KR20040079988A - 기판의 모세관 건조 - Google Patents

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KR20040079988A
KR20040079988A KR10-2004-7012117A KR20047012117A KR20040079988A KR 20040079988 A KR20040079988 A KR 20040079988A KR 20047012117 A KR20047012117 A KR 20047012117A KR 20040079988 A KR20040079988 A KR 20040079988A
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KR10-2004-7012117A
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라우랜스 제이. 마이랜드
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아크리온 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 기판을 건조하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 모세관 재료를 포함하는 하나 또는 그 이상의 지지부를 갖고 프로세스 탱크내에서 하나 이상의 기판을 지지하는 물체 지지부재를 포함한다. 상기 방법은 젖은 기판과 모세관 재료를 접촉시키는 단계를 포함하는 프로세스 탱크내에서 젖은 기판으로부터 액체를 제거하는 방법이다. 다른 양태에서, 본 발명은 액위를 가진 액체에 기판을 침지시키는 단계; 상기 침지된 기판을 프로세스 탱크내에 지지하는 단계; 상기 액위 위로 건조 증기를 공급하는 단계; 상기 액위가 기판 아래에 놓이도록 액위를 낮추거나 또는 기판을 상승시켜 상기 기판 표면으로부터 대부분의 액체를 제거하는 단계; 및 상기 기판 표면으로부터 남아있는 액체를 모세관 재료로 제거하는 단계;를 포함하는, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법이다.

Description

기판의 모세관 건조 {CAPILLARY DRYING OF SUBSTRATES}
반도체의 제조에 있어서, 반도체 장치는 얇은 디스크형 기판상에 제조된다. 일반적으로, 각각의 기판은 다수의 반도체 장치를 포함한다. 임의의 단일 기판상에 제조될 수 있는 반도체 장치의 정확한 수는 기판의 크기와 제조되는 반도체 장치의 크기에 따라 좌우된다. 그러나, 반도체 장치는 더욱 더 소형화되고 있다. 이러한 소형화로 인하여, 임의의 주어진 면적에 더 많은 수의 반도체 장치가 제조될 수 있으며, 따라서, 각 기판의 표면적을 더욱 더 가치있게 만든다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 가시적인 최종 제품이 되기 전에 기판은 여러 처리 단계를 거치게 된다. 이러한 처리 단계에는 화학적 에칭, 웨이퍼 그라인딩, 포토레지스트 스트립핑 및 마스킹이 포함된다. 이러한 단계들은 통상적으로 프로세스 탱크에서 이루어지며, 장치를 오염시켜 고장낼 수 있는 입자가 기판으로부터제거되도록, 크리닝, 린싱 및 건조로 이루어진 많은 사이클을 각각의 기판이 처리 과정에서 통과하여야 필요가 있다. 그러나, 이러한 린싱과 건조 단계는 그 자체가 추가적인 문제를 유발할 수 있다.
하나의 중요한 문제점은 린싱(또는 기판이 액체에 노출되는 임의의 다른 처리 단계)이후, 건조 단계에서 기판으로부터 액체를 완전히 제거하지 못하는 것이다. 액체 방울이 남아 있는 기판 영역으로부터 제조되는 반도체 장치가 고장 가능성이 더 크다는 것이 당업계에 공지되어 있다. 따라서, 기판당 적절하게 기능하는 장치의 수율을 높이기 위하여, 기판 표면으로부터 모든 액체를 가능한 한 완전히 제거하는 것이 필수적이다.
가능한 한 완전하고 신속하게 기판을 건조하기 위하여 매우 복잡한 시스템 및 방법이 고안되었다. 그러나, 종래의 건조 시스템 및 방법의 결함으로 인하여, 기판 표면으로부터 액체의 모든 흔적을 효율적이면서 저렴한 방식으로 완벽하게 제거하는 것이 불가능하다. 기판이 프로세스 탱크내에 장착될 때, 상기 기판은 지지장치에 의해 통상적으로 직립 자세로 지지되며, 상기 지지장치는 캐리어 또는 프로세스 탱크 자체에 조립된 물체 지지부재일 수 있다. 상기 지지장치와 접촉하고 있는 기판의 영역으로부터 물의 흔적을 효율적이면서 신속하게 제거하는 것은 당업계에 공인된 문제점이다. 따라서, 완전히 건조할 수 없어서 폐기하여야 하는 엣지 부근의 기판 부분으로서 당업계에 공지된 소위 "엣지 익스클루젼(edge exclusion)"로 인하여 폐기되는 매우 귀중한 기판 부분이 존재한다. 반도체 장치가 더욱 소형화되고 있기 때문에, 남아있는 액체에 의해 발생되는 물-얼룩(water spotting)이없다면, 기능을 할 수 있는 많은 장치가 이 영역으로부터 제조될 수 있다는 점에서, 상기 "엣지 익스클루젼" 영역도 더욱 중요해지고 있다.
웨이퍼 기판을 완전히 건조시킴으로써 엣지 익스클루젼이 필요없는 건조기 시스템 및 건조 방법을 개선하고자 하는 많은 시도가 이루어졌다. 그러나, 어느 것도 효율적이고 효과적인 방식으로 문제를 완벽하게 해결하지 못하였다.
예를 들어, 모힌드라 등의 미국특허 제5,571,337호는 부분적으로 완성된 반도체의 엣지에서 질소 가스와 같은 건조 유체를 펄싱하여 상기 엣지로부터 액체를 제거하고 있다. 상기 모힌드라의 공정은 접촉점에서 액체가 증발되었다. 물에 존재할 수도 있는 입자 또는 불순물이 후에 남아 수율을 저하시키기 때문에, 증발은 바람직하지 않다. 또한, 모힌드라의 공정을 수행하기 위해 필요한 장비가 고가이고 부담이 될 수 있다.
맥코넬 등의 미국특허 제4,984,597호는 건조를 개선하고 물을 대체하기 위하여 다량의 IPA를 사용하고 있다. 그러나, 그러한 공정은 IPA를 안전하게 처리하기 위하여 복잡한 지지 장비와 특수한 탱크를 필요로 한다. 또한, 상기 맥코넬의 공정은 다량의 IPA가 사용되기 때문에 고가이다.
세번째 건조 시스템이 무나카타의 미국특허 제6,125,554호에 개시되어 있다. 무나카타의 특허에는 기판을 직립 자세로 지지하기 위한 그루브를 가진 래크(rack)를 포함하는 기판 건조 시스템이 개시되어 있다. 상기 기판은 래크의 그루브내에 접촉 및 지지된다. 각각의 그루브는 그루브 부근에 통공을 가지며, 상기 통공은 그루브 접촉점 부근에서 기판에 부착된 물을 흡인할 수 있다. 이 시스템은 각 그루브에 진공력을 생성하기 위한 추가 장비가 필요하고, 상기 래크내의 개방 통공 및 공동이 공기 방울 및 포획된 입자 때문에 액체가 충진된 프로세스 탱크에 문제를 야기할 수 있다. 또한, 무나카타의 특허에 사용된 래크는 고가이며 제조가 곤란할 수 있다.
깨끗하고 저렴하며 적절한 방식으로 건조기의 지지 장치와 기판의 엣지간의 접촉점으로부터 남아있는 물을 효율적으로 제거할 수 없음으로 인한 엣지 익스클루젼을 해결하기 위해 다른 많은 시스템과 방법이 제안되었으나, 어느 것도 문제를 완전히 해결하지 못하였다.
2002년 2월 6일자 출원된 미국 가출원 제60/354,812호를 우선권 주장한다.
본 발명은 물체, 특히 실리콘 웨이퍼 기판, 평판 디스플레이용 기판 및 장치의 제조시 크리닝, 린싱 및 건조되어야 하는 기타 다른 종류의 기판을 건조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 집적회로의 제조과정에서 실리콘 웨이퍼 기판으로부터 남아있는 액체의 제거에 관한 것이다.
도 1은 하강하고 있는 기판과 함께 기판 캐리어의 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 기판 캐리어의 평면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 물체 지지부재의 실시예를 도시한 사시도이고,
도 4는 프로세스 탱크내에 배치되어 기판을 지지하고 있는 도 3의 물체 지지부재를 개략적으로 도시한 측단면도이며,
도 5는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ 영역의 확대도이고,
도 6은 본 발명에 따른 기판 건조 방법의 실시예의 흐름도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판과 같은 고가의 물체를 건조하는 신속한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고가의 물체를 건조하는 더 저렴한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 건조기 장비아 건조중인 물체간의 접촉점에 존재하는 엣지 익스클루젼 문제를 저감 또는 제거하는 것이다.
또 다른 목적은 실리콘 웨이퍼로부터 고가의 집적 회로의 수율을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다량의 고가의 건조 화학물이 필요없도록 하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적과 장점이 하기된 상세한 설명에 개시되어 있으며,당업자는 본 발명을 실시하거나 실험함으로써 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 목적과 장점이 특허청구범위에 특정된 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있을 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치로서, 상기 장치는 모세관 재료를 포함하는 하나 또는 그 이상의 지지부를 갖고 프로세스 탱크내에서 하나 이상의 기판을 지지하는 물체 지지부재를 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 지지부는 모두 상기 모세관 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 물체 지지부재는 완전히 모세관 재료로 구성된다. 그러나, 상기 물체 지지부재가 모세관 재료로 구성된 코어와, 비모세관 재료로 구성된 쉘(shell)을 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 상기 지지부는 상기 쉘을 관통하여 코어를 노출시키는 그루브를 포함한다. 상기 기판은 그루브내에서 실질적으로 직립 자세로 지지된다. 또한, 상기 하나 또는 그 이상의 구루브가 하방으로 휘어진 벽체를 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시예는, 상기 물체 지지부재에 의해 기판이 지지되었을 때, 상기 기판과 물체 지지부재간의 접촉면적을 최소화하여, 유체 유동을 덜 방해하는 경로를 제공한다. 바람직하게, 상기 쉘의 비모세관 재료는 PP 또는 PTFE와 같은 비다공성 플루오로폴리머이다.
상기 물체 지지부재의 지지부는, 상기 물체 지지부재에 의해 기판이 지지되었을 때, 오직 기판만이 모세관 재료와 접촉하도록, 형성되는 것이 바람직하다.
상기 장치는 상기 모세관 재료에 유동적으로 연결된 드레인을 더 포함할 수있다. 액체가 모세관 재료로 흡인되면, 상기 액체는 모세관 재료의 다른 부분으로부터 드레인으로 배출됨으로써, 모세관 재료로 흡인되는 추가적인 액체를 위한 공간을 만들게 된다. 상기 드레인은 진공 또는 기타 다른 고가의 장비가 필요없도록 대기압으로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 드레인은 모세관 재료로 액체를 흡인하거나 또는 모세관 재료를 통과하여 프로세스 챔버속으로 액체를 송출하도록 형성된 진공원에 유동적으로 연결될 수 있다. 바람직하게, 기판이 침지될 탈이온 세척수(rinse water)로 프로세스 탱크가 충진되기 이전 및 그 도중에, 상기 진공원은 모세관 재료를 통과하여 프로세스 탱크속으로 탈이온수를 송출하도록 형성된다. 이에 따라 상기 모세관 재료는 다시 젖게 되고, 모세관 재료내의 에어 포켓(air pocket)이 제거된다.
상기 장치가 린싱 및 건조와 아울러 기판을 화학적으로 처리하는 프로세스 탱크내에 사용된다면, 상기 진공원은, 프로세스 탱크가 화학물로 충진되고 깨끗한 탈이온 세척수가 프로세스 탱크속으로 유도되기 시작할 때, 상기 프로세스 탱크로부터 모세관 재료속으로 액체를 흡인하도록 형성될 수 있다. 이때 상기 모세관 재료속으로 액체를 흡인함으로써, 상기 모세관 재료내에 포획된 화학물은 모세관 재료속으로 더 흡인되어 유입되는 상기 탈이온 세척수에 의해 대체된다. 이는 포획된 화학물이 프로세스 탱크로 역확산되는 것과, 상기 모세관 재료와 접촉하고 있는 기판 부분의 과도한 에칭을 방지한다.
상기 모세관 재료는 모세관력을 이용하여 액체를 흡인할 수 있는 임의의 재료일 수 있으나, 상기 모세관 재료는 다공성 폴리프로필렌("PP") 또는 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌("PTFE")과 같은 다공성 플루오로폴리머인 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 물체 지지부재는 2개의 외측 리프터(lifters), 중앙 리프터 및 베이스 플레이트를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 외측 리프터와 중앙 리프터는 베이스 플레이트로부터 상방향으로 연장되며, 상기 중앙 리프터는 2개의 외측 리프터보다 더 짧다. 상기 외측 리프터와 중앙 리프터는, 기판이 프로세스 탱크속으로 하강할 때 상기 외측 리프터와 더 짧은 중앙 리프터가 기판을 접촉 및 지지할 수 있도록, 베이스 플레이트상에 위치되어야 한다.
상기 물체 지지부재는 건조 공정중에 다수의 물체를 접촉 지지하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 물체 지지부재가 프로세스 탱크의 바닥 또는 그 부근에서 고정된 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
다른 양태에서, 본 발명은 프로세스 탱크내에서 젖은 기판으로부터 액체를 제거하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 젖은 기판과 모세관 재료를 접촉시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법으로서, 상기 방법은 액위(liquid level)를 가진 액체에 기판을 침지시키는 단계; 상기 침지된 기판을 프로세스 탱크내에 지지하는 단계; 상기 액위 위로 건조 증기를 공급하는 단계; 상기 액위가 기판 아래에 놓이도록 액위를 낮추거나 또는 기판을 상승시켜 상기 기판 표면으로부터 대부분의 액체를 제거하는 단계; 및 상기 기판 표면으로부터 남아있는 액체를 모세관 재료로 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 방법의 일 실시예에서, 모세관 작용으로 액체를 제거하는 단계는 상기 하강 또는 상승 단계에 후속하여 상기 기판과 모세관 재료를 접촉시키는 단계를 포함한다. 그러나, 상기 모세관 재료는 기판을 지지하는 물체 지지부재의 일부인 것이 바람직하다.
상기 방법은 상기 모세관 재료로 흡인된 액체를 상기 모세관 재료에 유동적으로 연결된 드레인을 통하여 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 이러한 배출 단계는 대기압에서 실시된다.
상기 프로세스 탱크를 밀폐하고 전술한 단계들을 폐쇄 분위기내에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 폐쇄 분위기는 바람직하게 불활성 분위기이다. 상기 프로세스 탱크가 밀폐되면, 상기 건조 증기가 액위 위로 프로세스 탱크에 공급됨과 동시에, 하나 이상의 기판이 액체에 침지된다. 상기 액체는 탈이온수일 수 있으며, 상기 건조 증기는 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다. 상기 이소프로필 알콜은 탈이온수의 액체 표면으로 확산된다. 상기 액체가 프로세스 탱크로부터 배출되고 상기 액위가 기판을 지나 낮아지면, 마랑고니(Marangoni) 건조효과에 의해 기판 표면으로부터 액체의 대부분이 제거된다. 그러나, 이러한 마랑고니형 건조는 기판을 완전히 건조시킬 수 없다. 일반적으로, 상기 기판상에 남아있는 액체는, 기판을 모세관 재료와 접촉시켜(또는 접촉되도록 하여) 모세관력에 의해 기판으로부터 모세관 재료로 남아있는 액체를 흡인함으로써, 제거되어야만 한다.
본 발명에 따른 건조 방법이 기판상에서 수행되기 전에, 상기 모세관 재료에 포획된 에어 포켓이 제거되는 것이 바람직하다. 이러한 에어 포켓의 제거는 액체,바람직하게는 탈이온수를 상기 모세관 재료를 통하여 프로세스 탱크속으로 송출함으로써 수행됨이 바람직하다. 이러한 재습윤(re-wetting) 과정은 기판이 프로세스 탱크속으로 유도되기 전에 실시된다.
본원 발명에 따른 방법은 에칭, 린싱 및 스트립핑을 포함하는 여러 반도체 가공단계와 함께 사용될 수 있다. 많은 경우에서, 이 모든 단계들은 단일 프로세스 탱크내에서 기판이 계속 본래의 장소에 있는 상태로 실시될 수 있다.
도면과 하기된 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 설명하고 있으나, 이는 단지 예시하기 위한 것이다. 본 명세서에 개시된 구조 및 방법에 대한 대안적 실시예가 발명의 기본원리를 벗어나지 않고 채용될 수 있음을 당업자는 하기된 상세한 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 바스켓으로도 알려진 기판 캐리어(1)의 실시예가 도시되어 있다. 통상적으로 기판 캐리어는 제조 공정중에 기계에서 기계로 기판을 이송하기 위하여 반도체 산업에서 사용된다. 기판 캐리어를 사용함으로써 기계 조작자가 기판을 직접 취급할 필요가 없거나 적으며, 따라서 물리적 손상 또는 오염의 가능성이 저감된다. 상기 기판 캐리어(1)는 전면 패널(2), 배면 패널(3), 2개의 측부 패널(4), 2개의 바닥 지지 패널(5) 및 상기 양 측부 패널(4)과 바닥 지지 패널(5)로부터 돌출된 다수의 기판 분리 가이드(6)를 갖는다. 상기 기판 분리 가이드(6)는, 평평한 기판(7)이 기판 분리 가이드(6) 사이에 슬라이드가능하게 위치되어 기판 분리 가이드에 의해 지지될 수 있도록, 정렬된다.
이하, 도 2를 참조하면, 기판 캐리어(1)는 또한 2개의 측부 개구공(opening hole)(8)과 바닥 개구공(9)을 갖는다. 기판 캐리어(1)가 전술한 구조를 가진 웨이퍼 바스켓인 것으로 도시되어 있으나, 당업자는 본 발명이 이 실시예에 의해 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 기판 캐리어는 하나 이상의 기판을 운반할 수 있고 특허청구범위에 개시된 기능을 수행할 수 있는 한 임의의 형태를 취할 수 있다. 대안적 실시예는 기판을 맞물어 이송하는 로봇팔, 와이어 프레임 캐리어 및 흡입 막대(suction wands)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 물체 지지부재(10)의 실시예를 도시한 도면이다. 상기 물체 지지부재(10)는 2개의 외측 리프터(11), 짧은 중앙 리프터(12) 및 베이스 플레이트(14)를 포함한다. 상기 베이스 플레이트(14)는 물체 지지부재(10)로부터 액체가 용이하게 배출되도록 베이스 플레이트(14)를 관통하고 있는 다수의 홀(15)을 갖는다. 유입 유체의 공급원이 베이스 플레이트(14) 하부에 위치된 경우, 상기 홀(15)은 유입 유체가 프로세스 탱크(20)에 균일하게 분포될 수 있도록 한다(도 4 참조). 상기 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)는 각각의 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)의 상부를 따라 다수의 톱니형 기판 고정 빗살(comb)(13)을 갖도록 구성된다. 상기 기판 고정 빗살(13)은 물체 지지부재(10)의 지지부 역할을 하는 연속적인 역삼각형 그루브(16)(도 4 참조)를 형성한다. 상기 물체 지지부재(10)의 지지부가 그루브(16)로서 도시되어 있으나, 물체 지지부재의 지지부는 이에 한정되지 않으며, 기판을 지지할 수 있는 한 임의의 형태를 취할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 그루브(16)는 그 내부에 기판(7)을 수용하여 지지할 수 있도록 형성되며, 물체 지지부재(10)의 지지부 기능을 한다. 상기 그루브(16)는, 평평한 기판(7)이 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)의 해당 그루브(16)속으로 삽입될 수 있도록, 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)상에 정렬된다. 상기 기판(7)은 물체 지지부재(10)와 기판(7)간의 접촉이 최소화된 상태에서 실질적으로 수직한 자세로 지지된다. 상기 물체 지지부재(10)가 다수의 기판을 지지하도록 설계된 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 개시된 한정이 충족되는 한, 단일의 기판을 지지하도록 설계된 물체 지지부재를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 물체 지지부재(10)는 프로세스 탱크(20)의 바닥 또는 그 부근에 위치되는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 상기 물체 지지부재(10)는 코어(18)와 쉘(19)을 포함한다. 상기 코어(18)는 (음영으로 표시된)모세관 재료로 구성되는 반면, 상기 쉘(19)은 비모세관 재료로 구성된다. 특히, 상기 코어(18)는 다공성 폴리프로필렌("PP")으로 구성되고, 상기 쉘(19)은 비다공성 폴리비닐리덴 플루오르화물("PVDF")로 구성된다. 본원에서 사용된 용어 "모세관 재료"는 모세관력의 결과로서 액체를 흡인할 수 있는 임의의 재료이며, 그 질량 사이에 스페이스/공간을 구비한 개방형 셀 재료와 기공/공동을 구비한 폐쇄형 셀 재료를 모두 포함한다. 재료가 본래 모세관 재료일 수 있으며, 또는 예를 들어 재료를 다공성으로 제조하는 것과 같이 모세관 기능을 나타내도록 변형될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "비모세관 재료"는 모세관력에 의해 액체를 흡인하는 상당한 능력을 나타내지 않는 임의의 재료를 의미한다.
본 발명을 실시하기 위해 사용될 수 있는 모세관 재료의 바람직한 예는 PP, 폴리테트라플루오로에틸렌("PTEF") 및 PVDF와 같은 다공성 플루오로폴리머이다. 사용된 다공성 PP의 허용가능한 기공 크기는 125 내지 170 미크론이다. 상기 다공성 PP의 허용가능한 기공 체적은 35 내지 50%이다. 이는 상기 다공성 PP의 체적중 35 내지 50%가 노출(open air)됨을 의미한다. 다공성 PP와 다공성 PTFE가 본 발명에 사용된 바람직한 모세관 재료이지만, 용어 "모세관 재료"는 재료가 모세관력 현상에 의해 액체를 흡인할 수 있는 능력을 나타내는 한 아직 공지되지 않았거나 발견되지 않은 재료를 포함하여 훨씬 더 넓은 범위의 재료를 포함한다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 물체 지지부재를 형성하는데 사용되는 경우, 상기 모세관 재료는 기판을 지지할 수 있을 정도로 충분히 강해야 한다.
적당한 비모세관 재료의 예로서는 PP, PTFE 및 PVDF와 같은 비다공성 플루오로폴리머가 포함된다.
외측 리프터(11)의 단면이 도 4에 도시되어 있으나, 중앙 리프터(12)와 다른 외측 리프터(11)(도 3 참조)가 코어(18) 및 쉘(19)과 관련하여 동일한 방식으로 구성됨을 이해하여야 한다. 상기 쉘(19)을 통하여 코어(18)속으로 그루브(16)가 연장되며, 코어(18)인 모세관 재료를 노출시킨다. 상기 기판(7)이 물체 지지부재(10)내에 지지될 때, 기판(7)이 쉘(19)의 비모세관 재료와 접촉하지 않고 코어(18)의 모세관 재료와 접촉할 때까지, 상기 기판(7)은 그루브(16)속으로 하향하여 슬라이드식으로 삽입된다. 따라서, 상기 기판(7)은, 기판(7)이 물체 지지부재(10)의 모세관 재료에만 접촉하도록, 물체 지지부재(10)에 의해 지지된다.
상기 코어(18)의 모세관 재료는 배출관(24)에 유동적으로 연결된다. 이에 따라, 상기 코어(18)의 모세관 재료에 흡인된 액체는 기판(7)으로부터 프로세스 탱크(20)의 외부로 배출될 수 있다. 상기 배출관(24)은 진공원/방출기(45)를 통해 유체관(40)에 유동적으로 연결된다. 또한, 상기 유체관(40)은 일단이 탈이온수 공급기(41)에, 타단이 배수용기(42)에 유동적으로 연결된다. 상기 유체관(40)은 탈이온수 공급기(41)와 진공원/방출기(45) 사이에 배치된 제 1 밸브(43)를 갖는다. 또한, 상기 유체관(40)은 진공원/방출기(45)와 배수용기(42) 사이에 배치된 제 2 밸브(44)를 갖는다.
상기 모세관 재료의 배수는 모세관 작용에 의해 액체가 제거되는 동안 대기압에서 이루어진다. 상기 진공원/방출기(45)의 사용은 필요하지 않다. 본 발명을 실시하는데 있어서 필수적인 것은 아니지만, 진공원/방출기(45)를 도시된 바와 같이 시스템에 통합하는 것이 바람직함을 발견하였다. 진공원/방출기(45)를 적절하게 채용함으로써, 모세관 재료가 공정중에 액체로 완전히 포화됨과 아울러 포획된 화학물이 바람직하지 않은 시점에 기판(7)과 접촉하지 않도록 보장할 수 있다. 포획된 공기는 바람직하지 않으며, 그 이유는 그와 같은 공기가 상기 모세관 재료로부터 나오는 공기방울을 생성할 수 있고, 프로세스 탱크(20)내에 위치된 웨이퍼와 접촉하기 때문이다. 이 공기방울들은, 공기방울이 웨이퍼와 접촉할 때 웨이퍼상에 적층될 수 있는 입자와 같은 오염물질을 수반할 수 있다. 상기 모세관 재료를 충분히 포화시킴으로써, 상기 모세관 재료내에 포획된 공기를 제거하게 된다.
상기 프로세스 탱크(20)는 덮개(30), 일류 둑(overflow weir)(31), 액체 공급관(32), 챔버 드레인(33) 및 건조 증기 공급원(34)을 포함한다. 상기 덮개(30)는 통상의 방식으로 프로세스 탱크(20)에 연결되며, 덮개(30)가 프로세스 탱크(20)의 상부와 접촉하는 부분에 배치된 O링(35)을 통하여 프로세스 챔버내에 밀폐 분위기를 형성할 수 있다. 상기 액체 공급관(32)은 탈이온수, 화학물, 혼합물, 수용액을 포함하는 임의의 프로세스 액체를 프로세스 탱크(20)에 공급할 수 있도록 채용될 수 있다. 상기 프로세스 탱크의 모든 요소들은 수동으로 제어될 수 있거나, 또는 적절하게 프로그램된 프로세서를 사용하여 자동화될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(7)과 외측 리프터(11)의 그루브(16)간의 접촉 영역의 확대도가 도시되어 있다. 상기 기판(7)이 그루브(16)속으로 삽입되면, 상기 기판(7)은 그루브(16)의 측벽(20,21)과 접촉 결합하여 접촉점(22,23)을 형성한다.
상기 점촉점(22,23)은 비다공성 PP 또는 PTFE와 같은 비다공성 재료로 만들어진 쉘(19)의 하부에서 측벽(20,21)상에 위치된다. 상기 접촉점(22,23)은 코어(18)인 모세관 재료로 구성된 측벽(20,21) 부분에 위치된다. 상기 기판(7)이 모세관 재료로 구성된 물체 지지부재(10)의 지점/영역에만 접촉하도록 보장함으로써, 상기 접촉점(22,23) 또는 그 부근에서 기판(7)상에 포획된 액체는 모세관력에 의해 모세관 재료속으로 흡인된다. 상기 그루브(16)가 역삼각형의 공동인 것으로 도시되었으나, 상기 그루브(16)는 직사각형 또는 반원형과 같이 그 내부에 기판(7)을 지지하는 임의의 형태가 되도록 설계될 수 있다. 그러나, 그루브(16)를 삼각형으로 형성함으로써, 물체 지지부재(10)와 기판(7) 사이에 존재하는 접촉면적은 최소화된다.
도 5에는 기판(7)과 외측 리프터(11)간의 접촉을 특정하여 도시하였으나, 기판(7)이 물체 지지부재(10)내에 지지될 때, 상기 기판(7)은 중앙 리프터(10)와 다른 외측 리프터(11)(도 3 참조)에도 동일한 방식으로 접촉하게 된다. 따라서, 기판(7)이 물체 지지부재(10)에 의해 지지되고 있을 때, 각각의 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)는 도 5에 도시된 바와 같이 기판(7)과 접촉하여 지지한다. 도시된 실시예에서, 상기 물체 지지부재(10)가 다공성 PP 또는 PTFE와 같은 모세관 재료로 제조된 코어(18)와 비다공성 재료로 제조된 쉘(19)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 물체 지지부재 전체를 모세관 재료로 구성하거나, 지지부만이 모세관 재료로 구성되도록 물체 지지부재를 설계하는 것도 가능하다.
또한, 상기 기판(7)이 외측 리프터(11)와 단지 2개의 접촉점(22,23)만을 형성하도록 직사각형 단면을 갖는 것으로 도시되었으나, 상기 기판(7)이 특히 기판 엣지 부근에서 다양한 단면 형태를 취하는 것도 가능하다. 상기 기판의 엣지 단면 형태를 변형함으로써, 기판(7)과 물체 지지부재(10)간에 생성되는 접촉점의 수를 변경할 수 있고, 따라서 접촉 영역을 형성할 수 있다.
도 6은 청구된 건조 방법의 일 실시예를 실시함에 있어서 실행되는 단계를 요약한 도면이다. 도 1 내지 도 5에 도시된 장치와 관련하여, 이하, 도 6의 단계들을 설명한다.
건조 공정이 개시될 때, 프로세스 탱크(20)는 비워지고, 덮개(30)는 개방된다. 유체가 통과하지 못하도록 제 2 밸브(44)가 폐쇄된다. 탈이온("DI")수가 탈이온수 공급기(41)로부터 유체관(40)을 통하여 진공원/방출기(45)로 흐를 수 있도록 제 1 밸브(43)가 개방된다. 진공원/방출기(45)가 충진되고, 탈이온수가 배출관(24)으로 송출되어, 코어(18)의 모세관 재료를 통해 프로세스 탱크(20)로 송출됨으로써, 단계 610은 완료된다. 기판(7)이 프로세스 탱크(20)속으로 유도되기 전에, 상기 모세관 재료를 재습윤하여 상기 모세관 재료에 포획된 에어 포켓을 제거한다.
상기 코어(18)의 모세관 재료를 통하여 탈이온수를 송출함과 동시에, 상기 탈이온수 공급기(41)로부터 탈이온수가 액체 공급관(32)을 통하여 프로세스 탱크(20)에 공급된다. 상기 탈이온수의 액위가 노출된 모세관 재료보다 높으면, 진공원/방출기(45)의 비활성화에 의해, 상기 코어(18)의 모세관 재료를 통한 탈이온수의 송출은 중단될 수 있다. 제 2 밸브(44)는 개방되고, 제 1 밸브(43)는 폐쇄될 수 있다. 상기 탈이온수가 프로세스 탱크(20)를 충진시키고 일류 둑(31)으로 떨어질 때까지, 상기 탈이온수는 액체 공급관(32)을 통해 프로세스 탱크(20)에 계속 공급되며, 단계 620은 완료된다.
상기 탈이온수가 프로세스 탱크(20)에 계속 공급되어 소정의 시간 주기동안 탈이온수가 범람함으로써, 프로세스 탱크(20)내에 존재하는 임의의 입자 또는 오염물질이 적절하게 제거될 수 있도록 보장한다. 상기 프로세스 탱크(20)가 적당하게 세척된 것으로 판단되면, 하나 이상의 기판(7)이 내부에 수용된 기판 캐리어(1)가 충진된 프로세스 탱크(20)속으로 하강하게 되며, 단계 630은 완료된다. 이 때, 상기 탈이온수는 프로세스 탱크(20)의 벽체를 넘어 일류 둑(31)으로 떨어질 수도 있고 떨어지지 않을 수도 있다.
상기 물체 지지부재(10)의 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)가 각각 기판 캐리어(1)의 2개의 측부 개구공(8)과 바닥 개구공(9)을 관통할 때까지, 프로세스 탱크(20)속으로의 웨이퍼 바스켓(1)의 하강은 계속된다. 상기 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)가 상기 2개의 측부 개구공(8)과 바닥 개구공(9)을 관통할 때, 상기 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)는 기판 캐리어(1)내의 기판(7)을 접촉 지지한다. 상기 기판 캐리어(1)가 계속 하강함으로써, 상기 기판(7)은 기판 캐리어(1)로부터 분리되어 더 이상 기판 캐리어와 접촉하지 않게 된다. 상기 기판(7)은 외측 리프터(11)와 중앙 리프터(12)의 해당 그루브(16)내에 (도 5에 도시된 바와 같이) 포획된다. 이 때, 상기 기판(7)은 물체 지지부재(10)에 의해서만 지지되며, 단지 코어(18)의 모세관 재료와 접촉되고, 단계 640은 완료된다.
그 다음, 탱크 덮개(30)가 폐쇄되어 프로세스 탱크(20)가 밀폐되며, 단계650은 완료된다.
단계 660에서, 프로세스 액체 공급관(32)을 통하여 프로세스 탱크(20)에 탈이온수가 계속 공급된다. 계속 공급되는 탈이온수는 지지된 기판(7)의 표면을 지나 흐르게 된다. 상기 기판(7)이 적당히 린싱되면, 탈이온수의 공급은 중지된다. 이 때, 상기 기판(7)은 탈이온수의 액위 아래로 완전히 침지되며, 완전히 젖게 되며, 추후 가공에 앞서 건조되어야 한다.
상기 밀폐된 프로세스 탱크(20)의 잔여 체적은 바람직하게 이소프로필 알콜("IPA")과 질소 가스로 이루어진 건조 증기로 충진되며, 단계 660은 완료된다. 상기 건조 증기는 탈이온수의 액위 위에 위치된 건조 증기 공급원(34)을 통하여 프로세스 탱크(20)로 유입된다. 상기 건조 증기 공급원(34)은 스프레이 노즐, 기포 발생기, 증발기 등과 같이 당업계에 공지된 건조 증기를 발생시키는 임의의 형태의 장치 또는 시스템일 수 있다. 상기 건조 증기가 프로세스 탱크(20)에 공급될 때, IPA는 탈이온수 액위의 상부로 확산된다.
그 다음, 챔버 드레인(33)이 개방되어, 탈이온수와 그 내부에 확산된 IPA가 프로세스 탱크(20)로부터 배출될 수 있도록 한다. 상기 탈이온수가 프로세스 탱크(20)로부터 배출될 때, 상기 탈이온수의 액위는 기판(7) 아래를 지나게 되고, 마랑고니 건조효과에 의해 기판 표면으로부터 탈이온수의 대부분을 제거하게 되며, 단계 670은 완료된다. 상기 챔버 드레인(33)은, 가능하면 유체관(40)에 의해, 적당한 저장용기에 유동적으로 연결된다. 확산된 IPA를 포함하여, 상기 탈이온수의 배출 속도는 사용된 프로세스 탱크와 처리되는 기판의 특정 설계조건에 따라 좌우된다. 그러나, 초당 0.5㎜ 내지 5.0㎜ 범위의 하강율이 적정한 것으로 밝혀졌다. 액위 하강율을 조절하여 마랑고니 건조를 촉진하는 것이 당업계에 공지되어 있으며, 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 상기 탈이온수와 확산된 IPA의 액위가 지지된 기판(7)보다 낮아지면, 탈이온수의 대부분은 기판 표면으로부터 제거된다. 그러나, 이러한 형태의 마랑고니 건조는 그 자체가 기판을 적절하게 건조시킬 수 없으며, 물체 지지부재(10)와 접촉된 기판(7)의 지점/영역 또는 그 부근에서 기판 표면에 탈이온수가 남게 된다. 선택적으로, 상기 탈이온수의 액위가 유지될 수 있으며, 상기 기판이 탈이온수의 액위 위로 상승될 수 있다.
상기 물체 지지부재(10)의 지지부(즉, 그루브(16))가 모세관 재료로 구성되기 때문에, 상기 접촉점(22,23) 또는 그 부근에서 기판(7) 표면상에 남아 있는 탈이온수는 모세관력에 의해 기판(7)으로부터 모세관 재료속으로 흡인되며, 단계 680은 완료된다.
선택적으로, 상기 기판(7)은 비모세관 재료로 구성된 지지장치의 지지부에 의해 프로세스 탱크(20)내에 지지될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 기판 표면상에 남아 있는 탈이온수는, 남아 있는 액체가 심지형(wick-type) 구조물과 같은 모세관 재료 요소와 접촉함으로써, 기판으로부터 흡인된다. 이는 남아있는 탈이온수를 모세관력에 의해 모세관 재료 속으로 흡인하게 된다. 본 발명에 따른 방법은 기판상에 남아있는 액체가 모세관 작용에 의해 제거되는 한 임의의 특정 구조에 한정되지 않는다.
상기 코어(18)의 모세관 재료가 모세관력에 의해 탈이온수를 흡인할 때, 상기 모세관 재료내에 이미 포획된 탈이온수는 배출관(24)으로 배출됨으로써, 추가적으로 흡인될 탈이온수를 위한 공간을 만들게 된다. 이 때, 상기 배출관(24)은 대기압으로 유지됨으로써, 흡수된 탈이온수가 음압을 이용하지 않고 모세관 재료로부터 배출될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 기판(7)으로부터 탈이온수가 건조되면, IPA의 공급은 중단되며, 프로세스 탱크(40)는 가열된 질소 가스로 완전히 충진됨으로써, 밀폐된 프로세스 탱크(20)내에 불활성 분위기를 형성하게 되며, 단계 690은 완료된다. 이와 같이 가열된 질소 가스는 기판 캐리어(1) 및 프로세스 탱크(20)의 다른 부품의 건조를 촉진한다. 그러나, 이때는 기판으로부터 모든 또는 실질적으로 모든 액체가 제거되었기 때문에, 이와 같은 고온의 질소가 기판을 건조시키지는 않는다. 그 다음, 상기 기판이 프로세스 탱크(20)로부터 제거된다.
인시츄 프로세스에서 상기 기판(7)을 린싱, 에칭 또는 스트립핑하기 위하여 액체 공급관(32)을 통해 화학물 또는 다른 화합물을 공급하는 용도로 상기 프로세스 탱크(20)를 더 사용하는 것이 가능하다. 상기 프로세스 탱크(20)가 그와 같이 사용되면, 상기 모세관 재료가 이 화학물중 일부를 흡수할 가능성이 있다. 이러한 화학물이 모세관 재료로부터 확산되어 차후에 기판과 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 상기 탈이온 세척수가 화학물을 대체하기 시작할 때, 소정의 시간 주기동안 모세관 재료속으로 액체가 흡인되도록 상기 진공원/방출기(45)가 사용될 수 있다. 선택적으로, 이러한 진공력은 제 1 밸브(43)와 제 2 밸브(44)를 개방함으로써 생성될 수 있다.
본 발명을 도시하고 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다. 특히, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 린싱 단계 이후 탈이온수의 제거에 한정되지 않으며, 기판으로부터 임의의 액체를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 일괄처리 시스템 및 장치에서와 같이 단일의 수처리 시스템 및 장치에도 동일하게 적용가능하다.

Claims (26)

  1. 모세관 재료를 포함하는 하나 또는 그 이상의 지지부를 갖고 프로세스 탱크내에서 하나 이상의 기판을 지지하는 물체 지지부재를 포함하는, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 지지부가 모두 모세관 재료를 포함하는, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 지지부재가 완전히 모세관 재료로 구성된, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 지지부재가 모세관 재료로 구성된 코어와, 비모세관 재료로 구성된 쉘을 포함하는, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지지부가 쉘을 관통하여 코어를 노출시키는 그루브를 포함하는, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 그루브가 휘어진 벽체를 갖는, 하나 이상의 기판의건조에 사용하기 위한 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 비모세관 재료가 비다공성 플로로폴리머인, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 비다공성 플로로폴리머가 PP, PTFE 및 PVDF로 이루어진 군으로부터 선택된, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 지지부가 기판을 모세관 재료에만 접촉되도록 하여 지지하는, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 모세관 재료에 유동적으로 연결된 드레인을 더 포함하는, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 모세관 재료가 다공성 플로로폴리머인, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 다공성 플로로폴리머가 PP, PTFE 및 PVDF로 이루어진 군으로부터 선택된, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 지지부재가 2개의 외측 리프터, 중앙 리프터 및 베이스 플레이트를 포함하고; 상기 외측 리프터와 중앙 리프터가 베이스 플레이트로부터 상방향으로 연장되며; 상기 중앙 리프터가 2개의 외측 리프터보다 더 짧고; 상기 외측 리프터와 중앙 리프터가 상기 하나 이상의 기판을 접촉 및 지지할 수 있도록 베이스 플레이트상에 위치된, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 지지부재가 다수의 기판을 접촉 지지하도록 된, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 물체 지지부재가 프로세스 탱크의 바닥 또는 그 부근에서 고정된 위치에 배치된, 하나 이상의 기판의 건조에 사용하기 위한 장치.
  16. 젖은 기판과 모세관 재료를 접촉시키는 단계를 포함하는, 프로세스 탱크내에서 젖은 기판으로부터 액체를 제거하는 방법.
  17. 액위를 가진 액체에 기판을 침지시키는 단계;
    상기 침지된 기판을 프로세스 탱크내에 지지하는 단계;
    상기 액위 위로 건조 증기를 공급하는 단계;
    상기 액위가 기판 아래에 놓이도록 액위를 낮추거나 또는 기판을 상승시켜상기 기판 표면으로부터 대부분의 액체를 제거하는 단계; 및
    상기 기판 표면으로부터 남아있는 액체를 모세관 재료로 제거하는 단계;를 포함하는, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 모세관 재료로 액체를 제거하는 단계가 상기 하강 또는 상승 단계에 후속하여 상기 기판과 모세관 재료를 접촉시키는 단계를 포함하는, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 모세관 재료가 기판을 지지하는 물체 지지부재의 일부인, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 프로세스 탱크를 밀폐하는 단계를 더 포함하는, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 건조 증기가 이소프로필 알콜을 포함하는, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 대기압에서 상기 모세관 재료로 흡인된 액체를 배출하는 단계를 더 포함하는, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 액체가 탈이온수인, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 모세관 재료가 다공성 플로로폴리머인, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 다공성 플로로폴리머가 PP, PTFE 및 PVDF로 이루어진 군으로부터 선택된, 프로세스 탱크내에서 표면을 가진 하나 이상의 기판을 건조하는 방법.
  26. 젖은 기판이 프로세스 탱크내에 있을 때, 상기 젖은 기판으로부터 액체를 제거하도록 된 모세관 재료를 포함하는 부재를 포함하는, 젖은 기판으로부터 액체를 제거하는 장치.
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