇、双丙酮醇、1-甲氧基-2-丙醇、乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、四氢呋喃组成的组中选择出的至少1种，上述惰性气体为从氮、氩、氦形成的组中选择出的至少1种。
有机溶剂和惰性气体的选择范围扩大，可通过任意的组合，应对各种衬底处理。
附图的简要说明：
图1为表示本发明的一个实施例的衬底处理装置的剖视图；
图2为表示本发明的一个实施例的处理槽的侧视图；
图3为从另一侧观看图2的处理槽的侧视图；
图4为本发明的一个实施例的处理槽的盖体的顶部的透视的俯视图；
图5为图4所示的盖体的侧视图；
图6为表示一连串的处理的时序图；
图7为表示清洗干燥步骤，图7(a)为说明清洗步骤的剖视图，图7(b)为说明干燥步骤1的剖视图，图7(c)为说明干燥步骤2的剖视图，图7(d)为说明干燥步骤3的剖视图；
图8为表示干燥步骤的IPA蒸汽和衬底的关系的模式化的剖视图；
图9为与图8相同，以示意方式表示稀释用氮气的场合的干燥步骤的IPA蒸汽和衬底的关系的剖视图；
图10为现有技术的衬底处理装置的剖视图；
图11为表示图10的衬底处理装置的干燥步骤的IPA蒸汽和衬底的关系的模式化的剖视图。
用于实施发明的优选形式
下面参照附图，对本发明的优选实施例进行描述。但是，下面描述的实施例是为了将本发明的技术构思进行具体化的衬底处理方法和衬底处理装置的举例，并不代表本发明限于这些实施例，本发明同样可以应用于权利要求范围中包含的其它的实施例。
参照图1，该衬底处理装置10作为衬底的一个实例，用于进行半导体晶体W处理的设备。这里所说的处理指比如，通过药液，对晶片W进行蚀刻，对晶片W的表面进行氟酸处理的步骤，或对晶片水洗的冲洗处理步骤，通过有机溶剂对水洗后的晶片进行干燥的干燥处理步骤等。这一连串的处理在1个处理槽15的内部，连续地进行。
处理槽15如图2～图5所示，设置于具有可将其与附属装置一起容纳的容积的接纳室11中。附属装置为进行接纳室内的空气调节的空调装置、将各种的处理液供向处理槽的供给源、晶片运送机构等，在图中，将它们省略。处理槽15包括内槽20，该内槽20的顶面开口，呈带底箱状；外槽25，该外槽25包围上述内槽20的顶部外周；盖体30，该盖体30覆盖上述内槽20的开口，上述内外槽20、25容纳于凹槽29的内部。内外槽20、25由很难受到氟酸，IPA等有机溶剂腐蚀的材料，比如，聚偏氟化亚乙烯等形成。
内槽20通过保持件62(参照图3)，保持大量的大直径晶片W，比如，50枚的直径为300mm的晶片，且具有可将该晶片浸渍于处理液中进行处理的深度，在其底部，设置有处理液排出部21和处理液供给部22。在衬底保持件62上，比如，通过卡盒导向，将多枚晶片W保持在以等间距相互平行，且垂直立起的状态。该衬底保持件62与升降机构60连接，在该升降机构60上，设置升降器61，通过该升降器61，使衬底保持件62沿上下垂直方向移动，使其从内槽20而进出。图2的“干燥位置”表示干燥步骤的位置，“冲洗位置”表示清洗步骤的位置。该升降器61采用比如气缸机构。
如图3所示，通过移动机构50，将晶片集合体从衬底保持件62中取出。该移动机构50包括与机器人机构(图示省略)连接的多个持握爪501、502，通过该持握爪501、502，持握晶片集合体，将其移动到规定的部位。另外，处理液排出部21如图2所示，由较小直径的排出口211和较大直径的排出口212构成，该较大直径的排出口212是用于快速地将处理槽内的处理液排出的排液机构。该较小直径的排出口211将贮存于内槽20的底部和管内的处理液排出。外槽25用作容纳从内槽20的顶部溢出的处理液的溢流槽。在该外槽25的较低的位置，设置排出口251。
盖体30如图5所示，由箱状容器31构成，该箱状容器31的底部开口，顶部封闭，具有可在内部容纳由多枚晶片W集合成的晶片集合体W’的尺寸，该筒状容器31由很难受到氟酸，IPA等有机溶剂腐蚀的材料等形成。该盖体30可通过移动机构55(参照图3)，沿水平方向移动。该移动机构55如图2的箭头所示，将盖体30沿水平方向移动到内槽20的顶部，由此，将内槽20的开口封闭，或打开。即，沿垂直方向将位于内槽20上的盖体30按照规定距离上抬，沿水平方向使其移动，然后，使其向垂直方向下降，保持在等待状态。该盖体30的移动是在，从内槽20中取出向内槽20内送入晶片集合体W’及将处理完的晶片集合体从内槽取出时进行。
另外，箱状容器31如图5所示，在其顶部，形成基本呈拱形的顶面32，在该顶面32上，按照基本等间距地，在四周上对齐的方式设置喷射惰性气体的多个喷嘴331～337。多个喷嘴33如图4所示，位于晶片集合体W’的上方，沿横向基本以等间距排列的多个喷嘴331～337在纵向上还以基本等间距设置有多列。在图4中，沿横向排列的7个喷嘴按照6列设置，共计42个喷嘴331～3376设置于晶片集合体W’的顶部外周缘。就与晶片集合体W’的关系来说，沿横向的7个喷嘴331～337如图5所示，按照各喷嘴331～337与晶片集合体W’的外周缘之间的距离基本相等的方式，设置于顶面32上。通过使该顶面32呈拱形状，由于晶片W基本呈圆板状，故容易使上述间距相等。最好，该顶面的形状对应于晶片W的形状而改变，使上述间距基本相等。
在各喷嘴33中，如图5所示，连接有气体供给管342，该气体供给管342形成有支路，在这些支路管3421，3422上，分别连接相同数量，或基本相同数量的喷嘴33。由此，可将气体基本均匀地分配给各喷嘴。这些喷嘴33分别采用喷射气体按照规定角度扩散的类型，最好，按照在将气体从各喷嘴33，喷射到晶片集合体W的外周缘时，邻接的喷嘴，比如，喷嘴332与喷嘴333之间的喷射气体在晶片集合体W’的外周缘b重合的方式设定。通过将多个喷嘴33如上所述，对齐并排列于顶面32上，可基本均匀地将气体供向晶片集合体W’。
喷嘴33的整体形状呈圆锥状，在其尖状的前端，形成开孔，干燥气体从该开孔喷射。另外，在各喷嘴33上，附设有加热器(图示省略)。由于喷嘴本身是已公知的，故省略具体的描述。此外，在气体供给管342和从该管分支的各分支管3421、3422上，在管体的外周壁面上附设加热器(图示省略)。该加热器采用比如，带式加热器。这些加热器与CPU12连接，通过该CPU控制。
在内外槽20、25和盖体30之间，如图2，图3，图5所示，设置中间连接部件26和多孔板插入机构27。中间连接部件26由与盖体30的底部开口具有相同尺寸的开口的筒状体形成。该筒状体由很难受到氟酸、IPA等有机溶剂腐蚀的材料形成。该中间连接部件26设置于多孔板插入机构27的上方，下方的开口262按照与容纳多孔板的壳体271的顶面基本相接的方式定位，上方的开口261与箱状容器31的底部开口311嵌合。另外，也可按照将盖体30直接与壳体271嵌合的方式，将中间连接部件26省略。
多孔板28由平板状的板构成，该板在对规定处理结束的晶片集合体W’进行干燥的步骤中，插入内外槽20、25和中间连接部件26之间，在板状面上，开设有多个小孔。该多孔板28由很难受到氟酸、IPA等的有机溶剂腐蚀的材料形成。该多孔板28容纳于壳体271的内部，与移动机构(图示省略)连接，如图2所示，沿水平方向滑动。容纳多孔板28的壳体271具有规定的纵向宽度(垂直方向)，在将多孔板28容纳于壳体271中时，在壳体271与多孔板28之间，形成间隙272。
该间隙272为比如，2mm的间隙，在干燥步骤中，干燥气体的一部分会向凹槽29的内部排放。由于在内槽20和盖体30之间，形成间隙272(在图7中，该间隙由x表示)，故通过该间隙x，内槽20和盖体30之间未被封闭，处于半封闭的状态，即，干燥处理部和清洗处理部29之间处于半密封状态。另外，多孔板28插入内外槽20、25和中间连接部件26之间，用于划分内槽和盖体，即，分隔清洗处理部和干燥处理部的开闭器。
下面参照图1，对上述处理槽15和附属装置的导管连接进行描述。在设置于内槽20的底部的处理液供给部22，连接有处理液送入管221，该送入管221通过流量控制阀和泵，与纯水供给源38连接。该处理液送入管221具有处理液供给管的功能，清洗液供给机构由该管和流量控制阀与泵构成。另外，该处理液送入管221还同样通过流量控制阀，与药液供给源39连接。药液供给源39包括用于按照规定浓度和规定温度调制所需药液的药液调制机构(图示省略)。该药液对应于处理的目的(比如，清洗、蚀刻、氧化等处理)，可以在比如，氟酸、盐酸、过氧化氢水、硫酸、臭氧水、氨水、界面活性剂、胺系有机溶剂、氟系有机溶剂、电解离子水等中选择，根据需要，可采用由该多个药液混合形成的液体。
另外，设置于内槽20的底部的处理液排出部21如图2所示，由较小直径的排出口211和较大直径的排出口211构成，分别与内槽排液管231、232连接，这些排液管231通过开关阀、泵、流量控制阀，与排液处理设备40连接。另外，排液管232也同样，通过开关阀、泵、流量控制阀，与排气处理设备41连接。另外，凹槽29也与排气处理设备41连接。在外槽25的较低的位置，连接有排液管251，该排液管251与排液管231连接。
在处理槽15附近，设置有蒸汽供给机构37。该蒸汽供给机构37具有蒸汽发生槽371，该蒸汽发生槽371贮存有机溶剂，该有机溶剂容易与附着残留于晶片W的表面上的附着水混合，表面张力极小，比如，由异丙醇(IPA)溶剂等形成，且对该有机溶剂进行加热，使惰性气体产生气泡，产生气化和薄雾。该蒸汽发生槽371浸渍于加热槽372内的热水中，按照规定温度对有机溶剂进行加热。该蒸汽发生槽371和有机溶剂(IPA)供给源36通过管导361连接，将IPA供给到蒸汽发生槽371。上述有机溶剂除了采用IPA以外，还可以从异丙醇、双丙酮醇、1-甲氧基-2-丙醇、乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、四氢呋喃组中选择使用。
另外，第2惰性气体供给源35通过管351和3512与蒸汽发生槽371连接，将氮气N2供向该蒸汽发生槽371的底部，在贮存于蒸汽发生槽371的内部中的IPA内，产生气泡，产生由IPA气体和薄雾形成的IPA蒸汽。另外，从蒸汽发生槽371连接出的导管3712通过静态混合器M，与气体供给管342连接，并从蒸汽发生槽371向喷嘴33供给载气N2和IPA蒸汽的混合气体。在导管3512、3712、342的管体的外周壁面上，附设带式加热器(图示省略)，这些加热器的温度通过CPU12控制。另外，静态混合器M是为了促进由载气N2和IPA蒸汽形成的混合气体的混合度，使其均匀而设置。
将作为惰性气体的氮气N2从第1惰性气体供给源34，经过导管341，供给到导管3712。该导管341也通过带式加热器而控制在规定的温度。该氮气N2不仅用于蒸汽发生槽371的惰性气体和有机溶剂蒸汽的混合气体的稀释，而且还用于处理槽15内的净化及最终成品干燥。另外，惰性气体除了采用氮气N2以外，还可适当有选择地采用氩、氦。
下面参照图6，图7，对采用该衬底处理装置的一连串的处理进行描述。
参照图1，图6，首先，打开处理槽15的盖体30，将晶片集合体W’容纳于内槽20的内部。此时，在内槽20的内部，所需的药液，比如，氟酸(HF)从药液供给源39，通过处理液送入管221与处理液供给部22，供给到内槽20，实现贮存。于是，将晶片集合体W’浸渍于处理液中，由此，进行与药液相对应的处理(比如，蚀刻，氟酸处理，清洗等)。
在该药液处理结束后，如图7(a)所示，从纯水供给源38，通过处理液送入管221和处理液供给部22，将纯水DIW供给到内槽20。该纯水在供给的同时从内槽20的顶部溢出。从内槽20溢出的纯水DIW流入外槽25，从排液管251，通过排水管排出。在较长时间内，进行该纯水的供给，将残留于内槽20的内部的药液HF挤出。
在该清洗步骤结束之后，在图7(b)所示的干燥步骤1，停止纯水DIW的连续供给，在供给少量的纯水(DIW的节水)的同时，从内槽20，慢慢地(Slow up Speed)将晶片集合体W’上提。在该晶片集合体W’上提的同时，可以将少量的IPA供给到处理槽15的内部。
接着，在图7(c)所示的干燥步骤2，使处理槽15的底部的排出口212的排液机构阀动作，将处理液快速地排出，将多孔板28在壳体271的内部水平地移动，将其插入内外槽20、25与中间连接部件26之间。另外，将加热的氮气N2与IPA气体的混合气体形成的干燥气体供给到内槽20的内部中。上述动作如流程所示同时进行。该干燥气体在导管342和喷嘴33的内部加热。在该步骤，处理槽15内的有机溶剂的蒸汽与各晶片W的表面接触，有机溶剂的蒸汽在该晶片W的表面上发生凝结，形成有机溶剂的膜。在晶片W的表面上，形成有机溶剂的膜，则由于之前附着于晶片W上的纯水被置换成有机溶剂，故表面张力变小，从晶片W的表面流落，并且附着于衬底表面上的IPA蒸发。在图7(d)的干燥步骤3，为了使已置换的IPA干燥，供给氮气N2，干燥步骤3结束，则从处理槽15，取出晶片集合体W’。
在上述步骤，盖体30(干燥处理部)内的压力高于凹槽内的压力和其排气源的压力，并且高于内槽20(清洗处理部)的压力和其排气源的压力。由此，干燥处理部内的干燥气体的流动变为层流，顺利地从排气管，排向槽外，在此过程中，干燥气体被均匀地供给每块晶片，不会在衬底的表面上，形成水痕迹，另外，还可去除颗粒，防止附着。另外，由于干燥气体不在处理槽内环流，故也可阻止颗粒的再次附着。
另外，此时，通过CPU12控制图1的各部位的加热器，使上述温度T1、T2’、T4、T2”和T3满足下述的关系式。
T1≤T2’≤T4≤T2”≤T3      ……(1)
在这里，
T1表示蒸汽发生槽371内的温度；
T2’表示管3712内的温度；
T4表示管341内的温度；
T2”表示管342内的温度；
T3表示喷嘴内的温度；
如上所述，按照各部位的温度T1、T2’、T4、T2”和T3满足上述(1)式的方式设定，则从喷嘴33喷射的IPA薄雾的粒度为极小粒径的薄雾。具体来说，形成未观察到廷德尔(Tyndall)现象的程度的极微小颗粒的薄雾，即，形成亚微米粒度的薄雾。即，如果为数微米粒度的薄雾，则可通过廷德尔(Tyndall)现象得到确认，但是如果为亚微米粒度，则即使通过廷德尔(Tyndall)现象，仍无法确认，必须要求采用特殊的测定装置。在本实施例中，由于上述IPA薄雾的粒度无法通过廷德尔现象确认，故为亚微米粒度。但是，该亚微米粒度的薄雾并非完全气化，而是以液体形态存在。另外，将T3控制在IPA的沸点(82.4℃)以下，使IPA的薄雾不致完全气化。
通过使构成有机溶剂的蒸汽的薄雾的粒度为亚微米粒度，不用增加有机溶剂的使用量，而使有机溶剂薄雾的颗粒数量增加，相应的薄雾的表面积小的颗粒数量增加，由此，整体表面积增加。其结果是，由于可使有机溶剂的蒸汽的比表面积增加，向衬底，喷射该蒸汽，故清洗液的置换效率良好。
另外，在上述(1)式的温度设定中，最好，各温度同样地慢慢地增加。即，在蒸汽发生槽371中，通过在IPA中产生惰性气体的气泡，获得包含由IPA薄雾与小于饱和浓度的IPA气体形成的IPA蒸汽和惰性气体的混合气体，但是，由于该混合气体保持恒温，或以慢慢地增加的方式保持，直至从喷嘴排放，故在导管和喷嘴内，有机溶剂的蒸汽未凝结，因此混合气体的有机溶剂薄雾的直径也不增加，此外，在于导管和喷嘴内移动的过程中，由于IPA从IPA薄雾的表面慢慢地气化，薄雾的颗粒直径变小，故容易获得包含亚微米粒度的IPA薄雾的干燥气体。
此外，由于在蒸汽发生槽371产生的IPA薄雾和未到达饱和浓度的IPA气体形成的IPA蒸汽的惰性气体形成的混合气体通过从另一导管341供给的惰性气体稀释，故上述混合气体中的IPA气体浓度降低，这样可更进一步促进来自IPA薄雾的IPA的气化，并且可将包含大量的亚微米粒度的IPA薄雾的干燥气体与大量的惰性气体一起，供给处理槽15。此时，为了将新供给的氮气N2有效地与IPA蒸汽等良好地混合，最好在管342的中途，设置混合器M，进行搅拌。该混合器最好为静态混合器。
如此在干燥气体中，包含大量的亚微米粒度的IPA薄雾，则即使多个大直径衬底插入处理槽15的内部，亚微米粒度的薄雾仍可快速地浸入衬底之间，故附着于衬底上的清洗液由大量连续地供给的亚微米粒度的有机溶剂的蒸汽快速地置换，其结果是，可提高干燥处理效率，并且还可缩短处理时间，干燥处理极速地加快。于是，不用特别增加有机溶剂的使用量，而使干燥处理效率提高，并且处理时间也可缩短，衬底表面的水痕迹的发生极少，或可几乎为零，此外，也没有颗粒的附着，并且，由于干燥处理的速度增加，故还可防止颗粒的再附着。
另外，在上述形式中表示稀释用惰性气体能从管341供给的实例，但是，该稀释用惰性气体不是获得亚微米的IPA薄雾所必需的。此时，也可使连接蒸汽发生槽371和喷嘴33的管3712，342，3421和3422的温度完全不同，满足上述式(1)的方式进行温度控制，或使其全部维持在同一的温度T2，按照使其满足下述的关系式来进行温度控制，
T1≤T2≤T3
此外，可以使导管和喷嘴内的温度T3与供给蒸汽产生部的有机溶剂的温度T1及惰性气体的温度T2相同，或高于该温度。由此，在导管和喷嘴内，有机溶剂的蒸汽不会凝结，故干燥气体中的有机溶剂薄雾的直径不会增加，此外，在从喷嘴喷射之前，有机溶剂的一部分从有机溶剂薄雾的表面进一步气化，由此，可使干燥气体中的有机溶剂薄雾的粒度容易变为亚微米粒度。另外，由于有机溶剂蒸汽未在管和喷嘴内部凝结，故没有IPA的水滴从喷嘴落下的危险。
还有，在本实施例中，为了防止有机溶剂薄雾之间的碰撞和与有机溶剂薄雾的设备的壁的碰撞，防止有机溶剂薄雾的直径的增大和薄雾凝结，最好，装置的组成部件具有以下构成。即，蒸汽产生部的气泡箱的顶部呈圆锥状或圆弧状。另外，使干燥气体供给管的高低位差小，且直径没有大的变化。此外，蒸汽产生部的气泡喷嘴采用喷射直径小，喷射速度高的类型。
下面对利用包含该亚微米粒度的IPA薄雾的干燥气体，置换附着于衬底上的清洗液的状况进行说明。图8，图9为表示干燥处理时的IPA蒸汽和衬底的关系的模式化的剖视图，图8表示干燥气体包含亚微米粒度的IPA薄雾，但是未由惰性气体稀释的场合，图9表示干燥气体包含亚微米粒度的IPA薄雾，并且通过惰性气体稀释的情况。另外，图8(a)，图8(b)和图9(a)，图9(b)相当于图6的“干燥2”的步骤，图8(c)和图9(c)相当于图6的“干燥3”的步骤。如图8(a)所示，将由亚微米粒度的IPA薄雾(液体)和氮气N2(气体)的混合气体形成的干燥气体送入处理槽15的内部，供给到晶片W之间，则通过供给该干燥气体，如图8(b)所示，附着于晶片W上的DIW通过IPA被置换，由于IPA薄雾被细微颗粒化，且被大量地供给，故相对1个DIW，有多个IPA颗粒附着于DIW上，因此，以良好的效率置换DIW。接着，如图8(c)所示，通过只将N2气送入处理槽15的内部，使IPA蒸发。此时，在“干燥2”的步骤图8(a)和图8(b)，由于氮气N2的供给量少，故IPA薄雾的载运效果不充分，比通过采用亚微米粒度的薄雾，虽然可获得临时的良好的干燥效果，但是在用于大直径晶片的干燥时，会有稍稍残留有残余DIW水痕迹的情况。
另外，在干燥气体包含亚微米粒度的IPA薄雾，且通过惰性气体稀释时，虽然干燥气体中的IPA蒸汽的浓度变小，但是，IPA薄雾的载运效果充分，如图9所示，可通过大量的载气，将亚微米粒度的IPA薄雾连续而均匀地供给到晶片W的内方。由于通过包含该大量的载气的干燥气体，快速地将亚微米粒度的IPA薄雾亚微米粒度的IPA薄雾附着于DIW上，故以良好的效率置换DIW。其结果，即使在用于大直径晶片的干燥的情况下，仍可提高干燥处理效率，并且由于处理速度提高，故可缩短处理时间，如图9(c)所示的那样，可在衬底W的表面上，实质上使DIW为零，即，完全地消除水痕迹的发生。另外，由于除了混合新的氮气的方面以外，图9所示的情况的其它的方面与图8的情况相同，故其省略具体的描述。

Claims (7)

1.一种向衬底喷射干燥气体以进行衬底表面的干燥的衬底处理方法，该干燥气体由有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体组成，其特征在于上述干燥气体为混合气体，该混合气体由在蒸汽产生部，由在有机溶剂中产生惰性气体的气泡的方式形成的有机溶剂蒸汽和惰性气体形成，其中
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
从上述蒸汽产生部，到喷嘴的有机溶剂与惰性气体形成的混合气体的温度由T2表示；
从喷嘴喷射的干燥气体的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述的关系式：
T1≤T2≤T3；
并且在从上述喷嘴喷出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂薄雾。
2.一种向衬底喷射干燥气体以进行衬底表面的干燥的衬底处理方法，该干燥气体由有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体组成，其特征在于上述干燥气体通过与上述惰性气体相同的稀释气体对混合气体进行稀释而形成，该混合气体是在蒸汽产生部，由在有机溶剂中产生惰性气体的气泡的方式形成的有机溶剂蒸汽和惰性气体形成的，其中
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
从上述蒸汽产生部，到通过稀释气体稀释时的上述混合气体的温度由T2’表示；
上述稀释气体的温度由T4表示；
通过上述稀释气体稀释后，到喷嘴处的上述有机溶剂和惰性气体形成的混合气体的温度由T2”表示；
从喷嘴喷射的干燥气体的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述关系式：
T1≤T2’≤T4≤T2”≤T3；
并且在从上述喷嘴喷出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂薄雾。
3.根据权利要求1或2中的任何一项所述的衬底处理方法，其特征在于上述有机溶剂为从异丙醇、双丙酮醇、1-甲氧基-2-丙醇、乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、四氢呋喃组成的组中选择出的至少1种，上述惰性气体为从氮、氩、氦形成的组中选择出的至少1种。
4.一种衬底处理装置，该衬底处理装置包括：
蒸汽产生部，该蒸汽产生部通过在有机溶剂中产生惰性气体的气泡，产生有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体；
支承机构，该支承机构支承要处理的多块衬底，该多块衬底保持以等间距相互平行且垂直的状态；
清洗处理槽，该清洗处理槽容纳通过上述支承机构支承的衬底的集合体；
盖体，该盖体覆盖上述清洗处理槽的顶部开口；
设置于上述盖体上的喷嘴；
第1导管，该第1导管将上述蒸汽产生部和喷嘴连通，
其特征在于，其中
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
上述第1导管内的温度由T2表示；
上述喷嘴内的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述关系式：
T1≤T2≤T3；
在上述第1导管和喷嘴上，分别附设加热器，能通过上述各加热器的控制，并且在从上述喷嘴喷出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂薄雾。
5.一种衬底处理装置，该衬底处理装置包括：
蒸汽产生部，该蒸汽产生部通过在有机溶剂中产生惰性气体的气泡，产生有机溶剂的蒸汽和惰性气体的混合气体；
支承机构，该支承机构支承要处理的多块衬底，该多块衬底保持以等间距相互平行且垂直的状态；
清洗处理槽，该清洗处理槽容纳通过上述支承机构支承的衬底的集合体；
盖体，该盖体覆盖上述清洗处理槽的顶部开口；
设置于上述盖体上的喷嘴；
第1导管，该第1导管将上述蒸汽产生部和喷嘴连通，其特征在于其还包括第2导管，该第2管从上述第1管的中途连接，供给与上述惰性气体同种的稀释气体，在上述第1导管、第2导管及喷嘴上附设相应的加热器，通过上述加热器的控制，将
上述蒸汽产生部内的温度由T1表示；
从上述第1导管内的蒸汽产生部，到与第2导管的连接点的温度由T2’表示；
上述稀释气体的温度由T4表示；
从上述第1导管内的与第2导管的连接点，到上述喷嘴的温度由T2”表示；
上述喷嘴内的温度由T3表示；
此时，控制上述温度，使其满足下述关系式：
T1≤T2’≤T4≤T2”≤T3；
并且在从上述喷嘴喷出的干燥气体中含有亚微米粒度的有机溶剂薄雾。
6.根据权利要求5所述的衬底处理装置，其特征在于在上述第1导管和第2导管的连接点的下游处，上述喷嘴的上游方，设置静态混合器。
7.根据权利要求4～6中的任何一项所述的衬底处理装置，其特征在于上述有机溶剂为从异丙醇、双丙酮醇、1-甲氧基-2-丙醇、乙基乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、四氢呋喃组成的组中选择出的至少1种，上述惰性气体为从氮、氩、氦形成的组中选择出的至少1种。
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