KR101899169B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 컵체를 흡인하는 배기 장치의 부담을 저감하면서, 기판에 공급된 처리액이 기판으로부터 비산한 후에 재차 기판에 부착하는 것을 효과적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.
기판(W)의 처리중, 링형의 커버 부재(5)는 기판 유지부(3)에 유지된 기판(W) 상면의 둘레 가장자리부를 덮고, 이 둘레 가장자리부보다 반경 방향 내측에 있는 기판의 중앙부는 커버 부재에 덮이지 않고 노출되어 있다. 커버 부재의 하면(52)은, 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부와의 사이에 간극(G)을 형성한다. 컵체(2)의 내부 공간이 배기구(245)를 통해 흡인되면, 커버 부재의 위쪽에 있는 기체가, 커버 부재의 내주면(51)에 둘러싸인 공간 및 간극(G)을 통해, 컵체의 내부 공간에 도입된다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 회전하는 기판의 둘레 가장자리부에 처리액을 공급하여, 이 둘레 가장자리부를 처리하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 함)를 회전시키면서, 이 웨이퍼의 둘레 가장자리부에 약액 등의 처리액을 공급함으로써 이 둘레 가장자리부의 불필요한 막 또는 오염 물질을 제거하는 둘레 가장자리부 세정 공정이 있다. 이러한 세정은, 베벨 세정 또는 에지 세정이라고 불린다.
특허문헌 1에는, 둘레 가장자리부 세정을 행하기 위한 액처리 장치가 개시되어 있다. 이 액처리 장치는, 웨이퍼를 수평 자세로 유지하여 수직축선 둘레로 회전시키는 진공척과, 회전하는 웨이퍼의 둘레 가장자리부에 약액을 토출하는 노즐과, 웨이퍼의 주위를 둘러싸고 웨이퍼로부터 비산하는 처리액을 받아내는 컵체와, 웨이퍼 상면에 근접하여 웨이퍼 상면의 위쪽을 덮고 컵체 상면을 시일하는 원판형의 커버 부재를 구비하고 있다. 커버 부재의 상면의 중심부로부터 굴뚝형의 흡입관이 마련되어 있고, 또한 커버 부재에는 웨이퍼 둘레 가장자리 바로 위의 위치에 아래쪽으로 돌출되는 돌기부가 마련되어 있다. 컵체의 내부 공간이 흡인되어 부압으로 되어 있기 때문에, 하우징 안을 흐르는 청정 공기의 다운 플로가 흡입관으로부터 흡입되어, 웨이퍼 상면과 커버 부재의 하면 사이의 공간을 웨이퍼 둘레 가장자리를 향해 흘러, 커버 부재의 돌기부와 웨이퍼 상면 사이에 형성된 협애 간극을 통해 컵 내부에 유입된다. 이 기류에 의해, 웨이퍼 바깥쪽으로 비산하는 약액의 미스트가 웨이퍼의 상면에 재차 부착되어 웨이퍼의 상면(디바이스 형성면)을 오염시키는 것이 방지된다.
그러나, 특허문헌 1의 커버 부재는, 웨이퍼의 전체면을 덮고 있기 때문에, 흡입관 입구로부터 컵체에 이르기까지의 유로 저항이 크다. 이 때문에, 컵체의 내부 공간을 강하게 흡인하지 않으면, 협애 간극 출구부에 충분한 유속의 기류를 얻을 수 없다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2012-84856호 공보
본 발명은, 컵체를 흡인하는 배기 장치의 부담을 저감하면서, 기판에 공급된 처리액이 기판으로부터 비산한 후에 재차 기판에 부착하는 것을 효과적으로 방지하는 기술을 제공한다.
본 발명은, 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부를 수직축선 둘레로 회전시키는 회전 구동 기구와, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부에 처리액을 공급하는 처리액 노즐과, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 주위를 둘러싸고, 상기 기판으로부터 바깥쪽으로 비산하는 처리액을 회수하는 컵체와, 상기 컵체의 내부 공간을 흡인하기 위한 배기구와, 하면 및 내주면을 갖는 링형의 커버 부재를 구비하고, 상기 커버 부재는, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리를 덮고, 이 둘레 가장자리부보다 반경 방향 내측에 있는 기판 중앙부는 상기 커버 부재에 덮이지 않고 노출되어 있으며, 상기 커버 부재의 상기 하면은, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부와의 사이에 간극을 형성하고, 상기 컵체의 내부 공간이 배기될 때에, 상기 컵체의 상기 내부 공간의 위쪽에 있는 기체가, 상기 커버 부재의 상기 내주면에 둘러싸인 공간으로부터 상기 간극을 통해 상기 컵체의 내부 공간에 도입되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기판의 주위를 컵체로 둘러싸고, 상기 기판의 위쪽을 링형의 커버 부재에 의해 덮은 상태에서, 기판을 수평으로 유지하는 공정과, 상기 컵체의 내부 공간을 배기하고 기판을 수직축선 둘레로 회전시킨 상태에서, 상기 기판의 둘레 가장자리부에 처리액을 공급하여, 상기 기판에 액처리를 실시하는 공정을 구비하고, 상기 기판에 상기 액처리가 실시되고 있을 때에, 상기 커버 부재는, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부를 덮으며, 이 둘레 가장자리부보다 반경 방향 내측에 있는 기판의 중앙부는 상기 커버 부재에 덮이지 않고 노출되어 있으며, 상기 커버 부재의 하면과 상기 기판의 상면의 둘레 가장자리부 사이에 간극이 형성되어 있고, 상기 컵체의 상기 내부 공간이 배기되는 것에 의해, 상기 커버 부재의 위쪽에 있는 기체가, 상기 커버 부재의 내주면에 둘러싸인 공간 및 상기 간극을 통해, 상기 컵체의 내부 공간에 도입되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기판의 둘레 가장자리부를 덮는 링형의 커버 부재를 이용하는 것에 의해, 커버 부재의 하면과 기판의 상면 사이에 형성되는 유로(간극) 안에서의 유로 저항을 저감하여, 컵체를 흡인하는 배기 장치의 부담을 저감할 수 있다. 또한, 링형의 커버 부재의 하면과 기판의 상면 사이에 형성되는 간극을 기판 바깥쪽을 향해 유출하는 기체에 의해, 기판에 공급된 처리액이 기판으로부터 비산한 후에 재차 기판에 부착하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 액처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 액처리 장치의 커버 부재, 그 승강 기구 및 처리액 공급부를 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 1의 우측 웨이퍼의 외주 가장자리 부근의 영역을 확대하여 상세히 도시하는 단면도이다.
도 4는 노즐에 대해서 설명하는 도면이다.
도 5는 컵체 내부 및 그 근방의 처리 유체의 흐름을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 액체의 흐름을 설명하는 도면이고, (b)는 기류 및 이 기류를 타고 흐르는 미스트의 흐름을 설명하는 도면이다.
본 발명에 의한 기판 처리 장치의 일 실시형태로서, 반도체 장치가 형성되는 원형의 기판인 웨이퍼(W)의 표면에 약액인 HF(Hydro Fluoric acid) 용액을 공급하여, 이 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에 형성된 불필요한 막을 제거하는 액처리 장치에 대해서 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 액처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)를 수평 자세로 수직축 둘레로 회전 가능하게 유지하는 웨이퍼 유지부(3)와, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸고 웨이퍼(W)로부터 비산한 처리액을 받는 컵체(2)와, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W) 상면의 둘레 가장자리부를 덮는 링형의 커버 부재(5)와, 커버 부재(5)를 승강시키는 승강 기구(이동 기구)(6)와, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)에 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급부(7)를 구비하고 있다.
전술한 액처리 장치의 구성 부재인 컵체(2), 웨이퍼 유지부(3), 커버 부재(5) 등은 하나의 하우징(11) 안에 수용되어 있다. 하우징(11)의 천정부 부근에는 외부로부터 청정 공기를 도입하는 청정 공기 도입 유닛(14)이 마련되어 있다. 또한, 하우징(11)의 바닥면 근방에는 하우징(11) 안의 분위기를 배기하는 배기구(15)가 마련되어 있다. 이에 의해, 하우징(11) 안에 하우징(11)의 상부로부터 하부를 향해 흐르는 청정 공기의 다운 플로가 형성된다. 하우징(11)의 하나의 측벽에는, 셔터(12)에 의해 개폐되는 반입출구(13)가 마련되어 있다. 하우징(11)의 외부에 마련된 도시하지 않은 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암이, 웨이퍼(W)를 유지한 상태로, 반입출구(13)를 통과할 수 있다.
웨이퍼 유지부(3)는, 원판 형상의 진공척으로서 구성되어 있고, 그 상면이 웨이퍼 흡착면(31)으로 되어 있다. 웨이퍼 흡착면(31)의 중앙부에는 흡인구(32)가 개구되어 있다. 웨이퍼 유지부(3)의 하면 중앙부에는, 중공 원통 형상의 회전축(44)이 수직 방향으로 연장되어 있다. 회전축(44)의 내부 공간에는, 흡인구(32)에 접속된 흡인관로(도시 생략)가 통해 있다. 이 흡인관로는, 하우징(11)의 외측에서, 진공 펌프(42)에 접속되어 있다. 진공 펌프(42)를 구동함으로써, 웨이퍼 유지부(3)에 의해 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다.
회전축(44)은, 베어링(451)을 내장한 베어링 케이싱(45)에 지지되어 있고, 베어링 케이싱(45)은, 하우징(11)의 바닥면에 지지되어 있다. 회전축(44)은, 회전축(44) 상의 피동 풀리(461), 구동 모터(463)의 회전축상의 구동 풀리(462), 피동 풀리(461) 및 구동 풀리(462) 사이에 걸쳐진 구동 벨트(464)를 포함하는 회전 구동 기구(46)에 의해, 원하는 속도로 회전시킬 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 컵체(2)는, 웨이퍼 유지부(3)의 외주를 둘러싸도록 마련된, 바닥이 있는 원환 형상의 부재이다. 컵체(2)는, 웨이퍼(W)에 공급된 후에 웨이퍼(W) 바깥쪽으로 비산하는 약액을 받아내어 회수하고, 외부로 배출하는 역할을 갖는다.
웨이퍼 유지부(3)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 하면과, 이 웨이퍼(W)의 하면에 대향하는 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 상면(211) 사이에는, 비교적 작은(예컨대, 2 ㎜∼3 ㎜ 정도의 높이의) 간극이 형성된다. 웨이퍼(W)에 대향하는 상면(211)에는, 2개의 가스 토출구(212, 213)가 개구되어 있다. 이들 2개의 가스 토출구(212, 213)는, 동심(同心)의 대직경의 원주 및 소직경의 원주를 따라 각각 연속적으로 연장되어 있고, 반경 방향 바깥쪽이며, 비스듬하게 상방향으로, 웨이퍼(W)의 하면을 향해 핫 N2 가스(가열된 질소 가스)를 토출한다.
컵체(2)의 내주측 부분(21) 안에 형성된 하나 또는 복수의(도면에서는 하나만 도시) 가스 도입 라인(214)으로부터 원환형의 가스 확산 공간(215)으로 N2 가스가 공급되어, N2 가스는 가스 확산 공간(215) 안을 원주 방향으로 퍼지면서 흘러, 가스 토출구(212, 213)로부터 토출된다. 가스 확산 공간(215)에 인접하여 히터(216)가 마련되어 있어, N2 가스는 가스 확산 공간(215) 안을 흐르고 있을 때에 가열되고, 그 후, 가스 토출구(212, 213)로부터 토출된다. 반경 방향 외측에 있는 가스 토출구(213)로부터 토출되는 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 피처리 부위인 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부를 가열함으로써, 약액에 의한 반응을 촉진시키고, 또한 웨이퍼(W)의 표면(상면)을 향해 토출된 후에 비산하는 처리액의 미스트가 웨이퍼의 이면(하면)으로 돌아 들어가는 것을 방지한다. 반경 방향 내측에 있는 가스 토출구(212)로부터 토출되는 N2 가스는, 가스 토출구(212)가 없는 경우에 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부만이 따뜻해지는 것 및 웨이퍼(W) 중심측에서 웨이퍼(W)의 하면 근방에 부압이 생기는 것에 기인하여 생길 수 있는 웨이퍼(W)의 변형을 방지한다.
컵체(2)의 외주측 부분(24)에는, 상부가 개방된 2개의 원환형의 오목부(241, 242)가 컵체(2)의 둘레 방향을 따라 형성되어 있다. 오목부(241, 242) 사이는, 원환형의 분리벽(243)에 의해 구획되어 있다. 외측의 오목부(241)의 바닥부에 배액로(244)가 접속되어 있다. 또한, 내측 오목부(242)의 바닥부에는 배기구(247)가 마련되어 있고, 이 배기구(247)에 배기로(245)가 접속되어 있다. 배기로(245)에는, 이젝터 또는 진공 펌프 등의 배기 장치(246)가 접속되어 있고, 이 액처리 장치(1)의 동작 중에는, 배기로(245)를 통해 컵체(2)의 내부 공간이 상시 흡인되어, 내측 오목부(242) 안의 압력이 컵체(2) 외부의 하우징(11) 안의 압력보다 낮게 유지되어 있다.
컵체(2)의 내주측 부분(21)의 외주부[웨이퍼(W)의 둘레 가장자리의 아래쪽 위치]로부터 반경 방향 외측을 향해 환형의 안내판(25)이 연장되어 있다. 안내판(25)은 반경 방향 외측으로 갈수록 낮아지도록 경사져 있다. 안내판(25)은 내측 오목부(242) 전체 및 외측 오목부(241)의 내주측 부분의 위쪽을 덮고, 안내판(25)의 선단부(251)(반경 방향 외주 가장자리부)는, 아래쪽을 향해 굴곡하여 외측 오목부(241) 안으로 돌입되어 있다.
또한, 컵체(2)의 외주측 부분(24)의 외주부에는, 외측 오목부(241)의 외측 벽면과 연속하는 외주벽(26)이 마련되어 있다. 외주벽(26)은, 그 내주면에 의해, 웨이퍼(W)로부터 바깥쪽으로 비산하는 유체(액적, 가스 및 이들의 혼합물 등)를 받아내고, 외측의 오목부(241)를 향해 안내한다. 외주벽(26)은, 수평면에 대하여 25도∼30도의 각도를 이뤄 반경 방향 외측을 향할수록 낮아지도록 경사지는 내측의 유체 수용면(261)과, 유체 수용면(261)의 상단부로부터 아래쪽으로 연장되는 꺾임부(262)를 갖고 있다. 도시예에서는, 경사면으로서 형성된 유체 수용면(261)에 수평면(263)을 거쳐 꺾임부(262)가 접속되어 있지만, 수평면(263)을 마련하는 대신에 만곡면을 마련하여도 좋고, 수평면(263)을 마련하지 않고 유체 수용면(261)의 상단부에 직접 꺾임부(262)를 접속하여도 좋다. 안내판(25)의 상면(252)과 유체 수용면(261) 사이에, 가스(공기, N2 가스 등)와 웨이퍼(W)로부터 비산한 액적이 흐르는 배기 유로(27)가 형성된다. 한편, 꺾임부(262)의 내주면에 의해 컵체(2)의 상부 개구가 획정되지만, 이 상부 개구의 개구 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다 약간 크다.
배기 유로(27)를 통해 외측 오목부(241)에 유입된 가스 및 액적의 혼합 유체는, 안내판(25)과 분리벽(243) 사이를 흘러 내측 오목부(242)에 유입된다. 안내판(25)과 분리벽(243) 사이를 통과할 때에, 혼합 유체의 흐름 방향이 급격히 전향되어, 혼합 유체에 포함되는 액체(액적)는, 안내판(25)의 선단부(251) 또는 분리벽(243)에 충돌하여 유체로부터 분리되고, 안내판(25)의 하면 또는 분리벽(243)의 표면을 따라 외측 오목부(241)로 유입되어, 배액로(244)로부터 배출된다. 액적이 제거되고 내측 오목부(242)에 유입된 유체는 배기로(245)로부터 배출된다.
커버 부재(5)는, 처리가 실행될 때에, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 상면 둘레 가장자리부와 대향하도록 배치되는 링 형상의 부재이다. 커버 부재(5)는, 이후에 상술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상면 둘레 가장자리부의 근방을 흘러 컵체(2) 안에 인입되는 기체를 정류하고 기체의 유속을 증대시켜, 웨이퍼(W)의 상면에 웨이퍼(W)로부터 비산한 처리액이 웨이퍼(W)에 재차 부착하는 것을 방지한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 커버 부재(5)는, 내주면(51)과, 웨이퍼(W)에 대향하는 수평인 하면(52)을 갖고 있다. 내주면(51)은, 수직 방향으로 연장되는 상측면 부분(511)과, 웨이퍼(W)에 근접함에 따라 반경 방향 외측을 향하도록 경사지는 하측면 부분(512)을 갖고 있다. 하측면 부분(512)과 웨이퍼(W)의 상면 사이에, 수직 방향의 간극(G)이 형성되어 있다. 커버 부재(5)의 외주 가장자리(521)는 웨이퍼(W)의 외주단(We)보다 반경 방향 외측에 위치되어 있다. 또한, 커버 부재(5) 하면(52)의 내주 가장자리(53)는 웨이퍼(W) 둘레 가장자리부(Wp)의 내주 가장자리(Wi)보다 반경 방향 내측에 위치되어 있다. 이에 의해, 간극(G)을 통과하는 기류는, 적어도 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(Wp)에서, 수평으로 웨이퍼(W)의 외측을 향해 흐른다. 또한, 여기서 「웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(Wp)」란, 디바이스가 형성되어 있지 않은 원환형의 영역을 의미하고 있다. 「웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(Wp)의 내주 가장자리(Wi)」란, 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 디바이스 형성 영역의 외접원, 즉 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 원으로서, 이 원보다 외측에 디바이스 형성 영역이 전혀 포함되지 않도록 결정된 최소 반경을 갖는 원이다. 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(Wp)의 반경 방향 폭, 즉 웨이퍼(W)의 외주단(We)으로부터 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(Wp)의 내주 가장자리(Wi)까지의 반경 방향 거리는, 예컨대 약 3 ㎜이다.
웨이퍼 유지부(3)에 웨이퍼(W)가 유지되고, 커버 부재(5)가 처리 위치에 위치했을 때의 상태가 평면도인 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 커버 부재(5)에 덮여 가려져 있는 웨이퍼(W)의 외주단(에지)(We)이 일점쇄선으로 도시되어 있다. 또한, 커버 부재(5)의 내주 가장자리는 참조부호 5e로 나타나 있다. 이와 같이 커버 부재(5)의 중앙부가 개방되어 있는 것에 의해, 종래의 웨이퍼의 대략 전체면을 덮는 원판 형상의 커버 부재와 비교하여, 커버 부재의 하면과 웨이퍼(W) 사이에 형성되는 유로의 유로 저항이 작아지기 때문에, 컵체(2)의 내부 공간을 흡인하는 배기 능력이 낮아도, 충분한 흡인을 행할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 상면은, 둘레 가장자리부를 제외하는 그 대부분이 커버 부재(5)에 덮여 있지 않아, 예컨대 하우징(11) 안에 카메라를 설치함으로써, 처리중인 웨이퍼(W)의 표면을 감시하는 것이 가능하다. 또한, 하우징(11)에 투명창을 마련함으로써, 처리중인 웨이퍼(W)의 표면을 육안으로 확인 가능하게 할 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 커버 부재(5)를 승강시키는 승강 기구(6)는, 커버 부재(5)를 지지하는 지지체(58)에 부착된 복수(본 예에서는, 4개)의 슬라이더(61)와, 각 슬라이더(61)를 관통하여 수직 방향으로 연장되는 가이드 지주(62)를 갖고 있다. 각 슬라이더(61)에는, 선형 액추에이터, 예컨대 실린더 모터(63)의 로드(631)가 연결되어 있다. 실린더 모터(63)를 구동함으로써, 슬라이더(61)가 가이드 지주(62)를 따라 상하 이동하고, 이에 의해 커버 부재(5)를 승강시킬 수 있다. 컵체(2)는 컵 승강 기구(세부 사항은 도시 생략)의 일부를 이루는 리프터(65)에 지지되어 있고, 리프터(65)를 도 1에 도시하는 상태로부터 하강시키면, 컵체(2)가 하강하여, 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암(도시 생략)과 웨이퍼 유지부(3) 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달이 가능해진다.
다음에, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 처리 유체 공급부(7)에 대해서 설명한다. 특히, 도 2에 명료하게 도시하는 바와 같이, 처리 유체 공급부(7)는, 약액(본 예에서는 HF)을 토출하는 약액 노즐(71)과, 린스액[본 예에서는 DIW(순수)]을 토출하는 린스 노즐(72)과, 건조용 가스(본 예에서는 N2 가스)를 토출하는 가스 노즐(73)을 갖고 있다. 약액 노즐(71), 린스 노즐(72) 및 가스 노즐(73)은 공통의 노즐 홀더(74)에 부착되어 있다. 노즐 홀더(74)는, 커버 부재(5)를 지지하는 지지체(58)에 부착된 선형 액추에이터, 예컨대 실린더 모터(75)의 로드(751)에 부착되어 있다. 실린더 모터(75)를 구동함으로써, 노즐(71∼73)로부터 웨이퍼(W) 상에의 처리 유체의 공급 위치를 웨이퍼(W) 반경 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 2 및 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 노즐(71∼73)은, 커버 부재(5)의 내주면에 형성된 오목부(56)에 수용되어 있다. 각 노즐(71∼73)은, 도 4의 (b)에서 화살표 A로 나타내는 바와 같이, 비스듬하게 아래쪽을 향하고, 또한 화살표 A로 나타내는 토출 방향이 웨이퍼의 회전 방향(Rw)의 성분을 갖도록 처리 유체를 토출한다. 이에 의해, 처리 유체가 액체인 경우에 생길 수 있는 미스트[처리액이 웨이퍼(W)에 충돌하는 것에 기인하여 생기는 액적]의 발생을 억제할 수 있다. 각 노즐(71∼73)에는, 도 2에 개략적으로 도시하는 처리 유체 공급 기구(711, 721, 731)로부터 상기한 처리 유체가 공급된다. 각 처리 유체 공급 기구(711, 721, 731)는 각각, 탱크 등의 처리 유체의 공급원과, 처리 유체 공급원으로부터 노즐에 처리 유체를 공급하는 관로와, 관로에 설치된 개폐 밸브, 유량 조정 밸브 등의 흐름 제어 디바이스에 의해 구성할 수 있다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 컵체(2)의 내주측 부분(21)에서, 가스 토출구(213)의 보다 외측에는, 복수의(도면에서는 하나만 표시되어 있음) 처리액 토출구(22)가 원주 방향에 관해서 상이한 위치에 형성되어 있다. 각 처리액 토출구(22)는, 웨이퍼(W)의 하면 둘레 가장자리부를 향해, 웨이퍼(W)의 바깥쪽을 향하고 비스듬하게 상향으로 처리액을 토출한다. 적어도 하나의 처리액 토출구(22)로부터는, 약액 노즐(71)로부터 토출되는 약액과 동일한 약액을 토출할 수 있다. 또한, 적어도 다른 하나의 처리액 토출구(22)로부터는, 린스 노즐(72)로부터 토출되는 린스액과 동일한 린스액을 토출할 수 있다. 각 처리액 토출구(22)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전술한 노즐(71∼73)과 같은 구성을 갖는 처리 유체 공급 기구(221)가 접속되어 있다.
도 1에 개략적으로 도시하는 바와 같이, 액처리 장치(1)는, 그 전체의 동작을 통괄 제어하는 컨트롤러(제어부)(8)를 갖고 있다. 컨트롤러(8)는, 액처리 장치(1)의 모든 기능 부품[예컨대, 회전 구동 기구(46), 승강 기구(6), 진공 펌프(42), 각종 처리 유체 공급 기구 등]의 동작을 제어한다. 컨트롤러(8)는 하드웨어로서, 예컨대 범용 컴퓨터와, 소프트웨어로서 이 컴퓨터를 동작시키기 위한 프로그램(장치 제어 프로그램 및 처리 레시피 등)에 의해 실현할 수 있다. 소프트웨어는, 컴퓨터에 고정적으로 마련된 하드디스크 드라이브 등의 기억 매체에 저장되거나, 또는 CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 착탈 가능하게 컴퓨터에 세팅되는 기억 매체에 저장된다. 이러한 기억 매체가 도 1에서 참조부호 81로 나타나 있다. 프로세서(82)는 필요에 따라 도시하지 않은 유저 인터페이스로부터의 지시 등에 기초하여 정해진 처리 레시피를 기억 매체(81)로부터 호출하여 실행시키고, 이에 의해 컨트롤러(8) 제어 하에서 액처리 장치(1)의 각 기능 부품이 동작하여 정해진 처리가 행해진다.
다음에, 상기 컨트롤러(8)의 제어 하에서 행해지는 액처리 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
[웨이퍼 반입]
우선, 승강 기구(6)에 의해 커버 부재(5)를 후퇴 위치(도 1에서 위쪽의 위치)에 위치시키고, 컵 승강 기구의 리프터(65)에 의해 컵체(2)를 하강시킨다. 이어서, 하우징(11)의 셔터(12)를 개방하여 도시하지 않는 외부의 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암(도시 생략)을 하우징(11) 안에 진입시켜, 반송 아암에 의해 유지된 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지체(3) 바로 위에 위치시킨다. 이어서, 반송 아암을 웨이퍼 유지체(3)의 상면보다 낮은 위치까지 강하시켜, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지체(3)의 상면에 배치한다. 이어서, 웨이퍼 유지체(3)에 의해 웨이퍼를 흡착한다. 그 후, 빈 반송 아암을 하우징(11) 안으로부터 퇴출시킨다. 이어서, 컵체(2)를 상승시켜 도 1에 도시하는 위치에 복귀시키고, 커버 부재(5)를 도 1에 도시하는 처리 위치까지 강하시킨다. 이상의 수순에 의해, 웨이퍼의 반입이 완료되어, 도 1에 도시하는 상태가 된다.
[약액 처리]
다음에, 웨이퍼에 대한 약액 처리가 행해진다. 웨이퍼(W)를 정해진 속도(예컨대, 2000 rpm)로 회전시키고, 또한 컵체(2)의 가스 토출구(212, 213)로부터 핫 N2 가스를 토출시켜, 웨이퍼(W), 특히 피처리 영역인 웨이퍼(W) 둘레 가장자리부를 약액 처리에 적합한 온도(예컨대, 60℃ 정도)까지 가열한다. 또한, 웨이퍼(W)의 가열을 필요로 하지 않는 약액 처리를 행하는 경우에는, 히터(216)를 동작시키지 않고 상온의 N2 가스를 토출하여도 좋다. 웨이퍼(W)가 충분히 가열되었다면, 웨이퍼(W)를 회전시킨 채 약액 노즐(71)로부터 약액(HF)을 웨이퍼(W)의 상면(디바이스 형성면)의 둘레 가장자리부에 공급하여, 웨이퍼 상면 둘레 가장자리부에 있는 불필요한 막을 제거한다. 동시에, 약액용의 처리액 토출구(22)로부터 약액을 웨이퍼(W)의 하면 둘레 가장자리부에 공급하여, 웨이퍼 하면 둘레 가장자리부에 있는 불필요한 막을 제거한다. 웨이퍼(W)의 상하면에 공급된 약액은 원심력에 의해 바깥쪽으로 퍼지면서 흘러, 제거된 물질과 함께 웨이퍼(W)의 바깥쪽으로 유출되고, 컵체(2)에 의해 회수된다. 또한 약액 처리를 행하고 있을 때에, 필요에 따라 실린더 모터(75)를 구동하여 약액을 토출하고 있는 약액 노즐(71)을 웨이퍼(W) 반경 방향으로 왕복 이동시킴으로써, 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
[린스 처리]
정해진 시간 약액 처리를 행한 후, 계속해서 웨이퍼(W)의 회전 및 가스 토출구(212, 213)로부터의 N2 가스의 토출을 계속하고, 약액 노즐(71) 및 약액용의 처리액 토출구(22)로부터의 약액의 토출을 정지하며, 린스 노즐(72) 및 린스액용의 처리액 토출구(22)로부터 린스액(DIW)을 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에 공급하여, 린스 처리를 행한다. 이 린스 처리에 의해, 웨이퍼(W)의 상하면에 잔존하는 약액 및 반응 생성물 등이 씻겨 나간다.
[건조 처리]
정해진 시간 린스 처리를 행한 후, 계속해서 웨이퍼(W)의 회전 및 가스 토출구(212, 213)로부터의 N2 가스의 토출을 계속하고, 린스 노즐(72) 및 린스액용 처리액 토출구(22)로부터의 린스액의 토출을 정지하며, 가스 노즐(73)로부터 건조용 가스(N2 가스)를 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에 공급하여, 건조 처리를 행한다. 이상에 의해 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리가 종료된다.
[웨이퍼 반출]
그 후, 커버 부재(5)를 상승시켜 후퇴 위치에 위치시키고 컵체(2)를 하강시킨다. 이어서, 하우징(11)의 셔터(12)를 개방하여 도시하지 않은 외부의 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암(도시 생략)을 하우징(11) 안에 진입시키고, 빈 반송 아암을 웨이퍼 유지체(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 아래쪽으로 위치시킨 후에 상승시켜, 웨이퍼(W)의 흡착을 정지한 상태의 웨이퍼 유지체(3)로부터 반송 아암이 웨이퍼(W)를 수취한다. 그 후, 웨이퍼를 유지한 반송 아암이 하우징(11) 안으로부터 퇴출된다. 이상에 의해, 1장의 웨이퍼에 대한 액처리 장치에서의 일련의 수순이 종료된다.
다음에, 약액 처리시에서의, 웨이퍼 둘레 가장자리부 근방의 유체의 흐름 및 이 유체의 흐름에 관련되는 컵체(2) 및 커버 부재(5)의 구성에 대해서, 도 3∼도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
컵체(2)의 내부 공간은 배기로(245)를 통해 흡인되어 부압으로 되어 있기 때문에, 웨이퍼(W) 상면의 위쪽에 있는 기체[하우징(11) 안에서 다운 플로를 형성하는 청정 공기]가, 간극(G)을 통해 컵체(2) 안의 배기 유로(27)에 인입된다. 또한, 가스 토출구(212, 213)로부터 토출된 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 회전의 영향에 의해 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 상면(211)과 웨이퍼(W)의 하면 사이의 공간으로부터 바깥쪽으로 유출되고, 배기 유로(27)에 유입된다. 이러한 기체의 흐름이 도 5의 (b)에 도시되어 있다.
커버 부재(5)의 내주면(51)의 하측면 부분(512)이 웨이퍼(W)에 근접함에 따라 반경 방향 외측을 향하도록 경사져 있기 때문에[즉, 커버 부재(5)의 내주면(51) 하부의 내경이 아래쪽으로 감에 따라 커지도록 형성되어 있기 때문에], 내주면(51)이 단일의 수직면인 경우에 비교하여, 기체가 간극(G)에 원활히 유입되어, 간극(G) 안에서도 기류의 혼란이 생기기 어려워진다. 또한, 커버 부재(5)의 내주면(51)과 하면(52)의 접속부를 에지[도 3에서 참조부호 53으로 나타내는 내주 가장자리(53)]로 하는 것이 아니라, 내주면(51)과 하면(52)을 곡면[도 5의 (b)의 참조부호 R을 붙인 화살표를 참조]으로 하여도 좋고, 이러한 R 형상도 기체를 간극(G)에 원활히 유입시키는 데에 있어서 적합하다.
한편, 약액 노즐(71)로부터 웨이퍼(W)의 상면 둘레 가장자리부에 공급된 약액 및 약액용 처리액 토출구(22)로부터 웨이퍼(W)의 하면 둘레 가장자리부에 공급된 약액은, 원심력에 의해 웨이퍼 둘레 가장자리를 향해 확산하고 웨이퍼(W)의 바깥쪽으로 비산한다. 웨이퍼(W) 상면의 약액의 대부분은, 도 5의 (a)에서 상측의 2개의 화살표 A1, A2에 의해 사이에 끼인 영역(AR)을 향해 비산한다. 약액은 수평 방향(화살표 A1의 방향)으로 가장 많이, 또한 강하게 비산하고, 비산 방향이 화살표 A2로 나타내는 방향으로 근접함에 따라, 비산하는 약액의 양 및 기세는 작아진다. 웨이퍼 하면의 약액의 대부분은, 도 6에서 하측의 2개의 화살표 B1, B2에 의해 사이에 끼인 영역(BR)을 향해 비산한다. 약액은 수평 방향(화살표 B1의 방향)으로 가장 많이, 또한 강하게 비산하고, 비산 방향이 화살표 B2로 나타내는 방향으로 근접함에 따라, 비산하는 약액의 양 및 기세는 작아진다. 이와 같이 약액이 비산하는 것은, 약액이 원심력을 받고 있는 것에 더하여, 커버 부재(5)와 웨이퍼(W) 사이의 간극(G)을 통과할 때에 증속되어 수평 방향으로 유출하는 가스(청정 공기)의 흐름의 영향을 받기 때문이다. 한편, 웨이퍼(W)의 상면에 공급된 액(약액, 린스액)은 커버 부재(5)의 하면(52)에는 접촉하지 않는다.
웨이퍼(W)로부터 비산한 약액은, 유체 수용면(261) 및 안내판(25)의 상면(252)을 따라, 컵체(2) 외측의 오목부(241)를 향해 흘러 내려 가거나, 또는 미세한 액적(미스트)이 되어 도 5의 (b)에 도시하는 배기 유로(27) 안의 기류를 타고 흐른다. 도 5의 (b)에서, 파선으로 도시하는 화살표가 기류를 나타내고 있고, 배기 유로(27) 안에서의 미스트의 흐름은, 배기 유로(27) 안에서의 기류와 대략 일치한다. 한편, 배기 유로(27) 안에 있는 액적이 커버 부재(5)의 하면(52)과 웨이퍼(W)의 상면 사이의 간극(G)을 통해 웨이퍼(W) 중앙부에 진행하고자 해도, 그와 같은 액적의 움직임은, 간극(G)을 웨이퍼(W) 바깥쪽을 향해 흐르는 전술한 기류에 의해 방해된다. 이 때문에, 웨이퍼(W)로부터 비산한 약액이 재차 부착하는 것에 의한 웨이퍼(W)의 오염을 방지할 수 있다.
본 실시형태에 따른 컵체(2) 및 커버 부재(5)는, 웨이퍼(W)로부터 비산한 약액이 재차 부착하는 것에 의한 웨이퍼(W)의 오염을 방지하기 위해, 전술한 구성에 더하여, 하기의 유리한 구성을 더 갖고 있다.
강한 기세로 컵체(2)의 유체 수용면(261)에 입사하는 약액의 튐을 방지하기 위해, 컵체(2)의 유체 수용면(261)이 수평면에 대하여 이루는 각도[이것은 화살표 A1, B1으로 나타내는 약액의 흐름이 유체 수용면(261)에 입사하는 입사각(θ)과 동일함]는 비교적 작은 값, 예컨대 30도로 설정되어 있다. 이에 의해, 약액이 유체 수용면(261)에 충돌하는 것에 기인하는 약액의 비산이 저감된다.
커버 부재(5)의 하면(52)과 웨이퍼(W)의 상면 사이의 간극(G)은, 이 간극(G)의 개구 면적[커버 부재(5)의 중심축선으로부터 하면(52)의 내주 가장자리(53)까지의 거리와 동등한 반경과 높이(G1)(간극(C)의 높이)를 갖는 원통면의 면적을 의미함]이, 배기구(247)의 면적과 비교하여 동등하거나 또는 크게 설정되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 상면 위쪽에 있는 기체의 인입을 원활히 행할 수 있다. 간극(G)을 너무 좁게 하면, 이 간극(G)의 유로 저항이 커져, 작은 배기력으로 충분한 흡인을 행할 수 없다. 간극(G)의 높이(G1)는, 예컨대 4 ㎜∼5 ㎜로 할 수 있다.
또한, 간극(G)의 반경 방향 폭(G2)[커버 부재(5)의 하면과 웨이퍼(W)가 반경 방향에서 중첩되는 길이]은, 4 ㎜∼6 ㎜, 예컨대 5 ㎜ 정도로 되어 있다. 간극(G)의 폭(G2)을 너무 크게 하면, 이 간극(G)의 유로 저항이 커져, 작은 배기력으로 충분한 흡인을 행할 수 없다. 한편, 폭(G2)을 너무 작게 하면, 간극(G) 안에서의 기체의 흐름이 흐트러지기 때문에 바람직하지 않다[간극(G) 안에서는 기체는 반경 방향 외측을 향해 수평으로 흐르는 것이 바람직하다]. 한편, 폭(G2)의 최적값은, 높이(G1)와의 관계로 변화된다.
유체 수용면(261) 및 안내판(25)의 상면(252) 사이의 거리(D1)가 하류측으로 감에 따라[컵체(2) 외측의 오목부(241)에 근접함에 따라] 서서히 작아지고 있다. 이와 같이 함으로써, 역류하는 기류의 발생을 억제할 수 있다.
컵체(2)에 꺾임부(262)가 마련되어 있기 때문에, 만약에 도 6 중에서 화살표 FR1로 나타내는 바와 같은 기류의 역류가 생겼다고 해도, 이 역류는 꺾임부(262)에 의해, 화살표 FR2로 나타내는 바와 같이 배기로(245)의 하류측으로 전향되기 때문에, 화살표 FR1로 나타내는 기류를 탄 약액의 미스트가 웨이퍼(W)를 향하는 것이 방지된다.
또한, 컵체(2)의 꺾임부(262)의 선단(하단)의 높이는, 커버 부재(5) 하면(52)의 높이와 동일하게 되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 간극(G)을 통과하는 기체의 흐름에 혼란이 생기기 어렵기 때문이다. 양자에 약간의 높이의 차가 있는 것은 허용되지만, 만약 꺾임부(262)의 선단이 너무 낮은 위치에 있으면, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 비산하는 약액의 미스트(도 5의 화살표 A2를 참조)가 꺾임부(262)에 충돌하여, 웨이퍼(W)를 향해 튀어 오를 우려가 있다. 한편, 만약 꺾임부(262)의 선단이 너무 높은 위치에 있으면, 도 6에서 화살표 FR1로 나타내는 바와 같은 기류를 탄 약액의 미스트가 웨이퍼(W)를 향하는 것을 충분히 방지할 수 없다. 한편, 커버 부재(5)의 하면(52)의 둘레 가장자리(521)와 꺾임부(262) 사이의 거리(웨이퍼 반경 방향으로 측정한 거리)는, 커버 부재(5)의 승강시에 상기 둘레 가장자리(521)가 컵체(2)에 충돌하지 않는 것을 보증할 수 있는 한에 있어서, 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 간극(G)을 통과한 기체가, 둘레 가장자리(521)와 꺾임부(262) 사이의 공간에 와류를 형성하는 것이 방지된다.
커버 부재(5)가 처리 위치에 위치할 때에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 커버 부재(5)와 외주벽(25)의 상면 사이가 시일 부재(59)에 의해 밀봉되는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 하우징(11) 안의 기체가 오로지 간극(G)을 통해 배기 유로(27)에 도입되기 때문에, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리 근방에서의 기류의 혼란이 생기기 어려워지고, 또한 배기 장치(246)의 부담을 보다 경감할 수 있다.
한편, 약액 처리시를 예로 들어 기류 및 미스트의 흐름에 대해서 설명했지만, 린스 처리시에서도 유사한 기류 및 미스트의 흐름이 생기는 것은 분명하다.
이 액처리 장치(1)에 의해 실시되는 액처리는, 상기한 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 약액은 HF에 한정되지 않고, SC-1 또는 SC-2여도 좋고, 또한 복수의 약액 처리를 행하여도 좋다. 또한, 처리 대상의 기판은, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 둘레 가장자리부의 세정이 필요한 각종 원형 기판, 예컨대 유리 기판, 세라믹 기판 등이어도 좋다.
W : 기판(웨이퍼) 2 : 컵체
247 : 배기구 5 : 커버 부재
51 : 커버 부재의 내주면 52 : 커버 부재의 하면
6 : 커버 부재의 이동 기구 71 : 처리액 노즐(약액 노즐)
72 : 처리액 노즐(린스 노즐)

Claims (10)

  1. 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부를 수직축선 둘레로 회전시키는 회전 구동 기구와,
    상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부에 처리액을 공급하는 처리액 노즐과,
    상기 기판 유지부에 유지된 기판의 주위를 둘러싸고, 상기 기판으로부터 바깥쪽으로 비산하는 처리액을 회수하는 컵체와,
    상기 컵체의 내부 공간을 흡인하기 위한 배기구, 그리고
    하면 및 내주면을 갖는 링형의 커버 부재
    를 포함하며, 상기 커버 부재는, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부를 덮고, 상기 둘레 가장자리부보다 반경 방향 내측에 있는 기판의 중앙부는 상기 커버 부재에 덮이지 않고 노출되며,
    상기 커버 부재의 상기 하면은, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부와의 사이에 간극을 형성하고, 상기 컵체의 내부 공간이 배기될 때에, 상기 컵체의 상기 내부 공간의 위쪽에 있는 기체는, 상기 커버 부재의 상기 내주면에 둘러싸인 공간으로부터 상기 간극을 통해 상기 컵체의 내부 공간에 도입되고,
    상기 컵체는, 상기 커버 부재의 하부가 삽입되는 상부 개구부를 갖고 있고, 상기 컵체의 상기 상부 개구부를 형성하는 벽체에, 상기 벽체로부터 아래쪽으로 연장되는 꺾임부가 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커버 부재의 상기 내주면 하부의 내경은, 아래쪽으로 갈수록 커지는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커버 부재의 상기 내주면의 하단부와 상기 하면의 내주부가 곡면으로 접속되는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 부재의 상기 하면의 내주 가장자리는, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 외주단보다 내측에 위치되고, 상기 커버 부재의 상기 하면의 외주 가장자리는, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 외주 가장자리보다 외측에 위치되는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커버 부재의 상기 하면의 내주 가장자리는, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상기 둘레 가장자리부의 내주 가장자리보다 내측에 위치되는 것인 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간극의 개구 면적은, 상기 배기구의 면적보다 큰 것인 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 부재를, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 상면에 근접하는 처리 위치와, 상기 기판으로부터 떨어진 후퇴 위치 사이에서 이동시키는 이동 기구를 더 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  9. 기판의 주위를 컵체로 둘러싸고, 상기 기판의 위쪽을 링형의 커버 부재에 의해 덮은 상태에서, 기판을 수평으로 유지하는 공정과,
    상기 컵체의 내부 공간을 배기하고 기판을 수직축선 둘레로 회전시킨 상태에서, 상기 기판의 둘레 가장자리부에 처리액을 공급하여, 상기 기판에 액처리를 실시하는 공정
    을 포함하고, 상기 기판에 상기 액처리가 실시되고 있을 때에, 상기 커버 부재는, 기판 유지부에 유지된 기판의 상면의 둘레 가장자리부를 덮고, 상기 둘레 가장자리부보다 반경 방향 내측에 있는 기판의 중앙부는, 상기 커버 부재에 덮이지 않고 노출되며, 상기 커버 부재의 하면과 상기 기판의 상면의 둘레 가장자리부 사이에 간극이 형성되고, 상기 컵체의 상기 내부 공간이 배기됨으로써, 상기 커버 부재의 위쪽에 있는 기체가, 상기 커버 부재의 내주면에 둘러싸인 공간 및 상기 간극을 통해, 상기 컵체의 내부 공간에 도입되고,
    상기 컵체는, 상기 커버 부재의 하부가 삽입되는 상부 개구부를 갖고 있고, 상기 컵체의 상기 상부 개구부를 형성하는 벽체에, 상기 벽체로부터 아래쪽으로 연장되는 꺾임부가 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기체는, 상기 커버 부재의 하면과 상기 기판의 상면의 둘레 가장자리부 사이의 상기 간극을 수평으로 외측을 향해 흐르는 것인 기판 처리 방법.
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