KR20060120729A - 기판 건조 장치 - Google Patents

Abstract

기판의 오염을 억제할 수 있는 기판 건조 장치에 있어서, 건조 챔버는 이소프로필 알콜 가스를 이용하여 기판을 건조시키는 공정을 진행한다. 건조 가스 공급부는 건조 챔버로 이소프로필 알콜 가스를 공급한다. 건조 가스 공급부 및 건조 챔버 사이에 연결되는 공급 배관은 이소프로필 알콜 가스가 공급 중에 오염되지 않도록 스테인리스 스틸 재질로 이루어진다. 따라서, 반도체 기판의 세정 후 건조 공정에서 이소프로필 알콜 가스의 오염에 의한 기판의 오염을 억제할 수 있다.

Description

기판 건조 장치{Apparatus for drying a substrate}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기판 건조 장치 102 : 세정 용기

108 : 제1노즐 114 : 건조 챔버

116 : 고정 베이스 118 : 상부 커버

124a, 124b : 제2노즐 126 : 웨이퍼 보트

130 : 제1공급부 132 : 제1저장 용기

132 : 제1히터 134 : 제1증기 발생부

136 : 제1분기 배관 140 : 제2공급부

142 : 제2저장 용기 144 : 펌프

146 : 제2증기 발생부 148 : 제2분기 배관

150 : 필터부 152 : 제1필터

154 : 제2필터 158 : 공급 배관

160 : 건조 가스 공급부

본 발명은 반도체 기판을 세정하고 건조하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판을 순수를 사용하여 최종 세정하고 이소프로필 알콜 가스를 이용하여 건조하는 기판 건조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘기판 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting)공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 세정된 기판을 건조시키기 위한 건조 공정과, 상기 막 또는 패턴의 결함을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기와 같은 공정들 중에서, 통상적으로 알려진 세정 공정은 기판 상의 불순물을 제거하기 위하여 세정액 또는 린스액에 기판을 침지시켜 수행된다. 상기와 같은 세정 공정을 수행하기 위한 세정 장치에는 건조 장치가 필수적으로 제공된다. 상기 건조 장치는 기판을 이소프로필 알콜과 같은 휘발성 유기 용제를 포함하는 건조 가스를 기판의 표면에 접촉시킴으로써, 기판의 표면에 잔류하는 린스액을 제거한다.

예를 들면, 미합중국 특허 제6,068,002호(Kamikawa et al.)에 따르면, 세정 및 건조 장치는 세정액 또는 린스액을 저장하기 위한 세정 용기와, 상기 세정 용기 상부에 배치되는 건조 용기와, 상기 세정 용기와 건조 용기 사이에서 기판을 이동시키기 위한 기판 보트를 포함한다.

상기 기판 보트는 다수의 기판들을 지지하며, 각각의 기판은 수직 방향으로 기판 보트의 슬롯에 지지된다. 상기 건조 용기 내부의 양측 부위에는 이소프로필 알콜 가스를 포함하는 건조 가스를 수직 방향으로 지지된 기판의 상단 부위로 공급하기 위한 한 쌍의 노즐들이 배치된다.

상기 이소프로필 알콜 가스는 가스 공급부에 의해 액상의 이소프로필 알콜로부터 기화되고, 상기 기화된 이소프로필 알콜은 공급 배관을 통해 상기 건조 용기 내부로 제공된다. 상기 공급 배관은 통상적으로 테드라 플루오르에틸렌-페르플루오트 알킬비닐에테르 공중합체(PFA)와 같은 내식성이 강한 불소 수지 계열의 물질로 이루어진다.

그러나, 고온의 이소프로필 알콜이 공급 배관을 통해 이송되는 과정에서 상기 공급 배관의 내벽과 반응함으로써 오염 소스가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 오염된 이소프로필 알콜 가스에 의해 건조된 기판의 표면에 원형으로 나타나는 다수의 결함(defect)들이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이소프로필 알콜 가스의 오염에 따른 기판의 오염을 방지할 수 있는 기판 건조 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판 건조 장치는, 이소프로필 알콜 가스를 이용하여 기판을 건조시키는 공정을 진행하기 위한 건조 챔버와, 상기 건조 챔버로 상기 이소프로필 알콜 가스를 공급하기 위한 건조 가스 공급부와, 상기 건조 가스 공급부 및 상기 건조 챔버 사이에 연결되고 상기 이소프로필 알콜 가스가 공급 중에 오염되지 않도록 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 공급 배관을 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 고온의 이소프로필 알콜 가스가 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 공급 배관을 통해 건조 챔버 내부로 제공되기 때문에, 이소프로필 알콜 가스가 공급 배관의 표면과 접촉하더라도 오염되지 않는다. 따라서, 공급 배관에 의해 이소프로필 알콜 가스가 오염되어 반도체 기판이 오염되는 것이 억제될 수 있다.

본 발명에 따른 기판 건조 장치는 특정한 형태의 기판에 한정되지 않고, 세정한 후 표면에 잔류하는 린스액을 제거하기 위한 다양한 형태의 기판을 건조하는 용도로 사용될 수 있다. 특히, 고집적 회로가 탑재되는 반도체 기판에 적용되는 것이 바람직하다. 이하에서는, 반도체 기판을 세정 후에 건조시키는 습식 세정 장치를 이용하여 본 발명을 설명한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 기판 건조 장치(100)는 기판(W) 표면에 잔류하는 불순물들을 제거하기 위한 세정액을 수용하는 세정 챔버(102)와, 기판(W) 표면의 수분을 제거하기 위한 건조 챔버(114)와, 상기 기판들(W)을 건조시키기 위한 건조 가스를 공급하는 건조 가스 공급부(160)와, 건조 가스를 건조 챔버(114)로 공급하기 위한 공급 배관(158)을 포함한다.

상기 세정 챔버(102)는 세정액을 수용하기 위한 내조(104, inner bath)와, 내조(104)의 상측 부위를 감싸도록 배치되는 외조(106, outer bath)로 구성될 수 있다. 세정 챔버(102)의 상측 부위에는 개구가 형성되어 있으며, 내조(104)의 내부 양측 부위에는 내조(104)의 내부에 위치된 기판들(W) 상으로 세정액을 공급하기 위한 제1노즐들(108)이 배치되어 있다.

건조 챔버(114)는 세정 챔버(102)의 상부에 배치되어 기판들(W)을 건조시키기 위한 공간을 한정한다. 건조 챔버(114)는 세정 챔버(102)의 상부에 배치된 고정 베이스(116)와, 고정 베이스(116) 상에 배치된 상부 커버(118)를 포함한다. 상기 고정 베이스(116)는 상기 세정 챔버(102)의 개구와 연통되며, 고정 베이스(116)와 상부 커버(118) 사이 및 고정 베이스(116)와 상기 셔터(120) 사이에는 실링 부재들(122)이 각각 개재된다. 상부 커버(118)는 고정 베이스(116)에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하도록 배치되며, 돔 형상의 단면을 갖는다.

여기서, 건조 공정이 시작되면 건조 챔버(114) 내부로 고온의 건조 가스가 유입되므로, 건조 챔버(114)의 내벽이 상기 건조 가스에 완전히 노출된다. 이에 따라, 건조 챔버(114)의 내측 표면이 상기 건조 가스와 반응하여 원하지 않은 이물질 등을 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 건조 챔버(114)는 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

건조 챔버(114)의 내부 양측 부위에는 기판들(W)을 건조시키기 위한 건조 가스를 분사하기 위한 한 쌍의 제2노즐들(124a, 124b)이 배치된다. 구체적으로, 제2노즐들(124a, 124b)은 고정 베이스(116)의 양쪽 내측벽을 따라 수평 방향으로 연장되고, 각각의 제2노즐(124a 또는 124b)은 파이프 형상을 가지며, 건조 가스를 분사하기 위한 다수의 분사공들(도시되지 않음)을 갖는다.

고온의 건조 가스, 예컨대 이소프로필 알콜 가스가 상기 분사공들을 통해 분출되면서 압력이 급격히 떨어지면서 액화될 수 있다. 상기 액화된 건조 가스는 기판(W)의 표면에 워터 마크(water mark)를 발생시켜 소자 불량(fail)을 야기할 수 있다. 이를 억제시키기 위해서는 열전도율이 큰 스테인레스 스틸을 피하고, 열전도율이 스테인레스 스틸에 비해 상대적으로 작으면서 내식성이 강한 플라스틱 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 플라스틱 재질로는 불소 수지 계열의 PEEK(polyetheretherketone)가 바람직하다.

세정 챔버(102)와 건조 챔버(114) 사이에는 수평 방향으로 이동 가능하도록 셔터(120)가 배치된다. 기판 보트(126)는 다수의 기판들(W, 예를 들면, 50매의 기 판들)을 일렬로 지지하며, 각각의 기판(W)은 기판 보트(126)의 슬롯에 삽입되어 수직 방향으로 정렬된다. 기판들(W)은 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 기판 보트(126)로 이송되며, 기판 보트(126)는 세정 챔버(102)와 건조 챔버(114) 사이에서 기판들(W)을 수직 방향으로 이동시킨다.

구체적으로, 기판 보트(126)는 기판들(W)을 세정하기 위해 상기 기판들(W)이 내조(104)에 수용된 세정액에 침지되도록 기판들(W)을 하방으로 이동시키고, 세정된 기판들(W)을 건조시키기 위해 상방으로 이동시킨다. 한편, 기판 보트(126)가 기판들(W)을 상방으로 이동시키는 동안 기판들(W)의 표면들에 자연 산화막이 생성되는 것을 방지하기 위해 기판들(W) 상으로 질소 가스가 공급될 수도 있다.

상기 세정액은 불산 수용액 또는 순수(pure water)를 포함한다. 불산 수용액은 기판(W) 표면에 잔류하는 불순물 또는 자연 산화막을 제거하기 위해 사용되며, 순수는 기판(W) 상에 잔류하는 파티클 또는 불산 수용액과 같은 화학 용액에 의해 세정된 기판을 린스하기(rinse) 위해 사용된다. 그러나, 세정액은 기판(W) 표면에 잔류하는 불순물의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

상기와 같은 구성 요소들에 대한 추가적인 상세 설명은 이미 공지되어 있으므로(예를 들면, 미합중국 특허 제6,068,002호) 생략하기로 한다.

이어서, 제2노즐들(124a, 124b)은 건조 가스를 공급하기 위한 건조 가스 공급부(160)와 연결되어 있으며, 실질적으로 상기 기판들(W)의 상측 부위들을 향해 건조 가스를 분사한다. 구체적으로, 제2노즐들(124a, 124b)은 상기 건조 가스를 상방으로 분사하며, 건조 가스는 건조 챔버(114)의 측벽들의 내측면을 따라 상방으로 흐르고, 상부 커버(118)에 의해 한정된 공간의 중앙 부위를 따라 하방으로 흐르며, 고정 베이스(116)에 형성된 배출공(도시되지 않음)을 통해 건조 챔버(114)로부터 배출된다.

상기 건조 가스는 이소프로필 알콜 가스와 질소 가스를 포함한다. 건조 가스 공급부(160)는 질소 가스를 공급하는 제1공급부(130)와 이소프로필 알콜 가스를 공급하는 제2공급부(140) 및 상기 질소 가스와 이소프로필 알콜 가스의 혼합된 건조 가스를 필터링하기 위한 필터부(150)로 구성된다.

제1공급부(130)는 제1분기 배관(138) 상에 구비되며, 질소 가스를 저장하기 위한 제1저장 용기(132)와, 상기 질소 가스를 가열하기 위한 제1히터(134) 및 상기 가열된 질소 가스를 이용하여 이소프로필 알콜 가스를 발생시키기 위한 제1증기 발생부(136)를 포함한다. 제2공급부(140)는 제2분기 배관(148) 상에 구비되며, 액상의 이소프로필 알콜을 저장하기 위한 제2저장 용기(142)와, 상기 액상의 이소프로필 알콜을 펌핑하기 위한 펌프(144)와, 이소프로필 알콜 가스를 발생시키기 위한 제2증기 발생부(146)를 포함하여 구성된다. 이 때, 제1 및 제2공급부(130, 140)는 상기 제1히터(132)와 제1증기 발생부(134)를 연결하는 제1분기 배관(138)과 상기 펌프(144)와 제2증기 발생부(144)를 연결하는 제2분기 배관(148) 사이에 구비된 보조 배관(149)을 통해 연결되는 구성을 갖는다.

여기서, 상기 고온으로 가열된 건조 가스가 공급 배관(158)을 통과하는 과정에서 공급 배관(158)의 내벽을 이루는 물질과 반응하여 오염될 가능성이 있다. 따라서, 상기 공급 배관(158)은 스테인리스 스틸 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

제1 및 제2증기 발생부(136, 146)는 액상의 이소프로필 알콜을 미스트(mist) 상태로 변화시킨다. 이 때, 이소프로필 알콜은 완전한 기체 상태로 변화되지는 않고 일부는 액상을 지니고 있다. 또한, 증기 발생부 내부는 세라믹 재질로 이루져 있기 때문에 파티클이 발생될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2분기 배관(138, 148)과 연통되는 공급 배관(158) 상에는 필터부(150)가 구비된다. 구체적으로, 필터부(150)는 액상의 이소프로필 알콜을 필터링하는 기액 분리 기능과 파티클 필터 기능을 수행한다. 상기 필터의 예로서, 메탈 필터(Metal filter?)가 바람직하다.

또한, 공급 배관(150)은 열전도율이 큰 스테인레스 스틸 재질이기 때문에, 고온의 건조 가스가 공급 배관(150)을 통과함에 따라 점차 열을 뺏겨 온도가 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 건조 가스의 온도를 기 설정된 온도로 유지시키기 위한 가열 수단이 구비된다. 상기 가열 수단은 제1 및 제2필터(152, 154)와 일체로 형성될 수 있으며, 가열 수단의 예로는 히팅 자켓(도시되지 않음)이 바람직하다.

따라서, 본 실시예에 따른 기판 건조 장치는 1차로 스테인레스 재질의 공급 배관(158)에 의해 기판(W) 결함 소스가 방지되고, 2차로 필터부(150)에 의해 파티클이 필터링되어 기판(W) 파티클 소스가 제거될 수 있다. 또한, 3차로 플라스틱 재질의 제2노즐들(124a, 124b)에 의해 기판(W)의 워터 마크 소스가 제거되며, 마지막으로 스테인레스 재질의 건조 챔버(114)에 의해 기판(W) 결함 소스가 방지될 수 있다.

이하에서는, 상기 질소 가스 및 이소프로필 알콜 가스가 혼합된 건조 가스가 상기 제2노즐들(124a, 124b)로 공급되는 과정을 간단히 살펴보기로 한다.

펌프(144)를 통해 펌핑된 액상의 이소프로필 알콜은 보조 배관(149)을 통해 제1 또는 제2증기 발생부(134, 144)로 제공된다. 액상의 이소프로필 알콜은 상기 제1히터(132)에 의해 가열된 질소 가스에 의해 상기 제1 및 제2증기 발생부(134, 144) 내에서 미스트 상태로 변화된다.

다음에, 상기 제1 및 제2필터(152, 154)는 이소프로필 알콜 미스트와 질소 가스를 포함하는 건조 가스를 기액 분리, 필터링 및 가열한다. 구체적으로, 상기 제1필터(152)는 상기 건조 가스를 제1차 필터링 및 제1차 가열하고, 상기 제2필터(154)는 상기 제1차 가열된 후에 뺏긴 열을 보상하기 위해 상기 건조 가스를 제2차 필터링 및 제2차 가열한다.

제2필터(154)를 통과한 건조 가스는 150℃ 이상의 온도를 갖는 것이 바람직하다. 이소프로필 알콜 가스와 질소 가스를 포함하는 건조 가스가 150℃ 이하가 되면 기판(W)이 원활히 건조되지 않기 때문이다. 상기 제2차 가열된 건조 가스가 상기 공급 배관(158)과 상기 제2노즐들(124a, 124b)을 통해 상기 건조 챔버(114) 내부로 공급된다. 이로써, 상기 건조 가스에 의해 기판(W) 상에 잔류하는 순수 등의 린스 및 세정액이 용이하게 제거될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 기판 상으로 공급되는 건조 가스가 공급 배관 또는 건조 챔버와 반응하여 원하지 않은 이물질이 생성되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 반도체 기판의 세정 후 건조 공정에서 상기 이물질에 의한 기판의 오 염을 억제할 수 있다. 결과적으로, 반도체 장치의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 이소프로필 알콜 가스를 이용하여 기판을 건조시키는 공정을 진행하기 위한 건조 챔버;

   상기 건조 챔버로 상기 이소프로필 알콜 가스를 공급하기 위한 건조 가스 공급부; 및

   상기 건조 가스 공급부 및 상기 건조 챔버 사이에 연결되고, 상기 이소프로필 알콜 가스가 공급 중에 오염되지 않도록 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 공급 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 건조 챔버는 스테인레스 스틸 재질로 이루어지고, 상기 건조 챔버 내부에 배치되는 기판 상으로 상기 이소프로필 알콜 가스를 제공하기 위한 플라스틱 재질로 이루어지는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급 배관 상에 구비되고, 상기 이소프로필 알콜 가스를 필터링하기 위한 필터부를 더 포함하는 것을 특징을 하는 기판 건조 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 이소프로필 알콜을 이용하여 일차 건조된 기판을 최종 건조하기 위해 가열된 질소 가스를 제공하는 질소 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.

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