KR100231952B1 - 기판표면상의 액체를 제거하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

기판(1)의 표면(2)에서 액체(3)를 제거하는 방법으로, 기판을 원심분리기(4)상에 재치시켜 액체가 기판의 표면으로부터 원심분리될 수 있는 정도의 속도로 회전운동을 시켜 액체를 상기 표면으로부터 원심분리 시킨다. 본 발명에 따르면 상기 기판이 액체와 혼화될 수 있는 물질의 증기를 접촉되므로써 상기 액체의 표면장력보다 작은 표면 장력를 갖는 혼합물을 생성시킨다. 이러한 단계로 인해 상기 표면상에 남아 있는 물질의 양이 현격히 감소된다.

Description

기판표면상의 액체를 제거하기 위한 방법
제1도는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 원심분리기의 개략 단면도.
제2도 및 제3도는 제1도에 도시된 원심분리기에 증기를 공급하기 전과 후의 액체가 묻어 있는 기판의 표면을 도시하는 개략도.
제4도는 제1도에 도시된 것과는 다른 증기 공급원을 갖는 원심분리기의 개략 단면도.
제5도는 제4도에 도시된 원심분리기에 증기를 공급한 후의 액체가 묻어있는 기판의 표면을 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 표면
3 : 액체 5 : 턴테이블
8 : 회전축 19 : 커버
21 : 증기 배출구 31 : 액체 덩어리
32 : 접촉 표면 33 : 자유 표면
본 발명은 기판의 표면으로부터 액체를 제거하는 방법에 관한 것으로, 특히 기판을 원심분리기내에 위치시킨 다음, 액체가 기판의 표면으로부터 원심분리될 수 있는 정도의 속도로 기판을 회전운동시켜 액체를 제거하는 방법에 관한 것이다.
이러한 방법은, 예를 들면, 반도체 집적회로(IC), 액정을 포함하는 표시 스크린(L.C. 표시장치), 합성소재로 성형된 전기회로기판(회로기판), 영상 및 음성기록 매체(VLP 및 CD) 등을 제조하는데에 이용할 수 있다. 이러한 모든 경우에 있어서, 통상적으로는 반도체 재료, 유리 또는 합성재료로 이루어진 기판을 용액중에서, 예를 들면, 금속증착용 갈바닉조(galvanic bath), 금속층 또는 반도체 재료내에 패턴을 에칭시키기 위한 에칭조, 노출된 광도료층을 형상하기 위한 현상조, 및 기판을 세정하기 위한 세정조내에서 여러번 처리한다. 이러한 작업 후에는 항상 기판의 표면으로부터 액체를 제거하여야만 한다.
일본특허초록집(1985. 10. 23), 제266호(E352), 제9권, 111페이지에 공개된 일본특허출원 제60-113431호의 초록을 보면, 슬라이스형 반도체 기판을 턴테이블상의 원심분리기내에 배치한 다음 그것의 표면을 가로지르는 축을 중심으로 고속으로 회전시켜 액체를 제거하는 방법이 공지되어 있다.
그러나, 실제로 상기 특허출원의 방법을 이용하면, 용액중에 용해되어 있는 오염물질이 기판의 표면에 잔류할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 오염물질은 대개의 경우 금속 또는 유기물로서, 기판의 후속처리과정중 지장을 초래할 수도 있다. 예를 들어, 기판의 표면상에 국부적으로 잔류하는 유기 오염물질은 에칭 처리 속도를 과도하게 지연시키거나, 심지어는 국부적으로 에칭처리를 불가능하게 할 수도 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 극복할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 기판을 원심분리기내에서, 액체와 혼화될 수 있고 액체와의 혼합시 액체의 표면장력보다 작은 표면장력을 갖는 혼합물을 생성하는 물질의 증기와 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
공지의 방법과 비교할 때, 본 발명의 방법은 상당히 청결한 제품을 얻을 수 있다. 비교시험결과에 의하면, 혼합증기를 원심분리기내로 도입하였을 경우 기판상에 잔류하는 물질의 양을 적어도 1/10로 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
액막이 형성되어 있는 기판의 표면상에 상술한 증기를 함유하는 가스의 흐름을 통과시켜서 행한 실험결과에 의하면, 액막이 여러개의 부분으로 분할된 다음 더욱 수축되어서 액적을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 가스의 흐름이 차단되면, 액막이 다시 형성된다. 그 때 마랑고니(Marangoni)효과가 일부 역할을 하며, 액적이 형성되는 것은 증기의 공급에 따라 야기된 액체의 표면장력에 있어서의 국부적인 차이 때문인 것으로 추정된다. 증기의 공급시 액체는 더 작고 더 두꺼운 상태로 수축되므로, 원심분리기내에서 처리하는 도중 액체는 기판의 표면상에 강하게 달라붙지도 않지만 증발되는 속도도 매우 느릴 것이다. 따라서, 처리도중 본 발명에 따른 단계로 인하여, 보다 많은 양의 액체가 원심분리에 의해 기판 표면으로부터 제거될 것이며, 증발에 의해 제거되는 양은 적을 것이다. 이와 같이 소량의 액체만이 증발에 의해 기판 표면으로부터 제거되기 때문에, 액체내에 녹아 있는 오염물질이 보다 적은 양으로 기판 표면상에 잔류하게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 증기는 불포화 상태로 기판과 접촉시키는 것이 바람직하다. 그렇게 하면 원심분리기 내에서의 처리중 증기가 기판의 표면상에서 응결되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 응결 증기가 생긴다면 그 응결 증기는 추가의 건조처리에 의해서 제거하여야 할 것이다. 그러나, 증기는 극히 청결한 상태에 있으므로, 기판의 표면을 더 오염시키지는 않을 것이다. 불포화 증기를 사용한다고 해서 보다 깨끗한 상태의 표면이 얻어지는 것은 아니나, 추가의 건조처리를 행하지 않아도 된다.
증기를 기판의 온도보다 낮은 온도로 냉각시킴으로써, 증기를 간단한 방식으로 불포화 상태에서 기판과 접촉시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 기판은 원심분리기내에서 회전운동시키기 전에, 액체와 혼화될 수 있는 물질의 증기와 미리 접촉시키는 것이 바람직하다. 그러면, 기판의 표면상에는 회전운동의 개시전에 이미 액적이 형성되어 있을 것이다. 액체는 기판이 회전하고 있을 때보다 정지하고 있을 때에 액적으로 더 잘 수축된다. 이러한 방식에 따르면, 기판의 표면은 기판의 회전운동중에만 증기를 공급할 때보다 더욱 깨끗한 상태로 된다.
위에서도 설명한 바와 같이, 기판은 여러 가지 다른 종류의 액체조내에서 처리할 수 있다. 그러나, 실제로 이들 액체조는 대부분 물을 포함한다. 이 경우에는, 유기용매의 증기를 원심분리기내로 통과시키는 것이 바람직하다. 알콜, 글리콜, 알데히드, 에스테르, 케톤 등의 증기를 공급하면 표면이 청결해지는 것으로 밝혀졌다.
증기를 운반가스와 혼합시킨 다음 생성된 혼합물을 원심분리기내로 통과시킴으로써 기판을 증기와 접촉시키는 것이 바람직하다. 따라서, 간단한 방식으로 불포화 증기를 원심분리기내로 통과시킬 수 있다.
이하에서는 첨부 도면 및 몇가지 실시태양을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
액체(3)가 묻어 있는 표면(2)을 가진 단면 15cm의 실리콘 슬라이스로 이루어진 기판(1)이 턴테이블(5)상의 원심분리기(4)내에 배치된다. 턴테이블(5)은 챔버(6)를 구비하고 있으며, 챔버(6)는 덕트(7)를 통하여 기판의 표면(2)과 연통하고 있다. 또한, 턴테이블(5)은 베어링(9)내에서 회전운동가능한 원심분리기(4)내의 회전축(8)상에 회전가능하게 배치되어 있다. 회전축(8)은 챔버(6)와 연통하고 있는 덕트(10)를 구비하고 있다. 챔버(6)는 덕트(10)를 통해서 대기압 미만의 압력으로 유지되므로, 기판(1)이 덕트(7)를 통해 턴테이블(5)(기판 홀더의 역할을 함)상에 흡착될 수 있다. 원심분리기는 고무링(20)과 결합하는 커버(19)에 의해서 밀폐된다. 커버(19)는 실리콘 슬라이스제 기판(1)으로부터 몇 mm 정도의 거리를 두고 배치되어 있으며, 증기 배출구(21)를 갖고 있다.
기판(1)이 턴테이블(5)상에 흡착된 후에 턴테이블이 회전 운동하도록 설정되며, 이에 따라 기판(1)이 고속으로 회전함으로써 액체(3)를 기판의 표면(2)으로부터 원심분리시킨다. 그 후, 액체가 배수구(11)를 통하여 배출된다.
이 실시예에 있어서는 하나의 기판(1)이 하나의 턴테이블의 중앙부에 배치되지만, 여러개의 기판(1)이 하나의 턴테이블상에 배치되는 경우(이 경우에는 턴테이블이 보다 큼)나 다수의 기판이 다수의 턴테이블상에 소정의 거리를 두고 중첩배치되는 경우에도 기판의 표면(2)으로부터 액체(3)를 원심분리하는 것이 가능하다. 물론, 원심분리기(4)는 실리콘 슬라이스 이외의 다른 기판, 예를 들면 유리판이나, 전기회로가 배치된 합성소재 기판을 건조시키는 데에도 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 표면상의 액체와 혼화가능하고 액체와의 혼합시 액체의 표면장력보다 낮은 표면장력을 갖는 혼합물을 생성하는 물질의 증기를 원심분리기(4)내에서 기판(1)에 접촉시킨다. 그 결과, 기판(1)이 보다 만족스럽고 보다 신속하게 건조된다.
제2도에 개략적으로 도시된 것과 같이, 초기에는 기판(1)의 표면(2)상에 액막(30)의 형태로 존재하던 액체(3)가 제3도에 개략적으로 도시된 것과 같이 더 작지만 더 두꺼운 액체 덩어리(31)로 된다. 이러한 액체 덩어리(31)는 기판 표면(2)과의 접촉 표면(32)이 비교적 작고 그리고 자유 표면(33) 또한 비교적 작다. 결과적으로, 원심분리기(4)에서 처리하는 도중에, 상기 액체(3)는 기판의 표면(2)에 강하게 달라 붙지도 않을 것이지만 증발도 보다 서서히 일어날 것이다. 처리과정중에 증기가 공급됨으로 인해서, 액체는 다량이 원심분리에 의해 기판의 표면으로부터 제거될 것이며, 소량이 증발에 의해 제거될 것이다. 소량의 액체가 증발에 의해 제거되기 때문에, 액체에 용해되어 있는 오염물질중 보다 적은 양만이 기판의 표면상에 잔류할 것이다.
바람직하게, 본 발명에 따르면, 기판(1)은 원심분리기(4)내에서 회전운동을 받기 전에 먼저 증기와 접촉하게 된다. 액체(3)가 액체 덩어리(31)로 수축하는 일은 기판(1)이 회전하고 있을 때보다 정지하고 있을 때 더욱 쉽게 일어난다. 따라서, 보다 만족스럽고 보다 신속한 기판의 건조가 이루어질 수 있다.
실제로, 상기 액체는 물인 경우가 많다. 그런 경우에 유기용매를 상기 액체와 혼화될 수 있는 물질로서 사용한다면, 만족스럽고 신속한 건조가 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 화살표(12)로 개략적으로 표시한 운반가스가 파이프(13)를 거쳐서, 유기용매(15)를 함유한 콘테이너(14)내로 통과한다. 결과적으로, 운반가스(12)가 유기용매(15)의 증기와 혼합된다. 유기용매(15)의 증기와 혼합된 운반가스(12)는 파이프(18)를 통과하여 원심분리기의 저부로 들어간다. 이는 상기 혼합물의 가스 흐름이 기판(1)의 표면(2) 근처에서 적어지도록 하는 방식으로 일어난다. 상기 가스 혼합물은 증기 배출구(21)를 통하여 방출된다. 따라서, 간단한 방법으로 불포화 증기가 기판위를 통과한다.
본 발명에 따르면, 상기 증기는 바람직하게는 불포화 상태에서 기판(1)과 접촉하게 된다. 그 결과로, 원심분리기 내에서의 처리 도중 증기가 기판위에서 응결하는 것이 방지된다. 응결이 일어난다면 이 응결 증기는 별도의 건조처리공정에 의해 제거해야만 하기 때문에 바람직하지 않다.
증기를 기판(1)보다 낮은 온도로 냉각시킴에 의해서, 증기를 간단한 방식으로 불포화 상태에서 기판(1)과 접촉시킬 수 있다. 이는, 예를 들면, 콘테이너(14)내의 유기용매(15)를 통상의 방법으로 상기 낮은 온도로 냉각시킴으로써 얻을 수도 있다. 운반가스(12)가 유기용매(15)를 통과할 때, 유기용매(15)의 강제 증발이 야기되어, 실제로 증기가 기판 위에서 응결되는 것을 방지하기에 충분한 온도로 감소되는 것으로 밝혀졌다.
제4도는 상술한 것과 다른 증기 공급원 및 배출구를 가진 원심분리기의 개략적인 단면을 도시한 것이다. 유기용매(15)의 증기와 혼합된 운반가스(12)는 성형 개구(17)를 구비한 파이프(18)를 거쳐 원심분리기(4)의 상부로 유입된다. 이 가스 혼합물은 가스가 중심부로부터 기판(1)의 표면(2)을 따라 흐르게 하는 방식으로 원심분리기내로 유입된다. 초기에는 기판(1)의 표면(2)상에 액막(30)의 형태로 존재하던 액체(제2도 참조)가 제5도에 개략적으로 도시된 바와 같이 다수의 작지만 더 두꺼운 액체 덩어리(35)로 분할되는 것이 발견되었다. 또한 이러한 액체 덩어리들은 액막(30)보다 표면으로부터 보다 쉽게 원심분리될 수 있으므로, 처리과정중 액체(3)의 증발이 적게 일어난다.
약 10cm의 단면을 갖는 다수의 실리콘 슬라이스를 HF, NH4OH-H2O2및 HCI-H2O2로 된 통상적인 용액중에서 계속적으로 세정하고 UV 오존 캐비닛내에서 추가로 다시 세정한다. 이어서, 원심분리기(4)의 턴테이블(5)위에 고정된 실리콘 슬라이스를 0.1 M MgCl2로 희석시킨 염용액(수용액) 2ml로 습윤시킨다. 그러면, 상기 슬라이스가 약 113μm 두께의 액막으로 완전히 피복된다. 슬라이스를 회전시키기 전에 약 1초간 증기를 제1도에 도시된 원심분리기내로 통과시킨다. 회전중 운반가스, 본 실시예에 있어서는 질소 가스를 유기용매로 채워진 콘테이너(14)로 통과시킴으로써 증기가 얻어지며, 이 증기는 또한 회전도중 상기 표면(2)위를 통과하게 된다. 다음의 표는 몇가지의 실험결과를 나타낸 것이다.
Figure kpo00002
잔류물질은, 원심분리기내에서 건조시킨 이후에 실리콘 슬라이스 상에 잔류하는 주로 MgCl2로 이루어진 물질의 양이다. 실험 도중, 기판의 온도는 약 22℃였으며, 증기의 온도는 약 20℃였다. 실험예 1에서는, 기판과 접촉하는 증기와 혼합된 운반가스 없이 기판으로부터 액체를 제거하였다. 이 예에서는 대략 1분이 지나고 나서 액체가 전량 제거되었다. 실험예 2에서는, 운반가스(질소)만을 기판과 접촉시켰다. 이렇게 하여도 잔류물질의 양은 변화되지 않는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 액체를 전량 제거하는데 걸리는 소요시간은 더욱 단축되었다. 그 다음의 실험예에서는, 매번 유기용매의 증기를 운반가스와 혼합시킨 다음 기판과 접촉시켰다. 이러한 작업은 네가지의 서로 다른 턴테이블의 회전속도에서, 즉, 5, 8, 17 및 50회전수/초(r/s)에서 수행하였다. 최상의 결과는 가장 느린 회전 속도(5회전수/초)에서 얻어진다는 것을 상기 표로부터 알 수 있다. 그 이유는, 아마도 액막이 여러 덩어리로 수축되어 있는 상태가 이 낮은 회전속도에서는 회전운동으로부터 거의 방해받지 않고 유지되기 때문인 것으로 여겨진다. 더 높은 회전속도에서는 높은 원심력을 받게 되어, 결과적으로는 액체 덩어리가 쉽게 제거할 수 없는 액막으로 다시 퍼져버리게 된다. 최상의 결과는 5회전수/초의 속도에서 디아세톤 알콜 및 1-메톡시-2-프로판올을 사용할 때 얻어진다. 이 경우 잔류물질의 양은 기판을 증기와 접촉시키지 않고 17회전수/초의 속도로 액체를 제거하는 경우에 비하여 적어도 1/20로 된다. 언급된 모든 실험예에 있어서는, 기판을 회전시키기 전에 약 1초간 기판을 증기와 접촉시켰다. 이시간은 좀 더 길게 선택될 수도 있다. 그러나, 그 시간이 약 15초보다 더 길어지게 되면, 액막의 상당 부분이 이미 증발에 의해 제거되어, 그 결과로서 보다 많은 양의 오염물질이 기판의 표면상에 잔류하게 될 수도 있다. 이것은 덜 청결한 결과를 유발시킨다.

Claims (9)

  1. 액체로 덮혀 있는 기판을 원심분리기내에 위치시킨 다음, 상기 기판의 표면으로부터 액체가 원심분리될 수 있는 정도의 속도로 상기 기판을 상기 원심분리기내에서 회전운동시켜 기판의 표면으로부터 액체를 제거하는 방법에 있어서, 원심분리에 의하여 상기 기판의 표면으로부터 액체를 제거하기 전에, 상기 액체로 덮힌 기판을, 상기 액체내에 용해될 수 있고 상기 액체 내에서의 용해시 상기 액체의 표면 장력을 저하시키는 물질의 증기와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증기를 불포화 상태로 상기 기판과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증기를 상기 기판의 온도보다 낮은 온도로 냉각시킴으로써 상기 증기를 불포화 상태로 상기 기판과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 원심분리기내에서 회전 운동시키기 전에 액체와 혼화될 수 있는 물질의 증기와 미리 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판을 회전운동시키기 전의 1초 내지 15초 동안 상기 기판을 증기와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체내에 용해될 수 있는 물질로서 유기용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유기용매는 이소프로판올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸글리콜 및 디아세톤 알콜을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 증기를 운반가스와 혼합시키고 그 혼합물을 원심분리기내로 통과시킴으로써 기판을 증기와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판의 표면 근방에서 가스의 흐름량이 작아지도록 하는 방식으로 상기 증기와 반송가스를 함유하는 혼합물을 상기 원심분리기내로 통과시키는 것을 특징으로 하는 기판 표면상의 액체 제거 방법.
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