KR100774702B1 - Apparatus and method for drying wafer - Google Patents

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Abstract

A method and an apparatus for drying a wafer are provided to prevent a watermark from remaining after a drying process by arranging the wafer between electrode plates. An apparatus for drying a wafer includes a power source(100), an electrode plate unit(210,220), an inductor(300), and a filter(400). The electrode plate unit includes a first electrode plate which is connected to an anode of the power source, and a second electrode plate which is connected to a cathode of the power source. The inductor multiplies a frequency of an AC voltage which is provided from the power source and generates a discharge voltage. The filter prevents a discharge of an energy stored on the electrode plate. A rinsed wafer is placed between the first and second electrode plates, and an electric polarizing process is performed on the wafer.

Description

웨이퍼 건조 장치 및 방법 {Apparatus and method for drying wafer}Wafer drying apparatus and method {Apparatus and method for drying wafer}

도 1는 종래 방식의 웨이퍼 건조 장치를 개략적으로 도시한 모식도.1 is a schematic diagram showing a conventional wafer drying apparatus.

도 2는 본 발명에 의한 웨이퍼 건조 장치의 개략적인 회로 구성도.2 is a schematic circuit diagram of a wafer drying apparatus according to the present invention.

도 3a 내지 도 3b는 공급 전원의 파형을 도시한 그래프.3A to 3B are graphs showing waveforms of supply power.

도 4는 본 발명에 의한 웨이퍼 건조 방법의 각 단계를 순차적으로 도시한 플로우챠트.4 is a flowchart showing sequentially each step of the wafer drying method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 웨이퍼 20 : 스핀척10 wafer 20 spin chuck

30 : 가스 공급 노즐 100 : 전원부30: gas supply nozzle 100: power supply

210 : 제1 전극판 220 : 제2 전극판210: first electrode plate 220: second electrode plate

300 : 인덕터 400 : 필터300: inductor 400: filter

일반적으로 반도체 소자 제공공정은 웨이퍼 상에 확산, 사진, 식각, 이온주입 및 증착 등의 일련의 공정을 거쳐서 완성된다. 이러한 공정을 통해 제조되는 반도체 소자는 패턴의 미세화화와 고집적화가 되어감에 따라 공정 중에 발생하는 파 티클이나 각종 오염물에 의해 제품 수율이나 신뢰성에 상당히 영향을 받으므로 제조 공정 중의 모든 웨이퍼는 항상 청결한 상태로 유지되어야 한다.Generally, a semiconductor device providing process is completed through a series of processes such as diffusion, photography, etching, ion implantation, and deposition on a wafer. As semiconductor devices manufactured through these processes become finer and more integrated, the wafer yield and reliability are significantly affected by the particles and various contaminants generated during the process, so all wafers in the manufacturing process are always clean. Should be maintained.

종래의 웨이퍼 건조 방법으로는 원심력을 이용하여 린스 공정이 진행된 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 초순수물(DI Water)을 제거하는 회전 건조법(Spin Dry)과, 이소프로필 알콜(IPA : Isopropyl Alcohol)의 휘발성을 이용한 IPA 증기치환법이 있다.Conventional wafer drying methods include a spin drying method of rotating a wafer subjected to a rinse process using a centrifugal force at a high speed to remove DI water, and the volatility of isopropyl alcohol (IPA). There is an IPA steam replacement method used.

도 1는 상기의 건조 방식을 이용하는 웨이퍼 건조 장치를 모식적으로 도시하고 있다.1 schematically shows a wafer drying apparatus using the above drying method.

세정건조장치에는 웨이퍼의 세정건조공정이 수행되는 챔버(도면에 미도시)가 구비되는데, 챔버 내부에는 웨이퍼(10)를 진공에 의해 파지하고 이를 회전시키는 스핀척(20)이 구비된다. 또한, 상기 웨이퍼(10)에 세정건조공정에 필요한 세정액과 린스액 및 건조가스를 공급하는 노즐(30)이 구비된다.The cleaning and drying apparatus includes a chamber (not shown in the drawing) in which the cleaning and drying process of the wafer is performed. The chamber is provided with a spin chuck 20 for holding and rotating the wafer 10 by vacuum. In addition, the wafer 10 is provided with a nozzle 30 for supplying a cleaning liquid, a rinse liquid and a dry gas necessary for the cleaning and drying process.

먼저, 상기 스핀척은 상기 기판을 파지하고 저속으로 상기 기판을 회전시키면서 웨이퍼(10)의 피처리면에 암모니아 용액과 과산화수용액의 혼합용액을 공급하여 웨이퍼상의 오염물질을 제거한다(1차 세정 공정). 이후, 웨이퍼(10)의 피처리면에 탈이온수를 공급하여 제1 린싱공정을 수행하고, 이어서, 희석된 불산용액을 공급하여 웨이퍼(10)의 피처리면에 생성된 자연산화막을 제거한다. 그리고, 웨이퍼의 피처리면에 다시 탈이온수를 공급하여 제2 린싱공정을 수행한다.First, the spin chuck grips the substrate and rotates the substrate at a low speed to supply a mixed solution of an ammonia solution and an aqueous peroxide solution to the target surface of the wafer 10 to remove contaminants on the wafer (primary cleaning process). . Thereafter, deionized water is supplied to the target surface of the wafer 10 to perform a first rinsing process, and then diluted hydrofluoric acid solution is supplied to remove the natural oxide film generated on the target surface of the wafer 10. Then, deionized water is again supplied to the target surface of the wafer to perform the second rinsing process.

제2 린싱공정이 수행된 후, 스핀모터는 5000RPM 이상으로 상기 웨이퍼(10)를 회전시켜 린스액을 건조시킨다After the second rinsing process is performed, the spin motor rotates the wafer 10 at 5000 RPM or more to dry the rinse liquid.

상기 스핀 건조법과 선택적으로, 상기 제2 린싱공정을 마친 후 웨이퍼의 피처리면에 상온의 질소가스와 이소프로필알콜(isopropyl alcohol; IPA) 증기를 공급하여 상기 기판을 건조시킬 수도 있다. 이소프로필알콜 증기는 마란고니 효과(Marangoni effect)를 이용하여 건조 효율을 향상시킨다.After the spin drying method and optionally the second rinsing process, the substrate may be dried by supplying nitrogen gas and isopropyl alcohol (IPA) vapor at room temperature to the surface to be processed. Isopropyl alcohol vapor uses the Marangoni effect to improve the drying efficiency.

여기서 스핀 건조법은, 고속 회전으로 인하여 웨이퍼의 손상 또는 파손의 우려가 있으며, 상기 IPA 치환법은 IPA를 가열하는 과정에서 폭발 및 화재의 위험성이 있고 가격 또한 고가라는 단점이 있다. 또한 상기의 건조 방법들은 건조 공정을 수행한 다음에 웨이퍼 상에 건조 자국(water mark)이 잔류하는 문제점이 있다 Here, the spin drying method may cause damage or breakage of the wafer due to the high speed rotation, and the IPA substitution method has a disadvantage in that a risk of explosion and fire during heating of the IPA and the price are expensive. In addition, the above drying methods have a problem that water marks remain on the wafer after the drying process.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전기 분극을 이용하여 세정액 또는 린스액을 제거함으로써 고속 회전에 따른 웨이퍼의 파손을 미연에 방지하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the object of which is to prevent the damage of the wafer due to the high-speed rotation by removing the cleaning liquid or rinse liquid using the electrical polarization.

본 발명의 다른 목적은 인덕터 및 필터를 통해 교류전원을 직류화하는 한편 전기 분극을 수행하기 위한 전극판의 에너지 방전을 방지하는 데에 있다.Another object of the present invention is to prevent the energy discharge of the electrode plate for performing electrical polarization while direct current of the AC power through the inductor and filter.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분극 작용을 이용하여 웨이퍼를 건조하는 장치에 관한 것으로서, 전원부 및 상기 전원부의 양극(+)에 연결된 제1 전극판과 상기 전원부의 음극(-)에 연결된 제2 전극판으로 이루어지는 전극판부를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 세정을 마친 웨이퍼를 위치시켜 전기 분극을 수행한다.The present invention for achieving the above object relates to a device for drying a wafer by using a polarization action, the first electrode plate connected to the positive electrode (+) of the power supply unit and the power supply and the negative electrode (-) connected to the power supply unit It comprises an electrode plate portion consisting of a two-electrode plate, by performing the electrical polarization by placing the cleaned wafer between the first electrode plate and the second electrode plate.

여기서, 상기 웨이퍼 건조 장치에는 상기 전원부에 의해 공급되는 교류 전원의 주파수를 배가(倍加)하여 직류화 하기 위한 인덕터 및 상기 전극판부에 충전된 에너지의 방전을 방지하기 위한 필터가 더 포함될 수 있으며, 상기 전원부는 일정 크기에 다다를 때까지 전압을 단계적으로 증가하여 공급하는 것이 바람직하다.Here, the wafer drying apparatus may further include an inductor for doubling the frequency of the AC power supplied by the power supply unit to direct current, and a filter for preventing discharge of energy charged in the electrode plate unit. It is preferable that the power supply unit gradually increases the voltage until it reaches a predetermined size.

한편, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분극 작용을 이용하여 웨이퍼를 건조하는 방법에 관한 것으로서, 세정을 마친 웨이퍼를 사이에 두는 두 개의 전극판에 전원이 인가되는 단계와, 상기 특정 전극판에 양극(+)이 형성되고, 다른 전극판에 음극(-)이 형성되는 단계 및 상기 웨이퍼 상의 세정액이 분극되어 하나 이상의 기체로 화학변화 하는 단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the present invention for achieving the above object relates to a method for drying a wafer by using a polarization action, the step of applying power to two electrode plates between the cleaned wafer, and the specific electrode plate A positive electrode (+) is formed in the cathode, a negative electrode (-) is formed in the other electrode plate, and the cleaning liquid on the wafer is polarized to chemically change into one or more gases.

여기서, 상기 웨이퍼 건조 방법은 상기 인가된 교류 전원의 주파수가 인덕터에 의해 배가(倍加)되어 직류화 되는 단계 및 필터에 의해 상기 전극판에 충전된 에너지의 방전이 방지되는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the wafer drying method may further include the step of the frequency of the applied AC power is doubled by an inductor to be DC, and preventing the discharge of energy charged in the electrode plate by a filter. .

이하, 본 발명의 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 바람직한 실시예에 대해 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 웨이퍼 건조 장치의 개략적인 회로 구성을 도시한다. 본 발명의 웨이퍼 건조 장치는 크게 전원부(100)와 전극판(210, 220)을 포함하여 이루어지며, 여기에 인덕터(300) 및 필터(400)가 더 포함될 수 있다.2 shows a schematic circuit configuration of the wafer drying apparatus according to the present invention. The wafer drying apparatus of the present invention largely includes the power supply unit 100 and the electrode plates 210 and 220, and may further include the inductor 300 and the filter 400.

전원부(100)는 전극판(210, 220)에 소정의 전원을 공급한다. 이때 전원부(100)는 직류 전원을 공급하는 것이 원칙이나, 교류 전원을 공급하되 인덕 터(300)를 통해 이를 직류로 변환하는 방식도 사용 가능하다.The power supply unit 100 supplies predetermined power to the electrode plates 210 and 220. At this time, the power supply unit 100 is a principle of supplying DC power, but supplying AC power, but can also be used to convert it to DC through the inductor 300.

즉, 전원부(100)가 도 3a와 같이 최저점이 0[V]이고 소정 주파수를 가지는 교류 전원을 공급한다고 가정할 때, 제1구간(t1)에서는 인덕터(300)를 통과하더라도 소정의 시간이 경과하면 제1구간(t1)의 전압 크기(V1)를 회복하여 도 3b에서의 제3구간(t3)에 해당하는 파형을 유지할 수 있다. 이에 비해, 제2구간(t2)에서는 공급 전압이 갑자기 0[V]로 떨어지므로 인덕터(300)에서는 렌츠의 법칙에 의해 유도 기전력이 발생하여 소정의 시간(t4) 동안 종래 구간(t3)에 해당하는 파형이 유지된다. 따라서, 결과적으로 공급 전원의 주파수는 2배가 되고, 전극판(210)에는 크기가 V0인 직류 전원이 공급되는 형상이 된다. 여기서, 제1구간(t1)의 시작점에서 갑작스런 전압의 상승으로 반대 극의 유도 기전력이 발생한다는 점, 제4구간(t4)에서 유도 기전력이 유지되는 시간은 제3구간(t3)에 비해 상대적으로 짧다는 점을 감안할 때, 상기 제1구간(t0)은 제2구간(t1)에 비해 상대적으로 길게 설정되는 것이 바람직하다.That is, assuming that the power supply unit 100 supplies AC power having a lowest point and a predetermined frequency as shown in FIG. 3A, a predetermined time elapses even if the power supply unit 100 passes through the inductor 300 in the first section t1. In this case, the waveform corresponding to the third section t3 of FIG. 3B may be maintained by restoring the voltage magnitude V1 of the first section t1. On the other hand, since the supply voltage suddenly drops to 0 [V] in the second section t2, the induced electromotive force is generated in the inductor 300 according to the law of Lenz, corresponding to the conventional section t3 for a predetermined time t4. The waveform is maintained. Therefore, as a result, the frequency of the supply power is doubled, and the electrode plate 210 has a shape in which a DC power supply having a size V0 is supplied. Here, the induced electromotive force of the opposite pole occurs due to a sudden increase in the voltage at the start of the first section (t1), the time that the induced electromotive force is maintained in the fourth section (t4) is relatively compared to the third section (t3) In view of the shortness, it is preferable that the first section t0 is set to be relatively longer than the second section t1.

전극판부는 제1 전극판(210)과 제2 전극판(220)으로 이루어지며, 제1 전극판(210)과 제2 전극판(220) 사이에는 세정 공정을 마친 웨이퍼(10)가 위치한다. 전극판부에 직류 전원 또는 상기와 같은 과정을 거쳐 직류화된 전원이 인가되면 제1 전극판(210)에는 양전하(+)가 유도되고 제2 전극판(220)에는 음전하(-)가 유도된다. The electrode plate portion includes a first electrode plate 210 and a second electrode plate 220, and a wafer 10 having been cleaned is disposed between the first electrode plate 210 and the second electrode plate 220. . When a direct current power source or a direct current power source is applied to the electrode plate unit, a positive charge (+) is induced to the first electrode plate 210 and a negative charge (−) is induced to the second electrode plate 220.

필터(400)는 전극판부에 충전된 에너지가 회선을 타고 방전되는 것을 방지하고, 전원부(100)가 최저점이 0[V]가 아닌 교류 전원을 공급하는 경우 마이너스 전 압구간의 전류 흐름을 차단함으로써 인덕터(300)에서 전원 펄스 주파수를 2배로 변환하는 과정을 용이하게 한다. 이때, 필터로는 역방향 전류 차단을 위한 다이오드가 사용될 수 있다.The filter 400 prevents the energy charged in the electrode plate portion from being discharged along the line, and cuts off the current flow between the negative voltage section when the power supply unit 100 supplies AC power with the lowest point not equal to 0 [V]. It facilitates the process of converting the power supply pulse frequency in the inductor 300 twice. In this case, a diode for blocking reverse current may be used as the filter.

한편, 전원부(100)는 해당 웨이퍼 건조 장치의 안정적인 동작을 위해 공급 전원이 일정 크기에 다다를 때까지 전압을 단계적으로 증가하여 공급하는 것이 바람직하다.On the other hand, the power supply unit 100 is preferably supplied by increasing the voltage step by step until the supply power reaches a predetermined size for stable operation of the wafer drying apparatus.

이제, 인덕터(300) 및 필터(400)를 포함하는 웨이퍼 건조 장치에서 펄스 전압이 입력되는 경우에 있어서 웨이퍼가 건조되는 과정을 상세히 설명하기로 한다. 참고로, 도 4는 본 발명에 의한 웨이퍼 건조 방법의 각 단계를 순차적으로 도시한 플로우챠트이다.Now, the process of drying the wafer when the pulse voltage is input in the wafer drying apparatus including the inductor 300 and the filter 400 will be described in detail. For reference, FIG. 4 is a flowchart showing sequentially each step of the wafer drying method according to the present invention.

세정을 마친 웨이퍼(10)가 두 전극판(210, 220) 사이에 놓여지고 전원이 인가되면(S401), 상기 설명한 바와 같은 원리로 두 개의 전극판 각각에 양극(+) 및 음극(-)이 형성된다(S403). 이러한 상태에서 웨이퍼의 건조가 수행되는 원리를 살펴보면 다음과 같다.When the cleaned wafer 10 is placed between the two electrode plates 210 and 220 and power is applied (S401), the positive electrode and the negative electrode are formed on each of the two electrode plates in the same manner as described above. It is formed (S403). Looking at the principle that the drying of the wafer in this state is as follows.

즉, 초순수물(DI water) 분자는 두 개의 수소원자와 한 개의 산소원자가 공유결합을 하고 있는데, 이 중 수소원자는 약한 양(+)전하를 띄고 있고 산소원자는 상대적으로 강한 음(-)전하를 띄고 있다. 여기서 양전하를 띈 수소원자는 음극(-)의 전극판(220)으로 끌리고, 음전하를 띈 산소원자는 양극(+)의 전극판(210)으로 끌린다. That is, in the DI water molecule, two hydrogen atoms and one oxygen atom are covalently bonded, of which hydrogen atoms have a weak positive charge and oxygen atoms have a relatively strong negative charge. Is showing. Here, the positively charged hydrogen atoms are attracted to the electrode plate 220 of the negative electrode (−), and the negatively charged oxygen atoms are attracted to the electrode plate 210 of the positive electrode (+).

전극판에 인가된 전압은 인덕터를 거치면서 전자기장을 형성하는데 입력 전 압의 펄스가 종료할 때 전압은 오프(off)되면서 렌츠의 법칙에 의해 같은 극성의 또 다른 펄스가 발생되므로 결국 전압의 펄스 주파수는 2배가 된다(S405). 또한, 다이오드는 상기와 같이 2배의 주파수로 직류화된 전압을 통해 전극판에 에너지가 충전된 경우 역방향의 전류 흐름을 차단하여 에너지의 방전이 발생하지 않도록 한다(S407).The voltage applied to the electrode plate forms an electromagnetic field through the inductor. When the pulse of the input voltage ends, the voltage is turned off and another pulse of the same polarity is generated by the law of Lenz. Is doubled (S405). In addition, the diode blocks the current flow in the reverse direction when energy is charged in the electrode plate through the voltage that is DC at twice the frequency as described above to prevent the discharge of energy (S407).

한편, 공급 전압의 크기가 단계적으로 증가되어 1000 [V] 이상이 되면 초순수물의 분자가 팽창을 개시하고 그 이상으로 전압이 증가됨에 따라 특정 맥동 주파수에서 초순수물 분자의 내부에서 공명이 발생한다. 이윽고 지속적인 펄스가 가해지면 펄스의 수에 비례하여 초순수물 분자 내의 에너지 레벨이 증가하고, 어느 순간 수소원자와 산소원자의 결합이 약해져 공유결합이 해제되면서 O2, H2 기체로 환원된다(S409).On the other hand, when the magnitude of the supply voltage increases stepwise to more than 1000 [V], the resonance of the ultrapure water molecules occurs at a specific pulsation frequency as the molecules of the ultrapure water start to expand and the voltage increases beyond that. Then, when a continuous pulse is applied, the energy level in the ultrapure water molecules increases in proportion to the number of pulses, and at some point, the bond between the hydrogen atom and the oxygen atom is weakened and the covalent bond is released, thereby reducing the O 2 and H 2 gas (S409). .

이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, the present invention has been described using embodiments, but these embodiments are merely exemplary, and those skilled in the art may make various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. I can understand that.

본 발명에 의하면, 전기 분극을 이용하여 세정액 또는 린스액을 제거할 수 있으므로 고속 회전으로 인한 웨이퍼의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 전극판 사이에 다량의 웨이퍼를 위치시켜 건조 효율을 증대시킬 수 있으며, 화학 작용에 의 한 건조 방식을 채택하였으므로 건조 공정 후에 워터마크 등의 흔적이 남지 않는다.According to the present invention, since the cleaning liquid or the rinse liquid can be removed using electric polarization, it is possible to prevent breakage of the wafer due to the high speed rotation, and to increase the drying efficiency by placing a large amount of wafers between the electrode plates. In addition, since the drying method by chemical action is adopted, no trace of watermark or the like remains after the drying process.

Claims (5)

분극 작용을 이용하여 웨이퍼를 건조하는 장치에 있어서,In the apparatus for drying a wafer using polarization action, 전원부;Power supply; 상기 전원부의 양극(+)에 연결된 제1 전극판과 상기 전원부의 음극(-)에 연결된 제2 전극판으로 이루어지는 전극판부;An electrode plate part including a first electrode plate connected to the positive electrode (+) of the power supply unit and a second electrode plate connected to the negative electrode (−) of the power supply unit; 상기 전원부에 의해 공급되는 교류 전원의 주파수를 배가(倍加)하여 직류화 하기 위한 인덕터;및 An inductor for doubling the frequency of the alternating current power supplied by the power supply unit; 상기 전극판부에 충전된 에너지의 방전을 방지하기 위한 필터;를 포함하며,And a filter for preventing discharge of energy charged in the electrode plate portion. 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 세정을 마친 웨이퍼를 위치시켜 전기 분극을 수행하는 웨이퍼 건조 장치.Wafer drying apparatus for performing the electrical polarization by placing the cleaned wafer between the first electrode plate and the second electrode plate. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전원부는 일정 크기에 다다를 때까지 전압을 단계적으로 증가하여 공급하는 웨이퍼 건조 장치.Wafer drying apparatus for supplying by increasing the voltage step by step until the power supply reaches a predetermined size. 분극 작용을 이용하여 웨이퍼를 건조하는 방법에 있어서,In a method of drying a wafer using polarization, 세정을 마친 웨이퍼를 사이에 두는 두 개의 전극판에 전원이 인가되는 단계;Power is applied to two electrode plates sandwiching the cleaned wafer; 상기 특정 전극판에 양극(+)이 형성되고, 다른 전극판에 음극(-)이 형성되는 단계;Forming a positive electrode (+) on the specific electrode plate and forming a negative electrode (−) on the other electrode plate; 상기 인가된 교류 전원의 주파수가 인덕터에 의해 배가(倍加)되어 직류화되는 단계;Frequency of the applied AC power is multiplied by an inductor to be DC-directed; 필터에 의해 상기 전극판에 충전된 에너지의 방전이 방지되는 단계;및Preventing discharge of energy charged in the electrode plate by a filter; and 상기 웨이퍼 상의 세정액이 분극되어 하나 이상의 기체로 화학변화하는 단계;를 포함하는 웨이퍼 건조 방법.And chemically changing the cleaning liquid on the wafer to at least one gas. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20000001448A (en) * 1998-06-11 2000-01-15 이형도 Apparatus of fabricating piezoelectric board and method of the same

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