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JP2008147364A - 半導体ウエハを洗浄する装置と方法 - Google Patents

半導体ウエハを洗浄する装置と方法 Download PDF

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JP2008147364A
JP2008147364A JP2006332002A JP2006332002A JP2008147364A JP 2008147364 A JP2008147364 A JP 2008147364A JP 2006332002 A JP2006332002 A JP 2006332002A JP 2006332002 A JP2006332002 A JP 2006332002A JP 2008147364 A JP2008147364 A JP 2008147364A
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Tetsuya Yamada
哲也 山田
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】 周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を、段差部よりも半径方向外側で洗浄液を供給することなく洗浄可能な技術を提供する。
【解決手段】 周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄する装置であって、前記半導体ウエハを周方向に回転させる回転手段と、前記回転手段によって回転している前記半導体ウエハの表面の前記段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給するノズルと、前記回転手段によって回転させられている前記半導体ウエハの表面に前記段差部を跨いで対向する対向面を有するガイド部材を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体ウエハの表面を洗浄する技術に関する。
回転している半導体ウエハの表面に洗浄液を供給し、半導体ウエハの表面を洗浄する技術が知られている。
例えば特許文献1には、上記の技術を利用した半導体ウエハの洗浄装置が開示されている。特許文献1に記載の洗浄装置は、半導体ウエハを保持して回転させる保持装置と、保持装置によって回転させられている半導体ウエハの表面に洗浄液を供給するノズルを備えている。この洗浄装置では、半導体ウエハの表面に供給された洗浄液が、遠心力によって半径方向外側へ移動し、半導体ウエハの周縁部から吹き飛ばされるようになっている。
特開平8−323303号公報
半導体ウエハの表面に周方向に伸びる段差部が形成されていると、洗浄液が半導体ウエハの表面を半径方向外側へ移動したときに、段差部において洗浄液が飛散してしまう。その結果、段差部よりも半径方向外側の領域に洗浄液が行き渡らず、段差部よりも半径方向外側の領域に洗浄ムラが生じてしまう。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を良好に洗浄可能な技術を提供する。
本発明は、周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄する装置を提供する。この洗浄装置は、前記半導体ウエハを周方向に回転させる回転手段と、前記回転手段によって回転している前記半導体ウエハの表面の前記段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給するノズルと、前記回転手段によって回転している前記半導体ウエハの表面に前記段差部を跨いで対向する対向面を有するガイド部材を備えている。
この洗浄装置では、半導体ウエハの表面の段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する。半導体ウエハの表面に供給された洗浄液は、半導体ウエハの表面に沿って半径方向外側に向けて移動する。このとき、段差部では、洗浄液が対向面によって案内される。それにより、段差部において洗浄液が飛散することが防止され、段差部よりも半径方向外側にも洗浄液が行き渡る。段差部よりも半径方向外側の領域が、洗浄液によって十分に洗浄される。
この洗浄装置によると、周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を良好に洗浄することができる。
上記の洗浄装置において、前記対向面には、前記半導体ウエハの段差部を跨いで少なくとも径方向に伸びる溝部が形成されていることが好ましい。
それにより、段差部よりも半径方向外側領域に、より多くの洗浄液を行き渡らせることができる。
上記の洗浄装置において、前記ノズルは、前記ガイド部材に形成されていることが好ましい。この場合、前記ガイド部材の対向面は、少なくとも前記ノズルの形成位置から前記半導体ウエハの外周端まで伸びていることが好ましい。
この洗浄装置では、半導体ウエハの表面を移動する洗浄液が、洗浄ノズルに対向する位置から半導体ウエハの外周端に至るまで案内される。それにより、半導体ウエハの表面をより確実に洗浄することができる。
上記した洗浄装置は、第1段差部と、第1段差部よりも半径方向外側に位置する第2段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄することもできる。この場合、洗浄装置は、半導体ウエハの表面の第1段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する第1ノズルと、前記半導体ウエハの表面の前記第1段差部よりも半径方向外側であるとともに前記第2段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する第2ノズルを備えることが好ましい。
それにより、第1段差部と第2段差部が形成されている半導体ウエハの表面を、より確実に洗浄することができる。
上記の洗浄装置において、前記対向面の半径方向外側端は、前記対向面の半径方向内側端よりも、前記回転手段による半導体ウエハの回転方向下流側に位置することが好ましい。
半導体ウエハの表面に供給された洗浄液は、半導体ウエハと共に回転しようとする。この洗浄装置では、洗浄液の移動方向に沿って対向面が形成されているので、段差部よりも半径方向外側の領域に、より多くの洗浄液を行き渡らせることができる。
本発明の技術は、周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄する方法に具現化することもできる。この方法は、前記半導体ウエハを周方向に回転させておく工程と、回転している前記半導体ウエハの表面の前記段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する工程と、回転している前記半導体ウエハの表面に前記段差部を跨いで対向する対向面を配置する工程を備えている。
この洗浄方法によると、周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄することができる。
本発明によって、表面が平坦な半導体ウエハのみでなく、周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄することが可能となる。
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(特徴1) 洗浄装置は、4つのノズルと、4つの対向面を備えている。
(特徴2) ノズルは、半導体ウエハの表面に対して半径方向外側に傾いた方向へ洗浄液を噴射する。
(特徴3) 洗浄装置は、複数の段差部が形成されている半導体ウエハを洗浄することができる。例えば、第1段差部と、第1段差部よりも半径方向外側に位置する第2段差部が形成されている場合、第1段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給することによって、第1段差部よりも半径方向内側の領域から、第2段差部よりも半径方向外側の領域まで、半導体ウエハの表面を洗浄することができる。あるいは、第1段差部よりも半径方向内側の領域を洗浄する必要がない場合は、ノズルが第1段差部よりも半径方向外側であるとともに前記第2段差部よりも半径方向内側の位置で洗浄液を供給すればよい。複数の段差部が形成されている半導体ウエハを洗浄する場合、洗浄を必要とする範囲に存在する段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給すればよく、すべての段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する必要は必ずしもない。
(実施例1)
本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、実施例1の半導体ウエハ100の洗浄装置10を示している。図2は、図1のII−II線における断面図を示している。図2では、洗浄装置10の図示を明瞭にするために、半導体ウエハ100の輪郭のみを破線で示す。図3は、図1のIII−III線における断面図を示している。図1に示すように、洗浄装置10は、半導体ウエハ100の表面114を洗浄する装置である。洗浄装置10は、表面が平坦な半導体ウエハのみでなく、表面114に段差部114bが形成されている半導体ウエハ100を良好に洗浄することができる。ここで、半導体ウエハ100は、半導体材料(例えばシリコン)の単結晶体である。半導体ウエハ100は、結晶成長させた半導体材料のインゴッドをスライスして製造される。
最初に、図1、図9を参照して、洗浄装置10が洗浄する半導体ウエハ100について説明する。図9は、半導体ウエハ100の斜視図である。半導体ウエハ100は、表面112(図1参照)と、それに対向する表面114(図1、図9参照)を有する円板形状を有している。以下では、説明の便宜を図るために、図1中の上側に位置する表面112を表側表面112と称し、図1中の下側に位置する表面114を裏側表面と称する。半導体ウエハ100の表側表面112は平坦面であり、半導体ウエハ100の裏側表面114は非平坦面である。裏側表面114には、中心部114aと、段差部114bと、突出部114cが形成されている。中心部114aは、半導体ウエハ100の中心軸120を中心とする円形の平坦面である。突出部114cは、中心部114aに対して中心軸120に沿った方向に突出している。突出部114cは、裏側表面の周縁114dに沿ってリング状に伸びている。段差部114bは、中心部114aと突出部114cとの間に位置している。段差部114bは、中心軸120に沿った方向に伸びる円筒面である。このように、半導体ウエハ100の裏側表面114には、段差を形成する段差部114bが、周方向に伸びている。段差部114bは、半径方向内側領域よりも半径方向外側領域の方が高くなる(ここでは厚みが増す)段差を形成している。
ここで、図1、図9に示す半導体ウエハ100は、洗浄装置10が洗浄可能な半導体ウエハの一例であり、洗浄装置10が洗浄可能な半導体ウエハを限定するものではない。
図1、図2に示すように、洗浄装置10は、半導体ウエハ100を保持して回転させる保持装置50と、保持装置50によって保持された半導体ウエハ100の裏側表面114に向かい合う4つのガイド部材40を備えている。保持装置50は、半導体ウエハ100の裏側表面114を吸着するチャック部52と、チャック部52が固定されている回転シャフト54と、回転シャフト54を回転させる駆動部56を備えている。4つのガイド部材40は、半導体ウエハ100の回転方向D1に沿って等間隔に配置されている。また、洗浄装置10は、保持装置50によって保持された半導体ウエハ100を収容するカバー20と、ガイド部材40に洗浄液2を加圧供給する洗浄液供給装置60を備えている。洗浄液供給装置60は、洗浄液を貯留するタンク62と、タンク62から洗浄液2を送り出すポンプ64と、ポンプ64が送り出した洗浄液2をガイド部材40に導く管路66を備えている。
図1、図2に示すように、ガイド部材40には、ノズル30と、半導体ウエハ100の裏側表面114に対向する対向面42が形成されている。ノズル30は、洗浄液供給装置60から供給された洗浄液2を、半導体ウエハ100の裏側表面114に向けて噴射する。ノズル30は、半導体ウエハ100の半径方向外側D2に傾けられている。それにより、ノズル30が噴射した洗浄液2は、裏側表面114に沿って半径方向外側D2に移動する。ノズル30は、半導体ウエハ100の裏側表面114の段差部114bよりも、半導体ウエハ100の半径方向内側に位置している。ノズル30は、対向面42上に形成されている。
対向面42は、ノズル30から半径方向外側D2に向けて伸びている。対向面42は、半導体ウエハ100の段差部114bを越える位置まで伸びており、半導体ウエハ100の裏側表面114の段差部114bを跨いで対向している。対向面42は、半導体ウエハ100の裏側表面114の外周114d(図4参照)まで伸びている。半導体ウエハ100の裏側表面114と対向面42との距離は、裏側表面114と対向面42との間が洗浄液2で満たされる距離に設定されている。この距離は、洗浄液2と半導体ウエハ100との親和性、洗浄液2とガイド部材40との親和性、ノズル30から噴射する洗浄液2の量や噴射速度等によって相違する。図1、図2、図3に示すように、対向面42には、半導体ウエハ100の半径方向に沿って伸びる溝部44が形成されている。溝部44は、半導体ウエハ100の中心部114aに対向する位置から、段差部114bに対向する位置を越えて、ガイド部材40の端部まで伸びている。即ち、溝部44は、段差部114bを跨ぐように形成されている。溝部44の断面形状は、図3に示す半円形状に限られない。
洗浄装置10に設けるガイド部材40の数は4つに限定されない。少なくとも一つのガイド部材40を設ければよく、5つ以上のガイド部材40を設けてもよい。
洗浄装置10によって半導体ウエハ100を洗浄する手順について説明する。先ず、洗浄する半導体ウエハ100を、保持装置50のチャック部52に固定する。このとき、半導体ウエハ100の中心軸120を、保持装置50の回転軸に一致させる。また、洗浄する裏側表面114をチャック部52に吸着させ、裏側表面114をガイド部材40に対向させる。次いで、保持装置50によって半導体ウエハ100を回転させるとともに、洗浄液供給装置60によって洗浄液2の供給を開始する。それにより、回転している半導体ウエハ100の裏側表面114に、ノズル30から洗浄液2が供給される。
図4は、ノズル30から供給された洗浄液2が流れる様子を示している。図4に示すように、ノズル30は、半径方向外側D2に傾いた方向D3に洗浄液2を噴射する。それにより、ノズル30から噴射された洗浄液2は、半導体ウエハ100の裏側表面114とガイド部材40の対向面42との間を、半径方向外側D2に向けて流れていく。そして、洗浄液2は、裏側表面114の外周端114dと対向面42の外周端42bの間から排出される。ここで、対向面42の外周端42bは、裏側表面114の外周端114dに対向する位置まで伸びている。半導体ウエハ100の裏側表面114とガイド部材40の対向面42との間に、洗浄液2の流路が形成される。半導体ウエハ100は回転しているが、洗浄液2の対向面42に対する親水性によって、洗浄液2は裏側表面114と対向面42との間に保持される。それにより、半導体ウエハ100の裏側表面114bは、対向面42に沿って流れる洗浄液2によって払拭される状態となる。洗浄液2の流路上には段差部114bが存在するが、段差部114bで洗浄液2が飛び散ることはない。洗浄液2は段差部114bを越えて流れ、突出部114cの外周端114dまで確実に洗浄される。また、カバー20内で洗浄液2がミスト状に浮遊することも防止され、半導体ウエハ100の裏側表面114に汚れが再付着することも防止される。
対向面42に形成された溝部44は、半径方向外側D2に流れる洗浄液2を案内する。また溝部44は、洗浄液2の流路面積が段差部114bにおいて変化する割合を低減し、洗浄液2の流れを安定させる。
なお、洗浄液2の一部は、半導体ウエハ100に付着して、半導体ウエハ100と共に回転する。この場合、洗浄液2は、回転方向の下流側に位置する他のガイド部材40の洗浄液2に吸収されるか、遠心力によって振り落とされるので、問題とはならない。
本実施例の洗浄装置10によると、洗浄液2が段差部114bを越えるときに、ガイド部材40の対向面42によって案内されることから、段差部114や段差部114bよりも半径方向外側に位置する突出部114cを確実に洗浄することができる。
洗浄装置10は、一つの段差部114bが形成された半導体ウエハ100のみでなく、複数の段差部が形成された半導体ウエハの表面を洗浄することもできる。また、段差部114bのように半径方向内側領域(中心部114a)に対して半径方向外側領域(突出部114c)が高くなる段差部のみでなく、半径方向内側領域に対して半径方向外側領域が低くなる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄することもできる。
図5は、洗浄装置10が、周方向に伸びる複数の段差部が形成された半導体ウエハ200の表面214を洗浄する様子を示している。図5に示すように、半導体ウエハ200の裏側表面214には、中心部214aと、第1上昇段差部214bと、第1突出部214cと、第1下降段差部214dと、間隙部214eと、第2上昇段差部214fと、第2突出部214gが形成されている。中心部214aは、円形の平坦面である。第1突出部214cは、中心部214aの周囲に形成されており、中心部214aに対して突出している。第1上昇段差部214bは、中心部214aと第1突出部214cとの間に形成されており、半径方向内側領域に対して半径方向外側領域の方が高くなる段差を形成している。間隙部214eは、第1突出部214cの周囲に形成されており、第1突出部214cに対して沈下している。第1下降段差部214dは、第1突出部214cと間隙部214eとの間に形成されており、半径方向内側領域に対して半径方向外側領域の方が低くなる段差を形成している。第2突出部214gは、間隙部214eの周囲に形成されており、間隙部214eに対して突出している。第2上昇段差部214fは、間隙部214eと第2突出部214gとの間に形成されており、半径方向内側領域に対して半径方向外側領域の方が高くなる段差を形成している。
図5に示すように、ノズル30は、複数の段差部214b、214d、214fよりも半径方向内側に位置している。ガイド部材40の対向面42は、複数の段差部214b、214d、214fを跨いで裏側表面214に対向している。それにより、洗浄液2は、複数の段差部214b、214d、214fを越えながら、裏側表面214に沿って流れる。裏側表面214は洗浄液2によって確実に洗浄される。
図5に示す場合において、ノズル30は、すべての段差部214b、214d、214fよりも半径方向内側に位置する必要はない。ノズル30は、裏側表面214を洗浄する範囲に応じて、適宜調整すればよい。例えば、中心部214aと第1上昇段差部214bと第1突出部214cを洗浄する必要がなければ、ノズル30を第1突出部214cに対向する位置に設けるとよい。この場合、第1下降段差部214dと、間隙部214eと、第2上昇段差部214fと、第2突出部214gを洗浄することができる。
図6に示すように、複数の段差部214b、214d、214fが形成された半導体ウエハ200の表面214を洗浄する場合、各ガイド部材40に第2のノズル32を付加してもよい。この場合、第1のノズル30は、第1上昇段差部214bよりも半径方向内側に位置させるとよい。そして、第2のノズル32は、第1下降段差部214dよりも半径方向外側であって、第2上昇段差部214fよりも半径方向内側に位置させるとよい。この場合、ノズル30、32は、裏側表面214と対向面42との間隔が広い範囲に配置される。このように、裏側表面214と対向面42との間隔が半径方向外側D2に沿って縮小と拡大を繰り返す場合、裏側表面214と対向面42との間隔が広い位置にノズル30、32を設けることによって、裏側表面214と対向面42との間を洗浄液2で確実に満たすことができる。
図7に示すように、実施例1の洗浄装置10において、ガイド部材40の向きを変更することもできる。ノズル30から噴射された洗浄液2は、半導体ウエハ10、200の回転に引き摺られて、半導体ウエハ10、200の回転方向D1に流れようとする。そのことから、洗浄液2と半導体材料との親和性等によっては、対向面42を回転方向D1に傾けて配置するとよい。即ち、対向面42の半径方向外側端42bを、対向面42の半径方向内側端42aよりも、半導体ウエハ100の回転方向D1の下流側に位置させるとよい。
(実施例2)
本発明を実施した実施例2について図面を参照して説明する。図8は、実施例2の洗浄装置14を示している。実施例2の洗浄装置14では、実施例1の洗浄装置10と比較して、以下の点が変更されている。第1に、実施例2の洗浄装置14では、半導体ウエハ100の洗浄すべき裏側表面114が上方に位置するように、保持装置50のチャック部52によって半導体ウエハ100の表側表面112を保持する。第2に、ガイド部材40が、4つから1つに削減されている。第2に、ガイド部材40が、保持装置50によって保持された半導体ウエハ100の上方に配置される。第3に、ガイド部材40の寸法が変更されており、半導体ウエハ100の中心軸120上にノズル30が配置されている。
本実施例2の洗浄装置14においても、ノズル30から半導体ウエハの裏側表面114に洗浄液2が供給される。このとき、洗浄液2は、半導体ウエハ100の中心軸120の位置に供給される。洗浄液2は、半導体ウエハ100の裏側表面114とガイド部材40の対向面42との間を、半導体ウエハ100の半径方向外側D2に流れる。対向面42は、半導体ウエハ100の裏側表面114に、中心軸120の位置から段差部114bを跨いで外周縁114dまで対向している。それにより、洗浄液2は、半導体ウエハ100の裏側表面114を、中心軸120の位置から段差部114bを越えて外周縁114dまで流れる。洗浄液2が段差部114で飛び散ることがない。半導体ウエハ100の裏側表面114は、中心軸120の位置から外周端114dに至るまで、洗浄液2によって洗浄される。
本実施例の洗浄装置14では、ガイド部材40が、半導体ウエハ100に対して保持装置50と反対側に配置されている。それにより、非洗浄面である表側表面112によって半導体ウエハ100を保持し、洗浄面である裏側表面114の全面洗浄することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、ノズル30は、必ずしもガイド部材40に設ける必要はなく、ガイド部材40から独立させて設けてもよい。
ノズル30は、洗浄液2の噴射方向を調整できる構成としてもよい。また、ガイド部材40の位置を調整できる構成とし、半導体ウエハ100の裏側表面114と対向面42との距離を調整できるようにしてもよい。
洗浄液供給装置60に、複数種類の洗浄液を貯留するための複数のタンクと、複数のタンクの一つを選択的にポンプに接続する切換弁を設けてもよい。それにより、半導体ウエハ100の裏側表面114から除去すべき物質に応じて、適切な種類の洗浄液を供給することが可能となる。
ガイド部材40を、半導体ウエハ100の中心軸120回りに回転させる構成としてもよい。それにより、ノズル30から噴射される洗浄液2は、自身に作用する遠心力によって、半導体ウエハ100の半径方向外側に向けて移動する。この場合、ノズル30を半導体ウエハ100の半径方向外側に傾けて設ける必要はない。ただし、半導体ウエハ100の回転速度と、ガイド部材40の回転速度には、速度差を設ける必要がある。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
実施例1の洗浄装置を示す模式図。 図1中のII−II線断面図。 図1中のIII−III線断面図。 洗浄液の流れを示す図。 複数の段差が形成された半導体ウエハを洗浄する様子を示す図。 複数のノズルを設けた変形例を示す図。 ガイド部材の向きを変化させた変形例を示す図。 実施例2の洗浄装置を示す模式図。 半導体ウエハの斜視図。
符号の説明
2:洗浄液
10、14:洗浄装置
20:カバー
30:ノズル
40:ガイド部材
42:対向面
44:溝部
50:保持装置
52:チャック部
54:回転シャフト
56:駆動部
60:洗浄液供給装置
62:洗浄液のタンク
64:ポンプ
100:半導体ウエハ
112:半導体ウエハの表側表面
114:半導体ウエハの裏側表面
114b:段差部

Claims (6)

  1. 周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄する装置であって、
    前記半導体ウエハを周方向に回転させる回転手段と、
    前記回転手段によって回転している前記半導体ウエハの表面の前記段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給するノズルと、
    前記回転手段によって回転している前記半導体ウエハの表面に前記段差部を跨いで対向する対向面を有するガイド部材と、
    を備える洗浄装置。
  2. 前記対向面に、前記半導体ウエハの段差部を跨いで少なくとも径方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする請求項1の洗浄装置。
  3. 前記ノズルは、前記ガイド部材に形成されており、
    前記ガイド部材の対向面は、少なくとも前記ノズルの形成位置から前記半導体ウエハの外周端まで伸びていることを特徴とする請求項1又は2の洗浄装置。
  4. 前記半導体ウエハの表面に、第1段差部と、第1段差部よりも半径方向外側に位置する第2段差部が形成されており、
    前記ノズルは、前記半導体ウエハの表面の前記第1段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する第1ノズルと、前記半導体ウエハの表面の前記第1段差部よりも半径方向外側であるとともに前記第2段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する第2ノズルを備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかの洗浄装置。
  5. 前記対向面の半径方向外側端は、前記対向面の半径方向内側端よりも、前記回転手段による半導体ウエハの回転方向下流側に位置することを特徴とする請求項1から4のいずれかの洗浄装置。
  6. 周方向に伸びる段差部が形成されている半導体ウエハの表面を洗浄する方法であって、
    前記半導体ウエハを周方向に回転させておく工程と、
    回転している前記半導体ウエハの表面の前記段差部よりも半径方向内側の位置に洗浄液を供給する工程と、
    回転している前記半導体ウエハの表面に前記段差部を跨いで対向する対向面を配置する工程と、
    を備える洗浄方法。
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