KR101958095B1 - 레이저 베벨 클리닝 장치 - Google Patents

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Abstract

광학 구조에 의한 복수의 다중 레이저 빔를 사용하여 클리닝 공정의 성능과 효율을 향상시키고, 레이저 열에 인한 웨이퍼의 열충격이나 파손을 방지하며, 복수의 다중 레이저 빔의 조사 방향과 조화되는 배기 흐름을 진공흡기 방식으로 형성하여 파티클을 효과적으로 제거할 수 있는, 웨이퍼 에지의 베벨 클리닝을 위한 레이저 베벨 클리닝 장치가 개시된다. 레이저 베벨 클리닝 장치는, 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드, 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리하는 빔 스플리터, 제1 레이저 빔을 웨이퍼의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러, 제2 레이저 빔을 웨이퍼의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러, 제1 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈, 제2 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈, 웨이퍼를 포위하는 진공 챔버 내에서 웨이퍼의 상단 및 하단의 중앙부에서 가장자리 방향으로 배기 흐름을 형성하면서 웨이퍼의 에지의 접선 방향에서 레이저 빔의 조사 방향과 둔각을 이루는 접선 방향으로 배기 흐름을 형성하는 배기 장치를 포함한다.

Description

레이저 베벨 클리닝 장치{LASER BEVEL CLEANING SYSTEM}
본 발명의 실시예는 레이저 클리닝 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 에지의 베벨 클리닝을 위한 레이저 베벨 클리닝 장치에 관한 것이다.
웨이퍼 상에 반도체를 제조하기 위한 공정에서는 노광(photolithography), 식각(etching), 증착(deposition), 연마(polishing) 등의 공정을 반복적으로 수행하게 된다. 이러한 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼 상에 수십 층의 막들이 약 500회에 걸쳐 반복적으로 적층되어 반도체 소자를 형성하게 된다.
즉, 반도체 공정 중 amorphous-Si, poly-Si, SiO2, Si3N4, TiN, Al, Cu 등을 포함한 다양한 증착막이 웨이퍼 상에 복수회 적층 형성된다. 이러한 반도체 제조 공정에서 생산되는 웨이퍼의 에지에는 증착막, 포토레지스터(PR), 각종 에칭 잔사 입자 등의 오염 물질들이 표면 장력에 의해 볼록하게 적층된다. 또한, 웨이퍼 연마 공정 후에는 연마 공정에 사용되는 미세 슬러리(slurry) 입자들이 웨이퍼 에지에 집중적으로 분포하기도 한다.
이러한 불균일하고 평탄하지 않은 표면은 웨이퍼 에지에서 약 1mm 이내 영역에서 심하게 발생하며, 이러한 오염 물질은 이후 진행하는 반도체 제조 공정에서 파티클 소스(particle source)로 작용하여 반도체의 제조 수율을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다.
최근 반도체 웨이퍼의 크기가 커짐에 따라, 유효 소자 제조 영역을 최대한 크게 확보하기 위해, 웨이퍼 에지 영역에 존재하는 오염 입자를 효과적으로 제거하는 것이 매우 중요하게 고려되고 있다.
웨이퍼 에지에 존재하는 다양한 오염 물질을 제거하기 위해 다양한 방법들이 시도되어 왔다. 기존의 방법들 중 웨이퍼 에지에 강산, 강알칼리 용액을 분사하여 웨이퍼 에지의 이물 및 PR을 세정, 제거하는 화학적 습식 방법이 있다. 하지만, 이 방법은, 화학 용액을 분사하는 방식이므로, 웨이퍼 에지의 특정 영역만을 선택적으로 세정하는 것이 근본적으로 어렵고, 약품에 의한 웨이퍼 소자의 표면 손상 가능성이 높으며, 에지에 존재하는 다양한 물질을 포괄적으로 제거하기는 어렵다는 단점이 있다. 게다기 기존의 화학적 습식 방법은 반드시 린스(rinse)와 드라이(dry)를 거쳐야 하므로 세정 시간이 오래 걸린다는 단점 또한 있다.
따라서, 이러한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
등록특허공보 제10-1571623호(2015.11.18.)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 레이저를 사용하여 웨이퍼 베벨 클리닝을 효과적으로 수행할 수 있는 레이저 베벨 클리닝 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 광학 구조를 사용하여 웨이퍼 베벨 클리닝 공정의 성능과 효율을 향상시킬 수 있는 레이저 베벨 클리닝 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 레이저 베벨 클리닝 공정에서 레이저 열로 인한 열충격이나 파손을 방지할 수 있는 레이저 베벨 클리닝 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는, 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드; 상기 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리하는 빔 스플리터; 상기 제1 레이저 빔을 웨이퍼의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러; 상기 제2 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러; 상기 제1 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈; 및 상기 제2 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈를 포함한다.
일실시예에서, 상기 제1 스티어링 미러에 의해 편향되는 제1 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 상면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가지고, 상기 제2 스티어링 미러에 의해 편향되는 제2 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 하면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는, 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드; 상기 레이저 빔을 제2 레이저 빔과 다른 레이저 빔으로 분리하는 제1 빔 스플리터; 상기 다른 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제3 레이저 빔으로 분리하는 제2 빔 스플리터; 상기 제1 레이저 빔을 웨이퍼의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러; 상기 제2 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러; 상기 제3 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 측면으로 편향시키는 제3 스티어링 미러; 상기 제1 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈; 상기 제2 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈; 및 상기 제3 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제3 레이저 빔을 통과시키는 제3 렌즈를 포함한다.
일실시예에서, 상기 제1 스티어링 미러에 의해 편향되는 제1 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 상면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가지고, 상기 제2 스티어링 미러에 의해 편향되는 제2 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 하면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가지며, 상기 제3 스티어링 미러에 의해 편향되는 제3 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 측면과 직교하는 방향에서 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다. 이러한 경사각을 이용하면, 웨이퍼에 대한 레이저 빔의 조사 방향이 직각인 경우에 발생할 수 있는 레이저 빔의 직각 반사를 방지하여 공정의 신뢰성을 확보하고 장치를 보호할 수 있다.
일실시예에서, 레이저 베벨 클리닝 장치는, 상기 웨이퍼를 포위하는 진공 챔버; 및 상기 진공 챔버 내에서 상기 웨이퍼의 상단 및 하단의 중앙부에서 가장자리 방향으로 배기 흐름을 형성하는 배기 장치를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 배기 장치는 상기 웨이퍼의 에지의 접선 방향에서 상기 레이저 빔의 조사 방향과 둔각을 이루는 접선 방향으로 배기 흐름을 더 형성할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제1, 제2 또는 제3 스티어링 미러에 의해 편향되는 레이저 빔은 웨이퍼 두께에 따른 레이저 DOF(depth of focus)를 구비할 수 있다.
일실시예에서, 레이저 베벨 클리닝 장치는, 상기 제1 레이저 빔의 경로 상에서 상기 제1 스티어링 미러와 상기 제1 렌즈의 전단, 상기 제2 레이저 빔의 경로 상에서 상기 제2 스티어링 미러와 상기 제2 렌즈의 전단, 및 상기 제3 레이저 빔의 경로 상에서 상기 제3 스티어링 미러와 상기 제3 렌즈의 전단에 각각 설치되고 레이저 빔의 에너지를 보정하는 감쇄기를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제1, 제2 또는 제3 스티어링 미러는 GSM(galvano scanning mirror), FSM(fast steering mirror), 또는 PAM(piezo actuator mirror)을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제1 또는 제2 렌즈는 포커싱 렌즈 또는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 레이저 베벨 클리닝 장치는, 상기 웨이퍼의 에지를 예열하는 복사열원을 더 포함하거나, 상기 웨이퍼를 고정하는 진공척의 온도를 상기 웨이퍼의 레이저 가공 반응 온도에 기초하여 유지할 수 있다.
전술한 본 발명의 레이저 베벨 클리닝 장치를 사용하는 경우에는, 포커싱 렌즈나 텔레센트릭 렌즈를 포함한 광학 구조에 의한 복수의 다중 레이저 빔을 사용하여 웨이퍼 베벨 클리닝 공정의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 다중 레이저 빔을 사용하여 레이저 베벨 클리닝 공정에서의 레이저 열에 인한 웨이퍼의 열충격이나 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 진공 챔버 내에서 웨이퍼의 상단과 하단의 중앙부에서 가장자리 방향으로 배기 흐름을 형성하면서 이러한 배기 흐름이 복수의 다중 레이저 빔의 조사 방향과 조화되도록 연장함으로써 파티클을 효과적으로 제거할 수 있고, 그에 의해 레이버 베벨 클리닝 공정에 의한 웨이퍼 재오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 레이저 베벨 클리닝 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 적용할 수 있는 레이저 DOF를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치의 레이저 클리닝 이전과 이후의 웨이퍼 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는, 웨이퍼(200)의 에지를 클리닝한다. 구체적으로, 레이저 베벨 클리닝 장치는 웨이퍼(200)를 챔버 내에 로딩(Loading)하여, 웨이퍼(200)를 회전시키면서 웨이퍼(200)의 에지에 레이저빔을 조사하여 웨이퍼(200)의 에지를 클리닝한다.
또한, 레이저 베벨 클리닝 장치를 포함하는 웨이퍼 에지 클리닝 시스템은 웨이퍼 회전구동부(230)를 포함할 수 있다. 웨이퍼(200)는 진공 척(20)에 고정된다. 웨이퍼 회전구동부(230)는 진공 척(20)을 회전시켜 웨이퍼(200)를 회전시킨다.
웨이퍼(200)의 에지의 오염 물질은 레이저빔에 의해 제거된 후 웨이퍼 기판의 외부로 배출된다. 여기서, 웨이퍼를 전체적으로 감싸고 있는 진공 챔버 안에 질소, 아르곤 등의 비활성 기체를 웨이퍼의 상단 및 하단의 중앙부에서 가장자리 방향 즉, 레이저 배기관 측으로 양압을 가하여 배기할 수 있도록 배기 장치가 설치될 수 있다. 배기 흐름은 레이저 빔의 조사 방향을 기준으로 할 때 레이저 빔의 기울어진 측에서 그 반대측을 향하도록 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 레이저 베벨 클리닝 시에 발생하는 입자들이 웨이퍼의 안쪽으로 들어와서 웨이퍼 표면을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전술한 배기 흐름은 배기장치가 양압을 형성하는 방식 외에 배기장치가 진공흡기를 형성하는 방식이 채용될 수 있다. 진공흡기 방식을 사용하면, 배관 구조에서 질소나 아르곤 등의 흐름 상에서 와류로 인해 레이저 클리닝 시 발생한 파티클들이 역류하여 웨이퍼 안쪽으로 들어가는 것을 더욱 효과적을 방지할 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 레이저 베벨 클리닝 공정을 효과적으로 수행하기 위한 레이저 빔 조사 구조와 더불어 레이저 빔과 조화롭게 배기 흐름을 형성함으로써 공정 중 발생하는 파티클에 의해 웨이퍼의 재오염을 신뢰성 있게 차단할 수 있다.
이하, 전술한 구성의 레이저 베벨 클리닝 장치에 대하여 실시예별로 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 레이저 베벨 클리닝 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드, 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔으로 분리하는 빔 스플리터, 제1 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러(562), 제2 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러(562), 제1 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈(551), 및 제2 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈(552)를 포함한다.
레이저 베벨 클리닝 장치는 두 방향에서 웨이퍼(200)의 에지를 가공한다. 레이저 베벨 클리닝 장치는 웨이퍼(200)의 에지에 대해 웨이퍼(200)의 상측면 45도 방향 및 하측면 45도 방향에서 레이저빔을 조사할 수 있다. 레이저 빔의 조사를 위해 하나의 레이저 헤드와 빔 스플리터와의 조합이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 빔 스플리터를 생략하고 2개의 레이저 헤드를 사용하는 것도 가능하다.
제1 및 제2 스티어링 미러들은 빔 제어부로서 입사되는 레이저 빔을 편향시키거나, 빔 폭을 확장하거나, 복수의 빔들로 분할 반사할 수 있다.
또한, 레이저 베벨 클리닝 장치에서, 제1 스티어링 미러에 의해 편향되는 제1 레이저 빔은 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(200)의 상면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제2 스티어링 미러에 의해 편향되는 제2 레이저 빔은 웨이퍼(200)의 하면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다.
또한, 경사각은 도 2의 (b)와 같이 웨이퍼의 접선과 약 30° 내지 약 60°에서 선택되는 각도를 가질 수 있고, 바람직하게는 약 45°의 각도를 가질 수 있다. 배기 방향에 따라 레이저 빔의 조사 방향이 경사지면, 레이저 헤드 뒤쪽에서 앞쪽으로 흐르는 불활성 기체 등의 가스의 흐름을 통해 레이저 베벨 클리닝 공정 중에 생성되는 오염물질을 효과적으로 배출할 수 있다.
또한, 레이저 베벨 클리닝 장치에서, 제1 렌즈(551)와 제2 렌즈(552)는 포커싱 렌즈 또는 텔레센트릭(Telecentric) 렌즈일 수 있다. 제1 및 제2 렌즈들(551, 552)은 광 경로 상에서 제1 및 제2 스티어링 미러들(561, 562)의 전단에 각각 배치되어 있다.
본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치에 의하면, 텔레센트릭(Telecentric) 빔을 구현할 수 있다. 텔레센트릭 빔은 웨이퍼로 조사되는 빔의 출사동이 무한 원에 위치하는 빔을 지칭한다.
한편, 본 실시예에서는 각 렌즈를 각 스티어링 미러의 전단에 배치하였으나, 이에 한정되지 않고, 각 렌즈를 각 스티어링 미러의 후단에 배치하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드, 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 다른 레이저 빔으로 분리하는 제1 빔 스플리터, 다른 레이저 빔을 제2 레이저 빔과 제3 레이저 빔으로 분리하는 제2 빔 스플리터, 제1 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러(361), 제2 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러(362), 제3 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 측면으로 편향시키는 제3 스티어링 미러(363), 제1 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈(351), 제2 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈(352), 및 제3 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제3 레이저 빔을 통과시키는 제3 렌즈(353)를 포함한다. 제3 렌즈(353)의 전단에는 미러(331)가 추가로 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 세 방향에서 웨이퍼(200)의 에지를 가공한다. 레이저 베벨 클리닝 장치는 웨이퍼(200)의 에지에 대해 웨이퍼(200)의 상면 방향, 측면 방향 및 하면 방향에서 레이저빔을 조사한다.
특히, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 일측면에서 볼 때, 세 방향에서 조사되는 레이저 빔은 웨이퍼(200)의 에지에 대하여 접선 방향에 위치할 수 있다. 이러한 레이저 빔의 조사 방향은 웨이퍼의 상부 및 하부 중심부에서 에지 방향으로 향하는 배기가스의 흐름이 접선 방향을 따라 흐르는 배기 흐름과 합쳐져서 레이저 베렐 클리닝 시에 발생하는 파티클을 매우 효과적으로 외부로 배출하도록 작용할 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치에 따르면, 각 렌즈를 레이저 빔의 이동 경로 상에서 빔 제어부로서 동작하는 각 스티어링 미러의 전단부에 배열함으로써 웨이퍼로부터의 헤드 높이를 낮출 수 있다. 아울러, 웨이퍼의 에지에 대한 레이저빔의 조사 경사각과 배기 방향의 배열에 의해 레이저 베벨 클리닝시에 발생하는 파티클에 의해 웨이퍼가 오염되는 것을 신뢰성 있게 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드, 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 다른 레이저 빔으로 분리하는 제1 빔 스플리터, 다른 레이저 빔을 제2 레이저 빔과 제3 레이저 빔으로 분리하는 제2 빔 스플리터, 제1 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러(461), 제2 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러(462), 제3 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 측면으로 편향시키는 제3 스티어링 미러(463), 제1 스티어링 미러의 후단에 설치되고 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈(451), 제2 스티어링 미러의 후단에 설치되고 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈(452), 및 제3 스티어링 미러의 후단에 설치되고 제3 레이저 빔을 통과시키는 제3 렌즈(453)를 포함한다. 제3 렌즈(453)의 전단에는 미러(431)가 추가로 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 세 방향에서 웨이퍼(200)의 에지를 가공한다. 레이저 베벨 클리닝 장치는 웨이퍼(200)의 에지에 대해 웨이퍼(200)의 상면 방향, 측면 방향 및 하면 방향에서 레이저빔을 조사한다.
또한, 레이저 베벨 클리닝 장치에서, 제1 스티어링 미러에 의해 편향되는 제1 레이저 빔은 웨이퍼(200)의 상면과 직각을 이루는 방향 또는 접선 방향과 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제2 스티어링 미러에 의해 편향되는 제2 레이저 빔은 웨이퍼의 하면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다. 그리고 제3 스티어링 미러에 의해 편향되는 제3 레이저 빔은 웨이퍼의 하면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가질 수 있다.
더욱이, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 일측면에서 볼 때, 세 방향에서 조사되는 레이저 빔은 웨이퍼(200)의 에지에 대하여 접선 방향에 위치할 수 있다. 이러한 레이저 빔의 조사 방향은 웨이퍼의 상부 및 하부 중심부에서 에지 방향으로 향하는 배기가스의 흐름이 접선 방향을 따라 흐르는 배기 흐름과 합쳐져서 레이저 베렐 클리닝 시에 발생하는 파티클을 매우 효과적으로 외부로 배출하도록 작용할 수 있다. 여기서, 배기 방향은 어느 한 평면상에서 웨이퍼(200)의 에지의 접선 방향에서 레이저 빔의 조사 방향과 둔각을 이루는 접선 방향을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치에 따르면, 각 렌즈를 레이저 빔의 이동 경로 상에서 빔 제어부로서 동작하는 각 스티어링 미러의 후단부에 배열함으로써 텔레센트릭(Telecentric) 빔을 구현할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 에지에 대한 레이저빔의 조사 경사각과 웨이퍼의 중심부에서 에지 방향으로 향하는 1차 배기 흐름과 웨이퍼의 에지에서 접선 방향으로 향하는 2차 배기 흐름의 조합에 의해 레이저 베벨 클리닝시에 발생하는 파티클에 의해 웨이퍼가 오염되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 적용할 수 있는 레이저 DOF를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 스티어링 미러 또는 렌즈를 통해 웨이퍼 에지에 조사되는 빔의 DOF(depth of focus)를 웨이퍼의 두께에 따라 제어한다.
일례로, 웨이퍼의 두께가 300㎛인 경우, 그 측면의 중간 지점에서 상면 소정 지점까지의 곡률(1.414)의 곱과 상기 두께의 절반의 차이를 빔의 DOF로 설정할 수 있다. 이러한 빔의 DOF를 이용하면, 웨이퍼 에지의 베벨 클리닝을 신속하고 깨끗하게 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 레이저 빔을 방출하고 레이저 헤드를 구비하는 레이저 발생기(110), 레이저 빔을 제2 레이저 빔과 다른 레이저 빔으로 분리하는 제1 빔 스플리터(121), 다른 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제3 레이저 빔으로 분리하는 제2 빔 스플리터(122), 제1 미러(131)를 통해 전달되는 제1 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러(161), 제2 미러(132)를 통해 전달되는 제2 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러(162), 제3 미러(133)를 통해 전달되는 제3 레이저 빔을 웨이퍼(200)의 측면으로 편향시키는 제3 스티어링 미러(163), 제1 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈(151), 제2 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈(152), 및 제3 스티어링 미러의 전단에 설치되고 제3 레이저 빔을 통과시키는 제3 렌즈(153)를 포함한다.
또한, 레이저 베벨 클리닝 장치는, 제1 미러(131)와 제1 렌즈(151) 사이에 배치되어 레이저 빔의 세기를 조절하는 제1 감쇄기(141), 제2 미러(132)와 제2 렌즈(152) 사이에 배치되어 레이저 빔의 세기를 조절하는 제2 감쇄기6(142), 및 제2 빔 스플리터(122)와 제3 미러(133) 사이에 배치되어 레이저 빔의 세기를 조절하는 제3 감쇄기(143)를 더 포함할 수 있다. 감쇄기는 분할된 레이저 빔의 에너지를 보정하거나 원하는 값으로 조정할 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는, 감쇄기가 추가되는 것을 제외하고 도 3을 참조하여 앞서 설명한 레이저 베벨 클리닝 장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
빔 제어부로서 기능하는 스티어링 미러들(161, 162, 163)은 포커싱 렌즈(151, 152, 153)에 의해 집속된 분할 빔을 웨이퍼(200)의 에지에 조사할 수 있다. 즉, 스티어링 미러들(161, 162, 163)은 포커싱 렌즈(151, 152, 153)에 의해 집속된 분할 빔들이 웨이퍼(200)의 에지에 조사되도록 분할 빔의 조사 방향을 제어할 수 있다.
또한, 스티어링 미러들(161, 162, 163)은 웨이퍼(200)의 에지에 대해 분할 빔의 경사 조사가 이루어지도록 동작할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 직교 반사에 의한 레이저 손상을 방지할 수 있다. 또한, 스티어링 미러들(161, 162, 163)은 웨이퍼(200)의 에지에 대해 분할 빔의 접선 조사(갈바닌 미러 이용)가 이루어지도록 동작할 수 있다.
스티어링 미러들(161, 162, 163)은 GSM(galvano scanning mirror), FSM(fast steering mirror), PAM(piezo actuator mirror) 등을 사용하여 구현될 수 있다.
웨이퍼(200) 에지의 오염 물질은 레이저 베벨 클리닝 공정에 의해 제거된 후 웨이퍼 기판의 외부로 배출된다. 이를 위해, 도시하지는 않았지만, 레이저 베벨 클리닝 장치는 송풍 장치 및/또는 배기 장치를 구비할 수 있다. 송풍 장치나 배기 장치는 대략 웨이퍼(200)의 상부 및 하부의 각 중심부에서 웨이퍼 에지로 향하는 배기 흐름을 형성하도록 배치될 수 있다. 또한, 송풍 장치나 배기 장치는 웨이퍼(200)의 에지의 접선 방향에서 배기 흐름을 형성하도록 배치될 수 있다. 전술한 경우, 전체적인 배기 흐름은 웨이퍼 상부 및 하부의 중심부에서 웨이퍼의 에지를 향하고 그 다음에 웨이퍼의 에지의 접선 방향으로 이어지는 배기 방향을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 챔버 내 윈도우 글래스를 통해 수행되는 특정 에지에서의 레이저 베벨 클리닝 공정 중에 발생하는 파티클을 효과적으로 즉, 웨이퍼의 오염 없이 챔버 외부로 배기할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치는 복사열원(220)을 더 포함할 수 있다. 복사열원(220)은 레이저 베벨 클리닝 공정에서 공정 시작 전 혹은 공정 중에 웨이퍼 에지의 일측에 열을 가해 웨이퍼 에지의 온도를 높이도록 동작한다. 일례로, 레이저 빔이 조사되는 전단부에서 IR 히터 등의 복사열원(220)으로 웨이퍼(200)의 에지를 예열시킨 후, 레이저 가공을 수행할 수 있다.
이러한 복사열원(220)을 사용하면, 웨이퍼 에지 클리닝 공정에서 레이저 열로 인한 웨이퍼의 열충격이나 파손을 방지할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따라, 레이저 베벨 클리닝 장치는 웨이퍼(200)를 잡고 있는 진공척(20) 자체의 온도를 레이저 가공 반응 온도와 최대한 유사하게 유지한 상태에서 레이저 가공을 수행할 수 있다. 이러한 진공척의 온도 제어에 의하면, 웨이퍼가 고정된 진공 척의 온도를 웨이퍼의 레이저 가공 반응 온도의 일정 범위 내에서 유지하면서 분할 빔으로 웨이퍼 에지의 베벨 클리닝을 수행할 수 있다. 이때, 웨이퍼(200)의 에지에 대해 레이저빔의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
이와 같이, 전술한 구성의 레이저 베벨 클리닝 장치는 웨이퍼(200)의 에지의 오염 물질을 제거할 수 있다. 웨이퍼 에지의 오염 물질 제거나 베벨 클리닝은 웨이퍼 에지 전체에 수행될 수도 있고, 부분적으로 수행될 수도 있다.
전술한 실시예에 의하면, 원반형 디스크 형태의 웨이퍼(200)에서 에지의 오염물질을 완전히 제어할 때 종래 기술(1.8mm 폭 제거/직경의 경우 2배)에 대비 1/6 수준(0.3mm 폭 제거)으로 고성능 고정밀의 베벨 클리닝을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치의 레이저 클리닝 이전과 이후의 웨이퍼 상태를 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 레이저 클리닝 이전의 웨이퍼(200)에는 오염물질이 존재하나, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 레이저 베벨 클리닝 장치에 의해 오염물질이 제거된 후의 웨이퍼 에지에는 오염물질이 제거된 것을 확인할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 레이저 베벨 클리닝 장치에 의해 웨이퍼 표면의 재오염 없이 웨이퍼 에지의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 레이저빔 발생기
200: 웨이퍼
121, 222: 빔 스플리터
131, 132, 133: 미러
141, 142, 143: 감쇄기
161, 162, 163: 스티어링 미러

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 레이저 빔을 방출하는 레이저 헤드;
    상기 레이저 빔을 제2 레이저 빔과 다른 레이저 빔으로 분리하는 제1 빔 스플리터;
    상기 다른 레이저 빔을 제1 레이저 빔과 제3 레이저 빔으로 분리하는 제2 빔 스플리터;
    상기 제1 레이저 빔을 웨이퍼의 상면으로 편향시키는 제1 스티어링 미러;
    상기 제2 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 하면으로 편향시키는 제2 스티어링 미러;
    상기 제3 레이저 빔을 상기 웨이퍼의 측면으로 편향시키는 제3 스티어링 미러;
    상기 제1 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제1 레이저 빔을 통과시키는 제1 렌즈;
    상기 제2 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제2 레이저 빔을 통과시키는 제2 렌즈;
    상기 제3 스티어링 미러의 전단 또는 후단에 설치되고 상기 제3 레이저 빔을 통과시키는 제3 렌즈;
    상기 제1 레이저 빔의 경로 상에서 상기 제1 스티어링 미러와 상기 제1 렌즈의 전단, 상기 제2 레이저 빔의 경로 상에서 상기 제2 스티어링 미러와 상기 제2 렌즈의 전단, 및 상기 제3 레이저 빔의 경로 상에서 상기 제3 스티어링 미러와 상기 제3 렌즈의 전단에 각각 설치되고 레이저 빔의 에너지를 보정하는 감쇄기;
    상기 웨이퍼를 포위하는 진공 챔버; 및
    상기 진공 챔버 내에서 상기 웨이퍼의 상단 및 하단의 중앙부에서 가장자리 방향으로 진공흡기에 의한 배기 흐름을 형성하는 배기 장치를 포함하고,
    상기 배기 흐름은 상기 웨이퍼의 에지의 접선 방향에서 상기 레이저 빔의 조사 방향과 둔각을 이루는 접선 방향으로 형성되며,
    상기 제1, 제2 또는 제3 스티어링 미러에 의해 편향되는 레이저 빔의 DOF(depth of focus)는 상기 웨이퍼의 측면의 중간 지점에서 상기 웨이퍼의 상면 지점까지의 곡률을 토대로 설정되고 상기 웨이퍼의 두께에 따라 제어되는, 레이저 베벨 클리닝 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 스티어링 미러에 의해 편향되는 제1 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 상면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가지고,
    상기 제2 스티어링 미러에 의해 편향되는 제2 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 하면과 직각을 이루는 방향과 일정 각도의 경사각을 가지며,
    상기 제3 스티어링 미러에 의해 편향되는 제3 레이저 빔은 상기 웨이퍼의 측면과 직교하는 방향에서 일정 각도의 경사각을 가지는 레이저 베벨 클리닝 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1, 제2 또는 제3 스티어링 미러는 FSM(fast steering mirror) 또는 PAM(piezo actuator mirror)이고,
    상기 제1, 제2 또는 제3 렌즈는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를 포함하는 레이저 베벨 클리닝 장치.
  11. 청구항 3, 4 및 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 에지를 예열하는 복사열원을 더 포함하고, 상기 웨이퍼를 고정하는 진공척의 온도를 상기 웨이퍼의 레이저 가공 반응 온도에 기초하여 유지하는, 레이저 베벨 클리닝 장치.
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