JP2000100764A - 金属イオンの除去洗浄方法及び装置 - Google Patents

金属イオンの除去洗浄方法及び装置

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JP2000100764A
JP2000100764A JP10263724A JP26372498A JP2000100764A JP 2000100764 A JP2000100764 A JP 2000100764A JP 10263724 A JP10263724 A JP 10263724A JP 26372498 A JP26372498 A JP 26372498A JP 2000100764 A JP2000100764 A JP 2000100764A
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Katsumi Suzuki
克己 鈴木
Shoichi Terada
正一 寺田
Masatake Matsuo
誠剛 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】人体・装置・環境に与える影響が少なく低コス
トで金属イオンの除去が可能な新規な金属イオンの除去
洗浄方法を提供する 【解決手段】水蒸気発生室7内で純水6を加熱して水蒸
気を発生させ、この水蒸気を管路10を介して洗浄室2
に導き、この水蒸気を被洗浄物5の表面が水の沸点以上
の温度に加熱された状態の被洗浄物5に接触させること
によって被洗浄物5の表面から金属イオンの除去を行う
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水を用いて金属イオ
ンを除去洗浄する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子はわずかな金属イオン汚染で
も大きく素子特性に影響するため、従来から半導体の製
造工程において金属イオンを除去洗浄することが行われ
ている。この金属イオンの除去洗浄方法としてよく知ら
れている方法に、RCA洗浄法がある。このRCA洗浄
法は、SPM(H2SO4+H22)、HPM(HCl+
22+H2O)、DHF(HF+H2O)、FPM(D
HF+ H22)等の溶剤を用いる洗浄方法であり、除
去する金属イオンの種類によってこれらの溶剤を適宜選
択して用いている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、RCA洗浄法
の場合、多量の強酸を使用するため、人体・装置・環境
に多大な影響を与えるという問題がある。また、多量の
強酸を処理するため、大掛かりな除害設備(スクラバ
ー)や廃液処理設備が必要となり、そのためのコストが
高いという問題がある。さらに、使用する強酸によって
洗浄装置が傷みやすく装置寿命が短いうえメンテナンス
も大変で、そのためのコストも高いという問題がある。
【0004】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、その目的とするところ
は、さまざまな問題を有するRCA洗浄法のような強酸
洗浄方法を代替して、人体・装置・環境に与える影響が
少なく低コストで金属イオンの除去が可能な新規な金属
イオンの除去洗浄方法及び装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の側面に係
る金属イオンの除去洗浄方法は、水蒸気発生室内で純水
を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気を管路を介し
て洗浄室に導き、この水蒸気を被洗浄物の表面が水の沸
点以上の温度に加熱された状態の被洗浄物に接触させる
ことによって被洗浄物の表面から金属イオンの除去を行
うことを特徴とする(請求項1に対応)。このため、さ
まざまな問題を有するRCA洗浄法とは異なり、酸を用
いなくても金属イオンを効果的に除去することができる
ので、人体・装置・環境に与える影響が少なく低コスト
で金属イオンの除去が可能となる。この金属イオンの除
去をより効果的に行うためには、被洗浄物の表面の温度
を水の沸点より10度以上(より好ましくは20度以
上)高くすることが好ましい。これにより、被洗浄物の
表面で水蒸気が凝結することがなくなるので、金属イオ
ンの除去を均一に行うことができ、またドライな雰囲気
でかつ高温雰囲気での洗浄となるので、より効率よく金
属イオンの除去を行うことができる。水蒸気発生方法と
しては、純水を水の沸点以上の温度に加熱して水蒸気を
発生させる方法が好ましい。この方法の他に、純水に超
音波を印加して水蒸気を発生させる超音波法や、系を減
圧して水蒸気を発生させる減圧法が考えられるが、超音
波法や減圧法は水蒸気に含ませられる水分子の量が少な
く洗浄の効果が低いうえ、系内で水滴が発生しやすく均
一な洗浄を行いにくいため好ましくない。また、純水を
用いて水蒸気を発生させているので、純水を起源とする
金属イオンの発生を抑制することができ、金属イオンの
除去レベルを高めることができる。この観点からいえ
ば、純水として超純水(18MΩ以上)を用いるのが好
ましい。
【0006】本発明の第2の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1の側面に係る金属イオンの除去
方法において、前記水蒸気発生室が石英ガラス製である
ことを特徴とする(請求項2に対応)。このため、水蒸
気発生室を起源とする金属イオンの発生を抑制すること
ができ、金属イオンの除去レベルをさらに高めることが
できる。
【0007】本発明の第3の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1の側面に係る金属イオンの除去
方法において、前記洗浄室が石英ガラス製であることを
特徴とする(請求項3に対応)。このため、洗浄室を起
源とする金属イオンの発生を抑制することができ、金属
イオンの除去レベルをさらに高めることができる。
【0008】本発明の第4の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1の側面に係る金属イオンの除去
方法において、前記管路が石英ガラス製であることを特
徴とする(請求項4に対応)。このため、管路を起源と
する金属イオンの発生を抑制することができ、金属イオ
ンの除去レベルをさらに高めることができる。
【0009】本発明の第5の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1乃至第4のいずれかの側面に係
る金属イオンの除去方法において、水蒸気にオゾンガス
を混合して金属イオンの除去を行うことを特徴とする
(請求項5に対応)。このため、オゾンガスの作用によ
り被洗浄物の表面がごくわずかにエッチングされ、その
表面層まで侵入している金属イオンをも除去することが
できる。
【0010】本発明の第6の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1乃至第4のいずれかの側面に係
る金属イオンの除去方法において、前記洗浄室内が加圧
された条件下で、金属イオンの除去を行うことを特徴と
する(請求項6に対応)。このため、この方法によれ
ば、洗浄室内における水分子のガス密度を高くすること
ができ、さらに効率よく金属イオンの除去を行うことが
できる。この観点からいえば、洗浄内を1.0気圧より
高くすればそれなりの効果が得られるが、1.2気圧以
上(より好ましくは1.4気圧)に加圧すれば効果が顕
著になる。但し、加圧しすぎると装置の構成が複雑にな
ったり、水の沸点が高くなって水蒸気を発生するのが容
易でなくなるので、3気圧以下(より好ましくは2気圧
以下)の圧力に加圧することが好ましい。
【0011】本発明の第7の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1乃至第6のいずれかの側面に係
る金属イオンの除去方法において、前記洗浄室及び前記
管路の内面で水蒸気が凝結しないような条件下で、金属
イオンの除去を行うことを特徴とする(請求項7に対
応)。このため、この方法によれば、水蒸気発生室で発
生した水蒸気を収率よく被洗浄物表面に導くことがで
き、さらに効率よく金属イオンの除去を行うことができ
る。また、水滴の発生を防止することができるので、完
全にドライな状態で被洗浄物の金属イオンの除去を行う
ことができ、被洗浄物をより均一に金属イオンを除去す
ることができる。そのうえ、被洗浄物の表面を汚染する
こともなくなる。この観点からいえば、水の沸点より1
0度以上(より好ましくは20度以上)高くすることが
好ましい。但し、水の沸点よりあまり高くすると装置の
構成が複雑になるうえ、別の金属イオンに汚染されやす
くなるので、マージンを考慮しても水の沸点より80度
高くすれば通常十分である。
【0012】本発明の第8の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第1乃至第6のいずれかの側面に係
る金属イオンの除去方法において、水蒸気を被洗浄物の
表面に接触させた後、被洗浄物に熱水をかける工程を実
施することを特徴とする(請求項8に対応)。このた
め、さらに完全な金属イオンの除去が可能となる。
【0013】本発明の第7の側面に係る金属イオンの除
去方法は、本発明の第8の側面に係る金属イオンの除去
方法において、被洗浄物に熱水をかける工程を実施した
後、再度水蒸気を被洗浄物の表面に接触させる工程を実
施することを特徴とする(請求項9に対応)。このた
め、さらに完全に金属イオンの除去が可能となるうえ、
洗浄が終わった被洗浄物の乾燥工程が不要になるという
効果もある。
【0014】本発明の第10の側面に係る金属イオンの
除去洗浄装置は、純水を加熱して水蒸気を発生させるた
めの水蒸気発生室、被洗浄物を水蒸気に曝露させて被洗
浄物の洗浄を行うための洗浄室、前記水蒸気発生室で発
生した水蒸気を前記洗浄室に導くための管路、及び被洗
浄物の表面を水の沸点以上の温度に加熱するための被洗
浄物加熱手段を備えたことを特徴とする(請求項1
0)。このため、この金属イオンの除去洗浄装置を用い
ることにより、さまざまな問題を有するRCA洗浄法と
異なり、酸を用いなくても金属イオンを効果的に除去す
ることができるので、人体・装置・環境に与える影響が
少なく低コストで金属イオンの除去が可能となる。この
金属イオンの除去をより効果的に行うためには、被洗浄
物の表面の温度を水の沸点より10度以上(より好まし
くは20度以上)高くすることが好ましい。これによ
り、被洗浄物の表面で水蒸気が凝結することがなくなる
ので、金属イオンの除去を均一に行うことができ、また
ドライな雰囲気でかつ高温雰囲気での洗浄となるので、
より効率よく金属イオンの除去を行うことができる。被
洗浄物加熱手段としては、抵抗加熱又は電磁加熱による
加熱プレートが好ましい。この加熱プレート上に被洗浄
物を配置することによって簡単に被洗浄物の表面を水の
沸点以上に加熱することができる。被洗浄物加熱手段と
しては、赤外線や可視光によるランプ加熱装置(例えば
ハロゲンヒータ)や温風送風機を用いることもできる。
この場合、加熱制御が容易である。Siウエハを効率よ
く処理するためには、石英ガラス製の治具に複数枚Si
ウエハを収納したものを用いることができる。
【0015】本発明の第11の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10の側面に係る金属イオンの
除去装置において、前記水蒸気発生室が石英ガラス製で
あることを特徴とする(請求項11に対応)。このた
め、水蒸気発生室を起源とする金属イオンの発生を抑制
することができ、金属イオンの除去レベルをさらに高め
ることができる。
【0016】本発明の第12の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10の側面に係る金属イオンの
除去装置において、前記洗浄室が石英ガラス製であるこ
とを特徴とする(請求項12に対応)。このため、洗浄
室を起源とする金属イオンの発生を抑制することがで
き、金属イオンの除去レベルをさらに高めることができ
る。
【0017】本発明の第13の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10の側面に係る金属イオンの
除去装置において、前記管路室が石英ガラス製であるこ
とを特徴とする(請求項13に対応)。このため、管路
を起源とする金属イオンの発生を抑制することができ、
金属イオンの除去レベルをさらに高めることができる。
【0018】本発明の第14の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10乃至13のいずれかの側面
に係る金属イオンの除去装置において、前記洗浄室にオ
ゾンガスを供給するためのガス供給装置をさらに備えて
いることを特徴とする(請求項14に対応)。このた
め、オゾンガスの作用により被洗浄物の表面がごくわず
かにエッチングされ、その表面層に侵入している金属イ
オンをさらに完全に除去することができる。
【0019】本発明の第15の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10乃至13のいずれかの側面
に係る金属イオンの除去装置において、前記洗浄室内の
圧力を調整するための圧力調整手段をさらに備えている
ことを特徴とする(請求項15に対応)。このため、こ
の装置によれば、圧力調整手段により洗浄室内の圧力を
高くできるので、水分子のガス密度を高くすることがで
き、さらに効率よく金属イオンの除去を行うことができ
る。また、圧力調整手段で圧力を一定にできるので、制
御性を向上することができいる。洗浄室の圧力は、水蒸
気発生手段の加熱出力、水蒸気処理室から洗浄室に導入
される水蒸気の量を制御するための導入バルブの開閉
量、洗浄室の水蒸気等を逃がすためのリークバルブの開
閉量、系全体の温度等を制御することによって調整する
ことができる。従って、ここでいう圧力調整手段とは、
これら及びこれらの制御を行う制御装置全体をいう。
【0020】本発明の第16の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10乃至15のいずれかの側面
に係る金属イオンの除去装置において、前記洗浄室及び
前記管路の内面で水蒸気が凝結しないように前記洗浄室
及び前記管路を加熱するための管路等加熱手段をさらに
備えていることを特徴とする(請求項16に対応)。こ
のため、この装置によれば、管路等の内面で水蒸気が凝
結しないため、水蒸気発生室で発生した水蒸気を収率よ
く被洗浄物表面に導くことができ、さらに効率よく金属
イオンの除去を行うことができる。また、水滴の発生を
防止することができるので、完全にドライな状態で被洗
浄物の処理を行うことができ、被洗浄物をより均一に金
属イオンを除去することができる。そのうえ、被洗浄物
の表面を汚染することもなくなる。管路等加熱手段とし
ては、抵抗加熱又は電磁加熱によるのが好ましい。
【0021】本発明の第17の側面に係る金属イオンの
除去装置は、本発明の第10乃至15のいずれかの側面
に係る金属イオンの除去装置において、被洗浄物に熱水
をかける手段をさらに備えていることを特徴とする(請
求項17に対応)。このため、異なった方法による金属
イオンの除去法を併用できるため、さらに完全な金属イ
オンの除去が可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の金属イオンの除
去洗浄装置の好適な実施形態を示す図である。 この金
属イオンの除去洗浄装置1は、純水6を加熱して水蒸気
を発生させるための水蒸気発生室7、被洗浄物5を水蒸
気に曝露させて被洗浄物5の洗浄を行って金属イオンの
除去を行うための洗浄室2、前記水蒸気発生室7で発生
した水蒸気を前記洗浄室2に導くための管路10、及び
被洗浄物5の表面を水の沸点以上の温度に加熱するため
の被洗浄物加熱手段4(加熱プレート)を備えている。
この水蒸気発生室7、洗浄室2及び管路10は石英ガラ
ス製であり、金属イオンを発生しない構造となってい
る。洗浄室2の圧力は、加熱ヒータ8の加熱出力、水蒸
気処理室から洗浄室に導入される水蒸気の量を制御する
ための導入バルブ9の開閉量、洗浄室の水蒸気等を逃が
すためのリークバルブ11の開閉量、系全体の温度等を
制御することによって調整される。
【0023】この金属イオンの除去洗浄装置において
は、水蒸気発生室に純水を入れ、それを加熱ヒータ8に
よって加熱し、水蒸気を発生させる。この水蒸気を管路
10を介して洗浄室2に導き、所望の金属イオンの除去
を行う。このとき、加熱プレート4の温度は、被洗浄物
5の表面で水蒸気が液化しないように水の沸点以上に調
整される。また、良好な金属イオンの除去を行うために
は、洗浄室2内の水蒸気が蒸気相を維持し、また洗浄室
2内面又は管路10内面で冷却されて液化しないように
することが好ましい。そのため、別個の管路等加熱手段
18を設けて洗浄室2及び管路10を加熱するように構
成する。本実施形態では、この管路等加熱手段18とし
て、抵抗加熱可能な線状ヒータを内包するパイプを管路
10や洗浄室2の外壁に配置したものを用いた。本実施
形態では、洗浄室2の導入された水蒸気が被処理物に達
するまでの経路に水滴防止板19をさらに設けている。
管路等加熱手段を補完して水蒸気凝結防止を完全にする
ためである。
【0024】(実施例1)半導体製造において問題にな
る金属イオンとして、Al、Fe、Ni、Cu等がある
ので、Siウェハにそれらの金属イオンを強制汚染した
後、それを実施例1の洗浄法及び各種洗浄法で洗浄し
た。
【0025】実施例1では、純水として超純水(18M
Ω)を用いて水蒸気を発生させた。上記のようにして金
属汚染されたSiウェハを被洗浄物5として洗浄室2に
セットした。Siウエハの温度は150℃であり、洗浄
室の圧力を1.2気圧とした。処理時間は10分間であ
る。比較例となるRCA洗浄法は、 APMの場合はN
4OH:H22:H2O=1:1:5で80℃、HPM
の場合はHCl:H22:H2O=1:1:5で80
℃、DHFの場合はHF:H2O=1:1000で常
温、FPMの場合はHF:H22:H2O=0.5:1
0:89.5で常温、それぞれ10分揺動浸漬処理する
ことにより行った。
【0026】処理後、実施例1及び比較例によって処理
されたSiウエハの表面に存在している金属イオンを全
反射X線で調査した。図2は金属イオンの除去効果を示
す図である。図2からもわかるように、上述のどの金属
イオンについても実施例1の洗浄法はRCA洗浄法より
優れた金属イオン除去能力を有することがわかった。
【0027】(実施例2)図3は実施例2の金属イオン
除去洗浄装置21の概略断面図である。図1の金属イオ
ン除去洗浄装置1の管路10部分に、洗浄室にオゾンガ
スを供給するためのガス供給装置を設けたものである。
そして、実施例1の水蒸気に代えて、実施例1の水蒸気
にオゾンを混合したものを用いたこと以外は実施例1と
同様にして、Siウエハ表面の金属イオンの除去を行っ
た。その結果、上述の金属イオンすべてについて、実施
例1と同等以上の金属イオン除去能力を有することがわ
かった。
【0028】(実施例3)図1の金属イオン除去洗浄装
置1において、被洗浄物に熱水をかける手段(図示せ
ず)をさらに設けた金属イオンの除去洗浄装置を用い
た。そして、実施例1の処理が終わった被洗浄物に熱水
をかけて金属イオンの除去を行った。その結果、上述の
金属イオンすべてについて、実施例1と同等以上の金属
イオン除去能力を有することがわかった。
【0029】(実施例4)図1の金属イオン除去洗浄装
置1において、被洗浄物に熱水をかける手段(図示せ
ず)をさらに設けた金属イオンの除去洗浄装置を用い
た。そして、実施例3の処理が終わった被洗浄物に水蒸
気を再度接触させて金属イオンの除去を行った。その結
果、上述の金属イオンすべてについて、実施例1と同等
以上の金属イオン除去能力を有することがわかった。
【0030】本実施の形態では、Siウエハにおける金
属イオンの除去について本発明の効果について説明した
が、本発明の金属イオンの除去洗浄方法及び装置は、液
晶ディスプレイー用のTFT基板、液晶ディスプレイ用
のガラス基板をはじめ種々の基材に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の金属イオン除去洗浄装置の概略断
面図である。
【図2】 実施例1の金属イオンの除去効果を示す図で
ある。
【図3】 実施例2の金属イオン除去洗浄装置の概略断
面図である。
【符号の説明】
1 金属イオン除去洗浄装置 2 洗浄室 4 被洗浄物加熱手段(加熱プレート) 5 被洗浄物 6 超純水 7 水蒸気発生室 8 加熱ヒーター 9 導入バルブ 10 管路 11 リークバルブ 16 ガス導入口 17 オゾンガス混合バルブ 18 管路等加熱手段 19 水滴防止板 21 金属イオン除去洗浄装置

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水蒸気発生室内で純水を加熱して水蒸気を
    発生させ、この水蒸気を管路を介して洗浄室に導き、こ
    の水蒸気を被洗浄物の表面が水の沸点以上の温度に加熱
    された状態の被洗浄物に接触させることによって被洗浄
    物の表面から金属イオンの除去を行うことを特徴とする
    金属イオンの除去洗浄方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の金属イオンの除去洗浄方
    法において、 前記水蒸気発生室が石英ガラス製であることを特徴とす
    る金属イオンの除去洗浄方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の金属イオンの除去洗浄方
    法において、 前記洗浄室が石英ガラス製であることを特徴とする金属
    イオンの除去洗浄方法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の金属イオンの除去洗浄方
    法において、 前記管路が石英ガラス製であることを特徴とする金属イ
    オンの除去洗浄方法。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の金属イ
    オンの除去洗浄方法において、 水蒸気にオゾンガスを混合して金属イオンの除去を行う
    ことを特徴とする金属イオンの除去洗浄方法。
  6. 【請求項6】請求項1乃至4のいずれかに記載の金属イ
    オンの除去洗浄方法において、前記洗浄室内が加圧され
    た条件下で、金属イオンの除去を行うことを特徴とする
    金属イオンの除去洗浄方法。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれかに記載の金属イ
    オンの除去洗浄方法において、前記洗浄室及び前記管路
    の内面で水蒸気が凝結しないような条件下で、金属イオ
    ンの除去を行うことを特徴とする金属イオンの除去洗浄
    方法。
  8. 【請求項8】請求項1乃至6のいずれかに記載の金属イ
    オンの除去洗浄方法において、水蒸気を被洗浄物の表面
    に接触させた後、被洗浄物に熱水をかける工程を実施す
    ることを特徴とする金属イオンの除去洗浄方法。
  9. 【請求項9】請求項8に記載の金属イオンの除去洗浄方
    法において、被洗浄物に熱水をかける工程を実施した
    後、再度水蒸気を被洗浄物の表面に接触させる工程を実
    施することを特徴とする金属イオンの除去洗浄方法。
  10. 【請求項10】純水を加熱して水蒸気を発生させるため
    の水蒸気発生室、被洗浄物を水蒸気に曝露させて被洗浄
    物の洗浄を行うための洗浄室、前記水蒸気発生室で発生
    した水蒸気を前記洗浄室に導くための管路、及び被洗浄
    物の表面を水の沸点以上の温度に加熱するための被洗浄
    物加熱手段を備えたことを特徴とする金属イオンの除去
    洗浄装置。
  11. 【請求項11】請求項10に記載の金属イオンの除去洗
    浄装置において、 前記水蒸気発生室が石英ガラス製であることを特徴とす
    る金属イオンの除去洗浄装置。
  12. 【請求項12】請求項10に記載の金属イオンの除去洗
    浄装置において、 前記洗浄室が石英ガラス製であることを特徴とする金属
    イオンの除去洗浄装置。
  13. 【請求項13】請求項10に記載の金属イオンの除去洗
    浄装置において、 前記管路が石英ガラス製であることを特徴とする金属イ
    オンの除去洗浄装置。
  14. 【請求項14】請求項10乃至13のいずれかに記載の
    金属イオンの除去洗浄装置において、 前記洗浄室にオゾンガスを供給するためのガス供給装置
    をさらに備えていることを特徴とする金属イオンの除去
    洗浄装置。
  15. 【請求項15】請求項10乃至13のいずれかに記載の
    金属イオンの除去洗浄装置において、 前記洗浄室内の圧力を調整するための圧力調整手段をさ
    らに備えていることを特徴とする金属イオンの除去洗浄
    装置。
  16. 【請求項16】請求項10乃至15のいずれかに記載の
    金属イオンの除去洗浄装置において、前記洗浄室及び前
    記管路の内面で水蒸気が凝結しないように前記洗浄室及
    び前記管路を加熱するための管路等加熱手段をさらに備
    えていることを特徴とする金属イオンの除去洗浄装置。
  17. 【請求項17】請求項10乃至15のいずれかに記載の
    金属イオンの除去洗浄装置において、被洗浄物に熱水を
    かける手段をさらに備えていることを特徴とする金属イ
    オンの除去洗浄装置。
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