CN102209595B - 两相污染物移除介质的组成和应用 - Google Patents

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Abstract

具体实施方式提供用于将污染物从基板表面去除以提高器件产量的基板清洗技术。基板清洗技术利用如下清洗材料，该清洗材料带有分散在清洗液体中的固体成分和具有大分子量的聚合物，以形成清洗材料，所述清洗材料是流体性的。固体成分通过与污染物接触而将基板表面上的污染物去除。具有大分子量的聚合物形成将固体捕捉并俘获在清洗材料中的聚合物链和聚合物网，所述聚合物链和聚合物网防止固体落到基板表面上。此外，聚合物还可以通过与基板表面上的污染物接触而辅助将污染物从基板表面上去除。在一种实施方式中，清洗材料在基板表面上的凸出特征周围滑过而不对凸出特征产生有力冲击而损坏它们。

Description

两相污染物移除介质的组成和应用
技术领域
[1]在半导体器件(例如集成电路、存储单元等)的制造中，一系列制造工序被用于在半导体基板上(“基板”)上定义特征。在所述一系列制造工序中，基板表面暴露在各种类型的污染物下。基本上，在制造工序中存在的任何材料都是污染物的潜在来源。例如，污染物的来源可以包括工艺气体、化学品、沉积材料、蚀刻副产品以及液体等。各种污染物可能以微粒形式(或颗粒)淀积在晶片表面上。
背景技术
[2]必须将基板污染物从半导体基板表面上清除。如果没有清除，在污染物附近的器件很可能会无法运行。基板污染物还可能影响装置的性能特点并且导致装置以比平常更快的速率发生故障。因此，有必要以基本上完整的方式将污染物从基板表面清除，同时不损坏基板和定义在基板上的特征。微粒污染物的大小通常与在晶片上制造的特征的关键尺寸(critical dimension)大小相似。去除这样小的微粒污染物，但不对基板上的表面和特征产生不利影响，这可能非常困难。
[3]鉴于上述情况，需要一种改进的基板清洗技术来将污染物从基板表面除去，以提高器件产量。
发明内容
[4]一般来说，使用基板清洗技术将污染物从基板表面去除，以提高器件产量，这样的实施方式满足所述需要。所述基板清洗技术利用带有固体成分和具有大分子量的聚合物的清洗材料，所述固体成分和具有大分子量的聚合物分散在清洗液体中以形成所述清洗材料(或清洗溶液或清洗剂)。固体成分通过与污染物接触而将基板表面上的所述污染物去除。具有大分子量的聚合物形成将固体捕捉并俘获在清洗材料中的聚合物链和聚合物网，所述聚合物链和聚合物网防止固体，例如微粒污染物、杂质和清洗材料中的固体成分，落到基板表面上。此外，聚合物还可以通过与基板表面上的污染物接触而辅助将污染物从基板表面上去除。在一种实施方式中，清洗材料在基板表面上的凸出特征周围滑过而不对凸出特征产生有损害的有力冲击。
[5]应该理解的是，本发明能够以各种各样的方式来实施，包括例如材料(或溶液)、方法、工艺、设备或系统。本发明的一些创造性的实施方式在下文加以描述。
[6]在一种实施方式中，提供有一种用于从半导体基板表面去除污染物的清洗材料。所述清洗材料包括清洗液体和分散在所述清洗液体中的多个固体成分。所述多个固体成分与半导体基板表面上的至少一些污染物相互作用，以将污染物从基板表面去除。清洗材料还包括分子量大于10000克/摩尔的聚合化合物(polymericcompound)的聚合物(polymer)。聚合物在清洗液体中变得可溶并且形成带有清洗液体和多个固体成分的清洗材料。具有长聚合物链的、溶解的聚合物捕捉并俘获清洗液体中的固体成分和污染物。
[7]在另一实施方式中，提供有一种用于将污染物从半导体基板的基板表面上清洗掉的设备。该设备包括用于将半导体基板保持住(holding)的基板支撑组件。该设备还包括施加(apply)清洗材料，从而将污染物从基板表面清洗掉的清洗材料分配头。清洗材料含有清洗液体、多个固体成分和分子量大于10000克/摩尔的聚合化合物的聚合物。多个固体成分和聚合物分散在清洗液体中，并且其中，多个固体成分与半导体基板表面上的至少一些污染物相互作用，以将污染物从基板表面上去除。聚合物在清洗液体中变得可溶，并且具有长聚合物链的、溶解的聚合物捕捉并俘获清洗液体中的固体成分和污染物。
[8]在又一实施方式中，提供有一种用于将污染物从半导体基板的基板表面上去除的方法。所述方法包括将半导体基板置于清洗设备中。所述方法还包括分配清洗材料，以从基板表面清洗掉污染物。清洗材料含有清洗液体、多个固体成分和分子量大于10000克/摩尔的聚合化合物的聚合物。多个固体成分和聚合物分散在清洗液体中。多个固体成分与半导体基板表面上的至少一些污染物相互作用，以将污染物从基板表面上去除。聚合物在清洗液体中变得可溶，并且具有长聚合物链的、溶解的聚合物捕捉并俘获清洗液体中的固体成分和污染物。
[9]由从下面的详细描述，结合附图，通过举例的方式对本发明原理的阐释而使本发明的其他方面和优点变得明显。
附图说明
[10]下面通过结合附图进行详细描述，将使本发明很容易理解，其中相同参考号指代相同的结构元件。
[11]图1A示出根据本发明的实施方式，用于将微粒污染物从基板表面去除的清洗材料的物理图。
[12]图1B示出根据本发明的实施方式，图1A的清洗溶液的固体成分在基板表面上的污染物附近的物理图。
[13]图1C示出根据本发明的实施方式，与基板表面上的污染物接触的、图1A的清洗溶液固体成分的物理图。
[14]图1D示出根据本发明的实施方式，将污染物从基板表面移去的、图1A的清洗溶液固体成分的物理图。
[15]图1E示出根据本发明的实施方式，杂质的沉积和先前在基板表面上被移除的污染物的再沉积的物理图。
[16]图1F示出根据本发明的实施方式，具有固体成分和聚合物的清洗材料的物理图。
[17]图1G示出根据本发明的实施方式，具有固体成分和聚合物的清洗材料在带有凸出的表面特征120的基板表面上的物理图。
[18]图2A示出根据本发明的实施方式，用于从基板表面清洗掉污染物的设备的示意图。
[19]图2B示出根据本发明的实施方式，图2A的设备的俯视图。
[20]图2C示出根据本发明的实施方式，图2A的区域250的示意图。
[21]图2D示出根据本发明的实施方式，与图2A的处理区域250相似的处理区域250′的示意图。
[22]图2E示出根据本发明的实施方式，冲洗和干燥设备270的示意图。
[23]图3A示出根据本发明的实施方式，用清洗材料来清洗基板表面的工艺流程。
[24]图3B示出根据本发明的实施方式，制作清洗材料的工艺流程。
具体实施方式
[25]提供有用于将微粒污染物从基板上移除以提高工艺效率的改进的基板清洗技术的几个示例性实施方式。应当理解的是，本发明能够以各种各样的方式来实施，包括如解决方案、工艺、方法、设备或系统。本发明的一些创造性实施方式在下文中加以描述。对所属领域的专业人员来说，显而易见的是，无需其中所阐述的部分或全部具体细节就可以实施本发明。
[26]基板清洗技术利用带有固体成分和具有大分子量的聚合物的清洗材料，所述固体成分和具有大分子量的聚合物分散在清洗液体中以形成所述清洗材料(或清洗溶液或清洗剂)。固体成分通过与污染物接触而将基板表面上的污染物去除。具有大分子量的聚合物形成将固体捕捉并俘获在清洗材料中的聚合物链和聚合物网，所述聚合物链和聚合物网防止固体，例如微粒污染物、杂质和清洗材料中的固体成分，落到基板表面上。此外，聚合物还可以通过与基板表面上的污染物接触而辅助将污染物从基板表面上去除。在一种实施方式中，清洗材料在基板表面上的凸出特征周围滑过而不对凸出特征产生有损害的有力冲击。
[27]图1A示出根据本发明的实施方式，用于将污染物103，例如103I和103II，从半导体基板105的表面106上去除的清洗材料(或清洗溶液，或清洗剂)101的物理图。清洗材料(或清洗溶液)101包括清洗液体(或溶剂)107和固体成分109。固体成分109分散在清洗液体107中。清洗液体107提供一种媒介物，以使固体成分109贴近污染物103，接着固体成分109和污染物103例如103I和103II相互作用，从而最终将污染物103从基板表面106上去除。在一种实施方式中，通过化学试剂，如添加的表面活性剂，溶解固体成分109。在一种实施方式中，清洗材料101可以通过以大于0.1％的重量/重量百分比将羧酸固体溶解在去离子水(DIW)中来制备。在一种实施方式中，DIW中的羧酸固体约小于20％。羧酸的特点是在化合物中存在羧基(-COOH)。固体化合物109是由溶解在DIW中的羧酸沉淀而成的羧酸固体或羧酸盐。在一种实施方式中，羧酸碳数≥4。在一种实施方式中，羧酸是一种脂肪酸，所述脂肪酸是具有长的无支链的脂肪族尾(或链)的羧酸。羧酸固体和表面活性剂溶液(或表面活性剂水溶液)的混合物可以被加热到约75℃至约85℃，以缩短固体在表面活性剂溶液中分散的时间。一旦固体溶解，清洗溶液就可以冷却下来。在冷却过程中，以针状物或板状物形式存在的羧酸固体可以在清洗液体107中沉淀。
[28]有一点要注意的是，清洗材料(或清洗溶液，或清洗剂)101可以通过将固体成分，如羧酸(或盐)，混合在不同于水的液体中而制成。其他类型的极性液体，如酒精，也可以用作清洗液体107。
[29]应该理解的是，根据特定的实施方式，清洗材料101中的固体成分109可能具有表征(representing)固相中几乎任何子状态的物理特性，其中，将固相定义为不同于液体或气体的相。举例来说，诸如弹性和可塑性之类物理特性可以在清洗材料101中的不同类型的固体成分109之间有所不同。此外，应该理解的是，在不同的实施方式中，固体成分109可以被定义为结晶固体或非晶固体。不管物理特性如何，当贴近基板表面106或与基板表面106接触时，清洗材料(或清洗液体，或清洗剂)101中的固体成分109应该可以避免附着至基板表面106的表面。此外，固体成分109的力学(mechanical)特性不应该在清洗过程中使基板表面106受损。在一种实施方式中，固体成分109的硬度低于基板表面106的硬度。
[30]此外，固体成分109在贴近污染物103或与污染物103接触时应该能够与存在于基板表面106上的污染物103相互作用。例如，固体成分109的大小和形状应该有利于固体化合物109与污染物103之间的相互作用。在一种实施方式中，与污染物的横截面积相比，固体化合物109的横截面积更大。如图1B所示，当与微粒污染物103’的表面积A103’相比，固体化合物109’具有大表面积A109’时，作用于固体化合物109’的剪切力(shear force)Fs’以大致乘以面积比的剪切力(Fs’×A109’/A103’)被传输到微粒污染物103’上。例如，颗粒污染物103’的有效直径D小于约0.1微米。固体化合物109’的宽度W和长度L均在约5微米至50微米之间，而固体化合物109’的厚度在约1微米至约5微米之间。面积比(或力乘子)可能在2500至约250000之间或更高。作用于颗粒污染物103’的剪切力可能非常大并且可以从基板表面106移去颗粒污染物103’。
[31]从固体成分109’到污染物103’的能量转移可以通过直接或间接的接触而发生，并且可能使得污染物103’从基板表面106被移去。在该实施方式中，与污染物103’相比，固体成分109’可能更软或更硬。如果固体成分109’比污染物103’更软，那么固体成分109’可能在碰撞(或接触)时发生变形，结果用于将污染物103’从基板表面106上移去的动能较少地发生传递。在这种情况下，固体成分109’与污染物103’之间的附着连接可能更强。如果固体成分109’比污染物103’更硬，那么污染物103’可能在碰撞时发生变形，结果用于将污染物103’从基板表面106上移去的动能较少地发生传递。如果固体成分109’至少像污染物103’一样硬，那么在固体成分109’与污染物103’之间可能发生基本上完整的能量转移，因此增加了用于将污染物103’从基板表面106上移去的能量。可是，在固体成分109’至少像污染物103’一样硬的情况下，依赖于固体成分109’或污染物103’的变形的相互作用力可能会减小。应该理解的是，与固体成分109’和污染物103’相关的物理特性和相对速度会影响它们之间的相互碰撞作用。
[32]图1C和图1D示出清洗材料101如何将污染物103I、103II从基板表面106上去除的实施方式。在清洗过程中，为力F的向下分量的向下作用力FD作用于清洗液体107中的固体成分109I上，从而使得固体成分109I贴近基板表面106上的污染物103I或与基板表面106上的污染物103I接触。当迫使固体成分109I充分接近污染物103I或与污染物103I接触时，固体成分109I与污染物103I之间就相互作用。固体成分109I与污染物103I之间的相互作用足以克服污染物103I与基板表面106之间的附着力，以及污染物103I与基板表面106之间的排斥力。因此，当固体成分109I被为力F的剪切分力的垂直力(sheer force)Fs从基板表面106上被移走时，与固体成分109I相互作用的污染物103I也从基板表面106上被移走，即，污染物103I从基板表面106被清洗掉。在一种实施方式中，当迫使固体成分109I充分接近污染物103I时，固体成分109I与103I之间发生相互作用。在一种实施方式中，该间距可能在约10纳米之内。在另一实施方式中，当固体成分109I真正与污染物103I接触时，固体成分109I与污染物103I之间发生相互作用。这种相互作用也可以指固体成分109I与污染物103I的啮合。固体成分109II与污染物103II之间的相互作用和固体成分109I与污染物103I之间的相互作用相似。
[33]固体成分109I与污染物103I之间的相互作用力以及固体成分109II与污染物103II之间的相互作用力都大于污染物103I、103II与基板表面106的连接力。图1D示出：当固体成分109I和109II从基板表面106被移走时，与固体成分109I和109II绑定的污染物103I和103II也从基板表面106被移走。应当注意的是，在清洗过程中可能形成多种污染物去除机制。
[34]应该理解的是，因为固体成分109与污染物103，例如103I、103II，相互作用，影响清洗过程。跨越基板表面106地去除诸如103I和103II污染物将取决于固体成分109在液体107中的状态如何以及固体成分109跨越基板表面106的分布如何。在优选实施方式中，固体成分109将会如此好适当分布，以致于基本上基板表面106上的每个污染物103都会接近至少一个固体成分109。应该理解的是，一个固体成分109可以按同步的方式或按相继的方式与多于一个污染物103发生接触或相互作用。此外，固体成分109可以是不同成分的混合物，而非都是相同的成分。因此，有可能的是，清洗溶液(或清洗材料或清洗化合物)101是针对特定目的，即以特定类型的污染物为目标，而设计的，或者清洗溶液101可以具有广泛的污染物目标，其中提供有多种类型的固体成分。
[35]固体成分109与污染物103之间的相互作用可以通过一种或多种机制包括附着、碰撞和引力等来建立。固体成分109与污染物103之间的附着可以通过化学相互作用和/或物理相互作用来建立。例如，在一种实施方式中，化学相互作用使得固体成分109与污染物103之间发生胶状效应(glue-like effect)。在另一实施方式中，固体成分109的力学特性促进了固体成分109与污染物103之间的物理相互作用。例如，固体成分109可以是有延展性的，从而当被压向污染物103时，污染物103被压印在有延展性的固体成分109中。
[36]除了上文之外，在一种实施方式中，固体成分109与污染物103之间的相互作用可以由静电引力来产生。例如，如果固体成分109和污染物103具有相反的表面电荷，那么它们将彼此电吸附。可能的是，固体成分109与污染物103之间的静电引力可能足以克服使污染物103与基板表面106相连的力。
[37]在另一实施方式中，静电排斥可能存在于固体成分109与污染物103之间。例如，固体成分109和污染物103都可以具有负的表面电荷或正的表面电荷。但是，如果可以使固体成分109与污染物103足够贴近，那么它们之间的静电排斥可以通过范德华力(van der Waals attraction)来克服。通过液体107施加于固体成分109的力可能足以克服静电排斥，从而在固体成分109与污染物103之间建立范德华力。
[38]此外，在另一实施方式中，可以调整清洗液体107的pH(酸碱度)，用于补偿存在于固体成分109和污染物103之一或两者上的表面电荷，从而使得它们之间的静电排斥得以减小，以促进相互作用，或者使固体成分或污染物显示出相对于另一个产生静电引力的电荷相反的表面电荷，结果产出静电引力。例如，碱，如氢氧化铵(NH4OH)，可以被添加到具有羧酸(一种脂肪酸)固体成分的清洗溶液中，用于提高清洗溶液的pH值，其中所述清洗溶液通过诸如将2％至4％的羧酸溶解在DIW中而制备。所添加的NH4OH的量在约0.05％至约5％之间，优选在约0.25％至2％之间。氢氧化铵帮助羧酸(或脂肪酸)固体变成盐形式，所述盐形式的羧酸更容易分散在清洗溶液中。氢氧化铵还可以使污染物103水解。为了清洗金属污染物，还可以使用较低pH溶液。酸性溶液可以被用来将pH值调整到约2至约9之间。
[39]除了使用碱(例如氢氧化铵)来提高清洗效率之外，还可以将表面活性剂，例如月桂醇硫酸酯铵盐，CH3(CH2)11OSO3NH4，添加到清洗材料中。在一种实施方式中，约0.1％至约5％的表面活性剂被添加到清洗溶液101中。在优选的实施方式中，约0.5％至约2％的表面活性剂被添加到清洗溶液101中。
[40]此外，固体成分109应该避免溶解在清洗液体107中或者应该在清洗液体107中具有有限溶解度，并且应该具有在遍布整个清洗液体107中分散的表面官能性(functionality)。对于不具有或者具有有限的能够使分散遍及整个清洗液体107的表面官能性的固体成分109来说，可以将化学分散剂添加到液体介质107中，以便能够使固体成分109遍及整个清洗液体107分散。根据其具体的化学特性及其与周围的清洗液体107的相互作用，固体成分109可以采用几种不同形式中的一种或多种。例如，在不同的实施方式中，固体成分109可以形成聚集体、胶体、凝胶、聚结球状体(coalesced sphere)，或者几乎任何其它类型的凝集、混凝、絮凝、团聚或聚结。在其它实施方式中，固体成分109可以采用未在这里具体确定的一种形式。因此，需要理解的重点是，固体成分109可以基本上被定义为任何如下固体材料，所述固体材料能够以前面针对其与基板表面106和污染物103的相互作用所述的方式发挥作用。
[41]一些示例性的固体成分109包括脂肪族酸、羧酸、石蜡、纤维素、蜡、聚合物、聚苯乙烯、多肽以及其他兼具粘性和弹性的材料。固体成分109的材料应该以大于其在清洗液体107中的溶解度的浓度而存在。此外，应该理解的是，与固体成分109的特殊材料相关的清洗效果可能会随温度、pH和其他环境条件而变化。
[42]脂肪族酸本质上是指由有机化合物定义的任何酸，其中碳原子形成开链。脂肪酸是脂肪族酸的一个例子并且是如下羧酸的一个例子，所述羧酸可以用作清洗材料101中的固体成分109。可以用作固体成分109的脂肪酸的例子包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、鳕油酸、芥酸(eurcic acid)、丁酸、己酸、辛酸、肉豆蔻酸、真珠酸(margaric acid)、山酸、木焦油酸(lignoseric acid)、肉豆蔻脑酸(myristoleic acid)、棕榈油酸、神经酸(nervanic acid)、杷荏酸(parinaricacid)、花生五烯酸(timnodonic acid)、顺芜酸(brassic acid)、祭鱼酸(clupanodonic acid)、木蜡酸(lignoceric acid)、蜡酸及其混合物等。在一种实施方式中，固体成分109可以是由从C4至C-26的不同碳链长度定义的脂肪酸的混合物。羧酸基本上被定义为任何包括一个或多个羧基(COOH)的任何有机酸。此外，羧酸还可以包括其他官能团，例如但不限于甲基、乙烯基、炔、酰胺、伯胺、仲胺、叔胺、偶氮基、腈、硝基、亚硝基、氮苯基(pyrifyl)、羧基、过氧、醛、酮、伯亚胺(primary imine)、仲亚胺、醚、酯、卤异氰酸酯(halogen isocyanate)、异硫氰酸酯、苯基、苯甲基、磷酸二酯、巯基，但仍维持在清洗液体107中的不溶性。
[43]此外，固体成分109的表面官能性可能受可与清洗液体107混溶的包含部分(官能团)，如羧酸酯、磷酸酯、硫酸基、多元醇基(polyolgroup)、环氧乙烷等的影响。要理解的重点是，固体成分109应该能够以基本上均匀的方式遍及整个清洗液体107地分散，从而避免固体成分109凝结成一种不能与存在于基板105上的污染物103相互作用的形式。
[44]应该理解的是，可以调节清洗液体107，以包括离子或非离子溶剂和其他化学添加剂。例如，清洗液体107的化学添加剂可以包括复合溶剂、pH值调节剂、螯合剂、极性溶剂、表面活性剂、氢氧化铵、过氧化氢、氢酸、四甲基氢氧化铵以及流变改性剂(例如聚合物、微粒和多肽)的任何组合。
[45]如上所述，图1D示出：当固体成分109I和109II从基板表面106被移走时，与固体成分109I和109II绑定的污染物103I和103II也从基板表面106被移走。有时，在将污染物与所粘附的固体成分，例如图1D中的103I和109I以及103II和109II，一起从基板表面去除之前，一些污染物例如103II可能落回到基板表面106上。此外，在清洗材料101中出现的杂质例如杂质108也可能落在基板表面106上。杂质例如杂质108可能通过与用于制备清洗材料的固体成分和/或清洗液体的化学品一起或者在制备过程中，被引入清洗材料101中。图1E示出仍粘附于固体成分109II的污染物103II在像在图1D中所示的那样被从基板表面106上提起之后又落回到基板表面106上。图1E还示出杂质108沉积(或落在)基板表面106上，该杂质108是清洗溶液101的部分。污染物103II的再沉积和杂质108的沉积降低了清洗溶液的微粒去除效率(PRE)。
[46]再沉积的污染物和/或沉积的杂质可能在清洗溶液101从基板表面106被移去之后仍留在基板表面上。留在基板表面上的污染物和/或杂质会使得污染物和/或杂质附近区域内的器件无法使用，并因此降低基板的产量。因此，期望的是，使从基板表面去除的污染物和/或混在清洗液体107中的杂质悬浮或保持在清洗液体107(或清洗材料101)中，以防止它们落回到基板表面106上。
[47]清洗液体中带有固体成分的清洗材料的细节可以在申请号为11/159,354、于2006年9月11日提交的、题为“Method and SystemUsing a Two-Phases Substrate Cleaning Compound(利用两相基板清洗剂的方法和系统)”的、基于所有目的而援引并入此处的美国专利申请中找到。
[48]图1F中示出根据本发明的实施方式，可以将污染物和/或杂质保持在清洗液体107’中或者清洗材料110中的清洗溶液(或清洗材料，或清洗剂)110。在一种实施方式中，清洗材料110是一种液体溶液。在另一种实施方式中，清洗材料110是一种凝胶。在又一种实施方式中，清洗材料110是溶胶。清洗材料(或清洗溶液)110具有清洗液体107’和固体成分109’，所述清洗液体107’和固体成分109’由与上面描述的清洗溶液101的清洗液体107和固体成分109的相同材料构成。固体成分109’能够以与上面描述的用清洗溶液101将污染物103例如103I和103II去除掉的相同的方式，帮助将污染物103’例如103I’和103II’从基板表面106’上去除。此外，根据本发明的一种实施方式，清洗溶液含有具有大分子量的、溶解在清洗液体107’中的聚合物111。根据本发明的一种实施方式，聚合物111由具有大分子量，例如大于10000克/摩尔或100000克/摩尔，的聚合化合物构成。聚合物111形成用于捕捉并俘获被去除的污染物例如103I和103II的长聚合物链和聚合物网，以防止污染物回到基板表面106’上。由聚合物111形成的长聚合物链和聚合物网还可以捕捉并俘获杂质108’和固体成分109’，以防止它们落到基板表面106’上。聚合物还可以通过粘附基板表面106’上的污染物103’例如103III’来帮助去除污染物103’。在一种实施方式中，当聚合物靠近污染物时，基板表面上的污染物103’通过离子力、范德瓦耳斯力、静电力、疏水性相互作用、空间相互作用或化学键接而粘附于溶剂化的(solvated)聚合物。聚合物111捕捉并俘获污染物103’，例如103I’、103II’和103III’。
[49]清洗液体中带有具有大分子量的聚合物的清洗材料已在申请号为12/131,654、于2008年6月2日提交的、题为“通过单相和两相介质来去除微粒的材料(Materials for Particle Removal bySingle-Phase and Two-Phase Media)”的、基于所有目的而援引并入此处的美国专利申请中有所描述。清洗材料中具有大分子量并形成聚合物链或聚合物网的聚合物能够帮助去除基板上的污染物(或微粒)，而不损坏基板上的特征。
[50]聚合物111溶解在清洗液体107’中，清洗液体可能含有影响pH值并提高聚合物111的溶解度的元素。溶解在清洗液体107’中的聚合物可以是软凝胶体或者变成类似凝胶体的微滴悬浮在清洗溶液中。
[51]图1G示出根据本发明的实施方式应用于基板表面上的清洗材料110。清洗材料110具有聚合物网110，所述聚合物网捕捉并俘获污染物103’、固体成分109’和杂质108’。在一种实施方式中，聚合物111和固体成分109’都辅助将污染物103’从基板表面106’上去除。在另一种实施方式中，固体成分109’将污染物103’从基板表面上去除，而聚合物111捕捉并俘获已被清洗材料110中的固体成分109’从基板表面106’上去除的污染物103’。图1G示出：大量聚合物111链分散在清洗液体107’中，而污染物，例如103I’、103II’、103III’以及103IV’直接或间接通过固体成分109’例如109I’和109II’粘附于聚合物链。此外，固体成分109’，例如109III’以及杂质例如108’可以粘附于聚合物链而远离基板表面106’。
[52]如上所述，具有大分子量的聚合化合物的聚合物在清洗液体107’中形成网。此外，具有大分子量的聚合化合物的聚合物分散在清洗液体107’中。清洗材料110，连同聚合物111和固体成分109’，在清洗过程中很轻柔地作用于基板上的器件结构，例如结构120。清洗材料110中的聚合物111可以掠过(或滑过)器件结构，例如结构120，如图1G所示，而不对器件结构120造成有力冲击。这与上面提到的、会与器件结构产生不能弯曲的接触并损坏器件结构的、硬刷和衬垫相反。其他的清洗方法和系统利用由兆声清洗中的空化效应产生的力(或能量)和在可能损坏基板上的结构例如结构120的喷雾期间由液体产生的高速冲击而产生的相关问题，使用清洗材料110时没有发生。当清洗材料110中的聚合物从基板表面例如通过冲洗被去除时，粘附于聚合物链的污染物与聚合物链一起从基板表面被去除。
[53]如上所述，具有大分子量的聚合化合物的聚合物分散在清洗溶液中。具有大分子量的聚合化合物的例子包括但不限于：丙烯酸类聚合物例如聚丙烯酰胺(PAM)，和聚丙烯酸(PAA)，例如卡波泊尔940TM和卡波泊尔941TM、聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)(PDMAAm)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PIPAAm)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚甲基丙烯酰胺(PMAAm)；聚胺(polyimines)和氧化物，例如聚乙烯亚胺(PEI)、聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)等；乙烯基类聚合物，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯磺酸(PESA)、聚乙烯胺(PVAm)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚4-乙烯基吡啶(P4VP)等；纤维素衍生物例如甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)等；多糖例如合欢树(阿拉伯树胶)、琼脂和琼脂糖、肝素、瓜尔豆胶、黄原胶等；蛋白质例如蛋白、胶原、面筋等。为了说明聚合物结构的几个例子，聚丙烯酰胺是一种由丙烯酰胺亚基形成的丙烯酸酯聚合物(-CH2CHCONH2-)n。聚乙烯醇是一种由乙烯醇亚基形成的聚合物(-CH2CHOH-)m。聚丙烯酸是一种由丙烯酸亚基形成的聚合体(-CH2＝CH-COOH-)o。“n”、“m”和“o”是整数。具有大分子量的聚合化合物的聚合物要么在水溶液中可溶要么高度吸水，以便在水溶液中形成软凝胶。在一种实施方式中，聚合物是亲水性的。
[54]污染物103’可以通过在上面在图1G中讨论过的机制而用清洗材料110去除。在一种实施方式中，聚合物充当絮凝剂，使来自基板表面和清洗材料内固体的微粒(污染物)从溶液中出来变成絮凝物或絮片，所述絮凝物或絮片是由细微的悬浮微粒聚集形成的物质。高分子絮凝剂的例子包括聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸(PAA)、和壳聚糖，所述壳聚糖是多糖的一种形式、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(环氯醇-co-乙烯二胺)和聚(二甲基胺-co-环氯醇-co-乙烯二胺)。絮凝剂，聚合的或非聚合的，可以由一种以上的絮凝剂混合而成。在另一种实施方式中，聚合物不充当絮凝剂。
[55]在一种实施方式中，聚合化合物的分子量大于100000克/摩尔。在另一种实施方式中，聚合化合物的分子量在约0.1兆克/摩尔至约100兆克/摩尔之间。在另一种实施方式中，聚合化合物的分子量在约1兆克/摩尔至约20兆克/摩尔之间。在又一种实施方式中，聚合化合物的分子量在约15兆克/摩尔至约20兆克/摩尔之间。在一种实施方式中，聚合物在清洗材料中的重量百分比在约0.001％至约20％之间。在另一种实施方式中，重量比在约0.001％至约10％之间。在另一种实施方式中，重量比在约0.01％至约10％之间。在又一种实施方式中，重量比在约0.05％至约5％之间。聚合物可以溶解在清洗溶液中，完全分散在清洗溶液中，在清洗溶液中形成液体微滴(被乳化)或者在清洗溶液中形成块状。
[56]一种以上类型的聚合物可以溶解在清洗溶液中，以配制清洗材料。举例来说，清洗材料中的聚合物可以包括“A”聚合化合物和“B”聚合化合物。可选地，聚合物可以是源自两个或多个单体类型的共聚物。例如，共聚物可以包括90％的PAM和10％的PAA，并且由PAM和PAA的单体构成。此外，聚合物可以是两种或多种类型的聚合物的混合物。例如，聚合物可以通过将两种类型的聚合物，如90％的PAM和10％的PAA，混合在溶剂中而构成。
[57]在图1G所示的实施方式中，具有大分子量的聚合化合物的聚合物均匀地溶解在清洗液体107’中。清洗液体(或清洗溶液)107’的碱性液体或溶剂可以是任何极性液体，例如水(H2O)。对于极性聚合物，例如PAM、PAA或PVA，用于清洗溶液的合适的溶剂是极性液体，例如水(H2O)。溶剂的其他例子包括异丙醇(IPA)、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)。在一种实施方式中，溶剂包括一种以上的液体而且是两种或多种液体的混合物。
[58]在另一实施方式中，清洗溶液包括不同于溶剂例如水的化合物，以便改变如下清洗材料的属性，所述清洗材料通过将聚合物混合在清洗溶液中而形成。例如，清洗溶液可以包括缓冲剂，所述缓冲剂可以是弱酸或弱碱，用于调整清洗溶液和由清洗溶液形成的清洗材料的酸碱度(pH)值。弱酸的一个例子是柠檬酸。弱碱的一个例子是铵(NH4OH)。清洗材料的pH值在约1至约12之间。在一种实施方式中，对于前端应用(在铜和金属间电介质沉积之前)，清洗材料是碱性的。在一种实施方式中，前端应用的pH值在约7至约12之间。在另一种实施方式中，前端应用的pH值在8约至约11之间。在又一种实施方式中，前端应用的pH值在约8至约10之间。高pH值使基板表面带负电荷，这使得基板表面排斥固体成分109’，所述固体成分在高pH值情况下也带负电荷。
[59]在一种实施方式中，对于后端处理(在铜和金属间电介质沉积之后)，清洗溶液是弱碱性的，中性的或酸性的。后端互连中的铜与带有铵的基本溶液不兼容，所述铵腐蚀铜。在一种实施方式中，用于后端应用的pH值在约1至约7之间。在另一种实施方式中，用于后端应用的pH值在约1至约5之间。在又一种实施方式中，用于后端应用的pH值在约1至约2之间。在另一种实施方式中，清洗溶液包括表面活性剂，例如十二烷基硫酸铵(ADS)，用于辅助聚合物分散在清洗溶液中。在一种实施方式中，表面活性剂还辅助基板表面上的清洗材料的湿化。基板表面上的清洗材料的湿化允许清洗材料与基板表面以及基板表面上的微粒紧密接触。湿化提高了清洗效率。其他添加剂也可以被添加用于改善表面湿化，基板清洗，冲洗和其他相关属性。
[60]清洗溶液的例子包括缓冲铵溶液(BAS)，所述缓冲铵溶液包括碱性缓冲剂和酸性缓冲剂，例如在溶液中有0.44wt％(重量百分比)的NH4OH和0.4wt％的柠檬酸。可选地，缓冲溶液例如BAS包括一些量的表面活性剂例如1wt％的ADS，以帮助聚合物悬浮和扩散在清洗溶液中。含有1wt％的ADS、0.44wt％的NH3和0.4wt％的柠檬酸的溶液被称为溶液“100”。溶液“100”和BAS都有约为10的pH值。
[61]表I示出各种清洗材料的微粒去除效率(PRE)和所添加的微粒(或污染物)的数量。通过将4％的硬脂酸铵酸(作为固体成分)混入上面定义的清洗溶液100中并且将0.2％(重量百分比)的15-20兆克/摩尔的聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸(acrylamind-co-acrylic acid))混入上面定义的清洗溶液100中，来制备清洗材料。一些清洗材料仅包含固体成分和清洗液体，而一些清洗液体仅包含聚合物和清洗液体。对于包含所有三种成分(即固体成分、聚合物和清洗液体)的清洗材料来说，清洗材料可以先通过将脂肪酸和水，以及将聚合物和水各自预混合，然后将该预混合物混在一起而制成。可选地，具有所有三种成分的清洗材料可以通过首先将脂肪酸或聚合物和水混合并且然后混入第三种成分而制成。在另一种实施方式中，三种成分可以在相同时间被混合在一起。
[62]PRE通过使用微粒监测基板来测量，所述微粒监测基板被有目的地与具有不同大小的氮化硅微粒一起沉积。在该项研究中，只测量到大小在90纳米至1微米之间的微粒。通过下面列出的等式(1)来计算PRE：
PRE＝(清洗前总数-清洗后总数)/清洗前总数     (1)
带有氮化硅的基板被预扫描，以便测量微粒总数并且获得有待与基板清洗后的基板进行比较的微粒图。如果微粒出现在基板上的如下位置，基板上的所述位置在基板清洗前没有微粒，那么这些微粒被认为是“加入者(adder)”。“加入者”可以是基板上已被移至新位置的污染物或者来自被沉积于基板表面上的清洗材料的微粒(污染物或者杂质)。
  清洗材料编号   脂肪酸(％)   聚合物(ppm)   PRE(％)   加入者数量
  #1   4.0   0   92   273
  #2   2.0   0   70   288
  #3   2.0   1000   96   36
  #4   2.0   500   98   24
  #5   2.0   250   96   30
  #6   3.0   500   98   27
  #7   3.8   100   98   27
  #8   4.0   20   96   35
  #9   0.0   1000   94   9
  #10   0.0   500   81   24
表I不同清洗材料的微粒去除效率(PRE)。
[63]表I中的数据显示：纯粹由脂肪酸(固体成分)和水(清洗液体)构成的清洗材料#1和#2具有良好的清洗效率(或PRE)(#1为94％且#2为70％)。然而，加入者数量相当高(＞250)。但是，如果将一些量的聚合物添加到清洗材料中，不仅加入者数量得以大大减少，还使PRE得以提高。这可以通过将清洗材料#1和#2的清洗数据与清洗材料#3至#10的清洗数据进行比较而看出。数据显示：将聚合物添加到清洗材料中很大程度地使加入者数量从大于250减少至小于40。将聚合物添加到清洗材料中也提高了PRE。这可以通过将清洗材料#2与清洗材料#3、#4和#5比较而看出。这四个清洗材料都具有2％的脂肪酸和从250ppm至1000ppm的不同量的聚合物。随着聚合物的添加，带有2％脂肪酸的清洗材料的PRE从70％大幅提高至约96％-98％。即使添加少量的聚合物，例如250ppm，将足以提高PRE和减少加入者数量。
[64]脂肪酸的作用可能在确定浓度的聚合物的情况下是重要的。清洗材料#3和#9都具有1000ppm浓度的聚合物，这两个清洗材料的PRE相当接近，#3为96％且#9为94％。具有2％脂肪酸的清洗材料的加入者数量略微高些，36个加入者比9个加入者。均具有500ppm的聚合物的清洗材料#4和#10的PRE显示：添加2％的脂肪酸使PRE从81％提高到98％。结果显示：脂肪酸有助于提高PRE，并且在确定的聚合物浓度例如500ppm的情况下PRE的提高更有意义。
[65]表I中的实验结果还显示：随着聚合物在清洗材料中的添加，当脂肪酸的在2％至4％之间时，PRE不随着脂肪酸浓度的变化而变化。均具有500ppm的聚合物的清洗材料#4(2％的脂肪酸)和清洗材料#6(3％的脂肪酸)的PRE均为约98％。此外，清洗材料#2、#3、#4、#5、#6、#7和#8的PRE全都在约96％至约98％之间。表I中的数据显示：脂肪酸为2％-4％并且聚合物浓度在20ppm至1000ppm之间时，能够以带有约96％至约98％之间的高PRE并且带有约27至约36之间的少加入者的方式清洗基板。
[66]表I中的结果显示：将聚合物添加到清洗材料中大大减少了加入者并且还提高了PRE。聚合链和聚合网帮助捕捉并俘获基板表面上和清洗液体中的微粒，并且防止它们沉积或再沉积在基板表面上。表I中的结果还显示：固体成分在清洗基板表面上的污染物中起作用。
[67]图2A示出根据本发明的实施方式，用于清洗基板250的设备200。所述设备200包括清洗材料分配头204a，所述清洗材料分配头用于将清洗材料分配到基板205的表面215上。将清洗材料分配头204a联接到清洗材料储存器231。在一种实施方式中，通过臂(未示出)将清洗材料分配头204a临近(临近头)基板205的表面215保持住。使用临近头来清洗基板的示例性设备的细节可以在申请号为12/165,577、于2008年6月30日提交的、题为“Single Substrate Processing Head for ParticleRemoval Using Low Viscosity Fluid(用低粘度流体来去除微粒的单基板处理头)”的并且通过援引而全部并入此处的美国专利申请中找到。
[68]所述设备还包括用于冲洗和干燥基板205的表面215的上部冲洗干燥头204b-1。将上部冲洗干燥头204b-1联接到冲洗液体储存器232，所述冲洗液体储存器提供用于冲洗基板表面215的冲洗液体，所述基板表面被由清洗材料分配头204a分配的清洗材料202的薄膜所覆盖。此外，将上部冲洗干燥头204b-1联接到废料储存器233和真空泵(vacuum)234。废料储存器233包含带有从基板表面215上去除的污染物的清洗材料和由上部冲洗干燥头204b-1分配的冲洗液体的混合物。
[69]在一种实施方式中，基板205沿方向201在清洗材料分配头204a和上部冲洗干燥头204b-1下移动。首先用清洗材料的薄膜来覆盖基板205的表面215，然后通过上部冲洗干燥头204b-1来冲洗和干燥基板205的表面215。基板205由基板保持架240保持住。可选地，可以使基板205保持稳定(不移动)，并且使清洗材料分配头204a和上部冲洗干燥头204b-1沿与方向210相反的方向210’移动。
[70]在一种实施方式中，清洗材料分配头204a和上部冲洗干燥头204b-1属于两个独立的系统。在第一系统中用清洗材料分配头将清洗材料分配到基板205上，然后用冲洗干燥设备移动到第二系统上。所述冲洗干燥设备可以是一种设备，例如上部冲洗干燥头204b-1，或者是其他类型的冲洗干燥设备。
[71]在一种实施方式中，在基板205下方有两个下部冲洗干燥头204b-2和204b-3，用于清洗基板205的表面216。在一种实施方式中，将两个下部冲洗干燥头204b-2和204b-3联接到冲洗液体储存器232’和废料储存器233’以及真空(泵)234’，如图2A所示。在另一实施方式中，将每个下部冲洗干燥头204b-2和204b-3都联接到单独的冲洗液体储存器和单独的废料储存器以及单独的真空泵。在又一种实施方式中，将冲洗液体储存器232和232’合并成一个储存器，并且将废料储存器233和233’合并成一个储存器。在该实施方式中，也将真空泵234和234’合并成一个真空泵。
[72]在一种实施方式中，冲洗干燥头204b-2正好在清洗材料分配头204a下方，而下部冲洗干燥头204b-3正好在上部冲洗干燥头204b-1下方。在另一实施方式中，下部冲洗干燥头204b-2和204b-3的位置与清洗材料分配头204a和上部冲洗干燥头204b-1的位置无关。在一种实施方式中，通过臂(未示出)将上部冲洗干燥头204b-1、下部冲洗干燥头204b-2和204b-3临近(临近头)基板205的相应的表面215和216被保持住。
[73]图2B示出根据本发明的实施方式，设备200的俯视图。清洗材料分配头204a平行于上部冲洗干燥头204b-1。下部冲洗干燥头204b-2和204b-3(未示出)在基板205和清洗材料分配头204a以及上部冲洗干燥头204b-1下方。在一种实施方式中，下部冲洗干燥头204b-2和204b-3都与上部冲洗干燥头204b-1相似并且它们互相平行。
[74]图2C示出根据本发明的实施方式，图2B的处理区域250。所述处理区域250说明的是从清洗材料分配头204a和上部冲洗干燥头204b-1以及下部冲洗干燥头204b-2和204b-3到基板205上的流体应用的实施方式。在该实施方式中，上部冲洗干燥头204b-1和下部冲洗干燥头204b-2和204b-3冲洗和干燥基板205。上部冲洗干燥头204b-1和下部冲洗干燥头204b-2和204b-3具有分配端口208和真空端口206。在一种实施方式中，分配端口208用于将冲洗液体，如去离子水，应用于基板205。真空穿过真空端口206以去除通过分配端口208应用的流体。穿过真空端口而去除的流体包括冲洗液体、清洗材料以及与清洗材料一起被去除的污染物。其他类型的清洗液体也可以穿过分配端口208被应用于基板205。
[75]图2C还示出将清洗材料101的薄膜202施加于基板205的清洗材料分配头204a。在一种实施方式中，清洗材料分配头204a跨越基板205提供均匀的传送流(flow delivery)。如上所述，在一种实施方式中，基板205沿方向210在上部给料器(applicator)204a与下部给料器204b-2之间移动。根据本发明的实施方式，依赖于所传送的清洗材料的类型和基板在清洗材料分配头204a下面的速度，可以通过分配头209以约20cc/min(立方厘米/分钟)到500cc/min的速度将清洗材料供应至基板205。清洗材料分配头204a在打开时分配清洗材料101的薄膜202。在一种实施方式中，清洗材料的流体表面张力防止：当穿过歧管(manifold)(未示出)的清洗材料流被关闭时，清洗材料从上部给料器204a上滴下或漏出。在冲洗干燥头的下面存在着某一体积203的材料，所述某一体积的材料包含冲洗液体、清洗材料和从基板表面去除的污染物。
[76]在一种实施方式中，图2A-2C中的清洗材料分配头204a通过清洗材料的分配作用，提供一个到清洗材料和基板表面的向下的力。通过气压或机械泵可以将清洗材料压出清洗材料分配头204a。在另一实施方式中，给料器204a通过向下的机械力向基板表面的清洗材料提供一个向下的力。在一种实施方式中，基板205在给料器204a下面沿方向210的移动，向清洗材料和基板表面提供垂直力(sheer force)。所述向下的垂直力辅助清洗材料将污染物从基板表面215上去除。
[77]图2D示出根据本发明的实施方式，与图2A的处理区域250相似的处理区域250’的示意图。在该实施方式中，存在上部清洗材料分配头204a和下部清洗材料分配头204a’。上部清洗材料分配头204a已在上文在图2A-2C中描述过。下部清洗材料分配头204a’也将清洗材料101’的薄膜202’分配在基板205的下侧上。下部清洗材料分配头204a’还具有用于分配清洗材料101’的分配端口209’。所分配的清洗材料101’在基板205的下侧形成薄膜202’。在该实施方式中，下部清洗材料分配头204a’以与前面讨论过的上部清洗材料分配头204a类似的方式将清洗材料101’的薄膜202’施加于基板205的下表面216。在一种实施方式中，清洗材料101和101’相同，而在另一种实施方式中，清洗材料101和101’不同。
[78]有些清洗材料流向分配端口209’的下部分配头210的侧壁，以形成薄膜203’。在分配端口209’的下端部，存在用于收集如下清洗材料的收集器207，所述清洗材料流至下部分配头209’的分配端口209’周围的侧壁210。在一种实施方式中，收集器207在顶部附近具有宽开口，同时在底部附近具有窄通道。在一种实施方式中，如在图2A中所示，如果清洗材料101与清洗材料101’相同，那么上部分配头204a和下部分配头204a’都被联接到清洗材料储存器231上。在另一种实施方式中，下部分配头204a’被联接至清洗材料101’的另一储存器(未示出)，所述清洗材料101’可以与清洗材料101相同，或者与清洗材料101不同。由收集器207收集的溢出的清洗材料可以被供应至用于向分配端口209’供应清洗材料101’的清洗材料储存器或者被供应至不同的清洗材料储存器(未示出)。
[79]图2D中的上部冲洗干燥头204b-1和下部冲洗干燥头204b-3与图2A和图2C中描述的给料器204b-1和204b-3相似。当基板205在上部给料器204b-1与下部给料器204b-3之间经过时，对其进行冲洗和干燥。通过端口208将冲洗剂204施加于基板205。在一种实施方式中，冲洗剂204是去离子水。在另一实施方式中，冲洗剂204是去离子水和异丙醇的混合物。真空穿过端口206，以将冲洗剂204与流体202和202’一起从基板205上去除。
[80]可选地，清洗设备2A不具有冲洗干燥头204b-1、204b-2和204b-3。在将清洗材料施加于基板205之后。可将基板移至用于冲洗和干燥的另一设备。图2E示出冲洗干燥设备270的实施方式的示意图。设备270具有容纳基板支撑组件272的容器271。基板支撑组件272具有支撑基板205”的基板保持器273，所述基板保持器具有用于清洗材料101的层280。通过旋转机构274来旋转基板支撑组件272。所述设备270包括冲洗液体分配器320，所述冲洗液体分配器可以将冲洗液体276分配到基板表面，以清洗基板表面的清洗材料。在一种实施方式中，冲洗液体是去离子水(DIW)。在另一种实施方式中，分配器275将冲洗溶液，例如带NH4OH的DIW，分配到基板表面上，以使清洗材料水解，从而能够将清洗材料从基板表面上运走。然后，相同的分配器270或不同的分配器(未示出)可以分配DIW，以从基板表面去除清洗溶液。
[81]图3A示出根据本发明的实施方式，用包含固体成分和具有大分子量的聚合化合物的聚合物的清洗材料来清洗基板的工艺流程300。在一种实施方式中，基板是图案化的基板，所述图案化的基板带有从基板表面凸出的特征。在另一实施方式中，基板是没图案化的空白的晶片。清洗材料中的化学品已在上面描述过。在操作301中，将待清洗的基板置于清洗设备中。在操作302中，将清洗材料分配到基板表面上。在上面提到的情况中，清洗材料含有固体成分以及具有大分子量的聚合物，两者都被混合在清洗液体中。在操作303中，将冲洗液体分配到图案化的基板的表面上，以冲洗掉清洗材料。所述冲洗液体已在上文描述过。在操作304中，将冲洗液体和清洗材料从基板的表面上去除。在一种实施方式中，在将冲洗液体应用于基板表面之后，通过真空方式将基板表面上的冲洗液体、清洗材料和污染物从图案化的基板的表面上去除。图案化的基板上的有待去除的污染物基本上可以是任何类型的、与半导体晶片制造工艺有关的表面污染物，所述污染物包括但不限于微粒污染物、痕量金属污染物、有机污染物、光刻胶碎片、源自晶片处理设备的污染物和晶片背侧微粒污染物。工艺流程300中描述的基板清洗方法还包括：向固体成分施加力，以便使固体成分与存在于基板上的污染物接近，从而在固体成分与污染物之间建立一种相互作用。在一种实施方式中，在将清洗材料分配到基板表面上时，向固体成分施加力。在另一实施方式中，在将清洗材料分配到基板表面上并且还将冲洗液体施加于基板表面上时，向固体成分施加力。在该实施方式中，在冲洗期间向基板表面施加力还有助于使固体成分接近污染物，以在固体成分与污染物之间建立相互作用。
[82]此外，在一种实施方式中，工艺流程300可以包括用于控制清洗材料的温度以增强固体成分与污染物之间的相互作用的的操作。更具体地，清洗材料的温度可被控制用来对固体成分的属性进行控制。例如，在较高的温度下，固体成分可能更具可塑性，从而所述固体成分在被压向污染物时更好地顺应(conform)。于是，一旦所述固体成分受压并且顺应了污染物，就降低温度，以使固体成分具有较少的可塑性，以便更好地保持其相对于污染物的顺应形状(conformal shape)，因此有效地将固体成分和污染物锁在一起。此外，温度也可用于控制溶解度，并且因此用于控制固体成分的浓度。例如，在较高温度下，固体成分可能更容易溶解在清洗液体中。温度也可用于控制和/或使固体成分能够在基板上在原位从液体-液体悬浮液中形成。
[83]在一种实施方式中，所述方法包括用于控制清洗材料在基板上的流速，以便控制或增强固体清洗材料和/或污染物离开基板的运动。本发明的用于将污染物从基板去除的方法能够以很多不同的方式来实施，只要存在有将力施加到清洗材料的固体成分从而使固体成分与待去除的污染物相互作用的措施。
[84]可选地，在基板冲洗的操作303之前，可以利用使用化学品的最后清洗来清洗带有清洗材料(所述清洗材料包含被移去的污染物)的基板，所述化学品促进将所有清洗材料连同污染物从基板表面去除。例如，如果清洗材料含有羧酸固体，那么稀释在DIW中的NH4OH可用于将羧酸从基板表面去除。NH4OH使羧酸水解(或通过去质子化使其离子化)并且能够使水解的羧酸从基板表面被运走。可选地，表面活性剂，例如十二烷基硫酸铵，CH3(CH2)11OSO3NH4，可被添加到DIW中，用于将羧酸固体从基板表面去除。
[85]用于冲洗操作303的冲洗液体可以是任何液体，例如DIW或其他液体，以将最后清洗(如果存在这种操作的话)中所使用的化学品或清洗材料(没有最后清洗操作)从基板表面上去除。在冲洗操作中使用的液体应该在其蒸发之后不在基板表面留下化学残余物。
[86]图3B示出根据本发明的实施方式，制备用于清洗图案化的基板的清洗材料的工艺流程350。像上文描述的那样，清洗材料含有固体成分和具有大分子量的聚合化合物的聚合物。在操作351中，通过将用于固体成分的化学品与清洗液体混合来制备第一混合物。在一种实施方式中，用于固体成分的化学品呈粉末形式，所述粉末形式物与清洗液体混合以制成第一混合物。在一种实施方式中，操作351还包括在混合过程中进行加热和冷却。在操作352中，通过将用于聚合物的化学品与清洗液体混合来制备第二混合物。在一种实施方式中，用于聚合物的化学品呈粉末形式，所述粉末形式物与清洗液体混合以制成第二混合物。在一种实施方式中，操作351还包括在混合过程中进行加热和冷却。在操作353中，将第一混合物和第二混合物混合在一起来制成清洗材料，所述清洗材料包含固体化合物、聚合物和清洗液体。在一种实施方式中，聚合物在清洗材料中形成网。在一种实施方式中，在开始操作351之前，就测量和制备操作351和352所需的化学品和清洗液体。
[87]此外，在一种实施方式中，工艺流程350可以包括用于控制清洗材料的温度的操作。温度可用于控制溶解度，并且因此用于控制固体成分的浓度。例如，在较高温度下，固体成分可能更容易溶解在清洗液体中。温度也可用于控制固体成分和/或使固体成分能够于基板上在原位从液体-液体悬浮液中形成。在一个单独的实施方式中，所述工艺流程可以包括用于使溶解在粘性液体中的固体脱溶的操作。这种脱溶操作可以通过将固体溶解溶剂中然后添加与溶剂可溶混但不溶解固体的成分来实现。在一种实施方式中，在开始操作351之前，就测量和制备操作351和352所需的化学品和清洗液体。如上所述，清洗材料也可以通过将来自固体成分以及聚合物的化学品，与清洗液体混合而在单个操作中来制备。
[88]尽管已经就几个实施方式对本发明进行了描述，但要理解的是，本领域普通技术人员通过阅读在前的说明书和研究图纸将能够实现对本发明的各种更改、添加、置换和等同。因此，意图在于，本发明包括落入本发明真正实质和范围内的所有这些更改、添加、置换和等同。在权利要求中，要素和/或步骤并不意味着任何特定的操作顺序，除非在权利要求中明确地予以说明。

Claims (17)

1.用于将污染物从半导体基板表面去除的清洗材料，包含：
清洗液体；
分散在所述清洗液体中的多个固体成分，其中，所述多个固体成分占所述清洗材料的2％并且与所述半导体基板表面上的至少一些污染物相互作用，以将所述污染物从所述基板表面上去除；以及
含量从250ppm到1000ppm的聚合化合物的聚合物，其中，所述聚合物在所述清洗液体中变得可溶并且形成带有所述清洗液体和所述多个固体成分的所述清洗材料，并且其中，具有长聚合物链的、溶解的所述聚合物捕捉并俘获所述清洗液体中的固体成分和污染物。
2.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，当将力施加到覆盖图案化的所述基板的所述清洗材料上时，所述清洗材料在图案化的所述基板的所述表面上的器件特征附近发生变形，将所述清洗材料施加到图案化的所述基板的所述表面上以将所述污染物从所述表面去除而基本上不损坏所述表面上的所述器件特征。
3.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述固体成分由重量百分比在范围约1％至约20％之间的羧酸构成。
4.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述多个固体成分是碳数大于4的脂肪酸。
5.根据权利要求4所述的清洗材料，其中，所述脂肪酸选自：月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、鳕油酸、芥酸、丁酸、己酸、辛酸、肉豆蔻酸、真珠酸、山酸、木焦油酸、肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、神经酸、杷荏酸、花生五烯酸、顺芜酸、祭鱼酸及其混合物。
6.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述清洗液体选自：水、异丙醇(IPA)、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)或其组合。
7.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述聚合化合物选自如下亲水聚合物：丙烯酸类聚合物、聚胺和氧化物、乙烯基类聚合物、纤维素衍生物、多糖以及蛋白质。
8.根据权利要求7所述的清洗材料，其中，所述丙烯酸类聚合物是聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的共聚物、聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)(PDMAAM)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PIPAAM)、聚甲基丙烯酸(PMAA)或聚甲基丙烯酰胺(PMAAM)；所述聚胺和氧化物是聚乙烯亚胺(PEI)、聚环氧乙烷(PEO)或聚环氧丙烷(PPO)；所述乙烯基类聚合物是聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯磺酸(PESA)、聚乙烯胺(PVAM)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚4-乙烯基吡啶(P4VP)；所述纤维素衍生物是甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、壳聚糖、聚(环氯醇-共-乙烯二胺)或聚(二甲基胺-共-环氯醇-共-乙烯二胺)；所述多糖是合欢树、琼脂和琼脂糖、肝素、瓜尔豆胶或黄原胶；以及所述蛋白质是蛋白、胶原或面筋。
9.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述聚合化合物的聚合物作为絮凝剂。
10.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述聚合化合物的所述聚合物的分子量在约0.1兆克/摩尔至约100兆克/摩尔之间。
11.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述聚合物在所述清洗材料中的重量百分比在约0.001％至约10％之间。
12.根据权利要求1所述的清洗材料，还包含：
用于在所述清洗液体中辅助分配或湿化所述聚合物和固体成分的表面活性剂。
13.根据权利要求12所述的清洗材料，其中，所述表面活性剂是十二烷基硫酸铵(ADS)。
14.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述清洗材料为液体、溶胶或凝胶形式的流体。
15.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，针对在铜和金属间电介质沉积之前的应用，所述清洗材料的pH值在约7至约12之间。
16.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，针对在铜和金属间电介质沉积之后的应用，所述清洗材料的pH值在约1至约7之间。
17.根据权利要求1所述的清洗材料，其中，所述聚合物捕捉并俘获所述清洗材料中的杂质。
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