KR102250369B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 바디와; 상기 처리 공간에서 기판의 가장자리 영역을 지지하는 지지체와; 상기 처리 공간으로 세정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛과; 상기 처리 공간 내의 유체를 배기하는 배기 유닛을 포함하고, 상기 배기 유닛은, 상기 바디에 결합되는 배기 라인과; 상기 배기 라인의 전단 영역에서 분기되어 샘플링 유체를 추출하는 샘플링 라인과 샘플링 라인에 설치되어 상기 샘플링 유체를 분석하는 디텍터를 포함하는 샘플링 유닛과; 상기 배기 라인의 후단 영역에 설치되는 감압 유닛을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{an apparatus for treating a substrate and Method for treating a substrate}
본 발명은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼와 같은 기판으로부터 제조한다. 구체적으로, 반도체 소자는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정 등을 수행하여 기판의 상부면에 미세한 회로 패턴을 형성하여 제조된다.
기판은 상기의 공정들을 수행하면서 상기 회로 패턴이 형성된 상부면에 각종 이물질이 오염될 수 있음에 따라, 이물질을 제거하기 위하여 세정 공정을 수행할 수 있다.
최근에는 기판을 세정하는 공정에 초임계 유체가 사용된다. 일 예에 의하면, 세정 공정은 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; 이하, IPA)을 통해 기판의 상부면을 세정한 다음, 이산화탄소(CO2)를 초임계 상태로 기판의 상부면에 공급하여 기판에 남아 있는 IPA를 제거하는 방식으로 진행될 수 있다.
세정 장치에서 초임계 유체가 사용되면, 프로세스가 종료되기 전까지는 세정 장치 내부의 상태를 알 수 없기 때문에 초임계 유체의 공급량, 배기량 및 프로세스 시간 등의 조건을 조절하는데 어려움이 따른다. 한편, 프로세스의 목적을 달성한 후에도 초임계 유체를 계속해서 공급하여 과도하게 세정하면 생산비용과 프로세스 시간이 증가되어 생산량이 저하된다. 반면 프로세스 목적을 달성하기 전에 프로세스를 종료하면 불충분한 세정 또는 현상(develop)의 원인이 된다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 세정시 세정 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 세정시 최적의 프로세스 조건을 검출하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 바디와; 상기 처리 공간에서 기판의 가장자리 영역을 지지하는 지지체와; 상기 처리 공간으로 세정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛과; 상기 처리 공간 내의 유체를 배기하는 배기 유닛을 포함하고, 상기 배기 유닛은, 상기 바디에 결합되는 배기 라인과; 상기 배기 라인의 전단 영역에서 분기되어 샘플링 유체를 추출하는 샘플링 라인과 샘플링 라인에 설치되어 상기 샘플링 유체를 분석하는 디텍터를 포함하는 샘플링 유닛과; 상기 배기 라인의 후단 영역에 설치되는 감압 유닛을 포함한다.
일 예에 의하면, 상기 전단 영역은 상기 배기 라인에서 상기 유체가 초임계 상태로 유지되는 영역일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 전단 영역은 상기 배기 라인에서 상기 유체가 80bar 이상의 압력으로 유지되는 영역일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 추출되는 샘플링 유체의 양은 상기 배기 라인을 통해 배출되는 배기량의 10% 이내일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 샘플링 유체는 세정 유체 및 검출 대상물 포함하고, 상기 디텍터는 상기 샘플링 유체에서 상기 세정 유체를 제거하고, 상기 검출 대상물을 검출할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 디텍터는 상기 검출 대상물의 성분 또는 양을 검출 할 수 있다.
일 예에 의하면, 전처리액으로 처리된 기판에 대하여 상기 세정 유체를 공급할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 검출 대상물은 전처리액 또는 파티클 일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 디텍터는 상기 파티클의 크기 또는 양을 검출할 수 있다.
일 예에 의하면, 제어기를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 디텍터가 검출한 검출 대상물에 대한 정보를 기반으로 프로세스 조건을 최적화할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 디텍터가 검출한 검출 대상물의 양이 설정 값 이하로 검출되는 시점을 종료 시점으로 설정할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제어기는 한 세트의 기판 중 하나의 기판을 표본 기판으로서 종료 시점을 설정하고, 상기 종료 시점을 한 세트 중 나머지 기판에 대한 종료 시점으로 할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 세정 유체는 이산화 탄소일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 전처리액은 이소프로필알코올 일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 방법은, 세정 유체를 세정 장치 내부로 공급하여 초임계 분위기를 형성하는 초임계 형성 단계와; 상기 세정 장치 내부에 대하여 상기 세정 유체의 공급과 배기를 반복하는 프로세스 단계와; 상기 세정 장치 내부의 세정 유체를 배기하는 배기 단계와; 상기 프로세스 단계가 진행되는 중에 상기 세정 장치와 연결된 배기 라인의 전단 영역에서 분기된 샘플링 유닛은 배기되는 세정 유체의 일부를 추출하여 검출하는 샘플링 단계를 포함하고, 상기 샘플링 유닛에서 검출된 정보에 근거하여 상기 프로세스 단계를 종료하고 상기 배기 단계를 시작한다.
일 예에 의하면, 상기 전단 영역은 상기 배기 라인에서 상기 초임계 유체가 초임계 상태로 유지되는 영역 일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 전단 영역은 상기 배기 라인에서 상기 초임계 유체가 80bar 이상의 압력으로 유지되는 영역 일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 초임계 형성 단계 이전에 기판에 대하여 전처리액을 공급하여 기판을 전처리하는 전처리 단계를 더 포함 할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 샘플링 유체는 상기 세정 유체 및 검출 대상물을 포함하고, 상기 샘플링 유닛이 검출하는 정보는, 상기 검출 대상물의 양일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 검출 대상물의 정보를 기반으로 기판 처리 조건을 최적화할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 검출 대상물의 양이 설정값 이하로 검출되는 시점을 상기 프로세스 단계의 종료 시점으로 설정 할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 샘플링 단계는, 한 세트의 기판 중 하나의 표본 기판에 대하여 수행하여 상기 종료 시점을 설정하고, 상기 종료 시점을 상기 한 세트 중 나머지 기판에 대한 종료 시점으로 할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 세정 유체는 이산화탄소 일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 전처리액은 이소프로필알코올 일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 검출 대상물은 전처리액 또는 파티클 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 세정시 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 세정시 최적의 프로세스 조건을 검출하여 생산성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 액 처리 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 세정 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 세정 장치의 배기 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 초임계유체의 프로세스에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프(A)와 검출 대상물의 시간에 따른 검출양 변화 그래프(B)이다.
도 6은 샘플링 유체를 분석하여 종료 시점을 결정하는 제1 실시예에 따른 플로우 차트이다.
도 7은 샘플링 유체를 분석하여 종료 시점을 결정하는 제2 실시예에 따른 플로우 차트이다.
도 8은 디텍터를 이용하여 파티클의 크기와 양을 측정한 예시적 그래프를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 시스템를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 시스템은 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(30)를 포함한다. 일 실시예에 의하며, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1방향(92)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1방향(92)과 수직한 방향을 제2방향(94)이라 하고, 제1방향(92) 및 제2방향(94)에 모두 수직한 방향을 제3방향(96)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 기판(W)이 수납된 용기(80)로부터 기판(W)을 처리 모듈(20)로 반송하고, 처리 모듈(20)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(80)로 수납한다. 인덱스 모듈(10)의 길이 방향은 제2방향(94)으로 제공된다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(12, loadport)와 인덱스 프레임(14)을 가진다. 인덱스 프레임(14)을 기준으로 로드포트(12)는 처리 모듈(20)의 반대 측에 위치된다. 기판(W)들이 수납된 용기(80)는 로드포트(12)에 놓인다. 로드포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 복수의 로드포트(12)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다.
용기(80)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 용기(80)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)이나 작업자에 의해 로드포트(12)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(14)에는 인덱스 로봇(120)이 제공된다. 인덱스 프레임(14) 내에는 길이 방향이 제2방향(94)으로 제공된 가이드 레일(140)이 제공되고, 인덱스 로봇(120)은 가이드 레일(140) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(120)은 기판(W)이 놓이는 핸드(122)를 포함하며, 핸드(122)는 전진 및 후진 이동, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진이동할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 장치(300), 액 처리 장치(400), 그리고 세정 장치(500)를 포함한다. 버퍼 유닛(200)은 처리 모듈(20)로 반입되는 기판(W)과 처리 모듈(20)로부터 반출되는 기판(W)이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다. 액 처리 장치(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 세정 장치(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 장치(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 장치(400), 그리고 세정 장치(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 장치(300)는 그 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 장치(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 장치(400)와 세정 장치(500)는 반송 장치(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 장치(400)와 반송 장치(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 세정 장치(500)와 반송 장치(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 장치(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 장치(400)들은 반송 장치(300)의 양측에 배치되고, 세정 장치(500)들은 반송 장치(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 장치(400)들은 세정 장치(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 장치(300)의 일측에서 액 처리 장치(400)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 장치(300)의 일측에서 세정 장치(500)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 C X D(C, D는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수)개가 제공될 수 있다. 상술한 바와 달리, 반송 장치(300)의 일측에는 액 처리 장치(400)들만 제공되고, 그 타측에는 세정 장치(500)들만 제공될 수 있다.
반송 장치(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 장치(300) 내에는 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공된 가이드 레일(340)이 제공되고, 반송 로봇(320)은 가이드 레일(340) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 반송 로봇(320)은 기판(W)이 놓이는 핸드(322)를 포함하며, 핸드(322)는 전진 및 후진 이동, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진이동할 수 있다.
버퍼 유닛(200)은 기판(W)이 놓이는 버퍼(220)를 복수 개 구비한다. 버퍼(220)들은 제3방향(96)을 따라 서로 간에 이격되도록 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 전면(front face)과 후면(rear face)이 개방된다. 전면은 인덱스 모듈(10)과 마주보는 면이고, 후면은 반송 장치(300)와 마주보는 면이다. 인덱스 로봇(120)은 전면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근하고, 반송 로봇(320)은 후면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근할 수 있다.
도 2는 도 1의 액 처리 장치(400)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 액 처리 장치(400)는 하우징(410), 컵(420), 지지 유닛(440), 액 공급 유닛(460), 그리고 승강 유닛(480)을 가진다. 하우징(410)은 대체로 직육면체 형상으로 제공된다. 컵(420), 지지 유닛(440), 그리고 액 공급 유닛(460)은 하우징(410) 내에 배치된다.
컵(420)은 상부가 개방된 처리 공간을 가지고, 기판(W)은 처리 공간 내에서 액 처리 된다. 지지 유닛(440)은 처리 공간 내에서 기판(W)을 지지한다. 액 공급 유닛(460)은 지지 유닛(440)에 지지된 기판(W) 상으로 액을 공급한다. 액은 복수 종류로 제공되고, 기판(W) 상으로 순차적으로 공급될 수 있다. 승강 유닛(480)은 컵(420)과 지지 유닛(440) 간의 상대 높이를 조절한다.
일 예에 의하면, 컵(420)은 복수의 회수통(422, 424, 426)을 가진다. 회수통들(422, 424, 426)은 각각 기판 처리에 사용된 액을 회수하는 회수 공간을 가진다. 각각의 회수통들(422, 424, 426)은 지지 유닛(440)을 감싸는 링 형상으로 제공된다. 액 처리 공정이 진행시 기판(W)의 회전에 의해 비산되는 전처리액은 각 회수통(422, 424, 426)의 유입구(422a, 424a, 426a)를 통해 회수 공간으로 유입된다. 일 예에 의하면, 컵(420)은 제1회수통(422), 제2회수통(424), 그리고 제3회수통(426)을 가진다. 제1회수통(422)은 지지 유닛(440)을 감싸도록 배치되고, 제2회수통(424)은 제1회수통(422)을 감싸도록 배치되고, 제3회수통(426)은 제2회수통(424)을 감싸도록 배치된다. 제2회수통(424)으로 액을 유입하는 제2유입구(424a)는 제1회수통(422)으로 액을 유입하는 제1유입구(422a)보다 상부에 위치되고, 제3회수통(426)으로 액을 유입하는 제3유입구(426a)는 제2유입구(424a)보다 상부에 위치될 수 있다.
지지 유닛(440)은 지지판(442)과 구동축(444)을 가진다. 지지판(442)의 상면은 대체로 원형으로 제공되고 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 지지판(442)의 중앙부에는 기판(W)의 후면을 지지하는 지지핀(442a)이 제공되고, 지지핀(442a)은 기판(W)이 지지판(442)으로부터 일정 거리 이격되도록 그 상단이 지지판(442)으로부터 돌출되게 제공된다. 지지판(442)의 가장자리부에는 척핀(442b)이 제공된다. 척핀(442b)은 지지판(442)으로부터 상부로 돌출되게 제공되며, 기판(W)이 회전될 때 기판(W)이 지지 유닛(440)으로부터 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 구동축(444)은 구동기(446)에 의해 구동되며, 기판(W)의 저면 중앙과 연결되며, 지지판(442)을 그 중심축을 기준으로 회전시킨다.
일 예에 의하면, 액 공급 유닛(460)은 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)을 가진다. 제1노즐(462)은 제1액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제1액은 기판(W) 상에 잔존하는 막이나 이물을 제거하는 액일 수 있다. 제2노즐(464)은 제2액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제2액은 제3액에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제2액은 제1액에 비해 제3액에 더 잘 용해되는 액일 수 있다. 제2액은 기판(W) 상에 공급된 제1액을 중화시키는 액일 수 있다. 또한, 제2액은 제1액을 중화시키고 동시에 제1액에 비해 제3액에 잘 용해되는 액일 수 있다. 일 예에 의하면, 제2액은 물일 수 있다. 제3노즐(466)은 제3액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제3액은 세정 장치(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제3액은 제2액에 비해 세정 장치(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 일 예에 의하면, 제3액은 유기용제일 수 있다. 유기용제는 이소프로필알코올(IPA)일 수 있다. 일 예에 의하면, 초임계 유체는 이산화탄소일 수 있다. 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)은 서로 상이한 아암(461)에 지지되고, 이들 아암(461)들은 독립적으로 이동될 수 있다. 선택적으로 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)은 동일한 아암에 장착되어 동시에 이동될 수 있다.
승강 유닛(480)은 컵(420)을 상하 방향으로 이동시킨다. 컵(420)의 상하 이동에 의해 컵(420)과 기판(W) 간의 상대 높이가 변경된다. 이에 의해 기판(W)에 공급되는 액의 종류에 따라 전처리액을 회수하는 회수통(422, 424, 426)이 변경되므로, 액들을 분리회수할 수 있다. 상술한 바와 달리, 컵(420)은 고정 설치되고, 승강 유닛(480)은 지지 유닛(440)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 세정 장치(500)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 일 실시예에 의하면, 세정 장치(500)는 초임계 유체를 이용하여 기판(W) 상의 액을 제거한다. 세정 장치(500)는 바디(520), 지지체(미도시), 유체 공급 유닛(560), 그리고 차단 플레이트(미도시)를 가진다.
바디(520)는 세정 공정이 수행되는 처리 공간(502)을 제공한다. 바디(520)는 상체(522, upper body)와 하체(524, lower body)를 가지며, 상체(522)와 하체(524)는 서로 조합되어 상술한 처리 공간(502)을 제공한다. 상체(522)는 하체(524)의 상부에 제공된다. 상체(522)는 그 위치가 고정되고, 하체(524)는 실린더와 같은 구동부재(590)에 의해 승하강될 수 있다. 하체(524)가 상체(522)로부터 이격되면 처리 공간(502)이 개방되고, 이 때 기판(W)이 반입 또는 반출된다. 공정 진행시에는 하체(524)가 상체(522)에 밀착되어 처리 공간(502)이 외부로부터 밀폐된다. 세정 장치(500)는 히터(570)를 가진다. 일 예에 의하면, 히터(570)는 바디(520)의 벽 내부에 위치된다. 히터(570)는 바디(520)의 내부공간 내로 공급된 유체가 초임계 상태를 유지하도록 바디(520)의 처리 공간(502)을 가열한다. 처리 공간(502)의 내부는 초임계 유체에 의한 분위기가 형성된다.
지지체(미도시)는 바디(520)의 처리 공간(502) 내에서 기판(W)을 지지한다. 지지체(미도시)는 고정 로드(미도시)와 거치대(미도시)를 가진다. 고정 로드(미도시)는 상체(522)의 저면으로부터 아래로 돌출되도록 상체(522)에 고정 설치된다. 고정 로드(미도시)는 그 길이방향이 상하 방향으로 제공된다. 고정 로드(미도시)는 복수 개 제공되며 서로 이격되게 위치된다. 고정 로드(미도시)들은 이들에 의해 둘러싸인 공간으로 기판(W)이 반입 또는 반출될 때, 기판(W)이 고정 로드(미도시)들과 간섭하지 않도록 배치된다. 각각의 고정 로드(미도시)에는 거치대(미도시)가 결합된다. 거치대(미도시)는 고정 로드(미도시)의 하단으로부터 고정 로드(미도시)들에 의해 둘러싸인 공간을 향하는 방향으로 연장된다. 상술한 구조로 인해, 바디(520)의 처리 공간(502)으로 반입된 기판(W)은 그 가장자리 영역이 거치대(미도시) 상에 놓이고, 기판(W)의 상면 전체 영역, 기판(W)의 저면 중 중앙 영역, 그리고 기판(W)의 저면 중 가장자리 영역의 일부는 처리 공간(502)으로 공급된 세정 유체에 노출된다.
유체 공급 유닛(560)은 바디(520)의 처리 공간(502)으로 세정 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 세정 유체는 초임계 상태로 처리 공간(502)으로 공급될 수 있다. 이와 달리 세정 유체는 가스 상태로 처리 공간(502)으로 공급되고, 처리 공간(502) 내에서 초임계 상태로 상변화될 수 있다. 일 예에 의하면, 유체 공급 유닛(560)은 메인 공급 라인(562), 상부 분기 라인(564), 그리고 하부 분기 라인(566)을 가진다. 상부 분기 라인(564)과 하부 분기 라인(566)은 메인 공급 라인(562)으로부터 분기된다. 상부 분기 라인(564)은 상체(522)에 결합되어 지지체(540)에 놓인 기판(W)의 상부에서 세정 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 상부 분기 라인(564)은 상체(522)의 중앙에 결합된다. 하부 분기 라인(566)은 하체(524)에 결합되어 지지체(540)에 놓인 기판(W)의 하부에서 세정 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 하부 분기 라인(566)은 하체(524)의 중앙에 결합될 수 있다. 하체(524)에는 배기 유닛(550) 이 결합된다. 하부 분기 라인(566)이 하체(524)의 중앙에 결합되는 경우, 배기 유닛(550)의 배기 포트는 하체(524)의 중앙으로부터 편향되게 위치될 수 있다. 바디(520)의 처리 공간(502) 내의 초임계 유체는 배기 유닛(550) 을 통해서 바디(520)의 외부로 배기된다.
바디(520)의 처리 공간(502) 내에는 차단 플레이트(미도시)(blocking plate)가 배치될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 원판 형상으로 제공될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 바디(520)의 저면으로부터 상부로 이격되도록 지지대(미도시)에 의해 지지된다. 지지대(미도시)는 로드 형상으로 제공되고, 서로 간에 일정 거리 이격되도록 복수 개가 배치된다. 상부에서 바라볼 때 차단 플레이트(미도시)는 하부 분기 라인(566)의 공급 포트 및 배기 유닛(550) 의 유입구와 중첩되도록 제공될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 하부 분기 라인(566)을 통해서 공급된 세정 유체가 기판(W)을 향해 직접 토출되어 기판(W)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 도 3의 세정 장치(500)의 배기 유닛(550)을 개략적으로 보여주는 도면이다. 배기 유닛(550)은 배기 라인(554)과 샘플링 유닛(555)과 감압 유닛(555)을 포함한다. 배기 라인(554)은 전단 영역(554f)과 후단 영역(554p)을 포함한다. 전단 영역(554f)은 배기 라인(554)으로 배출되는 유체가 초임계 상태로 유지되며 배출되는 구간을 의미한다. 구체적으로 전단 영역(554f)은 배기 라인(554)의 배기압이 약 80bar이상을 유지하는 영역이다.
샘플링 유닛(553)은 샘플링 라인(551)과 디텍터(552)를 포함한다. 샘플링 라인(551)은 배기 라인(554)의 전단 영역(554f)에서 분기된다. 디텍터(552)는 샘플링 라인(551)에 설치된다. 샘플링 라인(551)에는 밸브(551a)가 설치된다. 밸브(551a)는 유체의 샘플링이 필요할 때 개방되도록 제어한다.
디텍터(552)는 배기되는 유체 총량에서 소량만을 샘플링 유체로 추출하여 수집한다. 배기 유체 중에서 샘플링 라인(551)을 통해 유입되는 유체를 샘플링 유체로 정의한다. 샘플링 유체는 필요에 따라 배기되는 유체 총량의 1 ~ 10%가 수집될 수 있다. 샘플링 라인(551)은 샘플링 유체가 디텍터(552)에 도달하기 전에 기체로 상변화하지 않고 초임계 상태가 유지될 정도로 짧은 구간으로 제공된다.
디텍터(552)는 유입된 샘플링 유체의 농도, 성분, 파티클 수 등을 측정한다. 디텍터(552)는 샘플링 유체에서 초임계 유체를 제외하고 나머지 물질에 대한 농도, 성분, 파티클 수 등의 측정을 수행하여, 검출된 물질의 정보를 기초로 종료 시점을 예측한다.
도 5는 초임계유체의 프로세스에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프(A)와 검출 대상물의 시간에 따른 검출양 변화 그래프(B)이다. 도 5를 참조하면, 초임계 유체를 활용한 기판 처리 프로세스는, 챔버에 유체 공급을 통해 내부 압력을 상승시켜 초임계 이상의 조건을 형성한 뒤, 초임계 유체의 공급과 배출을 반복하며 프로세스 사이클을 진행한다. 프로세스 사이클에서 초임계 유체의 공급과 배출이 반복되다가, 검출 대상물의 검출량이 설정 값(m1) 이하에 도달하는 종료 시점(t1)에 도달하면 초임계 유체의 공급은 멈추고 배기가 진행된다. 검출 대상물은 예컨대 대상물은 초임계 유체에 용해되어 있던 유기 용매 또는 파티클일 수 있다.
도 6은 샘플링 유체를 분석하여 종료 시점을 결정하는 제1 실시예에 따른 순서도이다. 도 6을 참조하면, 종료 시점을 결정하기 위해서, 제1 기판에 대한 초임계 프로세스 사이클을 진행하는 중에(S100), 배기 라인(554)의 전단 영역에서 분기된 샘플링 라인(551)을 통해 샘플링 유체를 수집한다(S110). 디텍터(552)는 수집된 샘플링 유체를 분석한다(S120). 분석되는 대상은 배기 유체에 포함된 초임계 유체를 제외한 유기용제 또는 파티클과 같은 검출 대상물이다. 검출 대상물의 양이 종료 시점으로 설정된 값(m1) 이하에 도달되면(S130), 제1 기판 프로세스 사이클을 종료하고 배기를 진행한다(S140).
제1 기판의 처리가 종료되면, 제2 기판의 프로세스 사이클이 진행된다(S150). 제1 기판의 처리시와 마찬가지로 배기 라인(554)의 전단 영역에서 분기된 샘플링 라인(551)은 샘플링 유체를 수집한다(S160). 디텍터(552)는 샘플링 유체의 대상물을 측정하고(S170), 측정한 대상물의 양이 종료 시점으로 설정된 값(m1) 이하에 도달되면(S180), 제2 기판 프로세스 사이클을 종료하고 배기를 진행한다(S190). 이후 세정 장치(500)에서 처리되는 모든 기판에 대해 정밀하게 종료시점을 설정할 수 있다.
도 7은 샘플링 유체를 분석하여 종료 시점을 결정하는 제2 실시예에 따른 순서도이다. 도 7을 참조하면, 종료 시점을 결정하기 위해서, 제1 기판에 대한 초임계 프로세스 사이클을 진행하는 중에(S200), 배기 라인(554)의 전단 영역에서 분기된 샘플링 라인(551)을 통해 샘플링 유체를 수집한다(S210). 디텍터(552)는 수집된 샘플링 유체를 분석한다(S220). 분석되는 검출 대상물은 배기 유체에 포함된 초임계 유체를 제외한 다른 대상물이다. 예컨대 검출 대상물은 초임계 유체에 용해되어 있던 유기용제나 파티클일 수 있다. 대상물의 양이 종료 시점으로 설정된 값(m1) 이하에 도달되면(S230), 종료 시점(t1)을 저장한다(S240). 그리고 제1 기판 프로세스 사이클을 종료하고 배기를 진행한다(S250).
제1 기판의 처리가 종료되면, 제2 기판의 프로세스 사이클이 진행된다(S260). 제2 기판의 프로세스 사이클은 제1 기판 처리시에 저장된 종료 시점에 근거하여 종료 시점(t1)에 도달하면 제2 기판 프로세스 사이클을 종료하고 배기를 진행한다(S270). 이후 설정된 한 세트의 기판은 제2 기판의 처리시와 동일하게 저장된 종료 시점(t1)에 근거하여 종료 시점(t1)에 도달하면 프로세스 사이클을 종료하고 배기를 진행한다. 예컨대, 25개의 기판 처리시마다 1번씩 샘플링을 통해 종료 시점을 결정할 수 있다. 또는 기판의 패턴과 환경 변화에 근거하여 샘플링 간격을 조정할 수 있다. 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 처리 시간을 단축시키고 샘플링 유닛(553)의 사용 빈도를 줄일 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 샘플링 라인(551)으로 추출되지 않은 나머지 배기 유체는 배기 라인(554)의 후단 영역(554p)으로 배기된다. 배기 라인(554)의 후단 영역(554p)에는 감압 유닛(555)이 제공된다. 감압 유닛(555)은 감압 탱크(556)를 포함한다. 감압 탱크(556)는 배기 라인(554)을 통해 배출된 초임계 유체와 용해된 용해 대상물이 저장된다. 감압 탱크(556)에는 다량의 파티클이 혼합되어 있다. 또한, 감압 탱크(556)에는 초임계 유체가 기화되어 저장됨에 따라, 용해도가 낮아져 물질이 분리된다. 따라서 감압 탱크(556)에 저장된 파티클을 분석하는 것은 한계가 있다.
일 예에 의하면 디텍터(552)는 초임계 유체에 용해된 유기용제의 질량을 측정하거나, 유기용제를 에어로졸화 하여 에어로졸의 개수를 측정하는 것 외에, 초임계 유체와 유기용제를 모두 기화시키고 남은 파티클의 양과 크기를 측정할 수 있다. 도 8을 참조하면, 디텍터(552)는 파티클을 원자 단위로 개수와 크기를 측정할 수 있다. 초임계 유체에 용해된 상태의 파티클을 측정함에 따라, 처리 챔버내의 파티클의 크기와 크기별 양을 정확하게 분석할 수 있다. 배기 라인(554)의 전단 영역(554f)에서 초임계 유체가 기체가 되기 전에 소량을 샘플링 함으로써, 배기 유닛(550)의 후단 영역(554p)에서는 측정이 어려운 파티클의 양과 크기를 측정하는 것이 가능하다.
초임계 유체는 고온, 고압 상태이므로, 직접적으로 측정할 수 있는 설비의 제작에 한계가 있다. 이에 본 발명의 실시 예에 따른 배기 라인(554)의 전단 영역(554f)에 샘플링 라인(551)을 분기하여 샘플링하는 방법을 취함으로써, 종료 시점의 정확한 설정 및 파티클 분석이 가능하고, 편리하게 유지보수 가능하다. 또한, 프로세스 사이클 중에 초임계 유체의 공급량 및 배출량에 따른 결과를 지속적으로 분석 가능함에 따라 최적의 조건(공급량, 펄스 사이클, 배기량, 배기 사이클 등)을 확립하는 데이터를 확보할 수 있다.
상세한 설명에는 실시예로서, IPA와 같은 전처리액을 이용하여 기판을 액처리한 이후에 전처리액을 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조하는 공정에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 설명된 공정에 한정되지 않고 초임계 유체를 이용한 공정에 모두 적용될 수 있다.
상세한 설명에는 프로세스 조건을 최적화하는 실시예로서 종료 시점을 판단하는 방법에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 설명된 방법에 한정되지 않고, 공정 진행 중인 유체를 분석하여 최적화가 가능한 방법에는 모두 적용될 수 있다.
320 : 반송 로봇
400 : 액 처리 장치
500 : 세정 장치
550 : 배기 유닛
553 : 샘플링 유닛

Claims (25)

  1. 기판 처리 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 바디와;
    상기 처리 공간에서 기판의 가장자리 영역을 지지하는 지지체와;
    상기 처리 공간으로 세정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛과;
    상기 처리 공간 내의 유체를 배기하는 배기 유닛을 포함하고,
    상기 배기 유닛은,
    상기 바디에 결합되는 배기 라인과;
    상기 배기 라인의 전단 영역에서 분기되어 상기 배기 라인으로 배기되는 상기 세정 유체의 일부를 샘플링 유체로 추출하는 샘플링 라인과, 상기 샘플링 라인에 설치되어 상기 샘플링 유체를 분석하는 디텍터를 포함하는 샘플링 유닛과;
    상기 배기 라인의 후단 영역에 설치되는 감압 유닛을 포함하고,
    상기 전단 영역은 상기 배기 라인에서 상기 세정 유체가 80bar 이상의 압력으로 유지되는 영역인 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전단 영역은 상기 배기되는 세정 유체가 상기 배기 라인에서 초임계 상태로 유지되는 영역인 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 추출되는 샘플링 유체의 양은 상기 배기 라인을 통해 배출되는 배기량의 10% 이내인 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 샘플링 유체는 세정 유체 및 검출 대상물 포함하고,
    상기 디텍터는 상기 샘플링 유체에서 상기 세정 유체를 제거하고, 상기 검출 대상물을 검출하는 기판 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 디텍터는 상기 검출 대상물의 성분 또는 양을 검출하는 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    전처리액으로 처리된 기판에 대하여 상기 세정 유체를 공급하는 기판 처리 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 검출 대상물은 전처리액 또는 파티클인 기판 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 디텍터는 상기 파티클의 크기 또는 양을 검출하는 기판 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 디텍터가 검출한 검출 대상물의 양이 설정 값 이하로 검출되는 시점을 종료 시점으로 설정하는 기판 처리 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는 한 세트의 기판 중 하나의 기판을 표본 기판으로서 종료 시점을 설정하고, 상기 종료 시점을 한 세트 중 나머지 기판에 대한 종료 시점으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 세정 유체는 이산화 탄소인 기판 처리 장치.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 전처리액은 이소프로필알코올인 기판 처리 장치.
  15. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    세정 유체를 세정 장치 내부로 공급하여 초임계 분위기를 형성하는 초임계 형성 단계와;
    상기 세정 장치 내부에 대하여 상기 세정 유체의 공급과 배기를 반복하는 프로세스 단계와;
    상기 프로세스 단계 이후에, 상기 세정 장치 내부의 세정 유체를 배기하는 배기 단계와;
    상기 프로세스 단계가 진행되는 중에 상기 세정 장치와 연결된 배기 라인의 전단 영역에서 분기된 샘플링 유닛은 배기되는 상기 세정 유체의 일부를 샘플링 유체로 추출하여 검출하는 샘플링 단계를 포함하고,
    상기 샘플링 유닛에서 검출된 정보에 근거하여 상기 프로세스 단계를 종료하고 상기 배기 단계를 시작하고,
    상기 전단 영역은 상기 배기 라인에서 상기 세정 유체가 80bar 이상의 압력으로 유지되는 영역인 기판 처리 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 전단 영역은 배기되는 상기 세정 유체가 상기 배기 라인에서 초임계 상태로 유지되는 영역인 기판 처리 방법.
  17. 삭제
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 초임계 형성 단계 이전에 기판에 대하여 전처리액을 공급하여 기판을 전처리하는 전처리 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 샘플링 유체는 상기 세정 유체 및 검출 대상물을 포함하고,
    상기 샘플링 유닛이 검출하는 정보는,
    상기 검출 대상물의 양인 기판 처리 방법.
  20. 삭제
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 검출 대상물의 양이 설정값 이하로 검출되는 시점을 상기 프로세스 단계의 종료 시점으로 설정하는 기판 처리 방법.
  22. 제15 항에 있어서,
    상기 샘플링 단계는, 한 세트의 기판 중 하나의 표본 기판에 대하여 수행하여 상기 종료 시점을 설정하고, 상기 종료 시점을 상기 한 세트 중 나머지 기판에 대한 종료 시점으로 하는 기판 처리 방법.
  23. 제15 항에 있어서,
    상기 세정 유체는 이산화탄소인 기판 처리 방법.
  24. 제18 항에 있어서,
    상기 전처리액은 이소프로필알코올인 기판 처리 방법.
  25. 제19 항에 있어서,
    상기 검출 대상물은 전처리액 또는 파티클인 기판 처리 방법.
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