KR20080062186A - 반도체 기판의 건조방법 - Google Patents

반도체 기판의 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체 기판의 건조방법은 약 120 내지 150℃를 유지하면서 0.02 내지 0.1 부피%의 이소프로필 알코올 증기를 반도체 기판 표면에 제공하여 상기 반도체 기판에서 탈 이온수를 이소프로필 알코올로 치환함으로써 반도체 기판을 건조시킨다. 따라서, 본 발명은 반도체 기판 표면에 물반점이 형성되는 것을 방지함으로써 신뢰성이 높은 반도체 소자를 제공할 수 있다.
기판, 건조, IPA, 질소

Description

반도체 기판의 건조방법{THE METHOD OF DRYING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 반도체 기판의 건조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 반도체 기판의 건조장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 비교예들을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 기판의 표면을 나타내는 SEM(Scanning Electron Microscopy) 사진이다.
도 5b는 본 발명의 비교예에 의한 반도체 기판의 표면을 나타내는 SEM(Scanning Electron Microscopy) 사진이다.
본 발명은 반도체 기판의 건조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 물반점의 형성을 예방할 수 있는 반도체 기판의 건조방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 다양한 종류의 공정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 물리적 또는 화학적 증착 공정 및 건식 또는 습식 식각 공정이 반도체 제조의 주요 공정이라고 할 수 있다. 상기 각 공정들이 반복되는 동안, 세정 공정이 수반되게 된 다. 상기 세정 공정은 상기 반도체 제조 공정 중에 반도체 기판상에 잔류하는 불순물을 제거하는 공정이다. 반도체 기판상에 불순물이 잔류하면, 완성된 반도체 소자의 특성이 저하되거나, 반도체 소자가 작동하지 않아 반도체 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다.
상기 세정 공정 후에는 건조 공정이 수반된다. 상기 건조 공정은 상기 세정 공정 후, 반도체 기판상에 잔류하는 세정용액을 제거하는 공정이다. 예컨대, 상기 세정용액은 탈 이온수일 수 있다. 상기 탈 이온수가 완전히 건조되지 않으면, 상기 반도체 기판상에 물반점이 잔류할 수 있다. 상기 물반점은 반도체 소자의 디펙트로써, 반도체 소자의 전기적 특성에 악영향을 미칠 수 있다.
일반적으로, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol: IPA, 이하, "IPA"라 한다.)을 이용한 건조방법이 사용되고 있다. 우선, 반도체 기판은 탈 이온수가 함유된 세정조로 제공된다. 상기 반도체 기판은 상기 탈 이온수로부터 질소 및 IPA 증기 분위기의 건조조로 이동된다. 다시 말해, 상기 반도체 기판은 탈 이온수에서 끌어 올려져 표면장력을 이용한 마랑고니(marangoni) 효과에 의해 반도체 기판상의 탈 이온수가 제거된다. 잔류하는 탈 이온수는 IPA 증기를 이용하여 치환됨으로써 반도체 기판이 건조된다.
상기 IPA를 이용한 건조방법은 반도체 기판상으로 IPA 증기를 제공한다. 이때, 건조 성능을 향상시키기 위해서, 충분한 양의 기화된 IPA 증기를 제공하는 것이 요구된다. 그러나, IPA 용액을 충분히 가열하더라도, 다량의 IPA 증기는 상기 반도체 기판상으로 제공되는 동안 그 온도가 떨어질 수 있다. 상기 IPA 증기의 온 도가 떨어지면, 상기 반도체 기판상에 물반점이 남을 수 있다. 따라서, 상기 물반점에 의해 반도체 소자의 특성이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 소자의 특성을 개선 시킬 수 있는 반도체 기판의 건조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 기판의 건조방법은 이소프로필 알코올(IPA) 용액을 건조 온도로 가열하여 이소프로필 알코올 증기를 형성하는 단계, 상기 이소프로필 알코올 증기의 양이 0.02 내지 0.1 부피%인 건조 분위기를 형성하는 단계 및 상기 건조 온도를 유지하는 상기 건조 분위기로 반도체 기판을 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 건조 온도는 120 내지 150℃일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 반도체 기판은 1 내지 6 mm/s 의 속도로 상기 건조 분위기로 제공될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판은 탈 이온수로부터 상기 건조 분위기로 제공될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 반도체 기판에서 상기 탈 이온수를 상기 IPA로 치환하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 건조 분위기는 비활성 기체를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 비활성 기체는 질소일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 반도체 기판상에 도전 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기 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. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1, 2a 및 2b를 참조하여, 본 발명의 반도체 기판 건조방법이 설명된다. 상기 도 2a 및 2b는 건조 장치의 개략도일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
도 1, 2a 및 2b를 참조하면, 반도체 기판이 세정(wash) 된다(S110). 상기 반도체 기판상에는 도전패턴이 형성되어 있을 수 있다. 상기 도전패턴은 고유전 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판의 세정은 HF 용액을 이용할 수 있다.
상기 반도체 기판(200)은 세정 후, 건조 장치(250) 내의 린스(rinse) 용액이 담긴 수세조(210)에 제공된다. 상기 반도체 기판(200)은 상기 린스 용액에 완전히 침지된다. 상기 린스 용액은 상기 반도체 기판(200)상에 잔류하는 세정용액을 제거한다. 상기 린스 용액은 탈 이온수(DI water: deionized water)일 수 있다.
질소 기체가 상기 건조 장치(250) 내부로 제공되어, 상기 수세조(210) 상의 건조부(220) 내에 질소 분위기가 형성된다(S120). 상기 질소 기체 이외에도 불활성 기체가 사용될 수 있다. 상기 질소 기체는 가열된 상태로 상기 건조부(220)에 제공된다.
IPA 용액을 상기 IPA 용액의 비화점 이상으로 가열하여 IPA 증기가 형성된다(S130). 상기 IPA 증기의 온도가 약 120℃미만이면 건조 효과가 낮고, 약 150℃초과이면 건조 효과에 영향이 없다. 따라서, 상기 IPA 증기의 건조온도는 약 120 내지 150℃인 것이 바람직하다.
상기 IPA 증기는 상기 건조 온도를 유지하며 건조부(220)로 제공된다(S140). 상기 IPA 증기의 양이 약 0.02 부피% 미만이면 반도체 기판 표면에 물반점이 생성될 수 있고, 약 0.1 부피% 초과이면 더 이상 물반점 제거 효과에 영향이 없다. 따라서, 상기 IPA 증기는 건조부 내에 약 0.02 내지 0.1 부피%로 제공되는 것이 바람직하다.
상기 반도체 기판에 상기 IPA 증기가 제공된다(S150). 상기 반도체 기판은 상기 수세조(210)로부터 상기 건조부(220)로 이동된다. 상기 반도체 기판의 이동속도가 약 1 mm/s 미만이면 공정이 지연되며, 약 6 mm/s 초과이면 건조 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 1 내지 6 mm/s 인 것이 바람직하다.
상기 반도체 기판은 상기 수세조(210)로부터 상기 건조부(220)로 끌어 올려질 수 있다(도 2a). 또는 상기 탈 이온수를 상기 수세조로부터 배출시켜 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기에 노출될 수 있다(도 2b). 상기 반도체 기판이 상기 건조부로 제공될 때, 상기 수세조에 대해 메가소닉(megasonication)을 가하여 상기 반도체 기판 표면상에 형성되는 액막을 얇게할 수 있다.
상기 IPA 증기는 상기 반도체 기판상의 물과 치환되어 상기 반도체 기판은 건조된다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예들이 설명된다. 실시예 및 비교예들에 의해 언급되지 않은 사항은 앞서 설명된 사항과 동일하다.
실시예
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 125℃로 가열되었고, 상기 건조 장치 내에 제공되는 동안 상기 온도가 유지되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.04 부피% 였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다. 상기 반도체 기판이 건조되는 동안, 상기 IPA 증기의 온도는 125℃로 유지되었다.
비교예 1
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충 전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 125℃로 가열되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.006부피%였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다.
비교예 2
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 180℃로 가열되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.016 부피%였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다.
비교예 3
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충 전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 약 160℃로 가열되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.024부피%였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다.
비교예 4
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 약 175℃로 가열되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.032부피%였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다.
비교예 5
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충 전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 약 165℃로 가열되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.04부피%였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다.
비교예 6
반도체 기판상에 금속 패턴이 형성되었다. 상기 반도체 기판이 HF 용액을 이용하여 세정되었다. 상기 반도체 기판이 탈 이온수가 담긴 수세조에 침지되었다. 상기 수세조가 장착된 건조 장치 내로 가열된 질소가 충전되었다. 상기 질소가 충전된 건조 장치 내로 IPA 증기가 제공되었다. 상기 IPA 증기는 약 130℃로 가열되었다. 상기 반도체 기판을 린스한 후, 상기 반도체 기판이 질소 및 IPA 증기를 포함하는 건조 장치 내로 상기 수세조로부터 끌어올려졌다. 이때, 상기 반도체 기판의 이동 속도는 5 mm/s 였으며, 상기 건조 장치 내에서 상기 IPA 증기의 양은 약 0.064부피%였다. 상기 반도체 기판이 상기 IPA 증기 분위기 속에 75초 동안 방치되어 건조되었다.
도 3, 4, 5a 및 5b를 참조하여, 상기 비교예들 및 실시예들에 의해 건조된 반도체 기판의 건조 특성이 설명된다.
도 3 및 4를 참조하면, 상기 비교예 2 내지 6은 건조 시간 동안 건조 온도가 일정하게 유지되지 않았다. 비교예들마다 차이는 있으나, 약 100 초가 경과되면, 건조 온도는 급격하게 낮아진다. 약 100초까지는 반도체 기판이 세정되거나 린스된다. 따라서, 실질적으로 약 100 초가 경과 된 후에야 반도체 기판이 건조되기 시작한다. 그러나, 상기 비교예들에 있어서, 건조 시간 동안에는 IPA 증기의 건조 온도가 떨어진 상태이다. 즉, 건조 온도가 떨어지면, IPA 증기는 액화되어 반도체 기판 상에 IPA가 용액 상태로 잔류될 수 있고, 이로인해 반도체 기판이 건조되기 어렵다.
비교예 1의 경우, IPA 양이 적어 건조 시간 동안, 온도가 저하되지 않았으나, 물반점의 효과적인 제거를 위해서는 IPA의 양을 증가시켜야 한다.
반면, 상기 실시예는 건조 시간 동안 건조 온도가 일정하게 유지되었다. 따라서, IPA 증기가 액화되지 않고 증기 상태로 유지된다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 실시예에 의해 건조된 반도체 기판상에는 물반점이 잔류하지 않는다. 반면에, 비교예에 의해 건조된 반도체 기판상에는 물반점(500)이 발생하였다. 앞서 설명한 바와 같이, 비교예 1은 건조 온도가 유지되었으나, IPA 증기 양이 적으므로 건조가 충분하지 못해 물반점이 반도체 기판 표면에 발생하였다. 건조시간이 증가된다면, 상기 비교예 1에 있어서도 물반점의 발생정도가 감소될 수 있으나, 공정시간이 지연될 수 있으므로 단가가 증가하게 된다.
비교예 2 내지 6은 IPA 양이 상대적으로 많으나, 건조 온도가 유지되지 못하여 반도체 기판상에 물반점이 잔류할 수 있다.
실시예는 건조온도가 유지되고 IPA 양도 충분하므로 통상의 공정시간 내에 반도체 기판상에 물반점을 잔류시키지 않으면서 반도체 기판을 건조시킬 수 있다.
본 발명의 반도체 기판의 건조방법은 반도체 기판의 린스 공정 후, 상기 반도체 기판에 비점 이상으로 유지되는 건조온도로, IPA를 약 0.02 내지 0.1부피%의 양으로 제공하여 반도체 기판을 건조시킨다. 따라서, 본 발명은 통상의 건조 공정 시간 내에 반도체 기판 표면에 물반점이 잔류하지 않도록 반도체 기판을 건조시킬 수 있다. 결과적으로 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 이소프로필 알코올(IPA) 용액을 건조 온도로 가열하여 이소프로필 알코올 증기를 형성하는 단계;
    상기 이소프로필 알코올 증기의 양이 0.02 내지 0.1 부피%인 건조 분위기를 형성하는 단계; 및
    상기 건조 온도를 유지하는 상기 건조 분위기로 반도체 기판을 제공하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 건조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 온도는 120 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 건조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 1 내지 6 mm/s 의 속도로 상기 건조 분위기로 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 건조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 탈 이온수로부터 상기 건조 분위기로 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 건조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반도체 기판에서 상기 탈 이온수를 상기 IPA로 치환하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 건조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 분위기는 비활성 기체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 건조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비활성 기체는 질소인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 건조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판상에 도전 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 건조방법.
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