CN105826221B - 一种基板干燥方法和实现该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体、太阳能电池制造技术及液晶制造技术领域，公开了一种基板干燥方法，包括基板定位步骤，水溶液漂洗步骤，热流体预热步骤，有机溶剂脱水步骤和惰性气体干燥步骤。实现该方法的装置包括内槽体、外槽体和后开槽盖，内槽体内设置有专用工装和定位卡槽，后开槽盖上设置有第一喷淋机构和第二喷淋机构。采用本发明的基板干燥方法和装置，在处理大量的基板时，能够实现基板的快速脱水干燥，降低滞流部分颗粒对被处理物的污染，减少有机溶剂用量，提高了操作安全性。

Description

一种基板干燥方法和实现该方法的装置

技术领域

本发明涉及半导体、太阳能电池制造技术及液晶制造技术领域，特别涉及一种基板干燥方法和实现该方法的装置。

背景技术

在半导体硅及太阳能电池制造工艺中，湿处理技术的应用不仅用于祛除因先前的加工程序而造成的金属与非金属污染，还能为下一个工艺形成一个最优的基板表面状态。有许多湿式制造工艺如清洗、蚀刻、光阻祛除及气化扩散，以除去薄膜或光阻，再以纯水洗净及干燥。

在半导体行业中现有技术中的干燥方法。例如MeComnell等人采用干燥槽的异丙醇(IPA)加热形成蒸汽，再导入纯水使之接触而凝结为液态的技术，以取代晶片上的水而达到干燥的目的；但是由于清洗槽及干燥槽皆为封闭式，存在大量化学品及纯水浪费的问题，并且由于异丙醇的高压高温条件，使得需使用昂贵的密封设备，造成了成本大、管理困难。

另一种干燥方法为马兰戈尼旋转干燥方法，在该方法中，去离子水与氮气及异丙醇混合物被分配到晶片上。异丙醇影响去离子水的边界层，因为存在表面倾斜，从而促进水分子离开晶片(马兰戈尼效应)。当液体分离器从晶片的中心向边缘移动且晶片被旋转，气体分配器直接跟液体分配器后，以便气体直接取代晶片上的液体；但是，此方法存在基板干燥较慢的问题。

异丙醇干燥技术的另一种技术，将洗净的晶片送至异丙醇(IPA)蒸汽室，IPA由高纯度氮气作为传输气体带入蒸汽干燥室，由底部加热器加热，使IPA受热蒸发，再利用冷却器将IPA液化，晶片沉浸在IPA蒸汽中。利用IPA高挥发性，将晶片表面上水分脱水干化，没有水痕及微粒污染。但IPA的纯度及水含量需在2100ppm以下，否则影响洁净度，蒸汽温度低易使水及IPA凝结在侧壁，使干燥蒸汽室成为雾状，而使晶片表面有白色雾状污染，温度太高又影响安全，且IPA蒸汽对操作人员亦不安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够减少有机溶剂用量、提高操作安全性的快速脱水干燥的基板干燥方法；与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能够减少有机溶剂用量、提高操作安全性的快速脱水干燥的基板干燥装置。

为了解决上述技术问题的基板干燥方法，本发明的技术方案为：

基板干燥方法，包括：

基板定位步骤，在基板定位步骤中，将待干燥的基板置于内槽体底部的专用工装上，基板脱离定位卡槽，以对基板无死角的清洗和干燥；

水溶液漂洗步骤，在水溶液漂洗步骤中，水溶液分成两支路，一支路从内槽体底部注入，另一支路从内槽体上部以喷淋的形式喷入，快速将水溶液浸没基板，并注满内槽体，直至溢流出内槽体外，以漂洗基板上的微颗粒；

热流体预热步骤，在热流体预热步骤中，热流体分成两支路，一支路从内槽体底部注入，另一支路从内槽体上部以喷淋的形式喷入，快速将热流体浸没基板，并注满内槽体，直至溢流出内槽体外，以二次清洗基板和预热基板及内槽体的内壁。

有机溶剂脱水步骤，在有机溶剂脱水步骤中，由内槽体上部向基板同时喷入热干燥惰性气体和挥发性常温有机溶剂，以去除基板上的热流体。

惰性气体干燥步骤，在惰性气体干燥步骤中，由内槽体上部向基板喷入热干燥惰性气体，以去除基板上的有机溶剂。

作为进一步的技术方案，在基板定位步骤中，基板微倾斜，以便于液体的流下及气体的挥发。

作为进一步的技术方案，在水溶液漂洗步骤中，水溶液溢流到外槽体内，并从外槽溢流口排出，清洗结束后在内槽体底部快速排出水溶液，以防止排液时对基板造成二次污染；

作为进一步的技术方案，在热流体预热步骤中，热流体溢流到外槽体内，并从外槽溢流口排出，预热结束后，在内槽体底部缓慢排出热流体，至将基板露出热流体液面。

作为进一步的技术方案，热流体温度为59.5～90℃，热干燥惰性气体温度为59.5～90℃。

作为进一步的技术方案，水溶液为去离子水、臭氧稀释液和氢氟酸稀释液中的一种。

作为进一步的技术方案，热流体为加热的去离子水，惰性气体为氮气，有机溶剂为异丙醇。

为了解决上述技术问题的基板干燥装置，本发明的技术方案为：

基板干燥装置包括内槽体、位于内槽体上部的外槽体和位于外槽体上部能够自动开启和关闭的后开槽盖，内槽体内设置有用于支撑基板并使其保持微倾斜的专用工装和限定基板位置的定位卡槽，后开槽盖上设置有用于水溶液喷淋和用于热流体喷淋的第一喷淋机构，用于惰性气体喷射和有机溶剂喷淋的第二喷淋机构。

作为进一步的技术方案，第一喷淋机构包括第一喷嘴、水溶液进管和热流体进管，第一喷嘴与水溶液进管、热流体进管连接；第二喷淋机构包括第二喷嘴惰性气体进管和有机溶剂进管，第二喷嘴与惰性气体进管、有机溶剂进管连接；第一喷嘴设置为两列或多列，第二喷嘴设置为两列或多列，第一喷嘴和第二喷嘴隔列排布。

作为进一步的技术方案，内槽体与外槽体连接，外槽体与内槽体连通，内槽体底部设有水溶液注入口、热流体注入口和底部排放口，外槽体底部设有外槽溢流口。

作为进一步的技术方案，后开槽盖上设有用于使后开槽盖自动开启和关闭的槽盖气缸，槽盖气缸一端固定于内槽体底部，一端与后开槽盖连接。

采用上述技术方案，由于专用工装能够对基板无死角的支撑，并在基板微倾斜的状态下对基板进行喷淋，使得本发明在处理大量的基板时，可以确保所有基板表面整体的温度、药液浓度达到均匀，从而实现基板的快速脱水干燥；且喷淋过程中达到完全喷淋，可以避免造成滞流部分的温度、浓度不均匀，从而降低滞流部分颗粒对被处理物的污染；均匀定量的喷入常温有机溶剂，减少了有机溶剂用量，提高了操作安全性。

附图说明

图1为本发明一种基板干燥装置的主剖视图；

图2为本发明一种基板干燥装置的侧剖视图；

图3为本发明一种基板干燥装置的俯视图；

图4为本发明一种基板干燥方法的总体流程图。

图中，1-后开槽盖，2-第一喷嘴，3-基板，4-内槽体，5-专用工装，6-水溶液注入口，7-槽盖气缸,8-外槽溢流口，9-底部排放口，10-外槽体，11-第二喷嘴，12-热流体注入口，13-定位卡槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1至图3出示了本发明用于实现该方法的基板干燥装置，包括内槽体4、位于内槽体4上部的外槽体10和位于外槽体10上部的后开槽盖1，内槽体4内设置有用于支撑基板3的专用工装5和限定基板3位置的定位卡槽13。

内槽体4底部设有水溶液注入口6，热流体注入口12和底部排放口9；水溶液由水溶液注入口6进入至内槽体4内，由其底部排放口9排出；热流体由热流体注入口12进入至槽内，由底部排放口9排出；为了便于异丙醇的回收再利用，内槽体4底部还设有有机溶剂回收口，利用有机溶剂的回收口，将其回收到相应装置里，以达到防治污染及浪费的目的。内槽体4的上部与外槽体10连接，内槽体4后部与外槽体10连通，当内槽体4内的液体注入至溢出时，液体可由连通口溢流至外槽体10；外槽体10底部设有外槽溢流口8，液体溢流至外槽体10内，可从外槽溢流口8排出。

后开槽盖1上设置有第一喷淋机构和第二喷淋机构，第一喷淋机构包括第一喷嘴2、水溶液进管和热流体进管，第一喷嘴2的管路接口与水溶液进管、热流体进管连接，水溶液和热流体可分别通过第一喷嘴2以喷淋的方式进入到槽体内。第二喷淋机构包括第二喷嘴11、惰性气体进管和有机溶剂进管，第二喷嘴11的管路接口与惰性气体进管、有机溶剂进管连接，惰性气体、有机溶剂可同时或分别通过第二喷嘴11以喷淋的方式进入到槽体内；第一喷嘴2设置为多列，本发明优选为两列，第二喷嘴11设置为多列，本发明优选为两列，第一喷嘴2和第二喷嘴11隔列排布，以保证基板3喷淋得更均匀、更完全。

后开槽盖1上还设有槽盖气缸7，槽盖气缸7一端固定于内槽体4底部，一端与后开槽盖1连接，通过气缸的作用使槽盖能够自动后开，并且自动关闭后形成一个无污染的密封环境。

专用工装5为基板专用工装，能够将基板3支起，基板3脱离定位卡槽13，使基板3的每个面都与定位卡槽13之间留有间隙，便于液体或气体能与基板3的每个面充分接触；使之清洗干燥无死角，清洗干燥全面；同时使基板3微倾斜，便于水分子的去除，及有机溶剂的挥发。

图4为本发明一种基板干燥方法的总体流程图，本发明基板干燥的方法是一种利用液态挥发性有机溶剂(例如：异丙醇溶剂)来对基板(例如：晶圆，玻璃基板，衬底等)进行干燥的方法；主要包括五个步骤，基板定位步骤、水溶液漂洗步骤、热流体预热步骤、有机溶剂脱水步骤和惰性气体干燥步骤；其中有机溶剂优选为异丙醇(IPA)具有质量百分比不大于20％的水，含水溶液可以是去离子水、臭氧稀释液和氢氟酸稀释液，本发明优选为去离子水(DIW)，热流体为加热的去离子水，惰性气体为氮气。

在基板定位步骤中，首先将自动后开槽盖1打开，人工手动或机械臂将基板3固定到槽内专用工装5上，此工装将基板3支起，基板3脱离定位卡槽13，使基板3的每个面都与定位卡槽13之间留有间隙，便于液体或气体能与基板的每个面充分接触；使之清洗干燥无死角，同时使基板3微倾斜，便于水分子的去除，及有机溶剂的挥发。待基板3固定后，后开槽盖1自动密封好，将槽内形成一个无污染的密封环境。

在水溶液漂洗步骤中，内槽体4底部水溶液注入口6打开，开始快速将去离子水注入，直至将基板3全部浸没并溢流到外槽体10，去离子水注入的同时第一喷嘴2的两列喷嘴同时完全喷淋，漂洗基板3上的微颗粒，同时外槽溢流口8打开，溢流到外槽体10的含有微颗粒的污水从外槽溢流口8排出。清洗结束后，底部排放口9快速将槽内去离子水排净，防止再次污染基板3。

在热流体预热步骤中，将去离子水在线加热后，由内槽体4底部热流体注入口12进入到密封的槽体内，注入的同时第一喷嘴2的两列喷嘴同时完全喷淋，进行基板3的二次清洗，同时预热基板3及内槽体4内壁，加热后的去离子水温度保持在59.5～90℃之间。

在有机溶剂脱水步骤中，预定预热程序结束后，停止注入加热的去离子水，同时底部排放口9打开缓慢排出加热的去离子水，直至将基板3露出水面；当基板3露出水面后，由第二喷嘴11喷入温度在59.5～90℃之间的纯热氮气及均匀定量的常温异丙醇溶剂，使两相物质混合形成未互溶的二液相或互溶的高溶度梯度变化的液相，并均匀吹附在基板3表面上；纯热氮气温度在59.5～90℃之间以保证有机溶剂使用时的温度在59.5～90℃之间；两相物质混合后改善了有机溶剂异丙醇的气化能力，并利用异丙醇溶剂改变附着在基板3上水分子的张力来去除基板3的去离子水，从而实现了对基板3进行快速干燥处理。一旦去离子水供应被终止，流经内槽体内的异丙醇通过槽底部的有机溶剂回收口，便可被回收到相应装置里，并再循环利用；避免浪费及污染。由于异丙醇是吸湿的，所以这会导致异丙醇中逐渐增加的含水量，除非在该再循环利用过程中用新的异丙醇补充。同时优先异丙醇流量不大于190毫升/分钟，根据本发明所使用的异丙醇温度下，有机溶剂的流速可不小于110毫升/分钟而不产生水印。

在惰性气体干燥步骤中，内槽体4内的去离子水全部排净，由第二喷嘴11喷入温度在59.5～90℃之间的纯热氮气，将基板3上残留的有机溶剂快速挥发，以达到基板3干燥无水印的目的。

综上所述，本发明可归纳具有下列增进功效：

1.本发明无污染且能在短时间内对基板3进行清洗干燥，由于在干燥过程中不需要移动基板3可避免基板3破损，而异丙醇亦不需加热且气化量极少，不致造成危险，相对具有较佳的操作安全性。

2.槽内设置的专用工装5，将基板3支起无死角，可保证对其全面地清洗和干燥。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基板干燥方法，其特征在于，包括：

基板定位步骤，在所述基板定位步骤中，将待干燥的基板置于内槽体底部的专用工装上，所述基板脱离定位卡槽，以对所述基板无死角的清洗和干燥；所述基板微倾斜，以便于液体的流下及气体的挥发；

水溶液漂洗步骤，在所述水溶液漂洗步骤中，水溶液分成两支路，一支路从所述内槽体底部注入，另一支路从所述内槽体上部以喷淋的形式喷入，快速将所述水溶液浸没所述基板，并注满所述内槽体，直至溢流出所述内槽体外，以漂洗所述基板上的微颗粒；

热流体预热步骤，在所述热流体预热步骤中，热流体分成两支路，一支路从所述内槽体底部注入，另一支路从所述内槽体上部以喷淋的形式喷入，快速将所述热流体浸没所述基板，并注满所述内槽体，直至溢流出所述内槽体外，以二次清洗所述基板和预热所述基板及所述内槽体的内壁；

有机溶剂脱水步骤，在所述有机溶剂脱水步骤中，由所述内槽体上部向所述基板同时喷入热干燥惰性气体和挥发性常温有机溶剂，以去除所述基板上的所述热流体；

惰性气体干燥步骤，在所述惰性气体干燥步骤中，由所述内槽体上部向所述基板喷入所述热干燥惰性气体，以去除所述基板上的所述有机溶剂；在所述热流体预热步骤中，所述热流体溢流到外槽体内，并从所述外槽溢流口排出，预热结束后，在所述内槽体底部缓慢排出所述热流体，至将所述基板露出所述热流体液面，所述热流体温度为59.5～90℃，所述热干燥惰性气体温度为59.5～90℃。

2.根据权利要求1所述的基板干燥方法，其特征在于，在所述水溶液漂洗步骤中，所述水溶液溢流到外槽体内，并从外槽溢流口排出，清洗结束后在所述内槽体底部快速排出所述水溶液，以防止排液时对所述基板造成二次污染。

3.根据权利要求1所述的基板干燥方法，其特征在于，所述水溶液为去离子水、臭氧稀释液和氢氟酸稀释液中的一种。

4.根据权利要求1所述的基板干燥方法，其特征在于，所述热流体为加热的去离子水，所述惰性气体为氮气，所述有机溶剂为异丙醇。

5.一种用于实现权利要求1至4中任一项所述基板干燥方法的装置，其特征在于，包括内槽体、位于内槽体上部的外槽体和位于外槽体上部能够自动开启和关闭的后开槽盖，所述内槽体内设置有用于支撑基板并使其保持微倾斜的专用工装和限定基板位置的定位卡槽，所述后开槽盖上设置有用于水溶液喷淋和用于热流体喷淋的第一喷淋机构，用于惰性气体喷射和有机溶剂喷淋的第二喷淋机构；所述内槽体与所述外槽体连接，所述外槽体与所述内槽体连通，所述内槽体底部设有水溶液注入口、热流体注入口和底部排放口，所述外槽体底部设有外槽溢流口；所述后开槽盖上设有用于使所述后开槽盖自动开启和关闭的槽盖气缸，所述槽盖气缸一端固定于所述内槽体底部，一端与所述后开槽盖连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一喷淋机构包括第一喷嘴、水溶液进管和热流体进管，所述第一喷嘴与所述水溶液进管、所述热流体进管连接；所述第二喷淋机构包括第二喷嘴惰性气体进管和有机溶剂进管，所述第二喷嘴与所述惰性气体进管、所述有机溶剂进管连接；所述第一喷嘴设置为两列或多列，所述第二喷嘴设置为两列或多列，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴隔列排布。