KR102279716B1 - 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 건조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 제공하는 하우징, 상기 하우징 내에서 기판을 지지 및 회전시키는 스핀헤드, 그리고 상기 스핀헤드에 놓인 기판의 상면으로 유체를 공급하는 상부 노즐부를 갖는 노즐부를 포함하되, 상기 상부 노즐부는, 상기 하우징 내 일측에 제공되고, 상기 기판 상으로 제 1 유체를 공급하는 제 1 토출구를 갖는 제 1 노즐부재 및 상기 하우징 내 타측에 제공되고, 상기 기판 상으로 제 2 유체를 공급하는 제 2 토출구를 갖는 제 2 노즐부재를 포함하되, 상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재는 각각 그 중심축을 기준으로 상기 스핀헤드에 놓인 기판에 평행하게 회전가능하고, 상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재가 동시에 회전될 때, 상기 제 1 토출구는 상기 제 2 토출구보다 진행 방향에 있어 선행하도록 제공될 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 건조 방법{Apparatus for treating substrates and method for drying substrates}
기판 처리 장치 및 기판 건조 방법{Apparatus for treating substrates and method for drying substrates}
일반적으로 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 가공 공정에는 감광액 도포 공정(Photoresist Coating), 현상 공정(Develop & Bake), 식각 공정(Etching), 화학기상증착 공정 (Chemical Vapor Deposition), 애싱 공정(Ashing) 등이 있으며, 각각의 여러 단계의 공정을 수행하는 과정에서 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위한 공정으로 약액(Chemical) 또는 순수(DI water, Deionized Water)를 이용한 세정 공정(Wet Cleaning Process)이 있다.
또한, 세정 공정을 진행하고 난 후, 반도체 기판 표면에 잔류하는 약액 또는 순수를 건조시키기 위한 건조(Drying) 공정이 있다. 건조 공정을 수행하기 위하여 사용되는 기판 건조 장치는 기계 역학적인 회전력을 이용하여 반도체 기판을 건조시키는 스핀 건조 장치(Spin dry)와 IPA(이소프로필 알코올, isopropyl alcohol)의 화학적 반응을 이용하여 반도체 기판을 건조시키는 IPA 건조 장치가 사용된다.
일반적인 스핀 건조 장치는 기판을 지지하는 스핀 헤드의 회전 작용에 의하여 기판을 건조하는데, 건조 처리 후 반도체 기판 상에 물반점(water mark)을 발생시키는 등, 반도체 소자의 고집적화 및 기판의 대구경화에 따른 불순물 입자의 측면을 고려할 때 많은 문제점을 안고 있다.
따라서, IPA 건조 장치가 널리 사용되는 데, IPA 건조 장치는 IPA의 화학적 반응에 의하여 반도체 기판을 건조시키는 장치이다. 즉, IPA 용액을 증발시켜 기판 상의 순수와 IPA 용액의 치환에 의해 건조 공정을 수행한다. 그러나, IPA 및 건조 가스가 기판 상에 공급될 때, 서로 간섭을 일으켜 건조 효율이 떨어진다.
본 발명의 목적은 건조 효율이 높은 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 물반점이나 건조 불량에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있는 IPA를 이용한 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 제공하는 하우징, 상기 하우징 내에서 기판을 지지 및 회전시키는 스핀헤드, 그리고 상기 스핀헤드에 놓인 기판의 상면으로 유체를 공급하는 상부 노즐부를 갖는 노즐부를 포함하되, 상기 상부 노즐부는, 상기 하우징 내 일측에 제공되고, 상기 기판 상으로 제 1 유체를 공급하는 제 1 토출구를 갖는 제 1 노즐부재 및 상기 하우징 내 타측에 제공되고, 상기 기판 상으로 제 2 유체를 공급하는 제 2 토출구를 갖는 제 2 노즐부재를 포함하되, 상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재는 각각 그 중심축을 기준으로 상기 스핀헤드에 놓인 기판에 평행하게 회전가능하고, 상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재가 동시에 회전될 때, 상기 제 1 토출구는 상기 제 2 토출구보다 진행 방향에 있어 선행하도록 제공될 수 있다.
상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재는 회전될 때, 상기 제 1 토출구 및 상기 제 2 토출구가 상기 기판의 중앙 영역의 상부를 지나도록 제공될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 노즐부를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부에 위치시켜 상기 제 1 유체를 분사한 후, 상기 제 1 노즐부재의 분사를 중단하고 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부에 위치시켜 상기 제 2 유체를 분사하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재를 회전시키면서 상기 제 1 유체를 분사하며 상기 제 1 노즐부재를 상기 스핀헤드의 외부로 위치시키고, 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부에 위치시켜 상기 제 2 유체를 분사하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재를 회전시키면서 상기 제 1 유체를 분사하며 상기 제 1 노즐부재를 상기 스핀헤드의 외부로 위치시키고, 상기 제 2 노즐부재를 회전시키면서 상기 제 2 유체를 분사하며 상기 제 2 노즐부재를 상기 스핀헤드의 외부로 위치시키도록 제어할 수 있다.
상기 제 1 유체는 이소프로필 알코올을 포함하고, 제 2 유체는 질소가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 건조 효율이 높은 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 물반점이나 건조 불량에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있는 IPA를 이용한 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 상부에서 바라본 도면이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우챠트이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우챠트이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우챠트이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IPA를 이용한 기판 건조 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 상부에서 바라본 도면이다.
IPA를 이용한 기판 건조 장치(10)는 용기(100), 승강부재(200), 지지부재(300), 노즐부(350)를 포함한다. 노즐부(350)는 상부 노즐부(400), 하부 노즐부(500), 그리고 제어기(460)를 포함한다.
(용기)
도 1에 도시한 바와 같이, 용기(100)는 상부가 개방된 그리고 스핀헤드(310) 주변을 감싸도록 형상 지어지며, 회전되는 기판상에서 비산되는 처리유체를 모아서 배출한다. 도면 편의상 용기(100)에 고정 설치되어 기판으로 순수를 분사하는 린스용 고정노즐 등은 생략하였다. 용기(100)의 형상은 다양하게 변형될 수 있으며, 1단 구조의 용기가 사용될 수도 있다.
용기(100)는 기판상에서 비산되는 처리유체를 유입 및 흡입하는 환형의 덕트가 다단으로 배치된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 용기(100)는 내부에 상부가 개방되고 기판(W)이 처리되는 공간(a)을 가지고, 공간(A)에는 스핀 헤드(310)가 배치된다. 스핀 헤드(310)의 하면에는 스핀 헤드(310)를 지지하고 회전시키는 스핀들(320)이 고정 결합된다. 스핀들(320)은 용기(100)의 바닥면에 형성된 개구를 통해 용기(100) 외부로 돌출된다. 스핀들(320)에는 이에 회전력을 제공하는 모터와 같은 회전부재(330)가 결합된다. 용기(100)는 공정에 사용된 약액들을 분리하여 회수할 수 있는 구조를 가진다. 이는 약액들의 재사용이 가능하게 한다. 용기(100)는 복수의 회수통들(110a, 110b, 110c)을 가진다. 각각의 회수통(110a, 110b, 110c)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 종류의 처리액을 회수한다. 본 실시 예에서 용기(100)는 3개의 회수통들을 가진다. 각각의 회수통들을 내부 회수통(110a), 중간 회수통(110b), 그리고 외부 회수통(110c)이라 칭한다.
내부 회수통(110a)은 스핀 헤드(310)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간 회수통(110b)은 내부 회수통(110a)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되며, 외부 회수통(110c)은 중간 회수통(110b)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 각각의 회수통(110a, 110b, 110c)은 용기(110) 내에서 용기 내 공간(a)과 통하는 유입구(111a, 111b, 111c)를 가진다. 각각의 유입구(111a, 111b, 111c)는 스핀 헤드(310)의 둘레에 링 형상으로 제공된다. 기판(W)으로 분사되어 공정에 사용된 약액들은 기판(W)의 회전으로 인한 원심력에 의해 유입구(111a, 111b, 111c)를 통해 회수통(110a, 110b, 110c)으로 유입된다. 이렇게 유입된 약액들은 각각의 배출라인(115a,115b,115c)을 통해 외부로 배출된다.
(승강유닛)
승강 유닛(200)은 용기(100)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 용기(100)가 상하로 이동됨에 따라 스핀 헤드(310)에 대한 용기(100)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(200)은 브라켓(210), 이동 축(220), 그리고 구동기(230)를 가진다. 브라켓(210)은 용기(100)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(210)에는 구동기(230)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동 축(220)이 고정결합된다. 기판(W)이 스핀 헤드(310)에 놓이거나, 스핀 헤드(310)로부터 들어올릴 때 스핀 헤드(310)가 용기(110)의 상부로 돌출되도록 스핀 헤드(310)는 하강한다. 또한, 공정이 진행시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(110a,110b,110c)으로 유입될 수 있도록 용기(100)의 높이가 조절한다. 상술한 바와 반대로, 승강 유닛(200)은 스핀 헤드(310)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
(지지부재)
지지부재(300)는 처리 공정시 기판(w)을 지지한다. 기판 지지부재(300)는 스핀헤드(310), 스핀들(spindle)(320) 그리고 회전 부재(330)를 갖는다.
스핀헤드(310)는 용기(100)의 안쪽 공간에 배치된다. 스핀헤드(310)는 상부에 기판(W)이 로딩(loading)되는 상부면(312a)과, 상부면(312a)으로부터 이격된 상태로 기판(W)을 지지하는 지지핀(314)들 그리고 기판(w)을 고정하는 척킹핀(316)들을 갖는다. 지지핀(314)들은 기판을 스핀헤드(310)의 상부면(312a)으로부터 이격된 상태로 지지하며, 척킹핀(316)들은 공정 진행시 기판의 가장자리 일부를 척킹한다.
스핀들(320)은 스핀헤드(310)의 중앙 하부와 결합된다. 스핀들(310)은 그 내부가 비어 있는 중공축(hollow shaft) 형태로써, 회전 부재(330)의 회전력을 스핀헤드(310)에 전달한다. 상세하게 도시하지는 않았지만, 회전 부재(330)는 회전력을 발생하는 모터와 같은 구동부와, 구동부로부터 발생된 회전력을 스핀들로 전달하는 벨트, 체인과 같은 동력 전달부 등의 통상적인 구성으로 이루어질 수 있다.
(하부 노즐부)
하부 노즐부(500)는 기판(w)의 저면으로 가열된 유체를 분사하기 위한 것으로, 바람직하게는 가열된 순수를 기판의 저면으로 분사하기 위한 것이다. 물론, 하부 노즐부(500)는 가열된 순수 대신 가열된 질소가스 등을 분사할 수 있다.
하부 노즐부(500)는 스핀 헤드(310)의 상면 중앙에 설치된 하부노즐(510)을 포함한다. 하부노즐(510)은 순수 공급라인과 연결되어 스핀헤드(310)의 중앙부에 위치된다. 하부 노즐(510)은 가열된 순수를 기판의 저면으로 분사하기 위한 가열용 분사구(512)를 갖는다. 기판은 가열용 분사구(512)를 통해 분사되는 가열된 순수에 의해 가열된다. 하부노즐(510)을 통해 기판의 저면 중앙부로 분사되는 가열된 순수는 기판의 회전에 의해 기판의 가장자리로 쉽게 분산되면서 기판 온도를 전체적으로 균일하게 높여준다.
제1유체 공급부(520)는 순수 공급원(522), 순수 공급원(522)에 저장되어 있는 순수를 60-80℃로 가열시키는 가열부(524), 일단은 순수 공급원(522)에 연결되고 타단은 하부노즐(510)에 연결되며 스핀들(320)의 중공 부분(hollow section)을 지나는 가열된 순수의 이동경로인 순수 공급라인(526), 순수 공급라인(526)으로부터 분기되는 드레인라인(528)을 포함한다. 순수 공급라인(526)에는 온오프 밸브인 제1밸브(527a)와 하부 노즐(510)을 통해 토출된 직후 노즐에 남아 있는 가열된 순수를 역류시키는 서크백(SuckBack)밸브(527b)가 설치되며, 드레인라인(528)에는 온오프 밸브인 제2밸브(527c)가 설치된다. 순수 공급라인(526)은 소정의 배관으로 구성되는 것이 바람직하며, 스핀들(320)에서는 스핀들(320) 내부의 관 형태로 비어있는 공간으로도 정의될 수 있다. 한편, 드레인라인(528)은 기판의 저면으로 분사되는 가열된 순수의 공정 재연성을 확보하기 위한 것으로, 순수 공급라인(526)에 정체되어 있는 가열된 순수는 시간이 지날수록 온도가 떨어지게 된다. 따라서, 순수 공급라인(526)에 정체되어 있는 순수는 하부 노즐(510)을 통해 기판의 저면으로 분사되지 않도록 제1밸브(527a)를 잠그고 제2밸브(527c)를 열어 드레인라인(528)을 통해 드레인 시킨다. 즉, 가열된 순수가 기판의 저면으로 공급되기 전에 순수 공급라인(526)상에 정체되어 있는 순수는 일정시간 동안 드레인되며, 그 이후에 가열부(524)에 의해 가열된 순수가 하부 노즐(510)로 제공된다.
가열된 순수는 기판(W)을 건조시키는 공정을 진행함에 있어서, IPA 용액의 증발에 따른 응축 냉각에 의한 기판(W) 표면의 급격한 온도 저하를 방지하는 역할을 하게 된다. 즉, 기판(W)의 표면으로 IPA 용액 및 N2 가스를 분사하여 기판(W)을 건조시키는 동안, 가열된 순수를 기판(W)의 하부면으로 분사하여 기판(W) 전체의 온도를 60-80℃ 범위내에서 일정하게 유지시키게 된다. 가열된 순수의 온도는 60-80℃인 것이 바람직하며, 이 온도는 건조 공정의 진행 상태에 따라 변할 수 있다.
건조 공정 동안 가열된 순수에 의해 기판(W)의 온도가 일정하게 유지됨으로써, 물반점 및 건조 불량에 따른 파티클의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 기판(W) 전체가 급격한 온도 저하 없이 일정 온도가 유지되어 IPA 용액에 의한 건조 시간이 줄어들게 되어 IPA 용액의 소모량을 감소시키는 효과가 있다.
도시하지 않았지만, 하부 노즐(510)은 기판의 린스 공정에서 린스액(예를 들어 DI water)를 분사하기 위한 린스용 분사구, 기판의 건조 공정에서 이소프로필 알코올 증기나 질소 가스와 같은 건조 가스 분사하기 위한 건조용 분사구를 더 포함할 수도 있다.
(상부 노즐부)
상부 노즐부(400)는 스핀헤드(310)에 놓여진 기판을 처리하기 위한 복수의 노즐들을 포함한다. 일 예로, 상부 노즐부(350)는 제 1 노즐부재(420) 및 제 2 노즐부재(440)를 포함한다. 상부 노즐부(400)는 스핀헤드(310)에 놓여진 기판의 상면(피처리면)으로 유기용제와 건조가스 등을 분사한다. 제 1 노즐부재(420)는 제 1 유체를 분사한다. 제 2 노즐부재(440)는 제 2 유체를 분사한다.
제 1 노즐부재(420)는 제 1 토출구(412), 분사헤드(410), 아암(422), 지지축(424), 제 1 구동기(426), 그리고 제 1 유체 공급부(428)를 포함한다. 제 1 토출구(412)는 기판 상으로 제 1 유체를 공급한다. 제 1 토출구(412)는 분사헤드(410)에 제공된다. 아암(422)의 일단에는 분사헤드(410)가 연결되어 분사헤드(410)를 지지한다. 아암(422)의 타단은 지지축(424)에 연결된다. 지지축(424)은 제 1 구동기(426)로부터 회전력을 전달받으며, 회전력을 이용하여 아암(422)에 연결된 분사헤드(410)를 이동시킨다.
제 1 노즐부재(420)를 지지축(424)을 중심으로 회전될 수 있다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)는 스핀헤드(310)상에 놓인 기판과 평행한 면으로 회전가능하다. 제 1 노즐부재(420)가 기판 상에서 회전될 때, 제 1 토출구(412)는 스핀헤드(310)의 중심의 상부를 지나도록 제공된다. 제 1 유체 공급부(428)는 제 1 유체 공급라인(427)을 통해, 제 1 노즐부재로 제 1 유체를 공급한다. 제 1 유체는 이소프로필 알코올(IPA)를 포함할 수 있다.
IPA(이소프로필 알코올, isopropyl alcohol)는 휘발성을 이용하여 기판(W)을 건조시킬 때에 사용하는 화학 물질이다. IPA 용액이 기판(W)의 표면을 통과함에 따라 세정 공정 후에 기판(W) 표면에 잔류하는 순수와 치환반응을 일으켜 수분을 제거하게 된다..
제 2 노즐부재(440)는 제 2 토출구(432), 분사헤드(430), 아암(442), 회전축(444), 제 2 구동기(446), 그리고 제 2 유체 공급부(448)를 포함한다. 제 2 토출구(432)는 기판 상으로 제 2 유체를 공급한다. 제 2 토출구(432)는 분사헤드(430)에 제공된다. 아암(442)의 일단에는 분사헤드(430)가 연결되어 분사헤드(430)를 지지한다. 아암(442)의 타단은 지지축(444)에 연결된다. 지지축(444)은 제 2 구동기(446)로부터 회전력을 전달받으며, 회전력을 이용하여 아암(442)에 연결된 분사헤드(430)를 이동시킨다.
제 2 노즐부재(440)를 지지축(444)을 중심으로 회전될 수 있다. 이 때, 제 2 노즐부재(440)는 스핀헤드(310)상에 놓인 기판과 평행한 면으로 회전가능하다. 제 2 노즐부재(440)가 기판 상에서 회전될 때, 제 2 토출구(432)는 스핀헤드(310)의 중심의 상부를 지나도록 제공된다. 제 1 노즐부재(420) 및 제 2 노즐부재(440)가 동시에 회전될 때, 제 1 토출구(412)는 제 2 토출구(432)보다 진행 방향에 있어 선행되도록 제공된다. 제 2 유체 공급부(448)는 제 2 유체 공급라인(447)을 통해, 제 2 노즐부재로 제 2 유체를 공급한다. 제 2 유체는 질소가스(N2)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 유체는 저습도 가스를 포함할 수 있다. 일 예로, 제 2 유체는 산소가스(O2)를 포함할 수 있다.
N2 가스는 IPA 용액의 증발(기화력)을 활성화시키는 역할을 한다. 즉, IPA 용액의 증발 온도를 높여 기판(W)의 건조 효과를 향상시킨다. 또한, 상온의 N2 가스에 의한 IPA 용액의 온도 저하를 방지할 수 있다.
제 2 노즐부재(440)의 회전 속도는 제 1 노즐부재(420)의 회전 속도보다 빠르게 제공된다. 따라서, 제 2 노즐부재(440)는 제 1 노즐부재(420)와의 간격 조절을 유동적으로 제어할 수 있다. 기판의 가장자리 영역의 선속도는 중앙 영역의 선속도보다 크다. 따라서 기판의 가장자리 영역에 분사되는 유체는 중앙 영역에 분사되는 유체보다 빨리 퍼진다. 따라서, 기판의 가장자리 영역 상부에서의 제 1 토출구(412)와 제 2 토출구(432) 사이의 거리는, 기판의 중앙 영역 상부에서의 제 1 토출구(412)와 제 2 토출구(432) 사이의 거리보다 짧게 제공된다. 이로 인해, 기판의 영역과 회전 속도에 관계없이 균일한 건조가 이루어질 수 있다. 선택적으로, 기판의 가장자리 영역 상부에서의 제 1 토출구(412)와 제 2 토출구(432) 사이의 거리는, 기판의 중앙 영역 상부에서의 제 1 토출구(412)와 제 2 토출구(432) 사이의 거리보다 길게 제공될 수 있다.
또한, 상부 노즐부(400)는 식각을 위한 HF(Hydrofluoric Acid) 용액 등 식각액(etchant)을 분사하기 위한 노즐과, 세정을 위한 순수(DI water)를 분사하기 위한 노즐을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 식각액을 분사하기 위한 노즐 또는 세정용 순수를 분사하기 위한 노즐을 가지는 또 다른 상부 노즐부를 구비할 수도 있다. 이처럼, 본 실시예에서는 두 개의 노즐을 구비하는 것으로 설명하고 있으나, 이와 달리 기판의 처리 공정에 요구되는 유체의 종류에 따라서 세 개 이상의 노즐을 구비할 수 있다.
예컨대, 상부 노즐부(400)는 회전하는 기판(W)의 표면에 식각, 세정 및 건조를 위한 유체들을 순차적으로 분사시켜, 기판(W) 표면에 산화막 제거, 불순물 제거, 세정 및 건조를 순차적으로 실행할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 상부 노즐부(400)는 필요에 따라 복수의 노즐들을 포함할 수 있다.
제어기(460)는 노즐부(350)를 제어한다. 일 예로, 제어기(460)는 제 1 노즐부재(420) 및 제 2 노즐부재(440)의 분사시기, 분사위치, 분사방법 그리고 분사량 등을 제어할 수 있다. 일 예로, 제어기(460)는 제 1 노즐부재(420)과 제 2 노즐부재(440)간의 거리를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(460)는 상부 노즐부(400)를 기판의 중앙 영역과 가장자리 영역간에 이동시킬 수 있다. 일 예로, 제어기(460)는 상부 노즐부(400)를 기판의 중앙 영역과 가장자리 영역간에 회전 이동시킬 수 있다. 또한, 제어기(460)는 상부 노즐부(400)를 직선 운동 방식과 회전 운동 방식 중에서 선택하여 제어할 수 있다. 선택적으로, 직선 운동 방식 및 회전 운동 방식을 각각 사용하거나, 혼용하여 사용할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명한다.
먼저, 기판(W)이 이송되어 스핀 헤드(310) 상에 놓여지면 기판(W)은 기판 지지핀(314)에 의해 고정되고, 회전부재(330)는 스핀 헤드(310)를 회전시킨다.
기판(W)이 회전하게 되면 식각액에 의한 식각 공정이 진행된다. 일반적으로, 습식 식각 공정에 있어서 기판(W) 상의 실리콘막을 식각하기 위한 식각액으로는 HF(불산, Hydrofluoric Acid) 용액이 사용된다. HF 용액을 공정챔버 내로 분사하여 회전하는 기판(W) 표면의 실리콘막을 식각하게 된다. 식각액을 분사하기 위한 분사구는 상부 노즐부(400)에 구비되거나, 상부 노즐(400)과는 별도의 노즐에 구비될 수 있다.
식각 공정이 끝난 후, 기판(W) 표면의 식각 잔류물을 제거하여 세정 또는 린스(rinse)하기 위하여, 기판(W)을 계속 회전시키면서 세정용 순수(DI water)를 분사시킨다. 세정용 순수를 분사하기 위한 분사구는 상부 노즐부(400)에 구비되거나, 상부 노즐부(400)와는 별도의 노즐에 구비될 수 있다. 순수를 공급함과 동시에, 제 1 노즐부재(420) 및 제 2 노즐부재(440)는 기판의 중심에서 벗어나도록 위치된다.
세정 공정이 끝난 후, 기판(W) 표면을 건조시키는 건조 공정이 진행된다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우챠트이다. 도 4는 제 2 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우챠트이다. 도 5는 제 3 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우챠트이다.
도 3을 참조하면, 건조 공정은 크게 프리 단계(S100)와 최종 단계(S200)로 구분할 수 있다. 프리 단계에서는 기판이 제 1 속도로 회전된다. 최종 단계에서는 기판이 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 회전된다. 일 예로, 제 1 속도는 100-500rpm이고, 제 2 속도는 500-1800rpm일 수 있다.
프리 단계는 제 1 노즐부재(420)가 IPA 용액을 분사한다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)는 회전하는 기판 상면의 중심으로부터 가장자리로 왕복 스캔하면서 IPA 용액을 분사할 수 있다. 이후, 제 1 노즐부재(420)는 제 1 토출구()를 기판의 중심의 상부에 고정시켜 IPA 용액을 분사하고, 하부 노즐부(500)로 기판 저면에 가열된 순수를 분사한다. 바람직하게는, 순수의 온도는 60-80℃이다. IPA 용액은 용액이 증발할 때의 휘발성을 이용하여 기판(W)을 건조시키는 데, IPA 용액이 기판(W)의 표면을 통과함에 따라 세정 공정 후에 기판(W) 표면에 잔류하는 순수의 수소와 치환반응을 일으켜 수분을 제거한다. 또한, 가열된 순수의 공급으로 인해, 건조 공정 동안 기판(W) 전체의 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 물반점이나 건조 불량에 따른 파티클이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 기판(W) 전체의 온도를 상승시킴으로써, IPA 용액에 의한 신속한 건조(기화력 향상)가 일어나게 되어 건조 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, IPA 용액의 소모량을 감소시킬 수 있다.
최종단계에는 가열된 순수의 분사를 중단한 상태에서, 프리 단계보다 빠른 회전력으로 기판을 회전시킨다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)에서 IPA 용액의 분사를 중단하고 제 1 노즐부재(420)를 기판의 외부로 이동시킨 후, 제 2 노즐부재(440)의 제 2 토출구(432)가 기판 중심의 상부에 위치되도록 제어한다. 그리고, 제 2 노즐부재(440)는 N2 가스를 분사하여 기판 상면을 건조시킨다. N2 가스는 IPA 용액의 증발을 활성화시키는 역할을 한다.
도 4를 참조하면, 건조 공정은 크게 프리 단계(S300)와 최종 단계(S400)로 구분할 수 있다. 프리 단계에서는 기판이 제 1 속도로 회전된다. 최종 단계에서는 기판이 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 회전된다. 일 예로, 제 1 속도는 100-500rpm이고, 제 2 속도는 500-1800rpm일 수 있다.
프리 단계는 제 1 노즐부재(420)가 IPA 용액을 분사한다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)는 회전하는 기판 상면의 중심으로부터 가장자리로 왕복 스캔하면서 IPA 용액을 분사할 수 있다. 이후, 제 1 노즐부재(420)는 제 1 토출구(412)를 기판의 중심의 상부에 고정시켜 IPA 용액을 분사하고, 하부 노즐부(500)로 기판 저면에 가열된 순수를 분사한다. 바람직하게는, 순수의 온도는 60-80℃이다. IPA 용액은 용액이 증발할 때의 휘발성을 이용하여 기판(W)을 건조시키는 데, IPA 용액이 기판(W)의 표면을 통과함에 따라 세정 공정 후에 기판(W) 표면에 잔류하는 순수의 수소와 치환반응을 일으켜 수분을 제거한다. 또한, 가열된 순수의 공급으로 인해, 건조 공정 동안 기판(W) 전체의 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 물반점이나 건조 불량에 따른 파티클이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 기판(W) 전체의 온도를 상승시킴으로써, IPA 용액에 의한 신속한 건조(기화력 향상)가 일어나게 되어 건조 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, IPA 용액의 소모량을 감소시킬 수 있다.
최종단계에는 가열된 순수의 분사를 중단한 상태에서, 프리 단계보다 빠른 회전력으로 기판을 회전시킨다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)는 IPA 용액을 분사하면서 기판 외부로 이동된다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)가 분사하는 IPA의 유량은 가변적일 수 있다. 이와 동시에, 제 2 노즐부재(440)의 제 2 토출구(432)가 기판 중심의 상부에 위치되도록 제어한다. 그리고, 제 2 노즐부재(440)는 N2 가스를 분사하여 기판 상면을 건조시킨다. 이 때, 제 2 노즐부재(440)가 분사하는 N2 가스의 유량 또한 가변적일 수 있다. N2 가스는 IPA 용액의 증발을 활성화시키는 역할을 한다.
도 5를 참조하면, 건조 공정은 크게 프리 단계(S500)와 최종 단계(S600)로 구분할 수 있다. 프리 단계에서는 기판이 제 1 속도로 회전된다. 최종 단계에서는 기판이 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 회전된다. 일 예로, 제 1 속도는 100-500rpm이고, 제 2 속도는 500-1800rpm일 수 있다.
프리 단계는 제 1 노즐부재(420)가 IPA 용액을 분사한다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)는 회전하는 기판 상면의 중심으로부터 가장자리로 왕복 스캔하면서 IPA 용액을 분사할 수 있다. 이후, 제 1 노즐부재(420)는 제 1 토출구(412)를 기판의 중심의 상부에 고정시켜 IPA 용액을 분사하고, 하부 노즐부(500)로 기판 저면에 가열된 순수를 분사한다. 바람직하게는, 순수의 온도는 60-80℃이다. IPA 용액은 용액이 증발할 때의 휘발성을 이용하여 기판(W)을 건조시키는 데, IPA 용액이 기판(W)의 표면을 통과함에 따라 세정 공정 후에 기판(W) 표면에 잔류하는 순수의 수소와 치환반응을 일으켜 수분을 제거한다. 또한, 가열된 순수의 공급으로 인해, 건조 공정 동안 기판(W) 전체의 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 물반점이나 건조 불량에 따른 파티클이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 기판(W) 전체의 온도를 상승시킴으로써, IPA 용액에 의한 신속한 건조(기화력 향상)가 일어나게 되어 건조 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, IPA 용액의 소모량을 감소시킬 수 있다.
최종단계에는 가열된 순수의 분사를 중단한 상태에서, 프리 단계보다 빠른 회전력으로 기판을 회전시킨다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)는 IPA 용액을 분사하면서 기판 외부로 이동된다. 이 때, 제 1 노즐부재(420)가 분사하는 IPA의 유량은 가변적일 수 있다. 이와 동시에, 제 2 노즐부재(440) 또한 N2 가스를 분사하면서 기판 외부로 이동될 수 있다. 제 2 노즐부재(440)가 분사하는 N2 가스의 유량 또한 가변적일 수 있다. IPA 용액 및 N2 가스는 기판 상면을 건조시킨다. 이 때, N2 가스는 IPA 용액의 증발을 활성화시키는 역할을 한다.
IPA용액과 N2 가스는 각각 별도의 노즐부재로 제공되어, 기판에 공급시 별도의 간섭을 일으키지 않는다. 또한, 제 1 노즐부재 및 제 2 노즐부재의 간격 조절이 가능하여, N2 건조와 동시에 위치별로 IPA 용액의 유량을 제어하여 공급할 수 있다. 또한, 제 1 노즐부재(420) 및 제 2 노즐부재(440)가 회전되면서 각각 IPA 및 N2 가스를 공급할 경우, 제 1 토출구(412)가 제 2 토출구(432)보다 진행 방향에 있어 선행되어, 신속한 건조가 가능하다. 이로 인해, 패턴 리닝을 방지할 수 있다. 또한, 제 2 노즐부재(440)를 기판 중심 상부에 고정시키고 제 1 노즐부재(420)를 회전시키며 IPA를 공급할 경우, N2가 골고루 퍼져 리바운드 현상에 따른 파티클 발생을 줄일 수 있다.
건조 공정을 마친 후, 회전부재(330)는 동작을 중지하여 스핀 헤드(310)의 회전을 멈추고, 기판(W)은 이송되거나, 다른 공정이 진행된다.
상기 기판(W)은 반도체 칩 제조에 사용되는 웨이퍼(wafer)에 한정되지 않고, 액정표시장치(LCD, Liquid crystal display)는 물론, PDP(Plasma Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), 또는 ELD(Electro Luminescence Display) 등의 평판표시장치(FPD, Flat panel display)에 해당하는 모든 기판에 적용 가능하다.
이상에서 설명한 기판 처리 장치는 기판 세정 공정 뿐만 아니라 다양한 공정에 사용될 수 있다. 일 예로, 기판 식각 공정에도 사용될 수 있다. 또한, 기판 처리 장치는 별도의 린스액 부재를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 수정, 치환 및 변형이 가능하므로 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 설명된 실시예들은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 용기
200: 승강부재
300: 지지부재
310: 스핀헤드
400: 상부 노즐부
420: 제 1 노즐부재
440: 제 2 노즐부재
460: 제어기
500: 하부 노즐부
482: 제 2 토출구

Claims (16)

  1. 내부에 기판을 처리하는 공간을 제공하는 하우징;
    상기 하우징 내에서 기판을 지지 및 회전시키는 스핀헤드; 그리고
    상기 스핀헤드에 놓인 기판의 상면으로 유체를 공급하는 상부 노즐부를 갖는 노즐부를 포함하되,
    상기 상부 노즐부는,
    상기 기판 상으로 제 1 유체를 공급하는 제 1 노즐부재; 및
    상기 기판 상으로 제 2 유체를 공급하는 제 2 노즐부재를 포함하되,
    상기 제 1 노즐부재는,
    상기 제 1 유체를 분사하는 제 1 토출구; 및
    상기 제 1 노즐부재를 구동시키는 제 1 구동기를 포함하고,
    상기 제 2 노즐부재는,
    상기 제 2 유체를 분사하는 제 2 토출구; 및
    상기 제 2 노즐부재를 구동시키는 제 2 구동기를 포함하되,
    상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재는 각각 그 지지축을 기준으로 상기 스핀헤드에 놓인 기판에 평행하게 회전 가능하고,
    상기 기판의 가장자리 영역 상부에서의 상기 제 1 토출구와 상기 제 2 토출구 사이의 거리는 상기 기판의 중앙 영역 상부에서의 상기 제 1 토출구와 상기 제 2 토출구 사이의 거리보다 짧게 제공되는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 노즐부재의 회전 속도는 상기 제 1 노즐부재의 회전 속도보다 빠른 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재가 동시에 회전될 때, 상기 제 1 토출구는 상기 제 2 토출구보다 진행 방향에 있어 선행되는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재는 회전될 때, 상기 제 1 토출구 및 상기 제 2 토출구가 상기 기판의 중앙 영역의 상부를 지나도록 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 상기 노즐부를 제어하는 제어기를 더 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중심 영역 상부에 위치시켜 상기 제 1 유체를 분사한 후, 상기 제 1 노즐부재의 분사를 중단하고 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부에 위치시켜 상기 제 2 유체를 분사하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 상기 노즐부를 제어하는 제어기를 더 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부와 가장자리 영역 상부간에 이동시키면서 상기 제 1 유체를 분사하고, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 외부로 위치시킴과 동시에 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부로 위치시켜 상기 제 2 유체를 분사하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 상기 노즐부를 제어하는 제어기를 더 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부와 가장자리 영역 상부간에 이동시키면서 상기 제 1 유체를 분사하고, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 외부로 위치시킴과 동시에 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부와 가장자리 영역 상부간에 이동시키면서 상기 제 2 유체를 분사한 후 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 외부로 위치시키도록 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 노즐부재와 상기 제 2 노즐부재가 서로 반대 방향으로 이동되도록 제어하는 기판 처리 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 이소프로필 알코올을 포함하고,
    상기 제 2 유체는 질소가스를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항, 그리고 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 건조하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 기판을 제 1 속도로 회전시키며 상기 제 1 노즐부재로 상기 제 1 유체를 분사하는 프리 단계;
    상기 기판을 상기 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 회전시키며 상기 제 1 노즐부재 및 상기 제 2 노즐부재로 각각 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체를 분사하는 최종 단계를 포함하는 기판 건조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 최종 단계는,
    상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부에 위치시켜 상기 제 1 유체를 분사하는 단계; 및
    상기 제 1 노즐부재의 분사를 중단함과 동시에 상기 기판의 외부로 위치시키고, 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부에 위치시켜 상기 제 2 유체를 분사하는 단계를 포함하는 기판 건조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 최종 단계는,
    상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부와 가장자리 영역 상부간에 이동시키면서 상기 제 1 유체를 분사하고, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 외부로 위치시킴과 동시에 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역의 상부로 위치시켜 상기 제 2 유체를 분사하는 단계를 포함하는 기판 건조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 최종 단계는,
    상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부와 가장자리 영역 상부간에 이동시키면서 상기 제 1 유체를 분사하고, 상기 제 1 노즐부재를 상기 기판의 외부로 위치시킴과 동시에 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 중앙 영역 상부와 가장자리 영역 상부간에 이동시키면서 상기 제 2 유체를 분사한 후 상기 제 2 노즐부재를 상기 기판의 외부로 위치시키는 기판 건조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부재와 상기 제 2 노즐부재의 이동 방향은 서로 반대 방향인 기판 건조 방법.
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