JP2004056129A - 共沸混合物層を利用して半導体基板を乾燥させる装置及び上記の装置を使用する乾燥方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】共沸混合物層を利用して半導体基板を乾燥させる装置を提供する。
【解決手段】この乾燥装置は、液体（５）を貯蔵する液槽（１）、前記液槽の上部に設けられたチャンバ（３）、及び前記液体の表面に有機溶媒を供給する分配器（１１）を具備する。前記分配器を通じて有機溶媒が供給されれば、前記液体の表面に共沸混合物層（５ａ）が形成され、前記共沸混合物層上に有機溶媒層（１１ａ）が形成される。前記有機溶媒層及び前記有機溶媒層上の大気はヒータ（１３）によって加熱される。また、前記チャンバの内部は乾燥ガス管（１７）により供給される乾燥ガスで満たされる。
【選択図】 図２
【解決手段】この乾燥装置は、液体（５）を貯蔵する液槽（１）、前記液槽の上部に設けられたチャンバ（３）、及び前記液体の表面に有機溶媒を供給する分配器（１１）を具備する。前記分配器を通じて有機溶媒が供給されれば、前記液体の表面に共沸混合物層（５ａ）が形成され、前記共沸混合物層上に有機溶媒層（１１ａ）が形成される。前記有機溶媒層及び前記有機溶媒層上の大気はヒータ（１３）によって加熱される。また、前記チャンバの内部は乾燥ガス管（１７）により供給される乾燥ガスで満たされる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板を乾燥させる装置及びこれを使用する乾燥方法に関するものであり、特に、共沸混合効果（共沸混合効果；ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｅｆｆｅｃｔ）を利用して半導体基板を乾燥させる装置及びこれを使用する乾燥方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湿式洗浄工程または湿式エッチング工程のような湿式工程は半導体素子の製造によく使用される。したがって、リンス工程及び乾燥工程は各々湿式工程で使用された化学溶液及びリンス工程で使用された脱イオン水を半導体基板から除去するために湿式工程の後に必ず進行されなければならない。
【０００３】
最近、マランゴニ原理（Ｍａｒａｎｇｏｎｉ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）が乾燥效率を極大化させるために、乾燥工程に広く利用されている。前記マランゴニ原理を利用する乾燥方法及び乾燥装備が下記特許文献１に“基板を乾燥させる方法及び装備”というタイトルでピスィキン（Ｆｉｓｈｋｉｎ）などにより開示されたことがある。ピスィキンなどによると、貯蔵容器内の脱イオン水は乾燥工程を実施する間、前記貯蔵容器の排出穴に設けられたバルブを通じて排出される。また、前記バルブは液体水位制御システムにより制御される。したがって、前記貯蔵容器内の液体の水位を漸次的に低めるためには、前記バルブを精緻に制御することが要求される。
【０００４】
これに加えて、下記特許文献２（Ｊａｐａｎｅｓｅ ｌａｉｄ−ｏｐｅｎ ｐａｔｅｎｔ ｎｕｍｂｅｒ１０−３３５２９９）は前記マランゴニ原理を利用するウェーハ乾燥装置を開示する。前記日本公開特許公報１０−３３５２９９によると、前記ウェーハ乾燥装置は半導体ウェーハが入れた脱イオン水上に密閉された空間を提供することができる密閉用液槽を含む。したがって、前記乾燥工程は前記密閉された空間内に乾燥ガスを流入させることによって進行される。この場合に、前記乾燥ガスは前記脱イオン水の水位を低めるために高圧で供給されなければならない。これによって、前記脱イオン水の水位を漸次的に低めるためには、前記乾燥ガスの圧力を精緻に調節することが要求される。
【０００５】
前記マランゴニ原理を利用する乾燥方法は、平らな表面を有する半導体基板を乾燥させるのには非常に效果的である。しかし、コンタクトホールのようなリセスされた領域、特に、狭くて深いリセスされた領域を有する半導体基板の表面を乾燥させるには限界がある。すなわち、前記リセスされた領域内の水分は前記マランゴニ原理を使用する乾燥方法が適用されても完全に除去されない。これによって、前記リセスされた領域内に残存する水分はウォタマーク（ｗａｔｅｒ ｍａｒｋｓ）と呼ばれる表面欠陷を生成させる。前記ウォタマークが基板の表面に生成されれば、半導体素子の収率が顕著に減少する。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，８８４，６４０号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３５２９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は半導体基板上の水分を效率的に除去するのに適する乾燥装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の課題は、半導体基板上の水分を效率的に除去させることができる乾燥方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を解決するために、本発明は乾燥装置を提供する。この装置は液体を貯蔵する液槽（ｗｅｔ ｂａｔｈ）及び前記液槽の上部に設けられたチャンバを含む。前記チャンバは前記液槽内に貯蔵された前記液体の上部に空間を提供する。また、本発明は前記液槽内に貯蔵された前記液体の表面に有機溶媒（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔ）を供給する分配器を含む。前記分配器器から供給される前記有機溶媒は前記液体の表面に共沸混合物層（ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｌａｙｅｒ）と共に前記共沸混合物層上に有機溶媒層を形成する。さらに、本発明は前記有機溶媒層及び前記有機溶媒層上の大気（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）を加熱させるヒータと共に前記チャンバ内に乾燥ガスを供給する乾燥ガス管を具備する。
【００１０】
前記分配器は前記チャンバの側壁に設けられ、前記液槽の上部側壁に隣接するように位置することが望ましい。前記有機溶媒は気体状態または液体状態で供給されることができる。また、前記ヒータは前記チャンバの内側壁に設けられ、前記分配器より高い地点に位置することが望ましい。前記乾燥ガス管は前記チャンバのふたの下に設けられることが望ましい。
【００１１】
前記有機溶媒層内に含有された前記有機溶媒の容量濃度（ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：ｖｏｌ．％）は前記共沸混合物層内に含有された前記有機溶媒の容量濃度より高いことが望ましい。また、前記有機溶媒層及び前記有機溶媒層上の大気は前記共沸混合物層の沸点より高い温度で加熱されることが望ましい。これに加えて、前記液体は半導体基板のリンス工程に広く使用される脱イオン水に該当させることができ、前記有機溶媒はイソプロピルアルコールであり得る。この場合に、前記共沸混合物層は前記脱イオン水及び前記イソプロピルアルコールの混合物（ｍｉｘｔｕｒｅ）である。ここで、前記共沸混合物層は一番安定した状態を維持する混合物として、１０Ｖｏｌ．％の脱イオン水と９０Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコールからなる。前記脱イオン水及びイソプロピルアルコールの共沸混合物層は８０℃の沸点（ｂｏｉｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を有する。
【００１２】
一方、前記有機溶媒層、すなわちイソプロピルアルコール層内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度は９０Ｖｏｌ．％より高い。これによって、前記イソプロピルアルコール層の沸点は８０℃より高い。このようなイソプロピルアルコール層が加熱されて気化する場合に蒸発するイソプロピルアルコールの量よりはむしろ蒸発する脱イオン水の量がさらに多いというのは広く知られている。 したがって、前記脱イオン水内に入れた半導体基板を上昇させ、前記共沸混合物層及び前記イソプロピルアルコール層を過ぎる半導体基板の表面を加熱させれば、前記半導体基板に残存する水分の濃度は徐々に低くなる。結果的に、前記半導体基板が前記チャンバの内部に完全に上昇されれば、前記半導体基板の表面に残存する水分は完全に除去される。特に、本発明によれば、コンタクトホールを有するパターニングされた半導体基板の表面に残存する水分を完全に除去するのに非常に效率的である。
【００１３】
さらに、前記液槽の上部側壁に上部液体供給管が追加に設置されることもできる。前記上部液体供給管は前記液槽内の半導体基板が上昇する間、前記共沸混合物層の下に新鮮な液体（ｒｅｆｒｅｓｈ ｆｌｕｉｄ）、すなわち新鮮な脱イオン水を持続的に供給する。この時に、前記液槽内の液体は前記液槽の基底部から分岐した排出管を通じてドレインされることが望ましい。これによって、前記液槽内で前記液体の下部への流れ（ｄｏｗｎｗａｒｄ ｓｔｒｅａｍ）が発生する。結果的に、前記半導体基板の表面に吸着されたパーチクルはもちろん汚染した共沸混合物及び汚染した液体が前記排出管を通じて持続的にドレインされて洗浄效率をもっと増大させることができる。このような洗浄は “ドラッグ洗浄（ｄｒａｇ ｃｌｅａｎｉｎｇ）”と呼ばれる。前記ドラッグ洗浄が実施される間、前記分配器から有機溶媒が持続的に供給される。したがって、前記液体の表面に常に新しい共沸混合物層が形成される。
【００１４】
また、前記液槽の基底部上に下部液体供給管が追加に設置されることもできる。前記下部液体供給管は前記分配器から有機溶媒が噴出される前に、前記液槽内に新鮮な液体、例えば新鮮な脱イオン水を供給する。これによって、前記液槽内にローディングされた半導体基板をリンスさせることができる。
【００１５】
前記他の技術的課題を解決するために、本発明は液槽を有する乾燥装置を使用して半導体基板を乾燥させる方法を提供する。この方法は前記液槽内に貯蔵された脱イオン水内に前記半導体基板をつけることを含む。次に、前記脱イオン水の表面に有機溶媒を供給する。これによって、前記脱イオン水の表面に前記脱イオン水及び前記有機溶媒の共沸混合物層が形成され、前記共沸混合物層上に有機溶媒層が形成される。前記半導体基板は上昇されて前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過する。前記有機溶媒がイソプロピルアルコールである場合に、前記共沸混合物層は脱イオン水及びイソプロピルアルコールの混合物であり、前記脱イオン水及びイソプロピルアルコールの容量比率は１：９である。また、前記有機溶媒層内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度は９０Ｖｏｌ．％より高い。これによって、前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過する半導体基板の表面に残存する液体内の水分の容量濃度１０Ｖｏｌ．％より低い。
【００１６】
続いて、前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過する半導体基板の表面を加熱させて前記半導体基板に残存する液体を気化させる。その結果、前記半導体基板上に残存する液体内の水分は前記液体内のイソプロピルアルコールよりむしろもっと多く蒸発する。これによって、前記有機溶媒が持続的に供給され、前記有機溶媒層の上部に上昇される半導体基板が持続的に加熱されれば、前記半導体基板上の水分が除去される。前記半導体基板を前記有機溶媒層の上部に完全に上昇させた後に、 前記半導体基板の表面に乾燥ガスを供給する。その結果、前記半導体基板上に残存する有機溶媒が除去される。
【００１７】
望ましくは、前記有機溶媒が供給され、前記半導体基板が上昇される間に、前記共沸混合物層の下に新鮮な脱イオン水を持続的に供給する。この時に、前記液槽の基底部から分岐した排出管を通じて前記液槽内の脱イオン水を持続的にドレインさせる。これによって、前記液槽内の汚染した脱イオン水とともに汚染した共沸混合物層も前記排出管を通じてドレインされる。結果的に、前記液槽内で前記脱イオン水の下部への流れが形成されるので、“ドラッグ洗浄”效果を追加に得ることができる。前記“ドラッグ洗浄”が実施される間、前記有機溶媒は持続的に供給される。したがって、前記脱イオン水の表面上には常に新鮮な共沸混合物層が生成され、前記新鮮な共沸混合物層上には常に新鮮な有機溶媒層が生成される。
【００１８】
これに加えて、前記乾燥ガスを供給する間、少なくとも前記有機溶媒を持続的に供給すると同時に、前記液槽内の液体を前記排出管を通じてドレインさせることが望ましい。これによって、前記液槽内に残留する水分を前記有機溶媒に置き換えることができる。
【００１９】
さらに、前記液槽内の液体を完全にドレインさせた後に、前記乾燥ガスのみを持続的に供給することが望ましい。これによって、前記半導体基板上に、そして前記液槽内に残存する有機溶媒を完全に除去することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施の形態に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施の形態は開示された内容が徹底して完全化されるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達するようにするために提供されるものである。明細書の全体にわたって同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
【００２１】
図１は本発明に使用される有機溶媒溶液のうちの一つであるイソプロピルアルコール溶液の気化特性を説明するためのグラフである。図１において、横軸はイソプロピルアルコール溶液の容量濃度を示し、縦軸は前記イソプロピルアルコール溶液の容量濃度による沸点を示す。
【００２２】
図１を参照すれば、イソプロピルアルコール溶液は水（脱イオン水）及びイソプロピルアルコールの混合物である。前記イソプロピルアルコール溶液の共沸混合物は１０Ｖｏｌ．％の水及び９０Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコールの混合物である。前記イソプロピルアルコール共沸混合物の沸点は図１に示したように、８０℃である。このようなイソプロピルアルコール共沸混合物を気化させれば、前記気化したイソプロピルアルコールの濃度は常に前記イソプロピルアルコール共沸混合物の濃度と同一である。しかし、前記イソプロピルアルコール濃度が９０Ｖｏｌ．％より高い、または低いイソプロピルアルコール溶液を気化させれば、前記気化したイソプロピルアルコールの濃度は前記イソプロピルアルコール溶液の濃度と異なる。これは、図１に示したように、前記イソプロピルアルコール溶液の濃度が９０Ｖｏｌ．％より低い、または高い場合に、前記イソプロピルアルコール溶液の沸点はそれの気化点より低いからである。すなわち、前記イソプロピルアルコール溶液の濃度が９０Ｖｏｌ．％より低い、または高い場合に、前記イソプロピルアルコール溶液の沸点を表示する第１曲線１ａ、１ｂは前記イソプロピルアルコール溶液の気化点を表示する第２曲線３ａ、３ｂより低い温度を示す。
【００２３】
例えば、５０Ｖｏｌ．％の濃度を有するイソプロピルアルコール溶液の温度が図１の第１ 曲線１ａ上でそれの沸点に到逹すれば、前記イソプロピルアルコール溶液は沸騰し始める。この時に、前記イソプロピルアルコールは水に比べて相対的にもっと多く蒸発する。これによって、前記蒸発したイソプロピルアルコール気体（ＩＰＡ ｇａｓ）内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度Ａは５０Ｖｏｌ．％より高くなる。結果的に、前記沸騰しているイソプロピルアルコール溶液内に残存する水の容量濃度は５０Ｖｏｌ．％より高くなる。
【００２４】
一方、９０Ｖｏｌ．％乃至１００Ｖｏｌ．％の範囲のイソプロピルアルコール濃度、例えば９５Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコール濃度を有するイソプロピルアルコール溶液の温度が前記第１曲線１ｂ上でそれの沸点に到逹すれば、前記イソプロピルアルコール溶液も沸騰し始める。しかし、この場合に、前記蒸発したイソプロピルアルコール気体内に含有された水の容量濃度Ｂは５Ｖｏｌ．％より高くなる。結果的に、前記沸いているイソプロピルアルコール溶液内に残存する水の容量濃度は５Ｖｏｌ．％より低くなる。
【００２５】
図２は本発明の望ましい実施の形態による乾燥装置を示す概路図である。
【００２６】
図２を参照すれば、脱イオン水のような液体５を貯蔵する液槽１が提供される。前記液槽１の上部にチャンバ３が設けられる。前記チャンバ３は上／下部に向けて開口された側壁３ａ及び前記側壁３ａの上部開口部を覆うふた３ｂを含む。これによって、前記液槽１ 内の前記液体５の上部に前記チャンバ３によって囲まれた空間が提供される。前記液槽１の上部の側壁に隣接して分配器１１が位置する。前記分配器１１は前記チャンバ３の側壁３ａに設置されることができる。前記分配器１１は前記液体５の表面に有機溶媒を供給する。前記有機溶媒が前記分配器１１を通じて供給されれば、前記液体５の表面に安定した状態を有する共沸混合物層５ａが形成され、前記共沸混合物層５ａ上に有機溶媒層１１ａが形成される。前記液体５が脱イオン水であり、前記有機溶媒がイソプロピルアルコールであれば、前記脱イオン水５の表面にイソプロピルアルコール共沸混合物層ＩＰＡ ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｌａｙｅｒ）が形成される。前記イソプロピルアルコール共沸混合物層は９０Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコール濃度及び１０Ｖｏｌ．％の脱イオン水濃度を有する。前記有機溶媒は気体状態または液体状態で供給されることができる。前記分配器１１を通じて供給される有機溶媒の濃度は９０Ｖｏｌ．％より高いことが望ましい。
【００２７】
前記分配器１１の上部にヒータが配置される。前記ヒータは前記チャンバ３の側壁３ａに設けられて前記チャンバ３内の大気を加熱させる。さらに具体的に、前記液体５内に入れた半導体基板（図示しない）が前記チャンバの内部に向けて上昇されれば、 前記ヒータは前記半導体基板の表面に残存する液体を加熱させて前記液体内の水分を蒸発させる。前記ヒータは前記分配器１１上に位置する赤外線ランプ１３及び前記赤外線ランプ１３上に位置する加熱ガス供給管１５を含むことが望ましい。これとは異なり、前記ヒータは前記赤外線ランプ１３または前記加熱ガス供給管１５だけで構成されることもできる。前記加熱ガス供給管１５は前記共沸混合物層の沸点より高い温度で加熱された不活性ガス、例えば熱い窒素ガスを噴出させる。
【００２８】
前記側壁３ａの所定の領域は排出穴４によって貫通される。前記チャンバ３の内部に前記有機溶媒及び熱い窒素ガスなどが流入されても、前記チャンバ３内の圧力は前記排出穴４に起因して、常に大気圧（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：１ａｔｍ）を維持する。前記排出穴４は図２に示したように、前記側壁３ａの上部に位置することが望ましい。前記ふた３ｂの下には乾燥ガス管１７が設けられる。前記チャンバ３内の半導体基板の表面上に存在する有機溶媒は前記乾燥ガス管１７を通じて排出される乾燥ガスにより除去される。前記乾燥ガスは窒素ガスであり得る。
【００２９】
本発明は前記液槽１の上部の側壁に設けられた上部液体供給管７をさらに含むことができる。また、本発明は前記液槽１の基底部から分岐した排出管１ａをさらに含むことができる。前記分配器１１を通じて有機溶媒が供給される間、前記上部液体供給管７を通じて前記共沸混合物層５ａの下に新鮮な液体、すなわち新鮮な脱イオン水が供給されることが望ましい。この場合に、前記液槽１内の汚染した液体及び汚染した共沸混合物層は前記排出管１ａを通じてドレインされる。これによって、前記液槽１内で下部への流れが生成されるので“ドラッグ洗浄”效果を得ることができる。前記排出管１ａの所定の領域にはバルブ１９が設けられることが望ましい。前記液槽１内の液体５は前記バルブ１９をオープンさせることによって排出される。
【００３０】
さらに、前記液槽１の基底部上に下部液体供給管９が追加に設置されることができる。前記下部液体供給管９は前記液槽１内の半導体基板をリンスさせる間新鮮な脱イオン水を提供する。
【００３１】
次に、図２に示した乾燥装置を使用して半導体基板を乾燥させる方法を説明する。
【００３２】
図３乃至図９は本発明の実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【００３３】
図３を参照すれば、前記液槽１内に貯蔵された脱イオン水５内に半導体基板２１をつける。次に、前記下部液体供給管９を通じて前記液槽１の内部に新鮮な脱イオン水を持続的に供給して前記半導体基板２１をリンスさせる。前記リンス工程間前記液槽１内の脱イオン水はオーバーフローされることができる。
【００３４】
図４を参照すれば、前記リンス工程を完了した後に、前記分配器１１を通じて前記脱イオン水５の表面に有機溶媒、すなわちイソプロピルアルコールを供給する。前記イソプロピルアルコールは気体状態または液体状態で供給されることができる。これによって、前記脱イオン水５の表面にイソプロピルアルコール共沸混合物層（ＩＰＡ ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｌａｙｅｒ：５ａ）が形成され、前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａ上にイソプロピルアルコール層１１ａが形成される。前記分配器１１を通じて供給される前記イソプロピルアルコールの濃度は前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａの濃度より高いことが望ましい。すなわち、前記イソプロピルアルコール層１１ａ内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度は９０Ｖｏｌ．％より高いことが望ましい。
【００３５】
前記イソプロピルアルコールが前記分配器１１を通じて供給される間、前記上部液体供給管７を通じて前記液槽内に新鮮な脱イオン水を持続的に供給して前記排出管１ａを通じて前記液槽内の脱イオン水をドレインさせることが望ましい。これによって、前記液槽１内の汚染した脱イオン水及び汚染した共沸混合物が前記排出管１ａを通じてドレインされるので“ドラッグ洗浄”效果を得ることができる。結果的に、前記脱イオン水５内のパーチクルが前記半導体基板２１の表面に再吸着されることを防止して、前記半導体基板２１上に残存するパーチクルを效率的に除去することができる。前記液槽１内の脱イオン水が前記排出管１ａを通じてドレインされても、前記上部液体供給管７及び前記分配器１１を通じて新鮮な脱イオン水及び新鮮なイソプロピルアルコールが各々持続的に供給される。これによって、前記脱イオン水５の表面には常に新しいイソプロピルアルコール共沸混合物層５ａが形成され、前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａ上には新しいイソプロピルアルコール層１１ａが形成される。
【００３６】
図５及び図９を参照すれば、前記分配器１１及び前記上部液体供給管７を通じて前記イソプロピルアルコール及び前記脱イオン水を持続的に供給する間、前記半導体基板２１をゆっくり上昇させる。これに加えて、前記赤外線ランプ１３をターンオンさせて前記イソプロピル層１１ａ上に赤外線１３ａを照射し、前記加熱ガス供給管１５を通じて熱い窒素ガス１５ａを前記チャンバ３の内部に噴射させる。前記半導体基板２１が前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａを過ぎる間、前記半導体基板２１の表面に吸着された脱イオン水は前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａに置き換えられる。結果的に、前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａを貫通する前記半導体基板２１の表面に残存する水分の濃度は １００Ｖｏｌ．％から１０Ｖｏｌ．％に減少される。
【００３７】
続いて、前記半導体基板２１が前記イソプロピルアルコール層１１ａを過ぎる間、前記半導体基板２１の表面に残存する水分の濃度は１０Ｖｏｌ．％より低くなる。これによって、前記イソプロピルアルコールの濃度の差に起因して前記半導体基板２１の表面に表面張力の差が発生する。結果的に、マランゴニ原理に基礎した乾燥工程が実施される。しかし、このようなマランゴニ原理による乾燥工程が、図９に示したように、コンタクトホールのようなリセスされた領域２５を有するパターニングされた基板に適用される場合に、前記リセスされた領域２５内の水分は完全に除去されない。
【００３８】
図６及び図９を参照すれば、前記イソプロピルアルコール層１１ａの上部に上昇された半導体基板２１の表面は前記赤外線１３ａ 及び前記熱い窒素ガス１５ａによって加熱される。これによって、前記半導体基板２１の表面に残存するイソプロピルアルコール溶液の温度がそれの沸点に到逹して沸騰し始める。ここで、前記イソプロピルアルコール溶液の濃度は９０Ｖｏｌ．％より高い。したがって、図１の説明のように、前記イソプロピルアルコール層１１ａを過ぎる半導体基板２１の表面に残存するイソプロピルアルコール溶液を前記ヒータを使用して加熱することによって、前記半導体基板２１上の水分を完全に蒸発させることができる。結果的に、前記半導体基板２１の表面上にイソプロピルアルコールのみが残存する。特に、９０Ｖｏｌ．％より高い濃度を有するイソプロピルアルコール溶液を気化させる工程を実施する場合に、前記リセス領域２５内に残存する水分を完全に除去することが可能である。前記加熱工程が実施される間、前記上部液体供給管７を通じて前記液槽１内に持続的に新鮮な脱イオン水が供給され、前記液槽１内の汚染した脱イオン水及び汚染した共沸混合層は前記排出管１ａを通じてドレインされる。
【００３９】
図７及び図９を参照すれば、前記半導体基板２１が前記イソプロピルアルコール層１１ａの上部に完全に上昇されるまで、前記加熱工程を持続的に実施して前記半導体基板２１の全面上に残存する水分を完全に除去する。次に、前記乾燥ガス管１７を通じて前記チャンバ３の内部に乾燥ガス１７ａ、すなわち窒素ガスを注入する。これによって、前記半導体基板２１の表面上に残存するイソプロピルアルコールが除去される。前記乾燥ガスを注入する間、前記イソプロピルアルコール及び前記赤外線１３ａを持続的に供給して前記チャンバ３の内壁に残存する水分をイソプロピルアルコールに置き換えることが望ましい。これに加えて、前記乾燥ガスを供給する間、前記上部液体供給管７を通じる脱イオン水の供給なしに、前記液槽１内の脱イオン水５を前記排出管１ａを通じてドレインさせることが望ましい。
【００４０】
図８及び図９を参照すれば、前記液槽１内の脱イオン水５を完全にドレインさせた後に、前記乾燥ガス１７のみを供給して前記チャンバ３の内部及び前記液槽１の内部に残存するイソプロピルアルコールを完全に除去させる。
【００４１】
本発明は前記実施の形態に限定されず、当業者の水準で変形及び改良が可能である。例えば、前記有機溶媒はイソプロピルアルコールの以外にエチルグリコール（ｅｔｈｙｌｇｌｙｃｏｌ）、 一プロパノル（１−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、 ２プロパノル（２−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎｅ）、４オキシ４メチル２ペンタモン（４−ｈｙｄｒｏｘｙ−４−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｅｎｔａｍｏｎｅ）、１ブタノール（１−ｂｕｔａｎｏｌ）、２ブタノール（２−ｂｕｔａｎｏｌ）、メタノール（ｍｅｔｈａｎｏｌ）、エタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）、アセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）、ｎ−プロピルアルコール（ｎ−ｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）またはジメチルエーテル（ｄｉｍｅｔｈｌｅｔｈｅｒ）を含むことができる。
【００４２】
【発明の效果】
上述のように本発明によれば、共沸混合物層及び前記共沸混合物層より高い濃度を有する有機溶媒層を過ぎる半導体基板を加熱することによって、平かな半導体基板はもちろんパターニングされた半導体基板の全面上に残存する水分を完全に除去することができる。 これによって、乾燥工程の後に、半導体基板の表面にウォタマークのような表面欠陷が生成されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イソプロピルアルコール溶液の一般的な気化特性を示すグラフである。
【図２】本発明の望ましい実施の形態による乾燥装置を示す概略図である。
【図３】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図４】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図５】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図６】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図７】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図８】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図９】本発明による乾燥メカニズムを説明するための概路図である。
【符号の説明】
１…液槽
３…チャンバ
３ａ…側壁
３ｂ…ふた
５…液体
５ａ…共沸混合物層
９…下部液体供給管
１１…分配器
１１ａ…有機溶媒層
１３…赤外線ランプ
１５…加熱ガス供給管
１７…乾燥ガス管
１９…バルブ
２１…半導体基板
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板を乾燥させる装置及びこれを使用する乾燥方法に関するものであり、特に、共沸混合効果（共沸混合効果；ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｅｆｆｅｃｔ）を利用して半導体基板を乾燥させる装置及びこれを使用する乾燥方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湿式洗浄工程または湿式エッチング工程のような湿式工程は半導体素子の製造によく使用される。したがって、リンス工程及び乾燥工程は各々湿式工程で使用された化学溶液及びリンス工程で使用された脱イオン水を半導体基板から除去するために湿式工程の後に必ず進行されなければならない。
【０００３】
最近、マランゴニ原理（Ｍａｒａｎｇｏｎｉ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）が乾燥效率を極大化させるために、乾燥工程に広く利用されている。前記マランゴニ原理を利用する乾燥方法及び乾燥装備が下記特許文献１に“基板を乾燥させる方法及び装備”というタイトルでピスィキン（Ｆｉｓｈｋｉｎ）などにより開示されたことがある。ピスィキンなどによると、貯蔵容器内の脱イオン水は乾燥工程を実施する間、前記貯蔵容器の排出穴に設けられたバルブを通じて排出される。また、前記バルブは液体水位制御システムにより制御される。したがって、前記貯蔵容器内の液体の水位を漸次的に低めるためには、前記バルブを精緻に制御することが要求される。
【０００４】
これに加えて、下記特許文献２（Ｊａｐａｎｅｓｅ ｌａｉｄ−ｏｐｅｎ ｐａｔｅｎｔ ｎｕｍｂｅｒ１０−３３５２９９）は前記マランゴニ原理を利用するウェーハ乾燥装置を開示する。前記日本公開特許公報１０−３３５２９９によると、前記ウェーハ乾燥装置は半導体ウェーハが入れた脱イオン水上に密閉された空間を提供することができる密閉用液槽を含む。したがって、前記乾燥工程は前記密閉された空間内に乾燥ガスを流入させることによって進行される。この場合に、前記乾燥ガスは前記脱イオン水の水位を低めるために高圧で供給されなければならない。これによって、前記脱イオン水の水位を漸次的に低めるためには、前記乾燥ガスの圧力を精緻に調節することが要求される。
【０００５】
前記マランゴニ原理を利用する乾燥方法は、平らな表面を有する半導体基板を乾燥させるのには非常に效果的である。しかし、コンタクトホールのようなリセスされた領域、特に、狭くて深いリセスされた領域を有する半導体基板の表面を乾燥させるには限界がある。すなわち、前記リセスされた領域内の水分は前記マランゴニ原理を使用する乾燥方法が適用されても完全に除去されない。これによって、前記リセスされた領域内に残存する水分はウォタマーク（ｗａｔｅｒ ｍａｒｋｓ）と呼ばれる表面欠陷を生成させる。前記ウォタマークが基板の表面に生成されれば、半導体素子の収率が顕著に減少する。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，８８４，６４０号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３５２９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は半導体基板上の水分を效率的に除去するのに適する乾燥装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の課題は、半導体基板上の水分を效率的に除去させることができる乾燥方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を解決するために、本発明は乾燥装置を提供する。この装置は液体を貯蔵する液槽（ｗｅｔ ｂａｔｈ）及び前記液槽の上部に設けられたチャンバを含む。前記チャンバは前記液槽内に貯蔵された前記液体の上部に空間を提供する。また、本発明は前記液槽内に貯蔵された前記液体の表面に有機溶媒（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔ）を供給する分配器を含む。前記分配器器から供給される前記有機溶媒は前記液体の表面に共沸混合物層（ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｌａｙｅｒ）と共に前記共沸混合物層上に有機溶媒層を形成する。さらに、本発明は前記有機溶媒層及び前記有機溶媒層上の大気（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）を加熱させるヒータと共に前記チャンバ内に乾燥ガスを供給する乾燥ガス管を具備する。
【００１０】
前記分配器は前記チャンバの側壁に設けられ、前記液槽の上部側壁に隣接するように位置することが望ましい。前記有機溶媒は気体状態または液体状態で供給されることができる。また、前記ヒータは前記チャンバの内側壁に設けられ、前記分配器より高い地点に位置することが望ましい。前記乾燥ガス管は前記チャンバのふたの下に設けられることが望ましい。
【００１１】
前記有機溶媒層内に含有された前記有機溶媒の容量濃度（ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：ｖｏｌ．％）は前記共沸混合物層内に含有された前記有機溶媒の容量濃度より高いことが望ましい。また、前記有機溶媒層及び前記有機溶媒層上の大気は前記共沸混合物層の沸点より高い温度で加熱されることが望ましい。これに加えて、前記液体は半導体基板のリンス工程に広く使用される脱イオン水に該当させることができ、前記有機溶媒はイソプロピルアルコールであり得る。この場合に、前記共沸混合物層は前記脱イオン水及び前記イソプロピルアルコールの混合物（ｍｉｘｔｕｒｅ）である。ここで、前記共沸混合物層は一番安定した状態を維持する混合物として、１０Ｖｏｌ．％の脱イオン水と９０Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコールからなる。前記脱イオン水及びイソプロピルアルコールの共沸混合物層は８０℃の沸点（ｂｏｉｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を有する。
【００１２】
一方、前記有機溶媒層、すなわちイソプロピルアルコール層内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度は９０Ｖｏｌ．％より高い。これによって、前記イソプロピルアルコール層の沸点は８０℃より高い。このようなイソプロピルアルコール層が加熱されて気化する場合に蒸発するイソプロピルアルコールの量よりはむしろ蒸発する脱イオン水の量がさらに多いというのは広く知られている。 したがって、前記脱イオン水内に入れた半導体基板を上昇させ、前記共沸混合物層及び前記イソプロピルアルコール層を過ぎる半導体基板の表面を加熱させれば、前記半導体基板に残存する水分の濃度は徐々に低くなる。結果的に、前記半導体基板が前記チャンバの内部に完全に上昇されれば、前記半導体基板の表面に残存する水分は完全に除去される。特に、本発明によれば、コンタクトホールを有するパターニングされた半導体基板の表面に残存する水分を完全に除去するのに非常に效率的である。
【００１３】
さらに、前記液槽の上部側壁に上部液体供給管が追加に設置されることもできる。前記上部液体供給管は前記液槽内の半導体基板が上昇する間、前記共沸混合物層の下に新鮮な液体（ｒｅｆｒｅｓｈ ｆｌｕｉｄ）、すなわち新鮮な脱イオン水を持続的に供給する。この時に、前記液槽内の液体は前記液槽の基底部から分岐した排出管を通じてドレインされることが望ましい。これによって、前記液槽内で前記液体の下部への流れ（ｄｏｗｎｗａｒｄ ｓｔｒｅａｍ）が発生する。結果的に、前記半導体基板の表面に吸着されたパーチクルはもちろん汚染した共沸混合物及び汚染した液体が前記排出管を通じて持続的にドレインされて洗浄效率をもっと増大させることができる。このような洗浄は “ドラッグ洗浄（ｄｒａｇ ｃｌｅａｎｉｎｇ）”と呼ばれる。前記ドラッグ洗浄が実施される間、前記分配器から有機溶媒が持続的に供給される。したがって、前記液体の表面に常に新しい共沸混合物層が形成される。
【００１４】
また、前記液槽の基底部上に下部液体供給管が追加に設置されることもできる。前記下部液体供給管は前記分配器から有機溶媒が噴出される前に、前記液槽内に新鮮な液体、例えば新鮮な脱イオン水を供給する。これによって、前記液槽内にローディングされた半導体基板をリンスさせることができる。
【００１５】
前記他の技術的課題を解決するために、本発明は液槽を有する乾燥装置を使用して半導体基板を乾燥させる方法を提供する。この方法は前記液槽内に貯蔵された脱イオン水内に前記半導体基板をつけることを含む。次に、前記脱イオン水の表面に有機溶媒を供給する。これによって、前記脱イオン水の表面に前記脱イオン水及び前記有機溶媒の共沸混合物層が形成され、前記共沸混合物層上に有機溶媒層が形成される。前記半導体基板は上昇されて前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過する。前記有機溶媒がイソプロピルアルコールである場合に、前記共沸混合物層は脱イオン水及びイソプロピルアルコールの混合物であり、前記脱イオン水及びイソプロピルアルコールの容量比率は１：９である。また、前記有機溶媒層内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度は９０Ｖｏｌ．％より高い。これによって、前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過する半導体基板の表面に残存する液体内の水分の容量濃度１０Ｖｏｌ．％より低い。
【００１６】
続いて、前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過する半導体基板の表面を加熱させて前記半導体基板に残存する液体を気化させる。その結果、前記半導体基板上に残存する液体内の水分は前記液体内のイソプロピルアルコールよりむしろもっと多く蒸発する。これによって、前記有機溶媒が持続的に供給され、前記有機溶媒層の上部に上昇される半導体基板が持続的に加熱されれば、前記半導体基板上の水分が除去される。前記半導体基板を前記有機溶媒層の上部に完全に上昇させた後に、 前記半導体基板の表面に乾燥ガスを供給する。その結果、前記半導体基板上に残存する有機溶媒が除去される。
【００１７】
望ましくは、前記有機溶媒が供給され、前記半導体基板が上昇される間に、前記共沸混合物層の下に新鮮な脱イオン水を持続的に供給する。この時に、前記液槽の基底部から分岐した排出管を通じて前記液槽内の脱イオン水を持続的にドレインさせる。これによって、前記液槽内の汚染した脱イオン水とともに汚染した共沸混合物層も前記排出管を通じてドレインされる。結果的に、前記液槽内で前記脱イオン水の下部への流れが形成されるので、“ドラッグ洗浄”效果を追加に得ることができる。前記“ドラッグ洗浄”が実施される間、前記有機溶媒は持続的に供給される。したがって、前記脱イオン水の表面上には常に新鮮な共沸混合物層が生成され、前記新鮮な共沸混合物層上には常に新鮮な有機溶媒層が生成される。
【００１８】
これに加えて、前記乾燥ガスを供給する間、少なくとも前記有機溶媒を持続的に供給すると同時に、前記液槽内の液体を前記排出管を通じてドレインさせることが望ましい。これによって、前記液槽内に残留する水分を前記有機溶媒に置き換えることができる。
【００１９】
さらに、前記液槽内の液体を完全にドレインさせた後に、前記乾燥ガスのみを持続的に供給することが望ましい。これによって、前記半導体基板上に、そして前記液槽内に残存する有機溶媒を完全に除去することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施の形態に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施の形態は開示された内容が徹底して完全化されるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達するようにするために提供されるものである。明細書の全体にわたって同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
【００２１】
図１は本発明に使用される有機溶媒溶液のうちの一つであるイソプロピルアルコール溶液の気化特性を説明するためのグラフである。図１において、横軸はイソプロピルアルコール溶液の容量濃度を示し、縦軸は前記イソプロピルアルコール溶液の容量濃度による沸点を示す。
【００２２】
図１を参照すれば、イソプロピルアルコール溶液は水（脱イオン水）及びイソプロピルアルコールの混合物である。前記イソプロピルアルコール溶液の共沸混合物は１０Ｖｏｌ．％の水及び９０Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコールの混合物である。前記イソプロピルアルコール共沸混合物の沸点は図１に示したように、８０℃である。このようなイソプロピルアルコール共沸混合物を気化させれば、前記気化したイソプロピルアルコールの濃度は常に前記イソプロピルアルコール共沸混合物の濃度と同一である。しかし、前記イソプロピルアルコール濃度が９０Ｖｏｌ．％より高い、または低いイソプロピルアルコール溶液を気化させれば、前記気化したイソプロピルアルコールの濃度は前記イソプロピルアルコール溶液の濃度と異なる。これは、図１に示したように、前記イソプロピルアルコール溶液の濃度が９０Ｖｏｌ．％より低い、または高い場合に、前記イソプロピルアルコール溶液の沸点はそれの気化点より低いからである。すなわち、前記イソプロピルアルコール溶液の濃度が９０Ｖｏｌ．％より低い、または高い場合に、前記イソプロピルアルコール溶液の沸点を表示する第１曲線１ａ、１ｂは前記イソプロピルアルコール溶液の気化点を表示する第２曲線３ａ、３ｂより低い温度を示す。
【００２３】
例えば、５０Ｖｏｌ．％の濃度を有するイソプロピルアルコール溶液の温度が図１の第１ 曲線１ａ上でそれの沸点に到逹すれば、前記イソプロピルアルコール溶液は沸騰し始める。この時に、前記イソプロピルアルコールは水に比べて相対的にもっと多く蒸発する。これによって、前記蒸発したイソプロピルアルコール気体（ＩＰＡ ｇａｓ）内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度Ａは５０Ｖｏｌ．％より高くなる。結果的に、前記沸騰しているイソプロピルアルコール溶液内に残存する水の容量濃度は５０Ｖｏｌ．％より高くなる。
【００２４】
一方、９０Ｖｏｌ．％乃至１００Ｖｏｌ．％の範囲のイソプロピルアルコール濃度、例えば９５Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコール濃度を有するイソプロピルアルコール溶液の温度が前記第１曲線１ｂ上でそれの沸点に到逹すれば、前記イソプロピルアルコール溶液も沸騰し始める。しかし、この場合に、前記蒸発したイソプロピルアルコール気体内に含有された水の容量濃度Ｂは５Ｖｏｌ．％より高くなる。結果的に、前記沸いているイソプロピルアルコール溶液内に残存する水の容量濃度は５Ｖｏｌ．％より低くなる。
【００２５】
図２は本発明の望ましい実施の形態による乾燥装置を示す概路図である。
【００２６】
図２を参照すれば、脱イオン水のような液体５を貯蔵する液槽１が提供される。前記液槽１の上部にチャンバ３が設けられる。前記チャンバ３は上／下部に向けて開口された側壁３ａ及び前記側壁３ａの上部開口部を覆うふた３ｂを含む。これによって、前記液槽１ 内の前記液体５の上部に前記チャンバ３によって囲まれた空間が提供される。前記液槽１の上部の側壁に隣接して分配器１１が位置する。前記分配器１１は前記チャンバ３の側壁３ａに設置されることができる。前記分配器１１は前記液体５の表面に有機溶媒を供給する。前記有機溶媒が前記分配器１１を通じて供給されれば、前記液体５の表面に安定した状態を有する共沸混合物層５ａが形成され、前記共沸混合物層５ａ上に有機溶媒層１１ａが形成される。前記液体５が脱イオン水であり、前記有機溶媒がイソプロピルアルコールであれば、前記脱イオン水５の表面にイソプロピルアルコール共沸混合物層ＩＰＡ ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｌａｙｅｒ）が形成される。前記イソプロピルアルコール共沸混合物層は９０Ｖｏｌ．％のイソプロピルアルコール濃度及び１０Ｖｏｌ．％の脱イオン水濃度を有する。前記有機溶媒は気体状態または液体状態で供給されることができる。前記分配器１１を通じて供給される有機溶媒の濃度は９０Ｖｏｌ．％より高いことが望ましい。
【００２７】
前記分配器１１の上部にヒータが配置される。前記ヒータは前記チャンバ３の側壁３ａに設けられて前記チャンバ３内の大気を加熱させる。さらに具体的に、前記液体５内に入れた半導体基板（図示しない）が前記チャンバの内部に向けて上昇されれば、 前記ヒータは前記半導体基板の表面に残存する液体を加熱させて前記液体内の水分を蒸発させる。前記ヒータは前記分配器１１上に位置する赤外線ランプ１３及び前記赤外線ランプ１３上に位置する加熱ガス供給管１５を含むことが望ましい。これとは異なり、前記ヒータは前記赤外線ランプ１３または前記加熱ガス供給管１５だけで構成されることもできる。前記加熱ガス供給管１５は前記共沸混合物層の沸点より高い温度で加熱された不活性ガス、例えば熱い窒素ガスを噴出させる。
【００２８】
前記側壁３ａの所定の領域は排出穴４によって貫通される。前記チャンバ３の内部に前記有機溶媒及び熱い窒素ガスなどが流入されても、前記チャンバ３内の圧力は前記排出穴４に起因して、常に大気圧（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：１ａｔｍ）を維持する。前記排出穴４は図２に示したように、前記側壁３ａの上部に位置することが望ましい。前記ふた３ｂの下には乾燥ガス管１７が設けられる。前記チャンバ３内の半導体基板の表面上に存在する有機溶媒は前記乾燥ガス管１７を通じて排出される乾燥ガスにより除去される。前記乾燥ガスは窒素ガスであり得る。
【００２９】
本発明は前記液槽１の上部の側壁に設けられた上部液体供給管７をさらに含むことができる。また、本発明は前記液槽１の基底部から分岐した排出管１ａをさらに含むことができる。前記分配器１１を通じて有機溶媒が供給される間、前記上部液体供給管７を通じて前記共沸混合物層５ａの下に新鮮な液体、すなわち新鮮な脱イオン水が供給されることが望ましい。この場合に、前記液槽１内の汚染した液体及び汚染した共沸混合物層は前記排出管１ａを通じてドレインされる。これによって、前記液槽１内で下部への流れが生成されるので“ドラッグ洗浄”效果を得ることができる。前記排出管１ａの所定の領域にはバルブ１９が設けられることが望ましい。前記液槽１内の液体５は前記バルブ１９をオープンさせることによって排出される。
【００３０】
さらに、前記液槽１の基底部上に下部液体供給管９が追加に設置されることができる。前記下部液体供給管９は前記液槽１内の半導体基板をリンスさせる間新鮮な脱イオン水を提供する。
【００３１】
次に、図２に示した乾燥装置を使用して半導体基板を乾燥させる方法を説明する。
【００３２】
図３乃至図９は本発明の実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【００３３】
図３を参照すれば、前記液槽１内に貯蔵された脱イオン水５内に半導体基板２１をつける。次に、前記下部液体供給管９を通じて前記液槽１の内部に新鮮な脱イオン水を持続的に供給して前記半導体基板２１をリンスさせる。前記リンス工程間前記液槽１内の脱イオン水はオーバーフローされることができる。
【００３４】
図４を参照すれば、前記リンス工程を完了した後に、前記分配器１１を通じて前記脱イオン水５の表面に有機溶媒、すなわちイソプロピルアルコールを供給する。前記イソプロピルアルコールは気体状態または液体状態で供給されることができる。これによって、前記脱イオン水５の表面にイソプロピルアルコール共沸混合物層（ＩＰＡ ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｌａｙｅｒ：５ａ）が形成され、前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａ上にイソプロピルアルコール層１１ａが形成される。前記分配器１１を通じて供給される前記イソプロピルアルコールの濃度は前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａの濃度より高いことが望ましい。すなわち、前記イソプロピルアルコール層１１ａ内に含有されたイソプロピルアルコールの容量濃度は９０Ｖｏｌ．％より高いことが望ましい。
【００３５】
前記イソプロピルアルコールが前記分配器１１を通じて供給される間、前記上部液体供給管７を通じて前記液槽内に新鮮な脱イオン水を持続的に供給して前記排出管１ａを通じて前記液槽内の脱イオン水をドレインさせることが望ましい。これによって、前記液槽１内の汚染した脱イオン水及び汚染した共沸混合物が前記排出管１ａを通じてドレインされるので“ドラッグ洗浄”效果を得ることができる。結果的に、前記脱イオン水５内のパーチクルが前記半導体基板２１の表面に再吸着されることを防止して、前記半導体基板２１上に残存するパーチクルを效率的に除去することができる。前記液槽１内の脱イオン水が前記排出管１ａを通じてドレインされても、前記上部液体供給管７及び前記分配器１１を通じて新鮮な脱イオン水及び新鮮なイソプロピルアルコールが各々持続的に供給される。これによって、前記脱イオン水５の表面には常に新しいイソプロピルアルコール共沸混合物層５ａが形成され、前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａ上には新しいイソプロピルアルコール層１１ａが形成される。
【００３６】
図５及び図９を参照すれば、前記分配器１１及び前記上部液体供給管７を通じて前記イソプロピルアルコール及び前記脱イオン水を持続的に供給する間、前記半導体基板２１をゆっくり上昇させる。これに加えて、前記赤外線ランプ１３をターンオンさせて前記イソプロピル層１１ａ上に赤外線１３ａを照射し、前記加熱ガス供給管１５を通じて熱い窒素ガス１５ａを前記チャンバ３の内部に噴射させる。前記半導体基板２１が前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａを過ぎる間、前記半導体基板２１の表面に吸着された脱イオン水は前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａに置き換えられる。結果的に、前記イソプロピルアルコール共沸混合物層５ａを貫通する前記半導体基板２１の表面に残存する水分の濃度は １００Ｖｏｌ．％から１０Ｖｏｌ．％に減少される。
【００３７】
続いて、前記半導体基板２１が前記イソプロピルアルコール層１１ａを過ぎる間、前記半導体基板２１の表面に残存する水分の濃度は１０Ｖｏｌ．％より低くなる。これによって、前記イソプロピルアルコールの濃度の差に起因して前記半導体基板２１の表面に表面張力の差が発生する。結果的に、マランゴニ原理に基礎した乾燥工程が実施される。しかし、このようなマランゴニ原理による乾燥工程が、図９に示したように、コンタクトホールのようなリセスされた領域２５を有するパターニングされた基板に適用される場合に、前記リセスされた領域２５内の水分は完全に除去されない。
【００３８】
図６及び図９を参照すれば、前記イソプロピルアルコール層１１ａの上部に上昇された半導体基板２１の表面は前記赤外線１３ａ 及び前記熱い窒素ガス１５ａによって加熱される。これによって、前記半導体基板２１の表面に残存するイソプロピルアルコール溶液の温度がそれの沸点に到逹して沸騰し始める。ここで、前記イソプロピルアルコール溶液の濃度は９０Ｖｏｌ．％より高い。したがって、図１の説明のように、前記イソプロピルアルコール層１１ａを過ぎる半導体基板２１の表面に残存するイソプロピルアルコール溶液を前記ヒータを使用して加熱することによって、前記半導体基板２１上の水分を完全に蒸発させることができる。結果的に、前記半導体基板２１の表面上にイソプロピルアルコールのみが残存する。特に、９０Ｖｏｌ．％より高い濃度を有するイソプロピルアルコール溶液を気化させる工程を実施する場合に、前記リセス領域２５内に残存する水分を完全に除去することが可能である。前記加熱工程が実施される間、前記上部液体供給管７を通じて前記液槽１内に持続的に新鮮な脱イオン水が供給され、前記液槽１内の汚染した脱イオン水及び汚染した共沸混合層は前記排出管１ａを通じてドレインされる。
【００３９】
図７及び図９を参照すれば、前記半導体基板２１が前記イソプロピルアルコール層１１ａの上部に完全に上昇されるまで、前記加熱工程を持続的に実施して前記半導体基板２１の全面上に残存する水分を完全に除去する。次に、前記乾燥ガス管１７を通じて前記チャンバ３の内部に乾燥ガス１７ａ、すなわち窒素ガスを注入する。これによって、前記半導体基板２１の表面上に残存するイソプロピルアルコールが除去される。前記乾燥ガスを注入する間、前記イソプロピルアルコール及び前記赤外線１３ａを持続的に供給して前記チャンバ３の内壁に残存する水分をイソプロピルアルコールに置き換えることが望ましい。これに加えて、前記乾燥ガスを供給する間、前記上部液体供給管７を通じる脱イオン水の供給なしに、前記液槽１内の脱イオン水５を前記排出管１ａを通じてドレインさせることが望ましい。
【００４０】
図８及び図９を参照すれば、前記液槽１内の脱イオン水５を完全にドレインさせた後に、前記乾燥ガス１７のみを供給して前記チャンバ３の内部及び前記液槽１の内部に残存するイソプロピルアルコールを完全に除去させる。
【００４１】
本発明は前記実施の形態に限定されず、当業者の水準で変形及び改良が可能である。例えば、前記有機溶媒はイソプロピルアルコールの以外にエチルグリコール（ｅｔｈｙｌｇｌｙｃｏｌ）、 一プロパノル（１−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、 ２プロパノル（２−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎｅ）、４オキシ４メチル２ペンタモン（４−ｈｙｄｒｏｘｙ−４−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｅｎｔａｍｏｎｅ）、１ブタノール（１−ｂｕｔａｎｏｌ）、２ブタノール（２−ｂｕｔａｎｏｌ）、メタノール（ｍｅｔｈａｎｏｌ）、エタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）、アセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）、ｎ−プロピルアルコール（ｎ−ｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）またはジメチルエーテル（ｄｉｍｅｔｈｌｅｔｈｅｒ）を含むことができる。
【００４２】
【発明の效果】
上述のように本発明によれば、共沸混合物層及び前記共沸混合物層より高い濃度を有する有機溶媒層を過ぎる半導体基板を加熱することによって、平かな半導体基板はもちろんパターニングされた半導体基板の全面上に残存する水分を完全に除去することができる。 これによって、乾燥工程の後に、半導体基板の表面にウォタマークのような表面欠陷が生成されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イソプロピルアルコール溶液の一般的な気化特性を示すグラフである。
【図２】本発明の望ましい実施の形態による乾燥装置を示す概略図である。
【図３】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図４】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図５】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図６】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図７】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図８】本発明の望ましい実施の形態による乾燥方法を説明するための概路図である。
【図９】本発明による乾燥メカニズムを説明するための概路図である。
【符号の説明】
１…液槽
３…チャンバ
３ａ…側壁
３ｂ…ふた
５…液体
５ａ…共沸混合物層
９…下部液体供給管
１１…分配器
１１ａ…有機溶媒層
１３…赤外線ランプ
１５…加熱ガス供給管
１７…乾燥ガス管
１９…バルブ
２１…半導体基板
Claims (47)
- 半導体基板を洗浄する液体を貯蔵するための液槽と、
前記液槽の上部に位置し、前記液体上に蒸気が存在できる空間を制限するチャンバと、
前記液体の表面に共沸混合物層を形成し、前記共沸混合物層上に有機溶媒層を形成させるために、前記液槽内の前記液体の表面に有機溶媒を供給することができる有機溶媒供給装置と、
前記有機溶媒層と前記蒸気が存在することができる空間を加熱するためのヒータと、
前記チャンバ内に乾燥ガスを供給させることができる乾燥ガス管とをさらに含むことを特徴とする半導体基板の乾燥装置。 - 前記チャンバは、
上部開口部と下部開口部を有する側壁及び前記上部開口部を覆うふたを含み、前記側壁は排出穴を有することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記乾燥装置は、
前記液槽内に前記液体を供給させることができる液体供給管をさらに含み、前記液体供給管は前記液槽の側壁に位置することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記乾燥装置は、
前記液槽から出た排出管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記乾燥装置は、
前記排出管に位置したバルブをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の乾燥装置。 - 前記乾燥装置は、
前記液槽内に前記液体を供給するために、前記液槽に入れる液体供給管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記有機溶媒供給装置は、
チャンバの側壁に位置することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記ヒータは、
チャンバの側壁に位置し、前記有機溶媒供給装置よりさらに高いところに位置することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記ヒータは、
前記有機溶媒供給装置よりさらに高いところに位置した赤外線ランプであることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記ヒータは、
前記赤外線ランプよりさらに高いところに位置した加熱ガス供給管を含み、前記加熱ガス供給管は前記共沸混合物層の沸点よりさらに高い温度で加熱された不活性ガスを供給させることを特徴とする請求項９に記載の乾燥装置。 - 前記ヒータは、
前記有機溶媒供給装置よりさらに高いところに位置した加熱ガス供給管を含み、前記加熱ガス供給管は前記共沸混合物層の沸点より高い温度で加熱された不活性ガスを供給させることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記乾燥ガス管は、
前記チャンバのふたの下に位置することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記液体は、
脱イオン水であることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記有機溶媒は、
イソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記共沸混合物層は
脱イオン水及びイソプロピルアルコールの混合物として、前記脱イオン水対イソプロピルの容量比が１：９であることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記有機溶媒は、
気体状態または液体状態であることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記有機溶媒層で有機溶媒の容量濃度は、
前記共沸混合物層で有機溶媒の容量濃度よりさらに高いことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 前記乾燥ガスは、
窒素元素を含むガスであることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。 - 液体の中に半導体基板を入れる段階は、
前記液体の表面に共沸混合物層を形成し、前記共沸混合物層上に有機溶媒層をさらに形成するために前記液体の表面に有機溶媒を供給する段階と、
前記液体、前記共沸混合物層及び前記有機溶媒層を通過して前記半導体基板を持ち上げる段階と、
前記半導体基板の表面に残存する前記液体を除去するために、前記有機溶媒層を通過して前記半導体基板が過ぎる時に、前記半導体基板を加熱する段階と、
前記半導体基板が前記有機溶媒層を通過して持ち上げられた後に、前記半導体基板の表面に残存する前記有機溶媒を除去するために前記半導体基板の表面を乾燥ガスで処理する段階とを含むことを特徴とする半導体基板の乾燥方法。 - 前記有機溶媒を供給する段階の前に、前記半導体基板をリンスさせる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。
- 前記半導体基板をリンスさせる段階は、
液体を続けて供給することによって実行し、前記液体の供給は前記半導体基板のリンスが完了した後に中断されることを特徴とする請求項２０に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒は、
イソプロピルアルコールであり、前記イソプロピルアルコールは気体状態または液体状態で供給されることを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層で前記イソプロピルアルコールの容量濃度は前記共沸混合物層で前記イソプロピルアルコールの容量濃度よりさらに高いことを特徴とする請求項２２に記載の乾燥装置。
- 前記乾燥方法は、
前記有機溶媒を供給しながら、前記半導体基板を持ち上げる間、前記共沸混合物層の下にある前記液体を続けて供給する段階をさらに含み、前記共沸混合物層の下にある前記液体を排出させて前記液体の下部の流れを生成させることを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面を加熱する段階は、
前記半導体基板の表面に赤外線を照射させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面を加熱する段階は、
前記半導体基板の表面に赤外線を照射させる段階と、
前記赤外線を通過する前記半導体基板の表面に前記共沸混合物層の沸点よりさらに高い温度で加熱された不活性ガスを供給する段階とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面を加熱する段階は、
前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面に前記共沸混合物層の沸点よりさらに高い温度で加熱された不活性ガスを供給する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記乾燥ガスは、
窒素ガスであることを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記乾燥方法は、
前記乾燥ガスを供給する間、少なくとも前記有機溶媒を続けて供給し、前記液体を排出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の乾燥方法。 - 前記乾燥方法は、
前記液体を排出した後に、前記半導体基板上に残存する前記有機溶媒を除去するために乾燥ガスのみを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の乾燥方法。 - 液槽に貯蔵された脱イオン水の中に半導体基板を入れる段階と、
前記脱イオン水の表面に共沸混合物層を形成し、前記共沸混合物層上に有機溶媒層をさらに形成するために前記脱イオン水の表面に有機溶媒を供給する段階と、
前記有機溶媒層を通過して前記半導体基板を持ち上げる段階と、
前記半導体基板の表面で脱イオン水を除去するために前記有機溶媒層を通過して前記半導体基板が過ぎる時に、前記半導体基板を加熱する段階と、
前記半導体基板が前記有機溶媒層を通過して持ち上げられた後に、前記半導体基板の表面に残存する前記有機溶媒を除去するために前記半導体基板の表面に乾燥ガスを供給する段階とを含むことを特徴とする半導体基板の乾燥方法。 - 前記乾燥方法は、
前記有機溶媒を供給する段階の前に、前記半導体基板をリンスさせる段階をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の乾燥方法。 - 前記半導体基板をリンスさせることは、
液槽に位置する下部液体供給管を通じて液槽内に脱イオン水を続けて供給することによって実行され、前記脱イオン水の供給は前記下部液体供給管を通じて供給し、前記半導体基板のリンスが完了した後に中断することを特徴とする請求項３２に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒は、
イソプロピルアルコールであり、前記イソプロピルアルコールは気体状態または液体状態で供給されることを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒は、
前記液槽の側壁に位置した分配器を通じて供給されることを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層で前記イソプロピルアルコールの容量濃度は前記共沸混合物層で前記イソプロピルアルコールの容量濃度よりさらに高いことを特徴とする請求項３４に記載の乾燥装置。
- 前記乾燥方法は、
前記有機溶媒を供給しながら、前記半導体基板を液槽内の前記有機溶媒を通じて持ち上げる間、共沸混合物層の下にある脱イオン水を続けて供給する段階をさらに含み、前記液槽内の前記脱イオン水が前記液槽にある排出管を通じて排出されることを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶層を通過する前記半導体基板の表面を加熱する段階は、
前記半導体基板の表面に赤外線を照射させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面を加熱する段階は、
前記半導体基板の表面に赤外線を照射させる段階と、
前記赤外線を通過する前記半導体基板の表面に、前記共沸混合物層の沸点よりさらに高い温度で加熱された不活性ガスを供給する段階とを含むことを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面を加熱する段階は、
前記有機溶媒層を通過する前記半導体基板の表面に、前記共沸混合物の沸点よりさらに高い温度で加熱された不活性ガスを供給する段階とを含むことを特徴とする請求項３１に記載の乾燥不法。 - 前記乾燥ガスは、
窒素ガスであることを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記乾燥方法は、
前記乾燥ガスを供給する間、少なくとも前記有機溶媒を続けて供給し、前記液槽にある排出穴を通じて前記液槽内の前記脱イオン水を排出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の乾燥方法。 - 前記乾燥方法は、
前記液槽内の前記脱イオン水を排出した後に、前記半導体基板上と前記液槽内で前記有機溶媒を除去するために但し乾燥ガスのみを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４２に記載の乾燥方法。 - 液槽に貯蔵された脱イオン水の中に半導体基板を入れる段階と、
前記脱イオン水の表面に共沸混合物層を形成し、前記共沸混合物層上に有機溶媒層をさらに形成するために、前記脱イオン水の表面に有機溶媒を供給する段階と、
前記有機溶媒層を通じて前記半導体基板を移動させる段階と、
前記半導体基板の表面に脱イオン水を除去するために前記有機溶媒層を通過して前記半導体基板が過ぎる時に、前記半導体基板を加熱する段階とを含むことを特徴とする請求項４４に記載の液槽を有する乾燥装置を使用する半導体基板の乾燥方法。 - 前記乾燥方法は、
前記半導体基板が前記有機溶媒層を通過して移動された後に、前記半導体基板の表面に残存する前記有機溶媒を除去するために前記半導体基板の表面に乾燥ガスを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の乾燥方法。 - 液体を貯蔵するための液槽と、
前記液槽の上部に位置し、前記液体上の空間を制限するチャンバと、
前記液体の表面に共沸混合物層を形成し、前記共沸混合物層上に有機溶媒層を形成させるために、前記液槽内の前記液体の表面に有機溶媒を供給することができる有機溶媒供給装置と、
前記有機溶媒層と前記空間で前記有機溶媒層上の大気を加熱するためのヒータとを含むことを特徴とする半導体基板の乾燥装置。 - 前記乾燥方法は、
前記チャンバ内に乾燥ガスを供給することができる乾燥ガス管をさらに含んでいることを特徴とする請求項４４に記載の乾燥方法。
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