KR20040110508A - 기판 건조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체기판의 건조 장치를 제공한다. 이 장치는 상기 세정조 내부로 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 구비한다. 이 가스 공급부는 밸브가 설치된 그리고 가스 공급원에 연결되는 제1가스공급라인과 제1가스공급라인에 밸브를 우회하도록 연결되는 바이패스라인 그리고 바이패스라인과 제1가스공급라인에 설치되어 불활성 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계를 포함한다.

Description

기판 건조 장치{wafer drying apparatus}
본 발명은 기판의 세정공정에서 사용되는 반도체소자의 제조장치에 관한 것으로, 구체적으로는 기판의 세정후 그 기판을 건조하는 기판 건조 장치에 관한 것이다.
반도체소자의 고집적화에 따라 반도체 제조공정에서 기판의 세정기술은 더욱 다양화되고, 그리고 그의 중요성은 증대되어가고 있다. 특히 미세구조를 갖는 반도체소자의 제조공정에 있어서는 기판의 세정공정후 기판에 부착된 파티클(particles)뿐만 아니라, 정전기, 워터마크(water mark), 라인성 파티클 등은 후속공정에 커다란 영향을 미치게 되기 때문에, 기판의 건조공정의 필요성이 더욱 증대된다.
반도체소자의 제조에 이용되는 기판 건조장치는 여러 방향으로 발전하였다. 그들은 다음과 같다. 하나는 원심력을 이용하여 기판을 건조하는 스핀 건조기(a spin dryer), 다른 하나는 이소프로필 알코올(isopropyle alcohol : IPA)의 낮은 증기압을 이용하여 기판을 건조하는 건조장치(이하, IPA건조장치라 칭함)이다.
하지만, 상기 스핀 건조기, IPA 증기 건조기(vapor dryer)로는 기판 표면이나 패턴 사이의 워터 마크(water mark)을 완전히 제거할 수 없다. 그래서, 최근에는 IPA와 물의 표면 장력과 증기압의 차이를 이용한 마란고니 방식(Marangoni type)의 건조장치가 주로 사용되고 있다. 이 마란고니 방식의 건조 장치는, 물의 표면 장력과 IPA의 밀도 및 표면장력이 다른 것을 이용한 방법으로, 건조효과가 있는 IPA 층을 물 상부에 띄워 기판을 건조하는 방식이다.
이와 같은 마란고니(marangoni) 원리를 이용한 건조 공정을 간략히 살펴보면, 우선 기판을 탈이온수로 세정시킨다. 기판의 세정이 완료되면 탈이온수를 배수하면서 IPA를 세정조 내부로 분사하여 기판 표면의 물기를 제거한다. 세정조 내의 탈이온수가 완전히 배수되면, 고온의 질소가스를 분사하여 기판 표면에 미세한 입자형태로 남아있는 탈이온수를 수증기로 증발시킨다.
그러나, 현재 사용 중인 마란고니 방식의 건조장치는 N2+IPA의 공급량 및 고온의 질소가스 공급량이 일정하게 공급되도록 세팅되어 있다.
따라서 각 공정(막질, layer 별)별 건조 고정되어 있고 시퀀스 제어(sequence control)에 한계점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정별 건조에 따라 자동으로 질소가스의 공급량을 조절할 수 있는 새로운 형태의 건조 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건조 장치를 설명하기 위한 개략적인 정단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건조 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 세정조
112 : 내조
114 : 외조
116 : 뚜껑
120 : 세정액 공급 라인
130 : IPA 공급부
150 : 질소가스 공급부
172,174 : 유량계
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명의 건조 장치는 기판을 세정하기 위한 세정액이 채워지는 세정조; 상기 세정조 내부로 용매 증기를 공급하기 위한 용매 공급부; 및 상기 세정조 내부로 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 구비한다. 이 건조 장치의 가스 공급부는 가스 공급원; 밸브가 설치된 그리고 상기 가스 공급원에 연결되는 제1가스공급라인; 상기 제1가스공급부로부터 공급받은 가스를 가열시키는 히터; 상기 히터로부터 가열된 가스를 상기 세정조로 공급하는 제2가스 공급라인; 상기 제1가스공급라인에 상기 밸브를 우회하도록 연결되는 바이패스라인; 및 상기 바이패스라인과 상기 제1가스공급라인에 설치되어 상기 불활성 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계를 포함한다.
본 발명에서 상기 세정조는 상기 세정조에 상기 세정액을 공급하는 세정액 공급라인이 구비된 그리고 상기 기판을 침지시켜 세정하기 위한 내조(inner bath); 및 상기 내조에서 오버플로우(overflow)된 세정액을 수납하면서 배출하기 위한 외조(outer bath)를 포함한다.
본 발명에서 상기 제2가스 공급라인은 밸브가 설치된 적어도 하나의 제2-1라인과 밸브가 설치된 그리고 상기 세정조의 외조에 연결되어, 가열된 가스를 곧바로 배기시키기 위한 제2-2라인을 포함한다.
본 발명에서 상기 용매 공급부는 용매가 저장된 액체 탱크; 상기 액체 용매 내에 기포를 발생시켜 용매증기가 형성되도록 상기 액체 용매에 버블 가스를 주입하는 버블 배관; 상기 액체 탱크에서 생성된 용매 증기를 상기 세정조로 공급하는 용매 증기 배관; 상기 용매 증기의 공급을 위해 상기 용매증기배관에 연결되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 배관을 포함한다.
본 발명에서 상기 용매 공급부는 상기 버블배관 및 캐리어 배관 상에 설치하여 상기 용매 증기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 캐리어 가스 및 상기 버블 가스는 산소, 아르곤 및 질소 가스 중 선택된 하나일 수 있다. 상기 용매는 이소프로필 알코올(IPA;iosopropyl alcohol)일 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 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 건조 장치(100)는 기판을 세정하기 위한 세정액이 수용되는 세정조(110)를 구비한다. 상기 세정조(110)는 상부가 개방되어있고, 기판(W)를 침지시켜 세정하기 위한 내조(112)와 상부에 뚜껑(116)으로 덮여 있으며, 상기 내조를 둘러싸는 외조(114)로 구성된다.
상기 세정액으로는 예를 들면 탈이온수를 사용할 수 있다. 복수의 기판(W)들은 기판 보우트(118)에 탑재되어 세정조의 내조(112)에 위치된다.
세정액은 세정액 공급 라인(120)을 통하여 상기 내조(112)로 공급되며, 세정액이 오버플로우 되면 상기 외조(114)는 오버 플로우된 세정액을 수집하여 외부로 배수시킨다.
상기 내조(112)의 하부에는 세정액 공급라인(120)과 빠른 배수라인(122) 그리고 느린 배수라인(124)이 구비되어 있다. 상기 세정액 공급라인(120)은 상기 내조(112)에 탈이온수와 같은 세정액을 공급하고, 빠른 배수라인(122)과 느린 배수라인(124)은 내조(112)로부터 세정 공정이 끝난 세정액을 마란고니 효과를 이용하기 위하여 빠르게 또는 서서히 내조내의 세정액을 배수한다.
본 발명의 상기 기판 건조 장치(100)에서는 세정액보다 표면장력이 작은 유체인 IPA를 공급하기 위한 IPA 공급부(130)를 구비한다. 이 IPA 공급부(130)는 상기 세정액 상에 IPA증기를 공급하여 IPA 증기층을 형성한다. 이 IPA 증기는 부분적으로 휘발하여 세정액의 상부에 IPA 분위기를 형성시킨다.
상기 IPA 공급부(130)는 IPA가 충전되어 있는 액체 탱크(132)를 포함한다. 상기 액체 탱크(132)에는 IPA 공급라인(134)이 연결되어 IPA가 지속적으로 공급된다. 상기 액체 탱크(132)에는 IPA 증기를 발생시키기 위한 버블용 질소가스가 주입된다. 상기 질소가스는 상기 버블 배관(136)의 끝단에 설치된 버블러(136a)를 통하여 상기 IPA 용액내에 분사되어 기포를 발생시킨다. 상기 분사된 질소 가스에 의해 상기 IPA 용액이 기화하여 질소가스 및 IPA가 혼합된 IPA 증기가 생성된다. 이렇게 생성된 IPA 증기는 증기 배관(138)을 통해 상기 세정조(110)로 공급되며, 이 증기 배관(138)에는 IPA 증기의 이송을 위한 질소가스가 캐리어 배관(137)을 통해 제공된다.
상기 버블배관(136) 및 캐리어 배관(137) 상에는 IPA 증기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계인 MFC1,2가 각각 설치된다.
한편, 본 발명의 건조 장치는 질소 가스 공급부(150)를 구비한다. 질소 가스 공급부(150)는 질소가스 공급원(190)에 연결되어 있는 메인 공급라인(152)을 포함한다. 메인 공급라인(152)의 일단은 공급원(190)에 연결되어 있고, 타단은 히터(154)와 연결된다. 상기 히터(154)에서 가열된 질소가스는 제1 내지 제3 라인(156a,156b,156c)을 통해 상기 세정조(110)의 내조(112) 또는 외조(114)로 공급된다. 제1내지 제3라인(156a,156b,156c)에는 밸브1-3이 설치된다. 공정 조건에 따라, 상기 제1 및 제2 라인(156a,156b)의 밸브1,2가 오픈되면, 제3라인(156c)의 밸브3이 닫히고, 반대로 제1 및 제2 라인의 밸브1,2가 닫히면, 제3라인의 밸브3이 오픈된다.
상기 히터(154)는 상기 질소가스를 70-80도 정도로 가열시킨다. 상기 메인 공급라인(152)에는 밸브4가 설치되며, 이 밸브 4를 우회하는 바이패스라인(158)이 연결되어 있다.
상기 바이패스 라인(158)과 메인 공급라인(152)에는 유량 조절을 위한 유량계1,2(172,174)가 설치되어 있다. 이 유량계들에 의해 상기 세정조(110)로 공급되는 질소가스의 양을 조정할 수 있다. 상기 바이패스라인(158)은 건조 공정을 제외한 나머지 공정(밸브 4 CLOSE)에서 상기 히터(154)의 과열을 방지하기 위해 상기 히터(154)로 소량의 질소가스를 공급하게 된다. 이렇게 히터의 과열을 방지하기 위해 소량 공급되는 질소가스는 제1 및 제2 라인(156a,156b)을 통해 내조로 공급되거나 또는 제3라인(156c)을 통해 외조로 공급되어 곧바로 배기된다.
이와 같이, 본 발명에서는 바이패스 용량을 가변 가능하도록 유량계(172,174)를 설치하여, 기판의 상태(막질 또는 패턴)에 따라 질소가스의 공급량을 조정할 수 있도록 하였다. 이렇게 함으로써, 어떠한 조건에서도 기판 마크 등 건조 불량성을 최소화할 수 있다.
다음에, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 건조 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 세정조의 내조 내부로 기판들을 로딩시킨다. 상기 세정액 공급라인을 통하여 상기 세정조의 내조로 세정액(탈이온수)를 공급한다. 상기 세정액은 상기 기판들(w)을 린스시키기 위하여 상기 세정액 공급라인을 통하여 지속적으로 공급 및 배출된다(오버 플로우시킴)(s10). 이때, MFC1,2와 밸브 5, 밸브 1,2는 항시 오픈됨.
상기 기판들(w)의 린스공정 후, 상기 세정조의 내조내의 세정액 상부로 IPA와 질소가스를 공급함과 동시에 상기 처리조(112)내의 탈이온수를 상기 제 2 배수관(152b)을 통해 서서히 배출시킨다(슬로우 배수라인 오픈, MFC1,2 밸브 5 그리고 밸브 1,2 오픈). 이에 따라, 상기 기판들(w)의 표면에 잔존하는 탈이온수를 제거하는 건조공정이 진행된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 IPA의 일부는 상기 처리조(112) 내의 탈이온수 표면 내에 스며들어 상기 탈이온수의 표면에서의 표면장력을 감소시킨다. 특히, 상기 건조공정동안 상기 기판들(w)이 상승하거나 상기 탈이온수의 수위가 낮아지면, 상기 기판들(w)의 표면들과 상기 탈이온수가 접촉되는 부분에서 미니스커스(meniscus) 형태의 액체 표면이 형성된다. 이러한 상태 하에서, 상기 IPA가 상기 탈이온수 표면에 스며들면, 상기 미니스커스 부분의 표면장력은 다른 어느 부분에서의 표면장력보다 낮다. 이에 따라, 상기 기판들(w)의 표면에 잔존하는 액체, 즉 탈이온수는 표면장력이 높은 부분으로 이동하게 된다. 결과적으로, 마란고니 원리를 이용하면, 기판들(w)의 표면으로부터 탈이온수를 제거시키는 효과를 극대화시킬 수 있다(s12).
한편, 상기 탈이온수의 수면이 상기 기판들 하단 이하로 내려오면, 상기 제2 배수관(152b)을 닫고, 상기 제 1 배수관(152a)을 열어 상기 처리조(112)에 남아 있는 상기 탈이온수를 신속하게 배출시킨다(s14)(빠른 배수라인 오픈, 밸브1,2 오픈).
상기 처리조(112) 내의 탈이온수 배출이 완료되면, 다음 공정으로 최종 기판 건조 공정이 이루어진다(밸브 4 오픈, 빠른 배수라인과 느린 배수라인 오픈, 밸브 1,2 오픈). 도 5 참고하면, 이 최종 기판 건조 공정은 기판 표면에 미세한 입자 형태로 남아있는 탈이온수 또는 IPA를 가열된 질소가스를 이용하여 제거하는 공정으로, 좀 더 구체적으로는, 가열된 질소가스는 상기 N2노즐(134)을 통해 상기 처리조(112) 내부로 공급되며, 기판 건조에 사용된 가스(N2,IPA)와 퓸(fume)을 포함한 잔류물들은 상기 처리조(112)의 배수라인 및 내조에 형성된 배기구를 통해 배기된다(s16).
에서, 본 발명에 따른 기판 건조 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, N2+IPA의 공급량 및 고온의 질소가스 공급량을 각 공정(막질, layer 별)별 건조 조건에 따라 조정이 가능함으로써, 건조 효율을 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 용매의 기화를 이용하여 기판을 건조하는 건조 장치에 있어서:
    기판을 세정하기 위한 세정액이 채워지는 세정조;
    상기 세정조 내부로 용매 증기를 공급하기 위한 용매 공급부; 및
    상기 세정조 내부로 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하되;
    상기 가스 공급부는
    가스 공급원;
    밸브가 설치된 그리고 상기 가스 공급원에 연결되는 제1가스공급라인;
    상기 제1가스공급부로부터 공급받은 가스를 가열시키는 히터;
    상기 히터로부터 가열된 가스를 상기 세정조로 공급하는 제2가스 공급라인;
    상기 제1가스공급라인에 상기 밸브를 우회하도록 연결되는 바이패스라인; 및
    상기 바이패스라인과 상기 제1가스공급라인에 설치되어 상기 불활성 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계를 포함하는 것을 특징으로 기판 건조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정조는
    상기 세정조에 상기 세정액을 공급하는 세정액 공급라인이 구비된 그리고 상기 기판을 침지시켜 세정하기 위한 내조(inner bath); 및
    상기 내조에서 오버플로우(overflow)된 세정액을 수납하면서 배출하기 위한외조(outer bath)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2가스 공급라인은
    밸브가 설치된 적어도 하나의 제2-1라인과
    밸브가 설치된 그리고 상기 세정조의 외조에 연결되어, 가열된 가스를 곧바로 배기시키기 위한 제2-2라인을 포함하는 기판 건조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매 공급부는
    용매가 저장된 액체 탱크;
    상기 액체 용매 내에 기포를 발생시켜 용매증기가 형성되도록 상기 액체 용매에 버블 가스를 주입하는 버블 배관;
    상기 액체 탱크에서 생성된 용매 증기를 상기 세정조로 공급하는 용매 증기 배관;
    상기 용매 증기의 공급을 위해 상기 용매증기배관에 연결되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 용매 공급부는
    상기 버블배관 및 캐리어 배관 상에 설치하여 상기 용매 증기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 및 상기 버블 가스는 산소, 아르곤 및 질소 가스 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매는 이소프로필 알코올(IPA;iosopropyl alcohol)인 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
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