KR102139603B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 구비하는 보울; 보울의 내부에서 기판을 지지하는 척; 척에 지지된 기판으로 처리액을 공급하는 처리 유체 공급부; 보울의 외벽에 설치되어 보울의 외벽에서의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서; 및 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 보울의 내벽에서의 정전기를 산출하거나, 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 척에서의 정전기를 산출하거나, 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 처리 유체 공급 노즐에서의 정전기를 산출하거나, 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 처리 공간 내에서의 정전기를 산출하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판으로 소정의 처리 유체를 공급하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼(이하, '기판'이라 함) 상에 박막을 순차적으로 적층하여 기판 상에 소정의 회로 패턴을 형성하는 과정을 통해 제조된다. 기판 상에 박막을 형성하고 적층하기 위해, 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정, 세정 공정, 건조 공정 등 다수의 단위 공정이 반복적으로 수행된다.
기판 표면에 잔류하는 파티클, 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 따라서, 반도체 제조 공정에 있어서, 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질이나 불필요한 막(예를 들면, 포토레지스트)을 제거하는 세정 공정이 중요하다. 따라서, 반도체를 제조하는 각 단위 공정의 전후 단계에서 기판을 세정 처리하는 세정 공정이 수행된다.
반도체 제조 공정에서 사용되는 세정 공정은 크게 건식 세정 공정 및 습식 세정 공정으로 구분된다. 습식 세정 공정은 약액 내에 기판을 침적시켜 화학적 용해 등에 의해서 오염 물질을 제거하는 배스(bath) 타입과, 스핀 척 위에 기판을 놓고 기판을 회전시키는 동안 기판의 표면에 약액을 공급하여 오염 물질을 제거하는 매엽 타입으로 나누어진다.
매엽 타입의 습식 세정 공정에서는, 기판을 고속으로 회전하면서 처리액, 탈이온수 및 건조 가스를 기판으로 공급한다. 이 경우, 처리액, 탈이온수 및 건조 가스가 기판의 표면과의 마찰을 일으키며, 이러한 마찰에 의해 정전기가 발생하게 된다. 이러한 정전기는 기판으로부터 제거된 오염 물질을 기판으로 끌어당기므로, 기판이 오염 물질에 의해 다시 오염되는 문제가 있고, 기판이 정전기 및 오염 물질에 의해 직접적이며 물리적으로 손상되는 문제가 있다.
이러한 정전기로 인한 문제를 방지하기 위해, 정전기를 측정하기 위한 다양한 정전기 측정 방법이 사용되고 있다. 정전기 측정 방법은 정전기 측정 센서를 사용하여 기판 상의 정전기를 측정한다. 그러나, 습식 세정 공정에서는 챔버 내에서 잔류하는 세정액이 정전기 측정 센서에 부착되어 정전기 측정 센서를 오염시키므로, 정전기 측정 센서가 정전기를 제대로 측정하기 어렵다. 따라서, 습식 세정 공정 중에서도 정전기의 측정 및 감시를 효과적으로 수행할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 처리액을 기판으로 공급하여 기판을 처리하는 습식 처리 공정 중에서도 정전기를 효과적으로 측정할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 구비하는 보울; 보울의 내부에서 기판을 지지하는 척; 척에 지지된 기판으로 처리액을 공급하는 처리 유체 공급부; 보울의 외벽에 설치되어 보울의 외벽에서의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서; 및 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 보울의 내벽에서의 정전기를 산출하거나, 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 척에서의 정전기를 산출하거나, 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 처리 유체 공급 노즐에서의 정전기를 산출하거나, 정전기 측정 센서에서 측정된 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 처리 공간 내에서의 정전기를 산출하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 챔버의 내부에 설치되어 챔버 내부의 정전기를 제거하도록 구성되는 이오나이저를 더 포함할 수 있다.
이오나이저는 복수의 전극 팁을 갖는 길게 연장된 노즐 형태로 구비되어 챔버의 내부로 이온화된 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
처리 유체 공급부는, 챔버의 내부에 배치되는 처리 유체 공급 노즐과, 처리 유체 공급 노즐과 연결되어 처리 유체 공급 노즐로 처리액을 공급하는 처리액 공급원과, 처리 유체 공급 노즐과 연결되어 처리 유체 공급 노즐로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원을 포함할 수 있고, 처리 유체 공급 노즐과 처리 가스 공급원을 연결하는 연결 라인 상에는 처리 가스 공급원으로부터 공급되는 처리 가스에 이온화된 가스를 공급하는 이오나이저가 구비될 수 있다.
챔버에는 기판이 반입되거나 기판이 반출되는 개구 및 개구에 설치되는 셔터가 구비될 수 있고, 셔터에는 개구를 통해 반입되거나 반출되는 기판을 제전하는 이오나이저가 구비될 수 있다.
제어 유닛은 산출된 정전기가 한계 범위를 넘는 경우 이오나이저가 작동하도록 이오나이저를 제어할 수 있다.
제어 유닛은 기판의 회전 속도에 따라 이오나이저의 동작을 온/오프 제어할 수 있다.
제어 유닛은 기판으로 공급되는 처리액의 전도도에 따라 이오나이저의 동작을 온/오프 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 제어 유닛에 의해 산출된 정전기를 사용자에게 표시하도록 구성되는 디스플레이 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 구비하는 보울; 보울의 내부에서 기판을 지지하는 척; 척에 지지된 기판으로 처리액을 공급하는 처리 유체 공급부; 처리 공간 내에 배치되어 처리 공간 내에서의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서; 및 정전기 측정 센서를 세정하는 센서 세정 유닛을 포함할 수 있다.
센서 세정 유닛은 정전기 측정 센서를 향하여 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함할 수 있다.
가스 분사 유닛은 비활성 가스를 분사하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 정전기 측정 센서를 처리 공간 내에서 이동시키는 센서 이동 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 정전기 측정 센서에 의해 측정된 정전기를 사용자에게 표시하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판 상의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서가 보울의 외벽에 설치되므로, 정전기 측정 센서가 처리액에 의해 오염되는 것이 방지되므로, 처리액을 기판으로 공급하여 기판을 처리하는 습식 처리 공정 중에서도 정전기 측정 센서가 정전기를 효과적으로 측정하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 정전기 측정 센서에 처리액이 부착되는 것을 방지하기 위한 가스 분사 유닛이 구비되므로, 정전기 측정 센서가 처리액에 의해 오염되는 것이 방지되므로, 처리액을 기판으로 공급하여 기판을 처리하는 습식 처리 공정 중에서도 정전기 측정 센서가 정전기를 효과적으로 측정하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치가 적용되는 기판 처리 설비가 개략적으로 도시된 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 다른 예가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 또 다른 예가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에 구비되는 정전기 측정 센서의 회로 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 보울의 외벽에서 측정한 정전기의 변화가 개략적으로 도시된 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 기판의 상부에서 측정한 정전기의 변화가 개략적으로 도시된 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치가 적용되는 기판 처리 설비는 인덱스 모듈(10) 및 공정 처리 모듈(20)을 포함한다.
인덱스 모듈(10)은 로드 포트(12) 및 이송 프레임(14)을 구비한다. 로드 포트(12), 이송 프레임(14) 및 공정 처리 모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드 포트(12), 이송 프레임(14) 및 공정 처리 모듈(20)이 배열된 방향을 X축 방향이라 정의한다. 평면도 상에서, X축 방향에 수직인 방향을 Y축 방향으로 정의한다. 그리고, X-Y평면에 수직인 방향을 Z축 방향으로 정의한다.
로드 포트(14)에는 기판(S)이 수납된 캐리어(13)가 안착된다. 로드 포트(12)는 복수로 제공된다. 복수의 로드 포트(12)는 Y축 방향으로 일렬로 배치된다. 로드 포트(12)의 개수는 공정 처리 모듈(20)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건 등에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 캐리어(13)에는 복수의 기판(S)을 지면에 대해 수평으로 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯(미도시)이 형성된다. 캐리어(13)로는 전면 개방 일체형 포드(front opening unified pod(FOUP))가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(22), 이송 챔버(24) 및 공정 챔버(26)를 구비한다. 이송 챔버(24)는 그 길이 방향이 X축 방향에 평행하게 배치된다. 이송 챔버(24)의 양측에는 각각 복수의 공정 챔버(26)가 배치된다. 이송 챔버(24)의 일측 및 타측에서 복수의 공정 챔버(26)는 이송 챔버(24)를 기준으로 대칭되도록 제공된다. 이송 챔버(24)의 일측에는 복수의 공정 챔버(26)가 구비된다. 복수의 공정 챔버(26) 중 일부는 이송 챔버(24)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 복수의 공정 챔버(26) 중 일부는 서로 적층되게 배치될 수 있다.
상술한 바와 달리, 공정 챔버(26)는 이송 챔버(24)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 공정 챔버(26)는 이송 챔버(24)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.
버퍼 유닛(22)은 이송 프레임(14)과 이송 챔버(24) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(22)은 이송 챔버(24)와 이송 프레임(14) 간에 기판(S)이 반송되기 전에 기판(S)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 유닛(22)의 내부에는 기판(S)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공된다. 슬롯(미도시)은 서로 간에 Z축 방향을 따라 이격되도록 복수로 구비된다. 버퍼 유닛(22)은 이송 프레임(14)과 마주보는 면 및 이송 챔버(24)와 마주보는 면이 개방된다.
이송 프레임(14)은 로드 포트(12)에 안착된 캐리어(13)와 버퍼 유닛(22) 사이에서 기판(S)을 반송한다. 이송 프레임(14)에는 인덱스 레일(16)과 인덱스 로봇(15)이 구비된다. 인덱스 레일(16)은 그 길이 방향이 Y축 방향과 나란하게 제공된다. 인덱스 로봇(15)은 인덱스 레일(16) 상에 설치되며, 인덱스 레일(16)을 따라 Y축 방향으로 직선 이동된다. 인덱스 로봇(15)은 베이스(15a), 몸체(15b) 및 인덱스 암(15c)을 구비한다.
베이스(15a)는 인덱스 레일(16)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(15b)는 베이스(15a)에 결합된다. 몸체(15b)는 베이스(15a) 상에서 Z축 방향으로 이동 가능하게 구비된다. 또한, 몸체(15b)는 베이스(15a) 상에서 회전 가능하게 구비된다. 인덱스 암(15c)은 몸체(15b)에 결합되고, 몸체(15b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스 암(15c)은 복수로 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스 암(15c)은 Z축 방향으로 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스 암(15c) 중 일부는 공정 처리 모듈(20)에서 캐리어(13)로 기판(S)을 반송할 때 사용되고, 이의 다른 일부는 캐리어(13)에서 공정 처리 모듈(20)로 기판(S)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스 로봇(15)이 기판(S)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(S)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(S)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송 챔버(24)는 버퍼 유닛(22)과 공정 챔버(26) 사이 및 복수의 공정 챔버(26) 사이에서 기판(S)을 반송한다. 이송 챔버(24)에는 가이드 레일(26)과 메인 로봇(25)이 제공된다. 가이드 레일(26)은 그 길이 방향이 X축 방향과 나란하게 배치된다. 메인 로봇(25)은 가이드레일(26) 상에 설치되고, 가이드레일(26) 상에서 X축 방향으로 직선 이동된다. 메인 로봇(25)은 베이스(25a), 몸체(25b), 그리고 메인 암(25c)을 갖는다. 베이스(25a)는 가이드레일(26)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(25b)는 베이스(25a)에 결합된다. 몸체(25b)는 베이스(25a) 상에서 Z축 방향으로 이동 가능하게 구비된다. 또한, 몸체(25b)는 베이스(25a) 상에서 회전 가능하게 구비된다. 메인 암(25c)은 몸체(25b)에 결합되고, 메인 암(25c)은 몸체(25b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하게 구비된다. 메인 암(25c)은 복수로 구비되어 각각 개별적으로 구동될 수 있다. 메인 암(25c)은 Z축 방향으로 서로 이격된 상태로 적층된다.
공정 챔버(26) 내에는 기판(S)에 대해 세정 공정을 수행하는 기판 처리 장치(100)가 제공된다. 기판 처리 장치(100)는 수행하는 세정 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 이와 달리 각각의 공정 챔버(26) 내의 기판 처리 장치(100)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로, 복수의 공정 챔버(26)는 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정 챔버(26) 내의 기판 처리 장치(100)는 서로 동일한 구조를 가질 수 있고, 상이한 그룹에 속하는 공정 챔버(26) 내의 기판 처리 장치(100)는 서로 상이한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는, 기판 처리 장치(100)가 기판을 세정하는 세정 장치인 경우를 예로 들어 설명한다. 예를 들면, 기판 처리 장치(100)는 고온의 황산, 알칼리성 약액(오존수 포함), 산성 약액, 린스 액, 그리고 건조 가스(IPA가 포함된 가스)와 같은 처리 유체를 사용하여 기판을 세정하도록 구성된다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 식각 공정, 현상 공정 등과 같이 기판을 회전시키면서 기판으로 처리 유체를 공급하여 기판에 소정의 처리를 수행하는 다양한 종류의 기판 처리 장치에 모두에 적용될 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는, 챔버(150)와, 챔버(150) 내에 배치되며 내부에 기판(S)이 처리되는 처리 공간을 제공하는 보울(110), 보울(110)의 내부에 배치되며 기판(S)을 지지하도록 구성되는 척(120), 척(120)에 지지된 기판(S)을 회전시키도록 구성되는 구동기(130), 척(120)에 지지된 기판(S)으로 처리 유체를 공급하도록 구성되는 처리 유체 공급부(140)와, 보울(110)의 외벽에 설치되어 보울(110)의 외벽에서의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서(171)와, 정전기 측정 센서(171)에서 측정된 보울(110)의 외부의 정전기를 근거로 처리 공간 내의 정전기를 산출하는 제어 유닛(190)과, 챔버(150)의 내부에 설치되어 한계 이상의 정전기가 발생될 때, 정전기를 제거하는 이오나이저(160)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는, 제어 유닛(190)에 의해 산출된 정전기를 사용자에게 표시하도록 구성되는 디스플레이 유닛(180)를 더 포함할 수 있다. 사용자는 디스플레이 유닛(180)에 표시된 정전기로부터 정전기 발생 상황을 실시간으로 감시할 수 있다.
보울(110)은 내부에 기판(S)을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간을 제공한다. 보울(110)은 대체로 원통 형상을 갖는다. 보울(110)의 상부는 개방되며, 개방된 상부는, 기판 처리 공정 중, 기판(S)이 처리 공간으로 이동되기 위한 통로로서 사용된다. 보울(110)은 상부벽(111a) 및 측벽(111b)을 갖는다. 상부벽(111a) 및 측벽(111b)은 환형으로 형성된다. 상부벽(111a)은 측벽(111b)의 상단으로부터 기판(S)의 중심 방향으로 갈수록 상향 경사지도록 연장된다.
상부벽(111a)은, 기판 처리 공정 중, 기판(S)으로부터 비산되는 처리액이 보울(110) 외부로 튀어나가는 것을 방지하도록 구성된다.
보울(110) 내의 처리 공간에는 통로부(112), 수용부(114), 배기부(116)가 구비된다.
통로부(112)는, 기판 처리 공정 중, 기판(S)으로부터 비산되는 처리액이 수용부(114)로 이동되도록 구성된다. 통로부(112)는 상부벽(111a) 및 측벽(111b)을 따라 환형으로 형성된다.
수용부(114)는 통로부(112)로부터 유입되는 처리액을 수용한다. 수용부(114)는 배액 라인(118)과 연결된다. 따라서, 수용부(114)에 수용된 처리액은 배액 라인(118)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
배기부(116)는 보울(110) 내 기체를 외부로 배기시킨다. 배기부(116)는 수용부(114)와 연통하도록 설치된다. 배기부(116)와 수용부(114)는 격벽(116a)에 의해 구획된다. 따라서, 수용부(114)로 유입된 처리액은 수용부(114)에 저장되고, 수용부(114)에 수용된 처리액으로부터 발생되는 흄(fume)은 배기부(116)로 이동된다. 배기부(116)로 이동된 흄은 배기 라인(119)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
척(120)은, 기판 처리 공정 중, 보울(110) 내부에서 기판(S)을 지지한다. 척(120)은 척 플레이트(122) 및 회전축(124)을 포함한다. 척 플레이트(122)는 대체로 원판 형상을 갖는다. 척 플레이트(122)는, 기판 처리 공정 중, 기판(S)이 안착되는 상면을 갖는다. 회전축(124)은 일단이 척 플레이트(122)의 중앙 하부에 결합되고, 타단은 구동기(130)에 결합된다. 회전축(124)은 구동기(130)의 회전력을 척 플레이트(122)로 전달한다.
구동기(130)는, 기판 처리 공정 중, 척(120)을 구동한다. 즉, 구동기(130)는 회전축(124)을 회전시켜 척 플레이트(122)에 의해 지지된 기판(S)을 미리 설정된 공정 속도로 회전시킨다. 또한, 구동기(130)는, 기판 처리 공정 중, 회전축(124)을 상하로 승강시켜, 척 플레이트(122)에 안착된 기판(S)의 높이를 조절하도록 구성될 수 있다.
처리 유체 공급부(140)는, 기판 처리 공정 중, 척(120)에 의해 지지된 기판(S)의 상면으로 처리 유체를 공급하도록 구성된다. 처리 유체 공급부(140)는 챔버(150)의 내부에 배치되는 하나 이상의 처리 유체 공급 노즐(142)와, 처리 유체 공급 노즐(142)을 수평 및 수직 방향으로 이송하도록 구성되는 이송 부재(144)와, 처리 유체 공급 노즐(142)과 연결되어 세정액, 린스 액 등의 처리액을 공급하는 처리액 공급원(147)과, 처리 유체 공급 노즐(142)과 연결되어 건조 가스와 같은 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(148)을 포함할 수 있다.
복수의 처리 유체 공급 노즐(142)이 구비되는 경우에는, 복수의 처리 유체 공급 노즐(142)은 각각 상이한 처리액 및/또는 처리 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 이송 부재(144)는 챔버(150)의 내부에서 처리 유체 공급 노즐(142)을 이송하도록 구성된다.
정전기 측정 센서(171)은 볼트, 너트 및/또는 리벳 등의 체결 부재, 용접, 접착제 등에 의해 보울(110)의 외벽(외면)에 부착될 수 있다. 정전기 측정 센서(171)는, 예를 들면, 정전기장 측정기(electrostatic field meter)로서, 지면에 접지된 센서로부터 소정의 거리만큼 떨어진 대전된 표면에 의해 형성된 정전기장을 측정하도록 구성된다. 정전기 측정 센서(171)는 측정 대상물로부터의 수직 방향으로의 유효 측정 거리에서 작동되며, 측정 대상물의 측정 대상 면적은 유효 측정 거리의 4배의 직경을 갖는 원의 면적이다.
일 예로서, 정전기 측정 센서(171)는 도 6에 도시된 회로 구성을 가질 수 있으며, 정전기 측정 센서(171)를 이용한 정전기 측정은 아래의 수식을 기초로 수행될 수 있다.
Figure 112018108510750-pat00001
여기에서, U는 측정 대상물의 표면과 진동 프로브(vibrating probe) 사이의 전위차(V)이고, D0는 정지 상태의 전극과 측정 대상물의 표면 사이의 거리(m)이고, D1은 진폭(m)이고, ω는 진동 원 진동수(vibration circular frequency, ω=2πf (rad/sec) f (Hz))이고, A는 감지 전극의 단면적(m2)이고, ε는 전극과 측정 대상물의 표면 사이의 매질의 유전율(공기의 유전율은 거의 1이다)이며, ε0은 진공의 유전율(ε0=8.85·10-12 F/m)이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)에서, 정전기 측정 센서(171)가 보울(110)의 외벽에 설치되므로, 정전기 측정 센서(171)는 보울(110) 내부의 처리 공간의 환경에 영향을 받지 않는다. 따라서, 처리액을 기판(S)으로 공급하여 기판(S)을 세정하는 습식 세정 공정 중에서, 정전기 측정 센서(171)가 처리액 등에 의해 오염되는 것이 방지된다.
동일 조건 하에서, 보울(110)의 외벽에서 측정된 정전기(도 7 참조) 및 처리 공간 내의 기판(S)의 상부에서 측정된 정전기(도 8 참조)는 크기에 있어서 상이할 뿐 유사한 패턴(진폭, 진동수)을 갖는다. 처리 유체 공급 노즐(142)로부터 토출된 처리액이 기판(S)과 마찰하여 발생하는 정전기와 보울(110)의 내벽에서 발생하는 정전기는 유기적으로 챔버(150) 내부의 정전기장을 형성하는데 서로 영향을 미치게 된다. 그러므로, 보울(110)의 내벽에서 발생하는 정전기는 기판(S)으로부터 이탈된 처리액에 영향을 받으므로, 보울(110)의 외벽에서 측정된 정전기로부터 기판(S)과 처리액 사이의 마찰로 인한 대전을 유추할 수 있다.
이와 같이, 보울(110)의 외벽에서 실제로 측정된 정전기 및 보울(110)의 내벽에서 실제로 측정된 정전기와 관련된 데이터 베이스를 기반으로, 제어 유닛(190)은 보울(110)의 외벽에서 측정된 정전기에 근거하여 보울(110)의 내벽에서의 정전기를 산출할 수 있다.
마찬가지로, 보울(110)의 외벽에서 실제로 측정된 정전기 및 척(120)에서 실제로 측정된 정전기와 관련된 데이터 베이스를 기반으로, 제어 유닛(190)은 보울(110)의 외벽에서 측정된 정전기에 근거하여 척(120)에서의 정전기를 산출할 수 있다.
마찬가지로, 보울(110)의 외벽에서 실제로 측정된 정전기 및 처리 유체 공급 노즐(142)에서 실제로 측정된 정전기와 관련된 데이터 베이스를 기반으로, 제어 유닛(190)은 보울(110)의 외벽에서 측정된 정전기에 근거하여 처리 유체 공급 노즐(142)에서의 정전기를 산출할 수 있다.
마찬가지로, 보울(110)의 외벽에서 실제로 측정된 정전기 및 보울(110) 내부의 처리 공간에서 실제로 측정된 정전기와 관련된 데이터 베이스를 기반으로, 제어 유닛(190)은 보울(110)의 외벽에서 측정된 정전기에 근거하여 보울(110) 내부의 처리 공간에서의 정전기를 산출할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이오나이저(160)는 챔버(150)의 내부에 배치되며, 복수의 전극 팁을 갖는 길게 연장된 노즐 형태(바 형상의 노즐 형태)로 구비되어 챔버(150) 내로 이온화된 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 이오나이저(160)는 복수의 전극 팁을 구비하고, 전극 팁 주위의 대기 또는 처리 가스를 이온화하여(또는, 선택적으로, 별도의 가스 공급원과 연결되어 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 이온화하여), 이온화된 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 이오나이저(160)는 처리 유체 공급부(140)에 설치되어 정전기를 제거하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 이오나이저(160)는 처리 가스 공급원(148)과 처리 유체 공급 노즐(142)을 연결하는 연결 라인에 구비되어 처리 가스에 이온화된 가스를 공급함으로써, 챔버(150) 내의 정전기를 제거하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 도시되지는 않았지만, 기판(S)이 챔버(150) 내부로 반입되거나 챔버(150)로부터 외부로 반출되는 챔버(150)의 개구에 설치되는 셔터에 이오나이저(160)가 설치될 수 있다. 따라서, 기판(S)이 챔버(150) 내부로 반입되거나 챔버(150)로부터 외부로 반출될 때, 이오나이저(160)에 의해 기판(S) 상의 정전기가 제거될 수 있다. 따라서, 정전기를 갖는 기판(S)에 전도성 처리액이 접촉할 때 발생되는 방전으로 인한 문제를 방지할 수 있고, 정전기를 갖는 기판(S)이 전도체와 접촉할 때 발생할 수 있는 정전기 방전(ESD)으로 인한 문제를 방지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(190)은 이오나이저(160)와 연결된다. 제어 유닛(190)은 산출된 정전기가 소정의 한계 범위를 넘는 경우 이오나이저(160)를 제어하여 이오나이저(160)가 챔버(150)의 정전기를 제거할 수 있도록 한다.
한편, 기판(S)의 회전 속도(RPM)에 따라 처리액과 기판(S) 사이의 마찰 정도가 변화하며, 마찰 정도의 변화에 따라 정전기의 세기가 변화한다. 따라서, 제어 유닛(190)은 기판(S)의 회전 속도에 따라 이오나이저(160)의 동작을 온/오프 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 유닛(190)은, 기판(S)의 회전 속도가 높은 경우 이오나이저(160)를 작동시킬 수 있으며, 기판(S)의 회전 속도가 낮은 경우 이오나이저(160)의 작동을 중지할 수 있다. 이와 같이, 기판(S)의 회전 속도(RPM)에 따라 이오나이저(160)의 작동을 제어할 수 있으므로, 이오나이저(160)를 항상 작동시키는 경우에 비하여, 에너지를 절약할 수 있다.
한편, 기판(S)으로 공급되는 처리액의 전도도에 따라 정전기의 세기가 변화한다. 예를 들면, 처리액이 전도성인 경우 정전기의 세기가 작고, 처리액이 비전도성인 경우 정전기의 세기가 크다. 따라서, 제어 유닛(190)은 기판(S)으로 공급되는 처리액의 전도도에 따라 이오나이저(160)의 동작을 온/오프 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 유닛(190)은, 기판(S)으로 공급되는 처리액의 전도도가 낮은 경우 이오나이저(160)를 작동시킬 수 있으며, 기판(S)으로 공급되는 처리액의 전도도가 높은 경우 이오나이저(160)의 작동을 중지할 수 있다. 이와 같이, 기판(S)으로 공급되는 처리액의 전도도에 따라 이오나이저(160)의 작동을 온/오프 제어할 수 있으므로, 이오나이저(160)를 항상 작동시키는 경우에 비하여, 에너지를 절약할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)에 따르면, 정전기 측정 센서(171)가 처리액이 직접적으로 도달하지 않는 보울(110)의 외벽에 설치되므로, 정전기 측정 센서(171)가 처리액에 의해 오염되지 않는다. 따라서, 처리액을 기판(S)으로 공급하여 기판(S)을 세정하는 습식 세정 공정 중에서도 정전기 측정 센서(171)가 정전기를 효과적으로 측정하도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)에 대하여 설명한다. 이하, 전술한 제1 실시예의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)는, 보울(110) 내부의 처리 공간 내에 배치되어 처리 공간 내에서의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서(271)와, 정전기 측정 센서(271)를 세정하는 센서 세정 유닛(272)을 포함할 수 있다.
센서 세정 유닛(272)은, 예를 들면, 이오나이저, 정전기 측정 센서(271)의 표면에 잔류하는 이물질을 물리적으로 제거하는 와이퍼로 구성될 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 센서 세정 유닛(272)은 정전기 측정 센서(271)를 향하여 가스를 분사하는 가스 분사 유닛으로서 구성될 수 있다.
가스 분사 유닛(272)은 반응성이 낮은 비활성 가스를 정전기 측정 센서(271)를 향하여 분사할 수 있다. 가스 분사 유닛(272)에 의해 분사된 가스는 정전기 측정 센서(271)에 처리액 등의 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있고/있거나 정전기 측정 센서(271)에 부착된 이물질을 정전기 측정 센서(271)로부터 제거할 수 있다.
가스 분사 유닛(272)은 가스를 공급하는 가스 공급원과 정전기 측정 센서(271)에 인접하게 배치되는 가스 분사 노즐을 포함할 수 있다. 가스 분사 노즐은 정전기 측정 센서(271)와 별개로 구비될 수 있거나 일체로 구성될 수 있다. 기판 처리 공정 중, 정전기 측정 센서(271)가 이동하는 경우에도, 정전기 측정 센서(271)에 가스를 분사할 수 있도록, 가스 분사 노즐은 정전기 측정 센서(271)와 일체로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)는 정전기 측정 센서(271)을 처리 공간 내에서 이동시키는 센서 이동 유닛(273)을 더 포함할 수 있다. 센서 이동 유닛(273)은 가이드(274)를 따라 수평으로 이동하면서 정전기 측정 센서(271)를 수평으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 또한, 센서 이동 유닛(273)은 정전기 측정 센서(271)을 수직으로 승하강시키도록 구성될 수 있다. 센서 이동 유닛(273)에 의해 정전기 측정 센서(271)가 처리 공간 내의 다양한 위치로 이동하여 다양한 위치에서의 정전기를 측정할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 정전기 측정 센서(271)는 제어 유닛(190)을 통해 디스플레이 유닛(180)에 연결될 수 있으며, 이에 따라, 정전기 측정 센서(271)에 의해 측정된 정전기가 디스플레이 유닛(180)에 표시될 수 있다. 사용자는 디스플레이 유닛(180)에 표시된 정전기로부터 정전기 발생 상황을 실시간으로 감시할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)에 따르면, 정전기 측정 센서(271)에 처리액 등의 이물질이 부착되는 것을 방지하기 위한 가스 분사 유닛(272)이 구비된다. 예를 들면, 기판 처리 공정이 종료된 이후, 가스 분사 유닛(272)은 정전기 측정 센서(271)에 가스를 분사하여 정전기 측정 센서(271)를 세정할 수 있다. 따라서, 정전기 측정 센서(271)가 정전기를 효과적으로 측정하도록 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경될 수 있다.
100, 200: 기판 처리 장치
110: 보울
171, 271: 정전기 측정 센서
180: 디스플레이 유닛
190: 제어 유닛
272: 가스 분사 유닛
273: 센서 이동 유닛

Claims (14)

  1. 챔버의 내부에 구비되며, 내부에 처리 공간을 구비하는 보울;
    상기 보울의 내부에서 기판을 지지하는 척;
    상기 척에 지지된 상기 기판으로 처리액을 공급하는 처리 유체 공급부;
    상기 보울의 외벽에 설치되어 상기 보울의 외벽에서의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서; 및
    상기 정전기 측정 센서에서 측정된 상기 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 상기 보울의 내벽에서의 정전기를 산출하거나, 상기 정전기 측정 센서에서 측정된 상기 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 상기 척에서의 정전기를 산출하거나, 상기 정전기 측정 센서에서 측정된 상기 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 상기 처리 유체 공급 노즐에서의 정전기를 산출하거나, 상기 정전기 측정 센서에서 측정된 상기 보울의 외벽에서의 정전기를 근거로 상기 처리 공간 내에서의 정전기를 산출하는 제어 유닛을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버의 내부에 설치되어 상기 챔버 내부의 정전기를 제거하도록 구성되는 이오나이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이오나이저는 복수의 전극 팁을 갖는 길게 연장된 노즐 형태로 구비되어 상기 챔버의 내부로 이온화된 가스를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리 유체 공급부는, 상기 챔버의 내부에 배치되는 처리 유체 공급 노즐과, 상기 처리 유체 공급 노즐과 연결되어 상기 처리 유체 공급 노즐로 처리액을 공급하는 처리액 공급원과, 상기 처리 유체 공급 노즐과 연결되어 상기 처리 유체 공급 노즐로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원을 포함하고,
    상기 처리 유체 공급 노즐과 상기 처리 가스 공급원을 연결하는 연결 라인 상에는 상기 처리 가스 공급원으로부터 공급되는 처리 가스에 이온화된 가스를 공급하는 이오나이저가 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버에는 상기 기판이 반입되거나 상기 기판이 반출되는 개구 및 상기 개구에 설치되는 셔터가 구비되고,
    상기 셔터에는 상기 개구를 통해 반입되거나 반출되는 상기 기판을 제전하는 이오나이저가 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 산출된 정전기가 한계 범위를 넘는 경우 상기 이오나이저가 작동하도록 상기 이오나이저를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 기판의 회전 속도에 따라 상기 이오나이저의 동작을 온/오프 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 기판으로 공급되는 처리액의 전도도에 따라 상기 이오나이저의 동작을 온/오프 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛에 의해 산출된 정전기를 사용자에게 표시하도록 구성되는 디스플레이 유닛을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전기 측정 센서를 세정하는 센서 세정 유닛을 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 센서 세정 유닛은 상기 정전기 측정 센서를 향하여 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가스 분사 유닛은 비활성 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 정전기 측정 센서를 상기 처리 공간 내에서 이동시키는 센서 이동 유닛을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 10 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전기 측정 센서에 의해 측정된 정전기를 사용자에게 표시하도록 구성되는 디스플레이 유닛을 더 포함하는 기판 처리 장치.
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