JP5647614B2 - 二相汚染物質除去媒体の組成及び適用 - Google Patents

Description

集積回路やメモリセルなどの半導体デバイスの作成では、半導体基板（「基板」）上に特徴を定めるために、一連の製造動作が実施される。一連の製造動作において、基板表面は、様々なタイプの汚染物質に曝される。製造動作中に存在するほぼあらゆる材料が、潜在的汚染源である。例えば、汚染源は、なかでも、プロセスガス、化学物質、蒸着材料、エッチング副生成物、及び液体を含みえる。これらの様々な汚染物質は、ウエハ表面上に微粒子の形態で（又粒子として）堆積しえる。

半導体基板の表面からは、基板汚染物質を取り除く必要がある。もし除去されないと、汚染付近のデバイスは、動作不能になることがある。基板汚染物質は、また、デバイス性能特性に影響を及ぼして、通常よりも速くデバイス障害を発生させる恐れもある。したがって、基板表面及び基板上に定められた特徴を損傷させることなく十分に完全な形で基板表面から汚染物質を取り除くことが必要とされる。微粒子汚染のサイズは、多くの場合、ウエハ上に作成される特徴の微小寸法のサイズと同程度である。表面及び基板上の特徴に悪影響を及ぼすことなくこのような小さな微粒子汚染を除去することは、極めて困難でありえる。

以上から、基板表面から汚染物質を除去してデバイス歩留まりを向上させるための改善された基板洗浄技術が必要とされていることがわかる。

概して、実施形態は、基板表面から汚染物質を除去してデバイス歩留まりを向上させるための基板洗浄技術を提供することによって、上記の必要性を満たすものである。基板洗浄技術は、固体成分と高分子量のポリマとを洗浄液中に分散させることによって形成された洗浄材料（又は洗浄溶液又は洗浄化合物）を用いる。固体成分は、基板表面上の汚染物質に接触することによって、それらの汚染物質を除去する。高分子量のポリマは、洗浄材料中の固体を捕えて閉じ込めるポリマ鎖及びポリマ網目を形成し、これは、微粒子汚染物質、不純物、及び洗浄材料中の固体成分などの固体が基板表面上に沈下することを阻止する。また、ポリマは、基板表面上の汚染物質に接触することによって、それらの汚染物質を基板表面から除去することを助けることもできる。一実施形態では、洗浄材料は、基板表面上の突出特徴に強い衝撃を与えてそれらを損傷させることなくそれらの突出特徴の周囲を滑走する。

本発明は、材料（若しくは溶液）、方法、プロセス、装置、又はシステムを含む数々の形態で実現可能であることを理解されるべきである。本発明の幾つかの発明実施形態が、以下で説明される。
（１）本発明の第１の形態は、半導体基板表面から汚染物質を除去するための洗浄材料であって、
洗浄液と、
前記洗浄液中に分散された複数の固体成分であって、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用する複数の固体成分と、
分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマであって、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、前記洗浄液及び前記複数の固体成分とともに前記洗浄材料を形成し、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、ポリマと、
を備え、
前記固体成分は脂肪酸で形成されており、
前記洗浄材料における前記脂肪酸の濃度は２〜４重量％であり、前記ポリマの濃度は約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間である、洗浄材料である。
（２）本発明の第２の形態は、半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための装置であって、
前記半導体基板を保持するための基板サポートアセンブリと、
前記基板表面から前記汚染物質を取り除くために洗浄材料を適用するための洗浄材料吐出ヘッドであって、前記洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含み、前記複数の固体成分及び前記ポリマは、前記洗浄液中に分散され、前記複数の固体成分は、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために、前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用し、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、洗浄材料吐出ヘッドと、
を備え、
前記固体成分は脂肪酸で形成されており、
前記洗浄材料における前記脂肪酸の濃度は２〜４重量％であり、前記ポリマの濃度は約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間である、装置である。
（３）本発明の第３の形態は、半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための方法であって、
前記半導体基板を洗浄装置内に置くことと、
前記基板表面から前記汚染物質を取り除くために洗浄材料を吐出することであって、前記洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含み、前記複数の固体成分及び前記ポリマは、前記洗浄液中に分散され、前記複数の固体成分は、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために、前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用し、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、ことと、
を備え、
前記固体成分は脂肪酸で形成されており、
前記洗浄材料における前記脂肪酸の濃度は２〜４重量％であり、前記ポリマの濃度は約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間である、方法である。

一実施形態では、半導体基板表面から汚染物質を除去するための洗浄材料が提供される。洗浄材料は、洗浄液と、洗浄液中に分散された複数の固体成分とを含む。複数の固体成分は、半導体基板表面から汚染物質を除去するために、基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用する。洗浄材料は、また、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマを含む。ポリマは、洗浄液に可溶になり、洗浄液及び複数の固体成分とともに洗浄材料を形成する。長いポリマ鎖を有する可溶化されたポリマは、洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める。

別の実施形態では、半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための装置が提供される。装置は、半導体基板を保持するための基板サポートアセンブリを含む。装置は、また、基板表面から汚染物質を取り除くために洗浄材料を適用するための洗浄材料吐出ヘッドを含む。洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含む。複数の固体成分及びポリマは、洗浄液中に分散され、複数の固体成分は、半導体基板表面から汚染物質を除去するために、基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用する。ポリマは、洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する可溶化されたポリマは、洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める。

更に別の実施形態では、半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための方法が提供される。方法は、半導体基板を洗浄装置内に置くことを含む。方法は、また、基板表面から汚染物質を取り除くために洗浄材料を吐出することを含む。洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含む。複数の固体成分及びポリマは、洗浄液中に分散される。複数の固体成分は、半導体基板表面から汚染物質を除去するために、基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用する。ポリマは、洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する可溶化されたポリマは、洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める。

本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
半導体基板表面から汚染物質を除去するための洗浄材料であって、
洗浄液と、
前記洗浄液中に分散された複数の固体成分であって、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用する複数の固体成分と、
分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマであって、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、前記洗浄液及び前記複数の固体成分とともに前記洗浄材料を形成し、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、ポリマと、
を備える洗浄材料。
［適用例２］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記洗浄材料は、前記パターン化基板を覆う前記洗浄材料に力が作用されたときに、前記パターン化基板の前記表面上のデバイス特徴の周囲で変形し、前記洗浄材料は、前記パターン化基板の前記表面上のデバイス特徴を実質的に損傷させることなく前記表面から前記汚染物質を除去するために、前記表面に適用される、洗浄材料。
［適用例３］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記固体成分は、約１％から約２０％までの間の範囲の重量パーセントのカルボン酸で作成される、洗浄材料。
［適用例４］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記複数の固体成分は、４を超える炭素数を有する脂肪酸である、洗浄材料。
［適用例５］
適用例４に記載の洗浄材料であって、
前記脂肪酸は、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、ミリスチン酸、マルガリン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ネルボン酸、パリナリン酸、ティムノドン酸、ブラシジン酸、クルパノドン酸、及びこれらの混合からなる群より選択される、洗浄材料。
［適用例６］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記洗浄液は、水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、又はこれらの組み合わせからなる群より選択される、洗浄材料。
［適用例７］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記ポリマ化合物は、
ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、Carbopol 940 ^TM 及びCarbopol 941 ^TM などのポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ＰＡＭとＰＡＡとのコポリマ、ポリ−（Ｎ，Ｎ−ジメチル−アクリルアミド）（ＰＤＭＡＡｍ）、ポリ−（Ｎ−イソプロピル−アクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）、ポリメタクリルアミド（ＰＭＡＡｍ）などの、アクリルポリマと、
ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）などの、ポリイミン及びオキシドと、
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンスルホン酸（ＰＥＳＡ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリビニル−ピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ−４−ビニルピリジン（Ｐ４ＶＰ）などの、ビニルポリマと、
メチルセルロース（ＭＣ）、エチル−セルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、キトサン、ポリ（エピクロルヒドリン−ｃｏ−エチレンジアミン）、ポリ（ジメチルアミン−ｃｏ−エピクロルヒドリン−ｃｏ−エチレンジアミン）などの、セルロース誘導体と、
アカシア（アラビアゴム）、寒天及びアガロース、ヘパリン、グアーゴム、キサンタンゴムなどの、多糖類と、
卵白、コラーゲン、グルテンなどの、タンパク質と
からなる親水性のポリマ群より選択される、洗浄材料。
［適用例８］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記ポリマ化合物の前記ポリマは、凝集剤として機能する、洗浄材料。
［適用例９］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記ポリマ化合物の前記ポリマの分子量は、約０．１Ｍｇ／ｍｏｌから約１００Ｍｇ／ｍｏｌまでの間である、洗浄材料。
［適用例１０］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記洗浄材料中における前記ポリマの重量パーセントは、約０．００１％から約１０％までの間である、洗浄材料。
［適用例１１］
適用例１に記載の洗浄材料であって、更に、
前記洗浄液中における前記ポリマ及び前記固体成分の分散又は湿潤化を助けるための表面活性剤を備える洗浄材料。
［適用例１２］
適用例１１に記載の洗浄材料であって、
前記表面活性剤は、ドデシル硫酸アンモニウム（ＡＤＳ）である、洗浄材料。
［適用例１３］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
液体、ゾル、又はゲルの形態をとる流体である洗浄材料。
［適用例１４］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記洗浄材料のｐＨ値は、フロントエンド用途の場合は約７から約１２までの間である、洗浄材料。
［適用例１５］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記洗浄材料のｐＨ値は、バックエンド用途の場合は約１から約７までの間である、洗浄材料。
［適用例１６］
適用例１に記載の洗浄材料であって、
前記ポリマは、前記洗浄材料中の不純物を捕らえて閉じ込める、洗浄材料。
［適用例１７］
半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための装置であって、
前記半導体基板を保持するための基板サポートアセンブリと、
前記基板表面から前記汚染物質を取り除くために洗浄材料を適用するための洗浄材料吐出ヘッドであって、前記洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含み、前記複数の固体成分及び前記ポリマは、前記洗浄液中に分散され、前記複数の固体成分は、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために、前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用し、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、洗浄材料吐出ヘッドと、
を備える装置。
［適用例１８］
適用例１７に記載の装置であって、
前記洗浄材料吐出ヘッドは、前記吐出ヘッド下の前記洗浄材料に下向きの力を及ぼす、装置。
［適用例１９］
適用例１７に記載の装置であって、
前記半導体基板は、前記洗浄材料吐出ヘッド下で移動し、前記移動は、前記洗浄材料と前記基板の前記表面との間にせん断力を導入する、装置。
［適用例２０］
適用例１７に記載の装置であって、
前記洗浄材料吐出ヘッドは、前記半導体基板の前記基板表面の近くに保持される、装置。
［適用例２１］
適用例１７に記載の装置であって、更に、
前記基板表面の近くに保持され、前記洗浄材料によって除去された汚染物質とともに前記洗浄材料を前記基板表面からすすいで前記基板表面を乾燥させる上側すすぎ・乾燥ヘッドを備える装置。
［適用例２２］
適用例２１に記載の装置であって、更に、
前記基板表面の近くに保持され、前記半導体基板の下側基板表面をすすいで乾燥させる少なくとも１つの下側すすぎ・乾燥ヘッドを備える装置。
［適用例２３］
半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための方法であって、
前記半導体基板を洗浄装置内に置くことと、
前記基板表面から前記汚染物質を取り除くために洗浄材料を吐出することであって、前記洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含み、前記複数の固体成分及び前記ポリマは、前記洗浄液中に分散され、前記複数の固体成分は、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために、前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用し、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、ことと、
を備える方法。
［適用例２４］
適用例２３に記載の方法であって、更に、
前記洗浄材料によって前記基板表面から除去された前記汚染物質とともに前記洗浄材料を前記基板表面からすすぐために、前記洗浄材料によって覆われている前記基板表面上の一部分にすすぎ液を吐出することを備える方法。
［適用例２５］
適用例２４に記載の方法であって、更に、
前記すすぎ液、前記洗浄材料、及び前記洗浄材料中の前記汚染物質を前記基板表面から除去することを備える方法。
本発明の原理を例として示した添付の図面に関連させた以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様及び利点が明らかになる。

本発明は、添付の図面に関連させた以下の詳細な説明によって、容易に理解される。ここで、類似の参照符号は、類似の構成要素を示すものとする。

本発明の一実施形態にしたがった、基板表面から微粒子汚染を除去するための洗浄材料を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、図１Ａの洗浄溶液の固体成分が基板表面上の汚染物質の近くにある様子を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、図１Ａの洗浄溶液の固体成分が基板表面上の汚染物質に接触する様子を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、図１Ａの洗浄溶液の固体成分が基板表面から汚染物質を撤去する様子を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、不純物の堆積、及び基板表面上から事前に除去された汚染物質の再堆積を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、固体成分及びポリマを伴う洗浄材料を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、固体成分及びポリマを伴う洗浄材料が突出表面特徴１２０を伴う基板表面上にある様子を示す物理的説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、基板表面から汚染物質を取り除くための装置を示す説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、図２Ａの装置を示す上面説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、図２Ａの領域２５０を示す説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、図２Ａのプロセス領域２５０と同様のプロセス領域２５０’を示す説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、すすぎ・乾燥装置２７０を示す説明図である。

本発明の一実施形態にしたがった、洗浄材料を使用して基板表面を洗浄するプロセスフローである。

本発明の一実施形態にしたがった、洗浄材料を作成するプロセスフローである。

基板から汚染物質を除去してデバイス歩留まりを向上させるための改善された基板洗浄技術の幾つかの典型的な実施形態が提供される。本発明は、溶液、プロセス、方法、装置、又はシステムを含む数々の形態で実現可能であることを理解されるべきである。本発明の幾つかの発明実施形態が、以下で説明される。当業者ならば、本明細書に定められた具体的詳細の一部又は全部を伴わずとも本発明が実施可能であることが明らかである。

基板洗浄技術は、固体成分と高分子量のポリマとを洗浄液中に分散させることによって形成された洗浄材料（洗浄溶液又は洗浄化合物）を用いる。固体成分は、基板表面上の汚染物質に接触することによって、それらの汚染物質を除去する。高分子量のポリマは、洗浄材料中の固体を捕えて閉じ込めるポリマ鎖及びポリマ網目を形成し、これは、微粒子汚染物質、不純物、及び洗浄材料中の固体成分などの固体が基板表面上に沈下することを阻止する。また、ポリマは、基板表面上の汚染物質に接触することによって、それらの汚染物質を基板表面から除去することを助けることもできる。一実施形態では、洗浄材料は、基板表面上の突出特徴に強い衝撃を及ぼしてそれらを損傷させることなくそれらの突出特徴の周囲を滑走する。

図１Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、半導体基板１０５の表面１０６から１０３_I及び１０３_IIなどの汚染物質１０３を除去するための洗浄材料（又は洗浄溶液又は洗浄化合物）１０１を示す物理的説明図である。洗浄材料（又は洗浄溶液）１０１は、洗浄液（又は洗浄溶媒）１０７と、固体成分１０９とを含む。固体成分１０９は、洗浄液１０７内に分散されている。洗浄液１０７は、固体成分１０９と１０３_I及び１０３_IIなどの汚染物質１０３とを相互作用させて最終的に基板表面１０６から汚染物質１０３を除去するために固体成分１０９を汚染物質１０３の近くに持ってくるための媒体を提供する。一実施形態では、固体成分１０９は、追加の表面活性剤などの化学剤によって可溶化される。一実施形態では、洗浄材料１０１は、カルボン酸固体を約０．１％を超える重量／重量パーセントで脱イオン水（ＤＩＷ）に溶解させることによって調製することができる。一実施形態では、ＤＩＷ中のカルボン酸固体は、約２０％未満である。カルボン酸は、化合物中におけるカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）の存在によって特徴付けられる。固体成分１０９は、ＤＩＷ中に溶解されたカルボン酸から析出したカルボン酸の固体又は塩である。一実施形態では、カルボン酸の炭素数は、≧４である。一実施形態では、カルボン酸は、脂肪酸であり、これは、長い非分枝脂肪族末端（又は鎖）を伴うカルボン酸である。カルボン酸固体と表面活性剤溶液（又は表面活性剤を伴う水溶液）との混合は、固体が表面活性剤溶液中に分散するためにかかる時間を短縮するために、約７５〜８０℃に加熱することができる。固体が溶解されたら、洗浄溶液は、冷却することができる。冷却プロセス中は、針状又は板状のカルボン酸の形態をとる固体が、洗浄液１０７中に析出しえる。

注目すべきは、１つには、洗浄材料（又は洗浄溶液又は洗浄化合物）１０１が、（１種又は複数種の）カルボン酸（又はカルボン酸塩）などの固体成分を水以外の液体に混ぜることによって作成可能であることである。アルコールなどのその他のタイプの極性液体も、洗浄液１０７として使用することができる。

実施形態によっては、洗浄材料１０１内の固体成分１０９は、液体又は気体ではない相を固相と定義したときに、固相内の基本的にあらゆるサブ状態を表わす物理的特質を持ちえることを理解されるべきである。例えば、弾力性及び可塑性などの物理的性質は、洗浄材料内の様々に異なる固体成分１０９によって異なる可能性がある。また、各種の実施形態において、固体成分１０９は、結晶性固体又は非晶質固体として定義されえることを理解されるべきである。それらの特定の物理的性質にかかわらず、洗浄材料（又は洗浄溶液又は洗浄化合物）１０１内の固体成分１０９は、基板表面１０６のごく近くに又は接触するように配されたときに基板表面１０６への接着を回避可能であることが望ましい。また、固体成分１０９の機械的性質は、洗浄プロセス中に基板表面１０６に損傷を及ぼさないことが望ましい。一実施形態では、固体成分１０９の硬さは、基板表面１０６の硬さ未満である。

更に、固体成分１０９は、基板表面１０６上に存在する汚染物質１０３のごく近くに又は接触するように配されたときに汚染物質１０３との間に相互作用を確立可能であることが望ましい。例えば、固体成分１０９のサイズ及び形状は、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に相互作用を確立するのに好都合であることが望ましい。一実施形態では、固体成分１０９は、汚染物質の断面積よりも大きい断面積を有する。図１Ｂに示されるように、固体化合物１０９’が、微粒子汚染物質１０３’の表面積Ａ_103'と比べて大きい表面積Ａ_109'を有するときは、固体化合物１０９’に及ぼされたせん断力Ｆ_S’は、おおよそ面積比（Ｆ_S’ｘＡ_109'／Ａ_103'）を乗じたせん断力で微粒子汚染物質１０３’に伝えられる。例えば、微粒子汚染物質１０３’の有効径Ｄは、約０．１ミクロン未満である。固体化合物１０９’の幅Ｗ及び長さＬは、ともに、約５ミクロンから約５０ミクロンまでの間であり、固体化合物１０９’の厚みは、約１ミクロンから約５ミクロンまでの間である。面積比（すなわち乗数）は、約２，５００から約２５０，０００までの間又はそれ以上でありえる。微粒子汚染物質１０３’に及ぼされるせん断力は、非常に大きくて、微粒子汚染物質１０３’を基板表面１０６から駆逐しえる。

固体化合物１０９’から汚染物質１０３’に伝達されるエネルギは、直接的な又は非直接的な接触を通じて発生することができ、汚染物質１０３’を基板表面１０６から駆逐しえる。この実施形態では、固体化合物１０９’は、汚染物質１０３’よりも柔らかくてよく、又は硬くてよい。もし固体化合物１０９’が汚染物質１０３’よりも柔らかいならば、固体化合物１０９’の変形が衝突（又は接触）中に発生しやすく、その結果、汚染物質１０３’を基板表面１０６から駆逐するための運動エネルギの伝達が少なくなる。このケースでは、固体化合物１０９’と汚染物質１０３’との間における接着結合が強くなるであろう。もし固体化合物１０９’が汚染物質１０３’よりも硬いならば、汚染物質１０３’の変形が発生しやすく、その結果、汚染物質１０３’を基板表面１０６から駆逐するための運動エネルギの伝達が少なくなる。もし固体化合物１０９’が少なくとも汚染物質１０３’と同程度の硬さであるならば、実質完璧なエネルギ伝達が固体化合物１０９’と汚染物質１０３’との間に発生することができ、したがって、汚染物質１０３’を基板表面１０６から駆逐する働きをする力が増大する。しかしながら、固体化合物１０９’が少なくとも汚染物質１０３’と同程度の硬さであるこのケースでは、固体化合物１０９’又は汚染物質１０３’の変形に依存する相互作用の力が減少するであろう。固体化合物１０９’及び汚染物質１０３’に関連した物理的性質及び相対速度は、それらの間における衝突の相互作用に影響を及ぼすことを理解されるべきである。

図１Ｃ及び図１Ｄは、洗浄材料１０１がどのように基板表面１０６から汚染物質１０３_I及び１０３_IIを除去する働きをするかの一実施形態を示している。洗浄プロセス中は、洗浄液１０７内の固体成分１０９_Iが基板表面１０６上の汚染物質１０３_Iのごく近くに又は接触するように持ってこられるように、力Ｆの下向き成分である下向きの力Ｆ_Dが固体成分１０９_Iに及ぼされる。固体成分１０９_Iが汚染物質１０３_Iの十分近くに又は接触するように持ってこられると、固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間に相互作用が確立される。固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間における相互作用は、汚染物質１０３_Iと基板表面１０６との間における接着力、及び固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間におけるあらゆる反発力に打ち勝つのに十分である。したがって、力Ｆのせん断成分であるせん断力Ｆ_Sによって基板表面１０６から固体成分１０９_Iが撤去されるときに、固体成分１０９_Iと相互作用した汚染物質１０３_Iも基板表面１０６から撤去される、すなわち、汚染物質１０３_Iも基板表面１０６から取り除かれる。一実施形態では、固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間における相互作用は、固体成分１０９_Iが汚染物質１０３_Iの十分近くに持ってこられたときに発生する。一実施形態では、この距離は、約１０ナノメートル以内であってよい。別の実施形態では、固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間における相互作用は、固体成分１０９_Iが実際に汚染物質１０３_Iに接触するときに発生する。この相互作用は、固体成分１０９_Iが汚染物質１０３_Iに噛み合うと表現することもできる。固体成分１０９_IIと汚染物質１０３_IIとの間における相互作用は、固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間における相互作用と同様である。

固体成分１０９_Iと汚染物質１０３_Iとの間及び固体成分１０９_IIと汚染物質１０３_IIとの間における相互作用の力は、汚染物質１０３_I，１０３_IIを基板表面１０６につないでいる力よりも強い。図１Ｄは、固体成分１０９_I，１０９_IIが基板表面１０６から撤去されるときに、固体成分１０９_I，１０９_IIに結合された汚染物質１０３_I，１０３_IIも基板表面１０６から撤去されることを示している。なお、洗浄プロセス中は、複数の汚染物質除去メカニズムが発生しえることが留意されるべきである。

固体成分１０９は、洗浄プロセスを生じさせるために１０３_I，１０３_IIなどの汚染物質１０３と相互作用するので、基板表面１０６全体からの１０３_I，１０３_IIなどの汚染物質の除去は、固体成分１０９が液体１０７中にどれだけあるか及び基板表面１０６全体にどれだけよく分布されているかに依存する。好ましい実施形態では、固体成分１０９は、非常によく分布されており、基板表面１０６上の基本的にどの汚染物質１０３も、少なくとも１つの固体成分１０９の近くにある。また、１つの固体成分１０９が、同時に又は順番に２つ以上の汚染物質１０３に接触する又は相互作用することもありえることが理解されるべきである。更に、固体成分１０９は、全て同じ成分ではなく、異なる成分の混合であってもよい。したがって、洗浄溶液（若しくは洗浄材料若しくは洗浄化合物）１０１は、特定の目的のために、すなわち特定のタイプの汚染物質を標的にして設計することが可能である、又は洗浄溶液１０１は、複数タイプの固体成分を提供されて広範囲の汚染物質を標的にすることができる。

固体成分１０９と汚染物質１０３との間における相互作用は、なかでも、接着、衝突、及び引力を含む１つ又は複数のメカニズムを通じて確立することができる。固体成分１０９と汚染物質１０３との間における接着は、化学的相互作用及び／又は物理的相互作用を通じて確立することができる。例えば、一実施形態では、化学的相互作用が、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に糊に似た効果を生じさせる。別の実施形態では、固体成分１０９と汚染物質１０３との間における物理的相互作用が、固体成分１０９の機械的性質によって促進される。例えば、固体成分１０９は、汚染物質１０３に押し付けられたときに汚染物質１０３がその固体成分１０９の中に入り込むように可展性であってよい。

以上に加えて、一実施形態では、固体成分１０９と汚染物質１０３との間における相互作用は、静電引力の結果として生じることができる。例えば、もし固体成分１０９と汚染物質１０３とが反対の表面電荷を有するならば、それらは互いに電気的に引き合うであろう。固体成分１０９と汚染物質１０３との間における静電引力は、汚染物質１０３を基板表面１０６につないでいる力に打ち勝つのに十分であることが可能である。

別の実施形態では、固体成分１０９と汚染物質１０３との間に静電反発力が存在しえる。例えば、固体成分１０９及び汚染物質１０３は、ともに、負の表面電荷又は正の表面電荷のいずれかを有することがある。しかしながら、もし固体成分１０９と汚染物質１０３とを十分に近くに持ってくることができれば、それらの間における静電反発力にファンデルワールス力が打ち勝つことができる。液体１０７を通じて固体成分１０９に作用される力は、固体成分１０９と汚染物質１０３との間にファンデルワールス力が確立されるように、静電反発力に打ち勝つのに十分でありえる。

また、別の実施形態では、固体成分１０９と汚染物質１０３との間における静電反発力が軽減され、相互作用が促進されるように、又は固体成分若しくは汚染物質のいずれか一方が他方に対して表面電荷の反転を呈し、その結果として静電引力が生じるように、固体成分１０９及び汚染物質１０３の一方又は両方に存在する表面電荷を補うために、洗浄液１０７のｐＨ（水素イオン指数）を調整することができる。例えば、２〜４％のカルボン酸をＤＩＷに溶解させることによって作成されたカルボン酸（脂肪酸）の固体成分を伴う洗浄溶液のｐＨ値を増加させるために、該洗浄溶液に、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）などの塩基を追加することができる。追加されるＮＨ₄ＯＨの量は、約０．０５％から約５％までの間であり、好ましくは、約０．２５％から約２％までの間である。水酸化アンモニウムは、カルボン酸（すなわち脂肪酸）固体が洗浄溶液中に分散されやすい塩の形態になることを助ける。水酸化アンモニウムは、また、汚染物質１０３を加水分解することもできる。金属汚染物質を取り除くために、更に低いｐＨの溶液を使用することもできる。ｐＨ値を約２から約９までの間に調整するために、酸性溶液を使用することができる。

洗浄効率を高めるために水酸化アンモニウムなどの塩基を使用するのに加えて、ドデシル硫酸アンモニウムＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₁ＯＳＯ₃ＮＨ₄などの表面活性剤を洗浄材料に追加することもできる。一実施形態では、約０．１％から約５％の表面活性剤が洗浄溶液１０１に追加される。好ましい一実施形態では、約０．５％から約２％の表面活性剤が洗浄溶液１０１に追加される。

また、固体成分１０９は、洗浄液１０７への溶解を回避する又は洗浄液１０７に対する溶解度に限りがあることが望ましく、尚且つ洗浄液１０７全体への分散を可能にする表面機能性を有することが望ましい。液状媒質１０７全体への分散を可能にする表面機能性を固体成分１０９が有さない又はそのような表面機能性に限りがある場合は、洗浄液１０７全体への固体成分１０９の分散を可能にするために、液状媒体１０７に化学分散剤が追加されてよい。それらの具体的な化学的特性及び周囲の洗浄液１０７との相互作用に応じて、固体成分１０９は、幾つかの異なる形態の１つ又は複数をとってよい。例えば、各種の実施形態では、固体成分１０９は、凝集体、コロイド、ゲル、合体球、又はその他の基本的にあらゆるタイプの塊、凝固、軟凝集、造粒、若しくは合体を形成してよい。その他の実施形態では、固体成分１０９は、ここでは明記されない形態をとってよい。したがって、理解されるべきは、固体成分１０９が、基板表面１０６及び汚染物質１０３との間における相互作用に関連して先に説明されたように機能することができる基本的にあらゆる固体材料として定義されえることである。

一部の典型的な固体成分１０９には、脂肪族酸、カルボン酸、パラフィン、セルロース、ワックス、ポリマ、ポリスチレン、ポリペプチド、及びその他の粘弾性材料がある。固体成分１０９の材料は、洗浄液１０７内にその溶解度の限界を超える濃度で存在することが望ましい。また、特定の材料の固体成分１０９に関連した洗浄の有効性は、温度、ｐＨ、及びその他の環境条件の関数として変動しえることを理解されるべきである。

脂肪族酸は、炭素原子が開鎖を形成する有機化合物によって定義される基本的にあらゆる酸を表わしている。脂肪酸は、脂肪族酸の一例であり、洗浄材料１０１内の固体成分１０９として使用することができるカルボン酸の一例である。固体成分１０９として使用されえる脂肪酸の例には、なかでも、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、ミリスチン酸、マルガリン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸（lignoseric）、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ネルボン酸（nervanic）、パリナリン酸、ティムノドン酸、ブラシジン酸（brassic）、クルパノドン酸、リグノセリン酸（lignoceric）、セロチン酸、及びこれらの混合などがある。一実施形態では、固体成分１０９は、Ｃ４から約Ｃ２６までに及ぶ各種の炭素鎖長によって定義される脂肪酸の混合を表わすことができる。カルボン酸は、１つ又は複数のカルボキシル基（ＣＯＯＨ）を含む基本的にあらゆる有機酸によって定義される。また、カルボン酸は、メチル、ビニル、アルキン、アミド、第１級アミン、第２級アミン、第３級アミン、アゾ、ニトリル、ニトロ、ニトロソ、ピリフィル（pyrifyl）、カルボキシル、ペロキシ、アルデヒド、ケトン、第１級イミン、第２級イミン、エーテル、エステル、ハロゲンイソシアネート、イソチオシアネート、フェニル、ベンジル、ホスホジエステル、スルフヒドリルなどを含むがこれらに限定されないその他の官能基を含むことができるが、洗浄液１０７における不溶性を尚も維持している。

また、固体成分１０９材料の表面機能性は、洗浄液１０７と混和性の、カルボン酸塩、リン酸塩、硫酸基、ポリオール基、エチレンオキシドなどの部分（又は官能基）を含むことによって影響されえる。理解されるべきは、固体成分１０９が、基板１０５上に存在する汚染物質１０３と相互作用させられない形態に凝集しないように、洗浄液１０７全体に実質的に一様に分散可能であると望ましいことである。

洗浄液１０７は、イオン性の又は非イオン性の溶媒とその他の化学添加剤とを含むように変更されえることを理解されるべきである。例えば、洗浄液１０７に対する化学添加剤は、共溶媒、ｐＨ調整剤、キレート剤、極性溶媒、表面活性剤、水酸化アンモニウム、過酸化水素、フッ化水素酸、水酸化テトラメチルアンモニウム、並びにポリマ、微粒子、及びポリペプチドなどのレオロジ調整剤の、任意の組み合わせを含むことができる。

上述のように、図１Ｄは、固体成分１０９_I，１０９_IIが基板表面１０６から撤去されるときに、固体成分１０９_I，１０９_IIに結合された汚染物質１０３_I，１０３_IIも基板表面１０６から撤去されることを示している。図１Ｄの１０３_Iと１０９_I及び１０３_IIと１０９_IIのように、付着された固体成分とともに汚染物質が基板表面から除去される前に、汚染物質１０３_IIなどの一部の汚染物質は、基板表面１０６上に再び沈下することがある。更に、洗浄材料１０１中の、不純物１０８などの一部の不純物も、基板表面１０６上に沈下する可能性がある。不純物１０８などの不純物は、調製プロセス中に、固体成分用の（１つ若しくは複数の）化学物質とともに及び／又は洗浄材料の作成に使用される洗浄液とともに入ってくることによって、洗浄材料１０１に導入されえる。図１Ｅは、まだ固体成分１０９_IIに付着されたままの汚染物質１０３_IIが、図１Ｄに示されるように基板表面１０６から持ち上げられた後に再び基板表面１０６上に沈下する様子を示している。図１Ｅは、また、洗浄溶液１０１の一部である不純物１０８が、基板表面１０６上に堆積される（又は沈下する）様子も示している。汚染物質１０３_IIの再堆積及び不純物１０８の堆積は、洗浄溶液の粒子除去効率（ＰＲＥ）を低下させた。

再堆積された汚染物質及び／又は不純物の堆積物は、基板表面１０６から洗浄溶液１０１が除去された後も基板表面上に留まる可能性がある。基板表面上に留まる汚染物質及び／又は不純物は、汚染物質及び／又は不純物の付近にあるデバイスを動作不能にして基板の歩留まりを低下させえる。したがって、基板表面から除去された汚染物質及び／又は洗浄液１０７に混入された不純物が基板表面上に再び沈下することがないように、それらを洗浄液１０７（又は洗浄材料１０１）中に浮遊させる又は維持することが望まれる。

洗浄液中に固体成分を伴う洗浄材料の詳細は、２００６年９月１１日に出願され「Method and System Using a Two-Phases Substrate Cleaning Compound（二相基板洗浄化合物を使用した方法及びシステム）」と題された米国特許出願第１１／５１９，３５４号で見いだすことができる。該出願は、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。

図１Ｆは、本発明の一実施形態にしたがった、汚染物質及び／又は不純物を洗浄液１０７’中に又は洗浄材料１１０中に維持しえる洗浄材料（又は洗浄溶液又は洗浄化合物）１１０を示している。一実施形態では、洗浄材料１１０は、溶液である。別の実施形態では、洗浄材料１１０は、ゲルである。更に別の実施形態では、洗浄材料１１０は、ソルである。洗浄材料（又は洗浄溶液）１１０は、上述された洗浄溶液１０１の洗浄液１０７及び固体成分１０９と同様の材料で作成された洗浄液１０７’及び固体成分１０９’を有する。固体成分１０９’は、洗浄溶液１０１が１０３_I及び１０３_IIなどの汚染物質１０３を除去可能であるのと同様の上述の方式で、１０３_I’及び１０３_II’などの汚染物質１０３’を基板表面１０６’から除去することを助けることができる。また、洗浄溶液１１０は、本発明の一実施形態にしたがうと、高分子量のポリマ１１１を洗浄液１０７’中に溶解されて含んでいる。ポリマ１１１は、本発明の一実施形態にしたがうと、１０，０００ｇ／ｍｏｌ又は１００，０００ｇ／ｍｏｌを超えるなどの高分子量のポリマ化合物で作成される。ポリマ１１１は、汚染物質１０３_I及び１０３_IIなどの除去された汚染物質を捕えて閉じ込めて、それらが基板表面１０６’上に再び沈下することを阻止するために、長いポリマ鎖及びポリマ網目を形成する。ポリマ１１１によって形成される長いポリマ鎖及びポリマ網目は、また、不純物１０８’及び固体成分１０９’を捕えて閉じ込めて、それらが基板表面１０６’上に沈下することを阻止することもできる。ポリマは、また、基板表面１０６’上の１０３_III’などの汚染物質１０３’に付着することによって、汚染物質１０３’を除去することを助けることもできる。一実施形態では、基板表面上の汚染物質１０３’は、ポリマが汚染物質の付近に来たときに、イオン力、ファンデルワールス力、静電力、疎水性相互作用、立体相互作用、又は化学結合によって溶媒和ポリマに付着する。ポリマ１１１は、１０３_I’、１０３_II’、及び１０３_III’などの汚染物質１０３’を捕えて閉じ込める。

洗浄液中に高分子量のポリマを伴う洗浄材料は、２００８年６月２日に出願され「Materials for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media（単相又は二相の媒質による粒子除去のための材料）」と題された米国特許出願第１２／１３１，６５４号で説明されている。該出願は、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。高分子量を持ち、洗浄材料中にポリマ鎖又はポリマ網目を形成するポリマは、基板上の特徴を損傷させることなく基板上の汚染物質（又は粒子）を除去することを助けることができる。

ポリマ１１１は、洗浄液１０７’中に溶解し、これは、ｐＨ値に影響を及ぼしてポリマ１１１の溶解度を高める成分を含みえる。洗浄液１０７’中に溶解されたポリマは、軟質ゲルでありえる、又は洗浄溶液中に浮遊されたゲル状の滴になりえる。

図１Ｇは、一実施形態にしたがった、基板表面上に適用される洗浄材料１１０を示している。洗浄材料１１０は、汚染物質１０３’、固体成分１０９’、及び不純物１０８’を捕えて閉じ込めるポリマ網目１１０を有する。一実施形態では、ポリマ１１１及び固体成分１０９’は、ともに、汚染物質１０３’を基板表面１０６’から除去することを助ける。別の実施形態では、固体成分１０９’は、基板表面から汚染物質１０３’を除去し、ポリマ１１１は、洗浄材料１１０中の固体成分１０９’によって基板表面１０６’から除去された汚染物質１０３’を捕えて閉じ込める。図１Ｇは、多くのポリマ１１１鎖が洗浄液１０７’中に分散されていること、及び１０３_I’、１０３_II’、１０３_III’、１０３_IV’などの汚染物質がポリマ鎖に直接的に又は１０９_I’、１０９_II’などの固体成分１０９’を通じて非直接的に付着されていることを示している。また、１０９_III’などの固体成分１０９’及び１０８’などの不純物は、ポリマ鎖に付着して、基板表面１０６’から遠ざけられる。

上記のように、高分子量を持つポリマ化合物のポリマは、洗浄液１０７’中に網目を形成する。また、高分子量を持つポリマ化合物のポリマは、洗浄液１０７’中に分散される。ポリマ１１１及び固体成分１０９’を伴う洗浄材料１１０は、洗浄プロセス中、基板上の構造１２０などのデバイス構造に対して優しい。洗浄材料１１０中のポリマ１１１は、図１Ｇに示されるように、構造１２０などのデバイス構造に強い衝撃を及ぼすことなくそのデバイス構造１２０の周囲を摺動する（又は滑走する）ことができる。これは、変形することなくデバイス構造に接触してそのデバイス構造を損傷させるであろう前述のハードブラシ及びパッドとは対照的である。構造１２０などの基板上の構造を損傷させるであろう、メガソニック洗浄においてキャビテーションによって生成される力（又はエネルギ）及びジェットスプレーにおいて液体によって及ぼされる高速衝撃を用いるその他の洗浄の方法とシステムとに関連した問題は、洗浄材料１１０の使用によって発生することはない。洗浄材料１１０中のポリマがすすぎなどによって基板表面から除去されるとき、ポリマ鎖に付着された汚染物質は、ポリマ鎖とともに基板表面から除去される。

上述されたように、高分子量のポリマ化合物のポリマは、洗浄溶液中に分散されている。高分子量のポリマ化合物の非限定的な例として、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、Carbopol 940^TM及びCarbopol 941^TMなどのポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリ−（Ｎ，Ｎ−ジメチル−アクリルアミド）（ＰＤＭＡＡｍ）、ポリ−（Ｎ−イソプロピル−アクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）、ポリメタクリルアミド（ＰＭＡＡｍ）などの、アクリルポリマと、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）などの、ポリイミン及びオキシドと、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンスルホン酸（ＰＥＳＡ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリビニル−ピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ−４−ビニルピリジン（Ｐ４ＶＰ）などの、ビニルポリマと、メチルセルロース（ＭＣ）、エチル−セルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの、セルロース誘導体と、アカシア（アラビアゴム）、寒天及びアガロース、ヘパリン、グアーゴム、キサンタンゴムなどの、多糖類と、卵白、コラーゲン、グルテンなどの、タンパク質とが挙げられる。ポリマ構造の幾つかの例を挙げると、ポリアクリルアミドは、アクリルアミドサブユニットから形成されるアクリラートポリマ（−ＣＨ₂ＣＨＣＯＮＨ₂−）ｎである。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）は、ビニルアルコールサブユニットから形成されるポリマ（−ＣＨ₂ＣＨＯＨ−）ｍである。ポリアクリル酸（ＰＡＡ）は、アクリル酸サブユニットから形成されるポリマ(−ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯＨ−）ｏである。「ｎ」、「ｍ」、及び「ｏ」は、整数である。高分子量のポリマ化合物のポリマは、水溶液中において可溶性である、又は水溶液中において軟質ゲルを形成するべく高吸水性である。一実施形態では、ポリマは、親水性である。

汚染物質１０３’は、図１Ｇにおいて上述されたメカニズムによって、洗浄材料１１０によって除去することができる。一実施形態では、ポリマは、凝集剤として機能し、基板表面からの粒子（又は汚染物質）及び洗浄材料中の固体を溶液から析出させて、浮遊微粒子の集合によって形成される集団である塊状又は片状にさせる。ポリマ凝集剤の例には、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、及び多糖類の一形態であるキトサン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）、ポリ（エピクロルヒドリン−ｃｏ−エチレンジアミン）、及びポリ（ジメチルアミン−ｃｏ−エピクロルヒドリン−ｃｏ−エチレンジアミン）がある。ポリマ又は非ポリマの凝集剤は、２種類以上の凝集剤の混合によって作成することができる。別の実施形態では、ポリマは、凝集剤として機能しない。

一実施形態では、ポリマ化合物の分子量は、１００，０００ｇ／ｍｏｌを超える。別の実施形態では、ポリマ化合物の分子量は、約０．１Ｍｇ／ｍｏｌから約１００Ｍｇ／ｍｏｌまでの間である。別の実施形態では、ポリマ化合物の分子量は、約１Ｍｇ／ｍｏｌから約２０Ｍｇ／ｍｏｌまでの間である。更に別の実施形態では、ポリマ化合物の分子量は、約１５Ｍｇ／ｍｏｌから約２０Ｍｇ／ｍｏｌまでの間である。洗浄材料中におけるポリマ１１０の重量パーセントは、一実施形態では、約０．００１％から約２０％までの間である。別の実施形態では、重量パーセントは、約０．００１％から約１０％までの間である。別の実施形態では、重量パーセントは、約０．０１％から約１０％までの間である。更に別の実施形態では、重量パーセントは、約０．０５％から約５％までの間である。ポリマは、洗浄溶液中に溶解する、洗浄溶液中に完全に分散される、洗浄溶液中に液滴を形成する（乳化する）、又は洗浄溶液中に塊を形成することができる。

２種類以上のポリマを洗浄溶液中に溶解させて洗浄材料を調合することができる。例えば、洗浄材料中のポリマは、「Ａ」ポリマ化合物と、「Ｂ」ポリマ化合物とを含むことができる。或いは、ポリマは、２つ又は３つ以上のモノマ種から得られるコポリマであってよい。例えば、コポリマは、９０％のＰＡＭと、１０％のＰＡＡとを含むことができ、ＰＡＭ用のモノマと、ＰＡＡ用のモノマとで作成される。また、ポリマは、２種類又は３種類以上のポリマの混合であってよい。例えば、ポリマは、９０％のＰＡＭ及び１０％のＰＡＡなどの２種類のポリマを溶媒中で混合することによって作成することができる。

図１Ｇに示された実施形態では、高分子量のポリマ化合物のポリマは、洗浄液１０７’中に一様に溶解される。洗浄液（又は洗浄溶液）１０７’の基礎液体、すなわち溶媒は、水（Ｈ₂Ｏ）などの任意の極性液体であってよい。ＰＡＭ、ＰＡＡ、又はＰＶＡなどの極性を有するポリマの場合、洗浄溶液に適した溶媒は、水（Ｈ₂Ｏ）などの極性液体である。溶媒のその他の例には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、及びジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）がある。一実施形態では、溶媒は、２種類以上の液体を含み、２種類又は３種類以上の液体の混合である。

別の実施形態では、洗浄溶液は、洗浄溶液中でポリマを混合することによって形成される洗浄材料の性質を変えるために、水などの溶媒以外の化合物を含んでいる。例えば、洗浄溶液は、洗浄溶液の及び洗浄溶液によって形成される洗浄材料の水素指数（ｐＨ）値を調整するために、緩衝剤を含むことができ、この緩衝剤は、弱酸又は弱塩基であってよい。弱酸の一例は、クエン酸である。弱塩基の一例は、アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）である。洗浄材料のｐＨ値は、約１から約１２までの間である。一実施形態において、（銅及び金属間誘電体の蒸着前の）フロントエンド用途のためには、洗浄材料は塩基性である。フロントエンド用途のためのｐＨ値は、一実施形態では約７から約１２までの間である。別の実施形態では、フロントエンド用途のためのｐＨ値は、約８から約１１までの間である。更に別の実施形態では、フロントエンド用途のためのｐＨ値は、約８から約１０までの間である。高いｐＨ値は、基板表面を負に帯電させ、これは、基板表面に、やはり高いｐＨで負に帯電された固体成分１０９’を反発させる。

（銅及び金属間誘電体の蒸着後）バックエンド処理のためには、洗浄溶液は、一実施形態において、弱塩基性、中性、又は酸性である。バックエンド相互接続中の銅は、銅を攻撃するアンモニウムを伴う塩基性溶液に対して相溶性でない。バックエンド用途のためのｐＨ値は、一実施形態では、約１から約７までの間である。別の実施形態では、バックエンド用途のためのｐＨ値は、約１から約５までの間である。更に別の実施形態では、バックエンド用途のためのｐＨ値は、約１から約２までの間である。別の実施形態では、洗浄溶液は、洗浄溶液中におけるポリマの分散を助けるために、ドデシル硫酸アンモニウム（ＡＤＳ）などの表面活性剤を含む。一実施形態では、表面活性剤は、基板表面上における洗浄材料の湿潤化も助ける。基板表面上における洗浄材料の湿潤化は、洗浄材料が基板表面及びその上の粒子に密接することを可能にする。湿潤化は、洗浄効率を向上させる。表面の湿潤化、基板の洗浄、すすぎ、及びその他の関連の性質を向上させるために、その他の添加物を追加することもできる。

洗浄溶液の例には、０．４４ｗｔ％のＮＨ₄ＯＨ及び０．４ｗｔ％のクエン酸などのように、塩基性の緩衝剤及び酸性の緩衝剤を溶液中に含む緩衝アンモニウム溶液（ＢＡＳ）がある。或いは、ＢＡＳなどの緩衝溶液は、洗浄溶液中におけるポリマの浮遊及び分散を助けるために、１ｗｔ％のＡＤＳなどの幾らかの量の表面活性剤を含む。１ｗｔ％のＡＤＳ、０．４４ｗｔ％のＮＨ₃、及び０．４ｗｔ％のクエン酸とを含む溶液は、溶液「１００」として言及される。溶液「１００」及びＢＡＳは、ともに、約１０のｐＨ値を有する。

表Ｉは、各種の洗浄材料について、粒子除去効率（ＰＲＥ）と、追加となる粒子（又は汚染物質）の数とを示している。洗浄材料は、（固体成分として）４％のステアリン酸アンモニウムを上記の洗浄溶液１００に、そして０．２％（ｗｔ％）の１５〜２０Ｍｇ／ｍｏｌのポリ（アクリルアミド−ｃｏ−アクリル酸）を上記の洗浄溶液１００に混合することによって調製される。洗浄材料によっては、固体成分及び洗浄液のみを含むものや、ポリマ及び洗浄液のみを含むものもある。３種類全ての成分（すなわち、固体成分、ポリマ、及び洗浄液）を含む洗浄材料の場合、洗浄材料は、先ず、脂肪酸を水に、そしてポリマを水に、それぞれ別々に予め混合し、次いでそれらの予混合物を混ぜ合わせることによって作成することができる。或いは、３種類全ての成分を含む洗浄材料は、先ず、脂肪酸又はポリマを水と混合し、次いで、それに第３の成分を混ぜ合わせることによって作成することができる。別の実施形態では、３種類の成分は、同時に混ぜ合わせることができる。

ＰＲＥは、様々なサイズのシリコン窒化物粒子を意図的に堆積された粒子監視用基板を使用することによって測定される。この研究では、９０ｎｍから１μｍまでの間の粒子サイズのみが測定される。ＰＲＥは、下記の式（１）によって計算される。
ＰＲＥ＝（洗浄前の数−洗浄後の数）／洗浄前の数......（１）
ＳｉＮ粒子を伴う基板は、粒子の数を測定し、基板洗浄後の基板と比較するための粒子マップを得るために、予めスキャンされる。もし粒子が、基板洗浄前には粒子を有さなかった基板上の場所に現れたならば、それらの粒子は、「追加分」と見なされる。「追加分」は、新しい場所に移動された基板表面上の汚染物質、又は基板表面上に堆積された洗浄材料由来の粒子（汚染物質若しくは不純物）でありえる。

表Ｉのデータは、純粋に脂肪酸（固体成分）と水（洗浄液）とで作成された洗浄材料＃１及び＃２が、優れた洗浄効率（すなわちＰＲＥ）（＃１の場合は９４％、＃２の場合は７０％）を有することを示している。しかしながら、追加分の数は、かなり高い（＞２５０）。しかしながら、もし幾らかの量のポリマが洗浄材料に追加されれば、追加分の数が大幅に低減されるのみならず、ＰＲＥも向上される。これは、洗浄材料＃１及び＃２の洗浄データを洗浄材料＃３から＃１０までの洗浄データと比較することによって見いだすことができる。データは、洗浄材料へのポリマの追加が、追加分の数を２５０超えから４０未満までに大幅に低減させることを示している。洗浄材料へのポリマの追加は、ＰＲＥも向上させる。これは、洗浄材料＃２を洗浄材料＃３、＃４、及び＃５と比較することによって見いだすことができる。これらの４種類の洗浄材料は、全て、２％の脂肪酸と、２５０ｐｐｍから１０００ｐｐｍまでの様々な量のポリマとを有する。２％の脂肪酸を伴う洗浄材料の場合のＰＲＥは、ポリマの追加によって、７０％から約９６〜９８％までに大幅に向上する。たとえ２５０ｐｐｍなどの少量のポリマの追加でも、ＰＲＥを向上させるとともに追加分の数を低減させるのに十分であると考えられる。

脂肪酸の役割は、特定のポリマ濃度において重要であると考えられる。ともに濃度１０００ｐｐｍのポリマを有する２種類の洗浄材料＃３及び＃９の場合のＰＲＥは、極めて近く、＃３の場合に９６％、＃９の場合に９４％である。追加分の数は、２％の脂肪酸を伴う洗浄材料の方が、３６対９で僅かに高くなる。ともに５００ｐｐｍのポリマを伴う洗浄材料＃４及び＃１０の場合のＰＲＥは、２％の脂肪酸の追加がＰＲＥを８１％から９８％まで向上させることを示している。これらの結果は、脂肪酸がＰＲＥの向上に役立つこと、及びＰＲＥの向上が５００ｐｐｍなどの特定のポリマ濃度において更に重要であることを示している。

表Ｉの実験結果は、洗浄材料にポリマが追加された場合に、脂肪酸の濃度が２％から４％までの間ではＰＲＥが変化しないことを示している。ともに５００ｐｐｍのポリマを有する洗浄材料＃４（２％の脂肪酸）及び洗浄材料＃６（３％の脂肪酸）のＰＲＥは、ともに、約９８％である。更に、洗浄材料＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、及び＃８のＰＲＥは、全て、約９６％から約９８％までの間である。表Ｉのデータは、２〜４％の脂肪酸と、約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間のポリマ濃度とが、約９６％から約９８％までの間の高いＰＲＥで基板を洗浄することができ、約２７から約３６までの間の低い追加分で済むことを示している。

表Ｉの結果は、洗浄材料へのポリマの追加が、追加分を大幅に低減させるとともにＰＲＥも向上させることを示している。ポリマ鎖及びポリマ網目は、基板表面上の及び洗浄液中の粒子を捕らえて閉じ込めて、基板表面上へのそれらの堆積又は再堆積を阻止することを助ける。表Ｉの結果は、また、固体成分が基板表面上の汚染物質を取り除く役割を果たすことも示している。

図２Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、基板２５０を洗浄するための装置２００を示している。装置２００は、基板２０５の表面２１５上に洗浄材料を吐出するための洗浄材料吐出ヘッド２０４ａを含む。洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、洗浄材料貯蔵部２３１につながれる。一実施形態では、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、アーム（不図示）によって基板２０５の表面２１５の近くに保持される（プロキシミティヘッド）。（１つ又は複数の）プロキシミティヘッドを使用して基板を洗浄するための典型的な装置の詳細は、参照によって全体を本明細書に組み込まれる２００８年６月３０日に出願され「Single Substrate Processing Head for Particle Removal Using Low Viscosity Fluid（低粘性流体を使用した粒子除去のための単一基板処理ヘッド）」と題された米国特許出願第１２／１６５，５７７号で見いだすことができる。

この装置は、また、基板２０５の表面２１５をすすいで乾燥させるための上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１を含む。上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１は、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａによって吐出された洗浄材料の膜２０２で覆われている基板表面２１５をすすぐためのすすぎ液を提供するすすぎ液貯蔵部２３２につながれる。また、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１は、廃棄貯蔵部２３３及び真空部２３４にもつながれる。廃棄貯蔵部２３３は、基板表面２１５から除去された汚染物質を伴う洗浄材料と、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１によって吐出されたすすぎ液との混合を収容する。

一実施形態では、基板２０５は、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ及び上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１の下方で方向２１０に移動する。基板２０５の表面２１５は、先ず、洗浄材料の膜２０２で覆われ、次いで、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１によってすすがれ乾燥される。基板２０５は、基板ホルダ２４０によって保持される。或いは、基板２０５が、固定された（移動しない）状態で保持され、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ及び上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１が、方向２１０と反対の方向２１０’に移動することができる。

一実施形態では、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ及び上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１は、２つの別々のシステムに属する。洗浄材料は、洗浄材料吐出ヘッドを伴う第１のシステムにおいて基板２０５の上に吐出され、次いで、すすぎ・乾燥装置を伴う第２のシステムへ移動される。すすぎ・乾燥装置は、すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１などの装置又はその他のタイプのすすぎ・乾燥装置であってよい。

一実施形態では、基板２０５の下に、基板２０５のもう一方の表面２１６を洗浄するための２つの下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３がある。一実施形態では、これら２つの下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−２は、図２Ａに示されるように、すすぎ液貯蔵部２３２’、廃棄貯蔵部２３３’、及び真空（ポンプ）２３４’につながれる。別の実施形態では、下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３は、それぞれ、別々のすすぎ液貯蔵部、別々の廃棄貯蔵部、及び別々の真空ポンプにつながれる。更に別の実施形態では、すすぎ液貯蔵部２３２と２３２’とが組み合わされて１つの貯蔵部にされ、廃棄貯蔵部２３３と２３３’とが組み合わされて１つの貯蔵部にされる。この実施形態では、真空ポンプ２３４と２３４’ともやはり組み合わされて１つの真空ポンプにされる。

一実施形態では、すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２は、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａの真下にあり、下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−３は、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１の真下にある。別の実施形態では、下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３の位置は、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａの位置及び上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１の位置と無関係である。一実施形態では、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１、並びに下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３は、アーム（不図示）によって、それぞれ基板２０５の表面２１５及び２１６の近くに保持される（プロキシミティヘッド）。

図２Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、装置２００の上面図を示している。洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１に平行である。下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３（不図示）は、基板２０５、並びに洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ及び上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１の下にある。一実施形態では、下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３は、ともに、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１と同様であり、互いに平行である。

図２Ｃは、本発明の一実施形態にしたがった、図２Ｂのプロセス領域２５０を示している。プロセス領域２５０は、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１、並びに下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３から基板２０５への流体の適用の一実施形態を示している。この実施形態では、上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１、並びに下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３は、基板２０５をすすいで乾燥させる。上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１、並びに下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−２及び２０４ｂ−３は、吐出ポート２０８及び真空ポート２０６を有する。一実施形態では、吐出ポート２０８は、脱イオン水などのすすぎ液を基板２０５に適用するために使用される。吐出ポート２０８を通じて適用された流体を除去するために、真空ポート２０６を通じて真空が導入される。真空ポートを通じて除去された流体は、すすぎ液、洗浄材料、及び洗浄材料とともに除去された汚染物質を含む。基板２０５をすすぐために、吐出ポート２０８を通してその他のタイプのすすぎ液を適用することもできる。

図２Ｃは、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａが洗浄材料１０１の膜２０２を基板２０５に適用することも示している。一実施形態では、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、基板２０５全体にわたって一様な流れを供給する。上述のように、一実施形態では、基板２０５は、上側アプリケータ２０４ａと下側アプリケータ２０４ｂ−２との間で方向２１０に移動する。本発明の一実施形態にしたがうと、供給される洗浄材料の種類と、洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ下における基板の速度とに応じて、洗浄材料は、約２０ｃｃ／分から５００ｃｃ／分までの間の速度で吐出ポート２０９を通って基板２０５に供給可能である。洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、オンに切り替えられたときに、洗浄材料１０１の膜２０２を吐出する。一実施形態では、マニホールド（不図示）を通した洗浄材料の流れがオフに切り替えられたときに、洗浄材料の流体の表面張力が、上側アプリケータ２０４ａからの洗浄材料の滴下又は漏出を阻止する。すすぎ・乾燥ヘッド下には、すすぎ液と、洗浄材料と、基板表面から除去された汚染物質とからなる一定量２０３の材料がある。

一実施形態において、図２Ａ〜２Ｃにおける洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、洗浄材料を吐出する行為を通じて洗浄材料に及び基板表面に下向きの力を提供する。洗浄材料は、空気圧によって又は機械的ポンプによって洗浄材料吐出ヘッド２０４ａから押し出すことができる。別の実施形態では、アプリケータ２０４ａは、下向きの機械的力によって基板表面上の洗浄材料に下向きの力を提供する。一実施形態では、アプリケータ２０４ａ下における方向２１０への基板２０５の移動は、洗浄材料に及び基板表面にせん断力を提供する。下向きの力及びせん断力は、洗浄材料が基板表面２１５から汚染物質を除去することを助ける。

図２Ｄは、本発明の一実施形態にしたがった、図２Ａのプロセス領域２５０と同様のプロセス領域２５０’の説明図を示している。この実施形態では、上側洗浄材料吐出ヘッド２０４ａと、下側洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ’とがある。上側洗浄材料吐出ヘッド２０４ａは、図２Ａ〜２Ｃにおいて上述されている。下側洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ’もやはり、洗浄材料１０１’の膜２０２’を基板２０５の下側に吐出する。下側洗浄材料吐出ヘッドもやはり、洗浄材料１０１’を吐出するための吐出ポート２０９’を有する。吐出された洗浄材料１０１’は、基板２０５の下側に膜２０２’を形成する。この実施形態では、下側洗浄材料吐出ヘッド２０４ａ’は、上述された上側洗浄材料吐出ヘッド２０４ａと同様のやり方で、洗浄材料１０１’の膜２０２’を基板２０５の下面２１６に適用する。洗浄材料１０１及び１０１’は、一実施形態では同一である一方で、別の実施形態では互いに異なる。

洗浄材料の一部は、吐出ポート２０９’の下側吐出ヘッド２１０の側壁へ流れて膜２０３’を形成する。吐出ポート２０９’の下端には、下側吐出ヘッド２０９’の吐出ポート２０９’周囲の側壁２１０へ流れる洗浄材料を収集するためのコレクタ２０７がある。一実施形態では、コレクタ２０７は、上部近くに広い開口を有し、底部近くに狭い通路を有する。もし洗浄材料１０１が洗浄材料１０１’と同じであるならば、上側吐出ヘッド２０４ａ及び下側吐出ヘッド２０４ａ’は、一実施形態では、ともに、図２Ａに示された洗浄材料貯蔵部２３１につながれる。別の実施形態では、下側吐出ヘッド２０４ａ’は、洗浄材料１０１と同じ又は異なる洗浄材料１０１’のための別の貯蔵部（不図示）につながれる。コレクタ２０７によって収集される溢れ出た洗浄材料は、ポート２０９’に洗浄材料１０１’を供給するために使用される洗浄材料貯蔵部に、又は異なる洗浄材料貯蔵部（不図示）に供給可能である。

図２Ｄにおける上側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１及び下側すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−３は、図２Ａ及び図２Ｃにおいて説明されたアプリケータ２０４ｂ−１及び２０４ｂ−３と同様である。基板２０５は、上側アプリケータ１０４ｂ−１と下側アプリケータ１０４ｂ−３との間を通過するのにともなって洗浄され乾燥される。ポート２０８を通じて基板２０５にすすぎ剤２０４が適用される。一実施形態では、すすぎ剤２０４は、脱イオン水である。別の実施形態では、すすぎ剤２０４は、脱イオン水とイソプロピルアルコールとの混合である。すすぎ剤２０４を流体２０２及び２０２’とともに基板２０５から除去するために、ポート２０６を通じて真空が導入される。

或いは、洗浄装置２Ａは、すすぎ・乾燥ヘッド２０４ｂ−１、２０４ｂ−２、及び２０４ｂ−３を有さない。基板２０５に洗浄材料が適用された後、基板は、すすぎ及び乾燥のために別の装置へ移動させることができる。図２Ｅは、すすぎ・乾燥装置２７０の一実施形態の説明図を示している。装置２７０は、基板サポートアセンブリ２７２を収容する容器２７１を有する。基板サポートアセンブリ２７２は、洗浄材料１０１の層２８０を有する基板２０５”を支える基板ホルダ２７３を有する。基板サポートアセンブリ２７２は、回転メカニズム２７４によって回転される。装置２７０は、基板表面から洗浄材料を取り除くために基板表面上にすすぎ液２７６を吐出することができるすすぎ液吐出器３２０を含む。一実施形態では、すすぎ液は、脱イオン水（ＤＩＷ）である。別の実施形態では、吐出器２７５は、洗浄材料を加水分解して基板表面から浮上させるために、ＤＩＷにＮＨ₄０Ｈを含ませたものなどのすすぎ液を基板表面の上に吐出する。その後は、基板表面から洗浄溶液を除去するために、同じ吐出器２７０又は異なる吐出器（不図示）がＤＩＷを吐出することができる。

図３Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、固体成分と高分子量のポリマ化合物のポリマとを含む洗浄材料を使用して基板を洗浄するプロセスフロー３００を示している。一実施形態では、基板は、基板表面から突出した特徴を伴うパターン化基板である。別の実施形態では、基板は、パターンを伴わないブランクウエハである。洗浄材料中の化学物質は、上述されている。動作３０１において、洗浄されるべき基板が洗浄装置内に置かれる。動作３０２では、基板の表面上に洗浄材料が吐出される。上記のように、洗浄材料は、ともに洗浄液中に混入された固体成分と高分子量のポリマとを含む。動作３０３では、洗浄材料をすすぐために、パターン化基板の表面上にすすぎ液が吐出される。すすぎ液は、上述されている。動作３０４では、すすぎ液及び洗浄材料は、基板の表面から除去される。一実施形態では、基板表面上にすすぎ液が適用された後、すすぎ液、洗浄材料、及び基板表面上の汚染物質は、真空によってパターン化基板の表面から除去される。除去されるべきパターン化基板上の汚染物質は、微粒子汚染、微量金属汚染、有機汚染、フォトレジストデブリ、ウエハ取扱機器由来の汚染、及びウエハ裏側微粒子汚染を非限定例として含む、半導体ウエハ製造プロセスに関連した基本的にあらゆるタイプの表面汚染物質でありえる。プロセスフロー３００で説明される基板洗浄方法は、また、基板上に存在する汚染物質と固体成分との間に相互作用が確立されるように固体成分を汚染物質の近くに持ってくるために、固体成分に力を作用させることを含む。一実施形態では、力は、洗浄材料が基板表面上に吐出されるときに固体成分に作用される。別の実施形態では、力は、洗浄材料が基板表面上に吐出されるときも、すすぎ液が基板表面上に適用されるときも、固体成分に作用される。この実施形態では、すすぎ中に基板表面に作用される力もやはり、固体成分と汚染物質との間に相互作用を確立させるために固体成分を汚染物質に近づかせることを助ける。

また、一実施形態では、プロセスフロー３００は、固体成分と汚染物質との間における相互作用を向上させるために洗浄材料の温度を制御するための動作を含むことができる。より具体的には、洗浄材料の温度は、固体成分の性質を制御するために制御することができる。例えば、固体成分は、高温であるほど、汚染物質に押し付けられたときにより良く形状的に適合するように可展性である。固体成分が汚染物質に押し付けられて、形状的に適合されたら、次いで、固体成分の可展性を下げて、固体成分が汚染物質に相対的にその適合形状をより良く維持できるようにし、固体成分と汚染物質とを効果的に合体状態に固定するために、温度が引き下げられる。また、温度は、固体成分の溶解度を、したがって固体成分の濃度を制御するために使用されてもよい。例えば、固体成分は、高温であるほど、洗浄液中に溶解しやすくなる。温度は、また、基板上における液液懸濁からのその場的な（in-situな）固体成分の形成を制御する及び／又は可能にするために使用されてもよい。

一実施形態では、方法は、基板から遠ざかる固体の洗浄材料及び／又は汚染物質の動きを制御する又は向上させるために基板の上における洗浄材料の流量を制御するための動作を含む。基板から汚染を除去するための本発明の方法は、除去されるべき汚染物質との間に洗浄材料の固体成分が相互作用を確立することができるように固体成分に力を作用させるための手段がある限り、多くの異なるやり方で実現することができる。

或いは、基板をすすぐ動作３０３の前に、駆逐された汚染物質を含む洗浄材料を伴う基板を、基板表面から汚染物質とともに全ての洗浄材料を除去することを容易にする（１つ又は複数の）化学物質を使用した最終洗浄によって洗浄することができる。例えば、もし洗浄材料がカルボン酸固体を含有するならば、基板表面からカルボン酸を除去するために、ＤＩＷ中に希釈されたＮＨ₄ＯＨが使用されえる。ＮＨ₄ＯＨは、カルボン酸を加水分解し（又は脱プロトン化によってイオン化し）、加水分解されたカルボン酸が基板表面から浮上することを可能にする。或いは、カルボン酸固体を基板表面から除去するために、ドデシル硫酸アンモニウムＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₁ＯＳＯ₃ＮＨ₄などの表面活性剤をＤＩＷに追加することができる。

すすぎ動作３０３のためのすすぎ液は、もし最終洗浄動作が存在するならばそのような最終洗浄で使用される（１つ又は複数の）化学物質を基板表面から除去するための、又は最終洗浄動作を伴わないならば洗浄材料を基板表面から除去するための、ＤＩＷ又はその他の液体などの任意の液体であってよい。すすぎ動作で使用される液体は、蒸発後にいかなる化学物質残渣も基板表面上に残さないことが望ましい。

図３Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、パターン化基板を洗浄するための洗浄材料を調製するプロセスフロー３５０を示している。固体成分と高分子量のポリマ化合物のポリマとを含有する洗浄材料が、上述されている。動作３５１では、固体成分用の（１つ又は複数の）化学物質と洗浄液とを混合することによって、第１の混合が調製される。一実施形態では、固体成分用の（１つ又は複数の）化学物質は、第１の混合を作成するために洗浄液と混合される粉末の状態である。一実施形態では、動作３５１は、混合プロセス中の加熱及び冷却も含む。動作３５２では、ポリマ用の（１つ又は複数の）化学物質を洗浄液と混合することによって、第２の混合が調製される。一実施形態では、ポリマ用の（１つ又は複数の）化学物質は、第２の混合を作成するために洗浄液と混合される粉末の状態である。一実施形態では、動作３５１は、混合プロセス中の加熱及び冷却も含む。動作３５３では、洗浄材料を作成するために第１の混合と第２の混合とが混ぜ合わされ、この洗浄材料は、固体成分、ポリマ、及び洗浄液を含有する。一実施形態では、ポリマは、洗浄材料中に網目を形成する。一実施形態では、動作３５１の開始前に、動作３５１及び動作３５２のために必要とされる化学物質及び洗浄液の測定及び調製が行われる。

また、一実施形態では、プロセスフロー３５０は、洗浄材料の温度を制御するための動作を含むことができる。温度は、固体成分の溶解度を、したがって固体成分の濃度を制御するために使用されてよい。例えば、固体成分は、高温であるほど、洗浄液中に溶解しやすくなる。温度は、また、基板上における液液懸濁からのその場的な（in-situな）固体成分の形成を制御する及び／又は可能にするために使用されてもよい。別の実施形態では、プロセスフローは、粘性流体内に溶解された固体を析出させるための動作を含むことができる。この析出動作は、固体を溶媒に溶解させ、次いで、溶媒とは混和性であるが固体は溶解させないような成分を追加することによって達成することができる。一実施形態では、動作３５１の開始前に、動作３５１及び動作３５２のために必要とされる化学物質及び洗浄液の測定及び調製が行われる。上記のように、洗浄材料は、固体成分からの化学物質及びポリマからの化学物質と、洗浄液とを１回の動作で混合することによって調製することもできる。

本発明は、幾つかの実施形態の観点から説明されてきたが、当業者ならば、先の明細書を読むこと及び図面を検討することによって、様々な代替、追加、置き換え、及び均等物を認められることがわかる。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、追加、置き換え、及び均等物を含むことを意図される。特許請求の範囲において、要素及び／または工程は、請求項中に明記されない限り、いかなる特定の動作順序も意味しない。

Claims (24)

1. 半導体基板表面から汚染物質を除去するための洗浄材料であって、
   洗浄液と、
   前記洗浄液中に分散された複数の固体成分であって、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用する複数の固体成分と、
   分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマであって、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、前記洗浄液及び前記複数の固体成分とともに前記洗浄材料を形成し、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、ポリマと、
   を備え、
   前記固体成分は脂肪酸で形成されており、
   前記洗浄材料における前記脂肪酸の濃度は２〜４重量％であり、前記ポリマの濃度は約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間である、洗浄材料。
2. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記洗浄材料は、前記パターン化基板を覆う前記洗浄材料に力が作用されたときに、前記パターン化基板の前記表面上のデバイス特徴の周囲で変形し、前記洗浄材料は、前記パターン化基板の前記表面上のデバイス特徴を実質的に損傷させることなく前記表面から前記汚染物質を除去するために、前記表面に適用される、洗浄材料。
3. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記複数の固体成分は、４を超える炭素数を有する脂肪酸である、洗浄材料。
4. 請求項３に記載の洗浄材料であって、
   前記脂肪酸は、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、ミリスチン酸、マルガリン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ネルボン酸、パリナリン酸、ティムノドン酸、ブラシジン酸、クルパノドン酸、及びこれらの混合からなる群より選択される、洗浄材料。
5. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記洗浄液は、水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、又はこれらの組み合わせからなる群より選択される、洗浄材料。
6. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記ポリマ化合物は、
   ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、Carbopol 940^TM及びCarbopol 941^TMなどのポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ＰＡＭとＰＡＡとのコポリマ、ポリ−（Ｎ，Ｎ−ジメチル−アクリルアミド）（ＰＤＭＡＡｍ）、ポリ−（Ｎ−イソプロピル−アクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）、ポリメタクリルアミド（ＰＭＡＡｍ）などの、アクリルポリマと、
   ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）などの、ポリイミン及びオキシドと、
   ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンスルホン酸（ＰＥＳＡ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリビニル−ピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ−４−ビニルピリジン（Ｐ４ＶＰ）などの、ビニルポリマと、
   メチルセルロース（ＭＣ）、エチル−セルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、キトサン、ポリ（エピクロルヒドリン−ｃｏ−エチレンジアミン）、ポリ（ジメチルアミン−ｃｏ−エピクロルヒドリン−ｃｏ−エチレンジアミン）などの、セルロース誘導体と、
   アカシア（アラビアゴム）、寒天及びアガロース、ヘパリン、グアーゴム、キサンタンゴムなどの、多糖類と、
   卵白、コラーゲン、グルテンなどの、タンパク質と
   からなる親水性のポリマ群より選択される、洗浄材料。
7. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記ポリマ化合物の前記ポリマは、凝集剤として機能する、洗浄材料。
8. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記ポリマ化合物の前記ポリマの分子量は、約０．１Ｍｇ／ｍｏｌから約１００Ｍｇ／ｍｏｌまでの間である、洗浄材料。
9. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
   前記洗浄材料中における前記ポリマの重量パーセントは、約０．００１％から約１０％までの間である、洗浄材料。
10. 請求項１に記載の洗浄材料であって、更に、
    前記洗浄液中における前記ポリマ及び前記固体成分の分散又は湿潤化を助けるための表面活性剤を備える洗浄材料。
11. 請求項１０に記載の洗浄材料であって、
    前記表面活性剤は、ドデシル硫酸アンモニウム（ＡＤＳ）である、洗浄材料。
12. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
    液体、ゾル、又はゲルの形態をとる流体である洗浄材料。
13. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
    前記洗浄材料のｐＨ値は、フロントエンド用途の場合は約７から約１２までの間である、洗浄材料。
14. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
    前記洗浄材料のｐＨ値は、バックエンド用途の場合は約１から約７までの間である、洗浄材料。
15. 請求項１に記載の洗浄材料であって、
    前記ポリマは、前記洗浄材料中の不純物を捕らえて閉じ込める、洗浄材料。
16. 半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための装置であって、
    前記半導体基板を保持するための基板サポートアセンブリと、
    前記基板表面から前記汚染物質を取り除くために洗浄材料を適用するための洗浄材料吐出ヘッドであって、前記洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含み、前記複数の固体成分及び前記ポリマは、前記洗浄液中に分散され、前記複数の固体成分は、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために、前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用し、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、洗浄材料吐出ヘッドと、
    を備え、
    前記固体成分は脂肪酸で形成されており、
    前記洗浄材料における前記脂肪酸の濃度は２〜４重量％であり、前記ポリマの濃度は約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間である、装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、
    前記洗浄材料吐出ヘッドは、前記吐出ヘッド下の前記洗浄材料に下向きの力を及ぼす、装置。
18. 請求項１６に記載の装置であって、
    前記半導体基板は、前記洗浄材料吐出ヘッド下で移動し、前記移動は、前記洗浄材料と前記基板の前記表面との間にせん断力を導入する、装置。
19. 請求項１６に記載の装置であって、
    前記洗浄材料吐出ヘッドは、前記半導体基板の前記基板表面の近くに保持される、装置。
20. 請求項１６に記載の装置であって、更に、
    前記基板表面の近くに保持され、前記洗浄材料によって除去された汚染物質とともに前記洗浄材料を前記基板表面からすすいで前記基板表面を乾燥させる上側すすぎ・乾燥ヘッドを備える装置。
21. 請求項２０に記載の装置であって、更に、
    前記基板表面の近くに保持され、前記半導体基板の下側基板表面をすすいで乾燥させる少なくとも１つの下側すすぎ・乾燥ヘッドを備える装置。
22. 半導体基板の基板表面から汚染物質を取り除くための方法であって、
    前記半導体基板を洗浄装置内に置くことと、
    前記基板表面から前記汚染物質を取り除くために洗浄材料を吐出することであって、前記洗浄材料は、洗浄液と、複数の固体成分と、分子量が１０，０００ｇ／ｍｏｌを超えるポリマ化合物のポリマとを含み、前記複数の固体成分及び前記ポリマは、前記洗浄液中に分散され、前記複数の固体成分は、前記半導体基板表面から前記汚染物質を除去するために、前記基板表面上の少なくとも一部の汚染物質と相互作用し、前記ポリマは、前記洗浄液に可溶になり、長いポリマ鎖を有する前記可溶化されたポリマは、前記洗浄液中の固体成分及び汚染物質を捕えて閉じ込める、ことと、
    を備え、
    前記固体成分は脂肪酸で形成されており、
    前記洗浄材料における前記脂肪酸の濃度は２〜４％重量であり、前記ポリマの濃度は約２０ｐｐｍから約１０００ｐｐｍまでの間である、方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、更に、
    前記洗浄材料によって前記基板表面から除去された前記汚染物質とともに前記洗浄材料を前記基板表面からすすぐために、前記洗浄材料によって覆われている前記基板表面上の一部分にすすぎ液を吐出することを備える方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、更に、
    前記すすぎ液、前記洗浄材料、及び前記洗浄材料中の前記汚染物質を前記基板表面から除去することを備える方法。

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