CN102387872A - 使用粘弹性清洁材料去除衬底上的颗粒的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式提供了从衬底表面、特别是从图案化的衬底(或晶片)表面上去除颗粒的设备和方法。该清洁设备和方法在清洁图案化的衬底而不明显破坏衬底表面上的特征方面具有优势。该清洁设备和方法包括使用包含带有诸如大于10000g/mol之类大分子量的聚合物化合物的粘弹性清洁材料。该粘弹性清洁材料捕获了在衬底表面上的至少部分颗粒。在足够短的时间内在粘弹性清洁材料上施加力，使该材料呈现促进粘弹性清洁材料与捕获颗粒一起去除的固体状的性质。在短时间内可以施加多次力以接近粘弹性清洁材料的固体状的性质。可替换地，粘弹性清洁材料的温度降低时，粘弹性清洁材料也呈现固体状的性质。

Description

使用粘弹性清洁材料去除衬底上的颗粒的设备和方法
背景技术
在诸如集成电路和存储器单元等半导体器件的制备中，执行一系列制造操作以定义半导体晶片(“晶片”)的特征。晶片(或衬底)包括在硅衬底上定义的多层次结构形式的集成电路器件。在衬底的层次，形成了带有扩散区的晶体管器件。在之后的层次，互连金属化线形成图案和电气连接到晶体管器件以定义所要的集成电路器件。还有，图案化的导电层通过介电材料与其它导电层绝缘。
在一系列的制造操作中，晶片表面暴露给各类污染物。在本质上，生产操作中存在的任何材料都是潜在的污染源。例如，污染源可能包括工艺气体、化学物、沉积材料和液体等。各种污染物可能以颗粒形式沉积在晶片表面上。如果不去除颗粒污染，在污染附近的器件将可能无法使用。因此，有必要以相当完善的方式从晶片表面清除污染物而不损害在晶片上定义的特征。然而，颗粒污染的大小通常处于晶片上制备的特征的关键尺寸大小的数量级。去除这样小的颗粒污染而没有不利地影响晶片上的特征会是相当困难的。
传统的晶片清洁方法相当程度地依靠机械力从晶片表面去除颗粒污染。随着特征的尺寸持续下降和变得越加脆弱，由于在晶片表面上施加机械力而造成特征损害的可能性增加。例如，在受到足够的机械力的影响时，具有高深宽比的特征容易塌陷或破损。一直降低的特征尺寸也导致颗粒污染的尺寸减小，使清洁问题进一步复杂化。由于表面体积比越高，颗粒越小，要克服的在颗粒污染物和衬底表面间的粘附力增加。因此，在现代半导体制备过程中污染物的有效率的和非破坏性的去除体现了晶片清洁技术的持续发展所要面对的持续的挑战。应该理解，用于平板显示的制造操作也会遭遇与上面讨论的集成电路制造相同的缺点。
鉴于前述，需要能有效地去除污染物而不破坏图案化晶片上的特征的清洁图案化晶片的设备和方法。
发明内容
从广义上讲，本发明的实施方式提供了从衬底表面、特别是从图案化的衬底(或晶片)表面上去除颗粒的设备和方法。该清洁设备和方法在清洁具有精细特征的图案化衬底而不实质破坏衬底表面上的特征方面具有优势。该清洁设备和方法涉及使用包含带有诸如大于10000g/mol之类大分子量的高分子复合材料的粘弹性清洁材料。该粘弹性清洁材料捕获了在该衬底表面上的至少部分所述颗粒。在足够短的时间内在该粘弹性清洁材料上施加力使该材料呈现促进粘弹性清洁材料与所捕获的颗粒一起去除的固体状的性质。在短时间内可以施加多次力以接近粘弹性清洁材料的固体状的性质。可替换地，粘弹性清洁材料的温度降低时，粘弹性清洁材料也呈现固体状性质。
在本说明书中说明了设备和方法的各种实施方式，以说明如何去除衬底表面的颗粒而不损坏衬底表面的特征。应该明白，本发明可以以多种方式实施，包括如系统、方法和室。本发明的一些创造性的实施方式说明如下。
在一个实施方式中，提供了从衬底表面去除颗粒的方法。该方法包括在衬底的表面上分配一层清洁材料。衬底由衬底支撑转动，其中清洁材料是包括有聚合物的粘弹性溶液。聚合物溶于清洁溶液以形成清洁材料。该清洁材料从衬底表面俘获和捕获至少一些颗粒。此外，该方法包括在衬底表面上的清洁材料层上分配冲洗液以去除清洁材料层。在向清洁材料层上分配冲洗液期间或之前，在清洁材料上施加能。施加的能增强(increase)(或强化)了清洁材料的固体状的反应，从而促进从衬底表面去除清洁材料。至少有一些被清洁材料俘获的颗粒与清洁材料一起去除。
在另一实施方式中，提供了从衬底表面去除颗粒的方法。该方法包括在衬底的表面上分配粘弹性清洁材料层。衬底由衬底支撑转动。该粘弹性清洁材料从衬底表面俘获和捕获至少一些颗粒。该方法还包括在衬底表面上的清洁材料层分配冲洗液以去除清洁材料层。在向清洁材料层上分配冲洗液期间或之前，在清洁材料上施加能。所施加的能增强(或强化)了清洁材料的固体状的反应，从而促进从衬底表面去除清洁材料。至少有一些被清洁材料捕获的颗粒与清洁材料一起被去除。
在另一实施方式中，提供了在具有多个处理槽的设备中从衬底表面去除颗粒的方法。该方法包括用衬底支撑将衬底移动到设备的第一处理槽。设备的第一处理槽与低于该第一次处理槽的处理槽被衬底支撑分开。该方法还包括在衬底表面上分配一层粘弹性清洁材料。衬底由衬底支撑转动。该粘弹性清洁材料从衬底表面俘获和捕获至少一些颗粒。
该方法还包括用衬底支撑将衬底移动到设备的第二处理槽。该设备的第二处理槽与低于该第二处理槽的处理槽被衬底支撑分开。此外，该方法包括在衬底表面上的清洁材料层上分配冲洗液以去除粘弹性清洁材料层。在向清洁材料层上分配冲洗液期间或在此之前，在清洁材料上施加能。所施加的能增强了清洁材料的固体状的反应，从而促进从衬底表面去除清洁材料。至少有一些被清洁材料俘获的颗粒与清洁材料一起被去除。
附图说明
通过下面的结合附图的详细说明，本发明将很容易理解，相似的参考数字指代类似的结构元素。
图1示出了按照本发明的一个实施方式的、包含分配在衬底表面上以清洁该衬底表面的污染物的具有大分子量的聚合的化合物的聚合物的粘弹性清洁材料。
图2A示出了按照本发明的一个实施方式的分配粘弹性清洁材料的设备。
图2B示出了按照本发明的一个实施方式的、如图2A所示的设备的顶视图。
图2C示出了按照本发明的一个实施方式的、由一对辊稳定夹持的衬底。
图3A示出了按照本发明的一个实施方式的、用于在衬底的表面上分配冲洗液的设备。
图3B示出了按照本发明的一个实施方式的、在清洁材料膜上分配的冲洗液流。
图3C示出了按照本发明的一个实施方式的、图3B的区A的放大视图。
图3D示出了按照本发明的一个实施方式的、图3C的区B中的清洁材料被冲洗液去除后的衬底的一部分。
图3E示出了按照本发明的一个实施方式的、从衬底中去除颗粒的处理流程。
图4示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的综合加工设备。
图5A示出了按照本发明的一个实施方式的、类似于图3B设备的具有背面冷却的设备。
图5B示出了按照本发明的一个实施方式的、从衬底表面去除颗粒的处理流程。
图6A示出了按照本发明的一个实施方式的、具有与把手相连的吸管的设备。
图6B示出了按照本发明的一个实施方式的、与把手相联的吸头。
图6C示出了按照本发明的一个实施方式的、具有吸孔的图6B的吸头的按钮视图。
图6D示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程。
图7A示出了按照本发明的一个实施方式的、放置在衬底之上的声波谐振器块。
图7B示出了按照本发明的一个实施方式的、放置在衬底的上方和下方的声波谐振器块。
图7C示出了按照本发明的一个实施方式的清洁材料冲洗系统。
图7D是示出了按照本发明的一个实施方式的冲洗头的侧视图。
图7E是示出了按照本发明的一个实施方式的、在衬底上方的冲洗头的顶视图。
图7F是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程。
图8是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程。
图9A是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于引入冲洗液的喷雾喷射(spray jet)头。
图9B是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于施加冲洗液的喷雾喷射的设备。
图9C是示出了按照本发明的一个实施方式的、清洁衬底的处理流程。
图10示出了按照本发明的一个实施方式的、从衬底表面去除颗粒的处理流程。
图11A示出了按照本发明的一个实施方式的、在A度的振荡下的衬底的顶视图。
图11B示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程。
优选实施方式的详细描述
说明了清洁晶片表面而不破坏表面特征的材料、方法和设备的实施方式。这里讨论的清洁材料、设备和方法在清洁具有精细特征的图案化衬底而不破坏表面特征方面有优势。清洁材料是流体的，处于液相或液/气相，并且在器件特征周围变形；因此，清洁材料不损坏器件的特征。清洁材料包含带有诸如大于10000g/mol之类大分子量的聚合物，并俘获衬底上的污染物。此外，清洁材料捕获污染物，并且不使污染物返回到衬底表面。与传统的清洁材料相比，聚合物链的大分子量增强了对颗粒污染物的俘获和捕获。
但是，对本领域技术人员将显而易见，本发明可以在没有这些具体细节的一部分或全部下实行。在其它情况下，为了避免不必要地模糊本发明，众所周知的过程操作没有进行详细说明。
此处描述的实施方式提供了有效地去除污染物和不破坏图案化的晶片的特征(其中有些可能含有高深宽比特征)的清洁设备和清洁方法。虽然实施方式提供了与半导体清洁应用相关的具体例子，但这些清洁应用可能扩展到需要从衬底去除污染物的任何技术。
对于诸如65nm，45nm，32nm，22nm，16nm及更小的技术节点之类先进技术，最小的特征具有约为各自的节点大小的宽度。器件结构的宽度连同每一个技术节点不断减小以在芯片的有限的表面积上安装更多的器件。在一般情况下，由于涉及电阻系数，器件结构的高度(例如某一器件结构的高度)不会与器件特征的宽度成比例缩小。对诸如多晶硅线和金属互连之类导电结构，缩小结构的宽度和高度会将电阻系数增加得过高，以至对导电结构造成显著的RC延迟和产生过多的热。因此，器件结构(例如构造)会有高的深宽比，这使得它们容易被施加到结构上的力损坏。在一个实施方式中，器件结构的深宽比可以是在约为2或更大的范围内。施加到结构上的力包括用于协助从衬底表面去除颗粒(或污染物)的力，其可以是在清洁材料和衬底表面间的任何相对运动的结果，或可以来自在衬底表面分配清洁材料或冲洗液。
器件结构的降低的宽度和器件结构的相对高的深宽比使器件结构容易在施加的力或在施加的力下所积累的能下损坏。由于损害和降低的整体产率，损坏的设备结构可能变得不可用。
图1示出了按照本发明的一个实施方式的、包含有液体清洁液105和溶解在清洁液105中且有大分子量的聚合物110的粘弹性清洁材料100。在一个实施方式中，清洁材料100是液体形式。在另一实施方式中，清洁材料100是凝胶体或溶胶。清洁材料100在施加在衬底表面111上有颗粒的衬底101上时，可以通过至少部分束缚或与颗粒相互作用从衬底101的衬底表面111捕获和去除诸如120I和120II之类颗粒。此外，清洁材料100俘获诸如120I和120II之类从衬底表面111去除的颗粒、诸如在特征102上的颗粒120V之类在特征的表面上的颗粒或诸如颗粒120III和120IV之类存在于清洁材料中的颗粒，也以通过至少部分束缚或与颗粒相互作用防止它们掉到衬底表面111上或沉积在衬底表面111上。诸如在特征102上的颗粒120V之类在特征的表面上的颗粒可以在特征的侧壁(未示出)上。包含带有大分子量的聚合物的清洁材料的详情在2008年6月2日提交的、共同受让的美国专利申请号12/131,654、题为《Materials for Particle Removal by Single-Phase and Two-PhaseMedia》中已经有说明，这里通过引用将其全文纳入。
为能俘获诸如120I和120II之类在衬底表面111上的颗粒以将它们从衬底表面111去除，聚合物110需要靠近在衬底表面111上的诸如120I和120II之类颗粒附近。如果在聚合物110和颗粒120I、120II之间的净吸引力强于颗粒和衬底表面111之间的力，在清洁材料100中的聚合物110就将颗粒120I、120II移离衬底表面111。
在一个实施方式中，清洁材料100是具有聚合物的溶液，具有粘弹性。在清洁材料100施加到衬底表面111并与颗粒接触后，清洁材料100和颗粒需要从衬底表面111去除。有若干种方法从衬底表面111去除清洁材料100。例如，可以在清洁材料100上施加力以将它从衬底表面111去除。根据施加的力和施加的力的时间尺度，粘弹性清洁材料具有液体状的反应或固体状的反应。如果施加的力的时间尺度比粘弹性清洁材料的特征时间尺度短，粘弹性清洁材料就表现出固体状的反应。粘弹性清洁材料表现如固体，并且不会像液体一样流动。“固体状的”粘弹性清洁材料可以像无定形结晶物质那样是刚性的和不弯屈的，或者可以像橡胶(弹性状)或金属那样能变形。
粘弹性清洁材料的特征时间是粘弹性清洁材料响应诸如力、压力之类施加到材料上的外力，或接触高温或低温(加热或冷却)之类外部能的响应时间(或特征响应时间)。被施加的外部能暂时储存在接触外部能的位置，粘弹性清洁材料需要一定的时间(即特征响应时间)响应施加的外部能，或粘弹性清洁材料需要一定的时间(即特征响应时间)消散外部能。当施加的外力或外部能的时间尺度比特征响应时间短时，粘弹性清洁材料没有足够的时间来响应所施加的外力或外部能。粘弹性清洁材料会表现得像固体。
相反，如果施加的力的时间尺度长于粘弹性清洁材料的特征时间尺度，它会表现出液体状反应。粘弹性清洁材料会像液体一样流动。施加相对较短的时间尺度的力的例子包括但不限于：施加与和衬底接触的粘弹性材料相切的剪切流，与粘弹性材料垂直的吸流，诸如喷雾喷射之类与粘弹性材料垂直的撞击流，直接与粘弹性材料耦合的或间接通过气体、液体或诸如衬底自身之类固体耦合的声学力，或机械诱发的振荡流等。
固体状的反应的幅度典型地随着在更短的时间尺度内施加力而增加。粘弹性清洁材料的特征时间尺度可以使用多种方式调节，如改变聚合物的浓度或化学性质或结构性质，改变溶解聚合物的冲洗液的浓度或化学性质或结构性质。此外，粘弹性清洁材料的特征时间可以通过降低清洁粘弹性材料的温度而缩短，或通过提高清洁粘弹性材料的温度而增加。粘弹性清洁材料可以与施加的力结合来冷却以更容易地接近材料的固体状的性质。更进一步，粘弹性清洁材料的特征时间和固体状的反应的幅度可以通过调节聚合物成分的浓度而改变。与施加的力结合的、粘弹性清洁材料内的高浓度聚合物组分更容易接近材料的固体状的性质。
如图1所示，有很多方法可以将清洁材料100施加到衬底上以从衬底101表面去除颗粒。在一个实施方式中，清洁材料被分配在衬底上，而衬底围绕其中心转动。在清洁材料分配在衬底上后，清洁材料通过至少部分束缚或与颗粒相互作用俘获和捕获在衬底表面的颗粒。图2A示出了用于在衬底的表面上分配类似于上文所述的清洁材料100的粘弹性清洁材料230的设备200的实施方式。衬底201放置于衬底支撑210上。在一个实施方式中，衬底支撑210，是真空吸盘，用真空使衬底201安全稳固。衬底支撑210耦合到在衬底支撑210的中心附近的轴215。轴215由机械装置(未示出)转动。有一个容器260环绕衬底支撑210和衬底201以取走过剩(或溢出)的清洁材料。在衬底201与衬底支撑210以上有清洁材料分配器220，清洁材料分配器220在衬底表面205上分配清洁材料230。清洁材料230在衬底表面205上形成薄膜240。在一个实施方式中，清洁材料分配器220的喷嘴225指向衬底201的表面205的中心。在一个实施方式中，衬底以在约0至约1000rpm(转/分钟)之间的速度转动。在另一实施方式中，转动速度在约0至约500rpm之间。在另一实施方式中，转动速度在约50至约300rpm之间。
在一个实施方式中，清洁材料分配器220的臂226扫过衬底201的表面205。图2B示出了按照本发明的一个实施方式的设备200的顶视图。在图2B所示的实施方式中，臂226沿圆弧229扫过衬底201的表面。当臂226扫过衬底201时，衬底201绕其中心转动。由于衬底210的转动和臂226的扫过，清洁材料被分配在整个衬底表面。在一个实施方式中，臂226的扫过(或摆动)的速度为在约0rpm至约1000rpm之间。在另一实施方式中，扫过的速度为在约0rpm至约300rpm之间。在另一实施方式中，扫过的速度为在约10rpm至约100rpm之间。
在一个实施方式中，在衬底上分配清洁材料膜所花费的时间为在约10秒至约120秒之间。在另一实施方式中，在衬底表面分配清洁材料膜所花费的时间为在约10秒至约60秒之间。在另一实施方式中，分配清洁材料膜所花费的时间为在约20秒至约40秒之间。
在一个实施方式中，经由分配器喷嘴225的清洁材料的流速为在0ml/min至约1000ml/min之间。在另一实施方式中，清洁材料的流速为在约25ml/min至约500ml/min之间。在另一实施方式中，清洁材料的流速为在约50ml/min至约300ml/min之间。
如果臂226保持固定以只在衬底201的中心分配清洁材料，清洁材料就能够通过衬底的转动和清洁材料的流动性而遍布衬底201的整个表面205。
清洁材料可以分配在衬底的正面(设备端)、衬底的背面或衬底的两面，以去除衬底表面的颗粒。
为在转动的衬底上分配流体的清洁材料，衬底不需要放置在诸如图2A的衬底支撑210之类衬底支撑上。衬底可以由滚筒、夹子、别针或其它类型的衬底紧固装置夹持。图2C示出了由一对辊250、251、250′、251′稳定夹持的衬底201′的实施方式。由辊的转动运动使衬底201′转动。辊250沿圆方向252(逆时针)转动而辊251沿圆方向253(顺时针方向)转动，以沿方向256(指出纸)推动在这些辊之间的衬底201′的边缘。辊250′沿圆方向254(顺时针)转动而辊251′沿圆的方向255(逆时针)转动，以沿方向256(指入纸)推动在这些辊之间的衬底的边缘。辊250、251、250′和251′移动衬底201′顺时钟转动。
本发明中所描述的方法和装置的实施方式涉及利用清洁材料的粘弹性性质。如上所述，在以足够快的速度施加外力时，粘弹性清洁材料呈现有助于从衬底表面清除带有俘获的颗粒污染物的粘弹性清洁材料的固体状反应。结合施加的力冷却粘弹性清洁材料更容易接近固体状的反应。
图3A示出了按照本发明的一个实施方式的、用于在衬底的表面上分配冲洗液330的设备300。衬底301被放置在衬底支撑310上。在一个实施方式中，衬底支撑310是真空吸盘，用真空使衬底301安全稳固。衬底支撑310耦合到在衬底支撑310的中心附近的轴315。轴315由机械装置(未示出)转动。在衬底301与衬底支撑310以上有清洁液分配器320，清洁材料分配器320在具有清洁材料的薄膜340的衬底301的表面305上分配清洁材料330。冲洗液可以是去离子水(DIW)、具有诸如N2、CO2或空气之类气体的气化水(DIW)、无氧DIW、具有诸如表面活性剂、腐蚀抑制剂或螯合剂之类添加剂的DIW。可替换地，冲洗液还可以包括诸如APM(铵和过氧化氢的混合物，也称作SC1)、SC-2(标准的清洁-2，主要化学物是盐酸)、HF、H2SO4、NH4OH、SPM(硫酸和过氧化氢的混合物)、过氧化氢和DSP(稀释硫酸和过氧化氢的混合物)等之类水基化学物。
在一个实施方式中，清洁材料分配器320的喷嘴325指向表面306的中心。有一个容器360环绕着衬底支撑310和衬底301，以取走过剩(或溢出)的冲洗液和与去除的颗粒一起的清洁材料。在一个实施方式中，衬底支撑310是图2A的衬底支撑210，这意味着，在同一设备中用冲洗液施加了清洁材料分配操作之后，衬底201保持在衬底支撑210上。在这样的实施方式中，设备200有用于施加冲洗液的另一个臂。
在冲洗操作中，衬底以在约0rpm至约1000rpm(转/分钟)之间的速度转动。在另一实施方式中，转动速度在约0至约500rpm之间。在另一实施方式中，转动速度在约50至约300rpm之间。在一个实施方式中，清洁材料分配器320的臂320以类似于图2A的臂226的方式扫过清洁材料301的表面305。在一个实施方式中，从分配喷嘴325来的清洁材料的流速为在约0至约1000ml/min之间。在另一实施方式中，清洁材料的流速为在约0至约500ml/min之间。在另一实施方式中，清洁材料的流速为在约50至约300ml/min之间。
图3B示出了按照本发明的一个实施方式的、在清洁材料340膜上分配的诸如去离子水(DIW)之类冲洗液350的流。冲洗液350的流是在衬底正转动时引到衬底表面上的。冲洗液450在围绕点306的区在清洁材料的表面上施加了力FJ。图3C示出了按照本发明的一个实施方式的、图3B的区A的放大视图。冲洗液350在击打清洁材料表面后，沿清洁材料340的表面341流动，并在点306的右侧引入FS1，在点306的左侧引入FS2。FJ、FS1和FS2引入的力使围绕清洁材料340的点351的区B成为“固体状”(或接近于固体状)。
诸如区C1和C2之类清洁材料340的其它区不直接呈现固体状的性质。FJ、FS1和FS2引入了液体状的性质以使材料流动，如同它被区B置换(displace)了一样。在区B的清洁材料是固体状的。从区B和衬底401(固体-固体)之间的接口353去除固体状的清洁材料增加了从衬底表面去除颗粒的效率。
区B中的清洁材料340很容易被抬离衬底301的表面411。冲洗液的力激活了固体状的反应，转移所需的能以从衬底310的表面341抬离清洁材料和捕获的颗粒污染物。在清洁材料的一部分从衬底表面抬离后，冲洗液350继续在清洁材料上施加力以将它从衬底表面去除。图3D示出了图3C的区B中的清洁材料的一部分被冲洗液350去除后的衬底301的一部分的实施方式。区B只保留有右侧的区B1和左侧的区B2。由于冲洗液350继续在清洁材料340上施加力FJ，FS1和FS2，力继续在右侧扩展“固体状”的区B1和缩小区C1到C1′。在左侧，“固体状”的区扩大到区B2，而C2缩小到C2′。由于冲洗液继续在清洁材料340上施加力，包括区B1和B2的“固体状”的清洁材料会从衬底表面去除。在这种方式下，清洁材料被从衬底表面去除。当清洁材料被从衬底表面去除时，在衬底表面上的颗粒与清洁材料一起从衬底表面去除。如上所述，这些颗粒被俘获和捕获在清洁材料中。
在冲洗液350从衬底表面去除清洁材料340后，在一个实施方式中，有通过转动的额外的干燥操作，以从衬底表面去除所有的冲洗液。衬底可以留在以与图3A所示相同的机制转动的衬底支撑310上。在另一实施方式中，衬底可以被转移到单独的转动系统或室，以执行通过转动干燥的操作。在通过转动干燥的操作中，在一个实施方式中，转动速度为在约100rpm至约5000rpm之间。在另一实施方式中，转动速度为在约500rpm至约3000rpm之间。在另一实施方式中，转动速度为在约1000rpm至约2500rpm之间。在一个实施方式中，干燥转动的持续时间为在约10秒至约90秒之间。在另一实施方式中，转动的持续时间为在约20秒至约60秒之间。在另一实施方式中，转动的持续时间为在约30秒至约60秒之间。可替换地，干燥操作可以通过施加诸如液体异丙醇(IPA)、IPA和水的混合物之类干燥辅助液体和诸如气相IPA、或干燥辅助气体和一种或多种惰性气体的混合物之类干燥辅助气体辅助。例如，一种或多种惰性气体(ES)可以是氮气、氧气、氩气、空气或氦气。
用于利用清洁材料的粘弹性性质去除可以是图案化或空白的衬底上的颗粒的方法和设备的例子说明如下。
方法1：
如上所述，粘弹性清洁材料是在衬底绕其中心转动时分配在衬底上的。当清洁材料分配在衬底上时，清洁材料通过至少部分束缚或与颗粒相互作用俘获和捕获在衬底表面上的颗粒。分配清洁材料导致产生了在衬底301的表面305上的清洁材料的均匀薄膜。对衬底的转动速度和清洁材料的流速的控制使得在衬底表面上涂敷的清洁材料均匀和薄。例如，薄膜的厚度可薄达约500埃。由于清洁液的蒸发，清洁材料的薄膜使得粘弹性组分(聚合物)的浓度增加。在清洁液中的挥发性组分的蒸发速度可以调整，以影响粘弹性组分的浓度。增加清洁材料的粘弹性组分浓度增强了清洁材料的固体状的性质，这有助于从衬底表面去除带有捕获的颗粒的清洁材料。在衬底表面分配非常薄的清洁材料薄膜以通过蒸发增加清洁材料的粘弹性组分使得清洁材料分配系统的设计更简单。由于清洁材料的高粘度，带有高浓度的聚合物组分的清洁材料分配系统的设计更为复杂。
清洁液体可以用冲洗液从衬底表面上去除，其中冲洗液可以在衬底绕其中心转动时分配在衬底表面上。虽然冲洗液是施加在清洁材料上，但可以在清洁材料施加外力以进一步提高薄膜的弹性性质。
图3E示出了按照本发明的一个实施方式的、从衬底中去除颗粒的处理流程370。在操作371，将粘弹性清洁材料施加在转动的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料分配在衬底上后，在操作372，将冲洗液施加在转动的衬底上。如上文所讨论的，在此操作过程中，冲洗液施加的力使清洁材料呈“固体状”，这有助于从衬底表面去除带有捕获的颗粒的清洁材料。之后，在操作374，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，在操作374之前，在可选的操作373，将诸如异丙醇(IPA)、IPA和水的混合物之类干燥辅助液体和诸如气相IPA、或气相IPA和氮气的混合物之类干燥辅助气体施加在衬底上。
上面讨论的方法的实施方式中涉及的施加清洁材料、冲洗液、干燥和可选的干燥辅助液体都是在旋转设备上进行。诸如图2A的设备之类用于施加清洁材料的旋转设备和诸如3A的设备之类用于施加清洁材料以去除衬底表面上的清洁材料的设备是单独的设备。上文所讨论的用于操作373和374的旋转干燥设备也是类似于图2A和3A的设备。在上文所述的处理流程370的实施方式中，衬底可从设备200(用于分配清洁材料)移动到设备300(用于分配冲洗液)、移动到另一种干燥设备(类似于设备200和300)或在一台单一设备中执行分配清洁材料、分配冲洗液和干燥。在不同设备中进行处理流程370不同的工艺操作使得废物更容易回收。然而，将衬底从设备移动到设备更费时间和空间。另一方面，在一台单一设备中进行处理流程370的各种工艺操作使废物回收更加复杂。
图4示出了用于从衬底表面去除颗粒的综合加工设备480的实施方式。在一个实施方式中，整个过程流470可以用综合加工设备480执行。设备480有工艺室490，它是在室支撑481的顶部。工艺室490有多个处理槽，如槽484、485和486。轴482被耦合到衬底支撑483(或卡盘)。轴482被配置为转动衬底支撑483和上下移动衬底支撑483以将衬底495放入不同的处理槽。不同的处理槽被诸如角形环491、492和493之类角形环分开。角形环491、492和493形成角度，以使诸如在不同的槽中的清洁材料、冲洗液和干燥辅助液体之类多余的液体从衬底495和衬底支撑483的暴露表面流走。在每个处理槽的最低位置有排气口，如排气口496、497和498。排气口496、497和498分别耦合到排气管487、488和489再到废气回收系统(未示出)。
在衬底清洁期间，衬底从用于一个操作的处理槽移动到用于另一个操作的处理槽。例如，衬底495被轴482移动到槽484以接收通过清洁材料供应线476施加的清洁材料。在一个实施方式中，衬底支撑483的顶表面475被移动到虚线479的水平、并且衬底支撑483的边缘大幅接触角度环491的边缘，以使加工槽484与下面的处理槽485分开。衬底支撑483的边缘和角度环491的边缘的密切接触防止清洁材料泄漏到下面的处理槽485和486。在一个实施方式中，角度环491可以沿方向461移动以打开或关闭角度环491，这使得衬底支撑483自由运动，也让角度环491能与衬底支撑483密切接触。其它角度环492和493也可以类似于角度环491的方式移动。衬底支撑483也可以以类似的方式移动要在处理槽485和486中处理的衬底495。
在一个实施方式中，在衬底495分配了清洁材料后，衬底被移动到处理槽485以接收可以通过供应线477提供的清洁液，以去除在衬底表面上的清洁材料和颗粒。随后，衬底495可移动到处理槽486干燥。干燥辅助液体可以通过供应线478施加。如上所述，在各种处理操作期间，衬底495在衬底支撑483和旋转轴482的协助下旋转(或转动)。
方法2：
如上所述，当粘弹性材料(或粘弹性溶液)的温度降低时，材料的固体状性质增强。降低温度增加了粘弹性材料的特征时间。随着固体状的反应增强，冲洗液施加的力可减小，从而降低了损害衬底表面上的设备特征的风险。冷却清洁材料以增强固体状性质的程度取决于粘弹性清洁材料的特定性质。在一个实施方式中，清洁材料的温度是在约0℃至约50℃之间。在另一实施方式中，清洁材料的温度是在约0℃至约30℃之间。在另一实施方式中，清洁材料的温度是在约10℃至约20℃之间。
这里说明的方法2的用于衬底清洁的设备和方法与方法1是类似的，不同在于在冲洗操作期间降低清洁材料的温度。在一个实施方式中，清洁材料的温度通过冷却类似于图3A的衬底支撑310的衬底支撑来降低。当冷却衬底支撑时，衬底301和衬底上的清洁材料340也冷却。在一个实施方式中，类似于衬底支撑310的衬底支撑嵌入有运行冷却液的冷却管。可替换地，向类似于衬底支撑310的衬底支撑的背面或类似于图2B的衬底201′的衬底的背面喷洒冷却液以降低衬底的温度与清洁材料的温度。冷却液的例子包括低温水和具有低蒸发温度的醇。
图5A示出了按照本发明的一个实施方式的、类似于图2B设备的具有背面冷却的设备。在衬底501的正面有已通过使用冲洗液分配器520施加在衬底表面的清洁材料层540。在衬底501的背面有用于在衬底的背面分配冷却液喷射535以冷却衬底501和清洁材料层540的冷却液分配器530。在一个实施方式中，冷却液是在衬底501转动时分配的。在一个实施方式中，分配器530的臂以与图3A的清洁材料分配臂320的扫过相类似的方式扫过衬底的底部。可替换地，衬底的背面可通过诸如空气、氮气、氧气、氩气、氦气等冷却气体冷却。
冷却液可在分配清洁材料期间或在清洁材料分配在衬底上之后施加在衬底背面上。在清洁材料分配在衬底上之后在衬底背面分配冷却液具有不影响或不放慢清洁材料的分配的优势。正如上面所讨论的，在清洁材料冷却时，其粘度增加，这使得清洁材料更难以越过衬底表面。
在另一实施方式中，在冲洗操作过程中，衬底冷却。衬底可以用上面讨论的方法和设备进行冷却。例如，冷却液可施加在衬底的背面。在一个实施方式中，衬底在清洁液施加在衬底表面之前冷却。在另一实施方式中，衬底是在冲洗操作之前和期间进行冷却。在另一实施方式中，衬底是通过工艺操作的组合来冷却，如在施加清洁材料和施加冲洗液期间进行冷却。在另一实施方式中，冲洗液是通过在衬底表面上施加冷却的清洁液进行冷却。如上所述，在清洁材料冷却时，材料的固体状的性质增强，这增加了均匀涂覆衬底表面和分配高粘度清洁材料的复杂性。在清洁材料冷却时，粘弹性清洁材料的“固体状”或弹性的性质使得可以不破坏衬底表面上的灵敏结构而去除颗粒。
图5B示出了按照本发明的一个实施方式的、从衬底表面510去除颗粒的处理流程。在操作511，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在操作512，在清洁材料分配在衬底上后，衬底的背面冷却，以增强清洁材料的固体状的性质。在一个实施方式中，衬底的冷却使得清洁材料更有“固体状”或更有弹性，因此更容易被清洁液中去除。在一个实施方式中，可以通过在衬底背面施加冷却液来冷却衬底。其它的实施方式也是可行的。之后，在操作513，冲洗液被施加在转动的冷却衬底上，以去除冷却的清洁材料。在一个实施方式中，冲洗液在固体状的的清洁材料上施加了力，以从衬底表面摆脱和去除清洁材料。在一个实施方式中，衬底在冲洗操作期间冷却。在另一实施方式中，衬底的冷却不足以使清洁材料呈固体状。由冲洗液引入的力使冲洗液施加处附近的清洁材料呈固体状，并且清洁液从衬底表面去除固体状的清洁材料。之后，在操作515，衬底被转动干燥。在一个实施方式中，在操作515之前，在可选的操作514，诸如IPA或带N2的IPA之类干燥辅助液体被施加在衬底上。
上面所讨论的处理流程510的实施方式也可以应用在与图4F的设备480类似的设备中。可冷却衬底支撑483以保持衬底495和在衬底495的表面上的清洁材料的低的温度。
方法3：
如上所述，在粘弹性清洁材料上施加力会增强清洁材料的固体状的性质，这有助于从衬底表面清除带有捕获的颗粒的清洁材料。在清洁材料上施加吸力显著增强了清洁材料的固体状的性质。图6A示出了按照本发明的一个实施方式的、具有与把手660相连的吸管620的设备600。内有吸管620的延伸的把手660耦合到真空泵650。终端有吸口625的吸管620被置于靠近清洁材料层640。清洁材料层640是在被置于衬底支撑610上的衬底的表面601上。衬底支撑610耦合到轴615，轴615耦合到转动装置以转动轴615和衬底支撑610。在操作过程中，衬底610转动，吸管620用把手660的手扫过衬底表面。吸管620在吸口625处施加的吸力626增强了在吸口下的清洁材料的固体状的性质，这使得清洁材料更容易被从衬底表面拉离。当吸管620在衬底表面移动时，清洁材料层640与衬底表面的被捕获的颗粒被从衬底表面移开。按照本发明的一个实施方式，在清洁材料从衬底表面移开后，诸如DIW之类冲洗液被施加在衬底表面，以冲洗掉衬底表面上的任何残留物。
在一个实施方式中，吸流速度为在约0slm(标准升/分钟)至约1000slm气流。在另一实施方式中，吸流速度为在约50slm至约500slm气流。在另一实施方式中，吸流速度为在约100slm至约500slm气流。图6A所示的实施方式仅使用了带有一个单一开口625的吸管620。可替换地，可以同时有多个吸管操作以从衬底表面去除清洁材料管。此外，吸流设备可以是带有多个用于去除清洁材料的吸孔的吸头。图6B示出了与把手660耦合的吸头623的实施方式。图6C示出了按照本发明的一个实施方式的、具有吸孔的吸头623的按钮视图。吸头623有多个吸孔，如排成一排的吸孔625I、625II、625III、625IV和625V。诸如使用吸力去除与这里所说明的清洁材料类似的粘弹性清洁材料的邻近头(proximity head)之类其它类型的设备可在2009年3月10日提交的、题为“Method ofParticle Contaminant Removal”的美国专利申请No.12/401590中发现，这里通过引用将该申请公开纳入并用于所有目的。
图6D示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程670。在操作671，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料施加在衬底上后，在操作672，吸力被施加在清洁材料上，以从衬底表面去除清洁材料。施加的吸力增强清洁材料的固体状的性质，这使得它更易于被去除。之后，在操作673，冲洗液被施加在转动的衬底上以去除任何剩余的残留物。之后，在操作675，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，在操作675之前，在可选的操作674，干燥辅助液体被施加在衬底上。
可替换地，干燥操作可以通过施加诸如液体异丙醇(IPA)、或IPA和水的混合物之类干燥辅助液体和诸如气相IPA、气相IPA和氮气的混合物之类干燥辅助气体辅助进行辅助。
上面所讨论的处理流程670的实施方式也可以应用在与图4F的设备480类似的设备。在清洁材料上施加吸力可以在与图4F的设备480类似的设备的处理槽之一内执行。
方法4：
如上所述，在粘弹性清洁材料上施加力或能增强了清洁材料的固体状的响应。在粘弹性清洁材料上施加相对低频率的声学力增强了清洁材料的固体状的性质。在一个实施方式中，低频声学力的施加使得清洁材料呈固体状并易于清除。在一个实施方式中，声波的频率范围超过了粘弹性清洁材料特征时间的倒数。特征时间(或弛豫时间)是清洁材料用于应对诸如作用力之类变化所需的时间。例如，如果粘弹性清洁材料具有1秒的特征时间，则声学力的频率必须超过1赫兹。
在一个实施方式中，施加到清洁材料上的声能的频率为在约1赫兹至约1000赫兹之间。在另一实施方式中，施加到清洁材料上的声能的频率为在约10赫兹至约500赫兹之间。在另一实施方式中，施加到清洁材料上的声能的频率为在约10赫兹至约100赫兹之间。当声波能在低频引入时，它具有有较大的穿透深度的优点。因此，重要的是要选择超过特征时间的倒数、但不过大的频率以使穿透深度最大化。
可以在衬底施加声能的任何设备都可以使用。例如，器件(或设备)可以是扬声器。在另一实施方式中，用于施加声能的设备是具有独特的频率或带有选择为与粘弹性清洁材料的特征时间的频谱匹配的、量身定制的频率的广谱的声波谐振器板或棒。在一个实施方式中，声波谐振器板覆盖了衬底的整个表面。图7A示出了放置在其中有清洁材料层740的衬底710之上的声波谐振器块720的实施方式。衬底710放置在通过轴715而转动的衬底支撑710上。声波谐振器块720在清洁材料层740发出声波726。声波谐振器块720由臂760托持。臂760移动声波谐振器块720，以在衬底710转动时使声波谐振器块720扫过衬底表面。擦拭声波谐振器块和转动衬底的运动的结合让声波谐振器块720能将声波能传输(或放射)到衬底701的整个表面。在冲洗液施加在衬底上以去除清洁材料之前和/或在冲洗液施加在衬底上以去除清洁材料期间，声波能可施加于清洁材料上。冲洗液被施加在已经和/或正暴露于声波能的清洁材料上，这增强了清洁材料的固体状的性质，使清洁材料易于去除。在清洁材料上的声波能的影响只是暂时的，因此，冲洗液需要在随后不久施加在声波能处理过的清洁材料上。否则，声波能应在冲洗操作期间施加。
在一个实施方式中，在清洁材料上施加声波能的持续时间为在约5秒至约90秒之间。在另一实施方式中，在清洁材料上施加声波能的持续时间为在约10秒至约60秒之间。在另一实施方式中，在清洁材料上施加声波能的持续时间为在约15秒至约45秒之间。
声共振棒(或块，或板)可在清洁材料分配在衬底期间或之后放置在衬底上方和/或下方。如果声共振棒放置在衬底下方，那么声共振棒发出的声波能可以穿透衬底，以达到在衬底正面的清洁材料。图7A的图示出了放置在衬底710的正面之上的声共振棒720。可替换地，如图7B的声共振棒720″之类声共振棒720可以放置在衬底701′的背面之下。在另一实施方式中，一声共振棒720′可置于衬底701′之上、而在同时另一声共振棒720″可置于衬底701′之下，以将弹性能引入清洁材料以改变薄膜的特性。
声能可以在清洁材料清洗之前和/或在清洁材料清洗期间引入。图7C示出了按照本发明的一个实施方式的清洁材料冲洗系统730。其中在表面上有清洁材料层的衬底701是由衬底支撑710支撑的。支撑的衬底由轴715转动。系统730具有包括冲洗臂704的冲洗液分配系统703。冲洗臂704在衬底表面上分配冲洗液。可扫过衬底表面的冲洗臂704，与对冲洗臂704提供控制、机械力和冲洗液的系统705耦合。在一个实施方式中，控制系统705由单独的控制器706控制，它控制诸如流速之类的冲洗液分配和冲洗臂704的位置。在系统730有声共振棒(ARB)720。ARB的位置(和运动)由控制器709控制。ARB 720的频率由耦合到计算机707的频率控制器708控制。计算机707采用诸如清洁材料特征时间之类清洁材料的性质的输入，以确定增强清洁材料的弹性性质的最佳频率。如上所述，ARB发出的频率可以是具有选择为与粘弹性清洁材料内的特征时间的频谱匹配的量身定制的频率的广谱。在一个实施方式中，控制器708和709耦合到ARB 720的控制系统711。
如上所述，声能处理过的清洁材料应在声能处理后不久进行冲洗，以确保处理效果不随时间推移而消散。图7D是示出了按照本发明的一个实施方式的、具有冲洗液分配器722和围绕冲洗液分配器722的共振声块723的环的冲洗头721的侧视图。冲洗液喷上正在用声能处理的区。图7E是示出了在衬底701上方的冲洗头721的顶视图的实施方式。冲洗头721由耦合到系统725的臂724托持，其中系统725供应冲洗液并控制臂724及冲洗头721，包括冲洗液流速和声共振块723的频率。当衬底701在衬底701的轴周围旋转(或转动)时，臂724扫过衬底。
图7F是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程770。在操作771，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料施加在衬底上后，在操作772，声能被施加在清洁材料上，以增强清洁材料的固体状的性质。在操作773，冲洗液被施加在转动的衬底上以去除声能处理过的清洁材料。在一个实施方式中，操作772的声能在冲洗操作期间继续施加在清洁材料上。在另一实施方式中，没有操作772。而是，声能只在操作773施加。之后，在操作775，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，在操作775之前，在可选的操作774，干燥辅助液体被施加在衬底上。
方法5：
在清洁材料分配在转动(或旋转)着的衬底上时，清洁材料润湿衬底表面以在衬底表面上沉积。如果衬底先用润湿衬底表面的液体处理，清洁材料的分配可能会更容易更均匀。在分配粘弹性清洁材料前衬底经过液体预处理有助于在衬底表面分配粘弹性清洁材料。该液体可以或者通过反应以诸如控制表面的亲水性、或通过氢潜势(PH)调整ξ电位(zeta电位)之类而为表面创造化学条件，或者通过用清洁材料-液体界面替换清洁材料-空气界面在清洁材料径向分配期间控制最初的粘弹性界面。控制界面可以提高粘弹性清洁材料的覆盖，并能避免一些与边缘效应有关的流体动力学不稳定。此外，控制界面也减少了粘弹性清洁材料的径向电阻，允许清洁材料容易地分布在衬底表面上。此外，表面预处理也可去除覆盖污染物的残留物或颗粒，以使颗粒去除。用于表面处理的液体的例子包括但不限于DIW、APM(铵和过氧化氢的混合物，也称作SC1)、DSP(稀释硫酸和过氧化氢的混合物)、SPM(硫酸和过氧化氢的混合物)、DI-O3(去离子水与臭氧的混合物)、HF(氟化氢)和BOE(缓冲氧化物蚀刻)溶液。
可以相信，粘弹性清洁材料不与预处理液延展性地进行混合。粘弹性清洁材料主要是取代预处理液体，并且预处理液体被从衬底表面移走。
颗粒去除的处理流程与方法1的处理流程类似，不同在于在衬底表面上加清洁材料之前添加用液体的表面处理的操作。图8示出了按照本发明的一个实施方式的从衬底表面去除颗粒的处理流程870。在操作871，表面预处理液被加在衬底表面上，以为衬底表面用于下一操作的粘弹性清洁材料的施加提供条件。在操作872，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料分配在衬底上后，在操作773，冲洗液施加在转动的衬底上以去除清洁材料。之后，在操作875，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，干燥辅助液体是在操作875之前、在可选的操作874施加在衬底上的。
用于分配处理液的设备与诸如在图3A-3C所描述的那些用于分配清洁材料的设备类似。用于施加表面预处理液的设备也可使用其它类型的。整个处理流程还可以使用与图4F说明的设备相类似的设备。处理液分配可以在处理槽中的一个中进行。
方法6：
额外的颗粒去除增强可以通过在冲洗操作之前和/或在冲洗操作期间的额外的物理力提供。例如，冲洗液可以用喷雾喷射引入，喷雾喷射在清洁材料和衬底表面上引入了大的力。喷雾喷射使用在诸如氮气(N2)之类载气辅助下的冲洗液的雾化液滴。载气的例子包括但不仅限于氮气、空气、氧气、氩气、氦气、其它类型的惰性气体和上述气体的组合。在一个实施方式中，载气对于清洁材料是惰性的。冲洗液混合高比例的N2，液滴的速度可以很高，如100米/秒。
冲洗液射流在清洁材料和衬底表面上引入高的惯量，导致几个可能的结果。例如，由于喷雾喷射惯量的幅度大，喷雾喷射可以增强清洁材料的固体状的反应，允许高程度的颗粒去除效率。由于从喷雾喷射来的惯性本身能去除颗粒，喷雾喷射可以在粘弹性清洁材料被去除后进一步提供持续的颗粒去除。取决于特定的应用，喷雾喷射可用于2种不同的模式。在第一种模式下，喷雾喷射惯性被最大化，粘弹性清洁材料的固体状反应和喷雾喷射的高惯性两者提供高程度的颗粒去除效率。在第二种模式下，喷雾喷射惯性减少，使得颗粒去除主要取决于粘弹性清洁材料的固体状的反应从而使得破坏衬底上的特征的风险最小化。喷雾喷射可以使用诸如DIW之类化学惰性液体以尽量减少衬底膜的损耗，或使用诸如APM之类化学反应液体以通过调整ξ电位提高颗粒去除效率。使用喷雾喷射分配液体的详细说明可以在提交的、题为“Method ofParticle Contaminant Removal”的美国专利申请号()(律师档案号No.LAM2P655)中发现。
图9A是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于引入冲洗液的喷雾喷射头900。喷雾喷射头900具有用于引入载气的通道901和用于引入冲洗液的通道902。合并的流通过通道903成为被引入到有清洁材料的衬底表面上的冲洗液的喷雾喷射。在一个实施方式中，冲洗液(或冲洗化学物)具有在约100ml/min至约1000ml/min之间的流速。在另一实施方式中，冲洗液具有在约50ml/min至约500ml/min之间的流速。在另一实施方式中，冲洗液具有在约50ml/min至约300ml/min之间的流速。如上所述，载气的高流速在清洁材料上引入惯量，以提高清洁材料的弹性性质使其更容易去除。在一个实施方式中，载气具有在约1slm(或标准升/分钟)至约100slm之间的流速。在另一实施方式中，载气具有在约5slm至约50slm之间的流速。在另一实施方式中，载气具有在约5slm至约15slm之间的流速。液滴引进高的惯量。在一个实施方式中，液滴具有在约1m/s至约100m/s之间的速度。在另一实施方式中，液滴具有在约2m/s至约50m/s之间的速度。在另一实施方式中，液滴具有在约2m/s至约20m/s之间的速度。施加冲洗液喷雾喷射的持续时间足够长，足以从衬底表面去除清洁材料和在衬底表面上的颗粒。在一个实施方式中，持续时间为在约10秒至约90秒之间。在另一实施方式中，持续时间为在约10秒至约60秒之间。在另一实施方式中，持续时间为在约15秒至约45秒之间。
图9B是示出了按照本发明的一个实施方式的、用于施加冲洗液的喷雾喷射的设备930。衬底901在表面上具有清洁材料层940，由多个辊902夹持以用于固定衬底和使衬底转动。在衬底901的上面有其中包括喷雾喷射头900和喷雾喷射臂915的液体喷雾喷射装置920。上面在图9A中已经介绍了喷雾喷射头800的一个实施方式。喷雾喷射头900耦合到喷雾喷射臂915。在喷雾喷射臂915有两条供应线911和912来分别提供载气(911)和冲洗液(912)。载气供给线911为载气通道901提供载气，而冲洗液供应线912为冲洗液的通道901提供冲洗液。在一个实施方式中，喷雾喷射臂915在冲洗操作期间被夹持在衬底901之上固定不动。在另一实施方式中，喷雾喷射臂815扫过衬底表面901。在冲洗操作过程中，衬底901转动。
图9C是示出了按照本发明的一个实施方式的、清洁衬底的处理流程970。在操作971，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料施加在衬底上后，在操作972，冲洗液的喷雾喷射被施加在转动着的衬底上。如上所述，在操作期间，由冲洗液施加的力使得清洁材料呈“固体状”，这使得从衬底表面去除清洁材料更容易。之后，在操作974，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，诸如IPA或带有N2的IPA之类干燥辅助液体是在操作974之前、在可选的操作973施加在衬底上的。
方法7：
如上所述，在粘弹性清洁材料上施加力或能将增强清洁材料的固体状的性质。上面的方法4说明了，在粘弹性清洁材料上施加低频声能增强了清洁材料的固体状的性质。可替换地，低频声能可换之以兆声波(megasonic)或超声波(ultrasonic)的声能。类似地，兆声波或超声波的能可以以与低频声能类似的方式引入衬底的正面、背面或正面和背面两者的组合。兆声波或超声波的声能可以在清洁材料分配在衬底上的期间或之后通过声学共振棒(或块，或板)或压电转换器棒引入。可替换地，兆声波或超声波的声能可以通过多个棒引入。方法4中说明的用于低频声能的设备的例子也适用于当前的方法7。通过降低颗粒去除所需的能，施加兆声波或超声波的声能增加了整体的颗粒去除效率，减少了在衬底上的敏感结构的损坏阈值。施加上面所述的方法4的低频声能和施加这里说明的兆声波或超声波声能之间的区别是，兆声波或超声波的声能可用于协助源于空化效应的颗粒去除。与此相反，低频率的声能主要用于增强清洁材料的固体状的性质。可替换地，兆声波或超声波的声能可以优化，以主要依靠粘弹性清洁材料的固体状的反应和少依赖空化，以使衬底上的特征的损害最小化。
兆声波和超声波频率的例子包括但不限于28kHz、44kHz、112kHz、800kHz、1.4MHz和2MHz。在一个实施方式中，兆声波或超声波的声能的能是在约1至约1000瓦之间。在另一实施方式中，兆声波或超声波的声能的能是在约1至约300瓦之间。在另一实施方式中，兆声波或超声波的声能的能是在约10至约300瓦之间。在一个实施方式中，施加兆声波或超声波的声能的持续时间是在约10秒至约90秒之间。在另一实施方式中，施加兆声波或超声波的声能的持续时间是在约10秒至约60秒之间。在另一实施方式中，施加兆声波或超声波的声能的持续时间是在约15秒至约45秒之间。
图10示出了按照本发明的一个实施方式的、从衬底表面去除颗粒的处理流程1070。在操作1071，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料施加在衬底上后，在操作1072，兆声波或超声波能被施加在清洁材料上，以增强清洁材料的固体状的性质。在一个实施方式中，声波能是兆声波的声能。在另一实施方式中，声波能是超声波的声能。在另一个实施方式中，兆声波或超声波能也能通过空穴效应帮助去除颗粒。在操作1073，冲洗液被施加在转动的衬底上以去除声能处理过的清洁材料。在一个实施方式中，兆声波或超声波能在冲洗操作期间施加在清洁材料上。之后，在操作1075，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，在操作1075之前，在可选的操作1074，诸如IPA或带N2的IPA之类干燥辅助液体被施加在衬底上。
方法8：
如上所述，增强清洁材料的弹性性质使得清洁材料在它分配在衬底表面上以从衬底表面去除颗粒之后更容易去除。在一个实施方式中，剪切力被引入在衬底上的清洁材料上，以通过振荡衬底增强清洁材料的弹性性质，这意味着来回转动衬底。衬底的振荡在清洁材料上引入了剪切力。在一个实施方式中，在分配清洁材料期间执行振荡。在另一实施方式中，在分配清洁材料之后但在冲洗操作之前执行振荡。在另一实施方式中，在冲洗操作期间引入振荡。
振荡频率需要高于粘弹性清洁材料的最长的特征时间的倒数。例如，如果清洁材料的最长的特征时间是1秒，那么振荡频率就高于1赫兹。在一个实施方式中，振荡频率为在约1赫兹至约1000赫兹之间。在另一实施方式中，振荡频率为在约10赫兹至约500赫兹之间。在另一实施方式中，振荡频率为在约20赫兹至约200赫兹之间。
图3A-3C和4F中所说明的用于固定和转动衬底的设备可用来振荡衬底。图11A示出了按照本发明的一个实施方式的、在A度的振荡下的衬底1101的顶视图。衬底1101开始于0度的位置，被振荡到A/2度的位置，返回到0度的位置，然后被振荡到-A/2度的位置。总体而言，衬底1101振荡A度。在一个实施方式中，振荡幅度(振荡度)为在约0.1度至约180度之间。在另一实施方式中，振荡幅度为在约0.5度至约90度之间。在另一实施方式中，振荡幅度为在约1度至约30度之间。
图11B示出了按照本发明的一个实施方式的、用于从衬底表面去除颗粒的处理流程1170。在操作1171，粘弹性清洁材料被施加在转动着的衬底上。如上所述，分配臂可以扫过衬底表面。在清洁材料施加在衬底上后，在操作1172，振荡运动被施加在清洁材料上，以增强清洁材料的固体状的性质。在操作1173，冲洗液被施加在转动的衬底上，以去除清洁材料。之后，在操作1175，衬底通过转动干燥。在一个实施方式中，在操作1175之前，在可选的操作1174，将干燥辅助液体施加在衬底上。
上述各方法的不同元素可以混合在一起，以达到最佳的颗粒去除结果。例如，施加有清洁材料的衬底可以冷却并被吸力拉离衬底表面。可替换地，施加清洁材料的衬底可以被冷却和被喷取冲洗液射流以去除清洁材料。接近清洁材料的固体状的性质使得带有捕获颗粒的粘弹性清洁材料更容易从衬底表面去除。
上述粘弹性清洁材料、设备和方法在不破坏特征地清洁具有精细特征的图案化的衬底方面有优点。粘弹性清洁材料是流体的，或是在液相或液/气相(泡沫)，并在设备特征周围变形；因此，清洁材料不损坏设备的特征。液相的粘弹性清洁材料可以是液体、溶胶或凝胶的形式。包含一个或多个带大分子量的聚合物化合物的粘弹性清洁材料捕获衬底上的污染物。此外，粘弹性清洁材料捕获污染物，并且不将污染物返回到衬底表面。在一个实施方式中，一个或多个带大分子量的聚合化合物形成长的聚合物链。在一个实施方式中，一个或多个聚合物交联以形成聚合物网络。与传统的清洁材料相比，具有一个或多个聚合物的粘弹性清洁材料示出了卓越的俘获和捕获污染物的能力。
上文所述的粘弹性清洁材料在施加在衬底表面以从衬底表面去除污染物或颗粒之前基本上不含不变形颗粒(或研磨料颗粒)。不变形颗粒是诸如在泥浆或沙子中的、能损害图案化的衬底上的精细器件特征的颗粒之类硬质颗粒。在衬底清洁过程期间，清洁材料将从衬底表面收集污染物或颗粒。然而，在将前的清洁材料施加在衬底表面上用于衬底清洁之前，没有特意将任何不变形颗粒混合在清洁材料中。
虽然上面的讨论是以从图案化的晶片中清除污染物为中心，但清洁设备和方法也可用于清洁未图案化的晶片或平面晶片的污染物。此外，上面讨论的在图案化的晶片上的典范图案是诸如多晶硅线或金属线之类突出的线。然而，本发明的构思可以适用于具有凹进的特征的衬底。例如，在CMP后的凹孔可以在晶片上形成图案，通道的最适合的设计可用于实现最佳的污染物去除效率。
作为此处使用的一个例子，衬底表示但不限于半导体晶片、硬驱磁盘、光盘、玻璃衬底、平板显示器表面、液晶显示器表面等，其在制造或处理操作中可能被污染。根据实际，衬底表面可能被以不同的方式污染，而可接受的水平的污染是在衬底处理的特定的行业中定义的。
虽然本文已经详细地说明了本发明的一些实施方式，但应理解，对本领域的技术人员，本发明可以用许多其它具体形式实施，而不偏离本发明的精神或范围。因此，所示的例子和实施方式被认为是说明性的而不是限制性的，本发明不限于文中提供的细节，而可以在所附的权利要求的范围内进行修改和实施。

Claims (25)

1.一种从衬底表面去除颗粒的方法，其包括：
在所述衬底表面上分配清洁材料的层，其中所述衬底由衬底支撑转动，并且其中所述清洁材料是包括聚合物的粘弹性溶液，所述聚合物溶于清洁液以形成所述清洁材料，所述清洁材料从所述衬底的所述表面俘获和捕获所述颗粒中的至少一些；和
在所述衬底的所述表面上的所述清洁材料的所述层上分配冲洗液以去除清洁材料的所述层，其中在向所述清洁材料的所述层上分配所述冲洗液期间或之前，在所述清洁材料上施加能，其中所施加的所述能增强了所述清洁材料的固体状的反应，从而促进从所述衬底表面去除所述清洁材料，并且其中被所述清洁材料捕获的所述颗粒中的所述至少一些与所述清洁材料一起被去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述能是在所述冲洗液的所述分配期间由施加到所述清洁材料的所述层上的力引入，其中所分配的清洁液去除所述清洁材料的所述层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底和所述清洁材料在分配所述冲洗液期间或之前被冷却至在约0℃到约30℃之间的温度，并且其中所述清洁材料的冷却增强了所述清洁材料的所述固体状的反应，以使得所述清洁材料和被捕获的所述颗粒更易于被所分配的所述冲洗液去除。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所引进的所述能是由吸力施加在所述清洁材料的所述层上，并且其中所述吸力将所述清洁材料的所述层从所述衬底的所述表面拉离，以去除所述清洁材料和被捕获的所述颗粒。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述清洁材料的所述层被分配在所述衬底的所述表面之前，表面预处理液被施加在所述衬底的所述表面上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述能以其频率大于所述清洁材料的特征时间的倒数的低频率声波能引入，并且其中所述频率为在约10赫兹到约500赫兹之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述冲洗液通过喷雾喷射分配到所述清洁材料层上，其中所述喷雾喷射通过所述喷雾喷射的所述力将所施加的所述能引入到所述清洁材料上。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述能以其频率大于所述清洁材料的特征时间的倒数的兆声波或超声波的声能引入。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述能是在所述清洁材料的所述层被分配在所述衬底的所述表面期间或之后通过绕所述衬底的轴振荡所述衬底引入的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物选自：诸如聚丙烯酰胺(PAM)、诸如Carbopol 940TM和Carbopol 941TM之类聚丙烯酸(PAA)、PAM和PAA的共聚物、聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯(PDMAAm)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PIPAAm)、聚甲基丙烯酸(PMAA)和聚甲基丙烯酰胺(PMAAm)之类丙烯酸聚合物，诸如聚乙烯亚胺(PEI)、聚环氧乙烷乙烯(PEO)和聚丙烯醚(PPO)之类聚胺和氧化物，诸如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯磺酸(PESA)、聚乙烯胺(PVAm)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚4-乙烯基吡啶(P4VP)之类乙烯聚合物，诸如甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)之类纤维素衍生物，诸如阿拉伯胶、琼脂和琼脂糖、肝素、瓜尔豆胶、黄原胶之类多聚糖，和诸如白蛋白、胶原蛋白、谷蛋白之类蛋白。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述冲洗液是去离子水。
12.根据权利要求3所述的方法，其中通过向所述衬底或衬底支撑的背面喷冷水使所述衬底和所述清洁材料冷却。
13.根据权利要求5所述的方法，其中所述预处理液选自：去离子水(DIW)，APM(铵与过氧化氢的混合物)，DSP(稀释硫酸与过氧化氢的混合物)，SPM(硫酸与双氧水的混合物)，DI-O3(混有臭氧的去离子水)，HF(氟化氢)，BOE(缓冲氧化物蚀刻)溶液。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述冲洗液与所述喷雾喷射的载气混合，其中所述载气是从包括氮气、空气、氧气、氩气、氦气、其它类型的惰性气体和上述气体的组合物的组中选择的。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述兆声波或超声波声能的所述频率是从包括约28kHz、约44kHz、约112kHz、约800kHz、约1.4MHz、约2MHz的组中选择的。
16.根据权利要求8所述的方法，其中所述振荡频率是大于所述清洁材料的特征时间的倒数。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述清洁材料的所述层已被去除后，在所述衬底的所述表面上施加干燥辅助液体；和
在已施加所述干燥辅助液体后通过转动所述衬底干燥所述衬底的所述表面。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述干燥辅助液体是异丙醇(IPA)、IPA和水的混合物、气相IPA、或气相IPA和惰性气体的混合物。
19.一种从衬底表面去除颗粒的方法，包括：
在所述衬底的所述表面上分配粘弹性清洁材料层，其中所述衬底由衬底支撑转动，并且其中所述粘弹性清洁材料从所述衬底的所述表面俘获和捕获所述颗粒中的至少一些；和
在所述衬底的所述表面上的所述清洁材料的所述层分配冲洗液以去除所述清洁材料的所述层，其中在向所述清洁材料层上分配所述冲洗液期间或之前，向所述清洁材料上施加能，其中施加的所述能增强了所述清洁材料的固体状的反应，从而促进从所述衬底表面去除所述清洁材料，并且其中被所述清洁材料捕获的所述颗粒中的所述至少一些与所述清洁材料一起被去除。
20.一种在具有多个处理槽的设备中从衬底表面去除颗粒的方法，包括：
用衬底支撑将所述衬底移动到所述设备的第一处理槽，其中所述设备的所述第一处理槽与低于所述第一处理槽的所述处理槽被所述衬底支撑分开；
在所述衬底的所述表面上分配粘弹性清洁材料层，其中所述衬底由所述衬底支撑转动，并且其中所述粘弹性清洁材料从所述衬底的所述表面俘获和捕获所述颗粒中的至少一些；
用所述衬底支撑将所述衬底移动到所述设备的第二处理槽，其中所述设备的所述第二处理槽与低于所述第二处理槽的所述处理槽被所述衬底支撑分开；和
在所述衬底的所述表面上的所述清洁材料的所述层上分配冲洗液以去除所述粘弹性清洁材料的所述层，其中在向所述清洁材料的所述层上分配所述冲洗液期间或之前，在所述清洁材料上施加能，其中所施加的所述能增强了所述清洁材料的固体状的反应，从而促进从所述衬底表面去除所述清洁材料，并且其中被所述清洁材料捕获的所述颗粒中的所述至少一些与所述清洁材料一起被去除。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
用所述衬底支撑将所述衬底移动到所述设备的第三处理槽，其中所述设备的所述第三处理槽与低于所述第二处理槽的所述处理槽被所述衬底支撑分开或所述衬底支撑的背面成为所述设备的外面；
在已去除所述粘弹性清洁材料的所述层的所述衬底的所述表面上施加干燥辅助液体，其中在所述干燥辅助液体被施加期间、当所述干燥辅助液体被转动时，所述衬底旋转；并且
在所述干燥辅助液体已经被施加后，通过使所述衬底旋转来干燥所述衬底。
22.根据权利要求20所述的方法，其中在所述冲洗液被施加在所述粘弹性清洁材料的所述层上之前或在所述冲洗液被施加在所述粘弹性清洁材料的所述层上期间，所述衬底支撑的所述背面被喷洒以冷的液体，以降低所述衬底和所述清洁材料层的所述温度，并且其中降低所述粘弹性清洁材料层的所述温度增强了所述清洁材料的弹性性质。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述能是在分配所述冲洗液之前在所述衬底位于所述第一或所述第二处理槽中时用真空抽吸施加到所述粘弹性清洁材料的所述层上的。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述冲洗液通过喷雾喷射分配，所述能通过所述喷雾喷射施加到所述粘弹性清洗材料的所述层上。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述能是频率大于所述粘弹性清洁材料的特征时间的倒数的声波能。
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