KR101109075B1 - Apparatus and method for treating substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 장치를 개시한 것으로서, 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 기판을 척킹하는 스핀 척; 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 상기 기판으로부터 비산되는 처리액이 공정 챔버 내면으로 튀지 않도록 처리액을 수용하는 드레인 컵; 및 상기 공정 챔버의 외측 하부에 제공되며, 상기 스핀 척을 회전시키는 회전 구동 유닛을 포함한다. The present invention discloses a substrate processing apparatus, comprising: a process chamber in which a substrate processing process is performed; A spin chuck provided in the process chamber and chucking a substrate; A drain cup provided in the process chamber and accommodating the processing liquid such that the processing liquid scattered from the substrate does not splash on the inner surface of the process chamber; And a rotation drive unit provided at an outer lower portion of the process chamber and rotating the spin chuck.
스핀 척, 회전 축, 초임계, 하우징 Spin chuck, rotary axis, supercritical, housing
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계 유체를 이용하여 기판 처리 공정을 진행하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus and method, and more particularly, to a substrate processing apparatus and method for performing a substrate processing process using a supercritical fluid.
반도체 소자의 디자인 룰이 감소함에 따라, 종횡비가 큰 깊고 좁은 콘택 형성 공정 및 이에 수반되는 식각 또는 세정 공정이 요구되고 있다. 이와 같이 큰 종횡비를 가지는 구조물이 형성된 웨이퍼에 대하여, 소정의 처리 공정, 예를 들면 식각, 세정, 건조 등의 처리 공정을 진행하는 데 있어서, 통상의 습식 공정을 이용하는 경우에는 웨이퍼 표면의 다른 막질의 손상 및 물반점 등에 의한 불량이 빈번하게 발생된다. 또한, 비교적 큰 두께를 가지는 막, 예를 들면 커패시터의 스토리지 노드 형성시 희생용 막으로 사용되는 몰드 산화막을 제거하기 위한 식각 공정에서, 습식 식각 공정을 이용하는 경우에는 순수의 높은 표면 장력으로 인해 몰드 산화막이 제거된 후 스토리지 노드가 쓰러지는 현상이 발생되기도 한다. As the design rules of semiconductor devices decrease, there is a need for a deep and narrow contact forming process having a high aspect ratio and accompanying etching or cleaning processes. In the case where a wafer having a structure having such a large aspect ratio is formed, a predetermined processing step, for example, etching, cleaning, drying, or the like, is performed, when a normal wet process is used, a different film quality on the surface of the wafer is used. Defects due to damage and water spots frequently occur. In addition, in the etching process for removing a mold oxide film used as a sacrificial film when forming a storage node of a capacitor, for example, a capacitor having a relatively large thickness, the mold oxide film may be formed due to the high surface tension of pure water when the wet etching process is used. After this removal, the storage node may collapse.
이러한 문제점을 해결하기 위한 노력의 일환으로서, 초임계 상태의 이산화탄소를 용매로 이용하여 웨이퍼상의 소정막을 식각, 세정 또는 건조시키는 방법들이 제안되었다.In an effort to solve this problem, methods for etching, cleaning or drying a predetermined film on a wafer using carbon dioxide in a supercritical state as a solvent have been proposed.
본 발명은 기판 처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a substrate processing apparatus and method capable of improving the productivity of the substrate processing process.
본 발명은 단일 챔버에서 케미컬 처리 공정과 초임계 건조 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a substrate processing apparatus and method capable of performing a chemical treatment process and a supercritical drying process in a single chamber.
본 발명의 목적은 기판 처리에 사용되는 케미컬에 의한 챔버 내부의 손상을 최소화할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus and method capable of minimizing damage inside a chamber by chemicals used in substrate processing.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The objects of the present invention are not limited thereto, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 기판을 척킹하는 스핀 척; 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 상기 기판으로부터 비산되는 처리액이 공정 챔버 내면으로 튀지 않도록 처리액을 수용하는 드레인 컵; 및 상기 공정 챔버의 외측 하부에 제공되며, 상기 스핀 척을 회전시키는 회전 구동 유닛을 포함한다.In order to achieve the above object, a substrate processing apparatus according to the present invention includes a process chamber in which a substrate processing process is performed; A spin chuck provided in the process chamber and chucking a substrate; A drain cup provided in the process chamber and accommodating the processing liquid such that the processing liquid scattered from the substrate does not splash on the inner surface of the process chamber; And a rotation drive unit provided at an outer lower portion of the process chamber and rotating the spin chuck.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드레인 컵은 상기 공정 챔버와 상기 기판 사이에 위치되며, 상기 공정 챔버로부터 이격된 상태로 설치된다.According to an embodiment of the present invention, the drain cup is positioned between the process chamber and the substrate and is spaced apart from the process chamber.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드레인 컵은 상기 기판의 처리면과 마주하 도록 상기 공정 챔버 내의 상면과 인접하게 위치되는 천정부; 상기 천정부의 가장자리로부터 연장되고 상기 공정 챔버 내의 측면과 인접하게 위치되는 측벽부; 및 상기 측벽부로부터 연장되고 상기 공정 챔버 내의 바닥면과 인접하게 위치되는 바닥부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the drain cup may include a ceiling positioned adjacent to an upper surface of the process chamber to face a processing surface of the substrate; A sidewall portion extending from an edge of the ceiling and positioned adjacent to a side within the process chamber; And a bottom portion extending from the side wall portion and positioned adjacent to a bottom surface in the process chamber.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 바닥부는 상기 기판보다 낮은 높이에서 상기 천정부 및 상기 측벽부로 비산된 처리액이 모이는 수용공간을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the bottom portion provides a receiving space in which the treatment liquid scattered to the ceiling portion and the side wall portion are collected at a lower height than the substrate.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드레인 컵은 상기 바닥부로부터 연장되어 형성되고, 상기 스핀척의 측면과 기판이 위치되는 상면 중에서 가장자리를 둘러싸는 연장부를 더 포함한다.According to an embodiment of the invention, the drain cup is formed extending from the bottom portion, and further comprises an extension surrounding the edge of the side of the spin chuck and the upper surface on which the substrate is located.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 장치는 기판의 중앙으로 초임계 및 처리액을 분사하기 위한 분사노즐을 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the substrate processing apparatus further includes an injection nozzle for injecting the supercritical and processing liquid into the center of the substrate.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 천정부는 기판의 중앙으로 초임계 및 처리액을 분사하는 분사노즐이 위치되도록 중앙홀이 형성된다.According to an embodiment of the present invention, the ceiling is formed with a central hole so that the injection nozzle for injecting the supercritical and processing liquid into the center of the substrate.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드레인 컵은 상기 바닥부에 수용된 처리액을 상기 공정 챔버 밖으로 배출시키기 위해 상기 공정 챔버를 관통해서 상기 바닥부와 연결되는 드레인 배관을 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the drain cup further includes a drain pipe connected to the bottom part through the process chamber to discharge the processing liquid contained in the bottom part out of the process chamber.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스핀 척은 기판의 저면과 마주하는 상면에 상기 공정 챔버의 내부 기체가 빠져나가는 배기공을 갖는 배기통로를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the spin chuck includes an exhaust passage having an exhaust hole through which gas inside the process chamber exits on an upper surface facing the bottom surface of the substrate.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 회전 구동 유닛은, 일단이 상기 스핀 척에 결합되고 타단이 상기 공정 챔버의 외부로 노출되며, 그리고 노출된 외주 면에 종 동 자성체가 설치된 회전 축; 상기 회전 축의 반경 방향으로 상기 종동 자성체와 마주보도록 제공되는 구동 자성체; 및 상기 구동 자성체를 상기 회전 축을 중심으로 회전시키는 구동 부재를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the rotary drive unit, one end is coupled to the spin chuck, the other end is exposed to the outside of the process chamber, and the rotating shaft is installed on the exposed outer circumferential surface; A driving magnetic body provided to face the driven magnetic body in a radial direction of the rotation axis; And a driving member for rotating the driving magnetic body about the rotation axis.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 회전축은 상기 스핀척에 형성된 배기통로와 연결되는 배기통로를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the rotation shaft further includes an exhaust passage connected to the exhaust passage formed in the spin chuck.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정 챔버는 측면과 상면을 갖는 상부 구조물과, 상부에 상기 스핀척이 위치되는 바닥면을 갖는 하부 구조물을 포함하며, 상기 하부 구조물은 기판의 로딩 및 언로딩, 유지보수 작업을 위해 상하로 이동 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the process chamber includes an upper structure having a side and an upper surface, and a lower structure having a bottom surface on which the spin chuck is positioned, wherein the lower structure includes: loading and unloading a substrate; Can be moved up and down for maintenance work.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치는 기판 처리 공정이 진행되는 그리고 상부 구조물과 하부 구조물을 포함하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 기판을 척킹하는 스핀 척; 상기 하부 구조물을 통해 상기 스핀척에 회전력을 전달하는 회전축; 상기 공정 챔버의 상부 구조물을 관통하여 설치되고, 기판의 중심으로 초임계 및 처리액을 분사하기 위한 분사노즐; 및 상기 공정 챔버의 내부에 설치되고, 상기 분사노즐을 통해 기판으로 분사되어 비산되는 처리액을 수용해서 외부로 드레인시키기 위한 드레인 컵을 포함한다.Substrate processing apparatus of the present invention for achieving the above object is a process chamber that the substrate processing process is in progress and including an upper structure and a lower structure; A spin chuck provided in the process chamber and chucking a substrate; A rotating shaft for transmitting rotational force to the spin chuck through the lower structure; An injection nozzle installed through the upper structure of the process chamber and configured to inject a supercritical and processing liquid into a center of the substrate; And a drain cup installed inside the process chamber and configured to receive a treatment liquid sprayed onto the substrate through the injection nozzle and to be scattered to the outside.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스핀척은 상기 공정 챔버 내부로 공급된 초임계 유체의 배기를 위한 배기홀을 구비한 배기통로가 형성되며,상기 회전축은 상기 배기통로와 연결되도록 중공형 구조로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the spin chuck is formed with an exhaust passage having an exhaust hole for the exhaust of the supercritical fluid supplied into the process chamber, the rotating shaft has a hollow structure to be connected to the exhaust passage Is done.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드레인 컵은 상기 공정 챔버로부터 이격되 게 설치된다.According to an embodiment of the present invention, the drain cup is installed spaced apart from the process chamber.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법은 기판이 스핀척에 로딩된 공정 챔버에 처리액을 공급하고, 기판을 회전시키면서 상기 처리액으로 기판을 처리하되; 상기 기판으로부터 비산되는 처리액은 공정 챔버 내부에 설치된 드레인 컵에 수용된 후 외부로 드레인된다.The substrate processing method of the present invention for achieving the above object is to supply a processing liquid to a process chamber loaded with a spin chuck substrate, and to process the substrate with the processing liquid while rotating the substrate; The processing liquid scattered from the substrate is received in a drain cup installed in the process chamber and then drained to the outside.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 처리액으로 기판을 처리한 후에는 상기 공정챔버에 초임계 유체를 공급하고, 기판을 회전시키면서 상기 초임계 유체로 기판을 처리하되; 상기 공정 챔버로 공급된 초임계 유체는 상기 스핀척에 형성된 배기통로를 통해 외부로 배기된다.According to an embodiment of the present invention, after treating the substrate with the treatment liquid, a supercritical fluid is supplied to the process chamber, and the substrate is treated with the supercritical fluid while the substrate is rotated; The supercritical fluid supplied to the process chamber is exhausted to the outside through an exhaust passage formed in the spin chuck.
본 발명에 의하면, 케미칼(약액)에 의한 기판 처리 공정(세정,식각)과 초임계 건조 공정이 단일 챔버에서 수행되므로 기판 처리 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, since the substrate treatment process (cleaning, etching) and the supercritical drying process by chemical (chemical liquid) are performed in a single chamber, the substrate treatment efficiency can be improved.
또한, 본 발명에 의하면 기판으로 제공되는 케미칼(약액)이 공정 챔버의 내측면과 접촉하는 것을 방지하여 케미칼에 의한 공정 챔버의 오염을 최소화할 수 있다. In addition, according to the present invention it is possible to prevent the chemical (chemical liquid) provided as a substrate from contacting the inner surface of the process chamber to minimize the contamination of the process chamber by the chemical.
또한, 본 발명에 의하면 공정 시간을 단축할 수 있어 기판의 생산성을 높일 수 있다. Moreover, according to this invention, process time can be shortened and productivity of a board | substrate can be improved.
또한, 본 발명에 의하면, 베어링과 같은 회전 지지 부재의 마찰/마모에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to prevent the generation of particles due to friction / wear of the rotating support member such as a bearing.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, a substrate processing apparatus and a method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
( 실시 예 )(Example)
기판의 세정 및 식각 공정은, 예를 들어, 약액 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정을 포함할 수 있다. 약액 공정에서 처리된 기판상의 약액은 탈이온수에 의해 린스 처리되고, 린스 공정에서 처리된 기판상의 탈이온수는 이소프로필알코올(IPA)에 의해 치환되며, 기판상의 잔류 이소프로필알코올(IPA)은 건조 공정에서 초임계 유체에 의해 건조될 수 있다.The cleaning and etching process of the substrate may include, for example, a chemical solution process, a rinse process, and a drying process. The chemical liquid on the substrate treated in the chemical liquid process is rinsed with deionized water, the deionized water on the substrate treated in the rinse process is replaced by isopropyl alcohol (IPA), and the residual isopropyl alcohol (IPA) on the substrate is dried. Can be dried by a supercritical fluid.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판의 약액 공정, 린스 공정 그리고 초임계 유체를 이용한 건조 공정을 하나의 챔버 내에서 진행하는 장치에 사용된다. 이하에서는 이에 대해 상세히 설명한다. 이 경우, 기판 처리 장치로 반입되는 기판은 세정 및 식각 공정이 진행될 기판이다. The substrate treating apparatus according to the present invention is used in an apparatus for carrying out a chemical liquid process, a rinse process and a drying process using a supercritical fluid in one chamber. This will be described in detail below. In this case, the substrate carried into the substrate processing apparatus is a substrate on which the cleaning and etching process is to be performed.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an example of a substrate processing apparatus according to the present invention.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔 버(100),처리 유체 공급 유닛(200), 드레인 컵(900), 스핀척(400), 배기 유닛(300), 그리고 회전 구동 유닛(500)을 포함한다.1 and 3, the substrate processing apparatus according to the present invention includes a
공정 챔버(100)는 하부가 개방된 통 형상의 상부 구조물(이하, 처리실이라 칭한다.120)과, 처리실(120)의 개방된 하부를 개폐하는 하부 구조물(이하, 하부 벽이라 칭한다.140)을 포함한다. 처리실(120)의 상부 벽(122)에는 처리 유체를 기판의 중심으로 분사하기 위한 분사노즐(123)이 설치되고, 분사노즐(123)에는 처리 유체 공급 유닛(200)이 연결된다. 그리고 처리실(120)의 측벽(124)의 내면(124-1)에는 계단 모양의 단차 면(124-2)이 형성된다.The
하부 벽(140)은 판 형상을 가지며, 처리실(120)의 단차 면(124-2)이 접한 공간으로 수용되어 처리실(120)의 개방된 하부를 폐쇄한다. 하부 벽(140)의 상면(142) 가장자리에는 실링 부재(160)가 설치된다. 실링 부재(160)는, 하부 벽(140)이 처리실(120)의 개방된 하부를 폐쇄할 때, 처리실(120)의 단차 면(124-2)과 하부 벽(140)의 상면(142) 가장자리 사이를 실링한다. 하부 벽(140)의 중앙 영역에는 회전 축(510)이 삽입되는 관통 홀(146)이 형성된다. The
하부 벽(140)의 하면(144)에는 하우징(520)이 고정 설치되고, 하우징(520)은 승강 유닛(600)에 의해 상하 방향으로 이동한다. 공정 챔버(100)로의 기판 로딩과 공정 챔버(100)로부터의 기판 언로딩시, 하부 벽(140)은 승강 유닛(600)에 의해 하강하고, 공정 진행을 위해 하부 벽(140)은 승강 유닛(600)에 의해 승강한다.The
도 2는 처리 유체 공급 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the configuration of a processing fluid supply unit.
도 2를 참조하면, 처리 유체 공급 유닛(200)은 제 1 공급 라인(210)을 통해 공정 챔버(100)로 액상의 처리 유체를 공급하고, 제 2 공급 라인(240)을 공정 챔버(100)로 초임계 상태의 건조 유체를 공급한다.Referring to FIG. 2, the processing
제 1 공급 라인(210)의 일단은 분사노즐(123)에 연결되고, 제 1 공급 라인(210)의 타단은 복수 개의 분기 라인들(212, 214, 216, 218)로 분기된다. 제 1 분기 라인(212)에는 액상의 약액 공급원(222)이 연결되고, 제 1 분기 라인(212)상에는 약액의 흐름을 개폐하는 밸브(213)가 설치된다. 제 2 분기 라인(214)에는 액상의 탈이온수(DIW) 공급원(224)이 연결되고, 제 2 분기 라인(214)상에는 탈이온수의 흐름을 개폐하는 밸브(215)가 설치된다. 제 3 분기 라인(216)에는 액상의 이소프로필알코올(IPA) 공급원(226)이 연결되고, 제 3 분기 라인(216)상에는 이소프로필알코올의 흐름을 개폐하는 밸브(217)가 설치된다. 제 4 분기 라인(218)에는 액상의 이산화탄소(CO2(l)) 공급원(228)이 연결되고, 제 4 분기 라인(218)상에는 액상 이산화탄소의 흐름을 개폐하는 밸브(219)가 설치된다.One end of the
제 1 공급 라인(210)상에는 히터(232)와 펌프(234)가 설치될 수 있다. 히터(232)는 공정 챔버(100)로 공급되는 액상의 처리 유체를 공정 온도로 가열할 수 있고, 펌프(234)는 공정챔버(100)로 공급되는 액상의 처리 유체를 가압하여 공정 챔버(100) 내부를 공정 압력으로 유지시킬 수 있다.The
약액 공급원(222)으로부터 공급되는 약액은 다양한 종류의 약액이 사용될 수 있다. 예를 들면, 약액으로는 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합물인 에스.피.엠(SPM, Sulphuric Peroxide Mixture), 또는 기판상의 산화막을 에칭하기 위한 불 화수소(HF) 등이 사용될 수 있다. The chemical liquid supplied from the chemical
에스.피.엠(SPM)은 이온 주입 공정 후의 감광액 표면의 경화층을 제거하기 위한 것으로, 경화층의 효율적인 제거를 위해서 에스.피.엠은 상온/대기압 상태의 끊는점(180℃)보다 높은 온도인 200℃ 이상의 고온으로 가열되어야 한다. 그런데, 상온/대기압 상태에서는 에스.피.엠이 공정 온도(200℃)에 도달하기 전에 증발되므로, 상온/대기압 상태에서는 에스.피.엠의 공정 온도를 높이는데에 한계가 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 에스.피.엠이 펌프(234)에 의해 상압 이상의 압력으로 가압된 상태로 공정 챔버(100)에 공급되므로, 에스.피.엠을 상온/대기압 상태의 끊는점(180℃)보다 높은 온도인 200℃ 이상의 고온으로 가열할 수 있다.SPM is used to remove the hardened layer on the surface of the photoresist after the ion implantation process. For efficient removal of the hardened layer, SPM is higher than the break point (180 ° C) at room temperature / atmospheric pressure It must be heated to a high temperature of 200 ° C. or higher. However, since the S.P.M evaporates before reaching the process temperature (200 ° C) in the normal temperature / atmospheric pressure, there is a limit to increasing the process temperature of the S.P.M in the normal temperature / atmospheric pressure. However, in the present invention, since the S.P.M is supplied to the
제 2 공급 라인(240)의 일단은 공정 챔버(100)의 분사노즐(123)에 연결되고, 제 2 공급 라인(240)의 타단은 혼합기(250)에 연결된다. 혼합기(250)는 액상의 이산화탄소, 계면활성제, 그리고 공용매를 공급받고, 이들을 소정의 공정 온도/압력하에서 혼합하여 초임계 상태의 이산화탄소(scCO2)를 생성한다. 혼합기(250)에서 생성된 초임계 이산화탄소는 제 2 공급 라인(240)을 통해 분사노즐로 공급된다. 제 2 공급 라인(240)상에는 히터(242), 펌프(244) 그리고 밸브(246)가 설치될 수 있다.One end of the
액상의 이산화탄소는 제 4 분기 라인(218)으로부터 분기된 액상 이산화탄소 공급 라인(218a)을 통해 혼합기(250)로 공급되고, 계면활성제는 계면활성제 공급 라인(261-1)을 통해 계면활성제 공급원(262)으로부터 공급되며, 공용매는 공용매 공급 라인(263-1)을 통해 공용매 공급원(264)으로부터 공급된다. 액상 이산화탄소 공급 라인(218a)에는 밸브(218a-2)가 설치되고, 계면활성제 공급 라인(261-1)에는 밸브(261-2)가 설치되며, 그리고 공용매 공급 라인(263-1)에는 밸브(263-2)가 설치될 수 있다.The liquid carbon dioxide is supplied to the
도 3은 도 1의 공정 챔버 구조를 보여주는 도면이다. 도 4는 기판으로부터 비산되는 약액이 드레인 컵에 수용된 후 배출되는 것을 보여주는 도면이다.3 is a view illustrating a process chamber structure of FIG. 1. 4 is a view showing that the chemical liquid scattered from the substrate is discharged after being received in the drain cup.
도 3 및 도 4를 참조하면, 드레인 컵(900)은 공정 챔버(100) 내에 위치된다. 드레인 컵(900)은 기판(W)으로부터 비산되는 처리 유체(주로 약액 공정과 린스 공정에 사용되는 처리유체)가 공정 챔버(100) 내면으로 튀지 않도록 처리 유체를 수용할 수 있는 구조로 이루어진다. 특히, 드레인 컵(900)은 공정 챔버(100)와 기판(W) 사이에 위치되며, 공정 챔버(100)로부터 2mm 이격된 상태로 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 드레인 컵(900)은 공정챔버(100)로부터 다수의 지지핀(901)들에 의해 이격된 상태로 설치된다. 왜냐하면, 건조 공정에서 공정 챔버(100) 내부는 고압을 유지하게 되는데 드레인 컵(900)이 공정챔버(100) 내벽에 밀착되게 설치되는 경우 일면으로만 압력이 가해지기 때문에 드레인 컵(900)에 데미지(스트레스)가 발생될 수 있으나, 드레인 컵(900)이 공정챔버(100) 내벽으로부터 이격되어 있는 경우 전면에 걸쳐 압력이 가해져서 상쇄되기 때문에 고압에 의한 데미지(스트레스)를 방지할 수 있다. 3 and 4, the
드레인 컵(900)은 크게 천정부(910), 측벽부(920), 바닥부(930) 그리고 연장부(940)를 포함한다. 천정부(910)는 기판(W)의 처리면과 마주하도록 공정 챔버(100) 내의 상면과 인접하게 위치된다. 천정부(910)의 중앙에는 분사노즐(123)이 위치할 수 있도록 중앙홀(912)이 형성되어 있다. The
측벽부(920)는 천정부(910)의 가장자리로부터 연장되어 형성되며, 공정 챔버(100) 내의 측면과 인접하게 위치된다. The
바닥부(930)는 측벽부(920)로부터 연장되어 형성되며, 공정 챔버(100) 내의 바닥면과 인접하게 위치된다. 바닥부(930)는 기판보다 낮은 높이에 위치됨으로써 천정부(910) 및 측벽부(920)로 비산된 처리액이 모이는 수용공간(932)을 제공하게 된다. The
연장부(940)는 바닥부(930)로부터 연장되어 형성되고, 스핀척(400)의 측면과 기판(W)이 위치되는 상면 중에서 가장자리를 둘러싸게 위치된다. 즉, 연장부(940)는 기판으로부터 가깝게 비산되거나 기판으로부터 흘러 내리는 처리유체를 받아내기 위한 부분이다. 여기서, 연장부(940)는 기판(W)과 중첩되지 않도록 주의해야 한다. 만약, 기판(W)과 중첩되는 경우 기판의 로딩/언로딩시 충돌될 수 있다. The
한편, 공정 챔버(100) 내부에는 드레인 컵(900)의 바닥부(930)에 수용된 처리 유체를 공정 챔버(100) 밖으로 배출시키기 위한 드레인 배관(950)이 설치될 수 있다. 드레인 배관(950)은 공정 챔버(100)의 측면을 관통해서 바닥부(930)와 연결된다. 도시하지 않았지만, 드레인 배관(950)을 생략하고, 공정 챔버(100)의 바닥에 배출구를 형성해서 바닥부(930)에 모인 처리유체를 공정 챔버 바닥으로 흐르도록 구성하고, 배출구를 통해 공정 챔버 바닥에 모인 처리유체를 외부로 배출되도록 구성할 수도 있다. Meanwhile, a
드레인 배관(950)은 제1배출라인(310)과 연결되며, 제1배출라인(310)에는 밸 브(312)와 펌프(314)가 설치된다. 펌프(314)는 공정 챔버(100) 내부에 음압을 작용시켜 드레인 컵(900)에 수용된 처리 유체(주로 약액, 린스액)를 강제로 배출시킬 수 있다. The
본 발명에서와 같이, 단일 공정 챔버(100) 내에서 다수의 기판 처리 공정을 수행하는 경우 처리 유체의 종류에 따라 공정 챔버(100)의 재질에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 초임계 유체를 사용하는 경우 공정챔버(100) 내부가 고압에 견딜 수 있는 강도가 강한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 내식성이 강한 합성수지(PEEK/PTFE) 재질로 이루어지는 드레인 컵(900)을 공정챔버(100) 내부에 설치하여 약액(황산(H2SO4), 과산화수소(H2O2)혼합물, 불화수소(HF) 등)이 공정챔버와 직접 접촉하는 것을 최소화하였다. 그리고 공정챔버(100)는 강도가 강한 재질인 금속 재질로 이루어진다. As in the present invention, when performing a plurality of substrate processing process in a
도 3을 참조하면, 스핀 척(400)은 공정 챔버(100)의 내측에 제공되며, 기판을 척킹한다. 스핀 척(400)은 원판 형상의 지지판(420)을 가진다. 지지판(420)의 상면(422) 가장자리 영역에는 기판을 척킹하는 핀 부재들(440)이 설치되고, 지지판(420)의 하면(424) 중앙 영역에는 회전 구동 유닛(500)의 회전 축(510)이 결합된다. 스핀척(400)에는 기판의 저면과 마주하는 상면에 공정 챔버의 처리 유체가 빠져나가는 배기공(402)을 갖는 배기통로(404)가 형성되어 있다. 스핀척(400)의 배기통로(404)는 회전 축(510)의 배기통로(504)와 연결된다.Referring to FIG. 3, the
그리고 도 5는 도 1의 회전축의 확대도이며, 도 6은 도 1의 하우징의 확대도 이다.5 is an enlarged view of the rotating shaft of FIG. 1, and FIG. 6 is an enlarged view of the housing of FIG. 1.
도 1 및 도 5, 도 6을 참조하면, 회전 구동 유닛(500)은 공정 챔버(100)의 외측 하부에 제공되며, 스핀 척(400)을 회전시킨다. 회전 구동 유닛(500)은 회전 축(510)을 가진다. 회전 축(510)의 일단은 스핀 척(400)의 지지판(420) 하면(424)에 결합되고, 회전 축(510)의 타단은 공정 챔버(100)의 하부 벽(140)에 형성된 관통 홀(146)을 관통하여 공정 챔버(100)의 외측 하부로 노출된다. 회전 축(510)의 표면은 초임계 유체 및 약액과 접촉하여도 견딜 수 있는 내부식성이 우수한 재질로 코팅될 수 있다.1, 5, and 6, the rotation driving unit 500 is provided at an outer lower portion of the
회전 축(510)은 그 길이 방향이 수직 방향을 향하도록 제공된다. 회전 축(510)은 길이 방향을 따라 3 개의 영역으로 구분될 수 있으며, 이하에서는 편의상 상부 영역을 제 1 로드(511)로, 중앙 영역을 제 2 로드(512)로, 그리고 하부 영역을 제 3 로드(513)로 칭한다. 회전축(510)은 중공 형태로써 그 내부에 스핀척(400)의 배기 통로(404)와 연결되는 배기통로 (504)가 제공된다. The axis of
회전 축(510)의 제 2 로드(512)의 외주 면에는 종동 자성체(516)가 설치되며, 제 2 로드(512)의 둘레에는 회전 축(510)의 반경 방향으로 종동 자성체(516)와 마주보도록 구동 자성체(527)가 제공된다. 구동 자성체(527)는 구동 부재(530)에 의해 회전 축(510)을 중심으로 회전된다. 종동 자성체(516)의 자극들과 구동 자성체(527)의 자극들은 서로 간에 자기적 인력이 작용하도록 배치될 수 있다. 구동 부재(530)가 구동 자성체(527)를 회전시키면, 구동 자성체(527)와 종동 자성체(516) 간의 자기적 인력에 의해 종동 자성체(516)가 회전된다.A driven
회전 축(510)과 구동 자성체(527)는 공정 챔버(100)의 하부 벽(140)에 인접하게 설치되는 하우징(520)에 수용될 수 있다. 하우징(520)의 몸체(521)는 공정 챔버(100)의 하부 벽(140)에 대응하는 단면 형상을 가질 수 있으며, 길이 방향이 수직 방향을 향하도록 길게 연장될 수 있다. 하우징(520) 몸체(521)의 길이 방향을 따르는 중심에는 수직 홀(522)이 길게 형성되며, 하우징(520) 몸체(521)의 내측 중심부에는 수직 홀(522)에 연통되고 횡 방향을 향하는 자성체 수용 홈(525)이 형성된다. 회전 축(510) 중 공정 챔버(100)의 외부로 노출된 부분이 수직 홀(522)에 삽입되며, 회전 축(510)은 외주 면이 수직 홀(522)의 내주 면과 일정 간격을 유지한 상태로 삽입된다. 자성체 수용 홈(525)에는 구동 자성체(527)가 수용된다. 구동 자성체(527)의 상면 및 하면과 자성체 수용 홈(525)의 표면 사이에는 베어링 부재(528)가 각각 개재되며, 구동 자성체(527)는 베어링 부재(528)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고 자성체 수용 홈(525)의 일측에는 하우징(520)의 외측과 통하도록 개구부(526)가 형성된다. 하우징(520)의 수직 홀(522), 자성체 수용 홈(525)의 표면은 초임계 상태의 유체와 접촉하여도 견딜 수 있는 내부식성 재질로 코팅될 수 있다.The
구동 부재(530)는 회전력을 제공하는 모터(532)와, 모터(532)의 회전력을 구동 자성체(527)에 전달하는 벨트-풀리 어셈블리(534)를 포함한다. 벨트-풀리 어셈블리(534)는 모터(532)의 축에 결합된 풀리(534a), 그리고 풀리(534a)와 구동 자성체(527)에 감기는 벨트(534b)를 가진다. 벨트(534b)는 하우징(520)의 개구부(526)를 통해 자성체 수용 홈(525)으로 인입될 수 있다. The
회전 축(510)과 하우징(520)에는 회전 축(510)의 길이 방향을 수직 방향으로 정렬하는 제 1 축 정렬 부재(540a)와 제 2 축 정렬 부재(540b)가 제공된다. 제 1 축 정렬 부재(540a)는 하부벽(140)에 형성된 관통 홀(146)의 내주 면에 제공되는 제 1 정렬용 고정 자성체(544a)와, 제 1 정렬용 고정 자성체(544a)와 마주보도록 회전 축(510)의 제 1 로드(511)의 외주 면에 제공되는 제 1 정렬용 가동 자성체(542a)를 포함한다. 그리고 제 2 축 정렬 부재(540b)는 하우징(510)의 수직 홀(522) 하단의 내주 면에 제공되는 제 2 정렬용 고정 자성체(544b)와, 제 2 정렬용 고정 자성체(544b)와 마주보도록 회전 축(510)의 제 3 로드(513)의 외주 면에 제공되는 제 2 정렬용 가동 자성체(544a)를 포함한다. 제 1 정렬용 고정 자성체(544a)와 제 1 정렬용 가동 자성체(542a) 사이, 그리고 제 2 정렬용 고정 자성체(544b)와 제 2 정렬용 가동 자성체(544a) 사이에는 자기적 인력이 작용할 수 있으며, 이와 반대로 자기적 반발력이 작용할 수도 있다. 이는 상호 작용하는 자성체들의 환형 구조로 인해, 자력이 반경 방향으로 작용하여, 자성체들 간에 자기적 인력이 작용하든, 자기적 반발력이 작용하든, 모두 동일한 효과를 낼 수 있기 때문이다. The
그리고, 회전 축(510)과 하우징(520)에는 회전 축(510)을 지지하는 제 1 축 지지 부재(550a)와 제 2 축 지지 부재(550b)가 제공된다.The
제 1 축 지지 부재(550a)는 제 1 플랜지(514), 제 1 지지용 가동 자성체(552a), 제 1 지지용 상부 고정 자성체(554a-1), 그리고 제 1 지지용 하부 고정 자성체(554a-2)를 포함한다. 제 1 플랜지(514)는 회전 축(510) 상의 종동 자성 체(516)의 상부, 예를 들어 제 1 로드(511)와 제 2 로드(512)의 경계 지점에 결합될 수 있다. 제 1 지지용 가동 자성체(552a)는 제 1 플랜지(514)의 가장자리 영역에 제공된다. 제 1 플랜지(514)는 하우징(510)의 수직 홀(522)에 연통하는 제 1 수평 홀(523)에 수용되며, 제 1 플랜지(514)는 표면이 제 1 수평 홀(523)의 내면과 일정 간격을 유지한 상태로 수용될 수 있다. 제 1 수평 홀(523)은 자성체 수용 홈(525)의 상부에 수평하게 형성될 수 있다. 그리고, 제 1 플랜지(514)의 표면과 제 1 수평 홀(523)의 표면은 초임계 상태의 유체와 접촉하여도 견딜 수 있는 내부식성 재지로 코팅될 수 있다.The first
제 1 지지용 하부 고정 자성체(554a-2)는 제 1 플랜지(514)의 제 1 지지용 가동 자성체(552a)와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 제 1 수평 홀(523)의 하부에 마주보게 제공될 수 있다. 제 1 지지용 가동 자성체(552a)와 제 1 지지용 하부 고정 자성체(554a-2) 사이의 자기적 반발력이 제 1 플랜지(514)를 위쪽 방향으로 밀어주어, 제 1 플랜지(514)가 결합된 회전 축(510)을 지지한다. 제 1 지지용 상부 고정 자성체(554a-1)는 제 1 지지용 가동 자성체(552a)와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 제 1 수평 홀(523)의 상부에 마주보게 제공될 수 있다. 제 1 지지용 가동 자성체(552a)와 제 1 지지용 상부 고정 자성체(554a-1) 사이의 자기적 반발력이 제 1 플랜지(514)를 아래쪽 방향으로 밀어주어, 제 1 지지용 가동 자성체(552a)와 제 1 지지용 하부 고정 자성체(554a-2) 사이에 작용하는 자기적 반발력에 의해 제 1 플랜지(514)가 과도하게 요동하는 것을 방지할 수 있다.The first supporting lower fixed
제 2 축 지지 부재(550b)는 제 2 플랜지(515), 제 2 지지용 가동 자성 체(552b), 제 2 지지용 상부 고정 자성체(554b-1), 그리고 제 2 지지용 하부 고정 자성체(554b-2)를 포함한다. 제 2 플랜지(515)는 회전 축(510) 상의 종동 자성체(516)의 하부, 예를 들어 제 2 로드(512)와 제 3 로드(513)의 경계 지점에 결합될 수 있다. 제 2 지지용 가동 자성체(552b)는 제 2 플랜지(515)의 가장자리 영역에 제공된다. 제 2 플랜지(515)는 하우징(510)의 수직 홀(522)에 연통하는 제 2 수평 홀(524)에 수용되며, 제 2 플랜지(515)는 표면이 제 2 수평 홀(524)의 내면과 일정 간격을 유지한 상태로 수용될 수 있다. 제 2 수평 홀(524)은 자성체 수용 홈(525)의 하부에 수평하게 형성될 수 있다. 그리고, 제 2 플랜지(515)의 표면과 제 2 수평 홀(524)의 표면은 초임계 상태의 유체와 접촉하여도 견딜 수 있는 내부식성 재지로 코팅될 수 있다.The second
제 2 지지용 하부 고정 자성체(554b-2)는 제 2 플랜지(515)의 제 2 지지용 가동 자성체(552b)와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 제 2 수평 홀(524)의 하부에 마주보게 제공될 수 있다. 제 2 지지용 가동 자성체(552b)와 제 2 지지용 하부 고정 자성체(554b-2) 사이의 자기적 반발력이 제 2 플랜지(515)를 위쪽 방향으로 밀어주어, 제 2 플랜지(515)가 결합된 회전 축(510)을 지지한다.The second supporting lower fixed
제 2 지지용 상부 고정 자성체(554b-1)는 제 2 지지용 가동 자성체(552b)와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 제 2 수평 홀(524)의 상부에 마주보게 제공될 수 있다. 제 2 지지용 가동 자성체(552b)와 제 2 지지용 상부 고정 자성체(554b-1) 사이의 자기적 반발력이 제 2 플랜지(515)를 아래쪽 방향으로 밀어주어, 제 2 지지용 가동 자성체(552b)와 제 2 지지용 하부 고정 자성체(554b-2) 사이 에 작용하는 자기적 반발력에 의해 제 2 플랜지(515)가 과도하게 요동하는 것을 방지할 수 있다.The second supporting upper fixed
승강 유닛(600)은 하우징(520)을 지지하는 베이스(620)와, 베이스(620)를 상하 방향으로 이동시키는 직선 구동 부재(640)를 포함한다. 직선 구동 부재(640)가 베이스(620)를 상하 방향으로 이동시킴에 따라 하우징(520)이 상하 방향으로 이동하고, 이에 연동하여 공정 챔버(100)의 하부 벽(140)과 스핀 척(400)이 상하 이동된다. 승강 유닛(600)은 공정 챔버(100)로의 기판 로딩과 공정 챔버(100)로부터의 기판 언로딩시, 하우징(520)을 하강시켜 스핀 척(400)을 처리실(120)의 외측 하부에 위치시킬 수 있다. 그리고 승강 유닛(600)은 공정 진행을 위해 하우징(520)을 승강시켜 스핀 척(400)을 처리실(120)의 내측에 위치시킬 수 있다.The
배기 유닛(300)은 배기통로(504)와 연결되는 제1배기라인(320)과, 라인을 통해 기판 처리에 사용된 초임계 이산화탄소(scCO2)와 이에 혼합된 이소프로필알코올(IPA)을 배출한다. 제1배기 라인(320) 상에는 분리기(322)가 배치된다. 분리기(322)는 이소프로필알코올(IPA)이 혼합된 초임계 이산화탄소(scCO2)로부터 이소프로필알코올(IPA)과 초임계 이산화탄소(scCO2)를 분리한다. 분리된 초임계 이산화탄소(scCO2)는 제 1 분기 라인(330)을 통해 배출되고, 분리된 이소프로필알코올(IPA)은 제 2 분기 라인(340)을 통해 배출된다. 제 1 분기 라인(330)상에는 밸브(332)와 펌프(334)가 설치되고, 제 2 분기 라인(340)상에는 밸브(342)와 펌프(344)가 설치될 수 있다. 제 1 및 제 2 분기 라인(330, 340)에 설치된 펌프들(334, 344)은 음압 을 작용시켜 이소프로필알코올(IPA)과 초임계 이산화탄소(scCO2)를 강제로 배출시킬 수 있다.The
상술한 구성을 갖는 기판 처리 장치에서의 기판 처리 방법은 약액을 이용하여 기판을 처리하는 과정과, 탈이온수로 기판을 처리하는 린스 과정, 린스 공정에서 처리된 기판상의 탈이온수를 이소프로필알코올(IPA)로 치환하는 과정 그리고 기판상의 잔류 이소프로필알코올(IPA)을 초임계 유체로 제거하는 건조 과정을 포함한다. 여기서, 기판으로부터 공급되는 약액은 기판의 회전력에 의해 가장자리로 비산되고, 비산되는 약액은 드레인 컵에 수용되어 바닥부에 모아진 후 드레인 배관을 통해 외부로 배출된다. In the substrate processing method of the substrate processing apparatus having the above-described configuration, isopropyl alcohol (IPA) is used to process a substrate using a chemical solution, a rinse process for treating the substrate with deionized water, and deionized water on the substrate treated in the rinse process. ) And drying to remove residual isopropyl alcohol (IPA) on the substrate with a supercritical fluid. Here, the chemical liquid supplied from the substrate is scattered to the edge by the rotational force of the substrate, and the chemical liquid scattered is collected in the drain cup and collected at the bottom and discharged to the outside through the drain pipe.
한편, 기판을 회전시키면서 초임계 유체로 기판을 처리하는 과정에서 공정 챔버로 공급된 초임계 유체는 스핀척에 형성된 배기통로를 통해 외부로 배기된다. 배기통로가 스핀척에 형성되어 있기 때문에 약액이나 탈이온수 등이 배기통로로 배출되는 것을 방지할 수 있고 공정 챔버 내부에 균일한 배기 흐름을 제공할 수 있다.Meanwhile, in the process of treating the substrate with the supercritical fluid while rotating the substrate, the supercritical fluid supplied to the process chamber is exhausted to the outside through the exhaust passage formed in the spin chuck. Since the exhaust passage is formed in the spin chuck, it is possible to prevent the chemical liquid or the deionized water from being discharged into the exhaust passage and provide a uniform exhaust flow inside the process chamber.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범 위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited thereto. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The drawings described below are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an example of a substrate processing apparatus according to the present invention.
도 2는 처리 유체 공급 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the configuration of a processing fluid supply unit.
도 3은 도 1의 공정 챔버 구조를 보여주는 도면이다. 3 is a view illustrating a process chamber structure of FIG. 1.
도 4는 기판으로부터 비산되는 약액이 드레인 컵에 수용된 후 배출되는 것을 보여주는 도면이다.4 is a view showing that the chemical liquid scattered from the substrate is discharged after being received in the drain cup.
도 5는 도 1의 회전축의 확대도이다.5 is an enlarged view of the rotation shaft of FIG. 1.
도 6은 도 1의 하우징의 확대도이다.6 is an enlarged view of the housing of FIG. 1.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 공정 챔버 200: 처리유체 공급 유닛100: process chamber 200: processing fluid supply unit
300: 배기 유닛 400: 스핀 척300: exhaust unit 400: spin chuck
500: 회전 구동 유닛 510: 회전 축500: rotation drive unit 510: rotation axis
520: 하우징 530: 구동 부재520: housing 530: drive member
600: 승강 유닛 900 : 드레인 컵600: lifting unit 900: drain cup
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