JP7291691B2 - Systems and methods for treating substrates with cryogenic fluid mixtures - Google Patents

Systems and methods for treating substrates with cryogenic fluid mixtures Download PDF

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Description

優先権の主張
この出願は、2017年9月29日に出願された米国仮特許出願第15/721,396号の利益を主張し、その開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる。
PRIORITY CLAIM This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 15/721,396, filed September 29, 2017, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

関連出願
2017年9月29日に出願出された米国非仮出願15/721,396は、2016年6月29日に出願された米国非仮出願15/197,450の一部継続出願であり、その優先権を主張し、2014年10月6日出願の米国仮特許出願第62/060,130号、2015年3月31日出願の米国仮特許出願第62/141,026号、及び2015年10月6日出願の米国非仮特許出願第14/876,199号の一部継続出願であり、その優先権を主張する。
Related Application U.S. Nonprovisional Application No. 15/721,396, filed September 29, 2017, is a continuation-in-part of U.S. Nonprovisional Application No. 15/197,450, filed June 29, 2016. , claiming priority thereto, U.S. Provisional Application No. 62/060,130, filed October 6, 2014, U.S. Provisional Application No. 62/141,026, filed March 31, 2015; No. 14/876,199, filed Oct. 6, 2002, and claims priority thereto.

技術分野
本開示は、マイクロエレクトロニクス基板の表面を処理する装置及び方法に関し、特に、低温流体(cryogenic fluids)を用いてマイクロエレクトロニクス基板から物体を除去するための装置及び方法に関する。
TECHNICAL FIELD This disclosure relates to apparatus and methods for treating the surface of microelectronic substrates and, more particularly, to apparatus and methods for removing objects from microelectronic substrates using cryogenic fluids.

マイクロエレクトロニクス技術の進歩により、ますます増加する能動部品密度を有する、マイクロエレクトロニクス基板(例えば、半導体基板)上に形成されるべき集積回路(ICs)が生じている。IC製造は、マイクロエレクトロニクス基板上の種々の材料の適用及び選択的除去によって行われることができる。製造プロセスの一態様は、マイクロエレクトロニクス基板の表面を、マイクロエレクトロニクス基板クリーニング処理に曝し、プロセス残渣及び/又はデブリ(例えば、粒子)をマイクロエレクトロニクス基板から除去する、ステップを含み得る。マイクロエレクトロニクス基板をクリーニングするために、種々の乾式及び湿式クリーニング技術が開発されている。 Advances in microelectronics technology have resulted in integrated circuits (ICs) to be formed on microelectronic substrates (eg, semiconductor substrates) with ever-increasing active component densities. IC fabrication can be performed by the application and selective removal of various materials on microelectronic substrates. One aspect of a manufacturing process can include exposing a surface of a microelectronic substrate to a microelectronic substrate cleaning treatment to remove process residues and/or debris (eg, particles) from the microelectronic substrate. Various dry and wet cleaning techniques have been developed to clean microelectronic substrates.

しかしながら、マイクロエレクトロニクスIC製造の進歩により、基板上のデバイスフィーチャがより小さくなった。より小さなデバイスフィーチャにより、デバイスは、従来よりも小さな粒子からの損傷を受け易くなっている。したがって、基板を損傷することなく、より小さい粒子及び/又は比較的大きな粒子の除去を可能にする任意の技術が望まれるだろう。 However, advances in microelectronic IC manufacturing have resulted in smaller device features on substrates. Smaller device features have made devices more susceptible to damage from smaller particles than in the past. Therefore, any technique that allows removal of smaller particles and/or relatively larger particles without damaging the substrate would be desirable.

本明細書に記載されるのは、種々の異なる流体又は流体混合物を使用して、マイクロエレクトロニクス基板から物体(例えば、粒子)を除去することができるいくつかの装置及び方法である。特に、流体又は流体混合物は、マイクロエレクトロニクス基板の表面から粒子を除去し得る方法で、マイクロエレクトロニクス基板に曝されることができる。流体混合物は、(例えば大気圧より高い)高圧環境から、マイクロエレクトロニクス基板を有しうる(例えば大気圧未満の)より低い圧力環境への流体混合物の膨張によって形成される低温エアロゾル及び/又はガスクラスタージェット(GCJ)スプレーを含み得るが、限定されない。 Described herein are several devices and methods that can remove objects (eg, particles) from microelectronic substrates using a variety of different fluids or fluid mixtures. In particular, the fluid or fluid mixture can be exposed to the microelectronic substrate in a manner that can dislodge particles from the surface of the microelectronic substrate. The fluid mixture is a cryogenic aerosol and/or gas cluster formed by expansion of the fluid mixture from a high pressure environment (e.g., above atmospheric pressure) to a lower pressure environment (e.g., below atmospheric pressure) that may contain the microelectronic substrate. Can include but is not limited to jet (GCJ) spray.

本明細書に記載する実施形態は、より大きな(例えば、>100nm)粒子の除去効率を低下させることなく、及び/又は、粒子除去中にマイクロエレクトロニクス基板のフィーチャを損傷することなく、100nm未満の粒子の粒子の除去効率を改善することによって、予想外の結果(unexpected results)を実証している。損傷の低減は、流体混合物の液化を回避するか、又は膨張前の液化を抑えること(例えば<1重量%)によって可能にされてもよい。 Embodiments described herein provide for the removal of larger (e.g., >100 nm) particles below 100 nm without reducing removal efficiency and/or without damaging features of microelectronic substrates during particle removal. It demonstrates unexpected results by improving the particle removal efficiency of particles. Reduced damage may be enabled by avoiding liquefaction of the fluid mixture or limiting liquefaction prior to expansion (eg <1 wt%).

さらなる予想外の結果は、単一ノズルからのより広いクリーニングエリア(~100mm)を示すことを含む。より広いクリーニングエリアを可能にする1つの側面は、ノズルとマイクロ電子基板との間のギャップ距離を最小化することに、少なくとも部分的に、基づくことが示されている。クリーニングエリアサイズを大きくすると、サイクルタイムと化学物質のコストを削減できる。さらに、マイクロエレクトロニクス基板から粒子を除去するために使用され得る流体混合物の膨張を制御するために、1つ又は複数の特有の(unique)ノズルを使用することができる。 Additional unexpected results include showing a larger cleaning area (~100mm) from a single nozzle. It has been shown that one aspect of enabling a larger cleaning area is based, at least in part, on minimizing the gap distance between the nozzle and the microelectronic substrate. Larger cleaning area sizes reduce cycle time and chemical costs. Additionally, one or more unique nozzles can be used to control the expansion of fluid mixtures that can be used to remove particles from microelectronic substrates.

一実施形態によれば、少なくとも1つの流体による表面の衝突を介してマイクロエレクトロニクス基板の表面を処理するための装置が記載される。装置は、プロセスチャンバ内でマイクロエレクトロニクス基板を少なくとも一つの流体で処理するために内部空間を画定する処理チャンバと、処理チャンバ内で基板を支持する可動チャックと、少なくとも一つの流体による処理のための位置において露出する上側表面を有する基板と、可動チャックに動作可能に(operatively)連結され、かつ、基板ロード位置と少なくとも1つの流体で基板が処理される少なくとも1つの処理位置との間で可動チャックを並進させるように構成された、基板並進駆動システムと、処理チャンバに動作可能に連結し、基板を回転させるように構成された基板回転駆動システムと、少なくとも1つの流体源と接続された少なくとも1つの流体膨張コンポーネント(例えばノズル)であって、可動チャックが少なくとも1つの上記の処理位置に位置して基板を支持するときに、基板の上側表面に向かって流体混合物を方向づけるのに効果的なように、処理チャンバ内に配置された少なくとも1つの流体膨張コンポーネントと、
を含むことができる。
According to one embodiment, an apparatus is described for treating a surface of a microelectronic substrate via impingement of the surface with at least one fluid. The apparatus includes a processing chamber defining an interior space for processing a microelectronic substrate with at least one fluid within the processing chamber, a movable chuck supporting the substrate within the processing chamber, and a microelectronic substrate for processing with at least one fluid. A substrate having an exposed upper surface at a position and a movable chuck operably coupled to the movable chuck and between a substrate loading position and at least one processing position where the substrate is processed with at least one fluid. a substrate translation drive system operatively coupled to the processing chamber and configured to rotate the substrate; and at least one fluid source connected to the substrate translation drive system configured to translate the one fluid expansion component (e.g., nozzle) effective to direct the fluid mixture toward the upper surface of the substrate when the movable chuck is positioned in at least one of the above-described processing positions to support the substrate; at least one fluid expansion component disposed within the processing chamber;
can include

他の実施例によれば、低温流体混合物による表面の衝突を介して基板の表面を処理するための方法が、本明細書に記載されている。流体混合物には、窒素、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、二酸化炭素、又はそれらの任意の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。流入する流体混合物は、273K未満で、流体混合物内での液体形成を阻止する圧力に維持される。流体混合物は、エアロゾル又はガスクラスタースプレーを形成するために、プロセスチャンバ内へと膨張する。膨張は、流体混合物を、ノズルを介して、35Torr以下に維持され得るプロセスチャンバへと通すことにより実施され得る。流体混合物スプレーは、動力学的及び/又は化学的手段を介して基板から物体を除去するために使用され得る。 According to another embodiment, a method for treating a surface of a substrate via impingement of the surface with a cryogenic fluid mixture is described herein. Fluid mixtures include, but are not limited to, nitrogen, argon, xenon, helium, neon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. The incoming fluid mixture is maintained at a pressure below 273 K and to prevent liquid formation within the fluid mixture. The fluid mixture expands into the process chamber to form an aerosol or gas cluster spray. Expansion can be performed by passing the fluid mixture through a nozzle into a process chamber that can be maintained at 35 Torr or less. Fluid mixture sprays can be used to remove matter from substrates via kinetic and/or chemical means.

本明細書に記載のプロセスは、大変効率的な方法で、大きい粒子(例えば、> 100nm)及び小さい粒子(例えば、<100nm)を除去することが見出された。しかしながら、粒子除去効率は、マイクロエレクトロニクス基板上の異なるタイプの粒子に対処するための多段階処理方法(a multi-stage treatment method)を組み込むことによりさらに改善され得る。多段階プロセスには、異なるプロセス条件でマイクロエレクトロニクス基板を複数回通過させることが含まれ得る。例えば、第1処理は、特定のタイプの粒子を除去するために使用される第1群のプロセス条件を含み、その後、第2群のプロセス条件でマイクロエレクトロニクス基板にわたって通過する。 The processes described herein have been found to remove large particles (eg, >100 nm) and small particles (eg, <100 nm) in a highly efficient manner. However, particle removal efficiency can be further improved by incorporating a multi-stage treatment method to address different types of particles on microelectronic substrates. A multi-step process can include multiple passes of the microelectronic substrate at different process conditions. For example, a first treatment may include a first set of process conditions used to remove a particular type of particle, followed by a second set of process conditions passed across the microelectronic substrate.

一実施形態では、GCJスプレー処理方法は、
第1群のプロセス条件でマイクロエレクトロニクス基板を処理することを含み、第1群のプロセス条件は、チャンバ圧力、ガス圧力、ガス温度、ガスケミストリ、基板速度又は滞留時間、ノズルとマイクロ電子基板間のギャップ距離、を含むが、これに限定されるものではない。第1処理の後、同一のマイクロエレクトロニクス基板は、第2処理を用いて処理されることができ、そこでは、第1群のプロセス条件と比較して、複数のプロセス条件のうちの少なくとも1つが異なるか又は異なる大きさを有する。このようにして、変位した粒子又はGCJスプレーによって引き起こされる損傷を最小化しつつ、粒子を除去する可能性が高いプロセス条件を最適化することによって、種々のタイプの粒子が除去の標的とされ得る。例えば、小さな粒子は除去するためにより高いフローレート(flow rate)又は滞留時間を必要とし得るが、そのプロセス条件はより大きな粒子には過剰なエネルギーを与え、パターン化されたフィーチャの付加的な損傷を引き起こし得る。しかしながら、パターン化されたフィーチャを損傷することなく、より大きな粒子がより低いフローレートで除去され得る場合、第1処理はより大きな粒子を除去するために比較的低いフロープロセス条件を含み得る。しかしながら、第2処理は、より大きな粒子が除去された後に、より小さな粒子を除去するために、比較的高いフローレートを含み得る。それ故、第2処理に先立ってより大きな粒子が除去されたため、より高いフローレート処理はパターン化されたフィーチャのより少ない損傷を生じさせ得る。
In one embodiment, the GCJ spray treatment method comprises:
processing the microelectronic substrate at a first group of process conditions, the first group of process conditions comprising: chamber pressure, gas pressure, gas temperature, gas chemistry, substrate velocity or residence time, gap distance, including but not limited to. After the first treatment, the same microelectronic substrate can be treated using a second treatment in which at least one of the plurality of process conditions is different or have different sizes. In this way, various types of particles can be targeted for removal by optimizing process conditions that are likely to remove particles while minimizing damage caused by displaced particles or GCJ spray. For example, small particles may require a higher flow rate or residence time to remove, while the process conditions impart excess energy to larger particles, resulting in additional damage to patterned features. can cause However, if the larger particles can be removed at a lower flow rate without damaging the patterned features, the first treatment can include relatively low flow process conditions to remove the larger particles. However, the second treatment may include a relatively high flow rate to remove smaller particles after the larger particles have been removed. Therefore, higher flow rate processing may cause less damage to patterned features because larger particles were removed prior to the second processing.

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、上記に与えられた発明の一般的な説明及び以下の詳細な説明と共に、本発明を説明する役割を果たす。
さらに、参照符号の最も左の桁は、参照符号が最初に現れる図面を識別する。
本開示の少なくとも1つの実施形態による洗浄システムの概略図及び洗浄システムのプロセスチャンバの断面図を示す。 本開示の少なくとも2つの実施形態による2段階ガスノズルの断面図を示す。 本開示の少なくとも2つの実施形態による2段階ガスノズルの断面図を示す。 本開示の少なくとも1つの実施形態による単段ガスノズルの断面図を示す。 本開示の少なくとも1つの実施形態によるフラッシュガスノズルの断面図を示す。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、ガスノズルとマイクロエレクトロニクス基板との間のギャップ距離の図を含示す。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、クライオ流体を液体状態又は気体状態に維持し得るプロセス条件の表示を提供する相図の図を示す。 本開示の少なくとも1つの実施形態による、クライオ流体を液体状態又は気体状態に維持し得るプロセス条件の表示を提供する相図の図を示す。 様々な実施形態による、流体でマイクロエレクトロニクス基板を処理する方法を提示するフローチャートを示す。 様々な実施形態による、流体でマイクロエレクトロニクス基板を処理する別の方法を提示するフローチャートを示す。 様々な実施形態による、流体でマイクロエレクトロニクス基板を処理する別の方法を提示するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、流体でマイクロエレクトロニクス基板を処理する別の方法を提示するフローチャートを示す。 種々の実施形態による、流体でマイクロエレクトロニクス基板を処理する別の方法を表すフローチャートを示す。 種々の実施形態による、流体でマイクロエレクトロニクス基板を処理する別の方法を提示するフローチャートを示す。 様々な実施形態による非液体含有流体混合物と液体含有流体混合物との間の粒子除去効率改善の棒グラフを示す。 ノズルとマイクロエレクトロニクス基板との間のより小さいギャップ距離に少なくとも部分的に基づいて、より広い洗浄領域を示すマイクロエレクトロニクス基板の粒子マップを示す。 先行技術と本明細書に開示された技術との間の異なるフィーチャダメージの差異を示すマイクロエレクトロニクス基板特徴の写真を示す。 種々の実施形態によるマイクロエレクトロニクス基板を流体で処理する他の方法を提示するフローチャートを示す。 種々の実施形態によるマイクロエレクトロニクス基板を流体で処理する他の方法を提示するフローチャートを示す。 種々の実施形態によるマイクロエレクトロニクス基板を流体で処理する他の方法を提示するフローチャートを示す。
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the general description of the invention given above and the detailed description below, illustrate the invention. play a role in explaining
Additionally, the left-most digit(s) of a reference number identifies the drawing in which the reference number first appears.
1 shows a schematic diagram of a cleaning system and a cross-sectional view of a process chamber of the cleaning system in accordance with at least one embodiment of the present disclosure; FIG. FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of a two-stage gas nozzle according to at least two embodiments of the present disclosure; FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of a two-stage gas nozzle according to at least two embodiments of the present disclosure; 1 illustrates a cross-sectional view of a single stage gas nozzle in accordance with at least one embodiment of the present disclosure; FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a flush gas nozzle in accordance with at least one embodiment of the present disclosure; FIG. FIG. 5 includes a diagram of the gap distance between a gas nozzle and a microelectronic substrate, according to at least one embodiment of the present disclosure; FIG. FIG. 4 illustrates a diagram of a phase diagram that provides an indication of process conditions that may maintain a cryofluid in a liquid state or a gaseous state, in accordance with at least one embodiment of the present disclosure; FIG. 4 illustrates a diagram of a phase diagram that provides an indication of process conditions that may maintain a cryofluid in a liquid state or a gaseous state, in accordance with at least one embodiment of the present disclosure; 4 shows a flow chart presenting a method of processing a microelectronic substrate with a fluid, according to various embodiments. 4 shows a flow chart presenting another method of treating a microelectronic substrate with a fluid, according to various embodiments. 4 shows a flow chart presenting another method of treating a microelectronic substrate with a fluid, according to various embodiments. 4 shows a flow chart presenting another method of treating a microelectronic substrate with a fluid, according to various embodiments. 4 shows a flow chart representing another method of treating a microelectronic substrate with a fluid, according to various embodiments. 4 shows a flow chart presenting another method of treating a microelectronic substrate with a fluid, according to various embodiments. 4 shows a bar graph of particle removal efficiency improvement between non-liquid containing fluid mixtures and liquid containing fluid mixtures according to various embodiments. FIG. 12 shows a particle map of a microelectronic substrate showing a larger cleaning area based at least in part on a smaller gap distance between the nozzle and the microelectronic substrate; FIG. 4 shows photographs of microelectronic substrate features showing different feature damage differences between the prior art and the technology disclosed herein. 4 shows a flow chart presenting another method of fluidly treating a microelectronic substrate in accordance with various embodiments. 4 shows a flow chart presenting another method of fluidly treating a microelectronic substrate in accordance with various embodiments. 4 shows a flow chart presenting another method of fluidly treating a microelectronic substrate in accordance with various embodiments.

マイクロエレクトロニクス基板から物体を選択的に除去するための方法が様々な実施形態において説明される。当業者であれば、様々な実施形態が、特定の詳細の1つ以上を用いることなく、又は、他の置換及び/又は追加の方法、材料、又はコンポーネントを用いて実施され得ることを認識するであろう。
他の例では、本開示の様々な実施形態の態様を不明瞭にすることを避けるために、よく知られている構造、材料、又は動作は詳細に図示又は説明されていない。同様に、本発明の完全な理解を提供するために、説明の目的で、特定の数、材料、及び構成が示されている。しかしながら、システム及び方法は、具体的な詳細なしで実施されることができる。さらにまた、図6A及び6Bを除いて、図に示されているさまざまな実施形態は例示的な表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解される。
Methods for selectively removing objects from microelectronic substrates are described in various embodiments. One skilled in the relevant art will recognize that the various embodiments can be practiced without one or more of the specific details, or with other substitutions and/or additional methods, materials, or components. Will.
In other instances, well-known structures, materials, or operations are not shown or described in detail to avoid obscuring aspects of various embodiments of the disclosure. Likewise, for purposes of explanation, specific numbers, materials and configurations are set forth to provide a thorough understanding of the invention. However, systems and methods may be practiced without specific details. Furthermore, with the exception of FIGS. 6A and 6B, it is understood that the various embodiments shown in the figures are exemplary representations and are not necessarily drawn to scale.

本明細書を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味するが、あらゆる実施形態にそれらが存在することを意図するものではない。したがって、本明細書全体を通して、様々な箇所における「一実施形態において」又は「実施形態において」という表現の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、複数の、特定の特徴、構造、材料又は特性は、1つ以上の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせることができる。種々の追加層及び/又は構造は含まれることができ、及び/又は、記載されている特徴は他の実施形態様で省略されることができる。 Throughout this specification, references to "an embodiment" or "embodiment" indicate that the particular feature, structure, material or property described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the invention. implied, but not intended to be present in every embodiment. Thus, the appearances of the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment of the invention. Moreover, any of the specified features, structures, materials or properties may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. Various additional layers and/or structures may be included and/or described features may be omitted in other embodiments.

本明細書で用いられる「マイクロエレクトロニクス基板」とは、通常、本発明に従って処理されるべき対象を意味する。マイクロエレクトロニクス基板は、デバイスの、特に半導体デバイス又は他のエレクトロニクスデバイスの、任意の材料部分又は構造を含むことができ、例えば、半導体基板のようなベース基板構造であるか、又は、ベース基板構造上の若しくはベース基板構造を覆う薄膜のような層でありうる。したがって、基板は、パターン化された又はパターン化されていない、任意の特定のベース構造、下地層又はオーバーレイ層に限定することを意図しておらず、任意のそのような層又はベース構造、及び、層及び/又はベース構造の任意の組み合わせを含むことを意図する。以下の説明は、特定の種類の基板を参照することができるが、これは例示の目的に過ぎず、限定するものではない。マイクロエレクトロニクス基板に加えて、本明細書に記載の技術は、フォトリソグラフィ技術を用いたマイクロエレクトロニクス基板のパターニングに使用され得るレチクル基板のクリーニングにも使用され得る。 As used herein, "microelectronic substrate" generally means an object to be treated according to the present invention. A microelectronic substrate can comprise any material portion or structure of a device, in particular of a semiconductor device or other electronic device, for example a base substrate structure, such as a semiconductor substrate, or on a base substrate structure. or a thin film-like layer overlying the base substrate structure. Substrate, therefore, is not intended to be limited to any particular base structure, underlayer or overlay layer, patterned or unpatterned, and any such layer or base structure, and , layers and/or base structures in any combination. Although the following description may refer to particular types of substrates, this is for illustrative purposes only and is not limiting. In addition to microelectronic substrates, the techniques described herein can also be used to clean reticle substrates that can be used for patterning microelectronic substrates using photolithographic techniques.

低温流体クリーニングは、汚染物質とマイクロエレクトロニクス基板との間の付着力を克服するために、エアロゾル粒子又はガスジェット粒子(例えば、ガスクラスター)から十分なエネルギーを与えることによって、汚染物質を除去するために使用される技術である。したがって、適切なサイズ及び速度の低温流体混合物(例えば、エアロゾルスプレー及び/又はガスクラスタージェットスプレー)を生成し又は膨張させる(expanding)ことが望ましい場合がある。エアロゾル又はクラスターの運動量は質量及び速度の関数である。運動量は速度又は質量を増加させることによって増加することができ、それは特に粒子が非常に小さい場合に(例えば、<100ナノメートル)、粒子と基板表面との間の強い付着力に打ち勝つために、重要となり得る。より大きい粒子は、衝突し得るクラスターに対して、より小さい粒子よりも大きな表面積を有するであろう。それ故、クラスターの量が多いほど、より小さい粒子よりもより大きい粒子に影響を与える可能性が高くなる。それ故、より大きな粒子への運動量の移行は、より小さな粒子よりも高いレートで発生する可能性があり、したがって、より大きな粒子は、より小さな粒子より先に、マイクロエレクトロニクス基板から除去される可能性が高い。したがって、小さな粒子を除去するためのプロセス処理は、大きな粒子に過剰なエネルギーを与え、それらが除去されるときにマイクロエレクトロニクス基板又はマイクロエレクトロニクス基板上のパターン化されたフィーチャを損傷し得る。それ故、粒子除去効率を最大化するために、さまざまな種類の粒子を除去するために多段階クリーニング処理を用いる必要がある。 Cryogenic fluid cleaning removes contaminants by imparting sufficient energy from aerosol particles or gas jet particles (e.g., gas clusters) to overcome adhesion forces between contaminants and microelectronic substrates. It is a technique used for Therefore, it may be desirable to generate or expand cryogenic fluid mixtures (eg, aerosol sprays and/or gas cluster jet sprays) of appropriate size and velocity. Aerosol or cluster momentum is a function of mass and velocity. Momentum can be increased by increasing the velocity or mass, which is particularly when the particles are very small (e.g. <100 nm), to overcome the strong adhesion forces between the particles and the substrate surface. can be important. Larger particles will have more surface area than smaller particles for clusters to collide with. Therefore, the higher the amount of clusters, the more likely they are to affect larger particles than smaller ones. Therefore, momentum transfer to larger particles may occur at a higher rate than smaller particles, and thus larger particles may be removed from the microelectronic substrate before smaller particles. highly sexual. Accordingly, processing to remove small particles can impart excessive energy to large particles and damage the microelectronic substrate or patterned features on the microelectronic substrate as they are removed. Therefore, in order to maximize particle removal efficiency, it is necessary to use multi-stage cleaning processes to remove various types of particles.

図1は、エアロゾルスプレー又はガスクラスタージェット(GCJ)スプレーを用いてマイクロエレクトロニクス基板をクリーニングするために使用され得るクリーニングシステム100の概略図と、クリーニングが行われるプロセスチャンバ104の断面図102とを含む。エアロゾルスプレー又はGCJスプレーは、低温冷却された(cryogenically cooled)流体混合物をプロセスチャンバ104内で大気圧以下の環境へと膨張させることによって形成することができる。図1に示すように、1つ以上の流体源106は、プロセスチャンバ104内のノズル110を通して膨張される前に、加圧された(複数の)流体を低温冷却システム108に供給することができる。真空システム134は、プロセスチャンバ104内の大気圧以下の環境を維持し、必要に応じて流体混合物を除去するために使用されることができる。 FIG. 1 includes a schematic diagram of a cleaning system 100 that can be used to clean microelectronic substrates using an aerosol spray or gas cluster jet (GCJ) spray, and a cross-sectional view 102 of a process chamber 104 in which cleaning occurs. . Aerosol sprays or GCJ sprays can be formed by expanding a cryogenically cooled fluid mixture within the process chamber 104 to a sub-atmospheric environment. As shown in FIG. 1, one or more fluid sources 106 can supply pressurized fluid(s) to cryogenic cooling system 108 before being expanded through nozzles 110 within process chamber 104 . . A vacuum system 134 can be used to maintain a sub-atmospheric environment within the process chamber 104 and remove fluid mixtures as needed.

この適用において、マイクロエレクトロニクス基板から物体を除去するために、以下の変数のうちの1つ以上が重要である:膨張前のノズル110内に流入する流体混合物の圧力及び温度、流体混合物の流速、流体混合物の組成及び比率、並びにプロセスチャンバ104内の圧力。したがって、コントローラ112を使用してプロセスレシピをメモリ114に格納し、コンピュータプロセッサ116を使用して、本明細書で開示するクリーニング技術を実施するクリーニングシステム100の種々のコンポーネントを制御するネットワーク138を介して命令を発行することができる。 In this application, one or more of the following variables are important for removing objects from microelectronic substrates: the pressure and temperature of the fluid mixture flowing into the nozzle 110 before expansion, the flow rate of the fluid mixture; The composition and ratio of the fluid mixture and the pressure within the process chamber 104; Thus, controller 112 is used to store process recipes in memory 114 and computer processor 116 is used to control the various components of cleaning system 100 that implement the cleaning techniques disclosed herein via network 138 . can issue commands.

半導体処理の当業者は、本明細書で開示される実施形態を実施するために、(複数の)流体源、低温冷却システム、真空システム134及びそれらそれぞれのサブコンポーネント(図示されない、例えばセンサ、コントローラ等)を構成することができる。例えば、一実施形態では、クリーニングシステム100のコンポーネントは、50psig~800psigの加圧流体混合物を提供するように構成することができる。流体混合物の温度は、低温冷却システム108の液体窒素デュワーに流体混合物を通すことによって、70K~270K、好ましくは70K~150Kの範囲に維持することができる。真空システム134は、エアロゾル及び/又はガスクラスターの形成を促進するために、35Torr未満、又はより好ましくは10Torr未満の圧力にプロセスチャンバ104を維持するように構成されることができる。 Those skilled in the art of semiconductor processing will understand the fluid source(s), cryogenic cooling system, vacuum system 134 and their respective subcomponents (not shown, e.g., sensors, controllers, etc.) to implement the embodiments disclosed herein. etc.) can be configured. For example, in one embodiment, the components of cleaning system 100 can be configured to provide a pressurized fluid mixture between 50 psig and 800 psig. The temperature of the fluid mixture can be maintained in the range of 70K-270K, preferably 70K-150K, by passing the fluid mixture through the liquid nitrogen dewar of cryogenic cooling system 108 . Vacuum system 134 can be configured to maintain process chamber 104 at a pressure of less than 35 Torr, or more preferably less than 10 Torr, to facilitate aerosol and/or gas cluster formation.

ノズル110を通して加圧冷却された流体混合物をプロセスチャンバ104内へと膨張させることができ、エアロゾルスプレー又はGCJスプレーをマイクロエレクトロニクス基板118に方向づけることができる。少なくとも1つのノズル110は、プロセスチャンバ104内に支持されることができ、ノズル110は、流体混合物をマイクロエレクトロニクス基板118に方向づける少なくとも1つのノズルオリフィスを有する。例えば、一実施形態では、ノズル110は、ノズルスプレーの長さに沿って複数の開口を有するノズルスプレーバーであってもよい。ノズル110は、マイクロエレクトロニクス基板118に衝突する流体スプレーの角度が特定の処理のために最適化され得るように、調節可能であってもよい。マイクロエレクトロニクス基板118は、好ましくは真空チャンバ120の長手軸に沿って、少なくとも1つの並進自由度124を提供する移動可能なチャック122に固定されてもくよく、ノズル110から放射される流体スプレーを介してマイクロエレクトロニクス基板118の少なくとも一部を直線走査することを容易にする可動チャックは、可動チャック122の移動経路を画定するための1つ以上のスライド及びガイド機構を含むことができる基板並進駆動システム128に結合されてもよく、駆動機構は、そのガイド経路に沿って可動チャック122に移動(the movement)を付与するために利用されてもよい。駆動機構は、任意の電気的、機械的、電気機械的、液圧的、又は気圧的装置を含むことができる。駆動機構は、少なくとも1つのノズル110から放射される流体スプレーの領域を少なくとも部分的に通って、マイクロエレクトロニクス基板118の露出表面の移動を可能にするのに十分な長さの範囲を提供するように設計されてもよい。基板並進駆動システム128は、真空チャンバ120の壁のスライド真空シール(図示せず)を介して延在するように配置された支持アーム(図示せず)を有することができ、第1遠位端は可動チャック122に取り付けられ、第2遠位端は、真空チャンバ120の外側に位置するアクチュエータ機構と係合する。 A pressurized cooled fluid mixture can be expanded into the process chamber 104 through the nozzle 110 and an aerosol or GCJ spray can be directed at the microelectronic substrate 118 . At least one nozzle 110 can be supported within the process chamber 104 , the nozzle 110 having at least one nozzle orifice that directs the fluid mixture onto the microelectronic substrate 118 . For example, in one embodiment nozzle 110 may be a nozzle spray bar having multiple openings along the length of the nozzle spray. Nozzle 110 may be adjustable so that the angle of fluid spray impinging on microelectronic substrate 118 may be optimized for a particular process. A microelectronic substrate 118 may be secured to a moveable chuck 122 providing at least one translational degree of freedom 124, preferably along the longitudinal axis of the vacuum chamber 120, via a fluid spray emitted from nozzle 110. A movable chuck that facilitates linear scanning of at least a portion of the microelectronic substrate 118 may include one or more slide and guide mechanisms for defining a path of movement of the movable chuck 122. Substrate translation drive system 128 and a drive mechanism may be utilized to impart the movement to movable chuck 122 along its guide path. A drive mechanism can include any electrical, mechanical, electromechanical, hydraulic, or pneumatic device. The drive mechanism is at least partially through the area of the fluid spray emanating from the at least one nozzle 110 to provide a range of length sufficient to permit movement of the exposed surface of the microelectronic substrate 118 . may be designed to The substrate translation drive system 128 can have a support arm (not shown) arranged to extend through a sliding vacuum seal (not shown) in the wall of the vacuum chamber 120 and a first distal end. is attached to movable chuck 122 and the second distal end engages an actuator mechanism located outside vacuum chamber 120 .

さらに、可動チャック122は、好ましくはマイクロ電子基板118の露出表面に垂直な軸の周りに少なくとも1つの回転自由度126を提供する基板回転ドライブシステム130を含むこともでき、第1所定インデックス位置から、マイクロエレクとニクス基板118の別の部分を流体スプレーに露出する第2所定インデックス位置まで、マイクロエレクトロニクス基板118の回転インデックス容易にする。他の実施形態では、可動チャック122は、インデックス位置で停止することなく連続速度で回転することができる。さらに、可動チャック122は、ノズル110の角度を変えることに関連して、又はそれ自体で、マイクロエレクトロニクス基板118の位置を変えることにより、流体スプレーの入射角を変えることができる。 Additionally, the movable chuck 122 can also include a substrate rotation drive system 130 that provides at least one rotational degree of freedom 126, preferably about an axis perpendicular to the exposed surface of the microelectronic substrate 118, from the first predetermined index position. , facilitates rotational indexing of the microelectronics substrate 118 to a second predetermined indexing position exposing another portion of the microelectronics substrate 118 to the fluid spray. In other embodiments, movable chuck 122 can rotate at a continuous speed without stopping at the index position. Further, the movable chuck 122 can change the angle of incidence of the fluid spray by changing the position of the microelectronic substrate 118 in conjunction with changing the angle of the nozzle 110 or by itself.

別の実施形態では、可動チャック122は、マイクロエレクトロニクス基板118の露出表面への少なくとも1つの流体スプレーの衝突中に、マイクロエレクトロニクス基板118を可動チャック122の上表面に固定するための機構を含むことができる。マイクロエレクトロニクス基板118は、例えば半導体処理の当業者によって実施され得るように、機械的ファスナ又はクランプ、真空クランプ、又は静電クランプを使用して可動チャック122に固定されてもよい。 In another embodiment, movable chuck 122 includes a mechanism for securing microelectronic substrate 118 to the upper surface of movable chuck 122 during impingement of at least one fluid spray on the exposed surface of microelectronic substrate 118. can be done. The microelectronic substrate 118 may be secured to the moveable chuck 122 using mechanical fasteners or clamps, vacuum clamps, or electrostatic clamps, as may be practiced by those skilled in the art of semiconductor processing, for example.

さらにまた、可動チャック122は温度制御機構を含むことができ、マイクロエレクトロニクス基板118の温度を周囲温度より上に上昇した温度、又は、周囲温度より下に低下した温度に制御することができる。温度制御メカニズムは、可動チャック122及びマイクロエレクトロニクス基板118の温度を調整及び/又は制御するように構成された加熱システム(図示せず)又は冷却システム(図示せず)を含むことができる。加熱システム又は冷却システムは、冷却時に、可動チャック122から熱を受け取って熱交換システム(図示せず)に熱を伝達する、又は、加熱時に熱交換システムから可動チャックに熱を伝達する、熱伝達流体の再循環流を有することができる。他の実施形態では、可動チャック122は、抵抗加熱要素、又は熱電加熱器/冷却器等の加熱/冷却要素を有することができる。 Furthermore, the movable chuck 122 can include a temperature control mechanism to control the temperature of the microelectronic substrate 118 to an elevated temperature above ambient temperature or a temperature reduced to below ambient temperature. The temperature control mechanism may include a heating system (not shown) or a cooling system (not shown) configured to regulate and/or control the temperature of movable chuck 122 and microelectronic substrate 118 . The heating or cooling system receives heat from the movable chuck 122 and transfers heat to a heat exchange system (not shown) when cooling, or transfers heat from the heat exchange system to the movable chuck when heating. It can have a recirculation flow of fluid. In other embodiments, the movable chuck 122 can have heating/cooling elements such as resistive heating elements or thermoelectric heaters/coolers.

図1に示すように、プロセスチャンバ104は、同一の真空チャンバ120内で、低温エアロゾル及び/又はGCJスプレー又はそれらの組み合わせを用いて基板118の処理を可能にするデュアルノズル構成(例えば、第2ノズル132)を含んでもよい。しかしながら、デュアルノズル構成は、必要とされない。ノズル110の設計のいくつかの例は、図2A~4の説明で説明される。ノズル110、132は、平行に配置されるように示されているが、クリーニングプロセスを実施するために互いに平行である必要はない。他の実施形態では、ノズル110、132は真空チャンバ120の対向端部にあり、可動チャック122は、1つ以上のノズル110、132が流体混合物をマイクロエレクトロニクス基板118に噴霧できる位置の中へ基板118を移動させることができる。 As shown in FIG. 1, the process chamber 104 has a dual nozzle configuration (e.g., a second Nozzle 132) may be included. However, a dual nozzle configuration is not required. Some examples of nozzle 110 designs are described in the discussion of FIGS. 2A-4. Although nozzles 110, 132 are shown arranged in parallel, they need not be parallel to each other to perform the cleaning process. In other embodiments, the nozzles 110 , 132 are at opposite ends of the vacuum chamber 120 and the movable chuck 122 moves the substrate into positions where one or more of the nozzles 110 , 132 can spray the fluid mixture onto the microelectronic substrate 118 . 118 can be moved.

別の実施形態では、マイクロエレクトロニクス基板118の露出表面積(例えば電子デバイスが含まれるエリア)が、第1ノズル110及び/又は第2ノズル132から同時に又は類似の時間(並列処理)に又は異なる時間(例えば連続処理)に、流体混合物(例えばエアロゾル又はGCJ)によって衝突され得るように、マイクロエレクトロニクス基板118が移動し得る。例えば、クリーニングプロセスには、エアロゾルクリーニングプロセスとそれに続くGCJクリーニングプロセス、又はその逆が含まれ得る。さらに、第1ノズル110及び第2ノズル132は、それらのそれぞれの流体混合物が異なる位置で同時にマイクロエレクトロニクス基板118に衝突するように配置されてもよい。一例では、基板118を回転させて、マイクロエレクトロニクス基板118全体を異なる流体混合物に曝露させることができる。 In another embodiment, the exposed surface area of the microelectronic substrate 118 (e.g., the area that contains the electronic devices) can be ejected from the first nozzle 110 and/or the second nozzle 132 at the same time or similar times (parallel processing) or at different times (parallel processing). The microelectronic substrate 118 can move such that it can be bombarded by fluid mixtures (eg, aerosols or GCJs), eg, in continuous processes. For example, a cleaning process may include an aerosol cleaning process followed by a GCJ cleaning process, or vice versa. Further, first nozzle 110 and second nozzle 132 may be positioned such that their respective fluid mixtures impinge microelectronic substrate 118 simultaneously at different locations. In one example, the substrate 118 can be rotated to expose the entire microelectronic substrate 118 to different fluid mixtures.

ノズル110は、放出口圧力(outlet pressures)(例えば、<35Toor)よりも実質的に高い注入口圧力(inlet pressures)(例えば、50psig~800psig)を有する低温(例えば、<273K)流体混合物を受け取るように構成されてもよい。ノズル110の内部設計は、流体混合物の膨張を可能にし、マイクロ電子基板118に向けて方向づけられ得る固体及び/又は液体粒子を生成し得る。ノズル110の寸法は、膨張流体混合物の特性に強い影響を与え、スプレーバーに沿って配置された単純なオリフィスから、マルチ膨張容積構成、単一膨張容積構成までの構成の範囲に及ぶ可能性がある。図2A乃至図4は、使用することができるいくつかのノズル110の実施形態を示している。しかしながら、本開示の範囲は、例示された実施形態に限定されず、本明細書に開示された方法は、任意のノズル110設計に適用され得る。上記のように、ノズル110の図は縮尺通りに描かれていない場合がある。 Nozzle 110 receives a cryogenic (eg, <273K) fluid mixture having inlet pressures (eg, 50 psig to 800 psig) that are substantially higher than outlet pressures (eg, <35Toor). It may be configured as The internal design of nozzle 110 may allow expansion of the fluid mixture to produce solid and/or liquid particles that may be directed toward microelectronic substrate 118 . The dimensions of the nozzle 110 impact the properties of the expanded fluid mixture and can range in configurations from simple orifices located along the spray bar, to multi-expansion volume configurations, to single expansion volume configurations. be. Figures 2A-4 illustrate some nozzle 110 embodiments that may be used. However, the scope of the present disclosure is not limited to the illustrated embodiments, and the methods disclosed herein can be applied to any nozzle 110 design. As noted above, the illustration of nozzle 110 may not be drawn to scale.

図2Aは、2段ガスノズル200の断面図を含み、2段ガスノズル200は、互いに流体連通し得る2つのガス膨張領域を含み得、流体混合物が2段ガス(TSG)ノズル200を通って進行するにつれて、流体混合物に圧力変化を受けさせ得る。TSGノズル200の第1段は、低温冷却システム108及び流体源106と流体連通し得る注入口204を介して流体混合物を受け入れることができるリザーバコンポーネント202であり得る。流体混合物は、注入口圧力未満であり得る圧力まで、リザーバコンポーネント202内へと膨張し得る。流体混合物は、移行オリフィス206を介して放出口コンポーネント208に流れることができる。いくつかの実施形態において、流体混合物は、移行オリフィス206を介して流れる場合、より高い圧力に圧縮され得る。
流体混合物が放出口オリフィス210を介して真空チャンバ120の低圧環境に暴露されるにしたがって、流体混合物は、放出口コンポーネント208内へと再び膨張し、エアロゾルスプレー又はガスクラスタージェットの形成に寄与し得る。広義には、TSGノズル200は、注入口オリフィス204と放出口オリフィス210との間の流体混合物の二重膨張(a dual expansion)を可能にし得る任意の寸法設計を組み込むことができる。TSGノズル200の範囲は、本願明細書において記載されている実施例に限られることができない。
FIG. 2A includes a cross-sectional view of a two-stage gas nozzle 200, which may include two gas expansion regions that may be in fluid communication with each other, with a fluid mixture traveling through the two-stage gas (TSG) nozzle 200. As the pressure increases, the fluid mixture may undergo pressure changes. A first stage of TSG nozzle 200 may be a reservoir component 202 capable of receiving a fluid mixture via an inlet 204 that may be in fluid communication with cryogenic cooling system 108 and fluid source 106 . The fluid mixture may expand into reservoir component 202 to a pressure that may be less than the inlet pressure. The fluid mixture can flow through transition orifice 206 to outlet component 208 . In some embodiments, the fluid mixture may be compressed to a higher pressure as it flows through transition orifice 206 .
As the fluid mixture is exposed to the low pressure environment of vacuum chamber 120 through outlet orifice 210, the fluid mixture expands again into outlet component 208 and may contribute to the formation of an aerosol spray or gas cluster jet. . Broadly, TSG nozzle 200 can incorporate any dimensional design that can allow for a dual expansion of the fluid mixture between inlet orifice 204 and outlet orifice 210 . The scope of TSG nozzle 200 cannot be limited to the examples described herein.

図2Aの実施形態では、リザーバコンポーネント202は、注入口オリフィス204から移行オリフィス206まで延在するシリンダ状の設計を含んでもよい。シリンダは、移行オリフィス206のサイズから移行オリフィス206のサイズの3倍以上まで変化し得る直径212を有し得る。 In the embodiment of FIG. 2A, reservoir component 202 may include a cylindrical design extending from inlet orifice 204 to transition orifice 206 . The cylinder can have a diameter 212 that can vary from the size of the transition orifice 206 to three times the size of the transition orifice 206 or more.

一実施形態では、TSGノズル200は、0.5mm~3mmの範囲、好ましくは0.5mm~1.5mmの範囲であり得る入口オリフィス204の直径を有し得る。リザーバコンポーネント202は、2mm~6mm、好ましくは4mm~6mmの直径212を有するシリンダを含むことができる。リザーバコンポーネント208は、20mm~50mm、好ましくは20mm~25mmの長さ214を有することができる。リザーバコンポーネント208の非注入口端部(the non-inlet end)では、移行オリフィス206を介して流体混合物を放出口コンポーネント208の中へと圧縮させることができるより小さい直径に移行することができる。 In one embodiment, the TSG nozzle 200 may have an inlet orifice 204 diameter that may range from 0.5 mm to 3 mm, preferably from 0.5 mm to 1.5 mm. The reservoir component 202 can comprise a cylinder with a diameter 212 of 2mm to 6mm, preferably 4mm to 6mm. The reservoir component 208 can have a length 214 of 20mm to 50mm, preferably 20mm to 25mm. The non-inlet end of reservoir component 208 can transition to a smaller diameter that can compress the fluid mixture through transition orifice 206 into outlet component 208 .

移行オリフィス206は、いくつかの異なる実施形態において存在することができ、リザーバコンポーネント202と放出口コンポーネント208との間での移行の際に、流体混合物を調整するために使用されることができる。一実施形態では、移行オリフィス206は、リザーバコンポーネント202の一端における単純なオリフィス又は開口であってもよい。この移行オリフィス206の直径は、2mm~5mmの範囲であってもよいが、好ましくは2mm~2.5mmである。別の実施形態では、図2Aに示すように、移行オリフィス206は、先の実施形態における単純な開口部よりも、より大きな実質的容積(a more substantial volume)を有し得る。例えば、移行オリフィス206は、5mm未満であり得る距離に沿って一定であり得るシリンダ形状を有し得る。この実施形態では、移行オリフィス206の直径は、放出口コンポーネント208の初期直径よりも大きくなり得る。この例では、移行オリフィス206と放出口コンポーネント208との間のステップ高さが存在し得る。ステップ高さは、1mm未満であり得る。1つの特定の実施形態において、ステップ高さは約0.04mmであり得る。放出口コンポーネント208は、移行オリフィス206と放出口オリフィス210との間で直径が増加する円錐形状を有し得る。放出口コンポーネント208の円錐部分は、3°~10°、好ましくは3°~6°の半角(a half angle)を有することができる。 A transition orifice 206 can be present in several different embodiments and can be used to condition the fluid mixture during transition between the reservoir component 202 and the outlet component 208 . In one embodiment, transition orifice 206 may be a simple orifice or opening at one end of reservoir component 202 . The diameter of this transition orifice 206 may range from 2 mm to 5 mm, but is preferably from 2 mm to 2.5 mm. In another embodiment, as shown in FIG. 2A, transition orifice 206 may have a more substantial volume than the simple opening in the previous embodiment. For example, transition orifice 206 may have a cylindrical shape that may be constant along a distance that may be less than 5 mm. In this embodiment, the diameter of transition orifice 206 may be larger than the initial diameter of outlet component 208 . In this example, there may be a step height between transition orifice 206 and outlet component 208 . The step height can be less than 1 mm. In one particular embodiment, the step height can be about 0.04mm. Outlet component 208 may have a conical shape that increases in diameter between transition orifice 206 and outlet orifice 210 . The conical portion of the outlet component 208 can have a half angle of 3° to 10°, preferably 3° to 6°.

図2Bは、移行オリフィス206とほぼ同じサイズである直径218を有するリザーバコンポーネント202を含むTSGノズル200の別の実施形態220を示す。この実施形態では、直径218は、2mm~5mmであり得、図2Aの実施形態と同様の長さ214を有し得る。図2Bの実施形態は、リザーバコンポーネント202と放出口コンポーネント208との間の圧力差を低減し、TSGノズル200の第1段階中の流体混合物の安定性を改善し得る。しかしながら、他の実施形態では、TSGノズル200の実施形態において圧力変動を低減するために1段ノズル300を使用することができ、流体混合物の乱流を低減することができる。 FIG. 2B shows another embodiment 220 of TSG nozzle 200 that includes reservoir component 202 having diameter 218 that is approximately the same size as transition orifice 206 . In this embodiment, diameter 218 can be between 2 mm and 5 mm and can have length 214 similar to the embodiment of FIG. 2A. The embodiment of FIG. 2B may reduce the pressure differential between the reservoir component 202 and the outlet component 208 and improve the stability of the fluid mixture during the first stage of the TSG nozzle 200. However, in other embodiments, a single stage nozzle 300 can be used to reduce pressure fluctuations in embodiments of the TSG nozzle 200 and can reduce turbulence in the fluid mixture.

図3は、注入口オリフィス302と放出口オリフィス304との間に単一の膨張チャンバを組み込み得る1段ガス(SSG)ノズル300の一実施形態の断面図を示す。SSGノズル300の膨張チャンバは変化し得るが、図3の実施形態では、注入口オリフィス302(例えば、0.5mm~1.5mm)よりもわずかに大きい初期直径306(例えば、1.5mm~3mm)を有し得る円錐形の設計を示す。円錐形の設計は、3°~10°、好ましくは3°~6°の半角を含み得る。半角は、(注入口オリフィス302及び放出口オリフィス304から)SSGノズル300の膨張チャンバを通る仮想中心線と膨張チャンバの側壁(例えば、円錐壁)との間の角度であり得る。最後に、SSGノズル300は、18mmと40mmとの間、好ましくは18mmと25mmとの間の長さ308を有することができる。SSGノズル300の別の変形例は、図4に示すように、注入口オリフィス302から放出口オリフィス304への膨張容積の連続テーパを有し得る。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of one embodiment of a single stage gas (SSG) nozzle 300 that may incorporate a single expansion chamber between inlet orifice 302 and outlet orifice 304 . The expansion chamber of the SSG nozzle 300 can vary, but in the embodiment of FIG. ) are shown. The conical design may include half angles of 3° to 10°, preferably 3° to 6°. A half angle may be the angle between an imaginary centerline through the expansion chamber of the SSG nozzle 300 (from inlet orifice 302 and outlet orifice 304) and a sidewall (eg, conical wall) of the expansion chamber. Finally, the SSG nozzle 300 can have a length 308 between 18mm and 40mm, preferably between 18mm and 25mm. Another variation of SSG nozzle 300 may have a continuous taper of expansion volume from inlet orifice 302 to outlet orifice 304, as shown in FIG.

図4は、フラッシュガス(FG)ノズル400の断面図を含み、FGノズル400は注入口オリフィス402と放出口オリフィス404との間のオフセット又は収縮部を含まない連続膨張チャンバを有し得る。その名前が示すように、膨張容積の初期直径は、注入口直径402と同一平面であり得、0.5mm~3mm、好ましくは1mm~1.5mmであり得る注入口直径を有し得る。一実施形態では、放出口直径404は、注入口直径402のサイズの2~4倍、好ましくは2mm~12mmであり得る。さらに、半角は3°から10°の間、好ましくは3°から6°の間であり得る。膨張容積の長さ406は、注入口オリフィス402と放出口オリフィス404との間で10mm~50mmの間で変化するはずである。さらに、以下の実施形態は、図3及び図4の実施形態の両方に適用され得る。1つの特定の実施形態において、ノズルは、20mmの円錐長さ、3°の半角、及び約4mmの放出口オリフィス直径を有し得る。別の特定の実施形態では、円錐長さは15mm~25mmであり得、放出口オリフィス直径は3mm~6mmであり得る。他の特定実施例において、放出口オリフィス直径は約4mmであり得、注入口直径は約1.2mm及び円錐長さは約35mmであり得る。 FIG. 4 includes a cross-sectional view of a flush gas (FG) nozzle 400, which may have a continuous expansion chamber with no offsets or constrictions between inlet orifices 402 and outlet orifices 404. FIG. As its name suggests, the initial diameter of the expanded volume may be flush with the inlet diameter 402 and may have an inlet diameter which may be between 0.5 mm and 3 mm, preferably between 1 mm and 1.5 mm. In one embodiment, the outlet diameter 404 can be 2-4 times the size of the inlet diameter 402, preferably 2mm-12mm. Furthermore, the half angle can be between 3° and 10°, preferably between 3° and 6°. The expansion volume length 406 should vary between 10 mm and 50 mm between inlet orifice 402 and outlet orifice 404 . Furthermore, the following embodiments can be applied to both the embodiments of FIGS. 3 and 4. FIG. In one particular embodiment, the nozzle can have a cone length of 20 mm, a half angle of 3°, and an exit orifice diameter of about 4 mm. In another particular embodiment, the cone length can be 15mm to 25mm and the outlet orifice diameter can be 3mm to 6mm. In other specific examples, the outlet orifice diameter can be about 4 mm, the inlet diameter can be about 1.2 mm, and the cone length can be about 35 mm.

クリーニングシステム100のクリーニング効率に影響を及ぼし得る別の特徴は、ノズル放出口404とマイクロエレクトロニクス基板118との間の距離であり得る。いくつかのプロセス実施形態において、ギャップ距離は、除去される粒子の量によってだけでなく、基板118をにわたる単一の経路の間に粒子が除去され得る表面積の量(the amount of surface area)によっても、クリーニング効率に影響を与え得る。いくつかの例では、ノズル110の放出口オリフィスがマイクロエレクトロニクス基板118により近い(例えば、<50mm)場合、エアロゾルスプレー又はGCJスプレーは、基板118のより大きな表面積をクリーニングすることができる。 Another feature that can affect the cleaning efficiency of cleaning system 100 can be the distance between nozzle outlet 404 and microelectronic substrate 118 . In some process embodiments, the gap distance is determined not only by the amount of particles removed, but also by the amount of surface area that particles can be removed during a single pass across substrate 118. can also affect cleaning efficiency. In some examples, if the exit orifice of the nozzle 110 is closer (eg, <50 mm) to the microelectronic substrate 118, the aerosol spray or GCJ spray can clean a larger surface area of the substrate 118.

図5は、本開示の少なくとも1つの実施形態による、ノズル110の放出口オリフィス404とマイクロエレクトロニクス基板118との間のギャップ距離502を示す図500を含む。一例では、ギャップ距離502は、ノズル110のための構造又は支持体を形成するノズル110アセンブリの端部から測定され得る。別の例では、ギャップ距離502は、マイクロエレクトロニクス基板118に露出される円錐形拡張領域の最大直径にわたって延在する平面から測定されてもよい。 FIG. 5 includes a diagram 500 illustrating gap distance 502 between outlet orifice 404 of nozzle 110 and microelectronic substrate 118, in accordance with at least one embodiment of the present disclosure. In one example, gap distance 502 may be measured from the end of nozzle 110 assembly that forms the structure or support for nozzle 110 . In another example, gap distance 502 may be measured from a plane extending across the maximum diameter of the conical extension area exposed to microelectronic substrate 118 .

ギャップ距離502は、チャンバ圧力、ガス組成、流体混合物温度、注入口圧力、ノズル110設計、又はそれらのいくつかの組み合わせに依存して変化し得る。通常、ギャップ距離502は、2mm~50mmであり得る。通常、真空チャンバ120の圧力は35Torr未満であり得、2mm及び50mmのギャップ距離502内で動作し得る。しかしながら、チャンバ圧力は10Torr未満であり得、ガスノズル110が6mm未満の放出口オリフィスを有する場合、ギャップ距離502は10mm未満になるように最適化され得る。いくつかの特定の実施形態では、真空チャンバ120の圧力が10Torr未満であって5mm未満の放出口直径を有するノズル110に対する所望のギャップ距離502は約5mmであり得る。 Gap distance 502 may vary depending on chamber pressure, gas composition, fluid mixture temperature, inlet pressure, nozzle 110 design, or some combination thereof. Typically, the gap distance 502 can be between 2 mm and 50 mm. Typically, the vacuum chamber 120 pressure can be less than 35 Torr and can operate within gap distances 502 of 2 mm and 50 mm. However, if the chamber pressure can be less than 10 Torr and the gas nozzle 110 has an exit orifice of less than 6 mm, the gap distance 502 can be optimized to be less than 10 mm. In some particular embodiments, the desired gap distance 502 may be about 5 mm for a nozzle 110 with a vacuum chamber 120 pressure of less than 10 Torr and an outlet diameter of less than 5 mm.

他の実施形態では、ギャップ距離502は、少なくとも部分的に、真空チャンバ120の圧力との反比例の関係(an inverse relationship)に基づいてもよい。例えば、ギャップ距離502は、一定値をチャンバ120の圧力で除算することによって導出される値以下であってもよい。一実施形態において、定数は、無次元パラメータであってもよく、又はmm×Torrの単位であってもよく、真空チャンバ120の圧力は、Torrで測定されてもよい。式1を参照されたい:
ギャップ距離 ≦ 定数/チャンバ圧力 (1)
In other embodiments, gap distance 502 may be based, at least in part, on an inverse relationship with the pressure of vacuum chamber 120 . For example, gap distance 502 may be less than or equal to a value derived by dividing a constant value by the pressure in chamber 120 . In one embodiment, the constant may be a dimensionless parameter, or may be in units of mm×Torr, and the pressure in vacuum chamber 120 may be measured in Torr. See Equation 1:
Gap distance ≤ constant/chamber pressure (1)

このようにして、チャンバ圧力で定数を除算することによって得られる値は、クリーニングプロセスに使用され得るギャップ距離502を提供する。例えば、1つの特定の実施形態において、定数は50であってもよく、チャンバ圧力は約7Torrであってもよい。この場合、ギャップ距離は、式(1)の下で7mm以下である。他の実施形態では、定数は40~60の範囲であり得、圧力は1Torr~10Torrの範囲であり得る。別の実施形態では、定数は0.05~0.3の範囲であり得、圧力は0.05Torr~1Torrの範囲であり得る。ギャップ距離502は、クリーニング効率にプラスの影響を与え得るが、エアロゾルスプレー及びガスクラスタージェットスプレーを用いるクリーニング効率に寄与し得るいくつかの他のプロセス変数がある。 Thus, the value obtained by dividing the constant by the chamber pressure provides the gap distance 502 that can be used in the cleaning process. For example, in one particular embodiment, the constant may be 50 and the chamber pressure may be approximately 7 Torr. In this case the gap distance is less than or equal to 7 mm under equation (1). In other embodiments, the constant may range from 40-60 and the pressure may range from 1 Torr to 10 Torr. In another embodiment, the constant can range from 0.05 to 0.3 and the pressure can range from 0.05 Torr to 1 Torr. Although gap distance 502 can positively impact cleaning efficiency, there are several other process variables that can contribute to cleaning efficiency using aerosol spray and gas cluster jet spray.

図1~5の説明に記載されたハードウェアは、エアロゾルスプレー及びガスクラスタージェット(GCJ)スプレーを、ハードウェアのわずかな変化、及びプロセス条件に対する実質的な変化で可能にするために使用することができる。プロセス条件は、異なる流体混合組成物及び比率、注入口圧力、注入口温度、又は真空チャンバ120圧力の間で変化し得る。エアロゾルスプレーとGCJスプレープロセスとの間の1つの実質的な差異は、ノズル110へ流入する流体混合物の相組成であり得る。例えば、エアロゾルスプレー流体混合物は、GCJ流体混合物よりも高い流体濃度を有し得、これは、ノズル110へ流入するGCJ流体混合物中に流体が非常に少ないか又は全くない気体状態で存在し得る The hardware described in the legends of FIGS. 1-5 can be used to enable aerosol spray and gas cluster jet (GCJ) spray with minor changes in hardware and substantial changes to process conditions. can be done. Process conditions may vary between different fluid mixture compositions and ratios, inlet pressures, inlet temperatures, or vacuum chamber 120 pressures. One substantial difference between the aerosol spray and the GCJ spray process can be the phase composition of the fluid mixture entering nozzle 110 . For example, the aerosol spray fluid mixture may have a higher fluid concentration than the GCJ fluid mixture, which may exist in a gaseous state with very little or no fluid in the GCJ fluid mixture entering the nozzle 110.

エアロゾルスプレーの実施形態では、低温冷却システム108の温度は、ノズル110へ流入する流体混合物の少なくとも一部が液相で存在し得る点に設定され得る。この実施形態では、ノズル混合物は、液体状態で少なくとも10重量%であり得る。次いで、液体/気体混合物は、高圧でプロセスチャンバ104内に膨張され、そこで、低温エアロゾルが形成され得、固体及び/又は液体粒子の相当な部分(a substantial portion)を含み得る。しかしながら、後述するように、流体混合物の状態は、エアロゾルプロセスとGCJプロセスとの間の唯一の差異ではない可能性がある。 In an aerosol spray embodiment, the temperature of cryogenic cooling system 108 may be set to a point where at least a portion of the fluid mixture entering nozzle 110 may be in the liquid phase. In this embodiment, the nozzle mixture can be at least 10% by weight in the liquid state. The liquid/gas mixture is then expanded at high pressure into the process chamber 104 where a cryogenic aerosol can be formed and can include a substantial portion of solid and/or liquid particles. However, as discussed below, the state of the fluid mixture may not be the only difference between the aerosol process and the GCJ process.

対照的に、ノズル110に流入するGCJスプレー流体混合物は、非常に少ない液相しか含まず(例えば、<1体積%)、又は、液相を含まず完全にガス状であってもよい。例えば、低温冷却システム108の温度は、GCJクリーニングプロセスのために流体混合物が液相で存在するのを阻止する点に設定されてもよい。したがって、状態図は、プロセスチャンバ104内でエアロゾルスプレー又はGCJスプレーを形成することを可能にするために使用され得るプロセス温度及び圧力を特定するための1つの方法であり得る。 In contrast, the GCJ spray fluid mixture entering the nozzle 110 contains very little liquid phase (eg, <1 vol.%) or may be completely gaseous with no liquid phase. For example, the temperature of the cryogenic cooling system 108 may be set to a point that prevents the fluid mixture from existing in the liquid phase for the GCJ cleaning process. A phase diagram can thus be one way to identify process temperatures and pressures that can be used to enable the formation of an aerosol or GCJ spray within the process chamber 104 .

図6A乃至6Bを参照すると、状態図600、608は、流入する流体混合物の成分がどの相で存在し得るか、又は液相、気相、若しくはそれらの組み合わせを含む可能性がより高いかを示すことができる。例示的な状態図を説明し及び図示するために、アルゴンの状態図602、窒素の状態図604、酸素の状態図610、及びキセノンの状態図612が示されている。当業者は、文献、又はメリーランド州ゲーサーズバーグの国立標準技術研究所又は他のソースを介して、状態図情報を見つけることができるかもしれない。本願明細書に記載される他の化学物質も、代表的な状態図を有し得るが、説明を容易にする目的で本願明細書には示されていない。 6A-6B, state diagrams 600, 608 indicate in which phases the components of the incoming fluid mixture may exist, or more likely include liquid phase, gas phase, or a combination thereof. can be shown. To explain and illustrate the exemplary phase diagrams, an argon phase diagram 602, a nitrogen phase diagram 604, an oxygen phase diagram 610, and a xenon phase diagram 612 are shown. Those skilled in the art may be able to find state diagram information in the literature, or through the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, or other sources. Other chemicals described herein may also have representative phase diagrams, but are not shown here for ease of illustration.

状態図600、608は、圧力(例えば、y軸)と温度(例えば、x軸)との関係、及び元素がガス状又は液体状で存在し得る可能性を強調するグラフ表示によって表すことができる。状態図は、元素が液体状態又は気体状態の間で転移するところを表すことができる気液相転移線(a gas-liquid phase transition line )606(又は気液転移線(a vapor-liquid transition line))を含むことができる。これらの実施形態では、元素の圧力及び温度が気液転移線606の左側にある場合には、液相が存在する可能性が高くなり、元素の圧力及び温度が気液転移線606の右側にある場合には、気相が優勢になり得る。さらに、元素の圧力及び温度が気液相転移線606に非常に近い場合、元素が気液相中に存在する可能性は、気液相転移線606から圧力及び温度がさらに離れている場合よりも高い。例えば、アルゴンの状態図602を考慮すると、アルゴンが100Kの温度で300psiの圧力に維持される場合には、アルゴンが130Kの温度で300psiの圧力に維持される場合よりも、アルゴンは液相である部分を含むか、又は、より高い液体の(重量による)濃度を有する可能性がより高い。アルゴンの液体濃度は、300psiの圧力を維持しながら、温度が130Kから低下するにつれて増加し得る。同様に、130Kの温度を維持すると共に、圧力が300psiから増加するときに、アルゴンの液体濃度は増加し得る。通常、状態図600によれば、アルゴンを気体状態に維持するためには、温度は83K以上であるべきであり、窒素を気体状態に維持するためには、温度は63K以上であるべきである。しかしながら、任意の窒素-アルゴン混合物、アルゴン又は窒素の相は、元素の相対濃度に依存し得、流体混合物の圧力及び温度にも依存し得る。しかしながら、状態図600は、アルゴン-窒素混合物、アルゴン又は窒素環境の相の指標、又は少なくとも液体が存在し得る可能性の指標を提供し得るガイドラインとして使用され得る。例えば、エアロゾルクリーニングプロセスの場合、流入する流体混合物は、流入する流体混合物の1つ以上の元素について、気液転移線606の上又は左側に、温度又は圧力を有し得る。対照的に、GCJクリーニングプロセスは、GCJ流入流体混合物中の1つ以上の元素について、気液相転移線606の右側にあり得る圧力及び温度を有し得る流入流体混合物を使用する可能性がより高い。場合によっては、システム100は、流体混合物の流入温度及び/又は圧力を変えることにより、エアロゾルプロセスとGCJプロセスとを交互に行うことができる。 The state diagrams 600, 608 may be represented by graphical representations highlighting the relationship between pressure (e.g., y-axis) and temperature (e.g., x-axis) and the possibility that an element may exist in gaseous or liquid form. . A phase diagram may be represented by a gas-liquid phase transition line 606 (or a vapor-liquid transition line )). In these embodiments, if the pressure and temperature of the element are to the left of the gas-liquid transition line 606, then there is a high probability that a liquid phase is present, and if the pressure and temperature of the element are to the right of the gas-liquid transition line 606, the liquid phase is likely to be present. In some cases, the gas phase can predominate. Furthermore, if the pressure and temperature of the element are very close to the gas-liquid phase transition line 606, the probability that the element is in the gas-liquid phase is greater than if the pressure and temperature are further away from the gas-liquid phase transition line 606. is also expensive. For example, considering the phase diagram 602 for argon, when argon is maintained at a temperature of 100 K and a pressure of 300 psi, argon is in the liquid phase more than when argon is maintained at a temperature of 130 K and a pressure of 300 psi. It is more likely that it contains a portion or has a higher liquid concentration (by weight). The liquid concentration of argon can be increased as the temperature is lowered from 130 K while maintaining a pressure of 300 psi. Similarly, the liquid concentration of argon may increase as the pressure increases from 300 psi while maintaining a temperature of 130K. Generally, according to phase diagram 600, the temperature should be above 83 K to keep argon in the gaseous state, and the temperature should be above 63 K to keep nitrogen in the gaseous state. . However, the phase of any nitrogen-argon mixture, argon or nitrogen may depend on the relative concentrations of the elements and may also depend on the pressure and temperature of the fluid mixture. However, the state diagram 600 can be used as a guideline that can provide an indication of the phase of an argon-nitrogen mixture, an argon or nitrogen environment, or at least an indication of the likelihood that a liquid may be present. For example, for an aerosol cleaning process, the incoming fluid mixture may have a temperature or pressure above or to the left of the gas-liquid transition line 606 for one or more elements of the incoming fluid mixture. In contrast, the GCJ cleaning process is more likely to use an inlet fluid mixture that may have pressures and temperatures that may be to the right of the gas-liquid phase transition line 606 for one or more elements in the GCJ inlet fluid mixture. expensive. In some cases, the system 100 can alternate between aerosol and GCJ processes by varying the inlet temperature and/or pressure of the fluid mixture.

気液相転移線606が各状態図600、608と類似している点に留意する必要がある、しかしながら、各状態図600、608に割り当てられる化学薬品に、それらの値は特有でもよい、しかし、状態図600、608がアルゴン状態図602の説明にて説明したように、当業者によって用いられることができる。当業者は、状態図600、608を用いることができ、エアロゾル又はGCJスプレーの流体混合物中の液体及び/又は気体の量を最適化することができる。 It should be noted that the gas-liquid phase transition line 606 is similar to each state diagram 600, 608; however, their values may be specific to the chemical assigned to each state diagram 600, 608, but , state diagrams 600 , 608 can be used by those skilled in the art as described in the description of the argon state diagram 602 . A person skilled in the art can use the state diagrams 600, 608 to optimize the amount of liquid and/or gas in the fluid mixture of the aerosol or GCJ spray.

低温エアロゾルスプレーは、少なくとも1つの流体の液化温度又はその付近低温温度にさらされた流体又は流体混合物で形成され、その後、ノズル110を通じて流体混合物をプロセスチャンバ104の低圧環境に膨張させることができる。流体混合物の膨張条件及び組成は、基板118に衝突し得るエアロゾルスプレーを有する、小さな小液滴及び/又は個体粒子を形成する役割を果たし得る。エアロゾルスプレーは、汚染物質とマイクとエレクトロニクス基板118との間の付着力を克服するために、エアロゾルスプレー(例えば小液滴、個体粒子)から十分なエネルギーを与えることによって、マイクロエレクトロニクス基板118の汚染物質(例えば粒子)を取り払うために使用され得る。エアロゾルスプレーの運動量(The momentum )は、前述の付着力に必要とされ得るエネルギーの量に、少なくとも部分的に、基づいて粒子を除去する際に重要な役割を果たし得る。粒子除去効率は、種々の質量及び/又は速度の成分(例えば、小液滴、結晶など)を有し得る低温エアロゾルを生成することによって最適化され得る。汚染物質を除去するのに必要な運動量は質量と速度の関数である。質量及び速度は、特に粒子が非常に小さい場合(<100nm)には、粒子と基板の表面との間の強い付着力を克服するために非常に重要であり得る。 A cryogenic aerosol spray can be formed with a fluid or fluid mixture that has been subjected to a cryogenic temperature at or near the liquefaction temperature of at least one fluid, and then expand the fluid mixture through a nozzle 110 into the low pressure environment of the process chamber 104. The expansion conditions and composition of the fluid mixture can play a role in forming small droplets and/or solid particles with an aerosol spray that can impinge on the substrate 118 . The aerosol spray reduces contamination of the microelectronic substrate 118 by imparting sufficient energy from the aerosol spray (e.g., small droplets, solid particles) to overcome adhesion forces between the contaminants and the microphone and electronic substrate 118. It can be used to dislodge matter (eg particles). The momentum of an aerosol spray can play an important role in removing particles based, at least in part, on the amount of energy that may be required for the aforementioned adhesion forces. Particle removal efficiency can be optimized by generating a cryogenic aerosol that can have different mass and/or velocity components (eg, droplets, crystals, etc.). The momentum required to remove contaminants is a function of mass and velocity. Mass and velocity can be very important to overcome strong adhesion forces between the particles and the surface of the substrate, especially if the particles are very small (<100 nm).

図7は、粒子を除去するためにマイクロエレクトロニクス基板118を低温エアロゾルで処理する方法のフローチャート700を示す。上述のように、粒子除去効率を改善するための1つのアプローチは、エアロゾルスプレーの運動量を増加させることであり得る。運動量は、エアロゾルスプレーの内容物の質量及び速度の積であり得、したがって、エアロゾルスプレーの成分の質量及び/又は速度を増加させることによって運動エネルギーが増加し得る。質量及び/又は速度は、流体混合組成物、流入流体混合物の圧力及び/又は温度、及び/又はプロセスチャンバ104の温度及び/又は圧力を含み得るが、これらに限定されない、種々の要因に依存し得る。フローチャート700は、窒素及び/又はアルゴン、及び少なくとも1つの他のキャリアガス及び/又は純粋なアルゴン又は純粋な窒素の種々の組み合わせを使用することによって、運動量を最適化する一実施形態を示す。 FIG. 7 shows a flow chart 700 of a method of treating a microelectronic substrate 118 with a cryogenic aerosol to remove particles. As mentioned above, one approach to improving particle removal efficiency can be to increase the momentum of the aerosol spray. Momentum can be the product of the mass and velocity of the contents of the aerosol spray, thus increasing the mass and/or velocity of the components of the aerosol spray can increase the kinetic energy. The mass and/or velocity are dependent on a variety of factors, which may include, but are not limited to, the fluid mixture composition, the pressure and/or temperature of the incoming fluid mixture, and/or the temperature and/or pressure of the process chamber 104. obtain. Flowchart 700 illustrates one embodiment of optimizing momentum by using various combinations of nitrogen and/or argon and at least one other carrier gas and/or pure argon or pure nitrogen.

図7を参照すると、ブロック702において、システム100は、プロセスチャンバ104内にマイクロエレクトロニクス基板118を受け入れ得る。マイクロエレクトロニクス基板118は、メモリデバイス、マイクロプロセッサデバイス、発光ディスプレイ、太陽電池などを含み得るが、これらに限定されない電子デバイスを製造するために使用され得る半導体材料(例えば、シリコンなど)を含み得る。マイクロエレクトロニクス基板118は、パターン化された膜又はブランケット膜を含み得、これは、システム100上で実施されるエアロゾルクリーニングプロセスによって除去され得る汚染を含み得る。システム100は、低温冷却システム108及び1つ以上の流体ソース106と流体連通するプロセスチャンバ104を含得る。プロセスチャンバはまた、流体混合物を膨張させてマイクロエレクトロニクス基板118をクリーニングするためのエアロゾルスプレーを形成するために使用され得る流体膨張コンポーネント(例えば、TSGノズル200など)を含み得る。 Referring to FIG. 7, at block 702 the system 100 may receive the microelectronic substrate 118 within the process chamber 104 . Microelectronic substrate 118 can include semiconductor materials (such as silicon) that can be used to fabricate electronic devices that can include, but are not limited to, memory devices, microprocessor devices, light emitting displays, solar cells, and the like. Microelectronic substrate 118 may include a patterned or blanket film, which may contain contamination that may be removed by an aerosol cleaning process performed on system 100 . System 100 may include a process chamber 104 in fluid communication with a cryogenic cooling system 108 and one or more fluid sources 106 . The process chamber may also include a fluid expansion component (eg, TSG nozzle 200, etc.) that may be used to expand the fluid mixture to form an aerosol spray for cleaning the microelectronic substrate 118.

ブロック704において、システム100は、流体混合物を273K未満に冷却し得る低温冷却システム108を介して流体膨張コンポーネントに流体混合物を供給することができる。1つの実施形態において、流体混合物の温度は、70K以上及び200K以下であり得、より具体的には、温度は130K未満であり得る。また、システム100は、大気圧よりも高い圧力で流体混合物を維持することができる。一実施形態において、流体混合物の圧力は、50psig~800psigの間に維持されることができる。 At block 704, the system 100 may supply the fluid mixture to the fluid expansion component via the cryogenic cooling system 108, which may cool the fluid mixture below 273K. In one embodiment, the temperature of the fluid mixture may be greater than or equal to 70K and less than or equal to 200K, more particularly the temperature may be less than 130K. Also, the system 100 can maintain the fluid mixture at a pressure higher than atmospheric pressure. In one embodiment, the pressure of the fluid mixture can be maintained between 50 psig and 800 psig.

一実施形態において、流体混合物は、原子量が28未満の分子を含む第1流体成分、及び原子量が少なくとも28の分子を含む少なくとも1つの付加的流体成分を含み得る。当業者であれば、2つ以上の流体の流体混合物を最適化して、エアロゾルスプレー成分の所望の運動量を達成して、粒子除去効率を最大化するか、異なるタイプ又はサイズの粒子を標的化することができるであろう。この場合、第1流体成分は、ヘリウム、ネオン、又はそれらの組み合わせを含んでもよいが、これらに限定されない。少なくとも1つの付加的流体成分は、窒素(N)、アルゴン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素、又はそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。1つの特定の実施形態において、付加的流体成分はN及びアルゴン混合物を含み、第1流体成分はヘリウムを含んでもよい。しかしながら、流体混合物の温度、圧力及び濃度は、異なるタイプのエアロゾルスプレーを提供するために変化し得る。他の実施形態において、流体混合物の相又は状態は、以下に記載される種々の濃度の気体、液体、気体-液体を含み得る。 In one embodiment, the fluid mixture may comprise a first fluid component comprising molecules with an atomic weight of less than 28 and at least one additional fluid component comprising molecules with an atomic weight of at least 28. One skilled in the art can optimize the fluid mixture of two or more fluids to achieve the desired momentum of the aerosol spray components to maximize particle removal efficiency or target different types or sizes of particles. could be In this case, the first fluid component may include, but is not limited to, helium, neon, or combinations thereof. The at least one additional fluid component may include, but is not limited to, nitrogen ( N2 ), argon, krypton, xenon, carbon dioxide, or combinations thereof. In one particular embodiment, the additional fluid component may include a mixture of N2 and argon and the first fluid component may include helium. However, the temperature, pressure and concentration of the fluid mixture can be varied to provide different types of aerosol sprays. In other embodiments, the phases or states of the fluid mixture may include various concentrations of gas, liquid, gas-liquid, as described below.

第1流体成分と付加的流体成分との間の比率は、マイクロエレクトロニクス基板118をクリーニングするために所望のスプレーのタイプに依存して変化し得る。流体混合物は、化学組成及び濃度によって、及び/又は物質の相又は状態(例えば、気体、液体など)によって変化し得る。1つのエアロゾル実施形態において、第1流体成分は、流体混合物の少なくとも50重量%から100重量%までを有し、流体混合物は、気体状態の第1部分及び液体状態の第2部分を含み得る。ほとんどの場合、流体混合物は、液相において少なくとも10重量%を有し得る。流体混合物は、パターン化された又はパターン化されていないマイクロエレクトロニクス基板118上に存在し得る粒子の異なるタイプ及び/又はサイズに対処するために最適化され得る。粒子除去性能を変化させるための1つのアプローチは、粒子除去性能を向上させるために流体混合物の組成及び/又は濃度を調整することである。別の流体混合の実施形態では、第1流体成分は、流体混合物の10重量%~50重量%を含む。別の実施形態では、第1流体成分は、流体混合物の20重量%~40重量%を含み得る。別の流体混合の実施形態では、第1流体成分は、流体混合物の30重量%~40重量%を含み得る。前述のエアロゾル流体混合物の相も、基板118上の異なる種類の粒子及び膜に対して調整するために、広く変化し得る。例えば、流体混合物は、気体状態であり得る第1部分と、液体状態であり得る第2部分とを含み得る。 The ratio between the first fluid component and the additional fluid component may vary depending on the type of spray desired for cleaning the microelectronic substrate 118 . A fluid mixture may vary by chemical composition and concentration and/or by phase or state of matter (eg, gas, liquid, etc.). In one aerosol embodiment, the first fluid component comprises at least 50% to 100% by weight of the fluid mixture, and the fluid mixture may include a first portion in a gaseous state and a second portion in a liquid state. In most cases, the fluid mixture will have at least 10% by weight in the liquid phase. The fluid mixture may be optimized to accommodate different types and/or sizes of particles that may be present on patterned or non-patterned microelectronic substrate 118 . One approach to changing particle removal performance is to adjust the composition and/or concentration of the fluid mixture to improve particle removal performance. In another fluid mixture embodiment, the first fluid component comprises 10% to 50% by weight of the fluid mixture. In another embodiment, the first fluid component may comprise 20% to 40% by weight of the fluid mixture. In another fluid mixture embodiment, the first fluid component may comprise 30% to 40% by weight of the fluid mixture. The phases of the aforementioned aerosol-fluid mixtures can also be varied widely to adjust for different types of particles and films on substrate 118 . For example, a fluid mixture can include a first portion that can be in a gaseous state and a second portion that can be in a liquid state.

一実施形態において、第2部分は、流体混合物の少なくとも10重量%であり得る。しかしながら、特定の場合には、粒子を除去するために、より低い濃度の液体が望ましいことがある。より低い液体濃度の実施形態では、第2部分は、流体混合物の1重量%以下であり得る。流体混合物は、一つ以上の成分の液相又は気相を含むことができる。これらの流体混合物の実施形態では、システム100は、付加的流体成分を120slm~140slmの間で流し、第1流体成分を30slm~45slmの間で流すことによって、エアロゾルスプレーを実施することができる。 In one embodiment, the second portion can be at least 10% by weight of the fluid mixture. However, in certain cases, a lower concentration liquid may be desirable to remove particles. In lower liquid concentration embodiments, the second portion may be 1% or less by weight of the fluid mixture. A fluid mixture can include a liquid phase or a gas phase of one or more components. In these fluid mixture embodiments, the system 100 can perform an aerosol spray by flowing between 120 slm and 140 slm for the additional fluid component and between 30 slm and 45 slm for the first fluid component.

流体混合物の流入圧力、濃度、及び組成に加えて、エアロゾルスプレーの運動量及び組成もまた、プロセスチャンバ104内の圧力によって影響され得る。より具体的には、チャンバ圧力は、エアロゾルスプレー中の小液滴(the liquid droplets)及び/又は固体粒子の質量及び/又は速度に影響を及ぼし得る。流体混合物の膨張は、ノズル110にわたる圧力差に依存し得る。 In addition to the inlet pressure, concentration, and composition of the fluid mixture, the momentum and composition of the aerosol spray can also be affected by the pressure within the process chamber 104 . More specifically, chamber pressure can affect the mass and/or velocity of the liquid droplets and/or solid particles in the aerosol spray. Expansion of the fluid mixture may depend on the pressure differential across nozzle 110 .

ブロック706において、システム100は、流体混合物の少なくとも一部がマイクロエレクトロニクス基板118と接触するように、流体混合物をプロセスチャンバ104内に提供することができる。流体膨張コンポーネント(例えば、ノズル110)を介した流体混合物の膨張は、エアロゾルスプレーの小液滴及び/又は固体粒子を形成し得る。システム100は、プロセスチャンバ104を35Torr以下のチャンバ圧力に維持し得る。特定の場合には、エアロゾルスプレー中の小液滴及び/又は固体粒子の質量及び/又は速度を最適化するために、プロセスチャンバ104をはるかに低い圧力に維持することが望ましい場合がある。1つの特定の実施形態において、エアロゾルスプレーの粒子除去特性は、プロセスチャンバが10Torr未満に維持される場合、特定の粒子に対してより望ましい場合がある。また、プロセスチャンバ104が、流体混合物の膨張中に5Torr未満に維持される場合、粒子除去効率はより大きな表面積をカバーすることが注目された。 At block 706 , system 100 may provide the fluid mixture into process chamber 104 such that at least a portion of the fluid mixture contacts microelectronic substrate 118 . Expansion of the fluid mixture through a fluid expansion component (eg, nozzle 110) may form small droplets and/or solid particles of the aerosol spray. System 100 may maintain process chamber 104 at a chamber pressure of 35 Torr or less. In certain cases, it may be desirable to maintain the process chamber 104 at a much lower pressure to optimize the mass and/or velocity of the small droplets and/or solid particles in the aerosol spray. In one particular embodiment, the particle removal properties of an aerosol spray may be more desirable for certain particles if the process chamber is maintained below 10 Torr. It was also noted that the particle removal efficiency covers a larger surface area if the process chamber 104 is maintained below 5 Torr during expansion of the fluid mixture.

流体混合物が流体膨張コンポーネントを通って流れるとき、流体混合物は、比較的高い圧力(例えば、>大気圧)から比較的低い圧力(例えば、<35Torr)への流体混合物の膨張に関連する相転移を受けることができる。一実施形態では、流入する流体混合物は、気体又は液体-気体相中に存在することができ、プロセスチャンバ104よりも比較的高い圧力下にある。しかしながら、流体混合物がプロセスチャンバ104の低圧を通って流れるか又は膨張すると、流体混合物は転移し始めて、上述のように、小液滴及び/又は固体状態を形成し得る。例えば、膨張した流体混合物は、気相、液相、及び/又は固相の部分の組み合わせを含んでもよい。これには、上記の低温エアロゾルが含まれ得る。さらに別の実施形態では、流体混合物はまた、ガスクラスターを含んでもよい。一実施形態では、膨張した流体混合物のGCJ又はエアロゾルスプレーは、弱い引力(例えば、ファンデルワールス力)による原子又は分子の凝集であり得る。一例では、ガスクラスターは、ガスと固体との間の物質の相であると考えられ、ガスクラスターのサイズは、数個の分子又は原子から105個を超える原子までの範囲であり得る。 When the fluid mixture flows through the fluid expansion component, the fluid mixture undergoes a phase transition associated with expansion of the fluid mixture from a relatively high pressure (eg, >atmospheric pressure) to a relatively low pressure (eg, <35 Torr). Can receive. In one embodiment, the incoming fluid mixture can be in a gas or liquid-gas phase and is under a relatively higher pressure than the process chamber 104 . However, as the fluid mixture flows or expands through the low pressure of the process chamber 104, the fluid mixture may begin to transition and form droplets and/or solid states as described above. For example, the expanded fluid mixture may include a combination of gas phase, liquid phase, and/or solid phase portions. This may include cryogenic aerosols as described above. In yet another embodiment, the fluid mixture may also include gas clusters. In one embodiment, a GCJ or aerosol spray of an expanded fluid mixture can be the aggregation of atoms or molecules due to weak attractive forces (eg van der Waals forces). In one example, a gas cluster is considered a phase of matter between a gas and a solid, and the size of a gas cluster can range from a few molecules or atoms to over 105 atoms.

もう1つの実施形態において、流体混合物は、同じマイクロエレクトロニクス基板118を処理しながら、同じノズル内のエアロゾルとガスクラスター(例えば、GCJ)との間で転移してもよい。このようにして、流体混合物は、より高い液体濃度から、流体混合物中のより低い液体濃度に進むことによって、エアロゾルとGCJとの間で転移し得る。あるいは、流体混合物は、流体混合物中のより低い液体濃度からより高い液体濃度に進むことによって、GCJとエアロゾルとの間で転移してもよい。図6A~6Bの説明で上述したように、液相濃度は、温度、圧力、又はそれらの組み合わせによって制御することができる。例えば、エアロゾルからGCJへの転移において、1つの特定の実施形態において、流体混合液の濃度は、10重量%から1重量%未満に遷移し得る。別の特定の実施形態では、流体混合物の液体濃度が1重量%から10重量%未満に遷移するときに、GCJからエアロゾルへの転移が起こり得る。しかしながら、エアロゾルとGCJとの間の転移、及びその逆は、前述の特定の実施形態におけるパーセンテージに限定されるものではなく、また、説明のための単なる例示に過ぎず、限定されるものではない。 In another embodiment, the fluid mixture may be transferred between aerosols and gas clusters (eg, GCJ) within the same nozzle while processing the same microelectronic substrate 118 . In this way, the fluid mixture can transition between the aerosol and the GCJ by proceeding from higher liquid concentrations to lower liquid concentrations in the fluid mixture. Alternatively, the fluid mixture may transition between the GCJ and the aerosol by proceeding from a lower liquid concentration to a higher liquid concentration in the fluid mixture. As described above in the description of Figures 6A-6B, the liquid phase concentration can be controlled by temperature, pressure, or a combination thereof. For example, in transitioning from aerosol to GCJ, in one particular embodiment, the concentration of the fluid mixture may transition from 10% by weight to less than 1% by weight. In another particular embodiment, the transition from GCJ to aerosol can occur when the liquid concentration of the fluid mixture transitions from 1 wt% to less than 10 wt%. However, the transition between the aerosol and the GCJ and vice versa is not limited to the percentages in the specific embodiments described above and is merely illustrative and non-limiting. .

ブロック708において、膨張した流体は、マイクロエレクトロニクス基板118に向けて方向づけられることができ、流体膨張コンポーネントがマイクロエレクトロニクス基板118の表面にわたって移動するにつれて、マイクロエレクトロニクス基板118から粒子を除去することができる。いくつかの実施形態において、システム100は、マイクロエレクトロニクス基板118の周りに配置され得る複数の流体膨張コンポーネントを含み得る。複数の流体膨張コンポーネントは、粒子を除去するために同時に又は連続的に(concurrently or serially)使用されることができる。あるいは、複数の流体膨張コンポーネントのいくつかは、エアロゾル処理専用であってもよく、残りの流体膨張コンポーネントは、GCJ処理に使用されてもよい。 At block 708, the expanded fluid can be directed toward the microelectronic substrate 118 and can dislodge particles from the microelectronic substrate 118 as the fluid expansion component moves across the surface of the microelectronic substrate 118. In some embodiments, system 100 may include multiple fluid expansion components that may be arranged around microelectronic substrate 118 . Multiple fluid expansion components can be used concurrently or serially to remove particles. Alternatively, some of the plurality of fluid expansion components may be dedicated to aerosol processing and the remaining fluid expansion components may be used for GCJ processing.

エアロゾル処理に加えて、マイクロエレクトロニクス基板118は、GCJ処理を用いてクリーニングされてもよい。低温ガスクラスターは、アルゴン又は窒素又はそれらの混合物等の気体種が、任意の気体成分の液化温度を超え得る低温温度にガスを曝すデュワー等の熱交換器ベッセル(例えば、低温冷却システム108)を通過するときに形成され得る。次いで、高圧の低温ガスは、マイクロエレクトロニクス基板118の表面に対して角度をなす又は垂直なノズル110又はノズルアレイを介して膨張し得る。GCJスプレーは、マイクロエレクトロニクス基板118の表面への損傷を引き起こすことなく、又は損傷の量を制限して(without causing any damage or limiting the amount of damage)、半導体ウエハの表面から粒子を除去するために使用され得る。 In addition to aerosol processing, microelectronic substrate 118 may be cleaned using GCJ processing. A cryogenic gas cluster includes a heat exchanger vessel (e.g., cryogenic cooling system 108) such as a Dewar that exposes the gas to cryogenic temperatures where gaseous species such as argon or nitrogen or mixtures thereof may exceed the liquefaction temperature of any gaseous component. It can be formed as it passes through. The high pressure cryogenic gas may then be expanded through a nozzle 110 or nozzle array that is angled or perpendicular to the surface of the microelectronic substrate 118 . The GCJ spray is used to remove particles from the surface of the semiconductor wafer without causing damage or limiting the amount of damage to the surface of the microelectronic substrate 118. can be used.

ガスクラスターは、力(例えば、ファンデルワールス力)によって一緒に保持される原子/分子の集合又は凝集であり得るが、気体中の原子又は分子と固相との間の物質の別個の相として分類され、サイズは数個の原子から105個の原子までの範囲であり得る。式(2)で与えられるHagenaの経験的クラスタースケーリングパラメータ(Γ*)は、クラスターサイズに影響し得る臨界パラメータを提供する。kは結合形成に関連する凝縮パラメータ(ガス種特性)、dはノズルオリフィス直径、αは膨張半角、Po及びToは膨張前圧力及び温度である。円錐形状を有するノズルの幾何学的形状は、膨張するガスを制約し、より効率的なクラスター形成のために原子又は分子間の衝突の数を増加させるのに役立つ。このようにして、ノズル110は、基板118の表面から汚染物質を取り除くのに十分な大きさのクラスターの形成を促進することができる。ノズル110から放出されるGCJスプレーは、基板118に衝突する前にイオン化されないが、原子の中性集合として残る。

Figure 0007291691000001
A gas cluster can be a collection or agglomeration of atoms/molecules held together by forces (e.g. van der Waals forces), but as a separate phase of matter between the atoms or molecules in the gas and the solid phase. classified and sizes can range from a few atoms to 105 atoms. Hagena's empirical cluster scaling parameter (Γ*) given in equation (2) provides a critical parameter that can influence the cluster size. k is the condensation parameter (gas species property) related to bond formation, d is the nozzle orifice diameter, α is the expansion half angle, Po and To are pre-expansion pressure and temperature. A nozzle geometry with a conical shape helps to constrain the expanding gas and increase the number of collisions between atoms or molecules for more efficient cluster formation. In this manner, nozzle 110 can facilitate the formation of clusters large enough to dislodge contaminants from the surface of substrate 118 . The GCJ spray emitted from nozzle 110 is not ionized before striking substrate 118, but remains as a neutral set of atoms.
Figure 0007291691000001

クラスターを構成する原子又は分子の集合体は、マイクロエレクトロニクス基板118上の汚染物サイズに低温クラスターサイズが近接していることにより、より良好なプロセス能力を提供し得るサイズ分布を有することができ、100nm未満のサイズの汚染物のクリーニングを目標とすることができる。また、マイクロエレクトロニクス基板118に衝突する低温クラスターのサイズが小さいことは、処理中に保護する必要がある高感度構造を有し得るマイクロエレクトロニクス基板118の損傷を防止又は最小限に抑えることができる。 Atoms or molecular aggregates that make up the cluster can have a size distribution that can provide better processability due to the proximity of the low temperature cluster size to the contaminant size on the microelectronic substrate 118; Cleaning contaminants of size less than 100 nm can be targeted. Also, the small size of the cold clusters striking the microelectronic substrate 118 can prevent or minimize damage to the microelectronic substrate 118, which may have sensitive structures that need to be protected during processing.

エアロゾルプロセスと同様に、GCJプロセスは、図1のシステム100の説明に記載されたものと同じ、又は類似のハードウェア、及び図2A~5の説明に記載されたコンポーネントを使用することができる。しかしながら、GCJ法の実施は、本明細書に記載されるハードウェアの実施形態に限定されない。特定の実施形態では、GCJプロセスは、エアロゾルプロセスと同じ又は類似のプロセス条件を使用することができるが、GCJプロセスは、流体混合物に対してより低い液相濃度を有してもよい。しかしながら、GCJプロセスは、本明細書に記載されるエアロゾルプロセスの全ての実施形態よりも低い液体濃度を有する必要はない。当業者は、本明細書に記載されるGCJ方法において存在し得る任意の小液滴及び/又は固体粒子(例えば、凍結液体)に対するガスクラスターの量又は密度を増加させるGCJ方法を実施することができる。これらのGCJ方法は、クリーニングプロセスを最適化するためのいくつかの異なる技術を有してもよく、当業者は、これらの技術の任意の組み合わせを使用して、任意のマイクロエレクトロニクス基板118をクリーニングすることができる。例えば、当業者は、マイクロエレクトロニクス基板118をクリーニングするために、ノズル110の設計及び/又は配向、流体混合物の組成又は濃度、流体混合物の流入圧力及び/又は温度、及びプロセスチャンバの104の圧力及び/又は温度を変化させることができる。 Similar to the aerosol process, the GCJ process can use the same or similar hardware as described in the description of system 100 of FIG. 1 and components described in the description of FIGS. 2A-5. However, implementation of the GCJ method is not limited to the hardware embodiments described herein. In certain embodiments, the GCJ process may use the same or similar process conditions as the aerosol process, but the GCJ process may have a lower liquid phase concentration for the fluid mixture. However, the GCJ process need not have a lower liquid concentration than all embodiments of the aerosol process described herein. One of ordinary skill in the art can implement a GCJ method that increases the amount or density of gas clusters relative to any small droplets and/or solid particles (e.g., frozen liquid) that may be present in the GCJ method described herein. can. These GCJ methods may have several different techniques for optimizing the cleaning process, and those skilled in the art will be able to use any combination of these techniques to clean any microelectronic substrate 118. can do. For example, one of ordinary skill in the art can determine the design and/or orientation of the nozzle 110, the composition or concentration of the fluid mixture, the inlet pressure and/or temperature of the fluid mixture, and the pressure and/or temperature of the process chamber 104 to clean the microelectronic substrate 118. /or the temperature can be changed.

図8は、マイクロエレクトロニクス基板118から粒子を除去するためのGCJプロセスを生成するための低温法のためのフローチャート800を提供する。この実施形態では、本方法は、図2A乃至2Bの説明で本明細書に記載される2段ガス(TSG)ノズル200と同様に、多段ノズル110を使用することができるGCJプロセスを代表することができる。図8の実施形態は、流体混合物が多段ノズル110を介して高圧環境から低圧環境に移行する際に、流体混合物の圧力差又は変化を反映し得る。 FIG. 8 provides a flow chart 800 for a cryogenic method for producing a GCJ process for removing particles from microelectronic substrates 118 . In this embodiment, the method is representative of a GCJ process in which a multi-stage nozzle 110 can be used, similar to the two-stage gas (TSG) nozzle 200 described herein in the description of FIGS. 2A-2B. can be done. The embodiment of FIG. 8 may reflect pressure differentials or changes in the fluid mixture as it transitions from a high pressure environment to a low pressure environment through the multi-stage nozzle 110 .

図8を参照すると、ブロック802において、システム100は、流体膨張コンポーネント(例えば、TSGノズル200)を含むことができる真空プロセスチャンバ120内にマイクロエレクトロニクス基板118を受け入れることができる。このシステムは、マイクロエレクトロニクス基板118を低温冷却システム108によって提供される任意の流体混合物に曝す前に、プロセスチャンバ104を大気圧以下の状態にしてもよい。 Referring to FIG. 8, at block 802, system 100 can receive microelectronic substrate 118 into vacuum process chamber 120, which can include a fluid expansion component (eg, TSG nozzle 200). The system may bring the process chamber 104 to sub-atmospheric pressure prior to exposing the microelectronic substrate 118 to any fluid mixture provided by the cryogenic cooling system 108 .

ブロック804において、システム100は、273K未満の温度及び大気圧よりも高い圧力である流体混合物を供給又は調整することができる。例えば、流体混合物の温度は、70K~200Kの間、又はより具体的には70K~120Kの間であり得る。混合流体の圧力は、50psig~800psigの間であってもよい。一般に、流体混合物の少なくとも大部分(重量による)は、気相中にあってもよい。しかしながら、他の実施形態において、流体混合物は、気相において10重量%未満であってもよく、より詳細には、気相において1重量%未満であってもよい。 At block 804, the system 100 may supply or condition a fluid mixture that is at a temperature below 273K and a pressure above atmospheric pressure. For example, the temperature of the fluid mixture may be between 70K and 200K, or more specifically between 70K and 120K. The mixed fluid pressure may be between 50 psig and 800 psig. Generally, at least the majority (by weight) of the fluid mixture may be in the gas phase. However, in other embodiments, the fluid mixture may be less than 10% by weight in the gas phase, more particularly less than 1% by weight in the gas phase.

流体混合物は、N、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、二酸化炭素、又はこれらの任意の組み合わせ(combination)を含み得る単一の流体組成物又は流体の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。当業者は、前述の流体の1つ以上の組み合わせを選択し、一度に1つの流体混合物を用いて基板を処理し、又は、同一のマイクロエレクトロニクス基板118に対して、流体混合物の組み合わせを用いて基板を処理することができる。 The fluid mixture can be, but is not limited to, a single fluid composition or combination of fluids that can include N2 , argon, xenon, helium, neon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. not. One skilled in the art can select combinations of one or more of the aforementioned fluids to process substrates using one fluid mixture at a time, or to process the same microelectronic substrate 118 using combinations of fluid mixtures. Substrates can be processed.

一実施形態において、流体混合物は、1:1~11:1の間の比において、N及びアルゴンの組み合わせを含んでもよい。当業者は、マイクロエレクトロニクス基板118から粒子を除去するために、N及び/又はアルゴンの液体濃度に関連して比率を最適化することができる。しかしながら、他の実施形態において、当業者は、粒子除去効率を最適化するために、GCJ流体混合物のエネルギー又は運動量を最適化することもできる。例えば、流体混合物は、GCJプロセスの質量及び/又は速度を変化させ得る別のキャリアガスを含み得る。キャリアガスは、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、二酸化炭素又は何かそれらの組み合わせを含むが、これに限定されるものではあることができない。1つの実施形態において、流体混合物は、アルゴン対Nの1:1~1:4の混合物であることができ、キセノン、クリプトン、二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せのうちの1つ以上のキャリアガスが混合され得る混合物を含み得る。他の例では、キャリアガスの組成及び濃度は、異なる比率のキャリアガスを有する異なる比率のN及びアルゴンで最適化され得る。他の実施形態において、キャリアガスは、表1に示すように、Hagena値、kに基づいて含まれてもよい。

Figure 0007291691000002
In one embodiment, the fluid mixture may include a combination of N2 and argon in a ratio between 1:1 and 11:1. Those skilled in the art can optimize the ratio in relation to the liquid concentration of N 2 and/or argon to remove particles from the microelectronic substrate 118 . However, in other embodiments, one skilled in the art can also optimize the energy or momentum of the GCJ fluid mixture to optimize particle removal efficiency. For example, the fluid mixture may contain another carrier gas that can change the mass and/or velocity of the GCJ process. Carrier gases can include, but are not limited to, xenon, helium, neon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. In one embodiment, the fluid mixture can be a 1:1 to 1:4 mixture of argon to N2 and one or more of xenon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. It can include mixtures in which the carrier gas can be mixed. In another example, the carrier gas composition and concentration can be optimized with different ratios of N2 and argon with different ratios of carrier gas. In other embodiments, a carrier gas may be included based on the Hagena value, k, as shown in Table 1.
Figure 0007291691000002

通常、いくつかの実施形態では、N、アルゴン、又はそれらの組み合わせと混合されている場合、k値の低い流体は、濃度が同等又はそれ以上でなければならない。例えば、キャリアガスをN、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と混合する場合は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせと、キャリアガスとの間の比は、少なくとも4:1の混合比(a ratio mixture)を用いて行われるべきであり、ここでは、キセノン、クリプトン、二酸化炭素又はこれらの任意の組み合わせを11:1までの混合比で用いる。対照的に、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせを、N、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と組み合わせる場合、混合比は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせ(例えば1:1~4:1)と、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせと、の間で少なくとも1:4であり得る。上記のN、アルゴン及び/又はキャリアガスの組み合わせは、本明細書に記載の他のエアロゾル及びGCJ法にも適用することができる。 Generally, in some embodiments, the low k fluid should be of equal or greater concentration when mixed with N 2 , argon, or a combination thereof. For example, if the carrier gas is mixed with N 2 , argon, or a combination thereof (eg, 1:1 to 4:1), the ratio between N 2 , argon, or a combination thereof and the carrier gas is It should be done using a ratio mixture of at least 4:1, where xenon, krypton, carbon dioxide or any combination thereof is used in a mixture ratio up to 11:1. In contrast, when combining helium, neon, or combinations thereof with N 2 , argon, or combinations thereof (eg, 1:1 to 4:1), the mixing ratio is N 2 , argon, or combinations thereof ( for example 1:1 to 4:1) and helium, neon or combinations thereof, at least 1:4. The above N2 , argon and/or carrier gas combinations can also be applied to other aerosol and GCJ methods described herein.

他の実施形態では、流体混合物は、1:1と11:1との間の比率のアルゴンとNの組み合わせを含み得る。この流体混合物はまた、キャリアガス(例えば、表1)を含むことができる。しかしながら、流体混合物は、本明細書中に記載されるエアロゾル又はGCJ法を用いて使用され得る純粋なアルゴン又は純粋な窒素組成物も含み得る。 In other embodiments, the fluid mixture may include a combination of argon and N2 in a ratio between 1:1 and 11:1. The fluid mixture can also include a carrier gas (eg, Table 1). However, the fluid mixture can also contain pure argon or pure nitrogen compositions that can be used with the aerosol or GCJ methods described herein.

ブロック806において、システム100は、流体源106から及び/又は低温冷却システム108から流体膨張コンポーネントに流体混合物を提供することができる。システム100はまた、プロセスチャンバ104を35Torr未満の圧力に維持してもよい。例えば、システム100は、プロセスチャンバ104の圧力を制御するために真空システム134を使用し、流体混合物がプロセスチャンバ104に導入される前又はその時に、プロセスチャンバ104を制御してもよい。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ104の圧力は、5Torr~10Torrの間であってもよく、いくつかの実施形態では、圧力は、5Torr未満であってもよい。 At block 806, the system 100 may provide a fluid mixture from the fluid source 106 and/or from the cryogenic cooling system 108 to the fluid expansion component. System 100 may also maintain process chamber 104 at a pressure of less than 35 Torr. For example, the system 100 may use the vacuum system 134 to control the pressure of the process chamber 104 to control the process chamber 104 before or when the fluid mixture is introduced into the process chamber 104 . In some embodiments, the pressure in process chamber 104 may be between 5 Torr and 10 Torr, and in some embodiments the pressure may be less than 5 Torr.

GCJスプレーは、流体混合物が、比較的高圧の環境(例えば、ノズル110の上流)と低圧の環境(例えば、プロセスチャンバ)との間で移行するときに形成されてもよい。図8の実施形態において、流体膨張コンポーネントは、マイクロエレクトロニクス基板118に衝突する前に、流体混合物を少なくとも2つの圧力変化又は膨張の下におくことができるTSGノズル200であってもよい。 A GCJ spray may form when the fluid mixture transitions between a relatively high pressure environment (eg, upstream of nozzle 110) and a low pressure environment (eg, a process chamber). In the embodiment of FIG. 8, the fluid expansion component may be a TSG nozzle 200 capable of subjecting the fluid mixture to at least two pressure changes or expansions before impinging on the microelectronic substrate 118 .

ブロック808において、流体混合物は、注入口オリフィス204を通ってリザーバコンポーネント202へと膨張し、プロセスチャンバ104圧力を超え、流体混合物の流入圧力未満のリザーバ圧力を達成し又は維持することができる。概して、リザーバ圧力は、800psig未満で35Torr以上であり得る。しかしながら、図2A乃至2Bに図示される限られた空間内でのガス流の変動により、リザーバ圧力が変動し得る。 At block 808, the fluid mixture may expand through the inlet orifice 204 into the reservoir component 202 to achieve or maintain a reservoir pressure above the process chamber 104 pressure and below the inlet pressure of the fluid mixture. Generally, the reservoir pressure can be less than 800 psig and greater than or equal to 35 Torr. However, variations in gas flow within the confined space illustrated in FIGS. 2A-2B can cause variations in reservoir pressure.

流体混合物は、リザーバコンポーネント202の直径より小さいか又は小さくなくてもよい移行オリフィス206へ進むことができる。
移行オリフィス206がリザーバコンポーネント202の直径より小さい場合、流体混合物は、移行オリフィス206を流れ又は移行オリフィス206を通り抜けて、TSGノズル200の放出口コンポーネント208内へに流入するときに、より高い圧力に圧縮され得る。
The fluid mixture may pass to transition orifice 206 which may or may not be smaller than the diameter of reservoir component 202 .
If the transition orifice 206 is smaller than the diameter of the reservoir component 202 , the fluid mixture will experience a higher pressure as it flows through or through the transition orifice 206 and into the outlet component 208 of the TSG nozzle 200 . can be compressed.

ブロック810において、流体混合物は、流体膨張コンポーネントの放出口コンポーネント208内の放出口圧力に維持され得る。
放出口圧力は、チャンバ圧力を超え、リザーバコンポーネント202圧力未満であることができる。移行オリフィス206と出口オリフィス210との間の移行の間に、流体混合物は膨張し得、上述のようにガスクラスターを形成し得る。放出口コンポーネント208とプロセスチャンバ104との間の圧力差は、プロセスチャンバ104のより大きな容積と比較して、放出口コンポーネント210のより小さい閉じられた容積に起因し得る。
At block 810, the fluid mixture may be maintained at an outlet pressure within the outlet component 208 of the fluid expansion component.
The outlet pressure can be above the chamber pressure and below the reservoir component 202 pressure. During the transition between transition orifice 206 and exit orifice 210, the fluid mixture may expand and form gas clusters as described above. The pressure difference between the outlet component 208 and the process chamber 104 may be due to the smaller closed volume of the outlet component 210 compared to the larger volume of the process chamber 104 .

ガスクラスターは、放出口オリフィス210に向けて方向づけられることができ、流体混合物は、流体混合物がTSGノズル200を出た後も膨張し続け得る。しかしながら、運動量は、ガスクラスタースプレーの少なくとも大部分をマイクロエレクトロニクス基板118に方向づけることができる。上述のように、ガスクラスターのサイズは、105までのいくつかの原子間で変化し得る。プロセスは、上述のプロセス条件によって変化することにより、ガスクラスターの数及びサイズを制御するために最適化されることができる。例えば、当業者は、マイクロエレクトロニクス基板118から粒子を除去するために、流入する流体混合物圧力、流体混合物の組成/濃度、プロセスチャンバ104圧力、又はそれらの任意の組み合わせを変更することができる。 The gas cluster can be directed toward the outlet orifice 210 and the fluid mixture can continue to expand after the fluid mixture exits the TSG nozzle 200. Momentum, however, can direct at least a majority of the gas cluster spray toward the microelectronic substrate 118 . As mentioned above, the size of gas clusters can vary between a few atoms up to 105. The process can be optimized to control the number and size of gas clusters by varying the process conditions described above. For example, one skilled in the art can vary the incoming fluid mixture pressure, the composition/concentration of the fluid mixture, the process chamber 104 pressure, or any combination thereof to remove particles from the microelectronic substrate 118.

ブロック812では、GCJスプレーのコンポーネントを使用して、マイクロエレクトロニクス基板118から物体又は汚染物を動力学的的又は化学的に除去することができる。物体は、GCJスプレーの運動学的影響によって、及び/又は流体混合物が有し得る物体との化学的相互作用によって、除去することができる。しかしながら、対象物の除去は、動力学的及び/又は化学的除去の理論に限定されるものではなく、GCJスプレーを適用した後の物体の除去は、物体の除去を説明するために用いられる任意の適用可能な理論のための十分な証拠となり得るという点で、物体の除去を説明するための任意の理論を適用可能である。 At block 812 , GCJ spray components may be used to kinetically or chemically remove matter or contaminants from the microelectronic substrate 118 . Objects can be removed by the kinematic effects of the GCJ spray and/or by chemical interactions with objects that the fluid mixture may have. However, removal of objects is not limited to theories of kinetic and/or chemical removal, and removal of objects after application of the GCJ spray is any arbitrary method used to describe removal of objects. Any theory to explain the removal of the object is applicable in that it can be sufficient evidence for an applicable theory of .

また、TSGノズル200とマイクロエレクトロニクス基板118との相対位置を用いて、物体の除去を最適化することができる。例えば、GCJスプレーの入射角は、マイクロエレクトロニクス基板118の表面と放出口オリフィス210の平面との間で0°と90°との間でTSGノズル200を移動させることにより調整され得る。1つの特定の実施例において、マイクロエレクトロニクス基板118上の組成又はパターンに基づいて物体を除去するために、入射角は30°から60°であってもよい。あるいは、入射角は、60°と90°との間、より具体的には約90°とすることができる。他の実施形態では、2つ以上のノズル110を使用して、同様の又は変化する入射角でマイクロエレクトロニクス基板118を処理してもよい。 Also, the relative positions of the TSG nozzle 200 and the microelectronic substrate 118 can be used to optimize object removal. For example, the incident angle of the GCJ spray can be adjusted by moving the TSG nozzle 200 between the surface of the microelectronic substrate 118 and the plane of the exit orifice 210 between 0° and 90°. In one particular embodiment, the angle of incidence may be 30° to 60° to ablate objects based on composition or pattern on microelectronic substrate 118 . Alternatively, the angle of incidence can be between 60° and 90°, more specifically about 90°. In other embodiments, more than one nozzle 110 may be used to process the microelectronic substrate 118 at similar or varying angles of incidence.

上述の除去の実施形態では、マイクロエレクトロニクス基板118は、除去プロセスの間に並進及び/又は回転されることができる。除去速度は、マイクロエレクトロニクス基板118の特定の部分上のGCJスプレーの所望の滞留時間に最適化することができる。当業者は、所望の粒子除去効率を達成するために、滞留時間及びGCJスプレー衝突位置を最適化することができる。例えば、所望の粒子除去効率は、粒子測定の前と後の間で80%を超える除去であってもよい。 In the removal embodiments described above, the microelectronic substrate 118 can be translated and/or rotated during the removal process. The removal rate can be optimized for the desired residence time of the GCJ spray on a particular portion of the microelectronic substrate 118. One skilled in the art can optimize the residence time and GCJ spray impingement position to achieve the desired particle removal efficiency. For example, a desired particle removal efficiency may be greater than 80% removal between before and after particle measurement.

同様に、放出口オリフィス210とマイクロエレクトロニクス基板118の表面との間のギャップ距離を最適化して、粒子除去効率を高めることができる。ギャップ距離は、図5の説明でより詳細に説明されるが、一般にギャップ距離は、50mm未満であってもよい。 Similarly, the gap distance between the exit orifice 210 and the surface of the microelectronic substrate 118 can be optimized to enhance particle removal efficiency. The gap distance is explained in more detail in the discussion of Figure 5, but generally the gap distance may be less than 50mm.

また、GCJプロセスは、図3及び4の説明に記載されるものと同様に、単一段ノズル300、400を使用して実施されてもよい。単一段ノズル300、400は、膨張領域の直径306が注入口オリフィス302と放出口オリフィス304との間で同じであるか又は増加するという点で連続的であり得る単一の膨張チャンバを含むことができる。例えば、単一段ノズル300、400は、TSGノズル200のような移行オリフィス206を有していなくてもよい。しかしながら、単一段のGCJ方法は、TSGノズル200システム100によっても使用されることができ、単一段ノズルシステム100に限定されない。同様に、図9乃至12の説明に記載される方法は、単一段ノズル300、400によっても使用され得る。 The GCJ process may also be performed using single stage nozzles 300, 400 similar to those described in the descriptions of FIGS. that the single stage nozzle 300, 400 includes a single expansion chamber that can be continuous in that the expansion region diameter 306 is the same or increases between the inlet orifice 302 and the outlet orifice 304; can be done. For example, single stage nozzles 300 , 400 may not have a transition orifice 206 like TSG nozzle 200 . However, the single stage GCJ method can also be used with the TSG nozzle 200 system 100 and is not limited to the single stage nozzle system 100 . Similarly, the methods described in the descriptions of FIGS. 9-12 can also be used with single stage nozzles 300,400.

図9は、GCJスプレーでマイクロエレクトロニクス基板118を処理する別の方法のためのフローチャート900を示す。マイクロエレクトロニクス基板118に対するノズル110の位置決めは、粒子除去効率に強いインパクトを有し得る。特に、放出口オリフィス304とマイクロエレクトロニクス基板118の表面との間のギャップ距離は、粒子除去効率に影響を及ぼし得る。ギャップ距離は、GCJスプレーの、流体の流れ及び分布に影響を及ぼし、ノズル110によるクリーニング表面積のサイズに影響を及ぼしうる。このようにして、GCJプロセスのためのサイクルタイムは、ノズル110のためのより少ない経路又は短い滞留時間のため低減されることができる。 FIG. 9 shows a flowchart 900 for another method of treating a microelectronic substrate 118 with GCJ spray. The positioning of nozzle 110 relative to microelectronic substrate 118 can have a strong impact on particle removal efficiency. In particular, the gap distance between the exit orifice 304 and the surface of the microelectronic substrate 118 can affect particle removal efficiency. The gap distance affects the fluid flow and distribution of the GCJ spray and can affect the size of the surface area cleaned by the nozzle 110 . In this manner, cycle time for the GCJ process can be reduced due to fewer passes or shorter dwell times for nozzles 110 .

図9を参照すると、ブロック902において、マイクロエレクトロニクス基板118は、ガス膨張コンポーネント(GEC)(例えば、ノズル300、400)を有し得るプロセスチャンバ104内に受け入れられることができる。GECは、本明細書に記載されるノズル110のいずれであってもよいが、特に、TSGノズル200、SSGノズル300、又はフラッシュノズル400と同じ又は類似の構成であり得る。一般に、ノズルは、流体混合物を受け入れる注入口オリフィス402と、流体混合物をプロセスチャンバ104内に流入させる放出口オリフィス404とを含み得る。 Referring to FIG. 9, at block 902, the microelectronic substrate 118 can be received within the process chamber 104, which can have a gas expansion component (GEC) (eg, nozzles 300, 400). The GEC can be any of the nozzles 110 described herein, but can be of the same or similar configuration as the TSG nozzle 200, SSG nozzle 300, or flush nozzle 400, among others. Generally, the nozzle may include an inlet orifice 402 that receives the fluid mixture and an outlet orifice 404 that allows the fluid mixture to enter the process chamber 104 .

ブロック904で、システム100は、放出口オリフィス404がマイクロエレクトロニクス基板118の上に又は隣接して配置されるように、GECの反対側にマイクロエレクトロニクス基板118を配置することができる。また、GECは、マイクロエレクトロニクス基板118の表面に対してある角度に配置され得る。その表面はマイクロエレクトロニクスデバイスが製造される部分である。角度は、0°から90°の範囲であり得る。GECの位置決めはまた、図5に記載されるように、ギャップ距離502に基づいて最適化されることができる。ギャップ距離502は、マイクロエレクトロニクス基板118へ向かう及び/又はマイクロエレクトロニクス基板118にわたる(across)フロー分布に影響を与え得る。ギャップ距離502が増加するにつれて、クリーニング表面積は減少し、粒子除去効率を維持又は改善するために追加のノズル経路を必要としうる。膨張流体混合物の速度はまた、ギャップ距離502に依存して変化してもよい。例えば、マイクロエレクトロニクス基板118にわたる流体の横方向の流れは、ギャップ距離502が減少するときに増加してもよい。いくつかの実施形態において、より高い速度は、より高い粒子除去効率を提供することができる。 At block 904 , the system 100 may position the microelectronic substrate 118 on the opposite side of the GEC such that the exit orifice 404 is positioned on or adjacent to the microelectronic substrate 118 . Also, the GEC can be placed at an angle to the surface of the microelectronic substrate 118 . The surface is the part on which microelectronic devices are manufactured. The angle can range from 0° to 90°. GEC positioning can also be optimized based on gap distance 502, as described in FIG. Gap distance 502 may affect the flow distribution to and/or across microelectronic substrate 118 . As the gap distance 502 increases, the cleaning surface area decreases and may require additional nozzle paths to maintain or improve particle removal efficiency. The velocity of the expanding fluid mixture may also vary depending on gap distance 502 . For example, lateral flow of fluid across microelectronic substrate 118 may increase as gap distance 502 decreases. In some embodiments, higher velocities can provide higher particle removal efficiencies.

通常、GECは、マイクロエレクトロニクス基板118の表面から50mm以内にあり得る。しかし、ほとんどの実施形態では、ギャップ距離502は、本明細書に記載のエアロゾル又はGCJプロセスに対して10mm未満であり得る。1つの特定の実施形態において、GECを通してプロセスチャンバ104内に流体混合物を分配する前に、ギャップ距離502は約5mmであり得る。 Typically, the GEC can be within 50 mm of the surface of microelectronic substrate 118 . However, in most embodiments the gap distance 502 may be less than 10 mm for the aerosol or GCJ processes described herein. In one particular embodiment, the gap distance 502 may be approximately 5 mm prior to dispensing the fluid mixture into the process chamber 104 through the GEC.

ブロック906において、システム100は、273K未満であり得る温度であって、かつ流体混合物が提供される温度において流体混合物中の液体形成を阻止する圧力において、流体混合物をGECに供給することができる。このようにして、流体混合物内の液体濃度は、流体混合物が存在しないか、少なくとも1重量%未満であることができる。化学処理の当業者は、流体混合物の液体濃度を測定するために、任意の既知の技術を使用することができる。さらに、当業者は、状態図600、608、又は、単一の種若しくは種の混合物について入手可能である、その他の既知の状態図の文献を使用して、温度及び圧力の適切な組み合わせを選択することができる。 At block 906, the system 100 may supply the fluid mixture to the GEC at a temperature that may be less than 273K and at a pressure that prevents liquid formation in the fluid mixture at the temperature at which the fluid mixture is provided. In this way, the liquid concentration within the fluid mixture can be absent or at least less than 1% by weight of the fluid mixture. A person skilled in the art of chemical processing can use any known technique to measure the liquid concentration of a fluid mixture. Further, one skilled in the art can use phase diagrams 600, 608 or other known phase diagram literature available for single species or mixtures of species to select appropriate combinations of temperature and pressure. can do.

一実施形態では、温度は、窒素、アルゴン、キセノン、ヘリウム、二酸化炭素、クリプトン、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る流体混合物について、70K以上及び273K未満であり得る。同様に、圧力は、状態図600、608を使用して、又は液体混合物中の液体濃度を1重量%未満に最小化する他の既知の測定技術によって選択されてもよい。とんどの実施形態では、圧力は10Torr以下であってもよいが、他の実施形態では、粒子除去効率を最大にするために圧力は10Torrを超えることができる。 In one embodiment, the temperature can be above 70 K and below 273 K for fluid mixtures that can include nitrogen, argon, xenon, helium, carbon dioxide, krypton, or any combination thereof. Similarly, the pressure may be selected using state diagrams 600, 608, or by other known measurement techniques that minimize the liquid concentration in the liquid mixture to less than 1% by weight. In most embodiments, the pressure may be 10 Torr or less, but in other embodiments the pressure may exceed 10 Torr for maximum particle removal efficiency.

ブロック908において、システムは、流体混合物の少なくとも一部がマイクロエレクトロニクス基板118と接触するように、GECを介してプロセスチャンバ104内に流体混合物を提供することができる。上述のように、流体混合物は、プロセスチャンバ104内で比較的高い圧力から低い圧力まで膨張し得る。一実施形態において、プロセスチャンバ104は、35Torr以下のチャンバ圧力に維持されてもよい。 At block 908 , the system can provide the fluid mixture into the process chamber 104 via the GEC such that at least a portion of the fluid mixture contacts the microelectronic substrate 118 . As noted above, the fluid mixture may expand within the process chamber 104 from a relatively high pressure to a low pressure. In one embodiment, process chamber 104 may be maintained at a chamber pressure of 35 Torr or less.

1つの実施形態において、流体混合物は、1:1と11:1の間の比、特に4:1未満の比で、Nとアルゴンの組み合わせを含み得る。他の実施形態において、流体混合物は、GCJスプレーの質量及び/又は速度を変化させることができる別のキャリアガスを含み得る。キャリアガスは、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、二酸化炭素又は何かそれらの組み合わせを含むが、これに限定されるものではあることができない。1つの実施形態において、流体混合物は、アルゴン対Nの1:1~1:4の混合物であることができ、セノン、クリプトン、二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せのうちの1つ以上のキャリアガスが混合され得る混合物を含み得る。 In one embodiment, the fluid mixture may comprise a combination of N2 and argon in a ratio between 1:1 and 11:1, especially less than 4:1. In other embodiments, the fluid mixture may contain another carrier gas that can change the mass and/or velocity of the GCJ spray. Carrier gases can include, but are not limited to, xenon, helium, neon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. In one embodiment, the fluid mixture can be a 1:1 to 1:4 mixture of argon to N2 and one or more of senone, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. It can include mixtures in which the carrier gas can be mixed.

他の実施態様において、流体混合物は、1:1と11:1との間のアルゴンの比率でアルゴン及びNの組合せを含むことができる。この流体混合物はまた、キャリアガス(例えば、表1)を含むことができる。しかしながら、流体混合物は、本明細書中に記載されるエアロゾル又はGCJ法を用いて使用され得る純粋なアルゴン又は純粋な窒素組成物も含み得る。 In other embodiments, the fluid mixture can include a combination of argon and N2 in an argon ratio of between 1:1 and 11:1. The fluid mixture can also include a carrier gas (eg, Table 1). However, the fluid mixture can also contain pure argon or pure nitrogen compositions that can be used with the aerosol or GCJ methods described herein.

例えば、キャリアガスをN、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と混合する場合は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせと、キャリアガスとの間の比は、少なくとも4:1の混合比を用いて行われるべきであり、ここでは、キセノン、クリプトン、二酸化炭素又はこれらの任意の組み合わせを11:1までの混合比で用いる。対照的に、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせを、N、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と組み合わせる場合、混合比は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせ(例えば1:1~4:1)と、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせと、の間で少なくとも1:4であり得る。上記のN、アルゴン及び/又はキャリアガスの組み合わせは、本明細書に記載の他のエアロゾル及びGCJ法にも適用することができる。 For example, if the carrier gas is mixed with N 2 , argon, or a combination thereof (eg, 1:1 to 4:1), the ratio between N 2 , argon, or a combination thereof and the carrier gas is It should be done using a mix ratio of at least 4:1, where xenon, krypton, carbon dioxide or any combination thereof is used in a mix ratio of up to 11:1. In contrast, when combining helium, neon, or combinations thereof with N 2 , argon, or combinations thereof (eg, 1:1 to 4:1), the mixing ratio is N 2 , argon, or combinations thereof ( for example 1:1 to 4:1) and helium, neon or combinations thereof, at least 1:4. The above N2 , argon and/or carrier gas combinations can also be applied to other aerosol and GCJ methods described herein.

別の実施形態では、流体混合物はNを含むことができ、ヘリウム又はネオンと組み合わされ、かつ、アルゴン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素のうちの少なくとも1つを含んでもよい。1つの特定の実施形態において、前記組み合わせの混合比は、2:1.8:1であり得る。 In another embodiment, the fluid mixture may include N2 , combined with helium or neon, and may include at least one of argon, krypton, xenon, carbon dioxide. In one particular embodiment, the mixing ratio of said combination may be 2:1.8:1.

ブロック910では、膨張した流体混合物(例えば、GCJスプレー)をマイクロエレクトロニクス基板118に向けて射出することができ、表面上の物体と接触し(例えば、運動学的及び/又は化学的相互作用)、かかる物体は、マイクロエレクトロニクス基板118から除去されることができる。GCJスプレーの運動学的及び/又は化学的相互作用は、物体とマイクロエレクトロニクス基板118との間の付着力を克服し得る。物体は、真空システム134を介してプロセスチャンバ104から除去されてもよく、又はプロセスチャンバ104内の他の場所に堆積されてもよい。 At block 910, the expanded fluid mixture (eg, GCJ spray) can be directed toward the microelectronic substrate 118, contacting objects on the surface (eg, kinematic and/or chemical interaction), Such objects can be removed from the microelectronic substrate 118 . The kinematic and/or chemical interaction of the GCJ spray can overcome adhesion forces between the object and the microelectronic substrate 118. Objects may be removed from the process chamber 104 via the vacuum system 134 or may be deposited elsewhere within the process chamber 104 .

図10は、マイクロエレクトロニクス基板118を低温流体で処理する別の方法の別のフローチャート1000を示す。この実施形態において、流体混合物は、比較的低い液体濃度を有し得るGCJスプレーを生成し得る。上述のように、流体混合物の温度及び圧力は、流体混合物中の液体の量(重量)に影響を及ぼし得る。この場合、流体混合物の液体濃度は、温度を変化させることによって最適化され得る。 FIG. 10 shows another flowchart 1000 of another method of treating a microelectronic substrate 118 with a cryogenic fluid. In this embodiment, the fluid mixture can produce a GCJ spray that can have a relatively low liquid concentration. As noted above, the temperature and pressure of the fluid mixture can affect the amount (weight) of liquid in the fluid mixture. In this case, the liquid concentration of the fluid mixture can be optimized by changing the temperature.

図10を参照すると、ブロック1002において、マイクロエレクトロニクス基板118は、ガス膨張コンポーネント(GEC)(例えば、ノズル300、400)を含み得るプロセスチャンバ104内に受け入れられ得る。GECは、本明細書に記載されるノズル110のいずれであってもよいが、特に、TSGノズル200、SSGノズル300、又はフラッシュノズル400と同じ又は類似の構成であり得る。一般に、ノズルは、流体混合物を受け入れる注入口オリフィス402と、流体混合物をプロセスチャンバ104内に流入させる放出口オリフィス404とを含み得る。 Referring to FIG. 10, at block 1002, a microelectronic substrate 118 may be received within the process chamber 104, which may include gas expansion components (GECs) (eg, nozzles 300, 400). The GEC can be any of the nozzles 110 described herein, but can be of the same or similar configuration as the TSG nozzle 200, SSG nozzle 300, or flush nozzle 400, among others. Generally, the nozzle may include an inlet orifice 402 that receives the fluid mixture and an outlet orifice 404 that allows the fluid mixture to enter the process chamber 104 .

ブロック1004において、システム100は、マイクロエレクトロニクス基板118の上方に又は隣接して配置される放出口オリフィス404が、マイクロエレクトロニクス基板118と反対の位置に配置され得る。また、GECは、マイクロエレクトロニクス基板118の表面に対してある角度に配置され得る。その表面はマイクロエレクトロニクスデバイスが製造される部分である。角度は、0°から90°の範囲であり得る。GECの位置決めは、図5に記載されるように、ギャップ距離502に基づいて最適化されることもできる。一般に、GECは、マイクロエレクトロニクス基板118の表面から50mm以内にあり得る。しかし、大部分の実施態様で、ギャップ距離502は、本明細書に記載されるGCJ又はエアロゾルに対して20mm未満であり得る。1つの特定の実施形態において、GECを通してプロセスチャンバ104内に流体混合物を分配する前に、ギャップ距離502は約5mmであり得る。 At block 1004 , the system 100 may be positioned opposite the microelectronic substrate 118 with the outlet orifice 404 positioned above or adjacent to the microelectronic substrate 118 . Also, the GEC can be placed at an angle to the surface of the microelectronic substrate 118 . The surface is the part on which microelectronic devices are manufactured. The angle can range from 0° to 90°. GEC positioning can also be optimized based on gap distance 502, as described in FIG. Generally, the GEC can be within 50 mm of the surface of the microelectronic substrate 118 . However, in most implementations the gap distance 502 may be less than 20 mm for the GCJ or aerosol described herein. In one particular embodiment, the gap distance 502 may be about 5 mm prior to dispensing the fluid mixture into the process chamber 104 through the GEC.

ブロック1006で、システム100は、大気圧よりも高い圧力で、かつ273K未満の温度であって、所与の圧力での流体混合物の凝縮温度よりも高い温度で、流体混合物をGECに供給することができる。凝縮温度は、異なるガス間で変化することができ、異なる組成及び濃度を有する異なるガス混合物間で変化することができる。当業者は、既知の文献(例えば、状態図)又は、流体混合物の観察及び/又は測定に、少なくとも部分的に基づいた経験的技術を用いて、流体混合物のガス凝縮温度を特定することができる。 At block 1006, the system 100 supplies the fluid mixture to the GEC at a pressure above atmospheric pressure and at a temperature below 273 K and above the condensation temperature of the fluid mixture at the given pressure. can be done. The condensation temperature can vary between different gases and can vary between different gas mixtures with different compositions and concentrations. One skilled in the art can determine the gas condensation temperature of a fluid mixture using known literature (e.g., phase diagrams) or empirical techniques based at least in part on observations and/or measurements of the fluid mixture. .

一例では、所与の圧力での凝縮温度は、流体が液相に移行して存在する可能性のある温度である。例えば、流体混合物が凝縮温度よりも高い温度に保持されている場合、流体混合物は、いかなる液相も存在せず、又は非常に少量の液体(例えば、<1重量%)と共に、気体状態で存在し得ることを示す。ほとんどの実施形態において、流体混合物の温度は、異なる凝縮温度を有するガスを含む流体混合物の組成に応じて、50K~200Kの間で変化してもよいが、より具体的には、70K~150Kの間で変化する。 In one example, the condensation temperature at a given pressure is the temperature at which a fluid may exist transitioning to the liquid phase. For example, if the fluid mixture is held above the condensation temperature, the fluid mixture may exist in a gaseous state without any liquid phase, or with very small amounts of liquid (e.g., <1% by weight). Show what you can do. In most embodiments, the temperature of the fluid mixture may vary between 50K and 200K, but more specifically between 70K and 150K, depending on the composition of the fluid mixture comprising gases with different condensation temperatures. varies between

例えば、N流体混合物の実施形態において、液体の重量による量は、N状態図604を用いることによって推定され得る。約100psiの流入圧力に対して、流体混合物の温度は、液体の量を最小にするために100Kを超え得る。この実施形態では、流体混合物は、流入温度が約120Kであり、100psiの圧力を伴う場合、何ら液体を有さないか、又は少なくとも1重量%未満を有し得る。 For example, in an N 2 fluid mixture embodiment, the amount by weight of the liquid can be estimated by using the N 2 phase diagram 604 . For inlet pressures of about 100 psi, the temperature of the fluid mixture can exceed 100 K to minimize the amount of liquid. In this embodiment, the fluid mixture may have no liquid, or at least less than 1% by weight, when the inlet temperature is about 120 K and the pressure is 100 psi.

ブロック1008において、システム100は、流体混合物の少なくとも一部がマイクロエレクトロニクス基板118と接触するように、GECを介してプロセスチャンバ104内に流体混合物を提供することができる。
この実施形態では、プロセスチャンバ104の圧力は、少なくとも大気圧以下であってもよいが、特に10Torr未満であり得る。
At block 1008 , the system 100 can provide the fluid mixture into the process chamber 104 via the GEC such that at least a portion of the fluid mixture contacts the microelectronic substrate 118 .
In this embodiment, the pressure in the process chamber 104 may be at least sub-atmospheric, but particularly less than 10 Torr.

1つの実施形態において、流体混合物は、1:1と11:1の間の比、特に4:1未満の比で、Nとアルゴンの組み合わせを含み得る。他の実施形態において、流体混合物は、GCJスプレーの質量及び/又は速度を変化させることができる別のキャリアガスを含み得る。キャリアガスは、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、二酸化炭素又は何かそれらの組み合わせを含むが、これに限定されるものではあることができない。1つの実施形態において、流体混合物は、アルゴン対Nの1:1~1:4の混合物であることができ、セノン、クリプトン、二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せのうちの1つ以上のキャリアガスが混合され得る混合物を含み得る。 In one embodiment, the fluid mixture may comprise a combination of N2 and argon in a ratio between 1:1 and 11:1, especially less than 4:1. In other embodiments, the fluid mixture may contain another carrier gas that can change the mass and/or velocity of the GCJ spray. Carrier gases can include, but are not limited to, xenon, helium, neon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. In one embodiment, the fluid mixture can be a 1:1 to 1:4 mixture of argon to N2 and one or more of senone, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. It can include mixtures in which the carrier gas can be mixed.

例えば、キャリアガスをN、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と混合する場合は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせと、キャリアガスとの間の比は、少なくとも4:1レベルの混合比を用いて行われるべきであり、ここでは、キセノン、クリプトン、二酸化炭素又はこれらの任意の組み合わせを11:1までの混合比で用いる。対照的に、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせを、N、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と組み合わせる場合、混合比は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせ(例えば1:1~4:1)と、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせと、の間で少なくとも1:4であり得る。上記のN、アルゴン及び/又はキャリアガスの組み合わせは、本明細書に記載の他のエアロゾル及びGCJ法にも適用することができる。 For example, if the carrier gas is mixed with N 2 , argon, or a combination thereof (eg, 1:1 to 4:1), the ratio between N 2 , argon, or a combination thereof and the carrier gas is It should be done using a mix ratio of at least 4:1 level, where xenon, krypton, carbon dioxide or any combination thereof is used in mix ratios up to 11:1. In contrast, when combining helium, neon, or combinations thereof with N 2 , argon, or combinations thereof (eg, 1:1 to 4:1), the mixing ratio is N 2 , argon, or combinations thereof ( for example 1:1 to 4:1) and helium, neon or combinations thereof, at least 1:4. The above N2 , argon and/or carrier gas combinations can also be applied to other aerosol and GCJ methods described herein.

他の実施態様において、流体混合物は、1:1と11:1との間のアルゴンの比率でアルゴン及びNの組合せを含むことができる。この流体混合物はまた、キャリアガス(例えば、表1)を含むことができる。しかしながら、流体混合物は、本明細書中に記載されるエアロゾル又はGCJ法を用いて使用され得る純粋なアルゴン又は純粋な窒素組成物も含み得る。 In other embodiments, the fluid mixture can include a combination of argon and N2 in an argon ratio of between 1:1 and 11:1. The fluid mixture can also include a carrier gas (eg, Table 1). However, the fluid mixture can also contain pure argon or pure nitrogen compositions that can be used with the aerosol or GCJ methods described herein.

ブロック1010において、膨張した流体混合物(例えば、GCJスプレー)は、マイクロエレクトロニクス基板118に向かって射出され、表面上の物体(例えば、運動学的及び/又は化学的相互作用)と接触し、かかる物体は、マイクロエレクトロニクス基板118から除去され得る。GCJスプレーの運動学的及び/又は化学的相互作用は、物体とマイクロエレクトロニクス基板118との間の付着力を克服し得る。物体は、真空システム134を介してプロセスチャンバ104から除去されてもよく、又はプロセスチャンバ104内の他の場所に堆積されてもよい。 At block 1010, the expanded fluid mixture (eg, GCJ spray) is projected toward the microelectronic substrate 118, contacting objects (eg, kinematic and/or chemical interactions) on the surface, and can be removed from the microelectronics substrate 118 . The kinematic and/or chemical interaction of the GCJ spray can overcome adhesion forces between the object and the microelectronic substrate 118. Objects may be removed from the process chamber 104 via the vacuum system 134 or may be deposited elsewhere within the process chamber 104 .

図11は、マイクロエレクトロニクス基板118を低温流体で処理する別の方法のフローチャート1100を示す。この実施形態において、流体混合物は、比較的低い液体濃度を有し得るGCJスプレーを生成し得る。上述のように、流体混合物の温度及び圧力は、流体混合物中の液体の量(重量)に影響を及ぼし得る。この場合、流体混合物の液体濃度は、圧力を変化させることによって最適化され得る。さらに、ギャップ距離502は、レシピ圧力及び以下に説明する一定値を用いて計算するためにコントローラ112を使用して特定され得る。 FIG. 11 shows a flowchart 1100 of another method of treating a microelectronic substrate 118 with a cryogenic fluid. In this embodiment, the fluid mixture can produce a GCJ spray that can have a relatively low liquid concentration. As noted above, the temperature and pressure of the fluid mixture can affect the amount (weight) of liquid in the fluid mixture. In this case, the liquid concentration of the fluid mixture can be optimized by varying the pressure. Additionally, the gap distance 502 may be specified using the controller 112 for calculation using the recipe pressure and constant values described below.

図11を参照すると、ブロック1102において、マイクロエレクトロニクス基板118は、ガス膨張コンポーネント(GEC)(例えば、ノズル300)を含み得るプロセスチャンバ104内に受け入れられ得る。GECは、本明細書に記載されるノズル110のいずれであってもよいが、特に、TSGノズル200、SSGノズル300、又はフラッシュノズル400と同じ又は類似の構成であり得る。一般に、ノズルは、流体混合物を受け入れる注入口オリフィス402と、流体混合物をプロセスチャンバ104内に流入させる放出口オリフィス404とを含み得る。 Referring to FIG. 11, at block 1102, the microelectronic substrate 118 may be received within the process chamber 104, which may include a gas expansion component (GEC) (eg, nozzle 300). The GEC can be any of the nozzles 110 described herein, but can be of the same or similar configuration as the TSG nozzle 200, SSG nozzle 300, or flush nozzle 400, among others. Generally, the nozzle may include an inlet orifice 402 that receives the fluid mixture and an outlet orifice 404 that allows the fluid mixture to enter the process chamber 104 .

ブロック1104において、273K未満の温度及び流入温度でのガス混合物中の液体形成を阻止する流入圧力で、ガス混合物をGECに供給する。例えば、Nの実施形態では、N状態図604は、約100Kの流体混合物が、Nを気相に維持するために、100psi未満の圧力を有する可能性が高いことを示す。圧力が約150psi以上であれば、Nプロセスガス中に液相が存在する可能性がより強くなる。 At block 1104, the gas mixture is supplied to the GEC at a temperature below 273K and at an inlet pressure that prevents liquid formation in the gas mixture at inlet temperatures. For example, in the N2 embodiment, the N2 phase diagram 604 indicates that a fluid mixture at approximately 100K would likely have a pressure of less than 100 psi to maintain the N2 in the gas phase. If the pressure is about 150 psi or higher, the presence of a liquid phase in the N2 process gas is more likely.

ブロック1106において、システム100は、流体混合物の少なくとも一部がマイクロエレクトロニクス基板118と接触するように、GECを介してプロセスチャンバ104内に流体混合物を提供することができる。この実施形態では、プロセスチャンバ104の圧力は、少なくとも大気圧以下であってもよいが、特に10Torr未満であり得る。 At block 1106 , the system 100 may provide the fluid mixture into the process chamber 104 via the GEC such that at least a portion of the fluid mixture contacts the microelectronic substrate 118 . In this embodiment, the pressure in the process chamber 104 may be at least sub-atmospheric, but particularly less than 10 Torr.

1つの実施形態において、流体混合物は、1:1と11:1の間の比、特に4:1未満の比で、Nとアルゴンの組み合わせを含み得る。他の実施形態において、流体混合物は、GCJスプレーの質量及び/又は速度を変化させることができる別のキャリアガスを含み得る。キャリアガスは、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、二酸化炭素又は何かそれらの組み合わせを含むが、これに限定されるものではあることができない。1つの実施形態において、流体混合物は、アルゴン対Nの1:1~1:4の混合物であることができ、セノン、クリプトン、二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せのうちの1つ以上のキャリアガスが混合され得る混合物を含み得る。 In one embodiment, the fluid mixture may comprise a combination of N2 and argon in a ratio between 1:1 and 11:1, especially less than 4:1. In other embodiments, the fluid mixture may contain another carrier gas that can change the mass and/or velocity of the GCJ spray. Carrier gases can include, but are not limited to, xenon, helium, neon, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. In one embodiment, the fluid mixture can be a 1:1 to 1:4 mixture of argon to N2 and one or more of senone, krypton, carbon dioxide, or any combination thereof. It can include mixtures in which the carrier gas can be mixed.

例えば、キャリアガスがN、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と混合される場合は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせと、キャリアガスとの間の比は、少なくとも4:1レベルの混合比を用いて行われるべきであり、ここでは、キセノン、クリプトン、二酸化炭素又はこれらの任意の組み合わせを11:1までの混合比で用いる。対照的なのは、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせを、N、アルゴン、又はそれらの組み合わせ(例えば、1:1~4:1)と組み合わせる場合である。混合比は、N、アルゴン又はそれらの組み合わせ(例えば1:1~4:1)と、ヘリウム、ネオン又はそれらの組み合わせと、の間で少なくとも1:4であり得る。上記のN、アルゴン及び/又はキャリアガスの組み合わせは、本明細書に記載の他のエアロゾル及びGCJ法にも適用することができる。 For example, if the carrier gas is mixed with N 2 , argon, or a combination thereof (eg, 1:1 to 4:1), the ratio between N 2 , argon, or a combination thereof and the carrier gas is , should be performed using a mix ratio of at least a 4:1 level, where xenon, krypton, carbon dioxide or any combination thereof is used in a mix ratio of up to 11:1. The contrast is when helium, neon, or combinations thereof are combined with N 2 , argon, or combinations thereof (eg, 1:1 to 4:1). The mixing ratio can be at least 1:4 between N 2 , argon or combinations thereof (eg 1:1 to 4:1) and helium, neon or combinations thereof. The above N2 , argon and/or carrier gas combinations can also be applied to other aerosol and GCJ methods described herein.

他の実施態様において、流体混合物は、1:1と11:1との間のアルゴンの比率でアルゴン及びNの組合せを含むことができる。この流体混合物はまた、キャリアガス(例えば、表1)を含むことができる。しかしながら、流体混合物は、本明細書中に記載されるエアロゾル又はGCJ法を用いて使用され得る純粋なアルゴン又は純粋な窒素組成物も含み得る。 In other embodiments, the fluid mixture can include a combination of argon and N2 in an argon ratio of between 1:1 and 11:1. The fluid mixture can also include a carrier gas (eg, Table 1). However, the fluid mixture can also contain pure argon or pure nitrogen compositions that can be used with the aerosol or GCJ methods described herein.

ブロック1108で、システム100は、放出口(例えば、放出口オリフィス404)とマイクロエレクトロニクス基板118の間のギャップ距離502にマイクロ電子基板118を配置し得る。ギャップ距離502は、少なくとも部分的に、図5の説明において式1に示されるように、チャンバ圧力と、40と60との間の値を有する定数パラメータとの比に基づいている。一実施形態において、定数パラメータの単位は、長さ/圧力(例えば、mm/Torr)の単位を有してもよい。 At block 1108 , system 100 may position microelectronic substrate 118 at gap distance 502 between an outlet (eg, outlet orifice 404 ) and microelectronic substrate 118 . Gap distance 502 is based, at least in part, on the ratio of chamber pressure and a constant parameter having a value between 40 and 60, as shown in Equation 1 in the description of FIG. In one embodiment, the units of the constant parameter may have units of length/pressure (eg, mm/Torr).

ブロック1110では、膨張した流体混合物は、マイクロエレクトロニクス基板118に向かって射出され、表面上の物体(例えば、運動学的及び/又は化学的相互作用)と接触し、かかる物体は、マイクロエレクトロニクス基板118から除去され得る。GCJスプレーの運動学的及び/又は化学的相互作用は、物体とマイクロエレクトロニクス基板118との間の付着力を克服し得る。物体は、真空システム134を介してプロセスチャンバ104から除去されてもよく、又はプロセスチャンバ104内の他の場所に堆積されてもよい。 At block 1110 , the expanded fluid mixture is injected toward the microelectronic substrate 118 and contacts objects (eg, kinematic and/or chemical interactions) on the surface, such objects interacting with the microelectronic substrate 118 . can be removed from The kinematic and/or chemical interaction of the GCJ spray can overcome adhesion forces between the object and the microelectronic substrate 118. Objects may be removed from the process chamber 104 via the vacuum system 134 or may be deposited elsewhere within the process chamber 104 .

図12は、マイクロエレクトロニクス基板118を低温流体で処理する別の方法のためのフローチャート1200を示す。この実施形態において、流体混合物は、比較的低い液体濃度を有し得るGCJスプレーを生成し得る。上述のように、流体混合物の温度及び圧力は、流体混合物中の液体の量(重量)に影響を及ぼし得る。この場合、システム100は、流入する流体混合物の圧力とチャンバ104圧力との間の比を維持して、運動量又は組成(例えば、ガスクラスターなど)を最適化することができる。さらに、システム100は、流入する流体混合物の圧力を最適化することもでき、流入圧力とプロセスチャンバ104圧力との間の圧力比関係の範囲内で流入流体混合物の液体濃度を制御し得る。 FIG. 12 shows a flowchart 1200 for another method of treating a microelectronic substrate 118 with a cryogenic fluid. In this embodiment, the fluid mixture can produce a GCJ spray that can have a relatively low liquid concentration. As noted above, the temperature and pressure of the fluid mixture can affect the amount (weight) of liquid in the fluid mixture. In this case, the system 100 can maintain a ratio between the pressure of the incoming fluid mixture and the chamber 104 pressure to optimize momentum or composition (eg, gas clusters, etc.). Additionally, the system 100 can also optimize the pressure of the incoming fluid mixture and control the liquid concentration of the incoming fluid mixture within the pressure ratio relationship between the inlet pressure and the process chamber 104 pressure.

図12を参照すると、ブロック1202において、マイクロエレクトロニクス基板118は、ガス膨張コンポーネント(GEC)(例えば、ノズル300,400)を含み得るプロセスチャンバ104内に受け入れられ得る。GECは、本明細書に記載されるノズル110のいずれであってもよいが、特に、TSGノズル200、SSGノズル300、又はフラッシュノズル400と同じ又は類似の構成であり得る。一般に、ノズルは、流体混合物を受け入れる注入口オリフィス402と、流体混合物をプロセスチャンバ104内に流入させる放出口オリフィス404とを含み得る。 Referring to FIG. 12, at block 1202, the microelectronic substrate 118 may be received within the process chamber 104, which may include gas expansion components (GECs) (eg, nozzles 300, 400). The GEC can be any of the nozzles 110 described herein, but can be of the same or similar configuration as the TSG nozzle 200, SSG nozzle 300, or flush nozzle 400, among others. Generally, the nozzle may include an inlet orifice 402 that receives the fluid mixture and an outlet orifice 404 that allows the fluid mixture to enter the process chamber 104 .

ブロック1204において、システム100は、流体混合物を真空プロセスチャンバ104に供給することができ、システム100は、流体混合物を気相中に維持する温度及び/又は圧力に流体混合物を維持することができる。流体混合物は、窒素、アルゴン、キセノン、クリプトン、酸化炭素又はヘリウムのうちの少なくとも1つを含み得るが、これらに限定されない。 At block 1204, the system 100 can supply the fluid mixture to the vacuum process chamber 104, and the system 100 can maintain the fluid mixture at a temperature and/or pressure that maintains the fluid mixture in the gas phase. The fluid mixture may include, but is not limited to, at least one of nitrogen, argon, xenon, krypton, carbon oxides or helium.

別の実施形態では、流体混合物は、Nを含むことができ、少なくともヘリウム又はネオンと組み合わされ、かつ、アルゴン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素のうちの少なくとも1つと組み合わされることができる。1つの特定の実施形態において、前述の流体混合物の組み合わせの比は、約1:2:2であり得る。別のより具体的な実施形態では、前述の流体混合物の比は、1:2:1.8であり得る。 In another embodiment, the fluid mixture can include N2 , combined with at least helium or neon, and combined with at least one of argon, krypton, xenon, carbon dioxide. In one particular embodiment, the ratio of the aforementioned fluid mixture combinations can be about 1:2:2. In another more specific embodiment, the ratio of said fluid mixture may be 1:2:1.8.

ブロック1206で、システム100は、圧力比を用いて、プロセスチャンバ104の圧力及び流入する流体混合物の圧力を維持する。このようにして、システム100は、流入圧力とプロセス圧力との間に、バランス又は関係があることを保証することができる(例えば、比率=(流入圧力/プロセス圧力))。圧力比は、超えることも超えないこともできる閾値であり得、又は、圧力比は、流入圧力又はチャンバ圧力の変化にもかかわらず維持され得る範囲を含んでもよい。圧力比の値は、200~500,000の範囲であってもよい。しかしながら、圧力比は、コントローラ112に格納された所与のレシピ条件を維持し得る範囲を超えられるか、超えられないか、又は、範囲を指定することができる、閾値に作用し得る。このようにして、ノズルにわたる圧力差は制御されることができ、GCJ/エアロゾルスプレーの運動量又は組成(例えば、ガスクラスターサイズ、ガスクラスター密度、固体粒子サイズなど)を維持することができる。 At block 1206, the system 100 uses the pressure ratio to maintain the pressure of the process chamber 104 and the pressure of the incoming fluid mixture. In this manner, system 100 can ensure that there is a balance or relationship between inlet pressure and process pressure (eg, ratio = (inlet pressure/process pressure)). The pressure ratio may be a threshold that may or may not be exceeded, or the pressure ratio may include a range that may be maintained despite changes in inlet pressure or chamber pressure. The pressure ratio value may range from 200 to 500,000. However, the pressure ratio may act on a threshold that may be exceeded, not exceeded, or may specify a range within which a given recipe condition stored in controller 112 may be maintained. In this way, the pressure differential across the nozzle can be controlled to maintain the momentum or composition (eg, gas cluster size, gas cluster density, solid particle size, etc.) of the GCJ/aerosol spray.

圧力比の実施形態では、コントローラ112が圧力を同一の又は類似の単位に変換して流入圧力及びチャンバ圧力を制御し得るように、値は同様の単位を考慮する。 In pressure ratio embodiments, the values consider similar units so that the controller 112 can convert the pressures to the same or similar units to control the inlet pressure and the chamber pressure.

上限閾値実施形態は、チャンバ圧力に対する流入圧力が上限閾値比よりも小さくなり得るように、超えてはならない圧力比を含んでもよい。例えば、上限閾値は、300000、5000、3000、2000、1000又は500のいずれかの値であってもよい。 An upper threshold embodiment may include a pressure ratio that should not be exceeded such that the inlet pressure to chamber pressure may be less than the upper threshold ratio. For example, the upper threshold may be any value of 300000, 5000, 3000, 2000, 1000 or 500.

別の実施形態では、コントローラ112は、流入圧力及びプロセス圧力を圧力比値の範囲内に維持することができる。例示的な範囲には、100000~300000、200000~300000、50000~100000、5000~25000、200~3000、800~2000、500~1000、又は700~800が含まれ得るが、これらに限定されない。 In another embodiment, the controller 112 can maintain the inlet pressure and process pressure within pressure ratio values. Exemplary ranges may include, but are not limited to, 100,000 to 300,000, 200,000 to 300,000, 50,000 to 100,000, 5,000 to 25,000, 200 to 3,000, 800 to 2,000, 500 to 1,000, or 700 to 800.

ブロック1208において、システム100は、マイクロエレクトロニクス基板118を、放出口(例えば、出口オリフィス404)とマイクロエレクトロニクス基板118との間のギャップ距離502に配置することができる。ギャップ距離502は、少なくとも部分的に、図5の説明において式1に示されるように、チャンバ圧力と、40と60との間の値を有する定数パラメータとの比に基づいている。一実施形態において、定数パラメータの単位は、長さ/圧力(例えば、mm/Torr)の単位を有してもよい。 At block 1208 , the system 100 may position the microelectronic substrate 118 at the gap distance 502 between the outlet (eg, exit orifice 404 ) and the microelectronic substrate 118 . Gap distance 502 is based, at least in part, on the ratio of chamber pressure and a constant parameter having a value between 40 and 60, as shown in Equation 1 in the description of FIG. In one embodiment, the units of the constant parameter may have units of length/pressure (eg, mm/Torr).

ブロック1210において、膨張した流体混合物は、マイクロエレクトロニクス基板118に向かって射出され、表面上の物体(例えば、運動学的及び/又は化学的相互作用)に接触し、かかる物体は、マイクロエレクトロニクス基板118から除去され得る。GCJスプレーの運動学的及び/又は化学的相互作用は、物体とマイクロエレクトロニクス基板118との間の付着力を克服し得る。物体は、真空システム134を介してプロセスチャンバ104から除去されてもよく、又はプロセスチャンバ104内の他の場所に堆積されてもよい。 At block 1210 , the expanded fluid mixture is injected toward the microelectronic substrate 118 and contacts objects (eg, kinematic and/or chemical interactions) on the surface, such objects interacting with the microelectronic substrate 118 . can be removed from The kinematic and/or chemical interaction of the GCJ spray can overcome adhesion forces between the object and the microelectronic substrate 118. Objects may be removed from the process chamber 104 via the vacuum system 134 or may be deposited elsewhere within the process chamber 104 .

図13は、非液体含有流体混合物(例えば、GCJ)と液体含有流体混合物(例えば、エアロゾル)との間の粒子除去効率向上の棒グラフ1300を含む。本明細書に開示された、予想外の結果の1つは、100nm以下(sub-100nm)の粒子についての改良された粒子除去効率に関し、及び100nmを超える粒子についての粒子除去効率を維持又は改善することに関する。従前の技術は、液体濃度が10%を超える低温流体混合物でマイクロエレクトロニクス基板を処理することを含み得る。予想外の結果を生み出す新しい技術は、液化濃度を有さない低温流体混合物でマイクロエレクトロニクス基板118を処理することを含み得る。 FIG. 13 includes a bar graph 1300 of particle removal efficiency enhancement between non-liquid containing fluid mixtures (eg, GCJ) and liquid containing fluid mixtures (eg, aerosol). One of the unexpected results disclosed herein relates to improved particle removal efficiency for sub-100 nm particles, and maintaining or improving particle removal efficiency for particles greater than 100 nm. about doing Previous techniques may involve processing microelectronic substrates with cryogenic fluid mixtures having liquid concentrations greater than 10%. New techniques that produce unexpected results may include treating microelectronic substrates 118 with cryogenic fluid mixtures that do not have liquefying concentrations.

図13の実施形態では、マイクロエレクトロニクス基板118は、市販の堆積システムを用いて窒化シリコン粒子(silicon nitride particles)で堆積された。窒化シリコン粒子は、両方の試験で同様の密度及びサイズを有した。ベースラインの低温プロセス(例えば、>1重量%の液体濃度)を、少なくとも1つのマイクロエレクトロニクス基板118に適用し、GCJを、窒化シリコン粒子で覆われた、異なるグループのマイクロエレクトロニクス基板118にも適用した。この場合、GCJプロセスは、約9Torrに維持された真空チャンバから高圧流体源を分離するノズル110の前に、83psigの注入口圧力を伴う、2:1の窒素対アルゴン流量比を含む。ノズル110の注入口直径は~0.06”であった。ギャップ距離502は、2.5~4mmの間にあった。ウエハは、粒子で汚染された領域がGCJスプレーに2回曝露されるように、ノズルの下方を2回通過した。粒子は、カリフォルニア州ミルピタスのKLA-TencorTM製のKLA-SURF SCAN SP2-XPを用いて処理の前後に測定した。 In the embodiment of Figure 13, the microelectronic substrate 118 was deposited with silicon nitride particles using a commercially available deposition system. Silicon nitride particles had similar density and size in both tests. A baseline low temperature process (e.g., >1 wt% liquid concentration) is applied to at least one microelectronic substrate 118, and GCJ is also applied to a different group of microelectronic substrates 118 covered with silicon nitride particles. bottom. In this case, the GCJ process includes a 2:1 nitrogen to argon flow ratio with an inlet pressure of 83 psig prior to the nozzle 110 separating the high pressure fluid source from the vacuum chamber maintained at about 9 Torr. The nozzle 110 inlet diameter was ~0.06". The gap distance 502 was between 2.5-4 mm. , was passed under the nozzle twice, and the particles were measured before and after treatment using a KLA-SURF SCAN SP2-XP from KLA-Tencor™, Milpitas, CA.

従前の技術の下では、図13に示されるように、100nm以下(sub-100nm)の粒子除去効率(PRE)は、90nmを超える粒子では80%を超えるものの、42nm未満の粒子では30%未満に低下した。具体的には、PREは、65nm~90nmの間の粒子について、~87%(@>90nm粒子)から~78%に低下した。55nm~65nmの粒子と40nm~55nmの粒子の間のPREの減少はより顕著であった。PREはそれぞれ~61%及び~55%に低下した。最後に、PREの最大の低下は、40nm以下の粒子、~24%のPREで見られた。 Under previous technology, the sub-100 nm particle removal efficiency (PRE) is greater than 80% for particles greater than 90 nm, but less than 30% for particles less than 42 nm, as shown in FIG. decreased to Specifically, PRE decreased from ˜87% (@>90 nm particles) to ˜78% for particles between 65 nm and 90 nm. The decrease in PRE between 55 nm-65 nm particles and 40 nm-55 nm particles was more pronounced. PRE decreased to ~61% and ~55%, respectively. Finally, the largest drop in PRE was seen for ≤40 nm particles, ~24% PRE.

このデータを考慮すると、100nm以下の粒子効率の改善は、粒子サイズの減少に伴い、同様に減少するリターン(return)を示すことが期待された。しかしながら、本明細書中に開示されたGCJ技術は、100nm以下のPREを改良しただけでなく、予想よりも高い程度のPREを維持した。例えば、図13に示すように、GCJ PREは、いずれの粒子ビンサイズに対しても~80%を下回らなかった。 Given this data, it was expected that the sub-100 nm particle efficiency improvement would show a similarly decreasing return with decreasing particle size. However, the GCJ technique disclosed herein not only improved sub-100 nm PRE, but also maintained a higher degree of PRE than expected. For example, as shown in Figure 13, GCJ PRE did not fall below ~80% for any particle bin size.

図13に示すように、90nmを超える粒子についてのGCJ PREは、95%を超えるまで改善され、これは、従来の技術を用いた結果よりも5%を超える改善である。さらに、GCJプロセスは、従前の技術と比較して、粒子サイズが減少するにつれて、100nm以下の粒子を除去するより大きな能力を示した。例えば、65nm~90nm、55nm~65nm及び40nm~55nmビンは、少なくとも90%のPREを有した。各ビンサイズで~15%から~35%の間の改善である。しかし、最大の改善は40nm以下のビンサイズの場合であり、PREは25%から~82%に改善した。 As shown in Figure 13, the GCJ PRE for particles greater than 90 nm improved to over 95%, an improvement of over 5% over the results using conventional techniques. Furthermore, the GCJ process showed greater ability to remove particles below 100 nm as the particle size decreased compared to previous techniques. For example, the 65nm-90nm, 55nm-65nm and 40nm-55nm bins had a PRE of at least 90%. Improvements between ˜15% and ˜35% for each bin size. However, the greatest improvement was for bin sizes below 40 nm, where PRE improved from 25% to ~82%.

GCJ PREの予想外の結果は二重であった。第一に、90nmを超える粒子のPREの増加は、90nm未満の粒子のPREの増加と連動していた。第二に、GCJプロセスに対するサイズのビン間(between the bins sizes)の差は、同様の範囲のプロセス条件を用いたエアロゾルプロセスのPRE結果よりもはるかによりタイトな分布を示した。 The unexpected result of GCJ PRE was two-fold. First, the increase in PRE for particles above 90 nm was coupled with the increase in PRE for particles below 90 nm. Second, between the bins sizes for the GCJ process showed a much tighter distribution than the PRE results for the aerosol process using a similar range of process conditions.

図14は、少なくとも部分的に、ノズル110とマイクロエレクトロニクス基板118との間のより小さいギャップ距離502に基づく、より広いクリーニングエリアを示すマイクロエレクトロニクス基板の粒子マップ1400を含む。通常、ガスが高圧環境から低圧環境へと膨張するにつれて、ガスはより大きな表面積又はカバーエリアをカバーする可能性が高くなり、ガスは、初期膨張点からさらに離れる。このようにして、ガスノズルをマイクロエレクトロニクス基板118から離して配置すると、有効クリーニングエリアが大きくなると考えられた。しかしながら、これは事実ではなく、実際には、より小さなギャップ距離502を有すると、マイクロエレクトロニクス基板118上のより広いクリーニングエリアを得るという、完全に直観に反する結果を達成した。 FIG. 14 includes a microelectronic substrate particle map 1400 showing a larger cleaning area due, at least in part, to a smaller gap distance 502 between nozzle 110 and microelectronic substrate 118 . Generally, as a gas expands from a high pressure environment to a low pressure environment, it becomes more likely to cover a larger surface area or coverage area, further away from its initial expansion point. It was believed that positioning the gas nozzles away from the microelectronic substrate 118 in this manner would increase the effective cleaning area. However, this is not the case and in practice having a smaller gap distance 502 achieved the completely counter-intuitive result of obtaining a larger cleaning area on the microelectronic substrate 118 .

クリーニング後粒子マップに示されるように、5mmギャップ距離は、10mmギャップ距離よりも幅広のクリーニングエリアを有する。5mmギャップ粒子マップ1406は、マイクロエレクトロニクス基板118の右半分について、PREが~70%であることを示す。対照的に、10mmギャップ粒子マップ1408は、200mmマイクロエレクトロニクス基板118の右半分に対して~50%のPREを有した。この場合、5mmギャップの粒子マップは、6mm以下の放出口オリフィスを有するノズル110から約80mm幅のクリーニングエリア1410を示す。かかる小さな放出口オリフィスを有するノズル110は、それ自体のサイズの12倍を超える有効クリーニング距離を有することができることは予期されなかった。 As shown in the post-clean particle map, the 5 mm gap distance has a wider cleaning area than the 10 mm gap distance. The 5 mm gap particle map 1406 shows that the PRE is ˜70% for the right half of the microelectronic substrate 118 . In contrast, the 10 mm gap particle map 1408 had a PRE of ˜50% for the right half of the 200 mm microelectronic substrate 118 . In this case, the 5 mm gap particle map shows a cleaning area 1410 about 80 mm wide from a nozzle 110 with an exit orifice of 6 mm or less. It was unexpected that a nozzle 110 with such a small exit orifice could have an effective cleaning distance of more than 12 times its own size.

図15は、従前の技術(例えば、エアロゾル)と、本明細書に開示された技術(例えば、GCJ)との間の、異なるフィーチャ損傷差異を示すマイクロエレクトロニクス基板フィーチャの画像1500を含む。損傷の差異は肉眼で視認され、走査型電子顕微鏡(SEM)によるより詳細な検査によって確認される。この実施形態では、ポリシリコンフィーチャは、既知のパターニング技術を用いてマイクロエレクトロニクス基板上に形成された。フィーチャは、約20nmの幅及び約125nmの高さを有した。別個のフィーチャサンプル(例えば、ライン構造)を、本明細書に開示されているGCJプロセス及びエアロゾルプロセスと同様のプロセスに曝露した。 FIG. 15 includes an image 1500 of microelectronic substrate features showing different feature damage differences between previous techniques (eg, aerosol) and techniques disclosed herein (eg, GCJ). Differences in damage are visible to the naked eye and confirmed by closer examination by scanning electron microscopy (SEM). In this embodiment, polysilicon features were formed on a microelectronic substrate using known patterning techniques. The features had a width of approximately 20 nm and a height of approximately 125 nm. Separate feature samples (eg, line structures) were exposed to processes similar to the GCJ and aerosol processes disclosed herein.

従前の技術では、エアロゾルクリーニングプロセスに曝されたマイクロエレクトロニクス基板118の画像1502、1504の変色によって、ライン構造の損傷が明らかにされた。可視のライン損傷は、エアロゾルSEM画像1506によって確認される。対照的に、GCJ画像1508、1510では変色がなく、GCJ SEM画像1512では損傷が示されていない。従って、GCJ画像1508、1510における変色の欠如及びGCJ SEM画像1512における損傷の欠如は、本明細書に記載されるGCJ技術が、エアロゾルプロセスよりもマイクロエレクトロニクス基板118に対して破壊的ではないことを示唆する。 In previous techniques, damage to line structures was revealed by discoloration of images 1502, 1504 of microelectronic substrate 118 exposed to the aerosol cleaning process. Visible line damage is confirmed by aerosol SEM image 1506 . In contrast, GCJ images 1508, 1510 show no discoloration and GCJ SEM image 1512 shows no damage. Thus, the lack of discoloration in the GCJ images 1508, 1510 and the lack of damage in the GCJ SEM image 1512 demonstrate that the GCJ techniques described herein are less destructive to the microelectronic substrate 118 than the aerosol process. Suggest.

パターン化されたフィーチャの損傷(図示せず)の別の例は、より大きな粒子によって、それらがマイクロエレクトロニクス基板の表面から移動するにつれて、引き起こされる損傷を含み得る。より大きな粒子は、より小さな粒子よりも相対的に高い運動量を有し得るが、これは、部分的には、それらの質量がより高いためであり、それらが除去されるときに、又は、もしそれらがマイクロエレクトロニクス基板から取り除かれた後に、表面に沿って運ばれると、パターン化されたフィーチャの損傷を引き起こす可能性がより高い。 Another example of patterned feature damage (not shown) may include damage caused by larger particles as they migrate from the surface of the microelectronic substrate. Larger particles may have relatively higher momentum than smaller particles, in part because of their higher mass, when they are removed or if After they are removed from the microelectronic substrate, they are more likely to cause damage to the patterned features if they are carried along the surface.

本明細書に記載されるプロセスは、非常に効率的な方法で、大きな粒子(例えば、>100nm)及び小さな粒子(例えば、<100nm)を除去することが見出された。しかしながら、比較的大きな粒子(例えば、>100nm)いついての除去力に対する付着力の比は、場合によっては、小さな粒子についての除去力に対する付着力の比よりも小さくなり得る。したがって、小さな粒子を除去するプロセス処理は、より大きな粒子に過度のエネルギーを与え、それらが除去される際に、マイクロエレクトロニクス基板又はマイクロエレクトロニクス基板上のパターン化されたフィーチャを損傷し得る。しかしながら、より大きな粒子が、第1群のプロセス条件での第1処理の間に除去されれば、第2処理は、第2群のプロセス条件を用い、第2群のプロセス条件は、第1群のプロセス条件と異なる少なくとも1つのプロセス条件を含む。1つの具体的な実施形態において、2段階処理は、より大きな粒子を除去するための比較的低いフローレートを有する第1の処理を含むことができ、その後により小さな粒子を除去するためのより高いフローレートを有する第2の処理を含むことができる。このようにして、より低いフローレートは、より大きな粒子がマイクロエレクトロニクス基板から除去されるときに、より大きな粒子の運動量を最小化するために、より大きな粒子により少ない量のエネルギーを与える。理想的には、より低い運動量は、より大きな粒子が除去される際に、パターン化されたフィーチャに対する損傷の量又は程度を最小化する。 The processes described herein have been found to remove large particles (eg, >100 nm) and small particles (eg, <100 nm) in a highly efficient manner. However, the ratio of adhesion to removal force for relatively large particles (eg, >100 nm) can in some cases be less than the ratio of adhesion to removal force for small particles. Thus, processing operations that remove small particles can impart excessive energy to larger particles and damage the microelectronic substrate or patterned features on the microelectronic substrate as they are removed. However, if larger particles are removed during the first treatment under the first group of process conditions, then the second treatment uses the second group of process conditions, the second group of process conditions being the first group of process conditions. It includes at least one process condition that differs from the process conditions of the group. In one specific embodiment, a two-stage process can include a first process having a relatively low flow rate to remove larger particles, followed by a higher flow rate to remove smaller particles. A second process with a flow rate can be included. Thus, the lower flow rate imparts less energy to the larger particles to minimize their momentum as they are removed from the microelectronic substrate. Ideally, the lower momentum minimizes the amount or degree of damage to patterned features as larger particles are removed.

したがって、粒子除去効率は、マイクロエレクトロニクス基板118上の異なるタイプの粒子に対処するために多段階処理方法を組み込むことによって改善されることができる。多段階プロセスは、異なるプロセス条件でマイクロエレクトロニクス基板118にわたる複数のパス(multiple passes)を実施することを含み得る。例えば、第1処理は、特定のタイプの粒子を除去するために使用される第1群のプロセス条件を含み、その後、第2群のプロセス条件でマイクロエレクトロニクス基板118を通過する(passes)。図16A/16B及び17は、これらの多段階プロセス処理の例示的実施形態を示す。 Particle removal efficiency can therefore be improved by incorporating a multi-step processing method to address different types of particles on the microelectronic substrate 118 . A multi-step process may involve performing multiple passes across the microelectronic substrate 118 at different process conditions. For example, a first treatment includes a first set of process conditions used to remove a particular type of particle, and then passes microelectronic substrate 118 with a second set of process conditions. Figures 16A/16B and 17 illustrate exemplary embodiments of these multi-step processes.

図16A及び16Bは、本明細書に開示されたプロセスに関連する多段階処理プロセスを使用して、GCJスプレーでマイクロエレクトロニクス基板118を処理する別の方法のフローチャート1600を示す。これらの多段階の実施形態では、GCJスプレーのプロセス条件及びマイクロエレクトロニクス基板118に対するノズル110の位置決めは、粒子除去効率に強い影響を与え得る。GCJスプレープロセス条件及び/又は出口オリフィス304とマイクロエレクトロニクス基板118の表面との間のギャップ距離を変化させることは、粒子を除去し、処理プロセス中のマイクロエレクトロニクス基板118への損傷を最小限にするために、当業者によって最適化され得る。いくつかの実施形態において、処理ガスのプロセス条件は、流体フローレート、化学組成、温度、GEC(例えばノズル400)への流入圧力、真空プロセスチャンバ104圧力を含み得るが、これらに限定されない。さらに、ギャップ距離502は、クリーニング効率を改善するか、又はマイクロエレクトロニクス基板118上のパターンフィーチャの損傷を最小限にするために、処理段階間で変化させることもできる。図16Aを参照すると、フローチャート1600は、図1に示されるシステム100によって実施され得る多段階処理プロセスの一実施形態を概説する。 16A and 16B show a flowchart 1600 of another method of treating microelectronic substrates 118 with GCJ spray using the multi-step treatment process associated with the processes disclosed herein. In these multi-step embodiments, the process conditions of the GCJ spray and the positioning of the nozzle 110 relative to the microelectronic substrate 118 can impact particle removal efficiency. Varying the GCJ spray process conditions and/or the gap distance between the exit orifice 304 and the surface of the microelectronic substrate 118 removes particles and minimizes damage to the microelectronic substrate 118 during the treatment process. can be optimized by those skilled in the art. In some embodiments, process gas process conditions may include, but are not limited to, fluid flow rate, chemical composition, temperature, inlet pressure to GEC (eg, nozzle 400), vacuum process chamber 104 pressure. Additionally, the gap distance 502 can also be varied between processing stages to improve cleaning efficiency or minimize damage to pattern features on the microelectronic substrate 118 . Referring to FIG. 16A, flowchart 1600 outlines one embodiment of a multi-stage treatment process that may be implemented by system 100 shown in FIG.

ブロック1602では、マイクロエレクトロニクス基板118は、流体又はガス膨張コンポーネント(GEC) (例えばノズル300、400)を含み得るプロセスチャンバ104内に受け入れられ得る。GECは、本明細書に記載されるノズル110のいずれであってもよいが、特に、TSGノズル200、SSGノズル300、又はフラッシュノズル400と同じ又は類似の構成であり得る。通常、、GECは、流体混合物を受け入れる注入口オリフィス402又は注入口と、流体混合物をプロセスチャンバ104に流入させる放出口オリフィス404又は放出口と、を含み得る。図1に示すように、GECは、ガス混合物を70K~200Kの温度及び800psig未満の圧力に維持することができる低温冷却ガス源と流体連通することができる。 At block 1602, the microelectronic substrate 118 may be received within the process chamber 104, which may include fluid or gas expansion components (GECs) (eg, nozzles 300, 400). The GEC can be any of the nozzles 110 described herein, but can be of the same or similar configuration as the TSG nozzle 200, SSG nozzle 300, or flush nozzle 400, among others. In general, a GEC may include an inlet orifice 402 or inlet that receives the fluid mixture and an outlet orifice 404 or outlet that allows the fluid mixture to flow into the process chamber 104 . As shown in FIG. 1, the GEC may be in fluid communication with a cryogenic cooling gas source capable of maintaining the gas mixture at a temperature of 70K-200K and a pressure of less than 800 psig.

マイクロエレクトロニクス基板118は、図1の説明にさらに開示されているように、GECの下方又は直下で(underneath or subjacent)回転及び/又は並進することができる可動チャック122に固定され得る。可動チャック112は、移動中のマイクロエレクトロニクス基板118を機械的及び/又は電子的に固定するように構成され得る。この能力は、マイクロエレクトロニクス基板118が処理中に可動チャック122から移動又は脱落するのを防止する。一旦マイクロエレクトロニクス基板118が適切な位置に固定されると、初期プロセス処理が継続され得る。 The microelectronic substrate 118 can be fixed to a movable chuck 122 that can rotate and/or translate beneath or beneath the GEC, as further disclosed in the description of FIG. Movable chuck 112 may be configured to mechanically and/or electronically secure microelectronic substrate 118 during movement. This ability prevents the microelectronic substrate 118 from moving or falling off the movable chuck 122 during processing. Once the microelectronic substrate 118 is secured in place, initial processing can continue.

ブロック1604において、真空プロセスチャンバは、多段処理プロセスを通じて安定したプロセス圧力を維持するために、真空システム134を制御するためのコントローラ112を使用して、35 Torr以下のプロセス圧力に維持され得る。半導体処理の当業者は、本明細書に開示された多段処理の間、所望の設定点に圧力を維持するために閉ループ制御システムを設計し、構成することができるであろう。例えば、圧力設定点は、真空プロセスチャンバ104へのガスフロー条件が、本明細書に開示される多段階処理プロセスの間に変化する場合でも維持され得る。 At block 1604, the vacuum process chamber may be maintained at a process pressure of 35 Torr or less using controller 112 to control vacuum system 134 to maintain a stable process pressure throughout the multi-step process. Those skilled in the art of semiconductor processing will be able to design and configure a closed loop control system to maintain pressure at a desired set point during the multi-step processing disclosed herein. For example, the pressure setpoint can be maintained even if the gas flow conditions to the vacuum process chamber 104 change during the multi-step treatment process disclosed herein.

通常、プロセス圧力は、流入ガス混合物よりもはるかに低い圧力に維持されることができ、ガス混合物がGECを通過するときに比較的高い圧力から比較的低い圧力に移行するにつれて、ガスクラスター形成を可能にすることができる。さらに、他の実施形態では、真空チャンバのプロセス圧力を多段階処理プロセスの間に変更することができ、マイクロエレクトロニクス基板118にわたる流体のフロー特性を変更し、又は、ガスフローから粒子に伝達されるエネルギーの量を変更して、マイクロエレクトロニクス基板118との粒子の表面付着を克服することができる。圧力制御に加えて、粒子除去効率はまた、流入ガスの圧力、組成、及び/又はフローレートに影響され得る。 Typically, the process pressure can be maintained at a much lower pressure than the incoming gas mixture, inhibiting gas cluster formation as the gas mixture transitions from relatively high pressure to relatively low pressure as it passes through the GEC. can be made possible. Furthermore, in other embodiments, the process pressure of the vacuum chamber can be varied during the multi-step processing process to alter the flow characteristics of the fluid across the microelectronic substrate 118 or to the particles transferred from the gas flow to the particles. The amount of energy can be varied to overcome surface adhesion of particles to microelectronic substrate 118 . In addition to pressure control, particle removal efficiency can also be affected by incoming gas pressure, composition, and/or flow rate.

ブロック1606では、流体混合物は、流体源106からGECに供給されることができ、流入する流体混合物の温度は、低温システム108を用いて、70K~200Kの間で制御され得る。流入する流体混合物の圧力は、5psigを超え800psig未満であることができ、最適な粒子除去効率を達成するために最適化されることができ、これは、真空チャンバ圧力、流体混合物組成、及び本明細書に記載される他のプロセス条件と関連して行うことができる。 At block 1606, a fluid mixture may be supplied to the GEC from the fluid source 106, and the temperature of the incoming fluid mixture may be controlled between 70K and 200K using the cryogenic system 108. The pressure of the incoming fluid mixture can be greater than 5 psig and less than 800 psig and can be optimized to achieve optimum particle removal efficiency, which depends on vacuum chamber pressure, fluid mixture composition, and the present It can be done in conjunction with other process conditions described herein.

一実施形態において、流体混合物は、窒素、アルゴン、又は、100重量%の窒素から100重量%のアルゴンまでの範囲による、それらの任意の組み合わせを含み得る。例えば、流体混合物は、窒素対アルゴンの1:1重量混合物を含んでもよく、窒素対アルゴンの1:4重量混合物までの範囲であってもよい。窒素及びアルゴンの流体組成を、種々のファクターに、少なくとも部分的に基づいて、粒子除去効率を最適化するために変化させることができ、種々のファクターは、パターン化されたフィーチャのタイプ及び/又は組成及び粒子のサイズを含み得るが、これらに限定されない。 In one embodiment, the fluid mixture may include nitrogen, argon, or any combination thereof ranging from 100% nitrogen to 100% argon by weight. For example, the fluid mixture may include a 1:1 weight mixture of nitrogen to argon and may range up to a 1:4 weight mixture of nitrogen to argon. Fluid compositions of nitrogen and argon can be varied to optimize particle removal efficiency based, at least in part, on various factors, which factors include the type of patterned features and/or It may include, but is not limited to, composition and particle size.

別の実施形態では、前の実施形態で記載された流体混合物は、ガスクラスタースプレー中のクラスターのサイズ、重量、及び密度を変更するための追加の化学物質を含み得る。ガスクラスター特性は、特定のタイプの粒子を除去するために最適化され得る。例えば、流体混合物は、キセノン、クリプトン、ヘリウム、水素、C又は二酸化炭素のうちの1つ以上の化学物質と混合された窒素及び/又はアルゴンを含み得る。特定の一実施形態では、流体混合物は、窒素又はアルゴン対、キセノン、クリプトン、ヘリウム、水素、C又は二酸化炭素のうちの少なくとも1つの化学物質の、重量による4:1の混合物であり得る。 In another embodiment, the fluid mixture described in the previous embodiment may contain additional chemicals to modify the size, weight and density of clusters in the gas cluster spray. Gas cluster properties can be optimized to remove specific types of particles. For example, the fluid mixture may include nitrogen and/or argon mixed with one or more chemicals of xenon, krypton, helium, hydrogen, C2H6 , or carbon dioxide. In one particular embodiment, the fluid mixture is a 4:1 mixture by weight of at least one chemical of nitrogen or argon pair, xenon, krypton, helium, hydrogen, C2H6 or carbon dioxide. obtain.

他の実施形態では、流体混合物は、ヘリウム又はネオンのうちの1つ以上の化学物質を混合された窒素及び/又はアルゴンを含みうる。特定の一実施形態では、流体混合物は、窒素又はアルゴン対、ヘリウム又はネオンのうちの少なくとも1つの化学物質の、重量による4:1の混合物であり得る。 In other embodiments, the fluid mixture may include nitrogen and/or argon mixed with one or more chemicals of helium or neon. In one particular embodiment, the fluid mixture may be a 4:1 mixture by weight of at least one of the following chemicals: nitrogen or argon paired with helium or neon.

多段階プロセスは、システム100のコントローラ112を介して、流体混合物組成、流体混合物の圧力及び温度、並びに真空チャンバの圧力に関連するプロセス条件を設定及び維持することによって開始することができる。 The multi-step process can be initiated by setting and maintaining process conditions related to fluid mixture composition, fluid mixture pressure and temperature, and vacuum chamber pressure via the controller 112 of the system 100 .

ブロック1608において、システム100は、第1群のプロセス条件(例えば、流体組成、流体圧力及び/又は温度、真空チャンバ圧力、ギャップ距離502)の下で、流体膨張コンポーネントへの流体混合物を維持するために使用され得る。マイクロエレクトロニクス基板118は、マイクロエレクトロニクス基板118から粒子を除去するために使用されるこの第1群のプロセス条件を用いて第1処理を受ける。 At block 1608, the system 100 operates under a first group of process conditions (eg, fluid composition, fluid pressure and/or temperature, vacuum chamber pressure, gap distance 502) to maintain the fluid mixture to the fluid expansion component. can be used for Microelectronic substrate 118 undergoes a first treatment using this first set of process conditions used to remove particles from microelectronic substrate 118 .

特定の一実施形態では、第1群のプロセス条件は、流体混合物を第1フローレートで流すことによって、より大きなサイズ(例えば、>100nm)を標的と(target)するために使用されることができ、より大きい粒子を除去するために十分高く、かつ、粒子の運動量を最小化するために十分低く、より大きい粒子がマイクロエレクトロニクス基板118から除去されるときに損傷を最小化することができる。この例では、流体混合物のフローレートは、100重量%アルゴン組成物を用いて約100slmであることができ、200K未満の流体混合物の温度を有することができる。ギャップ距離502は、放出口オリフィス404とマイクロエレクトロニクス基板118の表面との間で約10mmであることができる。 In one particular embodiment, a first group of process conditions can be used to target larger sizes (e.g., >100 nm) by flowing the fluid mixture at a first flow rate. can be high enough to remove larger particles and low enough to minimize particle momentum to minimize damage when the larger particles are removed from the microelectronic substrate 118. In this example, the flow rate of the fluid mixture can be about 100 slm with a 100 wt% argon composition and can have a temperature of the fluid mixture of less than 200K. Gap distance 502 can be about 10 mm between outlet orifice 404 and the surface of microelectronic substrate 118 .

ブロック1610において、次いで、流体混合物は、膨張した流体混合物(例えば、GCJスプレー)がマイクロエレクトロニクス基板118の表面にわたって流れるように、放出口(例えば、放出口オリフィス404)を介して真空プロセスチャンバ内に膨張され得る。 At block 1610 , the fluid mixture is then passed into the vacuum process chamber through an outlet (eg, outlet orifice 404 ) such that the expanded fluid mixture (eg, GCJ spray) flows across the surface of microelectronic substrate 118 . can be inflated.

ブロック1612において、可動チャック122は、放出口オリフィス404の下方でマイクロエレクトロニクス基板118を回転及び/又は平行移動させることができ、それによって、粒子を膨張した流体混合物(例えば、GCJスプレー)に曝して、マイクロエレクトロニクス基板118から複数の第1物体(例えば、粒子)を除去することができる。この場合、より大きな粒子は、より高いレートで除去され得る。除去力に対する付着力の比がより高いより小さな粒子よりも、除去力に対する付着力の比がより小さいからである。より大きな表面積は、流体混合物からより大きな粒子へのより高い運動量伝達レートを可能にし得る。より小さな粒子よりもより大きな粒子に衝突する可能性が高いクラスターの量がより多いためである。 At block 1612, the movable chuck 122 can rotate and/or translate the microelectronic substrate 118 under the outlet orifice 404, thereby exposing the particles to the expanded fluid mixture (eg, GCJ spray). , a plurality of first objects (eg, particles) can be removed from the microelectronic substrate 118 . In this case, larger particles can be removed at a higher rate. This is because it has a lower adhesion to removal force ratio than smaller particles that have a higher adhesion to removal force ratio. A larger surface area can allow a higher momentum transfer rate from the fluid mixture to the larger particles. This is because there are more clusters that are more likely to collide with larger particles than with smaller particles.

当業者は、必要に応じて、粒子除去効率を最適化するために、滞留時間(例えば、回転速度及び/又は移動速度)を決定することができる。滞留時間は、GECが、マイクロエレクトロニクス基板118の任意の位置の向かい側に(across from)位置決めされる時間の量である。一実施形態では、GECは、1つの位置に固定され、可動チャック122は、GECから流入する膨張した流体混合物を介してマイクロエレクトロニクス基板118を回転及び並進させる。それ故、並進及び回転速度は、マイクロエレクトロニクス基板118の任意の部分がGECの真下ある又は向かい側にある時間の量を制御する。例えば、マイクロエレクトロニクス基板118のいずれか1つの部分が放出口オリフィス404の向かい側で又は放出口オリフィス404に対向して(opposite)、より長い時間量を費やすように、並進速度及び/又は回転速度を減少させることによって、滞留時間を増加させることができる。同様に、並進速度及び/又は回転速度を増加させることによって、滞留時間を減少させることができ、マイクロエレクトロニクス基板118のいずれか1つの部分が放出口オリフィス404の向かい側で又は放出口オリフィス404に対向する時間量を減少させることができる。特定の一実施形態では、並進速度は2mm/s~120mm/sの範囲であることができ、回転速度は30rpm~300rpmの範囲であることができ、多段階処理の段階の間で変化することができる。特定の一実施形態では、システム100は、30~60rpmで基板を回転させ、2mm/sと100mm/sとの間で並進させるように構成することができる。多段階処理の第1部分の終了後、プロセス条件は、異なる値に移行して、多段階処理プロセスを継続することができる。 One skilled in the art can determine residence time (eg, rotation speed and/or travel speed) to optimize particle removal efficiency as needed. Residence time is the amount of time a GEC is positioned across from any location on the microelectronic substrate 118 . In one embodiment, the GEC is fixed in one position and the movable chuck 122 rotates and translates the microelectronic substrate 118 through an expanded fluid mixture flowing from the GEC. Therefore, the translation and rotation speeds control the amount of time any portion of the microelectronic substrate 118 is under or across from the GEC. For example, the translational and/or rotational speed may be adjusted such that any one portion of the microelectronic substrate 118 spends a longer amount of time across from or opposite the outlet orifice 404 . By decreasing, the residence time can be increased. Similarly, by increasing the translational and/or rotational speed, the residence time can be decreased so that any one portion of the microelectronic substrate 118 is opposite or facing the outlet orifice 404 . can reduce the amount of time to In one particular embodiment, the translational speed can range from 2 mm/s to 120 mm/s and the rotational speed can range from 30 rpm to 300 rpm, varying between stages of the multi-stage process. can be done. In one particular embodiment, system 100 can be configured to rotate the substrate at 30-60 rpm and translate between 2 mm/s and 100 mm/s. After completing the first part of the multi-step process, the process conditions can transition to different values to continue the multi-step process.

ブロック1614において、システム100は、流体混合物の流入フローを停止させ、後続の処理に先立って第2群のプロセス条件を設定するか、又は、全てのプロセス条件がそれらの新しい設定点に達したときにオンザフライでプロセス条件を移行させることによって、多段階処理プロセスの第2部分に移行してもよい。 At block 1614, the system 100 stops the incoming flow of the fluid mixture and sets a second group of process conditions prior to subsequent processing, or when all process conditions have reached their new set points. The second part of the multi-step treatment process may be transitioned by transitioning the process conditions on-the-fly to .

一実施形態では、マイクロエレクトロニクス基板118が、コンセントオフィス404の真下に配置されていない場合に、移行が生じ得る。しかし、他の実施形態では、GECは、マイクロエレクトロニクス基板118の上方に配置されたままであってもよい。 In one embodiment, migration can occur when the microelectronic substrate 118 is not positioned directly below the outlet office 404 . However, in other embodiments, the GEC may remain positioned above the microelectronic substrate 118 .

別の実施形態では、システム100は、第2群のプロセス条件の下で流体膨張コンポーネントへの流体混合物を維持することができ、第2群のプロセス条件では、少なくとも1つのプロセス条件が第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で異なる。例えば、システム100は、以下のプロセス条件のうちの1つ以上を、多段階処理の第1部分の間に使用されなかった設定点の値に移行させることができる。それ故、第2群のプロセス条件とみなされるためにこれらの値の全てが変更される必要はない。第1群のプロセス条件のいくつかは後続の処理のために変化していないにも関わらず、プロセス条件の1つだけの変化は、存在すべき第2群のプロセス条件のために充分である。プロセス条件は、流体混合物のフローレート、流体混合物の化学組成、流体混合物の温度、流体混合物の流体圧、マイクロエレクトロニクスの基板118と流体膨張コンポーネントとの間の距離(例えばギャップ距離502)、又は、真空プロセスチャンバのチャンバ圧力、を含み得るが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、プロセス条件のうちの1つ以上は、多段階処理の初期部分の間に使用される設定値の少なくとも10%だけ変化させることができる。 In another embodiment, the system 100 can maintain the fluid mixture to the fluid expansion component under a second group of process conditions, where at least one process condition is the first group of process conditions. and the second group of process conditions. For example, the system 100 may transition one or more of the following process conditions to setpoint values that were not used during the first portion of the multi-stage process. Therefore, not all of these values need change to be considered a second group of process conditions. Only one change in process conditions is sufficient for the second group of process conditions to exist even though some of the first group of process conditions are unchanged for subsequent processing. . The process conditions may be the flow rate of the fluid mixture, the chemical composition of the fluid mixture, the temperature of the fluid mixture, the fluid pressure of the fluid mixture, the distance between the microelectronic substrate 118 and the fluid expansion component (e.g. gap distance 502), or chamber pressure of the vacuum process chamber, but is not limited to these. In one embodiment, one or more of the process conditions can be varied by at least 10% of the set point used during the initial portion of the multi-step process.

例えば、一実施形態では、GECに流入する流体混合物の温度は、多段階処理の後続の部分について、初期設定の150Kから後続の設定の135K以下に変更され得る。同様に、流入流体温度も、150Kから、165K以上200Kまで、変化させることができる。 For example, in one embodiment, the temperature of the fluid mixture entering the GEC may be changed from an initial setting of 150K to a subsequent setting of 135K or less for subsequent portions of the multi-stage process. Similarly, the inlet fluid temperature can be varied from 150K to 165K to 200K.

他の実施形態において、真空チャンバの圧力は、第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で、圧力を少なくとも10%低下させることによって変化させることができる。例えば、初期チャンバ圧力は約20Torrであることができ、第2チャンバ圧力は3Torr以下であることができる。特定の一実施形態では、プロセス圧力は、初期圧力として約14Torr、第2チャンバ圧力として8Torrであることができる。 In other embodiments, the vacuum chamber pressure can be varied between a first group of process conditions and a second group of process conditions by reducing the pressure by at least 10%. For example, the initial chamber pressure can be approximately 20 Torr and the second chamber pressure can be 3 Torr or less. In one particular embodiment, the process pressure can be about 14 Torr as the initial pressure and 8 Torr as the second chamber pressure.

具体的な一実施形態において、多段階処理の初期部分について約100slmの第1流体フローレートは、多段階処理の後続の部分について約160slmの第2流体フローレートに変更され得る。 In one specific embodiment, a first fluid flow rate of about 100 slm for the initial portion of the multi-stage process can be changed to a second fluid flow rate of about 160 slm for the subsequent part of the multi-stage process.

他の実施形態において、第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間の移行は、流体混合物の化学組成を変化させることを含んでもよい。変更は、本明細書に開示されている化学組成物のいずれかの間の移行を含み得る。本明細書に開示されている組成物は、特に断らない限り、重量によるものとして定義される。例えば、第1群のプロセス条件は、初期多段階処理で使用される100重量%のアルゴンを含むことができ、窒素又は本明細書に開示された処理化学物質のいずれかを含み得る希釈混合物に移行することができる。 In other embodiments, transitioning between the first group of process conditions and the second group of process conditions may comprise changing the chemical composition of the fluid mixture. Modifications can include transitions between any of the chemical compositions disclosed herein. Compositions disclosed herein are defined by weight unless otherwise specified. For example, a first group of process conditions can include 100 wt. can be migrated.

別の実施形態では、ギャップ距離502を、第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で変化させることができ、マイクロエレクトロニクス基板118の表面にわたる流体混合物の横方向のフロープロファイルを変化させることができる。例えば、ギャップ距離502は、50mmから3mmに変化されることができ、マイクロエレクトロニクス基板の表面に伝達される力の量を増加させて、除去力に対する付着力のより高い比を有する、より小さな粒子を除去することができる。しかしながら、他の実施形態では、ギャップ距離は、2mmから100mmの間で変化してもよい。 In another embodiment, the gap distance 502 can be varied between the first group of process conditions and the second group of process conditions to alter the lateral flow profile of the fluid mixture across the surface of the microelectronic substrate 118. can be changed. For example, the gap distance 502 can be varied from 50 mm to 3 mm to increase the amount of force transferred to the surface of the microelectronic substrate, resulting in smaller particles having a higher ratio of adhesion force to removal force. can be removed. However, in other embodiments the gap distance may vary between 2 mm and 100 mm.

他の実施形態では、1つを超える変数が、同じマイクロエレクトロニクス基板118への初期の処理と後続の処理との間で、変化することができる。例えば、一例では、第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で移行するときに、フローレート及び真空チャンバ圧力の両方が変化してもよい。システム100は、本明細書に開示されるプロセス範囲の中、又は、半導体プロセスの当業者が粒子除去効率を改善するために使用する他の任意の値の中で、多段階処理のうちのいずれかの移行の間に変化する1つ以上のプロセス条件を移行するようにプログラムされることができる。例えば、変化は、フローレート及び真空チャンバ圧力を含むことができるとともに、残りのプロセス条件は第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で同一又は類似に維持することができる。別の例では、流体混合物のフローレート及び流体混合物の温度を、第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で変化させることができる。さらに、三種変化の実施形態は、流体混合物のフローレートと、真空チャンバの圧力と、流体混合物の温度とを、第1群のプロセス条件と第2群のプロセス条件との間で変化させることを含むことができる。 In other embodiments, more than one variable can change between initial and subsequent processing of the same microelectronic substrate 118 . For example, in one example, both the flow rate and the vacuum chamber pressure may change when transitioning between a first group of process conditions and a second group of process conditions. System 100 can be used in any of the multi-step processes within the process range disclosed herein or within any other value used by those skilled in the art of semiconductor processing to improve particle removal efficiency. It can be programmed to transition one or more process conditions that change during any transition. For example, changes can include flow rate and vacuum chamber pressure, while remaining process conditions can be maintained the same or similar between the first group of process conditions and the second group of process conditions. In another example, the flow rate of the fluid mixture and the temperature of the fluid mixture can be varied between a first group of process conditions and a second group of process conditions. Further, the three-variation embodiment comprises varying the flow rate of the fluid mixture, the pressure of the vacuum chamber, and the temperature of the fluid mixture between a first group of process conditions and a second group of process conditions. can contain.

一実施形態では、真空プロセスチャンバ104に流体混合物を供給するシステム100及びシステム100は、流体混合物を気相(例えば液相<1%)に維持する温度及び/又は圧力に、流体混合物を維持することができる。しかしながら、流体混合物は、全ての多段階処理の実施形態に対して液相1%未満である必要はない。 In one embodiment, the system 100 and system 100 for supplying the fluid mixture to the vacuum process chamber 104 maintains the fluid mixture at a temperature and/or pressure that maintains the fluid mixture in the gas phase (eg, <1% liquid phase). be able to. However, the fluid mixture need not be less than 1% liquid phase for all multi-stage processing embodiments.

システム100は、上述のように、流体混合物のプロセス条件を移行するようにプログラムされることができ、移行中に流体混合物のフローをシャットダウンすることによって、段階的に移行を実行することができるか、又は、マイクロエレクトロニクス基板118が放出口オリフィス404の下で並進し及び/又は回転している間に、移行をオンザフライで実行することができる。しかしながら、いつ、どのように移行が生じるかにかかわらず、流体混合物は、多段階処理の次の繰り返しにおいてマイクロエレクトロニクス基板118に露出される。しかしながら、フローチャート1600の目的のために、移行は段階的に発生する。 The system 100 can be programmed to transition the process conditions of the fluid mixture, as described above, and can perform the transition in stages by shutting down the flow of the fluid mixture during the transition. Alternatively, the transition can be performed on-the-fly while the microelectronic substrate 118 is translating and/or rotating under the exit orifice 404 . However, regardless of when and how the transition occurs, the fluid mixture is exposed to the microelectronic substrate 118 in the next iteration of the multi-step process. However, for purposes of flowchart 1600, the transition occurs in stages.

ブロック1616において、システム100は、第2群のプロセス条件の設定点に到達したときに、流体混合流が流れることを可能にする。流体混合物は、膨張した流体混合物がマイクロエレクトロニクス基板にわたって横方向に流れるように、放出口(例えば放出口オリフィス404)を介して真空プロセスチャンバ内へと膨張される。膨張した流体混合物は、粒子を衝突及び払いのけることによって粒子の除去を可能にするガスクラスター(例えば、GCJスプレー)を形成し得る。 At block 1616, the system 100 allows the mixed fluid flow to flow when the setpoint of the second group of process conditions is reached. The fluid mixture is expanded into the vacuum process chamber through an outlet (eg, outlet orifice 404) such that the expanded fluid mixture flows laterally across the microelectronic substrate. The expanded fluid mixture can form gas clusters (eg, GCJ spray) that enable particle removal by colliding and repelling particles.

ブロック1618において、膨張する流体混合物は、マイクロエレクトロニクス基板118上の粒子に十分なエネルギーを適用することができ、マイクロエレクトロニクス基板118にわたって流れる流体混合物を用いて、マイクロエレクトロニクス基板118から複数の第2物体(例えば、粒子)を除去することができる。この後続の処理は、初期処理の間に除去された粒子よりも、除去力に対する付着力の高い比を有する粒子を標的とすることができる。いくつかの例では、より小さい粒子(<100nm)は、より大きな粒子よりも、除去力に対する付着力の比が高いことが見出されている。しかしながら、後続の処理は、特定のサイズの粒子を除去することに限定されず、粒子のサイズとは無関係に、他のタイプの粒子を標的とするために使用され得る。 At block 1618 , the expanding fluid mixture can apply sufficient energy to the particles on the microelectronic substrate 118 to cause the fluid mixture flowing across the microelectronic substrate 118 to move the plurality of second objects from the microelectronic substrate 118 . (eg, particles) can be removed. This subsequent treatment can target particles with a higher adhesion to removal force ratio than particles removed during the initial treatment. In some instances, smaller particles (<100 nm) have been found to have a higher adhesion to removal force ratio than larger particles. However, subsequent processing is not limited to removing particles of a particular size, but can be used to target other types of particles, regardless of particle size.

後続の処理は、マイクロエレクトロニクス基板118から追加の群(例えば第3、第4など)の物体を除去するために続くことができる。このように、クリーニング処理は、本明細書に開示されているプロセス条件を変化させることによって最適化されることができ、粒子除去効率を最大化し得る。プロセス条件は、マイクロエレクトロニクス基板118上に見出される異なる種類の粒子、材料、及びフィーチャを考慮して変化されてもよい。例えば、粒子は、サイズ、組成、及び配向又は位置(例えば、表面積層、埋め込み)によって変化することができ、当業者は、既存のフィーチャへの損傷を最小限にしつつ、GCJスプレーを使用してそれらを除去するために、過度の実験(undue experimentation)を行うことなく、プロセス条件を最適化することができる。さらに、マイクロエレクトロニクス基板118の表面は、種々の露出材料を有していてもよく、マイクロエレクトロニクス基板118にわたって分散された粒子に対する異なる表面付着特性を可能にする。したがって、後続の処理は、本明細書に開示されるプロセス条件を調整することによって、異なる種類の材料を説明する(account for )ことができ、粒子除去効率を最大にすることができる。さらに、マイクロエレクトロニクス基板118上のパターン化されたフィーチャは、ダイ(the die)及びマイクロエレクトロニクス基板118にわたる、幾何学的形状、トポグラフィー、及び密度に関して変化する。トポグラフィー(例えば、トレンチ、穴、絶縁ライン、緻密ライン(dense lines)など)は、ダイ及び/又はマイクロエレクトロニクス基板118にわたって変化することができ、GCJスプレーの流体のフロー及びダイナミクスに影響を与えることができる。ダイ若しくはマイクロエレクトロニクス基板118にわたるトポグラフィーの変化は、マイクロエレクトロニクス基板118から物体又は粒子を除去するGCJスプレーの能力をシールド又は制限することができる。したがって、当業者は、トレンチ内に存在するか、緻密ラインフィーチャの頂部に配置されるか、又はダイ内で又はマイクロエレクトロニクス基板118にわたってパターン化されたラインフィーチャ間の空間内に位置する粒子を除去するために、これらのトポグラフィーの相違に対処するためのプロセス条件を開発することができる。 Subsequent processing can follow to remove additional groups (eg, third, fourth, etc.) of objects from the microelectronic substrate 118 . As such, the cleaning process can be optimized by varying the process conditions disclosed herein to maximize particle removal efficiency. Process conditions may be varied to account for different types of particles, materials, and features found on microelectronic substrate 118 . For example, the particles can vary in size, composition, and orientation or location (e.g., surface stacking, embedding), and one skilled in the art can use GCJ spray to minimize damage to existing features. To eliminate them, process conditions can be optimized without undue experimentation. Additionally, the surface of the microelectronic substrate 118 may have different exposed materials, allowing different surface adhesion properties for particles dispersed across the microelectronic substrate 118 . Subsequent processing can therefore account for different types of materials and maximize particle removal efficiency by adjusting the process conditions disclosed herein. Additionally, patterned features on microelectronic substrate 118 vary in geometry, topography, and density across the die and microelectronic substrate 118 . Topography (e.g., trenches, holes, isolation lines, dense lines, etc.) can vary across the die and/or microelectronic substrate 118, affecting the fluid flow and dynamics of the GCJ spray. can be done. Variations in topography across the die or microelectronic substrate 118 can shield or limit the ability of the GCJ spray to remove objects or particles from the microelectronic substrate 118 . Accordingly, those skilled in the art will be able to remove particles residing in trenches, located on top of dense line features, or located in spaces between line features patterned within the die or across the microelectronic substrate 118. To do so, process conditions can be developed to address these topography differences.

さらに、後続の処理は、マイクロエレクトロニクス基板118の特定の領域を標的とすることができる。特徴的な粒子パターンは、マイクロエレクトロニクス基板118上に見出されることができ、プロセス条件及び処理位置を変更することによって対処することができる。例えば、粒子パターンは、マイクロエレクトロニクス基板118のエッジに影響を与える(impact)ことが既知であり得る。この場合、後続の処理は、サイクル時間又は化学物質の使用量を削減するために、マイクロエレクトロニクス基板118全体を処理することなく、特定の領域に位置する粒子に対処するために可動チャック122又はGECを位置決めすることによって、マイクロエレクトロニクス基板118のエッジを標的にすることができる。 Further, subsequent processing can target specific areas of the microelectronic substrate 118 . Characteristic grain patterns can be found on the microelectronic substrate 118 and can be addressed by changing process conditions and processing locations. For example, the particle pattern may be known to impact edges of the microelectronic substrate 118 . In this case, subsequent processing may include moving chucks 122 or GECs to address particles located in specific areas without processing the entire microelectronic substrate 118 to reduce cycle time or chemical usage. The edge of the microelectronic substrate 118 can be targeted by positioning the .

フローチャート1600の実施形態は、多段階処理の間の流体混合物フローの個別の開始及び停止を意味し得るが、請求の範囲は、図17の実施形態に示されるように、これらのタイプのプロセスに限定されることを意図されない。 While the flowchart 1600 embodiment may imply separate starting and stopping of fluid mixture flow during multi-step processing, the claims are not limited to these types of processes, as shown in the embodiment of FIG. not intended to be limiting.

図17は、多段処理を用いて、マイクロエレクトロニクス基板118を低温流体で処理する別の方法のフローチャート1700を示す。この場合、多段階処理は、流体混合物が流れている間に異なる設定点にアクティブに移行させることによって、又は、流体混合物を止めて異なる設定点への移行か完了するのを待つことによって、処理が進行している間にその場でプロセス条件を変化させることによって実行されることができる。プロセス条件は、本明細書に開示された任意のプロセス条件を含み得るが、これらに限定されない。 FIG. 17 shows a flowchart 1700 of another method of treating a microelectronic substrate 118 with a cryogenic fluid using multi-step processing. In this case, the multi-stage process can be performed by actively transitioning to different setpoints while the fluid mixture is flowing, or by stopping the fluid mixture and waiting for transitions to different setpoints to complete. can be performed by changing the process conditions on the fly while the Process conditions can include, but are not limited to, any process conditions disclosed herein.

上記に開示されたように、流体混合物は、流体混合物の温度と圧力を制御することで液体混合物に含まれる液体の量(重量による)に影響を与えることにより、比較的低い液体濃度のGCJスプレーを生成することができる。システム100は、全てではないがいくつかの実施形態について、流入する流体混合物の圧力及び温度を最適化し、流入する流体混合物の液体濃度を制御して、(例えば、1重量%未満の液体の)ガス混合物を達成することができる。 As disclosed above, the fluid mixture can be used to control the temperature and pressure of the fluid mixture to affect the amount of liquid (by weight) contained in the liquid mixture, thus allowing the GCJ spray of relatively low liquid concentrations to be reduced. can be generated. The system 100 optimizes the pressure and temperature of the incoming fluid mixture and controls the liquid concentration of the incoming fluid mixture (e.g., less than 1% by weight of liquid) for some, but not all, embodiments. gas mixtures can be achieved.

ブロック1702では、マイクロエレクトロニクス基板118は、流体又はガス膨張コンポーネント(GEC) (例えば、ノズル400)を含み得るプロセスチャンバ104内に受け入れられることができる。通常、ノズルは、流体混合物を受け入れるための注入口オリフィス402又は注入口と、流体混合物をプロセスチャンバ104に流入させる放出口オリフィス404又は放出口とを含み得る。図1に示すように、GECは、70K~200Kの温度及び800psig未満の圧力でガス混合物を維持し得る低温冷却ガス源と流体連通することができる。 At block 1702, the microelectronic substrate 118 can be received within the process chamber 104, which can include a fluid or gas expansion component (GEC) (eg, nozzle 400). Typically, the nozzle may include an inlet orifice 402 or inlet for receiving the fluid mixture and an outlet orifice 404 or outlet for allowing the fluid mixture to enter the process chamber 104 . As shown in FIG. 1, the GEC can be in fluid communication with a cryogenic cooling gas source capable of maintaining gas mixtures at temperatures between 70K and 200K and pressures below 800 psig.

マイクロエレクトロニクス基板118は、可動チャック122に固定されることができ、又はその上に配置されることができ、図1の説明においてさらに開示されているように、ノズル400の下方又は直下で(underneath or subjacent)回転及び/又は並進し得る。可動チャック122は、移動中のマイクロエレクトロニクス基板118を固定するように構成されることができる。この能力は、処理中に基板が可動チャック122から移動し又は脱落するのを阻止する。一旦、マイクロエレクトロニクス基板118が可動チャック122上に固定されると、初期プロセス処理が継続され得る。まとめると、システム100は、初期処理のための第1群の条件を維持することができ、プロセス条件は、本願明細書に開示されるプロセス条件範囲ごとの値における真空プロセスチャンバ104のチャンバ圧力、ガス混合物のガスフローレート、ガス混合物の化学組成、ガス混合物の温度、及び/又は、マイクロエレクトロニクス基板118とガス膨張コンポーネントとの間の距離、
を含み得るが、これらに限定されるものではない。
The microelectronic substrate 118 can be fixed to the movable chuck 122 or can be placed thereon, under or beneath the nozzle 400, as further disclosed in the description of FIG. or subject) can be rotated and/or translated. Movable chuck 122 can be configured to secure microelectronic substrate 118 during movement. This ability prevents the substrate from moving or falling off the movable chuck 122 during processing. Once the microelectronic substrate 118 is secured on the movable chuck 122, initial processing can continue. In summary, the system 100 can maintain a first set of conditions for initial processing, where the process conditions are the chamber pressure of the vacuum process chamber 104 at values for each of the process condition ranges disclosed herein; the gas flow rate of the gas mixture, the chemical composition of the gas mixture, the temperature of the gas mixture, and/or the distance between the microelectronic substrate 118 and the gas expansion component;
can include, but are not limited to,

ブロック1704において、システム100は、初期処理の前に、ガス中に液体を有さない、又は非常に少量の液体(例えば、1重量%未満)しか有さないガス又はガス混合物をガス膨張コンポーネントに供給するように構成されてもよい。システム100は、窒素及びアルゴンについて図6A及び6Bに記載されている技術を使用して、ガス混合物を273K未満の温度及びガス混合物中の液体形成を阻止又は最小化する圧力に維持することができ、このことは、本明細書に開示されている任意のガス又はガス混合物について他の状態図を使用して適用されることができる。 At block 1704, the system 100 passes the gas or gas mixture with no liquid in the gas or with very little liquid (e.g., less than 1% by weight) to the gas expansion component prior to initial processing. may be configured to supply The system 100 can maintain the gas mixture at temperatures below 273 K and pressures that prevent or minimize liquid formation in the gas mixture using the techniques described in FIGS. 6A and 6B for nitrogen and argon. , this can be applied using other phase diagrams for any gas or gas mixture disclosed herein.

多くの実施形態において、ガス温度は70K以上200K以下であり、圧力は5psiと800psigとの間の範囲である。ガスは、窒素、アルゴン、又はそれらの組み合わせで構成されることができるが、これらに限定されない。他の実施形態において、ガスは、窒素、アルゴン、キセノン、クリプトン、ヘリウム、水素、C又は二酸化炭素、又はそれらの任意の組合せから構成されることができる。別の実施形態では、Nを含み得るガス混合物は、少なくともヘリウム又はネオンと組み合わされ、かつ、アルゴン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素のうちの少なくとも1つと組み合わされることができる。具体的な一実施形態において、上述の混合ガスの比率は、約1:2:2であることができる。さらに具体的な別の実施形態では、上述のガス混合物の比率は、1:2:1.8であることができる。 In many embodiments, the gas temperature is between 70 K and 200 K and the pressure ranges between 5 psi and 800 psig. The gas can consist of, but is not limited to, nitrogen, argon, or combinations thereof. In other embodiments, the gas can consist of nitrogen, argon, xenon , krypton, helium, hydrogen, C2H6 or carbon dioxide, or any combination thereof. In another embodiment, the gas mixture, which may include N2 , may be combined with at least helium or neon, and may be combined with at least one of argon, krypton, xenon, carbon dioxide. In one specific embodiment, the ratio of the above gas mixtures can be about 1:2:2. In another more specific embodiment, the ratio of said gas mixture can be 1:2:1.8.

多くの実施形態において、システム100は、処理プロセス中のガスクラスター形成を可能にするために、35Torr以下の真空プロセスチャンバ104をプロセス圧力に維持することができる。特定の一実施形態では、プロセス圧力は、約10Torr以下であることができる。さらに、GECに対するマイクロエレクトロニクス基板118の位置は、粒子除去効率を改善するために調整されることができる。 In many embodiments, the system 100 can maintain the vacuum process chamber 104 at process pressures of 35 Torr or less to enable gas cluster formation during the processing process. In one particular embodiment, the process pressure can be about 10 Torr or less. Additionally, the position of the microelectronic substrate 118 relative to the GEC can be adjusted to improve particle removal efficiency.

まとめると、システム100は、初期処理のための第1群の条件を維持することができ、プロセス条件は、本願明細書に開示されるプロセス条件範囲ごとの値における真空プロセスチャンバ104のチャンバ圧力、ガス混合物のガスフローレート、ガス混合物の化学組成、ガス混合物の温度、ガス混合物のガス圧力、及び/又は、マイクロエレクトロニクス基板118とガス膨張コンポーネントとの間の距離、を含み得るが、これに限定されるものではない。 In summary, the system 100 can maintain a first set of conditions for initial processing, where the process conditions are the chamber pressure of the vacuum process chamber 104 at values for each of the process condition ranges disclosed herein; can include, but are not limited to, the gas flow rate of the gas mixture, the chemical composition of the gas mixture, the temperature of the gas mixture, the gas pressure of the gas mixture, and/or the distance between the microelectronic substrate 118 and the gas expansion component. not to be

ブロック1706において、マイクロエレクトロニクス基板118は、ガス膨張コンポーネントの反対側に配置されることができ、マイクロエレクトロニクス基板118と放出口(例えば出口オリフィス)との間に、2mmから50mmの範囲のギャップ距離を提供し、ガス膨張コンポーネントはマイクロエレクトロニクス基板118の反対側に配置されることができる。ギャップ距離502は、GCJスプレーのマイクロエレクトロニクス基板118にわたるフロー特性を制御するように調整されることができる。マイクロエレクトロニクス基板118のGECへの近接性(The proximity)は、粒子に伝達されるフロー特性及び伝達されるエネルギー量に影響を与え、かつ、粒子除去効率又は、マイクロエレクトロニクス基板118がGECの下方で移動する際に粒子が除去される表面積のサイズに影響を与え得る。 At block 1706, the microelectronic substrate 118 can be placed opposite the gas expansion component, leaving a gap distance between the microelectronic substrate 118 and the outlet (eg, exit orifice) in the range of 2 mm to 50 mm. provided, the gas expansion component can be located on the opposite side of the microelectronic substrate 118 . Gap distance 502 can be adjusted to control the flow characteristics of the GCJ spray across microelectronic substrate 118 . The proximity of the microelectronic substrate 118 to the GEC affects the flow characteristics and the amount of energy transferred to the particles, and the particle removal efficiency, or the degree to which the microelectronic substrate 118 is below the GEC. It can affect the size of the surface area from which the particles are removed as they move.

他の実施形態において、GECは、処理プロセスの間に基板にわたる流れの変化を可能にする角度に配置され得る。例えば、ノズルに対するマイクロエレクトロニクス基板118の位置決めは、45°~90°の入射角に維持されてもよい。初期処理は、初期プロセス条件が達成されたこと又は初期処理を開始するのに十分に維持されたことをシステム100が確認したときに開始されることができる。 In other embodiments, the GEC may be placed at an angle that allows for flow changes across the substrate during the treatment process. For example, the positioning of the microelectronic substrate 118 with respect to the nozzle may be maintained at an angle of incidence between 45° and 90°. Initial processing can begin when the system 100 determines that initial process conditions have been achieved or are sufficiently maintained to begin initial processing.

ブロック1708において、システム100は、ガス混合物がGECを通って流れて、ガス膨張コンポーネント放出口を通って、ギャップ(例えば、ギャップ距離502)を通り、プロセスチャンバ内へと膨張することができるようにすることにより、多段階処理を開始することができ、したがって、膨張したガス混合物の少なくとも一部がマイクロエレクトロニクス基板118にわたって流れ、マイクロエレクトロニクス基板118の表面に位置する及び/又は表面に埋め込まれた複数の粒子にエネルギーを伝達する。 At block 1708, the system 100 enables the gas mixture to flow through the GEC, expand through the gas expansion component outlet, across the gap (eg, gap distance 502), and into the process chamber. A multi-stage process can be initiated by allowing at least a portion of the expanded gas mixture to flow over the microelectronic substrate 118 and multiple gas-filled gas chambers located on and/or embedded in the surface of the microelectronic substrate 118 . transfer energy to the particles of

ブロック1710において、初期処理の間、可動チャック112は、図1に示されるように、可動チャックの上方に配置され得るGECの下方又は反対側でマイクロエレクトロニクス基板118を並進及び/又は回転させ得る。マイクロエレクトロニクス基板118が膨張したガス混合物に隣接する経路に沿って移動するか、又は、GCJスプレーが複数の第1粒子を除去するために使用され得るように、第1群のプロセス条件は除去するように調整され得る。例えば、1つの実施形態において、初期処理は、比較的低いガスフローレート(例えば、>100slm)を使用して、比較的大きな粒子(例えば、>100nm)を除去するために使用され得る。小さな粒子(例えば、<100nm)は、比較的フローレートで除去される可能性が低いことが見出されている。しかしながら、より大きな粒子により小さいエネルギーを与えるより低いフローレートで、より大きな粒子を除去することは有利であり得る。このような方法において、より大きな粒子の運動量は、より低く、したがって、より大きな粒子はより小さい運動量を有するために、マイクロエレクトロニクス基板118上に存在するフィーチャに対する損傷を引き起こす能力がより小さくなる。より大きな粒子の除去(例えば、初期処理)の後に、後続の処理を実施することができ、既存のフィーチャ(例えば、線、孔、トレンチ、フィン、膜積層体など)への損傷を最小化しつつ、マイクロエレクトロニクス基板118から除去するために異なるエネルギーの量又はプロセス条件を必要とする他の粒子を除去することができる。 At block 1710, during initial processing, the moveable chuck 112 may translate and/or rotate the microelectronic substrate 118 below or opposite the GEC, which may be positioned above the moveable chuck, as shown in FIG. The first group of process conditions removes such that the microelectronic substrate 118 moves along a path adjacent to the expanded gas mixture or a GCJ spray can be used to remove the plurality of first particles. can be adjusted to For example, in one embodiment, an initial treatment can be used to remove relatively large particles (eg, >100 nm) using relatively low gas flow rates (eg, >100 slm). It has been found that small particles (eg, <100 nm) are relatively less likely to be removed at flow rates. However, it may be advantageous to remove larger particles at a lower flow rate which gives the larger particles less energy. In such a manner, the larger particles have lower momentum and are therefore less capable of causing damage to features present on the microelectronic substrate 118 due to their lower momentum. After removal of larger particles (e.g., initial processing), subsequent processing can be performed while minimizing damage to existing features (e.g., lines, holes, trenches, fins, film stacks, etc.). , can remove other particles that require different amounts of energy or process conditions to remove from the microelectronic substrate 118 .

ブロック1712において、マイクロエレクトロニクス基板118の後続のクリーニング処理は、ガス混合物及び/又は真空プロセスチャンバに対する少なくとも1つのプロセス条件を変更することによって開始されることができ、そのプロセス条件は初期処理中に使用されるプロセス条件とは異なる。後続の処理は、初期処理の間に完全に除去されなかった複数の第2粒子を除去するために使用され得る。 At block 1712, a subsequent cleaning process of the microelectronic substrate 118 can be initiated by changing at least one process condition for the gas mixture and/or vacuum process chamber, which process condition was used during the initial process. different from the process conditions used. Subsequent processing can be used to remove a plurality of secondary particles that were not completely removed during the initial processing.

一実施形態では、プロセス条件の変更は、マイクロエレクトロニクス基板の後続の処理のために、ガスフローレートをより高い振幅(a higher magnitude)に変更することを含み得る。例えば、初期フローレートを、初期処理と後続の処理との間で少なくとも5%だけ変化させることができ、フローを変化させ及び/又はマイクロエレクトロニクス基板118に適用されるエネルギー量を変化させることができる。具体的な一実施形態において、初期ガスフローレートは、初期処理については約100slmであり得、後続の処理については160slmに変更され得る。より高いフローレートは、除去力に対する付着力の比がより高い粒子を除去するために使用され得る。 In one embodiment, changing the process conditions may include changing the gas flow rate to a higher magnitude for subsequent processing of the microelectronic substrate. For example, the initial flow rate can be changed by at least 5% between initial and subsequent treatments, and the flow can be varied and/or the amount of energy applied to the microelectronic substrate 118 can be varied. . In one specific embodiment, the initial gas flow rate can be about 100 slm for initial treatment and can be changed to 160 slm for subsequent treatments. Higher flow rates can be used to remove particles with a higher adhesive force to removal force ratio.

別の実施形態では、膨張したガス混合物からマイクロエレクトロニクス基板118に適用されるエネルギーの量は、後続の処理のためのギャップ距離502を変化させることによって変化させることができる。例えば、ギャップ距離は、多段階処理の間に2mmから10mmの間で変化することができる。さらに、マイクロエレクトロニクス基板118にわたるフロープロファイルは、ギャップ距離502によって影響を受けることができ、これは、GECがマイクロエレクトロニクス基板118にわたって移動する際に、GECの周囲の表面積の量に影響を与え得る。さらに、ギャップ距離502はまた、ガスクラスターのサイズ及び/又は密度に影響を与えることができ、これは、これは、過度の実験なしに異なるタイプ/サイズの粒子を標的とするために当業者によって最適化され得る。 In another embodiment, the amount of energy applied from the expanded gas mixture to the microelectronic substrate 118 can be varied by varying the gap distance 502 for subsequent processing. For example, the gap distance can vary between 2 mm and 10 mm during multi-step processing. Additionally, the flow profile across the microelectronic substrate 118 can be affected by the gap distance 502, which can affect the amount of surface area around the GEC as it moves across the microelectronic substrate 118. Additionally, the gap distance 502 can also affect the size and/or density of gas clusters, which can be determined by those skilled in the art to target different types/sizes of particles without undue experimentation. can be optimized.

より広義には、他の実施形態では、システム100は、粒子除去効率を改善するために、以下のプロセス条件の2つ以上の組み合わせを変化させるように構成することができる:ガス混合物のガスフローレート、ガス混合物の化学組成、記ガス混合物の温度、ガス混合物のガス圧力、マイクロエレクトロニクス基板とガス膨張コンポーネントとの間の距離、真空プロセスチャンバのチャンバ圧力。 More broadly, in other embodiments, the system 100 can be configured to vary a combination of two or more of the following process conditions to improve particle removal efficiency: gas flow of the gas mixture; rate, chemical composition of the gas mixture, temperature of the gas mixture, gas pressure of the gas mixture, distance between the microelectronic substrate and the gas expansion component, chamber pressure of the vacuum process chamber.

以上、本発明の特定の実施形態のみを詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更が実施形態において可能であることを当業者は容易に理解するであろう。したがって、そのような改変はすべて本発明の範囲内に含まれることが意図される。例えば、上述の実施形態は、一緒に組み込まれてもよく、必要に応じて、実施形態の一部を追加又は省略してもよい。したがって、実施形態の数は、本明細書に記載される特定の実施形態のみに限定されず、当業者は、本明細書に記載される教示を使用してさらなる実施形態を作成することができる。 Although only certain embodiments of the present invention have been described in detail, it will be readily apparent to those skilled in the art that many modifications may be made thereto without departing substantially from the novel teachings and advantages of the present invention. will understand. Accordingly, all such modifications are intended to be included within the scope of this invention. For example, the above-described embodiments may be combined together, and portions of the embodiments may be added or omitted as desired. Accordingly, the number of embodiments is not limited to only the specific embodiments described herein, and one of ordinary skill in the art may create additional embodiments using the teachings described herein. .

Claims (15)

マイクロエレクトロニクス基板を処理する方法であって、
注入口と、放出口とを有する流体膨張コンポーネントを備える真空プロセスチャンバ内にマイクロエレクトロニクス基板を受け入れるステップと、
前記真空プロセスチャンバにおいて35Torr以下の処理圧力を維持するステップと、
前記流体膨張コンポーネントに流体混合物を受け入れるステップであって、前記流体混合物は窒素又はアルゴンを含み、流体混合物は、70Kから200Kまでの範囲内の温度及び800psig未満の圧力である、ステップと、
前記流体膨張コンポーネント及び前記真空プロセスチャンバへの前記流体混合物を第1群のプロセス条件の下で維持するステップと、
前記放出口を介して前記真空プロセスチャンバ内に前記流体混合物を膨張させるステップであって、したがって、膨張した前記流体混合物は前記マイクロエレクトロニクス基板にわたって流れる、ステップと、
前記マイクロエレクトロニクス基板にわたって流れる前記流体混合物を用いて前記マイクロエレクトロニクス基板から複数の第1物体を除去するステップと、
前記流体膨張コンポーネント及び前記真空プロセスチャンバへの前記流体混合物を第2群のプロセス条件の下で維持するステップであって、前記第1群のプロセス条件と前記第2群のプロセス条件との間では少なくとも1つのプロセス条件が異なる、ステップと、
前記放出口を介して前記真空プロセスチャンバ内に前記流体混合物を膨張させるステップであって、したがって、膨張した前記流体混合物は前記マイクロエレクトロニクス基板にわたって流れる、ステップと、
前記マイクロエレクトロニクス基板にわたって流れる前記流体混合物を用いて前記マイクロエレクトロニクス基板から複数の第2物体を除去するステップと、を
み、
前記第1物体はより大きな粒子であり、前記第2物体はより小さい粒子であり、
前記第1群のプロセス条件は、第1流体フローレートを含み、
前記第2群のプロセス条件は、前記第1流体フローレートより高い第2流体フローレートを含み、
前記複数の第2物体を除去するステップは、前記複数の第1物体を除去するステップの後に行われる、方法。
A method of processing a microelectronic substrate, comprising:
receiving a microelectronic substrate in a vacuum process chamber comprising a fluid expansion component having an inlet and an outlet;
maintaining a process pressure of 35 Torr or less in the vacuum process chamber;
receiving a fluid mixture into the fluid expansion component, the fluid mixture comprising nitrogen or argon, the fluid mixture being at a temperature in the range of 70 K to 200 K and a pressure less than 800 psig;
maintaining the fluid mixture into the fluid expansion component and the vacuum process chamber under a first group of process conditions;
expanding the fluid mixture into the vacuum process chamber through the outlet, such that the expanded fluid mixture flows across the microelectronic substrate;
removing a plurality of first objects from the microelectronic substrate with the fluid mixture flowing across the microelectronic substrate;
maintaining the fluid mixture into the fluid expansion component and the vacuum process chamber under a second group of process conditions, between the first group of process conditions and the second group of process conditions, a step in which at least one process condition is different;
expanding the fluid mixture into the vacuum process chamber through the outlet, such that the expanded fluid mixture flows across the microelectronic substrate;
removing a plurality of second objects from the microelectronic substrate with the fluid mixture flowing across the microelectronic substrate ;
said first object is a larger particle and said second object is a smaller particle;
said first group of process conditions comprising a first fluid flow rate;
said second group of process conditions comprising a second fluid flow rate higher than said first fluid flow rate;
The method, wherein removing the plurality of second objects is performed after removing the plurality of first objects .
前記第1群のプロセス条件は、約100slmの第1流体フローレートを含み、
前記第2群のプロセス条件は、約160slmの第2流体フローレートを含む、
請求項1記載の方法。
said first group of process conditions comprising a first fluid flow rate of about 100 slm;
said second group of process conditions comprises a second fluid flow rate of about 160 slm;
The method of claim 1.
前記第1群のプロセス条件又は前記第2群のプロセス条件は、前記流体混合物のフローレート、前記流体混合物の化学組成、前記流体混合物の温度、前記流体混合物の流体圧、前記マイクロエレクトロニクス基板と前記流体膨張コンポーネントとの間の距離、又は、前記真空プロセスチャンバのチャンバ圧力、をさらに含む、
請求項1記載の方法。
The first group of process conditions or the second group of process conditions comprises: a flow rate of the fluid mixture; a chemical composition of the fluid mixture; a temperature of the fluid mixture; a fluid pressure of the fluid mixture; further comprising a distance between a fluid expansion component or a chamber pressure of said vacuum process chamber;
The method of claim 1.
前記流体混合物は、窒素、アルゴン又はそれらの組み合わせを含む、
請求項1記載の方法。
the fluid mixture comprises nitrogen, argon, or a combination thereof;
The method of claim 1.
前記流体混合物は、キセノン、クリプトン、ヘリウム、水素、C2H6又は二酸化炭素のうちの1つ以上と、少なくとも窒素又はアルゴンとの混合物を含む、
請求項1記載の方法。
said fluid mixture comprises a mixture of one or more of xenon, krypton, helium, hydrogen, C2H6 or carbon dioxide and at least nitrogen or argon;
The method of claim 1.
マイクロエレクトロニクス基板をクリーニングする方法であって、
注入口及び放出口を有する流体膨張コンポーネントを備える真空プロセスチャンバ内にマイクロエレクトロニクス基板を受け入れるステップと、
前記流体膨張コンポーネントにガス混合物を供給するステップであって、前記ガス混合物は、273K未満である温度と、前記流体膨張コンポーネント内のガス混合物での液体形成を阻止する圧力と、を有する、ステップと、
前記ガス混合物及び前記真空プロセスチャンバに対する第1群のプロセス条件を維持するステップと、
前記マイクロエレクトロニクス基板を前記流体膨張コンポーネントに対向して位置決めし、前記マイクロエレクトロニクス基板と前記放出口との間に2mmから50mmの間の範囲のギャップ距離を提供する、ステップであって、前記流体膨張コンポーネントは前記マイクロエレクトロニクス基板に対向して配置されている、ステップと、
前記流体膨張コンポーネントの放出口を介して、かつ前記のギャップを介して、前記ガス混合物を前記真空プロセスチャンバ内へと膨張させるステップであって、したがって膨張した前記ガス混合物は前記マイクロエレクトロニクス基板にわたって流れる、ステップと、
前記マイクロエレクトロニクス基板の初期処理のために、前記流体膨張コンポーネントに隣接する経路に沿って、前記マイクロエレクトロニクス基板を移動させるステップと、
前記マイクロエレクトロニクス基板の前記初期処理の後の後続の処理のために、前記ガス混合物又は真空プロセスチャンバに関する少なくも1つのプロセス条件を変化させるステップであって、前記プロセス条件を変化させるステップは、ガスフローレートを増加させるステップを含み、それにより、より大きな粒子をより小さい粒子より先に除去する、ステップと、
を含む方法。
A method of cleaning a microelectronic substrate, comprising:
receiving a microelectronic substrate in a vacuum process chamber comprising a fluid expansion component having an inlet and an outlet;
supplying a gas mixture to the fluid expansion component, the gas mixture having a temperature that is less than 273 K and a pressure that prevents liquid formation in the gas mixture within the fluid expansion component; ,
maintaining a first set of process conditions for the gas mixture and the vacuum process chamber;
positioning the microelectronic substrate opposite the fluid expansion component to provide a gap distance between the microelectronic substrate and the outlet in a range between 2 mm and 50 mm; a component is positioned opposite the microelectronic substrate;
expanding the gas mixture through the outlet of the fluid expansion component and through the gap into the vacuum process chamber, such that the expanded gas mixture flows across the microelectronic substrate; , step and
moving the microelectronic substrate along a path adjacent to the fluid expansion component for initial processing of the microelectronic substrate;
changing at least one process condition for the gas mixture or vacuum process chamber for subsequent processing after the initial processing of the microelectronic substrate , wherein changing the process condition comprises: increasing the flow rate, thereby removing larger particles before smaller particles;
method including.
前記温度は、70K以上及び150K以下である、
請求項記載の方法。
the temperature is above 70 K and below 150 K;
7. The method of claim 6 .
前記真空プロセスチャンバは10Torr未満に維持される、
請求項記載の方法。
the vacuum process chamber is maintained below 10 Torr;
7. The method of claim 6 .
前記マイクロエレクトロニクス基板を位置決めするステップは、前記マイクロエレクトロニクス基板と前記流体膨張コンポーネントとの間で45°から90°の入射角を維持するステップを含む、
請求項記載の方法。
positioning the microelectronic substrate includes maintaining an angle of incidence of 45° to 90° between the microelectronic substrate and the fluid expansion component;
7. The method of claim 6 .
冷却加圧される前記ガス混合物は、窒素、アルゴン又はそれらの組み合わせを含む、
請求項記載の方法。
said gas mixture being cooled and pressurized comprises nitrogen, argon or combinations thereof;
7. The method of claim 6 .
冷却され、加圧される前記ガス混合物は、キセノン、クリプトン、ヘリウム、水素、C又は二酸化炭素のうちの1つ以上と、少なくとも窒素又はアルゴンとの混合物を含む、
請求項記載の方法。
said gas mixture being cooled and pressurized comprises a mixture of one or more of xenon, krypton, helium, hydrogen, C2H6 or carbon dioxide and at least nitrogen or argon ;
7. The method of claim 6 .
前記プロセス条件を変化させるステップは、少なくとも1つのプロセス条件を、前記マイクロエレクトロニクス基板の初期処理から、前記マイクロエレクトロニクス基板の後続の処理のために、変化させるステップを含む、
請求項記載の方法。
varying the process conditions comprises varying at least one process condition from initial processing of the microelectronic substrate to subsequent processing of the microelectronic substrate;
7. The method of claim 6 .
前記プロセス条件を変化させるステップは、前記マイクロエレクトロニクス基板の後続の処理のために前記ギャップ距離を変化させるステップを含む、
請求項記載の方法。
varying the process conditions includes varying the gap distance for subsequent processing of the microelectronic substrate;
7. The method of claim 6 .
前記プロセス条件を変化させるステップは、前記ガス混合物のガスフローレート、前記ガス混合物の化学組成、前記ガス混合物の温度、前記ガス混合物のガス圧力、前記マイクロエレクトロニクス基板と前記流体膨張コンポーネントとの間の距離、前記真空プロセスチャンバのチャンバ圧、又は、それらの任意の組み合わせ、のうちの少なくとも2つのプロセス条件を変化させるステップを含む、
請求項記載の方法。
Varying the process conditions comprises: gas flow rate of the gas mixture; chemical composition of the gas mixture; temperature of the gas mixture; gas pressure of the gas mixture; varying at least two process conditions of distance, chamber pressure of the vacuum process chamber, or any combination thereof;
7. The method of claim 6 .
マイクロエレクトロニクス基板を処理する方法であって、
真空プロセスチャンバ内に前記マイクロエレクトロニクス基板を受け入れるステップであり、前記真空プロセスチャンバは、注入口及び放出口を有する流体膨張コンポーネントを備え、前記真空プロセスチャンバは35Torr以下の圧力であり、前記マイクロエレクトロニクス基板と前記流体膨張コンポーネントの前記放出口との間で、2mmから50mmの範囲内のギャップ距離を提供するように、前記マイクロエレクトロニクス基板は配置されている、ステップと、
加圧及び冷却された流体を前記マイクロエレクトロニクス基板から粒子を除去するために効果的な条件の下で前記真空プロセスチャンバ内へと膨張させる第1群のプロセス条件の下で発生する第1処理を使用するステップと、
加圧及び冷却された流体を前記マイクロエレクトロニクス基板から粒子を除去するために効果的な条件の下で前記真空プロセスチャンバ内へと膨張させる第2群のプロセス条件の下で発生する第2処理を使用するステップと、
を含み、
前記第1群のプロセス条件は第1流体フローレートを含み、前記第2群のプロセス条件は第2流体フローレートを含み、前記第1流体フローレートは前記第2流体フローレートより大きく、
前記第1処理によって除去される粒子は、前記第2処理によって除去される粒子より大きく、
前記第2処理を使用するステップは、前記第1処理を使用するステップの後に行われる、方法。
A method of processing a microelectronic substrate, comprising:
receiving the microelectronic substrate in a vacuum process chamber, the vacuum process chamber comprising a fluid expansion component having an inlet and an outlet, the vacuum process chamber being at a pressure of 35 Torr or less, the microelectronic substrate wherein the microelectronic substrate is positioned to provide a gap distance in the range of 2 mm to 50 mm between and the outlet of the fluid expansion component;
a first treatment occurring under a first set of process conditions in which a pressurized and cooled fluid is expanded into the vacuum process chamber under conditions effective to remove particles from the microelectronic substrate; the steps to use;
a second treatment occurring under a second set of process conditions in which a pressurized and cooled fluid is expanded into the vacuum process chamber under conditions effective to remove particles from the microelectronic substrate; the steps to use;
including
said first group of process conditions comprising a first fluid flow rate and said second group of process conditions comprising a second fluid flow rate, said first fluid flow rate being greater than said second fluid flow rate;
the particles removed by the first process are larger than the particles removed by the second process;
The method , wherein using the second process occurs after using the first process .
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