KR20030080159A - 단위 양극화 반응기 및 이 반응기를 갖는 다중 양극화반응장치 - Google Patents

단위 양극화 반응기 및 이 반응기를 갖는 다중 양극화반응장치 Download PDF

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KR20030080159A
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Abstract

본 발명은 단위 양극화 반응기 및 이 반응기를 갖는 다중 양극화 반응장치에 관한 것으로, 다수의 웨이퍼에 동시에 양극화를 진행하여 생산 수율을 높이고, 각 공정간의 자동화가 가능하게 하기 위하여, 내부에 전해액이 채워지며, 다각형의 외부면을 갖는 반응기 몸체와; 상기 반응기 몸체를 회전 가능하게 지지하는 몸체 지지 부재와; 양극화 대상물이 장착되며 (+) 전압이 인가되는 장착부들을 구비하고, 상기 장착부를 이송하여 상기 양극화 대상물을 다각형의 외부면에 각각 장착하는 장착부 지지 부재와; 상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과; 양극화 대상물과 반응기 몸체 사이의 기밀을 유지하는 씰링재와; 상기 반응기 몸체의 내부벽, 금속망 및 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제1 세정 및 건조장치와; 상기 전해액 및 세정액을 드레인하는 드레인 밸브;를 포함하는 단위 양극화 반응기를 제공한다.

Description

단위 양극화 반응기 및 이 반응기를 갖는 다중 양극화 반응장치{AN UNIT ANODIZING REACTOR AND MULTI ANODIZING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 다공성 실리콘 기판을 제조하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 위에 다공성 실리콘층을 형성하는 단위 양극화 반응기와, 이 반응기를구비하여 자동화로 인한 생산성 향상이 가능한 다중 양극화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 기판은 알루미나 기판에 비해 가격이 저렴하고 3배 이상의 높은 열전도도를 가지며 실리콘 칩과의 완전한 CTE 결합 특성으로 인해 멀티칩 패키징용 기판으로서의 사용이 점차 확대되고 있다. 또한, 실리콘 기판은 박막 공정에 있어 거울면과 같이 매우 평탄하여 결함이 매우 적고, 알루미나 기판과 달리 이온 주입으로 저항, 박막 커패시터 같은 수동 소자와 IC 구동 회로 같은 능동 소자를 기판에 직접 만들 수 있을 뿐만 아니라, 알루미나 기판 등에 비해 화학적 식각 등의 방법으로 표면 구조 가공이 용이한 장점을 갖는다.
이러한 특징을 갖는 실리콘 기판에 있어서 다공성 실리콘층은 양극화(anodizing) 방법으로 실리콘 기판 위에 형성되는데, 상기 양극화는 HF와 같은 강산성을 가지는 전해액에 양극화가 될 금속이나 반도체를 침전시켜 (+) 전원을 연결하고, 백금에 (-) 전원을 연결하여 전해액에서 금속이나 반도체의 표면을 다공성으로 만드는 기술로서, 양극화 반응기는 이러한 양극화가 이루어지는 반응기를 말한다.
도 1은 종래 기술에 따른 양극화 반응기의 개략적인 구성을 나타내는 단면도를 도시한 것이다.
양극화 반응기(100)의 몸체(102)는 상부 및 하부가 개방되어 있는 형상의 상부 바디(102a)와 상부만이 개방된 하부 바디(102b)가 결합되어 이루어진다. 이 때, 상부 바디(102a)의 하단 부분이 하부 바디(102b)의 상단 부분의 안쪽에 위치하도록 결합된다.
이러한 상부 바디(102a)와 하부 바디(102b)의 결합에 의해 이루어지는 몸체(102)에는 내부 공간이 마련되는데, 이 내부 공간에는 양극화를 위한 전압이 인가될 백금으로 이루어진 두 전극(104, 106)이 설치된다.
즉, 상부 바디(102a)에는 (-) 전압이 인가될 제1 전극(104)이 설치되고, 하부 바디(102b)에는 (+) 전압이 인가될 제2 전극(106)이 설치된다. 그리고, 제2 전극(106)의 상면에는 양극화가 될 기판 예를 들어, 웨이퍼(108)가 장착된다.
상부 바디(102a)의 하단 부분과 웨이퍼(108) 사이 및 제2 전극(106)과 하부 바디(102b)의 바닥 부분 사이에는 상부 바디(102a)와 웨이퍼(108)이 만드는 공간에 채워진 전해액(110)이 누설되지 않도록 하기 위하여 밀폐링(112,114)이 삽입된다.
이러한 구성의 양극화 반응기를 이용하여 웨이퍼(108)를 양극화 하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기한 몸체(102) 내부에 HF를 포함한 전해액(110)을 투입한 후, 제1 전극(104)에 (-) 전압을 인가하고 제2 전극(106)에 (+) 전압을 인가하면 전해액(110)을 통하여 수 암페어(A) 정도의 양극화 전류가 흐르게 된다. 이 경우, 양극 전류가 제2 전극(106), 웨이퍼(108), 전해액(110), 제1 전극(104)의 순으로 흐르게 되는데, 이 과정에서 웨이퍼(108)의 표면이 양극화된다.
이러한 과정을 거쳐 웨이퍼(108)에 다공성 실리콘층이 형성되면, 몸체(102) 내부의 상기 전해액(110)은 제거되고, 이후 웨이퍼(108)는 탈 이온수를 이용한 1차 세정, 질소 가스를 이용한 건조, 탈 이온수를 이용한 2차 세정(증착 공정 전에 생성된 산화막을 제거하기 위한 공정으로 공정간의 대기 시간이 짧아서 산화막이 생성되지 않는 경우에는 이 공정을 거치지 않을 수도 있다), 및 절연막 증착 공정을 거쳐 다공성 실리콘 기판으로 제조된다.
그런데, 상기한 구성의 양극화 반응기는 한 개의 웨이퍼만 양극화 처리가 가능하여 단위 시간당 처리 능력이 낮은 문제점이 있다. 또한, 1차 세정 및 이후의 처리 공정(건조, 2차 세정, 증착 공정)을 실시하기 위해서는 작업자가 수동으로 설비를 조작하여 공정을 수행해야 한다. 따라서, 공정간의 대기 시간이 길어서 전체적으로 생산성이 낮으며, 이로 인해 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 양극화, 1차 세정 및 건조 작업이 자동으로 이루어질 수 있는 단위 양극화 반응기를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 단위 시간당 처리 능력을 향상시킨 단위 양극화 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 다수의 단위 양극화 반응기를 일렬 또는 배치 타입으로 배치함으로써 자동화된 다중 양극화 반응장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 양극화 반응기의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 양극화 반응기의 개략 구성도.
도 3은 도 2의 작동 상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단위 양극화 반응기의 개략적인 구성을 나타내는 단면도.
도 5는 도 3의 평면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치의 개략 구성도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치의 개략 구성도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치의 개략 구성도.
도 9는 도 8의 단위 양극화 반응기의 개략 구성도.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
전해액이 채워지는 반응기 몸체와;
양극화 대상물이 장착되며 (+) 전압이 인가되는 장착부를 구비하고, 상기 장착부를 상하측으로 이송하도록 상기 반응기 몸체의 저부에 설치되는 장착부 지지부재와;
상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과;
장착부에 장착된 양극화 대상물과 반응기 몸체 저부 사이의 기밀을 유지하는 씰링재와;
상기 반응기 몸체의 내부벽, 금속망 및 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제1 세정 및 건조장치와;
상기 전해액을 드레인하는 드레인 밸브와;
양극화 대상물이 하강된 경우 이 대상물과 반응기 몸체 사이 공간으로 진입하여 상기 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제2 세정 및 건조장치;
를 포함하는 단위 양극화 반응기를 제공한다.
이러한 구성의 단위 양극화 반응기는 제2 세정 및 건조장치에서 분사된 세정액을 드레인 하기 위한 아울렛 챔버와, 제2 세정 및 건조장치와 반응기 몸체 사이 공간으로 진입하여 상기 몸체로부터 전해액이나 탈 이온수 등의 잔류물이 양극화 대상물로 낙하하는 것을 차단하는 차단 부재를 더욱 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
내부에 전해액이 채워지며, 다각형의 외부면을 갖는 반응기 몸체와;
상기 반응기 몸체를 회전 가능하게 지지하는 몸체 지지 부재와;
양극화 대상물이 장착되며 (+) 전압이 인가되는 장착부들을 구비하고, 상기 장착부를 이송하여 상기 양극화 대상물을 다각형의 외부면에 각각 장착하는 장착부 지지 부재와;
상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과;
양극화 대상물과 반응기 몸체 사이의 기밀을 유지하는 씰링재와;
상기 반응기 몸체의 내부벽, 금속망 및 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제1 세정 및 건조장치와;
상기 전해액 및 세정액을 드레인하는 드레인 밸브;
를 포함하는 단위 양극화 반응기를 더욱 제공한다.
이때, 상기 몸체에는 전해액 흄 방지용 판을 설치하고, 상기 몸체는 다각형의 외부면과 동일한 개수의 분할 챔버로 분할하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기한 단위 양극화 반응기들을 구성할 때, 금속망은 백금으로 구성하며, 장착부는 양극화 대상물을 진공 흡착하도록 구성하고, 상기 드레인 밸브를 통해 드레인 되는 전해액은 회수 탱크로 유입시켜 재사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기한 구성의 단위 양극화 반응기들을 이용하여 다중 양극화 반응장치를 구성하는데, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 양극화 반응장치는,
방사방향으로 배치되는 전술한 내용의 단위 양극화 반응기들과;
상기 단위 양극화 반응기들에 웨이퍼를 이송 및 공급하는 웨이퍼 이송 수단과;
상기 웨이퍼 이송 수단의 이동 경로를 제공하는 수단과;
상기 웨이퍼 이송 수단과 웨이퍼를 주고받기 위한 저장 테이블;
을 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치는,
일렬 또는 이열로 배치되는 전술한 내용의 단위 양극화 반응기들과;
상기 단위 양극화 반응기들에 웨이퍼를 이송 및 공급하는 웨이퍼 이송 수단과;
상기 웨이퍼 이송 수단의 이동 경로를 제공하는 수단과;
상기 웨이퍼 이송 수단과 웨이퍼를 주고받기 위한 저장 테이블;
을 포함한다.
상기한 다중 양극화 반응장치들을 구성하는 경우, 상기 웨이퍼 이송 수단의 이동 경로상에 증착 챔버 및 증착전 세정을 위한 세정 챔버를 더욱 구비하면, 별도의 수동 조작 없이 자동화가 가능하다.
한편, 본 발명은 또다른 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치를 제공하는데, 이 반응장치는,
일단이 고리형상으로 형성된 도전체와, 상기 도전체의 일단에 연결되어 있고 양극화 대상물이 장착되는 (+) 전극과, 상기 도전체를 감싸고 있으며 기체 주입구 및 기체 주입로를 가지는 제1 커버와, 양극화 대상물의 한쪽 면만을 노출시키도록 상기 양극화 대상물 및 전극을 감싸는 제2 커버와, 상기 제1 커버를 상기 도전체와 결합하는 기체 차단캡과, 상기 양극화 대상물을 전극에 고정시키는 나사체결부재 및 누름 부재와, 상기 누름 부재와 양극화 대상물을 밀착시키기 위한 제1 밀폐링과, 상기 누름 부재와 제2 커버를 밀착시키기 위한 제2 밀폐링을 포함하는 단위 양극화 반응기와;
상기 단위 양극화 반응기들을 임시 저장하는 제1 및 제2 저장 테이블과;
상기 제1 및 제2 저장 테이블과 인접 배치되며, 전해액이 채워지는 전해액 챔버와;
상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과;
상기 전해액 챔버와 인접 배치되는 세정 및 건조장치와;
상기 제1 저장 테이블로부터 단위 양극화 반응기들을 로딩하여 전해액 챔버, 세정 및 건조장치를 거치면서 양극화 대상물을 양극화 하고, 이후 제2 저장 테이블에 단위 양극화 반응기들을 언로딩하는 핸들러;
를 포함한다.
이 실시예에 따른 반응장치의 경우, 상기 금속망을 상기 전해액 챔버에 다수개 설치하여 상기 전해액을 다수개의 소전해액 영역으로 분리하고, 상기 소전해액 영역 각각에 상기 단위 반응기를 침수하도록 구성할 수도 있고, 또한, 상기 전극의 표면에 Au 또는 Pt로 이루어지는 내식성 도전층을 형성할 수도 있으며, 상기 금속망을 전해액 챔버의 바닥면에 대하여 기울어진 상태로 장착할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 양극화 반응기를 나타낸 것이다.
본 실시예의 단위 양극화 반응기(10)는 HF를 포함하는 전해액(11)이 채워지는 반응기 몸체(12)를 구비한다. 반응기 몸체(12)에는 백금망(13)이 설치되어 있으며, 백금망(13)에는 (-) 전압이 인가된다.
그리고, 반응기 몸체(12)의 직하부에는 웨이퍼(14)가 장착되며 (+) 전압이 인가되는 금속판(15)이 배치되고, 이 금속판(15)은 지지 부재(16)에 의해 상하측으로의 이송 및 회전이 가능하게 고정된다. 여기에서, 상기 웨이퍼(14)를 고정하기 위해, 금속판(15)은 웨이퍼(14)를 진공 흡착하도록 구성되는바, 이는 당업자에게 공지된 기술로서 첨부도면에는 도시하지 않았다.
한편, 반응기 몸체(12)의 상측에는 전해액(11)을 몸체(12) 내부에 공급하는 전해액 공급관(17)과, 몸체(12)의 내부벽과 백금망(13) 및 웨이퍼(14)를 세정하는 탈 이온수를 분사하는 탈 이온수 분사관(18a) 및 질소(N2) 가스를 분사하여 이들을 건조하는 가스 분사관(18b)이 설치된다.
여기에서, 상기 탈 이온수 분사관(18a)과 가스 분사관(18b)은 제1 세정 및 건조장치(18)를 구성한다.
그리고, 반응기 몸체(12)의 저부에는 전해액(11)을 회수 탱크(19)로 드레인하는 드레인 밸브(20)가 설치되고, 반응기 몸체(12)에 인접한 측방향 위치에는 금속판(15)이 하강된 경우 금속판(15)상의 웨이퍼(14)와 반응기 몸체(12) 사이 공간으로 진입하여 웨이퍼(14)를 세정 및 건조하는 제2 세정 및 건조장치(21)가 설치된다. 또한, 상기 반응기 몸체(12)에 인접한 측방향 위치에는 제2 세정 및 건조장치(21)와 반응기 몸체(12) 사이 공간으로 진입하여 상기 몸체(12)로부터 전해액이나 탈 이온수 등의 잔류물이 웨이퍼(14)로 낙하하는 것을 차단하는 차단판(22)이 설치된다.
상기 도 2 및 도 3에서, 미설명 도면부호 23은 반응기 몸체(12)의 저부에 설치되어 몸체(12)와 웨이퍼(14) 사이의 공간을 통해 전해액이 누설되는 것을 방지하는 씰링재이며, 도면부호 24는 제2 세정 및 건조장치(21)에서 분사된 세정액을 드레인 하기 위한 아울렛 챔버이다.
그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 반응기 몸체(12)의 상부에 전해액 흄 방지용 판을 더욱 구비할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 단위 양극화 반응기의 작용을 설명한다.
도시하지 않은 핸들러에 의해 금속판(15)에 웨이퍼(14)를 안치시켜 상기 웨이퍼(14)가 금속판(15)에 진공 흡착되어 견고하게 고정되도록 하고, 지지 부재(16)를 작동시켜 금속판(15)을 상향 이동시킴으로써 웨이퍼(14)를 씰링재(23)에 밀착시킨다. 이 상태에서 전해액 공급관(17)을 통해 전해액을 공급하고, 금속판(15)과 백금망(13)에 각각 (+), (-) 전압을 인가하여 전해액(11)을 통해 수 암페어(A) 정도의 양극화 전류가 흐르게 한다. 이 경우, 양극화 전류는 금속판(15), 웨이퍼(14), 전해액(11), 백금망(13)의 순으로 흐르게 되는데, 이 과정에서 웨이퍼(14)가 양극화된다. 이때, 양극화 반응을 지속시키는 시간은 여러 조건에 따라 달라질 수 있다.
양극화 공정이 완료되면, 드레인 밸브(20)를 개방 작동하여 반응기 몸체(12) 내부의 전해액(11)을 회수 탱크(19)로 회수하고, 제1 세정 및 건조장치(18)의 탈 이온수 분사관(18a)을 통해 탈 이온수(또는 초순수)를 분사하여 반응기 몸체(12)의 내벽면과 백금망(13) 및 웨이퍼(14)를 세정한다. 이때, 상기탈 이온수가 분사되는 과정 중에 지지 부재(16)가 작동하여 금속판(15)이 하강되기 시작한다.
탈 이온수를 이용한 세정 작업이 완료되면 제1 세정 및 건조장치(18)의 가스 분사관(18b)을 통해 질소(N2) 가스를 분사하여 몸체(12) 내벽면과 백금망(13) 및 씰링재(23) 등을 건조한다.
이후, 지지 부재(16)를 작동하여 금속판(15)을 회전시키기 시작하고, 차단판(22)과 제2 세정 및 건조장치(21)를 웨이퍼(14)와 반응기 몸체(12)의 사이 공간으로 진입시킨다. 여기에서, 상기 차단판(22)은 건조되지 않은 전해액이나 탈 이온수 등의 잔류물이 몸체(12)로부터 웨이퍼(14)로 낙하하는 것을 차단하는 작용을 한다. 그리고, 제2 세정 및 건조장치(21)를 구성하는 탈 이온수 분사관과 질소 가스 분사관은 웨이퍼(14)를 세정 및 건조하도록 탈 이온수 및 질소 가스를 각각 분사한다. 이때, 상기 탈 이온수 분사 및 질소 가스 분사 작업은 분사관들을 좌우로 이동시키면서 실시하여 웨이퍼 세정 및 건조 작업을 효율적으로 실시한다.
여기에서, 제1 세정 및 건조장치(18)의 가스 분사관(18b)을 이용한 건조 작업은 제2 세정 및 건조장치(21)를 이용한 웨이퍼 세정 및 건조 작업이 진행되는 과정 중에도 계속적으로 실시할 수 있다.
웨이퍼 세정 및 건조 작업이 완료되면, 차단판(22)과 제2 세정 및 건조장치(21)를 원위치로 복귀시키고, 금속판(15)의 회전을 정지시킨 후, 도시하지 않은 핸들러를 이용하여 웨이퍼(14)를 언로드함으로써 웨이퍼(14)의 양극화 공정을 완료한다.
이러한 구성의 단위 양극화 반응기(10)는 양극화, 세정 및 건조 작업이 자동으로 이루어지므로, 각 공정간의 대기 시간이 효과적으로 감소되는 효과가 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 양극화 반응기의 단면도 및 평면도를 도시한 것으로, 도 2의 실시예와 동일한 작용을 하는 구성 요소에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 단위 양극화 반응기(30)는 단위 시간당 웨이퍼 처리 능력을 향상시키기 위해 전해액(31)이 채워지는 반응기 몸체(32)가 다각형의 외면부를 구비하며, 각각의 외면에는 한 개씩의 웨이퍼(33)가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는바, 이하에서는 반응기 몸체(32)가 육각형의 외면부(32')를 갖는 것을 예로 들어 설명한다.
반응기 몸체(32)의 외면부(32') 각각에 웨이퍼(33)를 배치할 수 있도록 하기 위해, 상기 웨이퍼(33)를 진공 흡착 방식으로 고정하는 6개의 금속판(34)을 구비한다. 이때, 상기 금속판(34)은 웨이퍼(33)를 반응기 몸체(32)의 외면(32')에 밀착시킬 수 있도록 하기 위해 화살표(35)로 도시한 방향으로 회동 가능하게 설치된다.
그리고, 반응기 몸체(32)의 내부에는 분리판(36)이 다수개 설치되는데, 이 분리판(36)은 몸체(32)의 내부 공간을 6개의 분할 챔버(C)로 분리한다. 따라서, 각각의 분할 챔버(C)에는 (-) 전압이 인가되는 백금망(37)이 각각 설치된다. 이때, 상기 백금망(37)은 이후 설명하는 웨이퍼(33)의 세정 및 건조 작업시 화살표(38) ??향을 따라 상향 이동되는 것이 바람직하다.
반응기 몸체(32)의 상측에는 전해액(32)을 몸체(32) 내부에 공급하는 전해액공급관(39)과, 몸체(32)의 내부벽과 백금망(37) 및 웨이퍼(33)를 세정하는 탈 이온수를 분사하는 탈 이온수 분사관(40a) 및 질소(N2) 가스를 분사하여 이들을 건조하는 가스 분사관(40b)이 설치된다. 여기에서, 상기 탈 이온수 분사관(40a)과 가스 분사관(40b)은 건조 및 세정장치(40)를 구성한다. 또한, 몸체(32) 내부에 채워진 전해액 흄(fume)을 방지하는 흄 방지용 판(41)이 설치된다. 이때, 상기 탈 이온수 분사관(40a)과 가스 분사관(40b)은 분할 챔버(C)와 동일한 개수만큼 구비하거나, 또는 한 개씩만 구비할 수 있으며, 흄 방지용 판(41)은 공기구멍(41')을 구비한다.
한편, 상기 반응기 몸체(32)는 몸체 지지 부재(42)에 의해 회전 가능하게 지지되는데, 이는 세정 및 건조 작업시의 효율을 향상시키기 위함이다.
그리고, 반응기 몸체(32)의 저부에는 전해액(31)을 회수 탱크(43)로 드레인하는 제1 드레인 밸브(44)와, 세정액을 드레인하는 제2 드레인 밸브(45)가 설치된다.
상기 도 4에서, 미설명 도면부호 46는 몸체(32)와 웨이퍼(33) 사이의 공간을 통해 전해액이 누설되는 것을 방지하는 씰링재이다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 단위 양극화 반응기의 작용을 설명한다.
도시하지 않은 핸들러에 의해 금속판(34)에 웨이퍼(33)를 안치시켜 상기 웨이퍼(33)가 금속판(34)에 진공 흡착되어 견고하게 고정되도록 하고, 상기 금속판(34)을 회동시켜 웨이퍼(33)를 씰링재(46)에 밀착시킨다. 이 상태에서 전해액 공급관(39)을 통해 전해액을 공급하고, 금속판(34)과 백금망(37)에 각각 (+),(-) 전압을 인가하여 전해액(31)을 통해 수 암페어(A) 정도의 양극화 전류가 흐르게 한다. 그러면, 각각의 금속판(34)에 진공 흡착된 웨이퍼(33)가 각각 양극화된다.
양극화 공정이 완료되면, 제1 드레인 밸브(44)를 개방 작동하여 반응기 몸체(32) 내부의 전해액(31)을 회수 탱크(43)로 회수한다.
이후, 제2 드레인 밸브(45)를 개방 작동한 상태에서 탈 이온수 분사관(40a)을 통해 탈 이온수(또는 초순수)를 분사하여 반응기 몸체(32)의 내벽면과 백금망(37) 및 웨이퍼(33)를 세정한다. 이때, 백금망(37)을 화살표(38)로 도시한 바와 같이 상향으로 이동시킬 수 있으며, 본체 지지 부재(42)를 작동시켜 반응기 본체(32)를 일정한 속도로 회전시킬 수 있다. 그리고, 세정에 사용한 탈 이온수는 제2 드레인 밸브(45)를 통해 본체(32) 외부로 드레인된다.
세정 작업이 완료되면 가스 분사관(40b)을 통해 질소(N2) 가스를 분사하여 몸체(32) 내벽면과 백금망(37) 등을 건조한다. 이후, 금속판(34)을 회동시킨 후 도시하지 않은 핸들러를 이용하여 웨이퍼(33)를 언로드함으로써 웨이퍼(33)의 양극화 공정을 완료한다.
이러한 구성의 단위 양극화 반응기는 양극화, 세정 및 건조 작업이 자동으로 이루어지므로, 각 공정간의 대기 시간이 효과적으로 감소되는 효과가 있다.
또한, 한 개의 단위 양극화 반응기에서 복수개의 웨이퍼를 동시에 양극화 할 수 있으므로, 단위 시간당 양극화 처리 능력이 증가된다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 다중 양극화 반응장치의 제1 및 제2 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 실시예의 다중 양극화 반응장치(50)는 여러개의 단위 양극화 반응기들이 배치(batch) 타입으로, 즉 방사방향으로 설치된다. 이때, 상기 단위 양극화 반응기들은 전술한 도 2 내지 도 5의 제1, 제2 실시예에 따른 반응기들(10,30) 중에서 어느 것이라도 사용이 가능한바, 도 6에서는 제2 실시예의 단위 양극화 반응기(30)를 사용하는 것을 예로 들어 설명한다.
방사방향으로 배치된 양극화 반응기(30)들에 의해 형성된 공간의 중심부에는 웨이퍼 핸들러(51)가 설치되고, 이 핸들러(51)는 각 반응기(30)들을 연결하는 레일(52)을 따라 이동하면서 웨이퍼를 이송한다. 그리고, 양극화 반응기(30)들의 일측으로는 웨이퍼를 임시 저장하는 저장 테이블(53)이 설치되고, 저장 테이블(53)은 상기 핸들러(51)와 웨이퍼를 주고받기 위한 웨이퍼 인 캐리어(53a)와 웨이퍼 아웃 캐리어(53b)를 구비한다.
이에 따라, 웨이퍼 아웃 캐리어(53b)에서 이송된 웨이퍼는 핸들러(51)에 의해 순차적으로 단위 양극화 반응기(30)들에 장착된다. 이때, 단위 양극화 반응기(30)는 6각형의 외면부를 구비하고 있으며, 상기 웨이퍼는 각 외면에 장착된다. 이후에는 전술한 제1 또는 제2 실시예에서와 같이 양극화 공정이 진행된다.
그리고, 본 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치(50)는 웨이퍼에 절연막을 증착하는 증착 수단(54)과, 절연막의 증착전 웨이퍼에 형성된 산화막을 제거하기 위한 세정조(55)를 더욱 구비한다.
여기에서, 상기 세정조(55)는 양극화 공정과 증착 공정간의 대기 시간이 산화막이 발생하지 않을 정도로 짧은 경우에는 제거할 수도 있다.
이러한 구성의 본 실시예는 양극화, 세정, 및 증착 공정이 자동으로 이루어지므로, 공정별로 각기 다른 설비로 웨이퍼를 옮겨야 하는 시간을 줄일 수 있고, 공정간의 대기 시간이 줄어 공정이 더욱 안정화 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치(60)를 도시한 것으로, 웨이퍼 인 캐리어(61a)와 웨이퍼 아웃 캐리어(61b)를 구비하는 저장 테이블(61)을 기준 위치로 하여 단위 양극화 반응기(10)들과 세정조(62) 및 증착 수단(63)을 이열로 배치한 것으로, 미설명 도면부호 64,65는 핸들러 및 상기 핸들러의 이동 경로를 제공하는 레일을 나타낸다. 이하, 다른 개략적인 구성은 도 6의 실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 양극화 반응장치를 도시한 것으로, 본 실시예의 다중 양극화 반응장치(70)는, 단위 양극화 반응기(80)들을 임시 저장하는 제1 및 제2 저장 테이블(71,72)과, 제1 및 제2 저장 테이블(71,72)과 인접 배치되며 전해액이 채워지는 전해액 챔버(73)와, 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 백금망(74)과, 전해액 챔버(73)와 인접 배치되는 세정 및 건조장치(75)와, 제1 저장 테이블(71)로부터 단위 양극화 반응기(80)들을 로딩하여 전해액 챔버(73), 세정 및 건조장치(75)를 거치면서 웨이퍼를 양극화 하고, 이후 제2 저장 테이블(72)에 단위 양극화 반응기(80)들을 언로딩하는 핸들러(76)를 포함한다.
전해액 챔버(73)에는 (-) 전압이 인가되는 백금망(74)이 다수개 설치되어 있어서 챔버(73) 내의 영역을 다수개의 소전해질 영역으로 분할한다. 백금망(74)에의하여 정의되는 소전해질 영역에는 하나 이상의 단위 양극화 반응기(80)가 위치할 수 있다.
상기 단위 양극화 반응기(80)는 본 출원인이 선출원한 대한민국 특허출원번호 제2001-79334호에 개시된 것으로, 단위 양극화 반응기에는 웨이퍼가 장착된다. 이러한 단위 양극화 반응기에 대하여 도 9를 참조로 간단하게 설명한다.
일단부가 고리 형상으로 형성된 전극 고리(81)의 다른 단부에는 금속 전극(82)이 연결되고, 금속 전극(82)의 상면에는 웨이퍼(83)가 장착된다.
전극 고리(81)에는 전극 고리(81)를 둘러싸서 전해액으로부터 전극 고리(81)를 격리시키는 전극 고리 차단부(84)가 장착되고, 전극 고리 차단부(84)에는 질소 주입구(85)와 질소 주입로(86)가 제공된다. 그리고, 전극 고리(81)에는 전극 고리 차단부(84)를 덮고 있는 질소 차단캡(87)이 형성된다.
금속 전극(82)에는 이 전극을 전해액으로부터 격리하는 전극 차단부(88)가 장착되고, 전극 차단부(88)는 웨이퍼(83)를 금속 전극(82) 위에 장착한 상태에서 웨이퍼(83)의 상면을 제외한 나머지 부분과 금속 전극(82)을 둘러싸서 전해액으로부터 금속 전극(82)을 격리시킨다. 또한, 전극 차단부(88)의 양쪽 상부에는 나사체결부재(89)가 누름 부재(90)에 체결된다.
그리고, 웨이퍼(83)와 누름 부재(90)의 사이에는 제1 밀폐링(91)이 끼워지고, 누름 부재(90)와 전극 차단부(88) 사이에는 제1 밀폐링(91)보다 직경이 큰 제2 밀폐링(92)이 끼워진다.
이러한 구조를 가지는 단위 양극화 반응기(80)는 질소 투입구(85)를 통해 질소를 투입하여 전극 차단부(88)와 제2 밀폐링(92) 사이 및 웨이퍼(83)와 제1 밀폐링(91) 사이에서 질소 가스가 누설되는 가를 판단함으로써, 전해액이 금속 전극(82)에 침투하는지를 판단할 수 있다.
그리고, 단위 양극화 반응기(80)의 금속 전극(82)이 전해액에 의하여 부식되는 것을 방지하기 위하여 상기 금속 전극(82)의 표면에 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 내식성 도전 물질로 이루어진 내식성 도전층(93)을 제공하는 것도 무방하다.
또한, 전해액 챔버(73)에 설치되는 백금망(74)을 전해액 표면에 대하여 일정한 각도로 기울게 설치하여 상기 단위 양극화 반응기(80)들을 도 8에 도시한 바와 같이 기울게 설치할 수 있는데, 이 경우에는 양극화 반응이 이루어질 때 웨이퍼(83) 표면에서 발생하는 수소(H2) 가스가 웨이퍼(83)의 표면과 접촉하여 손상을 입힐 우려를 제거할 수 있다.
이에, 본 실시예의 다중 양극화 반응장치(70)는 제1 저장 테이블(71)에 임시 저장되어 있는 단위 양극화 반응기(80)들을 전극 고리(81)를 이용하여 핸들러(76)에 복수개 장착시키고, 상기 핸들러(76)를 레일(77)을 따라 이송하면서 전해액 챔버(73), 세정 및 건조장치(75)를 거치게 하면 양극화, 세정, 건조 공정이 자동으로 이루어지며, 이후, 제2 저장 테이블(72)에 단위 양극화 반응기(80)들을 내려놓으면 양극화 공정이 완료된다.
상기 실시예에 있어서, 전해액 챔버(73)를 다수개 구비하고, 제1 및 제2 저장 테이블(71,72)과 세정 및 건조장치(75)를 공유하도록 구성하면, 공정을 효율적이고 경제적으로 수행할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 단위 양극화 반응기는 웨이퍼 표면의 양극화 처리 후 수반되는 추후 공정들, 예를 들어 세정 및 건조 공정을 자동으로 실시할 수 있고, 또한 동시에 여러개의 웨이퍼를 처리할 수 있다. 또한, 복수개의 단위 양극화 반응기와, 세정 및 건조장치, 증착장치를 배치 타입, 일렬 또는 이열 배치한 본 발명의 다중 양극화 반응장치는 각 공정간의 대기 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 각 공정을 자동화 할 수 있다. 따라서, 생산성 향상 및 이로 인한 제조 원가 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (17)

  1. 전해액이 채워지는 반응기 몸체와;
    양극화 대상물이 장착되며 (+) 전압이 인가되는 장착부를 구비하고, 상기 장착부를 상하측으로 이송하도록 상기 반응기 몸체의 저부에 설치되는 장착부 지지 부재와;
    상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과;
    장착부에 장착된 양극화 대상물과 반응기 몸체 저부 사이의 기밀을 유지하는 씰링재와;
    상기 반응기 몸체의 내부벽, 금속망 및 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제1 세정 및 건조장치와;
    상기 전해액을 드레인하는 드레인 밸브;
    를 포함하는 단위 양극화 반응기.
  2. 제 1항에 있어서, 양극화 대상물이 하강된 경우 이 대상물과 반응기 몸체 사이 공간으로 진입하여 상기 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제2 세정 및 건조장치를 더 포함하는 단위 양극화 반응기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제2 세정 및 건조장치와 반응기 몸체 사이 공간으로 진입하여 상기 몸체로부터 전해액이나 탈 이온수 등의 잔류물이 양극화 대상물로낙하하는 것을 차단하는 차단 부재를 더욱 구비하는 단위 양극화 반응기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 장착부 지지 부재를 둘러싸는 아울렛 챔버를 더욱 구비하는 단위 양극화 반응기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 장착부 지지 부재는 상기 제2 세정 및 건조장치에 의한 세정 및 건조 작업시에 양극화 대상물을 회전시키는 단위 양극화 반응기.
  6. 내부에 전해액이 채워지며, 다각형의 외부면을 갖는 반응기 몸체와;
    상기 반응기 몸체를 지지하는 몸체 지지 부재와;
    양극화 대상물이 장착되며 (+) 전압이 인가되는 장착부들을 구비하고, 상기 장착부를 이송하여 상기 양극화 대상물을 다각형의 외부면에 각각 장착하는 장착부 지지 부재와;
    상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과;
    양극화 대상물과 반응기 몸체 사이의 기밀을 유지하는 씰링재와;
    상기 반응기 몸체의 내부벽, 금속망 및 양극화 대상물을 세정 및 건조하는 제1 세정 및 건조장치와;
    상기 전해액 및 세정액을 드레인하는 드레인 밸브;
    를 포함하는 단위 양극화 반응기.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 지지부재는 회전이 가능한 단위 양극화 반응기.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 몸체에는 전해액 흄 방지용 판이 설치되는 단위 양극화 반응기.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 드레인 밸브는 전해액을 회수 탱크로 드레인하는 제1 드레인 밸브와, 세정액을 드레인하는 제2 드레인 밸브로 이루어지는 단위 양극화 반응기.
  10. 방사방향으로 배치되는 전술한 제1항 내지 제9항에 기재된 단위 양극화 반응기들과;
    상기 단위 양극화 반응기들에 웨이퍼를 이송 및 공급하는 웨이퍼 이송 수단과;
    상기 웨이퍼 이송 수단의 이동 경로를 제공하는 수단과;
    상기 웨이퍼 이송 수단과 웨이퍼를 주고받기 위한 저장 테이블;
    을 포함하는 다중 양극화 반응장치.
  11. 제 10항에 있어서, 세정 수단이 더욱 구비되는 다중 양극화 반응장치.
  12. 일렬 또는 이열로 배치되는 제 1항 내지 제 9항에 기재된 단위 양극화 반응기들과;
    상기 단위 양극화 반응기들에 웨이퍼를 이송 및 공급하는 웨이퍼 이송 수단과;
    상기 웨이퍼 이송 수단의 이동 경로를 제공하는 수단과;
    상기 웨이퍼 이송 수단과 웨이퍼를 주고받기 위한 저장 테이블;
    을 포함하는 다중 양극화 반응장치.
  13. 일단이 고리형상으로 형성된 도전체와, 상기 도전체의 일단에 연결되어 있고 양극화 대상물이 장착되는 (+) 전극과, 상기 도전체를 감싸고 있으며 기체 주입구 및 기체 주입로를 가지는 제1 커버와, 양극화 대상물의 한쪽 면만을 노출시키도록 상기 양극화 대상물 및 전극을 감싸는 제2 커버와, 상기 제1 커버를 상기 도전체와 결합하는 기체 차단캡과, 상기 양극화 대상물을 전극에 고정시키는 나사체결부재 및 누름 부재와, 상기 누름 부재와 양극화 대상물을 밀착시키기 위한 제1 밀폐링과, 상기 누름 부재와 제2 커버를 밀착시키기 위한 제2 밀폐링을 포함하는 단위 양극화 반응기와;
    상기 단위 양극화 반응기들을 임시 저장하는 제1 및 제2 저장 테이블과;
    상기 제1 및 제2 저장 테이블과 인접 배치되며, 전해액이 채워지는 전해액 챔버와;
    상기 전해액에 침수되며 (-) 전압이 인가되는 금속망과;
    상기 전해액 챔버와 인접 배치되는 세정 및 건조장치와;
    상기 제1 저장 테이블로부터 단위 양극화 반응기들을 로딩하여 전해액 챔버, 세정 및 건조장치를 거치면서 양극화 대상물을 양극화 하고, 이후 제2 저장 테이블에 단위 양극화 반응기들을 언로딩하는 핸들러;
    를 포함하는 다중 양극화 반응장치. 고용
  14. 제 13항에 있어서, 상기 금속망은 상기 전해액 챔버에 다수개 설치되어 상기 전해액을 다수개의 소전해액 영역으로 분리하고, 상기 소전해액 영역 각각에 상기 단위 반응기가 침수되는 다중 양극화 반응장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 전극은 상기 양극화 대상물이 장착되는 표면에 형성되어 있는 내식성 도전층을 가지는 다중 양극화 반응장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 내식성 도전층은 Au 또는 Pt로 이루어지는 다중 양극화 반응장치.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 금속망은 상기 전해액 챔버의 바닥면에 대하여 기울어진 상태로 장착되는 다중 양극화 반응장치.
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