KR100360402B1 - 회전성 분사노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를이용한 웨이퍼 건조 방법 - Google Patents

회전성 분사노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를이용한 웨이퍼 건조 방법 Download PDF

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Abstract

회전성 분사노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 건조 방법에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 회전성 챔버와 상기 챔버 상부를 둘러싸는 외부 히터를 구비하되, 상기 챔버 내에 챔버의 회전과 무관하게 회전되고 회전수를 조절할 수 있는 회전성 분사 노즐과 상기 회전성 분사 노즐 아래에 연결된 소오스 가스 공급원을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 건조 방법을 제공한다. 챔버를 회전시킴으로써 건조 과정에서 웨이퍼 상에 반응 부산물이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 회전성 분사 노즐의 회전수를 조절함으로써 웨이퍼 직경에 따라 기화용 소오스 가스의 비 거리를 조절할 수 있으므로, 웨이퍼 전면을 균일하게 건조시킬 수 있다. 또한, 상기 외부 히터로써 챔버 내부에 건조 반응을 유지할 수 있는 온도 분위기를 조성할 수 있으므로, 웨이퍼 건조 효율을 높일 수 있다.

Description

회전성 분사노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 건조 방법{Wafer dryer comprising a revolving spray nozzle and method for drying a wafer using the same}
(1) 발명의 분야(Field of the Invention)
본 발명은 웨이퍼 건조 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 건조 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 회전성 챔버 및 분사노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 건조 방법에 관한 것이다.
(2) 관련 기술의 설명(Description of the Related Art)
기존의 웨이퍼 건조 방식은 스핀 드라이어(spin dryer)라는 건조 장치를 이용하여 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 웨이퍼 표면으로부터 수분을 제거하는 방식이었다.
스핀 드라이어의 회전 부분은 고속 회전에 의해 마찰에 대한 내성이 저하되고 재질의 열화가 빨라져서 파티클이 발생된다. 그리고 마찰에 의한 정전기 발생으로 웨이퍼 상에서 제거된 파티클이 재 흡착되는 경우도 발생된다. 또, 웨이퍼 상에 소수성 부분이 있는 경우, 고속 회전으로 수분은 제거되지만 물 반점(water mark)과 같은 흔적은 남게 된다.
이와 같은 스핀 드라이어의 문제점으로 인해 8인치 이상의 웨이퍼 건조에는 친수성이면서 휘발성이 높은 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol)을 기화시켜 그 증기를 사용하여 수분을 제거하는 웨이퍼 건조 방식이 널리 사용되고 있다.
이소프로필 알콜 증기를 사용하면 웨이퍼 표면으로부터 수분을 바로 증발시킬 수 있으므로 웨이퍼 건조 공정이 단순해진다. 그러나, 웨이퍼 상에 묻어 있는 수분 중의 한 성분, 예컨대 실리카(silica)와 이소프로필 알콜 증기가 반응하여 웨이퍼 상에 응고된 형태의 파티클이 형성된다. 이와 같은 파티클은 후속 공정의 안정성을 해치게 된다. 예컨대, 금속 배선 형성시 금속 배선이 분리되어야 할 곳이 연결되거나 반대의 결과가 나타나게 된다.
이와 함께 웨이퍼의 직경이 8인치 이상 12인치까지 넓어지면서 단순히 이소프로필 알콜 증기를 사용하는 것만으로는 웨이퍼 전역을 고르게 건조하기 어려워지고 건조 효율도 개선되지 않는다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 이소프로필 알콜 증기와 같은 알콜계 증기를 사용하여 웨이퍼 건조 과정에서 나타나는 물 반점과 같은 기화 흔적을 제거함과 아울러 웨이퍼상에 형성되는 파티클과 같은 반응 부산물도 제거할 수 있고 대구경 웨이퍼에 대해 건조 효율도 높일 수 있는 회전성 분사 노즐을 구비하는 웨이퍼 건조장치를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 웨이퍼 건조 장치를 이용한 웨이퍼 건조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1을 2-2'방향으로 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3을 4-4'방향으로 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 건조 방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
38, 38a:웨이퍼 건조 장치 40:챔버
42:외부 히터 43:외벽
44:오링 46:회전성 분사 노즐
46a, 46b: 상부 및 하부 분사 노즐 48:소오스 가스 공급원
49, 68:회전 수단 50:회전판
52:고정 베이스 54:모터
60a, 60b:제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단 61:웨이퍼 적재 수단 거치대
62:소오스 가스 공급관 63:펌핑 라인
64, 80:액상 소오스 공급관 66:챔버 덮개
70:분사 노즐 회전부 A1, A3:챔버 회전 방향
A2, A4:분사노즐 회전 방향 B1, B2:베어링
H:내부 히터 S:액상 소오스
W:웨이퍼
R:액상 소오스 공급관과 소오스 가스 공급원의 접촉부
h:분사홀
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명이 제공하는 웨이퍼 건조 장치는 회전성이 있는 챔버와 상기 챔버 내부에 웨이퍼 적재 수단을 로딩할 때, 상기 웨이퍼 적재 수단을 거치시키기 위한 것으로써, 상기 챔버 벽 안쪽 상단에 구비된 거치대와 상기 챔버의 외측 상부를 둘러싸는 외부 히터와 상기 챔버 내에 구비된 회전성 분사 노즐과 상기 회전성 분사 노즐 하단에 연결되어 있는 소오스 가스 공급관을 통해 상기 회전성 분사 노즐에 소오스 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급원과 상기 소오스 가스 공급원 아래에 구비된 상기 소오스 가스 공급원을 히팅시키기 위한 내부 히터와 상기 내부 히터 아래에 구비되어 있고 펌핑 라인이 관통하는 고정 베이스 및 상기 고정 베이스 둘레에 상기 챔버를 회전시키기 위한 회전 수단을 포함한다.
상기 회전성 분사 노즐은 복층의 회전성 분사노즐로써, 상부 및 하부 분사 노즐로 구성되어 있다. 그리고 상기 분사 노즐과 상기 소오스 가스 공급원 사이의 소오스 가스 공급관에 상기 분사 노즐을 회전시키기 위한 분사노즐 회전부가 구비되어 있다.
상기 내부 히터와 상기 고정 베이스 사이에 상기 회전성 분사 노즐을 회전시키기 위한 회전수단이 구비되어 있다. 상기 회전 수단은 상기 내부 히터와 접촉되는 회전판 및 상기 회전판과 접촉되는 모터로 구성된다.
상기 외부 히터는 석영 히터 또는 코일형 히터이다.
상기 액상 소오스 공급관은 상기 기화용 소오스 가스 공급관의 측면에 연결되어 있되, 상기 소오스 가스 공급원에 채워진 액상 소오스의 표면보다 높은 위치에 연결되어 있다. 또, 상기 액상 소오스 공급관은 상기 고정 베이스와 회전판 및 소오스 가스 공급원의 바닥을 관통하여 소오스 가스 공급원 안으로 확장되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 웨이퍼 건조 방법을 제공한다.
즉, 회전성 분사 노즐과 그 아래에 연결된 소오스 가스 공급관을 통해 상기 회전성 분사 노즐에 소오스 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급원을 구비하는 챔버의 덮개를 열고 챔버 안에 건조용 웨이퍼를 로딩한 다음, 상기 챔버의 덮개를 닫는다. 이어서, 상기 웨이퍼가 로딩되어 있고 덮개가 닫힌 챔버 내부를 진공 상태로 감압하고 상기 감압된 챔버 내부에 상기 소오스 가스의 상기 웨이퍼 건조 반응을 촉진시킬 수 있는 온도 분위기를 조성한다. 그리고 상기 온도 분위기하에서 상기 챔버와 상기 회전성 분사 노즐을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 상기 건조용 웨이퍼 상으로 소오스 가스를 분사하여 웨이퍼를 건조한다.
이 과정에서 상기 소오스 가스는 상기 소오스 가스 공급원에 기화용 액상 소오스를 공급한 다음, 상기 소오스 가스 공급원을 히팅하여 발생시킨다.
상기 챔버와 상기 분사 노즐은 서로 독립된 회전 수단을 이용하여 서로 반대 방향으로 회전시킨다.
상기 회전성 분사 노즐은 상기 소오스 가스 공급원과 상기 회전성 분사 노즐 사이에 구비된 분사 노즐 회전부를 이용하여 회전시키거나 상기 소오스 가스 공급원을 회전시키는 방법으로 회전시킨다.
상기 온도 분위기를 조성하기 위해 상기 챔버 외부에 구비된 히터를 사용하여 상기 챔버의 웨이퍼 로딩 영역을 히팅한다.
이와 같이, 본 발명은 회전성이 있는 챔버와 이를 둘러싸는 외부 히터를 구비하고, 상기 챔버내에는 챔버의 회전과 무관한 자체 회전성이 있는 분사 노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치를 제공한다. 따라서, 건조 과정에서 웨이퍼 상에 반응 부산물이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 회전성 분사 노즐의 회전수를 조절하여 웨이퍼 직경에 따라 분사 노즐로부터 분사되는 기화용 소오스 가스의 비 거리를 조절할 수 있으므로, 웨이퍼 전면을 균일하게 건조할 수 있다. 또한, 상기 외부 히터를 이용하여 건조 반응을 유지할 수 있는 온도 분위기를 챔버 내부에 조성할 수 있으므로, 웨이퍼 건조 효율을 높일 수 있다. 이 결과, 후속 공정, 예컨대 금속 배선 형성 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 회전성 분사 노즐을 구비하는 웨이퍼 건조 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 건조 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면의 각 부분은 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시하였으며, 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치에 대해 설명한다.
<제1 실시예>
도 1을 참조하면, 웨이퍼 건조 장치(38)는 웨이퍼 건조가 이루어지는 챔버(40)와 이를 둘러싸는 외부 히터(42)로 크게 구성되어 있다. 외부 히터(42)는 챔버(40) 내부에 공급되는 기화용 소오스 가스가 기화 상태를 계속 유지할 수 있도록 챔버(40) 내부에 적합한 온도 분위기를 조성하는 역할을 한다. 다시 말하면, 챔버(40) 내부에 공급되는 기화용 소오스 가스와 웨이퍼(W)에 묻어 있는 수분의 반응을 촉진시켜 수분의 기화를 상승시킬 수 있는 온도 분위기를 조성하도록 챔버(40) 내부, 특히 챔버의 상부를 히팅하는 역할을 한다. 챔버(40) 내에 구비된 부재중에서 참조번호 46 및 48은 각각 회전성 분사노즐 및 이에 연결되는 소오스 가스 공급원 을 나타낸다. 그리고 참조번호 50은 회전판을 나타낸다. 회전판(50)은 챔버(40) 중앙에 구비된 고정 베이스(52)로부터 발생되는 회전력을 소오스 가스 공급원(48)에 전달하는 역할을 한다. 따라서, 회전판(50)과 소오스 가스 공급원(48)과 회전성 분사노즐(46)은 모두 같은 방향으로 회전된다. 상기 각 부재 둘레의 화살표는 이러한 사실을 나타내기 위한 것이다.
한편, 챔버 벽과 분사 노즐(46) 사이에 챔버 벽에 연결되어 있고 건조용 복수개의 웨이퍼가 적재된 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)이 구비되어 있는데, 챔버(40)는 회전성 분사노즐(46)과 반대되는 회전성을 갖는다. 이에 따라 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)은 분사 노즐(46)과 반대로 회전된다. 상기 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)은 웨이퍼 카세트이다.
참조번호 44는 각각 챔버 벽의 상부 구조 및 하부 구조 사이를 밀폐시키는데 사용하는 오링이고, 62는 소오스 가스 공급원(48)과 회전성 분사노즐(46)을 잇는 소오스 가스 공급관이며, 63은 고정 베이스(52)의 가장자리에 구비된 펌핑 라인을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 챔버(40)의 입구는 덮개(66)로 덮여 있다. 덮개(66)는 챔버(40)의 일측에 연결되어 있다. 챔버(40)는 오링(44)을 중심으로 그 위쪽을 상부 구조물로, 그 아래쪽을 하부 구조물로 각각 구분한다. 오링(44)은 상부 및 하부 구조물이 맞닿는 부분을 밀폐시키는 역할을 한다. 챔버(40) 외부에 챔버(40)를 둘러싸는 외벽(43)이 구비되어 있다. 외부 히터(42)는 외벽(43)의 상부, 즉 챔버(40)의 상부 구조물을 둘러싸도록 구비되어 있다. 외부 히터(42)는 석영 히터가 바람직하나, 코일형 히터라도 무방하다. 외벽(43) 외부에 챔버(40) 및 외벽(43) 전체를 감싸는 보호벽이 구비되어 있으나 편의상 도면에 도시하지 않았다.
계속해서, 챔버(40) 내부를 살펴보면, 덮개(66) 아래에 회전성 분사 노즐(46)이 구비되어 있다. 회전성 분사 노즐(46)은 회전성이 있는 복층 분사 노즐로써, 수직으로 연결된 상부 및 하부 분사 노즐(46a, 46b)로 구성되어 있다. 상부 및 하부 분사 노즐(46a, 46b)에는 복수개의 분사홀(h)이 형성되어 있는데, 도 1에 도시한 바와 같이 회전성 분사 노즐(46)의 평면 형태가 원형인 점을 감안하면 상부 및 하부 분사 노즐(46a, 46b)은 내부가 비어 있는 원판형이고 분사홀(h)은 원판형 둘레를 따라 형성되어 있음을 알 수 있다. 회전성 분사 노즐(46) 둘레에 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)이 구비되어 있다. 제1 및 제2 웨이퍼 적재수단(60a, 60b)이 구비된 위치에는 챔버 벽에 거치대(61)가 구비되어 있는데, 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)은 이를 통해서 챔버에 체결된다. 도 1 및 도 2를 동시에 참조하면, 거치대(61)는 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)의 양측 상단에 구비되어 있다. 거치대(61)와 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)의 연결점은 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)의 회전축이 된다. 따라서, 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)은 거치대(61)에 체결된 상태에서 상, 하로 회전될 수 있다. 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)은 건조 공정 전이나 후에 도면에 도시된 상태에서 위쪽으로 90°회전된 상태가 된다. 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)에 적재된 웨이퍼(W)는 그 위로 건조 가스가 분사되어야 하므로, 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)은 적재된 웨이퍼(W)가 회전성 분사노즐(46) 보다 낮은 위치에 오도록 구비되는 것이 바람직하다.
계속해서, 회전성 분사 노즐(46) 아래에 챔버(40)의 하부 구조물에 속하는 소오스 가스 공급원(48)과 내부 히터(H)가 하향으로 순차적으로 구비되어 있다. 소오스 가스 공급원(48)은 웨이퍼 건조용 소오스 가스를 분사 노즐(46)에 공급하는 곳으로써 소오스 가스 공급관(62)을 통해 하부 분사노즐(46b)과 연결되어 있다. 내부 히터(H)는 소오스 가스 공급원(48)을 히팅하여 그 안에 채워진 액상 소오스(S), 예컨대 이소프로필 알콜(IPA)을 기화시키기 위한 열원으로써 소오스 가스 공급원(48)의 바닥과 접촉되어 있다. 이러한 내부 히터(H) 아래에 회전 수단(49)이 구비되어 있다. 회전 수단(49)은 내부 히터(H) 내지 회전성 분사 노즐(46)을 회전시키기 위한 회전력을 발생시키는 개체로써, 내부 히터(H)의 저면과 접촉되는 회전판(50)과 회전판(50)의 저면과 접촉되는 모터(54)로 구성되어 있다. 회전판(50)은 모터(54)에서 발생되는 회전력을 내부 히터(H)에 전달하는 매개체 역할을 하는 것으로, 내부 히터(H)의 바닥 전면과 접촉되어 있을 뿐만 아니라 내부 히터(H)의 둘레를 일부 감싸도록 구비되어 있다.
회전 수단(49)은 챔버(40)의 바닥 중앙에 고정된 베이스(52, 이하 '고정 베이스'라 함) 상에 구비되어 있다. 고정 베이스(52)는 챔버 회전에 대해 내부 히터(H) 내지 회전성 분사 노즐(46)을 독립적으로 회전시키기 위해 구비한 것이다. 이렇게 함으로써, 회전성 분사노즐(46)을 챔버(40)와 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. 또, 고정 베이스(52)의 회전 수단(54) 둘레에 고정 베이스(52)를 관통하여 챔버(40)의 안팎을 연결하는 펌핑 라인(63)이 구비되어 있다. 펌핑 라인(63)은 챔버(40)내의 압력을 진공에 가깝게 감압시키는데 사용하는 펌프(미도시)와 연결되어 있다. 또한, 소오스 가스 공급원(48)에 액상 소오스(S)를 공급하기 위해 회전 수단(49)과 소오스 가스 공급원(48)의 바닥을 관통하는 액상 소오스 공급관(64)이 구비되어 있다. 액상 소오스 공급관(64)은 챔버(40) 외부의 액상 소오스 공급원(미도시)에 연결되어 있으며, 소오스 가스 공급원(48) 안으로 연장된 종단은 티(T)형으로 되어 있다. 소오스 가스 공급원(48)이 회전되는 가운데 액상 소오스를 공급하기 위해서는 액상 소오스(S)는 소오스 가스 공급원(48)에 채워진 액상 소오스(S)의 표면보다 높은 위치에서 하향으로 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 소오스 가스 공급원(48) 안으로 연장된 액상 소오스 공급관(64)의 티형 종단은 소오스 가스 공급원(48)에 채워진 액상 소오스(S)의 표면보다 높은 곳에 위치해 있다. 또, 액상 소오스 공급관(64)과 소오스 가스 공급원(48)에 이미 공급된 액상 소오스(S)가 접촉되는 것을 방지하면서 액상 소오스 공급관(64)이 소오스 가스 공급원(48)을 관통하게 하기 위해, 소오스 가스 공급원(48)의 바닥중 액상 소오스 공급관(64)이 관통하는 부분(R)을 볼록하게 하여 그 부분(R)이 액상 소오스(S)의 표면보다 높게 되도록 한다. 결과적으로, 소오스 가스 공급원(48)의 바닥중에서 액상 소오스 공급관(64)이 관통하는 부분(R)은 바닥의 다른 부분보다 높은 곳에 위치한다.
도면에서 참조부호 A1은 챔버(40)의 회전 방향을 나타내고, A2는 챔버(40)와 반대 방향으로 회전하는 회전성 분사 노즐(46) 및 소오스 가스 공급원(48)의 회전 방향을 각각 나타낸다. 고정 베이스(52) 둘레에는 챔버 바닥의 나머지 부분과 접촉되어 챔버(40)를 회전시키는 역할을 하는 회전 수단(68)가 구비되어 있다. 챔버(40) 회전과 관련된 회전 수단(68)은 회전성 분사 노즐(46)의 회전과 관련된 회전 수단(49)과 마찬가지로 그 자체는 고정되어 있으면서, 그 내부로부터 발생되는 회전력을 챔버(40)에 전달한다.
고정 베이스(52)는 고정되어 있다. 따라서, 챔버(40)가 회전할 때 양자 사이에 마찰이 일어난다. 이러한 마찰에 의해 양자의 경계부가 손상되는 것을 방지하기 위해, 고정 베이스(52)와 챔버(40) 바닥 사이에 베어링(B1)이 구비되어 있다.
비록 회전의 주체는 다르지만, 동일한 이유로 회전판(50)과 액상 소오스 공급관(64) 사이에도 베어링(B2)이 구비되어 있다. 내부 히터(H)의 경우, 그 가운데에 기화용 액상 소오스 공급관(64)이 통과하도록 홀이 형성되어 있어 액상 소오스공급관(64)과 직접 접촉되지 않는다.
상기한 바와 같이, 제1 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치는 회전성이 있는 챔버내에 챔버회전과는 무관하게 회전성을 갖는 상, 하로 이분된 회전성 분사노즐(46), 기화용 소오스 가스 공급관(62) 및 소오스 가스 공급원(48)을 구비하고, 이들의 회전을 위한 부재를 구비하는 챔버(40)와 챔버(40) 둘레에 챔버 상부를 히팅하는 외부 히터(42)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
<제2 실시예>
제2 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치는 챔버가 자체 회전성이 있고 챔버 외부에 외부 히터를 구비하는 등 제1 실시예의 특징을 많이 포함하고 있으나, 회전성 분사 노즐 회전과 관련하여 제1 실시예와 다른 특징을 포함하고 있다.
구체적으로, 도 1과 도 3을 비교하면, 제2 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치는 제1 실시예의 회전판(50)을 구비하고 있지 않은 대신, 회전성 분사 노즐 전용 회전부(70)가 구비되어 있다. 회전판(50)이 구비되어 있지 않다는 것은 소오스 가스 공급원(48)의 회전이 불필요함을 의미하고, 결국 회전 수단(49)은 불필요함을 의미한다. 이러한 사실은 도 4를 참조함으로써 더욱 명확해진다.
도 4를 참조하면, 분사 노즐 회전부(70)는 회전성 분사 노즐(46)과 소오스 가스 공급원(48) 사이의 소오스 가스 공급관(62)에 구비되어 있다. 분사 노즐 회전부(70) 자체는 소오스 가스 공급관(62)에 고정되어 있다. 분사 노즐 회전부(70)에는 회전성 분사 노즐(46)을 회전시킬 수 있는 회전 장치, 예컨대, 모터가 내재되어 있는데, 모터의 회전력은 회전성 분사 노즐(46) 측에만 전달되도록 되어 있다. 이에 따라, 소오스 가스 공급원(48)은 고정된 채, 회전성 분사 노즐(46)만 회전된다. 참조부호 A4는 회전성 분사 노즐(46)의 회전 방향을 나타낸다. 또한, 참조부호 A3 챔버(40)의 회전 방향을 나타내는데, 회전성 분사 노즐(46)의 회전 방향과 반대임을 알 수 있다.
제2 실시예의 경우, 웨이퍼 건조 공정이 진행되는 동안에 소오스 가스 공급원(48)을 회전시킬 필요가 없으므로, 소오스 가스 공급원(48)과 액상 소오스 공급관(64) 사이의 마찰은 고려할 필요가 없고, 양자 사이의 밀폐성만 고려하면 된다. 따라서, 제1 실시예에 비해 소오스 가스 공급원(48)과 액상 소오스 공급관(64)을 결합하기 쉬워지고, 제1 실시예에 의한 경우처럼 소오스 가스 공급원(48)의 바닥 가운데 부분을 변형할 필요도 없어진다. 또한, 제1 실시예의 회전 수단(도 2의 49) 도 필요치 않으므로 고정 베이스(52) 상의 부재 구성이 간단해진다. 다만, 내부 히터(H)의 경우, 액상 소오스 공급관(64)과 접촉되지 않는 것이 바람직하므로, 제1 실시예와 동일한 형태를 유지한다.
한편, 회전성 분사 노즐(46)만 회전되는 경우, 액상 소오스 공급관(64)을 소오스 가스 공급원(48)의 바닥을 관통시키는 대신, 참조번호 80으로 나타낸 바와 같이 액상 소오스 공급관(64)을 소오스 가스 공급원(48)의 액상 소오스(S)가 미치지 않는 위쪽에 연결할 수도 있다. 이렇게 하면, 액상 소오스 공급관(64)이 소오스 가스 공급원(48)에 채워진 액상 소오스(S)와 접촉되는 것을 방지할 수 있고, 내부 히터(H)도 엽전 형태가 아닌 원판형으로 구성할 수 있게 된다.
이와 같이, 제2 실시예에 의한 웨이퍼 기화 장치(38a)는 제1 실시예에 의한것(38)보다 잇점이 많으므로 보다 바람직한 형태라 할 수 있다.
다음에는 상기한 웨이퍼 건조 장치를 이용한 웨이퍼 건조 방법에 대해 설명한다. 이때, 사용하는 웨이퍼 건조 장치로는 제1 및 제2 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치중에서 어떤 것을 사용해도 무방하나, 본 설명에서는 제2 실시예에 의한 웨이퍼 건조 장치를 사용한다. 또, 본 설명과 관련하여 도 4를 참조한다.
도 5를 참조하면, 웨이퍼 건조 제1 단계(100)는 챔버에 웨이퍼를 로딩하는 단계이다.
구체적으로, 챔버 덮개(66)를 열고 세정 공정을 거친 웨이퍼를 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)에 적재한 다음, 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)을 챔버(40)에 로딩한다. 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)으로 웨이퍼 카세트를 사용한다.
제2 단계(200)는 챔버(40) 내부를 감압하는 단계이다.
구체적으로, 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)을 로딩하여 거치대(61)에 거치한 다음, 챔버(40)의 덮개(66)를 닫는다. 이어서, 챔버(40) 외부에 구비된 펌프를 가동하여 챔버(40)내의 압력을 진공에 가깝게 낮춘다. 이에 앞서 액상 소오스 공급관(64)을 통해 챔버(40) 외부의 액상 소오스 공급원으로부터 액상 소오스를 소오스 가스 공급원(48)에 공급하여 소오스 가스 공급원(48)에 액상 소오스(S)를 적정 수준으로 채워둔다. 웨이퍼 건조 공정이 진행되는 동안에 액상 소오스를 지속적으로 공급하여 소오스 가스 공급원(48)에서 그 수준이 크게 낮아지지 않게 한다. 상기 액상 소오스는 기화능이 우수한 알콜계 케미컬을 사용한다. 예컨대, 이소프로필 알콜(IPA)을 사용한다.
제3 단계(300)는 챔버(40) 내에 기화된 소오스 가스과 계속 기화된 상태를 유지할 수 있도록 기화 분위기를 조성하는 단계이다.
구체적으로, 챔버(40)의 내압이 진공에 가깝게 낮아졌으면, 외부 히터(42)를 가동시켜 챔버(40) 내부를 히팅한다. 외부 히터(42)는 챔버(40)의 상부 영역을 둘러싸고 있으므로 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b) 및 회전성 분사 노즐(46)이 포함된 상부 영역이 주로 히팅된다. 이렇게 챔버(40) 내부를 히팅하는 것은 소오스 가스 공급원(48)으로부터 챔버(40)의 상부 영역으로 공급되는 소오스 가스가 웨이퍼 표면에 묻어 있는 수분과 반응하여 웨이퍼 표면으로부터 수분을 완전히 증발시킬 때까지 상기 소오스 가스의 상태를 기화 상태로 계속 유지하기 위함이다.
소오스 가스 공급원(48)에 공급된 액상 소오스(S)가 이소프로필 알콜인 경우, 그 기화온도 범위는 70℃∼90℃정도이므로, 상기 외부 히터(42)를 이용한 챔버(40)의 히팅은 그 내부 온도가 상기 기화 온도 범위에 도달할 때까지 계속한다. 챔버(40) 내부 온도가 상기 기화 온도 범위에 도달된 후에도, 챔버(40)의 내부 온도가 상기 기화 온도 범위 아래로 떨어지지 않게, 웨이퍼 건조 공정이 완료될 때까지 지속적으로 챔버(40)를 히팅한다.
제4 단계(400)는 건조용 소오스 가스를 회전 분사시키면서 웨이퍼를 건조하는 단계로써, 챔버 내부의 분위기가 소오스 가스 기화 분위기로 바뀌면, 소오스 가스 공급원(48) 아래에 구비된 내부 히터(H)를 가동시켜 소오스 가스 공급원(48)에 채워진 액상 소오스(S)를 히팅한다. 이때, 내부 히터(H)의 히팅 능력은 최대 200℃∼300℃정도이나 액상 소오스(S)의 기화 온도에 따라 적합한 온도로 소오스 가스 공급원(48)을 히팅한다. 예컨대, 액상 소오스(S)가 알콜계 케미컬의 하나인 이소프로필 알콜인 경우, 소오스 가스 공급원(48)은 70℃∼90℃로 히팅하는 것이 바람직하다. 소오스 가스 공급원(48)을 히팅함과 동시에 챔버 회전을 위한 회전 수단(68) 및 분사 노즐 회전부(70)를 가동하여 챔버(40) 및 회전성 분사 노즐(46)을 각각 회전시킨다. 이때, 챔버(40)와 회전성 분사 노즐(46)은 서로 반대 방향으로 회전시키는 것이 바람직하다.
내부 히터(H)에 의해 소오스 가스 공급원(48)이 히팅되면서 그 안에 채워진 액상 소오스(S)가 기화된다. 이렇게 발생되는 소오스 가스는 소오스 가스 공급관(62) 및 분사 노즐 회전부(70)를 거쳐 회전되고 있는 분사 노즐(46)에 유입된다. 회전성 분사 노즐(46)에 유입된 건조 가스는 분사홀(h)을 통해 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)에 적재된 웨이퍼(W) 상으로 분사된다. 이때, 회전성 분사 노즐(46)은 회전 상태에 있고, 회전수(rpm)를 조절함으로써 회전성 분사 노즐(46)로부터 분사되는 건조 가스의 비 거리를 웨이퍼의 직경에 따라 조절할 수 있다. 즉, 웨이퍼가 소구경일 때는 회전성 분사노즐(46)의 회전수를 낮추어 건조가스의 비거리를 작게 하고, 웨이퍼가 대구경일 때는 회전성 분사노즐(46)의 회전수를 높여 건조가스의 비거리를 증가시킨다. 이와 같이, 회전성 분사노즐(46)의 회전수를 조절하면, 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)에 적재된 웨이퍼(W)의 직경에 상관없이 웨이퍼(W)의 전면을 고르게 건조시키는 것이 가능하다.
한편, 웨이퍼(W) 표면으로 분사된 건조가스는 웨이퍼(W) 전면에서 웨이퍼(W)표면에 묻어있는 수분과 반응하게 된다. 챔버(40) 내부의 제1 및 제2 웨이퍼 적재 수단(60a, 60b)이 구비된 영역은 외부 히터(42)에 의해 건조 가스가 기화 상태를 유지할 수 있도록 적정 온도로 유지되고 있다. 이러한 조건은 상기 건조 가스와 웨이퍼(W)에 묻어 있는 수분 사이에서 기화 반응을 촉진한다. 이 결과, 웨이퍼(W)에 묻어 있는 수분이 제거되어 웨이퍼(W) 건조가 이루어 질 뿐만 아니라 물 반점과 같이 수분이 기화된 흔적도 남지 않게 된다. 다른 한편으로, 이와 같은 건조 과정에서 웨이퍼(W) 상에 파티클과 같은 반응 부산물이 형성될 수 있으나, 이는 챔버(40) 회전에 의한 원심력을 받아 웨이퍼(W) 밖으로 제거된다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 제1 및 제2 회전성 분사 노즐(48a, 48b)로써 원판형 분사노즐을 구비하는 대신 반원형 또는 링형과 같은 다양한 형태의 회전성 분사노즐을 구비할 수 있을 것이고, 이러한 회전성 분사 노즐을 3개 이상 구비할 수 있을 것이다. 또, 본 발명의 기술적 사상을 매엽식 건조 장치에 적용할 수도 있을 것이며, 이때는 회전성 분사노즐(46)을 단층으로 구비할 수 있을 것이다. 또한, 상기 외부 히터는 석영 히터이나 상기 챔버(40) 벽을 감는 형태로 구성된 코일형 히터일 수도 있다.
건조 방법에 있어서도 회전성 분사 노즐(46)을 회전시키는 대신 건조 가스의 분사압을 높여 건조 가스의 속력을 증가시키는 방법으로 건조 가스의 비 거리를 증가시킬 수 있을 것이다. 이를 위해 분사홀(h)의 직경을 줄이거나 별도의 가압 수단을 구비할 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 다양성 때문에 본 발명의 범위는 상기 설명한 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 건조 장치는 건조 공정이 실행되는 회전성 챔버를 구비하고 있고 건조용 웨이퍼가 적재된 웨이퍼 적재 수단은 상기 회전성 챔버 안쪽에 부착되어 챔버와 함께 회전된다. 따라서, 건조 과정에서 웨이퍼 표면에 형성되는 파티클성 반응 부산물은 원심력을 받아서 웨이퍼 밖으로 제거된다. 또, 상기 회전성 챔버내에 챔버의 회전과 무관하게 회전되고 회전수를 조절할 수 있는 회전성 분사 노즐이 구비되어 있다. 따라서, 상기 회전성 분사 노즐로부터 분사되는 건조 가스의 비 거리를 웨이퍼 직경에 따라 조절할 수 있으므로, 웨이퍼 전면을 균일하게 건조할 수 있다. 이와 함께, 상기 회전성 챔버 외부에 챔버 상부를 감싸도록 외부 히터가 구비되어 있어, 건조 과정 동안에 웨이퍼가 속하는 챔버 내부 영역의 온도를 건조 가스와 수분이 반응하기에 적합한 온도로 유지할 수 있으므로 웨이퍼 전면에 걸쳐 건조효율을 높일 수 있다.
이와 같은 효과로 인해, 후속 공정의 안정성을 확보할 수 있다. 예컨대, 금속 배선을 형성할 때, 웨이퍼 표면에 반응 부산물을 남기는 등, 웨이퍼 건조 불량으로 사진 공정 불량을 초래하여 금속 배선간에 브리지(bridge)가 형성되거나 금속 배선이 끊어지는 문제 등을 해소할 수 있다.

Claims (22)

  1. 회전성이 있는 챔버;
    상기 챔버 내부에 웨이퍼 적재 수단을 로딩할 때, 상기 웨이퍼 적재 수단을 거치시키기 위한 것으로써, 상기 챔버 벽 안쪽 상단에 구비된 거치대;
    상기 챔버의 외측 상부를 둘러싸는 외부 히터;
    상기 챔버 내에 구비된 회전성 분사 노즐;
    상기 회전성 분사 노즐 하단에 연결되어 있는 소오스 가스 공급관을 통해 상기 회전성 분사 노즐에 소오스 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급원;
    상기 소오스 가스 공급원 아래에 구비된 상기 소오스 가스 공급원을 히팅시키기 위한 내부 히터;
    상기 내부 히터 아래에 구비되어 있고 펌핑 라인이 관통하는 고정 베이스; 및
    상기 고정 베이스 둘레에 상기 챔버를 회전시키기 위한 회전 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전성 분사 노즐은 회전성 복층 분사노즐인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 분사 노즐과 상기 소오스 가스 공급원 사이에 상기분사 노즐을 회전시키기 위한 분사노즐 회전부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 히터와 상기 고정 베이스 사이에 상기 분사 노즐을 회전시키기 위한 회전 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 히터는 챔버의 상부를 둘러싸는 형태로 구비된 석영 히터 또는 코일형 히터인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 회전성 복층 분사노즐은 원판형이면서 측면을 따라 분사홀이 형성된 상부 및 하부 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 회전성 분사 노즐은 상기 소오스 가스 공급관 따라 상부 및 하부 분사 노즐로 구성된 복층 분사노즐인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 분사 노즐을 회전시키기 위한 회전 수단은
    상기 내부 히터와 접촉되는 회전판; 및 상기 회전판을 회전시키기 위한 모터로 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 소오스 가스 공급원에 액상 소오스를 공급하는데 사용되는 액상 소오스 공급관이 상기 고정 베이스를 관통하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 액상 소오스 공급관은 상기 소오스 가스 공급관의 측면에 연결되어 있되, 상기 소오스 가스 공급원에 채워진 액상 소오스의 표면보다 높은 위치에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 액상 소오스 공급관은 상기 고정 베이스와 회전판 및 소오스 가스 공급원의 바닥을 관통하여 소오스 가스 공급원 안으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 내부 히터는 상기 액상 소오스 공급관과 접촉되지 않도록 중앙에 홀이 형성된 엽전형인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 장치.
  13. 회전성 분사 노즐과 그 아래에 연결된 소오스 가스 공급관을 통해 상기 회전성 분사 노즐에 소오스 가스를 공급하는 소오스 가스 공급원을 구비하는 챔버의 덮개를 열고 웨이퍼를 로딩하는 단계;
    상기 챔버의 덮개를 닫는 단계;
    상기 웨이퍼가 로딩되어 있고 덮개가 닫힌 챔버 내부를 진공 상태로 감압하는 단계;
    상기 감압된 챔버 내부에 상기 소오스 가스의 상기 웨이퍼 건조 반응을 촉진시킬 수 있는 온도 분위기를 조성하는 단계; 및
    상기 온도 분위기하에서 상기 챔버와 상기 회전성 분사 노즐을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 상기 건조용 웨이퍼 상으로 소오스 가스를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 소오스 가스는 상기 소오스 가스 공급원에 액상 소오스를 공급한 다음, 상기 소오스 가스 공급원을 히팅하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 챔버와 상기 회전성 분사 노즐은 서로 독립된 회전 수단을 이용하여 서로 반대 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 회전성 분사 노즐은 상기 소오스 가스 공급원과 상기 분사 노즐 사이의 소오스 가스 공급관에 구비된 분사 노즐 회전부를 이용하여 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 소오스 가스 공급원을 회전시켜서 상기 회전성 분사 노즐을 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 온도 분위기를 조성하기 위해 상기 챔버 외부에 구비된 외부 히터를 사용하여 상기 챔버의 웨이퍼 로딩 영역을 히팅하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 액상 소오스로써 알콜(alcohol)계 케미컬을 사용하되, 바람직하게는 이소프로필 알콜을 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조 방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 내부 히터를 사용하여 상기 소오스 가스 공급원을 70℃∼90℃로 히팅하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 소오스 가스 공급원은 그 아래에 구비된 모터를 포함하는 회전 수단을 이용하여 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 온도 분위기를 조성하기 위해, 상기 챔버 외부에 구비된 외부 히터를 사용하여 상기 챔버의 웨이퍼 로딩 영역을 70℃∼90℃로 히팅하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
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