KR101388111B1 - 기판 건조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 건조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 건조 공정에 있어서, 건조 시간을 단축하고 생산량을 향상시키는 기판 건조장치에 관한 것이다. 상기 기판을 건조하는 장치는 가스가 분사되는 노즐을 구비하며, 상기 노즐의 분사면적이 상기 기판의 중앙보다 상기 기판의 가장자리로 이동할수록 확대된다. 여기서, 상기 가스는 질소인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성으로, 기판 세정 공정 후 건조 시간을 단축을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 기판의 넓은 범위을 분사함으로써, IPA(이소프로필 알코올)미스트(Mist)가 상기 기판 표면에 재부착되는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 건조장치{Wafer drying equipment}
본 발명은 기판 건조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 건조 공정에 있어서, 건조 시간을 단축하고 생산량을 향상시키는 기판 건조장치에 관한 것이다.
일반적인 반도체 제조 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 이러한 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막 등을 제거하는 공정으로, 최근에는 이러한 기판 표면에 포함된 불순물(Particle)들을 제거하는 기판 세정기술이 반도체 소자의 제조공정에서 매우 중요하게 대두되고 있다.
이와 같은 세정공정에서 화학 용액 세정단계는 반도체 기판을 화학용액으로 세정하는 단계이고, 수세단계는 상기 화학용액으로 반도체 기판을 탈이온수(Deionized Water; DIW)등의 세정액에 의해 세정하는 단계이며, 건조단계는 수세처리된 반도체 기판을 건조시키는 단계이다.
한편, 기판 건조 공정에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 세정 공정 후 약액을 이용하여 기판 박막 및 불순물(Particle) 제거 후 초순수로 린스 처리한 다음 건조공정을 거치게 된다.
상기 건조 공정은 일반적으로 1500 ~ 2500 RPM으로 기판을 회전시켜 건조하는 스핀(Spin) 방식과 스핀과 동시에 기판 표면에 불화성 가스인 질소가스(N2)를 공급하여 상기 기판을 건조시키는 N2건조 방식이 있다.
그러나, 최근에는 스핀과 동시에 이소프로필 알코올(IPA) 및 질소가스를 분사하여 건조시키는 로타고니 드라이(Rotagoni dry)방식이 각광받고 있다.
상기 로타고니 드라이(Rotagoni dry)방식은 상기 이소프로필 알코올(IPA)의 증기 또는 액체를 분사하는 동시에 질소가스를 분사 시킴으로써, 마란고니 효과(Marangoni Effect)에 의해 상기 기판 표면에 잔존하는 수분의 표면 장력을 낮추어 건조시키는 방식이다. 여기서, 상기 마란고니 효과는 하나의 용액 영역에 2개의 다른 표면장력 영역이 존재할 경우, 표면장력이 작은 영역으로부터 표면장력이 큰 영역으로 용액이 흐르는 원리를 이용하여 기판을 건조시키는 것이다.
하지만, 상기 기판이 일정한 속도로 회전을 하고, 이소프로필 알코올(IPA) 및 질소가스를 분사하는 노즐이 상기 기판의 중앙에서 가장자리 방향으로 직선 또는 곡선으로 이동하면서 건조시키는 면적이 점점 넓어짐으로 인해 상기 노즐의 이동속도를 줄이면서 건조공정을 수행한다. 그로 인해, 상기 기판의 건조 시간이 길어지고, 시간당 생산량이 줄어드는 문제점이 발생한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 기판 세정 공정 후 건조 시간을 단축을 통해 생산성을 향상시키는 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 상기 기판의 넓은 범위를 분사함으로써, 이소프로필 알코올(IPA)의 미스트(Mist)가 상기 기판 표면에 재부착되는 것을 방지하는 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 기판을 건조하는 장치는 가스가 분사되는 건조 노즐을 구비하며, 상기 건조 노즐의 분사면적이 상기 기판의 중앙보다 상기 기판의 가장자리로 이동할수록 확대된다. 여기서, 상기 가스는 질소인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 건조 노즐은 3 개 이상의 분사홀로 구성되며, 상기 건조 노즐이 상기 기판의 중앙에서 상기 기판의 가장자리로 이동하는 동안 상기 가스가 분사되는 분사홀의 개수가 증가하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 건조 노즐의 이동 경로는 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 건조 노즐의 이동 속도는 1~5mm/sec 인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 기판은 450 ~ 1100 rpm으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성으로, 기판 세정 공정 후 건조 시간을 단축을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 기판의 넓은 범위를 분사함으로써, 이소프로필 알코올(IPA)의 미스트(Mist)가 상기 기판 표면에 재부착되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 세정 공정 후 건조 시간을 단축을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판의 넓은 범위를 분사함으로써, 이소프로필 알코올(IPA)의 미스트(Mist)가 상기 기판 표면에 재부착되는 것을 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치의 노즐부를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐부 중 건조노즐이 노즐부의 이동경로에 따라 변화되는 것을 도시한 구성도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 건조면적이 노즐부의 이동경로에 따라 변화되는 것을 도시한 구성도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 건조 장치에 대해 자세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도1을 참고하면, 기판 건조장치(1)는 용기(10), 지지부재(20), 노즐부(30), 이동부(40), 유체 공급원(50) 및 제어부(60)를 포함한다.
상기 용기(10)는 내부에 기판(W)를 세정하는 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 상기 용기(10)는 상부가 컵 형상을 가지며, 상기 용기(10)의 개방된 상부는 공정시 기판(W)가 상기 공간으로 반입되기 위한 통로로 이용된다. 상기 용기(10)의 하부에는 공정에 사용된 유체를 용기(10) 외부로 배출시키기 위한 배출라인(11)이 제공될 수 있다.
상기 지지부재(20)는 공정 진행시 상기 용기(10) 내부에서 기판(W)를 지지 및 회전시킬 수 있다. 상기 지지부재(20)는 스핀헤드(Spin Head)(21), 회전축 (Rotating Shaft)(22) 및 구동기(Driving part)(23)를 포함한다. 상기 스핀헤드(21)는 기판(W)가 로딩되는 상부면을 가지며, 상기 스핀헤드(21)의 상부면은 대체로 원형형상을 이루어져, 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 회전축(22)은 일단이 상기 스핀헤드(21) 하부 중앙과 결합되고, 타단은 상기 구동기(23)와 결합된다. 상기 구동기(23)는 상기 회전축(22)을 회전시켜, 공정시 스핀헤드(21)에 놓여진 기판(W)가 기설정된 회전속도로 회전되도록 한다. 또한, 상기 구동기(23)는 상기 기판(W)의 로딩 및 언로딩시 회전축(22)을 업 또는 다운시켜 기판(W)의 높이가 조절되도록 한다. 여기서, 상기 기판은 450 ~ 1100 rpm으로 회전할 수 있다.
상기 노즐부(30)는 세정 공정시 기판(W)를 세정하기 위한 유체를 공급한다. 상기 노즐부(30)는 노즐몸체(미도시) 및 복수의 분사노즐(31,32,33)들을 포함할 수 있다. 상기 노즐몸체(미도시)는 유체 공급원(50)으로부터 유체를 공급받아 각각의 분사노즐(31,32,33)로 이송시킨다. 상기 분사노즐(31,32,33)들은 공정시 기판(W)를 세정하기 위한 유체를 분사한다. 여기서, 상기 분사노즐(31,32,33)들은 3개의 노즐로 구성되며, 세정노즐(31), 알코올 노즐(32) 및 건조 노즐(33)을 포함한다.
예를 들면, 상기 세정노즐(31), 알코올 노즐(32) 및 건조 노즐(33)은 노즐부(30)의 하부면에 일렬로 위치된다. 상기 세정노즐(31)은 공정시 기판(W)로 세정액을 분사하고, 알코올 노즐(32)은 공정시 기판(W)로 이소프로필 알코올(IPA)을 분사한다. 그리고, 건조 노즐(33)은 공정시 고온의 건조가스를 분사한다. 여기서, 상기 세정액은 불산(HF) 용액이 사용되고, 건조가스는 약50℃이상의 온도로 가열되는 질소가스(N₂Gas)가 사용될 수 있다.
또한, 건조 노즐(33)은 공정시 알코올 노즐(32)의 뒤를 따라 이동되도록 배치된다. 즉, 기판(W)의 건조 공정시 알코올 노즐(32)은 이소프로필 알코올(IPA)를 기판(W)로 분사하고, 이와 동시에 건조 노즐(33)은 질소가스를 기판(W)로 분사한다. 이때, 이소프로필 알코올에 의한 건조가 수행된 기판(W) 영역이 뒤이어 바로 건조가스에 의한 건조가 수행되도록, 건조 노즐(33)은 알코올 노즐(32)의 이동경로를 뒤따라 이동된다.
이는 이소프로필 알코올에 의한 건조 후 건조가스에 의한 건조를 실시하여, 건조 공정시 이소프로필 알코올에 의한 건조로부터 건조가스에 의한 건조로 교체되는 과정의 시간을 없애 세정 공정 시간을 단축시키고, 유체의 교체 과정시 기판(W)가 외부 공기에 노출되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 이동부(40)는 노즐부(30)를 이동시키며, 이동암(Transfer Arm), 지지축 및 구동모터(driving motor)를 포함한다.
상기 이동암은 일단이 노즐부(30)와 연결되며, 타단은 용기(10) 외부 일측에 설치되는 지지축과 연결된다. 상기 이동암은 노즐부(30)의 직선 및 회전 운동을 위해 구동모터와 연결되는 지지축과 유기적으로 동작된다. 상기 지지축은 일단이 이동암과 연결되고, 타단이 구동모터와 연결된다. 상기 지지축은 구동모터에 의해 동작되어 이동암을 이동시킨다.
상기 유체 공급원(50)은 세정액 공급원(Cleanig Liquid Supply Source), 이소프로필 알코올 공급원(Alcohol Supply Source) 및 건조가스 공급원(Dry Gas Supply Source)을 포함한다.
상기 세정액 공급원은 세정액을 저장하며, 공정시 세정액 공급라인을 통해 세정노즐(31)로 세정액을 공급한다. 동일한 방식으로 상기 이소프로필 알코올 공급원은 이소프로필 알코올 공급라인을 통해 알코올 노즐(32)로 이소프로필 알코올을 공급하고, 건조가스 공급원은 건조가스 공급라인을 통해 건조 노즐(33)로 건조가스를 공급한다.
상기 제어부(60)는 지지부재(20)의 구동기(23) 및 이동부(40)의 구동모터와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제어부(60)는 기판(W)의 세정 공정시, 지지부재(20)의 회전 및 상하 운동을 제어하고, 상기 이동부(40)를 동작하여 노즐부(30)의 동작을 제어한다.
이하, 도2 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 건조 장치의 노즐부에 대해 자세히 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치의 노즐부를 도시한 단면도이다.
도2 를 참고하면, 상기 기판(W)를 건조하는 장치는 가스가 분사되는 건조 노즐(33)을 구비하며, 상기 건조 노즐(33)의 분사면적이 상기 기판(W)의 중앙보다 상기 기판(W)의 가장자리로 이동할수록 확대될 수 있다. 여기서, 상기 가스는 질소를 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 건조 노즐(33)은 기판(W) 건조장치 중 노즐부(30)에 구비되며, 상기 노즐부(30)는 세정액을 분사하는 세정 노즐(31), 이소프로필 알코올을 분사하는 알코올 노즐(32) 및 질소 가스를 분사하는 건조 노즐(33)을 포함한다.
또한, 상기 건조 노즐(33)은 5개의 분사홀(33a, 33b, 33c, 33d, 33e)로 구성되며, 상기 알코올 노즐(32)의 뒤를 따라 이동되도록 배치된다. 즉, 상기 기판(W)의 건조 공정시 알코올 노즐(32)은 이소프로필 알코올을 상기 기판(W) 표면에 분사하고, 이와 동시에 상기 건조 노즐(33)은 질소 가스를 기판(W)로 분사한다. 이 때, 이소프로필 알코올 에 의한 건조가 수행된 기판(W) 영역에 뒤이어 바로 건조 가스에 의한 건조가 수행되도록, 상기 건조 노즐(33)은 알코올 노즐(32)의 이동경로를 뒤따라 이동할 수 있다. 여기서, 상기 5개의 분사홀(33a, 33b, 33c, 33d, 33e)은 제1분사홀(33a), 제2분사홀(33b), 제3분사홀(33c), 제4분사홀(33d) 및 제5분사홀(33e)을 포함한다.
또한, 상기 건조 노즐(33)의 분사홀(33a, 33b, 33c, 33d, 33e)들은 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 중앙에서 상기 기판(W)의 가장자리로 이동하는 동안 상기 가스가 분사되는 분사홀의 개수가 점차적으로 증가할 수 있다. 여기서, 상기 건조 노즐(33)이 이동하는 속도는 1 ~ 5mm/sec로 이동할 수 있다.
이하, 도3 내지 도4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판건조 장치의 노즐부의 이동경로 변화에 대해 자세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐부 중 건조노즐이 노즐부의 이동경로에 따라 변화되는 것을 도시한 구성도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 건조면적이 노즐부의 이동경로에 따라 변화되는 것을 도시한 구성도이다.
도3 를 참고하면, 도3(a)는 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 중앙에 위치할 경우이며, 도3(b)는 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 가장자리로 이동하는 경로 중간에 위치할 경우이며, 도3(c)는 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 가장자리에 위치할 경우이다.
도4 를 참고하면, 도4(a)는 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 중앙에 위치할 경우이며, 도4(b)는 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 가장자리로 이동하는 경로 중간에 위치할 경우이며, 도4(c)는 상기 건조 노즐(33)이 상기 기판(W)의 가장자리에 위치할 경우이다.
상기 기판(W)가 회전하면, 상기 건조 노즐(33)은 상기 기판(W) 중앙에서부터 건조를 시작하고, 상기 건조 노즐(33)은 상기 기판(W) 중앙에서부터 상기 웨이터 가장자리로 이동하면서 이동경로를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 건조노즐의 이동경로는 직선 또는 곡선으로 경로를 형성한다.
또한, 상기 건조 노즐(33)이 이동경로를 따라 이동하면서, 상기 기판(W)의 건조면적(200)이 넓어지기 때문에 상기 건조 노즐(33)의 분사홀(33a, 33b, 33c, 33d, 33e)들의 분사구역(100)을 점차적으로 증가시키며, 상기 기판(W)를 건조한다. 여기서, 상기 분사구역(100)은 상기 기판(W) 중앙에서 제1분사노즐(33a)이 분사되고, 상기 건조 노즐(33)이 이동하는 동안에는 제2,3분사노즐(33b, 33c)이 분사되고, 상기 기판(W) 가장자리에 위치하면 제4,5분사노즐(33d, 33e)이 분사될 수 있다. 따라서, 상기 건조 노즐(33)이 이동하면서, 상기 기판(W)의 건조면적(200)이 넓어짐에 따라 상기 건조 노즐(33)의 분사구역(100)을 점진적으로 증가시킴으로써, 신속하고 효율적으로 건조공정을 수행할 수 있다.
이와 같은 구성으로, 기판 세정 공정 후 건조 시간을 단축을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 기판의 넓은 범위를 분사함으로써, 이소프로필 알코올(IPA)의 미스트(Mist)가 상기 기판 표면에 재부착되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 용기 33c: 제3분사홀
20: 지지부재 33d: 제4분사홀
30: 노즐부 33e: 제5분사홀
31: 세정노즐 40: 이동부
32: 알코올 노즐 50: 유체 공급원
33: 건조 노즐 100: 분사구역
33a: 제1분사홀 200: 건조면적
33b: 제2분사홀 W: 기판

Claims (6)

  1. 기판을 건조하는 장치에 있어서,
    가스가 분사되는 건조 노즐을 구비하며, 상기 건조 노즐의 분사면적이 상기 기판의 중앙에서 보다 상기 기판의 가장자리로 이동할수록 확대되고,
    상기 건조 노즐은 3 개 이상의 분사홀로 구성되며, 상기 건조 노즐이 상기 기판의 중앙에서 상기 기판의 가장자리로 이동하는 동안 상기 가스가 분사되는 분사홀의 개수가 증가하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조 노즐의 이동 경로는 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 건조 노즐의 이동 속도는 1~5mm/sec 인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 450 ~ 1100 rpm으로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
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