KR20040040755A - 이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치 - Google Patents

이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기에 이소프로필 알콜 증기를 가압하여 공급하는 방법과 장치가 개시되어 있다. 증기발생 용기에서 형성된 이소프로필 알콜 증기는 증기발생 용기의 내부에서 가압된다. 가압된 이소프로필 알콜 증기는 밸브의 개방과 증기발생 용기의 내부 압력에 의해 순간적으로 급속하게 건조 용기로 공급된다. 따라서, 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도는 순간적으로 상승하며, 이소프로필 알콜 농도가 일정 수준에 도달하는 시간이 단축된다. 따라서, 이소프로필 알콜 농도가 일정 수준에 도달하기 전에 웨이퍼 표면이 자연 건조되는 현상이 억제되고, 자연 건조에 따른 물반점 및 파티클 발생이 감소된다.

Description

이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치{Method and apparatus for supplying an isopropyl alcohol}
본 발명은 웨이퍼의 건조 공정을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼를 건조시키는데 사용되는 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol ; IPA) 증기를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 연마, 세정 및 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 웨이퍼의 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 공정으로, 최근 웨이퍼 상에 형성되는 패턴이미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 중요도가 높아지고 있다. 상기 건조 공정은 세정된 웨이퍼의 표면에 잔존하는 수분을 건조하는 공정으로, 건조 공정 후 웨이퍼의 표면에 잔존하는 파티클 또는 웨이퍼의 표면에 형성되는 물반점(water mark)은 후속 공정의 중요한 변수로 작용한다. 따라서, 상기 파티클 또는 물반점을 감소시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 건조 장치는 크게 매엽식 건조 장치와 배치식 건조 장치로 구분된다. 매엽식 건조 장치는 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 원심력에 의해 웨이퍼의 표면에 잔존하는 수분을 제거한다. 이때, 건조 효율을 향상시키기 위해 웨이퍼의 표면에 이소프로필 알콜을 공급할 수 있다. 상기 매엽식 건조 장치의 경우 웨이퍼를 고속으로 회전시키기 때문에 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 미세한 패턴들이 원심력에 의해 손상되는 문제점을 갖고 있다.
상기와 같은 매엽식 건조 장치에 대한 일 예로서, 미합중국 등록특허 제5,829,156호(issued to Shibasaki, et al.)에는 웨이퍼의 후면 아래에 백 스페이스(back space)를 한정하며 웨이퍼를 수평으로 파지하는 홀더와, 웨이퍼를 회전시키기 위한 구동부와, 상기 백 스페이스로 클린 가스(clean gas)를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하는 회전 건조 장치가 개시되어 있다.
배치식 건조 장치는 싱글 용기 방식과 듀얼 용기 방식으로 구분될 수 있다. 싱글 용기 방식은 웨이퍼의 최종적인 린스와 건조가 단일 용기 내에서 이루어지는 방식으로, 마란고니 효과(Marangoni effect)를 이용하는 방식과 이소프로필 알콜 분사 방식이 있다. 상기 듀얼 용기 방식은 웨이퍼의 최종적인 린스와 건조가 각각의 용기를 사용하여 진행한다. 웨이퍼의 최종적인 린스 공정은 하부 세정 용기에서 수행되며, 웨이퍼의 건조 공정은 웨이퍼를 상부 건조 용기로 상승시킨 상태에서 수행된다. 이때, 듀얼 용기 방식의 건조 방법은 싱글 용기 방식과 마찬가지로, 마란고니 효과를 이용하는 방법과 이소프로필 알콜 분사 방식 및 이소프로필 알콜 증기를 이용하는 방식 등으로 나누어진다.
상기와 같은 배치식 건조 장치에 대한 일 예로서, 미합중국 등록특허 제6,027,574호(issued to Fishkin et al.)에는 마란고니 효과를 이용한 싱글 용기 방식의 배치식 건조 장치가 개시되어 있고, 미합중국 등록특허 제6,029,371호(issued to Kamikawa et al.)에는 이소프로필 알콜 증기 분사를 이용하는 싱글 용기 방식의 배치식 건조 장치가 개시되어 있다.
상기 마란고니 효과를 이용한 건조 장치는 이소프로필 알콜 증기를 용기 내부에 공급하여 다수의 웨이퍼들이 잠겨있는 탈이온수(deionized water)의 표면에 이소프로필 알콜층을 형성한다. 이어서, 상기 마란고니 효과를 이용한 건조 장치는 상기 이소프로필 알콜층이 형성된 탈이온수의 수위를 낮추거나, 반대로 웨이퍼들을 상승시키면서, 마란고니 효과를 이용하여 웨이퍼의 표면으로부터 수분을 제거한다.
이소프로필 알콜 분사 방식의 건조 장치는 최종적인 린스 공정이 종료된 웨이퍼의 표면에 이소프로필 알콜 증기 또는 미스트를 분사한다. 상기 이소프로필 알콜은 웨이퍼의 표면에 잔존하는 수분에 용해되며, 이에 따라 웨이퍼의 표면에 잔존하는 수분의 표면 장력이 약화된다. 이때, 웨이퍼는 수직 방향으로 지지되어 있으므로 표면 장력이 약화된 수분은 중력에 의해 웨이퍼의 하방으로 흘러서 웨이퍼로부터 제거되며, 웨이퍼의 표면에 잔존하는 이소프로필 알콜과 수분의 혼합 용액은 이후에 공급되는 가열된 질소 가스에 의해 제거된다.
또한, 상기 배치식 건조 장치의 경우, 건조 용기 내부의 압력 제어 방법에 따라 건조 용기 내부의 압력을 대기압으로 유지하는 방법과 대기압 이하로 감압하는 방법 및 대기압 이상으로 가압하는 방법으로 구분된다. 상기 대기압 이상으로 건조 용기 내부을 가압하는 방법으로는 본 출원인에 의해 출원된 기판 건조 방법 및 장치(대한민국 특허출원 제2002-48987호)에 상세하게 개시되어 있다. 상기 특허 출원에 의하면, 건조 용기 내부의 압력을 가압하여 이소프로필 알콜 증기의 용해도를 향상시킴으로서 기판 표면의 수분 제거 효율이 향상된다.
이때, 건조 용기 내부를 가압하는 시간에 따라 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도가 증가하는데, 이소프로필 알콜 농도가 일정 수준에 도달하기 전에 웨이퍼 표면이 자연 건조되면서 물반점 및 파티클이 형성되는 문제점이 있다. 따라서, 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 증기의 농도를 빠른 시간 내에 증가시킬 수 있는 이소프로필 알콜 증기 공급 장치가 절실하게 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도를 빠른 시간 내에 증가시킬 수 있는 이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이소프로필 알콜 공급 방법을 수행하기 위한 이소프로필 알콜 공급 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 증기발생 용기를 설명하기 위한 부분 단면 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 건조 용기를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6은 실험예와 비교예에서 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도의 변화를 측정한 그래프이다.
도 7 및 도 8은 실험예와 비교예에 따라 각각 건조된 웨이퍼 상에 형성된 파티클의 분포를 각각 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 이소프로필 알콜 공급 장치102 : 이소프로필 알콜 공급부
104 : 질소 가스 공급부106 : 필터
110 ~ 126 : 공급 배관130 ~ 136 : 체크 밸브
140 ~ 154 : 유량 제어 밸브160 : 증기발생 용기
162 : 본체164 : 덮개
170 ~ 174 : 히터180 : 제1압력계
182 : 온도계200 : 건조 용기
202 : 노즐 파이프204 : 커버
206 : 지지부232 : 제2압력계
220 : 탈이온수 공급부238 : 배출 용기
W : 웨이퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이소프로필 알콜 공급방법은, 증기발생 용기에 이소프로필 알콜을 수용시키는 단계와, 상기 증기발생 용기를 가열하여 이소프로필 알콜 증기를 형성하는 단계와, 상기 증기발생 용기에 질소 가스를 공급하여 증기발생 용기의 내부를 가압하는 단계와, 상기 이소프로필 알콜 증기와 상기 질소 가스가 혼합된 건조 가스를 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기로 공급하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이소프로필 알콜 공급 장치는, 이소프로필 알콜을 공급하기 위한 이소프로필 알콜 공급부와, 상기 이소프로필 알콜 공급부로부터 공급된 이소프로필 알콜을 수용하기 위한 밀폐된 증기발생 용기와, 상기 증기발생 용기와 연결되고, 상기 증기발생 용기를 가열하여 이소프로필 알콜 증기를 발생시키기 위한 히터와, 상기 증기발생 용기와 연결되고, 상기 증기발생 용기의 내부를 가압하고, 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기로 상기 이소프로필 알콜 증기를 공급하기 위해 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급부를 포함한다.
상기 증기발생 용기 내부의 압력은 가압된 이소프로필 알콜 증기와 질소 가스가 혼합된 건조 가스에 의해 상승되며, 가압된 건조 가스는 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기에 빠른 시간 내에 공급된다. 즉, 가압 상태로 인해 건조 가스의 공급 시간이 단축되며, 이에 따라 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도가 빠른 시간 내에 급속하게 증가된다. 따라서, 건조 용기 내부의 웨이퍼가 자연 건조되는 형상이 방지되며, 자연 건조에 따른 물반점 및 파티클 형성이 감소된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 이소프로필 알콜 공급부로부터 일정량의 제1이소프로필 알콜을 밀폐된 증기발생 용기에 수용시킨다.(S100) 이때, 증기발생 용기에 수용되는 제1이소프로필 알콜의 양은 건조 용기의 용적 및 건조 용기에 수용되는 웨이퍼의 수량 등에 의해 결정된다.
이어서, 증기발생 용기를 가열하여 제1이소프로필 알콜 증기를 형성한다.(S200) 이때, 증기발생 용기는 웨이퍼의 건조 공정에 소요되는 시간을 단축시키기 위해 항상 일정한 온도로 가열되어 있는 상태인 것이 바람직하다.
제1이소프로필 알콜 증기를 형성하는 동안 증기발생 용기로 가열된 제1질소 가스를 공급하여 제1이소프로필 알콜 증기 형성과 함께 증기발생 용기의 내부를 가압한다.(S300) 여기서, 증기발생 용기의 압력은 1.5 내지 2.5㎏/㎠인 것이 바람직하며, 약 2㎏/㎠인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 제1이소프로필 알콜 증기와 제1질소 가스가 혼합된 제1건조 가스의 온도는 130 내지 180℃인 것이 바람직하며, 약 150℃인 것이 더욱 바람직하다. 증기발생 용기의 압력이 너무 높은 경우 폭발의 위험성이 있으며, 압력이 너무 낮은 경우 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기에 제1건조 가스를 공급하는데 소요되는 시간이 너무 길어진다는 단점이 있다. 제1건조 가스의 온도가 너무 높을 경우에도 폭발의 위험성이 있으며, 온도가 너무 낮은 경우 웨이퍼의 건조 효율이 저하된다는 단점이 있다.
계속해서, 증기발생 용기와 연결된 웨이퍼의 건조 용기에 제1건조 가스를 공급한다.(S400) 이때, 제1건조 가스가 가압된 상태이므로 제1건조 가스는 건조 용기 내부로 급속하게 유입된다. 따라서, 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도가 급격하게 상승한다.
한편, 이소프로필 알콜 공급부로부터 건조 용기로 공급되는 제2이소프로필 알콜을 가열하여 제2이소프로필 알콜 증기를 발생시킨다.(S500) 여기서, 제2이소프로필 알콜 증기의 형성은 이소프로필 알콜 공급부와 건조 용기를 연결하는 배관 중에 설치된 히터에 의해 이루어지며, 제2이소프로필 알콜 증기는 가열된 제2질소 가스와 혼합되어 제2건조 가스를 형성한다.
계속해서, 제2이소프로필 알콜 증기는 제2질소 가스를 운반 가스로 하여 건조 용기로 지속적으로 운반된다.(S600) 제2건조 가스는 제1건조 가스의 공급에 이어 건조 용기로 공급된다. 즉, 제1건조 가스의 공급과 제2건조 가스의 공급은 연속적으로 이루어진다. 이때, 제2질소 가스의 온도는 180 내지 220℃ 정도가 바람직하며, 약 200℃ 정도가 더욱 바람직하다.
건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도는 제1건조 가스의 공급에 의해 순간적으로 급속하게 증가하며, 이어서 공급되는 제2건조 가스에 의해 지속적으로 상승된다.
따라서, 건조 용기 내부에 로딩된 웨이퍼가 자동 건조되는 현상이 방지되며, 자연 건조에 의한 물반점 및 파티클의 형성이 감소된다. 또한, 이소프로필 알콜 증기의 공급 시간이 감소되므로 전체적인 웨이퍼 건조 공정에 소요되는 시간이 단축된다.
도 2는 도 1에 도시된 이소프로필 알콜 공급 방법을 수행하기 위한 이소프로필 알콜 공급 장치(100)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 제1이소프로필 알콜(10)은 이소프로필 알콜 공급부(102)로부터 제1공급 배관(110)을 통해 증기발생 용기(160)에 수용된다. 제1공급 배관(110)에는 제1체크 밸브(130)와 제1유량 제어 밸브(140)가 설치되어 있다. 이때, 제1체크 밸브(130)는 제1이소프로필 알콜(10)의 역류를 방지하며, 제1유량 제어 밸브(140)는 증기발생 용기(160)에 수용되는 제1이소프로필 알콜(10)의 양을 일정하게 조절한다.
증기발생 용기(160)의 내부는 밀폐되어 있으며, 제1이소프로필 알콜 증기를 형성하기 위한 제1히터(170)가 증기발생 용기(160)에 연결되어 있다. 제1히터(170)는 증기발생 용기(160)의 하부면에 연결되는 하부 히터(170a)와 증기발생 용기(160)의 측면에 연결된 측부 히터(170b)를 포함한다. 또한, 증기발생 용기(160)에는 증기발생 용기(160)의 내부 압력을 측정하기 위한 제1압력계(180)와 증기발생 용기(160)의 내부에서 형성된 제1건조 가스의 온도를 측정하기 위한 온도계(182)가 설치되어 있다.
한편, 이소프로필 알콜 공급부(102)는 제2공급 배관(112)을 통해 제2이소프로필 알콜(미도시)을 제2히터(172)로 공급한다. 제2공급 배관(112)에는 제2체크 밸브(132)와 제2유량 제어 밸브(142)가 설치되어 있으며, 제2히터(172)는 제2이소프로필 알콜을 가열하여 제2이소프로필 알콜 증기를 발생시킨다. 제2체크 밸브(132)는 제2이소프로필 알콜의 역류를 방지하며, 제2유량 제어 밸브(142)는 제2이소프로필 알콜의 유량을 조절한다.
질소 가스 공급부(104)는 제1질소 가스와 제2질소 가스 및 제3질소 가스를 공급한다. 제1질소 가스는 제1이소프로필 알콜 증기를 가압하여 웨이퍼(W)의 건조를 위한 건조 용기(200)로 운반하며, 제2질소 가스는 제2이소프로필 알콜 증기를 건조 용기(200)로 운반한다. 제3질소 가스는 질소 가스 공급부(104)로부터 건조 용기(200)로 공급되며, 건조 용기(200)를 퍼지시키는 역할을 한다.
질소 가스 공급부(104)와 연결된 제3공급 배관(114)은 제1질소 가스 및 제2질소 가스를 가열하기 위한 제3히터(174)와 연결되는 제4공급 배관(116)과 건조 용기(200)에 구비된 노즐 파이프(202)와 연결되는 제5공급 배관(118)으로 분기된다. 제3공급 배관(114)에는 질소 가스에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터(106)가 설치되어 있고, 제4공급 배관(116)에는 제1질소 가스 및 제2질소 가스의 역류를 방지하기 위한 제3체크 밸브(134)와 제1질소 가스 및 제2질소 가스의 유량을 조절하기 위한 제3유량 조절 밸브(144)가 설치되어 있다. 제5공급 배관(118)에는 제3질소 가스의 역류를 방지하기 위한 제4체크 밸브(136)와 제3질소 가스의 유량을 조절하기 위한 제4유량 제어 밸브(146)가 설치되어 있다.
제3히터(174)와 증기발생 용기(160)는 제6공급 배관(120)에 의해 연결되어 있다. 제6공급 배관(120)의 일 단부는 증기발생 용기(160)의 내부에 수용된 제1이소프로필 알콜(10)에 침지되어 있으며, 제3히터(174)에 의해 가열된 제1질소 가스를 제1이소프로필 알콜(10) 내부에서 버블링시킨다. 제1질소 가스의 공급 유량은제6공급 배관(120)에 설치되어 있는 제5유량 제어 밸브(148)에 의해 조절된다. 제1이소프로필 알콜(10)은 제1질소 가스의 버블링과 제1히터(170)의 가열에 의해 제1이소프로필 알콜 증기로 형성되며, 제1질소 가스는 증기발생 용기(160)의 내부를 설정된 압력으로 가압한다.
제3히터(174)와 제2히터(172)는 제7공급 배관(122)에 의해 연결되며, 제7공급 배관(122)에는 제6유량 제어 밸브(150)가 설치되어 있다. 제3히터(174)에 의해 가열된 제2질소 가스는 제7공급 배관(122)을 통해 제2히터(172)로 공급된다. 제2질소 가스의 공급 유량은 제6유량 제어 밸브(150)에 의해 조절된다. 제2히터(172)에서 형성된 제2이소프로필 알콜 증기는 제2질소 가스에 의해 건조 용기(200)로 운반된다.
증기발생 용기(160)의 내부에서 가압된 제1건조 가스는 제8공급 배관(124)과 제5공급 배관(118)을 통해 건조 용기(200)로 공급된다. 제8공급 배관(124)은 제5공급 배관(118)과 연결되어 있으며, 제8공급 배관(124)에는 제1건조 가스의 공급 유량 및 공급 시간을 조절하기 위한 제7유량 제어 밸브(152)가 설치되어 있다. 제1건조 가스는 증기발생 용기(160)의 내부에서 가압된 상태이므로 제7유량 제어 밸브(152)의 개방에 의해 건조 용기(200) 내부로 급속하게 공급되며, 이에 따라 건조 용기(200) 내부의 이소프로필 알콜의 농도는 급속하게 증가된다.
제2이소프로필 알콜 증기와 제2질소 가스가 혼합된 제2건조 가스는 제2히터(172)와 연결된 제9공급 배관(126)과 제5공급 배관(118)을 통해 건조 용기(200)로 공급된다. 제9공급 배관(126)에는 제2건조 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제8유량 조절 밸브(154)가 설치되어 있다. 제1건조 가스의 공급이 완료되면, 제7유량 조절 밸브(152)가 닫히고, 제8유량 조절 밸브(154)가 개방된다. 이에 따라, 제1건조 가스와 제2건조 가스의 공급이 연속적으로 이루어진다. 제2건조 가스가 건조 용기(200) 내부로 공급됨에 따라 건조 용기(200) 내부의 이소프로필 알콜 농도는 지속적으로 증가된다.
기 설정된 양만큼 제2이소프로필 알콜 증기가 건조 용기(200)로 공급되면, 제8유량 제어 밸브(254)가 닫히고, 건조 용기(200) 내부의 이소프로필 알콜 농도와 압력은 일정하게 유지된다.
간단하게 설명하면, 제1이소프로필 알콜(10) 및 제2이소프로필 알콜의 공급량과, 증기발생 용기(160) 및 건조 용기(200)의 내부 압력은 기 설정되어 있다. 제1이소프로필 알콜(10)의 공급량은 제1유량 제어 밸브(140)에 의해 조절되고, 제2이소프로필 알콜의 공급량은 제2유량 제어 밸브(142)에 의해 조절된다. 증기발생 용기(160)의 내부 압력은 제1질소 가스의 공급 유량에 의해 조절되며, 제1질소 가스의 공급 유량은 제5유량 제어 밸브(148)에 의해 조절된다. 건조 용기(200)의 내부 압력은 제2건조 가스의 공급 유량에 의해 조절되며, 제2건조 가스의 공급 유량은 제8유량 제어 밸브(154)에 의해 조절된다. 건조 용기(200)로 제2이소프로필 알콜 증기가 기 설정된 양만큼 공급되면, 제2유량 제어 밸브(142)와 제6유량 제어 밸브(150)가 닫혀 제2이소프로필 알콜과 제2질소 가스의 공급이 중단되고, 제8유량 제어 밸브(154)가 닫혀 건조 용기(200)로 공급된 제1건조 가스 및 제2건조 가스의 역류를 방지한다. 그리고, 제9공급 배관(126)과 제2히터(172)에 잔존하는 제2건조가스는 제9공급 배관(126)에 연결된 제1배출 배관(128)을 통해 배출된다. 제1배출 배관(128)에는 제1배출 밸브(156)가 설치되어 있다.
도 3은 도 2에 도시된 증기발생 용기를 설명하기 위한 부분 단면 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 증기발생 용기(160)는 상부가 개방된 실린더 형상을 갖는 본체(162)와, 본체(162)의 상부를 덮는 덮개(164)와, 본체(162)와 덮개(164) 사이를 밀봉하기 위해 본체(162)와 덮개(164) 사이에 개재되는 제1밀봉 부재(166)를 포함한다. 제1밀봉 부재(166)로는 오-링, 다양한 단면 형상을 갖는 패킹 또는 개스킷이 사용될 수 있다.
본체(162)의 하부면에는 하부 히터(170a)가 연결되어 있으며, 본체(162)의 측면에는 측부 히터(170b)가 연결되어 있다. 본체(162)의 상부에는 덮개(164)와의 결합을 위한 플렌지(162a)가 형성되어 있으며, 본체(162)와 덮개(164)는 다수의 볼트(미도시)와 너트(미도시)에 의해 결합된다. 플렌지(162a)와 덮개(164)의 가장자리에는 결합을 위한 다수의 관통공들(160a)이 형성되어 있다. 플렌지(162a)의 상부면에는 제1밀봉 부재(166)를 개재시키기 위한 그루브(162b)가 형성되어 있다. 덮개(164)에는 제1이소프로필 알콜을 공급하기 위한 제1공급 배관(110), 제1질소 가스를 공급하기 위한 제6공급 배관(120), 제1건조 가스를 건조 용기(200)로 공급하기 위한 제8공급 배관(124), 증기발생 용기(160)의 내부 압력을 측정하기 위한 제1압력계(180) 및 제1건조 가스의 온도를 측정하기 위한 온도계(182)가 설치되어 있다.
도 5는 도 2에 도시된 건조 용기를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 도시된 건조 용기(200)의 내부에는 웨이퍼들(W)이 수납된다. 건조 용기(200)는 상부가 개방되어 있으며, 개방된 부위는 커버(204)에 의해 개폐된다. 건조 용기(200)의 상부는 전체적으로 개방되어 있으며, 건조 용기(200)의 상부 가장자리 일측 부위는 건조 용기(200)와 일체로 형성되어 있다.
지지부(206)는 다수의 지지부재(208)와 연결부재(210)를 포함한다. 다수의 지지부재(208)에는 웨이퍼들(W)을 각각 수직 방향으로 지지하기 위한 다수개의 슬롯들(미도시)이 형성되어 있다. 다수의 지지부재(208)는 웨이퍼들(W)의 하단 부위를 지지하며, 연결부재(210)는 다수의 지지부재(208)를 제1구동부(212)와 연결한다. 제1구동부(212)는 웨이퍼들(W)을 로딩 및 언로딩 하기 위한 구동력을 제공하며, 건조 용기(200)의 외부에 구비된다. 제1구동부(212)와 다수의 지지부재(208)는 연결부재(210)와 수평 암(214) 및 수직 암(216)에 의해 연결된다. 수직 암(216)은 건조 용기(200)의 상부를 통해 건조 용기(200) 내부로 연장되어 있으며, 건조 용기(200)의 상부에서 수평 암(214)과 연결된다. 수평 암(214)은 건조 용기(200)의 상부에서 제1구동부(212)와 수직 암(216)을 연결한다. 연결 부재(210)는 수직 암(216)의 하단 부위와 다수의 지지부재(208)를 연결한다. 도시된 바에 의하면, 제1구동부(212)로는 유압 또는 공압 실린더가 사용되지만, 리니어 모터와 볼 스크루 방식의 동력 전달 장치를 사용하여 구성할 수도 있다.
커버(204)는 웨이퍼들(W)의 로딩 및 언로딩 동안에 제2구동부(미도시)의 동작에 의해 개방된다. 제2구동부는 제1구동부(212)와 유사한 구성을 가질 수도 있고, 커버(204)가 건조 용기(200)에 힌지 결합되어 있는 경우, 다소 다른 구성을 가질 수도 있다. 한편, 건조 용기(200)와 커버(204) 사이에는 제2밀봉 부재(218)가 개재되어 있다. 제2밀봉 부재(218)로는 오-링, 다양한 단면 형상을 갖는 패킹 또는 개스킷이 사용될 수 있다.
웨이퍼들(W)이 지지부(206)에 의해 건조 용기(200) 내부로 로딩될 때 건조 용기(200) 내부에는 웨이퍼들(W)을 린스하기 위한 탈이온수가 수용되어 있다. 상기와 같이 지지부(206)에 의해 지지되어 있는 웨이퍼들(W)은 용기(200) 내부에 수용되어 있는 탈이온수에 의해 린싱된다.
건조 용기(200) 내부에는 웨이퍼들(W)의 린스를 위한 탈이온수를 공급하기 위한 탈이온수 공급부(220)가 설치되어 있고, 건조 용기(200)의 바닥에는 상기 탈이온수를 배출하기 위한 저속 배출 배관(222)과 고속 배출 배관(224)이 연결되어 있다. 저속 배출 배관(222)에는 저속 배출 밸브(226)가 설치되어 있으며, 고속 배출 배관(224)에는 고속 배출 밸브(228)가 설치되어 있다. 건조 용기(200)의 상부 측벽에는 건조 용기(200)의 둘레를 따라 보조 용기(230)가 설치되어 있다. 건조 용기(200)와 보조 용기(230)는 서로 연통되어 있으며, 탈이온수 공급부(220)를 통해 건조 용기(200)로 공급된 탈이온수는 건조 용기(200)와 보조 용기(230)를 연통하는 관통공(200a)을 통해 건조 용기(200)로부터 보조 용기(230)로 배출된다. 한편, 보조 용기(230)의 일측에는 건조 용기(200)와 보조 용기(230) 내부의 압력을 측정하기 위한 제2압력계(232)가 연결되어 있다.
린스 공정이 수행되는 동안 탈이온수는 지속적으로 공급되어 건조 용기(200)의 상측에 연결된 보조 용기(230)를 통해 배출된다. 이때, 웨이퍼들(W)의 표면에 잔존하는 이물질들은 탈이온수에 의해 웨이퍼들(W)의 상측으로 이동되어 보조 용기(230)를 통해 배출된다. 보조 용기(230)에는 건조 용기(200)로부터 오버 플로우된 탈이온수를 배출하기 위한 제2배출 배관(234)과 제2배출 밸브(236)가 연결되어 있다. 건조 용기(200)의 하부에는 배출 용기(238)가 배치되며, 저속 배출 배관(222), 고속 배출 배관(224) 및 제2배출 배관(234)을 통해 배출된 탈이온수가 임시 저장된다.
웨이퍼들(W)의 린스 공정이 종료되면, 고속 배출 배관(224)을 통해 탈이온수를 건조 용기(200)로부터 완전히 배출시킨다. 이어서, 건조 용기(200)를 밀폐시키고, 노즐 파이프(202)를 통해 가압된 제1건조 가스를 공급한다. 제1건조 가스는 증기발생 용기(160)의 내부 압력에 의해 건조 용기(200)로 급속하게 공급되며, 건조 용기(200)의 내부에는 이소프로필 알콜 농도가 급속하게 증가한다. 이어서, 제2건조 가스가 건조 용기(200) 내부로 지속적으로 공급된다. 제2건조 가스의 공급이 중단되면, 모든 밸브가 닫히고, 건조 용기(200) 내부의 웨이퍼들(W)은 이소프로필 알콜에 의해 제거된다. 이때, 건조 용기(200)의 내부 압력은 기 설정된 압력으로 가압된다.
건조 용기(200) 내부의 이소프로필 알콜 증기는 웨이퍼(W) 표면의 탈이온수에 용해되며, 이소프로필 알콜 증기가 용해된 탈이온수의 표면 장력이 약화된다. 따라서, 웨이퍼(W) 표면의 탈이온수는 중력에 의해 건조 용기(200)의 바닥으로 흘러내리며, 웨이퍼(W) 표면으로부터 완전히 제거되지 않은 탈이온수는 고온의 질소가스에 의해 휘발된다. 이때, 이소프로필 알콜 증기가 용해된 탈이온수는 순수한 탈이온수보다 쉽게 휘발되므로 웨이퍼(W)의 건조 효율이 향상된다.
이어서, 제2배출 밸브(236)를 개방하여 건조 용기(200) 내부의 압력을 대기압 상태로 형성하고, 노즐 파이프(202)를 통해 가열된 제2질소 가스만을 공급하여 웨이퍼(W)를 최종적으로 건조시킨다.
한편, 웨이퍼(W)의 린스 공정에서 배출된 탈이온수와 건조 공정에서 웨이퍼(W)로부터 제거된 탈이온수는 배출 용기(238)에 임시 저장되며, 배출 용기(238)의 바닥에 연결된 제3배출 배관(240)과 제3배출 밸브(242)를 통해 배출된다. 웨이퍼(W)의 건조 공정에서 사용된 이소프로필 알콜 증기와 가열된 질소 가스는 배출 용기(238)에 임시 저장되며, 배출 용기(238)의 측벽에 연결된 제4배출 배관(244)과 제4배출 밸브(246)를 통해 배출된다.
한편, 저속 배출 배관(222)과 저속 배출 밸브(226)를 사용하여 웨이퍼(W)의 건조 공정을 수행할 수도 있다. 즉, 린스 공정에서 사용된 탈이온수의 표면에 이소프로필 알콜층을 형성하고, 탈이온수를 저속으로 배출시키면서 마란고니 효과를 이용하여 웨이퍼(W)를 건조시킬 수도 있다.
또한, 도시된 건조 용기(200)는 싱글 용기 방식의 건조 공정에 사용되는 건조 용기이다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치는 듀얼 용기 방식의 건조 공정에 사용되는 듀얼 용기에도 용이하게 적용할 수 있다.
상기와 같은 건조 공정이 수행되는 동안 증기발생 용기(160)와 건조용기(200)의 내부 압력은 각각 제1압력계(180)와 제2압력계(232)에 의해 측정되며, 각각의 압력에 따라 유량 제어 밸브들과 배출 밸브들이 작동된다. 또한, 상기 각각의 압력과 제1, 제2이소프로필 알콜 및 제1, 제2질소 가스의 공급 유량은 상호 유기적인 관계를 가지며, 웨이퍼(W)의 건조 효율과 함께 적절하게 고려되어야 한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(W)를 건조하는 경우의 효과를 종래의 방법 및 장치와 비교하여 입증하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다.
[실험예]
먼저, 이소프로필 알콜 공급부(102)로부터 약 100㎖의 제1이소프로필 알콜(10)을 증기발생 용기(160)로 공급하였다. 이때, 증기발생 용기(160)는 일정한 온도로 가열되어 있는 상태이며, 증기발생 용기(160) 내부에서 제1이소프로필 알콜 증기가 형성된다. 또한, 증기발생 용기(160)에 제3히터(174)에 의해 가열된 제1질소 가스를 공급하여 제1이소프로필 알콜 증기와 함께 제1건조 가스를 형성하였다. 이때, 증기발생 용기(160)의 내부 압력은 약 2㎏/㎠로 조절하였으며, 제1건조 가스의 온도는 약 150℃ 정도로 유지하였다.
린스 공정이 종료된 웨이퍼(W)가 수납된 건조 용기(200)를 밀폐시키고, 제7유량 제어 밸브(152)를 개방하여 제1건조 가스를 건조 용기(200) 내부로 공급하였다. 이때, 제1건조 가스는 제7유량 제어 밸브(152)에 따라 순간적으로 건조 용기(200) 내부로 유입되며, 건조 용기(200) 내부의 이소프로필 알콜의 농도는 급격하게 증가된다.
이어서, 제7유량 제어 밸브(152)를 닫고, 제8유량 제어 밸브(154)를 개방하여 제2건조 가스를 건조 용기(200) 내부로 지속적으로 공급하였다. 이때, 제2유량 제어 밸브(142)의 개폐 정도를 조절하여 제2히터(172)로 공급되는 제2이소프로필 알콜의 공급 유량을 조절하였으며, 제6유량 제어 밸브(150)의 개폐 정도를 조절하여 제2히터(172)로 공급되는 제2질소 가스의 공급 유량을 조절하였다. 제2이소프로필 알콜을 약 100㎖ 정도 공급한 후 제2, 제6 및 제8유량 제어 밸브(142, 150, 154)를 닫아 제2건조 가스의 공급을 중단하였다.
상기와 같은 작동에 의해 이루어진 웨이퍼(W) 건조 공정의 결과와 건조 용기(200) 내부의 이소프로필 알콜의 농도에 대한 측정 결과는 도 6 및 도 7에 도시하였다.
[비교예]
린스 공정이 종료된 웨이퍼가 수납된 건조 용기를 밀폐시키고, 건조 용기 내부로 이소프로필 알콜 증기를 공급하였다. 이때, 이소프로필 알콜 증기는 통상적인 버블러 방식의 증기 발생기에 의해 형성되며, 건조 용기로 공급된 이소프로필 알콜 증기 및 질소 가스의 온도는 약 150℃ 정도였으며, 이소프로필 알콜 공급량은 약 200㎖ 정도였다. 여기서, 사용된 건조 용기는 실험예에서 사용된 건조 용기와 동일한 구성을 갖는다.
상기와 같이 이소프로필 알콜 증기를 건조 용기로 공급하여 수행된 웨이퍼 건조 공정의 결과와 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도에 대한 측정 결과는 도 6 및 도 8에 도시하였다.
도 6은 실험예와 비교예에서 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도의 변화를 측정한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 실험예의 경우 이소프로필 알콜 농도는 초기에 순간적으로 상승된 상태에서 시간에 비례하여 상승한다. 그러나, 비교예의 경우 초기부터 시간에 비례하여 상승하는 것을 알 수 있다. 실험예와 비교예에서 사용된 이소프로필 알콜 200㎖를 건조 용기로 각각 공급하는데 소요되는 시간은 각각 51초와 100초였다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이소프로필 알콜 공급 방법 및 장치는 이소프로필 알콜의 공급 시간을 단축시킴을 알 수 있다.
도 7 및 도 8은 실험예와 비교예에 따라 각각 건조된 웨이퍼 상에 형성된 파티클의 분포를 각각 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 실험예에 따라 건조된 웨이퍼(W1) 상의 파티클 개수는 36개로 양호한데 반해 비교예에 따라 건조된 웨이퍼(W2) 상의 파티클 개수는 123개로 실험예에 비하여 상당히 많음을 알 수 있다. 이는 비교예에서 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜 농도가 일정한 수준에 도달하기 전에 웨이퍼 표면이 자연 건조되었다는 것을 의미한다. 즉, 웨이퍼의 자연 건조에 의해 웨이퍼 표면에 물반점 및 파티클들이 형성되는 것이다. 따라서, 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜의 농도를 빠르게 상승시키는 것이 건조 효율의 측면에서 유리하다는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이소프로필 알콜 증기를 가압하여 건조 용기에 순간적으로 공급함으로서 건조 용기 내부의 이소프로필 알콜의 농도를 빠른 시간 내에 상승시킬 수 있다. 따라서, 이소프로필 알콜 농도가 일정 수준에 도달하기 전에 웨이퍼 표면이 자연 건조되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼의 자연 건조에 따른 물반점 및 파티클의 발생을 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 증기발생 용기에 이소프로필 알콜을 수용시키는 단계;
    상기 증기발생 용기를 가열하여 이소프로필 알콜 증기를 형성하는 단계;
    상기 증기발생 용기에 질소 가스를 공급하여 증기발생 용기의 내부를 가압하는 단계; 및
    상기 이소프로필 알콜 증기와 상기 질소 가스가 혼합된 건조 가스를 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가압된 증기발생 용기의 내부 압력은 1.5 내지 2.5㎏/㎠인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 건조 가스의 온도는 130 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제2이소프로필 알콜을 가열하여 제2이소프로필 알콜 증기를 형성하는 단계; 및
    상기 제2이소프로필 알콜 증기를 제2질소 가스를 운반 가스로 사용하여 상기 가압된 건조 가스가 공급된 건조 용기로 제2공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 건조 가스 공급 단계와 상기 제2공급 단계는 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2질소 가스의 온도는 180 내지 220℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 방법.
  7. 이소프로필 알콜을 공급하기 위한 이소프로필 알콜 공급부;
    상기 이소프로필 알콜 공급부로부터 공급된 이소프로필 알콜을 수용하기 위한 밀폐된 증기발생 용기;
    상기 증기발생 용기와 연결되고, 상기 증기발생 용기를 가열하여 이소프로필 알콜 증기를 발생시키기 위한 히터; 및
    상기 증기발생 용기와 연결되고, 상기 증기발생 용기의 내부를 가압하고, 웨이퍼의 건조를 위한 건조 용기로 상기 이소프로필 알콜 증기를 공급하기 위해 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 증기발생 용기와 연결되고, 상기 증기발생 용기의 내부 압력을 측정하기 위한 압력계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를위한 이소프로필 알콜 공급 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 증기발생 용기와 연결되고, 상기 증기발생 용기의 내부 온도를 측정하기 위한 온도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 이소프로필 알콜 공급부로부터 공급된 제2이소프로필 알콜을 가열하여 제2이소프로필 알콜 증기를 발생시키기 위한 제2히터를 더 포함하며, 상기 제2이소프로필 알콜 증기는 상기 질소 가스 공급부로부터 공급되는 제2질소 가스에 의해 상기 건조 용기로 운반되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 질소 가스 및 상기 제2질소 가스를 가열하기 위한 제3히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 건조를 위한 이소프로필 알콜 공급 장치.
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