KR20040069650A - 기판 건조용 건조기체 형성장치 및 이를 이용한 건조기체형성방법 - Google Patents

기판 건조용 건조기체 형성장치 및 이를 이용한 건조기체형성방법 Download PDF

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Abstract

기판 건조용 건조기체 형성장치 및 이를 이용한 건조기체 형성방법이 개시되어 있다. 기판 건조용 용액 저장부, 상기 용액 저장부 하단의 기포 형성용 기체 제공부, 상기 기포 형성용 기체 제공부와 상기 용액 저장부의 사이에 있는 다수개의 홀이 형성된 플레이트, 상기 플레이트보다 위에 위치하며 상기 용액 저장부 내에 위치하는 압전소자 및 상기 용액 저장부 상에 위치하는 캐리어 기체 제공부를 포함하는 기판 건조용 건조기체 형성장치를 제공한다. 기포 형성용 기체를 다수개의 홀이 형성된 플레이트를 통해 골고루 건조용 용액으로 제공하고, 상기 건조용 용액 내로 초음파를 발생시킨다. 상기 기포 형성용 기체 및 초음파에 의해 상기 건조용 용액의 일부를 증기로 형성하여 외부로 유출시키고 상기 유출된 증기를 캐리어 기체에 의해 기화시키면서 이동시켜 건조기체를 형성한다. 이와 같이 2가지 방법으로 건조기체를 형성함으로써, 충분한 양의 건조기체를 농도, 유속 및 방향을 제어하며 웨이퍼로 제공할 수 있다.

Description

기판 건조용 건조기체 형성장치 및 이를 이용한 건조기체 형성방법{APPARATUS FOR FORMATION OF DRY VAPOR AND METHOD OF FORMING THE DRY VAPOR USING THE SAME}
본 발명은 기판 건조용 건조기체 형성장치 및 이를 이용한 건조기체 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파을 이용한 기판 건조용 건조기체 형성장치 및 이를 이용한 건조기체 형성방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정은 다양한 종류의 물질을 사용하고, 여러 단계의 처리공정을 거쳐 패턴 및 배선을 형성하므로, 각 처리 단계 후에 후속의 공정에 오염을 방지하기 위해 반도체 웨이퍼 표면으로부터 불순물 입자 및 다른 오염물을 제거하는 것은 필수적이다.
일반적으로, 각 처리 단계 이후에 다수의 웨이퍼를 탈이온수(deionized water) 및 반응성 액체로 이루어진 세정 용액을 포함하는 용기 내에 침지하거나, 상기 세정 용액을 웨이퍼에 분사함으로써 반도체 웨이퍼가 세정된다. 이때 세정 용액은 웨이퍼 표면을 적시어 세정하기에 충분한 양으로 공급된다. 상기 웨이퍼 세정 공정이 수행된 이 후에는 상기 웨이퍼 표면에 남아있는 상기 화학용액 및 탈이온수를 반도체기판으로부터 제거하여 웨이퍼 표면을 깨끗하고 건조된 상태로 만들기 위해 건조공정이 반드시 진행되어야 한다.
건조공정 중 하나인 고속 스피닝 방법은 웨이퍼 등을 수평상태로 유지한 채, 스핀드라이어를 이용하여 고속회전함으로써 수분을 상기 웨이퍼로부터 제거하는 방법이다. 그러나, 상기 고속 스피닝 방법은 상기 고속 회전시, 웨이퍼 상에 물 얼룩이 생기기 쉽고 수율 저하를 초래하는 것으로 알려져 있다.
또 다른 건조공정인 건조기체 분사방법은 웨이퍼 표면에 질소와 같은 건조기체를 직접 내뿜어 건조하는 방법으로, 웨이퍼의 외주 외측으로부터 건조기체를 뿜기 때문에, 건조얼룩이 발생하기 쉬어 수율 저하를 초래한다.
미국특허 5,932,493(Akatsu et al.)에 화학용액을 이용한 웨이퍼 건조방법이 개시되어 있다. 상기 웨이퍼 건조방법은 건조공정 전에 치환용 유기용매에 웨이퍼를 담아 상기 웨이퍼 표면에 있는 물방울을 치환하여 상기 웨이퍼 표면에 얇은 유기막을 만든다. 다시 상기 웨이퍼를 건조용 유기용매에 담근 후 통상적인 건조공정을 진행시킨다. 그러나, 상기 웨이퍼 건조방법은 서로 다른 2종류의 유기 용매를 사용하며, 유기 용매 배스(Bath) 전체를 치환하는데 중간시간이 소요되고, 유기용매의 오염 및 잔류수분 증가의 처리 등에 대한 해결 방안이 없고 현재 반도체 제조 공정에 비추어 볼 때, 생산성이 저하된다.
따라서, 반도체 제조 공정에 적용하고 있는 대부분의 건조장치(Dryer)들은 기체상태로 건조용 용매를 공급한다.
대표적으로, 휘발성이 높은 IPA(IsoPropyl Alcohol;이하, "IPA"라고 한다.)를 이용한 기판 건조방법은 세정 처리된 웨이퍼 표면에 IPA를 가열하여 IPA 증기로 이루어진 건조가스를 접촉시켜 건조가스의 증기를 응축 또는 흡착시킨다. 따라서, 웨이퍼 등의 표면에 부착하는 수분을 제거 및 건조시킨다. 그러나, 상기 IPA를 가열하게 되면, 높은 휘발성으로 인해 위험이 따른다. 또한, IPA 증기를 생성시키기 위해 온도관리에 세심한 주의를 기울여야하고, 설비가 대형화된다.
기체상태로 건조용 유체를 사용하는 설비는 기화장치와 건조가 이루어지는 후드(Hood)간의 거리가 멀리 떨어져 파이프(pipe)를 통해 연결된다. 따라서, 상기 파이프 길이로 인해, 상기 파이프를 따라 기체가 이동할수록 압력손실이 발생하여 농도 감소가 발생되었다. 대한민국 등록실용신안공보 제20-0182724호에 건조기체 제공방법에 개시되어 있다. 상기 발명은 압력손실을 방지하기 위해 후드의 측면에 기화장치를 붙여 압력손실을 극복하고자 하였다. 그러나, 건조용 유체의 농도 및 유속이 독립적으로 제어가 되지 않고, 완전 기화가 이루어지지 않으므로 상대적으로 입자가 큰 건조 유체가 기체상태의 입자보다 많으므로, 건조 기체의 농도가 감소한다.
따라서, 본 발명의 제1목적은 충분한 농도의 건조기체를 형성할 수 있는 기판 건조용 건조기체 형성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 건조기체의 농도 및 유속을 제어할 수 있는 기판 건조용 건조기체 형성방법을 제공하는 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 기판 건조 시스템의 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 기판 건조용 건조기체 형성장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판을 건조하기 위한 건조기체 형성방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건조용 용액 내에 존재하는 불순물의 농도를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 건조 챔버 120 : 건조기체 형성장치
122 : 기포 형성용 기체 제공부 125 : 건조 기체 제공관
126 : 플레이트 130 : 압전소자
133 : 건조용 용액 제공부 136 : 캐리어 기체 제공부
140 : 탈이온수 제공부 160 : 진공 펌프
170 : 건조기체 배출구 180 : 탈이온수 배출구
상기 제1목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 건조용 용액 저장부, 상기 용액 저장부의 하단에 위치하고 상기 용액 저장부의 용액 내에 기포를 발생시키기 위한 기포 형성용 기체 제공부, 상기 기포 형성용 기체 제공부와 상기 용액 저장부의 사이에 위치하고, 상기 기포 형성용 기체 제공부로부터 제공된 기체를 분산시키는 다수개의 홀이 형성된 플레이트, 상기 플레이트보다 위에 위치하며 상기 용액저장부 내에 위치하여 상기 용액 저장부의 용액을 기화시키는 압전소자 및 상기 용액 저장부 상에 위치하여 상기 용액 저장부로부터 기화된 증기를 이동시키는 캐리어 기체 제공부를 포함하는 기판 건조용 건조기체 형성장치를 제공한다.
상기 제2목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기포 형성용 기체를 다수개의 홀이 형성된 플레이트를 통해 골고루 건조용 용액으로 제공하는 단계, 상기 건조용 용액 내에 초음파를 발생시키는 단계, 상기 기포 형성용 기체 및 초음파에 의해 상기 건조용 용액의 일부를 증기로 형성하여 외부로 유출시키는 단계 및 상기 유출된 증기를 캐리어 기체에 의해 기화시키면서 이동시키는 단계를 포함하는 기판 건조용 건조기체 형성방법을 제공한다.
이와 같이 2가지 방법으로 건조기체를 형성함으로써, 충분한 양의 건조기체를 농도, 유속 및 방향을 제어하며 웨이퍼로 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 기판 건조용 건조기체 형성장치는 기판 건조용 용액 저장부를 포함한다. 상기 용액 저장부의 하단에는 기포 형성용 기체 제공부가 위치하고 상기 용액 저장부의 용액 내로 기포를 발생시킨다. 상기 용액 저장부 및 상기 기포 형성용 기체 제공부 사이에는 다수개의 홀이 형성된 플레이트가 위치한다. 상기 플레이트는 상기 기포 형성용 기체 제공부로부터 제공된 기체를 분산시킨다. 따라서, 상기 기체 형성 제공부를 통해 제공된 기포 형성용 기체는 다수개의 홀이 형성된 플레이트를 통해 골고루 건조용 용액으로 제공된다.
상기 플레이트보다 위에 위치하며 상기 용액 저장부 내에 위치하여 상기 용액 저장부의 용액을 기화시키는 압전소자를 포함한다. 상기 압전소자는 상기 건조용 용액 내에 1㎒ 이상의 주파수를 갖는 초음파를 발생시킨다. 상기 기포 형성용 기체 및 초음파에 의해 상기 건조용 용액의 일부는 증기로 형성하여 외부로 유출된다.
상기 용액 저장부 상에 위치하여 상기 용액 저장부로부터 기화된 증기를 이동시키는 캐리어 기체 제공부를 포함한다. 상기 유출된 증기는 캐리어 기체에 의해 기화되면서 이동한다.
상기 기체 제공부들은 이중관으로 형성되면, 상기 기포 형성용 기체 및 캐리어 기체는 불활성 기체이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 기판 건조 시스템의 개략도이다.
도 1a를 참조하면, 기판 건조 장치는 기판을 장착하여 실질적으로 건조가 이루어지는 건조 챔버(100)를 포함한다. 상기 기판 건조 챔버(100)는 기판을 외부로부터 유입 및 배출하며 유입된 기판을 지지하기 위한 지지수단을 구비한다.
상기 건조 챔버(100)는 건조 기체를 제공하는 건조기체 형성장치(120) 및 건조기체 제공관(125)와 연결된다. 상기 건조기체 형성장치(120)는 휘발성 액체를 기화시켜 증기로써 상기 건조 챔버(100)로 제공한다.
또한, 상기 건조 챔버(100)는 탈이온수 제공부(140)를 구비하여 건조 챔버로 탈이온수를 공급하며, 진공 펌프(160)를 구비하여 필요한 압력을 조절한다. 상기도입된 건조 기체 및 탈이온수를 사용하고 배출하기 위한 건조기체 배출구(170) 및 탈이온수 배출구(180)를 구비한다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 기판 건조용 건조기체 형성장치의 개략도이다.
도 1b를 참조하면, 상기 기판 건조용 건조기체 형성장치(120)는 기포 형성용 기체 제공부(122)를 포함한다. 상기 기포 형성용 기체 제공부(122)는 질소와 같은 불활성 기체를 버블링시켜 제공한다. 상기 기포 형성용 기체 제공부(122)는 이중관으로 형성되어 있으며, 개수 및 위치는 필요에 따라 조절할 수 있다.
상기 기포 형성용 기체 제공부(122)로부터 버블링되어 제공된 불활성 기체를 고루 전달하는 다수의 홀이 형성된 플레이트(126)를 포함한다. 상기 플레이트(126)는 체와 같이 매우 미세한 구멍이 조밀하고 규칙적으로 형성되어 제공된 불활성 기체를 균일하게 분배시키는 역할을 한다.
상기 플레이트(126)와 연결되고, 초음파를 발생시키는 압전소자(130)가 장착된 건조용 용액 저장부(133)를 포함한다. 실질적으로 상기 건조용 용액 저장부(133)는 상기 플레이트(126) 및 기포 형성용 기체 제공부(122)를 포함한다. 즉, 상기 건조용 용액 저장부(133)의 바닥면 또는 하부에 상기 기포 형성용 기체 제공부(122)가 장착되어 불활성 기체를 제공하며, 상기 기포 형성용 기체 제공부(122) 보다는 위에 형성되어 있으나, 상기 건조용 용액 저장부(133)의 하부에 플레이트(126)가 형성되어 있다.
상기 건조용 용액 저장부(133) 위로는 상기 건조용 용액 제공부(133)로부터제공된 증기를 이동시키기 위한 이중관으로 형성된 캐리어 기체 제공부(136)가 위치한다. 상기 캐리어 기체 제공부(136)와 마주하는 방향으로는 상기 제공된 증기가 건조 챔버로 이동할 수 있는 건조 기체 제공관(125)이 위치한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판을 건조하기 위한 건조기체 형성방법에 대한 순서도이다.
도 1b 및 도 2를 참조하면, 상기 기체 형성 제공부(122)를 통해 질소와 같은 불활성 기체를 버블링하면서 제공하여 다수의 홀이 형성된 플레이트(126)를 통해 골고루 건조용 용액 저장부(133)로 제공한다.(S200) 이때, 상기 건조용 용액 저장부(133)로 압전소자(130)를 이용하여 1㎒ 이상의 주파수를 갖는 초음파를 함께 제공한다.(S210)
상기 기포 형성용 기체 및 초음파에 의해 상기 용액 저장부의 용액의 일부를 증기로 형성하여 외부로 유출시킨다.(S220) 상기 용액 저장부에는 IPA와 같은 휘발성 기체가 저장되어 있으므로 기화가 잘 일어난다. 상기 압전소자로부터 제공된 초음파를 이용하여 기체를 기화시키면, 장시간 사용에도 상기 용액 저장부의 온도가 상승되지 않으므로, 부가적으로 온도를 조절하는 번거로움을 줄일 수 있다.
상기 용액 저장부의 용액은 버블링 되어 제공된 불활성 기체 및 압전소자로부터 제공된 초음파에 의해 기화된다. 즉, 두 가지 방법을 동시에 이용할 수 있으며, 필요에 따라 독립적으로 이용할 수 있다. 본 발명의 건조 기체 형성장치에서 얻을 수 있는 건조 기체의 최대 농도는 버블링 되어 제공되는 불활성 기체를 증가시키고, 사용하는 압전 소자의 용량이나 개수를 늘림으로써 용이하게 증가시킬 수있다. 특히, 압전 소자는 협소한 공간에도 설치할 수 있으므로, 개수의 증가에 크게 제약을 받지 않는다.
압전 소자(130)를 이용한 기화방법은 기화 효율이 매우 높을 뿐만 아니라, 기화되는 양이 압전 소자(130)에 공급되는 전력에 의해 결정되므로 이를 소프트웨어적으로 제어할 수 있다. 즉, 데이터를 주고받는 시간이 매우 빠르므로 실시간으로 제어할 수 있다. 따라서, 건조기체 형성장치의 출구 및 건조 챔버 내부에 증기 검출기를 부가적으로 설치하여 상기 각 위치에서 검출된 농도를 압전 소자의 제어회로에 공급함으로써 건조기체 형성장치 내부의 용액 저장량 변화 및 버블링 기체의 변화가 발생하여도 일정한 농도로 건조 기체를 얻을 수 있다.
상기 유출된 증기를 캐리어 기체에 의해 기화시키면서 이동시킨다.(S230) 캐리어 기체는 일정 유속으로 제공되어 기화된 건조 기체를 일정하게 제공할 수 있으며, 상기 건조 기체를 완전하게 건조시킨다.
건조 기체의 흐름은 캐리어 기체의 제공 유무, 제공 방향 또는 건조 기체 형성장치의 출구의 기울기에 의해 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 건조 기체 형성장치는 건조 기체의 농도, 유속 및 방향 제어등이 용이하여 건조의 효율을 증대시킬 수 있으나, 건조용 용액 내에 압전 소자가 장시간 침지된 상태로 있으므로, 상기 건조용 용액으로부터 형성된 건조 기체가 오염되어 결과적으로 상기 건조 기체와 직접적으로 접촉하는 기판을 오염시킬 우려가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건조용 용액 내에 존재하는 불순물의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 니켈(Ni)도금된 압전 소자를 건조용 용액으로 사용할 수 있는 100% IPA 용액 약 20㎖ 속에 약 48시간 동안 침지한 후, 상기 용액 내에 잔존하는 불순물의 양을 질량분석기(mass spectrometer)인 HR-ICP MS로 분석하였다. 17개의 금속물에 대해 검사한 결과, 모두 관리 기준인 0.5ppb 이하로 양호한 결과를 나타내었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 질소와 같은 불활성 기체 및 압전 소자로 발생시킨 초음파에 의해 IPA와 같은 휘발성 기체의 증기를 형성하여 웨이퍼 건조용 건조 기체로써 제공한다.
이와 같이 2가지 방법으로 건조기체를 형성함으로써, 충분한 양의 건조기체를 농도, 유속 및 방향을 제어하며 웨이퍼로 제공할 수 있다.
즉, 건조 기체의 농도를 확보하여 충분하게 웨이퍼로 공급함으로서 웨이퍼와 건조기체가 접촉되지 않는 취약부위가 발생하지 않는다. 또한, 상온에서 건조기체가 생성되므로 온도의 상승으로 인한 위험 부담이 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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 (5)

  1. 기판 건조용 용액 저장부;
    상기 용액 저장부의 하단에 위치하고 상기 용액 저장부의 용액 내에 기포를 발생시키기 위한 기포 형성용 기체 제공부;
    상기 기포 형성용 기체 제공부와 상기 용액 저장부의 사이에 위치하고, 상기 기포 형성용 기체 제공부로부터 제공된 기체를 분산시키는 다수개의 홀이 형성된 플레이트;
    상기 플레이트보다 위에 위치하되, 상기 용액 저장부 내에 위치함으로서 상기 용액 저장부의 용액을 기화시키는 압전소자; 및
    상기 용액 저장부 상에 위치하여 상기 용액 저장부로부터 기화된 증기를 이동시키는 캐리어 기체 제공부를 포함하는 기판 건조용 건조기체 형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체 제공부들은 이중관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 건조용 건조기체 형성장치.
  3. 기포 형성용 기체를 다수개의 홀이 형성된 플레이트를 통해 골고루 기판 건조용 용액으로 제공하는 단계;
    상기 용액 내에 초음파를 발생시키는 단계;
    상기 기포 형성용 기체 및 초음파에 의해 상기 건조용 용액의 일부를 증기로형성하여 외부로 유출시키는 단계; 및
    상기 유출된 증기를 캐리어 기체에 의해 기화시키면서 이동시키는 단계를 포함하는 기판 건조용 건조기체 형성방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기포 형성용 기체 및 캐리어 기체는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 기판 건조용 건조기체 형성방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 초음파는 1㎒ 이상의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 건조용 건조기체 형성방법.
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