CN101253604B - 衬底处理方法和衬底处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种衬底(W)，它用处理液如去离子水进行处理。接着，从流体喷嘴(12)向衬底(W)的上表面供给比处理液更易挥发的第一流体以形成液体膜。接下来，当晶片(W)被旋转时，从流体喷嘴(12)向衬底(W)的上表面供给比处理液更易挥发的第二流体。在此供给操作期间，从衬底(W)的旋转中心(Po)朝外径向移动向衬底(W)供给第二流体的供给位置(Sf)。结果，在通过使用第一流体和第二流体干燥衬底(W)后可以防止在衬底(W)上产生颗粒。

Description

衬底处理方法和衬底处理设备
技术领域
本发明涉及一种用于清洁如为半导体晶片的衬底(或基底)和随后干燥该衬底的衬底处理方法，和相应的衬底处理方法。
背景技术
当制造半导体装置时，处理设备被用于采用化学液体清洁保持在旋转卡盘上的半导体晶片(以下称为“晶片”)。在由这种设备执行的清洁处理过程中，向晶片供给如为去离子水的处理液，其后旋转该晶片借助离心力从中除去液滴以干燥该晶片。
干燥晶片的传统方法包括用IPA(异丙醇)蒸汽溅射旋转晶片(转动的晶片)的方法，用雾化的IPA溅射旋转晶片的方法，和给旋转晶片供给IPA液体的方法。干燥晶片的另一种方法是当从由晶片的旋转中心朝外径向移动的喷嘴向晶片供给去离子水的同时，在与供给去离子水的位置相比更靠近旋转中心的位置向晶片供给IPA蒸汽或类似物(参见专利文件JP11-233481A和JP2003-197590A)。
但是，当晶片具有较高的疏水特性时，传统处理方法的缺点在于经过干燥处理后会在晶片的表面上产生颗粒。特别地，当晶片具有较大直径时，就很难抑制在晶片的周向部分附近出现颗粒(如由化学液或类似物的沉淀作用产生的条纹水印)。一种防止产生这种颗粒的可行的方法是增大干燥液如IPA的供应量。但是，该液体要求较高的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种当减少用于干燥衬底的液体的量时，能够防止衬底被干燥后在衬底上产生颗粒的衬底处理方法和衬底处理设备。
为了实现上述目的，本发明提供一种包括以下步骤的衬底处理方法：
通过处理液处理该衬底；
通过在其上供给与处理液相比具有更高挥发性的第一流体而在衬底的上表面上形成液体膜；和
当旋转该衬底时，向该衬底的上表面供给与处理液相比具有更高挥发性的第二流体；其中，
在供给第二流体的步骤，向衬底供给第二流体的位置相对于该衬底的旋转中心被朝外径向移动；
在供给第二流体的步骤，还可以向衬底的上表面供给干燥气体，并且当保持该干燥气体的供给位置与第二流体的供给位置相比更接近该衬底的旋转中心时，向该衬底供给干燥气体和第二流体的位置相对于晶片的旋转中心可以分别朝外径向移动。
该衬底处理方法还可以包括在由处理液处理该衬底的步骤之前，通过化学液处理该衬底的化学处理步骤。
在形成该液体膜的步骤，当旋转该衬底时，向衬底供给第一流体的位置相对于该衬底的旋转中心可以朝外径向移动以形成该液体膜。
当吸取衬底的上表面附近的空气时，可以执行供给第二流体的步骤。
可以执行形成液体膜的步骤和供给第二流体的步骤的至少一个，使该衬底周围的湿度低于由处理液处理该衬底的步骤的湿度。
此外，本发明提供一种用于存储由衬底处理设备的控制器执行的程序的存储介质，以执行包括以下步骤的衬底处理方法：
通过处理液处理该衬底；
通过在其上供给与处理液相比具有更高挥发性的第一流体而在衬底的上表面上形成液体膜；和
当旋转该衬底时，向该衬底的上表面供给与处理液相比具有更高挥发性的第二流体；其中，
在供给第二流体的步骤，向衬底供给第二流体的位置相对于该衬底的旋转中心朝外径向移动。
再者，本发明提供一种衬底处理设备，它包括：
(a)构形成保持衬底并旋转该衬底的旋转卡盘；
(b)构形成向由该旋转卡盘保持的衬底的上表面供给处理液的处理液供给系统；
(c)具有第一流体喷嘴的第一流体供给系统，第一流体供给系统构形成从第一流体喷嘴向衬底的上表面供给与处理液相比具有更高挥发性的第一流体；
(d)具有第二流体喷嘴的第二流体供给系统，第二流体供给系统构形成从第二流体喷嘴向衬底的上表面供给与处理液相比具有更高挥发性的第二流体；
(e)构形成相对衬底的旋转中心朝外径向移动该第二流体喷嘴的喷嘴移动机构；
(f)控制器，该控制器构形成控制旋转卡盘、处理液供给系统、第一流体供给系统、第二流体供给系统、和喷嘴移动机构，以执行以下步骤：
从该供给系统向衬底的上表面供给处理液；
从该第一流体喷嘴向衬底的上表面供给第一流体；和
当通过旋转卡盘旋转衬底并通过喷嘴移动机构移动第二流体喷嘴时，从该第二流体喷嘴向衬底的上表面供给第二流体；
该衬底处理设备还可以包括构形成向衬底的上表面供给干燥气体的干燥气体喷嘴；其中，
当保持该干燥气体喷嘴与第二流体喷嘴相比更接近衬底的旋转中心时，喷嘴移动机构构形成相对衬底的旋转中心朝外径向移动干燥气体喷嘴和第二流体喷嘴。
该衬底处理设备还可以包括构形成吸取衬底的上表面附近的空气的吸取喷嘴，其中，
当保持该吸取喷嘴与第二流体喷嘴相比更远离该衬底的旋转中心时，喷嘴移动机构构形成相对衬底的旋转中心朝外径向移动吸取喷嘴和第二流体喷嘴。
该衬底处理设备还可以包括构形成调节由旋转卡盘保持的衬底周围的湿度的湿度调节系统。
例如，干燥气体是惰性气体或干燥空气。例如，处理液是漂洗液(rinsingliquid)，如去离子水。例如，第一流体和第二流体的至少一个选自包括IPA液体，IPA溶液，雾化IPA液体，IPA蒸汽，和IPA溶液的蒸汽的组。即本发明中的“与处理液相比具有更高挥发性的液体”是包括与处理液相比具有更高挥发性的液体，和这种液体的蒸汽的概念。
根据本发明，首先，向衬底的上表面供给与处理液相比具有更高挥发性的第一流体以在其上形成液体膜。接着，当旋转该衬底时，向该衬底的上表面供给与处理液相比具有更高挥发性的第二流体。在此供给操作期间，相对衬底的旋转中心朝外径向移动该第二流体的供给位置。由于这一原因，通过使用该第一和第二流体可以防止在衬底被干燥后在衬底上产生颗粒。
当供给第二流体时，向衬底的上表面供给干燥气体，并且当保持向衬底供给干燥气体的位置与向衬底供给第二流体的位置相比更接近衬底的旋转中心时，相对衬底的旋转中心朝外径向移动该干燥气体的供给位置和第二流体的供给位置。由于干燥气体的使用促进了衬底的干燥，因此可以相对地减少用于干燥该衬底的第二流体的量。
附图说明
图1是根据本发明的衬底处理设备的一个实施例的示意图；
图2是图1所示的衬底处理设备的主要部分的水平剖视图；
图3是帮助解释在图1所示的衬底处理设备的液体膜形成步骤中流体喷嘴的配置的透视图；
图4是帮助解释在图1所示的衬底处理设备的干燥步骤中流体喷嘴和干燥气体喷嘴的操作的透视图；
图5是帮助解释根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的流体喷嘴和干燥气体喷嘴的配置的平面图；
图6是帮助解释根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的流体喷嘴和惰性气体喷嘴的开口尺寸(形状)的透视图；
图7是根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的示意图，其设有流体加热器和干燥气体加热器；
图8是帮助解释根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的吸取喷嘴、流体喷嘴、和干燥气体喷嘴的操作的透视图；
图9是帮助解释根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的吸取喷嘴、流体喷嘴、和干燥气体喷嘴的配置的平面图；
图10是帮助解释在根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的干燥步骤中流体喷嘴和干燥气体喷嘴的操作的透视图；
图11是根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的示意图，其设有湿度调节系统；和
图12是根据本发明的衬底处理设备的另一个实施例的示意图，其设有湿度调节系统。
具体实施方式
以下将基于用于清洁作为衬底的基本上是盘状的硅晶片W的上表面的衬底处理设备，描述本发明的优选实施例。
如图1所示，此实施例中的衬底处理设备1包括处理容器2，旋转卡盘3设置在处理容器2中以基本上水平地保持并旋转该晶片W。液体喷嘴5设置成用于向晶片W供给清洁化学液如DHF(稀释氟化氢酸)，和漂洗液如去离子水(DIW)。液体喷嘴5由第一支撑臂6支撑。流体喷嘴12设置成供给与去离子水如漂洗液相比具有更高挥发性的流体作为第一流体和第二流体的，如IPA(异丙基酒精)液体。干燥气体喷嘴13设置成供给惰性气体如氮气(N2气)作为干燥气体。该流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13由第二支撑臂15支撑。包括CPU的控制器16设置成控制衬底处理设备1的各部件。
如图2所示，加载/卸载口17设置在处理容器2中，通过该口晶片W被加载到内部处理空间S中并从中被卸载。通过关闭该加载/卸载口17，可以密闭地密封该处理空间S。
如图1和2所示，在旋转卡盘3上方设置三个保持件18。保持件18适于在三个点上和晶片W的外周边相接触以基本上水平地保持该晶片W。在旋转卡盘3下方设置马达20以通过垂直旋转轴旋转晶片W。当通过马达20旋转旋转卡盘3时，晶片W和旋转卡盘3一起围绕晶片W的中心Po在水平面内旋转。由控制器16控制马达20的驱动。
第一支撑臂6设置在由旋转卡盘3支撑的晶片W的上方。支撑臂6的近端被支撑以便能够沿基本上水平放置的导轨31移动。驱动机构32设置成沿导轨31移动该支撑臂6。如图2所示，和由驱动机构32驱动的支撑臂6的移动一起，液体喷嘴5可以相对晶片W的旋转中心Po朝晶片W外侧径向移动。由控制器16控制驱动机构32的驱动(图1)。
如图1所示，液体喷嘴5被连接在升降轴36的底端，该升降轴36从固定在支撑臂6的远端的升降机构35向下延伸。该升降轴36可以通过升降机构35垂直移动，使得液体喷嘴5的位置被设定在给定高度处。由控制器16控制升降机构35的驱动。
液体喷嘴5通过化学液供给通道42连接到化学液(DHF)提供源41，并通过漂洗液供给通道44连接到漂洗液(DIW)提供源43。开关阀45和46分别设置在化学液供给通道42和漂洗液供给通道44上。由控制器16控制开关阀45和46的开关操作。液体喷嘴5，化学液提供源41，化学液供给通道42，和开关阀45构成化学液供给系统。液体喷嘴5，漂洗液提供源43，漂洗液供给通道44，和开关阀46构成漂洗液(处理液)供给系统。
第二支撑臂15设置在由旋转卡盘3支撑的晶片W上方。支撑臂15的近端被支撑以便能够沿基本上水平放置的导轨51移动。驱动机构52设置成沿导轨51移动该支撑臂15。这些部件构成水平移动该流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13的喷嘴移动机构。如图2所示，和由驱动机构52驱动的支撑臂15的移动一起，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13可以相对晶片W的旋转中心Po朝晶片W外侧径向移动。由控制器16控制驱动机构52的驱动(图1)。
如图1所示，设有升降轴54的升降机构55固定在第二支撑臂15的远端。该升降轴54从升降机构55向下延伸。流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13与升降轴54的底端相连接。升降轴54由升降机构55驱动以伸展和缩回，以便流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13一起垂直移动。由控制器16控制升降机构55的驱动。即，当控制升降机构55的驱动以便在垂直方向调整流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13的位置时，基于来自控制器16的指令控制驱动机构52的驱动以便在水平方向(喷嘴移动方向D)移动支撑臂15、流体喷嘴12、和干燥气体喷嘴13。
如图3和4所示，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13相对于晶片W的旋转中心Po在与液体喷嘴5相反的径向方向(喷嘴移动方向D)内相邻排列。即，干燥气体喷嘴13定位于比在喷嘴移动方向D上的流体喷嘴12更接近晶片W的旋转中心Po的位置(严格来说，在流体喷嘴12的径向位置和旋转中心Po之间的距离比喷嘴12和13之间的距离短的情况下(参见图3)，喷嘴12和13之间的位置关系是反转的)。
流体喷嘴12通过流体供给通道67连接到流体提供源66，如接纳IPA液体的容器。开关阀68设置在流体供给通道67上。由控制器16控制开关阀68的开关操作。流体喷嘴12、流体提供源66、流体供给通道67、和开关阀68构成液体供给系统。
干燥气体喷嘴13通过惰性气体供给通道72连接到惰性气体(N2)提供源71。开关阀73设置在惰性气体供给通道72上。由控制器16控制开关阀73的开关操作。气体喷嘴13、气体提供源71、气体供给通道72、和开关阀73构成干燥气体供给系统。
衬底处理设备1中的各功能部件通过信号线连接到自动控制衬底处理设备1的全部操作的控制器16。在此功能部件是指所有被操作来执行预定的处理过程的部件，如马达20、驱动机构32、升降机构35、驱动机构52、升降机构55、和开关阀45，46，68和73。控制器16典型地是能够实现根据要执行的程序的给定功能的多用途计算机。
如图1所示，控制器16包括设有CPU(中央处理单元)的操作部分16a，连接到该操作部分16a的输入/输出部件16b，和存储通过输入/输出部件16b读取的控制程序的存储介质16c。在此存储介质16c存储由控制器16执行的控制程序，该控制程序用于通过衬底处理设备1执行下述衬底处理方法的步骤。控制器16执行控制程序以控制衬底处理设备1中的相应的功能部件，以便实现由预定处理方法限定的各种处理条件(例如，马达20的旋转速度)。在基于该控制程序的衬底处理方法中，顺序执行化学处理步骤、漂洗步骤、液体膜形成步骤、和干燥步骤，以下将对其进行详细描述。
存储介质16c可以固定地设置在控制器16上。可替换地，存储介质16c可以可移去地设置在安装在控制器16上未示出的读取器上，并可由该读取器读取。在最典型的情况下，存储介质16c是硬盘驱动器，衬底处理设备1的制造公司的操作者已经在该硬盘存储器中存储了控制程序。在另一种情况下，存储介质16c是可移动盘如控制程序被写入其中的CD-ROM或DVD-ROM。这种可移动盘由安装在控制器16上的未示出的光学读取器读取。存储介质16c可以是RAM(随机存取存储器)类型或ROM(只读存储器)类型。可替换地，存储介质16c可以是盒式ROM。总而言之，计算机技术领域中公知的任何媒介均可以被用作存储介质16c。在放置有多个衬底处理设备1的工厂中，控制程序可以被存储在全面控制各衬底处理设备1中的控制器16的执行计算机中。在这种情况下，通过通信线路由该执行控制器操作相应的衬底处理设备1以执行预定的处理过程。
现在，描述由以上构造的衬底处理设备1执行的处理晶片W的方法。
首先，还没有被清洁的晶片W通过未示出的传送臂加载到处理容器2中，并且晶片W由图1中所示的旋转卡盘3保持。为了将晶片W传送到旋转卡盘3，如图2中所示的双点划线指示的，第一和第二支撑臂6和15被预先缩回到位于旋转卡盘3外部的备用位置。
在晶片W被旋转卡盘3保持后，由图1中所示的马达20旋转驱动该旋转卡盘3以开始旋转晶片W。接着，开始进行化学处理步骤。首先，如图2中所示的点划线指示的，移动第一支撑臂6从而将液体喷嘴5定位在晶片W的旋转中心Po之上。接着，从该液体喷嘴5向晶片W的旋转中心Po供给化学液。供给到旋转中心Po的化学液由于离心力被分散在晶片W的整个上表面上。因此，在晶片W的上表面上形成化学液的液体膜。当向其上供给化学液时晶片W的旋转速度被设定在大约500rpm。在形成化学液的液体膜后，停止从液体喷嘴5供给化学液。此后，通过将晶片W按原样留下预定长的时间周期，由化学液的液体膜处理晶片W的上表面。通过此化学处理增加晶片W的上表面的疏水特性。
一旦完成该化学处理，执行漂洗步骤。在漂洗步骤中，从液体喷嘴5向旋转晶片W的旋转中心Po供给去离子水。由此所供给的去离子水由于离心力被分散在晶片W的整个上表面上。粘附于晶片W的上表面上的化学液体通过去离子水从晶片W漂洗掉。在漂洗处理期间晶片W的旋转速度优选为比向其上供给化学液时晶片W的旋转速度快，例如被设定在大约1000rpm。在晶片W被该去离子水充分漂洗后，停止从液体喷嘴5供给去离子水。其后，位于晶片W上的支撑臂6从那里被缩回以回到备用位置。
在该漂洗步骤之后，执行用于在晶片W上形成IPA液体的液体膜的液体膜形成步骤。首先，如图2中所示的点划线指示的，移动第二支撑臂15使得流体喷嘴12被定位在晶片W的旋转中心Po之上。接着，如图3所示，从该流体喷嘴12向以预定旋转速度旋转的晶片W的旋转中心Po供给IPA液体(第一流体)。由此所供给的IPA液体由于离心力被分散在晶片W的整个上表面上，并且在晶片W的整个上表面上形成IPA液体的液体膜。液体膜的形成可以确保粘附在该晶片W上的去离子水被引入晶片W的整个上表面上的IPA液体中并与之混合。此外，可以防止晶片W的上表面干燥。在液体膜形成步骤期间晶片W的旋转速度优选为比在漂洗处理期间晶片W的旋转速度慢，例如被设定在大约300rpm。
在晶片W的上表面形成IPA液体的液体膜后，通过向晶片W供给IPA液体(第二流体)和氮气(干燥气体)来执行用于干燥晶片W的干燥步骤。首先，开始从流体喷嘴12供给IPA液体且接着从干燥气体喷嘴13供给氮气，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13定位于邻近晶片W的旋转中心Po之上。随后，如图4所示，当继续从喷嘴12和13向旋转晶片W的上表面供给IPA液体和氮气时，在喷嘴移动方向D上移动第二支撑臂15。因此，如图4所示，从流体喷嘴12向晶片的上表面供给IPA液体的供给位置Sf、和从干燥气体喷嘴13向晶片的上表面供给氮气的供给位置Sn从晶片W的旋转中心Po向外径向移动。由于晶片W被旋转，因此可以在晶片W的整个上表面上供给IPA液体和氮气。
IPA液体的供给和氮气的供给可以同时开始。例如，当流体喷嘴12被移动到在晶片W的旋转中心Po正上方的位置时通过开始供给IPA液体和氮气，可以从晶片W的旋转中心Po开始供给IP液体，以及可以从在喷嘴移动方向D上的旋转中心Po后面稍微远一些的地方开始供给氮气。可替换地，可以在开始供给IPA液体后，当干燥气体喷嘴13被移动到在晶片W的旋转中心Po正上方的位置时，开始供给氮气，借此从晶片W的旋转中心Po开始供给氮气。可替换地，在喷嘴移动方向D上的旋转中心Po后面稍微远一些的地方开始供给IPA液体和供给氮气。
在旋转晶片W的上表面上供给的IPA液体由于离心力在晶片W上朝外径向流动。当IPA液体的供给位置Sf在喷嘴移动方向D上被移动时，干燥气体的供给位置Sn被保持在与相邻的供给位置Sf相比更接近晶片W的旋转中心Po的位置。在这种情况下，氮气的供给位置Sn定位于旋转中心Po和供给位置Sf之间。因此，供给到晶片W的上表面上的IPA液体立即被氮气洗掉，因此可以促进晶片W的干燥。所以，可以用较少量的IPA液体有效地干燥晶片W，即可以限制IPA液体的使用量。再者，由于可以抑制引起水印的氧化密度，因此可以避免产生水印。
例如，干燥步骤中的晶片W的旋转速度是在大约500rpm到800rpm之间。IPA液体的供给位置Sf和氮气的供给位置Sn在移动方向D上的移动速度是，例如，大约150mm/sec。优选地，可以根据供给位置Sf和Sn在晶片W上的径向位置改变晶片W的旋转速度。例如，当供给位置Sf和Sn位于晶片W的径向内部时，可以增大晶片W的旋转速度。同时，当供给位置Sf和Sn位于晶片W的径向外部时，可以减小晶片W的旋转速度。为给出一实际的实例，在干燥具有大约300mm的直径的晶片W中，当供给位置Sf和Sn位于距晶片W的旋转中心Po大约90mm的半径内时，以800rpm的旋转速度驱动晶片W。同时，当供给位置Sf和Sn位于以上范围之外时，以500rpm的旋转速度驱动晶片W。
可替换地，可以根据供给位置Sf和Sn在晶片W上的径向位置改变供给位置Sf和Sn在喷嘴移动方向D上的移动速度。例如，当供给位置Sf和Sn位于晶片W的径向内部时，可以增大它的移动速度。同时，当供给位置Sf和Sn位于晶片W的径向外部时，可以减小它的移动速度。为给出一实际的实例，在干燥具有大约300mm的直径的晶片W中，当供给位置Sf和Sn位于距晶片W的旋转中心Po大约90mm的半径内时，可以以大约7mm/sec的移动速度移动供给位置Sf和Sn。同时，当供给位置Sf和Sn位于以上范围之外时，可以以大约3mm/sec的移动速度移动供给位置Sf和Sn。
当IPA液体的供给位置Sf到达晶片W的周边上的位置时，停止从流体喷嘴12供给IPA液体。同样地，当氮气的供给位置Sn到达晶片W的周边上的位置时，停止从干燥气体喷嘴13供给氮气。于是该干燥步骤完成。氮气供给位置Sn可以暂时停留在位于晶片W的周边上的位置处，以继续在该外周边上暂时供给氮气，并随后停止供给氮气。在这种情况下，可以更加可靠地干燥该晶片。
完成干燥步骤后，停止旋转卡盘3的旋转，并允许该未示出的传送臂进入处理容器2。晶片W被从旋转卡盘3传送到传送臂，并接着被从处理容器2卸载。照这样，完成了由衬底处理设备1执行的针对晶片W的一系列过程。
如上所述，根据此实施例，在供给去离子水后，在晶片W的上表面上形成IPA液体(第一流体)的液体膜。因此，可以确保粘附在晶片W的上表面上的去离子水被引入IPA液体并与之混合。此外，由于覆盖晶片W的液体膜防止晶片W的上表面的自然干燥，特别是，其周边的自然干燥，因此可以防止在晶片W的上表面上产生颗粒。即使晶片W的上表面具有较高的疏水性，仍然可以有效防止颗粒的产生。
在形成IPA液体的液体膜后，当从旋转中心Po向外，即在移动方向D上，径向移动供给位置Sf时，向晶片W供给IPA液体(第二流体)。因此，在其中供给并和去离子水混合的IPA液体(第一流体)的液体膜可以被从晶片W洗掉和去除。结果，晶片W的上表面可以被均匀有效地干燥。此外，在位于沿移动方向D的IPA液体的供给位置Sf后面的供给位置Sn处供给用于干燥晶片W的氮气，以便存留在晶片W上的液体(主要是IPA液体)朝着晶片W的周边被洗掉。因此，促进了晶片W的干燥。所以，可以相对减少用于干燥晶片W的IPA液体(第二流体)的用量。再者，可以防止由IPA和去离子水的挥发性之间的差异所引起的颗粒的产生，从而提高晶片W的质量。
虽然已经描述了本发明的优选实施例，但是本发明并不局限于上述实施例。例如，不局限于半导体晶片，衬底可以是用于LCD的玻璃衬底、CD衬底、印刷衬底、陶瓷衬底等等。
已经描述了对晶片W进行化学处理步骤、漂洗步骤、液体膜形成步骤、和干燥步骤的方法。但是，本发明并不局限于此，并可以被应用于各种其他处理过程中。再者，化学处理步骤中使用的化学液不局限于用于清洁晶片W的液体。例如，该化学处理步骤可以是通过向其供给刻蚀化学液对晶片W进行刻蚀的刻蚀步骤，如HF(氢氟酸)。可替换地，该化学处理步骤可以是去除保护层的步骤，和去除刻蚀残渣的步骤。再者，可以对晶片W进行例如通过刮扫器如刷子和海绵擦拭晶片W的刮扫处理、和随后进行的漂洗步骤、液体膜形成步骤、及干燥步骤。虽然作为漂洗液的去离子水被给定为处理液的实施例，但是处理液并不局限于此。
在以上实施例中，从同一个液体喷嘴5供给化学液和漂洗液(处理液)。但是，这些液体自然可以从分离的喷嘴供给。在这种情况下，用于供给化学液的喷嘴和用于供给漂洗液的喷嘴可以通过分离(或单独)的臂分别支撑。可替换地，用于供给漂洗液的喷嘴可以由支撑流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13的支撑臂15支撑。
这里给出的描述液体膜形成步骤的实施例是IPA液体(第一流体)被供给在晶片W的旋转中心Po上，和通过利用由晶片W的旋转引起的离心力形成液体膜的情况。但是，形成液体膜的方法并不局限于此。例如，当旋转晶片W时，可以在旋转中心Po和晶片W的周边之间的晶片W上移动IPA液体的供给位置。在这种情况下同样可以适当地形成液体膜。在此方法中，IPA液体的供给位置相对于旋转中心Po在向外或向内的方向上可以只被径向移动一次，或相对于旋转中心Po被径向往复一次或多次。在液体膜形成步骤，IPA液体(第一流体)的供给位置的移动速度优选为比干燥步骤的IPA液体(第二流体)的供给位置Sf的移动速度快。这使得液体膜可以更快地形成。在液体膜形成步骤，IPA液体的供给位置的移动速度是例如大约150mm/sec，并且晶片W的旋转速度是例如大约300rpm。在液体膜形成步骤，晶片W的旋转速度最好比干燥步骤的晶片W的旋转速度慢。这使得可以更可靠地形成液体膜，而没有妨碍液体膜形成的离心力。另一方面，由于晶片W以相对较高的速度旋转，因此可以促进晶片W的干燥。
疏水性比漂洗液(处理液)高的第一和第二流体并不局限于IPA液体。作为IPA液体的替代，包含由去离子水或类似物稀释的IPA的IPA溶液可以被用作第一和第二流体中的至少一个(下文中称作“干燥流体”)。在这种情况下，可以减少将被使用的干燥流体的用量，其将使得成本降低。除液体状态外，干燥流体可以是雾化状态、喷流状态、及气体状态。例如，IPA液体雾气、IPA溶液雾气、IPA蒸汽、或IPA溶液蒸汽(IPA蒸汽和水蒸气相混合的混合蒸气)可以被用作干燥流体。此外，雾气或蒸汽及气体如氮气的混合物可以被用作干燥流体。再者，包含有机化合物如HFE(氢氟醚)和丙酮的有机溶剂，及包含表面活性剂的液体可以用作干燥流体。在这种情况下，可以是任何状态，如雾化状态、喷气状态、和蒸汽状态。同样在这些流体被用做第二流体的情况下，可以通过同时供给干燥气体如氮气来促进晶片W的干燥。因此，可以减少将被使用的第二流体的用量，使得实现成本的降低。
可替换地，第一流体和第二流体可以是彼此不同的。例如，用做第一流体的IPA溶液中的IPA的密度和用做第二流体的IPA溶液中的IPA的密度可以彼此不同。可替换地，第一流体和第二流体的状态(相位)可以彼此不同。例如，可以采用如为IPA液体的液体作为第一流体，并采用如为IPA蒸汽或IPA液体的雾气的气体作为第二流体。
在以上实施例中，虽然从单个流体喷嘴12供给第一流体和第二流体，但是也可以从分离的喷嘴供给第一流体和第二流体。例如，可以由支撑臂15支撑用于供给第一流体的第一喷嘴和用于供给第二流体的第二流体喷嘴以便一起移动第一流体喷嘴、第二流体喷嘴、和干燥气体喷嘴13。
双流体喷嘴可以被用作供给干燥流体的喷嘴。例如，通过将液体，如IPA液体或IPA溶液，和气体，如氮气，混合，IPA液体或IPA溶液在双流体喷嘴内部形成为多个微小液滴的喷流。该液滴被气体加速且从双流体喷嘴喷出。双流体喷嘴的结构不局限于内部混合类型，而可以是其中液体和气体在外部被混合的外部混合类型的结构。
以下描述图5所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，在晶片W的旋转方向(CCW)上，氮气向晶片W的供给位置Sn(干燥气体喷嘴13)比IPA液体(第二流体)向晶片W的供给位置Sf(流体喷嘴12)靠前。在图5中，从喷嘴12供给IPA液体的区域通过由虚线表示的圆形Af来说明，并且从喷嘴13供给氮气的区域通过由虚线表示的圆形An来说明。供给区域Af的中心点由供给位置Sf来表示，并且供给区域An的中心点由供给位置Sn来表示。线Lf将供给位置Sf和晶片W的旋转中心Po相互连接。线Ln将供给位置Sn和晶片W的旋转中心Po相互连接。在这种情况下，在晶片W的旋转方向上线Ln与线Lf偏离一个小于90°的角θn。因此，在IPA液体(第二流体)之后，氮气(干燥气体)可以不但在径向方向上而且在晶片W的旋转方向上被稳定地供给到晶片W。所以，通过干燥气体冲掉晶片W上的IPA液体可以快速地干燥晶片W。
以下描述图6所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，在与喷嘴移动方向D垂直的方向(这里，该方向与晶片W的表面平行)上，干燥气体喷嘴13的开口尺寸Bn比流体喷嘴12的开口尺寸Bf大。特别地，流体喷嘴12有一圆形开口12a，而干燥气体喷嘴13有一长方形开口13a，其长边比圆形开口12a的直径长。因此，在与喷嘴移动方向D垂直的方向上，干燥气体的供给区域An的尺寸比第二流体(例如，IPA液体)的供给区域Af的尺寸大。这种设计使得能够在移动方向D上在位于供给位置Sf后面的位置处充分地供给氮气，使得可以通过氮气有效地洗去IPA液体。所以，晶片W可以被有效可靠地干燥。
不局限于氮气，在干燥步骤使用的干燥气体可以是另一种惰性气体。干燥气体不局限于惰性气体，而可以是空气或类似物。也是在这种情况下，可以冲掉已经被供给在晶片W的上表面上的第二流体(例如，IPA液体)，并促进晶片W的干燥。此外，干燥气体可以是具有湿度与气体的常规状态相比强制降低的气体，如干燥空气或类似物。在这种情况下，可以减小晶片W的上表面附近的湿度以促进附着在晶片W上的液体，如IPA液体，的蒸发，由此可以更迅速地干燥晶片W。例如，干燥气体的绝对湿度不大于1g/m3。
接着，以下描述图7所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，还设有加热从流体喷嘴12供给的第二流体(IPA液体或类似物)的流体加热器67a、和加热要从干燥气体喷嘴13供给的干燥气体的干燥气体加热器72a。流体加热器67a设置在流体供给通道67上，并且由控制器16控制。干燥气体加热器72a被设置在惰性气体供给通道72上，并且由控制器16控制。流体加热器67a可以被设置在流体提供源66的容器上。
从流体喷嘴12供给由流体加热器67a强制加热到比通常温度高的温度的第二流体来促进已经被供给到晶片W的第一流体和第二流体的蒸发，由此可以更有效地干燥晶片W。同样地，从干燥气体喷嘴13供给强制加热到比通常温度高的温度的干燥气体促进已经被供给到晶片W的第一流体和第二流体的蒸发，由此可以更有效地干燥晶片W。
以下描述图8所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，还设有吸取晶片W的上表面附近的空气的吸取喷嘴80。特别地，设有吸取开口80a的吸取喷嘴80设置在支撑臂15上，使得吸取喷嘴80与流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13一起移动。在这种情况下，当在喷嘴移动方向D上移动第二流体的供给位置Sf(流体喷嘴12)时，吸取喷嘴80的吸取开口80a与相邻的IPA液体的供给位置Sf相比保持离晶片W的旋转中心Po更远。如为泵的未示出的吸取设备被连接到该吸取喷嘴80上。由控制器16控制吸取设备的致动，并由吸取喷嘴80控制吸取操作。
由于这种结构，在干燥步骤，当从在移动方向D上移动的流体喷嘴12供给第二流体(IPA液体或类似物)时，供给位置Sf附近的空气中所包含的湿气可以被吸取喷嘴80吸走。因此，可以防止处理空间S中的湿气被溶解在供给在晶片W上的供给位置Sf上的第二流体中。所以，晶片W可以被顺利地干燥。特别地，通过吸取在移动方向D上的第二流体的供给位置Sf前面的位置处的空气，可以获得更加改进的效果。
以下描述图9所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，在晶片W的旋转方向(CCW)上，相对于图8所示的实施例中的晶片W，吸取喷嘴80的吸取开口80a的中心点定位于向晶片W供给第二流体(IP液体或类似物)的供给位置Sf(流体喷嘴12)的前面。在图9中，与图5相似，从喷嘴12供给第二流体的供给区域通过由虚线表示的圆形Af来说明，并且从喷嘴13供给干燥气体的供给区域通过由虚线表示的圆形An来说明。供给区域Af的中心点由供给位置Sf来表示，并且供给区域An的中心点由供给位置Sn来表示。线Lf将第二流体的供给位置Sf和晶片W的旋转中心Po相互连接。线La将供给位置Sn和晶片W的旋转中心Po相互连接。在这种情况下，在晶片W的旋转方向上线La与线Lf偏离一个小于90°的角θa。因此，仅仅在从流体喷嘴12向晶片W的上表面供给第二流体之前，前述吸取开口80a可以吸取晶片W上方的空气。所以，它可以有效地防止处理空间S中的湿气被溶解在供给到晶片W的IPA液体中。
在此实施例中，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13由唯一的支撑臂15支撑，使得用支撑臂15一起移动流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13。但是，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13也可以由分离的支撑臂支撑。
在此实施例中，当向晶片W供给第二流体时，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13相对于晶片W在相同的方向上，即，在移动方向D上移动。但是，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13可以在不同的方向上移动。
以下描述图10所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13由分离的支撑臂分别支撑，其结构不同于图1到4所示的实施例。在此实施例中，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13在不同的方向上径向移动。特别地，单独设置有支撑流体喷嘴12的支撑臂和支撑干燥气体喷嘴13的支撑臂。在干燥步骤，相应的支撑臂通过控制器16(附图1)的控制以180°的角在不同的方向上径向移动。因此，流体喷嘴12和干燥气体喷嘴13从晶片W的旋转中心Po以180°的角在不同的方向上朝外径向移动。也是在这种情况下，干燥气体的供给位置Sn被保持在与第二流体的供给位置Sf相比更接近晶片W的旋转中心Po的位置。也就是，控制干燥气体的供给位置Sn和旋转中心Po之间的距离总是小于第二流体的供给位置Sf和旋转中心Po之间的距离。也是在这种情况下，利用晶片W的旋转在朝着干燥气体的供给位置Sn移动已经被供给在晶片W的上表面中的供给位置Sf处的第二流体，通过从旋转中心Po一侧所供给的干燥气体使第二流体朝着晶片W的外周边被吹掉，以便干燥晶片。因而可以有效地干燥晶片W。
在流体喷嘴12被划分为如上所述的第一流体喷嘴和第二流体喷嘴的情况下，以及设置图8所示的吸取喷嘴80的情况下，可以通过分离的支撑臂有选择地支撑这些喷嘴。可替换地，可以在不同的方向上有选择地移动这些喷嘴。
以下描述图11所示的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，湿度调节器85设置在处理容器2的顶部上作为调节由旋转卡盘3保持的晶片W附近的湿度的湿度调节系统。该湿度调节器85可以调节处理容器2内的整个处理空间S中的湿度。当执行液体膜形成步骤和干燥步骤中的至少一个时，处理容器2中的湿度与化学处理步骤和漂洗步骤中的湿度相比被降低。在这种情况下，可以防止包含在处理空间S中的湿气被溶解在供给到晶片W的第一和第二流体中的至少一个中。因此可以防止晶片W被干燥后在其上产生颗粒。此外，可以在干燥步骤加速晶片W的干燥。
以下描述图12所示的设有湿度调节系统的衬底处理设备的另一个实施例。在此实施例中，湿度调节系统100构造为使得具有经调节的湿度的气体从上面被供给到处理容器2中的处理空间S内，并且该气体从下面流出。
特别地，如图12所示，此实施例中的湿度调节系统100包括向处理容器2中供给用于调整湿度的惰性气体的气体供给容器91。该气体供给容器91设置在处理容器2的顶部上。具有多个气体供给通路94的导流板93设置在气体供给容器91和处理容器2之间。气体供给通路94均匀地分布在整个导流板93中。气体供给容器91通过气体入口通道95连接到气体提供源96。湿度调节机构92设置在气体入口通道95上，以调节从气体提供源96供给的惰性气体的湿度。根据来自控制器16的控制指令控制该湿度调节机构92，并且该机构能够将惰性气体中的湿气含量调节到给定值。从气体供给容器91供给到处理容器2中的惰性气体向下流入到由旋转卡盘3保持的晶片W上方的处理空间S中，并且从形成在处理容器2的底部中的出口通路98流出。因此，在处理空间S中形成具有经调节的湿度的向下流动的惰性气体，并因此可以适当地控制处理空间S中的湿度。
从气体提供源96供给的用于调节湿度的气体不局限于惰性气体，并且可以是其他的气体如空气。当使用空气时，也可以顺利地控制处理空间S中的湿度。
通常，安装衬底处理设备的清洁空间具有常温(大约23℃)和大约40％到大约45％的相对湿度。在液体膜形成步骤和干燥步骤中的至少一个中，处理空间S中的湿度与清洁空间的相对湿度相比可被降低。这可以进一步加强晶片W的干燥性能。在这种情况下，处理空间S的湿度可以是例如大约不超过25％(在大约23℃的温度下的相对湿度)。可替换地，处理空间S的绝对湿度可以是例如大约5g/m3。
在液体膜形成步骤和干燥步骤中的仅仅一个中执行处理空间S中的湿度调整。但是，并不局限于此，可以在化学处理步骤和漂洗步骤之间调整处理空间S的湿度。可替换地，可以经常调节处理空间S的湿度。

Claims (33)

1.一种衬底处理方法，它包括以下步骤：
通过处理液处理衬底；
通过在其上供给与所述处理液相比具有更高挥发性的第一流体而在所述衬底的上表面上形成液体膜；和
当旋转所述衬底时，向所述衬底的所述上表面供给与所述处理液相比具有更高挥发性的第二流体；其中
在供给所述第二流体的步骤，向所述衬底供给所述第二流体的位置相对于所述衬底的旋转中心朝外径向移动；
在供给所述第二流体的步骤，干燥气体还被供给到所述衬底的所述上表面，并且当保持向所述衬底供给所述干燥气体的位置与所述第二流体的所述供给位置相比更接近所述衬底的旋转中心时，向所述衬底供给所述干燥气体和所述第二流体的位置相对于晶片的旋转中心分别朝外径向移动。
2.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，其还包括化学处理步骤，在由所述处理液处理所述衬底的步骤之前，所述化学处理步骤通过化学液处理所述衬底。
3.根据权利要求2所述的衬底处理方法，其特征在于，
通过所述化学处理步骤增大所述衬底的所述上表面的疏水性。
4.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
在形成所述液体膜的步骤，当旋转所述衬底时，向所述衬底供给所述第一流体的位置相对于所述衬底的所述旋转中心朝外径向移动以形成所述液体膜。
5.根据权利要求4所述的衬底处理方法，其特征在于，
在形成所述液体膜步骤的所述第一流体的所述供给位置的移动速度比在供给所述第二流体步骤的所述第二流体的所述供给位置的移动速度快。
6.根据权利要求4所述的衬底处理方法，其特征在于，
在形成所述液体膜步骤的所述衬底的旋转速度比在供给所述第二流体步骤的所述衬底的旋转速度慢。
7.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
向所述衬底供给所述干燥气体的所述位置位于所述衬底的所述旋转中心和所述第二流体的所述供给位置之间。
8.根据权利要求7所述的衬底处理方法，其特征在于，
在所述衬底的旋转方向上，向所述衬底供给所述干燥气体的所述位置位于向所述衬底供给所述第二流体的所述位置之前。
9.根据权利要求7所述的衬底处理方法，其特征在于，
在与所述供给位置的所述移动方向垂直的方向上，向所述衬底供给所述干燥气体的区域的尺寸比向所述衬底供给所述第二流体的区域的尺寸大。
10.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
所述干燥气体是惰性气体。
11.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
所述干燥气体是干燥空气。
12.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
供给经加热的干燥气体。
13.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
当吸取所述衬底的所述上表面附近的空气时，执行供给所述第二流体的步骤。
14.根据权利要求13所述的衬底处理方法，其特征在于，
当保持空气的吸取位置与所述第二流体的所述供给位置相比离所述衬底的所述旋转中心更远时，空气的所述吸取位置和向所述衬底供给所述第二流体的所述位置相对于所述衬底的所述旋转中心朝外径向移动。
15.根据权利要求13所述的衬底处理方法，其特征在于，
在所述衬底的旋转方向上，空气的所述吸取位置位于向所述衬底供给所述第二流体的位置之前。
16.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
执行形成所述液体膜的步骤和供给所述第二流体的步骤的至少一个，使所述衬底周围的湿度低于在由所述处理液处理所述衬底的步骤的湿度。
17.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
所述处理液是去离子水。
18.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
所述第一流体和所述第二流体中的至少一个选自包括IPA液体，IPA溶液，雾化IPA液体，IPA蒸汽和IPA溶液的蒸汽的组。
19.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
所述第一流体和所述第二流体彼此相同。
20.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其特征在于，
供给经加热的第二流体。
21.一种衬底处理设备，它包括：
(a)构形成保持并旋转衬底的旋转卡盘；
(b)构形成向由所述旋转卡盘保持的所述衬底的上表面供给处理液的处理液供给系统；
(c)具有第一流体喷嘴的第一流体供给系统，所述第一流体供给系统构形成从所述第一流体喷嘴向所述衬底的所述上表面供给与所述处理液相比具有更高挥发性的第一流体；
(d)具有第二流体喷嘴的第二流体供给系统，所述第二流体供给系统构形成从所述第二流体喷嘴向所述衬底的所述上表面供给与所述处理液相比具有更高挥发性的第二流体；
(e)构形成相对所述衬底的旋转中心朝外径向移动所述第二流体喷嘴的喷嘴移动机构；
(f)控制器，所述控制器构形成控制所述旋转卡盘、所述处理液供给系统、所述第一流体供给系统、所述第二流体供给系统、和所述喷嘴移动机构，以执行以下步骤：
从所述供给系统向所述衬底的上表面供给所述处理液；
从所述第一流体喷嘴向所述衬底的所述上表面供给所述第一流体；和
当通过所述旋转卡盘旋转所述衬底并通过所述喷嘴移动机构移动所述第二流体喷嘴时，从所述第二流体喷嘴向所述衬底的所述上表面供给所述第二流体；
所述衬底处理设备还包括构形成向所述衬底的所述上表面供给干燥气体的干燥气体喷嘴；其中
当保持所述干燥气体喷嘴与所述第二流体喷嘴相比更接近所述衬底的所述旋转中心时，所述喷嘴移动机构构形成相对所述衬底的所述旋转中心朝外径向移动所述干燥气体喷嘴和所述第二流体喷嘴。
22.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，
在与由所述喷嘴移动机构移动所述喷嘴的移动方向垂直的方向上，所述干燥气体喷嘴的开口尺寸比所述第二流体喷嘴的开口尺寸大。
23.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，
所述干燥气体是惰性气体。
24.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，
所述干燥气体是干燥空气。
25.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，其还包括构形成加热从所述干燥气体喷嘴供给的所述干燥气体的干燥气体加热器。
26.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，其还包括构形成吸取所述衬底的所述上表面附近的空气的吸取喷嘴，其中
当保持所述吸取喷嘴与所述第二流体喷嘴相比更远离所述衬底的所述旋转中心时，所述喷嘴移动机构构形成相对所述衬底的所述旋转中心朝外径向移动所述吸取喷嘴和所述第二流体喷嘴。
27.根据权利要求26所述的衬底处理设备，其特征在于，
当在所述衬底的旋转方向上，保持所述吸取喷嘴位于所述第二流体喷嘴之前时，所述喷嘴移动机构构形成移动所述吸取喷嘴和所述第二流体喷嘴。
28.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，其还包括构形成调节由所述旋转卡盘保持的所述衬底周围的湿度的湿度调节系统。
29.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，其包括用作所述第一和第二流体喷嘴的单个流体喷嘴。
30.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，
所述第一流体和所述第二流体彼此相同。
31.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，所述处理液是去离子水。
32.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，
所述第一流体和所述第二流体中的至少一个选自包括IPA液体、IPA溶液、IPA液体雾气、IPA蒸汽、和IPA溶液的蒸汽的组。
33.根据权利要求21所述的衬底处理设备，其特征在于，其还包括构形成加热要从所述第二流体喷嘴供给的所述第二流体的流体加热器。
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