KR20040009043A - 공비혼합 효과를 이용하여 반도체기판을 건조시키는 장비및 상기 장비를 사용하는 건조방법 - Google Patents

공비혼합 효과를 이용하여 반도체기판을 건조시키는 장비및 상기 장비를 사용하는 건조방법 Download PDF

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Abstract

공비혼합 효과를 이용하여 반도체기판을 건조시키는 장비 및 상기 장비를 사용하는 건조방법을 제공한다. 이 건조장비는 액체를 저장하는 액조, 상기 액조의 상부에 설치된 챔버, 및 상기 액체의 표면에 유기용매를 공급하는 분배기를 구비한다. 상기 분배기를 통하여 유기용매가 공급되면, 상기 액체의 표면에 공비 혼합물층이 형성되고 상기 공비 혼합물층 상에 유기용매층이 형성된다. 상기 유기용매층 및 상기 유기용매층 상의 대기는 히터에 의해 가열된다. 또한, 상기 챔버의 내부는 건조가스관에 의해 공급되는 건조가스로 채워진다. 상기 건조방법은 액조 내에 저장된 액체 내에 반도체기판을 담구는 것과 상기 액체의 표면에 유기용매를 공급하는 것을 구비한다. 이에 따라, 상기 액체의 표면에 공비 혼합물층이 형성되고 상기 공비 혼합물층 상에 상기 공비 혼합물층보다 높은 농도를 갖는 유기용매층이 형성된다. 이어서, 상기 반도체기판을 상승시킴과 동시에 상기 유기용매층을 지나는 반도체기판의 표면을 가열시킨다. 그 결과, 상기 반도체기판의 표면 상에 잔존하는 유기용매 용액(organic solvent solution) 내의 수분이 완전히 증발된다. 다음에, 상기 반도체기판에 잔존하는 유기용매를 건조가스를 사용하여 제거한다.

Description

공비혼합 효과를 이용하여 반도체기판을 건조시키는 장비 및 상기 장비를 사용하는 건조방법{Apparatus for drying semiconductor substrates using azeotrope effect and drying method using the apparatus}
본 발명은 반도체기판을 건조시키는 장비 및 이를 사용하는 건조방법에 관한 것으로, 특히 공비혼합 효과(共沸混合 效果; azeotrope effect)를 이용하여 반도체기판을 건조시키는 장비 및 상기 장비를 사용하는 건조방법에 관한 것이다.
습식 세정공정 또는 습식 식각공정과 같은 습식 공정은 반도체소자의 제조에 자주 사용된다. 따라서, 린스 공정 및 건조 공정은 각각 습식 공정에 사용된 화학용액 및 린스 공정에 사용된 탈이온수를 반도체기판으로부터 제거하기 위하여 습식공정 후에 반드시 진행되어야 한다.
최근에, 마란고니 원리(Marangoni principle)가 건조 효율을 극대화시키기 위하여 건조 공정에 널리 이용되고 있다. 상기 마란고니 원리를 이용하는 건조방법 및 건조장비가 미국특허 제5,884,640호에 "기판을 건조시키는 방법 및 장비"라는 제목으로 피쉬킨(Fishkin) 등에 의해 개시된 바 있다. 피쉬킨 등에 따르면, 저장용기 내의 탈이온수는 건조공정을 실시하는 동안 상기 저장용기의 배출구에 설치된 밸브를 통하여 배출된다. 또한, 상기 밸브는 액체수위 제어 시스템에 의해 제어된다. 따라서, 상기 저장용기 내의 액체의 수위를 점차적으로 낮추기 위해서는 상기 밸브를 정밀하게 제어하는 것이 요구된다.
이에 더하여, 일본공개특허공보 10-335299(Japanese laid-open patent number 10-335299)는 상기 마란고니 원리를 이용하는 웨이퍼 건조장치를 개시한다. 상기 일본공개특허공보 10-335299에 따르면, 상기 웨이퍼 건조장치는 반도체 웨이퍼가 담긴 탈이온수 위에 밀폐된 공간을 제공할 수 있는 밀폐용 액조를 포함한다. 따라서, 상기 건조공정은 상기 밀폐된 공간 내에 건조가스를 유입시킴으로써 진행된다. 이 경우에, 상기 건조가스는 상기 탈이온수의 수위를 낮추기 위하여 고압으로 공급되어야 한다. 이에 따라, 상기 탈이온수의 수위를 점차적으로 낮추기 위해서는 상기 건조가스의 압력을 정밀하게 조절하는 것이 요구된다.
상기 마란고니 원리를 이용하는 건조방법은 평평한 표면을 갖는 반도체기판을 건조시키는 데에는 매우 효과적이다. 그러나, 콘택홀들과 같은 리세스된 영역, 특히 좁고 깊은 리세스된 영역을 갖는 반도체기판의 표면을 건조시키는 데에는 한계가 있다. 즉, 상기 리세스된 영역 내의 수분은 상기 마란고니 원리를 사용하는 건조방법이 적용될지라도 완전히 제거되지 않는다. 이에 따라, 상기 리세스된 영역 내에 잔존하는 수분은 물반점들(water marks)이라고 불리우는 표면결함을 생성시킨다. 상기 물반점들이 기판의 표면에 생성되면, 반도체소자의 수율이 현저히 감소한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체기판 상의 수분을 효율적으로 제거하는 데 적합한 건조장비를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 반도체기판 상의 수분을 효율적으로 제거시킬 수 있는 건조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 이소프로필 알코올 용액(isopropyl alcohol solution)의 일반적인 기화특성(evaporation characteristic)을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조장비(drying apparatus)를 보여주는 개략도(schematic view)이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조방법을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 9는 본 발명에 따른 건조 메카니즘(drying mechanism)을 설명하기 위한 개략도이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 건조장비를 제공한다. 이 장비는 액체(fluid)를 저장하는 액조(wet bath) 및 상기 액조의 상부에 설치된 챔버를 포함한다. 상기 챔버는 상기 액조 내에 저장된 상기 액체의 상부에 공간을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 액조 내에 저장된 상기 액체의 표면에 유기용매(organic solvent)를 공급하는 분배기를 포함한다. 상기 분배기로부터 공급되는 상기 유기용매는 상기 액체의 표면에 공비 혼합물층(azeotrope layer)과 아울러서 상기 공비혼합물층 상에 유기용매층(organic solvent layer)을 형성한다. 더 나아가서, 본 발명은 상기 유기용매층 및 상기 유기용매층 상의 대기(atmosphere)를 가열시키는 히터와 아울러서 상기 챔버 내에 건조가스를 공급하는 건조가스관(drying gas conduit)를 구비한다.
상기 분배기는 상기 챔버의 측벽에 설치되고 상기 액조의 상부 측벽에 인접하도록 위치하는 것이 바람직하다. 상기 유기용매는 기체상태 또는 액체상태로 공급될 수 있다. 또한, 상기 히터는 상기 챔버의 내측벽에 설치되고 상기 분배기보다 높은 지점에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 건조가스관은 상기 챔버의 뚜껑 아래에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 유기용매층 내에 함유된 상기 유기용매의 부피 농도(volume concentration; Vol.%)는 상기 공비 혼합물층 내에 함유된 상기 유기용매의 부피 농도보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 유기용매층 및 상기 유기용매층 상의 대기는 상기 공비 혼합물층의 비등점보다 높은 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 액체는 반도체기판의 린스공정에 널리 사용되는 탈이온수에 해당할 수 있고, 상기 유기용매는 이소프로필 알코올일 수 있다. 이 경우에, 상기 공비 혼합물층은 상기 탈이온수 및 상기 이소프로필 알코올의 혼합물(mixture)이다. 여기서, 상기 공비 혼합물층은 가장 안정된 상태를 유지하는 혼합물로서, 10 Vol.%의 탈이온수와 90 Vol.%의 이소프로필 알코올로 이루어진다. 상기 탈이온수 및 이소프로필 알코올의 공비 혼합물층은 80℃의 비등점(boiling point)을 갖는다.
한편, 상기 유기용매층, 즉 이소프로필 알코올층 내에 함유된 이소프로필 알코올의 부피 농도는 90 Vol.%보다 높다. 이에 따라, 상기 이소프로필 알코올층의 비등점은 80℃보다 높다. 이러한 이소프로필 알코올층이 가열되어 기화하는 경우에 증발되는 이소프로필 알코올의 양(amount of evaporated isopropyl alcohol)보다는 오히려 증발되는 탈이온수의 양(amount of evaporated DI water)이 더 많다(larger)는 것은 널리 알려져 있다. 따라서, 상기 탈이온수 내에 담긴 반도체기판을 상승시키고 상기 공비 혼합물층 및 상기 이소프로필 알코올층을 지나는 반도체기판의 표면을 가열시키면, 상기 반도체기판에 잔존하는 수분의 농도는 점점 낮아진다. 결과적으로, 상기 반도체기판이 상기 챔버 내부로 완전히 상승되면, 상기 반도체기판의 표면에 잔존하는 수분은 완전히 제거된다. 특히, 본 발명에 따르면, 콘택홀을 갖는 패터닝된 반도체기판(patterned semiconductor substrate)의 표면에 잔존하는 수분을 완전히 제거하는 데 매우 효율적이다.
더 나아가서, 상기 액조의 상부측벽에 상부 액체 공급관(upper fluid supply conduit)이 추가로 설치될 수도 있다. 상기 상부 액체 공급관은 상기 액조 내의 반도체기판이 상승하는 동안 상기 공비 혼합물층 아래에 신선한 액체(refresh fluid), 즉 신선한 탈이온수를 지속적으로 공급한다. 이때, 상기 액조 내의 액체는 상기 액조의 기저부로부터 분기된 배출관을 통하여 드레인되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 액조 내에서 상기 액체의 하부로의 흐름(downward stream)이 발생한다. 결과적으로, 상기 반도체기판의 표면에 흡착된 파티클들은 물론 오염된 공비 혼합물 및 오염된 액체가 상기 배출관을 통하여 지속적으로 드레인되어 세정효율을 더욱 증대시킬 수 있다. 이러한 세정은 "드래그 세정(drag cleaning)"이라 불리운다. 상기 드래그 세정이 실시되는 동안 상기 분배기로부터 유기용매가 지속적으로 공급된다. 따라서, 상기 액체의 표면에 항상 새로운 공비 혼합물층이 형성된다.
또한, 상기 액조의 기저부(base) 상에 하부 액체 공급관(lower fluid supply conduit)이 추가로 설치될 수도 있다. 상기 하부 액체 공급관은 상기 분배기로부터 유기용매가 분출되기 전에 상기 액조 내에 신선한 액체, 예컨대 신선한 탈이온수를 공급한다. 이에 따라, 상기 액조 내에 로딩된 반도체기판을 린스시킬 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 액조를 갖는 건조장비를 사용하여 반도체기판을 건조시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 액조 내에 저장된 탈이온수 내에 상기 반도체기판을 담구는 것을 포함한다. 다음에, 상기 탈이온수의 표면에 유기용매(organic solvent)를 공급한다. 이에 따라, 상기 탈이온수의 표면에 상기 탈이온수 및 상기 유기용매의 공비 혼합물층(azeotrope layer)이 형성되고, 상기 공비 혼합물층 상에 유기용매층이 형성된다. 상기 반도체기판은 상승되어 상기 공비 혼합물층 및 상기 유기용매층을 통과한다. 상기 유기용매가 이소프로필 알코올인 경우에, 상기 공비 혼합물층은 탈이온수 및 이소프로필 알코올의 혼합물(mixture)이고, 상기 탈이온수 및 이소프로필 알코올의 부피비율(volume ratio)은 1:9이다. 또한, 상기 유기용매층 내에 함유된 이소프로필 알코올의 부피농도(volume concentration; Vol.%)는 90 Vol.%보다 높다. 이에 따라, 상기 공비 혼합물층 및 상기 유기용매층을 통과하는(passing through) 반도체기판의 표면에 잔존하는 액체 내의 수분의 부피농도는 10 Vol.%보다 낮다.
계속해서, 상기 공비 혼합물층 및 상기 유기용매층을 통과하는 반도체기판의표면을 가열시키어 상기 반도체기판에 잔존하는 액체를 기화시킨다. 그 결과, 상기 반도체기판 상에 잔존하는 액체 내의 수분은 상기 액체 내의 이소프로필 알코올보다 오히려 더 많이 증발된다. 이에 따라, 상기 유기용매가 지속적으로 공급되고 상기 유기용매층 상부로 상승되는 반도체기판이 지속적으로 가열되면, 상기 반도체기판 상의 수분이 제거된다. 상기 반도체기판을 상기 유기용매층 상부로 완전히 상승시킨 후에, 상기 반도체기판의 표면에 건조가스를 공급한다. 그 결과, 상기 반도체기판 상에 잔존하는 유기용매가 제거된다.
바람직하게는, 상기 유기용매가 공급되고 상기 반도체기판이 상승되는 동안, 상기 공비 혼합물층의 아래에 신선한 탈이온수를 지속적으로 공급한다. 이때, 상기 액조의 기저부로부터 분기된 배출관을 통하여 상기 액조 내의 탈이온수를 지속적으로 드레인시킨다. 이에 따라, 상기 액조 내의 오염된 탈이온수와 아울러서 오염된 공비 혼합물층 역시 상기 배출관을 통하여 드레인된다. 결과적으로, 상기 액조 내에서 상기 탈이온수의 하부로의 흐름(downward stream)이 형성되므로 "드래그 세정" 효과를 추가로 얻을 수 있다. 상기 "드래그 세정"이 실시되는 동안 상기 유기용매는 지속적으로 공급된다. 따라서, 상기 탈이온수 표면 상에는 항상 신선한 공비 혼합물층이 생성되고, 상기 신선한 공비 혼합물층 상에는 항상 신선한 유기용매층이 생성된다.
이에 더하여, 상기 건조가스를 공급하는 동안, 적어도 상기 유기용매를 지속적으로 공급함과 동시에 상기 액조 내의 액체를 상기 배출관을 통하여 드레인시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 액조 내에 잔류하는 수분을 상기 유기용매로치환(replace)시킬 수 있다.
더 나아가서, 상기 액조 내의 액체를 완전히 드레인시킨 후에 상기 건조가스만을 지속적으로 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 반도체기판 상에 그리고 상기 액조 내에 잔존하는 유기용매를 완전히 제거할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 사용되는 유기용매 용액들(organic solvent solutions)중의 하나인 이소프로필 알코올 용액의 기화특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1에 있어서, 가로축(abscissa)은 이소프로필 알코올 용액의 부피농도(volume concentration)를 나타내고, 세로축(ordinate)은 상기 이소프로필 알코올 용액의 부피농도에 따른 비등점(boiling point)을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 이소프로필 알코올 용액은 물(탈이온수) 및 이소프로필 알코올의 혼합물이다. 상기 이소프로필 알코올 용액의 공비 혼합물(azeotrope mixture)은 10 Vol.%의 물 및 90 Vol.%의 이소프로필 알코올의 혼합물이다. 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물(IPA azeotrope mixture)의 비등점은 도 1에 보여진 바와 같이 80℃이다. 이러한 이소프로필 알코올 공비 혼합물을 기화시키면, 상기기화된 이소프로필 알코올의 농도는 항상 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물의 농도와 동일하다. 그러나, 상기 이소프로필 알코올 농도가 90 Vol.%보다 높거나 낮은 이소프로필 알코올 용액을 기화시키면, 상기 기화된 이소프로필 알코올의 농도는 상기 이소프로필 알코올 용액의 농도와 다르다. 이는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이소프로필 알코올 용액의 농도가 90 Vol.%보다 낮거나 높은 경우에, 상기 이소프로필 알코올 용액의 비등점은 그 것의 기화점보다 낮기 때문이다. 다시 말해서, 상기 이소프로필 알코올 용액들의 농도들이 90 Vol.%보다 낮거나 높은 경우에, 상기 이소프로필 알코올 용액들의 비등점들을 표시하는 제1 곡선들(1a, 1b)은 상기 이소프로필 알코올 용액들의 기화점들을 표시하는 제2 곡선들(3a, 3b)보다 낮은 온도를 가리킨다.
예를 들어, 50 Vol.%의 농도를 갖는 이소프로필 알코올 용액의 온도가 도 1의 제1 곡선(1a) 상에서 그 것의 비등점에 도달하면, 상기 이소프로필 알코올 용액은 끓기 시작한다. 이때, 상기 이소프로필 알코올은 물에 비하여 상대적으로 더 많이 증발된다. 이에 따라, 상기 증발된 이소프로필 알코올 기체(IPA gas) 내에 함유된 이소프로필 알코올의 부피농도(A)는 50 Vol.%보다 높아진다. 결과적으로, 상기 끓는 이소프로필 알코올 용액 내에 잔존하는 물의 부피농도는 50 Vol.%보다 높아진다.
한편, 90 Vol.% 내지 100 Vol.% 범위의 이소프로필 알코올 농도, 예컨대 95 Vol.%의 이소프로필 알코올 농도를 갖는 이소프로필 알코올 용액의 온도가 상기 제1 곡선(1b) 상에서 그것의 비등점에 도달하면, 상기 이소프로필 알코올 용액 역시 끓기 시작한다. 그러나, 이 경우에, 상기 증발된 이소프로필 알코올 기체 내에 함유된 물의 부피농도(B)는 5 Vol.%보다 높아진다. 결과적으로 상기 끓는 이소프로필 알코올 용액 내에 잔존하는 물의 부피농도는 5 Vol.%보다 낮아진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조장비를 보여주는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 탈이온수와 같은 액체(fluid; 5)를 저장하는 액조(wet bath; 1)가 제공된다. 상기 액조(1)의 상부에 챔버(3)가 설치된다. 상기 챔버(3)는 상/하부를 향하여 개구된 측벽(3a) 및 상기 측벽(3a)의 상부 개구부(upper opening)를 덮는 뚜껑(lid; 3b)을 포함한다. 이에 따라, 상기 액조(1) 내의 상기 액체(5)의 상부에 상기 챔버(3)에 의해 둘러싸여진 공간이 제공된다. 상기 액조(1)의 상부측벽에 인접하여 분배기(11)가 위치한다. 상기 분배기(11)는 상기 챔버(3)의 측벽(3a)에 설치될 수 있다. 상기 분배기(11)는 상기 액체(5) 표면에 유기용매를 공급한다. 상기 유기용매가 상기 분배기(11)를 통하여 공급되면, 상기 액체(5)의 표면에 안정된 상태(stable state)를 갖는 공비 혼합물층(5a)이 형성되고 상기 공비 혼합물층(5a) 상에 유기용매층(organic solvent layer; 11a)가 형성된다. 상기 액체(5)가 탈이온수이고 상기 유기용매가 이소프로필 알코올이면, 상기 탈이온수(5)의 표면에 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(IPA azeotrope layer)이 형성된다. 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물층은 90 Vol.%의 이소프로필 알코올 농도 및 10 Vol.%의 탈이온수 농도를 갖는다. 상기 유기용매는 기체상태 또는 액체상태로 공급될 수 있다. 상기 분배기(11)를 통하여 공급되는 유기용매의 농도는 90 Vol.%보다 높은 것이 바람직하다.
상기 분배기(11)의 상부에 히터가 배치된다. 상기 히터는 상기 챔버(3)의 측벽(3a)에 설치되어 상기 챔버(3) 내의 대기를 가열시킨다. 좀 더 구체적으로, 상기 액체(5) 내에 담긴 반도체기판(도시하지 않음)이 상기 챔버의 내부를 향하여 상승되면, 상기 히터는 상기 반도체기판의 표면에 잔존하는 액체를 가열시키어 상기 액체 내의 수분을 증발시킨다. 상기 히터는 상기 분배기(11) 상에 위치하는 적외선 램프(13) 및 상기 적외선 램프(13) 상에 위치하는 가열 가스 공급관(hot gas supply conduit; 15)을 포함하는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 상기 히터는 상기 적외선 램프(13) 또는 상기 가열 가스 공급관(15)만으로 구성될 수도 있다. 상기 가열 가스 공급관(15)은 상기 공비 혼합물층의 비등점보다 높은 온도로 가열된 불활성 가스, 예컨대 뜨거운 질소가스(hot nitrogen gas)를 분출시킨다.
상기 측벽(3a)의 소정영역은 배출구(exaust opening; 4)에 의해 관통된다. 상기 챔버(3) 내부로 상기 유기용매 및 뜨거운 질소가스 등이 유입될지라도, 상기 챔버(3) 내의 압력은 상기 배출구(4)에 기인하여 항상 대기압(atmospheric pressure; 1 atm.)을 유지한다. 상기 배출구(4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 측벽(3a)의 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 뚜껑(3b) 아래에는 건조가스관(drying gas conduit; 17)이 설치된다. 상기 챔버(3) 내의 반도체기판의 표면 상에 존재하는 유기용매는 상기 건조가스관(17)을 통하여 배출되는 건조가스에 의해 제거된다. 상기 건조가스는 질소가스일 수 있다.
본 발명은 상기 액조(1)의 상부 측벽에 설치된 상부 액체 공급관(upper fluid supply conduit; 7)을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 액조(1)의기저부(base)로부터 분기된 배출관(outlet conduit; 1a)을 더 포함할 수 있다. 상기 분배기(11)를 통하여 유기용매가 공급되는 동안, 상기 상부 액체 공급관(7)을 통하여 상기 공비 혼합물층(5a) 아래에 신선한 액체(fresh fluid), 즉 신선한 탈이온수가 공급되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 액조(1) 내의 오염된 액체 및 오염된 공비 혼합물층은 상기 배출관(1a)을 통하여 드레인된다. 이에 따라, 상기 액조(1) 내에서 하부로의 흐름(downward stream)이 생성되므로 "드래그 세정" 효과를 얻을 수 있다. 상기 배출관(1a)의 소정영역에는 밸브(19)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 액조(1) 내의 액체(5)는 상기 밸브(19)를 오픈시킴으로써 배출된다.
더 나아가서, 상기 액조(1)의 기저부(base) 상에 하부 액체 공급관(lower fluid supply conduit; 9)이 추가로 설치될 수 있다. 상기 하부 액체 공급관(9)은 상기 액조(1) 내의 반도체기판을 린스시키는 동안 신선한 탈이온수를 제공한다.
다음에, 도 2에 보여진 건조장비를 사용하여 반도체기판을 건조시키는 방법을 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 건조방법을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 3을 참조하면, 상기 액조(1) 내에 저장된 탈이온수(5) 내에 반도체기판(21)을 담근다. 이어서, 상기 하부 액체 공급관(9)을 통하여 상기 액조(1) 내부로 신선한 탈이온수를 지속적으로 공급하여 상기 반도체기판(21)을 린스시킨다. 상기 린스 공정 동안 상기 액조(1) 내의 탈이온수는 오버플로우될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 린스 공정을 완료한 후에, 상기 분배기(11)를 통하여 상기 탈이온수(5)의 표면에 유기용매, 즉 이소프로필 알코올을 공급한다. 상기 이소프로필 알코올은 기체상태 또는 액체상태로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 탈이온수(5)의 표면에 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(IPA azeotrope layer; 5a)이 형성되고, 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(5a) 상에 이소프로필 알코올층(11a)이 형성된다. 상기 분배기(11)를 통하여 공급되는 상기 이소프로필 알코올의 농도는 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(5a)의 농도보다 높은 것이 바람직하다. 즉, 상기 이소프로필 알코올층(11a) 내에 함유된 이소프로필 알코올의 부피농도는 90 Vol.%보다 높은 것이 바람직하다.
상기 이소프로필 알코올이 상기 분배기(11)를 통하여 공급되는 동안, 상기 상부 액체 공급관(7)을 통하여 상기 액조 내에 신선한 탈이온수를 지속적으로 공급하고 상기 배출관(1a)을 통하여 상기 액조 내의 탈이온수를 드레인시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 액조(1) 내의 오염된 탈이온수 및 오염된 공비 혼합물이 상기 배출관(1a)을 통하여 드레인되므로 "드래그 세정" 효과를 얻을 수 있다. 결과적으로, 상기 탈이온수(5) 내의 파티클들이 상기 반도체기판(21)의 표면에 재흡착되는 것을 방지하면서 상기 반도체기판(21) 상에 잔존하는 파티클들을 효율적으로 제거할 수 있다. 상기 액조(1) 내의 탈이온수가 상기 배출관(1a)을 통하여 드레인될지라도 상기 상부 액체 공급관(7) 및 상기 분배기(11)를 통하여 신선한 탈이온수 및 신선한 이소프로필 알코올이 각각 지속적으로 공급된다. 이에 따라, 상기 탈이온수(5)의 표면에는 항상 새로운 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(5a)이 형성되고, 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(5a) 상에는 새로운 이소프로필 알코올층(11a)이 형성된다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 상기 분배기(11) 및 상기 상부 액체 공급관(7)을 통하여 상기 이소프로필 알코올 및 상기 탈이온수를 지속적으로 공급하는 동안, 상기 반도체기판(21)을 천천히 상승시킨다. 이에 더하여, 상기 적외선 램프(13)를 턴온시키어 상기 이소프로필층(11a) 상에 적외선(13a)을 조사하고, 상기 가열가스 공급관(15)을 통하여 뜨거운 질소가스(15a)를 상기 챔버(3) 내부로 분사시킨다. 상기 반도체기판(21)이 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(5a)을 지나는 동안, 상기 반도체기판(21)의 표면에 흡착된 탈이온수는 상기 이소프로필 알코올 공비혼합물층(5a)으로 치환된다. 결과적으로, 상기 이소프로필 알코올 공비 혼합물층(5a)을 관통하는 상기 반도체기판(21)의 표면에 잔존하는 수분의 농도는 100 Vol.%로부터 10 Vol.%로 감소된다.
계속해서, 상기 반도체기판(21)이 상기 이소프로필 알코올층(11a)을 지나는 동안, 상기 반도체기판(21)의 표면에 잔존하는 수분의 농도는 10 Vol.%보다 낮아진다. 이에 따라, 상기 이소프로필 알코올의 농도 차이에 기인하여 상기 반도체기판(21)의 표면에 표면장력(surface tension)의 차이가 발생한다. 결과적으로, 마란고니 원리에 기초한 건조공정이 실시된다. 그러나, 이러한 마란고니 원리에 의한 건조공정이 도 9에서 도시된 바와 같이 콘택홀과 같은 리세스된 영역(25)을 갖는 패터닝된 기판(patterned substrate)에 적용되는 경우에, 상기 리세스된 영역(25) 내의 수분은 완전히 제거되지 않는다.
도 6 및 도 9를 참조하면, 상기 이소프로필 알코올층(11a)의 상부로 상승된 반도체기판(21)의 표면은 상기 적외선(13a) 및 상기 뜨거운 질소가스(15a)에 의해 가열된다. 이에 따라, 상기 반도체기판(21)의 표면에 잔존하는 이소프로필 알코올 용액의 온도가 그 것의 비등점에 도달하여 끓기 시작한다. 여기서, 상기 이소프로필 알코올 용액의 농도는 90 Vol.%보다 높다. 따라서, 도 1에서 설명된 바와 같이, 상기 이소프로필 알코올층(11a)을 지나는 반도체기판(21)의 표면에 잔존하는 이소프로필 알코올 용액을 상기 히터를 사용하여 가열함으로써 상기 반도체기판(21) 상의 수분을 완전히 증발시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 반도체기판(21)의 표면 상에 이소프로필 알코올만이 잔존한다. 특히, 90 Vol.%보다 높은 농도를 갖는 이소프로필 알코올 용액을 기화시키는 공정을 실시하는 경우에, 상기 리세스 영역(25) 내에 잔존하는 수분을 완전히 제거하는 것이 가능하다. 상기 가열공정이 실시되는 동안, 상기 상부 액체 공급관(7)을 통하여 상기 액조(1) 내에 지속적으로 신선한 탈이온수이 공급되고 상기 액조(1) 내의 오염된 탈이온수 및 오염된 공비 혼합층은 상기 배출관(1a)을 통하여 드레인된다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 상기 반도체기판(21)이 상기 이소프로필 알코올층(11a)의 상부로 완전히 상승될때까지, 상기 가열공정을 지속적으로 실시하여 상기 반도체기판(21)의 전면 상에 잔존하는 수분을 완전히 제거한다. 이어서, 상기 건조가스관(17)을 통하여 상기 챔버(3) 내부로 건조가스(17a), 즉 질소가스를 주입한다. 이에 따라, 상기 반도체기판(21)의 표면 상에 잔존하는 이소프로필 알코올이 제거된다. 상기 건조가스를 주입하는 동안, 상기 이소프로필 알코올 및 상기적외선(13a)을 지속적으로 공급하여 상기 챔버(3)의 내벽에 잔존하는 수분을 이소프로필 알코올로 치환시키는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 건조가스를 공급하는 동안, 상기 상부 액체 공급관(7)을 통한 탈이온수의 공급 없이 상기 액조(1) 내의 탈이온수(5)를 상기 배출관(1a)을 통하여 드레인시키는 것이 바람직하다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 액조(1) 내의 탈이온수(5)를 완전히 드레인시킨 후에, 상기 건조가스(17)만을 공급하여 상기 챔버(3) 내부 및 상기 액조(1) 내부에 잔존하는 이소프로필 알코올을 완전히 제거시킨다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 변형 및 개량이 가능하다. 예를 들면, 상기 유기용매는 이소프로필 알코올 이외에 에틸글리콜(ethylglycol), 일 프로파놀(1-propanol), 이 프로파놀(2-propanol), 테트라 하이드로 퓨레인(tetrahydrofurane), 사 하이드록시 사 메틸 이 펜타몬(4-hydroxy-4-methyl-2-pentamone), 일 부타놀(1-butanol), 이 부타놀(2-butanol), 메타놀(methanol), 에타놀(ethanol), 아세톤(acetone), n-프로필 알코올(n-propyl alcohol) 또는 다이메틸에테르(dimethylether)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 공비 혼합물층 및 상기 공비 혼합물층보다 높은 농도를 갖는 유기용매층을 지나는 반도체기판을 가열함으로써, 평평한 반도체기판은 물론 패터닝된 반도체기판의 전면 상에 잔존하는 수분을 완전히 제거할 수 있다. 이에 따라, 건조공정 후에 반도체기판의 표면에 물반점과 같은 표면결함들이 생성되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (31)

  1. 액체를 저장시키는 액조(wet bath);
    상기 액조의 상부에 설치되어 상기 액체 상에 공간(space)을 제공하는 챔버;
    상기 액조 내의 상기 액체(fluid)의 표면에 유기 용매(organic solvent)를 공급하여 상기 액체의 표면에 공비혼합물층(azeotrope layer)을 형성함과 동시에 상기 공비혼합물층 상에 유기용매층(organic solvent layer)을 형성시키는 분배기(distributor);
    상기 유기용매층 및 상기 유기용매층 상의 대기를 가열시키는 히터; 및
    상기 챔버 내에 건조가스를 공급하는 건조가스관(drying gas conduit)을 포함하는 건조장비(drying apparatus).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상부 개구부(upper opening) 및 하부 개구부(lower opening)를 갖는 측벽 및 상기 상부 개구부를 덮는 뚜껑(lid)을 포함하되, 상기 측벽의 소정영역은 배출구(exaust opening)에 의해 관통되는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액조 내로 상기 액체를 공급하는 상부 액체 공급관(upper fluid supply conduit)을 더 포함하되, 상기 상부 액체 공급관은 상기 액조의 상부 측벽에 설치된 것을 특징으로 하는 건조장비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액조의 기저부(base)로부터 분기된 배출관(outlet conduit)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배출관의 소정영역에 설치된 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액조의 기저부(base) 상에 설치되어 상기 액조 내로 상기 액체를 공급하는 하부 액체 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분배기는 상기 챔버의 측벽에 설치되고 상기 액조의 상부측벽과 인접하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 챔버의 내측벽에 설치되고 상기 분배기 보다 높은 지점에위치하는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 분배기 보다 높은 지점에 설치된 적외선 램프인 것을 특징으로 하는 건조장비.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는
    상기 분배기 보다 높은 지점에 설치된 적외선 램프; 및
    상기 적외선 램프보다 높은 지점에 설치된 가열 가스 공급관(hot gas supply conduit)을 포함하되, 상기 가열 가스 공급관은 상기 공비 혼합물층의 비등점(boiling point)보다 높은 온도로 가열된(heated) 불활성 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 분배기보다 높은 지점에 설치된 가열 가스 공급관을 포함하되, 상기 가열 가스 공급관은 상기 공비 혼합물층의 비등점(boiling point)보다 높은 온도로 가열된(heated) 불활성 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조가스관은 상기 챔버의 뚜껑 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 탈이온수인 것을 특징으로 하는 건조장비.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유기용매는 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 건조장비.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공비혼합물층은 탈이온수 및 이소프로필 알코올의 혼합물(mixture)이되, 상기 탈이온수 및 상기 이소프로필 알코올의 부피비(volume ratio)는 1:9인 것을 특징으로 하는 건조장비.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기용매는 기체상태(vapor state) 또는 액체상태(liquid state)로 공급되는 것을 특징으로 하는 건조장비.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기용매층 내에 함유된 상기 유기용매의 부피 농도(volume concentration)는 상기 공비혼합물층 내에 함유된 상기 유기용매의 부피 농도(volume concentration)보다 높은 것을 특징으로 하는 건조장비.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 건조장비.
  19. 액조를 갖는 건조장비를 사용하여 반도체기판을 건조시키는 방법에 있어서,
    상기 액조 내에 저장된 탈이온수 내에 상기 반도체기판을 담구고,
    상기 탈이온수의 표면에 유기용매(organic solvent)를 공급하여 상기 탈이온수 표면에 공비 혼합물층(azeotrope layer)을 형성함과 동시에 상기 공비 혼합물층 상에 유기용매층(organic solvent layer)을 형성하고,
    상기 반도체기판을 상승시킴과 동시에 상기 유기용매층을 통과하는(passing through) 상기 반도체기판의 표면을 가열하여 상기 반도체기판의 표면에 잔존하는 수분을 제거하고,
    상기 반도체기판을 상기 유기용매층 상부로 완전히 상승시킨 후에 상기 반도체기판의 표면에 건조가스를 공급하여 상기 반도체기판의 표면에 잔존하는 상기 유기용매를 제거하는 것을 포함하는 건조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매를 공급하기 전에, 상기 반도체기판을 린스시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반도체기판을 린스시키는 것은 상기 액조의 기저부(base) 상에 설치된 하부 액체 공급관(lower fluid supply conduit)을 통하여 상기 액조 내에 신선한(fresh) 탈이온수를 지속적으로 공급함으로써 실시하되, 상기 하부 액체 공급관을 통한 탈이온수의 공급은 상기 린스공정이 완료된 후에 중단되는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매는 이소프로필 알코올이되, 상기 이소프로필 알코올은 기체상태(vapor state) 또는 액체 상태(liquid state)로 공급되는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매는 상기 액조의 상부측벽에 인접하도록 설치된 분배기(distributor)를 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 유기용매층 내에 함유된 상기 이소프로필 알코올의 부피 농도(volume concentration)는 상기 공비 혼합물층 내에 함유된 상기 이소프로필 알코올의 부피 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 건조방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매가 공급되고 상기 반도체기판이 상승되는 동안, 상기 액조의 상부측벽에 설치된 상부 액체 공급관(upper fluid supply conduit)을 통하여 상기 공비 혼합물층 아래에 신선한 탈이온수를 지속적으로 공급하는 것을 더 포함하되, 상기 액조 내의 상기 탈이온수는 상기 액조의 기저부(base)로부터 분기된 배출관(outlet conduit)을 통하여 드레인되어 상기 액조 내에서 상기 탈이온수의 하부로의 흐름(downward stream)을 생성시키는(generating) 것을 특징으로 하는 건조방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매층을 통과하는(passing through) 상기 반도체기판의 표면을 가열하는 것은 상기 유기용매층을 통과하는 반도체기판의 표면에 적외선을 조사시키는(irradiating) 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매층을 통과하는(passing through) 상기 반도체기판의 표면을 가열하는 것은
    상기 반도체기판의 표면에 적외선을 조사시키고,
    상기 적외선을 통과하는 상기 반도체기판의 표면에 상기 공비 혼합물층의 비등점(boiling point)보다 높은 온도로 가열된(heated) 불활성 가스를 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기용매층을 통과하는(passing through) 상기 반도체기판의 표면을 가열하는 것은 상기 유기용매층을 통과하는 상기 반도체기판의 표면에 상기 공비 혼합물층의 비등점(boiling point)보다 높은 온도로 가열된(heated) 불활성 가스를 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  29. 제 19 항에 있어서,
    상기 건조가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 건조방법.
  30. 제 19 항에 있어서,
    상기 건조가스를 공급하는 동안, 적어도 상기 유기용매를 지속적으로 공급함과 동시에 상기 액조 내의 탈이온수를 상기 액조의 기저부(base)로부터 분기된 배출관(outlet conduit)를 통하여 드레인시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 액조 내의 상기 탈이온수를 완전히 드레인시킨 후에, 상기 건조가스만을 지속적으로 공급하여 상기 반도체기판 및 상기 액조 내에 잔존하는 유기용매를 완전히 제거하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건조방법.
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