KR20070068089A - 반도체 기판 건조 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 기판을 건조하기 위한 건조가스가 배스 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 불활성 가스 공급부가 장착된 반도체 기판 건조장치가 제공된다.

배스 상의 건조장치의 외부의 양측에서 서로 대향되게 수평방향으로 불활성 가스를 공급하여 배스 내의 건조가스가 배스 외부로 유출되는 것을 방지함으로써 반도체 기판의 건조불량을 방지할 수 있다.

반도체 기판, 건조 장치, 배스, 이소프로필 알코올

Description

반도체 기판 건조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRYING SEMICONDUCTOR SUBSTRATES}

도 1은 종래의 반도체 기판 건조장치를 나타내는 도면;

도 2는 도 1의 건조장치의 배스 내 건조가스 분포를 나타낸 도면;

도 3은 도 1의 건조장치의 배스 내 온도분포를 나타낸 도면;

도 4는 본 발명에 의한 반도체 기판 건조장치를 나타내는 도면; 그리고

도 5는 도 4의 처리실 내 유체의 영역을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 처리실 110 : 하우징

120: 커버 130 : 배스

200 : 히터 300 : 액 공급관

400 : 냉각부재 420 : 쿨링라인

500 : 차단가스 공급부재 520 : 노즐

본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상 세하게는 반도체 기판을 건조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서 습식식각 및 세정은 반도체 제품의 수율에 매우 중요한 역할을 한다. 또한, 반도체 칩의 회로패턴이 고집적화됨에 따라 상기 습식식각 및 세정 공정을 통하여 반도체 기판을 약액 처리한 후 건조하는 공정도 반도체 수율을 결정짓는 중요한 역할을 한다.

종래의 반도체 기판을 건조하는 방법들 중 가장 일반적인 방법은 이소프로필 알코올에 의한 건조방법이다. 이소프로필 알코올은 휘발성이 강하고, 물과 반응시 잘 녹는 특징이 있기 때문에 반도체 기판을 빠른 시간 내에 건조시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3은 일반적인 기판 건조장치를 개략적으로 보여주는 도면들이다. 도 1을 참조하면, 건조장치는 배스(3) 내 하부에 이소프로필 원액(9)을 채우고, 배스(3) 하부에 위치하는 히터(11)를 이용하여 이소프로필 알코올의 끊는 점(82.4℃)까지 가열하여 생성되는 이소프로필 알코올 증기를 배스(3) 내의 기판(W)에 공급함으로써 반도체 기판(W)을 건조한다.

그러나 종래의 기판 건조장치는 배스(3) 내에 균일한 건조 영역(13)의 형성이 용이하지 않아 기판에 대한 건조 불량이 나타난다. 즉, 건조 영역(13)은 건조대상인 기판(W) 면적보다 충분하게 넓은 영역으로 균일하게 분포하여야 하나, 건조가스는 기판이 로봇 아암(15)에 의하여 커버(7)가 개폐되고 수직방향으로 이동하는 과정에서 건조가스가 배스(3) 밖으로 유출됨에 따라 불균일한 상태가 되어 상기 기판이 국부적으로 건조가 잘 안 되거나 특정 기판에 건조불량이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 배스(3)의 상부에 쿨링라인(5)을 설치한다. 쿨링라인(5)은 배 스 상부의 외곽을 감싸도록 코일 형상의 석영 파이프로 구성되고, 상하 방향으로 약 7-8 정도의 단을 이루도록 제공된다. 쿨링라인(5)에는 약 20℃ 내외의 온도의 물(냉각수)이 공급되고, 이들은 이소프로필 알코올 증기와의 열교환을 통해 약 80℃ 내외로 가열된 후 쿨링라인(5)을 빠져나가게 된다. 이소프로필 알코올 증기는 냉각수와의 열교환을 통해 응축되며, 이에 의해 배스(3)로부터 건조가스의 유출을 어느 정도 방지할 수 있다. 또한, 공급되는 유량에 따라 건조가스 유출량을 조절할 수 있다.

그러나 상술한 쿨링라인의 설치만으로는 건조가스의 유출을 근본적으로 방지할 수 없으며 특히 유량조절이 용이하지 않다. 또한, 종래의 건조장치는 로봇 아암(15) 상부에 배스 외부의 파티클과 기류를 제어하기 위하여 헤파 필터가 설치된다. 그러나 헤파 필터(17)에 의하여 제어되는 기류에 변화가 생기면 건조 영역에도 나쁜 영향을 주게 된다.

또한, 상기 로봇 아암을 통하여 배스 내부로 상온의 기판이 80℃ 내외의 건조 영역에 투입될 때 도면 2 및 3에서처럼 배스 내부의 온도의 하강이 일어나고 어느 정도 시간이 지나면 다시 원복을 하게 되는데(일명 recovery time) 만약 원복하는 시간이 길면 길수록 기판에 이소프로필 알코올 가스의 응축이 발생하므로서 건조 효율을 떨어드리게 된다.

본 발명은 이소프로필 알코올의 증기를 이용하여 반도체 기판을 건조하는데 있어서 건조가스가 장치 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 반도체 기판 건조장 치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 반도체 기판을 건조하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 반도체 기판을 수용하고 건조 공정이 수행되는 공간을 제공하는 배스와 그 상부를 개폐하는 커버를 가지는 처리실을 가진다. 상기 배스 내 상부에는 상기 배스 내 상부로 이동되는 건조 가스를 냉각하는 냉각부재와 상기 건조 가스가 상기 배스 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 배스 내에서 상기 냉각부재 상부에 차단막을 형성하는 차단가스를 공급하는 차단가스 공급부재가 제공된다

일 예에 의하면, 상기 건조장치에는 상기 배스 내로 건조용 액을 공급하는 액 공급관과 상기 배스 내부를 건조 가스 분위기로 조성하기 위해 상기 배스 내 건조용 액을 가열하여 건조 가스를 생성하는 히터가 더 제공된다.

상기 처리실의 상부에는 건조될 기판을 상기 배스 내외로 수직 이동시키는 로보트 아암이 제공되고, 상기 로보트 아암의 상부에는 상기 처리실 외부의 파티클과 기류를 제어하는 헤파필터가 제공될 수 있다.

일 예에 의하면, 상기 차단가스 공급부재는 상기 처리실 내 일측에 제공되는 제 1노즐과 상기 제 2노즐과 대향되도록 상기 처리실 내 타측에 제공되는 제 2노즐을 구비하여, 차단가스는 서로 대응하는 수평방향으로 분사될 수 있다.

일 예에 의하면, 상기 냉각부재는 상기 배스의 내벽과 인접하에 배치되며 냉각 유체가 공급되는 코일 형상의 쿨링라인을 포함하며, 상기 쿨링라인은 상하방향으로 3 또는 4단이 되도록 형상지어질 수 있다.

또한, 본 발명은 반도체 기판을 건조하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의하면, 처리실 내로 공급된 알코올 액을 가열하여 발생되는 알코올 증기를 이용하여 상기 처리실 내에서 반도체 기판을 건조하되, 상기 반도체 기판은 상하 방향 이동에 의해 상기 처리실 내로 로딩 및 언로딩되고, 상기 반도체 기판이 상기 처리실 내로 로딩 또는 언로딩되는 동안, 또는 상기 처리실 내에서 건조 공정이 진행되는 동안 상기 처리실 내 알코올 증기가 상기 처리실의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 처리실 내 상단으로 차단가스를 공급하여 차단막을 형성한다. 상기 처리실 내에서 상기 차단막이 형성되는 높이 아래 영역에는 알코올 증기를 응축하기 위해 알코올 증기의 냉각이 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 4 및 도 5를 참조하면서 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공된 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.

도 4는 본발명의 반도체 기판 건조장치(10)를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 건조장치(10)는 처리실(100), 히터(200), 액 공급관(300), 냉각부재(400), 그리고 차단가스 공급부재(500)를 가진다. 처리실(100)은 하우징(110), 커버(120), 그리고 배스(130)를 가진다. 하우징(110)은 상부가 개방된 공간 을 가지며, 처리실(100)의 외벽으로서 제공된다. 배스(130)는 하우징(110) 내에 배치되며 석영 재질로 이루어진다. 배스(130)는 기판(W)의 건조가 이루어지는 공간을 제공하며, 그 상부는 개방된다. 커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상부를 개폐한다. 배스(130) 내에는 받침대(140)가 제공된다. 받침대(140)는 후술하는 냉각 부재(400)에 의해 응축되어 아래로 떨어지는 알코올 액을 수용하고, 배출관(도시되지 않음)을 통해 배스(130) 외부로 배출한다.

배스(130)에는 그 내부로 알코올 액을 공급하는 액 공급관(300)이 설치된다. 액 공급관(300)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 이를 통해 공급되는 알코올 액의 량을 조절하는 밸브(340)가 설치된다. 또한, 액 공급관(300)에는 알코올 액으로부터 이물질을 제거하는 필터(320)가 설치될 수 있다. 액 공급관(300)을 통해 공급되는 알코올 액은 배스(130) 내 하단에 채워진다. 알코올 액으로 이소프로필 알코올 액이 사용될 수 있다.

배스(130) 하부에는 이소프로필 알코올 액을 가열하여 증기 형태의 건조가스를 형성하기 위한 히터(160)가 장착된다. 히터(160)로는 열선이 사용될 수 있다. 예컨대, 공정 진행 중 히터(160)는 섭씨 240 내지 260 도(℃)의 온도로 가열될 수 있다. 알코올 액으로부터 증발된 이소프로필 알코올의 증기는 배스(110) 내에 건조 영역(도 5의 184)으로 제공된다. 기판(W)은 건조 영역(184) 내에 위치되어, 기판(W)에 부착된 탈이온수와 같은 액체는 이소프로필 알코올 증기에 의해 기판(W)으로부터 제거된다.

배스(130) 내 상부(건조 영역(184)의 상부)에는 냉각 영역(도 5의 186)이 제 공된다. 냉각 영역(186)에는 알코올 증기를 응축시키기 위해 알코올 증기를 냉각하는 냉각 부재(400)가 제공된다. 일 예에 의하면, 냉각 부재(400)는 코일 형상으로 이루어지며 내부에 냉각유체가 흐르는 쿨링 라인(420)을 가진다. 냉각 유체로는 냉각수가 사용될 수 있다. 선택적으로 냉각 유체로는 질소 가스 등과 같은 불활성 기체가 사용될 수 있다. 쿨링 라인(420)은 배스(130) 내벽과 인접하게 배치된다. 쿨링 라인(420)의 일단에는 냉각유체를 쿨링 라인(420)으로 공급하는 냉각수 공급관(440)이 결합되고, 쿨링 라인(420)의 타단에는 쿨링 라인(420)으로부터 냉각수를 회수하는 냉각수 회수관(460)이 결합된다. 냉각수 공급관(440)에는 내부 통로를 개폐하거나 냉각수의 유량을 조절하는 밸브(442)가 설치된다.

상술한 건조 영역(184)은 충분히 넓은 공간으로써 제공되는 것이 바람직하다. 건조 영역(184)이 기판(W)의 직경보다 좁은 공간으로써 제공되거나 건조 영역(184) 내 기판(W)이 위치된 영역에서 건조가스의 흐름이 주위환경으로부터 영향을 받아 유동되면 건조 불량이 발생된다. 예컨대, 주위환경의 영향으로는 장치(100)의 상부에 존재하는 파티클 및 기류의 흐름을 제어하기 위해 설치된 헤파 필터(hepa filter)(700)에 의해 발생되는 처리실(100)을 향하는 방향으로의 기류의 흐름 또는 냉각 영역에 공급되는 냉각수의 유량 등이 있다. 상술한 외부환경의 영향을 최소화하기 위해 쿨링 라인(420)으로 공급되는 냉각수의 유량을 조절하거나 기판(W)을 배스(130) 내로 로딩하는 이송 로봇(600)의 높이를 조절하는 등의 제어가 이루어지고 있으나 관리 및 제어가 용이하지 않다. 건조영역을 넓은 공간으로써 제공하면, 상술한 문제점은 방지할 수 있으나 장치(10)의 높이가 매우 증대되는 문제가 있다.

본 발명에 의하면, 상하방향으로 적층된 쿨링 라인(420)의 단수를 일반적인 장치에 비해 낮게 제공하고, 이로 인해 발생 가능한 처리실(100)로부터의 건조가스 유출은 처리실 내 상단에 차단 영역(도 5의 188)을 제공하여 방지한다.

쿨링 라인(420)은 상하방향으로 약 3 내지 4단으로 제공되는 것이 바람직하다. 이는 냉각 영역(186)의 높이를 낮게 제공함으로써 장치(10)의 전체 높이를 감소시키거나 제한된 장치(10)의 높이 내에서 건조 영역(184)의 높이를 증가시킬 수 있다. 쿨링 라인(420)이 3개보다 적게 제공되면, 알코올 증기의 냉각 영역이 좁게 제공되어 알코올 증기의 응축이 충분히 이루어지지 않고 알코올 증기가 처리실(100) 외부로 유출될 수 있으며, 쿨링 라인(420)이 4개보다 많게 제공되면 제한된 장치(10)의 높이 내에서 기판의 건조가 이루어지는 건조 영역을 충분하게 제공할 수 없다.

차단가스 공급부재(500)는 커버(120)와 냉각 영역(186) 사이로 차단가스를 공급하여 차단막을 형성한다. 차단가스 공급부재(500)는 노즐들(520)과 차단가스 공급관(540)을 가진다. 일 예에 의하면, 노즐(520)은 하우징(110)의 상단에 서로 대향되도록 2개가 제공된다. 각각의 노즐(520)은 로드 형상을 가지며, 슬릿 형상의 분사구 또는 일정간격 이격된 원형의 분사공들(도시되지 않음)이 형성된다. 각각의 노즐(520)은 차단가스 공급관(540)으로부터 차단가스를 공급받으며, 차단가스 공급관(540)에는 내부 통로를 개폐하거나 그 내부를 흐르는 차단가스의 유량을 조절하는 밸브(542)가 설치된다. 각각의 노즐(542)은 서로 마주 바라 보면서 차단가스를 분출하여 차단 영역(도 5의 188)을 형성한다. 차단 영역(188)은 배스(130) 내 건조 영역(184)의 건조가스가 처리실(100) 밖으로 유출되는 것을 방지한다. 차단가스로는 아르곤 혹은 헬륨과 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다. 차단 영역(184)은 기판(W)의 수직 이동시, 즉 기판(W)이 처리조(100)로/로부터 로딩/언로딩되는 동안, 형성되며, 선택적으로 처리조(100) 내에서 기판(W)의 건조가 이루어지는 동안에도 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 처리실(100) 내 영역을 보여준다. 처리실(100) 내 하단부터 상부로 순차적으로 알코올 액 영역(182), 건조 영역(184), 냉각 영역(186), 그리고 차단 영역(188)이 제공된다. 알코올 액의 가열에 의해 건조 영역(184)은 알코올 가스로 채워지고, 이로 인해 기판(W)의 건조가 이루어진다. 냉각 영역(186)은 그 영역 내로 유입된 알코올 증기를 냉각하고, 응축된 알코올 액은 받침대(140)를 통해 외부로 배출된다. 차단 영역(188)은 냉각이 이루어지지 않은 알코올 증기가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 또한, 차단 영역(188)은 외부의 파티클이나 외부에서 형성된 기류에 의해 배스(130) 내 건조 영역(184)이 영향을 받는 것을 방지하므로, 헤파 필터 및 이송 로봇의 이송 높이 등의 제어시 건조 영역(184) 내로의 파티클 유입 및 건조 영역(184) 내 기류의 영향 등을 배제한 상태에서 제어할 수 있으므로 제어가 용이하다.

본 발명에 의하여 반도체 기판의 건조 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 제한된 장치 높이 내에서 처리실 내에 기판의 건조가 이루어지는 영역을 넓은 공간으로써 제공할 수 있을 뿐 아니라, 알코올 증기가 장치 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 차단가스에 의해 처리실 내 건조 영역이 보호되므로 외부의 파티클이 건조 영역 내로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 또한 외부에 형성된 기류의 변화에 의해 건조 영역 내 기류 등이 영향을 받는 것을 최소화할 수 있다.

Claims (12)

1. 반도체 기판을 수용하고 건조 공정이 수행되는 공간을 제공하는 배스와 그 상부를 개폐하는 커버를 가지는 처리실과;

   상기 배스 내 상부에 설치되어 상기 배스 내 상부로 이동되는 건조 가스를 냉각하는 냉각부재와;

   상기 건조 가스 상기 배스 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 배스 내에서 상기 냉각부재 상부에 차단막을 형성하는 차단가스를 공급하는 차단가스 공급부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 건조장치는,

   상기 배스 내로 건조용 액을 공급하는 액 공급관과;

   상기 배스 내부를 건조 가스 분위기로 조성하기 위해 상기 배스 내 건조용 액을 가열하여 건조 가스를 생성하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 건조장치는 상기 처리실의 상부에 위치되며, 건조될 기판을 상기 배스 내외로 수직 이동시키는 로보트 아암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기 판 건조장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 건조장치는 상기 로보트 아암 상면에 배치되며, 상기 처리실 외부의 파티클과 기류를 제어하는 헤파필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 차단가스 공급부재는,

   상기 처리실 내 일측에 제공되는 제 1노즐과;

   상기 제 2노즐과 대향되도록 상기 처리실 내 타측에 제공되는 제 2노즐을 구비하여,

   차단가스는 서로 대응하는 수평방향으로 분사하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 차단가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 차단가스는 아르곤 가스 또는 헬륨 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
8. 제 1항에 있어서

   상기 냉각부재는 상기 배스의 내벽과 인접하에 배치되며 냉각 유체가 공급되는 코일 형상의 쿨링라인을 포함하되, 상기 쿨링라인은 상하방향으로 3 또는 4단이 되도록 형상지어진 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 건조용 액은 이소프로필 알코올 액인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조장치.
10. 처리실 내로 공급된 알코올 액을 가열하여 발생되는 알코올 증기를 이용하여 상기 처리실 내에서 반도체 기판을 건조하되,

    상기 반도체 기판은 상하 방향 이동에 의해 상기 처리실 내로 로딩 및 언로딩되고, 상기 반도체 기판이 상기 처리실 내로 로딩 또는 언로딩되는 동안, 또는 상기 처리실 내에서 건조 공정이 진행되는 동안 상기 처리실 내 알코올 증기가 상기 처리실의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 처리실 내 상단으로 차단가스를 공급하여 차단막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조 방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 처리실 내에서 상기 차단막이 형성되는 높이 아래 영역에는 알코올 증기를 응축하기 위해 알코올 증기의 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조 방법.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 차단가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 건조 방법.

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