이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 장치의 구성도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 웨이퍼 세정 및 건조 장치는 웨이퍼(50)의 세정을 위한 세정 존(cleaning zone, 10)과, 갭 레일(gap rail, 40)에 의해 수평 이동하여 세정 존(10)과 분리 및 결합하며 상부에 스프레이 모듈(spray module; 22)이 구비된 건조 존(drying zone; 20)을 포함하여 구성된다.
세정 존(10)은 세정액 또는 순수를 공급하는 하이 플로우 모듈(high flow module; 12) 및 원 웨이 스트림 모듈(one way stream module; 14)과, 세정액 또는 순수를 빠르게 배수시키는 패스트 드레인 모듈(fast drain module; 16)로 이루어져 웨이퍼(50)를 세정 및 린스 시키는 기능을 한다. 또한, 세정 존(10)에는 웨이퍼(50)를 린스(rinse) 할 때 순수의 전도도를 측정하여 일정 이상의 비저항 값이 일정 시간 동안 유지되면 자동적으로 치환 및 건조 단계로 넘어가도록 하는 컨덕터미터(conductometer; 18)가 설치된다.
하이 플로우 모듈(12)은 세정 존(10)의 저면에 구비되어 세정 존(10)에 세정액 또는 순수를 공급하는 역할을 하며, 세정 존(10)에서 웨이퍼(50)의 세정 및 린스 작용으로 활성화시키기 위해 세정액 또는 순수를 30~70L/min의 하이 플로우로 공급한다.
원 웨이 스트림 모듈(14)은 세정 존(10)의 상단부로부터 5~30mm 아래쪽에 위치되며, 세정 존(10)에 채워진 세정액 또는 순수를 일 방향으로 원 웨이 스트림 시킨다. 원 웨이 스트림 모듈(14)은 스트림 노즐(nozzle)을 일정 각도로 상하 조절이 가능하도록 하여 세정액이나 순수가 수평 방향으로만 원 웨이 스트림 하는 것을 배제시킨다.
패스트 드레인 모듈(16)은 세정 존(10)의 하단에 구비되어 웨이퍼 세정 공정이 완료되면 세정액을 약 30초 이내로 빠르게 세정 존(10)으로부터 완전히 배수시키고, 웨이퍼 건조 공정이 완료되면 순수를 약 30초 이내로 빠르게 세정 존(10)으로부터 완전히 배수시킨다.
컨덕터미터(18)는, 세정 존(10)에서 1차로 세정액에 의한 웨이퍼 세정 공정이 끝나면 2차로 순수에 의한 웨이퍼 린스 공정이 진행되는데, 웨이퍼 린스 공정 동안 순수의 전도도를 측정하여 순수의 비저항 값이 15㏁ 이상, 바람직하게는 15~50㏁, 더욱 바람직하게는 15~30㏁이 5초 이상 유지, 바람직하게는 5∼60초, 더욱 바람직하게는 5~30초 동안 유지되면, 자동적으로 치환 및 건조 단계로 넘어가도록 한다.
슬롯터(30)는 다수의 웨이퍼(50)를 수용하여, 세정 존(10)과 건조 존(20) 사이를 상하 운동한다. 세정 및 건조가 필요한 웨이퍼(50)가 수용된 슬롯터(30)는 세정 존(10)에 위치되며, 세정 존(10)의 컨덕터미터(18)로부터 웨이퍼 린스 공정이 완료되었다는 신호를 받아 건조 존(20)으로의 상승 운동을 시작하고, 건조 존(20)에서 웨이퍼 건조 공정이 완료되면 하강 운동을 하여 최초의 위치로 복귀한다.
건조 존(20)은 최초 세정 존(10)으로부터 분리되어 있다가, 세정액이 배수되고 순수가 세정 존(10)에 공급되면 갭 레일(40)을 따라 수평 이동하여 세정 존(10)과 결합하게 된다. 세정 존(10)이 순수로 채워져 웨이퍼 린스 공정이 진행되면 스프레이 모듈(12)은 극성유기용매의 증기와 불활성 캐리어 가스를 건조 존(20)에 공급하여 건조 존(20)을 극성유기용매의 증기로 포화상태가 되게 한다. 슬롯터(30)에 수용된 웨이퍼(50)가 건조 존(20)으로 들어오는 순간부터 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 순수나 습기는 극성유기용매의 증기로의 치환이 이루어지고, 웨이퍼로부터 제거되며, 마지막 단계에서는 스프레이 모듈(12)로부터 불활성 캐리어 가스만이 공급되어 웨이퍼의 완전한 건조가 이루어진다.
한편, 갭 레일(40)은 세정 존(10)과 건조 존(20) 사이의 갭이 0.5mm이하, 바람직하게는 0.1~0.5mm, 더욱 바람직하게는 0.3~0.5mm가 되도록 컨트롤(control)하여, 세정 존(10)에 공급되는 순수가 오버 플로우(over flow)로 배수되도록 한다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 장치를 이용한 웨이퍼 세정 및 건조 방법을 설명하기 위한 장치 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 세정 존(10)과 건조 존(20)이 분리된 상태에서, 이전 공정중에 발생된 파티클(particle), 금속성 불순물(metallic impurity), 자연산화물(native oxide)과 같은 오염 요소들을 제거하기 위하여, 슬롯터(30)에 다수의 웨이퍼(50)를 수용하고, 하이 플로우 모듈(12)을 통해 세정액(60)을 세정조(10)에 공급한다.
상기에서, 하이 플로우 모듈(12)은 웨이퍼(50)의 정렬이 흐트러지지 않을 정도로 세정액(60)을 30~70L/min으로 계속 공급하여 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 오염 물질 제거 효과를 극대화한다. 원 웨이 스트림 모듈(14)을 통해서도 세정액(60)을 약 50L/min 이하로 공급하게 되는데, 세정액(60)을 일 방향으로 원웨이 스트림 시킴에 의해 하이 플로우 모듈(12)과 함께 오염 물질 제거 효과를 극대화시킨다. 원 웨이 스트림 모듈(14)은 스트림 노즐을 일정 각도로 상하 조절이 가능하도록 하여 세정액이나 순수가 수평 방향으로만 원 웨이 스트림 하는 것을 배제시켜 오염 물질 제거 효과를 더욱 극대화시킨다. 세정 조(10)에 계속적으로 공급되는 세정액(60)은 세정 존(10)의 상단부를 통해 오버 플로우(over flow)로 배수되며, 이로 인하여 웨이퍼(50)로부터 떨어져 나온 오염 물질들은 세정액(60)과 함께 세정 존(10) 밖으로 나가게된다.
도 2b를 참조하면, 세정액(60)에 의한 웨이퍼 세정 공정이 완료되면, 패스트 드레인 모듈(16)을 통해서 세정액(60)을 세정 존(10)으로부터 빠르게 배수시키고, 하이 플로우 모듈(12)을 통해 순수(70)를 세정 조(10)에 공급하여 웨이퍼 린스 공정을 진행한다. 건조 존(20)은 최초 세정 존(10)으로부터 분리되어 있다가, 세정액(60)이 배수되고 순수(70)가 세정 존(10)에 공급되면 갭 레일(40)을 따라 수평 이동하여 세정 존(10)과 결합하게 된다. 세정 존(10)이 순수(70)로 채워져 웨이퍼 린스 공정이 진행되면 스프레이 모듈(12)은 극성유기용매(80)의 증기와 불활성 캐리어 가스(90)를 건조 존(20)에 공급하여 건조 존(20)이 극성유기용매(80)의 증기로 포화상태가 되게 한다. 극성유기용매(80)는 순수(70)에 녹아 들어가 수면에 극성유기용매층(82)을 형성하게 된다. 건조 존(20)이 계속 포화상태가 유지되도록극성유기용매(80)의 증기 및 불활성 캐리어 가스(90)는 계속 공급된다.
상기에서, 하이 플로우 모듈(12)은 웨이퍼(50)의 정렬이 흐트러지지 않을 정도로 순수(70)를 30~70L/min으로 계속 공급하여 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 오염 물질 제거 효과를 극대화한다. 원 웨이 스트림 모듈(14)을 통해서도 세정액(60)을 약 50L/min 이하로 공급하게 되는데, 세정액(60)을 일 방향으로 원 웨이 스트림시킴에 의해 하이 플로우 모듈(12)과 함께 오염 물질 제거 효과를 극대화시킨다. 원 웨이 스트림 모듈(14)은 스트림 노즐을 일정 각도로 상하 조절이 가능하도록 하여 세정액이나 순수가 수평 방향으로만 원 웨이 스트림 하는 것을 배제시켜 오염물질 제거 효과를 더욱 극대화시킨다. 세정 조(10)에 계속적으로 공급되는 순수(70)는 세정 존(10)과 건조 존(20) 사이의 갭 레일(40)에 의한 갭을 통해 오버 플로우(over flow)로 배수되며, 이로 인하여 웨이퍼(50)로부터 떨어져 나온 오염물질들은 순수(70)와 함께 세정 존(10) 밖으로 나가게된다.
극성유기용매(80)는 비등점이 90℃ 미만이며 비중이 1 이하인 전기 음성도(electro-negativity)가 큰 작용기(functional group)를 포함하는 물질, 예를 들어, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol), 아세톤(acetone), 아세톤니트릴(acetonitrile), 1.1.1-트라이클로로에탄(1,1,1--trichloroetane), 등이다. 여기서, 작용기는 하이드록실기(hydroxyl group; -OH), 카르보닐기(carbonyl group; -C=O), 시안기(cyan group; -CN), 핼리드기(halide group; -F, -Cl, -Br, -I), 니트로기(nitro group;-NO2), 아지드기(azide group; -N3) 등이 있다. 극성유기용매층(82)은 공급되는 극성유기용매(80)의 증기가 순수(70)보다 표면 장력이 낮아 수면 위에 형성된다.
도 2c를 참조하면, 세정 존(10)에 설치된 컨덕터미터(18)는 웨이퍼 린스 공정 동안 순수(70)의 전도도를 측정하여 순수의 비저항 값이 15㏁ 이상, 바람직하게는 15~50㏁, 더욱 바람직하게는 15~30㏁이 5초 이상 유지, 바람직하게는 5~60초, 더욱 바람직하게는 5∼30초 동안 유지되면, 자동적으로 치환 및 건조 단계로 넘어가도록 한다. 즉, 슬롯터(30)는 컨덕터미터(18)로부터 웨이퍼 린스 공정이 완료되었다는 신호를 받아 상승 운동을 시작하여 웨이퍼(50)가 수면으로 올라오게 된다. 수면에서는 갭 레일(40)의 갭을 통해 순수(70)가 세정 존(10) 외부로 오버 플로우로 배수되면서 순수(70)의 흐름이 유발될 뿐만 아니라 웨이퍼(50)로부터 떨어져 나온 오염 물질들이 제거되고, 또한 원 웨이 스트림 모듈(14)에서 원 웨이 스트림이 일어나 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 오염 물질들을 최종적으로 제거시키게 된다. 슬롯터(30)가 계속 상승함에 따라 웨이퍼(50)는 극성유기용매층(82)을 통과하게 되는데, 이때 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 순수나 습기는 극성유기용매(80)의 증기로 치화되기 시작한다. 웨이퍼(50)가 극성유기용매(80)의 증기가 포화상태인 건조 존(20)으로 들어감에 따라 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 순수나 습기는 극성유기용매(80)의 증기로의 치환이 이루어진다.
슬롯터(30)가 계속 상승하여 웨이퍼(50)가 건조 존(20) 내에 존재하게 되며, 이때 웨이퍼(50)는 극성유기용매(80)의 증기와 불활성 캐리어 가스(90)에 완전히둘러싸이게 된다. 웨이퍼(50)의 표면에 존재하는 순수나 습기를 극성유기용매(80)의 증기로 완전히 치환시키기 위하여, 스프레이 모듈(22)로부터 극성유기용매(80)의 증기가 계속 공급되며, 이때 불활성 캐리어 가스(90)도 계속 공급시켜 극성유기용매(80)의 증기가 웨이퍼(50)에 흡착(absorption)되고 유리(desorption)되는 것이 평형상태(equilibrium state)로 유지되게 한다. 극성유기용매(80)의 증기와 불활성 캐리어 가스(90)는 평형상태를 이루게 하는 요소(elements)이다. 치환이 완료되기까지 건조 존(20)은 극성유기용매(80)의 증기로 항상 포화상태이며, 치환이 완료되어 극성유기용매(80)의 증기가 흡착되어 있는 웨이퍼(50)의 주변 지역은 극성유기용매(80)의 증기, 수증기, 이들의 공비혼합물(Azeotropic mixture)의 증기가 존재하게 된다.
도 2d를 참조하면, 극성유기용매(80)의 증기가 웨이퍼(50)와의 흡착 및 유리메커니즘이 평형을 이루고 있는 상태에서, 스프레이 모듈(22)로부터 극성유기용매(80)의 증기 공급을 중단하고, 불활성 캐리어 가스(90)만을 건조 존(20)에 공급하여 평형상태가 유리쪽으로 이동하여 (Le'Chatelier의 법칙)웨이퍼(50)에 흡착된 극성유기용매(80)의 증기가 제거되면서 웨이퍼(50)가 완전히 건조된다. 이때, 공급되는 불활성 캐리어 가스(90)의 온도가 너무 높으면 세정 존(10)의 순수(70)가 기화하여 웨이퍼(50)에 다시 응결될 수 있으므로, 불활성 캐리어 가스의 온도는 80℃ 이하, 바람직하게는 20 ~ 80℃의 온도 범위가 적절하다.
이후, 건조 존(20)에서 웨이퍼 건조 공정이 완료되면, 패스트 드레인모듈(16)을 통해 순수는 완전히 배수되고, 건조된 웨이퍼(50)가 수용된 슬롯터(30)는 하강되고, 건조 존(20)은 갭 레일(40)에 의해 수평 이동하여 세정 존(10)과 분리된다.