KR101486625B1 - 파티클 제거를 위한 세정 재료의 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시형태는 미세한 피쳐를 갖는 패터닝데 기판들을 세정하는 개선된 재료를 제공한다. 이 세정 재료는 피쳐들을 실질적으로 손상시키지 않고 미세 피쳐들을 가진 패터닝된 기판들의 세정 시 유익하다. 세정 재료는, 액상 또는 액상/기상 이중 상 중 어느 하나인 유체이고, 디바이스 피쳐 주위를 변형시킨다; 따라서, 세정 재료는 디바이스 피쳐를 손상시키지 않거나 다 함께 손상을 감소시킨다. 웨이퍼 (또는 기판) 표면으로부터 파티클의 제거를 돕기 위해서, 중합체의 고분자 화합물은 웨이퍼 표면 상의 가수분해된 파티클과 수소 결합 및 극성-극성 분자 상호작용을 구축할 수 있는 극성 관능기를 포함할 수 있다. 고분자량을 가진 중합체 화합물(들)의 중합체는 긴 중합체 사슬 및 그물을 형성한다. 긴 중합체 사슬 및/또는 중합체 그물은 종래의 세정 재료와 비교하여 오염물질을 포획하고 인트랩하는 우수한 능력을 보여준다. 중합체의 고분자 화합물(들)은 또한 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 포함할 수도 있다. 중합체의 관능기의 전하는 파티클 제거 효율을 개선한다.

Description

파티클 제거를 위한 세정 재료의 조성물{COMPOSITION OF A CLEANING MATERIAL FOR PARTICLE REMOVAL}

집적 회로, 메모리 셀 등과 같은 반도체 디바이스들의 제조 시, 반도체 기판들 ("기판들") 상에 피쳐들을 정의하기 위해 일련의 제조 공정들이 수행된다. 웨이퍼 (또는 기판) 는 규소 기판 상에 정의된 다층 구조체의 형태로 집적 회로 디바이스들을 포함한다. 기판 레벨에서, 확산 영역들을 갖는 트랜지스터 디바이스들이 형성된다. 그 다음 레벨에서, 상호접속 금속화 배선이 패터닝되고 트랜지스터 디바이스들에 전기적으로 연결되어 원하는 집적 회로 디바이스를 정의한다. 또한, 패터닝된 도전층들은 유전체 재료들에 의해 다른 도전층으로부터 절연된다.

일련의 제조 단계 동안, 웨이퍼 표면은 다양한 형태의 오염물질들에 노출된다. 제조 단계에 존재하는 임의의 재료는 본질적으로 오염물질의 잠재적인 근원이 된다. 예를 들어, 여러 가지 중에서도 오염물질의 근원은 처리 가스, 화학물질, 퇴적 재료, 및 액체를 포함할 수도 있다. 다양한 오염물질들이 웨이퍼 표면 상에 미립자의 형태로 퇴적될 수도 있다. 미립자 오염물질이 제거되지 않는다면, 오염물질 근방의 디바이스들은 작동하지 않을 수 있을 것이다. 따라서, 기판 상에 정의된 피쳐들을 손상시키지 않고 실질적으로 완전한 방식으로 기판 표면으로부터 오염물질을 세정하는 것이 필요하다. 그러나, 미립자로된 오염물질의 크기는 종종 웨이퍼 상에서 제조된 피쳐들의 임계적 치수의 사이즈이다. 기판 상의 표면 및 피쳐들에 불리한 영향을 끼치지 않고 이러한 작은 미립자로된 오염물질을 제거하는 것은 매우 곤란할 수 있다.

종래의 웨이퍼 세정 방법은 웨이퍼 표면으로부터 미립자로된 오염물질을 제거하는 기계적 힘에 상당히 의존했다. 피쳐 사이즈가 계속하여 감소하고 더욱 손상되기 쉽기 때문에, 웨이퍼 표면 상에 기계적 힘을 인가하는 것으로 인한 피쳐 손상의 확률이 증가한다. 예를 들어, 고 종횡비를 갖는 피쳐는, 충분한 기계적 힘에 의해 충격을 받는 경우 전복 (toppling) 되거나 파괴되기 쉽다. 피쳐 사이즈가 감소하는 경향은 또한 미립자로된 오염물질의 사이즈를 감소시켜, 세정 문제를 더 복잡하게 한다. 충분히 작은 사이즈의 미립자로된 오염물질이, 고 종횡비의 피쳐들에 의해 둘러싸인 트랜치 내부와 같은 웨이퍼 상에서 도달하기 곤란한 영역이 있다는 것을 알게 된다. 따라서, 현대의 반도체 제조 동안의 오염물질의 효율적이고 손상없는 제거는 웨이퍼 세정 기술에 있어서 끊임없는 발전에 의해 만족되어야 할 계속적인 도전을 나타낸다. 플랫 패널 디스플레이를 위한 제조 단계는 상술된 집적 회로 제조와 동일한 단점에 시달리고 있다는 것을 이해한다.

상술한 점을 고려하여, 패터닝된 웨이퍼 상의 피쳐들에 손상을 주지 않고 오염물질의 제거에 효율적인 패터닝된 웨이퍼를 세정하는 장법 및 장치가 요구된다.

대체로, 본 발명의 실시형태는 웨이퍼 표면들, 특히 패터닝된 웨이퍼 (또는 기판) 의 표면들을 세정하기 위한 개선된 재료, 장치, 및 방법을 제공한다. 상술된 세정 재료, 장치 및 방법은 피쳐들을 실질적으로 손상시키지 않고 미세 피쳐들을 가진 패터닝된 기판들의 세정 시 유익하다. 세정 재료는, 액상 또는 액상/기상 이중 상 중 어느 하나인 유체이고, 디바이스 피쳐 주위를 변형시킨다; 따라서, 세정 재료는 디바이스 피쳐를 실질적으로 손상시키지 않거나 다 함께 손상을 감소시킨다. 고분자량을 갖는 하나 이상의 고분자 화합물의 중합체를 함유하는 세정 재료는 기판 상의 파티클 (또는 오염물질) 을 포획한다. 하나의 단량체로 이루어진 중합체에 있어서, 이 중합체는 하나의 고분자 화합물을 포함한다. 중합체의 혼합 또는 공중합체와 같은 2 이상의 단량체로 이루어진 중합체에 있어서, 중합체는 2 이상의 고분자 화합물을 포함한다. 웨이퍼 (또는 기판) 표면으로부터 파티클의 제거를 돕기 위해서, 중합체의 고분자 화합물은 웨이퍼 표면 상의 가수분해된 파티클과 극성-극성 분자 상호작용을 확립할 수 있는 극성 관능기를 포함할 수 있다. 이외에도, 극성 관능기는 또한 웨이퍼 표면 상의 가수분해된 파티클과 수소 결합을 확립할 수 있다. 중합체와 파티클 사이의 반데르 발스 힘은 웨이퍼 표면으로부터 파티클의 제거를 돕는다.

이외에도, 세정 재료는 오염물질을 포획하고 이 오염물질을 기판 표면에 복귀시키지 않는다. 고분자량을 갖는 고분자 화합물(들)의 중합체는 그물 (또는 고분자 그물) 을 형성하기 위해서 가교될 수 있는 긴 중합체 사슬들을 형성한다. 긴 중합체 사슬 및/또는 중합체 그물은 종래의 세정 재료와 비교하여 오염물질의 포획 및 인트랩에 있어서 더 우수한 능력을 보여준다. 결과적으로, 이러한 중합체를 포함한 유체 형태의 세정 재료는 우수한 표면 제거 성능을 보여준다. 그런다음 포획되거나 인트랩된 오염물질들이 기판의 표면으로부터 제거된다.

중합체의 중합체 화합물(들)은 또한 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 포함할 수도 있다. 중합체의 관능기의 전하는 서로 밀어내고 중합체 사슬과 그물이 더욱 확산되도록 도와, 파티클 제거 효율을 개선한다.

상술된 바와 같이, 중합체는 가교될 수 있다. 그러나, 가교의 정도는 중합체가 너무 딱딱하거나 단단하게 되는 것을 방지하기 위해서 상대적으로 제한되며, 중합체가 너무 딱딱하거나 단단하게 되면 중합체가 용매에서 가용성이 되는 것을 막고 기판 표면 상의 디바이스 피쳐에 맞춰 변형되는 것을 막는다.

본 발명은 시스템, 방법 및 챔버를 비롯하여 수 많은 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 몇 개의 신규한 실시형태를 아래에 기재한다.

일 실시형태에서, 기판의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해 기판의 표면에 제공되는 세정 재료가 제공된다. 세정 재료는 용매, 및 세정 재료의 pH (potential of hydrogen) 값을 변경하기 위한 완충제를 포함하고 이 완충제 및 용매는 세정 용액을 형성한다. 세정 재료는 또한 10,000 g/mol 보다 더 큰 분자량을 갖는 고분자 화합물의 중합체를 포함한다. 중합체는 세정 용액에서 가용성이 되어 세정 재료를 형성한다. 가용성 중합체는 긴 고분자 사슬 및 그물을 형성하여 기판의 표면으로부터 파티클 중 적어도 일부를 포획 및 인트랩한다. 고분자 화합물은 극성 관능기를 갖는다. 고분자 화합물의 극성 관능기는 용매에서 가수분해된 파티클과 반데르 발스 힘을 확립하여 기판의 표면에서 파티클을 제거하는 것을 돕는다.

다른 실시형태에서, 기판의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해 기판의 표면에 제공되는 세정 재료가 제공된다. 세정 재료는 물; 및 세정 재료의 pH 값을 변경하기 위한 완충제를 포함한다. 완충제 및 물은 수성 세정 용액을 형성한다. 세정 재료는 또한 10,000 g/mol 보다 더 큰 분자량을 갖는 고분자 화합물의 중합체를 포함한다. 중합체는 수성 세정 용액에서 가용성이 되어 세정 재료를 형성한다. 가용성 중합체는 긴 고분자 사슬 및 그물을 형성하여 기판의 표면으로부터 파티클 중 적어도 일부를 포획 및 인트랩한다. 고분자 화합물은 수성 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 갖는다. 고분자 화합물의 관능기에 의해 운반된 전하는 고분자 사슬 및 그물이 수성 세정 용액에서 더욱 확산되게 함으로써 파티클 제거 효율을 개선한다.

또 다른 실시형태에서, 기판의 표면으로부터 파티클을 제거하기 위해 기판의 표면에 제공되는 세정 재료가 제공된다. 세정 재료는 물과, 세정 재료의 pH 값을 변경하기 위한 완충제를 포함한다. 완충제 및 물은 수성 세정 용액을 형성한다. 세정 재료는 또한 10,000 g/mol 보다 더 큰 분자량을 갖는 고분자 화합물의 중합체를 포함한다. 중합체는 수성 세정 용액에서 가용성이 되어 세정 재료를 형성한다. 가용성 중합체는 긴 고분자 사슬 및 그물을 형성하여 기판의 표면으로부터 파티클 중 적어도 일부를 포획 및 인트랩한다. 고분자 화합물은 수성 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 갖는다. 고분자 화합물의 관능기에 의해 운반된 전하는 고분자 사슬 및 그물이 수성 세정 용액에서 더욱 확산되게 함으로써 파티클 제거 효율을 개선한다. 고분자 화합물은 극성 관능기를 갖는다. 고분자 화합물의 극성 관능기는 수성 세정 용액에서 가수분해된 파티클과 반데르 발스 힘을 확립하여 기판의 표면에서 파티클을 제거하는 것을 돕는다.

본 발명은 동일한 도면 부호는 동일한 구조상의 엘리먼트를 표시하는 첨부된 도면들과 연결하여 다음의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 기판 표면 상의 오염물질을 세정하기 위해 기판 표면 상에 분배되는 용해된 고분자량의 고분자 화합물의 중합체를 함유하는 세정 재료를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용액속에 산화 규소 파티클과 질화 규소 파티클이 기판 상에 있는 일반적인 표면 화학물질 그룹을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 폴리아크릴아미드 (PAM) 및 폴리아크릴산 (PAA) 의 화학 구조를 도시한다.
도 2c는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 관능기 -CONH₂를 갖는 PAM 및 관능기 -COOH를 갖는 PAA의 공진 구조 (resonance structures) 를 도시한다.
도 2d는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용액 내에 가수분해된 산화 규소 파티클을 갖는 PAM 및 PAA로 이루어진 공중합체의 결합 방식을 도시한다.
도 2e는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용액 내에 가수분해된 질화 규소 파티클을 갖는 PAM 및 PAA로 이루어진 공중합체의 결합 방식을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 파티클 제거 효율 (PRE) 의 다이어그램을 PAA 및 HEC (히드록시에틸 셀룰로오스) 를 함유한 세정 재료에 대한 분자량의 함수로서 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 PRE의 다이어그램을 PAM을 함유한 세정 재료에 대한 분자량의 함수로서 도시한다.
도 3c는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 염기성 수용액 내에 음으로 하전된 COOH 관능기를 갖는 PAA의 중합체 사슬 및 그물을 도시한다.
도 3d는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 부분적으로 가수분해된 PAM의 화학 구조를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 기판 표면으로부터 오염물질을 세정하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 도 4a의 장치의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 4c는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 도 4a의 영역 (450) 의 개략도를 도시한다.
도 4d는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 도 4a의 처리 영역 (250) 과 비슷한 처리 영역 (450') 의 개략도를 도시한다.
도 4e는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 린스 및 건조 장치 (470) 의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 기판 표면을 세정하기 위해 세정 재료를 이용하는 처리 흐름을 도시한다.

표면 피쳐를 손상시키지 않고 웨이퍼 표면을 세정하기 위한 재료, 방법 및 장치의 실시형태를 도시한다. 본원에 기재된 세정 재료, 장치 및 방법은 미세 피쳐들을 갖는 패터닝된 기판을 피쳐들을 손상시키지 않고 세정하는데 유리하다. 세정 재료는 액상 또는 액기상 (liquid/gas phase) 중 어느 하나인 유체이고, 디바이스 피쳐 주위를 변형시킨다; 따라서, 세정 재료는 디바이스 피쳐를 손상시키지 않는다. 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체를 함유한 세정 재료는 기판 상의 오염물질을 포획한다. 이외에도, 세정 재료는 오염물질을 인트랩하여 오염물질이 기판 표면으로 돌아가지 않게 한다. 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체는 그물 (또는 고분자 그물) 을 형성하기 위해 가교될 수 있는 긴 중합체 사슬을 형성한다. 실질적으로 가교되지 않은 또는 거의 가교되지 않은 중합체를 위한 중합체 사슬의 길이는 중합체의 분자량을 단량체류의 분자량으로 제산함으로써 추정될 수 있다 (길이 ~ (중합체의 분자량)/(단량체의 중량)). 긴 중합체 사슬 및/또는 중합체 그물은, 종래의 세정 재료와 비교하여, 오염물질을 포획 및 인트랩하는 능력이 더 우수하다는 것을 보여준다.

그러나, 본 발명이 이러한 구체적인 세부사항들 일부 또는 정보 없이 실시될 수도 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예에서, 본 발명의 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해서 잘 알려진 프로세스 단계는 설명하지 않는다.

본원에 설명된 실시형태는 오염물질의 제거에 있어서 효율적이고 일부는 고 종횡비의 피쳐를 포함할 수도 있는 패터닝된 웨이퍼들 상의 피쳐들을 손상시키지 않는 세정 재료 및 세정 방법을 제공한다. 실시형태들이 반도체 세정 애플리케이션과 관련된 구체적인 예를 제공하지만, 이러한 세정 애플리케이션은 기판으로부터 오염물질의 제거를 요구하는 임의의 테크놀러지로 확장될 수 있다.

65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 및 16 nm 테크놀러지 노드들과 같은 향상된 테크놀러지들에 있어서, 디바이스 구조물의 폭은 65 nm 이하이다. 이 디바이스 구조물의 폭은 칩의 제한된 표면적 상에 더 많은 디바이스들을 끼우기 위해 각각의 테크놀러지 노드를 이용하여 계속적으로 축소된다. 디바이스 구조물의 높이와 같은 디바이스 구조물의 높이들은 일반적으로, 저항성의 우려로 인해 디바이스 피쳐의 폭에 비례하여 축소되지 않는다. 폴리실리콘 배선 및 금속 상호접속부와 같은 도전성 구조체에 있어서, 구조체의 폭과 높이의 협소함은 저항성을 너무 높게 증가시켜 상당한 RC 지연을 발생시키고 그 도전성 구조체에 대하여 너무 큰 열을 생성한다. 결과적으로, 구조체와 같은 디바이스 구조체는, 그 구조체에 인가된 힘에 의해 그 구조체가 손상받기 쉬운 고 종횡비를 갖는다. 일 실시형태에서, 디바이스 구조체의 종횡비는 약 2 이상의 범위에 있을 수 있다. 구조체에 인가된 힘은, 세정 재료와 기판 표면 사이의 임의의 상대적인 움직임의 결과일 수 있고 또는 기판 표면 상의 세정 재료 또는 린스액의 분배로 인한 것일 수 있는, 기판 표면으로부터의 파티클 (또는 오염물질) 의 제거를 돕는데 사용된 힘을 포함한다.

디바이스 구조체의 감소된 폭과 디바이스 구조체의 상대적으로 높은 종횡비는, 디바이스 구조체가 인가된 힘에 따라 손상받기 쉽거나 인가된 힘에 따라 에너지를 축적하게 한다. 손상된 디바이스 구조체는 수율을 감소시키는 파티클의 근원이 된다. 이외에도, 손상된 디바이스 구조체는 또한 손상으로 인해 작동하지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 세정액 (105) 에서 용해된 고분자량을 가진 중합체 (110) 를 함유한 세정 용액 (105) 을 포함하는 액체 세정 재료 (100) 를 도시한다. 일 실시형태에서, 액체 세정 재료 (100) 는 액체 형태이다. 다른 실시형태에서, 세정 재료 (100) 는 겔 또는 졸이다. 기판 표면 (111) 상에 파티클을 갖는 기판상에 인가되는 경우, 세정 재료 (100) 는 기판 (101) 의 기판 표면 (111) 으로부터 파티클 120_Ⅰ, 120_Ⅱ와 같은 파티클들을 포획하고 제거할 수 있다. 이외에도, 세정 재료 (100) 는 파티클 120_Ⅰ, 120_Ⅱ와 같이 기판 표면 (111) 으로부터 제거되거나, 120_Ⅲ, 120_Ⅳ와 같이 세정 재료 (100) 에 존재하는 파티클을 인트랩하여 이들이 기판 표면 (111) 상에 떨어지거나 퇴적되는 것을 방지한다. 고분자량을 가진 중합체를 함유한 세정 재료의 세부사항은 참조문헌으로서 그 전체 본원에 포함되는 명칭이 "Materials for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media"인 2008년 6월 2일 출원되고 공동 양수된 미국 특허 출원 제 12/131,654 호에 기재된다.

기판 표면 (111) 상의 파티클 120_Ⅰ, 120_Ⅱ와 같은 파티클들을 포획하여 이들을 기판 표면 (111) 에서 제거하기 위해서, 중합체 (110) 는 기판 표면 상의 파티클 120_Ⅰ, 120_Ⅱ와 같은 파티클과 접촉해야 하고 중합체와 파티클 사이의 인력은 파티클들과 기판 표면 (111) 사이의 인력보다 더 강해야 한다.

기판 표면 상의 흔한 파티클들의 예는, 그 표면이 산화되어 산소를 포함 (Si₃N₄O_x) 하는 산화 규소 (SiO₂) 및 질화 규소 (Si₃N₄) 를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. 도 2a는 본 발명의 실시형태에 따라서 수용액 (204) 내의 기판 (201) 의 표면 (205) 상의 산화 규소의 파티클 (202) 과 질화 규소의 파티클 (203) 을 도시한다. 산화 규소 (SiO₂) 및 산화 질화 규소 (Si₃N₄O_x) 는 둘 모두 친수성이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 산화 규소 (SiO₂) 와 질화 규소 (Si₃N₄O_x) 파티클의 표면 상의 산소 원자 (O), 질화 규소 입자의 표면 상의 질소 원소 (N) 가 가수분해되어 파티클 표면 상에 O-H 및 H-N-H를 형성하고 파티클의 표면 상에 음으로 하전 (O^-) 된 채로 있을 수 있다.

세정 재료 내 중합체가 극성 관능기를 함유한다면, 중합체는 파티클 표면 상에 극성 OH, NH₂ 및 O^-기를 이용하여 극성-극성 분자 상호작용을 확립할 수 있다. 극성-극성 분자 상호작용은 반데르 발스 인력이고 2개의 화합물 사이에서 인력을 생성할 수 있다. 또한, 중합체의 극성 관능기는 파티클 표면 상의 OH, NH₂ 및 O^-기를 이용하여 수소 결합을 확립할 수 있다. 수소 결합은 산화 규소 및 산화 질화 규소 내 O 및 N과 같은 음전기의 원자와, 물에서 산소와 결합된 수소 원자들과 같이, 질소, 산소, 또는 (불소와 같은) 할로겐에 결합된 수소 원자 사이의 쌍극자-쌍극자 힘의 결과로 발생한다. 수소 결합은 매우 강하게 고정된 쌍극자-쌍극자 반데르 발스-키섬(Keesom) 힘이지만, 공유, 이온 및 금속 결합보다 약하다.

도 2b는 2개의 예시적인 고분자 화합물들, 관능기 -CONH₂를 갖는 폴리아크릴아미드 (PAM) 와, 관능기 -COOH를 갖는 폴리아크릴산 (PAA) 의 화학적 구조를 도시한다. 도 2c는 관능기 -CONH₂를 갖는 PAM의 공진 구조와 관능기 -COOH를 갖는 PAA의 공진 구조를 도시한다. PAM의 C=O 및 -NH₂ 극성기들과 PAA의 COO- 극성기는 파티클 표면들 상의 OH, -NH₂, 및 O^-와 상호작용하는 활성 극성 기이다.

도 2d는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용액 내에 가수분해된 산화 규소 파티클을 갖는 PAM 및 PAA로 이루어진 공중합체의 결합 방식을 도시한다. 파티클 표면은 PAM의 C=O 및 -NH₂ 극성기들과 PAA의 COO- 극성기를 갖는 수소 결합을 형성하는 극성 기들 OH 및 O-를 갖는다. 도 2e는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 수용액 내에 가수분해된 질화 규소 파티클을 갖는 PAM 및 PAA로 이루어진 공중합체의 결합 방식을 도시한다. 파티클 표면은 PAM의 C=O 및 -NH₂ 극성기들과 PAA의 COO- 극성기를 갖는 수소 결합을 형성하는 극성 기들 OH, NH₂ 및 O-를 갖는다.

중합체와 산소와 질소 사이의 극성-극성 분자 상호작용 및/또는 수소 결합들은 중합체와 파티클 사이에 강한 반데르 발스 힘을 확립한다. 이러한 강한 반데르 발스 힘은 파티클을 표면에서 떨어지게 끌어당기는 것을 돕는다. 반데르 발스 힘이 충분히 강하다면, 이들은 파티클과 기판 표면 사이의 인력을 극복하고 파티클을 기판 표면에서 들어올릴 수 있다.

중합체가 상술된 극성-극성 분자 인력 및/또는 수소 결합을 구축하게 할 수 있는 극성 관능기의 예는 아민, 아미드, 히드로실, 카르보닐, 술포닐, 술피닐, 설프히드릴 기들을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는다.

중합체의 분자 구조에 극성기를 갖는 것 이외에, 중합체 사슬 및 중합체 그물을 형성하기 위해 고분자량을 갖는 것 또한 중요하다. 세정 재료에서 사용된 중합체의 고분자량은 파티클 제거 효율 (PRE) 에 영향을 미칠 수 있다. 크기가 서로 다른 질화 규소 파티클을 일부러 퇴적시킨 파티클 모니터 기판을 이용하여 PRE를 측정하였다. 이 연구에서, 90 nm과 1㎛ 사이의 사이즈의 파티클만 측정했다. PRE는 아래에 나열된 식 (1) 로 계산된다.

PRE = (세정 전의 수 - 세정 후의 수)/세정 전의 수.........(1)

도 3a는 분자량이 서로 다른 중합체를 갖는 세정 재료의 PRE의 그래프를 도시한다. PRE는 "100" 세정 용액에서 폴리아크릴산 (PAA) 또는 히드록시에틸 셀룰로오스 (HEC) 로 이루어진 세정 재료에 의해 90 nm 보다 큰, 기판의 표면 상에 퇴적된 질화 규소 파티클의 세정 효율을 측정한다. 1 wt%의 ADS, 0.44 wt%의 NH₃, 및 0.4 wt%의 시트르산을 포함하는 용액을 용액 "100"으로 지칭한다. 세정 재료 내의 PAA 또는 HEC 중합체의 중량 퍼센트는 약 1%이다.

도 3a의 데이터는, PRE가 100,000 g/mol에 대하여 약 35%부터 1 M (또는 1,000,000) g/mol 에 대하여 약 50% 까지 HEC의 분자량과 함께 증가한다는 것을 보여준다. 도 3a의 데이터는 또한, 500,000 g/mol에 대하여 약 40% 부터 1 M g/mol에 대하여 약 85% 까지 PAA에 대한 분자량과 함께 증가한다는 것을 보여준다. 그러나, PRE는 PAA에 대하여 1 M g/mol 과 1.25 M g/mol 사이에서 많이 변하지 않아 약 85%에 머무른다.

도 3b는 PAM의 분자량의 함수로서 "100"에서 1%(중량%)의 PAM으로 이루어진 세정 재료의 PRE의 그래프를 도시한다. 도 3b의 데이터는 500,000 g/mol에 대하여 약 35%부터 18 M g/mol에 대하여 약 95% 까지 PAM의 분자량과 함께 증가한다는 것을 보여준다.

도 3a 및 도 3b의 데이터는, PAA에 대하여 ≥500,000 g/mol, HEC에 대하여 ≥700,000 g/mol, PAM에 대하여 ≥5M g/mol과 같은 고분자량을 가진 중합체가 양호한 PRE를 갖도록 요구된다. >100,000 g/mol과 같은 고분자량을 가진 중합체는, 중합체로 하여금, 기판 표면 상에 퇴적되고 세정 재료 속에 부유하는 파티클을 포획하고 트랩하는 긴 중합체 사슬 및 중합체 그물을 형성하게 한다. 상술된 바와 같이, 중합체가 기판 표면 상의 파티클과 접촉하는 경우, 중합체 상의 극성 기는 수소 결합을 형성하고 기판 표면 상의 입자와 극성-극성 분자 상호작용을 확립한다. 파티클과 중합체 사이의 반데르 발스 힘은 기판 표면으로부터 파티클을 들어올리기에 충분히 강하다. 들어올려진 파티클은 중합체에 의해 형성된 중합체 그물과 사슬에 트랩하고 부유시킨다. 파티클들의 포획 및 부유는 기판 표면에 다시 떨어지는 것을 방지한다.

작은 분자량을 가진 중합체는 짧은 사슬을 형성하여, 파티클을 포획하고 트랩하는 중합체 그물을 형성할 수 없다. 대조적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 고분자량을 가진 중합체는 긴 중합체 사슬들과 또한 중합체 그물 (또는 그물들) 을 형성한다. 중합체 사슬과 그물은 기판 표면 상의 파티클들과, 세정 재료의 세정액에 떠 있는 불순물을 포함하는 파티클들을 포획한다. 중합체 사슬 및 그물은 세정 재료 내에 포획된 파티클들이 기판 표면 상에 떨어지는 것을 방지한다.

또한, 중합체를 함유하는 세정 재료는 유체이다. 유체 세정 재료는 도 1의 돌출된 피쳐 (102) 와 같은 디바이스 피쳐들 주위를 변형시키고/시키거나 매끄럽게 옮겨간다. 세정 재료는 기판 처리 (또는 세정) 동안 디바이스 피쳐를 손상시키지 않는다.

중합체들이 극성 관능기를 함유하고 고분자량을 가져 긴 중합체 사슬 및 중합체 그물을 형성하는 것 이외에도, 세정 재료의 중합체는 기판 표면에서 파티클 (또는 오염물질) 을 제거하는 것을 돕는 다른 기여를 할 수 있다. 일 실시형태에서, 중합체는 수성 환경에서 전하를 운반하는 관능기를 포함한다. 도 3c는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 3보다 큰 pH를 갖는 수용액에서 음으로 하전되는 중합체 사슬과 그물 (310) 의 PAA의 -COOH 관능기가 카르복시기의 pKa (산 해리 상수) 임을 도시한다. 중합체 사슬 및 그물의, 도 3c의 음으로 하전된 PAA와 같은 정전하는 서로 밀어내어 중합체 그물이 더욱 확산되게 한다. 중합체 사슬 및 그물 (310) 은 세정 재료 (300) 내의 PAA 상에 있다. 중합체 PAA의 음 전하는 서로 밀어내어, 중합체 사슬과 그물 (310) 이 물과 다른 첨가물을 포함하는 세정 용액 (320) 에서 더욱 확산되게 하고, 7보다 더 큰 pH 값 (염기성 용액) 을 갖는다. 음 전하가 없으면, 중합체 분자들은 더 가깝게 패킹된 구조를 가정하고 결과적인 중합체 그물은 약하거나 심지어 형성에 실패한다. 더 많이 확산된 중합체 그물은 PRE의 개선을 돕는다.

이외에도, 중합체의 관능기의 전하는 파티클과의 상호작용을 향상시킬 수 있다. 중합체의 음 전하는, 도 2d와 도 2e에 도시된 바와 같이 파티클 표면 상의 OH 기와의 상호작용을 증가시킬 수 있다. 중합체의 음 전하는 또한, 세정 재료가 염기성일 경우 기판 표면으로부터 세정 재료의 제거를 도울 수 있다. 상술된 바와 같이, 세정 재료가 염기성일 경우 기판 표면은 또한 음으로 하전된다. 기판 표면의 음 전하 및 중합체의 음 전하는 서로 밀어내고 따라서 기판 표면에서 세정 재료가 제거되도록 돕는다.

중합체 그물은 양으로 하전되거나 음으로 하전되어, 중합체 그물 상의 전하들로 하여금 서로 밀어내게 하여 중합체 그물을 더욱 확산시킬 수 있다. 음으로 하전되는 COOH 관능기를 가진 중합체는 단지 예시로서 사용되고, 상이한 관능기를 가진 다른 형태의 중합체들이 또한 PAA 중합체에 대하여 나타낸 것과 비슷한 방식으로 양으로 하전되거나 음으로 하전될 수 있다.

표 Ⅰ은 세정 재료 내에 상이한 전하 밀도로 가진 15 M g/mol의 부분적으로 가수분해된 PAM으로 이루어진 세정 재료의 PRE를 도시한다. 도 3d는 부분적으로 가수분해된 PAM의 화학적 구조를 도시한다. 세정 재료 내의 PAM의 중량 퍼센트는 약 1% 미만인 값으로 고정된다. 세정 재료의 pH는 약 10이다. 용액의 전하 밀도는 부분적으로 가수분해된 PAM 내 아크릴 산의 몰 퍼센트 (molar percentage) 로 정의된다. 이 정의는 도 3d에 도시된다.

전하 밀도 (%)	PRE (%)
0%	-117%
22%	84%
42%	86%
64%	88%

표 Ⅰ: 상이한 전하 밀도를 가진 세정 재료를 위한 PRE의 비교

표 Ⅰ의 데이터는, 0의 전하 밀도에서 PRE가 음인 것을 나타내고, 음은 파티클이 제거되지 않고 기판 표면에 부가되는 것을 의미한다. 부가된 파티클은 정화되지 않은 산업 등급의 화학물질로 이루어진 세정 재료에 포함된 불순물이다. 전하 밀도가 22%로 증가함에 따라서, PRE가 84%까지 증가한다. 전하 밀도가 42%까지 약간 더 증가함에 따라서, PRE가 86%까지 증가한다. 전하 밀도가 64%까지 더 증가함에 따라서, PRE가 88%까지 약간 증가한다. 도 3f의 데이터는, 세정 재료 내 전하의 존재는 기판 표면 상의 입자의 제거에 필수적이라는 것을 나타낸다. 전하 밀도가 없으면, PRE는 음이다. 세정 재료가 전하들을 갖는 경우 PRE는 양이된다. PRE의 증가는 22%의 전하 밀도에서 상당히 두드러진다. 약 22% 이상의 전하 밀도에서, PRE는 약 84% 내지 약 88% 사이에서 증가한다.

10과 같이 7 보다 큰 pH 값 (염기성) 의 세정 재료에 있어서, 산화물 및 질화물과 같은 파티클의 표면과 기판 표면은 음으로 하전된다. 음으로 하전된 파티클을 상기 도 2a에서 설명하였다. 대기의 산소에 의한 산화로 인해 상부 표면이 이미 산화물 층이 아니라면, 기판의 표면은 통상적으로 적어도 얇은 층의 산화물을 갖는다. 표면의 산화물 층은 산화물 파티클의 표면과 비슷하게 거동하고 음으로 하전된다. 중합체 사슬과 그물이 양으로 하전된다면, 양으로 하전된 중합체는 음으로 하전된 파티클과 결합한다. 그러나, 양으로 하전된 중합체는 또한 기판 표면에 들러붙고 기판 표면에서 제거하기 어려워져 바람직하지 않다. 중합체가 음으로 하전된다면, 중합체는 기판 표면에 들러붙지 않는다. 음으로 하전된 중합체가 음으로 하전된 파티클을 밀어내더라도, 중합체와 파티클 사이의 상술된 반데르 발스 힘, 극성-극성 분자 인력 및 수소 결합과 같은 다른 형태의 인력적인 상호작용이 우세하여 기판 표면에서 파티클을 끌어당기기에 충분하다. PAA와 같은 일부 중합체 화합물은 다른 것들보다 더 쉽게 염기성 용액에서 음으로 하전된다. 세정 재료의 pH 값들에 따라서, 중합체는 양으로 하전되거나 음으로 하전될 수 있다. 용액이 매우 산성인 경우, 또는 pH < 기판 표면의 등전점인 경우, 기판 표면은 양으로 하전될 것이다. 이것이 발생할 경우, 중합체는 양으로 하전된다. 세정 재료 내 전하 밀도의 중요성으로 인해, 세정 용액 (또는 세정 재료) 의 pH 값에 따라서, 양으로 또는 음으로 더 하전되기 쉬운 중합체 화합물로 이루어진 중합체를 선택하는 것이 중요하다.

중합체가 상술된 세정액 (또는 세정 재료) 에서 전하들을 이동시킬 수 있는 관능기의 예는 4차 암모늄 양이온, 카르복시, 아지드, 시아네이트, 술폰산, 질산염, 티올 및 인산염 기 등을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는다.

PAM과 같은 일부 중합체들은 파티클의 제거에 매우 효율적이다. 그러나, PAM은 PAA와 같은 염기성 수용액에서 음 전하를 쉽게 이동시키지 않는다. 양호한 세정 효율을 달성하고 세정 재료에서 충분한 전하 밀도를 갖도록, 중합체는 2 이상의 중합체 화합물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 중합체는 PAM 및 PAA로 이루어진 공중합체일 수 있다. 중합체 내 PAM과 PAA의 중량 퍼센트는 최고의 세정 결과를 달성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 세정 재료는 90% PAM과 10% PAA로 이루어진 공중합체를 가질 수 있다. 10% PAA는 염기성 세정 재료에서 공중합체에 전하를 제공하기에 충분하다.

상기 설명은, 중합체 사슬 및 그물의 형성에 영향을 주는 관능기, 분자량과, 중합체의 전하 밀도 모두 기판 표면 상의 파티클의 세정 시 역할을 한다는 것을 보여준다. 이러한 인자들 이외에도, 다른 인자들도 세정 재료의 세정 효율에 영향를 끼친다. 이러한 다른 인자들은 세정 재료의 pH 값, 제거될 파티클의 유형, 중합체의 농도, 기판 상의 세정 재료에 의해 인가된 전단력/하향력 등을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 아래의 표 Ⅱ는 완충된 암모늄 용액 (BAS) 내의 Carbopol 941^TM PAA로 이루어진 3개의 상이한 세정 재료들의 PRE를 나타낸다. 이러한 3개의 세정 재료들 내의 PAA의 분자량은 모두 1.25M g/mol이다. 표에서 X% (중량%) 의 Carbopol 941^TM PAA의 농도는 1% 미만이다.

농도 (wt%)	PRE (%)
X%	74%
2.5X%	89%
5X%	87%

표 Ⅱ: Carbopol 941^TM PAA 중합체의 상이한 농도를 갖는 세정 재료에 대한 PRE의 비교

표 Ⅱ의 데이터는, Carbopol 941^TM의 농도가 X%에서 2.5X%로 증가할 경우 PRE가 약 74%에서 약 89%로 증가하는 것을 보여준다. PRE는 2.5X%를 초과하여 대략 동일하게 유지된다. 표 Ⅰ의 데이터는 또한, 농도가 너무 높다면, PRE가 감소될 수 있다는 것을 암시한다.

표 Ⅲ은 상술된 바와 같이, 용액 (100) 에서 상이한 분자량 및 전하 밀도에서 부분적으로 가수분해된 PAM을 중합체로서 갖는 세정 재료의 PRE를 도시한다. 세정 재료 내 PAM의 농도는 1% 보다 작은 중량%에서 모두 동일하다.

분자량 (g/mol)	전하 밀도 (%)	PRE (%)
0.5-1M	30%	6%
5-6M	30%	89%
15M	22%	84%
18M	32%	95%

표 Ⅲ : 상이한 분자량 및 전하 밀도를 갖는 세정 재료에 대한 PRE의 비교

표 Ⅲ의 데이터는, 분자량이 약 0.5-1M g/mol 내지 약 18M g/mol 사이에 있는 경우 분자량과 함께 증가한다. 약 0.5-1M g/mol의 분자량에서, PRE는 약 6%이다. 분자량이 약 5-6M g/mol로 증가하는 경우, PRE는 89%로 증가한다. 18M g/mol의 분자량에서, PRE는 95%로 더 증가한다. 상술된 세정 재료의 전하 밀도는 모두 약 30% (32%는 30%에 가깝다) 이다. 이러한 데이터는 PRE에 대한 분자량의 영향을 나타낸다.

그러나, 15M g/mol의 분자와 22%의 전하 밀도에서, PRE는 약 84%일 뿐이다. (18M g/mol 시료에 대하여 32%를 포함하는) 약 30% 밀도를 갖는 세정 재료에 대한 PRE의 경향에 기초하여, 15M g/mol 약 30% 전하 밀도에서 세정 재료에 대한 PRE는 약 94%이다. 15M g/mol 시료에 대하여 약 94%에서 약 84%로 PRE를 낮추는 것은 단지, 약 30%에서 약 22%로 전하 밀도를 낮춤으로써 설명될 수 있다. 이 관찰은 전하 밀도의 중요성을 설명한다.

상기 언급과 같이, 고분자량을 가진 중합체 화합물의 중합체는 세정액 (또는 용액)(105) 에서 그물을 형성한다. 이외에도, 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체는 세정액 (105) 에서 분산된다. 세정액 재료 (100) 는 세정 처리 동안 기판 상의 디바이스 구조에 대하여 순하다. 세정 재료 (100) 내 중합체 (110) 는 구조물 (102) 과 같은 디바이스 구조물에 강력한 충격을 주지 않고 체적 (130) 의 세정에 도시된 바와 같이 구조물 (120) 과 같은 디바이스 구조물 주위로 미끌어질 수 있다. 대조적으로, 상기 언급된 딱딱한 브러쉬, 및 패드는 디바이스 구조물들과 유연성이 없게 접촉하게 하여 디바이스 구조물을 손상시킨다. 제트 스프레이 동안 액체에 의한 고속 충격 및 메가소닉 세정에서 캐비테이션에 의해 생성된 힘 (또는 에너지) 은 또한 구조물을 손상시킬 수 있다.

고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체는 가교를 이용하거나 이용하지 않고 중합체의 긴 사슬을 형성하여 중합체 그물을 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 중합체 (110) 는 패터닝된 (또는 패터닝되지 않은) 기판 표면 상에서 오염물질 120_Ⅰ, 120_Ⅱ, 120_Ⅲ, 120_Ⅳ와 같은 오염물질과 접촉하고 오염물질들을 포획한다. 오염물질들이 중합체에 의해 포획된 후, 오염물질들이 중합체에 부착되고 세정 재료 속에서 부유한다. 세정 재료 (100) 의 중합체가 예를 들어 린스에 의해 기판 표면에서 제거되는 경우, 중합체 사슬에 부착된 오염물질이 중합체 사슬과 함께 기판 표면으로부터 제거된다.

상술된 바와 같이, 고분자량의 고분자 화합물의 중합체가 세정 용액속에서 분산된다. 고분자량을 가진 고분자 화합물의 예는 폴리아크릴아미드 (PAM), 및 Carbopol 940^TM 및 Carbopol 941^TM과 같은 폴리아크릴산 (PAA), 폴리-(N,N-디메틸-아크릴아미드)(PDMAAm), 폴리-(N-이소프로필-아크릴아미드)(PIPAAm), 폴리메타크릴산(PMAA), 폴리메타크릴아미드 (PMAAm) 와 같은 아크릴 중합체; 폴리에틸렌 이민 (PEI), 폴리에틸렌 산화물 (PEO), 폴리프로필렌 산화물 (PPO) 등과 같은 폴리이민 및 산화물; 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리에틸렌 술폰산 (PESA), 폴리비닐아민 (PVAm), 폴리비닐-피로리돈 (PVP), 폴리-4-비닐 피리딘 (P4VP) 등과 같은 비닐 중합체; 메틸 셀룰로오스 (MC), 에틸 셀룰로오스 (EC), 히드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 등과 같은 셀룰로오스 유도체; 아카시아 (아라비아 고무), 아가 및 아가로스, 헤파린, 구아 검, 크산탄 검 등과 같은 다당류; 알부민, 콜라겐, 글루텐과 같은 단백질 등을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. 중합체 구조물의 몇 가지 예를 들면, 폴리아크릴아미드는 아크릴아미드 서브유닛으로부터 형성된 아크릴레이트 중합체 (-CH₂CHCONH₂-)n이다. 폴리비닐 알콜은 비닐 알콜 서브유닛으로부터 형성된 중합체 (-CH₂CHOH-)m이다. 폴리아크릴산은 아크릴산 서브유닛으로부터 형성된 중합체 (-CH₂=CH-COOH-)o이다. "n", "m", 및 "o"는 정수이다. 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체들 중 어느 하나는 수용액에서 가용성이고 또는 높은 수분 흡수성이어서 수용액에서 소프트 겔을 형성한다. 일 실시형태에서, 고분자 화합물의 분자량은 10,000 g/mol보다 더 크다. 다른 실시형태에서, 고분자 화합물의 분자량은 약 0.1 M g/mol 내지 약 100 M g/mol 사이에 있다. 다른 실시형태에서, 고분자 화합물의 분자량은 약 1 M g/mol 내지 약 20 M g/mol 사이에 있다. 또 다른 실시형태에서, 고분자 화합물의 분자량은 약 15 M g/mol 내지 약 20 M g/mol 사이에 있다. 일 실시형태에서, 세정 재료 내의 중합체들의 중량 퍼센트는 약 0.001% 내지 약 20% 사이에 있다. 다른 실시형태에서, 이 중량 퍼센트는 약 0.001% 내지 약 10% 사이에 있다. 다른 실시형태에서, 이 중량 퍼센트는 약 0.01% 내지 약 10% 사이에 있다. 또 다른 실시형태에서, 이 중량 퍼센트는 약 0.05% 내지 약 5% 사이에 있다. 중합체는 세정 용액에서 용해되고, 세정 용액 내에서 완전하게 분산되고, 세정 용액 내에서 (유화된) 액체 드롭렛을 형성하고, 또는 세정 용액에서 덩어리를 형성할 수 있다.

대안으로, 중합체는 2 이상의 단량체 종으로부터 유도되는 공중합체들일 수 있다. 예를 들어, 공중합체들은 90%의 PAM 및 10%의 PAA를 포함하고 PAM 및 PAA를 위한 단량체로 이루어질 수 있다. 이외에도, 중합체는 2 이상의 형태의 중합체의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 중합체는 용매에서 90%의 PAM과 10%의 PAA와 같은 2가지 형태의 중합체들을 혼합함으로써 이루어질 수 있다.

도 1에 도시된 실시형태에서, 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체들이 용액이 될 수 있는 세정액에서 균일하게 용해된다. 세정액의, 기본 액체, 또는 용매는 물 (H₂O) 과 같은 임의의 극성 액체일 수 있다. 극성 용매의 예는 이소프로필 알콜 (IPA), 디메틸 술폭시드 (DMSO), 및 디메틸 포름아미드 (DMF) 를 포함한다. 일 실시형태에서, 용매는 2 이상의 액체를 포함하고 2 이상의 액체의 혼합물이다. PAM, PAA 또는 PVA와 같은 극성을 가진 중합체에 있어서, 세정 용액을 위한 적합한 용매는 물 (H₂O) 과 같은 극성 용액이다.

다른 실시형태에서, 세정액 (또는 세정 용액) 은 세정 용액 내의 중합체들을 혼합함으로써 형성되는 세정 재료의 특성을 변경하기 위해서 물과 같은 용매 이외의 화합물을 포함한다. 예를 들어, 세정 용액은, 세정 용액에 의해 형성된 세정 용액 및 세정 재료의 pH를 조정하기 위해서, 약산 또는 약염기일 수 있는 완충제를 포함할 수 있다. 약산의 일 예는 시트르산이다. 약염기의 일 예는 암모늄 (NH₄OH) 이다. 세정 재료의 pH 값은 약 1 내지 약 12 사이에 있다. 일 실시형태에서, (구리 및 금속간 절연막의 증착 전) 프론트-엔드 (front-end) 제공에 있어서, 세정 재료는 염기성이다. 일 실시형태에서, 프론트-엔드 제공을 위한 pH 값들은 약 7 내지 약 12 사이에 있다. 다른 실시형태에서, 프론트-엔드 제공들을 위한 pH 값들은 약 8 내지 약 11 사이에 있다. 또 다른 실시형태에서, 프론트-엔드 제공들을 위한 pH 값들은 약 8 내지 약 10 사이에 있다. 백엔드 (backend) 처리 (구리 및 금속간 절연막의 증착 후) 에 있어서, 일 실시형태에서 세정 용액은 약한 염기성, 중성, 또는 산성이다. 백엔드 상호접속부의 구리는 구리를 공격하는 암모늄을 갖는 염기성 용액과 양립할 수 없다. 일 실시형태에서, 백엔드 제공을 위한 pH 값들은 약 1 내지 약 10 사이에 있다. 다른 실시형태에서, 백엔드 제공을 위한 pH 값들은 약 1 내지 약 5 사이에 있다. 또 다른 실시형태에서, 백엔드 제공을 위한 pH 값들은 약 1 내지 약 2 사이에 있다. 다른 실시형태에서, 세정 용액은 도데실 황산 암모늄 (ADS) 과 같은 계면활성제를 포함하여 중합체가 세정 용액 내에서 분산되게 돕는다. 일 실시형태에서, 계면활성제는 또한 기판 표면 상의 세정 재료의 습윤을 돕는다. 기판 표면 상의 세정 재료의 습윤은 세정 재료로 하여금 기판 표면 및 기판 표면 상의 파티클과 가까이 접촉하게 한다. 습윤은 세정 효율을 개선시킨다. 표면 습윤, 기판 세정, 린스, 및 다른 관련 특성들을 개선시키기 위해서 다른 첨가제들이 또한 첨가될 수 있다.

세정 용액의 예는 용액에서 0.44 wt%의 NH₄OH 및 0.4 wt%의 시트르산과 같은 염기성 및 산성 완충제를 포함하는 완충된 암모늄 용액 (BAS) 을 포함한다. 대안으로, BAS와 같은 완충된 용액은 1 wt%의 ADS와 같은 약간 양의 계면활성제를 포함하여 세정 용액에서 중합체가 부유하거나 분산되도록 돕는다. 1 wt%의 ADS, 0.44 wt%의 NH₃, 및 0.4 wt%의 시트르산을 포함하는 용액을 용액 "100"으로 지칭한다. 용액 "100"과 BAS 둘 모두는 약 10의 pH 값을 갖는다.

도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 기판 (450) 을 세정하는 장치 (400) 를 도시한다. 장치 (400) 는 기판 (405) 의 표면 (415) 상에 세정 재료를 분배하는 세정 재료 분배 헤드 (404a) 를 포함한다. 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 세정 재료 저장부 (431) 에 연결된다. 일 실시형태에서, 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 암 (미도시) 에 의해 기판 (405) 의 표면 (415) 에 근접하여 (근접 헤드로) 홀딩된다.

장치는 또한, 기판 (405) 의 표면 (415) 을 린스 및 건조하기 위한 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 를 포함한다. 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 는 세정 재료 분배 헤드 (404a) 에 의해 분배된 세정 재료의 막 (402) 에 의해 덮어진 기판 표면 (415) 을 린스하기 위한 린스액을 제공하는 린스액 저장부 (432) 에 연결된다. 이외에도, 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 는 폐기물 저장부 (433) 및 진공부 (434) 에 연결된다. 폐기물 저장부 (433) 는 기판 표면 (415) 으로부터 제거된 오염물질과 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 에 의해 분배된 린스액과 혼합된 세정 재료를 포함한다.

일 실시형태에서, 기판 (405) 은 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 아래에서 방향 410으로 이동한다. 기판 (405) 의 표면 (415) 은 먼저 세정 재료 (402) 의 막으로 덮어진 후 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 에 의해 린스 및 건조된다. 기판 홀더 (440) 에 의해 기판 (405) 이 홀딩된다. 대안으로, 기판 (405) 은 고정 (움직임 없이) 으로 홀딩될 수 있고 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 는 410 방향과 반대 방향인 410'로 이동한다.

일 실시형태에서, 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 린스 및 상부 건조 헤드 (404b-1) 는 2개의 별개의 시스템에 속한다. 세정 재료는 세정 재료 분배 헤드를 이용하여 제 1 시스템 내의 기판 (405) 에 분배된 후 린스 및 건조 장치를 갖는 제 2 시스템으로 이동한다. 린스 및 건조 장치는 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 과 같은 장치, 또는 다른 형태의 린스 및 건조 장치일 수 있다.

일 실시형태에서, 기판 (405) 아래에는, 기판 (405) 의 다른 표면 (416) 을 세정하기 위한 2개의 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 가 있다. 일 실시형태에서, 2개의 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 가 도 4a에 도시된 바와 같이 린스액 저장부 (432') 및 폐기물 저장부 (433') 및 진공부 (펌프)(434') 에 연결된다. 다른 실시형태에서, 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 각각은 별개의 린스액 저장부 및 별개의 폐기물 저장부 및 별개의 진공 펌프들에 연결된다. 또 다른 실시형태에서, 린스액 저장부들 (432 및 432') 이 하나의 저장부에 결합되고, 폐기물 저장부들 (433 및 433') 이 하나의 저장부에 결합된다. 이 실시형태에서, 진공 펌프 (434, 434') 는 또한 하나의 진공 펌프에 결합된다.

일 실시형태에서, 린스 및 건조 헤드 (404b-2) 는 세정 재료 분배 헤드 (404a) 바로 아래에 있고, 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-3) 는 린스 및 상부 건조 헤드 (404b-1) 바로 아래에 있다. 다른 실시형태에서, 하부 린스 및 건조 헤드들 (404b-2 및 404b-3) 의 위치는 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 의 위치와 관련이 없다. 일 실시형태에서, 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1), 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 는 암 (미도시) 에 의해 기판 (405) 의 각각의 표면들 (415, 416) 에 근접하여 홀딩된다.

도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치 (400) 의 상면도를 도시한다. 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 에 평행하다. 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3)(미도시) 는 기판 (405) 및 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 아래에 있다. 일 실시형태에서, 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2, 404b-3) 둘 모두는 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 과 비슷하고 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2, 404b-3) 는 서로 평행하다.

도 4c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 4b의 처리 영역 (450) 을 도시한다. 처리 영역 (450) 은 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 와 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 로부터 기판 (405) 에 유체를 제공하는 일 실시형태를 도시한다. 본 실시형태에서, 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 와 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 는 기판 (405) 을 린스하고 건조한다. 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 와 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-2 및 404b-3) 는 분배 포트 (408) 및 진공 포트 (406) 를 구비한다. 일 실시형태에서, 탈이온수와 같은 린스액을 기판 (405) 에 제공하기 위해 분배 포트 (408) 가 사용된다. 분배 포트 (408) 를 통해 제공된 유체를 제거하기 위해 진공 포트 (406) 를 통해 진공을 뽑아낸다. 진공 포트를 통해 제거된 유체는 린스액, 세정 재료, 및 세정 재료와 함께 제거된 오염물질을 포함한다. 기판 (405) 을 린스하기 위해 다른 형태의 린스액도 분배 포트 (408) 를 통해 제공될 수 있다.

도 4c는 또한, 세정 재료 (100) 의 막 (402) 을 기판 (405) 에 제공하는 세정 재료 분배 헤드 (404a) 를 도시한다. 일 실시형태에서, 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 기판 (405) 에 균일한 유체 운반을 제공한다. 상술된 바와 같이, 일 실시형태에서, 기판 (405) 은 상부 애플리케이터 (404a) 및 하부 애플리케이터 (404b-2) 사이에서 방향 410으로 이동한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 세정 재료 분배 헤드 (404a) 아래의 기판의 속도 및 운반되는 세정 재료의 형태에 따라서, 세정 재료는 약 20 cc/min 내지 500 cc/min 사이의 속도에서 분배 포트 (409) 를 통해 기판 (405) 에 공급될 수 있다. 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 턴 온되는 경우 세정 재료 (100) 의 막 (402) 을 분배한다. 일 실시형태에서, 매니폴드 (미도시) 를 통해 세정 재료의 흐름이 턴 오프되는 경우, 세정 재료의 유체 표면 장력은 세정 재료가 상부 애플리케이터 (404a) 로부터 적하하거나 누설되는 것을 방지한다. 린스 및 건조 헤드 아래에는, 린스액, 세정 재료 및 기판 표면으로부터 제거된 오염물질로 구성된 재료의 체적 (403) 이 존재한다.

일 실시형태에서, 도 4a 내지 도 4c의 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 세정 재료의 분배 동작을 통해, 세정 재료 및 기판 표면에 하향력을 제공한다. 세정 재료는 공기압에 의해 또는 기계식 펌프에 의해 세정 재료 분배 헤드 (404a) 밖에서 내리눌러질 수 있다. 다른 실시형태에서, 애플리케이터 (404a) 는 기계적인 하향력에 의해 기판 표면 위의 세정 재료 상에 하향력을 제공한다. 일 실시형태에서, 방향 410으로의, 애플리케이터 (404a) 아래에 있는 기판 (405) 의 움직임은 세정 재료와 기판 표면에 전단력을 제공한다. 하향력 및 전단력은 기판 표면 (415) 으로부터 오염물질을 제거할 때 세정 재료를 보조한다.

도 4d는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 도 4a의 처리 영역 (450) 과 비슷한 처리 영역 (450') 을 도시하는 개략도이다. 본 실시형태에서, 상부 세정 재료 분배 헤드 (404a) 및 하부 세정 재료 분배 헤드 (404a') 가 존재한다. 상부 세정 재료 분배 헤드 (404a) 는 도 4a 내지 도 4c에 상술하였다. 또한, 하부 세정 재료 분배 헤드 (404a') 는 기판 (405) 의 아래쪽에 세정 재료 (100') 의 막 (402') 을 분배한다. 하부 세정 재료 분배 헤드는 또한 세정 재료 (100') 를 분배하기 위한 분배 포트 (409') 를 갖는다. 분배된 세정 재료 (100') 는 기판 (405) 의 아래쪽에 막 (402') 을 형성한다. 본 실시형태에서, 하부 세정 재료 분배 헤드 (404a') 는 미리 언급된 상부 세정 재료 분배 헤드 (404a) 와 비슷한 방식으로 기판 (405) 의 하부 표면 (416) 에 세정 재료 (100') 의 막 (402') 을 제공한다. 일 실시형태에서, 세정 재료 100과 100'이 동일한 반면, 다른 실시형태에서는 세정재료 100과 100'이 상이하다.

일부 세정 재료는 분배 포트 (409') 의 하부 분배 헤드 (410) 의 측벽으로 흘러 막 (403') 을 형성한다. 분배 포트 (409') 의 하부 단부에는, 하부 분배 헤드 (409') 의 분배 포트 (409') 를 둘러싸는 측벽 (410) 으로 흐르는 세정 재료를 수집하기 위한 콜렉터 (407) 가 존재한다. 일 실시형태에서, 콜렉터 (407) 는 상부에 가까운 넓은 개구와 하부에 가까운 좁은 채널을 갖는다. 일 실시형태에서, 세정 재료 (100) 가 세정 재료 (100') 와 동일하다면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상부 분배 헤드 (404a) 및 하부 분배 헤드 (404a') 둘 모두가 세정 재료 저장부 (431) 에 연결된다. 다른 실시형태에서, 하부 분배 헤드 (404a') 는 세정 재료 (100) 와 동일하거나 상이할 수 있는 세정 재료 (100') 의 다른 저장부 (미도시) 에 연결된다. 콜렉터 (407) 에 의해 수집된 흘러넘친 세정 재료는 세정 재료 (100') 를 분배 포트 (409') 또는 다른 세정 재료 저정부 (미도시) 로 공급하는데 사용되는 세정 재료 저장부에 공급될 수 있다.

도 2d의 상부 린스 및 건조 헤드 (404b-1) 와 하부 린스 및 건조 헤드 (404b-3) 는 도 4a 및 도 4c에 기재된 애플리케이터 (404b-1, 404b-3) 와 비슷하다. 기판 (405) 이 상부 애플리케이터 (404b-1) 및 하부 애플리케이터 (404b-3) 사이로 운반됨에 따라 기판 (405) 이 세정되고 건조된다. 린스제 (404) 는 포트 (408) 를 통해 기판 (405) 에 제공된다. 일 실시형태에서, 린스제 (404) 는 탈이온수이다. 다른 실시형태에서, 린스제 (404) 는 탈이온수와 이소프로필 알콜의 혼합물이다. 기판 (405) 으로부터 유체 (402, 402') 와 함께 린스제 (404) 를 제거하기 위해 포트 (406) 를 통해 진공을 끌어낸다.

대안으로, 세정 장치 (4A) 는 린스 및 건조 헤드 (404b-1, 404b-2 및 404b-3) 를 구비하지 않는다. 이후, 세정 재료가 기판 (405) 상에 제공된다. 기판은 린스 및 건조를 위해 다른 장치로 이동될 수 있다. 도 4e는 린스 및 건조 장치 (470) 의 실시형태의 개략도를 도시한다. 장치 (470) 는 기판 지지 어셈블리 (472) 를 하우징하는 콘테이너 (471) 를 구비한다. 기판 지지 어셈블리 (472) 는 기판 (405'') 을 지지하는 기판 홀더 (473) 를 구비하고, 기판 (405'') 은 세정 재료 (100) 의 층 (480) 을 갖는다. 기판 지지 어셈블리 (472) 는 회전 메커니즘 (474) 에 의해 회전된다. 기판 (470) 은 린스액 디스펜서 (475) 를 포함하고, 이 린스액 디스펜서 (475) 는 세정 재료의 기판 표면을 세정하기 위해 기판 표면 상에 린스액 (476) 을 분배할 수 있다. 일 실시형태에서, 린스액은 탈이온수 (DIW) 이다. 다른 실시형태에서, 디스펜서 (475) 가 기판 표면 상에 DIW의 NH₄OH와 같은 린스 용액을 분배하여, 세정 재료가 기판 표면에서 떨어져 나가도록 세정 재료를 가수분해할 수 있다. 이후, 동일한 디스펜서 (470) 또는 상이한 디스펜서 (미도시) 가 기판 표면으로부터 세정 용액을 제거하여 DIW를 분배할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체를 함유한 세정 재료를 이용하여 기판을 세정하는 프로세스 흐름 500을 도시한다. 일 실시형태에서, 기판은 기판 표면으로부터 돌출된 피쳐들을 가진 패터닝된 기판이다. 다른 실시형태에서, 기판은 패턴이 없는 블랭크 웨이퍼이다. 세정 재료 내 화학물질은 상술되었다. 동작 501에서, 세정할 기판을 세정 장치에 위치시킨다. 동작 502에서, 기판의 표면 상에 세정 재료가 분배된다. 상기 언급에서, 세정 재료는 고분자량의 중합체와 고형 성분을 포함하며, 이들 둘 모두는 세정액에 혼합된다. 동작 503에서, 패터닝된 기판의 표면 상에 린스액이 분배되어 세정 재료를 린스한다. 린스액은 상술되었다. 동작 504에서, 린스액 및 세정 재료가 기판의 표면에서 제거된다. 일 실시형태에서, 린스액이 기판 표면 상에 제공된 후, 기판 표면 상의 린스액, 세정 재료 및 오염물질이 진공에 의해 패터닝된 기판의 표면으로부터 제거된다. 패터닝된 기판 상의 제거될 오염물질들은 본질적으로 반도체 웨이퍼 제조 프로세스와 연관된 임의의 형태의 표면 오염물질로서, 미립자로된 오염물질, 미량 금속 오염물질, 유기 오염물질, 포토레지스트 파편, 웨이퍼 핸들링 장치로부터의 오염물질, 및 웨이퍼 뒷면의 미립자로된 오염물질을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다.

일 실시형태에서, 이 방법은 오염물질 및/또는 고형 세정 재료가 기판으로부터 떨어지는 움직임을 제어하거나 향상시키기 위해서 기판 상에서 세정 재료의 유량을 제어하는 동작을 포함한다. 기판으로부터 오염물질을 제거하기 위한 본 발명의 방법은 고형 성분이 제거될 오염물질과의 상호작용을 확립하도록 세정 재료의 고형 성분에 힘을 인가하는 수단이기만 하면 많은 다른 방법으로 구현될 수 있다.

대안으로는, 기판 린스 동작 503전에, 축출된 오염물질을 포함하는, 세정 재료를 갖는 기판은 모든 세정 재료를 오염물질과 함께 기판 표면으로부터 용이하게 제거하는 화학물질(들)을 이용하는 최종 세정으로 세정될 수 있다. 예를 들어, 세정 재료가 카르복시산 고형을 포함한다면, DIW에 희석된 NH₄OH가 기판 표면에서 카르복시산을 제거하는데 사용될 수 있다. NH₄OH는 카르복시산을 가수분해 (또는 디프로토네이팅 (deprotonating) 에 의한 이온화) 하고 가수분해된 카르복시산을 기판 표면에서 떨어져 나가게 할 수 있다. 대안으로, 도데실 황산 암모늄, CH₃(CH₂)₁₁OSO₃NH₄와 같은 계면활성제가 DIW에 첨가되어, 카르복시산 고형을 기판 표면에서 제거할 수 있다.

린스 동작 503을 위한 린스액은, 최종 세정 (이러한 동작이 존재하는 경우) 에 사용된 화학물질(들), 또는 최종 세정 동작을 이용하지 않을 경우 기판 표면으로부터 세정 재료를 제거하기 위한 DIW 또는 다른 액체와 같은 임의의 액체일 수 있다. 린스 동작에 사용된 액체는, 이것이 증발된 후 기판 표면 상에 화학적 잔류물(들)을 남기지 않는다.

상술된 세정 재료, 장치, 및 방법은 미세한 피쳐들을 갖는 패터닝된 기판의 세정시 피쳐를 손상시키지 않는 이점이 있다. 세정 재료는 액상 또는 액기상 (폼; foam) 중 어느 하나인 유체이다; 따라서, 세정 재료는 디바이스 피쳐를 손상시키지 않는다. 액상의 세정 재료는 액체, 졸, 또는 겔의 형태일 수 있다. 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체를 함유한 세정 재료는 기판 상의 오염물질을 포획한다. 이외에도, 세정 재료는 오염물질을 인트랩하여 오염물질이 기판 표면으로 돌아가지 않게 한다. 고분자량을 가진 고분자 화합물의 중합체는 그물 (또는 고분자 그물) 을 형성하기 위해 가교될 수 있는 긴 중합체 사슬을 형성한다. 긴 중합체 사슬 및/또는 중합체 그물은, 종래의 세정 재료와 비교하여, 오염물질을 포획 및 인트랩하는 능력이 더 우수하다는 것을 보여준다.

상술된 바와 같이, 웨이퍼 (또는 기판) 표면으로부터 파티클의 제거를 돕기위해서, 중합체의 고분자 화합물은 기판 표면 상의 가수분해된 파티클들과 극성-극성 분자 인력을 구축할 수 있는 극성 관능기를 포함할 수 있다. 이외에도, 극성 관능기는 또한 웨이퍼 표면 상의 가수분해된 파티클들과 수소 결합을 구축할 수 있다. 중합체와 파티클 사이의 반데르 발스 힘은 웨이퍼 표면에서 파티클을 제거하는 것을 돕는다.

이외에도, 세정 재료는 오염물질을 포획하고 기판 표면에 오염물질을 복귀시키지 않는다. 고분자량을 갖는 고분자 화합물(들)의 중합체는 그물 (또는 고분자 그물) 을 형성하기 위해 가교될 수 있는 긴 중합체 사슬들을 형성한다. 긴 중합체 사슬 및/또는 중합체 그물은 종래의 세정 재료와 비교하여 오염물질의 포획 및 인트랩에 있어서 더 우수한 능력을 보여준다. 결과적으로, 이러한 중합체를 포함한 유체 형태의 세정 재료는 우수한 표면 제거 성능을 보여준다. 그런다음 포획되거나 인트랩된 오염물질들이 기판의 표면으로부터 제거된다.

중합체의 중합체 화합물(들)은 또한 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 포함할 수도 있다. 중합체의 관능기의 전하는 서로 밀어내고 중합체 사슬과 그물이 더욱 확산되도록 도와, 파티클 제거 효율을 개선한다.

기판 표면으로부터 오염물질 또는 파티클을 제거하기 위해 세정 재료가 기판 표면 상에 인가되기 전에, 세정 재료는 비변형 파티클 (또는 연마 파티클) 을 실질적으로 함유하지 않는다. 비변형 파티클은 슬러리 또는 모래와 같은 딱딱한 파티클이고, 패터닝된 기판 상에 미세한 디바이스 피쳐들을 손상시킬 수 있다. 기판 세정 프로세스 동안, 세정 재료는 기판 표면으로부터 오염물질 또는 파티클을 수집한다. 그러나, 세정 재료가 기판 세정을 위한 기판 표면 상에 인가되기 전에, 비변형 파티클은 세정 재료에 의도적으로 혼합시키지 않는다.

상기 실시형태들이 패터닝된 기판을 세정하기 위한 재료, 방법 및 시스템을 기재하였지만, 이 재료, 방법 및 시스템은 또한 패터닝되지 않은 (또는 블랭크) 기판을 세정하는데 사용될 수 있다.

상기 논의는 패터닝된 웨이퍼로부터 오염물질을 세정하는 것에 중점을 두었지만, 세정 장치 및 방법은 또한 패터닝되지 않은 웨이퍼들로부터 오염물질을 세정하는데 사용될 수 있다. 이외에도, 상술된 패터닝된 웨이퍼 상의 예시적인 패턴은, 폴리실리콘 배선 또는 금속 배선과 같은 돌출 배선이다. 그러나, 본 발명의 개념은 오목한 피쳐를 가진 기판에 제공할 수 있다. 예를 들어, CMP 이후의 리세스 비아는 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수 있고 최상의 오염물질 제거 효율을 달성하기 위해 가정 적합한 채널들의 설계가 사용될 수 있다.

본원에 사용된 실시예와 같은 기판은 제조 및 처리 단계 동안 오염될 수도 있는 반도체 웨이퍼, 하드 드라이브 디스크, 광학 디스크, 유리 기판, 및 플랫 패널 디스플레이 표면, 액정 디스플레이 표면 등을 나타내며, 이것으로 제한되지 않는다. 실제 기판에 따라서, 표면은 상이한 방법으로 오염될 수도 있고, 수용가능한 오염의 정도는 기판이 처리되는 특정 산업에서 정의된다.

본 발명의 일부 실시형태들을 본원에 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이 많은 다른 특정 형태로 구현될 수도 있다는 것을 당업자는 이해한다. 따라서, 본 실시예 및 실시형태는 예시일 뿐 제한적이지 않으며, 본 발명은 본원에 제공된 상세한 설명으로 제한되지 않고, 첨부된 청구범위 이내에서 변경되어 실시될 수도 있다.

Claims (25)

1. 화학적 기계적 폴리싱 (CMP) 을 사용하지 않으면서 기판의 표면으로부터 파티클들을 제거하기 위해 상기 기판의 표면에 제공되는 세정 재료로서,
   용매;
   상기 세정 재료의 pH (potential of hydrogen) 값을 변경하기 위한 완충제로서, 상기 완충제 및 상기 용매는 세정 용액을 형성하는, 상기 완충제; 및
   10,000 g/mol 보다 더 큰 분자량을 갖는 고분자 화합물의 중합체들을 포함하며,
   상기 중합체들은 상기 세정 용액에서 가용성이 되어 상기 세정 재료를 형성하고, 상기 가용화된 중합체들은 긴 고분자 사슬 및 그물을 형성하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 파티클들 중 적어도 일부를 포획 및 인트랩하고, 상기 고분자 화합물은 극성 관능기를 갖고, 상기 고분자 화합물의 상기 극성 관능기는 상기 용매에서 가수분해된 상기 파티클과 반데르 발스 힘을 확립하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 파티클을 제거하는 것을 도우며,
   상기 고분자 화합물은 상기 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 갖고, 상기 고분자 화합물의 상기 관능기에 의해 운반된 전하는 표면 파티클들과의 상호작용들을 증가시킴으로써 파티클 제거 효율을 개선하고 상기 고분자 그물이 더 확산되게 하며,
   상기 기판을 덮는 상기 세정 재료 상에 힘이 인가되는 경우, 상기 세정 재료는 상기 기판의 표면 상의 디바이스 피쳐들 주위를 변형시키고, 상기 세정 재료는 패터닝된 기판의 표면 상에 제공되어, 상기 패터닝된 기판의 표면 상의 상기 디바이스 피쳐들을 손상시키지 않으면서 상기 표면으로부터 오염물질들을 제거하고,
   상기 고분자 화합물은, 상기 세정 용액이 염기성이고 수성일 때에, 상기 세정 용액 내에서 음 전하를 운반하는 관능기를 가지며, 상기 음 전하는 파티클 표면 상의 OH 기들 (groups) 과의 상호작용들을 증가시키며 상기 기판 표면으로부터의 상기 세정 재료의 제거를 돕고,
   상기 고분자 화합물은 22 % 내지 42 %의 아크릴 산의 몰 퍼센트 (molar percentage) 를 갖는 부분적으로 가수분해된 폴리아크릴아미드 (PAM) 를 포함하는, 세정 재료.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용매는 물, 이소프로필 알콜 (IPA), 디메틸 술폭시드 (DMSO), 및 디메틸 포름아미드 (DMF), 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 세정 재료.
3. 삭제
4. 삭제
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6. 제 1 항에 있어서,
   상기 분자량은 10,000 g/mol 내지 100 Mg/mol 사이에 있는, 세정 재료.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 세정 재료 내의 상기 중합체의 중량 퍼센트는 0.001% 내지 10% 사이에 있는, 세정 재료.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 세정 용액에서 상기 중합체의 분산 또는 습윤을 돕는 계면활성제를 더 포함하는, 세정 재료.
9. 삭제
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14. 삭제
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17. 삭제
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 PAM의 분자량은 500,000 g/mol 이상인, 세정 재료.
19. 화학적 기계적 폴리싱 (CMP) 을 사용하지 않으면서 기판의 표면으로부터 파티클들을 제거하기 위해 상기 기판의 표면에 제공되는 세정 재료로서,
    용매;
    상기 세정 재료의 pH (potential of hydrogen) 값을 변경하기 위한 완충제로서, 상기 완충제 및 상기 용매는 세정 용액을 형성하는, 상기 완충제; 및
    10,000 g/mol 보다 더 큰 분자량을 갖는 하나 이상의 고분자 화합물들의 중합체들을 포함하며,
    상기 중합체들은 상기 세정 용액에서 가용성이 되어 상기 세정 재료를 형성하고, 상기 가용화된 중합체들은 긴 고분자 사슬 및 그물을 형성하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 파티클들 중 적어도 일부를 포획 및 인트랩하고, 상기 고분자 화합물은 극성 관능기를 갖고, 상기 고분자 화합물의 상기 극성 관능기는 상기 용매에서 가수분해된 상기 파티클과 반데르 발스 힘을 확립하여 상기 기판의 표면으로부터 상기 파티클을 제거하는 것을 도우며,
    상기 고분자 화합물은 상기 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 갖고, 상기 고분자 화합물의 상기 관능기에 의해 운반된 전하는 표면 파티클들과의 상호작용들을 증가시킴으로써 파티클 제거 효율을 개선하고 상기 고분자 그물이 더 확산되게 하며,
    상기 기판을 덮는 상기 세정 재료 상에 힘이 인가되는 경우, 상기 세정 재료는 상기 기판의 표면 상의 디바이스 피쳐들 주위를 변형시키고, 상기 세정 재료는 패터닝된 기판의 표면 상에 제공되어, 상기 패터닝된 기판의 표면 상의 상기 디바이스 피쳐들을 손상시키지 않으면서 상기 표면으로부터 오염물질들을 제거하고,
    상기 고분자 화합물들 중 하나 이상은, 상기 세정 용액이 염기성이고 수성일 때에, 상기 세정 용액 내에서 음 전하를 운반하는 관능기를 가지며, 상기 음 전하는 파티클 표면 상의 OH 기들 (groups) 과의 상호작용들을 증가시키며 상기 기판 표면으로부터의 상기 세정 재료의 제거를 돕고,
    상기 고분자 화합물들은 22 % 내지 42 %의 아크릴 산의 몰 퍼센트 (molar percentage) 를 갖는 부분적으로 가수분해된 폴리아크릴아미드 (PAM) 를 포함하는, 세정 재료.
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22. 삭제
23. 제 19 항에 있어서,
    상기 극성 관능기는 아민, 아미드, 히드록실, 카르보닐, 술포닐, 술피닐, 또는 설프히드릴 기들 중 하나 이상을 포함하는, 세정 재료.
24. 제 19 항에 있어서,
    상기 고분자 화합물들 중 하나 이상은 상기 세정 용액에서 전하를 운반하는 관능기를 갖고, 상기 관능기는 4차 암모늄 양이온, 카르복시, 아지드, 시아네이트, 술폰산, 질산염, 티올 또는 인산염 기 중 하나 이상을 포함하는, 세정 재료.
25. 제 19 항에 있어서,
    상기 중합체들은 2 개 이상의 고분자 화합물들로 이루어진 공중합체들을 포함하는, 세정 재료.

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