KR20140058839A - 기판 건조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 건조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판 세정 후건조 공정에 있어서 보다 효과적으로 수분 및 불순물을 제거하는 기판 건조장치에 관한 것이다. 상기 반도체 기판을 건조하는 건조장치는 헤드부, 상기 헤드부에 위치하며, 유체를 분사하는 제1노즐 및 상기 헤드부에 위치하며, 상기 제1노즐의 유체보다 고압으로 가스를 분사하여 압력차에 의해 상기 기판 표면의 물반점(Water Mark)을 제거하는 제2노즐을 포함한다. 이와 같은 구성으로, 기판 세정 후 건조공정에 있어 기판 표면에 발생하는 물반점(Water Mark) 또는 분순물(Particle) 발생을 억제하고 효과적으로 건조할 수 있다. 또한, 건조공정에 있어서 수분으로 인해 기판 표면에 발생하는 미세한 패턴화를 방지할 수 있다.

Description

기판 건조장치{Wafer drying equipment}
본 발명은 기판 건조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판 세정 후건조 공정에 있어서 보다 효과적으로 수분 및 불순물을 제거하는 기판 건조장치에 관한 것이다.
일반적인 반도체 소자는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 이러한 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막 등을 제거하는 공정으로, 최근에는 이러한 기판 표면에 포함된 불순물(Particle)들을 제거하는 기판 세정기술이 반도체 소자의 제조공정에서 매우 중요하게 대두되고 있다.
이와 같은 세정공정에서 화학 용액 세정단계는 반도체 기판을 화학용액으로 세정하는 단계이고, 수세단계는 상기 화학용액으로 반도체 기판을 탈이온수(Deionized Water; DIW)등의 세정액에 의해 세정하는 단계이며, 건조단계는 수세처리된 반도체 기판을 건조시키는 단계이다.
한편, 기판 건조 공정에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 세정 공정 후 약액을 이용하여 기판 박막 및 불순물(Particle) 제거 후 초순수로 린스 처리한 다음 건조공정을 거치게 된다. 상기 건조 공정은 일반적으로 기판을 회전시키면서, 상기 기판 표면에 이소프로필 알코올(IPA)/질소 혼합가스를 분사시켜 마란고니 효과(MARANGONI EFFECT)를 활용한 건조 방법이다.
상기 마란고니 건조 방법은 하나의 용액 영역에 2개의 다른 표면장력 영역이 존재할 경우, 표면장력이 작은 영역으로부터 표면장력이 큰 영역으로 용액이 흐르는 원리를 이용하여 기판을 건조시키는 것이다. 즉, 상기 세정액인 탈이온수보다 상대적으로 표면장력 이 작은 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol; 이하 IPA) 증기 및 질소가스를 기판의 표면에 인가하여 기판의 표면을 건조하는 방법이다.
그러나, 상기 마란고니 효과(MARANGONI EFFECT)를 활용한 기판 표면의 수분을 제거하게 되나, 상기 기판 표면의 미세 패턴화로 인해 물반점(Water Mark)현상이 발생할 수 있으며, 패턴(Pattern) 간의 겹침 현상으로 기판 수율을 저하하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 기판 세정 후 건조공정에 있어 기판 표면에 발생하는 물반점(Water Mark) 또는 분순물(Particle) 발생을 억제하고 효과적으로 건조하는 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 건조공정에 있어서 물반점으로 인해 기판 표면에 발생하는 미세한 패턴화를 방지하는 기판 건조장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 기판을 건조하는 건조장치는 헤드부, 상기 헤드부에 위치하며, 유체를 분사하는 제1노즐 및 상기 헤드부에 위치하며, 상기 제1노즐의 유체보다 고압으로 가스를 분사하여 압력차에 의해 상기 기판 표면의 물반점(Water Mark)을 제거하는 제2노즐을 포함한다.
일 실시예에 따른, 상기 제2노즐은 분사되는 방향으로 분사구 내경 면적이 감소되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 유체는 이소프로필 알코올(IPA) 증기인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 가스는 질소가스(N2)인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 헤드부는 상기 기판의 중앙에서 상기 기판의 가장자리로 이동하면서, 상기 기판 표면의 수분을 외부로 배출한다. 여기서, 상기 헤드부의 이동 궤적은 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 제2노즐은 상기 제1노즐을 뒤따라 이동하면서, 상기 제1노즐이 상기 유체를 분사한 영역을 따라 제2노즐이 가스를 분사한다.
이와 같은 구성으로, 기판 세정 후 건조공정에 있어 기판 표면에 발생하는 물반점(Water Mark) 또는 분순물(Particle) 발생을 억제하고 효과적으로 건조할 수 있다. 또한, 건조공정에 있어서 물반점으로 인해 기판 표면에 발생하는 미세한 패턴화를 방지할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 세정 후 건조공정에 있어 기판 표면에 발생하는 물반점(Water Mark) 또는 분순물(Particle) 발생을 억제하고 효과적으로 건조할 수 있다.
또한, 건조공정에 있어서 물반점으로 인해 기판 표면에 발생하는 미세한 패턴화를 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치 중 헤드부를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치를 이용하여 기판을 건조하는 과정을 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치 중 헤드부의 움직임을 개락적으로 도시한 개략도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 건조 장치에 대해 자세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도1을 참고하면, 기판 건조장치(1)는 용기(10), 지지부재(20), 헤드부(30), 이동부(40), 유체 공급원(50) 및 제어부(60)를 포함한다.
상기 용기(10)는 내부에 기판(W)를 세정하는 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 상기 용기(10)는 상부가 컵 형상을 가지며, 상기 용기(10)의 개방된 상부는 공정시 기판(W)가 상기 공간으로 반입되기 위한 통로로 이용된다. 상기 용기(10)의 하부에는 공정에 사용된 유체를 용기(10) 외부로 배출시키기 위한 배출라인(11)이 제공될 수 있다.
상기 지지부재(20)는 공정 진행시 상기 용기(10) 내부에서 기판(W)를 지지 및 회전시킬 수 있다. 상기 지지부재(20)는 스핀헤드(Spin Head)(21), 회전축 (Rotating Shaft)(22) 및 구동기(Driving part)(23)를 포함한다. 상기 스핀헤드(21)는 기판(W)가 로딩되는 상부면을 가지며, 상기 스핀헤드(21)의 상부면은 대체로 원형형상을 이루어져, 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 회전축(22)은 일단이 상기 스핀헤드(21) 하부 중앙과 결합되고, 타단은 상기 구동기(23)와 결합된다. 상기 구동기(23)는 상기 회전축(22)을 회전시켜, 공정시 스핀헤드(21)에 놓여진 기판(W)가 기설정된 회전속도로 회전되도록 한다. 또한, 상기 구동기(23)는 상기 기판(W)의 로딩 및 언로딩시 회전축(22)을 업 또는 다운시켜 기판(W)의 높이가 조절되도록 한다.
상기 헤드부(30)는 세정 공정시 기판(W)를 세정하기 위한 유체를 공급한다. 상기 헤드부(30)는 노즐몸체(미도시) 및 복수의 분사노즐(31,32,33)들을 포함할 수 있다. 상기 노즐몸체(미도시)는 유체 공급원(50)으로부터 유체를 공급받아 각각의 분사노즐(31,32,33)로 이송시킨다. 상기 분사노즐(31,32,33)들은 공정시 기판(W)를 세정하기 위한 유체를 분사한다. 여기서, 상기 분사노즐(31,32,33)들은 3개의 노즐로 구성되며, 세정노즐(31), 제1노즐(32) 및 제2노즐(33)을 포함한다.
예를 들면, 상기 세정노즐(31), 제1노즐(32) 및 제2노즐(33)은 헤드부(30)의 하부면에 일렬로 위치된다. 상기 세정노즐(31)은 공정시 기판(W)로 세정액을 분사하고, 제1노즐(32)은 공정시 기판(W)로 이소프로필 알코올(IPA)을 분사한다. 그리고, 제2노즐(33)은 공정시 고온의 건조가스를 분사한다. 여기서, 상기 세정액은 불산(HF) 용액이 사용되고, 건조가스는 약50℃이상의 온도로 가열되는 질소가스(N₂Gas)가 사용될 수 있다.
또한, 제2노즐(33)은 공정시 제1노즐(32)의 뒤를 따라 이동되도록 배치된다. 즉, 기판(W)의 건조 공정시 제1노즐(32)은 이소프로필 알코올(IPA)를 기판(W)로 분사하고, 이와 동시에 제2노즐(33)은 질소가스를 기판(W)로 분사한다. 이때, 이소프로필 알코올에 의한 건조가 수행된 기판(W) 영역이 뒤이어 바로 건조가스에 의한 건조가 수행되도록, 제2노즐(33)은 제1노즐(32)의 이동경로를 뒤따라 이동된다.
이는 이소프로필 알코올에 의한 건조 후 건조가스에 의한 건조를 실시하여, 건조 공정시 이소프로필 알코올에 의한 건조로부터 건조가스에 의한 건조로 교체되는 과정의 시간을 없애 세정 공정 시간을 단축시키고, 유체의 교체 과정시 기판(W)가 외부 공기에 노출되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 이동부(40)는 헤드부(30)를 이동시키며, 이동암(Transfer Arm), 지지축 및 구동모터(driving motor)를 포함한다.
상기 이동암은 일단이 헤드부(30)와 연결되며, 타단은 용기(10) 외부 일측에 설치되는 지지축과 연결된다. 상기 이동암은 헤드부(30)의 직선 및 회전 운동을 위해 구동모터와 연결되는 지지축과 유기적으로 동작된다. 상기 지지축은 일단이 이동암과 연결되고, 타단이 구동모터와 연결된다. 상기 지지축은 구동모터에 의해 동작되어 이동암을 이동시킨다.
상기 유체 공급원(50)은 세정액 공급원(Cleanig Liquid Supply Source), 이소프로필 알코올 공급원(Alcohol Supply Source) 및 건조가스 공급원(Dry Gas Supply Source)을 포함한다.
상기 세정액 공급원은 세정액을 저장하며, 공정시 세정액 공급라인을 통해 세정노즐(31)로 세정액을 공급한다. 동일한 방식으로 상기 이소프로필 알코올 공급원은 이소프로필 알코올 공급라인을 통해 제1노즐(32)로 이소프로필 알코올을 공급하고, 건조가스 공급원은 건조가스 공급라인을 통해 제2노즐(33)로 건조가스를 공급한다.
상기 제어부(60)는 지지부재(20)의 구동기(23) 및 이동부(40)의 구동모터와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제어부(60)는 기판(W)의 세정 공정시, 지지부재(20)의 회전 및 상하 운동을 제어하고, 상기 이동부(40)를 동작하여 헤드부(30)의 동작을 제어한다.
이하, 도2내지 도4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 건조 장치의 헤드부에 대해 자세히 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조장치 중 헤드부를 도시한 단면도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치를 이용하여 기판을 건조하는 과정을 도시한 단면도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치 중 헤드부의 움직임을 개락적으로 도시한 개략도이다.
도2 내지 도4를 참고하면, 반도체 기판을 건조하는 건조장치(1)는 헤드부(30), 상기 헤드부(30)에 위치하며, 유체를 분사하는 제1노즐(32) 및 상기 헤드부(30)에 위치하며, 상기 제1노즐(32)의 유체보다 고압으로 가스를 분사하여 압력차에 의해 상기 기판(W) 표면의 물반점(Water Mark)을 제거하는 제2노즐(33)을 포함한다. 여기서, 상기 유체는 이소프로필 알코올(IPA) 증기이며, 상기 가스는 질소가스(N2)이다.
예를 들면, 상기 헤드부(30)는 세정노즐(31), 제1노즐(32) 및 제2노즐(33)을 구비하며, 상기 세정노즐(31)에 의해 세정 공정이 완료되면, 상기 제1노즐(32) 및 상기 제2노즐(33)에서 각각 이소프로필 알코올(IPA) 및 질소가스(N2)를 상기 기판(W)에 분사하여 건조를 수행할 수 있다.
또한, 상기 헤드부(30)는 상기 기판(W)의 중앙에서 상기 기판(W)의 가장자리로 이동하면서, 상기 기판(W) 표면의 물반점(Water Mark)(100) 또는 불순물을 외부로 배출할 수 있다. 상기 헤드부(30)의 이동 궤적은 직선 또는 곡선의 형태로 상기 기판(W) 중앙에서 가장자리로 이동할 수 있다.
상기 헤드부(30)는 상기 유체 공급원(50)의 이소프로필 알코올 공급원로부터 이소프로필 알코올을 공급받아, 제1노즐(32)을 통해 기판(W) 표면으로 이소프로필 알코올을 분사한다. 이와 동시에 상기 헤드부(30)는 상기 유체 공급원(50)의 건조가스 공급원으로부터 질소가스를 공급받아, 제2노즐(33)을 통해 기판(W) 표면으로 질소가스를 분사한다.
이때, 상기 제2노즐(33)은 제1노즐(32)을 뒤 따라가면서 분사되는 질소가스가 이소프로필 알코올에 의한 건조되는 영역을 향해 분사되도록 한다. 상기 기판(W) 표면으로 분사되는 이소프로필 알코올은 기판(W) 표면을 마란고니 효과(Maragoni Effect)에 의한 건조를 수행하고, 상기 건조가스는 마란고니 건조가 수행된 기판(W) 표면을 다시 건조시킨다.
상기 마란고니 효과는 물과 알코올이 갖는 서로 다른 밀도 및 표면 장력을 이용해서 기판(W) 표면을 건조하는 것이다. 그러나, 상기 기판(W)의 미세한 패턴화로 인해 상기 기판(W) 표면을 효과적으로 건조하는데 어려움이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 제2노즐(33)는 상기 제1노즐(32)이 분사하는 이소프로필 알코올보다 고압으로 분사하기 위해, 상기 제2노즐(33)에 형성된 분사구를 분사되는 방향으로 갈수록 분사구 내경 면적이 감소되는 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제2노즐(33)은 상기 질소가스가 배출되는 분사구 부분에 굴곡을 형성하여, 상기 분사구의 내경 크기를 축소함으로써, 베르누이 효과(Bernoulli? Effect)에 의해 상기 질소가스가 배출되는 압력을 높일 수 있다.
또한, 상기 질소가스가 고압으로 분사되면, 상기 제2노즐(33)을 기준으로 상기 기판(W)의 중앙 측에는 고압의 기류(A)가 형성되고, 상기 기판(W)의 가장자리 측에는 저압의 기류(B)가 형성될 수 있다. 따라서, 고압(A)이 형성된 상기 기판(W)의 중앙에서 저압(B)이 형성되는 상기 기판(W)의 가장자리로 급속으로 이동하게 되면서, 상기 질소가스가 상기 기판(W) 표면에 잔류하는 처리액을 효과적으로 제거시키고, 기판(W) 표면에 물반점(Water Mark)(100)과 같은 재오염물이 발생하지 않도록 기판(W)을 건조시킨다.
이와 같은 구성으로, 기판 세정 후 건조공정에 있어 기판 표면에 발생하는 물반점(Water Mark) 또는 분순물(Particle) 발생을 억제하고 효과적으로 건조할 수 있다. 또한, 건조공정에 있어서 물반점으로 인해 기판 표면에 발생하는 미세한 패턴화를 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 기판 건조장치 30: 헤드부
10: 용기 31: 세정노즐
11: 배출라인 32: 제1노즐
20: 지지부재 33: 제2노즐
21: 스핀헤드 40: 이동부
22: 회전축 50: 유체 공급원
23: 구동기 60: 제어부

Claims (7)

  1. 반도체 기판을 건조하는 건조장치에 있어서,
    헤드부;
    상기 헤드부에 위치하며, 유체를 분사하는 제1노즐; 및
    상기 헤드부에 위치하며, 상기 제1노즐의 유체보다 고압으로 가스를 분사하여 압력차에 의해 상기 기판 표면의 물반점(Water Mark)을 제거하는 제2노즐;
    을 포함하는 기판 건조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2노즐은 분사되는 방향으로 분사구 내경 면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 이소프로필 알코올(IPA) 증기인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 질소가스(N2)인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부는 상기 기판의 중앙에서 상기 기판의 가장자리로 이동하면서, 상기 기판 표면의 수분을 외부로 배출하는 기판 건조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 헤드부의 이동 궤적은 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 하는 기판 건조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2노즐은 상기 제1노즐을 뒤따라 이동하면서, 상기 제1노즐이 상기 유체를 분사한 영역을 따라 제2노즐이 가스를 분사하는 기판 건조장치.
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