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KR100417040B1 - 웨이퍼를 건조시키기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한웨이퍼 건조장치 - Google Patents

웨이퍼를 건조시키기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한웨이퍼 건조장치 Download PDF

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KR100417040B1
KR100417040B1 KR10-2000-0044984A KR20000044984A KR100417040B1 KR 100417040 B1 KR100417040 B1 KR 100417040B1 KR 20000044984 A KR20000044984 A KR 20000044984A KR 100417040 B1 KR100417040 B1 KR 100417040B1
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Abstract

웨이퍼의 건조효율을 향상시키면서 신속하게 수행할 수 있는 마란고니 효과를 이용한 웨이퍼의 건조 방법 및 이를 수행하기 위한 건조 장치가 개시되어 있다. 마란고니효과를 이용한 웨이퍼의 건조 공정에서, 이소프로필 알코올 액체를 가열하여 세정액의 상부에 액체 상태로 공급한다. 액체 상태로 공급된 이소프로필 알코올 액체는 빠른 속도로 확산되면서 이소프로필 알코올 액체층을 형성한다. 가열된 이소프로필 알코올을 공급하기 때문에, 세정액의 배수시에는 가열된 질소 가스만의 공급으로도 적절하게 웨이퍼를 건조시킬 수 있다. 따라서, 신속하게 이소프로필 알코올 액체층을 형성함으로써 건조 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

웨이퍼를 건조시키기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한 웨이퍼 건조 장치{METHOD FOR DRYING A WAFER AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 웨이퍼의 건조 방법 및 이를 수행하기 위한 웨이퍼의 건조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 제조 공정중에서 웨이퍼를 세정한 후, 이소프로필 알코올을 사용하여 웨이퍼를 건조시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 반도체 칩 등을 제조하기 위하여는 일반적으로 실리콘으로 형성되는 웨이퍼를 반도체 장비를 이용하여 처리한다. 이러한 웨이퍼는 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 에칭 등과 같은 일련의 반도체소자 제조공정을 거친다.
상기 반도체소자 제조 공정이 진행되는 동안에, 웨이퍼의 표면에는 화합물또는 분진 등과 같은 이 물질이 잔재하게 되는데, 반도체 소자의 품질을 향상시키기 위해서는, 세척(WASHING) 및 건조(DRYING) 등과 같은 세정 공정을 통해 웨이퍼 표면에 잔재하는 이 물질을 완전히 제거하여야한다.
특히, 탈이온수(DE-IONIZED WATER; DIW)를 사용하여 웨이퍼를 세척하는 경우에는, 상기 탈이온수가 실리콘을 용해시키는 성질을 갖고 있기 때문에, 세척 공정후 탈이온수의 물 반점(WATER SPOT)이 형성되지 않도록 웨이퍼를 완전히 건조시켜야 한다.
상기 웨이퍼에 대한 건조효율을 향상시키기 위하여, 이소프로필을 이용한 건조 방법이 사용되고 있다. 예를 들면, 일본국 특허 공개 공보 평8-61846호에는 이소프로필 알코올 액체를 직접 웨이퍼상에 분무하고, 웨이퍼 표면상의 수분과 이소프로필 알코올과 혼합시켜서 공비혼합물을 형성한 후, 고온 질소 가스로 공비 혼합물을 휘발시켜서 웨이퍼를 건조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제6,029,371호(issued to Kamikawa et al.)에는 가열된 이소프로필 알코올과 질소 가스를 이용하여 건조용 가스를 웨이퍼상에 직접 분무하여 웨이퍼를 건조시키는 방법이 개시되어 있다.
이소프로필 알코올을 이용한 웨이퍼의 건조 장치는 또한 미합중국 특허 제5,634,978호(issued to Mohindra et al.), 미합중국 특허 제5,855,077호(issued to Chang-Hyun Nam, et al), 미합중국 특허 제4,633,893호(issued to McConnell et al.), 미합중국 특허 4,911,761호(issued to McConnell et al.)등에 개시되어 있다. 상술한 방법에 의하면, 이소프로필 알코올을 분무(mist)상태로 세정후의 웨이퍼에 도입하여 웨이퍼상의 수분을 제거하는 방법을 채용하고 있다.
도 1에는 종래 웨이퍼 건조 장치(100)의 일례가 도시되어 있다. 도 1은 마란고니 원리에 따라서, 이소프로필 알코올 분무를 사용하여 이소프로필 알코올층을 형성하여 웨이퍼를 건조하기 위한 장치를 나타낸다.
종래 웨이퍼 건조 장치(100)는 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액(113)을 수용하는 세정조(110)를 구비한다. 상기 세정조(110)는 상부가 개방되어 있고, 웨이퍼(101)를 침지시켜 세정하기 위한 내조(112)와 상부에 뚜껑(117)으로 덮여 있으며, 상기 내조(112)를 둘러싸는 외조(116)로 구성된다. 세정액 공급 라인(114a)을 통하여 공급된 세정액(113)이 오버 플로우되면, 외조(116)는 오버 플로우된 세정액(113a)을 수집하여 외부로 배수시킨다.
상기 내조(112)의 하부에는 세정액 공급라인(114a)과 제1 및 제2 세정액 배수 라인(114b, 114c)가 구비되어 있다. 세정액 공급라인(114a)은 상기 내조(112)에 탈이온수와 같은 세정액(113)을 공급하고, 제1 세정액 배수 라인(114b)은 내조(112)에서 오버 플로우되어 외조(116)에서 수집된 세정액(113a)을 배수하고, 제2 세정액 배수 라인(114c)은 내조(112)로부터 세정 공정이 끝난 세정액(113)을 마란고니 효과를 이용하기 위하여 서서히 내조(112)내의 세정액(113)을 배수한다.
상기 웨이퍼 건조 장치(100)에는 이소프로필 알코올 공급 장치(도시 안됨)로부터 이소프로필 알코올 분무를 공급하기 위한 이소프로필 알코올 분무 공급 라인(134)이 구비되어 있다. 이소프로필 알코올 공급장치는 질소를 캐리어 가스로 사용하여 이소프로필 알코올을 버블링시켜서 이소프로필 알코올 분무를 형성하고,이소프로필 알코올 분무를 포함하는 질소 가스는 이소프로필 알코올 분무 도입라인(134)을 통하여 상기 외조(116)의 상부에 공급된다. 외조(116)의 뚜껑(117)의 중앙부분에는 확산기(136)가 구비되어 있어, 상기 이소프로필 알코올 분무를 포함하는 질소가스를 외조(116)내에 균일하게 확산시킨다.
또한, 상기 외조(116)의 상부에 있는 뚜껑(117)에는 별도의 질소 가스 공급라인(140)이 구비되어 건조 공정 시에 가열된 질소 가스를 공급하여 건조 분위기를 형성한다.
이러한 구성을 갖는 종래 웨이퍼 드라이 시스템(100)은 다음과 같이 작동한다.
웨이퍼(101)들 탑재한 웨이퍼 가이드(103)를 내조(112)내에 안치시키면, 세정액 공급라인(114a)을 통하여 탈이온수와 같은 세정액(113)이 공급되어 세정 작업이 시작된다. 세정액은 내조(112)의 하부로부터 세정액 공급라인(114a)을 통하여 공급되어 세정작업 도중에는 세정액(113)이 오버 플로우되도록 한다. 오버 플로우된 세정액(113a)은 외조(116)에 의해 수집되어 외조의 하부로부터 제1 세정액 배수 라인(114b)을 통하여 배출된다.
세정 작업이 완료되면, 웨이퍼(101)의 건조 공정이 개시된다. 도 2a 내지 도 2c는 건조 공정을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 2a를 참조하면, 세정 공정이 끝난 후에, 이소프로필 알코올 공급 장치로부터 이소프로필 공급라인(134)을 통하여 이소프로필 알코올 분무를 포함하는 질소가스가 외조(116)의 상부에 도입되어 외조(116)의 상부에 있는 뚜껑(117)에 구비된확산기(136)를 통하여 외조(116)내의 분위기를 건조 분위기로 전환시킨다. 이 때, 분무 상태로 공급되는 이소프로필 알코올의 양은 이소프로필 알코올 공급 장치에서 감소된 양으로 측정하여 대략 50cc이다. 또한, 외조(116)상부에 있는 뚜껑(117)에 연결되어 있는 질소 가스 공급라인(140)을 통하여 가열된 질소 가스가 공급된다.
도 2b를 참조하면, 질소 가스 공급라인(140)을 통하여 질소 가스를 공급하면서, 배수 라인(114c)을 통하여 세정액(113)을 배수시킨다. 이 때, 세정액(113)은 제2 배수 라인(114c)을 거쳐서 일정한 속도로 배수된다. 세정액(113)의 높이는 약 3mm/sec의 속도로 줄어들게 된다. 배수중에는 상기 이소프로필 알코올층(115)은 유지되면서 마란고니 효과에 의해 웨이퍼(101)에 묻어있는 수분이 제거되도록 한다.
도 2c를 참조하면, 세정액(113)의 배수가 완료되어 수위가 웨이퍼(101)의 아래로 위치하게 되면, 최종적으로 가열된 질소 가스를 질소 공급라인(140)을 통하여 외조(116)내로 도입하여 건조 공정을 완료한다.
상술한 바와 같은 종래 기술 이외에도, 이소프로필 알코올 분무를 이용하여 세정액상에 이소프로필 알코올 액체층을 형성하고, 웨이퍼를 상승시켜서 웨이퍼와 세정액을 분리하여 웨이퍼를 건조시키는 방법이 일본국 특허 공개 공보 평11-87305호, 일본국 특허 공개 공보 평 10-154689호, 일본국 특허 공개 공보 평10-22257호 등에 개시되어 있다.
상술한 종래 방법에 의하면, 이소프로필 알코올의 분무(mist)를 질소 가스를 캐리어 가스로 사용하여 외조에 공급한다. 따라서, 분무 상태로 이소프로필 알코올을 외조에 도입하고, 도입되는 이소프로필 알코올양은 이소프로필 알코올 공급 장치에서 감소되는 양으로 측정하여야 하기 때문에 내조에 공급되어 형성되는 이소프로필 알코올층을 형성하기 위하여 사용되는 이소프로필 알코올의 양을 정확하게 측정할 수 없을 뿐만 아니라 이소프로필알코올의 정확한 공급량을 제어하기가 곤란하다.
또한, 외조의 측벽에서 확산기를 통하여 분무하기 때문에, 이소프로필 알코올 방울이 외조의 내측벽이나, 상부벽에 흡착되어 흘러내리거나 떨어지는 경우가 있다. 이러한 경우에 웨이퍼상에 떨어지게 되면 마크가 웨이퍼상에 남아서 불량을 유발하게 된다.
뿐만 아니라, 분무 상태로 공급되기 때문에 내조의 세정액의 상부에 마란고니 효과를 얻기 위한 이소프로필 알코올층을 형성하는 데 시간이 오래 걸려서 공정 시간이 길어지고, 이러한 분무 상태는 외조가 완전하게 기밀되어 있지 않은 경우에는 외부로 유출되어 소모될 염려가 많다.
이러한 종래의 문제점을 감안하여 이소프로필 알코올 액체를 직접 세정액 상부에 공급하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본국 특허 공개 평 9-213672호에는 웨이퍼를 포함하는 세정액상에 이소프로필 알코올층을 형성한 후, 웨이퍼를 상승시켜서 세정액과 웨이퍼를 분리하면서 웨이퍼를 건조시키는 방법이 개시되어 있다. 상술한 방법은 세정액상에 이소프로필 알코올층을 약 5mm정도의 두께로 형성하고, 웨이퍼를 서서히 상승시킨다.
상술한 방법에 의하면, 이소프로필 알코올층을 형성하기 위하여는 대량의 이소프로필 알코올이 필요하고, 이소프로필 알코올 액체층을 형성하기 위하여는 비교적 긴 시간이 필요하다. 또한, 웨이퍼를 세정후에는 물반점이 잔류하여 웨이퍼상에 파티클이 많이 생성되어 건조효과가 충분하지 않다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1의 목적은 웨이퍼의 건조효율을 향상시키면서 간편하게 수행할 수 있는 마란고니 효과를 이용한 웨이퍼의 건조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 상술한 웨이퍼의 건조 방법을 수행하는 데 특히 적합한 웨이퍼의 건조 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 웨이퍼 건조 장치의 일례를 도시하기 위한 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시한 종래의 건조장치에서 수행되는 건조 공정을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 세정조내의 질소 가스 공급라인과 제1 및 제2 이소프로필 알코올 공급라인의 배치 관계를 나타내기 위한 상면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법을 설명하기 위하여 세정조 주변을 중심으로 간략화한 간략도들이다.
도 6은 도 5b에서 배수 단계 중에 일어나는 웨이퍼의 근처에 있는 세정액과 이소프로필 알코올층의 액위 변화를 나타낸 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법에서 수행되는 공정을 시간대별로 나타낸 공정 타이밍도이다.
도 9은 본 발명의 방법에 따라서 세정된 웨이퍼를 건조한 후, 세정 및 건조 전후의 파티클의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 10 도 9에서의 평균값과 종래의 웨이퍼 건조 공정을 수행한 후의 검사된 파티클의 변화를 도시한 그래프들이다.
도 11는 이소프로필 알코올 액체의 도입량을 변화시켜가면서 본 발명의 방법에 따라 웨이퍼를 세정 및 건조한 후, 세정 및 건조 전후에 웨이퍼상에서 측정된 파티클 수의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 방법과 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 13은 도 12에 도시한 건조 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200, 300: 웨이퍼 건조 장치 201: 웨이퍼
203: 웨이퍼 보트 210: 세정조
212: 내조 213: 세정액
214: 세정액 라인 214a: 세정액 공급라인
214b: 세정액 배수 라인 214V1, 214V2: 세정액 배수 밸브
214P: 세정액 배수 펌프 216: 외조
215: 이소프로필 알코올 액체층
220: 이소프로필 알코올 공급 장치 222: 이소프로필 알코올 액체
224: 이소프로필 알코올 액체 탱크 225: 가압 장치
226: 질소 가스 공급 라인 228, 246: 질소가스 공급원
240: 가열된 질소 가스 공급장치 244: 질소가스 가열용 히터
242: 가열된 질소 가스 공급라인
250a, 250b: 이소프로필 알코올액체 가열 히터
260: 유량 조절계 301: 웨이퍼 상승장치
350: 지지대 340: 피스톤 지지부
320: 피스톤축 310: 피스톤축 결합부
330: 동력 전달 메카니즘 332: 동력 발생 장치
상기한 본 발명의 제1의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 물체가 침지되어 있는 세정액의 상부에 불활성 가스를 공급하는 단계; 상기 세정액보다 표면 장력이 작은 유체를 가열하여 수득한 가열된 유체를 상기 세정액상에 공급하여 유체층을 형성하면서, 상기 세정액위에는 상기 유체의 증기와 상기 불활성 가스가 혼합된 혼합 분위기를 형성하는 단계; 상기 유체층을 유지하면서 상기 세정액으로부터 상기 물체를 분리시키는 단계; 그리고, 상기 물체의 주변에 가열된 상기 불활성 가스를 공급하여 상기 물체를 건조시키는 단계를 포함하는 물체의 건조 방법을 제공한다.
상술한 본 발명의 제1의 목적은 i) 물체가 침지되어 있는 세정액(rinsing liquid)의 상부에 가열된 질소 가스를 공급하는 단계; ii) 일정량의 가열된 이소프로필알코올 액체를 상기 세정액상에 공급하여 이소프로필알코올 액체층을 형성하면서, 상기 세정액위에는 상기 이소프로필 알코올 증기와 상기 질소 가스가 혼합된 혼합 분위기를 형성하는 단계; iii) 상기 이소프로필 알코올 액체층을 유지하면서, 상기 세정액으로부터 상기 물체를 분리시키는 단계; 및 iv) 상기 물체의 주변에 상기 가열된 질소 가스를 공급하여 상기 물체를 건조시키는 단계로 구성된 물체의 건조 방법에 의해서 달성될 수도 있다.
상술한 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 물체를 세정하기 위한 세정액을 수납하기 위한 세정조; 상기 세정액상에 가열된 이소프로필 알코올 액체를 공급하여 이소프로필 알코올 액체층과 상기 세정액위에 이소프로필 알코올 분위기를 형성하기 위한 이소프로필 알코올 공급기; 상기 이소프로필 알코올층을 유지하면서, 세정액과 상기 물체를 분리시키기 위한 분리기; 및 상기 세정액상의 상기 세정조의 상부에 가열된 질소 가스를 공급하기 위한 질소 공급기를 구비하는 물체의 건조 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼의 건조 공정에서, 웨이퍼가 침지되어 있는 세정액상부에 질소가스를 가열하여 공급하고, 이소프로필 알코올 액체를 가열하여 세정액의 상부에 액체 상태로 공급한다. 액체 상태로 공급된 이소프로필 알코올 액체는 빠른 속도로 확산되면서 이소프로필 알코올 액체층을 형성하면서, 세정액의 상부에는 이소프로필 알코올과 불활성 가스인 질소가스와의 혼합분위기를 형성한다. 가열된 이소프로필 알코올을 공급하기 때문에, 세정액의 배수시에는 가열된 질소 가스만의 공급으로도 적절하게 웨이퍼를 건조시킬 수 있다. 따라서, 신속하게 이소프로필 알코올 액체층을 형성함으로써 건조 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예 1
도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 장치(200)가 도시되어 있다.
도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 웨이퍼 건조 장치(200)는 세정하고자 하는 물체인 웨이퍼(201)를 세정하기 위한 세정액(213)을 수용하는 세정조(210)를 구비한다. 세정액(213)으로서는 예를 들면 탈이온수(Deionized Water)를 사용할 수 있다. 상기 세정조(210)는 세정액(213)중에 웨이퍼(201)를 침지시켜 세정하기 위한 내조(212)와 내조(212)를 둘러싼 외조(216)를 포함한다. 다수의 웨이퍼(201)는 웨이퍼 가이드(203)에 탑재하여 세정조(210)에 안치시킨다. 웨이퍼 가이드(203)는 두 개의 대향하는 가이드 플레이트(203a)를 포함한다. 상기 두 개의 가이드 플레이트(203a)사이에 세 개의 가이드봉(203b, 도면에는 편의상 하나만 도시한다)이 고정되어 있고, 상기 가이드 플레이트(203a)의 일 측에는 상부로 연장되고, 외측으로 수평하게 절곡되어 웨이퍼 가이드(203)를 핸들링하기 위한 가이드 암(203c)이 구비된다.
도시한 바와 같이 세정조(210)의 내조(212)의 상부는 개방되어 있다. 외조(216)는 상부에 뚜껑(217)을 구비하고, 상기 내조(212)를 감싸도록 구비된다. 세정액 공급 라인(rinsing water supplying tube line, 214a)을 통하여 공급된 세정액(213)이 오버 플로우되면, 외조(216)는 오버 플로우된 세정액(213a)을 수집하여 외부로 배수시킨다. 외조(216)의 하부는 오버 플로우된 세정액(213a)의 수집을 용이하게 하기 위하여 그 하부는 깔때기 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 내조(212)의 하부에는 상기 내조(212)에 탈이온수와 같은 세정액(213)을 공급하기 위한 세정액 라인들(214)이 형성되어 있다. 세정액 공급 라인(214a)은 세정액 공급 장치를 이루며, 세정액 공급원(도시 안됨)으로부터 내조(212)의 하부로 연결되어 내조(212)에 세정액을 공급한다.
세정액 배수 장치(230)는 외조 세정액 배수 라인(rinsing water draining tube line; 214b)과 내조 세정액 배수라인(214c)을 포함한다. 외조 세정액 배수 라인(214b)의 일단은 깔때기 형상을 갖는 외조(216)의 하부단에 연결되어 있고, 타단은 공통의 배수 라인(214d)에 연결되어 있다. 상기 외조 세정액 배수 라인(214b)상에는 제1 배수 밸브(214V1)가 구비되어 있다. 내조 세정액 배수 라인(214c)은 상기 내조(212)의 하부에 연결되어 제1 내조 세정액 배수라인(214c1)과 제2 내조 세정액 배수라인(214c2)으로 분기되고, 이들은 공통의 배수라인(214d)에 연결된다.
제1 내조 세정액 배수 라인(214c1)에는 제2 배수 밸브(214V2)가 구비되어 있고, 제2 내조 세정액 배수 라인(214c2)에는 배수 펌프(214P)가 구비되어 있다.
웨이퍼 건조 장치(200)는 또한, 상기 세정액보다 표면 장력이 작은 유체인 이소프로필 알코올 액체를 공급하기 위한 이소프로필 알코올 공급 장치(220)를 구비한다. 이소프로필 공급장치(220)는 상기 세정액(213)상에 가열된 이소프로필 알코올 액체를 공급하여 이소프로필 알코올 액체층을 형성한다. 가열되어 공급된 이소프로필 알코올은 부분적으로 휘발하여 외조(216)의 상부, 즉 세정액(213)의 상부에 이소프로필 알코올 분위기를 형성시킨다. 또한, 바람직하게는, 이소프로필 알코올 공급 장치(220)는 세정액(213)의 배수 단계중에는 이소프로필 알코올 증기를 공급하여 이소프로필 알코올의 분위기를 유지한다.
이소프로필 알코올 공급 장치(220)는 이소프로필 알코올 액체(222)가 부분적으로 충전되어 있는 이소프로필 알코올 액체 탱크(224)를 포함한다. 상기 액체 탱크(224)에는 이소프로필 알코올 공급라인(232)이 연결되어 이소프로필 알코올 액체가 계속적으로 공급된다.
또한, 상기 액체 탱크(224)의 상부에는 이소프로필 알코올 액체(222)상에 압력을 제공하기 위한 가압 장치(225)가 구비되어 있다. 상기 이소프로필 알코올 액체(222)에 압력을 제공하는 장치로서는 유압이나 공압을 이용하는 방법을 들 수 있지만, 본 실시예에서는 불활성 가스중의 하나인 질소 가스를 이용하는 방법에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 가압 장치(225)로서는 질소 가스 공급라인(226)과 질소 가스 공급원(228)을 사용한다.
질소 가스 공급라인(226)의 일단에는 질소 가스 공급원(228)이 접속되어 있고, 상기 질소가스 공급 라인(226)의 타단은 상기 이소프로필 알코올 액체(222)의 액면 상부에 위치한다. 질소 가스 공급원(228)으로부터 질소 가스가 질소 가스 공급라인(226)을 통하여 공급되면 질소 가스는 이소프로필 알코올 액체(222)의 액면상에 압력을 인가하여 이소프로필 알코올 액체(222)가 배출되도록 한다.
본 실시예에서는 질소 가스를 이용하여 설명하였지만, 질소 가스이외에 아르곤, 헬륨 등과 같은 불활성 가스를 사용하여 가압 장치(225)를 구성할 수도 있다.
이소프로필 알코올 액체(222)는 이소프로필 알코올 도입라인(234)을 통하여 상기 내조(212)의 상부에 공급된다. 이소프로필 알코올 도입라인(234)은 일단이 이소프로필 알코올 액체 탱크(224)에 연결되어 있다. 이소프로필 알코올 도입라인(234)은 세정조(210)와 이소프로필 알코올 공급장치(220)의 중간 지점에서 제1 이소프로필 알코올 도입 라인(234a)과 제2 이소프로필 알코올 도입 라인(234b)으로 분기된다. 제1 및 제2 도입 라인(234a, 234b)의 출구는 상기 세정조(210)의 내조(212)상에 위치한다. 본 실시예에서는 이소프로필 알코올 도입라인(234)을 제 1 및 제2 도입라인(234a, 234b)으로 분기하였지만, 분기하지 않은 채로 이소프로필 알코올 도입라인(234)을 내조(212)의 상부까지 연장할 수도 있고, 또한 3개 이상의 다수개의 도입라인으로 분기할 수도 있다. 그렇지만, 이소프로필 알코올 도입 효율, 형성되는 이소프로필 알코올 액체층의 균일성, 도입 라인 설비 등을 감안하여 본 실시예에서와 같이 두 개의 제1 및 제2 도입 라인(234a, 234b)으로 분기하는 것이 바람직하다. 도면에서는 간략화를 위하여 제1 및 제2 도입 라인(234a, 234b)이 웨이퍼(201)를 탑재한 웨이퍼 가이드(203)의 전후 방향에서 이소프로필 알코올 액체가 도입되는 것으로 도시하였지만, 실제적으로는 웨이퍼 가이드(203)의 좌우 양측 방향에서 이소프로필 알코올 액체를 도입할 수 있도록 배열하는 것이 바람직하다(도 4 참조).
상기 제1 및 제2 도입 라인(234a, 234b)의 출구 부근, 즉 외조(216)내부로 인입되는 가장 가까운 위치에는 제1 및 제2 히터(250a, 250b)가 구비되어 있다. 제1 및 제2 히터(250a, 250b)는 이소프로필 알코올 액체(222)를 가열하여 가열된이소프로필 알코올 액체(222)를 상기 내조(212)상부로 제공하도록 한다.
이 때, 제1 및 제2 히터(250a, 250b)의 온도가 50℃미만인 경우에는 이소프로필 알코올 분위기를 형성하는 데 적절하지 못하고, 비점 이상인 경우에는 이소프로필 알코올이 비등하게 되어 바람직하지 않다. 따라서, 제1 및 제2 히터(250a, 250b)의 가열온도는 50℃이상 이소프로필 알코올의 비점(대기압에서 약 83℃)미만의 온도, 바람직하게는 약 60 내지 70℃로 한다. 제1 및 제2 히터(250a, 250b)에 의해 가열되어 제1 및 제2 도입 라인(234a, 234b)의 출구에서 배출되는 이소프로필 알코올 액체의 온도는 약 40℃ 내지 70℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 60℃이다.
건조의 효과를 더욱 향상시키기 위하여 상기 제1 및 제2 히터(250a, 250b)는 세정액(213)의 배수 단계 중에도 계속적으로 이소프로필 알코올을 가열하여 상기 외조(216)의 상부, 즉 내조(212)의 세정액(213)위에 이소프로필 알코올 증기를 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 계속적으로 이소프로필 알코올 증기를 제공하여 이소프로필 알코올 분위기를 유지함으로써, 세정액(213)상에 있는 이소프로필 알코올층이 세정액(213)의 배수 단계중에도 안정적으로 유지되어 세정 효과를 상승시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 도입라인(234a, 234b)으로 분기되기 전의 이소프로필 알코올 공급라인(234)상에는 유량 조절계(260)가 구비되어 있다. 유량 조절계(260)는 일정시간동안 일정한 량의 이소프로필 알코올 액체(222)만을 통과시킴으로써 상기 내조(212)상에 적절한 양의 이소프로필 알코올 액체(222)를 제공하도록 조절한다.
예를 들면, 예를 들면 직경 300mm인 실리콘 웨이퍼에 대하여 1회의 건조 공정을 수행하기 위하여는, 상기 내조의 세정액(213)상에 형성되는 이소프로필 알코올 액체층의 두께가 약 1 내지 3mm, 바람직하게는 1.5 내지 2.5mm정도가 되는 데 적합한 양만을 일시적으로 예를 들면 약 4초간 흐르도록 조절한다. 이소프로필 알코올액체의 공급량이 지나치게 적거나 많아서, 이소프로필 알코올의 액체층의 두께가 약 1mm 보다 작거나 3mm보다 크게 형성되는 경우에는 이소프로필 알코올을 이용한 건조후에 웨이퍼상에 잔류하는 입자들의 숫자가 증가하여 웨이퍼의 세정 불량을 유발할 수 있어서 바람직하지 않다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 건조 장치(200)는 질소 가스 공급 장치(240)를 구비한다. 질소 가스 공급 장치(240)는 질소 가스 공급원(246)에 연결되어 있는 질소 가스 공급 라인(242)을 포함한다. 질소 가스 공급 라인(242)의 일단은 질소 가스 공급원(246)에 연결되어 있고, 배출구는 상기 외조(216)의 상부에 연결된다. 상기 외조(216)로 도입되기 전의 질소 가스 공급라인(242)상에는 질소 가스를 가열하기 위한 질소가스 가열용 히터(244)가 구비되어 있다.
도 4는 세정조(210)내의 질소 가스 공급라인(242)과 제1 및 제2 이소프로필 알코올 공급라인(234a, 234b)의 배치 관계를 나타내기 위한 상면도이다. 도 4를 참조하면, 상면에서 볼 때 다수의 웨이퍼(201)들이 웨이퍼 가이드(203)에 탑재되어 있음을 알 수 있다. 구체적으로는, 두 개의 가이드 플레이트(203a)사이에 구비된 세 개의 웨이퍼 가이드봉(203b)상에 탑재된 웨이퍼(201)들이 내조(212)의 세정액(213)중에 침지되어 있다. 웨이퍼(201)를 탑재한 웨이퍼 가이드(203)가 내조(212)로 안치되는 방향(화살표 A방향)을 전면이라 할 때, 제1 및 제2 이소프로필 알코올 공급라인(234a, 234b)은 웨이퍼 가이드(203)의 양측 상부에서 가열된 이소프로필 알코올 액체가 배출되도록 배치되어 있다.
외부로부터 도입된 질소 가스 공급라인(242)은, 외조(216)내에서는, 외조(216)의 내측면 상부상에 그리고 상기 제1 및 제2 이소프로필 알코올 공급라인(234a, 234b)보다 높은 위치에 구비된다. 외조(216)내에 구비된 질소 가스 공급 라인(242)에는 다수의 홀(242a)들이 구비되어 질소 가스가 외조(216)의 상부에 균일하게 공급되도록 한다.
상기 질소 가스 가열용 히터(244)의 온도는 가열된 질소 가스의 온도가 실질적으로는 약 70℃ 내지 90℃, 바람직하게는 약 80℃의 온도가 되도록 조정된다. 즉, 질소 가스 공급원(246)으로부터 공급되는 질소 가스의 온도와 질소가스의 유속을 고려하여 질소 가스의 가열용 히터(244)의 온도는 100 내지 200℃의 온도, 바람직하게는 약 150℃의 온도로 설정하여, 상기 질소 가스를 가열하여 가열된 질소 가스를 외조(216)의 상부로 공급하여 질소 가스 분위기를 형성한다.
상술한 도 3에 도시한 웨이퍼의 건조 장치(200)를 사용하여 본 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법을 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법을 설명하기 위하여 세정조 주변을 중심으로 간략화한 간략도들이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7은 수행되는 공정 단계를 시간대별로 나타낸 공정 타이밍도이다.
도 5a를 참조하면, 웨이퍼(201)들 탑재한 웨이퍼 가이드(203)를 도 4의 화살표 방향으로 내조(212)내에 안치시키면, 세정액 공급라인(214a)을 통하여 탈이온수와 같은 세정액(213)이 공급되어 세정 작업이 시작된다. 세정액(213)은 내조(212)의 하부로부터 공급되어 세정작업 도중에는 세정액(213)이 내조(212)에서 오버 플로우되도록 한다. 오버 플로우된 세정액(213a)은 외조(216)의 하부의 깔때기 형상에서 수집되어 외조(216)의 하부로부터 제1 세정액 배수 라인(214b)을 통하여 공통 배수라인(214d)으로 배출된다. 이때, 세정액은 제1 배수 라인(214b)상의 제1 배수 밸브(214V1)는 개방되어 세정액이 배수될 수 있도록 한다. (도 7 및 8의 단계 S10). 도 8에 나타낸 바와 같이, 탈이온수를 이용한 웨이퍼의 세정은 약 300초간 수행한다.
세정 작업이 완료되면, 웨이퍼(201)의 건조 공정이 시작된다. 도 5b를 참조하면, 세정 공정이 끝난 후에, 외조(216)내의 분위기를 건조 분위기로 전환하기 위하여 질소 가스를 공급한다 (도 7 및 8의 단계 S20). 질소 가스 공급원(246)으로부터 공급된 질소 가스는 질소 가스 공급라인(242)을 거치고, 질소 가스 가열용 히터(244)를 약 150℃의 온도로 설정하여 질소 가스를 약 70 내지 90℃, 바람직하게는 약 80℃의 온도로 가열한다. 가열된 질소 가스는 질소 가스 공급라인(242)을 통하여 외조(216)의 상부에 공급하여 외조(216)내에 질소 가스 분위기를 형성시킨다. 도 7에 도시한 바와 같이, 가열된 질소 가스는 약 60초간 도입된다. 이 때, 질소 도입되는 질소 가스의 압력은 2-4 kg/cma, 바람직하게는 3kg/cm2로 유지한다.
다음에, 세정액(213)은 내조 배수 라인(214c)의 제1 내조 배수 라인(214c1)에 있는 제2 배수 밸브(214V2)를 짧은 시간동안 개방하여 가득 차 있는 세정액(213)의 수면을 약간 내려가도록 세정액(213)을 일부 배수한 후, 다시 제2 배수 밸브(214V2)를 폐쇄한다(도 7 및 8의 단계 S30). 이 때, 세정액(213)의 배수량은 웨이퍼(210)가 노출되지 않을 정도의 양이 되도록 설정한다. 제2 배수 밸브(214V2)의 개폐 동작 전후의 세정액(213)의 액면 수위 높이차(△H)는 약 5mm정도인 것이 바람직하다. 상기 제2 배수 밸브(214V2)를 개방하는 대신에 제2의 내조 배수라인(214c2)에 구비된 배수 펌프(214P)를 일시적으로 동작시켜서 세정액(213)을 부분적으로 배수시킬 수도 있다.
다음에, 이소프로필 알코올 공급 장치(220)로부터 이소프로필 공급라인(234)을 통하여 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)를 내조(212)에 공급한다. (도 7 및 8의 단계 S40). 도 3에서 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급라인(226)의 일단에 구비된 가압용 질소 가스 공급원(228)으로부터 가압 가스인 질소 가스가 공급되어 이소프로필 알코올 액체 탱크(224)에 충전된 이소프로필 알코올 액체(222)의 액면상에 압력이 인가되어 이소프로필 알코올 액체(222)가 이소프로필 알코올 도입 라인(234)을 통하여 배출된다. 이소프로필 알코올 액체(222)는 유량 조절계(260)를 통하여 일정한 양만이 세정조(210)로 도입되게 된다. 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)의 도입량은 내조(212)의 평면적에 따라 달라지게 되지만, 내조(212)의 세정액(213)상에 형성되는 이소프로필 알코올 액체층(215)의 두께가 1 내지 3mm, 바람직하게는 약 2.1mm가 되도록 양을 조절한다. 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)의 도입량은 비교적 적기 때문에 도입시간은 수 초(본 실시예에서는 4초)정도이다.
유량 조절계(260)를 통과한 이소프로필 알코올 액체(222)는 제1 도입라인(234a)과 제2 도입라인(234b)에 의해 분기되면서, 외조(216)로 도입되기 직전에 제1 및 제2 가열 히터(250a, 250b)에 의해 가열된다.
가열시의 히터의 설정 온도는 50℃이상 이소프로필 알코올의 비점(상온에서 약 83℃) 미만의 온도, 바람직하게는 약 60 내지 75℃로 한다. 이때 가열된 이소프로필 알코올의 실제 온도는 히터의 온도보다는 상대적으로 낮은 50℃정도 전후이다. 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)는 제1 및 제2 도입 라인(234a, 234b)의 출구로부터 내조(212)의 상부에서 낙하된다.
가열되어 낙하된 이소프로필 알코올 액체(222a)는 빠른 속도로 세정액(213)의 상부에 이소프로필 알코올 액체층(215)을 형성하고, 부분적으로는 기화된다. 기화된 이소프로필 알코올 증기는 질소 분위기중에 포함되어, 이소프로필 알코올 증기과 질소 가스의 혼합 분위기를 외조(216)의 상부에 형성한다(도 7 및 8의 단계 S50). 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)를 방치시켜 이소프로필 알코올 액체층(215)을 형성하는 데 소요되는 시간은 약 10초이다.
외조(216)내에는 이미 도입된 가열된 질소 가스와 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)로부터 증발된 이소프로필 알코올 증기와 혼합되어 질소와 이소프로필 알코올 증기가 혼합된 분위기가 형성된다. 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)의 도입을 완료한 후, 질소 가스 공급라인(242)을 통하여 외조(216)의 상부 양측에 가열된 질소 가스를 재차 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 임의로 질소가스의 공급과 동시에 외조 상부에 별도의 가스 공급관을 구비시켜서 이소프로필 알코올 증기를 도입시키거나, 질소 가스중에 이소프로필 알코올 증기를 혼합시켜 이소프로필 알코올 증기를 인위적으로 도입하여 외조(216)와 내조(212)사이를 이소프로필 알코올 증기로 충전할 수도 있다.
이소프로필 알코올 증기를 도입하는 다른 방법으로서는, 상기 제1 및 제2 히터(250a, 250b)는 계속적으로 동작하여 제1 및 제2 도입라인(234a, 234b)에 잔류하는 이소프로필 알코올 액체를 가열한다. 그러면, 가열된 이소프로필 알코올 액체는 증발하여 출구를 통하여 이소프로필 알코올 증기(222b)를 외조(216)의 상부에 제공한다.
다음에, 도 5c를 참조하면, 질소 가스 공급라인(242)을 통하여 질소 가스를 공급하면서, 배수 라인(214c)을 통하여 세정액(213)을 배수공정을 시작한다(도 7 및 8의 단계 S60). 이 때, 세정액(213)은 내조 배수 라인(214c)중 배수 펌프(214P)가 부착되어 있는 제2 내조 배수 라인(214c2)을 거쳐서 공통 배수 라인(214d)으로 일정한 속도로 배수된다. 상기 세정액(213)의 배수 속도가 너무 빠르면 이소프로필 알코올 액체층(215)이 유실되면서 마란고니 효과를 얻기에 충분하지 않고, 너무 느리면 공정상의 효율이 좋지 않아서 바람직하지 않다. 따라서, 세정액(213)의 수위는 약 1.5 내지 2.5mm/sec의 속도로 하강하도록 상기 배수 펌프(214P)를 사용하여 세정액(213)의 배수 속도를 조정한다. 배수중에는 상기 이소프로필 알코올층(215)은 유지되면서 마란고니 효과에 의해 웨이퍼(201)에 묻어있는 수분이 제거된다.
도 6은 도 5c에서 배수 단계중에 일어나는 웨이퍼(201)의 근처에 있는 세정액(213)과 이소프로필 알코올층(215)층의 변화를 나타낸 개략 단면도이다. 도시한 바와 같이, 웨이퍼(201)는 그대로 있으면서, 세정액(213)이 서서히 배수되면서 액면은 낮아지게 된다. 따라서, 웨이퍼(201)에 밀착된 세정액(213)과 이소프로필 알코올층(215)은 다른 부위보다 수위가 높게 형성된다. 이소프로필 알코올은 탈이온수에 비하여 작은 표면 장력을 가지므로, 세정액(213)의 수위가 하강할 때에, 표면 장력이 적은 이소프로필 알코올층(215)으로부터 표면장력이 큰 세정액(213)으로 유체가 흐르게 되어 웨이퍼(201)상에 수분이 잔류하는 것을 억제한다. 따라서, 웨이퍼(201)상에 물반점의 형성이 억제되어 이로 인하여 세정후의 파티클의 형성을 억제시킬 수 있다.
세정액(213)의 배수 단계 중에도 계속적으로 이소프로필 알코올을 가열하여 상기 외조(216)의 상부 즉 내조(212)의 세정액(213) 위에 이소프로필 알코올 증기를 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 계속적으로 이소프로필 알코올 증기를 제공하여 이소프로필 알코올과 질소 가스의 혼합 분위기를 유지함으로써, 세정액(213)상에 있는 이소프로필 알코올층이 세정액(213)의 배수 단계중에도 안정적으로 유지되어 건조 효과를 상승시킬 수 있다.
도 5d를 참조하면, 세정액(213)의 배수를 일정시간동안 진행하면, 웨이퍼(201)와 세정액(213)이 분리된다. 배수 단계에 걸리는 시간은 대략 145 내지 240초 정도가 소요된다. 세정액(213)의 수위가 웨이퍼(201)의 아래에 위치하는 하는 시점(도 8의 P1)이 되면, 제1 및 제2 히터(250a, 250b)의 동작을 정지시켜서,이소프로필 알코올 증기(222b)의 공급을 정지시키고, 또한, 가열된 질소가스의 공급을 중지한다. 이소프로필 알코올 증기(222b)와 가열된 질소 가스의 공급이 중단된 상태에서, 제1 내조 배수라인(214c1)에 구비된 제2 밸브(214V2)를 개방할 수도 있으나, 제2 내조 배수 라인(214c2)에 구비된 배수 펌프(214P)를 구동하여 세정액(213)의 배수 공정을 계속적으로 진행하여 웨이퍼(201)의 아래에 잔류하는 세정액(213)을 완전하게 배수시킨다.
다음에, 최종적으로 가열된 질소 가스를 질소 공급라인(242)을 통하여 외조(216)내로 도입하여 웨이퍼의 콘택홀과 같이 오목한 부분과 웨이퍼의 가장자리중 아래 부분(세정액과 가장 늦게 분리되는 부분)등을 효율적으로 건조시켜 건조 공정을 완료한다. 건조 공정을 완료한 후에는, 웨이퍼(201)가 탑재된 웨이퍼 가이드를 세정조(210)로부터 꺼내어 다음 공정으로 이송된다.
실시예 2
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법과 장치를 나타내기 위한 개략도이다.
본 실시예에 따른 방법과 장치에서는, 세정액을 그대로 둔 체로 웨이퍼를 상승시켜서, 웨이퍼와 세정액을 분리하는 것을 제외하고는 도 3, 도 4 및 도 5a 내지 5d에 나타낸 실시예 1의 웨이퍼의 세정 방법 및 장치와 동일하다. 따라서, 동일한 부재에 대하여는 동일한 참조부호로 나타낸다.
도 12를 참조하여 본 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 장치(300)에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 장치는 배수 장치로서 외조(216)의 배수 라인(214b)과 상기 배수 라인(214b)에 구비되어 있는 제1 배수 밸브(214V1)를 포함한다. 웨이퍼(201)의 세정시에 내조(212)에서 오버플로우된 세정액(213a)은 외조(216)의 깔때기 형상을 갖는 하부에서 수집되어 외조 배수라인(214b)을 통하여 외부로 배출되는 것은 도 5a와 관련하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하다.
본 실시예에서의 내조의 세정액 배수 장치로서는 하나의 내조 배수 라인(214c)과 내조 배수라인(214c)상에 구비된 제2 배수 밸브(214V2)를 구비한다. 상기 도 5b와 관련하여 설명한 바와 같이, 웨이퍼(201)의 세정이 끝난 후, 가열된 이소프로필 알코올(222a)을 도입하기 전에 제2 배수 밸브(214V2)를 일시적으로 개방하여 부분적으로 내조(212)에 가득찬 세정액(213)을 수위가 약 5mm정도 낮아지도록 부분적으로 배출한다. 또한, 웨이퍼(201)가 탑재된 웨이퍼 가이드(203)를 상승시켜, 세정액(213)으로부터 웨이퍼(201)가 완전하게 분리된 후에는 제2 배수 밸브(214V2)를 개방하여 이소프로필 액체층(215)과 세정액(213)을 내조(212)로부터 완전하게 배수시킨다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 건조 장치(300)는 웨이퍼(201)를 상승시키기 위한 웨이퍼 상승장치(301)를 구비한다. 웨이퍼 상승 장치(301)는 외조(216)의 하부 일 측에 구비된 지지대(350)에 구비된다. 상기 지지대(350)상에는 중앙에 관통홀이 형성되어 있는 피스톤 지지부(340)가 구비되고, 상기 피스톤 지지부(340)의 관통홀에는 왕복 운동을 할 수 있는 피스톤축(320)이 삽입되어 있다. 결합부(310)는 피스톤축(320)의 상단과 웨이퍼 가이드 플레이트(203a)의 일측에서 상부로 연장되고, 외부로 수평으로 연장된 웨이퍼 가이드 암(203c)을 결합시킨다. 웨이퍼 가이드 암(203c)과 결합된 피스톤 축(320)은 상하 왕복운동을 하며 이에 따라 웨이퍼 가이드(203)도 상하 운동을 하게 되어 웨이퍼(201)가 세정액(213)에 침지되거나 세정액(213)으로부터 분리된다.
상기 피스톤 축(320)에는 피스톤 축(320)에 왕복운동을 전달하기 위한 기어 박스나 벨트 및 풀리와 같은 동력 전달 메카니즘(330)이 연결되어 있고, 상기 동력 전달 메카니즘(330)은 회전 모터와 같은 동력 발생장치(332)가 연결되어 있다. 동력 전달 장치(332)로부터 발생한 회전력은 동력 전달 메카니즘(330)에 의해 왕복운동으로 변환되어 상기 피스톤 축(320)에 전달하여 피스톤축(320)을 수직 왕복 운동을 시킨다.
기타 다른 부재는 도 3과 관련하여 설명한 바와 동일하기 때문에 설명은 생략한다.
이하 본 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 공정에 대하여 설명한다.
도 13은 본 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
웨이퍼(201)들 탑재한 웨이퍼 가이드(203)를 하강시켜서 내조(212)내에 안치시키면, 세정액 공급라인(214a)을 통하여 탈이온수와 같은 세정액(213)이 공급되어 세정 작업이 시작된다(단계 S110), 세정작업은 도 7의 단계 S10에서 설명한 바와 동일하다.
세정 작업이 완료되면, 웨이퍼(201)의 건조 공정이 시작된다. 도 8의 단계S20에서 설명한 바와 같이, 세정 공정이 끝난 후에, 외조(216)내의 분위기를 건조 분위기로 전환하기 위하여 질소 가스를 공급한다 (단계 S120).
다음에, 도 7의 단계 S30에서 설명한 바와 같이, 세정액(213)은 내조 배수 라인(214c)에 있는 제2 배수 밸브(214V2)를 짧은 시간동안 개방하여 가득 차 있는 세정액(213)의 수면을 약간 내려가도록 세정액(213)을 일부 배수한 후, 다시 제2 배수 밸브(214V2)를 폐쇄한다(단계 S130).
다음에, 도 7의 단계 S40에서 설명한 바와 같이, 이소프로필 알코올 공급 장치(220)로부터 이소프로필 공급라인(234)을 통하여 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)를 내조(212)에 공급한다. (단계 S140).
도 7의 단계 S50에서 설명한 바와 같이, 가열되어 공급된 이소프로필 알코올 액체(222a)는 빠른 속도로 세정액(213)의 상부에 이소프로필 알코올 액체층(215)을 형성하고, 부분적으로는 기화되어 외조(216)의 상부에 이소프로필 알코올 분위기를 형성한다(단계 S150).
다음에, 질소 가스 공급라인(242)을 통하여 질소 가스를 공급하면서, 동력 발생장치(332)에 전원을 인가하여 회전력을 발생시킨다. 회전력은 동력 전달 메카니즘(330)을 통하여 직선운동으로 전환되어 피스톤축(320)에 전달되어 피스톤축(320)을 상승시킨다. 이에 따라, 웨이퍼(201)가 탑재되어 있는 웨이퍼 가이드(203)가 상승하여 웨이퍼가(201)가 세정액(213)으로부터 분리된다(단계 S60). 이 때, 웨이퍼의 상승 속도도 단계 S60에서와 동일한 속도인 1.5 내지 2.5mm/sec의 속도로 상승하도록 웨이퍼 상승 장치를 구동하는 것이 바람직하다.
도 12에서 가상선으로 도시한 바와 같이, 웨이퍼(201)가 세정액(213)으로부터 완전하게 벗어나면, 제1 및 제2 히터(250a, 250b)의 동작을 정지시켜서, 이소프로필 알코올 증기(222b)의 공급을 정지시키고, 또한, 가열된 질소가스의 공급을 중지한다. 이소프로필 알코올 증기(222b)와 가열된 질소 가스의 공급이 중단된 상태에서, 제2 배수 밸브(214V2)를 개방하여 세정액(213)이 내조로부터 완전하게 배수시킨 다음, 가열된 질소 가스를 질소 공급라인(242)을 통하여 외조(216)내로 도입하여 건조 공정을 완료한다(단계 S170). 건조 공정을 완료한 후에는, 웨이퍼(201)가 탑재된 웨이퍼 가이드(203)를 외조(216)로부터 다음 공정으로 이송된다.
실험예 1
웨이퍼의 세정 및 건조 공정 후의 웨이퍼의 건조 효과 측정
로트(lot: 웨이퍼 24매)단위로 도 3에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 건조 장치를 사용하여 웨이퍼의 세정 공정 및 건조 공정을 수행하였다.
도 8에 도시한 바와 같이, 세정액으로서는 탈이온수를 사용하여 웨이퍼(201)의 세정공정을 300초간 수행한 후, 질소 가스 가열용 히터(244)를 약 150℃로 설정하여 약 70 내지 90℃의 온도로 가열된 질소 가스를 질소 가스 공급라인(242)을 통하여, 3kg/cm2의 압력으로 60초간 외조(216)의 상부에 도입하였다. 다음에, 제1 내조 배수 라인(214c1)에 있는 제2 배수 밸브(214V2)를 열어서 내조(212)에 가득찬 세정액(213)의 수위를 5mm정도 하강시킨 후, 다시 제2 배수 밸브(214V2)를 닫은 후,제1 및 제2 히터(250a, 250b)의 온도를 70℃로 고정한 후, 약 30ml의 가열된 이소프로필 알코올 액체(222a)를 제1 및 제2 이소프로필 알코올 공급라인(234a, 234b)을 통하여 4초간 공급하였다. 세정액(213)의 상부에 형성된 이소프로필 알코올 액체층(215)의 두께는 약 2.1mm이었다.
다음에, 제1 및 제2 히터(250a, 250b)를 계속적으로 구동하여 이소프로필 알코올 증기(222b)를 공급하면서, 가열된 질소 가스를 공급하였다. 약 10초가 지난 후, 제2 배수 라인(214b2)에 있는 배수펌프(214P)를 작동시켜 세정액(213)의 수위를 2mm/sec의 속도로 하강시키면서 세정액(213)을 배수시켰다. 약 145초 내지 240초간 배수를 수행하여 세정액(213)의 수위가 웨이퍼(201)아래로 내려간 후, 제1 및 제2 히터(250a, 250b)의 동작을 멈추고, 가열된 질소 가스의 공급을 중단한 후, 제2 내조 배수라인(214c2)에 구비된 제2 배수 밸브(214V2)를 개방하여 잔류하는 세정액(213)과 이소프로필 알코올 액체층(215)을 완전하게 배수하였다. 다음에, 가열된 질소 가스를 300초간 공급하여 웨이퍼를 완전하게 건조시켰다.
세정하기 전의 웨이퍼상에 존재하고, 크기가 0.12㎛이상인 파티클과 세정 및 건조 후의 웨이퍼상에 존재하는 동일한 크기의 파티클의 숫자를 검사하였다. 1로트당 24개의 웨이퍼중에서 세정조를 기준으로 전방측, 중앙부, 후방측에서 각각 하나씩 3개 웨이퍼를 샘플링하여 파티클의 개수를 검사하였다. 검사는 10개의 로트에 대하여 10회의 세정 및 건조를 반복한 후, 반복 수행하였다.
도 9는 세정 및 건조 전후의 파티클의 변화량을 나타낸다. 도 9에서 (-)는세정 및 건조 전후에 측정된 파티클의 수가 감소된 것을 의미하고, (+)는 증가한 것을 의미한다. 또한, ◇로 나타낸 그래프는 웨이퍼 가이드의 후방측에서 샘플링한 웨이퍼에 대하여 측정한 결과를 나타내고, □로 나타낸 그래프는 중앙부에서 샘플링한 웨이퍼에 대하여 측정한 결과를 나타내고, △로 나타낸 그래프는 전방측에서 샘플링한 웨이퍼에 대한 측정 결과를 나타내고, X로 나타낸 그래프는 3개 웨이퍼에 대하여 평균한 결과를 나타낸다. 후방측에 있는 웨이퍼들의 세정 전후에 따른 파티클의 변화량은 평균 -4.4개이었고, 중앙측에 있는 웨이퍼들의 세정 전후에 따른 파티클의 변화량은 평균 2.4개이었고, 전방측에 있는 웨이퍼들의 세정 전후에 따른 파티클의 변화량은 평균 3.2개이었다. 검사 결과한 웨이퍼들의 총 평균값은 0.4개이었다.
본 발명의 방법에 따라 세정 후, 건조 공정을 수행하는 경우에는 파티클의 증감이 거의 보이지 않아서 물반점에 의하여 파티클이 생성되지 않았음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 건조 공정은 매우 안정적이다. 또한, 세정조에 따른 위치 변화에 의해서도 파티클 증감 변화의 차이는 보이지 않았음을 알 수 있다.
실험예 2 내지 4
실험예 2의 경우에는 가열된 이소프로필 알코올 액체 대신에 가열하지 않은 이소알코올 알코올 액체를 상온에서 사용하고, 실험예 3의 경우에는 가열된 질소 가스 대신에 가열하지 않은 상태로 질소 가스를 상온에서 도입하고, 실험예 4의 경우에는 가열된 이소프로필 알코올 액체 대신에 가열하지 않은 이소알코올 알코올액체를 상온에서 사용하고, 가열된 질소 가스 대신에 가열하지 않은 상태로 질소 가스를 상온에서 사용하여, 실험예 1에서와 동일한 방법으로 웨이퍼의 세정 및 건조 공정을 수행하였다. 실험예 1에서와 동일하게, 세정하기 전의 웨이퍼상에 존재하고, 크기가 0.12㎛이상인 파티클과 세정 및 건조 후의 웨이퍼상에 존재하는 동일한 크기의 파티클의 숫자를 검사하였다.
실험예 1 내지 4에서 파티클의 숫자를 검사한 결과 하기 표 1에 나타낸다.
표 1
IPA 액체 질소가스 파티클 수 변화량 평가
실험예 1 가열 가열 변화가 거의 없음 우수
실험예 2 가열안함 가열 변화가 심함 불량
실험예 3 가열 가열안함 변화가 약간 있음 양호
실험예 4 가열안함 가열안함 변화가 매우 많음 불량
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실험예 1 및 3에서와 같이, 이소프로필 알코올을 가열하여 세정액상에 이소프로필 알코올 액체층을 형성한 경우에는, 건조 효과가 양호하였으나, 실험예 2 및 4에서와 같이, 이소프로필 알코올 액체를 가열하지 않은 채로 상온에서 도입시킨 경우에는 파티클의 변화량이 많아서 건조 효과가 충분하지 않은 것을 알 수 있었다.
또한, 실험예 3에서와 같이, 질소 가스를 가열하지 않은 채로 도입하는 경우에는, 세정액의 상부에 형성되는 이소프로필 알코올과 질소 가스의 혼합분위중에서 이소프로필 알코올 증기의 양이 충분하지 않아서, 가열된 질소 가스를 도입하는 실험예 1의 경우에 비해 파티클의 변화량이 많게 관찰되었다.
이소프로필 알코올 액체를 가열하지 않은 채로 상온에서 도입시킨 실험예 2 및 4에서는, 가열된 질소 가스를 도입한 실험예 2의 경우가 가열되지 않은 질소 가스를 도입한 실험예 4에 비하여, 파티클의 변화량이 많은 것으로 관찰되었다. 이소프로필 알코올 액체를 가열하여 도입시킨 실험예 1 및 3에서는, 가열된 질소 가스를 도입한 실험예 3의 경우가 가열되지 않은 질소 가스를 도입한 실험예 1에 비하여, 파티클의 변화량이 많은 것으로 관찰되었다. 이로부터, 가열된 질소 가스를 도입하면 이소프로필 알코올이 가열된 질소가스에 의해 어느정도 증발되면서 세정액의 상부에 질소 가스 분위기중에 이소프로필 알코올 증기가 존재하게 되어 건조 효과가 향상되는 것으로 판단되었다.
실험예 5
종래의 웨이퍼 건조 방법과 본 발명에 따른 웨이퍼 건조 방법에 따른 웨이퍼상의 파티클 변화량 비교
비교를 위하여 도 1에 나타낸 종래의 세정 및 건조 장치를 사용하여 세정 및 건조 공정을 수행한 후, 크기가 0.16㎛이상인 파티클과 세정 및 건조 후의 웨이퍼상에 존재하는 파티클의 숫자를 도 8에 대하여 설명한 바와 동일한 방법으로 검사하였다. 도 10은 도 9에서의 평균값과 종래의 웨이퍼 건조 공정을 수행한 후의 검사된 파티클의 변화를 도시한 그래프들이다. 도 10에서 □로 나타낸 그래프는 도 8에서의 파티클 변화의 평균값을 나타내고, ◇로 나타낸 그래프는 종래의 세정 및 건조 장치를 이용하여 세정 및 건조된 웨이퍼상에 존재하는 파티클의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 웨이퍼 건조 공정을 수행하는 경우에는 웨이퍼의 세정 및 건조 전후에 파티클 변화량이 평균 33으로서 평균적으로 0.16마이크로미터이상의 크기의 입자 수가 33개나 증가된 것을 알 수 있는 반면에 본 발명의 방법에 의하여 세정 및 건조 공정을 수행하는 경우에는 종래의 장치와 비교하여 0.12마이크로 미터 이상의 크기를 갖는 파티클의 변화량은 거의 없었다.
실험예 6
이소프로필 알코올 액체 공급량 변화에 따른 건조 공정후의 파티클 변화량 측정
이소프로필 알코올 액체의 공급량을 20ml, 50ml 및 70ml로 변화시킨 것을 제외하고는 도 8에 대하여 설명한 바와 같은 웨이퍼의 세정 및 건조 공정을 동일하게 수행한 후, 세정 및 건조 공정 전후의 입자크기가 0.12마이크로이상인 파티클의 입자수의 변화를 측정하였다. 도 11은 측정된 파티클 수의 변화를 나타낸다. 도 11에서 또한, ◇로 나타낸 그래프는 이소프로필 알코올 액체의 공급량이 50ml인 경우에 웨이퍼에 대하여 측정한 결과를 나타내고, □로 나타낸 그래프는 이소프로필 알코올 액체의 공급량이70ml인 경우에 측정한 결과를 나타내고, △로 나타낸 그래프는 이소프로필 알코올 액체의 공급량이 20ml인 경우에 측정한 결과를 나타내고, X로 나타낸 그래프는 이소프로필 알코올 액체의 공급량이 30ml인 경우에 측정한 결과를 나타낸다. 이 때, 내조는 40cm x 35cm의 크기를 갖고 있었기 때문에, 이소프로필 알코올 액체의 공급량이 70ml, 50ml, 30ml 및 20ml인 경우에는 형성된 이소프로필 알코올 액체층의 두께는 약 5mm, 3.6mm, 2.1mm, 1.4mm이었다. 이소프로필 알코올액체의 공급량이 70ml, 50ml, 및 20ml인 파티클의 수가 각각 평균 140개, 88.9개 및 30.2개 증가하였지만, 30ml인 경우에는 0.4개로 거의 변화하지 않았다. 이로부터 이소프로필 알코올 액체의 공급량이 지나치게 많거나 적은 경우에는 웨이퍼의 세정 공정 전후에 파티클의 수의 변화가 심하여 바람직하지 않는 것을 알 수 있다.
세정 공정후에 물 반점에 의해 파티클이 어느 정도 발생되는 것을 감안하는 경우에 형성되는 이소프로필 알코올 액체층의 두께는 약 1 내지 3mm인 경우에는 충분하게 웨이퍼의 세정공정에 적용할 수 있다. 파티클의 변화량이 적은 이소프로필 알코올 액체층의 두께는 바람직하게는 1.5 내지 2.5mm, 더욱 바람직하게는 약 2mm이다.
본 발명에 의하면, 마란고니 효과를 이용한 웨이퍼의 건조 공정에서, 이소프로필 알코올 액체를 가열하여 세정액의 상부에 액체 상태로 공급한다. 액체 상태로 공급된 이소프로필 알코올 액체는 빠른 속도로 확산되면서 이소프로필 알코올 액체층을 형성한다. 가열된 이소프로필 알코올을 공급하기 때문에, 세정액의 배수시에는 가열된 질소 가스만의 공급으로도 적절하게 웨이퍼를 건조시킬 수 있다. 따라서, 종래의 이소프로필 알코올 분무를 질소가스에 담지(carry)시켜 공급하여 이소프로필 알코올 액체층을 형성하는 방법에 비하여 신속하게 이소프로필 알코올 액체층을 형성함으로써 건조 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래의 이소프로필 알코올 분무를 이용한 건조 공정에서는 분무 상태로 공급하기 때문에 이소프로필 알코올 분무의 양을 조절하기가 곤란하여 지나친양의 이소프로필 알코올이 공급이 되는 경우에는 이소프로필 알코올 분무가 웨이퍼상에 헤이즈(haze)성 파티클을 형성하였지만, 본 발명에 의하면, 이소프로필 알코올을 액체 상태로 공급하고, 세정액의 배수시에는 이소프로필 알코올 분위기를 형성하기 위한 이소프로필 알코올 증기와 가열된 질소 가스만을 공급하기 때문에 정확하게 필요한 양의 이소프로필 알코올을 공급할 수 있어서 파티클의 증가를 방지할 수 있다.
이상 본 발명이 바람직한 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims (25)

  1. 물체가 침지되어 있는 세정액의 상부에 가열된 불활성 가스를 공급하는 단계;
    상기 세정액보다 표면 장력이 작은 유체를 가열하여 수득한 가열된 유체를 상기 세정액 상에 공급함으로서 유체층을 형성하는 단계;
    상기 세정액 상에 상기 유체층과 상기 불활성 가스가 혼합된 혼합 분위기를 형성하는 단계;
    상기 유체층을 유지하면서 상기 세정액으로부터 상기 물체를 분리시키는 단계; 그리고,
    상기 물체의 주변에 가열된 상기 불활성 가스를 공급하여 상기 물체를 건조시키는 단계를 포함하는 물체의 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세정액으로서는 탈이온수를 사용하고, 상기 유체로서는 이소프로필 알코올을 사용하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체층의 두께는 1 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  5. i) 물체가 침지되어 있는 세정액(rinsing liquid)의 상부에 가열된 질소 가스를 공급하는 단계;
    ii) 일정량의 가열된 이소프로필 알코올 액체를 상기 세정액 상에 공급함으로서 이소프로필 알코올 액체층을 형성하는 단계;
    ⅲ) 상기 세정액 상에 이소프로필 알코올 액체층과 질소 가스가 혼합된 혼합 분위기를 형성하는 단계;
    ⅳ) 상기 이소프로필 알코올 액체층을 유지하면서, 상기 세정액으로부터 상기 물체를 분리시키는 단계; 및
    ⅴ) 상기 물체의 주변에 상기 가열된 질소 가스를 공급하여 상기 물체를 건조시키는 단계로 구성된 물체의 건조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 ii)단계 이후에, 상기 가열된 질소 가스를 공급하여 상기 세정의 상부를 건조 분위기로 전환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가열된 질소 가스를 상기 물체가 상기 세정액으로부터 완전히 분리될 때까지 계속적으로 도입시켜는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 물체를 상기 세정액을 사용하여 세정조중에서 세정을하고, 상기 가열된 이소프로필 알코올 액체를 상기 세정액상에 공급하기 전에 상기 물체가 상기 세정액중에 침지되어 있는 상태에서 상기 세정액을 부분적으로 배수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 ii)단계 이후에 이소프로필 알코올 증기를 상기 세정액의 상부로 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 증기는 상기 물체가 상기 세정액으로부터 완전히 분리될 때까지 계속적으로 도입시켜는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  11. 제5항에 있어서, 상기 물체와 상기 세정액의 분리는 상기 세정액을 배수(drain)시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 세정액의 수위가 1.5 내지 2.5mm/sec의 속도로 하강하도록 상기 세정액을 배수시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 물체와 상기 세정액의 분리는 상기 웨이퍼를 상승시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  14. 제5항에 있어서, 상기 세정액으로서는 탈이온수를 사용하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  15. 제5항에 있어서, 상기 가열된 질소 가스의 온도는 70 내지 90℃인 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  16. 제5항에 있어서, 상기 이소프로필 액체층의 두께는 1 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 물체의 건조 방법.
  17. 물체를 세정하기 위한 세정액을 수납하기 위한 세정조;
    상기 세정액 상에 이소프로필 알코올 액체층과 이소프로필 알코올 분위기를 형성하기 위해 상기 세정액 상으로 가열된 이소프로필 알코올 액체를 공급하기 위한 이소프로필 알코올 공급장치;
    상기 이소프로필 알코올 액체층을 유지하면서, 상기 세정액과 상기 물체를 분리시키기 위한 분리 장치; 및
    상기 세정액상의 상기 세정조의 상부에 가열된 질소 가스를 공급하기 위한 질소 공급 장치를 구비하는 물체의 건조 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 세정조는
    상기 세정조에 상기 세정액을 공급하는 세정액 공급라인이 구비되고, 상기 물체를 침지시켜 세정하기 위한 내조(inner bath); 및
    상기 내조에서 오버플로우(overflow)된 세정액을 수납하면서 배출하기 위한 외조(outer bath)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 액체 공급 장치는
    이소프로필 알코올 액체를 저장하기 위한 저장 탱크;
    상기 저장 탱크에 일단이 연결되어 있고, 출구가 상기 세정조의 세정액 상부에 위치하는 이소프로필 알코올 공급라인; 및
    상기 출구의 부근에 상기 이소프로필 알코올 액체를 가열하기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 액체 공급 장치는
    상기 공급 라인상에 위치하여 상기 이소프로필 알코올 액체층의 두께가 1 내지 3mm가 되도록 상기 이소프로필 알코올 액체의 유량을 조절하기 위한 유량 조절계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올 공급 장치는 상기 저장 탱크의 상부에 불활성 가스를 도입하여 상기 이소프로필 알코올 액체의 상부에 압력을 제공하고, 상기 압력에 의해 상기 이소프로필 알코올을 배출하기 위한 가압 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 분리기는 상기 세정액을 배수하여 상기 물체와 상기 세정액을 분리하기 위한 세정액 배수 장치인 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 세정액 배수 장치는 상기 내조로부터 상기 세정액을 외부로 배수하기 위한 배수 라인과 상기 배수 라인상에 구비되어 있고 상기 세정액을 일정한 속도로 균일하게 배수하기 위한 배수 펌프로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 분리 장치는 상기 물체를 일정한 속도로 상승시켜 상기 물체와 상기 세정액을 분리하기 위한 물체 상승기와 상기 세정액을 물체와 분리시킨 후, 내조에 남아 있는 세정액을 배수시키기 위한 배수 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
  25. 제17항에 있어서, 상기 세정조는 상기 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급라인이 구비되고, 상기 세정액으로 물체를 침지시켜 세정하기 위한 내조(inner bath)와 상기 내조를 둘러싸면서 상기 내조에서 오버플로우(overflow)된 세정액을 수납하여 배출하기 위한 외조(outer bath)를 구비하고,
    상기 분리 장치는 상기 이소프로필 알코올층을 유지하면서, 상기 세정액과 상기 물체를 분리시키기 위하여 상기 내조에 상기 세정액을 배수하기 위한 배수 라인과 상기 배수 라인상에 상기 배수라인을 통하여 배출되는 세정액을 일정한 속도로 배수시키기 위한 배수 펌프로 구성된 세정액 배수 장치를 구비하고,
    상기 질소 가스는 상기 외조의 상부에 상기 가열된 질소 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 물체의 건조 장치.
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