KR20200042978A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 의하면, 공정 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간이 제공되는 고압 챔버와; 상기 고압 챔버로 상기 공정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되, 상기 유체 공급 유닛은, 상기 고압 챔버로 제공되는 상기 공정 유체를 임시로 저장하는 레저버 탱크와; 상기 레저버 탱크와 상기 고압 챔버를 연결하여 공정 유체를 상기 고압 챔버에 공급하는 제1 공급라인과; 상기 레저버 탱크에 상기 공정 유체를 공급하는 제2 공급 라인과; 상기 제2 공급 라인에 제공되어 상기 레저버 탱크에 공급되는 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절하는 유량 조절 유닛을 포함하고, 상기 유량 조절 유닛은, 서로 병렬로 연결되는 복수개의 분기 라인과, 상기 분기 라인의 각각 제공되는 개폐 밸브를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 공정은 기판 상에 박막, 이물질, 파티클 등을 세정하는 공정을 포함한다. 이들 공정은 패턴 면이 위 또는 아래를 향하도록 기판을 스핀 헤드 상에 놓고, 스핀 헤드를 회전시킨 상태에서 기판 상에 처리액을 공급하고, 이후 기판을 건조함으로써 이루어진다.
최근에는 기판을 세정하는 공정에 초임계가 사용된다. 일 예에 의하면, 기판에 처리액을 공급하는 액 처리 후에 초임계 상태의 유체를 이용하여 기판으로부터 처리액을 제거한다. 초임계 유체를 이용하는 공정은 고압 챔버에서 이루어진다. 한편 고압 챔버로 제공되는 초임계 유체는 고압 챔버로 제공되기 전 레저버 탱크에서 임시 저장된다.
도 1은 종래의 기판 처리 장치에 따른 레저버 탱크 내의 압력 변화를 도시한 그래프이다. 도 2는 종래의 기판 처리 장치에 따른 레저버 탱크의 공정 유체 처리를 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 기판 처리 장치에 따른 레저버 탱크를 간단하게 설명한다. 종래의 레저버 탱크(미도시)는 임계 온도 이하의 액체상의 공정 유체를 공급받아 저장한다(S10). 레저버 탱크는 공정 유체를 임계 온도 이상으로 가열한다. 가열에 의해 레저버 탱크 내에서 공정 유체는 초임계 유체로 상변화한다(S20). 이 과정에서 레저버 탱크의 내부는 도 4의 제2 구간에서와 같이 공정 유체의 가열에 의해 이따금 기준 압력(idle pressure)보다 높은 압력으로 상승한다(S30). 기준 압력(idle pressure)보다 높아진 압력은 레저버 탱크 내에서 배출된다(S40). 상술한 과정이 반복됨에 따라 레저버 탱크내 압력은 불안정한 상태가 지속된다.
또한 공정이 진행되는 제1 구간에서는 압력의 감소에 의해 고압 챔버로 제공되는 공정 유체의 공급량이 부족해짐에 따라 공정 시간이 길어지거나 일정하지 못하다. 또한 공정 유체가 레저버 탱크로 공급되는 과정에서 단열 팽창등에 의해 아이스 파티클을 발생시켜 설비를 오염시킨다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고압 챔버로 제공되는 공정 유체의 공급량을 일정하게 유지할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 진행에 따른 공정 유체의 상변화를 최소화 시키는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 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 실시 예에 의하면, 공정 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간이 제공되는 고압 챔버와; 상기 고압 챔버로 상기 공정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되, 상기 유체 공급 유닛은, 상기 고압 챔버로 제공되는 상기 공정 유체를 임시로 저장하는 레저버 탱크와; 상기 레저버 탱크와 상기 고압 챔버를 연결하여 공정 유체를 상기 고압 챔버에 공급하는 제1 공급라인과; 상기 레저버 탱크에 상기 공정 유체를 공급하는 제2 공급 라인과; 상기 제2 공급 라인에 제공되어 상기 레저버 탱크에 공급되는 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절하는 유량 조절 유닛을 포함하고, 상기 유량 조절 유닛은, 서로 병렬로 연결되는 복수개의 분기 라인과, 상기 분기 라인의 각각 제공되는 개폐 밸브를 포함한다.
일 실시 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치는, 상기 레저버 탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 센서와; 상기 유량 조절 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는. 상기 레저버 탱크 내 압력이 기준 압력과 상이한 경우, 상기 분기 라인 중 하나 이상의 개폐를 조절하여 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 공급 라인에 연결되어 상기 레저버 탱크로 상기 공정 유체를 제공하며 상기 공정 유체를 액상으로 변환하는 콘덴서와; 상기 공급 라인에 제공되어 상기 콘덴서에서 제공된 공정 유체를 임계 압력 이상으로 가압하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 복수개의 분기 라인 중 어느 하나 이상에 제공되는 히터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 히터는 상기 개폐 밸브의 상류에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 히터는 상기 공정 유체를 임계 온도 이상으로 가열할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 분기 라인은, 서로 병렬로 제공되며 하나 이상의 메인 라인과; 상기 메인 라인에 병렬로 제공되는 하나 이상의 서브 라인을 포함하고, 상기 유량 조절 유닛은 상기 메인 라인과 상기 서브 라인 중 상기 메인 라인에만 설치되는 히터를 더 포함하고, 상기 서브 라인은 상시 폐쇄된 상태로 제공되며, 상기 제어기는, 상기 레저버 탱크 내 압력이 기준 압력 이하임을 감지되는 경우 상기 서브 라인의 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 레저버 탱크로의 공급 유량을 증가 시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 레저버 탱크 내부로 공급되는 공정 유체는 2상 이하의 상변화를 갖도록 조절될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 공정 유체는 이산화탄소일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 다른 실시 예에 의하면, 공정 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간이 제공되는 고압 챔버와; 상기 고압 챔버로 상기 공정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되, 상기 유체 공급 유닛은, 상기 고압 챔버로 제공되는 상기 공정 유체를 임시로 저장하는 레저버 탱크와; 상기 레저버 탱크와 상기 고압 챔버를 연결하여 공정 유체를 상기 고압 챔버에 공급하는 제1 공급라인과; 상기 레저버 탱크에 상기 공정 유체를 공급하는 제2 공급 라인과; 상기 제2 공급 라인에 제공되어 상기 레저버 탱크에 공급되는 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절하는 유량 조절 유닛을 포함하고, 상기 유량 조절 유닛은, 가변 유량 밸브와, 상기 가변 유량 밸브 상류에 제공되는 히터를 포함할 수 있다.
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에 의하면, 레저버 탱크로 이송되는 공급 라인 내의 공정 유체에 대하여 임계 압력 이상으로 가압하는 단계와; 상기 공급 라인 내의 상기 공정 유체에 대하여 임계 온도 이상으로 가열하는 단계와; 임계 압력 이상으로 가압되고 임계 온도 이상으로 가열된 상기 공정 유체를 상기 레저버 탱크에 공급하는 단계와; 상기 레저버 탱크에서 상기 공정 유체를 임계 온도 이상으로 유지시키면서 저장하는 단계와; 상기 레저버 탱크 내의 초임계 상의 공정 유체를 고압 챔버로 공급하여 기판을 처리하는 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 의하면, 상기 공급 라인은 복수개의 분기 라인을 포함하고, 상기 분기 라인 중 하나 이상의 분기 라인의 개폐를 조절하여 상기 레저버 탱크로의 공급 유량을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 공정 유체의 가열은 상기 분기 라인에서 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 고압 챔버에서 기판을 처리하는 공정이 수행되는 경우: 상기 복수개의 분기 라인 중 폐쇄된 분기 라인을 개방하여 상기 레저버 탱크로의 상기 공정 유체의 공급 유량을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 레저버 탱크 내부로 공급되는 공정 유체는 2상 이하의 상변화를 갖도록 조절될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 공정 유체는 이산화탄소일 수 있다.
본 발명에 의하면 기판의 처리 효율이 향상된 기판 처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 압 챔버로 제공되는 공정 유체의 공급량을 일정하게 유지됨에 따라 프로세스 타임이 일정한 기판 처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공정 진행에 따른 공정 유체의 상변화를 최소화됨에 따라 설비내 오염이 감소되는 기판 처리 장치 및 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 종래의 기판 처리 장치에 따른 레저버 탱크 내의 압력 변화를 그래프이다.
도 2는 종래의 기판 처리 장치에 따른 레저버 탱크의 공정 유체 처리를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 고압 챔버의 일 실시 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 6은 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7, 도 8 및 도 9는 기판 처리 방법에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 레저버 탱크(600) 내부의 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 공정 유체의 상변화를 상변화 그래프에 도시한 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 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 장치는 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(30)를 포함한다. 일 실시 예에 의하면, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일 방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1 방향(92)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1 방향(92)과 수직한 방향을 제2 방향(94)이라 하고, 제1방향(92) 및 제2 방향(94)에 모두 수직한 방향을 제3 방향(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 제2 방향(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 제2 방향(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, 제3 방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3 방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 챔버(300), 액 처리 챔버(400), 그리고 고압 챔버(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 챔버(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 고압 챔버(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 챔버(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 챔버(400), 그리고 고압 챔버(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 챔버(300)는 그 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 챔버(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 고압 챔버(500)는 반송 챔버(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 반송 챔버(300)는 제2 방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 고압 챔버(500)와 반송 챔버(300)는 제2 방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 챔버(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 챔버(400)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되고, 고압 챔버(500)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 챔버(400)들은 고압 챔버(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 챔버(300)의 일측에서 액 처리 챔버(400)들은 제1 방향(92) 및 제3 방향(96)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 챔버(300)의 일측에서 고압 챔버(500)들은 제1 방향(92) 및 제3 방향(96)을 따라 각각 C X D(C, D는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수)개가 제공될 수 있다. 상술한 바와 달리, 반송 챔버(300)의 일측에는 액 처리 챔버(400)들만 제공되고, 그 타측에는 고압 챔버(500)들만 제공될 수 있다.
반송 챔버(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 챔버(300) 내에는 길이 방향이 제1 방향(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, 제3 방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3 방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 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 챔버(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 4는 도 3의 고압 챔버(500)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 일 실시예에 의하면, 고압 챔버(500)는 초임계 유체를 이용하여 기판(W) 상의 액을 제거한다. 고압 챔버(500)는 바디(520), 기판 지지 유닛(미도시), 유체 공급 유닛(560), 그리고 차단 플레이트(미도시)를 가진다.
바디(520)는 건조 공정이 수행되는 내부 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 내부 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 내부 공간(502)이 개방되고, 이 때 기판(W)이 반입 또는 반출된다. 공정 진행시에는 하체(524)가 상체(522)에 밀착되어 내부 공간(502)이 외부로부터 밀폐된다. 고압 챔버(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 내부 공간(502)을 가열한다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 처리 공간(502) 내부에는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 유닛(미도시)이 마련될 수 있다. 기판 지지 유닛(미도시)은 바디(520)의 내부 공간(502) 내에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(미도시)은 하체(524)에 설치되어 기판(W)을 지지할 수 있다. 이 경우 기판 지지 유닛(미도시)은 기판(W)을 들어올려 지지하는 형태일 수 있다. 또는 기판 지지 유닛(미도시)은 상체(522)에 설치되어 기판(W)을 지지할 수 있다. 이 경우 기판 지지 유닛(미도시)은 기판(W)을 매달아 지지하는 형태일 수 있다.
유체 공급 유닛(560)은 바디(520)의 내부 공간(502)으로 공정 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 공정 유체는 초임계 상태로 내부 공간(502)으로 공급될 수 있다. 이와 달리 공정 유체는 가스 상태로 내부 공간(502)으로 공급되고, 내부 공간(502) 내에서 초임계 상태로 상변화될 수 있다. 공정 유체는 건조용 유체일 수 있다.
일 예에 의하면, 유체 공급 유닛(560)은 공급 라인(562)을 가진다. 공급 라인(562)은 기판 지지 유닛(미도시)에 놓인 기판(W)의 상부에서 공정 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 공급 라인(562)은 상체(522)에 결합된다. 나아가 공급 라인(562)은 상체(522)의 중앙에 결합될 수 있다.
또는, 공급 라인(562)은 상체(522)에 연결되는 상부 분기 라인(564)과 하부 분기 라인(미도시)로 분기될 수 있다. 하부 분기 라인(미도시)은 하체(524)에 결합될 수 있다. 상부 분기 라인(564)과 하부 분기 라인(미도시)에는 각각 유통 밸브가 설치될 수 있다.
하체(524)에는 배기 라인(550)이 결합된다. 바디(520)의 내부 공간(502) 내의 초임계 유체는 배기 라인(550)을 통해서 바디(520)의 외부로 배기된다.
하부 분기 라인(미도시)이 하체(524)와 결합되는 경우, 바디(520)의 내부 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. 하부 분기 라인(미도시)의 토출구와 배기 라인(550)의 유입구는 서로 간섭되지 않는 위치에 마련될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 하부 분기 라인(미도시)을 통해서 공급된 공정 유체가 기판(W)을 향해 직접 토출되어 기판(W)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 5를 참조하면, 기판 처리 장치는 고압 챔버(500)와 유체 공급 유닛을 포함한다.
유체 공급 유닛은 레저버 탱크(600)와 유량 조절 유닛(700)과 제어기(800)와 콘덴서(900)를 포함한다.
고압 챔버(500)는 레저버 탱크(600)와 연결된다. 제1 공급 라인(561)은 고압 챔버(500)와 레저버 탱크(600)를 연결하여, 레저버 탱크(600)의 공정 유체를 고압 챔버(500)로 이송한다. 제1 공급 라인(561)에는 제1 개폐 밸브(581)가 설치된다. 제1 개폐 밸브(581)가 개방되면 레저버 탱크(600)의 공정 유체가 고압 챔버(500)로 이동된다.
레저버 탱크(600)는 공정 유체를 임시로 저장한다. 레저버 탱크(600)에 임시로 저장되어 있던 공정 유체는 고압 챔버(500)로 공급된다. 레저버 탱크(600)는 레저버 히터(620)를 포함한다. 레저버 히터(620)는 레저버 탱크(600)의 내부를 가열하여 공정 유체가 초임계 상체를 유지하도록 한다. 레저버 탱크(600)에서 나오는 공정 유체의 압력은 100~150bar로 가압된 상태일 수 있다. 레저버 탱크(600)에는 내부 압력을 조절하기 위해 제공되는 배기 라인(551)이 제공될 수 있다. 배기 라인(551)에는 제4 밸브(587)이 설치된다. 제4 밸브(587)가 개방되면 레저버 탱크(600) 내부의 공정 유체가 배기될 수 있다.
레저버 탱크(600)는 제2 공급 라인의 후단(562)과 연결된다. 제2 공급 라인의 전단(564)은 콘덴서(900)와 연결된다. 제2 공급 라인의 전단(564)에는 제2 개폐 밸브(582)가 설치된다. 제2 공급 라인의 후단(562)에는 제3 개폐 밸브(584)와 펌프(541)가 설치된다. 제2 공급라인의 전단(564)과 제2 공급 라인의 후단(562)의 사이에는 유량 조절 유닛(700)이 제공된다.
유량 조절 유닛(700)은 레저버 탱크(600)에 공급되는 공정 유체의 공급 유량을 조절한다. 유량 조절 유닛(700)은 서로 병렬로 연결된 복수개의 분기 라인이 제공된다. 분기 라인은 제1 메인 라인(583a)과 제2 메인 라인(583b)와 제1 서브 라인(583c)과 제2 서브 라인(583d)를 포함한다. 일 실시 예에 따라 4개의 분기 라인을 도시하였지만, 분기 라인의 수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 예컨대, 분기 라인은 하나의 메인 라인과 하나의 서브 라인으로 구성될 수 있다.
제1 메인 라인(583a)에는 제1 라인 히터(593a)와 제4 개폐 밸브(583a)가 상류에서 하류 방향으로 순서대로 설치된다. 제2 메인 라인(583b)에는 제2 라인 히터(593b)와 제5 개폐 밸브(583b)가 상류에서 하류 방향으로 순서대로 설치된다. 제1 서브 라인(583c)에는 제3 라인 히터(593c)와 제6 개폐 밸브(583c)가 상류에서 하류 방향으로 순서대로 설치된다. 제2 서브 라인(583d)에는 제4 라인 히터(593d)와 제7 개폐 밸브(583c)가 상류에서 하류 방향으로 순서대로 설치된다. 일 실시 예에 따르면 제7 개폐 밸브(583c)는 가변 유량 밸브로 제공된다. 일 실시 예에 따르면, 제3 라인 히터(593c)와 제4 라인 히터(593d)는 설치되지 않을 수 있다.
콘덴서(900)는 기체 상태의 공정 유체를 액상으로 변화시킨다. 액상의 공정 유체는 제2 공급 라인의 후단(564)을 타고 나와 펌프(541)에서 가압된다. 펌프(541)는 액상의 공정 유체를 임계 압력 이상으로 가압시킨다. 콘덴서(900)의 상류에는 저장 탱크(미도시)가 제공된다. 저장 탱크(미도시)는 제3 공급 라인(565)에 의해 콘덴서(900)와 연결된다. 제3 공급 라인(565)에는 제8 개폐 밸브(585)가 설치된다.
도 6은 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7, 도 8 및 도 9는 기판 처리 방법에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 9을 참조하여 기판 처리 방법을 설명한다.
도 6과 도 7을 참조하면, 레저버 탱크(600)의 내부에 공정 유체를 주입(fill)하기 위하여 제2 개폐 밸브(582)와 제3 개폐 밸브(584)와 제8 개폐 밸브(585)와 제4 개폐 밸브(583a)와 제5 개폐 밸브(583b)를 개방한다. 공정 유체는 제2 공급 라인의 전단(564)에서 펌프(541)에 의해 임계 압력 이상으로 가압된다. 공정 유체는 제1 메인 라인(583a)와 제2 메인 라인(583b)에 설치된 제1 라인 히터(593a)와 제2 라인 히터(593b)에 의해 임계 온도 이상으로 가열되어 초임계 상태로 변화한다(S110). 초임계 상태의 공정 유체는 제2 공급 라인 후단(562)을 통과하여 레저버 탱크(600)에 공급된다(S120). 레저버 탱크(600)의 내부로 공급된 초임계 상태의 공정 유체는 레저버 탱크(600)의 레저버 히터(620)에 의해 초임계 상태로 유지된다(S130).
도 6과 도 8을 참조하면, 제1 개폐 밸브(581)가 개방되고 레저버 탱크(600)의 초임계 상태의 공정 유체가 고압 챔버(500)로 공급되면서 기판에 대한 처리가 진행된다. 이때 레저버 탱크(600) 내부의 다량의 공정 유체가 고압 챔버(500)로 이동됨에 따라 레저버 탱크(600) 내부의 압력이 빠르게 감소한다. 레저버 탱크(600) 내부의 압력은 압력 센서(610)에 의해 감지될 수 있다(S140). 레저버 탱크(600) 내부의 압력 감소가 갑지되면, 제어기(800)는 유량 조절 유닛(700)의 제6 개폐 밸브(583c)를 더 개방하여 공정 유체의 공급량을 늘린다(S150). 반대로 레저버 탱크(600) 내의 압력이 충분한 경우 개방되던 제6 개폐 밸브(583c)를 폐쇄할 수 있다. 나아가 제4 개폐 밸브(583a)를 개방한 상태로 제5 개폐 밸브(583b)를 폐쇄할 수 있다. 즉, 레저버 탱크(600) 내 압력이 기준 압력과 상이한 경우, 제1 메인 라인(583a), 제2 메인 라인(583b), 제1 서브 라인(583c) 또는 제2 서브 라인(583d)의 개폐 밸브 중 하나 이상의 개폐를 조절하여 공정 유체의 공급 유량을 조절할 수 있다.
도 6과 도 9를 참조하면, 레저버 탱크(600) 내의 공정 유체가 고압 챔버(500)로 이동됨에 따라, 레저버 탱크(600) 내의 압력 감소이 더 감소되는 경우 제7 개폐 밸브(583c)를 더 개방할 수 있다. 레저버 탱크(600)의 내부 압력이 증가하면 고압 챔버(500)로 제공되는 공정 유체의 공급량이 증가될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 레저버 탱크(600) 내부의 압력 변화를 나타낸 그래프이다. 제1 구간은 기판에 대한 처리가 수행되는 구간이다. 제2 구간은 레저버 탱크(600) 내부로 공정 유체가 주입(fill)되는 구간이다.
제1 구간에서 기판의 처리에 따라 레저버 탱크(600)에서 고압 챔버(500)로 공급되는 공정 유체가 펄스되는 것에도 불구하고, 레저버 탱크(600) 내부로 유입되는 공정 유체의 유량을 증가시킴에 따라 압력이 급격하게 감소하지 않는다.
제2 구간에서 레저버 탱크(600)의 내부로 공정 유체가 주입되는데 있어서, 공급 라인에서 초임계 상태의 공정 유체가 제공됨에 따라, 레저버 탱크(600)에서는 초임계 유체로 상변화 시키기 위한 가열에 의한 팽창이 발생하지 않는다. 즉, 온도에 따른 압력 조건 변화는 배제하고, 레저버 탱크(600) 내부의 압력만을 컨트롤함에 따라, 레저버 탱크(600)의 내부 압력을 일정하게 유지하는 것이 용이하다. 레저버 탱크(600)의 내부의 압력이 감소되는 것이 방지됨에 따라 레저버 탱크(600)내 공급량 부족에 따른 프로세스 타임 딜레이가 개선될 수 있다. 또한 기준 압력을 넘어서는 압력 변화를 최소화함에 따라 공정 유체의 사용량을 감소시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 공정 유체의 상변화를 상변화 그래프에 도시한 것이다. 일 실시 예에 따른 공정 유체는 이산화탄소이다. A1-A2를 잇는 라인은 실시 예에 따른 공정 유체의 상변화이고, B1-B2를 잇는 라인은 비교 예에 따른 공정 유체의 상변화이다.
A1과 B1지점은 콘덴서에서 제2 공급 라인을 지나는 어느 시점의 공정 유체의 상(state)이다. A2와 B2 지점은 레저버 탱크 내부에서의 공정 유체의 상(state)이다.
비교 예에 따르면, 공정 유체는 액체 상태인 B1에서 레저버 탱크 내부로 공급되어 초임계 상태인 B2로 변화한다. B1에서 B2로의 변화는 압력 변화 폭이 크다. 또한 단열 팽창에 의한 압력 및 온도 하강에 따른 파티클의 발생의 우려가 있다. 또한 신규로 유입되는 B2 상태의 공정 유체는 레저버 탱크 내부의 온도를 지속적으로 감소시켜 레저버 탱크 내부의 온도를 불균일하게 한다. 또한 레저버 탱크 내의 온도와 압력의 변화는 고압 챔버에 공급되는 공정 유체의 조건을 변화시켜 처리되는 기판이 불균해지는 문제가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 공정 유체는 레저버 탱크(600) 내부로 공급되기 전 제2 공급 라인에 설치된 유체 공급 유닛(700)의 제1 라인 히터(593a)와 또는 제2 라인 히터(593b)를 통과하면서 A1의 상태까지 가열된다. 공정 유체는 초임계 상태인 A1상태로 레저버 탱크(600) 내부로 공급된다. 레저버 탱크(600)는 초임계 상으로 유지되도록 온도와 압력을 관리한다.
도시되지 않았으나, 제2 공급 라인에 설치되는 유량 조절 유닛은 단일의 라인에 대하여 가변 유량 밸브를 적용하여 공급 유량을 조절할 수 있다. 가변 유량 밸브의 상류에는 히터가 설치되어 레저버 탱크로 공급되는 공정 유체를 임계 온도 이상으로 가열하여 공급하는 것은 도시된 실시예와 동일하다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
500 : 고압 챔버, 600: 레저버 탱크,
700: 유량 조절 유닛, 800: 제어기,
900: 콘덴서

Claims (16)

  1. 공정 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간이 제공되는 고압 챔버와;
    상기 고압 챔버로 상기 공정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되,
    상기 유체 공급 유닛은,
    상기 고압 챔버로 제공되는 상기 공정 유체를 임시로 저장하는 레저버 탱크와;
    상기 레저버 탱크와 상기 고압 챔버를 연결하여 공정 유체를 상기 고압 챔버에 공급하는 제1 공급라인과;
    상기 레저버 탱크에 상기 공정 유체를 공급하는 제2 공급 라인과;
    상기 제2 공급 라인에 제공되어 상기 레저버 탱크에 공급되는 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절하는 유량 조절 유닛을 포함하고,
    상기 유량 조절 유닛은,
    서로 병렬로 연결되는 복수개의 분기 라인과,
    상기 분기 라인의 각각 제공되는 개폐 밸브를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 레저버 탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 센서와;
    상기 유량 조절 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는.
    상기 레저버 탱크 내 압력이 기준 압력과 상이한 경우, 상기 분기 라인 중 하나 이상의 개폐를 조절하여 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절하는 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 공급 라인에 연결되어 상기 레저버 탱크로 상기 공정 유체를 제공하며 상기 공정 유체를 액상으로 변환하는 콘덴서와;
    상기 공급 라인에 제공되어 상기 콘덴서에서 제공된 공정 유체를 임계 압력 이상으로 가압하는 펌프를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서.
    상기 복수개의 분기 라인 중 어느 하나 이상에 제공되는 히터를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 개폐 밸브의 상류에 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 공정 유체를 임계 온도 이상으로 가열하는 기판 처리 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 분기 라인은,
    서로 병렬로 제공되며 하나 이상의 메인 라인과;
    상기 메인 라인에 병렬로 제공되는 하나 이상의 서브 라인을 포함하고,
    상기 유량 조절 유닛은 상기 메인 라인과 상기 서브 라인 중 상기 메인 라인에만 설치되는 히터를 더 포함하고,
    상기 서브 라인은 상시 폐쇄된 상태로 제공되며,
    상기 제어기는,
    상기 레저버 탱크 내 압력이 기준 압력 이하임을 감지되는 경우 상기 서브 라인의 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 레저버 탱크로의 공급 유량을 증가 시키는 기판 처리 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레저버 탱크 내부로 공급되는 공정 유체는 2상 이하의 상변화를 갖도록 조절되는 기판 처리 장치.
  9. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 유체는 이산화탄소인 기판 처리 장치.
  10. 공정 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간이 제공되는 고압 챔버와;
    상기 고압 챔버로 상기 공정 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되,
    상기 유체 공급 유닛은,
    상기 고압 챔버로 제공되는 상기 공정 유체를 임시로 저장하는 레저버 탱크와;
    상기 레저버 탱크와 상기 고압 챔버를 연결하여 공정 유체를 상기 고압 챔버에 공급하는 제1 공급라인과;
    상기 레저버 탱크에 상기 공정 유체를 공급하는 제2 공급 라인과;
    상기 제2 공급 라인에 제공되어 상기 레저버 탱크에 공급되는 상기 공정 유체의 공급 유량을 조절하는 유량 조절 유닛을 포함하고,
    상기 유량 조절 유닛은,
    가변 유량 밸브와, 상기 가변 유량 밸브 상류에 제공되는 히터를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 레저버 탱크로 이송되는 공급 라인 내의 공정 유체에 대하여 임계 압력 이상으로 가압하는 단계와;
    상기 공급 라인 내의 상기 공정 유체에 대하여 임계 온도 이상으로 가열하는 단계와;
    임계 압력 이상으로 가압되고 임계 온도 이상으로 가열된 상기 공정 유체를 상기 레저버 탱크에 공급하는 단계와;
    상기 레저버 탱크에서 상기 공정 유체를 임계 온도 이상으로 유지시키면서 저장하는 단계와;
    상기 레저버 탱크 내의 초임계 상의 공정 유체를 고압 챔버로 공급하여 기판을 처리하는 공정을 수행하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 공급 라인은 복수개의 분기 라인을 포함하고, 상기 분기 라인 중 하나 이상의 분기 라인의 개폐를 조절하여 상기 레저버 탱크로의 공급 유량을 조절하는 기판 처리 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 공정 유체의 가열은 상기 분기 라인에서 이루어지는 기판 처리 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 고압 챔버에서 기판을 처리하는 공정이 수행되는 경우:
    상기 복수개의 분기 라인 중 폐쇄된 분기 라인을 개방하여 상기 레저버 탱크로의 상기 공정 유체의 공급 유량을 증가시키는 기판 처리 방법.
  15. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레저버 탱크 내부로 공급되는 공정 유체는 2상 이하의 상변화를 갖도록 조절되는 기판 처리 방법.
  16. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 유체는 이산화탄소인 기판 처리 방법.
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