KR102360260B1 - 웨이퍼-형상 물체를 프로세싱하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 방법 및 디바이스는 웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀 척 및 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 유체를 디스펜싱하기 위한 적어도 하나의 디스펜서를 포함한다. 수거기는 상이한 수거기 레벨들의 유체들을 개별적으로 수거하기 위한 적어도 2 개의 수거기 레벨들로 프로세스 유체들을 수거하기 위해 스핀 척을 둘러싼다. 수거기 레벨들 각각은 각각의 배기 가스 도관으로 이어지는 배기 가스 수거 챔버를 포함한다. 배기 가스 도관들 중 적어도 하나는 밸브 메커니즘을 포함하고, 밸브 메커니즘은, 배기 가스 도관을 수거기 외부의 주변 분위기로 개방하는 동안, 연관된 배기 가스 도관으로부터의 배기 가스 플로우를 제한하고, 그리고 그 반대의 경우에 반대로 제한한다.

Description

웨이퍼-형상 물체를 프로세싱하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING WAFER-SHAPED ARTICLES}
본 발명은 반도체 웨이퍼들, 플랫 패널 디스플레이들 또는 광 디스크들과 같은 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼들은 에칭, 세정, 폴리싱 및 재료 증착과 같은 다양한 표면 처리 프로세스들을 겪는다. 이러한 프로세스들을 수용하기 위해, 미국 특허 제 4,903,717 호 및 제 5,513,668 호에 기술된 바와 같이, 회전가능한 캐리어와 연관된 척에 의해 하나 이상의 처리 유체 노즐들에 대하여 단일 웨이퍼가 지지될 수도 있다.
미국 특허 제 4,903,717 호는 복수의 액체 수거 레벨들 (collecting level) 을 갖는 주변의 액체 수거기 및 액체 수거기의 내부로부터 가스를 수거하기 위한 공동 배기부에 대하여 상승 및 하강될 수 있는 스핀 척을 개시한다.
미국 특허 제 7,837,803 호는 각각의 레벨들에 제공된 밸브들을 통해 각각의 레벨에서의 배기가 별도로 제어될 수 있는 개선된 액체 및 가스 수거기를 개시한다. 그러나, 웨이퍼-형상 물체 상에서 수행되는 특정한 프로세스에 따라, 특허의 밸브는 화학적으로 위험한 퓸 (fume) 과 접촉할 것이다. 이러한 조건들 하에서 이러한 밸브들을 양호한 동작 상태로 유지하는 것은 어려울 수 있다.
따라서, 증기 교차 오염을 방지하도록, 공통 프로세스 챔버 내에서 다양한 매체 (예를 들어, 산, 염기, 유기) 로부터의 퓸이 혼합되는 것을 보다 양호하게 방지할 수 있는 수거기 구조가 필요하다. 이러한 교차-오염은 다양한 안전 문제들뿐만 아니라, 정교한 프로세싱 장비 상에 결정성 고체들의 퇴적을 유발할 수 있다.
따라서 일 양태의 본 발명은, 웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀 척 및 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 유체를 디스펜싱하기 위한 적어도 하나의 디스펜서를 포함하는 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 수거기가 상이한 수거기 레벨들의 유체들을 개별적으로 수거하기 위한 적어도 2 개의 수거기 레벨들을 갖는, 프로세스 유체들을 수거하기 위해 스핀 척을 둘러싼다. 적어도 2 개의 수거기 레벨들 각각은 각각의 배기 가스 도관으로 이어지는 배기 가스 수거 챔버를 포함한다. 배기 가스 도관들 중 적어도 하나는 밸브 메커니즘을 포함하고, 밸브 메커니즘은, 배기 가스 도관을 수거기 외부의 주변 분위기로 개방하는 동안, 연관된 배기 가스 도관으로부터의 배기 가스 플로우를 제한하고, 그리고 그 반대의 경우에 반대로 제한한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "유체"는 액체를 함축하는 것으로 의도되지만, 이러한 액체는 (예를 들어, 거품의 자연적인 2-위상 혼합물과 같은) 기체 버블을 포함할 수도 있고, 또는 2 이상의 혼화성 또는 비혼화성 액체들의 혼합물, 또는 부유 물질을 포함하는 액체, 또는 임의의 전술한 것들의 혼합물일 수도 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 배기 도관들 중 하나는 배기 도관들 중 하나로부터 배기 도관들 중 다른 배기 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 바이패스 밸브를 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 밸브 메커니즘은 플랩 밸브 (flap valve) 를 포함하고, 플랩 밸브는 챔버 위치와 주변 위치 사이에서 이동가능하고, 챔버 위치는 배기 도관이 외부 분위기에 대하여 밀폐되는 동안, 배기 가스와 연관된 배기 도관으로부터의 배기 가스가 통과하도록 허용되는 위치이고, 주변 위치는 배기 도관이 밸브 메커니즘의 업스트림에서 챔버 배기 가스에 대하여 밀폐되는 동안, 수거기 외부의 주변 분위기가 통과하도록 허용되는 위치이다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 수거기는 수거기 레벨들 중 적어도 3 개를 포함하고, 수거기 레벨들 중 적어도 2 개의 배기 도관들은 각각 대응하는 밸브 메커니즘을 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 배기 도관들 중 하나는, 배기 도관들 중 하나로부터 배기 도관들 중 제 2 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 제 1 바이패스 밸브 및 배기 도관들 중 하나로부터 배기 도관들 중 제 3 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 제 2 바이패스 밸브를 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 밸브 메커니즘을 작동시키기 위한 제어기가 제공되고, 밸브 메커니즘은 일 수거기 레벨로부터 다른 수거기 레벨로 수거기에 대하여 이동되는 스핀 척에 대응하여 작동된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 수거기 레벨들은 스핀 척의 회전 축을 따라 수직으로 겹쳐진다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 수거기는 3 개의 수거기 레벨들을 포함하고, 3 개의 수거기 레벨들 중 최상위 레벨의 배기 도관은, 배기 도관으로부터 3 개의 수거기 레벨들 중 최하위 레벨의 배기 도관으로 배기 가스를 우회시키도록 동작가능한 제 1 바이패스 밸브, 배기 도관으로부터 3 개의 수거기 레벨들 중 중간 레벨의 배기 도관으로 배기 가스를 우회시키도록 동작가능한 제 2 바이패스 밸브, 및 제 1 바이패스 밸브와 제 2 바이패스 밸브의 다운스트림에서 최상위 수거기 레벨의 배기 도관 내에 배치되는 밸브 메커니즘을 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 수거기는 3 개의 수거기 레벨들을 포함하고, 대응하는 배기 도관 각각은 각각의 밸브 메커니즘을 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 밸브 메커니즘은, 밸브 메커니즘과 연관된 배기 도관 내에서의 밸브 메커니즘의 작동이 적어도 2 개의 수거기 레벨들 중 임의의 다른 레벨들에서 20 Pa보다 작은 압력 변화를 초래하도록 동작가능하다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 수거기는 3 개의 수거기 레벨들을 포함하고, 대응하는 배기 도관 각각은 각각의 밸브 메커니즘을 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 배기 도관들 중 적어도 하나는 밸브 메커니즘의 업스트림에 배치된 바이패스 밸브를 더 포함하고, 바이패스 밸브는 배기 도관들 중 적어도 하나로부터 배기 도관들 중 다른 배기 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능하다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 배기 도관을 바이패스 밸브의 다운스트림 위치에서 외부 분위기로 개방하는 동안, 챔버 배기 통로에 대하여 적어도 하나의 배기 도관을 밀폐하기 위해 바이패스 밸브가 밸브 메커니즘의 작동과 동시에 적어도 하나의 배기 도관으로부터 다른 배기 도관으로 배기 가스를 우회시키게 작동되도록, 밸브 메커니즘 및 바이패스 밸브가 제어기에 의해 동작된다.
다른 양태에서, 본 발명은, 스핀 척 상에서 웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계; 및 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 제 1 유체를 디스펜싱하는 단계를 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법에 관한 것이다. 프로세스 유체들은 스핀 척을 둘러싸는 수거기의 적어도 2 개의 수거기 레벨들로 개별적으로 수거된다. 적어도 2 개의 수거기 레벨들 각각은 각각의 배기 가스 도관으로 이어지는 배기 가스 수거 챔버를 포함한다. 배기 가스 도관들 중 적어도 하나와 연관된 밸브 메커니즘은 배기 가스 도관을 수거기 외부의 주변 분위기로 개방하는 동안, 연관된 배기 가스 도관으로부터의 배기 가스 플로우를 제한하고, 그리고 그 반대의 경우에 반대로 제한하도록 동작된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 배기 도관으로부터 다른 배기 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 배기 도관들 중 하나에 장착된 바이패스 밸브가 동작된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 밸브 메커니즘은 챔버 위치와 주변 위치 사이에서 플랩 밸브를 이동시키도록 동작되고, 챔버 위치는 플랩 밸브와 연관된 배기 도관이 외부 분위기에 대하여 밀폐되는 동안, 배기 도관으로부터의 배기 가스가 통과하도록 허용되는 위치이고, 주변 위치는 배기 도관이 밸브 메커니즘의 업스트림에서 챔버 배기 가스에 대하여 밀폐되는 동안, 수거기 외부의 주변 분위기가 통과하도록 허용되는 위치이다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 밸브 메커니즘은 밸브 메커니즘과 연관된 배기 도관 내에서의 밸브 메커니즘의 작동이 적어도 2 개의 수거기 레벨들 중 임의의 다른 레벨들에서 20 Pa보다 작은 압력 변화를 초래하도록 동작된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 각각 상이한 조성들을 갖는 프로세스 가스들이 각각의 배기 도관을 통해 각각 배기된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 제 2 유체가 웨이퍼 상으로 디스펜싱되고, 제 2 유체의 화학적 조성은 제 1 유체의 화학적 조성과 상이하고, 그리고 제 1 프로세스 유체에 의해 생성된 가스가 수거되는 도관과 상이한 배기 도관을 통해 제 2 프로세스 유체로부터 생성된 가스가 수거된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 배기 가스는 공통 배기 유닛에 의해 적어도 2 개의 개별 수거기들로부터 동시에 수거된다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들이 첨부된 도면들을 참조하여 주어진, 이하의 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 기술을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디바이스의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플랩 밸브들 (52) 중 하나에 대한 바람직한 구조적 구성을 도시한다.
도 3은 제 1 웨이퍼 프로세스 동안 밸브 상태들의 조합을 도시한다.
도 4는 제 2 웨이퍼 프로세스 동안 밸브 상태들의 조합을 도시한다.
도 5는 제 3 웨이퍼 프로세스 동안 밸브 상태들의 조합을 도시한다.
도 6은 제 4 웨이퍼 프로세스 동안 밸브 상태들의 조합을 도시한다.
도 7은 제 5 웨이퍼 프로세스 동안 밸브 상태들의 조합을 도시한다.
도 8은 제 6 웨이퍼 프로세스 동안 밸브 상태들의 조합을 도시한다.
도 9는 도 3, 도 4, 및 도 8의 밸브 상태들의 보다 상세한 도면이다.
도 10은 도 5의 밸브 상태들의 보다 상세한 도면이다.
도 11은 도 6의 밸브 상태들의 보다 상세한 도면이다.
도 12는 도 7의 밸브 상태들의 보다 상세한 도면이다.
도 13은 도 6 및 도 11의 밸브 상태들의 변화를 도시한다.
도 14는 도 7 및 도 12의 밸브 상태들의 변화를 도시한다.
도 15는 다수의 디바이스들의 소정의 배기 레벨에 공통인 배기 유닛들을 각각 갖는, 본 발명에 따른 다수의 디바이스들을 포함하는 프로세스 모듈의 개략적인 평면도이다.
이하에 기술된 실시예들에서, 특정한 프로세스 레벨들에 대응하는 특정한 배기부가 스위칭 온되거나 스위칭 오프될 때 최소의 영향이 발생하도록 배기 가스 흐름이 제어된다. 프로세스 레벨의 배기부가 폐쇄되면, 이는 이 특정한 배기부에서 감소된 압력을 생성한다. 이 (압력 강하) 를 방지하기 위해 배기부가 프로세스 레벨에 대해 폐쇄되고 동시에 주변 공기로 개방된다. 결과적으로 동일한 양의 공기가 배기되고 어떠한 갑작스러운 압력 감소가 발생하지 않는다. 따라서 이 기법은 또한 압력이 갑자기 증가하더라도 챔버 내에서의 교차 오염을 방지한다.
도 1은 웨이퍼 (W) 를 홀딩하고 회전시키기 위한 스핀 척 (2) 을 포함하는 디바이스 (1) 를 도시한다. 스핀 척 (2) 은 축 A를 중심으로 회전되도록 기어 모터 유닛 (5) 에 연결된다. 디스펜싱 디바이스 (3) 는 기판 (W) 의 상부 표면 상으로 유체를 디스펜싱하기 위해 사용된다. 웨이퍼 (W) 는 예를 들어 연관된 세정 및 건조 프로세스들을 포함하는, 임의의 다양한 FEOL (front-end-of-line), MOL (middle-of-line), 또는 BEOL (back-end-of-line) 프로세스들을 겪는 300 ㎜ 또는 450 ㎜ 실리콘 웨이퍼일 수도 있다.
컵-형 유체 수거기 (4) 는 스핀 척 (2) 을 원주방향으로 둘러싼다. 유체 수거기는 프레임 (미도시) 상에 장착되는 것이 바람직하다. 이 경우, 컵-형 유체 수거기 (4) 을 들어올림으로써 유체 수거기에 대한 스핀 척 위치를 변경하도록 유압 잭 (hydraulic jack) 또는 공압 실린더 (pneumatic cylinder) 와 같은 리프팅 디바이스들 (H) 이 제공된다. 따라서 스핀 척 (2) 은 3 개의 수거기 레벨들 (L1, L2 및 L3) 각각에 배치될 수 있다.
수거기 레벨 (L1, L2, L3) 각각은 회전시-분리된 (spin-off) 프로세스 유체를 수거하는 환형 덕트 (41, 42, 43) 를 포함한다. 회전시-분리된 유체로 하여금 부가적인 스플래시 가드 (splash guard) (미도시) 에 예각으로 부딪치게 하고, 그 후 환형 덕트로 지향되도록 부가적인 스플래시 가드가 수거기 레벨 각각에 대해 사용될 수 있다. 환형 덕트 (41, 42, 43) 각각은 수거된 유체가 배출되는 각각의 파이프 (미도시) 에 연결된다. 배출된 유체는 기판에 디스펜싱되도록 재사용되거나 폐액 (waste fluid) 으로서 수거될 수 있다.
도 1의 점선은 유체들을 상이한 수거기 레벨들로 회전 분리하기 위해 기판이 배치되는 상대적인 위치들을 나타낸다.
수거기 레벨 (L1, L2, L3) 각각 위로 내부로 개방된 환형 배기 덕트 (21, 22, 23) 가 배열된다. 덕트 (21, 22, 23) 각각은 각각의 환형 가스-수거 챔버 (11, 12, 13) 로 이어진다.
가스 수거 챔버 (11, 12, 13) 각각은 각각의 배기 파이프 (31, 32, 33) 에 의해 배기 유닛 (60) 으로 연결되고, 배기 유닛은 수거기로부터 배기 가스들을 인출하고 이들 가스들을 화살표 E로 도시된 바와 같이 방출하기 위해 팬 등을 포함한다. 단지 하나의 배기 유닛 (60) 만이 도시되지만, 본 실시예의 배기 파이프 (31, 32, 33) 각각은 수거기 (4) 외부의 주변 분위기로 밸브 (51, 52, 53) 를 개방하는 동안 연관된 수거기 레벨로부터 배기 가스를 통과시키거나 대안적으로 연관된 수거기 레벨에서 배기부를 폐쇄하도록 제어될 수 있는 각각의 밸브 (51, 52, 53) 를 구비한다.
또한 본 실시예에서, 바이패스 밸브 (54) 는, 수거기의 레벨 (L3) 로부터의 배기가 필요하다면 배기 파이프 (33) 로부터 배기 파이프 (31) 로 또는 반대로 바이패스 도관 (56) 을 통해 재-라우팅될 수도 있도록, 배기 파이프들 (31 및 33) 과 연통하도록 배치된다. 유사하게, 본 실시예에서, 바이패스 밸브 (55) 는, 수거기의 레벨 (L3) 로부터의 배기가 필요하다면 바이패스 도관 (57) 을 통해, 배기 파이프 (33) 로부터 배기 파이프 (32) 로 또는 반대로 재-라우팅될 수도 있도록, 배기 파이프들 (32 및 33) 과 연통하도록 배치된다.
도 1에서, 척 (2) 은, 소정의 프로세스 예를 들어, 수산화 암모늄 및 과산화 수소의 수용성 혼합물을 사용하는 SC-1 세정 프로세스가 웨이퍼 (W) 상에서 수행되는, 레벨 (L1) 에 배치된다. 특성상 염기성인, 이러한 프로세스 동안 생성된 가스들은, 바이패스 밸브 (54) 가 레벨 1 위치에 있고 밸브 (51) 가 챔버 위치에 있기 때문에, 배기 파이프 (31) 를 통해 챔버 (11) 로부터 배출된다.
한편, 배기 파이프 (32) 를 통해 인출된 가스가 챔버 (12) 로부터가 아니라 도 1의 화살표 A로 표시된 바와 같이, 주변 공기이도록 밸브 (52) 는 주변 위치에 있다. 주변 공기가 배기 파이프 (32) 를 통해 배기 유닛 (60) 으로 통과하도록 바이패스 밸브 (55) 는 레벨 2의 위치에 있다. 레벨 3 배기에 있어서, 밸브 (53) 는 챔버 위치에 있고 바이패스 밸브들 (54 및 55) 양자는 폐쇄되기 때문에, 파이프들 (31, 32, 33) 간의 배기 가스 이동이 없도록 배기 파이프 (33) 를 통해 배기 유닛 (60) 으로 배기 가스가 통과된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 밸브 (52) 는 주변 공기가 홀들 (58) 을 통해 배기 파이프 (32) 로 들어가는, 실선 위치 ("주변 위치") 와 홀들 (58) 이 차단되고 수거기 (4) 의 L2 레벨로부터 배기 가스 (E2) 가 배기 파이프 (32) 로 자유롭게 들어가는 파선 위치 ("챔버 위치") 사이에서 이동하는 플랩으로 구성된다. 따라서 주변 공기 및 챔버 가스의 제어된 혼합물이 배기 파이프로 공급되도록, 기술된 밸브 (52) 가 또한 임의의 목표된 중간 위치에 배치되는 것이 중요하다.
도 2에 밸브 (52) 가 도시되지만, 밸브들 (51 및 53) 이 유사하게 구성되고 동일한 원리로 동작한다는 것이 이해될 것이다.
이하의 표에서, 일련의 프로세싱 동작들이 밸브들 (51 내지 55) 의 대응하는 위치와 관련하여 언급되고, 이들은 도 3 내지 도 14와 관련하여 기술될 것이다.
배기 밸브 로딩/언로딩 레벨 1 프로세싱 레벨 2 프로세싱 레벨 3 프로세싱 (레벨 1로 배기) 레벨 3 프로세싱 (레벨 2로 배기) 레벨 3 프로세싱 (레벨 3으로 배기)
밸브 51 챔버 챔버 주변 챔버 챔버 챔버
밸브 52 주변 주변 챔버 챔버 주변 주변
밸브 53 챔버 챔버 챔버 주변 챔버 챔버
밸브 54 레벨 3 레벨 3 레벨 3 레벨 1 레벨 3 레벨 3
밸브 55 레벨 3 레벨 3 레벨 3 레벨 3 레벨 2 레벨 3
도 3에서, 척 (2) 은 웨이퍼 (W) 가 척 (2) 상으로/으로부터 로딩되거나 언로딩될 수도 있는 로딩/언로딩 위치인, 수거기 (4) 에 대하여 최상위 위치에 있다. 이 위치에서, 밸브들 (51 내지 55) 의 상태는 도 1과 같다. 도 9는 배기 파이프들 (31, 32, 33) 및 밸브들 (51 내지 54) 의 가능한 구성을 보다 완전하게 예시하는 대응하는 도면이다. 도 1에 개략적으로 나타낸 부가적인 바이패스 파이프들 (56, 57) 을 필요로 하지 않도록 배기 파이프들 (31, 32, 33) 이 레이아웃되고 바이패스 밸브들 (54, 55) 이 배치될 수 있다는 것이 도 9로부터 이해될 것이다.
도 4에서, 척 (2) 은 웨이퍼 (W) 가 프로세스 레벨 (L1) 에 있도록 수거기 (4) 에 대해 하강된다. 밸브들 (51 내지 55) 의 상태는 도 3으로부터 변경되지 않고, 따라서, 도 1 및 도 9에 도시된 바와 같이 유지된다.
도 5에서, 척 (2) 은 웨이퍼 (W) 가 프로세스 레벨 (L2) 에 있도록 수거기 (4) 에 대해 상승된다. 본 실시예에서 레벨 2 프로세싱은 희불산 용액 (DHF) 으로 웨이퍼를 에칭하는 것을 수반한다. 밸브들 (51 내지 55) 의 상태에 대해, 도 4의 레벨 1 프로세싱으로부터 도 5의 레벨 2 프로세싱으로의 이동시, 밸브 (51) 는 챔버 위치로부터 주변 위치로 전환되는 한편, 밸브 (52) 는 주변 위치로부터 챔버 위치로 전환된다. 도 10은 부가적인 바이패스 파이프들 없이, 밸브들 및 배기 파이프들을 보다 완전히 도시하는 대응하는 도면이다.
특히, 장치의 전체 동작을 제어하는 마이크로프로세서의 제어 하에서 전기기계적인 액추에이터들은 밸브들 (51, 52) 이 이들 각각의 위치를 동시에 그리고 실질적으로 동일한 속도록 변화시키게 한다. 결과적으로, 수거기 (4) 내에서의 임의의 압력 변동이 상당히 억제된다. 특성상 산성이 될 경향이 있는, 레벨 2 프로세싱에 의해 생성된 가스는 파이프 (32) 를 통해 배기된다.
도 6에서, 척 (2) 은 웨이퍼 (W) 가 프로세스 레벨 (L3) 에 있도록 수거기 (4) 에 대해 상승된다. 본 실시예의 도 6의 레벨 3 프로세싱은 염기성의 배기 가스들을 처리하기 위해 지정된 배기 파이프 (31) 로 배기 가스를 지향시키는 것이 바람직한, AMC (airborne molecular contamination) 의 감소를 수반한다.
밸브들 (51 내지 55) 의 상태에 대해, 도 5의 레벨 2 프로세싱으로부터 도 6의 레벨 3 프로세싱으로 이동시, 밸브 (51) 는 주변 위치로부터 챔버 위치로 전환되는 한편, 밸브 (53) 는 챔버 위치로부터 주변 위치로 전환된다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 바이패스 밸브 (54) 는 수거기 (4) 의 챔버 (13) 로부터 방출된 배기 가스가 배기 파이프 (33) 로부터 배기 파이프 (31) 로 우회되도록 레벨 1 위치로 전환되었다. 도 11은 부가적인 바이패스 파이프들 없이, 밸브들 및 배기 파이프들을 보다 완전히 도시하는 대응하는 도면이다.
도 5 및 도 10의 레벨 2 프로세싱으로부터 도 6 및 도 11의 레벨 3 프로세싱으로의 이동시, 밸브들 (51, 53, 55) 은 수거기 (4) 내에서의 어떠한 압력 변동도 최소화하도록 다시 동시에 그리고 동기화되어 작동된다. 게다가, 이는 도 6 및 도 11에서, 밸브 (51) 가 챔버 위치에 있는 것으로 도시되지만, 도 13에 예시된 바와 같이, 밸브 (51) 의 다운스트림의 파이프 (31) 내로 미리 결정된 비율의 주변 분위기 및 챔버 (11) 로부터 배기 가스가 들어가게 하는 중간 위치로 밸브 (51) 를 위치시키기 위해 수거기 (4) 내의 압력을 등화 (equalizing) 하는 것을 도울 수도 있다.
도 7에서, 척 (2) 은 웨이퍼 (W) 가 프로세스 레벨 L3에서 유지되도록 수거기 (4) 에 대해 동일한 위치로 유지된다. 그러나, 본 실시예에서 탈이온수에 용해된 이산화탄소 (DI/CO2) 의 사용을 수반하는, 상이한 프로세스가 도 7에서 수행된다. 이러한 프로세싱 동안 산성의 배기 가스를 처리하기 위해 지정된 배기 파이프 (32) 로 배기 가스를 지향시키는 것이 바람직하다.
밸브들 (51 내지 55) 의 상태에 대해, 도 6의 레벨 3 프로세싱으로부터 도 7의 레벨 3 프로세싱으로의 변화 시, 수거기 (4) 의 챔버 (13) 로부터 방출된 배기 가스가 이제 파이프 (33) 로부터 파이프 (32) 로 이송되도록 바이패스 밸브들 (54, 55) 의 위치가 반전된다는 것이 이해될 것이다. 도 12는 부가적인 바이패스 파이프들 없이, 밸브들 및 배기 파이프들을 보다 완전히 도시하는 대응하는 도면이다.
도 6의 레벨 3 프로세싱으로부터 도 7 및 도 12의 레벨 3 프로세싱으로의 변화 시, 밸브들 (54, 55) 은 수거기 (4) 내에서의 어떠한 압력 변동도 최소화하도록 다시 동시에 그리고 동기화되어 작동된다. 게다가, 이는 도 7 및 도 12에서, 밸브 (51) 가 챔버 위치에 있는 것으로 도시되지만, 도 14에 예시된 바와 같이, 밸브 (52) 의 다운스트림의 파이프 (32) 내로 미리 결정된 비율의 주변 분위기 및 챔버 (12) 로부터 배기 가스가 들어가게 하는 중간 위치로 밸브 (52) 를 위치시키기 위해 수거기 (4) 내의 압력을 등화하는 것을 도울 수도 있다.
도 8에서, 척 (2) 은 웨이퍼 (W) 가 프로세스 레벨 L3에서 유지되도록 수거기 (4) 에 대해 동일한 위치로 유지된다. 그러나, 본 실시예에서 웨이퍼 (W) 를 린싱 및 건조하기 위해 이소프로필 알코올 (IPA) 의 사용을 수반하는, 상이한 프로세스가 도 8에서 수행된다. 이러한 프로세싱 동안 유기성의 배기 가스를 처리하기 위해 지정된 배기 파이프 (33) 로 배기 가스를 지향시키는 것이 바람직하다.
밸브들 (51 내지 55) 의 상태에 대해, 도 7의 레벨 3 프로세싱으로부터 도 8의 레벨 3 프로세싱으로의 변화 시, 밸브들 (51 내지 55) 이 도 3, 도 4, 및 도 9에 도시된 상태로 돌아간다는 것이 이해될 것이다.
따라서 기술된 배기 시스템은 압력 변동을 가능한 낮게 (+/-20 Pa) 유지하면서, 챔버 레벨들 간의 스위칭을 허용한다. 또한, 챔버 내에서 배기부로의 2 개의 레벨들을 활성화할 수 있기 때문에, 고온 농축된 화학물질들 (예를 들어, 60℃ 1:5 NH4OH) 을 사용할 때에도 25 ppm보다 낮게 교차-오염을 유지할 수 있다.
전술한 기술에서 설명의 용이성을 위해, 단일 배기 유닛 (60) 이 도시되었다. 그러나, 실제로, 배기될 화학물질의 타입 각각에 대해 별도의 배기부가 제공되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 상이한 타입들의 가스들은 예를 들어, 유기성 (예를 들어, IPA와 같은 유기 용매), 산화 물질 (예를 들어, 오존, 과산화 수소), 산성 물질 (예를 들어, HF 또는 HCl) 및 염기성 물질 (예를 들어, NH3) 일 수도 있다.
그러나, 본 발명에 따른 디바이스 및 방법은 배기 체적 흐름의 상당한 변화를 유발하지 않고 특정한 프로세스 레벨 배기를 선택적으로 스위칭 온/오프하게 한다. 결과적으로, 이는 의도하지 않은 압력 강하로 인한 어떠한 부정적인 상호작용 없이 8 개 이상의 복수의 챔버들이 동시에 배기되게 한다.
따라서, 도 15를 참조하여, 각각 대응하는 수거기 (4-1 내지 4-8) 를 갖는, 복수의 척들 (2-1 내지 2-8) 이 반도체 웨이퍼들의 단일 웨이퍼 습식 프로세싱을 위해 동일한 프로세스 모듈 (6) 내에 배치될 수도 있다. 수거기 각각은 이전에 기술된 바와 같이, 연관된 배기 도관들 (31-1, 32-1, 33-1 내지 31-8, 32-8, 33-8) 과 관련하여, 플랩 밸브들 및 바이패스 밸브들을 갖는 배기 시스템을 포함한다.
도관들 (31-1 내지 31-8) 을 통해 배기된 가스들은 모두 동일한 배기 유닛 (60-1) 에서 처리될 수 있는 반면, 도관들 (32-1 내지 32-8) 을 통해 배기된 가스들은 모두 동일한 배기 유닛 (60-2) 에서 처리될 수 있고, 도관들 (33-1 내지 33-8) 을 통해 배기된 가스들은 모두 동일한 배기 유닛 (60-3) 에서 처리될 수 있다. 이러한 보다 효율적인 설계가 상기에 상세히 기술된 바와 같은 밸브들의 신규한 배열 및 동작에 의해 가능해진다.
본 발명이 전술한 기술의 몇몇 바람직한 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 당업자는 첨부된 청구항들에 언급된 바 및 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고 다양한 수정들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스에 있어서,
    상기 웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀 척;
    상기 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 액체를 디스펜싱하기 위한 적어도 하나의 디스펜서; 및
    상이한 수거기 (collector) 레벨들의 액체들을 개별적으로 수거하기 위한 적어도 2 개의 수거기 레벨들을 갖는, 프로세스 액체들을 수거하기 위해 상기 스핀 척을 둘러싸는 수거기를 포함하고,
    상기 적어도 2 개의 수거기 레벨들 각각은 배기 가스 수거 챔버 및 배기 가스 도관을 포함하고,
    상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나는 선택적으로 (i) 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나의 챔버 측면을 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나의 배기 유닛 측면에 유체적으로 연통시키고, 그리고 (ii) 상기 배기 가스 도관들 중 하나의 상기 챔버 측면을 제한하고 상기 수거기 외부의 주변 분위기를 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나의 상기 배기 유닛 측면으로 유체적으로 연통시키기 위한 밸브 메커니즘을 포함하고; 그리고
    상기 배기 가스 도관들 중 하나는 상기 배기 가스 도관들 중 상기 하나로부터 상기 배기 가스 도관들 중 또 다른 하나로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 바이패스 (bypass) 밸브를 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 메커니즘은 상기 배기 가스 도관들 중 상기 적어도 하나가 상기 주변 분위기에 대해 밀폐되는 동안 상기 챔버 측면으로부터 배기 가스가 통과하도록 허용되는 챔버 위치와, 상기 배기 가스 도관들 중 상기 적어도 하나가 상기 챔버 측면에 대해 밀폐되는 동안 상기 주변 분위기가 통과하도록 허용되는 주변 위치 사이에 이동 가능한 플랩 밸브 (flap valve) 를 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수거기는 상기 수거기 레벨들 중 적어도 3 개를 포함하고,
    상기 수거기 레벨들 중 적어도 2 개의 상기 배기 가스 도관들은 각각 밸브 메커니즘을 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 도관들 중 하나는, 상기 배기 가스 도관들 중 상기 하나로부터 상기 배기 가스 도관들 중 제 2 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 제 1 바이패스 밸브, 및 상기 배기 가스 도관들 중 상기 하나로부터 상기 배기 가스 도관들 중 제 3 도관으로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 제 2 바이패스 밸브를 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 메커니즘을 작동시키기 위한 제어기를 더 포함하고,
    상기 밸브 메커니즘은, 일 수거기 레벨로부터 또 다른 수거기 레벨로 상기 수거기에 대하여 이동되는 상기 스핀 척에 대응하여 작동되는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수거기 레벨들은 상기 스핀 척의 회전 축을 따라 수직으로 겹쳐지는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수거기는 3 개의 수거기 레벨들을 포함하고,
    상기 3 개의 수거기 레벨들 중 최상위 수거기 레벨의 배기 가스 도관은, 상기 최상위 수거기 레벨의 상기 배기 가스 도관으로부터 최하위 수거기 레벨의 상기 배기 가스 도관으로 배기 가스를 우회시키도록 동작가능한 제 1 바이패스 밸브, 상기 배기 가스 도관으로부터 중간 수거기 레벨의 배기 가스 도관으로 배기 가스를 우회시키도록 동작가능한 제 2 바이패스 밸브, 및 상기 제 1 바이패스 밸브와 상기 제 2 바이패스 밸브의 다운스트림에서 상기 최상위 수거기 레벨의 상기 배기 가스 도관 내에 배치된 밸브 메커니즘을 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수거기는 3 개의 수거기 레벨들을 포함하고,
    상기 3 개의 수거기 레벨들의 상기 배기 가스 도관들 각각은 밸브 메커니즘을 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 메커니즘은, 상기 밸브 메커니즘의 작동이 상기 수거기 내의 상기 적어도 2 개의 수거기 레벨들 중 임의의 다른 레벨들에서 20 Pa보다 작은 압력 변화를 초래하도록 동작가능한, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 도관들 중 상기 적어도 하나는 상기 밸브 메커니즘의 업스트림에 배치된 바이패스 밸브를 더 포함하고,
    상기 바이패스 밸브는 상기 배기 가스 도관들 중 상기 적어도 하나로부터 상기 배기 가스 도관들 중 또 다른 하나로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밸브 메커니즘 및 상기 바이패스 밸브는, 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나의 배기 가스 도관을 상기 바이패스 밸브의 다운스트림 위치에서 상기 주변 분위기로 개방하는 동안, 챔버 배기 통로에 대하여 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나의 배기 가스 도관을 밀폐하기 위해, 상기 바이패스 밸브가 상기 밸브 메커니즘의 작동에 대응하여 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나의 배기 가스 도관으로부터 상기 배기 가스 도관들 중 또 다른 하나로 배기 가스를 우회시키게 작동되도록, 제어기에 의해 동작되는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  12. 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법에 있어서,
    스핀 척 상에서 상기 웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계;
    상기 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 제 1 액체를 디스펜싱하는 단계;
    상기 스핀 척을 둘러싸는 수거기의 적어도 2 개의 레벨들로 프로세스 액체들을 개별적으로 수거하는 단계로서, 상기 적어도 2 개의 수거기 레벨들 각각은 배기 가스 수거 챔버 및 배기 가스 도관을 포함하는, 상기 프로세스 액체들을 개별적으로 수거하는 단계;
    상기 배기 가스 도관을 상기 수거기 외부의 주변 분위기로 개방하는 동안, 연관된 배기 가스 도관으로부터의 배기 가스 플로우를 상호간에 제한하도록 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나와 연관된 밸브 메커니즘을 동작시키는 단계; 및
    상기 배기 가스 도관들 중 하나로부터 상기 배기 가스 도관들 중 또 다른 하나로 배기 가스를 라우팅하도록 상기 배기 가스 도관들 중 하나에 장착된 바이패스 밸브를 동작시키는 단계를 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 밸브 메커니즘은 상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나가 상기 주변 분위기에 대해 밀폐되는 동안 챔버 측면으로부터 배기 가스가 통과하도록 허용되는 챔버 위치와, 상기 배기 가스 도관들 중 상기 적어도 하나가 상기 챔버 측면에 대해 밀폐되는 동안 상기 주변 분위기가 통과하도록 허용되는 주변 위치 사이에 플랩 밸브가 이동하도록 동작하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 밸브 메커니즘은 상기 밸브 메커니즘의 작동이 상기 수거기 내의 상기 적어도 2 개의 수거기 레벨들 중 임의의 다른 레벨들에서 20 Pa보다 작은 압력 변화를 초래하도록 동작하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    각각 상이한 조성들을 갖는 프로세스 가스들이 각각의 배기 가스 도관을 통해 각각 배기되는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    제 2 액체를 상기 웨이퍼-형상 물체 상으로 디스펜싱하는 단계로서, 상기 제 2 액체의 화학적 조성은 상기 제 1 액체의 화학적 조성과 상이한, 상기 제 2 액체를 디스펜싱하는 단계, 및 상기 제 1 액체에 의해 생성된 가스가 수거되는 배기 도관과 상이한 배기 도관을 통해 상기 제 2 액체로부터 생성된 가스를 수거하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    배기 가스들은 공통 배기 유닛에 의해 적어도 2 개의 개별 수거기들로부터 동시에 수거되는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하는 방법.
  18. 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스에 있어서,
    웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀 척;
    상기 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 액체를 디스펜싱하기 위한 적어도 하나의 디스펜서;
    상이한 수거기 레벨들의 액체들을 개별적으로 수거하기 위해 3 개의 수거기 레벨들을 갖는, 프로세스 액체들을 수거하기 위해 상기 스핀 척을 둘러싸는 수거기를 포함하고,
    상기 3 개의 수거기 레벨들 각각은 각각의 배기 가스 도관으로 이어지는 배기 가스 수거 챔버를 포함하고,
    상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나는 상기 배기 가스 도관을 상기 수거기 외부의 주변 분위기로 개방하는 동안, 연관된 배기 가스 도관으로부터의 배기 가스 플로우를 상호간에 제한하는 밸브 메커니즘을 포함하고,
    상기 3 개의 수거기 레벨들은 상기 스핀 척의 회전 축을 따라 수직으로 겹쳐지고, 그리고
    최상위 수거기 레벨의 배기 가스 도관은, 상기 배기 가스 도관으로부터 최하위 수거기 레벨의 배기 가스 도관으로 배기 가스를 우회시키도록 동작가능한 제 1 바이패스 밸브, 상기 배기 가스 도관으로부터 중간 수거기 레벨의 배기 가스 도관으로 배기 가스를 우회시키도록 동작가능한 제 2 바이패스 밸브, 및 상기 제 1 바이패스 밸브와 상기 제 2 바이패스 밸브의 다운스트림에서 상기 최상위 수거기 레벨의 상기 배기 가스 도관 내에 배치되는 상기 밸브 메커니즘을 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
  19. 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스에 있어서,
    웨이퍼-형상 물체를 홀딩하고 회전 축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀 척;
    상기 웨이퍼-형상 물체의 적어도 하나의 표면 상으로 액체를 디스펜싱하기 위한 적어도 하나의 디스펜서; 및
    상이한 수거기 레벨들의 액체들을 개별적으로 수거하기 위해 적어도 2 개의 수거기 레벨들을 갖는, 프로세스 액체들을 수거하기 위해 상기 스핀 척을 둘러싸는 수거기를 포함하고,
    상기 적어도 2 개의 수거기 레벨들 각각은 배기 가스 수거 챔버 및 배기 가스 도관을 포함하고,
    상기 배기 가스 도관들 중 적어도 하나는 상기 배기 가스 도관을 상기 수거기 외부의 주변 분위기로 개방하는 동안, 연관된 배기 가스 도관으로부터의 배기 가스 플로우를 상호간에 제한하는 밸브 메커니즘을 포함하고, 그리고
    상기 배기 가스 도관들 중 하나는 상기 배기 가스 도관들 중 하나로부터 상기 배기 가스 도관들 중 또 다른 하나로 배기 가스를 라우팅하도록 동작가능한 바이패스 밸브를 포함하는, 웨이퍼-형상 물체들을 프로세싱하기 위한 디바이스.
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