KR100464853B1 - 순간감압가열 건조방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 순간감압가열 건조방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 감압챔버와, 상기 감압챔버의 내부를 대기압 이하로 감압하기 위한 진공펌프와, 로딩된 웨이퍼를 건조시키기 위하여 상기 감압챔버 내에 설치된 건조챔버와, 개방시 상기 감압챔버의 저압상태로 상기 건조챔버의 내부 압력상태를 순간적으로 감압시키기 위해 상기 건조챔버 벽에 설치된 감압밸브와, 상기 건조챔버 내부를 가열하기 위한 가열수단을 구비한다. 따라서, 순간감압에 의해 웨이퍼 표면의 물방울의 비등점이 순간적으로 떨어져 순간 기화되므로 건조시간이 단축되고, 물반점과 같은 결함 발생이 감소되고, 파티클 제거 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 순간감압가열 건조방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼의 린스 후에 웨이퍼에 묻은 물방울을 물반점 없이 건조할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 웨이퍼에 전사된 파티클(particle)이나 오염 물질을 세정하는 방법 중 지금까지 일반적으로 사용하는 방법은 화학약품을 이용하여 웨이퍼를 습식 세정한 후 웨이퍼를 건조하는 방법이나 웨이퍼를 회전시키면서 순수(DIW : deionized water)를 공급하고 이때 DIW에 초음파를 가하거나 브러쉬를 이용하여 웨이퍼 상에 존재하는 파티클을 제거하는 방법이다.
이러한 공정 후 웨이퍼에 남아있는 DIW를 제거하기 위하여 사용하는 건조 방법은 스핀건조방식, 이소프로필알코올 증기건조방식 또는 Marangoni 건조방식 등이 소개되고 있다.
스핀건조방식은 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 그 회전력을 이용하여 물을 물리적으로 떨구어 내는 방법이다.
이소프로필알코올 증기 건조방식은 밀폐된 건조챔버 내에서 고온의 이소 프로필 알코올(IPA : Iso-Propyl Alcohol) 증기를 웨이퍼에 공급하여 웨이퍼에 남아있는 물을 IPA로 치환한 후 IPA를 자연 건조시키는 방법이다.
Marangoni 건조방식은 DIW에 잠겨져 있는 웨이퍼를 천천히 IPA 분위기의 대기중으로 들어올리거나 DIW를 천천히 배출시켜 웨이퍼를 IPA 분위기의 대기 중으로 노출시키며 marangoni force를 이용하여 웨이퍼에 남아있는 물을 제거하는 방법이다.
그러나 이러한 방법들은 몇가지 문제점을 보이고 있다.
스핀건조방식의 경우에는 공정은 간단하나 친수성과 소수성이 동시에 드러나는 막질에서 물반점이 발생하거나 패턴 요부가 완전히 건조되지 않거나 DRAM과 같은 메모리 소자의 스토리지 폴리실리콘 구조에서는 물의 표면 장력에 의해 스토리지 폴리실리콘층이 서로 붙는 등의 문제점을 보인다.
IPA 증기건조방식의 경우에는 겔성의 결함을 유발하거나, 스토리지 폴리실리콘층이 서로 붙는 등의 문제점이 있다.
Marangoni 건조방식은 건조시간이 길고 공정 조건이 완전하지 않으면 역시 스토리지 폴리실리콘층이 서로 붙는 문제점이 있다.
공통적으로 이러한 종래의 건조방식은 파티클을 제거하는 능력이 없으며 오히려 건조장치의 특성상 파티클 오염과 새로운 결함을 생성시키는 문제점이 있다.
또한 IPA를 사용함으로써 친환경적인 공정에 위배되며 IPA에 의한 카본(carbon) 오염을 완전히 배제할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 문제점들을 개선하기 위하여 감압챔버 내에 설치된 건조챔버 내에 웨이퍼를 로딩한 후에 건조챔버와 감압챔버 사이의 감압밸브를 개방함으로써 건조챔버 내부를 순간적으로 감압하여 웨이퍼 표면에 남아있는 물방울을 순간 기화시켜서 건조시키는 순간감압가열 세정 및 건조장치와 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 순간 기화에 의해 파티클 제거가 가능한 순간감압가열 세정 및 건조장치와 그 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 순간감압 가열 건조장치의 횡단면 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 순간감압 가열 건조장치의 종단면 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 건조공정을 설명하기 위한 플로챠트.
도 4는 물의 온도에 따른 증기압의 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 순간감압 가열 세정 및 건조장치의 횡단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 순간감압 가열 건조장치의 횡단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명*
100 : 외조 또는 감압챔버 102 : 내조 또는 건조챔버
103 : 웨이퍼 가이드 104 : 덮개
106 : 웨이퍼 홀더 108 : 승강장치
110 : 감압밸브 112 : 감압밸브 제어부
114 : 도파관 116 : 마이크로파 발생기
118 : 가스공급관 120 : 가스공급기
122 : 배수관 124 : 배수밸브
126 : 배기관 128 : 진공펌프
130 : 공급관 132 : 공급밸브
134 : 세정액 공급기 136 : 가열램프
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 순간감압을 위하여 감압챔버는 내에 건조챔버를 설치한 이중챔버 구조를 가진다. 건조챔버의 벽에는 감압챔버와 개폐를 위한 감압밸브가 설치된다. 순간감압에 의한 온도하강을 보상하기 위하여 건조챕버 내부를 가열하기 위한 가열수단이 제공된다.
가열수단은 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기와, 마이크로파 발생기로부터 발생된 마이크로파를 건조챔버 내부로 안내하는 도파관을 포함한다.
또한, 가열수단은 건조챔버 내부에 설치된 가열램프로 구성할 수도 있다.
건조챔버의 벽은 세척액이나 린스액으로부터 보호하기 위하여 석영이나 테프론과 같은 내화학성 재질로 코팅된 금속재로 구성한다.
건조챔버의 감압 상태를 대기압으로 안정화시키기 위한 정화 가스, 예컨대 질화가스나 불활성가스를 공급하기 위한 정화가스 공급수단을 포함한다.
건조챔버 내의 린스액을 외부로 배출하기 위한 배수수단과, 건조챔버 내에 린스액을 공급하기 위한 린스액 공급수단을 포함한다.
본 발명의 방법은 웨이퍼를 세정 및 린스 한 후에 웨이퍼를 건조하기 위한 방법에 있어서, 상기 웨이퍼를 챔버 내에서 가열하는 도중에 순간적인 감압 분위기를 제공하여 웨이퍼 표면에 남아 있는 물방울의 비등점을 낮추어 순간적으로 기화시켜서 웨이퍼를 건조시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 클리닝 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 순간감압가열 건조장치의 바람직한 일실시예의 횡단면 구조를 나타내고, 도 2는 종단면 구조를 나타낸다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 건조장치는 감압챔버(또는 외조)(100) 내부에 건조챔버(또는 내조)(102)가 설치된 이중 챔버 구조를 가진다.
건조챔버(102)의 상부에는 진공 밀폐가 가능한 덮개(104)가 설치되고, 덮개(104)의 내측면에는 웨이퍼 홀더(106)가 설치된다. 덮개(104)의 후단은 승강장치(108)에 결합되어 덮개(104)는 승강장치(108)에 의해 상하로 구동된다.
덮개(104)가 상승하여 건조챔버(102)의 상부가 개방되고, 덮개(104)의 웨이퍼 홀더(106)에 수십개의 웨이퍼(W)들이 동시에 로딩되어 일렬 종대로 홀딩된다.
웨이퍼(W)들이 홀딩된 상태로 덮개(104)가 하강하여 건조챔버(106) 내부로로딩되고, 건조챔버(104) 내부는 밀폐된다.
건조챔버(102)의 벽은 웨이퍼(W)로부터 낙하된 세정액이나 린스액에 의해 부식되는 것을 방지하기 위하여 테프론 또는 석영과 같이 내화학성 및 내부식성이 좋은 코팅재로 코팅된 금속재로 구성된다.
건조챔버(102)의 벽에는 웨이퍼 가이드(103)가 설치되어 로딩된 웨이퍼(W)를일정 간격으로 정렬하고 움직이지 않도록 위치가 고정되도록 가이드한다.
건조챔버(102)의 벽에는 다수의 감압밸브들(110)이 형성된다. 감압밸브(110)는 종방향으로 길게 형성된 통공(111)을 개폐하도록 설치되고, 감압챔버(100)의 하방에 설치된 감압밸브 제어부(112)에 의해 구동된다. 통공(111)은 웨이퍼(W)의 에지 둘레에 근접하여 다수개가 배치되어 순간 감압시 웨이퍼 전체에 균일하게 감압이 전달되도록 하여, 순간 감압시 웨이퍼의 요동을 최대한 억제하고 핌핑아웃되는 수증기와 파티클의 흐름을 원활하게 한다.
건조챔버(102)에는 도파관(114)을 통하여 마이크로파 발생기(116)가 연결된다. 마이크로파 발생기(116)는 2.45GHz의 주파수를 가진 마이크로파를 발생한다. 그러나 공정에 따라서, 400MHz에서 40GHz 중 특정 주파수를 이용할 수 있다. 빠른 건조를 위하여 대략 1.5kW 이상의 대용량을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 건조챔버(102) 내부에는 마이크로파 발생기(116)에서 발생된 마이크로파가 도파관(114)을 통하여 전달되어 건조챔버(102) 내부의 수분을 가열하게 된다.
건조챔버(102)에는 가스공급관(118)을 통하여 가스공급기(120)가 연결된다.가스공급기(120)는 예컨대, 질화가스나 불활성가스를 건조챔버(102)내에 공급하여 압력을 대기압 수준으로 상승시키는 역할을 한다.
건조챔버(102)의 바닥에는 배수관(122)이 설치되어 배수밸브(124)가 개방되면 바닥에 떨어진 린스액이나 세정액을 챔버 외부로 배출시킨다.
감압챔버(100)에는 배기관(126)을 통하여 진공펌프(128)가 연결된다. 진공펌프(128)는 감압챔버(100) 내부의 공기를 배기하여 감압시키고, 감압밸브가 개방되었을 때, 기화된 수증기를 지속적으로 펌핑아웃하여 건조챔버(102) 및 감압챔버(100)의 감압상태를 유지한다.
감압챔버(100)에는 압력계가 설치되어 챔버(100)내의 압력을 표시한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예의 건조장치를 통한 건조동작은 도 3를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
웨이퍼는 세정조와 린스조를 통과하면서 세정과정을 거친 다음에(S200) 표면에 묻은 세정액이나 린스액을 완전히 제거하기 위하여 건조장치로 반송된다(S202).
건조장치에서는 초기상태, 즉 감압밸브가 폐쇄되어 감압챔버(100)와 건조챔버(102)가 완전히 격리된 상태에서 진공펌프(128)를 작동하여 감압챔버(100)내의 공기를 계속적으로 배기하여 대기압 보다 낮은 저압상태로 유지한다(S204).
그리고, 마이크로파 발생기(116)를 가동하여 건조챔버(102)의 내부를 적정 온도, 예컨대 섭씨 40 내지 60도 정도의 온도로 예비 가열을 지속한다. 이때, 배수밸브(124)는 개방된 상태로 유지한다(S206).
웨이퍼(W)가 건조장치에 반송되면, 승강장치(108)가 작동되어 챔버의덮개(104)가 상승하여 건조챔버(102)가 개방된다.
반송장치(미도시)로부터 덮개(104)의 내면에 설치된 웨이퍼 홀더(106)에 웨이퍼(W)를 로딩하여 홀딩한다. 웨이퍼(W)가 덮개(104)의 홀더(106)에 홀딩되면 승강장치(108)가 덮개(104)를 하강하여 건조챔버(102)내에 웨이퍼 로딩을 완료한다. 건조챔버(102)는 덮개(104)에 의해 완전히 밀폐된다.
웨이퍼로부터 떨어진 린스액은 배수관(122)을 통하여 외부로 배출된다.
웨이퍼 로딩이 완료되면, 웨이퍼 표면에 묻은 린스액이 기화되기 직전까지 건조챔버(102) 내부의 온도를 상승시키고 배수밸브(124)를 폐쇄시킨다(S208).
린스액이 기화되기 직전, 예컨대 섭씨 90도 내지 100도의 온도범위에서 감압밸브 제어부(112)를 통하여 갑자기 감압밸브(110)를 개방시킨다(S210).
감압밸브(110)가 개방되면, 건조챔버(102) 내부의 공기가 감압챔버(100)내부로 분산되면서 건조챔버(102) 내부의 압력이 대기압에서 저압상태로 순간적으로 낮아지게 된다. 따라서, 건조챔버(102) 내부의 웨이퍼(W) 표면에 묻어 있는 물방울의 비등점이 갑자기 낮아지게 되므로 순간적으로 기화하게 된다.
도 4를 참조하면, 물은 1대기압(101.3kPa)에서 1섭씨 100도의 비등점을 가진다. 그러나, 1/10대기압인 10.13kPa로 압력이 줄어들면 비등점은 섭씨46.2도로 낮아진다. 미국특허 6,286,524호에는 챔버 내부를 감압상태로 유지하는 건조장치를 소개하면서 온도에 따른 증기압의 변화 그래프를 개시하고 있다.
이때 국부적으로 큰 증기압을 유발하여 주변에 있는 파티클을 웨이퍼로부터 분리시키는 역할을 동시에 하게 된다.
이때, 압력이 낮아짐에 따라 챔버 내부의 기체가 팽창하게 되어 온도가 급감함에 따라 웨이퍼에 남아 있는 물이나 액체가 얼음이 될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 건조챔버(102)는 마이크로파 발생기(116)에 의해 지속적으로 가열된다.
또한, 감압밸브(110)의 개방에 따른 1차 순간 감압 이후에 챔버 내부는 기화된 수증기와 파티클 등으로 압력이 높아지게 된다. 따라서, 높아진 압력을 낮추기 위하여 진공펌프(128)는 지속적으로 가동되어 수증기나 파티클을 외부로 펌핑하여 배기하는 2차 감압이 지속된다(S212).
일정 시간이 경과하여 웨이퍼의 건조가 완료되면, 건조챔버(102) 내부로 가스공급기(120)를 통하여 질소가스가 공급되어(S214) 잔여 수증기나 파티클을 감압챔버(100)로 밀어 낸 다음에 감압밸브(110)가 폐쇄되어 감압챔버(100)와 건조챔버(102)가 서로 격리된다(S216).
또한, 감압밸브(110)가 폐쇄되면 진공펌프(128), 마이크로파 발생기(116)는 동작을 정지한다.
건조챔버(102)의 내부가 공급되는 질화가스에 의해 대기압 상태로 복원되면 질화가스의 공급이 중단되고, 웨이퍼(W)의 언로딩동작이 수행된다.
승강장치(108)에 의해 덮개(104)가 상승되고, 홀더(106)에 홀딩된 웨이퍼(W)가 반송장치로 언로딩된다(S218).
도 5는 본 발명에 의한 세정 및 건조장치의 바람직한 다른 실시예의 구성을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 다른 실시예는 일실시예와 비교하여 건조챔버(102)에 공급관(130) 및 공급밸브(132)를 통하여 세정액 공급기(134)가 더 연결된다.
즉, 웨이퍼 로딩 후에 건조챔버(102) 내에 세정액 또는 린스액을 공급하여 세정공정을 수행하고, 배수관(122) 및 배수밸브(124)를 통하여 배수함으로써 세정 한 후에 곧바로 건조공정을 진행할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 세정 및 건조장치의 바람직한 또 다른 실시예의 구성을 나타낸다. 도 6의 또 다른 실시예는 가열수단을 마이크로파 발생기 대신에 가열램프(136)를 채용한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명은 미리 감압된 감압챔버 내에 건조챔버를 설치한 이중 챔버 구조에서 이들 챔버 간의 감압밸브를 순간적으로 개방함으로써 건조챔버 내부를 순간 감압함으로써 물의 비등점을 낮추어 물을 순간적으로 기화시켜서 웨이퍼를 건조시킨다.
따라서, 첫째, 물반점이나 겔성 결함과 같은 결함 발생이 감소되며, 순간적으로 발생하는 증기압에 의해 파티클을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.
둘째, 건조공정시간을 단축할 수 있다.
셋째, 웨이퍼에 남아 있는 물을 끓이기 때문에 표면장력을 낮출 수 있으므로스토리지 폴리의 브리지 결함 등을 예방할 수 있다.
넷째, IPA와 같은 화학약품을 사용하지 않기 때문에 환경 오염을 감소할 수 있다.
Claims (17)
- 감압챔버;상기 감압챔버와 연결되며, 상기 감압챔버의 내부를 대기압 이하로 감압하기 위한 진공펌프;로딩된 웨이퍼를 건조시키기 위하여 상기 감압챔버 내에 설치된 건조챔버;상기 건조챔버의 벽에 설치되며, 상기 웨이퍼 표면에 남아있는 물방울을 순간적으로 기화시키기 위하여 개방시 상기 진공펌프에 의해 형성된 저압상태로 상기 건조챔버 내부의 압력상태를 순간적으로 감압시키기 위한 감압밸브; 및상기 건조챔버 내부를 가열하기 위한 가열수단을 포함하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 감압밸브는종방향으로 배열된 상기 웨이퍼를 따라 연장된 장공을 개폐하는 구조로 상기 웨이퍼의 에지 둘레에 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열수단은마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기; 및상기 마이크로파 발생기로부터 발생된 마이크로파를 상기 건조챔버 내부로 안내하는 도파관을 구비한 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 건조챔버의 벽은 내화학성 재질로 코팅된 금속재인것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 내화학성 코팅재는테프론, 석영 또는 이들의 조합으로 된 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열수단은상기 건조챔버의 내에 설치된 적어도 하나 이상의 가열램프인 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장치는건조챔버의 감압 상태를 대기압으로 안정화시키기 위한 정화 가스를 공급하기 위한 정화가스 공급수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 정화가스는 질소 또는 불활성가스인 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장치는상기 건조챔버 내의 린스액을 외부로 배출하기 위한 배수수단을 더 구비한것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 장치는건조챔버 내에 린스액을 공급하기 위한 린스액 공급수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 순간감압 가열 건조장치.
- 삭제
- 웨이퍼를 내조에 준비하는 단계;상기 내조를 포함하는 외조의 내부를 대기압 이하로 감압하여 저압상태로 유지하는 단계;상기 내조에 준비된 상기 웨이퍼를 가열하는 단계;상기 내조를 순간적으로 감압시켜 상기 웨이퍼 표면에 남아 있는 물방울을 순간적으로 기화시키기 위하여 상기 내조와 외조를 개폐하는 감압밸브를 개방하는 단계;상기 웨이퍼가 완전히 건조된 상태로 되는 소정 시간이 경과한 후에 상기 감압밸브를 차단하는 단계;상기 내조에 정화가스를 공급하여 내조 내부를 대기압 상태로 안정화 시키는 단계;상기 건조된 웨이퍼를 언로딩시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 준비한 다음에상기 내조에 세정액을 공급하는 단계;상기 세정액으로 웨이퍼를 세정하는 단계; 및상기 세정액을 배수하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 정화가스의 공급은 잔여 수증기나 파티클을 내조로부터 외조로 배출하기 위하여 감압챔버가 차단되기 전부터 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 정화가스는 질소가스 또는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 감압밸브를 개방한 후에 지속적으로 내조의 공기를 펌핑하여 감압상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 감압밸브가 개방된 후에도 지속적으로 내조를 가열하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조방법.
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