KR20060030677A - 기판 건조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 IPA 증기를 사용하여 기판을 건조하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 처리조(120) 내로 공급되는 IPA 증기량은 공정 수행시 처리조(120) 내의 표면적에 따라 상이하게 공급된다. 처리조(120) 내에서 공정이 수행되는 웨이퍼의 매수와 각 웨이퍼에 형성된 패턴의 형태를 고려하여 제어기는 IPA 증기 공급관에 설치된 유량 조절기를 제어한다. 이로 인해, 공정이 수행되는 웨이퍼의 매수에 따라 각각의 웨이퍼에 IPA 증기의 과다 공급 또는 부족 공급으로 인한 건조불량이 방지된다.
건조, IPA 증기량, 웨이퍼

Description

기판 건조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRYING SUBSTRATES}
도 1a는 치환에 의해 웨이퍼 건조가 수행되는 과정을 개략적으로 보여주는 도면;
도 1b와 도 1c는 각각 IPA 증기가 과다공급된 경우와 부족공급된 경우 웨이퍼 표면에서의 문제점을 보여주는 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건조 장치를 개략적으로 보여주는 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건조 방법을 순차적으로 보여주는 플로우차트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 기판을 건조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼를 집적 회로로 제조할 때 제조공정 중에 발생하는 잔류 물질 (residual chemicals), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants) 등을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 공정이 요구된다. 반도체 웨이퍼의 세정 공정은 약액처리 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정으로 나눌 수 있다. 약액처리 공정은 불산 등과 같은 화학약액을 사용하여 웨이퍼 상의 오염물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 공정이며, 린스 공정은 약액 처리된 반도체 웨이퍼를 탈이온수로 세척하는 공정이며, 건조 공정은 최종적으로 웨이퍼를 건조하는 공정이다.
건조 공정을 수행하는 장치로 종래에는 스핀 건조기(spin dryer)가 사용되었다. 그러나 원심력을 이용한 스핀 건조기(spin dryer)는 집적 회로가 복잡해짐에 따라 웨이퍼에 미세하게 남아 있는 물방울들을 완전히 제거하기 힘들고 웨이퍼의 고속회전에 따라 발생되는 와류에 의해 웨이퍼가 역오염되는 문제가 있다. 최근에는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol : IPA)과 같은 알코올증기를 사용하여 반도체 기판을 건조하는 방식들이 사용되고 있다. 이들 중 하나는 IPA 증기의 낮은 표면장력을 이용한 마란고니 효과에 의해 기판을 건조하는 마란고니 건조기(marangoni dryer)이고, 다른 하나는 웨이퍼를 공기 중에 노출시킨 후 증기압이 낮은 IPA 증기를 공급하여 웨이퍼에 잔류하는 수분을 IPA로 치환하는 스프레이 건조기(spray dryer)이다.
상술한 IPA를 이용한 건조 장치는 공정이 수행되는 처리조(120)를 가지며, 처리조(120) 내에는 약 50매의 웨이퍼들을 동시에 수용하는 가이드가 제공된다. 처리조(120)에는 IPA 증기를 공급하는 공급관이 연결된다. 건조공정 진행시 처리조 (120) 내로 공급되는 IPA 량에 의해 웨이퍼의 건조효율은 크게 영향을 받는다. 각각의 웨이퍼에 제공되는 IPA 량이 과다한 경우에는 웨이퍼의 표면에서 IPA가 액 상태로 흘러, IPA가 웨이퍼 표면의 오염물질과 반응 또는 혼합되어 흐름성 형태의 불량을 유발한다. 반대로 각각의 웨이퍼에 제공되는 IPA량이 부족한 경우에는 마란고니 효과를 충분히 기대하지 못하거나 웨이퍼 표면 상의 잔류 수분과 충분한 치환이 이루어지지 않아 웨이퍼 상에 수분이 잔류하게 된다. 도 1a는 치환에 의해 웨이퍼 건조가 수행되는 과정을 보여주는 도면이고, 도 1b와 도 1c는 각각 IPA 증기가 과다공급된 경우와 부족공급된 경우 웨이퍼 표면에서의 문제점을 보여준다.
일반적으로 사용되고 있는 장치는 공정이 진행되는 웨이퍼들의 수에 무관하게 항상 동일량의 IPA를 처리조(120)로 공급하여 건조공정을 수행하고 있어, 공정이 진행되는 웨이퍼의 매수에 따라 하나의 웨이퍼에 제공되는 IPA량은 달라진다. 예컨대 동일량의 IPA가 처리조(120) 내로 공급될 때, 많은 수의 웨이퍼들에 대해 공정이 진행되는 경우 각각의 웨이퍼로 IPA가 다량 공급되고, 적은 수의 웨이퍼에 대해 공정이 진행되는 경우 각각의 웨이퍼로 IPA가 소량 공급된다. 따라서 웨이퍼의 매수에 따라 IPA의 과다공급 또는 부족공급되어 공정불량이 발생되고 있다.
본 발명은 공정이 진행되는 웨이퍼들의 수에 무관하게 각각의 웨이퍼에 적정량의 IPA가 공급되어 건조불량을 방지할 수 있는 건조 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 건조 장치는 건조공정이 수행되는 처리조를 가진다. 상기 처리조에는 상기 처리조로 알코올증기를 공급하며, 유량조절기가 설치되는 알코올증기 공급관을 가지는 건조가스 공급부가 연결된다. 상기 유량조절기를 제어하는 제어기가 제공되며, 상기 제어기는 공정 진행시 상기 처리조 내의 표면적에 대한 정보를 전달받고, 상기 표면적에 대한 정보에 따라 상기 처리조로 공급되는 알코올증기의 량을 조절한다.
상기 표면적에 대한 정보는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또는 상기 표면적에 대한 정보는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판 상에 형성된 패턴 형태에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또는 상기 표면적에 대한 정보는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 대한 정보와 상기 기판 상에 형성된 패턴 형태에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 건조가스 공급부는 상기 알코올증기 공급관과 연결되며 상기 알코올증기를 상기 처리조로 운반하는 운반가스를 공급하고, 유량조절기가 설치된 운반가스 공급관을 더 포함하고, 상기 제어기는 공정 진행 중 상기 운반가스 공급관과 상기 건조가스 공급관을 통해 상기 처리조로 공급되는 전체 유량이 동일하게 유지되도록 상기 운반가스 공급관에 설치된 유량조절기를 제어할 수 있다. 상기 알코올은 이소프로필 알코올인 것이 바람직하며, 상기 장치는 마란고니 원리를 이용하여 기판을 건조하는 마란고니 건조기이거나 상기 장치는 기판으로 알코올증기를 분사하여 기판 상에 부착된 탈이온수를 상기 알코올증기로 치환함으로써 기판을 건조하는 스프 레이 건조기일 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 기판을 건조하는 방법은 처리조 내 표면적과 알코올 증기의 공급량 간의 상관관계를 결정하는 단계, 상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계, 상기 산출된 표면적에 따라 상기 처리조로 공급되는 알코올증기의 량을 산출하는 단계, 그리고 상기 알코올증기가 산출된 량만큼 상기 처리조 내로 공급되도록 상기 처리조로 알코올증기를 공급하는 공급관 상에 설치된 유량조절기가 조절되는 단계를 포함한다.
상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 따라 상기 기판들의 표면적을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판 상에 형성된 패턴 형태에 따라 상기 기판의 표면적을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판 상에 형성된 패턴 형태에 따라 상기 기판의 표면적을 산출하는 단계와 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 따라 상기 기판들의 표면적을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 및 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 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건조 장치(1)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 건조 장치(1)는 처리조(120), 건조가스 공급부(200), 그리고 제어기를 가진다. 처리조(120)는 웨이퍼들에 대해 건조공정이 수행되는 공간을 제공하며, 외부로부터 밀폐된다. 처리조(120)는 웨이퍼가 수용되는 공간을 제공하는 몸체(120a)와 웨이퍼 이송시 몸체(120a)의 개방된 상부를 개폐하는 덮개(120b)를 가진다. 몸체(120a)는 내조(122)와 외조(124)를 가진다. 내조(122) 내 하부에는 웨이퍼들을 지지하는 지지대(140)가 설치된다. 지지대(140)는 대략 50매의 웨이퍼들을 동시에 수용할 수 있도록, 복수의 슬롯들을 가진다. 내조(122) 내 지지대(140) 아래에는 내조(122)로 세정액을 공급하는 세정액 공급노즐(160)이 배치된다. 세정액은 화학용액 처리 공정시 불산이나 암모니아 등을 포함하는 약액일 수 있으며, 린스공정시 탈이온수일 수 있다. 내조(122)의 측벽 상단부에는 탈이온수가 흐르는 통로인 유출구(127)가 형성되며, 내조(122)의 외측벽에는 외조(124)가 결합된다. 린스공정시 유출구(127)를 통해 내조(122)로부터 넘쳐흐르는 탈이온수는 외조(124)로 수용하며, 외조(124)의 바닥면과 연결된 배출관(125)을 통해 외부로 배출된다. 배출관(125)에는 그 통로를 개폐하는 개폐밸브(125a)가 설치된다. 내조(122)의 바닥면은 바울(bowl)형상으로 형상지어지며, 바닥면 중앙에는 내조(122)에 채워진 세정액이 배출되는 배출관(123)이 연결된다. 배출관(123)에는 그 내부 통로를 개폐하는 개폐 밸브 또는 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(123a)가 설치될 수 있다. 배출은 중력에 의해 자연 배출되거나 펌프 등에 의해 강제 배출될 수 있다.
내조(122) 내 상부에는 내조(122)로 건조가스를 분사하는 가스분사노즐(180)이 배치된다. 가스분사노즐(190)은 건조가스 공급부(200)로부터 건조가스를 공급받아, 처리조(120) 내부로 이를 분사한다. 건조가스 공급부(200)는 알코올증기 공급부(224)와 운반가스 공급부(244)를 가진다. 처리조(120)에는 주공급관(280)이 연결되며, 주공급관(280)은 알코올증기 공급부(224)와 연결되는 알코올증기 공급관(222)과 운반가스 공급부(244)와 연결되는 운반가스 공급관(242)으로 분기된다. 운반가스 공급관(242)과 알코올증기 공급관(222)에는 각각 그 내부를 흐르는 유량을 조절하는 유량조절기(226, 246)가 설치된다. 유량조절기(226, 246)는 후술하는 제어기(260)와 전기적으로 연결되어, 제어기(260)에 의해 조절된다. 선택적으로 유량조절기(226, 246)는 작업자에 의해 수동으로 조절될 수 있다.
알코올로는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, 이하 IPA)이 사용되는 것이 바람직하며, 선택적으로 에틸글리콜(ethylglycol), 일 프로판올(1-propanol), 이 프로판올(2-propanol), 테트라 하이드로 퓨레인(tetrahydrofurane), 사 하이드록시 사 메틸 이 펜탄올(4-hydroxy-4-methyl-2-pentanol), 일 부탄올(1-butanol), 이 부탄올(2-butanol), 메탄올(methanol), 에탄올(ehtanol), 아세톤(acetone), 또는 디메틸에테르(dimethylether)이 사용될 수 있다. 알코올증기는 질소가스와 같은 캐리어가스에 의해 처리조(120) 내로 운반된다. 웨이퍼 상에 부착된 탈이온수가 IPA 증기로 치환되면, 웨이퍼 상의 IPA 증기를 제거하기 위해 가열된 질소가스가 처리조(120) 내로 공급된다. 가열된 질소가스는 운반가스 공급관(242)을 통해 공급되거나 별도의 공급관을 통해 공급될 수 있다.
건조공정은 웨이퍼와 탈이온수의 표면에 IPA 액층을 형성함으로써, 마란고니 효과를 이용하여 수행될 수 있다. 선택적으로 건조공정은 웨이퍼를 공기중에 노출시키고 처리조(120) 내부를 이소프로필 알코올증기 분위기로 형성하여, 웨이퍼의 표면에 잔류하는 수분이 이소프로필 알코올증기와 치환되도록 함으로써 수행될 수 있다.
건조공정 수행시 처리조(120) 내로 공급되는 IPA 증기량은 웨이퍼의 건조 효율에 큰 영향을 미친다. 예컨대, 상술한 바와 같이 탈이온수를 IPA 증기로 치환함으로써 공정이 수행되는 경우, IPA 증기가 과다공급되면 IPA가 액 상태로 웨이퍼 상에서 흘러내리고 IPA 증기가 부족공급되면 웨이퍼 상에 잔류하는 수분과 충분한 치환이 이루어지지 않는다. 공정진행시 적정량의 IPA 증기는 처리조(120) 내 표면적에 따라 다르다. 처리조(120) 내 표면적이란 처리조(120) 내로 IPA 증기가 공급될 때 IPA가 부착될 수 있는 표면적을 의미한다. 예컨대, 처리조(120) 내 표면적은 처리조(120) 내벽의 표면적, 처리조(120) 내 구조물들의 표면적, 공정수행을 위한 웨이퍼들의 표면적 등을 포함한다. 일반적으로 웨이퍼들을 제외하고 처리조(120) 내벽 및 처리조(120) 내 구조물들의 표면적 변화는 없으므로, 변화가능한 표면적은 웨이퍼들의 표면적이다.
제어기(260)는 알코올증기 공급관(222)과 운반가스 공급관(242)에 설치된 유량조절기들(226, 246)을 제어한다. 공정 진행 전 제어기(260)는 처리조(120) 내 표면적에 관한 정보를 전송 받는다. 웨이퍼 관련 정보는 공정이 수행되는 웨이퍼들의 수와 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 형태를 포함한다. 선택적으로 웨이퍼 관련 정보는 데이터의 간소화를 위해 웨이퍼들의 매수만을 고려할 수 있으며, 항상 동일한 웨이퍼 수에 대해서만 공정이 수행되는 경우에는 웨이퍼에 형성된 패턴의 형태만을 고려할 수 있다.
제어기(260)는 패턴의 형태 및 웨이퍼들의 수를 고려하여, 처리조(120)로 공급되는 적합한 IPA 증기량을 산출한다. 실험에 의해 패턴의 형태 및 웨이퍼들의 수와 IPA 증기량 간의 상관관계에 대한 데이터가 제어기에 제공될 수 있다. 선택적으로 패턴의 형태에 따른 하나의 웨이퍼에 대한 표면적이 입력되고, 제어기(260)는 웨이퍼들의 수에 관한 정보를 입력받아 웨이퍼에 의해 제공되는 처리조(120) 내 표면적을 산출한다. 웨이퍼들의 수 및 웨이퍼에 형성된 패턴의 형태는 공정 시작 전 작업자가 제어기(260)에 직접 입력할 수 있다. 선택적으로 웨이퍼들의 수 및 웨이퍼에 형성된 패턴의 형태는 웨이퍼들이 처리조(120)로 이송되기 전 센서 또는 영상 촬영기 등에 의해 측정된 후, 측정신호가 자동으로 제어기로 전송될 수 있다.
IPA 증기는 질소가스에 의해 처리조(120)로 운반한다. 처리조(120) 내부의 압력 등을 고려하여, 웨이퍼의 매수에 관계없이 처리조(120)로 공급되는 가스의 량이 일정하도록 처리조(120)로 공급되는 IPA 증기량의 변화에 따라 질소가스의 공급량이 조절될 수 있다.
도 3은 웨이퍼를 건조하는 공정의 바람직한 예를 순차적으로 보여주는 플로우차트이다. 도 3을 참조하면, 처음에 처리조(120) 내 표면적과 IPA 공급량 간의 상관관계에 대한 데이터가 제어기에 입력된다(스텝 S10). 처리조(120) 내 표면적은 처리조(120) 내벽의 표면적, 처리조(120) 내 구조물의 표면적, 그리고 웨이퍼들의 표면적을 포함할 수 있다. 데이터는 실험에 의해 산출되는 것이 바람직하다. 처리조(120) 내벽의 표면적과 처리조(120) 내 구조물의 표면적은 고정시키고, 공정에 따라 변화가능한 웨이퍼들의 매수와 웨이퍼에 형성된 패턴의 형태를 변화시키면서 데이터를 산출하는 것이 바람직하다. 선택적으로 데이터의 간소화를 위해 웨이퍼의 매수만을 변화하면서 데이터를 산출할 수 있다. 다음에는 공정 수행 전 처리조(120) 내 표면적을 산출한다(스텝 S20). 표면적의 산출은 작업자가 처리조(120) 내 웨이퍼의 매수와 웨이퍼에 형성된 패턴의 형태를 제어기(260)에 직접 입력할 수 있다. 선택적으로 센서 또는 촬영기 등에 의해 웨이퍼의 매수와 패턴의 형태에 관한 신호가 자동으로 제어기로 전송될 수 있다. 제어기는 입력받은 데이터로부터 이에 해당되는 IPA 증기량을 산출한다(스텝 S30). 이후 제어기는 건조공정 진행시 알코올증기 공급관(222)에 설치된 유량 조절기를 제어하여, 산출된 량의 IPA 증기가 처리조(120)로 공급되도록 한다(스텝 S40). 제어기는 처리조(120)로 유입되는 IPA량과 질소가스의 량이 동일하도록 운반가스 공급관(242)에 설치된 유량 조절기 또한 제어기에 의해 제어된다. 선택적으로, 유량조절기들(226, 246)은 작업자에 의해 직접 조절될 수 있다.
본 발명에 의하면, 공정이 진행되는 웨이퍼들의 매수에 관계없이 각각의 웨이퍼에 적정량의 IPA가 공급되므로 IPA의 과다공급 또는 부족공급으로 인한 건조불량을 방지할 수 있다.

Claims (12)

  1. 반도체 기판을 건조하는 장치에 있어서,
    건조공정이 수행되는 처리조와;
    상기 처리조로 알코올증기를 공급하며, 유량조절기가 설치되는 알코올증기 공급관을 가지는 건조가스 공급부와; 그리고
    공정 진행시 상기 처리조 내의 표면적에 대한 정보를 전달받고, 상기 표면적에 대한 정보에 따라 상기 처리조로 공급되는 알코올증기의 량이 조절되도록 상기 유량조절기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 표면적에 대한 정보는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 표면적에 대한 정보는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판 상에 형성된 패턴 형태에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 표면적에 대한 정보는,
    상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 대한 정보와;
    상기 기판 상에 형성된 패턴 형태에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 건조가스 공급부는 상기 알코올증기 공급관과 연결되며 상기 알코올증기를 상기 처리조로 운반하는 운반가스를 공급하는, 그리고 유량조절기가 설치된 운반가스 공급관을 더 포함하고,
    상기 제어기는 공정 진행 중 상기 운반가스 공급관과 상기 건조가스 공급관을 통해 상기 처리조로 공급되는 전체 유량이 동일하게 유지되도록 상기 운반가스 공급관에 설치된 유량조절기를 제어하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 알코올은 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 마란고니 원리를 이용하여 기판을 건조하는 마란고니 건조기인 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 기판으로 알코올증기를 분사하여 기판 상에 부착된 탈이온수를 상기 알코올증기로 치환함으로써 기판을 건조하는 스프레이 건조기인 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  9. 반도체 기판을 건조하는 방법에 있어서,
    처리조 내 표면적과 알코올 증기의 공급량 간의 상관관계를 결정하는 단계;
    상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계와;
    상기 산출된 표면적에 따라 상기 처리조로 공급되는 알코올증기의 량을 산출하는 단계와; 그리고
    상기 알코올증기가 산출된 량만큼 상기 처리조 내로 공급되도록 상기 처리조로 알코올증기를 공급하는 공급관 상에 설치된 유량조절기가 조절되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계는 상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 따라 상기 기판들의 표면적을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계는 상기 처리조 내에서 공정이 수행 되는 기판 상에 형성된 패턴 형태에 따라 상기 기판의 표면적을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 처리조 내 표면적을 산출하는 단계는,
    상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판 상에 형성된 패턴 형태에 따라 상기 기판의 표면적을 산출하는 단계와;
    상기 처리조 내에서 공정이 수행되는 기판들의 매수에 따라 상기 기판들의 표면적을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190065936A (ko) * 2017-12-04 2019-06-12 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 판정 방법 및 기판 처리 장치

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