KR20060082339A - 기판 건조장치 및 이를 이용한 건조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 건조장치에 관한 것으로, 본 발명의 기판 건조장치는 기판 세정을 위한 세정액이 저수되는 세정조, 상기 세정조 내부의 상기 세정액의 수면에 이소프로필 알코올을 공급하도록 내부에 저장된 상기 이소프로필 알코올 중으로 질소가스를 공급하여 이소프로필 알코올 버블을 생성시키는 이소프로필 알코올 공급부, 상기 이소프로필 알코올 공급부 내부에 저장된 상기 이소프로필 알코올을 무화시키는 진동자, 상기 이소프로필 알코올 공급부 내부의 상기 이소프로필 알코올을 펌핑하는 펌프와, 펌핑된 상기 이소프로필 알코올을 가열하는 히터와, 가열된 상기 이소프로필 알코올을 상기 진동자로 분사하는 분사노즐을 구비한 펌핑부, 상기 세정조 내부의 세정수와 상기 기판을 분리시키도록 상기 세정수를 배수시키는 배수부를 구비하여 기판 건조를 위하여 공급되는 이소프로필 알코올의 농도를 보다 높일 수 있도록 한다.

Description

기판 건조장치 및 이를 이용한 건조방법{Substrate dryer and drying method using that}
도 1은 본 발명에 따른 기판 건조장치를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 건조장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이소프로필 알코올 공급부를 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판 건조장치의 동작 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100...세정조
110...외조
120...내조
200...세정액 공급원
300...제 1질소공급원
400...배수부
500...이소프로필 알코올 공급부
550...진동자
580...펌핑부
본 발명은 기판 건조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 건조시 공급되는 이소프로필 알코올의 농도를 높일 수 있도록 한 기판 건조장치 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위해서는 리소그래피, 증착과 에칭 공정을 반복적으로 수행한다. 이러한 공정을 진행하게 되면서 기판 상에는 미립자, 금속, 자연 산화막, 유기막 그리고 산 및 알칼리와 같은 오염물질이 잔존하게 된다. 따라서 이러한 오염물질을 제거하기 위하여 기판에 대한 세정 공정이 실시되고, 세정 공정 후에는 기판에 대한 건조 공정이 수행되어 잔존한 오염물질을 제거하도록 하고 있다.
종래의 기판 건조방법은 스핀 건조, 이소프로필 알코올(IPA : Iso-propyl alcohol) 증기 건조, 이소프로필 알코올 마란고니(Marangoni) 건조 등이 있다.
여기서 스핀 건조는 장치가 비교적 간단하고 값이 싸지만 세정과 건조의 연속 처리가 곤란하고, 건조 불량을 완전하게는 배제할 수 없다.
그리고 이소프로필 알코올 증기 건조는 이소프로필 알코올 증기 중의 건조이기 때문에 청정 공간에서 이루어져 오염이 적다. 그러나 세정과 건조를 위하여 별도의 베스(bath)가 필요하며, 또한 세정 베스에서 건조 베스로 기판을 이동시킬 경우 기판이 산소에 노출되어 물반점이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이소프로필 알코올 마란고니 건조는 기판을 초순수 안에서 수직 방향으로 끌어올리거나 초순수를 배수시킴과 동시에, 이소프로필 알코올을 포함한 질소가스를 기판 표면의 기액(氣液)계면 부근에 불어 넣는 것에 의해 마란고니 효과(Marangoni effect)를 발생시켜 기판을 건조 시키는 방식이다. 이 이소프로필 알코올 마란고니 건조는 이소프로필 알코올의 사용 양이 대폭적으로 준다는 것과 세정 베스에서 건조 베스로의 이동이 없기 때문에 기판이 공기 중에 노출되어 물반점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 물반점은 세정 후 기판이 산소에 노출될 경우 불필요한 산화물이 기판 상에 생성되고, 이 산화물이 건조 후에 석출물로 남게 됨에 따라 발생하거나 또는 산소에 노출되는 경우보다는 그 크기가 작지만 질소에 노출된 경우에도 생성되는 것으로 알려져 있다. 또한 이러한 물반점은 그 외에도 반도체 소자의 액티브 영역에서 폴리실리콘, 산화막, 질화막 등의 소수성 막질과 친수성 막질이 공존한다거나, 또는 여러 가지 단차 구조를 갖고 있는 경우에도 생성되는 것으로 판단된다.
그런데 최근의 300mm 대구경 기판에서 0.11㎛ 이하의 고집적을 요구하는 반도체 제조 공정에서는 패턴의 구조가 단순한 평면구조에서 복잡한 3차원 구조로 되어 있다. 그 한 예로 고집적 반도체 소자 중 트랜지스터의 리프레쉬 특성을 향상시키기 위하여 적용되는 리세스 채널 어레이 트랜지스터(RCAT: Recess Channel Array Transistor) 공정을 적용하고 있는데. 이 공정에서 액티브 영역은 트렌치 패턴(Trench Pattern)으로 형성되어 있고, 또한 친수성 및 소수성 막질이 공존한다. 또한 액티브 영역의 단차가 대략 1500Å 정도로 형성되어 있다. 이러한 깊은 트렌치 패턴은 건조시 잔존하는 수분을 완전히 제거하는데 상당한 어려움이 있다.
이러한 패턴 구조는 이미 언급한 바와 같이 건조공정의 진행에 상당히 취약하여 물반점이 발생하게 되는 경우가 있다. 특히 기판의 하측에 물반점이 집중적으로 발생한다. 그리고 이 물반점은 후속 에칭 프로세스에서 마스크가 되어 에칭 잔사가 생긴다거나, 화학기상증착이나 에피성장(Epitaxial growth)과 같은 성막 프로세스에서의 장해 요인이 된다.
이소프로필 알코올 마란고니 건조방식에서 발생하는 물반점의 원인은 깊은 골이나 홀에 의한 것과 질소 분위기에서 수행되는 건조공정 중 마란고니 효과가 진행될 때 기판의 계면이 미쳐 이소프로필 알코올을 거치지 않고 초순수로부터 직접 질소 분위기에 노출됨에 따라 이들 부분에 잔존하는 수분에 의한 것으로 판단된다.
종래의 이소프로필 알코올 마란고니 건조공정을 적용한 건조장치 중에 한국디엔에스사(KOREA DNS.,CO.LTD)와 미국의 YieldUP International에서 제작한 건조장치의 경우 이소프로필 알코올 농도가 0.15 - 0.25％ 정도이다. 반면에 건조 공정 자체의 진행 중에는 물반점이 발생하지 않는 이소프로필 알코올 증기 건조 방식의 경우는 이소프로필 알코올의 농도가 대략 2 - 3％ 정도다.
한편, 이소프로필 알코올 마란고니 건조장치는 미국특허 6,598,312에 개시된 바와 같이 이소프로필 알코올을 이소프로필 알코올 버블장치를 통하여 세정조 내부로 공급하도록 되어 있고, 이 이소프로필 알코올 버블은 버블탱크 내부로 질소를 공급함으로써 버블이 생성되도록 되어 있다.
따라서 이소프로필 알코올의 농도를 높이기 위해서는 공급되는 질소량을 증 가시키거나 또는 질소의 공급 압력을 높이면 어느 정도까지는 가능하다. 그러나 공급되는 질소량이 공정진행을 위한 기준치 이상으로 증가하게 되면 질소와 이소프로필 알코올의 혼합비가 맞추어지지 않아 오히려 과다한 질소의 양과 압력에 의하여 예상치 못한 물반점이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이소프로필 알코올 마란고니 건조 공정에서 이소프로필 알코올 버블 생성을 위하여 공급되는 질소의 양과 질소 공급압력을 유지한 상태에서 이소프로필 알코올 농도를 높일 수 있도록 한 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 다른 목적은 이소프로필 알코올 마란고니 건조 공정에서 이소프로필 알코올 농도를 높이기 위하여 질소에 의한 이소프로필 알코올 버블과 함께 초음파를 이용한 무화된 이소프로필 알코올을 발생시켜 공급하도록 한 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 또 다른 목적은 이소프로필 알코올 농도를 높이기 위하여 질소에 의한 버블과 함께 메가소닉 또는 울트라소닉 초음파와 열을 이용한 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 또 다른 목적은 이소프로필 알코올 마란고니 건조 공정에서 이소프로필 알코올 버블 생성을 위하여 공급되는 질소의 양과 질소 공급압력을 유지한 상태에서 이소프로필 알코올 농도를 높일 수 있도록 메가소닉 또는 울트라소닉 초음파와 열을 이용하여 기판을 건조시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 건조장치는 기판 세정을 위한 세정액이 저장되는 세정조, 상기 세정조 내부의 상기 세정액의 표면에 상기 세정액보다 낮은 표면장력을 가지는 이소프로필 알코올을 무화시켜 상기 세정조로 공급하는 무화수단을 구비하여 세정조의 기판 건조를 위하여 공급되는 이소프로필 알코올의 농도를 종래에 비하여 보다 높일 수 있도록 하여 건조 효율을 보다 향상시키도록 한다.
그리고 바람직하게 상기 이소프로필 알코올 공급부에는 외부에서 제공된 질소가스가 상기 이소프로필 알코올 중으로 공급되어 이소프로필 알코올 버블이 형성되도록 하는 버블노즐이 설치될 수 있다.
또한 바람직하게 상기 무화수단은 상기 이소프로필 알코올 공급부에 저장된 상기 이소프로필 알코올의 액면 상측에 위치하고, 상기 이소프로필 알코올 공급부는 상기 무화수단으로 상기 이소프로필 알코올을 펌핑하는 펌핑수단을 구비할 수 있다.
또한 바람직하게 상기 펌핑수단은 상기 이소프로필 알코올을 펌핑하는 펌프와 상기 펌프에서 펌핑된 상기 이소프로필 알코올을 상기 무화수단으로 분사하는 노즐을 구비할 수 있다.
또한 바람직하게 상기 펌프의 일측에는 상기 무화수단으로 공급되는 상기 이소프로필 알코올을 가열하는 히터를 구비할 수 있고, 이때 상기 이소프로필 알코올 을 20 - 80℃로 가열되는 것이 적절하다.
또한 상기 무화수단은 상기 이소프로필 알코올 공급부의 내부중 상기 이소프로필 알코올의 표면으로부터 이격되어 설치된 진동자와, 상기 이소프로필 알코올 공급부 외측에 설치되어 상기 진동자를 진동시키는 발진기를 포함할 수 있고, 이때 상기 진동자는 20Khz - 1.2Mhz 의 주파수로 진동하는 것이 적절하다.
또한 바람직하게 상기 이소프로필 알코올 공급부로부터 상기 세정조로 공급되는 상기 이소프로필 알코올의 분무 농도는 0.2 - 5.0 %인 것이 적절하다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 건조방법은 이소프로필 알코올 공급부 내부에 설치된 진동자를 이용하여 상기 이소프로필 알코올을 무화시키는 무화단계; 상기 무화된 이소프로필 알코올을 기판이 세정수에 침지된 세정조 내부로 공급하는 공급단계; 상기 기판을 상기 세정수로부터 이탈시켜 건조시키는 건조단계로 구성되어 기판 건조를 위하여 공급되는 이소프로필 알코올의 농도를 높일 수 있도록 하여 기판 건조 효율을 보다 향상시키도록 한다.
그리고 바람직하게 상기 공급단계 전에 상기 이소프로필 알코올 공급부에 질소를 공급하여 이소프로필 알코올 버블을 생성시키는 버블 생성단계가 추가될 수 있고, 이때 상기 버블 생성단계는 상기 무화단계 이전 또는 함께 진행될 수 있다.
또한 바람직하게 상기 무화단계에서 상기 이소프로필 알코올은 20 - 60℃로 가열된 후 무화될 수 있고, 또한 바람직하게 상기 무화단계에서 상기 이소프로필 알코올은 20Khz - 1.2Mhz 의 주파수에 의하여 진동하는 진동자에 의하여 무화되도록 할 수 있다. 그리고 바람직한 상기 이소프로필 알코올의 분무 농도는 0.2 - 5.0 %가 적절하다.
이하에서는 본 발명의 기판 건조장치에 대한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 기판 건조장치는 세정하고자 하는 물체인 웨이퍼와 같은 기판(10)을 세정하기 위한 세정액을 수용하는 세정조(100)를 구비한다. 여기서 세정액으로서는 초순수(Deionized Water)를 사용한다.
그리고 세정조(100)는 세정액 중에 기판(10)을 침지시켜 세정하기 위한 내조(120)와, 이 내조(120)를 둘러싼 외조(110)로 구성된다. 그리고 내조(120) 내부에 침지되는 기판(10)은 기판 가이드(20)에 탑재되어 내조(120) 내부에 안치된다. 이때 기판(10)은 다수매가 한꺼번에 기판 가이드(20)에 탑재될 수 있고, 한 매가 탑재될 수도 있다.
세정조(100)의 내조(120)와 외조(110)의 상부는 개방되어 있고, 외조(110)의 상부에는 커버(130)가 설치된다. 따라서 외조(110)는 내조(120)의 전체 둘레를 감싸도록 마련된다. 이 외조(110)는 공급된 세정액이 오버 플로우 되면 오버 플로우 된 세정액을 수집하여 외부로 배수시키는 기능을 한다. 이를 위하여 내조(120)의 하부에는 외조(110)를 관통하여 내조(120)의 내부로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급관(210)이 설치되고, 이 세정액 공급관(210)으로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급원(200)이 외부에 마련된다.
그리고 세정조(100)의 하부에는 배수부(400)가 마련된다. 이 배수부(400)는 외조(110)의 바닥에 외조(110) 내부에 오버 플로우된 세정액을 외부로 배수하기 위 한 외조 배수관(411)과 내조(120)의 바닥에서 내조(120) 내부의 세정액을 외부로 배수하기 위한 내조 배수관(421)을 구비한다. 또한 이 외조 배수관(411) 상에 설치되어 외조 배수관(411)을 개폐시키는 제 1배수밸브(412)와 내조 배수관(421) 상에 설치되어 내조 배수관(422)을 개폐시키는 제 2배수밸브(422)를 구비한다. 외조 배수관(411)과 내조 배수관(422)은 각각의 배수밸브(412)(422)를 거친 후 서로 연결되어 공통의 배수라인을 형성한다. 그리고 배수라인에는 도면에 도시하지 않았지만 별도의 배수펌프가 설치될 수 있다.
한편 외조(110) 상부에 설치된 커버(130)에는 내조(120)의 내부로 질소가스를 공급하기 위한 질소공급노즐(131)이 설치된다. 이 질소공급노즐(131)은 세정조(100)의 외부에 설치되어 소정온도로 가열된 질소를 제공하여 내조(120) 내부에 질소분위기가 형성되도록 하는 제 1질소공급원(300)과 연결되어 있다. 이러한 제 1질소공급원(300)을 통하여 질소를 세정조(100) 내부로 공급하는 이유는 안정적인 건조공정이 수행되도록 하기 위한 것으로, 질소는 제 1질소공급원(300)에서 100 - 150℃정도로 가열되고, 세정조(100) 내부에서의 온도가 대략 80℃ 정도가 되도록 한다.
그리고 세정조(100)와 별도로 기판(10) 건조시에 세정조(100) 내부로 세정액보다 표면 장력이 작은 유체인 이소프로필 알코올을 공급하는 이소프로필 알코올 공급부(500)가 마련된다. 이 이소프로필 알코올 공급부(500)는 이소프로필 알코올 공급관(520)에 의하여 세정조(100)와 연결되어 있는데, 이 이소프로필 알코올 공급관(520)의 세정조(100) 쪽에 위치하는 단부는 끝단이 커버(130)를 관통된 후 복수 개의 경로로 분기되어 내조(120) 하부를 향하도록 되어 있고, 추가적으로 노즐이 이소프로필 알코올 공급관(520)의 끝단에 설치될 수 있다.
이 이소프로필 알코올 공급부(500)는 세정액 상에 버블상태 및 무화상태의 이소프로필 알코올을 내조(120)내부에 저장된 세정액 상에 공급하여 세정액 상에 소정 두께의 이소프로필 알코올 층이 형성하도록 한다.
이 이소프로필 알코올 공급부(500)는 이소프로필 알코올이 충전되어 있는 이소프로필 알코올 공급탱크(510)를 구비한다. 이소프로필 알코올 공급탱크(510)는 도면에 도시되지 않았지만 별도의 이소프로필 알코올 공급라인을 통해 이소프로필 알코올을 지속적으로 공급받도록 되어 있다.
그리고 이소프로필 알코올 공급탱크(510)의 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이 외부에서 연장되어 공급탱크(510) 내부의 이소프로필 알코올 중으로 연장된 버블노즐(530)설치된다. 이 버블노즐(530)에는 외부의 제 2질소공급원(540)으로부터 공급된 질소가 이소프로필 알코올 중으로 분사되어 버블 상태의 이소프로필 알코올 분위기가 공급탱크(510) 내부에 형성되도록 한다. 여기서 공급되는 가스는 질소 외에 아르곤, 헬륨 등과 같은 다른 불활성 가스를 사용할 수 있으며 이들 불활성 가스는 이소프로필 알코올의 이동체 역할을 한다.
또한 이소프로필 알코올 공급탱크(510)의 내부 상측에는 진동자(550)가 설치된다. 이 진동자(550)는 초음파를 발진하도록 외부에 설치된 발진기(560)와 접속되어 있다. 그리고 이 진동자(550)의 하측에는 이소프로필 알코올 공급탱크(510)에 저장된 이소프로필 알코올을 펌핑하여 진동자(550) 측으로 분사하는 분사노즐(570) 이 설치되고, 이 분사노즐(570)로 이소프로필 알코올을 펌핑하기 위한 펌핑부(580)가 이소프로필 알코올 공급탱크(510)의 외부 일측에 설치된다.
펌핑부(580)는 하단이 이소프로필 알코올 공급탱크(510)의 하부의 이소프로필 알코올 중으로 연장되어 개구되고, 상단에 노즐이 배치된 펌핑관(583)과 이 펌핑관(583) 상에 설치된 펌프(581) 그리고 펌핑된 이소프로필 알코올을 소정온도로 가열하는 히터(582)를 구비한다.
여기서 히터(582)는 이소프로필 알코올을 상온이상 이소프로필 알코올의 비점이하로 가열한다. 즉 예로써 이소프로필 알코올의 경우 1기압에서 비점(boiling point)이 83℃ 미만이므로 대략 25℃ - 80℃ 정도가 바람직하다. 이와 같이 이소프로필 알코올을 가열하는 것은 내조(120) 내부로 공급되는 이소프로필 알코올의 분위기를 안정적으로 유지하며 기판(10)에 대한 건조효과를 향상시키기 위한 것이다.
이러한 히터(582)를 거쳐 공급된 이소프로필 알코올은 이소프로필 알코올 분사노즐(570)을 통하여 진동자(550) 측으로 분사되면 진동자(550)는 이 이소프로필 알코올을 이소프로필 알코올을 무화시키게 된다. 그러면 이소프로필 알코올 공급부(500)에서의 이소프로필 알코올 농도는 이소프로필 알코올 버블과 무화된 이소프로필 알코올에 의하여 증가되고, 동시에 증가된 이소프로필 알코올은 이소프로필 알코올 공급라인을 통하여 내조(120) 내부로 공급되어 내조(120) 내부의 이소프로필 알코올 농도를 증가시키게 된다.
여기서 진동자(550)는 발진되는 진동주파수를 필요에 따라 조절할 수 있다. 즉 제공하고자 하는 이소프로필 알코올의 농도에 따라 전혀 가동하지 않을 수 도 있고, 또는 그 진동주파수를 증감시킬 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 제공되는 진동주파수는 20 - 400Khz 울트라소닉 또는 700Khz - 1.2Mhz 의 메가소닉 또는 그 중간 단계의 초음파를 적용한다. 여기서 메가소닉을 사용할 경우에는 종래의 이소프로필 알코올 버블을 생성할 때보다 더욱 큰 농도로 이소프로필 알코올을 무화시켜 공급할 수 도 있을 것이다.
한편 이소프로필 알코올의 농도를 증가시키는 것과 초음파와의 상관관계를 간략하게 살펴보면, 무화현상의 양은 통상적으로 알려진 바와 같이 메가소닉인 1Mhz의 경우 약 1,000,000 G(9.8m/sec2)의 입자가속도를 발휘하도록 한다. 따라서 이 무화현상에 의하여 입자의 힘을 뉴톤의 운동법칙(F=ma, m : 이소프로필 알코올의 입자질량, a : 이소프로필 알코올의 가속도)에 따라 종래의 단순 버블에 의한 경우보다 월등히 높은 이소프로필 알코올 농도를 제공할 수 있도록 한다.
그러나 이소프로필 알코올의 농도는 어느 정도의 범위에서 적절히 조절되어야 한다. 즉 농도가 너무 낮으면 고집적 반도체 소자의 경우 효과적인 건조기능을 발휘하지 못하겠지만, 너무 높으면 건조 후 기판(10) 상에 잔류하는 이소프로필 알코올의 입자수가 증가하여 세정불량의 문제를 유발시킬 수 있기 때문이다. 따라서 적절한 이소프로필 알코올 농도는 0.2% - 5.0%가 적절하고, 이때 세정액 상에 형성되는 이소프로필 알코올의 두께는 대략 1 - 3mm 정도가 적절하다.
그리고 이소프로필 알코올 공급부(500)는 이소프로필 알코올 외에 에틸 알코올, 메틸 알코올, 테트라하이드로푸란, 아세톤, 퍼플루오로헥산, 헥산 및 에테르를 채택하여 실시할 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 기판 건조장치의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 기판 건조장치는 기판(10)을 탑재한 기판 가이드(20)가 내조(120) 내부에 안치되면 세정액 공급관(210)을 통하여 세정액이 공급되어 세정 작업이 시작된다. 세정액은 내조(120)의 하부로부터 공급되어 세정액이 내조(120)에서 오버 플로우 되도록 한다. 그리고 오버 플로우 된 세정액은 외조(110)의 하부로 집수되고, 동시에 제 1배수밸브(412)가 개방되면 외조(110)의 하부로부터 외조 배수관(411)을 통하여 세정액이 배수된다(S10).
그리고 세정 작업이 완료되면, 기판 건조 공정이 시작된다. 기판(10)의 건조는 세정이 끝난 후에 외조(110) 내의 분위기를 건조 분위기로 전환하기 위하여 가열된 질소 가스를 질소공급노즐(310)을 통하여 외조(110)의 내부로 공급하여 외조(110)내에 질소 분위기가 형성되도록 한다. 이때 질소 분위기는 대략 80℃ 내외의 온도로 2 - 4 kg/cm 로 유지한다(S20).
이후 내조(120) 내부의 세정액을 내조 배수관(421)을 통하여 일부 배수하는데 이때 배수되는 세정액은 기판(10)이 세정액의 상부로 노출되지 않을 정도의 양이 적절하다. 이후 이소프로필 알코올 공급부(500)를 통하여 이소프로필 알코올을 이소프로필 알코올 공급관(520)으로 공급되도록 한다.
이소프로필 알코올의 공급은 버블 상태의 이소프로필 알코올과 무화된 이소프로필 알코올을 선택적으로 또는 함께 공급하도록 할 수 있다(S30)(S31). 즉 최초 기판(10) 건조시에는 버블 상태의 이소프로필 알코올만이 공급되도록 하고, 세정액의 수면이 기판(10)의 절반 이하로 내려갈 경우 무화된 이소프로필 알코올을 버블 상태의 이소프로필 알코올과 함께 공급하도록 할 수 있다.
즉 점진적으로 이소프로필 알코올의 농도를 높여줌으로써 기판(10)의 건조를 효율적으로 수행하도록 할 수 있다. 그러나 다른 방법으로 버블상태의 이소프로필 알코올과 무화된 이소프로필 알코올을 처음부터 함께 공급하도록 할 수 도 있다. 즉 건조가 수행되는 기판(10)의 종류와 반도체 소자 또는 디스플레이 기판의 집적도 및 종류에 따라 이소프로필 알코올을 농도를 다양하게 조절하여 수행할 수 있다.
버블상태의 이소프로필 알코올은 제 2질소공급원(540)으로부터 공급된 질소가 버블노즐(530)을 통하여 이소프로필 알코올 중으로 공급되면 이소프로필 알코올에는 버블이 생성되고, 이 버블이 이소프로필 알코올 공급탱크(510) 내부에서 충전된다. 그리고 이 버블이 이소프로필 알코올 공급관(520)을 통하여 배출되어 세정조(100) 내부로 공급된다(S30).
그리고 무화상태의 이소프로필 알코올은 이소프로필 알코올 펌핑부(580)에서 펌프(581)에 의하여 이소프로필 알코올이 펌핑된 후 히터(582)를 통하여 가열된 다음 분사노즐(570)을 통하여 진동자(550)에 분사되면 진동자(550)는 진동자(550)에 분사된 이소프로필 알코올을 무화시켜 이소프로필 알코올 공급탱크(510) 내부에 무화된 이소프로필 알코올을 충진시키게 된다. 이에 따라 버블상태의 이소프로필 알코올과 함께 무화상태의 이소프로필 알코올이 동시에 충전되어 이들이 함께 이소프 로필 알코올 공급관을 통하여 세정조(100) 내부에 공급되게 된다(S31).
그리고 세정조(100)로 공급된 이소프로필 알코올은 내조(120) 상부에서 낙하되어 세정액 상부에 소정두께의 이소프로필 알코올 층을 형성하게 되고(S40), 또 일부분은 기화된다. 그리고 기화된 이소프로필 알코올는 질소 분위기중에 포함되어, 이소프로필 알코올과 질소 가스의 혼합 분위기를 내조(120)의 상부에 형성하게 된다.
다음으로 내조(120)의 내조 배수관(421)을 통하여 세정액을 배수시킴으로써 건조작업을 시작한다(S50). 이 때 세정액은 내조 배수관(421)을 거쳐서 일정한 속도로 배수된다. 이를 위하여 펌프(581)를 사용할 수 도 있다.
그런데 세정액의 배수 속도가 너무 빠르면 이소프로필 알코올 층이 유실되면서 충분한 마란고니 효과를 얻을 수 없고, 너무 느리면 공정상의 효율이 좋지 않아서 바람직하지 않다. 따라서 세정액의 수위는 약 1.5 내지 2.5mm/sec의 속도로 하강하도록 하는 것이 바람직하다.
한편 배수 중에 이소프로필 알코올 층은 그 두께를 안정적으로 유지되거나 또는 무화된 이소프로필 알코올에 의하여 더 두꺼워지면서 마란고니 효과에 의해 기판(10)에 묻어있는 수분을 제거한다. 이에 대하여 간략히 설명하면 세정액이 서서히 배수되면서 수면이 낮아지게 된다. 그러면 기판(10)에 밀착된 세정액과 이소프로필 알코올 층은 표면장력에 의하여 기판의 표면을 따라 다른 부위보다 수위가 높게 형성된다. 그러나 이때 이소프로필 알코올은 세정액에 비하여 작은 표면 장력을 가지므로, 세정액의 수위가 하강할 때에, 표면 장력이 적은 이소프로필 알코 올 층으로부터 표면장력이 큰 세정액으로 유체가 빠르게 흐르게 되어 기판(10) 상의 수분을 제거하게 됨으로써 기판(10)에 대한 건조를 수행하게 된다.
이와 같이 이소프로필 알코올의 농도가 충분히 유지되고, 그 두께가 보강되면 복잡한 3차원 구조로 가지는 반도체 소자, 매우 큰 단차를 가지는 회로패턴 그리고 친수성과 소수성 막질이 공존하는 기판 상에서도 완전한 수분 제거가 가능하게 된다.
한편, 세정액의 배수 단계 중에도 계속적으로 이소프로필 알코올을 내조(120)의 세정액 상에 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 계속적으로 이소프로필 알코올 증기를 제공하여 이소프로필 알코올과 질소 가스의 혼합 분위기를 유지함으로써, 세정액상에 있는 이소프로필 알코올 층이 세정액의 배수단계 중에도 안정적으로 유지되어 건조 효과를 상승시킬 수 있다.
그리고 이후 세정액의 수위가 웨이퍼의 아래에 위치하는 시점이 되면, 이소프로필 알코올의 공급을 정지시키고, 가열된 질소가스의 공급을 중지한다. 그런 다음 이소프로필 알코올과 가열된 질소 가스의 공급이 중단된 상태에서, 배수부(400)를 통하여 기판(10) 아래에 잔류하는 세정액을 완전하게 배수시킨 후 커버(130)를 열고 기판(10)이 탑재된 기판 가이드(20)를 세정조(100)로부터 꺼내면 기판(10)에 대한 세정과 건조가 완료되게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예 외에 각각의 구성요소들을 일부 변형하여 다르게 실시할 수 있을 것이다. 즉 공정 조건을 일부 변경하거나 전체적인 구성의 일부를 다르게 배치하거나 또는 진동자를 공급탱크의 하부 또는 측부에 설치할 수 도 있을 것이며, 또는 분사노즐을 공급탱크에 설치하지 않고, 진동자만을 공급탱크에 설치할 수 도 있을 것이다. 그러나 이들 변형된 실시예가 기본적으로 본 발명의 구성요소들을 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 기판 건조장치는 이소프로필 알코올 마란고니 건조 공정에서 이소프로필 알코올 버블 생성을 위하여 공급되는 질소의 양과 질소 공급압력을 유지한 상태에서 질소에 의한 이소프로필 알코올 버블과 함께 초음파를 이용한 무화된 이소프로필 알코올을 공급하여 이소프로필 알코올의 농도를 보다 높여 건조 효율을 향상시킬 수 있도록 하여 반도체 소자의 경우 복잡한 3차원 구조로 가지거나 또는 막질에 친수성 및 소수성 막질이 공존하는 경우 및 큰 단차를 가진 패턴에 대한 건조가 보다 효과적으로 이루어지도록 하여 기판의 제조효율을 보다 향상시키는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 기판 세정을 위한 세정액이 저수되는 세정조;
    상기 세정조 내부의 상기 세정액의 수면에 이소프로필 알코올을 공급하도록 내부에 저장된 상기 이소프로필 알코올 중으로 질소가스를 공급하여 이소프로필 알코올 버블을 생성시키는 이소프로필 알코올 공급부;
    상기 이소프로필 알코올 공급부 내부에 저장된 상기 이소프로필 알코올을 무화시키는 진동자;
    상기 이소프로필 알코올 공급부 내부의 상기 이소프로필 알코올을 펌핑하는 펌프와, 펌핑된 상기 이소프로필 알코올을 가열하는 히터와, 가열된 상기 이소프로필 알코올을 상기 진동자로 분사하는 분사노즐을 구비한 펌핑부;
    상기 세정조 내부의 세정수와 상기 기판을 분리시키도록 상기 세정수를 배수시키는 배수부를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히터는 상기 이소프로필 알코올을 20 - 80℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 진동자는 20Khz - 1.2Mhz 의 주파수로 진동하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 공급부로부터 상기 세정조로 공급되는 상기 이소프로필 알코올의 분무 농도는 0.2 - 5.0 %인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  5. 기판 세정을 위한 세정액이 저장되는 세정조;
    상기 세정조 내부의 상기 세정액의 표면에 상기 세정액보다 낮은 표면장력을 가지는 이소프로필 알코올을 무화시켜 상기 세정조로 공급하는 무화수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 공급부에는 외부에서 제공된 질소가스가 상기 이소프로필 알코올 중으로 공급되어 이소프로필 알코올 버블이 형성되도록 하는 버블노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 무화수단은 상기 이소프로필 알코올 공급부에 저장된 상기 이소프로필 알코올의 액면 상측에 위치하고,
    상기 이소프로필 알코올 공급부는 상기 무화수단으로 상기 이소프로필 알코올을 펌핑하는 펌핑수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 펌핑수단은 상기 이소프로필 알코올을 펌핑하는 펌프와 상기 펌프에서 펌핑된 상기 이소프로필 알코올을 상기 무화수단으로 분사하는 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 펌프의 일측에는 상기 무화수단으로 공급되는 상기 이소프로필 알코올을 가열하는 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 히터는 상기 이소프로필 알코올을 20 - 80℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 무화수단은 상기 이소프로필 알코올 공급부의 내부중 상기 이소프로필 알코올의 표면으로부터 이격되어 설치된 진동자와, 상기 이소프로필 알코올 공급부 외측에 설치되어 상기 진동자를 진동시키는 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 진동자는 20Khz - 1.2Mhz 의 주파수로 진동하는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  13. 제 5항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 공급부로부터 상기 세정조로 공급되는 상기 이소프로필 알코올의 분무 농도는 0.2 - 5 %인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  14. 이소프로필 알코올 공급부 내부에 설치된 진동자를 이용하여 상기 이소프로필 알코올을 무화시키는 무화단계;
    상기 무화된 이소프로필 알코올을 기판이 세정수에 침지된 세정조 내부로 공급하는 공급단계;
    상기 기판을 상기 세정수로부터 이탈시켜 건조시키는 건조단계로 된 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 공급단계 전에 상기 이소프로필 알코올 공급부에 질소를 공급하여 이소프로필 알코올 버블을 생성시키는 버블 생성단계가 더 구비된 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 버블 생성단계는 상기 무화단계 이전에 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 버블 생성단계는 상기 무화단계와 함께 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 무화단계에서 상기 이소프로필 알코올은 20 - 60℃로 가열된 후 무화되는 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 무화단계에서 상기 이소프로필 알코올은 20Khz - 1.2Mhz 의 주파수에 의하여 진동하는 진동자에 의하여 무화되는 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 공급단계에서 상기 세정조로 공급되는 상기 이소프로필 알코올의 분무 농도는 0.2 - 5 %인 것을 특징으로 하는 기판 건조방법.
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