KR20100061042A

KR20100061042A - 기판 건조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100061042A
Application number: KR1020080119916A
Authority: KR
Inventors: 최용현
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-07

Abstract

기판 건조 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 기판 건조 장치는

스핀 헤드의 상부에서 상기 기판의 상면으로 액상의 유기 용제를 토출하는 노즐부; 및 상기 노즐부로 상기 액상의 유기 용제를 공급하는 유기 용제 공급부를 포함하되, 상기 유기 용제 공급부는 상기 액상의 유기 용제를 저장하는 저장 탱크; 상기 저장 탱크와 상기 노즐부를 연결하는 유기 용제 공급라인; 및 상기 유기 용제 공급라인에 설치되고, 상기 액상의 유기용제를 가열하는 히터를 포함하며, 기판 건조 방법은 기판의 상면으로 유기 용재를 분사하되, 상기 유기 용제는 가열되고, 액상의 상태로 기판의 상면으로 분사되는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 건조 장치 및 방법{Apparatus and method for drying substrates}

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이소플로필 알코올을 이용한 기판 건조 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 가공 공정에는 감광액 도포 공정(Photoresist Coating), 현상 공정(Develop & Bake), 식각 공정(Etching), 화학기상증착 공정 (Chemical Vapor Deposition), 애싱 공정(Ashing) 등이 있으며, 각각의 공정을 수행하는 과정에서 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위하여 약액(Chemical) 또는 순수(DI water, Deionized Water)를 이용한 세정 공정(Wet Cleaning Process)이 진행된다.

또한, 세정 공정이 완료되면, 반도체 기판 표면에 잔류하는 약액 또는 순수를 건조시키기 위한 건조(Drying) 공정이 진행된다. 건조 공정을 수행하기 위하여 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, 이하 IPA라고 한다.) 건조 장치가 널리 사용되는데, IPA 건조 장치는 IPA의 화학적 반응에 의하여 반도체 기판을 건조시키는 장치이다. 즉, IPA 용액을 증발시켜 기판상의 순수와 IPA 용액의 치환에 의해 건조 공정을 수행한다.

그러나, 종래의 기판 건조 방법은 IPA 용액이 증발할 때, 기판 표면의 온도가 급격하게 저하되어 공정 시간이 오래 걸리고, 많은 양의 IPA가 소모되었다. 또한 물반점(water mark)이나 건조 불량에 따른 파티클(particle)이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, IPA 소모량을 줄일 수 있는 기판 건조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 건조 공정 시간을 단축할 수 있는 기판 건조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 물반점(water mark)이나 건조 불량에 따른 파티클(particle)의 발생을 억제할 수 있는 기판 건조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 건조 장치는 기판을 지지하는 스핀 헤드; 상기 스핀 헤드를 지지하고, 상기 스핀 헤드를 회전시키는 스핀들; 상기 스핀들에 회전력을 제공하는 구동부재; 상기 스핀 헤드의 상부에서 상기 기판의 상면으로 액상의 유기 용제를 토출하는 노즐부; 및 상기 노즐부로 상기 액상의 유기 용제를 공급하는 유기 용제 공급부를 포함하되, 상기 유기 용제 공급부는 상기 액상의 유기 용제를 저장하는 저장 탱크; 상기 저장 탱크와 상기 노즐부를 연결하는 유기 용제 공급라인; 및 상기 유기 용제 공급라인에 설치되고, 상기 액상의 유기용제를 가열하는 히터를 포함한다.

상기 기판 건조 장치는 상기 노즐부과 상기 히터 사이의 상기 공급라인 상에 설치되고, 가열된 상기 액상의 유기 용제에 존재하는 기포를 없애는 탈기 장치를 포함할 수 있다.

상기 기판 건조 장치는 상기 노즐부과 상기 탈기 장치 사이의 상기 공급라인에 설치되고, 가열된 상기 액상의 유기 용제의 온도를 측정하는 센서; 및 상기 센서로부터 가열된 상기 액상의 유기 용제의 온도 측정값을 제공받아 상기 히터를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판 건조 방법은 기판의 상면으로 유기 용재를 분사하되, 상기 유기 용제는 가열되고, 액상의 상태로 기판의 상면으로 분사되는 것을 특징으로 한다.

상기 기판 건조 방법은 상기 유기 용제가 분사되기 전, 상기 유기 용제에 존재하는 기포를 없애는 탈기 과정를 더 포함할 수 있다.

상기 기판 건조 방법은 상기 유기 용제의 온도가 40-50℃인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기판 건조 공정에 소모되는 IPA의 양을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 건조 공정 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 물반점(water mark)이나 건조 불량에 따른 파티클(particle)의 발생을 억제시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면, 도 1 내지 도 3b 를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발 명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

기판 건조 장치는 용기(100), 승강 유닛(200), 지지부재(300), 노즐부(400)를 포함한다.

(용기)

도 1을 참조하면, 용기(100)는 상부가 개방되고 스핀헤드(310) 주변을 감싸도록 형상 지어지며, 회전하는 기판상에서 비산되는 처리유체를 모아서 배출한다.

용기(100)는 기판상에서 비산되는 처리유체를 유입 및 흡입하는 환형의 덕트가 다단으로 배치된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 용기(100)는 상부가 개방되고 기판(W)이 처리되는 공간(A)을 가지며, 공간(A)에는 스핀 헤드(310)가 위치한다. 스핀 헤드(310)의 하면에는 스핀 헤드(310)를 지지하고 회전시키는 스핀들(320)이 결합한다. 스핀들(320)은 용기(100)의 바닥면에 형성된 개구를 통해 용기(100) 외부로 돌출된다. 스핀들(320)의 하단에는 스핀들을 회전시키는 구동부재(330)가 결합한다. 용기(100)는 공정에 사용된 약액을 분리하여 회수할 수 있는 구조를 가지며, 회수된 약액들은 재사용이 가능하다. 용기(100)는 복수의 회수통(110a, 110b, 110c)을 가진다. 각각의 회수통(110a, 110b, 110c)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 종류의 처리액을 회수한다. 본 실시 예에서 용기(100)는 3개의 회수통들을 가진다. 각각의 회수통들을 내부 회수통(110a), 중간 회수통(110b), 그리고 외부 회수통(110c)이라 칭한다.

내부 회수통(110a)은 스핀 헤드(310)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간 회수통(110b)은 내부 회수통(110a)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되며, 외부 회수통(110c)은 중간 회수통(110b)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 각각의 회수통(110a, 110b, 110c)은 용기(110) 내에서 용기 내 공간(A)과 통하는 유입구(111a, 111b, 111c)를 가진다. 각각의 유입구(111a, 111b, 111c)는 스핀 헤드(310)의 둘레에 링 형상으로 제공된다. 기판(W)으로 분사되어 공정에 사용된 약액들은 기판(W)의 회전으로 인한 원심력에 의해 유입구(111a, 111b, 111c)를 통해 회수통(110a, 110b, 110c)으로 유입된다. 이렇게 유입된 약액들은 각각의 회수통 저면에 설치된 배출라인(115a,115b,115c)을 통해 외부로 배출된다.

용기(100)의 형상은 다양하게 변형될 수 있으며, 1단 구조의 용기가 사용될 수도 있다.

(승강 유닛)

승강 유닛(200)은 용기(100)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 용기(100)가 상하로 이동됨에 따라 스핀 헤드(310)에 대한 용기(100)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(200)은 브라켓(210), 이동 축(220), 그리고 구동기(230)를 포함한다. 브라켓(210)은 용기(100)의 외벽에 고정설치되며, 구동기(230)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동 축(220)이 브라켓(210)에 고정결합한다. 기판(W)이 스핀 헤드(310) 에 놓이거나, 스핀 헤드(310)에 의해 들어올려 질 때, 스핀 헤드(310)가 용기(110)의 상부로 돌출되도록 이동축(220)은 하강한다. 또한, 공정의 진행시에는 기판(W)에 공급된 처리액에 따라 처리액이 기설정된 회수통(110a,110b,110c)으로 유입될 수 있도록 용기(100)의 높이를 조절한다. 이와 달리, 승강 유닛(200)이 스핀 헤드(310)를 상하 방향으로 이동시켜, 스핀 헤드(310)에 대한 용기(100)의 상대 높이를 변경시킬 수 있다.

(지지부재)

지지부재(300)는 처리 공정시 기판(W)을 지지한다. 기판 지지부재(300)는 스핀헤드(310), 스핀들(spindle)(320) 그리고 구동부재(330)를 포함한다.

스핀헤드(310)는 용기(100)의 안쪽 공간에 배치된다. 스핀헤드(310)는 로딩(loading)된 기판(W)의 저면과 마주하는 상부면(312a)과, 상부면(312a)으로부터 이격된 상태로 기판(W)을 지지하는 다수의 지지핀(314), 그리고 기판(W)의 측부를 지지하여 회전하는 기판의 이탈을 방지하는 다수의 척킹핀(316)을 갖는다. 지지핀(314)은 상부가 뾰족한 막대형상으로 상부면(312a)상에 서로 대향하여 일정간격으로 다수 배치되어 기판(W)을 지지한다. 척킹핀(316)은 원 또는 타원의 기둥형상으로, 기판(W)의 측면을 지지하기 위하여 기판(W)의 측면과 닿는 기둥의 상부가 하부에 비해 좁거나 오목하다. 척킹핀(316)은 상부면(312a)상에 서로 대향하여 일정간격으로 다수 배치되고, 스핀헤드(310)의 중심방향으로 일정거리 이동이 가능하다.

스핀들(320)은 스핀헤드(310)의 중앙 하부와 결합된다. 스핀들(310)은 그 내 부가 비어 있는 중공축(hollow shaft) 형태로써, 구동부재(330)의 회전력을 스핀헤드(310)에 전달한다. 구동부재(330)는 회전력을 발생시키는 구동부(미도시)와, 구동부에서 발생된 회전력을 스핀들로 전달하기 위한 동력 전달부(미도시)를 포함한다.

(노즐부)

노즐부(400)는 스핀헤드(310)에 놓여진 기판을 처리하기 위한 복수의 노즐들을 포함한다. 노즐부(400)는 기판(W) 상면의 중심영역에서 에지영역으로, 또는 에지영역에서 중심영역으로 이동하며 액상의 유기용제와 건조가스를 분사하거나, 또는 기판(W)의 중심에서 기판의 상면으로 액상의 유기용제와 건조가스를 분사한다. 유기용제는 메탄알콜, 에탄알콜, 그리고 이소프로필 알코올 등이 사용된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 유기용제로는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, 이하 IPA라고 한다.)이 사용되고, 건조가스로는 질소가스(N₂)가 사용된다.

IPA는 휘발성을 이용하여 기판(W)을 건조시킬 때에 사용하는 화학 물질이다. IPA 용액이 기판(W)의 표면을 통과함에 따라 세정 공정 후에 기판(W) 표면에 잔류하는 순수의 수소와 치환반응을 일으켜 수분을 제거하게 된다. 질소가스는 IPA 용액의 증발(기화력)을 활성화시키는 역할을 한다. 즉, IPA 용액의 증발 온도를 높여 기판(W)의 건조 효과를 향상시킨다. 또한, 상온의 질소가스에 의한 IPA 용액의 온도 저하를 방지할 수 있다.

노즐부(400)는 복수의 노즐(412,414)들과, 복수의 노즐들이 설치되는 분사헤 드(410)를 포함한다. 분사헤드(410)는 직육면체 형상으로 상단은 아암(422)과 연결되며, 하단은 서로 다른 유체를 분사하는 제1노즐(412)과 제2노즐(414)이 설치된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 제1노즐(412)은 IPA를 분사하고, 제2노즐(414)은 질소가스를 분사한다.

(유기용제 공급부)

유기용제 공급부(500)는 건조공정에 필요한 여러 가지 유기용제를 노즐부(400)에 공급한다. 유기용제 공급부(500)는 IPA 공급부(510), 질소가스 공급부(550)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IPA 공급부(510)를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, IPA 공급부(510)는 제1노즐(412)에 IPA를 공급한다. IPA 공급부(510)는 IPA 저장 탱크(511), IPA 공급라인(513), 히터(heater)(521), 탈기장치(531), 제어부(523), 그리고 센서(522)를 포함한다.

IPA 저장탱크(511)는 제1노즐(412)에 공급되는 IPA를 저장한다. 본 실시예에 의하면, IPA 저장탱크(511)는 2개의 저장탱크를 갖는다. 어느 하나의 IPA 저장탱크에 저장된 IPA가 모두 분사되면, 다른 IPA 저장탱크에 저장된 IPA를 공급함으로써 IPA 리필(refill)로 인한 공급 공백을 예방할 수 있다.

IPA 공급라인(513)은 IPA 저장탱크(511)와 연결되며, IPA 저장탱크(511)와 제 1 노즐(412)간에 액상의 IPA를 공급한다. IPA 공급라인(513)상에는 공급되는 IPA의 유량을 조절하기 위하여 밸브(512)가 설치된다.

히터(521)는 밸브(512)와 노즐부(400) 사이의 IPA 공급라인(513) 상에 설치되어, IPA 공급라인(513)을 통해 제공되는 액상의 IPA를 가열한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 히터(521)에 의해 가열된 액상의 IPA온도는 40~50℃ 이다. 가열된 액상의 IPA의 공급은, 건조 공정 동안 기판(W) 전체의 온도 분포를 균일하게 하여, 물반점이나 건조 불량에 따른 파티클이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 기판(W) 전체의 온도가 상승하여, 건조 시간이 단축된다.

탈기장치(531)는 히터(521)와 노즐부(400) 사이의 IPA 공급라인(513)상에 설치되어, 가열된 액상의 IPA에 녹아있는 기포를 제거한다. 기포의 제거로, 가열된 액상의 IPA의 밀도가 증가하여, 기판(W)의 온도 상승시간이 단축된다.

센서(522)는 탈기장치(531)와 노즐부(400) 사이의 IPA 공급라인(513)상에 설치되어, 노즐부(400)로 토출되는 가열된 액상의 IPA의 온도를 측정한다. 가열된 액상의 IPA의 온도를 토출 직전 검출함으로써, IPA 공급라인(513)상에서 가열된 액상의 IPA가 적정한 온도로 제공되는지 확인된다. 제어부(523)는 센서(522)로부터 토출 직전의 가열된 액상의 IPA의 온도를 입력받아, 히터(523)를 제어한다. 히터(521)의 제어로, 토출되는 가열된 액상의 IPA는 적정한 온도를 유지한다.

질소가스 공급부는(550)는 제2노즐(414)에 질소가스를 공급한다. 질소가스 공급부는(550)는 질소가스를 저장하는 질소가스 저장부(551), 질소가스 저장부(551)와 제2노즐(414)간에 질소를 공급하는 질소가스 공급라인(553), 그리고 공급되는 질소가스의 유량을 조절하는 밸브(554)를 포함한다.

(이동부)

이동부(420)는 분사되는 유체가 기판(W)의 중심영역에서부터 에지영역까지 고루 분사될 수 있도록 노즐부(400)를 이동시킨다. 이동부(420)는 아암(422)과 지지축(424) 그리고 구동모터(426)를 포함한다. 아암(422)의 일단에는 분사헤드(410)가 연결되어 분사헤드(410)를 지지한다. 아암(422)의 타단은 지지축(424)과 연결되며, 지지축(424)은 구동모터(426)로부터 회전력을 전달받아, 아암(422)에 지지된 분사헤드(410)를 이동시킨다. 구동모터는 제어부(미도시됨)에 의하여 제어된다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 건조 장치를 이용하여 기판을 건조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 기판 건조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 기판 건조 공정은 기판(W)의 온도를 상승시키고, 기판(W) 표면에 잔류하는 순수를 제거하기 위하여 회전하는 기판의 상면으로 IPA를 분사한다. 기판(W)의 상면으로 분사되는 IPA는 히터(531)에 의해 가열된 액상의 상태이다. 그리고, 가열된 액상의 IPA는 기판(W)의 상면으로 분사되기 전, 탈기 과정을 거친다. 탈기 과정을 통하여 가열된 액상의 IPA에 존재하는 기포는 제거되므로, 밀도 높은 액상의 IPA가 제1노즐(412)로 공급될 수 있다. 제1노즐(412)은 회전하는 기판(W) 상면의 중심영역에서 에지영역으로 또는 에지영역에서 중심영역으로 왕복 스캔하며 가열된 액상의 IPA를 분사하거나, 또는 기판(W)의 중심 상부에서 가열된 액상의 IPA를 분사할 수 있다. 가열된 액상의 IPA의 온도는 40~50℃ 이다. 가열된 액상의 IPA의 공급은 건조 공정 동안 기판(W) 전체의 온도를 상승시켜, 물반점이나 건조 불량에 따른 파티클의 발생을 억제시킨다. 또한, 가열된 IPA는 기판(W) 표면에 잔류하는 순수의 수소와의 치환반응을 촉진시켜 신속한 건조(기화력 향상)가 일어나게 한다.

도 3b를 참조하면, 기판 건조 공정은 기판(W)의 상면으로 가열된 액상의 IPA를 분사함과 동시에 질소가스를 분사한다. 가열된 액상의 IPA는 기판(W)의 상면으로 분사되기 전에 탈기 과정을 거치므로, 밀도가 높은 상태로 제공된다. IPA와 함께 질소가스가 분사되면, 기판(W)이 질소가스 분위기하에 있게 되므로, IPA가 기판(W) 표면에 잔류하는 순수를 제거하는 효과가 향상된다. 노즐부(400)는 회전하는 기판(W) 상면의 중심영역에서 에지영역으로 또는 에지영역에서 중심영역으로 왕복 스캔하며 가열된 액상의 IPA와 질소가스를 동시에 분사하거나, 또는 기판(W)의 중심 상부에서 가열된 액상의 IPA와 질소가스를 동시에 분사할 수 있다. 가열된 액상의 IPA의 온도는 40~50℃ 이다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에 서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IPA 공급부를 보여주는 도면이다.

Claims

기판을 지지하는 스핀 헤드;

상기 스핀 헤드를 지지하고, 상기 스핀 헤드를 회전시키는 스핀들;

상기 스핀들에 회전력을 제공하는 구동부재;

상기 스핀 헤드의 상부에서 상기 기판의 상면으로 액상의 유기 용제를 토출하는 노즐부; 및

상기 노즐부로 상기 액상의 유기 용제를 공급하는 유기 용제 공급부를 포함하되,

상기 유기 용제 공급부는

상기 액상의 유기 용제를 저장하는 저장 탱크;

상기 저장 탱크와 상기 노즐부를 연결하는 유기 용제 공급라인;및

상기 유기 용제 공급라인에 설치되고, 상기 액상의 유기용제를 가열하는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기판 건조 장치는

상기 노즐부과 상기 히터 사이의 상기 공급라인 상에 설치되고, 가열된 상기 액상의 유기 용제에 존재하는 기포를 없애는 탈기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 기판 건조 장치는

상기 노즐부과 상기 탈기 장치 사이의 상기 공급라인에 설치되고, 가열된 상기 액상의 유기 용제의 온도를 측정하는 센서; 및

상기 센서로부터 가열된 상기 액상의 유기 용제의 온도 측정값을 제공받아 상기 히터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
기판 건조 방법에 있어서,

기판의 상면으로 유기 용재를 분사하되, 상기 유기 용제는 가열되고, 액상의 상태로 기판의 상면으로 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 유기 용제가 분사되기 전, 상기 유기 용제에 존재하는 기포를 없애는 탈기 과정를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 유기 용제의 온도는 40-50℃인 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.