JP2002231686A - ウェーハ乾燥方法 - Google Patents

ウェーハ乾燥方法

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JP2002231686A JP2001046814A JP2001046814A JP2002231686A JP 2002231686 A JP2002231686 A JP 2002231686A JP 2001046814 A JP2001046814 A JP 2001046814A JP 2001046814 A JP2001046814 A JP 2001046814A JP 2002231686 A JP2002231686 A JP 2002231686A
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drying
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大 煕 金
Keichin Kim
敬 鎮 金
Tokuko Kim
徳 鎬 金
Shohachi An
鍾 八 安
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ウェーハ乾燥方法に関するものであり、純水
で満たされたリンスゾーンでハイフロー純水供給機から
供給される純水によって、ウェーハを1次リンスさせ、1
次リンスされたウェーハを純水の水面上に上昇させ、オ
ーバーフロー・ユニットを通って純水が外部へ排水さ
れ、ワンウェー・ストリーム・モジュールを通って純水
が一方向に流通することにより、ウェーハを２次リンス
させ、２次リンスされたウェーハを純水の水面上に上昇
させ、スプレー・ゾーンから極性有機溶媒の蒸気と不活
性キャリアガスが供給された置換／乾燥ゾーンで、ウェ
ーハの表面に存在する純水や湿気を極性有機溶媒の蒸気
に置換し、スプレー・ゾーンから不活性キャリアガスの
みを置換／乾燥ゾーンに供給してウェーハに吸着された
極性有機溶媒の蒸気を除去するので、半導体素子の工程
中、流体処理や湿式工程でウェーハの表面に存在する純
水や湿気を容易に除去可能なウェーハ乾燥方法に関す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ乾燥方法
に関するものであり、特に半導体素子の製造工程中、流
体処理(fluid treatment)や湿式工程(wet processin
g)でウェーハの表面に存在する純水や湿気を容易に除去
するウェーハ乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ウェーハ乾燥機は半導体製造工
程のみならず、液晶表示器(LCD)及びウェーハ基板製造
工程において、流体処理や湿式工程を行なった後、表面
に存在する純水や湿気を除去するために使用されてい
る。
【０００３】半導体製造工程において、通常、ウェーハ
を乾燥させるために、一般的に回転乾燥機(spin drye
r)やキモン乾燥機(kimmon dryer)が広く使用されてい
る。
【発明が解決しようとする課題】しかし、回転乾燥機を
用いたウェーハの乾燥方法は、回転板の回転による遠心
力を利用するが、ウェーハが回転する際に発生する物理
的な力によって、ウェーハが破損される恐れがあるだけ
でなく、回転板の回転によって機械部で粒子が発生さ
れ、ウェーハを汚染させるという問題点があった。
【０００４】また、キモン乾燥機を用いたウェーハの乾
燥方法は、蒸気発生装置を具備して極性有機溶媒(polar
organic solvent)のイソプロピルアルコル(Isopropyl
Alcohol；IPA)を約200℃以上加熱して蒸気化し、ウェ
ーハの表面に存在する純水や湿気をイソプロピルアルコ
ル蒸気に置換し、加熱された窒素(hot N2)を用いてウ
ェーハを乾燥させる。
【０００５】ところが、このキモン乾燥機を用いたウェ
ーハの乾燥方法は、イソプロピルアルコルの発火点が約
22℃であるため、火事の危険性が高いだけでなく、高温
の蒸気を利用するためにウェーハ上にフォトレジスト・
パタンが存在する場合、フォトレジスト・パタンに損傷
(attack)を与え、損傷されたフォトレジスト・パタンに
よって乾燥機自体が汚染されるという問題点があった。
【０００６】このような問題を解決するために、‘CFM
Technologies Research Assciates’社から表面を
乾燥させるための工程及び装置(process and apparat
us for drying surfaces)‘US Patent,NO．491176
1，1990，McConnel et al’が発表されたが、この乾
燥装置を用いる乾燥方法は、50〜70℃の温度でイソプロ
ピルアルコル(Isopropyl Alcohol；IPA)を蒸気化し、
ウェーハの表面に存在する純水や湿気を空比混合物(aze
otropic Mixture)に置換し、水の温度によって空比混
合物を除去してウェーハを乾燥させるが、ウェーハが水
面で乾燥されるため、安定な水面の維持が必須であるが
排水によるウェーブ現象を防止することが非常に難しく
て、乾燥が完全にされなかったり粒子が発生しやすい。
そして、キモン乾燥機よりは低い温度を用いるが、イソ
プロピルアルコルの発火点が約22℃であるため、火事の
危険性をある程度はらんでいる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、前記のような問題点を解決するために、半導体素子
の製造工程中、流体処理や湿式工程でウェーハの表面に
存在する純水や湿気を容易に除去可能なウェーハ乾燥方
法を提供することである。
【０００８】このような目的を達成するための、本発明
の実施例よるウェーハ乾燥方法は、純水で満たされたリ
ンスゾーンでハイフロー純水供給機から供給される純水
によって、ウェーハが1次リンスされる第1段階；前記ウ
ェーハを純水の水面上に上昇させ、オーバーフロー・ユ
ニットを通って純水が外部へ排水され、ワンウェー・ス
トリーム・モジュールを通って純水が一方向に流通する
ことにより、前記ウェーハが２次リンスされる第2段
階；前記ウェーハを純水の水面上に上昇させ、スプレー
・ゾーンから極性有機溶媒の蒸気と不活性キャリアガス
が供給された置換／乾燥ゾーンで、ウェーハの表面に存
在する純水や湿気を極性有機溶媒の蒸気に置換する第3
段階；及びスプレー・ゾーンから不活性キャリアガスの
みを置換／乾燥ゾーンに供給して前記ウェーハに吸着さ
れた極性有機溶媒の蒸気を除去し、前記ウェーハを乾燥
させる第4段階を含めて構成されたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付された図面を
参照して説明する。
【００１０】図1a乃至図1dは、本発明の実施例によるウ
ェーハ乾燥方法を説明するための断面図である。
【００１１】本発明のウェーハ乾燥方法を説明する前
に、ウェーハ乾燥機に用いられる乾燥機を図1a乃至図1d
を参照して説明すると次のようである。
【００１２】ウェーハ乾燥機は、スプレー・ゾーン(spr
ay zone；10)と、チャンバ(chamber；20)及びハイフロ
ー純水供給機(high slow DIW supply；30)で構成さ
れる。
【００１３】スプレー・ゾーン(10)は、チャンバ(20)の
上部に具備され、極性有機溶媒(polar organic soven
t)と不活性キャリアガス(inert gas)をチャンバ(20)内
に供給する役割をし、開閉が可能であるため、ウェーハ
(40)をチャンバにローディング(loading)及びアンロー
ディング(unloading)させられる。
【００１４】チャンバ(20)は空間的に置換/乾燥ゾーン
(21)とリンスゾーン(22)に分けられる。置換/乾燥ゾー
ン(21)は、スプレー・ゾーン(10)から供給される極性有
機溶媒の蒸気と不活性キャリアガスが収容される部分で
あり、リンスゾーン(22)はハイフロー供給機(30)から供
給される純水(DIW；50)が満たされる部分である。
【００１５】置換/乾燥ゾーン(21)とリンスゾーン(22)
は純水(50)がチャンバ(20)の外部へハイオーバーフロー
(high over flow)されるオーバーフロー・ユニット(o
verflow unit；23)によってその境がなされる。
【００１６】チャンバ(20)には、ウェーハ(40)を収容
し、置換/乾燥ゾーン(21)とリンスゾーン(22)を往復す
るウェーハ・キャリア(wafer carrier；24)が具備され
る。また、チャンバ(20)には、オーバーフロー・ユニッ
ト(23)より下方に位置する。つまり、リンスゾーン(22)
に満たされた純水(DIW；50)の水面から5〜30mm下チャン
バ(20)の一側壁に位置され、リンスゾーン(22)に満たさ
れた純水を一方向に流通（ワンウェー・ストリームone
way stream)させるワンウェー・ストリーム・モジュ
ール(25)が具備される。ワンウェー・ストリーム・モジ
ュール(25)は、スプレー・ノズル(spray nozzle；26)
を一定の角度で上下調節可能とし、必要に応じて純水(5
0)が水平方向のみならず、上下一定の角度で一方向に流
通させるようにする。
【００１７】ハイフロー純水供給機(30)は、チャンバ(2
0)の下部に具備され、チャンバ(20)のリンスゾーン(22)
に純水(50)を供給する役割をし、リンスゾーン(22)でウ
ェーハ(40)のリンス作用を活性化させるために、純水(5
0)を30〜70L/minのハイフローへ供給する。
【００１８】図１aを参照すれば、ハイフロー純水供給
機(30)を通ってチャンバ(20)に純水(50)を供給してリン
スゾーン(22)を純水(50)で満たされた状態で、スプレー
・ゾーン(10)を開けてウェーハ・キャリア(24)にウェー
ハ(40)をローディングさせてスプレー・ゾーン(10)を閉
じる。ウェーハ・キャリア(24)が下降すると、ウェーハ
(40)はリンスゾーン(22)の純水(50)に完全に収まれる。
スプレー・ゾーン(10)の極性有機溶媒の蒸気及び不活性
キャリア・ガスがチャンバ(20)の置換/乾燥ゾーン(21)
へ供給される。極性有機溶媒の蒸気及び不活性キャリア
・ガスは、置換/乾燥ゾーン(21)の内部で飽和状態にな
り、リンスゾーン(22)の純水(50)に溶けこまれ、水面に
極性有機溶媒層(500)を形成する。
【００１９】置換/乾燥ゾーン(21)が引き続き飽和状態
として維持されるように、極性有機溶媒の蒸気及び不活
性キャリア・ガスは継続供給される。ハイフロー純水供
給機(30)を通って純水(50)は、ウェーハ(40)の整列が崩
れないくらいの30〜70L/minで継続供給されながら、ウ
ェーハ(40)表面に存在する粒子等の汚染物質を除去する
ようになる。更にワンウェー・ストリーム・モジュール
(25)を通っては純水(50)が約50L/min以下に供給され
る。
【００２０】前記において、極性有機溶媒は、沸騰点が
90℃未満であり、比重が１以下の電気陰性度(electro-n
egativity)が大きな作用基(functional group)を含む
物質、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピル
アルコル、アセトン、アセトニトリル、1,1,1−トライ
クロロエタン等である。ここで、作用基はヒドロキシル
基、カルボニル基、シアン基、ヘリド基、ニトロ基、ア
ジド基等がある。
【００２１】極性有機溶媒層(500)は、供給される極性
有機溶媒の蒸気が純水(50)より表面張力が低くいため、
水面の上に形成される。
【００２２】図1bを参照すれば、ウェーハ(40)はウェー
ハ・キャリア(24)が上昇して水面の上に浮上するように
なる。水面ではオーバーフロー・ユニット(23)を通って
純水(50)がチャンバ(20)の外部へオーバーフロー排水さ
れながら、純水(50)の流れが誘発されるだけでなく、ウ
ェーハ(40)から離れた粒子等の汚染物質が除去され、更
にワンウェー・ストリーム・モジュール(25)で一方向流
が発生し、ウェーハ(40)表面に存在する粒子等の汚染物
質を最終的に除去するようになる。
【００２３】一方、ウェーハ・キャリア(24)が引き続き
上昇することにより、ウェーハ(40)は極性有機溶媒層(5
00)を通過することになるが、この際、ウェーハ(40)の
表面に存在する純水や湿気は、極性有機溶媒の蒸気に置
換されはじめる。ウェーハ(40)が極性有機溶媒の蒸気が
飽和状態の置換/乾燥ゾーン(21)へ入ることになり、ウ
ェーハ(40)の表面に存在する純水や湿気は、極性有機溶
媒(80)の蒸気に置換される。
【００２４】前記において、純水(50)の排水とワンウェ
ー・ストリームによってウェーハ(40)のリンス効果は一
層極大化する。
【００２５】図1cを参照すれば、ウェーハ・キャリア(2
4)が引き続き上昇してウェーハ(40)が置換/乾燥ゾーン
(21)内に存在するようになり、このときウェーハ(40)は
極性有機溶媒の蒸気と不活性キャリア・ガスにしっかり
と囲まれるようになる。また、ウェーハ(40)の表面に存
在する純水や湿気を極性有機溶媒の蒸気に完全に置換す
るためには、スプレー・ゾーン(10)から極性有機溶媒の
蒸気が継続供給される。このとき不活性キャリア・ガス
をも継続供給させ、極性有機溶媒の蒸気がウェーハ(40)
に吸着(absorption)され、かつ流離(desorption)される
ことが平行状態で維持されるようにする。極性有機溶媒
の蒸気と不活性キャリア・ガスは、平行状態を維持させ
る要素である。置換が完了するまでに置換/乾燥ゾーン
(21)は、極性有機溶媒の蒸気で常に飽和状態であり、置
換が完了して極性有機溶媒の蒸気が吸着されているウェ
ーハ(40)の周辺地域は、極性有機溶媒の蒸気、水蒸気、
これらの空比混合物(azeotropic mixture)の蒸気が存
在するようになる。
【００２６】図1dを参照すれば、極性有機溶媒の蒸気が
ウェーハ(40)との吸着及び流離メカニズムが平行をなし
ている状態で、スプレー・ゾーン(10)から極性有機溶媒
の蒸気供給を中断し、不活性キャリア・ガスのみを置換
/乾燥ゾーン(21)に供給して平行状態が流離の方に移動
し(Le’Chatelierの法則)、ウェーハ(40)に吸着された
極性有機溶媒の蒸気が除去されつつ、ウェーハ(40)が完
全に乾燥される。この際、供給される不活性キャリア・
ガスの温度が、あまり高すぎるとリンスゾーン(22)の純
水(50)が気化してウェーハ(40)に再び凝結されうるの
で、不活性キャリア・ガスの温度は80℃以下、望ましく
は20〜80℃の温度範囲が適切である。
【００２７】このあと、乾燥が完了されたウェーハ(40)
は、スプレー・ゾーン(10)を開けてアンローディングさ
せる。
【００２８】
【発明の効果】前述のように、本発明のウェーハ乾燥方
法は、従来のスピン乾燥機を用いた方法に比べるとき、
回転板が存在しないので、ウェーハが破損される恐れや
機械から発生する粒子発生現象などの恐れがない。
【００２９】また、本発明のウェーハ乾燥方法は、従来
のキモン乾燥機に比べるとき、約200℃以上の高温蒸気
発生装置を使用せず、常温で極性有機溶媒の蒸気を発生
させるので、火事の危険性を排除することができ、極性
有機溶媒の蒸気の供給が下部でない上部で行なわれるよ
うに構成するので、重力(gravity)による粒子の除去が
一層容易になる。
【００３０】また、本発明のウェーハ乾燥方法は、常温
の極性有機溶媒の蒸気を利用するものであり、ウェーハ
にフォトレジスト・パタンが存在する、例えば、BOE湿
式蝕角工程への適用も可能である。
【００３１】一方、従来CFM社の乾燥機を用いたウェー
ハ乾燥方法は、ウェーハの移動なしに純水を排水させ、
ウェーハの表面に存在する純水を空比混合物(azeotropi
c Mixture)に置換しなければならず、このときウェー
ハ、純水及びイソプロピルアルコルがなすメニスカース
(meniscus)が、乾燥条件のもっとも重要な要素として作
用するが、純水を排水するようになれば、水面が不安定
になって理想的なメニスカースが形成されず、乾燥が行
なわれない可能性が高い。ところが、本発明のウェーハ
乾燥方法は、ウェーハを水面の上に上げる方法を採用し
ているので、より安定な乾燥が可能である。
【００３２】空比混合物を用いる乾燥は、空比混合物
中、純水の沸騰点より高い沸騰点をもつ場合もあるが、
本発明はウェーハの表面に吸着されている極性有機溶媒
の蒸気を、加熱法でないLe’Chatelierの法則を利用す
るので、より効果的に乾燥が可能となり、加熱を行なわ
ないために火事の危険性やフォトレジスト・パタンの損
傷が全くない。
【００３３】そして、CFM社の乾燥機は、純水が下降し
ながら現れるウェーハがもっぱら乾燥蒸気(drying vap
or)で囲まれるが、本発明の乾燥機はウェーハが上昇し
ながら現れる部分が、乾燥蒸気、不活性キャリア・ガス
及び純水の蒸気が共存し、これを乾燥蒸気が吸着されて
いる平行状態に維持するため、スプレーゾーンから継続
的に乾燥蒸気を供給するという違いがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1a乃至図1dは、本発明の実施例によるウェー
ハ乾燥方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10；スプレー・ゾーン 20；チャ
ンバ 21；置換／乾燥ゾーン 22；リン
スゾーン 23；オーバーフロー・ユニット 24； ウ
ェーハ・キャリア 25；ワンウェー・ストリーム・モジュール 26；スプ
レー・モジュール 30；ハイフロー供給機 40；ウェ
ーハ 50；純水 500；極
性有機溶媒層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 敬 鎮 大韓民国 京畿道 水原市 八達区 遠川 洞 35 ジョッゴンアパートメント102− 208 (72)発明者 金 徳 鎬 大韓民国 京畿道 龍仁市 水枝邑 豊徳 川里 ５−１ブロック サングロクアパー トメント612−1403 (72)発明者 安 鍾 八 大韓民国 京畿道 廣州郡 廣州邑 墻枝 里 26−４ ヒュンダイギュムタップ ナ ッドング201 Ｆターム(参考） 3L113 AA01 AB02 AC28 AC45 AC46 AC54 AC64 AC74 AC76 AC79 BA34 DA21 DA24

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】純水で満たされたリンスゾーンでハイフロ
    ー純水供給機から供給される純水によって、ウェーハが
    1次リンスされる第1段階；前記ウェーハを純水の水面上
    に上昇させ、オーバーフロー・ユニットを通って純水が
    外部へ排水され、ワンウェー・ストリーム・モジュール
    を通って純水が一方向に流通することにより、前記ウェ
    ーハが２次リンスされる第2段階；前記ウェーハを純水
    の水面上に上昇させ、スプレー・ゾーンから極性有機溶
    媒の蒸気と不活性キャリアガスが供給された置換／乾燥
    ゾーンで、ウェーハの表面に存在する純水や湿気を極性
    有機溶媒の蒸気に置換する第3段階；及びスプレー・ゾ
    ーンから不活性キャリアガスのみを置換／乾燥ゾーンに
    供給して前記ウェーハに吸着された極性有機溶媒の蒸気
    を除去し、前記ウェーハを乾燥させる第4段階を含めて
    構成されたことを特徴とするウェーハ乾燥方法。
  2. 【請求項２】前記ウェーハが、前記リンスゾーンから前
    記置換／乾燥ゾーンに移動する際に、純水の水面に形成
    された極性有機溶媒層を前記ウェーハの表面に存在する
    純水や湿気が極性有機溶媒の蒸気に置換しはじめること
    を特徴とする請求項１記載のウェーハ乾燥方法。
  3. 【請求項３】前記ハイフロー純水供給機は、前記リンス
    ゾーンでウェーハのリンス作用を活性化させるために、
    30〜70L/minのハイフローに供給することを特徴とす
    る、請求項１記載のウェーハ乾燥方法。
  4. 【請求項４】前記ワンウェー・ストリーム・モジュール
    を通って純水が約50L/min以下に供給されることを特徴
    とする請求項１記載のウェーハ乾燥方法。
  5. 【請求項５】前記極性有機溶媒は、沸騰点が90℃未満で
    あり、比重が１以下の電気陰性度が大きい作用基を含む
    物質であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ乾
    燥方法。
  6. 【請求項６】前記極性有機溶媒は、メタノール、エタノ
    ール、イソプロピルアルコル、アセトン、アセトニトリ
    ル、1,1,1−トライクロロエタンであることを特徴とす
    る請求項５記載のウェーハ乾燥方法。
  7. 【請求項７】前記作用基は、ヒドロキシル基、カルボニ
    ル基、シアン基、ヘリド基、ニトロ基、アジド基でがあ
    ることを特徴とする請求項５記載のウェーハ乾燥方法。
  8. 【請求項８】前記第3段階において、置換／乾燥ゾーン
    の内部は、極性有機溶媒の蒸気が飽和状態であり、前記
    極性有機溶媒の蒸気が前記ウェーハに吸着および流離さ
    れるのが平行状態であることを特徴とする請求項１記載
    のウェーハ乾燥方法。
  9. 【請求項９】前記第3段階において、前記置換が完了し
    て極性有機溶媒の蒸気が吸着されている前記ウェーハの
    周辺地域は、極性有機溶媒の蒸気、水蒸気、これらの空
    比混合物の蒸気が存在することを特徴とする請求項１記
    載のウェーハ乾燥方法。
  10. 【請求項10】前記第４段階において、前記不活性キャリ
    アガスの温度が20〜80℃温度の範囲であることを特徴と
    する請求項１記載のウェーハ乾燥方法。
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