专利名称：：从盘形物品的表面清除液体的装置和方法
技术领域：
：本发明涉及一种从盘形物品的表面清除液体的装置。更具体地说，本发明涉及一种以流体处理盘形物品而从其表面清除液体的装置。
背景技术：
：在半导体工业中已知一些液体清除方法。许多液体清除方法采用限定的液体/气体边界层，这种液体清除方法大多称为马兰葛尼干燥法。0001美国专利No.5,882,433〃^开了一种组合式马兰葛尼i走转干燥法及其装置。因此，去离子水被分配至晶片上，并同时分配氮气与2-丙醇的混合物。氮气中的2-丙醇会影响液体/气体边界层，因为会产生表面倾斜度，这导致水离开晶片，且不会在晶片上留下任何水滴的效果(马兰葛尼效应)。气体分配器一直随着液体分配器而动，只要液体分配器从中心运动至晶片的边缘而且晶片旋转，并由此气体一直从晶片上排出液体。然而，这种液体清除方法很难控制。例如，液体分配器至气体分配器的距离、温度、气流和液流等均是关键参数。因此，处理窗口非常窄小，特别是对于象300mm半导体晶片和平板显示器这样的较大直径的盘形物品以及对于具有较高集成化，例如90nm、65nm的装置尺寸的半导体晶片。当前精心设计以从盘形物品的内部区域清除液体的现有装置无法充分地从外部区域清除液体。该设计曾经被修改成充分地从外部区域清除液体，但这种设计却不再能充分地从内部区域清除液体
发明内容因此，本发明的目的是提供一种用于从大型盘形物品，例如直径大于200mm的半导体晶片清除液体的方法。通过提供一种用于从盘形物品的表面清除液体的装置达到本发明的目的，该装置包括旋转机构，其用于保持和旋转一个单盘形物品；液体分配机构，其用于将液体分配至盘形物品上；第一气体分配机构，其包括具有孔的至少一个喷嘴，用于将气体吹至该盘形物品上；'第二气体分配机构，其包括具有孔的至少一个喷嘴，用于将气体吹至该盘形物品上；运动才几构，其用于将液体分配才;i构和第二气体分配才凡构运动越过该盘形物品，致使第二气体分配机构和液体分配机构能朝向边缘区域运动；和用于控制经过与第二气体分配机构分开的第一气体分配机构而;故分配的气流的才几构；其中，第一气体分配机构的孔的横剖面积总和小于第二气体分配机构的孔的横剖面积总和。这种旋转机构可以是旋转夹头，比如真空夹头、销夹头或伯努利夹头，或者可以是沿圆周方向接触盘形物品且驱动该盘形物品的滚筒。液体分配机构通常包括管道液体压力机构(例如，泵或位于较高水平的容器)和至少一个排放喷嘴，该排放喷嘴具有至少一个孔。排放喷嘴朝向盘形物品的表面。优选地，在液体清除过程中，仅使用具有一个单孔的一个喷嘴，该喷嘴朝向所述表面，致使液体垂直地被分配到表面上。有利地，选择平滑形状的孔(例如，圆形或椭圆形孔)，致使液体被分配至盘形物品上，且没有飞賊。在一个实施例中，用于单独地控制第一和第二气体分配机构的气流的机构是螺线管阀，该阀由控制器(例如，计算机)开关。这种控制器具有液体和气体分配机构在某一时刻所在之处的信息，并因此能决定何时可以打开第二气体分配装置，何时液体分配机构通过某一位置。在另一实施例中，用于单独控制的机构甚至能增加和减少气体体积流。在优选的实施例中，用于使液体分配机构和笫二气体分配机构运动越过盘形物品的运动机构被构造成以使第二气体分配机构跟随液体分配机构而动。这能通过将第二气体分配机构和液体分配机构都安装在同一喷嘴组件上实现，或者将它们安装在不同的媒介臂上。在不同的臂上安装喷嘴使具有如下优点在液体分配机构与第二气体分配机构之间的距离在该过程期间或在过程与过程之间可有所不同。在该实施例中，第一气体分配机构可以固定在旋转运动的中心，并因此第一气体分配机构不跟随液体分配机构。在又一实施例中，运动机构还包括用于运动第一气体分配机构越过盘形物品的机构，致使第一气体分配机构随着液体分配机构而动。在这种情况下，所有三个气体分配机构可以安装在不同的臂上，或者可以属于同一喷嘴组件。第一和第二气体分配机构的孔的横剖面积的总和具有i:i.i与1:20之比。优选的比值范围是1:2比1:10。第一气体分配机构的又一优选实施例的横剖面积总和小于20mm2，这导致第一气体小的沖击面积。优选地，第二气体分配机构的横剖面积总和大于5mm2，这使第二气体能覆盖巨大面积。所迷第二气体分配机构可以包括狭缝形喷嘴，其中，该狭缝相对于旋转运动的半径基本上垂直地设置，由此第二气体分配机构分配气幕。在这种情况下，术语"基本上垂直，，应表示85。至95。的范围。当运动通过旋转运动的中心并且狭缝形喷嘴相对于线性运动基本上垂直安装时可以由第二气体分配机构的线性运动实现上述结构。如果狭缝形喷嘴被安装在旋转臂上，喷嘴则必须进行反向运动，以便将狭缝形喷嘴保持在基本上垂直于旋转运动的半径的位置。作为狭缝形喷嘴的替换方案，第二气体分配机构可以包括一排喷嘴，这些喷嘴以基本上直线设置。该直线基本上垂直于第二气体分配机构的运动方向，由此这些喷嘴分配气幕。此外，第二气体分配机构和液体分配机构可以相互固定，使第二气体分配机构与液体分配机构之间具有距离d2。第一气体分配机构、第二气体分配机构和液体分配机构的对准相互固定，而第一气体分配机构与液体分配机构之间具有距离dl。优选地，距离d2与距离dl的差值(d2-dl)应在-lcm到+lcm的范围。本发明的第二方面是一种用于将液体从盘形物品的表面清除的方法，该方法包括以下步骤围绕垂直于盘形物品的主要表面的轴线旋转该盘形物品；当旋转时，将液体供应至该盘形物品上，其中，该液体从供液口供应，该供液口朝向盘形物品的边缘越过基片运动；通过第一供气口将第一气流供应到盘形物品至一区域，其中，该区域的中心到旋转运动中心的距离不超过20mm,其中，当供应第一气体时，第一气体所供应的区域被液体层覆盖，并且由此，液体层在不连续的区域被打开；并且当旋转时，通过第二供气口将第二气体流供应至盘形物品上，其中，该第二气流从第二供气口供应，该供气口朝向基片的边缘越过该基片运动，其中，当供应第二气流和液体时，第二供气口到中心的距离小于供液口到中心的距离。例如，可以在第一气流已经开始后，开始供应第二气流，或者如果第二气流开始，但未在第一气流已经开始之后，则在第一气流已经开始后增加第二气流。这意味着，第二气流首先可能为非常小的体积流0.21/min，而在距中心例如为40mm之处增加至61/min。在优选的方法中，当第二供气口的外缘与旋转运动中心的距离为至少20mm时，则开始第二气流。优选地，笫一气流的气体速度至少是第二气流的气体速度的两倍。第一气流的气体体积流可以不超过第二气流的气体体积流的一半。有利地，第一气流的气体速度vl最小为3m/s，优选地，第二气流的气体速度v2最大为5m/s。在另一实施例中，当液体分配机构朝向边缘运动时，则旋转速度降低。然而，如果旋转速度例如朝向边缘增加，这可能也是有利的。在优选的方法中，当液体分配机构朝向边缘运动时，该液体分配机构朝向边缘运动的运动速度降低。为了进一步提高液体清除的效率，或通过清除液体、或通过至少该第二气流、或清除液体和至少该第二气流两者都通过来施加减少清除液体的表面张力的物质。这种物质可以称为表面活性物质。然而，按照本文定义，表面活性物质必须是一种能够降低水的表面能量(表面张力)的物质，这不一定意味着，该物质必须是表面活性剂或象肥皂那样的表面活性剂。这只应意味着，这种物质包含分子，该分子具有极性端和无极性(非极性)端(例如，任何种类的醇)。通过附图及有关说明，本发明的更多细节与优点将变得一目了然。图1示出本发明的实施例的示意图。图2示出本发明第一实施例中的喷嘴结构的底部示意图。图3示出本发明第二实施例的喷嘴结构的底部示意图。图4示出本发明第三实施例的喷嘴结构的底部示意图。图5示出本发明第四实施例的喷嘴结构的底部示意图。图6示出在喷嘴开始清除半导体晶片(晶片)中心的液体之前本发明实施例的横剖面示意图。图7示出当第一气体分配机构的喷嘴开始清除半导体晶片(晶片)中心的液体时本发明实施例的横剖面示意图。图8示出本发明实施例的横剖面示意图，正好在第一气体分配机构的喷嘴已经开始清除半导体晶片(晶片)中心的液体之后，且由第二气体分配机构支撑。图9示出本发明实施例的顶部示意图，正好在第一气体分配机构的喷嘴已经开始清除半导体晶片(晶片)中心的液体之后，且由第二气体分配机构支撑。图IO是本发明第一实施例中的方法关于喷嘴在晶片上方的位置，和关于液体、第一气体及第二气体供应到晶片上的时间显示图。图11是本发明第二实施例的方法关于喷嘴在晶片上方的位置显示图。具体实施例方式图1示出本发明优选实施例用于从盘形物品W的表面上清除液体的装置l。该装置包括用于保持盘形物品W的旋转夹头2和臂3，在该臂3上安装喷嘴组件4。在这种情况下，盘形物品是半导体晶片(晶片)。旋转夹头2能旋转(如箭头R所示)。喷嘴组件4包括多个具有面朝下孔的喷嘴。通过这些喷嘴，不同的流体朝向晶片面向上的表面排放。臂3与喷嘴组件连接至运动机构(未示出)上，以使喷嘴组件4运动越过晶片的表面。臂3也能沿着直线移动(例如，箭头X所示越过半径)，或者能进行旋转运动。当喷嘴组件运动越过晶片时，在喷嘴组件与晶片表面之间只保持固定距离al。这样的距离根据工艺参数(例如，流体流量、夹头速度)是最佳的选择，且在lmm与5cm之间，优选为3mm与2cm之间选择。喷嘴组件的距离由此净皮限定为最靠近晶片的喷嘴孔的距离。图2、图3和图4示出用于这种喷嘴组件三个不同实施例的底部示意图。图2示出喷嘴组件的第一实施例，该喷嘴组件具有润湿喷嘴10，用于在液体清除过程中供应润湿液体；用于第一气流的打开喷嘴8，以将气体吹到封闭的液体层上(当整个晶片表面被液体覆盖时)，并且由此打开润湿液体的液体层；及两个用于第二气流的帘幕喷嘴6，以形成气体环境。可选择地，喷嘴组件4还包括沖洗喷嘴12，用于在液体清除过程开始之前，分配沖洗液体(例如，去离子水)到晶片上。这样使具有不需要单独媒介臂的优点。打开喷嘴8的孔的横剖面积小于帘幕喷嘴6的孔的横剖面积总和。在所示的示例中，打开喷嘴的孔的横剖面积为8mm2(直径为3.2mm)，而帘幕喷嘴孔中的两个孔的横剖面积总和为32mm2(2x2mmx8mm)。如果第一气体的气体体积流(fl通过打开喷嘴8)和第二气体的气体体积流(o通过帘幕喷嘴10)被选择为相等(例如，fl=f2=61/min)，则通过打开喷嘴分配的气体的气体速度(vl)是通过帘幕喷嘴分配的气体的气体速度(v2)的四倍。因此，通过打开喷嘴朝向液体层的脉冲是帘幕喷嘴产生的脉沖的四倍。距离dl称为打开喷嘴的孔8与润湿喷嘴的孔IO之间的距离。距离d2称为帘幕喷嘴的孔6与润湿喷嘴的孔10之间的距离，该距离d2由此被定义为直线L6与润湿喷嘴10的轮廓之间的距离。直线L6连接帘幕喷嘴的孔的轮廓，该直线L6接触正面向润湿喷嘴10的孔的部分轮廓。在所示的实施例中，直线L6垂直于运动方向，dl小于d2(d2-dl=4mm)。两个喷嘴(例如，dl、d2)之间的距离不应被理解是这两个喷嘴中心之间的距离。所述第二气体分配机构包括两个狭缝形喷嘴，其中，每个狭缝基本上被设置成旋转运动的半径成一定角度(a)，其范围为85°到95°(见图9)，由此，第二气体分配机构分配气幕。图3所示喷嘴组件的第二实施例以第一实施例(图2)为基础。但是，帘幕喷嘴(直线L6)以及打开喷嘴两种喷嘴孔与润湿喷嘴的孔具有相同的距离(dl=d2)。图4所示喷嘴组件的第三实施例以第一实施例(图2)为基础。但是，帘幕喷嘴(直线L6)的喷嘴孔比打开喷嘴的孔更靠近润湿喷嘴的孑L(dl>d2;d2-dl=-4mm)。图5所示喷嘴组件的第四实施例以第二实施例(图3)为基础。但是，沖洗喷嘴被安装在单独臂上。尽管这样导致机械上更为复杂，但是使具有这样的优点，即沖洗喷嘴能从晶片上方的空间移开，因此，冲洗喷嘴不会妨碍液体清除过程。如果d2同dl至少一样大，则距离dl应在0.5cm至3cm的范围内。如果dl同d2至少一样大，则距离d2应在0.5cm至3cm的范围内。根据喷嘴组件的第一实施例，将参照图2、图6、图7、图8和图9说明清除液体的过程。这里将烘干300mm直径的晶片。在清洁过程之后，通过沖洗喷嘴12，将沖洗液体(以101/min)施加至晶片表面上，同时沖洗喷嘴可以扫描越过晶片表面。冲洗液体在中心Z(图6)停止，由此使晶片表面保持充分潮湿。在喷嘴组件4的这一位置，润湿喷嘴10的中心处于位置A。相对于喷嘴组件4的移动方向，位置A在中心Z的前面20mm处。下面润湿喷嘴10的中心P被用来作为基准位置。在位置A，通过润湿喷嘴10以0.41/min的体积流施加润湿液体(例如，去离子水)。4mm2的横剖面积产生2.5m/s的润湿液体速度。当润湿液体在位置A被打开时，则关掉沖洗液体(见图6)。喷嘴组件在旋转运动(R)的中心Z上方运动，以大约5mm/s的速度越过晶片，使得喷嘴被保持在打开喷嘴已经通过中心Z之后打开喷嘴8更靠近中心Z的位置。在打开喷嘴8已经到达中心Z之前，但在润湿喷嘴10已经通过中心Z之后，打开第一气流，由此，在中心周围开始打开液体层L(见图7)。通过打开喷嘴分配的气体体积流为fl61/min(100cm3/s)。为了进一步支持液体层的打开，fl可以被选择成在开始阶段5秒钟内甚至稍高一些(例如，101/min)(在图11中看到)。喷嘴组件4进一步朝向晶片边缘运动。润湿液体的液流和第一气流保持不变，因此形成平滑的液体/气体边界层，该边界层随着喷嘴组件的运动而緩慢地朝向晶片表面运动。当润湿喷嘴P的中心与旋转中心Z的距离为50mm时(见图8，位置C)，打开帘幕喷嘴6，由此，将气体供应给更广大面积的边界层。可选择地，可以停止或降低打开喷嘴的气流。当降低时，可以降低到第二气流的气体体积流的四分之一的气体体积流。因此，第一气流的气体速度会更加与第二气流的气体速度匹配。当润湿喷嘴到达位置D时，其距中心Z为140mm，便关掉润湿液体(这时打开喷嘴位于距离中心Z为130mm的地方)。当润湿喷嘴到达位置E时，其距中心Z为160mm，两个气流均关掉(这时打开喷嘴位于距离中心一晶片的边缘为150mm的地方)。为了进一步支持平滑边界层的形成，或通过气流中的一个(或两个气流)、或通过润湿液体、或润湿液体和气流(一个或多个)两者都通过，能将表面能量影响介质(例如，2-丙醇)输入到该系统内。表l与表2概略示出图10中所见的描述过程示例。(表0001)表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>为了进一步支持液体清除过程，最好将润湿液体冲击点处的圆周速度保持不变。例如，从中心直到位置C(在上述示例中，ZC为50mm)旋转速度以300rpm保持不变。因此，在润湿液体沖击点P的圆周速度(vc(r))从Om/s增加至2.36m/s。此后，应根据润湿喷嘴10的中心位置P的距离r来调整旋转速度，用以下公式描述w(r)=wl*rl/r，式中，wl是基本旋转速度；rl是冲击点到旋转中心的距离，从该处向前圆周速度应保持不变。这意味着，当润湿喷嘴到旋转中心的距离为100mm时，旋转速度应为150rpm,而在边缘处(r-150mm)，旋转速度则应为100rpm。而且，最好是喷嘴向外运动得越远，运动速度m则应减速。例如，从中心到位置C的运动速度为12mm/s，此后^更下降。例如r=100mm时，应下降为m=6mm/s，而在r-150mm时，m=4mm/s。图9示出本发明实施例的顶部示意图，正好在第一气体分配机构的喷嘴已经开始清除半导体晶片(晶片)中心的液体之后，且由第二气体分配机构支撑。在旋转中心用虚线所示的喷嘴组件表示喷嘴组件已经开始运动(箭头X所示)的地方。对于上面所述的示例，将表面活性物质以作为载气的氮气中的1500ppm2-丙醇的浓度添加至第二气流中。另一种作法是，将表面活性物质(2-丙醇)可以以重量计的20%的浓度添加至润湿液体(去离子水)中。在这种情况下，喷嘴组件的移动速度m选择为2mm/s。在可替换的示例中，晶片倒置地被保持在旋转夹头上，这意味着，液体和气体从下面向晶片供给。另一种作法是，采用例如0002美国专利No.6，536，454B公开的旋转夹头的相同方法可同时烘干晶片的两侧。权利要求1.一种用于从盘形物品的表面清除液体的装置，其包括旋转夹头，其用于保持和旋转一个单盘形物品；液体分配机构，其用于将液体分配至该盘形物品上；第一气体分配机构，其包括至少一个具有孔的喷嘴，用于将气体吹至该盘形物品上；第二气体分配机构，其包括至少一个具有孔的喷嘴，用于将气体吹至该盘形物品上；运动机构，其用于使该液体分配机构和该第二气体分配机构运动越过该盘形物品，从而使第二气体分配机构和液体分配机构朝向边缘区域运动；和用于控制通过与第二气体分配机构分开的第一气体分配机构而被分配的气体流的机构，其中，第一气体分配机构的孔的横剖面积的总和小于第二气体分配机构的孔的横剖面积的总和。2.如权利要求l所述的装置，其中，所述用于使液体分配机构和第二气体分配机构运动越过盘形物品的运动机构被构造成使得第二气体分配机构跟随着液体分配机构。3.如权利要求l所述的装置，其中，运动机构还包括用于使第一气体分配机构运动越过盘形物品的机构，使得第一气体分配机构跟随液体分配4几构。4.如权利要求l所述的装置，其中，第一和第二气体分配机构的孔的横剖面积总和具有1:1.1与1:20之比。5.如权利要求l所述的装置，其中，第一气体分配机构的横剖面积总和小于20mm2。6.如权利要求l所述的装置，其中，第二气体分配机构的横剖面积总和大于5mm2。7.如权利要求l所述的装置，其中，第二气体分配机构包括狭缝形喷嘴，该狭缝相对于旋转运动的半径基本上垂直地设置，由此第二气体分配机构分配气幕。8.如权利要求l所述的装置，其中，第二气体分配机构包括一排喷嘴，这些喷嘴被设置在基本上直的线上，所述直的线基本上垂直于第二气体分配机构的运动方向，由此这些喷嘴分配气幕。9.如权利要求l所述的装置，其中，第二气体分配机构和液体分配机构相互固定，且第二气体分配机构与液体分配机构之间具有距离d2。10.如权利要求9所述的装置，其中，第一气体分配机构、第二气体分配机构和液体分配机构相互固定，且第一气体分配机构与液体分配机构之间具有距离dl。11.如权利要求9所述的装置，其中，距离d2与距离dl的差(d2-dl)在-lcm到+lcm之间。12.—种用于将液体从盘形物品的表面清除的方法，该方法包括以下步骤围绕垂直于盘形物品的主表面的轴线旋转该盘形物品；当盘形物品械j走转时，将液体供应至该盘形物品上，其中，该液体从供液口供应，该供液口朝向盘形物品的边缘运动越过基片；通过第一供气口将第一气流供应到盘形物品至一区域，其中，该区域的中心到旋转运动中心的距离不超过20mm，其中，当供应第一气体时，第一气体被供应到的区域被液体层覆盖，并且由此在不连续的区域打开液体层；以及当盘形物品旋转时，通过第二供气口将第二气流供应至盘形物品上，其中，该第二气流从第二供气口供应，该第二供气口朝向基片的边缘运动越过该基片，其中，当供应所述第二气流和所述液体时，第二供气口到所述旋转运动中心的距离小于供液口到所述旋转运动中心的距离。13.如权利要求12所述的方法，其中，在第一气流已经开始后，开始供应第二气流。14.如权利要求12所述的方法，其中，当第二供气口的外缘与旋转运动的中心的距离为至少20mm时，则开始第二气流。15.如权利要求12所述的方法，其中，第一气流的气体速度是第二气流的气体速度的至少两倍。16.如权利要求12所述的方法，其中，第一气流的气体体积流不超过第二气流的气体体积流的一半。17.如权利要求12所述的方法，其中，第一气流的气体速度vl最小为3m/s。18.如权利要求12所述的方法，其中，第二气流的气体速度v2最大为5m/s。19.如权利要求12所述的方法，其中，当液体分配机构朝向所述边缘运动时，则旋转速度降低。20.如权利要求12所述的方法，其中，当液体分配机构朝向所述边缘运动时，该液体分配机构朝向边缘运动的运动速度降低。21.如权利要求12所述的方法，其中，或通过清除液体、或通过至少该第二气流、或通过清除液体和至少该第二气流来施加减少清除液体的表面张力的物质。全文摘要本发明公开一种用于将液体从盘形物品的表面清除的方法，该方法包括以下步骤围绕垂直于盘形物品的主要表面的轴线旋转该盘形物品；当旋转时，将液体供应至盘形物品上，其中，液体从供液口供应，该供液口朝向盘形物品的边缘越过基片运动；通过第一供气口将第一气流供应到盘形物品至一区域，其中，该区域的中心到旋转运动中心的距离不超过20mm，其中，当供应第一气体时，第一气体所供应的区域被液体层覆盖，由此在不连续的区域打开液体层；并且当旋转时，通过第二供气口将第二气流供应至盘形物品上，其中，该第二气流从第二供气口供应，该供气口朝向基片的边缘越过该基片运动，其中，当供应第二气流和液体时，第二供气口到中心的距离小于供液口到中心的距离。此外，还公开了一种实施该方法的装置。文档编号H01L21/00GK101542684SQ200780042211公开日2009年9月23日申请日期2007年10月16日优先权日2006年10月2日发明者A·维特尔斯海姆,H·克劳斯申请人:Sez股份公司