KR20130007467A - 기판 세정 방법 - Google Patents

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KR20130007467A
KR20130007467A KR1020120069138A KR20120069138A KR20130007467A KR 20130007467 A KR20130007467 A KR 20130007467A KR 1020120069138 A KR1020120069138 A KR 1020120069138A KR 20120069138 A KR20120069138 A KR 20120069138A KR 20130007467 A KR20130007467 A KR 20130007467A
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신밍 왕
구니마사 마쯔시따
후미또시 오이까와
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 기판의 회전 속도와 롤 세정 부재의 회전 속도 사이의 상대 속도가 0인 지점(영역)이 기판 표면의 세정 영역에 존재하더라도 전체 표면에 걸쳐 롤 세정 부재로 기판 표면을 세정할 수 있는 기판 세정 방법을 제공한다. 기판의 직경 방향에 따라 연장하는 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉시키면서, 롤 세정 부재와 기판을 회전 기판 표면을 스크러브 세정하는 기판 세정 방법은, 기판 표면을 스크러브 세정하는 중에 기판 및 롤 세정 부재 중 적어도 한쪽의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향을 변경시키는 단계를 포함한다.

Description

기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은, 세정액의 존재 하에서, 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉 유지시키면서 기판과 롤 세정 부재를 회전시킴으로써 반도체 웨이퍼와 같은 기판 표면을 긴 원통형 롤 세정 부재로 스크러브 세정하기 위한 기판 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 세정 방법은 반도체 웨이퍼 표면을 세정하거나, LCD(액정 디스플레이) 장치, PDP(플라즈마 디스플레이) 장치 및 CMOS 이미지 센서 등을 제조할 때에 기판 표면을 세정하는 데 적용될 수 있다.
기판 표면의 절연막에 형성된 배선 홈에 금속을 충전시킴으로써 기판 표면에 배선을 형성하는 대머신(damascene) 배선 형성 공정에서, 기판 표면의 여분 금속은 대머신 배선 형성 후 화학 기계적 연마(CMP)를 수행하여 연마 제거된다. CMP후의 기판 표면에는 CMP에 사용된 후 잔류하는 슬러리, 금속 연마 찌꺼기 등이 존재한다. 따라서, 이러한 CMP후의 기판 표면에 잔류하는 잔사물은 제거될 필요가 있다.
CMP후의 기판 표면을 세정하는 세정 방법으로서, 세정액의 존재 하에서, 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉 유지시키면서 기판과 롤 세정 부재를 회전시켜 긴 원통형 롤 세정 부재(롤 스펀지 또는 롤 브러시)로 기판 표면을 스크러브 세정하는 단계를 포함하는 스크러브 세정 방법이 공지되어 있다.(일본 특허 공개 제H10-308374 참조) 이러한 스크러브 세정에 사용하기 위한 롤 세정 부재는 통상적으로 기판의 직경보다 다소 큰 길이를 갖고, 세정면과 접촉되는 세정 영역에서 기판의 회전축에 수직한 위치에 배치된다. 기판 표면은 기판 표면을 롤 세정 부재로 문지름으로써, 즉 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐 기판 표면과 롤 세정 부재를 접촉 유지시키면서 회전축을 중심으로 기판을 회전시킴으로써 세정될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 세정액 존재 하에 기판(W)의 직경(DW)의 전체 길이에 걸쳐 기판 표면에 롤 세정 부재(R)를 접촉 유지시키면서, 직경(Dw)을 갖는 기판(W)을 회전 속도(NW; 각속도 ωW)로 회전축(OW)을 중심으로 회전시키고 직경(DR)을 갖는 롤 세정 부재(R)를 회전 속도(NR; 각속도 ωR)로 회전축(OR)을 중심으로 회전시킴으로써 기판(W) 표면이 세정되는 경우를 고려한다. 이 경우, 기판(W)의 스크러브 세정은 기판(W) 표면의 선형 연장 세정 영역(접촉 영역; C)을 따르는 위치에서 롤 세정 부재(R)로 수행된다.
세정 영역(C)에서의 기판(W) 표면 그리고 회전축(OW)을 중심으로 하는 원 상에 놓이고 직경(DO)을 갖는 지점의 회전 속도(VW)는 아래와 같이 회전축(OW)으로부터의 반경(DO/2)에 비례된다.
VW = (DO/2)ㆍωW = (DO/2)ㆍ2πNW
롤 세정 부재(R)의 외주면의 회전 속도(VR)는 아래와 같이 회전축(OW)으로부터의 반경(DO/2)과는 상관없이 세정 영역(C)의 길이 방향을 따라 일정하다.
VR = (DR/2)ㆍωR = (DR/2)ㆍ2πNR
기판(W)의 회전 속도(VW)는 DO = DRㆍ(NR/NW)일 때 롤 세정 부재(R)의 회전 속도(VR)와 동일하다.(VW = VR) 따라서, 기판(W) 및 롤 세정 부재(R)가 세정 영역(일정 영역; C)의 지점에서 동일한 방향으로 회전할 때 양자의 상대 속도는 0이다.
예를 들어, 300 mm의 직경을 갖는 기판(웨이퍼; W) 표면의 스크러브 세정이 60 mm의 직경을 갖는 롤 세정 부재(R)에 의해 수행될 때, 기판(W)은 150 rpm의 회전 속도로 회전되고 롤 세정 부재(R)는 200 rpm으로 회전되면서(세정 조건 A), 기판(W)의 회전 속도(VW)와 롤 세정 부재(R)의 회전 속도(VR) 사이의 상대 속도가 0인 세정 영역의 지점을 통과하는 회전축(OW)을 중심으로 기판(W) 표면 상의 원의 직경(DO)은 80 mm이다(DO = 80 mm). 동일 조건에서, 300-mm 기판(웨이퍼; W)의 회전 속도가 55 rpm으로 저하되면(세정 조건 B), 롤 세정 부재(R)의 회전 속도(VR) 및 기판(W)의 회전 속도(VW) 사이의 상대 속도가 0인 세정 영역의 지점을 통과하는 회전축(OW)을 중심으로 하는 기판(W)의 표면 상의 원의 직경(DO)은 218 mm이다(DO = 218 mm)
기판 표면이 상술한 세정 조건 A 하에서 세정될 때, 세정 성능은 약해져 도 2a에 도시된 바와 같이 기판 표면에서 80 mm(DO = 80 mm)의 직경을 갖는 원을 따르는 영역에 입자(디펙트)가 잔류하게 쉬워진다. 기판 표면이 상술한 세정 조건 B 하에서 세정될 때, 세정 능력은 약해져 도 2b에 도시된 바와 같이 기판 표면 상에 218 mm(DO = 218 mm)의 직경을 갖는 원을 따르는 영역에 입자(디펙트)가 잔류하기 쉽다.
이러한 점은, 롤 세정 부재(R)의 회전 속도(VR)와 기판(W)의 회전 속도(VW) 사이의 상대 속도가 0인 세정 영역(C)에서의 지점과 그 주변에 놓여진 롤 세정 부재(R)의 영역[오염 영역(PO)]에서 세정 성능을 저하시키는 오염이 발생하는 것으로 생각된다. 또한, 기판(W)으로부터 롤 세정 부재(R)를 분리할 때 오염 영역(PO)으로부터 기판(W)의 역오염이 발생하는 것으로도 생각된다.
예를 들어, 5 내지 200 rpm의 속도로 회전하는 300 mm 또는 450 mm의 직경을 갖는 기판(웨이퍼) 표면이 10 내지 200 rpm의 속도로 회전하는 약 30 내지 80 mm의 직경을 갖는 롤 세정 부재로 스크러브 세정될 때, 롤 세정 부재의 회전 속도와 기판의 회전 속도 사이의 상대 속도가 0인 지점(영역)이 기판 표면의 세정 영역에 종종 존재하게 된다.
이하의 대책으로, 롤 세정 부재의 회전 속도와 기판의 회전 속도 사이의 상대 속도가 0인 지점(영역)이 기판 표면의 세정 영역에 존재하는 것을 피할 수 있다. 60 mm의 직경을 갖는 롤 세정 부재로 300 mm의 직경을 갖는 기판을 스크러브 세정하는 경우, (1) 롤 세정 부재의 회전 속도(NR)는 기판의 회전 속도(NW)보다 적어도 5배 이상이거나, 또는 (2) 롤 세정 부재가 정상 속도 예로써 150 rpm으로 회전될 때, 기판은 저속 예로써, 30 rpm 이하로 회전된다.
롤 세정 부재가 기판의 회전 속도(NW)보다 적어도 5배 이상인 회전 속도(NR)로 장기간에 걸쳐 연속하여 사용되면, 발열로 인해 롤 세정 부재의 파손 위험성이 현저해진다. 한편, 기판이 30 rpm 이하의 저속으로 회전되면, 기판 표면에 공급된 세정액이 기판 표면을 따라 원활하게 흐르지 않아 입자 등이 기판 표면에 재부착되기 쉬어지고 결국 세정 성능을 떨어뜨린다.
본 발명은 상기 사정에 감안해서 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 롤 세정 부재의 회전 속도와 기판의 회전 속도 사이의 상대 속도가 0인 지점(영역)이 기판 표면의 세정 영역에 존재할 때에도 기판 표면을 전체 표면에 걸쳐 롤 세정 부재로 보다 균일하게 세정할 수 있는 기판 세정 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판의 직경 방향에 따라 연장하는 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉 유지시키면서, 롤 세정 부재와 기판을 회전시켜서 기판 표면을 롤 세정 부재로 스크러브 세정하는 기판 세정 방법을 제공한다. 이러한 방법은 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향을 기판 표면의 스크러브 세정 중에 변경하는 단계를 포함한다.
기판 표면의 직경방향으로 연장되는 세정 영역에서의, 롤 세정 부재의 회전 속도와 기판의 회전 속도 사이의 상대 속도가 0인 지점(영역)의 위치는, 기판 표면의 스크러브 세정 중에 롤 세정 부재와 기판 중 적어도 하나의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향을 변경시킴으로써 변경될 수 있다. 이러한 점은 롤 세정 부재의 특정 영역에서의 오염의 집중을 저하시킬 수 있고, 이로써 롤 세정 부재로부터 기판의 역오염을 감소시켜, 전체 표면에 걸쳐 보다 균일하게 기판 표면을 세정할 수 있게 한다.
본 발명의 양호한 태양에서, 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향은, 기판 표면에 대한 스크러브 세정 종료 직전에 변경된다.
본 명세서에서 "기판 표면의 스크러브 세정 종료 직전"이란 표현은 예로써, 기판 표면의 스크러브 세정에 필요한 처리 시간의 대략 90 퍼센트가 경과한 시점을 언급한다. 따라서, 기판 표면의 스크러브 세정 종료 직전에 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한 쪽의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향을 변경시킴으로써, 기판 표면은 최적 세정 조건 하에서 장기간 스크러브 세정될 수 있어 롤 세정 부재의 특정 영역에서의 집중된 오염으로 인한 기판으로의 오염 전사를 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 세정 성능은 기판 표면과 롤 세정 부재 사이의 불충분한 접촉으로 인해 약해지며, 롤 세정 부재로부터 기판 표면으로의 오염 전사는 롤 세정 부재가 기판 표면으로부터 들어 올려지는 순간 가장 발생하기 쉽니다.
본 발명의 양호한 태양에서, 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도는 단계적 또는 연속적으로 변경된다.
따라서, 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도를 단계적으로 변경시킴으로써, 세정 조건은 용이하게 설정될 수 있고, 롤 세정 부재와 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도는 용이하게 제어될 수 있다. 한편, 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한 쪽의 회전 속도를 연속적으로 변경시킴으로써, 롤 세정 부재의 오염 영역은 보다 균일하게 분산될 수 있다.
본 발명의 양호한 태양에서, 롤 세정 부재의 회전 속도 및 기판의 회전 속도는 기판 표면에 대한 스크러브 세정 중에 동시에 변경된다.
롤 세정 부재의 회전 속도 및 기판의 회전 속도의 최적의 조합은 최적 세정 성능을 유지하기 위해 세정 조건 등에 따라 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판의 직경 방향에 따라 연장하는 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉 유지시키면서, 롤 세정 부재와 기판을 회전시켜서 기판 표면을 롤 세정 부재로 스크러브 세정하는 기판 세정 방법을 제공한다. 이러한 방법은, 기판을 순방향으로 회전시키면서 기판 표면을 스크러브 세정하는 순방향 세정 공정과, 순방향 세정 공정과 동일한 회전 속도에서, 순방향과는 반대 방향인 역방향으로 회전시키면서 다른 기판 표면을 스크러브 세정하는 역방향 세정 공정을 포함한다. 순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정은 교대로 수행되며, 임의의 매수의 연속 기판마다 반복된다.
순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정은 기판의 회전 방향이 다르지만 동일한 기판 회전 속도를 사용한다. 기판 회전 방향의 차이는 세정 성능 면에서 어떠한 차이도 생성하지 않는다. 따라서, 임의의 매수의 연속 기판마다 순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정을 교대로 반복함으로써, 모든 기판에 대해 일정한 세정 성능을 유지하면서 롤 세정 부재의 특정 영역에서의 오염의 집중을 경감시킬 수 있다.
임의의 매수의 연속 기판은, 1매의 기판, 1로트 연속 기판, 또는 미리 정해진 매수의 연속 기판일 수 있다.
1매의 기판마다 순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정을 교대로 반복함으로써, 모든 기판에 대해 일정한 세정 성능을 유지하면서 롤 세정 부재의 특정 영역에서의 오염 집중을 저감시킬 수 있다. 1로트 연속 기판마다 순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정을 교대로 반복함으로써, 제어 소프트웨어는 간단해질 수 있다. 순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정이 미리 결정된 매수의 연속 기판마다 교대로 반복되는 경우, 순방향 또는 역방향 공정이 연속하여 반복되는 기판의 매수는 예로써, 롤 세정 부재의 오염을 기초로 하여 결정될 수 있다. 따라서, 세정 방법의 융통성이 개선될 수 있다.
본 발명의 기판 세정 방법에 따라, 기판의 회전 속도와 롤 세정 부재의 회전 속도 사이의 상대 속도가 0인, 기판 표면의 직경방향 연장 세정 영역에서의 지점의 위치는 기판 표면의 세정 중에 변경될 수 있다. 이러한 점은 롤 세정 부재의 특정 영역에서의 오염의 집중을 저감할 수 있어, 롤 세정 부재로부터의 기판의 역오염을 저감시켜 전체 기판에 걸쳐 보다 균일하게 기판 표면을 세정할 수 있게 한다.
도 1은 스크러브 세정 장치에서의 기판과 롤 세정 부재 사이의 관계를 도시하는 평면도.
도 2a 및 도 2b는 상이한 세정 조건 하에서 스크러브 세정이 수행된 후의 기판 표면에 잔류하는 입자(디펙트)의 분포를 도시한 다이아그램.
도 3은 본 발명에 따른 기판 세정 방법에 사용하기 위한 스크러브 세정 장치의 일예를 나타내는 개요도.
도 4는 세정 조건 1 하에서 스크러브 세정이 수행되는 동안 기판과 롤 세정 장치 사이의 관계를 도시하는 평면도.
도 5는 세정 조건 2 하에서 스크러브 세정이 수행되는 동안 기판과 롤 세정 장치 사이의 관계를 도시하는 평면도.
도 6는 세정 조건 3 하에서 스크러브 세정이 수행되는 동안 기판과 롤 세정 장치 사이의 관계를 도시하는 평면도.
도 7는 세정 조건 4 하에서 스크러브 세정이 수행되는 동안 기판과 롤 세정 장치 사이의 관계를 도시하는 평면도.
도 8은 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2 각각에서의 세정 후의 샘플 표면에 잔류하는 입자(디펙트)의 개수를 샘플 표면 상의 입자(디펙트)의 분포와 함께 도시한 그래프.
본 발명의 양호한 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 세정 방법에 사용하기 위한 스크러브 세정 장치의 일예의 개요도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 스크러브 세정 장치는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(W)의 외주를 표면이 상향 대면하게 지지하고 기판(W)을 수평 회전시키는 복수의(예로써, 4개가 도시) 수평 이동가능 스핀들(10)과, 스핀들(10)에 의해 지지되어 회전되는 기판(W) 상에 배치된 수직 이동가능 상부 롤 홀더(12)와, 스피들(10)에 의해 지지되어 회전되는 기판(W) 아래에 배치된 수직 이동가능 하부 롤 홀더(14)를 포함한다.
예로써, PVA로 제조된 긴 원통형 상부 롤 세정 부재(롤 스펀지, 16)는 상부 롤 홀더(12)에 의해 회전식으로 지지된다. 예로써, PVA로 제조된 긴 원통형 하부 롤 세정 부재(롤 스펀지, 18)는 하부 롤 홀더(14)에 의해 회전식으로 지지된다. 예로써, PVA로 제조된 롤 스펀지 대신, 롤 세정 부재(16, 18)로써 표면 브러시를 각각 갖는 롤 브러시를 사용할 수 있다.
상부 롤 홀더(12)는 상부 롤 홀더(12)를 수직으로 이동하고, 상부 롤 홀더(12)에 의해 회전식으로 지지된 상부 롤 세정 부재(16)를 화살표(F1)로 도시한 방향으로 회전시키는 도시하지 않은 구동 기구에 연결된다. 하부 롤 홀더(14)는 하부 롤 홀더(14)를 수직으로 이동하고 하부 롤 홀더(14)에 의해 회전식으로 지지된 하부 롤 세정 부재(18)를 화살표(F2)로 도시한 방향으로 회전시키는 도시하지 않은 구동 기구에 연결된다.
기판(W)의 표면(상부면)에 세정액을 공급하기 위한 상부 세정액 공급 노즐(20)은 스핀들(10)에 의해 지지된 기판(W) 상에 배치되고, 기판(W)의 이면(하부면)에 세정액을 공급하기위한 하부 세정액 공급 노즐(22)은 스핀들(10)에 의해 지지된 기판(W) 아래에 배치된다.
기판(W)의 외주부는 각각의 스핀들(10)의 상부에 구비된 스피닝 탑(spinning top, 24)의 주연면에 형성된 결합홈(24a)에 위치된다. 기판(W)의 외주부에 대해 내향 가압하면서 스피닝 탑(24)을 스피닝함으로써, 기판(W)은 화살표(E)로 도시된 방향(또는 반대 방향)으로 회전축(OW)을 중심으로 수평 회전된다. 본 실시예에서, 4개의 스피닝 탑(24) 중 2개가 기판(W)에 회전력을 부여하고, 나머지 2개의 스피닝 탑(24)은 각각 베어링으로서 기능을 하여 기판(W)의 회전을 수용한다. 또한, 모두가 기판(W)에 회전력을 부여하도록 모든 스피닝 탑(24)을 구동 기구에 연결할 수도 있다.
기판(W)을 수평으로 회전시키고 기판(W)의 표면(상부면)으로 상부 세정액 공급 노즐(20)로부터 세정액(약액)을 공급하면서, 상부 롤 세정 부재(16)는 회전되고 회전 기판(W)의 표면에 접촉하도록 하강되어, 기판(W)의 표면을 세정하도록 세정액의 존재 하에, 상부 롤 세정 부재(16)로 기판(W)의 표면을 스크러브 세정한다. 상부 롤 세정 부재(16)의 길이는 기판(W)의 직경보다 약간 크게 설정된다. 상부 롤 세정 부재(16)는 중심축(회전축, OR)이 기판(W)의 회전축(OW)에 사실상 수직한 위치로 배치되어, 기판(W)의 직경의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 이러한 점은 기판(W)의 전체 표면의 동시 세정을 가능하게 한다.
상술한 기판(W) 표면의 스크러브 세정과 동시에, 기판(W)의 이면의 스크러브 세정이 이하의 방식으로 수행된다. 기판(W)을 수평으로 회전시키고 하부 세정액 공급 노즐(22)로부터 기판(W)의 이면(하부면)에 세정액(약액)을 공급하면서, 하부 롤 세정 부재(18)는 회전되고 회전 기판(W)의 이면과 접촉하도록 상승되어, 기판(W)의 이면을 세정하도록 세정액의 존재 하에 하부 롤 세정 부재(18)로 기판(W)의 이면을 스크러브 세정한다. 하부 롤 세정 부재(18)의 길이는 기판(W)의 직경보다 약간 크게 설정된다. 상술한 기판(W)의 표면의 세정과 마찬가지로, 기판(W)의 전체 이면이 동시에 세정될 수 있다.
상술한 방식으로 상부 롤 세정 부재(본 명세서에서는 간단하게 "롤 세정 부재"라고 언급함, 16)로 기판(W)의 표면을 세정할 때, 기판(W) 및 롤 세정 부재(16)는, 도 4에 도시된 바와 같이 직경 방향으로 기판(W)의 전체 길이에 걸쳐 롤 세정 부재(16)의 축방향으로 선형 연장되고 길이(L)를 갖는 세정 영역(30)에서 서로 접촉을 이루어 기판(W) 표면은 세정 영역(30)에서 스크러브 세정된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 직경 DW 의 기판(W)을 회전 속도 NW1(각속도 ωW1) 로 회전시키고 직경 DR 의 롤 세정 부재(16)를 회전 속도 NR1(각속도ωR1)로 회전시키면서, 기판(W)의 표면을 롤 세정 부재(16)로 스크러브 세정할 때, 이 세정 조건을 "세정 조건 1"이라 한다. 세정 영역(30)의 길이(L)는 기판(W)의 직경(DW)과 실질적으로 동일하다.
세정 조건 1에서 실행되는 기판(W)의 표면의 스크러브 세정에 있어서, 기판(W)의 회전 속도가 롤 세정 부재(16)의 회전 속도와 같고, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 동일한 방향으로 회전하는, 즉 양자 사이의 상대 속도가 제로인 특정 지점이 세정 영역(30)에 존재할 수 있다. 기판(W)의 회전축(OW)을 중심으로 하여 놓이고, 상기 특정 지점을 통과하는 기판의 표면 상의 원의 직경을 D1 이라 한다. 세정 영역(30)의 상대 속도가 제로인 특정 지점 및 그 주변에 대응하는 위치에 놓이는 오염 영역(P1)에서 롤 세정 부재(16)에는 오염이 부분적으로 발생할 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기판(W)을 세정 조건 1의 회전 속도(NW1)(각속도 ωW1)보다 큰 회전 속도 NW2(>NW1)[각속도 ωW2(>ωW1)]로 회전시키고, 그리고/또는 롤 세정 부재(16)를 세정 조건 1의 회전 속도(NR1)(각속도 ωR1)보다 작은 회전 속도 NR2(<NR1)[각속도 ωR2(<ωR1)]로 회전시키고, 다른 조건은 세정 조건 1과 같은 조건에서 기판(W)의 표면을 세정할 때, 이 세정 조건을 "세정 조건 2"라 한다.
세정 조건 2에서 실행되는 기판(W)의 표면의 스크러브 세정에 있어서, 기판(W)의 회전 속도가 롤 세정 부재(16)의 회전 속도와 같고, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 동일한 방향으로 회전하는, 즉 양자 사이의 상대 속도가 제로인 특정 지점이 세정 영역(30)에 존재할 수 있다. 기판(W)의 회전축(OW)을 중심으로 하여 놓이고, 상기 특정 지점을 통과하는 기판의 표면 상의 원의 직경을 D2 라 할 때, 직경 D2 는 세정 조건 1에 있어서의 상대 속도가 제로인 특정 지점을 통과하는 전술한 원의 직경(D1)보다 작다(D2<D1). 세정 영역(30)의 상대 속도가 제로인 특정 지점 및 그 주변에 대응하는 위치에 놓이는 오염 영역(P2)에서 롤 세정 부재(16)에는 오염이 부분적으로 발생할 것이다. 오염 영역(P2)은, 세정 조건 1에서 관찰되는 전술한 오염 영역(P1)의 내측에[기판(W)의 회전축(OW)에 더 가깝게) 놓인다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기판(W)을 세정 조건 1의 회전 속도(NW1)(각속도 ωW1)보다 작은 회전 속도 NW3(<NW1)[각속도 ωW3(<ωW1)]로 회전시키고, 그리고/또는 롤 세정 부재(16)를 세정 조건 1의 회전 속도(NR1)(각속도 ωR1)보다 큰 회전 속도 NR3(>NR1)[각속도 ωR3(>ωR1)]로 회전시키고, 다른 조건은 세정 조건 1과 같은 조건에서 기판(W)의 표면을 세정할 때, 이 세정 조건을 "세정 조건 3"이라 한다.
세정 조건 3에서 실행되는 기판(W)의 표면의 스크러브 세정에 있어서, 기판(W)의 회전 속도가 롤 세정 부재(16)의 회전 속도와 같고, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 동일한 방향으로 회전하는, 즉 양자 사이의 상대 속도가 제로인 특정 지점이 세정 영역(30)에 존재할 수 있다. 기판(W)의 회전축(OW)을 중심으로 하여 놓이고, 상기 특정 지점을 통과하는 기판의 표면 상의 원의 직경을 D3 라 할 때, 직경 D3 는 세정 조건 1에 있어서의 상대 속도가 제로인 특정 지점을 통과하는 전술한 원의 직경(D1)보다 크다(D3>D1). 세정 영역(30)의 상대 속도가 제로인 특정 지점 및 그 주변에 대응하는 위치에 놓이는 오염 영역(P3)에서 롤 세정 부재(16)에는 오염이 부분적으로 발생할 것이다. 오염 영역(P3)은, 세정 조건 1에서 관찰되는 전술한 오염 영역(P1)의 외측에[기판(W)의 외주부에 더 가깝게) 놓인다.
도 7에 도시한 바와 같이, 기판(W)을 세정 조건 1의 회전 속도(NW1)(각속도 ωW1)와 동일한 회전 속도 NW4(=NW1)[각속도 ωW4(=ωW1)]지만 반대 방향으로 회전시키고, 다른 조건은 세정 조건 1과 같은 조건에서 기판(W)의 표면을 세정할 때, 이 세정 조건을 "세정 조건 4"라 한다.
세정 조건 4에서 실행되는 기판(W)의 표면의 스크러브 세정에 있어서, 기판(W)의 회전 속도가 롤 세정 부재(16)의 회전 속도와 같고, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)가 동일한 방향으로 회전하는, 즉 양자 사이의 상대 속도가 제로인 특정 지점이 세정 영역(30)에 존재할 수 있다. 기판(W)의 회전축(OW)을 중심으로 하여 놓이고, 상기 특정 지점을 통과하는 기판의 표면 상의 원의 직경을 D4 라 할 때, 직경 D4 는 세정 조건 1에 있어서의 상대 속도가 제로인 특정 지점을 통과하는 전술한 원의 직경(D1)과 같다(D4=D1). 세정 영역(30)의 상대 속도가 제로인 특정 지점 및 그 주변에 대응하는 위치에 위치하는 오염 영역(P4)에서 롤 세정 부재(16)에는 오염이 부분적으로 발생할 것이다. 오염 영역(P4)은, 기판(W)의 회전축(OW)을 중심으로, 세정 조건 1에서 관찰되는 전술한 오염 영역(P1)의 위치에 대해 대칭인 위치에 놓인다.
이제, 도 3에 도시한 스크러브 세정 장치를 사용하여 실행하는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 기판 세정 방법을 설명한다.
우선, 세정 조건 1[기판 회전 속도(NW1), 롤 세정 부재 회전 속도(NR1)]에서 기판(W) 및 롤 세정 부재(16)를 회전시키면서 세정액의 존재 하에 기판(W)의 표면을 롤 세정 부재(16)로 스크러브 세정한다. 스크러브 세정 중에, 기판(W) 및 롤 세정 부재(16) 중 적어도 하나의 회전 속도를 변경하여, 세정 조건 1을 세정 조건 2[기판 회전 속도(NW2), 롤 세정 부재 회전 속도(NR2)] 또는 세정 조건 3[기판 회전 속도(NW3), 롤 세정 부재 회전 속도(NR3)]으로 변경한다. 대안적으로는, 스크러브 세정 중에, 기판(W)의 회전 속도를 변경시키지 않는 상태에서 기판(W)의 회전 방향을 역전시켜, 세정 조건 1을 세정 조건 4로 변경한다.
세정 조건 1을 세정 조건 2로 변경하면, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 세정 조건 1에서의 기판의 표면의 세정 중에 존재하는 오염 영역(P1)의 위치의 내측[기판(W)의 회전축(OW)에 더 가까운] 위치에 롤 세정 부재(16)의 오염 영역(P2)이 나타난다. 세정 조건 1을 세정 조건 3으로 변경하면, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 세정 조건 1에서의 기판의 표면의 세정 중에 존재하는 오염 영역(P1)의 위치의 외측[기판(W)의 외주부에 더 가까운] 위치에 롤 세정 부재(16)의 오염 영역(P3)이 나타난다. 이는 롤 세정 부재(16)의 특정 영역에 오염이 집중하는 것을 경감시키고, 따라서 롤 세정 부재(16)로부터의 기판(W)의 역 오염을 감소시켜, 기판(W)의 표면을 그 전역에 걸쳐서 보다 균일하게 세정할 수 있게 한다.
세정 조건 1을 세정 조건 4로 변경하면, 도4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 롤 세정 부재(16)의 오염 영역(P4)은, 기판(W)의 회전축(OW)에 대해, 세정 조건 1 하에서 기판 표면의 세정 중에 존재하는 오염 영역(P1)의 위치와 대칭인 위치에 나타난다. 이러한 점으로도 롤 세정 부재(16)의 특정 영역에서의 오염 집중을 경감할 수 있다. 세정 조건 1 및 세정 조건 4는 기판(W)의 회전 방향만 상이하고 다른 조건은 동일하다. 따라서, 세정 조건 1과 세정 조건 4 사이의 세정 성능을 동일하다. 따라서, 세정 조건 1로부터 세정 조건 4로의 변화는 세정 성능의 저하를 방지할 수 있다.
기판(W)의 회전 방향의 변화 또는 롤 세정 부재(16)와 기판(W) 중 적어도 한 쪽의 회전 속도의 변경이 기판(W)의 스크러브 세정 중 임의의 시간에 이루어지더라도, 이러한 변경은 기판(W)의 스크러브 세정 종료 직전에 이루어지는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 "기판(W)의 스크러브 세정 종료 직전"이란 표현은 예로써, 기판 표면의 스크러브 세정에 필요한 처리 시간의 대략 90 퍼센트가 경과한 시점을 언급한다. 따라서, 예를 들어, 기판 표면 세정에 30초가 소요될 때, 상기 시점은 세정 개시로부터 대략 27초가 경과된 때이다.
따라서, 롤 세정 부재(16)와 기판(W) 중 적어도 한 쪽의 회전 속도 또는 기판(W)의 회전 방향을 기판(W)의 스크러브 세정 종료 직전에 변경함으로써, 롤 세정 부재(16)의 특정 영역에서의 오염 집중을 경감하면서 기판(W) 표면은 최적 세정 조건 하에서 장기간 스크러브 세정될 수 있다.
기판(W)과 롤 세정 부재(16) 중 적어도 하나의 회전 속도가 변경될 때, 이러한 변경은 단계적 또는 연속적으로 이루어질 수 있다. 기판(W)과 롤 세정 부재(16) 중 적어도 하나의 회전 속도를 단계적으로 변경시킴으로써, 세정 조건은 용이하게 설정될 수 있고, 기판(W)과 롤 세정 부재(16)의 회전 속도는 용이하게 제어될 수 있다. 한편, 기판(W)과 롤 세정 부재(16) 중 적어도 하나의 회전 속도를 연속적으로 변경시킴으로써, 롤 세정 부재(16)의 오염 영역은 보다 균일하게 분산될 수 있다.
기판(W)의 회전 속도 및 롤 세정 부재(16)의 회전 속도는 기판 표면의 스크러브 세정 중에 동시에 변경될 수 있다. 기판(W)의 회전 속도 및 롤 세정 부재(16)의 회전 속도의 최적 조합은 최적 세정 성능을 유지시키기 위해 세정 조건 등에 따라 선택될 수 있다.
도 3에 도시된 스크러브 세정 장치를 사용하여 수행되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 세정 방법을 이하 설명한다. 본 실시예에서, 상술한 세정 조건 1은 기판 표면의 순방향 세정 공정으로서 사용되며, 상술한 세정 조건 4는 기판 표면의 역방향 세정 공정으로서 사용된다. 본 실시예에서, 세정 조건 1하에서의 순방향 세정 공정 및 세정 조건 4 하에서의 역방향 세정 공정은 임의의 매수의 연속 기판마다 예를 들어, 1매의 기판 마다 교대로 반복된다.
특히, 스크러브 세정 장치로 반입된 기판은 기판 표면을 세정하기 위해 순방향 세정 공정(세정 조건 1) 처리된다. 세정 후 기판은 스크러브 세정 장치에서 반출되고, 다음 기판이 스크러브 세정 장치로 반입되어 기판 표면을 세정하기 위해 역방향 세정 공정(세정 조건 4) 처리된다. 이러한 방식으로, 순방향 세정 공정(세정 조건 1) 및 역방향 세정 공정(세정 조건 4)은 스크러브 세정 장치에 반입된 기판마다 교대로 반복된다.
상술한 바와 같이, 세정 조건 1 및 세정 조건 4는 기판(W)의 회전 방향만 상이하고, 다른 조건은 동일하다. 따라서, 세정 성능은 세정 조건 1 및 세정 조건 4 사이에서 동일하다. 따라서, 순방향 세정 공정(세정 조건 1)과 역방향 세정 공정(세정 조건 4)을 예로서 1매의 기판마다 교대로 반복함으로써, 모든 기판에 대해 일정한 세정 성능을 유지하면서 롤 세정 부재(16)의 특정 영역에서의 오염 집중을 경감시킬 수 있다.
순방향 세정 공정(세정 조건 1) 및 역방향 세정 공정(세정 조건 4)은 1로트 연속 기판마다 교대로 반복될 수 있다. 이는 제어 소프트웨어를 간단화할 수 있게 한다.
순방향 세정 공정(세정 조건 1) 및 역방향 세정 공정(세정 조건 4)는 미리 결정된 매수의 연속 기판마다 교대로 반복될 수 있다. 순방향 또는 역방향 세정 공정이 연속적으로 반복되는 기판의 매수는 예로써, 롤 세정 부재(16)의 오염 상황에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 세정 방법의 융통성이 개선될 수 있다.
[예1 및 2]
300 mm의 직경과 1000 nm의 막두께를 갖는 TEOS 블랭킷 웨이퍼(기판)의 표면이 60초 동안 연마되어 샘플이 준비되었다. 60 mm의 직경을 갖는 롤 세정 부재(16)를 구비한 도 3에 도시된 스크러브 세정 장치를 사용하여, 이하의 조건 즉, 샘플의 회전 속도는 150 rpm이고, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도는 200 rpm이고, 샘플과 롤 세정 부재(16) 사이의 접촉압이 4N인 조건 하에서 샘플 표면은 28초 동안 세정된다. 이후, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도만 200 rpm에서 50 rpm으로 변경되고, 샘플 표면은 2초 동안 동일 조건 하에서 더 세정된 후 스핀 건조되었다. 건조 후의 샘플은 100 nm 이상의 크기를 갖고 샘플 표면에 잔류하는 입자(디펙트)의 개수의 측정이 이루어졌다. 이러한 측정 결과를 샘플 표면 상의 입자(디펙트)의 분포와 함께 도 8에 도시한다(실시예 1). 또한, 동일한 실험이 동일한 웨이퍼 샘플을 사용하여 반복되었다.(실시예 2)
[비교예 1 및 2]
이하의 조건 즉, 샘플의 회전 속도는 150 rpm이고, 롤 세정 부재(16)의 회전 속도는 200 rpm이고, 샘플과 롤 세정 부재(16) 사이의 접촉압이 4N인 조건 하에서 동일한 샘플이 동일한 스크러브 세정 장치를 사용하여 30초 동안 세정된 후, 샘플의 스핀 건조가 이루어졌다. 건조 후의 샘플은 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 측정이 이루어졌다. 이러한 측정 결과를 샘플 표면 상의 입자(디펙트)의 분포와 함께 도 8에 도시한다(비교예 1). 또한, 동일한 실험이 동일한 웨이퍼 샘플을 사용하여 반복되었다.(비교예 2)
상기 예와 비교예 사이의 데이터 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 세정 방법은 세정 후 샘플 표면에 잔류하는 입자(디펙트)의 개수를 현저하게 감소시킬 수 있고, 또한 입자(디펙트)의 분산을 보다 균일하게 할 수 있다. 따라서, 비교 데이터는 본 발명에 의해 달성된 세정 성능의 현저한 향상을 보여준다.
본 발명을 양호한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예로 제한되는 것이 아니며, 본 명세서에 나타낸 바와 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 점을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판의 직경 방향에 따라 연장하는 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉 유지시키면서, 상기 롤 세정 부재와 기판을 회전시켜서 기판 표면을 롤 세정 부재로 스크러브 세정하는 기판 세정 방법이며,
    상기 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향을 기판 표면의 스크러브 세정 중에 변경하는 단계를 포함하는, 기판 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도 또는 기판의 회전 방향은, 기판 표면에 대한 스크러브 세정 종료 직전에 변경되는, 기판 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도는, 단계적 또는 연속적으로 변경되는, 기판 세정 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 롤 세정 부재 및 기판 중 적어도 한쪽의 회전 속도는, 단계적 또는 연속적으로 변경되는, 기판 세정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 롤 세정 부재의 회전 속도 및 상기 기판의 회전 속도는, 상기 기판 표면에 대한 스크러브 세정 중에 동시에 변경되는, 기판 세정 방법.
  6. 기판의 직경 방향에 따라 연장하는 롤 세정 부재를 기판 표면에 접촉 유지시키면서, 상기 롤 세정 부재와 기판을 회전시켜서 기판 표면을 롤 세정 부재로 스크러브 세정하는 기판 세정 방법이며,
    기판을 순방향으로 회전시키면서 기판 표면을 스크러브 세정하는 순방향 세정 공정과,
    상기 순방향 세정 공정과 동일한 회전 속도에서, 상기 순방향과는 반대 방향인 역방향으로 회전시키면서 다른 기판 표면을 스크러브 세정하는 역방향 세정 공정을 포함하고,
    상기 순방향 세정 공정 및 역방향 세정 공정은 교대로 수행되며, 각각이 임의의 매수의 연속 기판마다 반복되는, 기판 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 임의의 매수의 기판은, 1매의 기판, 1로트 연속 기판, 또는 미리 정해진 매수의 기판인, 기판 세정 방법.
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