KR100734342B1 - 아세틸렌계 디올 및/또는 알콜을 포함하는 고밀도 유체를사용한 기판의 처리 - Google Patents

아세틸렌계 디올 및/또는 알콜을 포함하는 고밀도 유체를사용한 기판의 처리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 고밀도 세정 유체 및 이를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 구체예에서, 고밀도 세정 유체는 1종 이상의 고밀도 유체 및 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜 계면활성제를 포함한다.
세정 유체

Description

아세틸렌계 디올 및/또는 알콜을 포함하는 고밀도 유체를 사용한 기판의 처리{PROCESSING OF SUBSTRATES WITH DENSE FLUIDS COMPRISING ACETYLENIC DIOLS AND/OR ALCOHOLS}
도 1은 단일성분 초임계 유체에 대한 압력-온도 상 다이어그램이다.
도 2는 CO2에 대한 밀도-온도 상 다이어그램이다.
도 3은 일반화된 밀도-온도 상 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 구체예를 예시하는 공정 흐름 다이어그램이다.
반도체 전자 부품의 제조에서 마이크로칩의 제작 공정에는 소량의 오염 물질이 치명적이다. 오염 물질은 석판술, 에칭, 스트립핑 및 화학적 기계적 평탄화(CMP)와 같은 제조 공정 단계로부터 유래하는 잔사, 제조 공정 고유의 및/또는 제조 공정에서 유래하는 입자, 금속-함유 화합물, 천연 또는 화학적 산화물과 같은 물질 또는 무기 입자와 같은 다수의 공급원 또는 기타 공급원으로부터 부품으로 도입될 수 있다. 입자, 막 또는 분자 형태인 오염 물질은 합선, 단선 및 규소 결정 스택 결함과 같은 다수의 결함을 야기할 수 있다. 이들 결함은 초소형 전자 회로와 같은 최종 부품의 실패를 초래할 수 있고, 이러한 실패는 현저한 수율 감소를 초래할 수 있으므로 제작 비용이 크게 증가한다.
초소형 전자 회로 제작은 다수의 처리 단계를 필요로 한다. 처리는 매우 청정한 조건에서 이루어지는데, 극소량의 오염 물질로도 초소형 회로에 치명적인 결함이 야기된다. 예를 들어, 0.01 마이크로미터 정도의 작은 개별 입자도 현대의 초소형 회로에는 치명적인 결함을 발생시킬 수 있다. 초소형 전자 회로를 완성시키기 위해 필요한 다수의 단계에서 어느 때라도 사소한 오염이 발생할 수 있다. 따라서, 경제적인 수율을 유지하기 위하여 웨이퍼과 같은 초소형 전자 회로에 사용되는 부품을 주기적으로 세정할 필요가 있다. 또한, 처리 재료의 순도 및 청정도를 엄격하게 제어할 필요가 있다.
초소형 전자 회로의 제조에서 세정은 가장 빈번히 반복되는 단계이다. 0.18 마이크로미터 설계 규칙에서, 약 400개의 총 처리 단계 중 80개가 세정 단계이다. 회로의 품질을 확보하기 위하여 웨이퍼는 일반적으로 매 오염 처리 단계 후 및 각각의 고온 조작 전에 세정된다. 예시적인 세정 및 제거 용례에는 포토레지스트 스트립핑/제거, 화학 기계적 평탄화 후의 입자/잔류물 제거(포스트-CMP 세정), 유전 에칭 후의 입자/잔류물 제거(포스트-금속 에칭) 및 금속 오염 물질의 제거가 포함된다.
다수의 세정 방법이 반도체 전자 부품의 제조에 사용되어 왔다. 여기에는 화학 반응 및 용해를 통하여 오염 물질을 제거하기 위한 액체 세정제에 함침시키는 방법도 포함된다. 이러한 함침은 또한 반 데르 발스 접착력을 감소시키고 이중층 반발력을 도입함으로써 불용성 입자들이 기판으로부터 해리되는 것을 촉진하는 역할을 할 수 있다. 통상적으로 사용되는 표준 습식 세정 방법은 110∼130℃에서 H2SO4, H2O2 및 H2O의 혼합물에 노출시키는 단계로 개시되고 20∼25℃에서 HF 또는 희석 HF에 함침시키는 단계가 이어진다. 다음으로, 60∼80℃에서 NH4OH, H2O2 및 H2O의 혼합물이 입자를 제거한 다음 60∼80℃에서 HCl, H2O2 및 H2O의 혼합물이 금속 오염 물질을 제거한다. 이들 각 단계 후 고순도 H2O로 씻어 낸다. 이러한 습식 세정 방법에는 치수가 0.10 마이크로미터 미만이라는 근본적인 장애가 있다. 장치의 구조가 작아지고 게이트 산화물 두께가 감소함에 따라 마이크로미터 차원 이하의 입자 제거는 더 곤란해진다.
주로 유기 포토레지스트의 스트립핑/제거는 H2SO4 및 H2O2를 함유하는 희석시킨 수성 혼합물을 사용하여 실시할 수 있다. 이와는 다르게, 스트립핑/제거는 2-단계 플라즈마를 사용하여 또는 잔류 재료의 습식 화학적 세정이 뒤따르는 반응성 이온 에칭(RIE) 방법을 사용하여 실시할 수 있다. 오존화된 H2O는 실리콘 웨이퍼 상의 탄화수소 표면 오염 물질의 분해에 사용되어 왔다.
오염된 표면에 수력학적 전단력을 도입하는 것에 의한 액체 함침 방법을 개선시키기 위하여 브러쉬 스크러빙법이 사용되어 왔다. 일반적인 용례는 처리 액체를 함유할 수 있는 탱크에 수직으로 배치된 웨이퍼를 브러싱하기 위한 두개의 대향 브러쉬를 포함하는 웨이퍼 세정 장치를 사용한다.
초음파 에너지를 부가하여 액체 함침 방법의 효율성을 증가시킬 수 있다. 초당 20,000 주기(20 kHz)가 넘는, 즉, 인간의 청력 범위를 넘는 진동수에서 음파 진동을 이용하여 액체 세정 용액에 고 주파수 에너지를 전달하여 왔다.
습식 처리 방법은 초소형 전자 회로의 치수가 감소하고 환경 규제가 강화됨에 따라 문제가 될 수 있다. 습식 처리의 한계점에는 재순환 액체의 진행적 오염, 오염된 화학 물질에서 기인하는 재증착, 특별한 폐기 조건, 환경 손상, 취급시 특별한 안전 절차, 표면 장력 효과로 인하여 깊게 패턴화된 표면에서의 효율성 감소 및 이미지 붕괴(토포그래피 감수성), 세정 효율을 오염 물질의 재접착을 방지하는 표면 습윤력에 의존하는 점, 액체 잔류물이 잔류하는 입자들의 접착을 야기할 가능성이 포함된다.
표면 오염 물질과의 화학적 반응에 의존하는 수성 세정제는 또한, 신규한 박막 재료 또는 구리와 같은 더 부식하기 쉬운 금속과의 상용성 문제가 있을 수 있다. 또한, 수성 세정제는 다공성이면서 유전 상수가 낮은 및 극히 낮은 재료에, 재료의 유전 상수를 증가시킬 수 있는 히드록실기를 도입할 수 있다. 또한, 반도체 분야 국제 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors)은 물 부족을 방지하기 위하여 물 사용을 2005년까지 62%, 2014년까지 84% 감소시킬 것을 권장하였다. 더 큰 정밀 표면적을 갖는 웨이퍼의 직경이 계속적으로 증가하는 추세에서, 더 부피가 큰 액체 화학 물질이 제작 공정에 요구될 것이다.
이러한 문제들의 관점에서, 반도체 전자 부품의 건식(무수) 표면 세정 방법 이 개발되고 있다. 이러한 방법 중에는 실리콘 웨이퍼로부터 비교적 큰 입자들을 제거하기 위한 가스 제트 세정법이 있다. 그러나, 가스 제트는, 표면 상의 입자들에 대한 보지력은 입자 크기에 비례하는 반면 입자 제거용 흐름 기체에 의하여 생성되는 공기동력학적 항력은 입자 직경의 제곱에 비례하므로 직경이 약 5 마이크로미터 미만인 입자들을 제거하는 데는 비효과적일 수 있다. 따라서, 이러한 힘의 비율은 입자 크기가 감소함에 따라 접착을 선호하는 경향을 보인다. 따라서, 보다 작은 입자들은 기체 점도가 낮을 경우 표면 경계층에 놓이는 것이 통상적이므로 제트내의 강한 항력에 노출되지 못한다.
자외선과 조합된 오존에 노출시켜 표면으로부터 오염 탄화수소를 분해시킬 수 있으나 이러한 기술은 무기 오염 물질 또는 입자들을 효과적으로 제거하는 것으로 관찰되지 않았다.
습식세정에 대한 다른 대안은 오염된 표면을 "분사(sandblast)"하기 위하여 사용되는 동결된 Ar, N2, H2O 또는 CO2를 포함하는 스노우 또는 펠릿 투사체가 포함된 제트의 사용을 포함한다. 이들 방법에서, 가압된 기체 또는 기/액 혼합물은 노즐에서 대기압 근처 또는 대기압 이하의 압력으로 팽창된다. 이렇게 하여 결과되는 줄-톰슨 냉각으로 고체 또는 액체 에어로졸 입자들이 생성되는데, 이들은 경계층을 가로질러 오염된 표면을 치게 된다. 이러한 기술은 극히 청정하고 순수한 처리 재료를 필요로 한다. 공급 기체 중의 미량의 분자 오염 물질(예를 들어, 탄화수소)은 팽창시 고체 입자들 또는 소적들로 응축되어 표면 상에 새로운 오염 물질의 증착을 야기할 수 있다. 이들 방법은 다수의 표면 오염 물질의 제거에 유용하나, 웨이퍼 표면 상에 존재하는 중요한 오염 물질 전부를 제거할 수 없으므로 아직 반도체 업계에 널리 수용되지 못하였다.
초임계 유체 중에 함침시키는 방법은 습식 세정법에 대한 또다른 대안이다. 여러가지 세정 및 추출 용도의 초임계 유체의 효과는 잘 정립되어 문헌화되어 있다. 초임계 유체의 용매성은 해당 기체 상태 보다 훨씬 크므로, 초임계 유체는 정밀한 표면으로부터 원하지 않는 막 및 분자 오염 물질을 효과적으로 용해 및 제거할 수 있다. 오염 물질은 임계 압력 이하로 압력을 감소시켜 킬레이트화제로부터 분리할 수 있는데, 이렇게 하여 오염 물질을 폐기를 위해 농축하여 세정 유체의 회수 및 재사용을 가능하게 한다.
특히 초임계 CO2는 웨이퍼 세정에 있어서 상기한 문제점들을 극복하기 위한 다목적적이고 비용 효과적인 방법으로서 사용되어 왔다. 초임계 CO2는 치수가 점점 소형화되는 부품을 효과적으로 세정함으로써 성능을 개선시키고 환경적으로 이롭게 한다. Preliminary Cost of Ownership(CoO)의 연구 결과는 초임계 CO2 세정이 수성 세정에 비하여 더욱 비용 효과적임을 나타낸다. 그러나, 액체/초임계 CO2 자체는 주로 비극성 종, 단량체 및 저분자량 유기 중합체를 용해시킬 수 있으므로, 무기 및/또는 극성 화합물 및 고분자량 중합체와 같은 다른 종은 액체 또는 초임계 CO2에 용이하게 용해되지 않는다. 이러한 용매 결함을 수정하기 위하여, 공용매 및 계면활 성제와 같은 공비첨가제를 액체 또는 초임계 CO2에 첨가하여 오염 물질 용해도를 증가시키고. 이로써 제거될 수 있는 오염 물질의 범위를 넓힌다.
광범위한 공용매, 킬레이트화제 및 계면활성제가 반도체 기판 세정용으로 사용되어 왔고/ CO2와 함께 사용할 것이 제안되어 왔다. 여기에는 특정 에스테르, 에테르, 알콜, 글리콜, 케톤, 아민, 아미드, 카르보네이트, 카르복실산, 알칸 디올, 알칸, 과산화수소 및 킬레이트화제가 포함된다. 플루오르화된 및 규소계 계면활성제는 CO2 중에서 용해도가 높으므로 종래 웨이퍼 세정용 액체 또는 초임계 CO2와 함께 사용되어 왔다. 그러나, 이들 계면활성제는 일반적으로 고가이므로 전체적인 처리 비용이 증가할 수 있다.
미래의 초소형 회로는 더욱 소형화가 특징이고 더 복잡해질 것이므로 제작에 더 많은 처리 단계가 필요할 것이다. 처리 재료계 및 처리 환경에서 오염 물질 조절이 훨씬 더 중요해질 것이다. 이러한 예상되는 개발을 고려할 때, 이러한 더 소형화되고 더 복잡해진 초소형 전자계의 제조에서 경제적인 수율을 유지하거나 개선시키는 개선된 웨이퍼 세정 방법이 필요하다. 또한, 소형화를 특징으로 하고 더 복잡해진 영향으로 에칭, 박막 증착, 평탄화 및 포토레지스트 개발을 비롯한 개선된 제작 공정 단계가 필요해질 것이다. 하기 기술되고 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정의되는 본 발명 구체예는 저렴한 비용의, 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 처리제 및/또는 니트릴을 포함하는 고밀도 세정 유체를 사용하여 개선된 처리 방법에 대한 필요성을 해결하고자 한다.
관련 출원 정보
본 출원은 본원에 그 전체 내용이 참고 문헌으로 인용되어 있는 2003년 8월 5일자 출원된 미국 특허 출원 제10/635,046호의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 고밀도 세정 유체 및 이를 포함하는 방법을 제공한다. 본 발명의 제1 양상은 고밀도 유체, 및 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 1종 이상의 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜을 포함하는 고밀도 세정 유체를 제공한다:
Figure 112007026951914-pat00001
Figure 112007026951914-pat00002
상기 식들에서, R, R1, R3 및 R4는 독립적으로 수소 원자, C1-34를 포함하는 직쇄형 알킬기, C2-34를 포함하는 분지쇄형 알킬기이고, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 하기 화학식 3으로 표시되는 1∼30개의 산화알킬렌 단량체 단위로부터 유도된 히드록실 말단 폴리(산화알킬렌)쇄, 상호작용성 작용기 및 이들의 조합이다:
Figure 112007026951914-pat00003
상기 식에서, R6, R7, R8 및 R9는 독립적으로 수소 원자, C 1-5를 포함하는 직쇄형 알킬기, C2-5를 포함하는 분지쇄형 알킬기 또는 C3-5를 포함하는 환형 알킬기이다.
본 발명의 제2의 양상은 고밀도 유체, 상기한 화학식 1 또는 2로 표시되는 1종 이상의 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜, 및 공용매, 계면활성제, 킬레이트화제 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 처리제를 포함하는 고밀도 세정 유체를 제공한다.
본 발명의 제3의 양상은 고밀도 유체 20∼99 중량%, 상기한 화학식 1 또는 2로 표시되는 1종 이상의 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 1∼20 중량%, 1종 이상의 공용매 0∼40 중량%, 및 1종 이상의 킬레이트화제 0∼20 중량%를 포함하는, 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 고밀도 세정 유체를 제공한다.
본 발명의 제4의 양상은 고밀도 유체 및 1종 이상의 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올(상기 유도된 알콜 또는 유도된 디올은 아민 및 산 작용기, 에스테르 작용기, 에테르 및 알콜 작용기, 에스테르 및 알콜 작용기, 니트릴 작용기, 카보네이트 작용기 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 상호작용성 작용기를 포함함)을 포함하는, 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 고밀도 세정 유체를 제공한다.
본 발명의 제5의 양상은 고밀도 유체 및 상기한 화학식 1 또는 2로 표시되는 1종 이상의 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜을 포함하는 고밀도 세정 유체와 기판을 접촉시키는 단계를 포함하는, 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 제6의 양상은
오염 물질을 포함하는 기판을 처리실로 도입시키는 단계,
아세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올, 유도된 아세틸렌계 알콜, 유도된 아세틸렌계 디올, 공용매, 킬레이트화제, 계면활성제 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 처리제 및 고밀도 유체를 포함하는 고밀도 세정 유체와 기판을 접촉시켜, 소모된 고밀도 처리 유체 및 처리된 기판을 제공하는 단계, 및
상기 소모된 고밀도 처리 유체로부터 오염 물질 및 1종 이상의 처리제를 분리시키는 단계
를 포함하는, 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 상기와 같은 양상 및 다른 양상들은 하기하는 발명의 구성에 개시된다.
고밀도 유체, 특히 초임계 유체는 예를 들어, 처리 단계를 거치는 초소형 전 자 부품과 같은 물품 또는 기판에 처리제를 운반하고, 여러가지 처리 단계의 종료시 초소형 전자 부품으로부터 바람직하지 않은 오염 물질을 제거하는 데 매우 적합하다. 이들 처리 단계는 일반적으로 회분식으로 실시되며 세정, 막 스트립핑, 에칭, 증착, 건조 및 평탄화를 포함할 수 있다. 초임계 유체의 다른 용도에는 금속 나노-결정의 현탁 및 나노-입자의 침전이 포함된다. 본 발명의 고밀도 세정 유체는 물품 또는 기판으로부터 유기, 무기 및 금속 잔사를 제거하여 이러한 물품 또는 기판을 추가 처리에 대해 준비시키는 데 사용된 종래의 수계 및 유기 용매계 제제를 대체할 수 있을 것으로 생각된다.
본 발명의 구체예를 이용하여 초소형 전자 장치 및 초소형 전자 기계 장치의 제조에서 만나게 되는 매우 다양한 오염-취약 물품을 세정 또는 처리할 수 있다. 본원에서 사용될 때 "기판"이란 고밀도 유체 또는 고밀도 세정 유체와 접촉할 수 있는 임의의 제조 물품을 의미한다. 이러한 물품은 예를 들어, 반도체 기판, 예를 들어, 규소 또는 갈륨 비소화물 웨이퍼, 레티클, 포토마스크, 평판 패널 디스플레이, 공정실의 내부 표면, 인쇄된 회로 보드, 표면 실장형 어셈블리(surface mounted assembly), 전자 어셈블리, 센시티브 웨이퍼 처리계 부품, 전기광학 하드웨어, 레이저 하드웨어 및 우주선 하드웨어, 표면 마이크로 장치형 시스템(surface micro-machined system) 및 제작시 오염되는 기타 관련 물품을 포함할 수 있다.
고밀도 유체는 용매 파워가 높고 밀도가 낮으며 확산도가 높고 처리될 기판에 대한 표면 장력이 무시할 수 있을 정도로 작다는 것을 특징으로 하므로 특히 초소형 전자 제품에서 오염 물질을 제거하는 데 이상적이다. 초소형 전자 장치에 유 용한 기판이 관련된 세정 방법에서, 이들 기판으로부터 제거되는 일반적인 오염 물질은 예를 들어, 노출된 포토레지스트 재료, 포토레지스트 잔사, UV-선 또는 X-선 경화된 포토레지스트, C-F-함유 중합체, 저분자량 및 고분자량 중합체 및 기타 유기 에칭 잔사와 같은 유기 화합물; 금속 산화물, CMP 슬러리에서 유래하는 세라믹 입자 및 기타 무기 에칭 잔사와 같은 무기 화합물; 유기 금속 잔사 및 금속 유기 화합물과 같은 금속 함유 화합물; 이온종 및 중성종, 경질 및 중질 무기(금속)종, 수분, 및 평탄화 및 스퍼터 에칭 공정시 발생되는 입자를 비롯한 불용성 재료를 포함할 수 있다. 초소형 전자 처리에 사용되는 처리 유체는 오염 물질의 추가의 도입을 피하기 위하여 일반적으로 순도가 높은데, 다른 용도로 사용되는 유사한 유체보다 순도가 훨씬 더 높다. 이러한 맥락에서 이러한 용도를 위한 순도가 매우 높은 유체의 정제는 매우 주의 깊게 실시되어야 한다.
본원에서 사용될 때 "처리하는" 또는 "처리되는"은 기판에 물리적 및/또는 화학적 변화를 일으키는 고밀도 유체 및 고밀도 세정 유체와 기판을 접촉시키는 것을 의미한다. 용도에 따라, "처리"는 예를 들어, 막 스트립핑, 세정, 건조, 에칭, 평탄화, 증착, 추출, 포토레지스트 현상 또는 현탁된 나노-입자 및 나노-결정의 형성을 포함할 수 있다.
도 1은 단일성분 초임계 유체에 대한 압력-온도 상 다이어그램이다. 본원에서 사용될 때 "성분"이란 원소(예를 들어, 수소, 헬륨, 산소, 질소) 또는 화합물(예를 들어, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 헥사플루오르화황)을 의미한다. 도 1에서, 단일성분에 대해 4개의 구별된 영역 또는 상, 즉, 고체(1'), 액체(2'), 기체 (3') 및 초임계 유체(4')가 존재한다. 도 1에서 "C"로 표시된 임계점은 그 아래에서는 단일성분이 증기/액체 평형으로 존재할 수 있는 그러한 온도(임계 온도 Tc) 및 압력(임계 압력 Pc)으로서 정의된다. 임계점에서의 단일성분의 밀도가 임계 밀도이다. 또한, 도 1에는 또한 승화 곡선(5') 또는 고체(1') 및 기체(3') 영역을 분리하는 "A" 및 "T" 사이의 선, 융해 곡선(6') 또는 액체(2') 및 고체(1') 영역을 분리하는 "T" 및 "B" 사이의 선, 기화 곡선(7') 또는 액체(2') 및 기체(3') 영역을 분리하는 "T" 및 "C" 사이의 선도 도시되어 있다. 3개의 곡선은 3상 또는 고체, 액체 및 기체가 평형을 이루면서 공존하는 "T"로 표시되는 삼중점에서 만난다. 일정한 온도에서 압력을 감소시킴으로써 기화될 수 있을 경우 상은 일반적으로 액체로 고려된다. 마찬가지로, 일정한 압력에서 온도를 감소시킴으로써 응축될 수 있을 경우 상은 기체로 고려된다. 기체 및 액체 영역은 도 1에 도시된 바와 같이 임계점(C) 또는 그 이상에서 구별할 수 없게 된다.
단일성분 초임계 유체는 임계 온도 및 압력 또는 그 이상에서 유체로 정의된다. 단일성분 초임계 유체와 유사한 특성을 갖는 관련 단일성분 유체는 액체 포화압 이상의 압력 및 임계 온도 이하의 온도에서 존재하는 단일상 유체이다. 단일성분 고밀도 유체의 추가예는 임계압 이상의 압력 또는 액체 포화압 이상의 압력에서 단일상 유체일 수 있다. 단일성분 초임계 유체는 임계 온도 이하의 온도 또는 임계 압력 이하의 압력, 또는 이와는 다르게 0.75 Pc ≤P ≤Pc 범위의 압력 P 및 증기 포화 온도 이상의 온도에서 유체로서 정의된다. 본 명세서에서, "고밀도 유체(dense fluid)"란 단일성분 유체에 적용될 경우 초임계 유체, 임계 온도 이하의 온도 및 액체 포화압 이상의 압력에서 존재하는 단일상 유체, 임계 압력 이상의 압력 및 액체 포화압 이상의 압력에서 단일상 유체 및 단일성분 초임계 유체를 포함하는 것으로 정의된다. 단일성분 고밀도 유체의 일례가 도 1의 빗금 영역으로서 도시되어 있다.
단일성분 고밀도 유체의 예는 이산화탄소에 대한 대표적 밀도-온도 상 다이어그램인 도 2에 예시된다. 이 다이어그램은 87.9℉(31.1℃)의 임계 온도 및 1,071 psia의 임계 압력에서 임계점(5)에서 만나는 포화 액체 곡선(1) 및 포화 증기 곡선(3)을 나타낸다. 1,071 psia의 임계 등압을 비롯한 일정 압력(등압)선이 도시되어 있다. 라인 7은 용융 곡선이다. 포화 액체 곡선(1) 및 포화 증기 곡선(3)에 의하여 둘러싸인, 이들 곡선의 왼쪽 영역은 2-상 증기-액체 영역이다. 포화 액체 곡선(1), 포화 증기 곡선(3) 및 용융 곡선(7)의 오른쪽 및 외부 영역은 단일상 유체 영역이다. 본원에 정의된 바와 같은 고밀도 유체는 교차 빗금 영역(9)(임계 압력 또는 그 이상) 및 (10)(임계 압력 이하)으로 표시된다.
일반적인 밀도-온도 다이어그램은 도 3에 도시된 바와 같이 온도 감소, 압력 감소 및 밀도 감소 면에서 정의될 수 있다. 온도 감소(TR)는 절대 온도를 절대 임계 온도로 나눈 값으로 정의되고, 압력 감소(PR)는 절대 압력을 절대 임계 압력으로 나눈 값으로 정의되며 밀도 감소(ρR)는 밀도를 임계 밀도(ρR)로 나눈 값으로 정의된다. 온도 감소, 압력 감소 및 밀도 감소는 정의에 의하여 모두 임계점에서 1이다. 도 3은 1의 온도 감소, 1의 밀도 감소 및 1의 압력 감소시 임계점(205)에서 만나는 포화 액체 곡선(201) 및 포화 증기 곡선(203)을 비롯하여 도 2와 유사한 특징을 나타내 보인다. PR은 1인 임계 등압(207)을 비롯한 일정 압력(등압)선이 도시된다. 도 3에서, 포화 액체 곡선(201) 및 포화 증기 곡선(203)에 의하여 둘러싸인, 이들 곡선의 왼쪽에 위치한 영역은 2-상 증기-액체 영역이다. 임계 온도 TR = 1의 오른쪽 및 PR = 1 등압 위의 교차 빗금 영역(209)은 단일상 초임계 유체 영역이다. 임계 온도 TR = 1의 왼쪽 및 포화 액체 곡선(201) 위의 교차 빗금 영역(211)은 단일상 압축 액체 영역이다. 등압 PR = 1 아래, 포화 증기 곡선(203)의 오른쪽 교차 빗금 영역(213)은 단일상 압축 기체 또는 고밀도 기체를 나타낸다. 본원에 정의된 바와 같은 고밀도 유체는 단일상 초임계 유체 영역(209), 단일상 압축 액체 영역(211) 및 단일상 고밀도 기체 영역(213)을 포함한다.
이와는 다르게, 고밀도 유체는 2 이상의 성분의 혼합물을 포함할 수 있다. 다성분 고밀도 유체는 액체 포화 압력, 임계 압력 및 임계 온도가 조성의 함수인 단일성분 고밀도 유체와 상이하다. 이 경우, 고밀도 유체는 이의 포화점 또는 발포점 압력 위 또는 혼합 임계점 위의 온도 및 압력의 조합을 갖는 주어진 조성의 단일상 다성분 유체로 정의된다. 다성분 유체에 대한 임계점은 상기 압력 및 온도의 조합으로서 정의되는데, 여기서 주어진 조성의 유체는 단일상으로서만 존재한다. 본 명세서에서, "고밀도 유체"란 다성분 유체에 적용될 경우 포화 압력 또는 발포 점 이상의 압력 및 임계 온도 이하의 온도에서 존재하는 단일상 유체 및 초임계 유체를 모두 포함하는 것으로 정의된다. 다성분 고밀도 유체는 또한 액체 포화 압력 또는 발포점 이상의 압력 또는 임계 압력 이상의 압력에서 단일상 다성분 유체로서 정의할 수 있다. 다성분 고밀도 유체는 또, 0.75 Pc ≤P ≤Pc 범위의 압력 P 및 액체 포화 온도 또는 발포점 이상의 온도에서 단일상 또는 다상 다성분 유체로서 정의될 수도 있다. 다성분 초임계 유체는 혼합 임계점 이하의 압력 및 온도의 조합을 갖는 주어진 조성의 다성분 유체로서 정의된다.
따라서, 고밀도 유체의 일반적 정의는 상기 정의한 바와 같은 다성분 고밀도 유체 뿐만 아니라 상기 정의한 바와 같은 단일성분 고밀도 유체를 포함한다. 유사하게, 초임계 유체는 단일성분 유체 또는 다성분 유체일 수 있다. 일부 구체예에서, 단일성분 초임계 유체 또는 다성분 초임계 유체는 고밀도 유체일 수 있다.
용도에 따라, 고밀도 유체는 단일성분 유체 또는 다성분 유체일 수 있고, 약 0.2 ∼ 약 2.0 범위의 온도 감소 및 0.75 이상의 압력 감소를 가질 수 있다. 본원에서 온도 감소는 유체의 절대 온도를 유체의 절대 임계 온도로 나눈 값으로 정의되고, 압력 감소는 절대 압력을 절대 임계 압력으로 나눈 값으로 정의된다.
이산화탄소는 단일성분 고밀도 세정 유체로 사용될 경우, 가압 용기에서 소정의 고밀도 유체 압력을 발생시키기 위하여 약 86℉(30.08℃) ∼ 약 500℉(260℃)의 온도로 가열될 수 있다. 더 일반적으로는, 고밀도 유체로 임의의 성분(들)을 사용할 경우, 이러한 유체는 약 2.0 이하의 압력 용기에서 감온까지 가열할 수 있는 데, 상기에서 감온이란 가열 후 가압 용기내 유체의 평균 절대 온도를 유체의 절대 임계 온도로 나눈 것으로 정의된다. 임의 수의 성분을 함유하는 유체에 대한 임계 온도란, 그 이상에서는 유체가 항상 단일 유체 상으로 존재하고, 그 이하에서는 두 상을 형성할 수 있는 온도로서 정의된다.
상기한 예시적 방법에서 고밀도 유체로서 이산화탄소를 사용할 경우, 적절한 용도에 대한 다른 고밀도 유체 성분을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 고밀도 유체는 이산화탄소, 질소, 메탄, 산소, 오존, 아르곤, 헬륨, 암모니아, 산화질소, C2-6을 갖는 탄화수소, 플루오르화수소, 염화수소 및 삼산화황으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 고밀도 유체는 퍼플루오로카본 화합물[예를 들어, 테트라플루오로메탄 (CF4), 헥사플루오로에탄 (C2F6), 헥사플루오로프로필렌 (C3F6), 헥사플루오로부타디엔 (C4F6), 펜타플루오로에탄, 퍼플루오로프로판, 펜타플루오로프로판 및 옥타플루오로시클로부탄 (C4F8)], 히드로플루오로카본[예를 들어, 모노플루오로메탄, 디플루오로메탄 (CH2F2), 트리플루오로메탄 (CHF3), 트리플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 플루오르화메틸 (CH3F), 펜타플루오로에탄 (C2HF5 ), 트리플루오로에탄 (CF3CH3), 디플루오로에탄 (CHF2CH3) 및 플루오로화에틸 (C2H5F)], 플루오로화된 니트릴[예를 들어, 퍼플루오로아세토니트릴 (C2F3N) 및 퍼플루오로프 로피오니트릴 (C3F5N)], 플루오로에테르[예를 들어, 퍼플루오로디메틸에테르 (CF3 -O-CF3), 펜타플루오로디메틸 에테르 (CF3-O-CHF2), 트리플루오로디메틸 에테르 (CF3-O-CH3), 디플루오로-디메틸 에테르 (CF2H-O-CH3) 및 퍼플루오로메틸 비닐 에테르 (CF2=CFO-CF3)], 플루오로아민[예를 들어, 퍼플루오로메틸아민 (CF5N)] 및 기타 플루오로화된 화합물[예를 들어, 플루오르화수소, 헥사플루오르화황, 삼불화염소, 삼불화질소 (NF3), 카보닐 플루오라이드 (COF2), 니트로실 플루오라이드(FNO), 헥사플루오로프로필렌 산화물 (C3F6O2), 헥사플루오로실록산(Si2OF 6), 헥사플루오로-1,3-디옥솔란 (C3F6O2), 헥사플루오로프로필렌 산화물 (C3F6 O), 플루오로옥시트리플루오로메탄(CF4O), 비스(디플루오록시)메탄(CF4O2), 디플루오로디옥시란(CF2 O2) 및 트리플루오로니트로실메탄(CF3NO)]과 같은 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 플루오르화된 고밀도 유체의 추가 예에는 507A 507A(펜타플루오로에탄 및 트리플루오로에탄의 혼합물) 및 410A(디플루오로메탄 및 펜타플루오로에탄의 혼합물)와 같은 상이한 냉매의 공비 및 비공비 혼합물이 포함되나 이에 한정되지 않는다. 일부 예시적인 플루오르화된 고밀도 유체의 통상적인 비점 온도(Tb), 임계 온도 및 압력은 표 1에 나타낸다. 이들 구체예에서, 저 임계 온도(Tc) 및 임계 압력(Pc)을 갖는 플루오르화된 고밀도 유체가 바람직하다.
용매/기체 화학식 Tb(℃) Tc(℃) Pc(bar)
트리플루오르화질소 NF3 -129.1 -39.0 45.3
테트라플루오로메탄 CH4 -127.9 -45.4 37.4
트리플루오로메탄 CHF3 -82.1 26.3 48.6
헥사플루오로에탄 C6F6 -78.2 20.0 30.6
펜타플루오로에탄 C2HF5 -48.6 66.3 36.3
디플루오로메탄 CH2F2 -51.8 78.6 58.3
플루오르화메틸 CH3F -78.4 42.0 56.0
트리플루오로에탄 C2F3H3 -47.2 72.7 37.6
냉매 507A 혼합물 -47.0 70.7 37.1
퍼플루오로에틸렌 C2F4 -76.0 33.3 39.4
퍼플루오로프로필렌 C3F6 -29.6 86.2 29.0
디플루오로에틸렌 CF2=CH2 -84.0 30.0 44.6
퍼플루오로아세토니트릴 C2F3N -64.5 38.0 36.2
고밀도 세정 유체는 일반적으로 하나 이상의 공비첨가제 또는 처리제를 첨가한 고밀도 유체를 말한다. 처리제는 오염된 물품 또는 기판으로부터 오염 물질을 제거하는 고밀도 유체의 세정 능력을 증대시키는 공비첨가제와 같은 제제로서 정의된다. 또한, 처리제는 고밀도 세정 유체내 오염 물질을 용해 및/또는 분산시킬 수 있다. 고밀도 세정 유체는 일반적으로 고밀도 유체에 처리제를 가한 후 단일 상으로 남아 있다. 이와는 다르게, 고밀도 세정 유체는 1종 이상의 처리제를 함유하는 제2 현탁상 또는 분산상을 포함하는 현탁액 또는 에멀젼일 수 있다. 고밀도 세정 유체내 이들 처리제의 총 농도는 고밀도 세정 유체의 중량을 기준으로 하여 일반적으로 약 50 중량% 미만 또는 0.1∼40 중량% 범위일 수 있다.
처리제는 일반적으로 공용매, 계면활성제, 킬레이트화제, 화학적 개질제 및 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 대표적인 처리제의 몇가지 예로는 아세틸렌계 알콜 및 이의 유도체, 아세틸렌계 디올(비이온성의 알콕실화된 및/또는 자가-유화된 아세틸렌계 디올 계면활성제) 및 이의 유도체, 알콜, 4차 아민 및 디아민, 아미드(디메틸 포름아미드 및 디메틸 아세트아미드와 같은 비양성자성 용매 포함), 알킬 알칸올아민(예를 들어, 디에탄올에틸아민), 및 킬레이트화제(예를 들어, 베타-디케톤, 베타-케토이민, 카르복실산, 말산 및 타르타르산계 에스테르 및 디에스테르와 이의 유도체, 3차 아민, 디아민 및 트리아민)가 있다.
본 발명에서, 고밀도 세정 유체내 1종 이상의 처리제는 아세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올 또는 이들의 유도체이다. 1종 이상의 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올의 양은 고밀도 세정 유체의 0.01∼20 중량% 또는 1∼10 중량% 범위일 수 있다. 아세틸렌계 알콜 및 아세틸렌계 디올은 본 발명의 양수인인 미국 펜실베니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미컬즈, 아이엔씨사가 SURFYNOL(등록상표) 및 DYNOL(등록상표)이란 상표명으로 시판하고 있다. 아세틸렌계 알콜의 예에는 예를 들어, 1-헥신-3-올 (C6H10O), 3,6-디메틸-1-헵틴-3-올 (C9H16 O), 3-메틸-1-펜틴-3-올 (C6H10O), 4-에틸-1-옥틴-3-올 (C10H18O) 및 3,5-디메틸-1-헥신-3-올 (C8H14O, SURFYNOL(등록상표) 61로 시판됨)이 포함된다. 아세틸렌계 디올의 예에는 예를 들어, 5-데신-4,7-디올 (C10H16O2), 2,5,8,11-테트라메틸-6-도데신-5,8-디올 (C16H30O2, SURFYNOL(등록상표) 124로 시판됨), 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올 (C10H18O2, SURFYNOL(등록상표) 82로 시판됨), 5,10-디에틸-7-테트라데신-6,9-디올 (C18H32O2 ), 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 (C14H26O2, SURFYNOL(등록상표) 104로 시판됨), 에톡실화된 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올, 프로폭실화된 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올, 부톡실화된 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올, 2,5-디메틸-3-헥신-2,5-디올(C8H14O2, DYNOL(등록상표) 604로 시판됨), 에톡실화된 2,5,8,11-테트라메틸-6-도데신-5,8-디올 및 프로폭실화된 2,5,8,11-테트라메틸-6-도데신-5,8-디올 (C8H14O)이 포함된다. 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올은 1,000∼7,000 psig 또는 1,200∼6,000 psig 또는 1,500∼4,500 psig 범위의 압력에서 고밀도 세정 유체 중에 가용성일 수 있다. 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올은 10∼70℃ 또는 20∼60℃ 또는 35∼50℃의 온도 범위에서 고밀도 세정 유체 중에 가용성일 수 있다.
아세틸렌계 알콜 또는 디올은 예를 들어, 본원에 그 전체 내용이 참고 문헌으로 포함되고 본 발명의 양수인에 양도된 미국 특허 제6,313,182호 및 유럽 제1115035A1호에 개시된 방법을 비롯한 다수의 방법으로 제조될 수 있다. 이들 화합물을 제조하는 한 방법은 에티닐화 방법 또는 아세틸렌과 카보닐 화합물의 반응을 통한 것이다. 일반적으로, 에티닐화는 고온에서 보다 디올(글리콜)을, 보다 저온에서 알콜을 생성시키는 알칼리 히드록사이드 염기성 촉매를 사용한다.
아세틸렌계 알콜 또는 디올 계면활성제의 일반적인 분자 구조는 각각 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시된다:
화학식 1
Figure 112007026951914-pat00004
화학식 2
Figure 112007026951914-pat00005
상기 식들에서, R, R1, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-34 를 포함하는 직쇄형 알킬기, C2-34를 포함하는 분지쇄형 알킬기이고, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이며, 1∼30개의 산화알킬렌 단량체 단위로부터 유도된 히드록실 말단 폴리(산화알킬렌)쇄, 상호작용성 작용기 및 이들의 조합이다:
산화알킬렌 단량체 단위의 예에는 산화에틸렌(EO), 산화프로필렌(PO) 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 단위를 포함한다:
화학식 3
R6, R7, R8 및 R9는 독립적으로 수소 원자, C1-5를 포함하는 직쇄형 알킬기, C2-5를 포함하는 분지쇄형 알킬기 또는 C3-5를 포함하는 환형 알킬기이다.
본원에 개시된 화학식들에서, "알킬"이란 다른 지시가 없는 한, C1-34 또는 C1-12 또는 C1-5를 포함하는 직쇄형 알킬기, C2-34 또는 C2-12를 포함하는 분지쇄형 알킬기 또는 C3-34 또는 C3-12를 포함하는 환형 알킬기이다. 이 용어는 할로알킬, 알카릴 또는 아랄카릴과 같은 다른 기에 포함되는 알킬 성분에도 적용된다. 용어 "알킬"은 또 치환된 알킬 성분에도 적용된다. 본원에서 사용될 때, "아릴"이란 방향족 특성을 갖는 6원∼12원 탄소 고리이다. 용어 "아릴"은 또한 치환된 아릴 성분에도 적용된다.
알콕실화의 바람직한 범위, 즉 아세틸렌계 알콜 또는 디올내 산화에틸렌, 산화프로필렌 또는 화학식 3으로 표시되는 단위의 중량%는 0.1∼85% 범위인데 용도에 따라 달라진다. 예를 들어, 고밀도 유체로서 CO2를 사용하는 고밀도 세정 유체 용도에서, 에톡실화는 0.1∼60% 또는 0.1∼40% 또는 0.1∼20% 범위이다.
본 발명의 일부 구체예에서, 화학식 1 또는 2의 치환기 R2 또는 R5는 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올을 제공하는 1종 이상의 상호작용성 작용기를 포함한다. 용어 "상호작용성 작용기"는 고밀도 세정 유체내 포함된 1종 이상의 오염 물질과 상호작용하는 작용기를 의미한다. 상호작용성 작용기는 치환기 R2 또는 R5에서 산화알킬렌 단량체 단위 또는 수소 원자에 부속되거나 일부 경우 이를 대체한다.
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 에 대하여 과량, 화학양론량 또는 제한적 반응량으로 소정의 상호작용성 작용기를 갖는 시약을 화학식 1 또는 2를 갖는 아세틸렌계 알콜 또는 디올과 반응시킴으로써 제조한다. 분리된 고체 중합체 상의 형성을 피하기 위하여 화학양론량 또는 제한적 반응량의 시약이 바람직하다. 시간, 온도, 압력, 대기압 등과 같은 반응 조건은 상호작용성 작용기를 제공하기 위하여 사용되는 시약을 기준으로 달라질 수 있다. 반응 결과, 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 분리된 고체 중합체 상으로서가 아니라 자신에 결합된 1종 이상의 상호작용성 작용기를 가진다.
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올은 추가의 처리제 또는 예를 들어, 계면활성제 또는 킬레이트화제와 같은 처리제를 고밀도 세정 유체에 첨가할 필요를 방지할 수 있다. 기판으로부터 특정 오염 물질을 제거하기 위하여 상호작용성 작용기를 선택할 수 있다. 이 점에서, 고밀도 세정 유체는 예를 들어, 무기물(예, 금속 및 금속 이온) 또는 유기물(예, 중합체 잔기 및 포토레지스트)과 같은 여러가지 오염 물질을 기판으로부터 선택적으로 제거할 수 있도록 조절될 수 있다.
화학식 4∼I는 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 분자의 비제한적 예를 제공한다. 예시적인 상호작용성 작용기는 아민 및 산 작용기(화학식 4), 에스테르 작용기(화학식 5), 에테르 및 알콜 작용기(화학식 6), 에스테르 및 알콜 작용기(화학식 7), 니트릴 작용기(화학식 8) 및 카르보네이트 작용기(화학식 9)를 포함한다. 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올 분자내 1종 이상의 상호작용성 작용기를 제공하는 또다른 시약은 알킬 폴리글리코시드 또는 기타 당 유도체를 포함한 다. 화학식 4∼I에서, 치환기 R2 또는 R5는 시약에 의하여 제공되는 작용기를 포함하고 각 화학식에서 m+n의 값은 상호작용성 작용기가 부속된 처음의 알콜 또는 디올 분자 중의 산화알킬렌 단량체 단위의 양을 결정한다. 처음의 알콜 또는 디올에서 m+n의 값이 0일 경우와 같은 일부 구체예에서, 유도된 알콜 또는 디올은 R2 및/또는 R5에서 산화알킬렌 단량체 단위를 함유하지 않는다.
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 상호작용성 작용기로서 1종 이상의 산 및 아민기를 가질 수 있다. 하기 화학식 4는 치환기 R5가 산 및 아민 작용기이고 m+n의 값이 0∼30 범위의 수인 유도된 디올의 일례를 제공한다. 이들 구체예에서, 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜은 예를 들어, 에틸렌디아민 테트라아세테이트 무수물과 같은 1종 이상의 시약과 반응하여 여러가지 양의 산 및 아민 작용기를 포함하는 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 제공할 수 있다.
Figure 112007026951914-pat00007
대안적 구체예에서, 아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올의 양은 반응시 상호작용성 작용기를 제공하기 위하여 사용되는 시약보다 상대적으로 더 높은 농도로 존재할 수 있다. 이들 구체예에서, 일부의 아세틸렌계 알콜 또는 디올만이 유도된다. 예를 들어, 과량의 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올은 에틸렌디아민 테트라아세테이트 무수물 시약과 반응하여 하나의 에틸렌디아민 테트라아세테이트 무수물과 결합된 2개의 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 분자를 포함하는 분자를 제공할 수 있다. 반대로, 화학식 4의 화합물은 하나의 아세틸렌계 알콜 또는 디올 분자와 결합된 하나의 에틸렌디아민 테트라아세테이트 무수물 분자를 포함한다.
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 상호작용성 작용기로서 1종 이상의 에스테르 작용기를 가질 수 있다. 이들 구체예에서, 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜은 예를 들어, 염화아세틸과 같은 1종 이상의 시약과 반응하여 여러가지 양의 에스테르 작용기를 포함하는 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 제공할 수 있다. 하기 화학식 5는 치환기 R5가 에스테르 작용기이고 m+n의 값이 0∼30 범위의 수이며 s+t의 값이 1∼2 범위의 수인 유도된 디올의 일례를 제공한다.
Figure 112007026951914-pat00008
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 상호작용성 작용기로서 1종 이상의 에테르 및 알콜 작용기를 가질 수 있다. 이들 구체예에서, 아세틸렌계 디올 또는 아 세틸렌계 알콜은 예를 들어, 글리시딜 메틸에테르, 글리시딜 이소프로필에테르, 글리시딜 부틸에테르, 글리시딜 테트라플루오로에틸에테르 또는 기타 글리시딜 알킬에테르 또는 글리시딜 플루오로알킬에테르와 같은 1종 이상의 시약과 반응하여 에테르 및 알콜 작용기를 조합하여 여러가지 양으로 포함하는 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 제공할 수 있다. 하기 화학식 6은 치환기 R5가 에테르 및 알콜 작용기이고, m+n의 값이 0∼30 범위의 수이며, s+t의 값이 1∼2 범위의 수이고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 C1-34를 포함하는 직쇄형 알킬기 또는 플루오로알킬기, C2-34를 포함하는 분지쇄형 알킬기 또는 플루오로알킬기, 또는 C3-34를 포함하는 환형 알킬기 또는 플루오로알킬기인 유도된 디올의 일례를 제공한다:
Figure 112007026951914-pat00009
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 상호작용성 작용기로서 1종 이상의 에스테르 및 알콜 작용기를 가질 수 있다. 이들 구체예에서, 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜은 예를 들어, 글리시딜 아세테이트, 글리시딜 부티레이트, 글리시 딜 벤조에이트, 글리시딜 메타크릴레이트 또는 기타 글리시딜 에스테르와 같은 1종 이상의 시약과 반응하여 에스테르 및 알콜 작용기를 조합하여 여러가지 양으로 포함하는 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 제공할 수 있다. 기타 소정의 킬레이트화 또는 가용화 작용기를 제공하기 위하여 글리시딜 시약은 또한 글리시딜 니트로벤조에이트, 글리시딜 카르복사미드, 글리시딜 토실레이트 또는 글리시독시프로필디메틸에톡시실란일 수도 있다. 하기 화학식 7은 치환기 R5가 에스테르 및 알콜 작용기이고, m+n의 값이 0∼30 범위의 수이며, s+t의 값이 1∼2 범위의 수이고, R12 및 R13은 각각 독립적으로 C1-34를 포함하는 직쇄형 알킬기 또는 플루오로알킬기, C2-34를 포함하는 분지쇄형 알킬기 또는 플루오로알킬기, 또는 C3-34를 포함하는 환형 알킬기 또는 플루오로알킬기인 유도된 디올의 일례를 제공한다:
Figure 112007026951914-pat00010
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 상호작용성 작용기로서 1종 이상의 니트릴 작용기를 가질 수 있다. 이들 구체예에서, 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜은 예를 들어, 아크릴로니트릴 또는 기타 니트릴 단량체와 같은 1종 이상의 시약과 반응하여 여러가지 양의 니트릴 작용기를 포함하는 니트릴 말단-캡핑된 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 제공할 수 있다. 하기 화학식 8은 치환기 R5가 니트릴 작용기이고, m+n의 값이 0∼30 범위의 수이며, s+t의 값이 1∼2 범위의 수인 유도된 디올의 일례를 제공한다:
Figure 112007026951914-pat00011
유도된 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 상호작용성 작용기로서 1종 이상의 카르보네이트 작용기를 가질 수 있다. 이들 구체예에서, 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜은 예를 들어, 알킬렌 카르보네이트와 같은 1종 이상의 시약과 반응하여 여러가지 양의 카르보네이트 작용기를 포함하는 알킬 카르보네이트 말단-캡핑된 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 제공할 수 있다. 하기 화학식 9는 치환기 R5가 니트릴 작용기이고, R14 및 R15는 각각 독립적으로 C1-34를 포함하는 직쇄형, 분지쇄형 또는 환형 알킬기이며, m+n의 값은 0∼30 범위의 수이며, s+t의 값은 1∼2 범위의 수인 유도된 디올의 일례를 제공한다:
Figure 112007026951914-pat00012
상기 언급한 바와 같이, 고밀도 세정 유체에 첨가할 수 있는 추가의 처리제는 공용매, 계면활성제, 킬레이트화제, 화학적 개질제 또는 기타의 첨가제를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 고밀도 세정 유체 중 이들 추가적 처리제의 총 농도는 일반적으로 약 50 중량% 미만이거나, 또는 약 0.1 ∼ 약 40 중량% 범위일 수 있다.
고밀도 세정 유체에 공용매를 첨가한 구체예에서, 공용매는 바람직하게는 에스테르(에틸 아세테이트, 에틸 락테이트), 에테르(디에틸 에테르, 디프로필 에테르), 알콜(메탄올, 이소프로판올), 니트릴(아세토니트릴, 프로피오니트릴, 벤조니트릴), 수화된 니트릴(에틸렌 시아노하이드린), 글리콜(에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜), 모노에스테르 글리콜(에틸렌 글리콜 모노아세테이트), 케톤(아세톤, 아세토페논) 및 플루오르화된 케톤(트리플루오로아세토페논), 피리딘을 비롯한 3차 아민(트리에틸 아민, 트리부틸 아민, 2,4 디메틸 피리딘), 알칸올아민(디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민), 아미드(디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드), 카르보네이트(에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트), 카르복실산(아세트산, 타르타르산, 말산), 알칸 디올(부탄 디올, 프로판 디올), 알칸(n-헥산, n-부탄), 과산화물(과산화수소, t-부틸 과산화물, 2-히드로퍼옥시 헥사플루오로프로판-2-올), 물 (탈이온수, 초고순도), 우레아, 할로알칸(퍼플루오로부탄, 헥사플루오로펜탄), 할로알칸 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공용매이다. 고밀도 유체에 첨가되는 공용매의 양은 1∼40 중량%, 또는 1∼20 중량%, 또는 1∼10 중량% 범위일 수 있다. 특정 구체예에서, 공용매는 벤조니트릴, 프로피오니트릴 또는 아세토니트릴과 같은 니트릴 화합물인데, 이것은 고밀도 세정 유체 중에 1∼20 중량% 또는 1∼10 중량% 범위의 양으로 존재한다.
또한, 킬레이트화제도 고밀도 세정 유체에 0.01∼20 중량% 또는 1∼5 중량% 범위의 양으로 첨가될 수 있다. 적당한 킬레이트화제의 예에는 베타-디케톤(예, 아세틸아세톤, 아세토닐 아세톤, 트리플루오로아세틸아세톤, 테노일트리플루오로아세톤 또는 헥사플루오로아세틸아세톤), 카르복실산(예, 시트르산, 말산, 옥살산 또는 타르타르산), 말산 에스테르 및 디에스테르, 타르타르산 에스테르 및 디에스테르, 옥신(예, 8-히드록시퀴놀린), 3차 아민(예, 2-아세틸 피리딘, 3차 디아민, 3차 트리아민), 니트릴(예, 에틸렌 시아노하이드린), 베타-케토이민, 에틸렌디아민 테트라아세트산 및 이의 유도체, 카테콜, 콜린-함유 화합물, 트리플루오로아세트산 무수물, 옥심(예, 디메틸 글리옥심), 디티오카르바메이트[예, 비스(트리플루오로메틸)디티오카르바메이트], 터피리딘, 에틸렌 시아노하이드린, N-(2-히드록시에틸)이미노디아세트산 및 이들의 조합이 포함되나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 한 구체예에서, 고밀도 세정 유체 중의 1종 이상의 처리제(킬레이트화제 및/또는 계면활성제)는 말산 디에스테르, 타르타르산 디에스테르 또는 이들의 유도체일 수 있다. 이들 구체예에서, 고밀도 세정 유체 중의 말산 디에스테르 처리제 또는 타르타르산 디에스테르 처리제의 양은 0.01∼20 중량% 또는 1∼10 중량% 범위일 수 있다. 말산 디에스테르 및 타르타르산 디에스테르는 고밀도 CO2 유체 중에 매우 가용성이므로 포토레지스트 및 포토레지스트 잔사를 제거하기 위한 효과적인 처리제이다. 이들 분자 및 이들의 제조 방법은 예를 들어, 그 전체 내용이 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있으며 본 발명의 양수인에 양도된 미국 제6,423,376B1호, 미국 제6,369,146B1호 및 미국 제6,544,591B2호에 개시되었다.
예시적인 말산 디에스테르 및 타르타르산 디에스테르는 하기 화학식 10 및 11로 표시된다:
Figure 112007026951914-pat00013
Figure 112007026951914-pat00014
상기 식들에서, R16 및 R17은 독립적으로 C1-20을 포함하는 직쇄형 알킬기 또는 할로알킬기, C2-20을 포함하는 분지쇄형 알킬기 또는 할로알킬기, 또는 C3-20을 포함하는 환형 알킬기 또는 할로알킬기이다.
치환기 R16 및 R17은 동일하거나 상이할 수 있으나, 대칭적 말산염 또는 타르타르산염인데, 즉 R16 및 R17이 동일할 경우 합성이 용이하여 바람직할 수 있다. 말산 디에스테르 및 타르타르산 디에스테르의 입체 이성질체도 또한 본 발명에 적당하다. 디알킬말레이트 및 디알킬 타르트레이트로도 공지된 디에스테르에 대한 적당한 알킬기는 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 3-메틸-2-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 2-에틸헥실 및 도데실 기를 포함한다. 알킬기는 할로알킬기, 바람직하게는 플루오로알킬기와 같은 1종 이상의 할로겐 원자를 더 포함할 수 있다. 말산 디에스테르 및 타르타르산 디에스테르는 1,000∼7,000 psig, 1,200∼6,000 psig, 21,500∼4,500 psig 범위의 압력에서 고밀도 세정 유체 중에 가용성이다. 이들은 10∼70℃, 20∼60℃ 또는 35∼50℃의 온도 범위에서 가용성이다.
본 발명의 다른 구체예에서, 말산 디에스테르 및 타르타르산 디에스테르는 1종 이상의 상호작용성 작용기를 포함하는 시약과 반응하여 유도된 말산 디에스테르 또는 유도된 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있다. 이들 구체예에서는, 소정의 작용기를 갖는 시약을 디에스테르에 대하여 과량, 화학양론량 또는 제한적 반응량으로 디에스테르와 반응시킨다. 화학양론량 또는 제한적 반응량의 시약을 사용하여 분리된 고체 중합체 상의 형성을 피할 수 있다. 시간, 온도, 압력, 대기압 등과 같은 반응 조건은 작용기를 제공하기 위하여 사용되는 시약을 기초로 달라질 수 있다. 반응 결과, 디에스테르는 분리된 고체 중합체 상으로서가 아닌 자신에 결합된 상호작용성 작용기를 가진다. 유도된 아세틸렌계 알콜 또는 유도된 아세틸렌계 디올과 같이 유도된 디에스테르는 계면활성제 및 킬레이트화제와 같은 별도의 첨가제를 고밀도 세정 유체에 첨가할 필요를 방지할 수 있다. 또한, 디에스테르 상의 1종 이상의 상호작용성 작용기는 물품 및 기판으로부터 특정 오염 물질을 제거할 수 있도록 선택될 수 있다.
예시적인 유도된 말산 디에스테르 및 타르타르산 디에스테르는 하기 화학식 12 및 13으로 표시된다:
Figure 112007026951914-pat00015
Figure 112007026951914-pat00016
상기 식들에서, R18 및 R19는 시약에 의하여 제공되는 1종 이상의 상호작용성 작용기이다.
예시적인 상호작용성 작용기 R18 및 R19에는 산, 아민, 아세테이트, 아미노 아세테이트, 글리시딜 에테르 또는 에스테르, 카르보네이트, 3차 아민, 베타-디케톤, 베타-케토이민, 알켄 및 니트릴이 포함되나 이에 한정되지 않는다. 한 구체예에서, 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르는 에틸렌디아민 테트라아세테이트 무수물과 반응하여 여러가지 양의 아민 및 산 작용기를 포함하는 유도된 말산 디에스테르 또는 유도된 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있다. 다른 구체예에서, 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르는 염화아세틸과 반응하여 여러가지 양의 에스테르 작용기를 포함하는 유도된 말산 디에스테르 또는 유도된 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있고, 글리시딜 메틸에테르, 글리시딜 이소프로필에테르, 글리시딜 부틸에테르, 글리시딜 테트라플루오로에틸에테르 또는 기타 글리시딜 알킬에테르 또는 글리시딜 플루오로알킬에테르와 반응하여 여러가지 양의 조합된 에테르 및 알콜 작용기를 포함하는 유도된 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있으며, 글리시딜 아세테이트, 글리시딜 부티레이트, 글리시딜 벤조에이트, 글리시딜 메타크릴레이트 또는 기타 글리시딜 에스테르와 반응하여 여러가지 양의 조합된 에스테르 및 알콜 작용기를 포함하는 유도된 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있다. 기타 소정의 킬레이트화 또는 가용 화 작용기를 제공하기 위하여 글리시딜 시약은 또한 글리시딜 니트로벤조에이트, 글리시딜 카르복사미드, 글리시딜 토실레이트 또는 글리시독시프로필디메틸에톡시실란일 수도 있다. 다른 구체예에서, 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르는 아크릴로니트릴 또는 기타 니트릴 단량체와 반응하여 여러가지 양의 니트릴 작용기를 포함하는 니트릴 말단-캡핑된 유도된 말산 디에스테르 또는 유도된 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있다. 또다른 구체예에서, 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르는 알킬렌 카르보네이트와 반응하여 여러가지 양의 카르보네이트 작용기를 포함하는 알킬 카르보네이트 말단-캡핑된 말산 디에스테르 또는 타르타르산 디에스테르를 제공할 수 있다.
고밀도 세정 유체에 공용매 및 킬레이트화제를 첨가한 제제에서, 고밀도 세정 유체 조성물은 50∼99 중량%의 고밀도 유체, 1∼20 중량%의 공용매, 1∼10 중량%의 1종 이상의 아세틸렌계 디올 또는 아세틸렌계 알콜 및 0.1∼10 중량%의 킬레이트화제를 포함한다. 한 특정 구체예에서, 고밀도 세정 유체는 65∼99 중량%의 고밀도 유체(예, 액체/초임계 CO2), 1∼20 중량%의 공용매(예, 니트릴 화합물), 1∼10 중량%의 1종 이상의 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 및 0.1∼5 중량%의 킬레이트화제를 포함한다. 또다른 구체예에서, 고밀도 세정 유체는 0.1∼99 중량%의 고밀도 유체(예, 액체/초임계 CO2), 5∼90.0 중량%의 플루오르화된 고밀도 유체(예, 초임계 헥사플루오로에탄), 0∼10 중량%의 1종 이상의 아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올, 0∼20 중량%의 공용매 및 0∼5 중량%의 킬레이트화제를 포함한다. 또다른 구체예에서, 고밀도 세정 유체는 0.1∼95 중량%의 고밀도 유체(예, 액체/초임계 CO2), 5∼99.9 중량%의 플루오르화된 고밀도 유체, 0∼40 중량%의 공용매(예, 니트릴 화합물) 및 0∼40 중량%의 1종 이상의 처리제를 포함한다.
고밀도 세정 유체의 구체적인 조성은 용도에 따라 달라진다. 여러가지 기판 처리 용도를 위한 예시적인 제제를 하기 표 2에 제공한다.
여러가지 기판 처리 용도를 위한 예시적 제제
용도 예시적인 잔류물 또는 오염 물질 고밀도 유체 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 공용매 킬레이트화제
에칭후 세정 (금속) 플루오로중합체, 유기금속 종, 금속 입자 액체 또는 초임계 CO2 초임계 C2F6 Surfynol?61 Surfynol?420 Dynol?604 수소화된 Surfynol?104 3차 암모늄 히드록사이드(TMAH, TBAH), 알칸올아민, 니트릴 디부틸 말레이트 디펜틸 타르트레이트 디이소아밀 타르트레이트
에칭후 세정 (중합체) 플루오로중합체, 경화된 유기 중합체 액체 또는 초임계 CO2 초임계 C2F6 Surfynol?61 Surfynol?420 Dynol?604 수소화된 Surfynol?104 TMAH, TBAH, 알칸올아민, 니트릴, 3차 아민
CMP후 세정 금속 입자 및 이온, 유기 및 무기 용매 잔류물 액체 또는 초임계 CO2 Surfynol?61 Surfynol?2502 Surfynol?420 수소화된 Surfynol?104 TMAH, TBAH, 알칸올아민, 3차 아민 디부틸 말레이트 디펜틸 타르트레이트 디이소아밀 타르트레이트카르복실산
포토레지스트 제거/스트립핑 유기 중합체 잔기, 플루오로중합체 액체 또는 초임계 CO2 Surfynol?61 Surfynol?420 Dynol?604 수소화된 Surfynol?104 니트릴, 3차 아민, 아세토페논,알칸올아민
재 잔류물 제거 산화된 탄소 잔기, 유기 중합체 또는 플루오로중합체 잔기, 산화된 금속 잔사 액체 또는 초임계 CO2 Surfynol?61 Surfynol?420 Dynol?604 수소화된 Surfynol?104 알칸올아민,3차 아민, 니트릴 디부틸 말레이트 디펜틸 타르트레이트 디이소아밀 타르트레이트카르복실산
본 발명의 한 구체예에서, 고밀도 세정 유체는 2002년 9월 24일자 출원된 미국 특허 출원 제10/253,296호에 제공된 방법 및/또는 장치를 사용하여 제조될 수 있다. 이 구체예에서는, 가압 용기로부터 처리실로 고밀도 유체를 옮기기 전, 옮길 때 및/또는 옮긴 후, 1종 이상의 처리제 및/또는 공용매와 같은 첨가제를 고밀도 유체(임의로 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체를 함유함)에 첨가할 수 있다. 이와는 다르게, 고밀도 유체에 초임계 유체를 전달시키기 위하여 가압 용기를 가열하기 전, 가열시 및/또는 가열 후, 1종 이상의 처리제 및/또는 공용매와 같은 첨가제를 가압 용기에서 초임계 유체(임의로 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체를 함유함)에 첨가할 수 있다.
오염 물질을 함유하는 기판은 여러가지 상이한 장치 및 실시 조건을 사용하여 고밀도 세정 유체와 접촉시킬 수 있다. 접촉 단계의 실제적인 조건(즉, 온도, 압력, 접촉 시간 등)은 광범위하게 달라질 수 있으며, 일반적으로 기판 표면 상의 잔류물의 양 및 그 성질, 고밀도 유체 중의 1종 이상의 처리제의 용해도, 고밀도 세정 유체 중의 오염 물질(들)의 소수성 또는 친수성 등과 같은 여러가지 요인에 의존하나 이에 한정되지 않는다. 접촉 단계의 지속 시간 또는 기판 표면과 고밀도 세정 유체의 접촉 시간은 몇분의 1초로부터 수백초까지 다양할 수 있다, 바람직하게는, 지속 시간은 0.1∼600초, 1∼300초 또는 15∼240초이다.
고밀도 세정 유체는 동적 방법, 정적 방법 또는 이들을 조합한 방법을 사용하여 기판과 접촉할 수 있다. 동적 방법에서는, 필요한 접촉 시간을 유지하기 위하 여 예를 들어, 입구 유속 및 압력을 조절함으로써 유체를 유동 또는 분무시킴으로써 물품 또는 기판에 고밀도 세정 유체를 도포한다. 이와는 다르게, 접촉 단계는 예를 들어, 고밀도 세정 유체를 함유하는 함침실에 기판을 함침시키거나 또는 물품 또는 기판에 고밀도 세정 유체를 도포하고 소정 시간 동안 고밀도 세정 유체와 기판을 접촉시키는 것과 같은 정적 방법을 사용하여 실시할 수 있다.
일부 구체예에서는, 기판을 처리제 및 임의의 첨가제로 먼저 처리한 다음 상기 기판을 고밀도 유체와 접촉시켜 고밀도 세정 유체를 제공함으로써, 처리제(아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올) 및 임의의 첨가제의 도입 후, 기판면에 고밀도 유체를 도포할 수 있다. 이와는 다르게, 예를 들어, 먼저 고밀도 유체를 도입한 다음 처리제(아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올) 및 임의의 첨가제를 도입하는 것과 같이, 고밀도 유체 및 아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올 및 임의의 첨가제를 용기에 순차적으로 도입할 수 있다. 이 경우, 고밀도 세정 유체는 기판 처리시 다단계로 제조될 수 있다. 본 발명의 또다른 구체예에서, 처리제는 (다른 첨가제를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는) 카트리지 또는 필터와 같은 표면적이 큰 장치의 재료를 포함하거나 이러한 재료 상에 증착될 수 있다. 이후 고밀도 유체 스트림이 카트리지 또는 필터를 통과함으로써 고밀도 세정 유체가 제조된다. 본 발명의 또다른 구체예에서, 고밀도 세정 유체는 접촉 단계시 제조된다. 이러한 맥락에서, 1종 이상의 처리제는 점적기 또는 기타 수단을 통하여 기판면에 도입된다. 이후, 고밀도 유체 매질은 물품의 표면에 도입되어 물품 표면 상에서 1종 이상의 처리제와 혼합됨으로써 고밀도 세정 유체를 형성한다. 다른 대안으로는 가 압된 밀폐실에서 물품을 함침시키는 단계 및 이어서 적절한 양의 처리제를 도입시키는 단계를 포함한다.
일반적으로, 접촉 단계는 오염 물질을 포함하는 기판을 고압실에 놓고 상기 고압실을 소정 온도로 가열함으로써 실시할 수 있다. 기판은 수직으로, 경사지게 또는 바람직하게는 수평면에 놓을 수 있다. 고밀도 세정 유체는 기판 표면과 접촉 전에 제조될 수 있다. 예를 들어, 특정량의 1종 이상의 처리제(아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올)를, 임의로 기타 처리제 및/또는 첨가제를 포함하는 고밀도 유체 매질의 연속 흐름 중에 주입함으로써 고밀도 세정 유체를 제조할 수 있다. 고밀도 세정 유체는 또, 가열실이 소정의 실시 압력으로 가압되기 전 또는 후에 가열실로 도입될 수 있다.
한 특정 구체예에서, 소정 압력은 밀폐실로 고밀도 유체를 도입함으로써 얻을 수 있다. 이러한 구체예에서, 추가의 처리제(예를 들어, 공용매, 킬레이트화제 등)를 접촉 단계시 및/또는 그 전의 적절한 시간에 첨가할 수 있다. 처리제 또는 이의 혼합물은, 처리제 및 고밀도 유체가 혼합된 후에 고밀도 세정 유체를 형성한다. 이후 고밀도 세정 유체는 기판 및 오염 물질을 처리제 및/또는 이의 혼합물과 접촉시키고 유체 중에 혼입된다. 분리 방법에 사용되는 조건에 따라, 비교적 소량으로부터 거의 전부에 걸친 범위의 여러 양의 오염 물질을 기판으로부터 제거시킬 수 있다.
접촉 단계시, 접촉실 온도는 10∼100℃, 20∼70℃ 또는 25∼60℃ 범위일 수 있다. 실시압은 1,000 psig ∼ 8,000 psig (69∼552 bar), 2,000 psig ∼ 6,000 psig (138∼414 bar) 또는 2,500 psig ∼ 4,500 psig (172∼310 bar) 범위일 수 있다. 초음파 에너지, 기계적 교반, 기체 또는 액체 분사 교반, 압력 펄싱 또는 임의의 기타 적당한 혼합 기술과 같은 임의의 교반 방법을 사용하여 세정 효율 및 오염 물질 제거를 증대시킬 수 있다. 한 구체예에서는, 적어도 일부의 접촉 단계시 초음파 에너지를 가하면서 기판을 고밀도 세정 유체와 접촉시킨다. 이 구체예에서, 초음파 에너지는 예를 들어, 그 전체 내용이 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있는 2002년 9월 24일자 출원된 계류중인 미국 특허 출원 제10/253,054호에 개시된 방법 및/또는 장치를 사용하여 가할 수 있다.
본 발명의 한 구체예는 초소형 전자 부품과 같은 기판의 세정 또는 처리에 사용되는 고밀도 처리 유체의 용도 및 전달 방법에 의하여 예시할 수 있다. 이러한 구체예의 예시적인 공정이 도 4에 제시되어 있다. 도 4는 고밀도 세정 유체가 세정실(27)로 도입되기 전에 처리제(1종 이상의 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올) 및 임의로 다른 처리제 또는 첨가제와 접촉하는 하나의 계를 예시한다. 대량 유체 공급원(19)으로부터 나온 고밀도 유체 스트림(39)은 탱크 또는 Y 컨테이너와 같은 중간 저장 장치(21)에 공급된다. 고밀도 유체는 상온에서 고밀도 기체, 액체 또는 초임계 유체로서, 또는 바람직하게는 액체로서 저장될 수 있다. 펌핑 장치(23)는 펌프, 압축기 또는 설정 유속에서 압력을 증가시킬 수 있는 임의의 다른 장치일 수 있다. 펌핑 장치(23)는 격판 펌프인 것이 바람직하다. 고압 유체 스트림(43)은 아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올 처리제 또는 공비첨가제 및 임의의 선택적 처리제 및/또는 첨가제와 접촉하기 전에 가열 장치(26)에 의하여 처리 온도로 된다.
아세틸렌계 알콜 및/또는 아세틸렌계 디올 처리제 또는 공비첨가제 스트림(57)은 처리제 또는 공비첨가제 중간 저장 장치(31)로부터 공급되고, 처리제 또는 공비첨가제 펌핑 장치(33)에 의하여 소정 실시 압력으로 펌핑된다. 임의의 추가 스트림(65)은 추가 중간 저장 장치(35)로부터 공급되고, 추가 펌핑 장치(37)에 의하여 소정 실시 압력으로 펌핑된다. 고압 처리제 및 추가 스트림(61 및 63)의 내용물은 각각 가열된 고밀도 유체 스트림(47)과 직접 접촉하여 고밀도 유체 세정 스트림(49)을 생성시킨다. 이와는 다르게, 가압된 스트림(61 및 63)은 가열기(26)로 가열 전에 고밀도 유체 스트림(43)과 접촉할 수 있다. 이러한 대안적 구체예의 이점은 모든 스트림이 세정실(27)로 도입되기 전에 균일하게 가열된다는 것이다. 또다른 구체예에서는, 첨가제가 가압 및 전달 전에 1종 이상의 아세틸렌계 알콜 및/또는 디올 처리제와 미리 혼합됨으로써 추가의 중간 저장 장치 및 추가의 펌핑 장치가 필요없을 수 있다.
이후, 세정실(27)은 오염 물질을 물품 또는 기판으로부터 분리하고 오염 물질의 재증착을 방지할 수 있도록 정제된 고밀도 유체로 퍼징(세척)한다. 세척은 또 처리실로부터 임의의 처리제 및 첨가제의 제거를 확실히 한다. 이후, 오염 물질은 고밀도 유체로부터 분리된다. 이 단계에 임의의 공지된 기술을 사용할 수 있다. 한 구체예에서는, 유체의 온도 및 압력 프로파일을 사용하여 오염 물질이 유체로부터 분리될 수 있도록 고밀도 유체 중의 오염 물질의 용해도를 변화시킬 수 있다. 또한, 동일한 기술을 사용하여 고밀도 유체로부터 처리제를 분리시킬 수 있다. 추가 로, 공용매, 공계면활성제 또는 임의의 다른 첨가제 재료를 분리시킬 수 있다. 도 4에 나타낸 구체예에서는, 분리기(29)를 사용하여 처리제 또는 공비첨가제 및 임의의 추가 스트림(55)으로부터 고밀도 유체 스트림(53)을 분리한다.
고밀도 세정 유체 중에 함유된 임의의 원소는 공지된 방법에 따라 차후의 사용을 위해 재순환될 수 있다. 예를 들어, 한 구체예에서는, 용기의 온도 및 압력을 변화시켜 세정될 물품 또는 기판으로부터 잔류 처리제 및/또는 첨가제의 제거를 용이하게 한다. 대안적인 구체예에서는, 그 전체 내용이 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있고 본 발명의 양수인에 양도된 미국 제5,730,779호, 제5,976,222호, 제6,032,484호 및 제6,383,257호에 개시된 방법 및 장치를 이용하여 예를 들어, 퍼플루오르화된 화합물 및 플루오로화합물 고밀도 유체와 같은 고밀도 유체 중의 1종 이상의 성분을 분리 및 회수할 수 있다.
본 발명 방법으로 제조 및 처리되는 고밀도 세정 유체는, 재료를 부품으로부터 제거하는 단계(에칭, 건조 또는 평탄화), 재료를 부품 상에 증착시키는 단계(박막 증착) 또는 부품 상의 재료를 화학적으로 개질시키는 단계(포토레지스트 현상)인 전자 부품의 제조의 기타 처리 단계에 사용될 수 있다. 본원에 포함된 방법 및 고밀도 세정 유체의 또다른 비제한적 용도는 물품 또는 기판으로부터 다양한 오염 물질의 제거일 수 있다.
본 발명의 적용에서, 다른 단일 기판 처리 모듈과의 직접적인 공정 통합을 위하여 반도체 기판과 같은 물품은 개별적으로 세정 또는 처리할 수 있다. 대안적으로는, 복수의 기판 또는 회분을 세정실 또는 처리실 내에 놓인 용기 또는 "보우 트"에서 동시에 세정 또는 처리함으로써 처리량을 늘리고 실시 비용을 감소시킬 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 구체예들을 예시하나 이러한 구체예들을 본원에 개시된 임의의 구체적인 세부 사항에 제한하려는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 내지 12a: 고밀도 유체 중에 처리제의 용해도
하기 실시예에서는, 적당한 압력 경감 장치, 고압 입구 및 출구 밸브, 혼합물 교반용 자기 교반기, 압력 변환기, 내부 열전대 및 한쪽 말단에 사파이어 윈도우를 구비한 부피 변화 스테인레스 스틸 고압 관찰 셀에 1종 이상의 처리제를 첨가함으로써 세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올, 공용매 및 킬레이트화제와 같은 처리제와 고밀도 유체로서 액체/초임계 CO2의 혼합물을 제조하였다. 상기 셀을 수평으로 두고 냉각/가열 유체가 순환되는 가열/냉각 재킷을 장치하였다. 등온(일정 온도) 실시를 위하여 순환조를 사용하여 냉각/가열 유체를 공급 및 펌핑하였다. 샐내 압력은 피스톤의 위치를 변화시킴으로써 조절하였다. 적당한 광학 장치를 사용하여 사파이어 윈도우를 통하여 피스톤의 움직임을 관찰하고 이미지를 비디오 스크린에 전사시켰다. 용기에 대한 설명은 그 전체 내용이 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있는 물리 화학 저널 94(1990) 6021 페이지에 나와 있다.
용기를 가압하기 위하여 고압 주사기 펌프(High Pressure Products HIP 펌프)에 액체 CO2를 채우고 상기 펌프를 사용하여 압력 용기에 CO2를 첨가하였다. 1∼ 30 중량% 범위의, 칭량된 양의 계면활성제 또는 공용매를 피스톤 앞의 셀실 내부에 채웠다. 혼합물 중의 각 성분의 본질 및 양은 하기 표 3에 제공되어 있다. 셀 윈도우를 부착하고, 혼합물을 얻기 위하여 셀 온도를 비교적 일정한 온도(24∼26℃)로 유지하면서 셀실에 약 10∼15 cc의 CO2를 첨가하였다. 셀실에 적절한 양의 CO2를 채운 다음, 냉각조 온도를 조절하여 소정 셀 온도(35∼60℃)를 유지하였다. 셀이 열적 평형에 이르른 후, 5 bar 증가로 셀실내 압력을 점차 증가시켰다. 혼합물의 혼탁점 또는 사파이어 윈도우내 이미지가 반투명에서 맑음/투명으로 및 그 반대로 변화하는 점이 관찰될 때까지 사파이어 윈도우를 통하여 셀을 모니터하였다. 혼탁점이 발생하는 압력 및 온도는 혼합물의 용해도를 지시하는 것으로 기록하여, 표 3에 제공한다. 압력을 변화시킴으로써, 즉 혼탁점 이상 및 이하로 압력을 순환시킴으로써 가용성/불용성의 개시를 변화시켰다.
표 3의 결과는 특정 처리제, 즉, 아세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올, 니트릴 및 알킬 디에스테르(예, 디부틸 말레이트)가 액체 및 초임계 CO2 중에 가용성임을 예시한다. 초임계 CO2 결과(CO2는 31℃ 이상의 온도 및 73 bar 이상의 압력에서 초임계 상임)는 Surfynol(등록상표) 61, Surfynol(등록상표) 420, 수소화된 Surfynol(등록상표) 104 및 Dynol(등록상표) 604를 비롯한 몇가지 아세틸렌계 알콜 및 아세틸렌계 디올과, 디부틸 말레이트와 같은 알킬 디에스테르는 온건한 압력 및 온도 조건(예를 들어, 200 bar 또는 약 3,000 psig 이하의 압력)에서 비교적 다량으로(예를 들어, 5∼10 중량%) 초임계 CO2 중에 용해될 수 있음을 나타낸다. 초임계 CO2 중에서 아세틸렌계 알콜 및 아세틸렌계 디올의 용해도는 동일한 온도 및 압력 조건에서 플루오르아크릴레이트 및 폴리디메틸실록산과 같은 널리 공지된 그러나 더 고가인 CO2 가용성 종 만큼 양호하거나 이보다 우수하다. 예를 들어, 고정된 조성(5 중량%) 및 온도(35℃)에서 실시예 12a와 같은 규소계 처리제는 172.5 bar 이상의 압력에서만 가용성인 반면 실시예 1c 및 2c의 처리제인 Surfynol(등록상표) 61 및 Surfynol(등록상표) 420은 각각 137,5 bar 및 150.0 bar 이상의 압력에서 가용성이다. 또한, 저압에서 Surfynol(등록상표) 61 및 수소화된 Surfynol(등록상표) 104의 높은 용해도 때문에 이들은 임의의 비용 효과적인 고밀도 유체 CO2-계 세정 제제 또는 이후의 처리 제제의 일부로서 특히 유용하다.
상온(약 25℃)에서 액체 CO2에 대한 결과는 모든 니트릴(벤조니트릴, 프로피오니트릴, 아세토니트릴)이 액체 CO2에 혼화성이거나 교반시 용해됨을 나타낸다. 상기 결과는 또 니트릴(벤조니트릴, 아세토니트릴 및 프로피오니트릴)이 140 bar 또는 약 2050 psig 이하의 압력에서 초임계 CO2 중에 농도 20 중량%까지 가용성임을 나타낸다. 따라서, 이들은 고밀도 유체 CO2에 아세틸렌계 알콜 및 디올의 용해도 및 혼화도 증가를 도울 수 있으므로 60℃ 이하의 온도 및 3000 psig 이하의 압력에서 오염 물질을 제거하기 위하여 개별적으로 또는 아세틸렌계 알콜 및 아세틸렌계 디올과 함께 공용매로서 효율적으로 사용될 수 있다.
[표 3]
여러가지 처리제의 액체 및 초임계 용해도
Figure 112007026951914-pat00017
실시예 13∼18: 액체 및 초임계 CO2 중에 아세틸렌계 알콜 및 디올계 혼합물의 용해도
액체 및 초임계 CO2 중의 혼화도 및 용해도를 측정하기 위하여 상이한 처리제 혼합물을 사용하여 실시예 1∼12의 방법을 반복한다. 용해도 결과는 하기 표 4에 나타낸다. 상기 결과는 프로피오니트릴-Dynol(등록상표)604(50/50)를 제외하고 모든 혼합물이 액체 CO2 중에 가용성임을 나타낸다. 상기 결과는 또한 혼합물들이 모든 온도, 3400 psig(약 235 bar) 미만의 압력에서 초임계 CO2(SC-CO2) 중에 가용성임을 나타낸다. 다수의 경우, 주어진 중량% 및 온도에서 아세틸렌계 알콜 또는 디올계 혼합물을 액체 또는 초임계 CO2 중에 용해시키는 데 필요한 압력은 동일 온도 및 중량%에서 플루오르화된 처리제 또는 규소계 처리제를 가용성으로 하는 데 필요한 압력 보다 낮다.
[표 4]
아세틸렌계 알콜 및 디올계의 액체 및 초임계 CO2 중 용해도
Figure 112007026951914-pat00018
실시예 19∼35: 포토레지스트 용해 및 제거 결과
하기 실시예에서는, 아세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올, 공용매 및 킬레이트화제와 같은 처리제와 용매로서 초순수수(UPW) 또는 헥산(주로 n-헥산)의 혼합물을 제조하였다. 헥산은 3000 psig 및 50℃에서 n-헥산 및 초임계 CO2 에 대한 용해도 변수가 매우 유사하므로 초임계 CO2 에 대한 양호한 대용 용매인 것으로 생각된다. 실험 결과는 또, 두 용매(초임계 CO2 및 n-헥산)의 용매력이 최대 약 20%까지 상이함을 나타낸다. 혼합물내 각 처리제의 본질 및 양은 표 5에 제공되어 있다. 원심분리 튜브에 각 혼합물 20 ml를 채우고 10분 이상 동안 35℃에서 순환조에 둔다. Wafer Net에서 입수한 저장된 4-인치 직경 웨이퍼를 고압 질소 건으로 취입 제거하여 표면 입자들을 제거한 다음 Filmetrics F20 박막 측정계를 사용하여 웨이퍼의 3 영역에서 측정하였다. 이후 측정치를 기록하고 평균을 구하였다.
각 웨이퍼를 하기와 같이 포토레지스트로 피복하였다. 웨이퍼를 페쇄 후드내 헤드웨이 모델 1-EC10D-R790 정밀 스핀-피복기 진공 척의 중앙에 두었다. 2 ml의 스미토모 193 nm AX4318 레지스트를 웨이퍼의 중앙에 투입하였다. 후드 끈을 잠그고 웨이퍼를 25초 동안 3500 RPM에서 회전시켰다. 스핀-피복기가 정지된 후, 웨이퍼를 웨이퍼 트위저로 분리하여 60초 동안 Thermolyne HP11500B형 폭발 방지 핫 플레이트 상에 두었다. 웨이퍼를 핫 플레이트에서 분리하여 10분 이상 냉각되도록 두었다.
용해 전 각 웨이퍼의 막 두께를 웨이퍼의 3 영역에서 분석하고 결과를 기록하여 평균을 구하였다. 또한 처리된 웨이퍼를 육안으로 조사하여 임의의 불량을 기록하였다. 포토레지스트-피복된 웨이퍼를 Teflon(등록상표) 피복된 현상제조 접시에 두었다. 각 예시적 혼합물의 샘플을 조 접시 중의 웨이퍼 상에 붓고 타이머를 작동시켰다. 10분후, 웨이퍼를 조에서 분리하여 초고순도 물 또는 헥산으로 60초간 세척하였다. 각 웨이퍼의 앞뒤를 고압 질소 노즐로 건조시켰다. 용해 후 각 웨이퍼 의 막 두께를 3 영역에서 분석하고 결과를 기록하고 평균을 구하였다. 또한 막 두께를 육안으로 관찰하여 임의의 불량 또는 변화(예, 색 변화)를 기록한다. 일부 경우, 석영 미량천칭(QCM)을 사용하여 결과를 독립적으로 입증하였다. 막 두께 결과는 표 5에 제공된다.
본 발명의 아세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올, 공용매 또는 킬레이트화제를 함유하는 혼합물인 실시예 19∼28에 대한 막 두께 측정은 이들 혼합물이 기판의 막 표면으로부터 193 nm의 포토레지스트를 60.45% 이상 제거하였고 대부분의 실시예에서 약 100% 제거되었음을 나타낸다. 대조적으로, 실시예 29∼35는 선행 기술에서 사용된 공용매는 동일한 몰질량 농도에서 193 nm 포토레지스트를 제거하는 데 그만큼 효과적이지는 않음을 나타낸다.
대체 용매를 사용한 포토레지스트 용해 및 스트립핑 연구
실시예 처리제 물질량%(중량%) 처리제 레지스트 제거(%)
19 벤조니트릴 10.01%(17.15%) 100%
20 아세토페논 10.08%(13.53%) 100%
21 Amietol(등록상표)E-21 10.05%(42.09%) 100%
22 Surfynol(등록상표)61 10.15%(14.19%) 75.26%
23 수소화된 Surfynol(등록상표)104 10.0%(22.89%) 100%
24 디부틸 말레이트 10.05%(24.22%) 100%
25 헥사플루오로프로판올-아세틸렌 9.85%(19.42%) 86.48%
26 2-에틸아미노에탄올 9.39%(33.90%) 70.84%
27a 아세토니트릴 10.01%(20.22%) 0
27b 아세토니트릴 25.10%(43.30%) 100%
28a 프로피오니트릴 10.05%(7.0%) 2.62%
28b 프로피오니트릴 19.19%(13.17%) 60.45%
20 메탄올 9.97%(16.44%) 1% 미만
30 아세트산 9.97%(26.97%) 1% 미만
31 아세톤 10.01%(26.38%) 0
32 프로필렌 글리콜 10.04%(32.04%) 2% 미만
33 n-메틸-피롤리디논(NMP) 10.0%(37.97%) 0
34 디메틸 아세트아미드 10.06%(35.11%) 없음
35 에틸 아세테이트 10.02%(10.22%) 2% 미만
실시예 36∼55: 처리제로서 아세틸렌계 알콜 및 디올계 제제 및 고밀도 유체로서 CO2를 사용한 포토레지스트 스트립핑 테스트 결과
표 5에 나타낸 제제를 사용하여 University Wafers사에서 입수한 열적-산화물 피복된(두께 990 nm) 4-인치 웨이퍼의 표면으로부터 스미토모 AX-4138(193 nm) 포토레지스트를 제거하였다. 웨이퍼는 1등급 웨이퍼 N-형 <100> 웨이퍼였다. 이것을 하기와 같이 제조하였다: (a) 여과시킨 질소하에 약 250℃에서 5분간 웨이퍼를 건조하였다; (b) 상온에서 10분간 HMDS 증기에 노출시킴으로써 프라이밍하였다; (c) 포토레지스트를 가한 다음 스핀 피복하여 약 400 nm의 레지스트 층을 얻었다; (d) 2분간 130℃로 가열하였다(주: 석판술 도구 상에 웨이퍼를 노출시키지 않았으 므로, 110℃에서 노출후 소성을 경화 소성 조건으로 대체함); (e) 60초간 0.26 N의 TMAH 현상제 용액 중에 60초간 함침시켰다; (f) UPW로 세척하고 여과시킨 N2로 건조시켰다; (g) 2분간 130℃로 가열하였다.
현상 전후에 포토레지스트의 두께를 측정하였다. 결과는 현상 단계[상기 단계(e)]시 약 5 nm의 레지스트가 손실되었음을 나타내었다. 이들 웨이퍼를 블랭킷-에칭하여 에칭된 가교결합 포토레지스트를 얻었다. 5개의 웨이퍼를 6.67분 동안 에칭하고 나머지 5개의 웨이퍼를 10분 동안 에칭한 결과, 각각 약 220 및 350 nm의 레지스트 두께가 손실되었다. 이후 웨이퍼를 사방 1인치의 조각으로 나누고 세정 전에 각 조각의 두께를 5개의 상이한 위치(4 구석 및 중앙)에서 측정하였다. 6.67분 동안 에칭시킨 조각들의 레지스트 두께는 약 180 nm였고, 10분 동안 에칭시킨 조각들의 레지스트 두께는 약 100 nm였다.
이후, 에칭시킨 웨이퍼 조각들을 초임계 CO2 -계 포토레지스트 스트립핑 테스트에 사용하였다. 공용매로서 벤조니트릴과 Surfynol(등록상표) 420, Dynol(등록상표) 604, 수소화된 Surfynol(등록상표) 104 및 Surfynol(등록상표) 61을 비롯한 몇가지 아세틸렌계 알콜 및 디올에 대한 공정 조건 및 테스트 결과는 표 6에 제공한다. 공용매로서 프로피오니트릴에 대한 유사한 결과를 표 7에 제공한다. 이들 모든 경우에서 CO2 유속은 1 리터/분이었다. 처리제는 5 중량%의 고밀도 세정 유체를 나타내었고, 아세틸렌계 알콜, 아세틸렌계 디올, 공용매(니트릴) 또는 이들의 혼합물을 포함하였다, 공용매 및/또는 아세틸렌계 알콜 또는 디올은 총 4분의 침지 시 간 동안 웨이퍼와 접촉을 유지하였다. 침지를 완료한 후, 5초 간격으로 압력을 3300 psig로부터 1500 psig로 감소시킨 다음 가능한 빨리 1500 psig로부터 대기압으로 감소시키는 2단계 절차를 사용하여 처리실의 압력을 신속히 감소시켰다. 3200 psig (약 225 bar)의 압력 및 60℃의 온도에서 테스트를 실시하였다. 이후 웨이퍼를 흐르는 초임계 CO2 중에서 4분간 세척하여 임의의 미량의 공용매 및/또는 계면활성제를 제거하였다. 초임계 CO2, 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 및/또는 공용매를 포함하는 혼합물에 웨이퍼 조각을 노출시키기 전 및 후에 각 웨이퍼 조각 상의 5개 상이한 위치에서 에칭된 포토레지스트 두께를 측정하였다. Filmetrics F20 박막 측정계를 사용하여 두께를 측정하였다.
결과는 Surfynol(등록상표) 420, Dynol(등록상표) 604, 수소화된 Surfynol(등록상표) 104 및 Surfynol(등록상표) 61을 포함하는 제제가 에칭된 포토레지스트를 제거하는 데 특히 효과적임을 나타낸다. 포토레지스트 및 잔류물 제거(초기 레지스트 두께의 백분율로서)는 초기 두께(에칭 시간) 및 세정실내 웨이퍼 위치에 대하여 상대적으로 독립적인 것으로 관찰되었다. 두 공용매(벤조니트릴 또는 프로피오니트릴)는 레지스트를 부분적으로(약 80%) 제거하나, 아세틸렌계 알콜 또는 디올을 공용매(벤조니트릴 또는 프로피오니트릴)에 첨가하거나 디부틸 말레이트와 같은 또다른 처리제를 공용매로서 사용할 경우 실질적으로 세정 효율이 증가하고 포토레지스트 두께가 감소된다. 레지스트 및 레지스트 잔사를 90% 이상 성공적으로 제거한 특히 효과적인 세정 제제에는 Surfynol(등록상표) 420을 함유하는 임의의 혼합 물, 수소화된 Surfynol(등록상표) 104를 함유하는 임의의 혼합물 및 Dynol(등록상표) 604를 함유하는 임의의 혼합물이 포함된다. 대조적으로, 세정 유체(초임계 CO2)는 단독으로 16%의 포토레지스트를 제거하였다.
[표 6]
초임계 CO2, 벤조니트릴, 아세틸렌계 알콜 및 디올 및 기타 첨가제를 포함하는 에칭된 포토레지스트 스트립핑 테스트 결과
Figure 112007026951914-pat00019
[표 7]
초임계 CO2, 프로피오니트릴, 아세틸렌계 알콜 및 디올 및 기타 첨가제를 포함하는 에칭된 포토레지스트 스트립핑 테스트 결과
Figure 112007026951914-pat00020
실시예 56∼58: 초음파를 사용하는 고밀도 세정 유체에 의한 포토레지스트 스트립핑
패턴화되지 않은 규소 웨이퍼를 193 nm 광파장에 민감한 포토레지스트 재료로 덧피복하였다. 덧피복은 웨이퍼 상에 선택된 양의 포토레지스트를 스핀함으로써 실시하는데, 이것은 공지된 및 미리 결정된 속도로 회전하였다. 이후, 덧피복된 웨이퍼를 60초 동안 가열판 상에서 130℃의 온도로 소성하여 포토레지스트 피막으로부터 휘발성 용매를 제거하였다. 이후, 웨이퍼를 작은 샘플들로 단편화하였다. 미국 캘리포니아주 샌 디에고 소재의 Filmetrics, Inc. 사가 제조하는 표면 반사 분광계를 사용하여 웨이퍼 샘플 상의 얻어진 포토레지스트 막 두께를 측정하였다. 포토레지스트 막 두께는 각 웨이퍼 샘플 상에서 약 400 nm인 것으로 관찰되었다.
샘플을 500 ml 반응 용기내에서 CO2 고밀도 유체 중에 4.5 중량%의 Surfynol(등록상표) 61을 함유하는 고밀도 세정 유체와 접촉시켰다. 샘플을 약 2분 동안 약 50℃의 온도 및 약 3000 psig의 압력에서 처리하였다. 용기 내의 온도는 용기 외부에 장착된 저항 가열기용의 자동 파워 공급원에 연결된 열전대를 사용하여 모니터 및 조절하였다. 용기 상에 장착된 전자 압력 게이지를 사용하여 용기 내의 압력을 모니터하였다. 반응기 용기의 압력을 3000 psig의 설정점으로 자동적으로 조절한 고압 피스톤형 펌프를 사용하여 용기에 CO2를 공급하였다. Surfynol(등록상표) 61은 반응기 용기내로 흐를 때 CO2 스트림과 조합되어, 제2 피스톤형 펌프를 사용하여 고밀도 세정 유체를 생성시켰다. 인-라인 정적 혼합기를 사용하여 Surfynol(등록상표) 61 및 CO2가 반응기 용기로 들어가기 전에 완전히 혼합되도록 하였다.
상기 압력 및 온도에 이르른 후, 함침시 60초 동안 웨이퍼 샘플(57 및 58)을 20 KHz 초음파에 노출시켜 오염된 영역에 작용 에너지를 제공하였다. 비교로서, 샘플 웨이퍼(56)를 상기 조건 하에 처리하였으나 초음파에 노출시키지 않았다. 이후 용기를 CO2로 플러싱한 다음 탈기하고 상온으로 냉각하였다. 웨이퍼 샘플을 반응기 용기로부터 분리한 다음, 반사기 하에서 다시 조사하였는데 그 결과는 표 8에 제공한다. 표 8에 나타낸 바와 같이, 본 방법은 포토레지스트 표면에 초음파를 가할 경우 포토레지스트 막을 93% 이상 제거한 반면 초음파 없이는 막의 88% 만을 제거하였다.
샘플 초음파에 노출 지속 시간 처리후 막 두께(nm) 포토레지스트 막의 제거(%)
56 0 50 88%
57 60 < 30 > 93%
58 60 9.6 98%
본 발명은 저렴한 비용의, 아세틸렌계 알콜 또는 아세틸렌계 디올 처리제 및/또는 니트릴을 포함하는 고밀도 세정 유체를 사용하여 기판으로부터 오염 물질을 제거하는 개선된 처리 방법을 제공한다.
또한, 본 발명 방법으로 제조 및 처리되는 고밀도 세정 유체는, 재료를 부품으로부터 제거하는 단계(에칭, 건조 또는 평탄화), 재료를 부품 상에 증착시키는 단계(박막 증착) 또는 부품 상의 재료를 화학적으로 개질시키는 단계(포토레지스트 현상)인 전자 부품의 제조의 기타 처리 단계에 사용될 수 있다.

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  24. 고밀도 유체와,
    유도된 에테르화 아세틸렌계 알콜 또는 유도된 에테르화 아세틸렌계 디올 1종 이상 및 이들의 조합물을 포함하며,
    상기 유도된 알콜 또는 유도된 디올이, 아민, 산, 에스테르, 니트릴, 카르보네이트 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 상호작용성 작용기를 포함하는 것인 기판으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 고밀도 세정 유체.
  25. 제24항에 있어서, 유도된 에테르화 아세틸렌계 알콜 또는 유도된 에테르화 아세틸렌계 디올은 하기 화학식 4∼9로 표시되는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 구성원인 것인 고밀도 세정 유체:
    화학식 4
    Figure 112007026951914-pat00043
    화학식 5
    Figure 112007026951914-pat00044
    화학식 6
    Figure 112007026951914-pat00045
    화학식 7
    Figure 112007026951914-pat00046
    화학식 8
    Figure 112007026951914-pat00047
    화학식 9
    Figure 112007026951914-pat00048
    상기 식들에서, R, R1, R3 및 R4는 독립적으로 수소 원자, C1-34를 포함하는 직쇄형 알킬기 또는 C2-34를 포함하는 분지쇄형 알킬기이고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 C1-34를 포함하는 알킬기 또는 플루오로알킬기이며, R12, R13, R14 및 R15는 각각 독립적으로 C1-34를 포함하는 알킬기이고, m+n의 값은 0∼30 범위의 수이며, s+t의 값은 1∼2 범위의 수이다.
  26. 오염 물질을 포함하는 기판을 처리실로 도입시키는 단계,
    고밀도 유체와, 유도된 에테르화 아세틸렌계 알콜, 유도된 에테르화 아세틸렌계 디올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 처리제를 포함하는 고밀도 세정 유체를 상기 기판과 접촉시켜, 사용된 고밀도 세정 유체와 처리된 기판을 제공하는 단계, 및
    상기 사용된 고밀도 세정 유체로부터 상기 오염 물질 및 상기 1종 이상의 처리제를 분리하는 단계
    를 포함하는, 기판으로부터 오염 물질을 제거하는 방법으로서,
    상기 유도된 에테르화 알콜 또는 유도된 에테르화 디올이, 아민, 산, 에스테르, 니트릴, 카르보네이트 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 상호작용성 작용기를 포함하는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 접촉 단계의 온도는 10∼100 ℃ 범위인 것인 방법.
  28. 오염 물질을 포함하는 기판을 처리실로 도입시키는 단계,
    고밀도 유체, 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체 및 1종 이상의 처리제를 혼합하여 고밀도 세정 유체를 제공하는 단계,
    상기 기판을 상기 고밀도 세정 유체와 접촉시켜, 사용된 고밀도 세정 유체와 처리된 기판을 제공하는 단계,
    상기 사용된 고밀도 세정 유체로부터 상기 오염 물질 및 상기 1종 이상의 처리제를 분리하는 단계, 및
    상기 사용된 고밀도 세정 유체로부터 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체를 분리하는 단계(상기 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체는 정제되어 정제된 플루오르화된 고밀도 유체가 되며, 상기 혼합 단계에서 상기 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체 중 적어도 일부는 정제된 플루오르화된 고밀도 유체를 포함함)
    를 포함하는, 기판으로부터 오염 물질을 제거하는 방법으로서,
    상기 처리제가 유도된 에테르화 아세틸렌계 알콜, 유도된 에테르화 아세틸렌계 디올, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되며,
    상기 유도된 에테르화 알콜 또는 유도된 에테르화 디올이, 아민, 산, 에스테르, 니트릴, 카르보네이트 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 상호작용성 작용기를 포함하는 것인 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 사용된 고밀도 세정 유체를 감압 및/또는 가열하여 이것을 기체상으로 전환시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  30. 제28항에 있어서, 접촉 단계의 압력은 500∼4,000 psig 범위인 것인 방법.
  31. 제28항에 있어서, 접촉 단계의 온도는 35∼100℃ 범위인 것인 방법.
  32. 제28항에 있어서, 제1 분리 단계는 여과, 침강, 관성 분리, 정전기적 침전, 음향학적 침전, 응축, 열적 구배, 자성 분리, 플래싱 및 이들의 조합으로부터 선택되는 1종 이상의 방법을 사용하여 실시하는 것인 방법.
  33. 제26항에 있어서, 적어도 일부의 접촉 단계에서 처리실로 초음파 에너지를 도입하는 과정을 더 포함하는 것인 방법.
  34. 제26항에 있어서, 접촉 단계의 압력은 1,000∼8,000 psig 범위인 것인 방법.
  35. 제24항에 있어서, 상기 고밀도 유체는 이산화탄소, 질소, 메탄, 산소, 오존, 아르곤, 수소, 헬륨, 암모니아, 아산화질소, 플루오르화수소, 염화수소, 삼산화황, 헥사플루오르화황, 트리플루오르화질소, 모노플루오로메탄, 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 트리플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 퍼플루오로프로판, 펜타플루오로프로판, 헥사플루오로에탄, 헥사플루오로프로필렌, 헥사플루오로부타디엔, 옥타플루오로시클로부탄, 플루오르화메틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 성분을 포함하는 것인 고밀도 세정 유체.
  36. 제35항에 있어서, 상기 고밀도 유체는 이산화탄소를 포함하는 것인 고밀도 세정 유체.
  37. 제24항에 있어서, 상기 고밀도 유체는 퍼플루오로카본 화합물, 히드로플루오로카본, 플루오르-함유 화합물, 플루오르화된 니트릴, 플루오로에테르, 플루오로아민, 플루오르화된 기체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 플루오르화된 고밀도 유체를 포함하는 것인 고밀도 세정 유체.
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