KR100753959B1 - 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법 - Google Patents

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안종팔
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Abstract

본 발명은 습식 공정 후에 기판표면에 존재하는 순수나 습기를 건조공정을 통해 용이하게 제거할 수 있도록 하는 기판 건조장치 및 이를 이용한 기판 건조방법에 관한 것으로서, 순수 공급수단을 구비하며, 그 내부에서 기판의 세정이 이루어지도록 구성되는 세정조; 상기 세정조에서 세정된 상기 기판을 건조시키도록, 적어도 하나 이상의 노즐을 구비하고, 상기 노즐을 통하여 상기 기판에 건조기체가 분사되도록 구성되며, 어느 한 일부가 반구형상(dome-type)을 가지는 건조조; 및 상기 기판을 상기 세정조에서 상기 건조조로 이송하기 위한 이송수단;을 포함하여 이루어져, 가스반응 용기 내에 공급되어 지는 가스의 정량 공급을 균일하게 유지해주며, 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합 기체 및 불활성 가스를 교번하여 공급함으로써, 기판표면에 존재하는 수분 및 습기를 완전하게 제거하여 기판처리 공정에서의 불량을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.
기판, 세정, 극성유기용매, 건조, 불활성 가스

Description

기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법{Drying method using apparatus for drying substrate}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조장치의 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 도 1의 기판 건조장치의 노즐을 나타낸 투과사시도,
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법을 나타낸 개략도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10... 세정조, 30... 건조조,
50... 기체 공급원, 70,80,90... 노즐,
100...기판 건조장치, S... 기판.
본 발명은 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 습식 공정 후에 기판표면에 존재하는 순수나 습기를 건조공정을 통해 용이하게 제거할 수 있도록 하는 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조공정, LCD 제조공정 및 웨이퍼 제조공정 등과 같은 공정에서 수 회의 기판 습식세정공정이 수행되는데, 이 습식공정이 완료된 기판은 건조처리를 하여야 한다.
상기 기판의 건조는 다양한 장비를 이용하여 수행되고 있으며, 일례로 반도체 제조공정에서 기판을 건조시키기 위하여, 스핀건조기(Spin dryer), 이소프로필알코올 증기 건조기(IPA vapor dryer) 및 마란고니 건조기(Marangoni dryer)가 주로 사용되어져 왔다.
그러나, 스핀건조기(Spin dryer)는 회전에 의한 원심력을 이용하여 기판을 건조시키기 때문에 기판의 파손 및 원심력이 미치지 못하는 곳에서의 건조불량이 발생하는 문제가 발생한다.
또한, 이소프로필알코올 증기 건조기(IPA vapor dryer)는 유기용제인 이소프로필알코올을 180℃ 이상의 고온에서 가열하여 발생하는 증기를 이용하여 기판에 흡착되어 있는 순수를 치환하여 건조시키기 때문에 고온에 의한 발화성 유기용제의 화재위험 및 증기가 미치지 못하는 곳에서의 건조불량이 발생한다.
또한, 마란고니 건조기(Marangoni dryer)는 순수 표면에 이소프로필알코올 층을 형성하여 기판을 순수 표면 위로 상승시켜 순수와 이소프로필알코올의 표면장력 차이를 이용하여 건조가 이루어져, 순수 표면의 떨림 및 이소프로필알코올 층의 두께 변화에 의하여 건조불량이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 기판을 순수로써 세정한 뒤 기판의 표면에 존재하는 순수나 습기를 완전하게 제거하여 건조불량이 발생하지 않도록 하는 기판 건조장치 및 이를 이용한 기판 건조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기판 건조장치는, 순수 공급수단을 구비하며, 그 내부에서 기판의 세정이 이루어지도록 구성되는 세정조; 상기 세정조에서 세정된 상기 기판을 건조시키도록, 적어도 하나 이상의 노즐을 구비하고, 상기 노즐을 통하여 상기 기판에 건조기체가 분사되도록 구성되며, 어느 한 일부가 반구형상(dome-type)을 가지는 건조조; 및 상기 기판을 상기 세정조에서 상기 건조조로 이송하기 위한 이송수단;을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 세정조는 상기 건조조의 하단에 구비되며, 상기 이송수단은 승하강 이송수단이다.
또한, 상기 건조기체는 극성유기용매 및 불활성 가스 중 어느 하나 또는 혼합으로 이루어진다.
여기서, 상기 노즐 전단에는 불활성 가스 가열장치가 더 구비될 수 있으며, 상기 노즐 전단에는 유량조절수단이 더 구비될 수도 있다.
또한, 상기 노즐은 내부관 및 외부관으로 구성되는 이중관이고, 상기 내부관 및 상기 외부관 각각에는 다수의 가스 공급공이 형성되며, 상기 다수의 가스 공급공은 10 개 이상으로 형성되고, 상기 가스 공급공의 내경은 0.3~2 ㎜인 것이 바람 직하다.
또한, 본 발명에 따른 기판 건조장치는, 순수 공급수단을 구비하며, 그 내부에서 기판의 세정이 이루어지도록 구성되는 세정조; 상기 세정조에서 세정된 상기 기판을 건조시키도록, 적어도 하나 이상의 이중관 노즐을 구비하고, 상기 이중관 노즐을 통하여 상기 기판에 건조기체가 분사되도록 구성되는 건조조; 및 상기 기판을 상기 세정조에서 상기 건조조로 이송하기 위한 이송수단;을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 건조조는 그 어느 한 일부가 반구형상(dome-type)을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 세정조는 상기 건조조의 하단에 구비되며, 상기 이송수단은 승하강 이송수단이다.
이때, 상기 건조기체는 극성유기용매 및 불활성 가스 중 어느 하나 또는 혼합으로 이루어진다.
여기서, 상기 노즐 전단에는 불활성 가스 가열장치가 더 구비될 수 있고, 상기 노즐 전단에는 유량조절수단이 더 구비될 수도 있다.
또한, 상기 노즐은 내부관 및 외부관으로 구성되는 이중관이고, 상기 내부관 및 상기 외부관 각각에는 다수의 가스 공급공이 형성되며, 상기 다수의 가스 공급공은 10 개 이상으로 형성되고, 상기 가스 공급공의 내경은 0.3~2 ㎜인 것이 바람직하다.
본 발명에 따라서 기판 건조장치의 세정조에서 순수에 의해서 세정된 기판을 건조조에서 건조하는 기판 건조방법은, 상기 순수에 의해서 세정된 후에 상기 세정조에서 상기 건조조로 이송되는 상기 기판에 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합기체를 공급하여 상기 기판을 건조하는 제1건조단계; 상기 기판이 상기 건조조에 이송된 후에 상기 혼합기체의 공급을 중단하고 불활성 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제2건조단계; 상기 불활성 가스의 공급을 중단하고 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합기체를 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제3건조단계; 및 상기 혼합기체의 공급을 중단하고 불활성 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제4건조단계;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제1건조단계 내지 제4건조단계는 각각 10~120 초 동안 수행되며, 상기 제1건조단계 내지 제4건조단계는 각각 20~200 ℓ/min.의 유량으로서 건조되고, 상기 제1건조단계 내지 제4건조단계는 각각 20~250℃의 온도로서 건조되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제3건조단계 및 상기 제4건조단계는 순차적으로 2 회 이상 수행되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조장치(100)는, 순수 공급수단을 구비하며, 그 내부에서 기판의 세정이 이루어지도록 구성되는 세정조(10); 이 세정조(10)에서 세정된 상기 기판을 건조시키도록, 적어도 하나 이상의 노즐(70, 80, 90)을 구비하며, 노즐(70, 80, 90)을 통하여 상기 기판에 건조기체가 분사되도록 구성되는 건조조(30); 및 상기 기판을 세정조(10)에서 건조조(30)로 이송하기 위한 이송수단(미도시);을 포함하여 이루어진다.
기판 건조장치(100)는 기판의 세정이 이루어지는 세정조(10)와 세정이 이루어진 상기 기판을 건조시키는 건조조(30)로 구성된다. 액체로써 공정이 이루어지는 세정조(10)는 기체로써 공정이 이루어지는 건조조(30)의 하단에 구비되는 것이 바람직하다.
도면 상에는 미도시되었지만, 기판을 세정조(10)에서 건조조(30)로 이송하기 위한 이송수단이 더 구비되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 세정조(10)가 건조조(30)의 하단에 구비되므로, 상기 이송수단은 승하강 이송수단이며, 이 승하강 이송수단은 통상의 기판 이송수단일 수 있다.
세정조(10)에는 그 내부에 순수를 공급하여 기판이 세정되도록, 순수 공급수단을 구비한다. 이 순수 공급수단은 순수를 세정조(10)로 공급하는 순수 공급원(41)과 순수 공급원(41)에서 공급되는 순수를 이송하는 순수 공급관(42) 및 순수 공급관(42)을 통하여 이송되는 순수를 세정조(10) 내에 투입하도록 세정조(10)의 어느 한 부위에 구성되는 순수 공급공(11)으로 이루어진다.
요구되는 목적에 따라서, 순수 공급공(11)은 세정조(10) 내에 다수 개가 구비될 수도 있고, 순수를 가열하는 순수 가열수단 또한 더 포함되어 구비될 수 있으 며, 이외의 다른 추가 공급수단이 더 구비될 수도 있다.
건조조(30)는 세정조(10)의 상단에 배치되며, 그 내부에 기체 공급수단으로서의 다수의 노즐(70, 80, 90)이 구비된다. 이 노즐(70, 80, 90)은 다수 개가 구비되며, 필요에 따라 본 명세서의 도면 상에 도시된 노즐(70, 80, 90)보다 더 많은 수의 노즐이 구비될 수도 있다.
건조조(30)는 그 내부에 균일한 기체 공급 및 유지를 위하여 반구형상(dome type)을 가지는 것이 바람직하다.
건조조(30)에 건조 기체를 공급하기 위하여, 더 상세하게는, 건조조(30)의 노즐(70, 80, 90)에 건조 기체를 공급하기 위하여, 노즐(70, 80, 90)은 건조조(30)의 외부에 구성되는 기체 공급관(60)과 연결구성되며, 기체 공급관(60)은 기체 공급원(50)에서부터 건조 기체를 공급받아 노즐(70, 80, 90)을 통하여 건조조(30) 내로 건조 기체를 공급하도록 한다.
기체 공급원(50)은 불활성 가스 공급원(51)과 극성유기용매 공급원(55)을 포함한다. 극성유기용매 공급원(55)으로써 공급되는 건조기체로서의 극성유기용매는 기판 상에 흡착되어 있는 순수를 치환하여 건조시키도록 하며, 바람직한 극성유기용매의 예로서는 이소프로필알코올(IPA)이다. 불활성 가스 공급원(51)으로써 공급되는 건조기체로서의 불활성 가스는 기판의 물질 또는 기판 상의 물질과 화학적으로 반응되지 않으면서 기판을 건조시키도록 하며, 바람직한 불활성 가스의 예로서는 질소이다.
불활성 가스 공급원(51)은 유량 조절수단(52)을 통하여 건조조(30) 내로 공 급되는 불활성 가스의 양이 조절되는 것이 바람직하며, 건조 기체 공급에 의한 건조능을 향상시키기 위하여 별도의 가열수단(53)이 더 구성될 수도 있다.
극성유기용매 공급원(55) 및 불활성 가스 공급원(51)은 기체 공급관(60)과 연통되어 건조조(30)의 노즐(70, 80, 90)에 건조 기체를 공급한다.
본 명세서 상의 도면에서는 불활성 가스 공급원(51) 및 극성유기용매 공급원(55)이 하나의 기체 공급관(60)에 연결구성되어 있지만, 각각 별도의 공급관과 연결구성될 수 있으며, 이는 다시 별도의 노즐과 연통될 수 있다.
또한, 각각의 노즐(70, 80, 90)에 대하여 각각의 극성유기용매 공급원(55) 및 불활성 가스 공급원(51)을 구비할 수 있고, 각각의 기체 공급관(60)을 구비할 수도 있다.
도 2는 도 1의 기판 건조장치의 노즐을 나타낸 투과사시도이다.
노즐(70)은 건조조(30)의 내부에 구비되며, 이를 통하여 건조 기체가 기판에 분사되도록 한다.
이 노즐(70)은 동축의 이중관 형상을 가지는데, 내부관(71) 및 외부관(72)의 이중관에는 다수의 가스 공급공(73, 74)이 형성된다.
여기서, 내부관(71) 및 외부관(72)은 일체형 또는 분리조립형으로 구성될 수 있으나, 가스의 누설방지 등을 위하여 일체형으로 구성되는 것이 바람직하다.
내부관(71)을 통하여 불활성 가스가 공급될 시에는 외부관(72)을 통하여는 극성유기용매가 공급될 수 있으며, 내부관(71)을 통하여 극성유기용매가 공급될 시에는 외부관(72)을 통하여는 불활성 가스가 공급될 수 있다.
바람직하게는, 내부관(71)을 통하여 불활성 가스 및 극성유기용매 혼합의 건조기체가 공급되고 이 혼합가스는 내부관(71)에서 외부관(72)으로 공급되어 분사된다.
바람직한 건조 기체의 유동을 위하여, 외부관(72)의 외부공(74)에 대하여 내부관(71)의 내부공(73)은 이향되어 형성된다.
외부관(72)을 통하여 공급되는 건조 기체는 외부공(74)을 통하여 분사되고, 내부공(73)을 통하여 분출되는 건조기체는 내부관(71)과 외부관(72)의 사이를 유동하여 최종적으로 외부공(74)을 통하여 건조조(30) 내부로 분사된다.
이러한 다수의 내부공(71)을 통하여 건조 기체의 원활한 유동이 가능하고, 다수의 분사공 즉, 외부공(74)을 통하여 건조조(30) 내로 건조 기체의 균일한 분사가 가능하다.
이 내부공(71) 및 외부공(74)의 내경은 0.3~2 ㎜ 인 것이 바람직한데, 0.3 ㎜ 미만인 경우에는 압력이 상승하여 분사되는 건조 기체가 과잉의 고압력으로 분사되어 기판에 손상을 가할 수 있으며, 2 ㎜를 초과할 경우에는 분사효과가 미미하게 되고 균일한 분사가 불가능하기 때문이다.
바람직하게는, 하나의 노즐(70)에 형성되는 내부공(71) 및 외부공(74)은 10 개 이상이다. 10 개 미만의 내부공(71) 및 외부공(74)을 형성하게 되면 기판 전면적에 대하여 충분한 균일분사가 불가능하고, 과잉의 고압력으로 분사될 수 있기 때문이다.
또한, 노즐(70, 80, 90) 전단 즉, 기체 공급관(60)과 노즐(70, 80, 90) 간에 유량조절밸브가 더 구성되어 각 노즐(70, 80, 90)에 공급되는 건조 기체의 양을 조절하도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 건조장치(100)를 이용한 기판 건조방법은, 기판(S)이 기판 건조장치(100)의 세정조(10)에 인입되는 인입단계; 기판(S)이 순수로써 세정되는 세정단계; 상기 순수로써 세정된 기판(S)이 기판 건조장치(100)의 건조조(30)로 이송되면서 극성유기용매(IPA)와 불활성 가스(N2)의 혼합기체로써 건조되는 제1건조단계; 기판(S)이 건조조(30)에 이송된 뒤, 불활성 가스(N2)로써 건조되는 제2건조단계; 건조조(30)에 이송된 기판(S)이 극성유기용매(IPA)와 불활성 가스(N2)의 혼합기체로써 건조되는 제3건조단계; 및 기판(S)을 불활성 가스(N2)로써 건조하는 제4건조단계;를 포함하여 이루어진다.
습식 공정이 완료된 기판(S)이 세정조(10)에 투입되면, 세정조(10) 내부 일측에 설치된 노즐과 세정조(10) 하단에 설치된 순수 공급공(11)으로부터 순수가 공급되어 기판(S)의 세정이 이루어진다(도 3a).
세정이 이루어진 기판(S)은 건조를 위하여 별도의 승하강 이송수단(미도시) 으로써 건조조(30) 내로 이동되고, 기판(S)의 건조를 위하여 순수를 치환하는 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합 기체가 건조조(30) 내에 설치된 노즐(70, 80, 90)을 통하여 공급된다(도 3b).
기판(S)이 건조조(30) 내의 건조위치에 배치되면, 건조조(30)내의 노즐(70, 80, 90)을 통하여 공급되고 있던 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합 기체는 공급이 중단되고, 불활성 가스가 노즐(70, 80, 90)을 통하여 건조조(30) 내로 공급된다(도 3c).
이후, 다시 불활성 가스의 공급을 중단하고, 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합 기체를 공급하는 과정을 반복한다. 즉, 도 3b와 도 3c의 과정이 번복하여 수행되는 것이다.
이때, 건조조(30) 내에 균일한 가스의 공급 및 유지를 위하여 건조조(30)의 형상은 반구형(dome type)인 것이 바람직하다.
이와 같이 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합기체 및 불활성 가스의 공급을 교번하여 2 회 이상 반복 진행함으로써 건조조(30) 내의 극성유기용매, 불활성 가스 및 수분의 농도 평형이 인위적으로 깨어지는 현상과 이의 농도 평형을 맞추려는 현상이 반복되어 진다. 이로서 기판(S)의 표면에 존재하는 수분을 제거할 수 있다.
여기서, 극성유기용매는 이소프로필알코올, 아세톤, 아세톤 니트릴, 메탄올 및 에탄올로 이루어지는 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상이며, 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 네온으로 이루어지는 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상이다.
바람직하게는, 극성유기용매는 이소프로필알코올이며, 불활성 가스는 질소이다.
또한, 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합기체 및 불활성 가스의 공급은 각각 10~120 초 동안 수행되며, 각각 20~200 ℓ/min.의 유량으로서 건조되고, 각각 20~250℃의 온도로서 건조되는 것이 바람직하다.
극성유기용매와 불활성 가스의 혼합기체 및 불활성 가스의 공급이 10 초 미만일 경우에는 빈번한 건조 기체 교환에 의하여 건조효과가 미미하며, 120 초를 초과할 경우에는 필요 이상의 건조가 수행되게 되어 수율에 있어 바람직하지 못하므로, 각각 10~120 초 동안 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 유량이 20 ℓ/min. 미만일 시에는 미소한 유량으로 인하여 건조효과가 극미하고 장시간의 건조시간이 요구되고, 200 ℓ/min.를 초과하는 유량에서는 건조 기체의 과다 유입으로 건조조(30) 내 건조기체 유동의 불균일을 초래하여 기판(S)의 건조에 악영향을 끼치므로 건조 기체의 유량은 20~200 ℓ/min.로 한다.
건조 기체의 온도가 20℃ 미만일 때에는 통상적인 실온보다 낮은 온도의 건조 기체분사로 인하여 오히려 기판(S) 상에 얼룩 등이 발생될 수 있고, 건조 기체의 온도가 250℃를 초과할 시에는 과다한 고온으로 인하여, 특히 이소프로필알코올의 고온으로 인하여 고온에 의한 발화성 유기용제의 화재위험이 발생될 수 있으므로, 건조 기체의 온도는 20~250℃가 바람직하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 기판 건조장치 및 이를 이용한 기판 건조방법에 의하여, 가스반응 용기 내에 공급되어 지는 가스의 정량 공급을 균일하게 유지해주며, 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합 기체 및 불활성 가스를 교번하여 공급함으로써, 기판표면에 존재하는 수분 및 습기를 완전하게 제거하여 기판처리 공정에서의 불량을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.

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  20. 기판 건조장치의 세정조에서 순수에 의해서 세정된 기판을 건조조에서 건조하는 방법에 있어서,
    상기 순수에 의해서 세정된 후, 상기 세정조에서 상기 건조조로 이송되는 상기 기판에 극성유기용매와 불활성 가스의 혼합기체를 여러 방향에서 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제1건조단계;
    상기 기판이 상기 건조조에 이송된 후, 상기 혼합기체의 공급을 중단하고, 상기 불활성 가스를 여러 방향에서 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제2건조단계;
    상기 불활성 가스의 공급을 중단하고, 상기 혼합기체를 여러 방향에서 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제3건조단계; 및
    상기 혼합기체의 공급을 중단하고, 상기 불활성 가스를 여러 방향에서 공급하여 상기 기판을 건조시키는 제4건조단계;
    를 포함하여 이루어지는 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1건조단계 내지 제4건조단계는 각각 10~120 초 동안 수행되는 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1건조단계 및 제3건조단계에서의 혼합기체와 제2건조단계 및 제4건조단계에서의 불활성 가스는 20~200 ℓ/min.의 유량으로서 공급되는 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제1건조단계 및 제3건조단계에서의 혼합기체와 제2건조단계 및 제4건조단계에서의 불활성 가스는 20~250℃의 온도로 유지되어 있는 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제3건조단계와 제4건조단계는 적어도 2회 수행되는 기판 건조장치를 이용한 기판 건조방법.
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