KR20040080022A - 반도체 소자 제조를 위한 건조 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 건조 장비로, 상기 장비는 챔버, 반도체 기판이 놓이는 가이드, 그리고 알콜 증기를 공급하는 증기공급관이 설치되며, 상기 가이드의 슬롯부는 소수성(hydrophobic)인 테프론(teflon)을 재질로 하거나, 페르플로르알콕시(PFA; perfluoroalkoxy)로 코팅된다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼 상에 물반점이 형성되는 것을 최소화할 수 있고, 건조공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 소자 제조를 위한 건조 장비{DRYING APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 웨이퍼 건조 장비에 관한 것으로서, 더 구체적으로 웨이퍼의 세정 효율을 향상시킬 수 있는 마란고니형 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼는 사진식각공정, 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 에칭 등과 같은 일련의 반도체소자 제조공정을 거쳐 반도체 소자 또는 반도체 칩으로 제조된다.

상기 반도체소자 제조 공정이 진행되는 동안에, 웨이퍼의 표면에 화합물 또는 입자 등과 같은 이물질이 잔재하게 되는데, 반도체 소자의 품질을 향상시키기 위해서는, 세척(washing) 및 건조(drying) 등과 같은 세정 공정을 통해 웨이퍼 표면에 잔재하는 이물질을 완전히 제거하여야 한다. 특히, 탈이온수(deionized water)를 사용하여 웨이퍼를 세척하는 경우에는 탈이온수와 실리콘의 반응으로 인한 수화현상이 발생할 수 있다. 따라서, 수화현상에 의한 실리콘 표면의 물반점(water mark)과 같은 불량이 발생하지 않도록 세척 공정후 웨이퍼를 완전히 건조시켜야한다.

웨이퍼에 대한 세척 및 건조효율을 향상시키기 위하여, 최근들어 마란고니 효과(marangoni effect)를 활용한 세정 방법이 사용되고 있다. 마란고니 효과는 하나의 액 영역에 2개의 다른 표면장력 영역이 존재할 경우, 표면장력이 작은 영역으로부터 표면장력이 큰 영역으로 액이 흐르는 원리이다. 이를 이용한 마란고니형 웨이퍼 세정장치는 탈이온수보다 상대적으로 표면장력이 작은 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol; IPA) 증기를 웨이퍼의 표면에 인가하여 웨이퍼의 표면으로부터 탈이온수를 제거하는 방법이다. 이 때, 탈이온수와 함께 웨이퍼 표면의 불순물들이 함께 제거된다.

마란고니 효과를 이용한 일반적인 건조 장비는 공정이 진행되는 배쓰 내에 웨이퍼들을 지지하는 웨이퍼 가이드가 위치된다. 웨이퍼들이 웨이퍼 가이드의 슬롯에 삽입된 상태에서 탈이온수가 배쓰 저면에 형성된 배출라인을 통해 배출된다. 그러나 웨이퍼 가이드는 친수성 재질인 쿼츠로 이루어지고, 웨이퍼 또한 동일한 원자(Si)로 구성되어 친수성을 띠므로 슬로우 드레인시 탈이온수의 응집력에 비해 웨이퍼 가이드와 웨이퍼 사이의 부착력이 커서 가이드의 슬롯부에서 탈이온수가 원활히 배출되지 못한다. 이로 인해 마란고리 효과에 의한 건조가 이루어지지 않고 건조공정 종료시 물반점이 남게 되며, 결과적으로 반도체 칩의 수율이 감소하게 된다.

본 발명은 마란고니 효과를 극대화 할 수 있는 반도체 기판 건조 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 건조 장비의 단면도;

도 2는 도 1의 웨이퍼 가이드의 사시도; 그리고

도 3a와 도 3b는 각각 일반적인 웨이퍼 가이드와 본 발명의 웨이퍼 가이드 사용시 부착력과 응집력을 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 챔버 120 : 내조

140 : 외조 122, 142 : 배출관

240 : IPA증기 공급노즐 260 : 드라이가스 공급노즐

300 : 웨이퍼 가이드

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 건조 장비는 유체를 배출하는 배출관이 연결된 챔버와 상기 챔버 내에 위치되며, 적어도 하나의 상기 반도체 기판이 놓이는 가이드를 구비한다. 상기 건조 장비의 상부에는 상기 챔버 내로 알콜 증기를 공급하는 증기공급관이 설치된다. 상기 반도체 기판이 삽입되는 상기 가이드의 슬롯부는 소수성(hydrophobic)인 테프론(teflon)을 재질로 하거나, 페르플로르알콕시(PFA; perfluoroalkoxy)로 코팅된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일예에 따른 건조 장비의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 건조 장비는 챔버(chamber)(100), 액체 공급관(liquid supply pipe)(220), IPA 공급노즐(isopropyl alcohol supply nozzle)(240), 드라이가스 공급노즐(dry gas supply nozzle)(260), 그리고 웨이퍼 가이드(wafer guide)(300)를 가진다.

챔버(100)는 상부면이 개방된 내조(inner bath)(120)와 내조(120)의 둘레를 감싸는 외조(outer bath)(140), 그리고 개방된 상부면을 개폐하는 덮개(lid)(160)를 가진다. 내조(120) 내의 하부에는 웨이퍼들의 최종 세정을 위해 탈이온수(deionized water)와 같은 액체를 공급하는 액체 공급관(220)이 설치된다. 액체 공급관(220)은 도면에서와 같이 내조(120)의 하부에 삽입되거나 이와 달리 외조(140) 또는 내조(120)의 측면에 삽입될 수 있다.

외조(140)는 내조(120)의 외측으로부터 소정거리 이격되며, 상부면이 개방되고 바닥면에는 배출관(drain pipe)(142)이 연결된다. 상술한 구조에 의해 액체 공급관(220)을 통해 탈이온수가 내조(120)로 공급되고, 내조(120)로부터 넘치는 탈이온수는 내조(120)와 외조(140) 사이에 형성된 공간으로 흐른 후 배출관(142)을 통해 외부로 배출된다. 내조(120)의 바닥면에는 마란고니 효과(marangoni effect)를 이용한 건조 진행시 탈이온수를 배출하는 배출관(122)이 연결된다.

덮개(160) 내의 상부면에는 IPA증기 공급노즐(240)과 드라이가스공급노즐(260)이 설치된다. IPA증기 공급노즐(240)은 버블러(도시되지 않음)와 연결되고, 버블러에서 발생된 IPA증기와 이를 운송하는 캐리어 가스인 질소가스는 IPA증기 공급관(242)를 챔버(100)로 공급한다. 드라이가스 공급노즐(260)은 탈이온수가 배출관(122)을 통해 완전히 배출된 후 웨이퍼들을 최종 건조하기 위한 가열된 질소가스를 공급하는 부분이다. 드라이가스 공급노즐(260)은 외부의 질소가스 공급원(도시되지 않음)과 연결되며, 질소가스 공급관(242)에는 그 내부를 흐르는 질소가스를 가열하기 위한 히터(도시되지 않음)가 설치된다.

내조(120)의 하부에는 복수의 웨이퍼들(W)을 지지하기 위한 웨이퍼 가이드(300)가 위치된다. 웨이퍼 가이드(300)의 사시도인 도 2를 참조하면, 웨이퍼 가이드(300)는 지지로드들(320)과 이들을 연결하는 측면부(340)를 가진다. 비록 도면에서는 웨이퍼 가이드(300)가 4개의 지지로드들(320)을 가지는 것으로 도시되었으나, 그 수는 변화될 수 있다. 각각의 지지로드들(320)은 대략 50개의 복수의 슬롯들(322)을 가지고, 각각의 슬롯(322)에는 이송로봇(도시되지 않음)에 의해 운송된 웨이퍼(W)가 놓여진다. 일반적으로 슬롯(322)의 폭은 웨이퍼(W)의 두께에 비해 넓다.

본 발명에서 웨이퍼 가이드(300)는 그 표면이 소수성(hydrophobic)을 가진다. 이를 위해 일예에 의하면 웨이퍼 가이드(300)는 쿼츠(quartz) 재질로 만들어지고 그 표면에 페르플로르알콕시(perfluoroalkoxy, PFA)와 같은 소수성 물질이 코팅(360)될 수 있다. 이와는 달리 웨이퍼 가이드(300)는 테프론(teflon)과 같은 소수성을 띠는 물질로 제작될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 각각 일반적인 웨이퍼 가이드(400)와 본 발명의 웨이퍼 가이드(300)를 사용할 때 부착력과 응집력을 보여주기 위해 웨이퍼 가이드(300)의 슬롯(320)과 웨이퍼를 부분적으로 도시한 도면이다. 도면에서 실선으로 표시된 화살표는 부착력을 나타내고, 점선으로 표시된 화살표는 응집력을 나타낸다. 도 3a를 참조하면 탈이온수의 표면이 웨이퍼 가이드(400)의 슬롯(420)부분까지 내려갈때, 웨이퍼(W)와 쿼츠 재질의 일반적인 웨이퍼 가이드(400)는 친수성(hydrophilic)을 띠므로 탈이온수가 웨이퍼 가이드(400) 및 웨이퍼(W)에 부착되려는 힘이 아래방향으로 작용하는 응집력보다 크다. 따라서 슬롯(422)과 웨이퍼(W) 사이에 탈이온수가 잔존하여 웨이퍼(W)에 물반점(water mark)이 형성되는 등 건조불량이 발생되고 건조시간도 매우 길다.

그러나 PFA로 코팅된 웨이퍼 가이드(300) 사용시에는 도 3b에서 보는 바와 같이 부착력은 웨이퍼(W)와 탈이온수간에만 작용하며, 아래방향으로 작용하는 응집력보다 작다. 따라서 탈이온수가 웨이퍼(W)에 잔존하지 않고 천천히 배출되고 상술한 건조불량이 발생되지 않는다. 실제 실험에 의하면 본 발명의 웨이퍼 가이드(300) 사용시 물반점에 의한 칩 불량이 크게 감소되었으며, 건조공정에 소요되는 시간도 500초 이상에서 350초 정도로 단축되었다.

또한, 웨이퍼 가이드(300) 표면 전체를 상술한 소수성 물질로 제조할 수 있으나, 이와는 달리 웨이퍼(300)가 삽입되는 부분인 슬롯(320)의 표면만을 PFA로 코팅(360)하거나, 테프론과 같은 소수성 물질로 만들 수 있다.

상술한 건조 장비에서 건조 공정이 진행되는 과정을 간략히 설명하면 다음과같다. 처음에 덮개(160)가 열리고 이송로봇에 의해 복수의 웨이퍼들(W)이 웨이퍼 가이드(300)에 놓여진다. 이후 덮개(160)가 닫히고, 액체 공급관(220)으로부터 탈이온수가 공급되며 웨이퍼(W)를 최종 세정한다. 내조(120)를 넘쳐흐르는 탈이온수는 외조(140)로 흐르며, 배출관(142)을 통해 하부로 배출된다. 이후에 IPA증기 공급노즐(240)으로부터 IPA 증기와 이를 운송하는 캐리어 가스가 공급되고, 탈이온수는 내조(120)의 바닥면에 위치되는 배출관(122)을 통해 천천히 배출된다. 이 때 탈이온수의 표면에는 IPA 용액층이 형성되어 표면장력의 차를 이용한 마란고니 효과에 의한 건조가 이루어진다. 웨이퍼들(W)이 탈이온수로부터 완전히 벗어나게 되면 탈이온수는 빠르게 배출된다. 탈이온수의 배출이 완료되면 질소가스 공급노즐(260)로부터 가열된 질소가스가 분사되어 웨이퍼(W)가 최종적으로 건조된다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼 상에 물반점이 형성되는 것을 최소화할 수 있고, 건조공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 마란고니 효과를 이용하여 반도체 기판을 건조하는 장비에 있어서,

   유체를 배출하는 배출관이 연결된 챔버와;

   상기 챔버 내에 위치되며, 적어도 하나의 상기 반도체 기판이 놓이는 가이드와; 그리고

   상기 챔버 내로 알콜 증기를 공급하는 증기공급관을 구비하되,

   상기 반도체 기판이 삽입되는 상기 가이드의 슬롯부 표면은 소수성(hydrophobic)의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 건조 장비.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가이드의 슬롯부는 테프론(teflon)을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 건조 장비.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가이드의 슬롯부는 페르플로르알콕시(PFA; perfluoroalkoxy)로 코팅된 것을 특징으로 하는 건조 장비.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 유체는 탈이온수이고,

   상기 알콜 증기는 이소프로필알콜(isopropyl alcohol)인 것을 특징으로 하는 건조 장비.