KR20120048562A - Materials and systems for advanced substrate cleaning - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시형태들은 웨이퍼 표면들, 특히 패터닝된 웨이퍼들 (또는 기판들) 의 표면들을 세정하기 위한 향상된 재료들, 장치들, 및 방법들을 제공한다. 논의된 세정 재료들, 장치들, 및 방법들은 피처들을 실질적으로 손상시키지 않고 미세한 피처들을 갖는 패터닝된 기판들을 세정하는데 이점들을 갖는다. 세정 재료는 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 포함한다. 세정 재료들은 넓은 범위의 점도 및 pH 로 사용되어 상이한 종류의 표면들을 세정할 수 있다. 세정 재료들은 액상이고, 디바이스 피처들 주변에서 변형되어 표면 상의 오염물들을 캡처한다. 폴리머들은 오염물들을 인트랩하여 기판 표면으로 리턴하는 것을 방지한다. 세정 장치는 소정 범위의 점도를 갖는 세정 재료들을 분사 및 린스하도록 설계된다.Embodiments of the present invention provide improved materials, apparatuses, and methods for cleaning wafer surfaces, particularly surfaces of patterned wafers (or substrates). The cleaning materials, apparatuses, and methods discussed have advantages in cleaning patterned substrates with fine features without substantially damaging the features. The cleaning material comprises polymers of one or more polymerizable compounds. Cleaning materials can be used with a wide range of viscosities and pH to clean different kinds of surfaces. The cleaning materials are liquid and deformed around the device features to capture contaminants on the surface. Polymers prevent entrapment of contaminants and return to the substrate surface. The cleaning apparatus is designed to spray and rinse cleaning materials having a range of viscosities.
Description
집적 회로들, 메모리 셀들 등과 같은 반도체 디바이스들의 제조에서, 반도체 웨이퍼들 ("웨이퍼들") 상에 피처들를 정의하기 위해 일련의 제조 동작들이 수행된다. 웨이퍼들 (또는 기판들) 은 실리콘 기판 상에 정의된 멀티-레벨 구조들의 형태의 집적 회로 디바이스들을 포함한다. 기판 레벨에서, 확산 영역들을 갖는 트랜지스터 디바이스들이 형성된다. 후속 레벨들에서, 상호접속 금속화 라인들 및 비아들이 패터닝되고 트랜지스터 디바이스들과 전기적으로 접속되어 원하는 집적 회로 디바이스를 정의한다. 또한, 패터닝된 도전층들은 유전체 재료들에 의해 다른 도전층으로부터 절연된다.In the fabrication of semiconductor devices such as integrated circuits, memory cells, and the like, a series of fabrication operations are performed to define features on semiconductor wafers (“wafers”). Wafers (or substrates) include integrated circuit devices in the form of multi-level structures defined on a silicon substrate. At the substrate level, transistor devices with diffusion regions are formed. At subsequent levels, interconnect metallization lines and vias are patterned and electrically connected to transistor devices to define the desired integrated circuit device. In addition, the patterned conductive layers are insulated from other conductive layers by dielectric materials.
일련의 제조 동작들 동안, 웨이퍼 표면은 다양한 유형의 오염물들에 노출된다. 기본적으로, 제조 동작 중에 존재하는 임의의 재료는 잠재적인 오염원이다. 예를 들어, 오염원들은 그 중에서 프로세스 가스, 화학물질, 퇴적 재료, 및 액체를 포함할 수 있다. 다양한 오염물들이 웨이퍼 표면 상에 미립자 형태로 퇴적될 수도 있다. 미립자 오염물이 제거되지 않으면, 오염 부근의 디바이스들은 원하는 대로 동작할 수 없을 수도 있다. 디바이스들의 불량을 야기하는 미립자 오염의 사이즈는 웨이퍼 상에 제조된 피처들의 임계적 치수 사이즈 정도 (또는 그 이상) 이기 때문에, 미세한 피처 사이즈를 갖는 진보된 테크놀로지 노드들 (technology nodes) 에 대해서는, 웨이퍼 상의 피처들을 손상시키지 않고 작은 미립자 오염을 제거하는 것은 매우 곤란할 수 있다. During a series of manufacturing operations, the wafer surface is exposed to various types of contaminants. Basically, any material present during the manufacturing operation is a potential source of contamination. For example, contaminants may include process gases, chemicals, deposition materials, and liquids. Various contaminants may be deposited in particulate form on the wafer surface. If particulate contaminants are not removed, devices near contamination may not be able to operate as desired. For advanced technology nodes with fine feature sizes, on the wafer, because the size of particulate contamination causing the failure of the devices is on the order of (or more) the critical dimension size of the features fabricated on the wafer. It can be very difficult to remove small particulate contamination without damaging the features.
종래의 웨이퍼 세정 방법들은 웨이퍼 표면으로부터 미립자 오염을 제거하기 위해 기계적 힘에 크게 의존해왔다. 피처 사이즈가 계속 작아지고 보다 손상되기 쉬워짐에 따라, 웨이퍼 표면 상에 기계적 힘을 가하는 것에 의한 피처 손상의 가능성이 증가한다. 예를 들어, 고 애스팩트비를 갖는 미세한 피처들은 충분한 기계적 힘에 의해 충격을 받을 때 토플링 (toppling) 또는 브레이킹 (breaking) 되기 쉽다. 세정 문제를 더욱 복잡하게 하는 것은, 감소된 피처 사이즈로의 움직임이 미립자 오염의 허용가능한 사이즈의 감소를 또한 야기하는 것이다. 충분히 작은 사이즈의 미립자 오염은, 고 애스팩트비 피처들에 의해 둘러싸인 트렌치에서와 같이, 도달하기 어려운 웨이퍼 표면 상의 영역으로 들어갈 수 있다. 따라서, 현대의 반도체 제조 동안 효율적이고 손상없는 오염물 제거는 진보된 웨이퍼 세정 테크놀로지에 의해 충족되어야 할 계속적인 도전을 나타낸다. 또한, 평면 패널 디스플레이들의 제조 동작들도 상술된 집적 회로 제조의 동일한 단점을 겪는다는 것을 이해해야 한다.Conventional wafer cleaning methods have relied heavily on mechanical forces to remove particulate contamination from the wafer surface. As feature sizes continue to become smaller and more prone to damage, the likelihood of feature damage by applying mechanical forces on the wafer surface increases. For example, fine features with a high aspect ratio are susceptible to toppling or breaking when impacted by sufficient mechanical force. Further complicating the cleaning problem is that movement to the reduced feature size also causes a reduction in the acceptable size of particulate contamination. Particle contamination of sufficiently small size can enter areas on the wafer surface that are difficult to reach, such as in trenches surrounded by high aspect ratio features. Thus, efficient and intact contaminant removal during modern semiconductor fabrication represents a continuing challenge to be met by advanced wafer cleaning technologies. It should also be understood that manufacturing operations of flat panel displays suffer from the same disadvantages of integrated circuit fabrication described above.
상기 측면에서, 패터닝된 웨이퍼들 상의 피처들에 손상을 주지 않고 오염물들을 제거하는데 효과적인, 패터닝된 웨이퍼들의 세정 재료들, 장치들 및 방법들이 요구되고 있다. In this respect, there is a need for cleaning materials, apparatuses and methods of patterned wafers that are effective in removing contaminants without damaging the features on the patterned wafers.
본 발명의 실시형태들은 웨이퍼 표면들, 특히 패터닝된 웨이퍼들 (또는 기판들) 의 표면들을 세정하기 위한 향상된 재료들, 장치들, 및 방법들을 제공한다. 전술된 세정 재료들, 장치들, 및 방법들은 피처들을 실질적으로 손상시키지 않고 미세한 피처들을 갖는 패터닝된 기판들을 세정하는데 이점들을 갖는다. 세정 재료는 용매에 용해된 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 포함한다. 세정 재료들은 액상 (liquid phase) 이고, 디바이스 피처들 주변에서 변형되므로; 세정 재료들은 그렇다고 해도 디바이스 피처들을 실질적으로 손상시키지 않는다. 세정 재료들의 폴리머들은 기판 상의 오염물들을 캡처 (capture) 한다. 또한, 폴리머들은 오염물들을 인트랩 (entrap) 하여 기판 표면으로 리턴하는 것을 방지한다. 세정 재료들은, 친수성, 소수성, 그리고 혼합 소수성 및 친수성 표면들을 포함하여, 상이한 유형의 기판 표면들을 세정하기 위해 사용될 수 있다. 세정 재료들에 대한 조성 윈도우 및 프로세스 윈도우가 넓어져, 조제된 세정 재료들이 사용되어 상이한 유형의 기판 표면들을 세정할 수 있게 한다. 세정 장치들은, 소정의 점도 범위를 갖는 세정 재료들을 분사 및 린스하도록 설계될 수 있다. Embodiments of the present invention provide improved materials, apparatuses, and methods for cleaning wafer surfaces, particularly surfaces of patterned wafers (or substrates). The cleaning materials, apparatuses, and methods described above have advantages in cleaning patterned substrates having fine features without substantially damaging the features. The cleaning material comprises polymers of one or more polymerizable compounds dissolved in a solvent. The cleaning materials are in liquid phase and deformed around the device features; The cleaning materials nonetheless do not substantially damage the device features. Polymers of cleaning materials capture contaminants on the substrate. In addition, the polymers entrap the contaminants and prevent them from returning to the substrate surface. Cleaning materials can be used to clean different types of substrate surfaces, including hydrophilic, hydrophobic, and mixed hydrophobic and hydrophilic surfaces. The composition window and process window for the cleaning materials are widened, allowing formulated cleaning materials to be used to clean different types of substrate surfaces. The cleaning apparatuses can be designed to spray and rinse cleaning materials having a predetermined viscosity range.
폴리머들은 가교될 수 있다. 하지만, 폴리머들이 너무 단단하거나 딱딱하게 되어, 폴리머들이 용매에서 용해되지 않고 기판 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형되지 않는 것을 피하기 위해서, 가교의 정도는 비교적 제한된다. The polymers can be crosslinked. However, the degree of crosslinking is relatively limited in order to avoid the polymers becoming too hard or too hard so that the polymers do not dissolve in solvent and do not deform around device features on the substrate surface.
본 발명은 시스템, 방법, 및 챔버를 포함하여 다수의 방식으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 본 발명의 여러 진보적인 실시형태들을 이하에서 설명한다.It is to be understood that the present invention can be implemented in a number of ways, including as a system, a method, and a chamber. Several inventive embodiments of the present invention are described below.
일 실시형태에서, 집적 회로 디바이스들을 정의하기 위한 패터닝된 기판의 표면 상에 공급되어 표면으로부터 오염물들을 제거하는 세정 재료가 제공된다. 세정 재료는 용매 및 1종 이상의 중합성 화합물들을 포함한다. 1종 이상의 중합성 화합물들은 용매에 용해된다. 가용화된 폴리머들은 집적 회로 디바이스들을 정의하기 위한 패터닝된 기판의 표면으로부터 오염물들의 적어도 일부를 캡처 및 인트랩하는, 긴 폴리머 사슬들을 갖는다. 세정 재료는 액상으로 정의된다. 약 100/s 미만의 기준 전단 속도에서 측정된 세정 재료의 점도는 약 100 cP 내지 약 10,000 cP 이다. 세정 재료는, 패터닝된 기판을 덮는 세정 재료 상에 힘이 가해질 때 패터닝된 기판의 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형된다.In one embodiment, a cleaning material is provided that is supplied on a surface of a patterned substrate for defining integrated circuit devices to remove contaminants from the surface. The cleaning material includes a solvent and one or more polymerizable compounds. One or more polymerizable compounds are dissolved in a solvent. Solubilized polymers have long polymer chains that capture and entrap at least some of the contaminants from the surface of the patterned substrate for defining integrated circuit devices. The cleaning material is defined as a liquid phase. The viscosity of the cleaning material measured at a reference shear rate of less than about 100 / s is from about 100 cP to about 10,000 cP. The cleaning material is deformed around the device features on the surface of the patterned substrate when a force is applied on the cleaning material covering the patterned substrate.
다른 실시형태에서, 집적 회로 디바이스들을 정의하기 위한 패터닝된 기판의 표면 상에 공급되어 표면으로부터 오염물들을 제거하는 세정 재료가 제공된다. 세정 재료는 용매, 및 세정 재료의 pH (potential of hydrogen) 값을 변화시키기 위한 완충제를 포함하고, 완충제 및 용매는 세정 용액을 형성한다. 세정 제료는 또한 세정 용액에 용해된 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 포함한다. 세정 재료는 pH 가 약 7 내지 약 12이다. 가용화된 폴리머들은 집적 회로 디바이스들을 정의하기 위한 패터닝된 기판의 표면으로부터 오염물들의 적어도 일부를 캡처 및 인트랩하는 긴 폴리머 사슬들을 갖는다. 세정 재료는 액상으로 정의된다. 기준 전단 속도에서 측정된 세정 재료의 점도는 약 100 cP 내지 약 10,000 cP 이다. 세정 재료는, 패터닝된 기판을 덮는 세정 재료 상에 힘이 가해질 때 패터닝된 기판의 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형된다. 세정 재료는 또한 세정 재료에서의 폴리머들의 분산을 돕고, 패터닝된 기판의 표면의 젖음처리 (wetting) 를 돕기 위한 계면활성제를 포함한다. 또한, 세정 재료는 세정 용액에서 이온화하여 세정 재료의 점도를 조정하는 이온-제공 화합물을 포함한다. In another embodiment, a cleaning material is provided that is supplied on a surface of a patterned substrate for defining integrated circuit devices to remove contaminants from the surface. The cleaning material comprises a solvent and a buffer for changing the potential of hydrogen (PH) value of the cleaning material, the buffer and the solvent forming a cleaning solution. The cleaning agent also includes polymers of one or more polymerizable compounds dissolved in the cleaning solution. The cleaning material has a pH of about 7 to about 12. Solubilized polymers have long polymer chains that capture and entrap at least some of the contaminants from the surface of the patterned substrate for defining integrated circuit devices. The cleaning material is defined as a liquid phase. The viscosity of the cleaning material measured at the reference shear rate is about 100 cP to about 10,000 cP. The cleaning material is deformed around the device features on the surface of the patterned substrate when a force is applied on the cleaning material covering the patterned substrate. The cleaning material also includes a surfactant to help disperse the polymers in the cleaning material and to help wetting the surface of the patterned substrate. The cleaning material also includes an ion-providing compound that is ionized in the cleaning solution to adjust the viscosity of the cleaning material.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 하기의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이고, 동일한 참조 부호들은 동일한 구조적 요소들을 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 상의 결함 및 디바이스 피처를 나타낸다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 패터닝된 기판 상에 세정 재료를 공급하는 것과 관련된 3 개의 응답 곡선들의 다이어그램을 나타낸다.
도 2b 는 패터닝된 기판 상에 세정 재료를 공급하는 것과 관련된 3 개의 응답 곡선들의 다이어그램을 나타낸다.
도 2c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 상이한 테크놀로지 노드들에 대한 3 개의 손상 곡선들 및 세정 재료의 힘 세기 곡선의 다이어그램을 나타낸다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액에 용해된 분자량이 큰 중합성 화합물의 폴리머들을 함유하는 세정 재료를 나타낸다.
도 3b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 오염물들을 인트랩하는 도 3a 의 세정 재료를 나타낸다.
도 3c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 표면으로부터 오염물들을 세정하기 위해 패터닝된 웨이퍼 상에 분사된 도 3a 의 세정 재료를 나타낸다.
도 3d 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 표면으로부터 오염물들을 세정하기 위해 패터닝된 웨이퍼 상에 분사된 도 3a 의 세정 재료를 나타낸다.
도 3e 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 표면으로부터 오염물들을 세정하기 위해 트렌치들 및 비아들을 갖는 패터닝된 웨이퍼 상에 분사된 도 3a 의 세정 재료를 나타낸다.
도 3f 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액에 유화된 겔-형 폴리머 액적들을 갖는 세정 재료를 나타낸다.
도 3g 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액에 현탁된 겔-형 폴리머 덩어리들 (globs) 을 갖는 세정 재료를 나타낸다.
도 3h 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 폼 (foam) 세정 재료를 나타낸다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 하이드록시에틸 셀룰로오스 (HEC) 및 폴리아크릴산 (PAA) 에 대한 분자량의 함수로서 파티클 제거 효율성 (particle removal efficiency; PRE) 을 나타낸다.
도 4b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 폴리아크릴아미드 (PAM) 에 대한 분자량의 함수로서 PRE 를 나타낸다.
도 4c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 폴리아크릴아미드 (PAM) 폴리머들로 제조된 세정 재료의 점도를 감소시키기 위해 염화암모늄을 이용한 실험 결과를 나타낸다.
도 4d 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 상이한 pH 값들 및 상이한 이온 강도들을 갖는 세정 재료들의 점도 데이터를 나타낸다.
도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판으로부터 오염물들을 세정하기 위한 시스템을 나타낸다.
도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 상부 프로세싱 헤드 아래 및 하부 프로세싱 헤드 상부에 위치한 기판 캐리어를 갖는 챔버의 수직 단면도를 나타낸다.
도 5c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 상부에 배치된 상부 프로세싱 헤드 및 상부 프로세싱 헤드에 대향하여 기판 아래에 배치된 하부 프로세싱 헤드를 나타낸다.
도 5d 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 세정 시스템을 나타낸다.
도 6a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판들을 세정하기 위해서 분자량이 큰 중합성 화합물들의 폴리머들을 함유하는 세정 재료를 사용하는 세정 장치 및 세정 재료를 린스하는 린스 장치를 나타낸다.
도 6b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판들을 세정하기 위해서 분자량이 큰 중합성 화합물들의 폴리머들을 함유하는 세정 재료를 사용하는 세정 및 린스 장치를 나타낸다.
도 7a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 함유하는 세정 재료를 조제하는 프로세스 흐름을 나타낸다.
도 7b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 패터닝된 기판들을 세정하기 위해서 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 함유하는 세정 재료를 사용하는 프로세스 흐름을 나타낸다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be readily understood by the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numerals represent like structural elements.
1 illustrates defects and device features on a substrate, in accordance with an embodiment of the present invention.
2A shows a diagram of three response curves associated with supplying a cleaning material onto a patterned substrate, in accordance with an embodiment of the present invention.
2B shows a diagram of three response curves associated with supplying cleaning material onto a patterned substrate.
2C shows a diagram of three damage curves for different technology nodes and a force intensity curve of the cleaning material, according to one embodiment of the invention.
3A illustrates a cleaning material containing polymers of high molecular weight polymeric compound dissolved in a cleaning solution, in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 3B illustrates the cleaning material of FIG. 3A entrapping contaminants, in accordance with an embodiment of the present invention. FIG.
3C illustrates the cleaning material of FIG. 3A sprayed onto a patterned wafer to clean contaminants from a substrate surface, in accordance with an embodiment of the present invention.
3D illustrates the cleaning material of FIG. 3A sprayed onto a patterned wafer to clean contaminants from a substrate surface, in accordance with an embodiment of the present invention.
3E illustrates the cleaning material of FIG. 3A sprayed onto a patterned wafer having trenches and vias to clean contaminants from the substrate surface, in accordance with an embodiment of the present invention.
3F illustrates a cleaning material having gel-type polymer droplets emulsified in the cleaning solution, according to one embodiment of the present invention.
3G illustrates a cleaning material having gel-like polymer globs suspended in the cleaning solution, according to one embodiment of the invention.
3H shows a foam cleaning material, according to one embodiment of the invention.
4A shows particle removal efficiency (PRE) as a function of molecular weight for hydroxyethyl cellulose (HEC) and polyacrylic acid (PAA), according to one embodiment of the invention.
4B shows PRE as a function of molecular weight for polyacrylamide (PAM), according to one embodiment of the invention.
4C shows the results of experiments using ammonium chloride to reduce the viscosity of a cleaning material made of polyacrylamide (PAM) polymers, according to one embodiment of the invention.
4D shows viscosity data of cleaning materials having different pH values and different ionic strengths, according to one embodiment of the invention.
5A illustrates a system for cleaning contaminants from a substrate, in accordance with an embodiment of the present invention.
5B shows a vertical cross sectional view of a chamber having a substrate carrier positioned below the upper processing head and above the lower processing head, in accordance with an embodiment of the present invention.
5C illustrates an upper processing head disposed above the substrate and a lower processing head disposed below the substrate opposite the upper processing head, according to one embodiment of the invention.
5D illustrates a substrate cleaning system, in accordance with an embodiment of the present invention.
6A shows a cleaning apparatus using a cleaning material containing polymers of high molecular weight polymerizable compounds and a rinsing apparatus for rinsing the cleaning material, in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 6B illustrates a cleaning and rinsing apparatus using a cleaning material containing polymers of high molecular weight polymeric compounds to clean substrates, according to one embodiment of the invention.
7A shows a process flow for preparing a cleaning material containing polymers of one or more polymerizable compounds of high molecular weight, according to one embodiment of the invention.
7B shows a process flow using a cleaning material containing polymers of one or more polymerizable compounds of high molecular weight to clean patterned substrates, according to one embodiment of the invention.
웨이퍼 표면들, 특히 패터닝된 웨이퍼들 (또는 기판들) 의 표면들을 세정하기 위한 재료들, 장치들, 및 방법들의 실시형태들이 제공된다. 전술된 세정 재료들, 장치들, 및 방법들은 피처들을 실질적으로 손상시키지 않고 미세한 피처들을 갖는 패터닝된 기판들을 세정하는데 이점들을 갖는다. 일 실시형태에서, 세정 재료는 용매에 용해된 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 포함한다. 세정 재료들은 액상이고, 디바이스 피처들 주변에서 변형되므로; 세정 재료들은 디바이스 피처들을 실질적으로 손상시키지 않거나 또는 손상 모두를 함께 감소시킨다. 세정 재료들의 폴리머들은 기판 상의 오염물들을 캡처한다. 또한, 폴리머들은 오염물을 인트랩하여 기판 표면으로 리턴하는 것을 방지한다. 세정 재료들은, 친수성 및 소수성 표면들을 포함하여, 상이한 유형의 기판 표면들을 세정하기 위해 사용될 수 있다. 세정 재료들에 대한 조성 윈도우 및 프로세스 윈도우가 넓어져, 조제된 세정 재료들이 상이한 유형의 기판 표면들을 세정하기 위해 사용될 수 있게 한다. 세정 장치들은, 소정의 점도 범위를 가진 세정 재료들을 분사 및 린스하도록 설계될 수 있다. 폴리머들은 긴 폴리머 사슬들을 형성하고, 이들은 또한 가교되어 네트워크 (또는 중합성 네트워크) 를 형성할 수 있다. 긴 폴리머 사슬들 및/또는 폴리머 네트워크는, 종래의 세정 재료들과 비교하여, 오염물들을 캡처 및 인트랩하는 우수한 능력들을 나타낸다. Embodiments of materials, apparatuses, and methods are provided for cleaning wafer surfaces, particularly surfaces of patterned wafers (or substrates). The cleaning materials, apparatuses, and methods described above have advantages in cleaning patterned substrates having fine features without substantially damaging the features. In one embodiment, the cleaning material comprises polymers of one or more polymerizable compounds dissolved in a solvent. The cleaning materials are liquid and deform around the device features; The cleaning materials do not substantially damage the device features or reduce all of the damage together. Polymers of cleaning materials capture contaminants on the substrate. In addition, polymers prevent the entrapment of contaminants and return to the substrate surface. Cleaning materials can be used to clean different types of substrate surfaces, including hydrophilic and hydrophobic surfaces. The composition window and process window for the cleaning materials are widened to allow formulated cleaning materials to be used to clean different types of substrate surfaces. The cleaning apparatuses can be designed to spray and rinse cleaning materials having a predetermined viscosity range. The polymers form long polymer chains, which can also be crosslinked to form a network (or polymerizable network). Long polymer chains and / or polymer networks exhibit superior abilities to capture and entrap contaminants as compared to conventional cleaning materials.
다른 실시형태에서, 세정 재료는 또한 세정 재료의 pH 를 변경하기 위한 완충제를 함유한다. 세정 재료는 또한 용매에서의 폴리머들의 분산을 돕고, 패터닝된 기판의 표면의 젖음처리를 돕기 위한 계면활성제를 함유한다. 또한, 세정 재료는 세정 재료의 점도를 변경하는 이온-제공 화합물을 함유한다. In another embodiment, the cleaning material also contains a buffer for changing the pH of the cleaning material. The cleaning material also contains a surfactant to assist in the dispersion of the polymers in the solvent and to wet the surface of the patterned substrate. The cleaning material also contains an ion-providing compound that changes the viscosity of the cleaning material.
하지만, 본 발명이 이들 특정 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 또한, 잘 알려진 프로세스 동작들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해서 상세히 설명되지 않는다.However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of these specific details. Moreover, well known process operations have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention.
본 명세서에 기재된 실시형태들은 오염물들을 제거하는데 효과적이고, 그 일부가 고 애스팩트비 피처들을 포함할 수도 있는 패터닝된 웨이퍼 상의 피처들을 손상시키지 않는, 세정 재료들 및 세정 방법들을 제공한다. 실시형태들이 반도체 세정 애플리케이션들에 관한 구체적인 예들을 제공하지만, 이들 세정 애플리케이션들은 기판으로부터 오염물들을 제거하는 것을 요구하는 임의의 테크놀로지로 확장될 수도 있다.Embodiments described herein provide cleaning materials and cleaning methods that are effective at removing contaminants and do not damage features on a patterned wafer, some of which may include high aspect ratio features. Although embodiments provide specific examples of semiconductor cleaning applications, these cleaning applications may be extended to any technology that requires removing contaminants from a substrate.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 바디 (101) 를 갖는 기판 (100) 을 나타낸다. 기판 (101) 상에는, 표면 (105) 부근에 디바이스 구조체 (102) 및 파티클 (103) 이 존재한다. 파티클 (103) 은 대략적인 직경 (107) 을 가지며, 그 직경은 디바이스 구조체 (102) 의 폭 (104) 과 동일한 정도의 크기 내에 있을 수 있다. 1 shows a
65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 및 16 nm 테크놀로지 노드들과 같은 진보된 테크놀로지들에 있어서, 디바이스 구조체 (102) 의 폭 (104) 은 65 nm 이하이다. 디바이스 구조체 (102) 의 폭 (104) 과 같은 디바이스 구조체들의 폭들은, 칩들의 제한된 표면적 상에 보다 많은 디바이스들을 설비하기 위해 각각의 테크놀로지 노드를 이용하여 계속적으로 스케일 다운된다 (scaled down). 일반적으로, 디바이스 구조체 (102) 의 높이 (106) 와 같은 디바이스 구조체들의 높이들은, 높은 저항율의 염려로 인해 디바이스 피처들의 폭에 비례하여 스케일 다운되지 않는다. 폴리실리콘 라인들 및 금속 상호접속과 같은 도전성 구조체들에 있어서, 구조체들의 폭들 및 높이들을 좁히는 것은 저항율을 너무 증가시켜서, 상당한 RC 지연을 야기시키고 도전성 구조체들에 대해 너무 많은 열을 발생시킨다. 결과적으로, 구조체 (102) 와 같은 디바이스 구조체들은, 구조체 상에 가해진 힘 (111) 에 의해 구조체에 손상을 주기 쉬운 고 애스팩트비를 갖는다. 일 실시형태에서, 디바이스 구조체의 애스팩트비는 약 2 이상의 범위 내에 있을 수 있다. 힘 (112) 이 파티클 (103) 상에 가해져 파티클 (103) 을 제거하는 것을 돕는다. 힘들 (111 및 112) 은 디바이스 구조체 (102) 근처의 기판 표면 상의 세정 재료 (미도시) 에 의해 가해져 파티클 (103) 과 같은 표면 미립자들을 제거한다. 일 실시형태에서, 힘들 (111 및 112) 은, 서로의 부근에 있기 때문에 크기 면에서 매우 가깝다. 기판 표면에 가해진 힘들 (111 및 112) 은 세정 재료와 기판 표면 사이의 임의의 상대 운동에 의한 것일 수 있다. 예를 들어, 힘은 세정 재료의 분사 또는 세정 재료의 린스에 의한 것일 수 있다.For advanced technologies such as 65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, and 16 nm technology nodes, the
디바이스 구조체 (102) 의 감소된 폭 (104) 및 디바이스 구조체 (102) 의 상대적으로 높은 애스팩트비는, 디바이스 구조체 (102) 로 하여금 가해진 힘 (111) 아래에서 파손되기 쉽게 하거나 또는 가해진 힘 (111) 아래에서 에너지 축적되게 한다. 손상된 디바이스 구조체 (102) 는 파티클원이 되어 수율을 감소시킨다. 또한, 손상된 디바이스 구조체 (102) 는 손상으로 인해 동작 불가능해질 수 있다.The reduced
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 패터닝된 기판 상에 세정 재료를 공급하는 것과 관련된 3 개의 응답 곡선들의 다이어그램을 나타낸다. 곡선 (201) 은 기판 표면 상의 세정 재료에 의해 발휘되는 (힘의 결과로서) 에너지 대 세기를 나타낸다. 세정 재료에 의해 발휘되는 세정 에너지의 세기는 EP 에서 피크가 된다. 곡선 (202) 은 세정 재료에 의해 기판 상에 가해진 에너지의 함수로서 파티클 제거 효율성을 나타낸다. 파티클 제거 속도는 ER 근처에서 피크가 된다. 세정 재료에 의해 발휘되는 에너지가 ER 에 도달할 때, 세정 재료는 기판 표면으로부터 파티클들을 제거하는데 있어서 가장 효율적이다. 곡선 (203) 은 세정 재료에 의해 기판 표면 상에 가해진 에너지의 함수로서 세정 재료에 의해 야기된 디바이스 구조체들의 손상량을 나타낸다. 디바이스 구조체들은, 기판 상의 세정 재료에 의해 발휘된 에너지의 상한 EN 보다 더 높은 ES 에서 손상된다. 디바이스 구조체 손상 곡선 (203) 이 패턴 기판 상에 발휘되는 세정 재료의 에너지 분포 (201) 밖에 있기 때문에, 패턴 기판 상의 디바이스 구조체들은 손상되지 않는다. 파티클 제거 곡선 (202) 은, 세정 재료가 기판 상의 구조체들을 손상시키지 않고 기판 표면으로부터 파티클들 (또는 오염물들) 을 제거할 수 있다는 것을 나타낸다.2A shows a diagram of three response curves associated with supplying a cleaning material onto a patterned substrate, in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2b 는 패터닝된 기판 상에 세정 재료를 공급하는 것과 관련된 3 개의 응답 곡선들의 다이어그램을 나타낸다. 곡선 (201') 은 패터닝된 기판 상에서 세정 재료에 의해 발휘되는 에너지 대 세기를 나타낸다. 세정 재료에 의해 발휘되는 세기는 EP' 에서 피크가 된다. 곡선 (202') 은 기판 상에 가해진 에너지에 대한 파티클 제거 속도를 나타낸다. 파티클 제거 속도는 ER' 근처에서 피크가 된다. 세정 재료에 의해 발휘된 에너지가 ER' 에 도달할 때, 세정 재료는 기판 표면으로부터 파티클들을 제거하는데 있어서 가장 효율적이다. 곡선 (203') 은 세정 재료에 의해 기판 표면 상에 가해진 에너지의 함수로서 세정 재료에 의해 야기된 디바이스 구조체들의 손상량을 나타낸다. 기판 상의 디바이스 구조체들은 세정 재료에 의해 발휘된 에너지의 에너지 분포의 상한 EN' 보다 더 낮은 ES' 에서 손상된다. 디바이스 구조체 손상 곡선 (203') 이 패턴 기판 상에 발휘되는 세정 재료의 에너지 분포 (201') 내에 있기 때문에, 패턴 기판 상의 디바이스 구조체들은 세정 재료에 의해 손상받아 파티클들 (또는 결함들) 을 추가한다.2B shows a diagram of three response curves associated with supplying cleaning material onto a patterned substrate. Curve 201 'represents the energy versus intensity exerted by the cleaning material on the patterned substrate. The intensity exerted by the cleaning material peaks at E P ′. Curve 202 'represents the particle removal rate relative to the energy applied on the substrate. The particle removal rate peaks near E R ′. When the energy exerted by the cleaning material reaches E R ′, the cleaning material is most efficient at removing particles from the substrate surface. Curve 203 'represents the amount of damage of device structures caused by the cleaning material as a function of the energy applied on the substrate surface by the cleaning material. Device structures on the substrate are damaged at E S 'which is lower than the upper limit E N ' of the energy distribution of energy exerted by the cleaning material. Since the device structure damage curve 203 'is within the energy distribution 201' of the cleaning material exerted on the patterned substrate, the device structures on the patterned substrate are damaged by the cleaning material to add particles (or defects). .
상술한 바와 같이, 세정 프로세스 동안의 디바이스 구조체들의 손상은 디바이스를 동작 불가능하게 할 수 있고, 손상된 디바이스 구조체들이 기판 표면 상에 남아서 디바이스 수율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 도 2b 의 세정 곡선 (201') 및 손상 곡선 (203') 사이의 관계는 바람직하지 않다. 반대로, 도 2a 의 세정 곡선 (201) 및 손상 곡선 (203) 사이의 관계는 바람직하다.As mentioned above, damage to device structures during the cleaning process may render the device inoperable, and the damaged device structures may remain on the substrate surface to reduce device yield. Therefore, the relationship between the cleaning curve 201 'and the damage curve 203' of FIG. 2B is undesirable. In contrast, the relationship between the
종래의 기판 세정 장치들 및 방법들은 기판 표면으로부터 미립자들을 제거함에 있어서 기계적 힘들을 이용하는 브러쉬들 및 패드들을 포함한다. 협소한 폭들 및 고 애스팩트비들을 갖는 디바이스 구조체들을 이용하는 진보된 테크놀로지들에 있어서, 브러쉬들 및 패드들에 의해 가해진 기계적 힘은 디바이스 구조체들을 손상시킬 수 있다. 또한, 거친 브러쉬들 및 패드들은 기판 표면 상에 스크래치들을 야기시킬 수도 있다. 캐비테이션 버블 (cavitation bubble) 및 음향 스트리밍 (acoustic streaming) 을 이용하여 기판을 세정하는, 메가소닉 세정 및 초음파 세정과 같은 세정 기술들도 또한 손상되기 쉬운 구조체들을 손상시킬 수 있다. 제트들 및 스프레이들을 이용하는 세정 기술들은 필름들의 침식을 야기할 수 있고, 또한 손상되기 쉬운 구조체를 손상시킬 수 있다. Conventional substrate cleaning apparatuses and methods include brushes and pads that utilize mechanical forces in removing particulates from the substrate surface. In advanced technologies that use device structures with narrow widths and high aspect ratios, the mechanical force exerted by the brushes and pads can damage the device structures. Rough brushes and pads may also cause scratches on the substrate surface. Cleaning techniques, such as megasonic cleaning and ultrasonic cleaning, which clean the substrate using cavitation bubbles and acoustic streaming, can also damage fragile structures. Cleaning techniques using jets and sprays can cause erosion of the films and can also damage fragile structures.
도 2c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 메가소닉 세정과 같은 종래의 방법에 의해 공급된 종래의 세정 재료에 대한 세정 곡선 (201") 을 나타낸다. 3 개의 테크놀로지 노드들, 90 nm, 65 nm, 및 45 nm 각각에 대해 손상 곡선들 203Ⅰ, 203Ⅱ, 및 203Ⅲ 이 존재한다. 90 nm 테크놀로지 노드의 패터닝된 웨이퍼들에 대한 곡선 203Ⅰ 에 있어서 손상의 개시는 에너지 ES Ⅰ 에서 시작한다. ES Ⅰ 는 패터닝된 기판 상의 세정 재료의 에너지 분포의 상한 EN" 보다 크다. 따라서, 디바이스 구조체들에 대한 손상이 존재하지 않는다. 손상의 개시가 EN" 보다 더 높은 ES Ⅱ 에서 시작하기 때문에, 도 2c 의 종래의 세정 재료는 65 nm 테크놀로지 노드에서도 여전히 유효하다. 테크놀로지가 보다 협소한 폭으로 이동함에 따라, 손상의 개시는 보다 낮은 에너지 레벨에서 시작한다. 테크놀로지 노드가 45 nm 이하일 때, 곡선 (201") 의 종래의 세정 재료 및 방법은 디바이스 구조체들에 손상을 야기할 것이다. 45 nm 테크놀로지 노드에서의 손상의 개시, ES Ⅲ 는 EN" 보다 더 낮다. 도 2c 는, 일부 세정 재료들 및 방법들이 종래의 테크놀로지들에 대해 유효하지만, 보다 협소한 피처 폭들을 갖는 진보된 테크놀로지들에 대해서는 더 이상 유효하지 않다는 것을 나타낸다. 따라서, 디바이스 구조체들에 대해 보다 부드럽고, 기판 표면으로부터 파티클들을 제거하는데 효과적인, 세정 재료를 이용하는 세정 메커니즘을 찾을 필요가 있다.Figure 2C shows a
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 용액 (305) 에 용해된 분자량(들)이 큰 폴리머들 (310) 을 함유하는 액체 세정 재료 (300) 를 나타낸다. 일 실시형태에서, 액체 세정 재료 (300) 는 겔이다. 다른 실시형태에서, 액체 세정 재료 (300) 는 졸이다. 또 다른 실시형태에서, 액체 세정 재료 (300) 는 액체 용액이다. 액체 세정 재료 (300) 는, 기판 표면 상에 파티클들을 갖는 기판 상에 공급될 때, 기판 표면 상의 파티클들을 제거할 수 있다. 일 실시형태에서, 제거된 파티클들 (320) 은 도 3b 에 나타낸 바와 같이 폴리머들 (310) 에 부착된다. 폴리머들은 분자량(들)이 크다. 일 실시형태에서, 폴리머들의 분자량(들)은 약 10,000 g/mol 을 초과한다. 폴리머들은 제거된 파티클들을 캡처 및 트랩하는 긴 폴리머 사슬들을 형성하여, 파티클들이 기판 표면으로 다시 리턴하는 것을 방지한다. 일 실시형태에서, 폴리머 사슬들은 중합성 네트워크를 형성한다. 일 실시형태에서, 폴리머들 (310) 은 산성 또는 염기성이다. 폴리머 (310) 가 물에 용해되는 경우, 폴리머 (310) 는 순수에서보다 낮거나 또는 높은 수소 이온 활성도 (pH), 즉, 7.0 초과 또는 미만의 pH 를 갖는 용액을 제공한다. 다른 실시형태에서, 세정 재료 (300) 는 또한 세정 재료의 pH 를 조정하고 유지하는 것을 돕는 완충제를 함유한다. 3A shows a
용매에 용해된 폴리머들은 소프트 겔이거나 또는 용매에 현탁된 겔-형 액적들이 될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판 표면 상의 오염물들은 폴리머 분자들이 오염물들 부근에 있게 될 때 이온력, 반데르 발스힘, 정전기력, 소수성 상호작용, 입체 상호작용, 또는 화학적 결합에 의해 용매화된 폴리머들에 부착된다. 폴리머들이 오염물들을 캡처 및 인트랩한다.The polymers dissolved in the solvent may be soft gels or gel-like droplets suspended in the solvent. In one embodiment, contaminants on the substrate surface adhere to the solvated polymers by ionic force, van der Waals force, electrostatic force, hydrophobic interaction, steric interaction, or chemical bonding when the polymer molecules are in the vicinity of the contaminants. do. Polymers capture and entrap contaminants.
상술한 바와 같이, 폴리머들은 용매 (305) 에서 네트워크를 형성할 수 있다. 폴리머들은 액체 용매 (305) 에서 분산된다. 액체 세정 재료 (300) 는 세정 프로세스 동안 기판 상의 디바이스 구조체들에 대해 부드럽다. 도 3c 의 세정 볼륨 (330) 에 도시된 바와 같이, 세정 재료 (300) 에서의 폴리머들 (310) 은, 디바이스 구조체 (302) 상에 강력한 충격 없이, 구조체 (302) 와 같은 디바이스 구조체들 주변에서 슬라이딩할 수 있다. 반대로, 상기에서 언급된 단단한 브러쉬들 및 패드들은 디바이스 구조체들과 유연성 없이 접촉하고, 디바이스 구조체들을 손상시킨다. 메가소닉 세정에서 캐비테이션에 의해 생성된 힘들 (또는 에너지) 및 제트 스프레이 동안 액체에 의한 고속 충격이, 또한 구조체를 손상시킬 수 있다. 대안으로, 2 종류 이상의 폴리머들이 용매에 용해되어 세정 재료를 구성할 수 있다. 예를 들어, 세정 재료에서의 폴리머들이 "A" 중합성 화합물 및 "B" 중합성 화합물을 포함할 수 있다.As described above, the polymers may form a network in solvent 305. The polymers are dispersed in liquid solvent 305.
분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들은, 가교되거나 또는 가교되지 않고 폴리머들의 긴 사슬을 형성하여 중합성 네트워크를 형성한다. 상기에서 논의된 바와 같이, 폴리머들은 가교될 수 있다. 하지만, 폴리머들이 너무 단단하거나 딱딱하게 되어, 폴리머들이 용매에 용해되고 기판 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형되는 것을 방지하기 위해서, 가교의 정도는 비교적 제한된다. Polymers of one or more polymerizable compounds of high molecular weight form long chains of polymers, with or without crosslinking, to form a polymerizable network. As discussed above, the polymers may be crosslinked. However, the degree of crosslinking is relatively limited in order for the polymers to be too hard or too hard to prevent the polymers from dissolving in the solvent and deforming around device features on the substrate surface.
도 3c 에 도시된 바와 같이, 폴리머들 (310) 은 패터닝된 (또는 비패터닝된) 기판 표면 상의 오염물들 (32OⅠ, 32OⅡ, 320Ⅲ, 320Ⅳ) 과 같은 오염물들과 접촉하게 되고, 오염물을 캡처한다. 오염물들이 폴리머들에 의해 캡처된 이후에, 오염물들은 폴리머들에 부착되고 세정 재료에서 현탁된다. 도 3c 는 폴리머 사슬(들)(311Ⅰ, 311Ⅱ) 에 각각 부착되는 오염물들 (320Ⅲ, 320Ⅳ) 을 나타낸다. 오염물들 (32OⅠ, 32OⅡ) 은 다른 폴리머 사슬들에 부착된다. 대안으로, 오염물들 (32OⅠ, 32OⅡ, 320Ⅲ, 및 320Ⅳ) 이 각각 다수의 폴리머 사슬들에 부착될 수 있거나, 또는 중합성 네트워크에 부착될 수 있다. 세정 재료 (300) 중의 폴리머들이, 예컨대, 린스에 의해 기판 표면으로부터 제거될 때, 이 폴리머 사슬들에 부착된 오염물들이 폴리머 사슬들과 함께 기판 표면으로부터 제거된다.As shown in FIG. 3C, the
도 3c 에 도시된 실시형태는 단지 하나의 디바이스 구조체 (302) 를 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도 3d 에 도시된 바와 같이, 기판 (301) 과 같은 기판 상에, 302Ⅰ, 302Ⅱ, 302Ⅲ, 및 302Ⅳ 와 같은 다수의 디바이스 구조체들이 클러스터링되어 (clustered) 서로 옆에 있을 수 있다. 도 3c 와 유사하게, 세정 볼륨 (330') 내의 액체 세정 재료 (300) 는 세정 프로세스 동안 기판 상의 디바이스 구조체에 대해 부드럽다. 세정 재료 (300) 중의 폴리머들 (310) 은 디바이스 구조체들 상에 강력한 충격을 주지않고 디바이스 구조체들 (302Ⅰ, 302Ⅱ, 302Ⅲ, 및 302Ⅳ) 주변에서 슬라이딩한다. 폴리머 사슬들에 부착되는 도 3c 의 오염물들 (32OⅠ, 32OⅡ, 320Ⅲ, 및 320Ⅳ) 과 유사하게, 오염물들 (325Ⅰ, 325Ⅱ, 325Ⅲ, 및 325Ⅳ) 도 또한 폴리머 사슬들에 부착된다.The embodiment shown in FIG. 3C shows only one
도 3c 및 도 3d 에서와 같이, 배선 피처들을 갖는 세정 기판에 추가하여, 다른 패터닝된 피처들을 갖는 기판들도 또한 본 발명에서 설명된 재료들 및 방법들에 의해 세정될 수 있다. 도 3e 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 비아들 (315) 및 트렌치들 (316) 을 형성하는 구조들 (302') 을 갖는 기판 (301') 을 나타낸다. 오염물들 (326Ⅰ, 326Ⅱ, 326Ⅲ, 및 326Ⅳ) 은 또한 상기 도 3c 및 도 3d 에서 논의된 메커니즘들에 의해 세정 재료 (300) 에 의해 제거될 수 있다. 3C and 3D, in addition to the cleaning substrate with wiring features, substrates with other patterned features may also be cleaned by the materials and methods described herein. 3E illustrates a substrate 301 'having structures 302' forming
상술한 바와 같이, 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들은 용매에 분산되어 있다. 분자량이 큰 중합성 화합물들의 예는, 이에 한정되지 않지만, 폴리아크릴아미드 (PAM), 폴리아크릴산 (PAA), 예컨대, Carbopol 940™ 및 Carbopol 941™, 폴리-(N,N-디메틸-아크릴아미드)(PDMAAm), 폴리-(N-이소프로필-아크릴아미드)(PIPAAm), 폴리메타크릴산 (PMAA), 폴리메타크릴아미드 (PMAAm) 와 같은 아크릴 폴리머들; 폴리에틸렌 이민 (PEI), 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO), 폴리프로필렌 옥사이드 (PPO) 등과 같은 폴리이민들 및 옥사이드들; 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리에틸렌 술폰산 (PESA), 폴리비닐아민 (PVAm), 폴리비닐-피롤리돈 (PVP), 폴리-4-비닐 피리딘 (P4VP) 등과 같은 비닐 폴리머들; 메틸 셀룰로오스 (MC), 에틸 셀룰로오스 (EC), 하이드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 등과 같은 셀룰로오스 유도체들; 아카시아 (아라비아 고무), 한천 및 아가로스, 헤파린, 구아검, 크산탄검 등과 같은 다당류들, 및 알부민, 콜라겐, 글루텐 등과 같은 단백질들을 포함한다. 폴리머 구조체의 몇몇 예를 설명하기 위해, 폴리아크릴아미드는 아크릴아미드 서브유닛들로부터 형성된 아크릴레이트 폴리머 (-CH2CHCONH2-)n 이다. 폴리비닐 알콜은 비닐 알콜 서브유닛들로부터 형성된 폴리머 (-CH2CHOH-)m 이다. 폴리아크릴산은 아크릴산 서브유닛들로부터 형성된 폴리머 (-CH2=CH-COOH-)o 이다. "n", "m", 및 "o" 는 정수이다. 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들은 수용액에 용해성이 있거나 또는 고 흡수성이어서, 수용액에서 소프트 겔을 형성한다. 상술한 바와 같이, 일 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 10,000 g/mol 를 초과한다. 다른 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 100,000 g/mol 를 초과한다. 또 다른 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 약 0.01M g/mol 내지 약 1OOM g/mol 이다. 또 다른 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 약 0.1M g/mol 내지 약 50M g/mol 이다. 또 다른 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 약 1M g/mol 내지 약 2OM g/mol 이다. 또 다른 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 약 15M g/mol 내지 약 2OM g/mol 이다. 세정 재료 중의 폴리머들의 중량 퍼센트는, 일 실시형태에서, 약 0.001% 내지 약 20% 이다. 다른 실시형태에서, 중량 퍼센트는 약 0.001% 내지 약 10% 이다. 또 다른 실시형태에서, 중량 퍼센트는 약 0.01% 내지 약 10% 이다. 또 다른 실시형태에서, 중량 퍼센트는 약 0.05% 내지 약 5% 이다. 폴리머들은 용매에 용해될 수 있거나, 용매에 완전히 분산될 수 있거나, 용매에서 (유화된) 액적들을 형성하거나, 또는 용매에서 덩어리들 (응어리들) 를 형성할 수 있다.As mentioned above, polymers of one or more polymerizable compounds having high molecular weight are dispersed in a solvent. Examples of high molecular weight polymerizable compounds include, but are not limited to, polyacrylamide (PAM), polyacrylic acid (PAA) such as Carbopol 940 ™ and Carbopol 941 ™, poly- (N, N-dimethyl-acrylamide) Acrylic polymers such as (PDMAAm), poly- (N-isopropyl-acrylamide) (PIPAAm), polymethacrylic acid (PMAA), polymethacrylamide (PMAAm); Polyimines and oxides such as polyethylene imine (PEI), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and the like; Vinyl polymers such as polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene sulfonic acid (PESA), polyvinylamine (PVAm), polyvinyl-pyrrolidone (PVP), poly-4-vinyl pyridine (P4VP) and the like; Cellulose derivatives such as methyl cellulose (MC), ethyl cellulose (EC), hydroxyethyl cellulose (HEC), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like; Acacia (arabic gum), agar and polysaccharides such as agarose, heparin, guar gum, xanthan gum and the like, and proteins such as albumin, collagen, gluten and the like. To illustrate some examples of polymer structures, polyacrylamide is an acrylate polymer (-CH 2 CHCONH 2- ) n formed from acrylamide subunits. Polyvinyl alcohol is a polymer (-CH 2 CHOH-) m formed from vinyl alcohol subunits. Polyacrylic acid is a polymer (-CH 2 = CH-COOH-) o formed from acrylic acid subunits. "n", "m", and "o" are integers. Polymers of one or more polymerizable compounds of high molecular weight are soluble or highly absorbent in aqueous solutions, forming soft gels in aqueous solutions. As mentioned above, in one embodiment, the molecular weight of the one or more polymerizable compounds is greater than 10,000 g / mol. In another embodiment, the molecular weight of the one or more polymerizable compounds is greater than 100,000 g / mol. In yet another embodiment, the molecular weight of the one or more polymerizable compounds is from about 0.01 M g / mol to about 1 OOM g / mol. In yet another embodiment, the molecular weight of the one or more polymerizable compounds is about 0.1 M g / mol to about 50 M g / mol. In yet another embodiment, the molecular weight of the one or more polymerizable compounds is about 1 M g / mol to about 2 OM g / mol. In yet another embodiment, the molecular weight of the one or more polymerizable compounds is about 15 M g / mol to about 2 OM g / mol. The weight percentage of the polymers in the cleaning material is, in one embodiment, from about 0.001% to about 20%. In another embodiment, the weight percent is about 0.001% to about 10%. In yet another embodiment, the weight percent is about 0.01% to about 10%. In yet another embodiment, the weight percent is about 0.05% to about 5%. The polymers may be dissolved in the solvent, completely dispersed in the solvent, may form (emulsified) droplets in the solvent, or may form lumps (clumps) in the solvent.
대안으로, 폴리머들은 2종 이상의 모노머 종들로부터 유도되는 코폴리머들일 수 있다. 예를 들어, 코폴리머들은 PAM 및 PAA 의 모노머들로 제조된 90% 의 PAM 및 10% 의 PAA 를 포함할 수 있다. 다른 농도의 성분들의 코폴리머들도 또한 가능한다. 또한, 폴리머들은 2종 이상의 폴리머들의 혼합물일 수도 있다. 예를 들어, 폴리머들은 2종의 폴리머들, 예컨대 90% 의 PAM 및 10% 의 PAA 를 용매에서 혼합함으로써 제조될 수도 있다. 세정 재료들에 코폴리머들 또는 상이한 폴리머들의 혼합물을 사용하는 것은, 상이한 폴리머들의 상이한 강도를 이용하여 최상의 세정 결과를 달성하는 이점을 갖는다. Alternatively, the polymers can be copolymers derived from two or more monomer species. For example, the copolymers may comprise 90% PAM and 10% PAA made from monomers of PAM and PAA. Copolymers of other concentrations of components are also possible. The polymers may also be mixtures of two or more polymers. For example, the polymers may be prepared by mixing two polymers such as 90% PAM and 10% PAA in a solvent. Using copolymers or mixtures of different polymers in the cleaning materials has the advantage of using different strengths of different polymers to achieve the best cleaning results.
도 3a 내지 도 3c 에 도시된 실시형태들에서, 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들은 용매에서 균일하게 용해된다. 용매는 테르펜틴 (turpentine) 과 같은 비극성 액체, 또는 물 (H2O) 과 같은 극성 액체일 수 있다. 용매의 다른 예들은, 이소프로필 알콜 (IPA), 디메틸 술폭시드 (DMSO), 및 디메틸 포름아미드 (DMF) 를 포함한다. 일 실시형태에서, 용매는 2종 이상의 액체들의 혼합물이다. PAM, PAA, 또는 PVA 와 같은 극성을 갖는 폴리머들에 대해, 적합한 용매는 물 (H2O) 과 같은 극성 액체이다. In the embodiments shown in FIGS. 3A-3C, polymers of one or more polymerizable compounds of high molecular weight dissolve uniformly in a solvent. The solvent may be a nonpolar liquid such as terpentine, or a polar liquid such as water (H 2 O). Other examples of solvents include isopropyl alcohol (IPA), dimethyl sulfoxide (DMSO), and dimethyl formamide (DMF). In one embodiment, the solvent is a mixture of two or more liquids. For polymers with polarity such as PAM, PAA, or PVA, a suitable solvent is a polar liquid such as water (H 2 O).
세정 재료들에서 사용되는 폴리머들은 산성 또는 염기성일 수 있다. 예를 들어, 아크릴산 유닛을 함유하는 폴리머들은 산성이고 물에서의 PAA의 혼합물은 pH 값이 약 3 일 수 있다. 염기성 폴리머의 예들은 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)와 같은 4급 암모늄 염들 또는 폴리에틸렌이민 (PEI) 과 같은 3급 아민들을 함유하는 폴리머들을 포함한다. 50 wt% PEI 및 물 혼합물은 pH 값이 대략 12일 수 있다. The polymers used in the cleaning materials may be acidic or basic. For example, the polymers containing acrylic acid units are acidic and the mixture of PAA in water may have a pH value of about 3. Examples of basic polymers include polymers containing quaternary ammonium salts such as poly (diallyldimethylammonium chloride) or tertiary amines such as polyethyleneimine (PEI). The 50 wt% PEI and water mixture may have a pH value of approximately 12.
세정 재료의 특성들을 조정 (또는 변경) 하기 위해서, 세정 재료에 첨가제들이 혼합될 수 있다. 첨가제(들)은 용매와 혼합되어, 폴리머들이 첨가되기 이전의 세정 용액으로 될 수 있다. 예를 들어, 첨가제는, 세정 재료의 수소이온 지수 (pH) 값을 조정하기 위해 약산 또는 약염기일 수 있는, 완충제일 수 있다. 완충제로 사용되는 약산의 일 예는 시트르산이다. 완충제로 사용되는 약염기의 일 예는 수산화 암모늄 (NH4OH) 이다.In order to adjust (or change) the properties of the cleaning material, additives may be mixed in the cleaning material. The additive (s) can be mixed with the solvent to become a cleaning solution before the polymers are added. For example, the additive may be a buffer, which may be a weak acid or a weak base to adjust the pH value of the cleaning material. One example of a weak acid used as a buffer is citric acid. One example of a weak base used as a buffer is ammonium hydroxide (NH 4 OH).
세정 재료들의 pH 값은 약 1 내지 약 12 일 수 있다. 일 실시형태에서, (구리 및 금속간 절연체의 퇴적 이전의) 프론트-엔드 (front-end) 애플리케이션들에 있어서, 세정 재료는 염기성이다. 일 실시형태에서, 프론트-엔드 애플리케이션들의 pH 값은 약 7 내지 약 12 이다. 다른 실시형태에서, 프론트-엔드 애플리케이션들의 세정 재료들의 pH 값은 약 7 내지 약 10 이다. 일 실시형태에서, (구리 및 금속간 유전체의 퇴적 후의) 백엔드 (backend) 프로세싱에 있어서, 세정 용액은 약한 염기성, 중성, 또는 산성이다. 백엔드 상호접속에서의 구리는 완충제로서 수산화 암모늄을 함유하는 세정 재료와 양립가능하지 않다. 수산화 암모늄은 구리와 상호 작용하고 구리를 용해시킨다. 일 실시형태에서, 백엔드 애플리케이션들의 pH 값은 약 1 내지 약 7 이다. 다른 실시형태에서, 백엔드 애플리케이션들의 pH 값은 약 1 내지 약 5 이다. 또 다른 실시형태에서, 백엔드 애플리케이션들의 pH 값은 약 1 내지 약 2 이다. 하지만, 완충제가 수산화 암모늄이 아니라면, 백엔드 애플리케이션들에 있어서 pH 범위는 넓어질 수 있다. 일 실시형태에서, 백엔드 애플리케이션들에 있어서 pH 값은 약 1 내지 약 12 이다. The pH value of the cleaning materials can be about 1 to about 12. In one embodiment, in front-end applications (prior to deposition of copper and intermetallic insulators), the cleaning material is basic. In one embodiment, the pH value of the front-end applications is about 7 to about 12. In another embodiment, the pH value of the cleaning materials in front-end applications is about 7 to about 10. In one embodiment, for backend processing (after deposition of copper and intermetallic dielectrics), the cleaning solution is weak basic, neutral, or acidic. Copper in the backend interconnect is not compatible with cleaning materials containing ammonium hydroxide as a buffer. Ammonium hydroxide interacts with copper and dissolves copper. In one embodiment, the pH value of the backend applications is about 1 to about 7. In another embodiment, the pH value of the backend applications is about 1 to about 5. In yet another embodiment, the pH value of the backend applications is about 1 to about 2. However, if the buffer is not ammonium hydroxide, the pH range can be widened for backend applications. In one embodiment, the pH value is about 1 to about 12 for backend applications.
다른 실시형태에서, 세정 재료의 첨가제들은 암모늄 도데실 설페이트 (ADS) 와 같은 계면활성제를 포함하여, 세정 용액에서의 폴리머들의 분산을 돕는다. 일 실시형태에서, 계면활성제는 또한 기판 표면 상의 세정 재료의 젖음처리도 돕는다. 기판 표면 상의 세정 재료의 젖음성 (wetting) 은, 세정 재료가 기판 표면 및 기판 표면 상의 파티클들과 밀착되는 것을 허용한다. 젖음성은 세정 효율성을 향상시킨다. 다른 첨가제들이 또한 첨가되어, 표면 젖음성, 점도, 기판 세정, 린스, 및 다른 관련된 특성들을 향상시킬 수 있다.In another embodiment, the additives of the cleaning material include a surfactant such as ammonium dodecyl sulfate (ADS) to help disperse the polymers in the cleaning solution. In one embodiment, the surfactant also helps wet the cleaning material on the substrate surface. Wetting of the cleaning material on the substrate surface allows the cleaning material to adhere to the substrate surface and the particles on the substrate surface. Wetting improves cleaning efficiency. Other additives may also be added to improve surface wettability, viscosity, substrate cleaning, rinse, and other related properties.
완충된 세정 용액 (또는 세정 용액) 의 예들은, 용액 중에 0.44 wt% 의 NH4OH 및 0.4 wt% 의 시트르산과 같은 염기성 및 산성 완충제를 포함하는 완충된 수산화 암모늄 용액 (buffered ammonium hydroxide solution; BAS) 을 포함한다. 대안으로, BAS 와 같은 완충된 용액은 1 wt% 의 ADS 와 같은 소정 양의 계면활성제를 포함하여, 세정 용액 중에 폴리머들을 현탁 및 분산시키는 것을 돕는다. 1 wt% 의 ADS, 0.44 wt% 의 NH3, 및 0.4 wt% 의 시트르산을 함유하는 용액은 용액 "100" 으로 지칭된다. 용액 "100" 및 BAS 모두는 약 10 의 pH 값을 갖는다.Examples of buffered rinse solutions (or rinse solutions) include buffered ammonium hydroxide solution (BAS) comprising basic and acidic buffers such as 0.44 wt% NH 4 OH and 0.4 wt% citric acid in the solution. It includes. Alternatively, a buffered solution, such as BAS, contains 1 wt% of an amount of surfactant, such as ADS, to help suspend and disperse the polymers in the cleaning solution. A solution containing 1 wt% ADS, 0.44 wt% NH 3 , and 0.4 wt% citric acid is referred to as solution “100”. Both solution "100" and BAS have a pH value of about 10.
도 3a 내지 도 3e 에 도시된 실시형태들은, 세정 용액 (305) 에 균일하게 분산된 (또는 용해된) 분자량이 큰 폴리머들 (310) 을 갖는 액체 세정 재료 (300) 를 제공한다. 상술한 바와 같이, 이 애플리케이션에 있어서 분자량이 큰 폴리머들은 세정 용액에 완전히 용해되고, 이는 수용성일 수 있다. 폴리머들은 고 흡수성이어서, 수용액에서 소프트 겔을 형성한다. 도 3f 는 세정 용액 (305') 중에 유화된 겔-형 폴리머 액적들 (340) 을 갖는 액체 세정 재료 (300') 의 실시형태를 나타낸다. 세정 용액 (305') 은 또한 작고 독립된 폴리머 (306) 를 함유한다. ADS 와 같은 계면활성제가 세정 용액에 첨가되어, 겔-형 폴리머 액적들 (340) 이 세정 용액 (305') 에서 균일하게 분산되는 것을 도울 수 있다. 도 3f 에 도시된 실시형태에서, 세정 용액 (305') 과 겔-형 폴리머 액적들 (340) 사이에는 경계 (341) 가 존재한다. 겔-형 폴리머 액적들 (340) 은 소프트하고, 기판 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형된다. 겔-형 폴리머 액적들 (340) 이 디바이스 피처들 주변에서 변형되기 때문에, 액적들은 피처들을 손상시킬 만큼 디바이스 피처들 상에 큰 에너지 (또는 힘) 을 발휘하지 않는다. 일 실시형태에서, 액적들의 직경은 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 이다.The embodiments shown in FIGS. 3A-3E provide a
다른 실시형태에서, 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들이 세정 용액에 용해되어, 겔-형 폴리머 덩어리들 (또는 응어리들)(350) 을 형성하고, 이것은 도 3g 에 도시된 바와 같이 세정 용액 (305") 과 명확한 경계를 확립하지 않는다. 세정 용액 (305") 도 또한 작고 독립된 폴리머들 (306) 을 함유한다. 겔-형 폴리머 덩어리들 (350) 은 소프트하고, 기판 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형되며, 기판 표면 상의 디바이스 피처들 상에 피처를 손상시킬 수 있는 많은 양의 에너지 (또는 힘) 를 발휘하지 않는다. 일 실시형태에서, 폴리머 덩어리들의 직경은 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 이다.In another embodiment, polymers of one or more polymerizable compounds of high molecular weight are dissolved in the cleaning solution to form gel-like polymer masses (or cores) 350, which are cleaned as shown in FIG. 3G. No clear boundary is established with the
상기에서 논의된 세정 재료들은 모두 액상이다. 다른 실시형태에서, 상기에서 논의된 액체 세정 재료들 (300, 300', 및 300") 과 같은 세정 재료는, 도 3h 에 도시된 바와 같이 세정 재료를 폼 (foam) 으로 형성하기 위해, N2, 불활성 가스와 같은 가스, 또는 공기와 같은 가스들의 혼합물을 추가하도록 교반될 수 있다. 도 3h 에서, 세정 재료 (300*) 는 세정 용액 (305) 중에 분산된 공기 버블들 (360) 을 갖는다. 폴리머들 (310) 도 또한 세정 용액 (305) 중에 분산된다. 다른 실시형태에서, 도 3h 의 폴리머들 (310) 은 도 3f 및 도 3g 에서 설명된 폴리머 액적들 (340) 또는 폴리머 덩어리들 (350) 일 수 있다. 세정 재료 (300*) 는 기상 및 액상을 갖는다.The cleaning materials discussed above are all liquid. In another embodiment, cleaning material, such as the
상술된 세정 재료는 많은 메커니즘들에 의해 기판 표면 상에 분사될 수 있다. 상기 도 2a 및 도 2b 에서 논의된 바와 같이, 패터닝된 기판들 상의 디바이스 피처들의 손상을 방지하기 위해, 패터닝된 표면 상의 세정 재료에 의해 가해진 에너지는 디바이스 피처들의 손상을 방지하기 위해 최소의 힘 (ES 또는 ES') 미만일 필요가 있다. 상기에서 논의된 세정 재료들 (300, 300', 300", 및 300*) 과 같은 세정 재료들은 액상 또는 기상/액상이다. 액체 및 폼은 기판 표면 상에서 흐를 수 있고, 기판 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형될 수 있다 (또는 흐를 수 있다). 따라서, 세정 재료는 기판 표면 상의 디바이스 피처들 상에 큰 에너지를 발휘하지 않으면서 패터닝된 기판 상에 공급될 수 있다.The cleaning material described above can be sprayed onto the substrate surface by a number of mechanisms. As discussed above in FIGS. 2A and 2B, in order to prevent damage to device features on the patterned substrates, the energy applied by the cleaning material on the patterned surface is reduced to a minimum force (E) to prevent damage to the device features. It needs to be less than S or E S '). Cleaning materials, such as the cleaning
표 1 은 BAS 에서의 상이한 중량 퍼센트의 Carbopol 941™ PAA 의 점도, 린스 시간, 및 파티클 제거 효율성 (PRE) 을 비교한다. 액체 세정 재료들의 점도는 약 1×10-6/s 내지 약 1×105/s 와 같은 전단 속도의 범위에서 측정될 수 있다. 일 실시형태에서, 액체 세정 재료의 점도는 약 100/s 미만의 기준 전단 속도에서 측정될 수 있다. 다른 실시형태에서, 점도는 약 10/s 미만의 기준 전단 속도에서 측정될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 점도는 약 1/s 미만의 기준 전단 속도에서 측정될 수 있다. 표 1에서의 점도 데이터는 500 s- 1 의 변형율 (strain rate) 로 측정된다. 린스 시간은 기판의 표면에서 세정 재료를 린스하는데 걸리는 시간을 측정한다. PRE 는, 사이즈가 변하는 질화 규소 파티클들로 의도적으로 퇴적되어 있는, 파티클 모니터 기판들을 사용함으로써 측정된다. 이 연구에서는, 단지 90 nm 내지 1 ㎛ 의 파티클 사이즈들만이 측정된다. PRE 는 이하에 기재된 식 (1) 에 의해 계산된다:Table 1 compares the viscosity, rinse time, and particle removal efficiency (PRE) of different weight percents of Carbopol 941 ™ PAA in BAS. The viscosity of the liquid cleaning materials can be measured in the range of shear rates such as about 1 × 10 −6 / s to about 1 × 10 5 / s. In one embodiment, the viscosity of the liquid cleaning material may be measured at a reference shear rate of less than about 100 / s. In other embodiments, the viscosity can be measured at a reference shear rate of less than about 10 / s. In yet another embodiment, the viscosity can be measured at a reference shear rate of less than about 1 / s. The viscosity data in Table 1 is 500 s - is measured with a strain rate of 1 (strain rate). Rinse time measures the time taken to rinse the cleaning material at the surface of the substrate. PRE is measured by using particle monitor substrates that are intentionally deposited with silicon nitride particles of varying sizes. In this study, only particle sizes of 90 nm to 1 μm are measured. PRE is calculated by the formula (1) described below:
PRE = (전세정 카운트 - 후세정 카운트)/전세정 카운트 × 100 .......(1)PRE = (Pre-clean count-Post-clean count) / Pre-clean count × 100 ....... (1)
(wt%)density
(wt%)
(g/mol)Polymer molecular weight
(g / mol)
500 s-1 (cP)Viscosity @
500 s -1 (cP)
(초)Rinse time
(second)
표 1 의 세정 재료들은 상술된 BAS 와 시판되는 Carbopol 941™ PAA 를 혼합함으로써 제조된다. 사용된 Carbopol 941™ PAA 는 1,250,000 (또는 1.25M) g/mol 의 분자량을 갖는다. 표 1 의 결과는, PRE 가 Carbopol 941™ PAA 의 중량% 에 따라 약 0.5 % 일 때까지 증가한다는 것을 나타낸다. 0.5% 및 1% 간의 폴리머들은 PRE 에 현저한 차이가 없다. 결과는 또한, 세정 재료의 점도가 폴리머들의 중량% 에 따라 증가한다는 것을 나타낸다. 또한, 세정 재료를 린스하는데 걸리는 린스 시간은 세정 재료의 점도에 따라 증가한다. 기판들을 린스하는데 물이 사용된다.The cleaning materials in Table 1 were prepared by mixing the BAS described above with commercially available Carbopol 941 ™ PAA. The Carbopol 941 ™ PAA used has a molecular weight of 1,250,000 (or 1.25M) g / mol. The results in Table 1 show that PRE increases until about 0.5% depending on the weight percent of Carbopol 941 ™ PAA. Polymers between 0.5% and 1% have no significant difference in PRE. The results also show that the viscosity of the cleaning material increases with the weight percent of the polymers. In addition, the rinse time taken to rinse the cleaning material increases with the viscosity of the cleaning material. Water is used to rinse the substrates.
표 2 는 세정 재료들에서 파티클들을 인트랩 또는 현탁함에 있어서 상이한 세정 재료들의 능력을 비교한다. 질화 규소 파티클들이 세정 재료들에 의도적으로 첨가된다. 질화 규소 파티클들이 첨가된 이후에, 세정 재료들이 세정 기판들 상에 분사된다. 다음, 세정 재료들이 기판으로부터 린스되고, 그 후 표면 상에 남아있는 파티클들 (질화 규소) 의 수가 측정된다.Table 2 compares the capabilities of different cleaning materials in trapping or suspending particles in the cleaning materials. Silicon nitride particles are intentionally added to the cleaning materials. After silicon nitride particles are added, cleaning materials are sprayed onto the cleaning substrates. Next, cleaning materials are rinsed from the substrate, and then the number of particles (silicon nitride) remaining on the surface is measured.
w/1X SiN 파티클들Cleaning material
w / 1X SiN Particles
파티클 카운트After rinse
Particle count
w/50X SiN 파티클들Cleaning material
w / 50X SiN particles
파티클 카운트After rinse
Particle count
(pH > 10)DIW + Ammonium Hydroxide
(pH> 10)
(pH > 10)DIW + Ammonium Hydroxide
(pH> 10)
표 2의 연구에서는 5 종의 세정 재료들 (용매 또는 용액들) 이 사용된다. 제 1 세정 재료, "DIW" 는 단지 탈이온수이다. 제 2 세정 재료는 pH 값을 10 보다 크게 조정하기 위해 수산화 암모늄이 첨가된 DIW 이다. 제 3 세정 재료는, 1 wt% 의 ADS 가 첨가된 BAS 인 용액 "100" 이다. 상술한 바와 같이, 용액 "100" 의 pH 값은 10 이다. 제 4 세정 재료는 "100" 용액에 용해된 0.2 wt% 의 Carbopol 940™ PAA 이다. Carbopol 940™ PAA 의 분자량은 4M (또는 4 백만) g/mol 이다. 제 5 유형은 용액 "100" 중에 용해된 0.5 wt% 의 PAM 이다. PAM 의 분자량은 18M g/mol 이다. 제 5 세정 재료의 pH 값은 약 10 이다. 5 종의 세정 재료들에는 2 가지 양의 질화 규소 파티클들, 1X 및 5OX 이 혼합된다. 50X 의 질화 규소 파티클들의 수는 1X 의 파티클들 수의 50 배이다. 1X 질화물 파티클은 질화물 파티클 중량% 가 0.00048% 인 것을 나타내는 한편, 50X 질화물 파티클은 질화물 파티클 중량% 가 0.024% 인 것을 나타낸다.In the study of Table 2 five cleaning materials (solvent or solutions) are used. The first cleaning material, "DIW", is only deionized water. The second cleaning material is DIW with ammonium hydroxide added to adjust the pH value above 10. The third cleaning material is solution "100" which is BAS with 1 wt% of ADS added. As mentioned above, the pH value of the solution "100" is 10. The fourth cleaning material is 0.2 wt% Carbopol 940 ™ PAA dissolved in a “100” solution. Carbopol 940 ™ PAA has a molecular weight of 4M (or 4 million) g / mol. The fifth type is 0.5 wt% PAM dissolved in solution “100”. The molecular weight of PAM is 18 M g / mol. The pH value of the fifth cleaning material is about 10. The five cleaning materials are mixed with two amounts of silicon nitride particles, 1X and 5OX. The number of silicon nitride particles of 50X is 50 times the number of particles of 1X. 1X nitride particles indicate that the nitride particle weight percentage is 0.00048%, while 50X nitride particles indicate the nitride particle weight percentage is 0.024%.
결과들은, DIW 가 질화 규소 파티클들을 현탁함에 있어서 그다지 좋지 않다는 것을 나타낸다. 다량의 (포화된) 질화 규소 파티클들이 기판 표면 상에 남아 있다. 표 2 에서 사용된 "포화" 의 기재는 75,000 초과의 파티클 (또는 결함들) 카운트를 설명한다. 반면에, "100" 중의 0.2% Carbopol 940™ PAA 및 "100" 중의 0.5% PAM 은 세정 재료에 질화 규소 파티클들을 현탁시키기에 훨씬 더 좋다. "100" 중의 0.5% PAM 은 세정 재료에 첨가된 질화 규소 파티클들을 인트랩 또는 현탁함에 있어서 특히 우수하다. 세정 재료에서의 질화 규소 (또는 Si3N4) 파티클들 중 1X 질화 규소 파티클들은 단지 소수, 53 개, 그리고 50X 질화 규소 파티클들은 104 개가 기판 표면 상에 남아 있다.The results indicate that DIW is not very good at suspending silicon nitride particles. Large amounts of (saturated) silicon nitride particles remain on the substrate surface. The description of "saturation" used in Table 2 describes a particle (or defects) count of greater than 75,000. In contrast, 0.2% Carbopol 940 ™ PAA in "100" and 0.5% PAM in "100" are much better for suspending silicon nitride particles in the cleaning material. 0.5% PAM in "100" is particularly good at trapping or suspending silicon nitride particles added to the cleaning material. Among the silicon nitride (or Si 3 N 4 ) particles in the cleaning material, there are only a few, 53 and 50X silicon nitride particles left on the substrate surface.
세정 재료에 사용된 폴리머들의 분자량은 파티클 제거 효율성 (PRE) 에 영향을 줄 수 있다. 도 4a 는 2 개의 폴리머들 (PAA 및 HEC) 의 분자량의 함수로서, "100" 중의 1% (중량%) 의 PAA 및 "100" 중의 1% (중량%) 의 하이드록시에틸 셀룰로오스 (HEC) 를 갖는 세정 재료들에 의한 기판 상의 90nm 초과의 질화 규소 파티클들의 PRE 의 그래프를 나타낸다. 도 4a 에서의 데이터는, PRE 가 100,000 g/mol 내지 1M (또는 1,000,000) g/mol 의 HEC 분자량에 따라 증가한다는 것을 나타낸다. 도 4a 에서의 데이터는 또한, PRE 가 500,000 g/mol 내지 1M g/mol 의 PAA 분자량에 따라 증가한다는 것을 나타낸다. 하지만, PAA 의 1M g/mol 내지 1.25M g/mol 에서는 PRE 가 많이 변화하지 않는다. 도 4b 는 PAM 의 분자량의 함수로서, "100" 중의 1% (중량%) 의 PAM 을 갖는 세정 재료들에 의한 기판 상의 90 nm 초과의 질화 규소 파티클들의 PRE 그래프를 나타낸다. 도 4b 에서의 데이터는, PRE 의 증가가 500,000 g/mol 내지 18M g/mol 의 PAM 의 분자량에 따라 증가한다는 것을 나타낸다. 양 그래프 모두에서의 데이터는 PRE 에 대한 분자량의 효과를 나타낸다.The molecular weight of the polymers used in the cleaning material can affect the particle removal efficiency (PRE). 4A shows 1% (% by weight) of PAA and 1% (% by weight) of hydroxyethyl cellulose (HEC) in "100" as a function of the molecular weight of two polymers (PAA and HEC) A graph of PRE of more than 90 nm silicon nitride particles on a substrate with cleaning materials having is shown. The data in FIG. 4A shows that PRE increases with HEC molecular weight from 100,000 g / mol to 1M (or 1,000,000) g / mol. The data in FIG. 4A also shows that PRE increases with a PAA molecular weight of 500,000 g / mol to 1 M g / mol. However, at 1 M g / mol to 1.25 M g / mol of PAA, PRE does not change much. 4B shows a PRE graph of more than 90 nm silicon nitride particles on a substrate with cleaning materials having a PAM of 1% (% by weight) of “100” as a function of molecular weight of PAM. The data in FIG. 4B shows that the increase in PRE increases with the molecular weight of PAM from 500,000 g / mol to 18 M g / mol. The data in both graphs show the effect of molecular weight on PRE.
상술한 바와 같이, 세정 재료의 점도는 기판 표면으로부터 세정 재료를 제거하기 위한 린스 시간에 영향을 준다. 도 4c 는 탈이온 (DI) 수에 용해된 0.2 wt% - 1 wt% 의 PAM 을 갖는 세정 재료에 염화 암모늄 (NH4Cl) 을 첨가한 결과를 나타낸다. PAM 은 분자량이 18M g/mol 이다. 첨가된 염화 암모늄은 세정 용액에서 이온화되어, 세정 재료의 이온 강도를 증가시키는 추가 이온들을 제공한다. 증가된 이온 강도는 세정 재료의 점도를 감소시킨다. 예를 들어, 1.5 wt% 의 염화 암모늄은 1 wt% PAM 을 갖는 세정 재료에 대해 약 100 cP (centipoises) 에서 60 cP 로 점도를 감소시킬 수 있다. 1.5 wt% 의 염화 암모늄은 또한, 0.5 wt% PAM 을 갖는 세정 재료에 대한 점도를 약 50 cP 에서 약 25 cP 로 감소시킬 수 있다. 이들 점도들은 500/s 의 전단 속도에서 측정된다. 점도를 낮추는 것은 기판 표면으로부터 세정 재료를 린스하는데 걸리는 시간의 양을 낮출 수 있다.As mentioned above, the viscosity of the cleaning material affects the rinse time for removing the cleaning material from the substrate surface. 4C shows the results of adding ammonium chloride (NH 4 Cl) to a cleaning material having 0.2 wt% -1 wt% PAM dissolved in deionized (DI) water. PAM has a molecular weight of 18 M g / mol. The ammonium chloride added is ionized in the cleaning solution, providing additional ions that increase the ionic strength of the cleaning material. Increased ionic strength reduces the viscosity of the cleaning material. For example, 1.5 wt% ammonium chloride can reduce the viscosity from about 100 cP (centipoises) to 60 cP for a cleaning material with 1 wt% PAM. 1.5 wt% ammonium chloride can also reduce the viscosity for cleaning materials with 0.5 wt% PAM from about 50 cP to about 25 cP. These viscosities are measured at a shear rate of 500 / s. Lowering the viscosity can lower the amount of time it takes to rinse the cleaning material from the substrate surface.
세정 재료들의 린스 시간에 영향을 주는 것에 추가하여, 점도는 또한 세정 재료들이 기판 표면 상에 어떻게 분산되는지에도 또한 영향을 준다. 점도가 보다 높은 세정 재료들은 점도가 보다 낮은 세정 재료들과 비교하여 보다 큰 개구를 갖도록 분사될 필요가 있다. 점도가 보다 높은 세정 재료들의 린스 시간은, 보다 거친 린스에 의해 또한 감소될 수도 있다. In addition to affecting the rinse time of the cleaning materials, the viscosity also affects how the cleaning materials are dispersed on the substrate surface. Cleaning materials with higher viscosity need to be sprayed to have larger openings compared to cleaning materials with lower viscosity. Rinse times of higher viscosity cleaning materials may also be reduced by coarser rinse.
표 3은 세정 재료들의 4가지 조성들에 대한 PRE, pH 값, 및 이온 강도를 비교한다. 4가지 세정 재료들 모두에서의 폴리머들은 아크릴아미드 및 아크릴산의 코폴리머들이다. 코폴리머들은 용액 "100" 에서 혼합된다. 수산화 암모늄은 세정 재료들의 pH 값을 조정하기 위해서 사용된다. 시트르산은 세정 재료들의 이온 강도를 변경하기 위해서 사용된다. 완충제 (수산화 암모늄) 및 이온 강도 조정제 (시트르산) 에 추가하여, 표 3의 세정 재료들은 또한 소량의 계면활성제, 암모늄 도데실 설페이트를 포함하여, 폴리머들의 세정 용액에서의 용해성을 향상시키고 기판 표면에 대한 세정 재료들의 젖음성을 향상시킨다. 코폴리머들 중의 아크릴산의 중량 퍼센트는 약 50% 미만이다. Table 3 compares PRE, pH values, and ionic strength for the four compositions of cleaning materials. Polymers in all four cleaning materials are copolymers of acrylamide and acrylic acid. The copolymers are mixed in solution "100". Ammonium hydroxide is used to adjust the pH value of cleaning materials. Citric acid is used to alter the ionic strength of cleaning materials. In addition to buffers (ammonium hydroxide) and ionic strength modifiers (citric acid), the cleaning materials in Table 3 also include small amounts of surfactants, ammonium dodecyl sulfate, to improve solubility of the polymers in the cleaning solution and to the substrate surface. Improve the wettability of cleaning materials. The weight percentage of acrylic acid in the copolymers is less than about 50%.
표 3에서의 데이터는, 상이한 4 종의 세정 재료들 모두가 매우 우수한 PRE 를 갖는다는 것을 나타낸다. 표 3에서의 세정 재료들의 pH 값들은 약 7 내지 약 10 에서 달라진다. 세정 재료들의 이온 강도는 약 0.15X에서 약 1X로 달라지며, 여기서 X는 설정값이다. 이온 강도가 0.15X인 세정 재료들의 점도는 이온 강도가 1X인 세정 재료들의 점도의 5배를 초과한다. 표 3에서의 세정 재료들의 점도 데이터는 아래 도 4d에서 제시 및 논의된다. 세정 재료들은 넓은 범위의 pH 값, 이온 강도 및 점도에 걸쳐서 매우 우수한 세정 효율성을 제공한다. 이러한 넓은 공정 윈도우가 중요하며, 그 이유는 디바이스 제조의 상이한 공정 단계들 동안 기판 표면들이 매우 상이할 수 있고 넓은 공정 조건들을 필요로 할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 표 3의 연구에서 사용된 웨이퍼들은 박층의 자연 산화물로 덮힌 실리콘으로 제조된다. 이들 웨이퍼들의 표면은 친수성이다. 친수성 기판 표면들에 대해서, 세정 재료들은 큰 조성 (또는 프로세스) 윈도우를 갖는다. 하지만, 이러한 웨이퍼들이 HF 용액으로 처리되는 경우, 표면들은 소수성이 된다. 표 4는, 웨이퍼들이 3가지 상이한 조성들의 세정 재료들로 처리된 이후, 소수성 웨이퍼 표면들에 대한 파티클 애더들 (adders) 의 데이터를 나타낸다. 표 4의 세정 재료들을 조성함에 있어서 사용되는 화학적 화합물들 (또는 성분들) 은 표 3에서 사용된 것과 동일하다. 표 4의 연구에서의 웨이퍼들은 조성물들에 노출되고, 노출로부터 야기된 추가 파티클 결함들은 상업용 광 산란 툴에 의해 측정되고 애더들로 분류된다. 추가되는 파티클 결함들이 적을수록 프로세스가 보다 우수해진다. 표 4에서, 95% CI 는 95% 신뢰 구간 (confidence interval) 을 나타낸다. 다수의 웨이퍼들이 프로세싱되어 95% CI 를 갖는 데이터를 획득한다. The data in Table 3 show that all four different cleaning materials have very good PRE. The pH values of the cleaning materials in Table 3 vary from about 7 to about 10. The ionic strength of the cleaning materials varies from about 0.15X to about 1X, where X is the set point. The viscosity of cleaning materials with an ionic strength of 0.15X exceeds 5 times the viscosity of cleaning materials with an ionic strength of 1X. Viscosity data of the cleaning materials in Table 3 are presented and discussed in FIG. 4D below. Cleaning materials provide very good cleaning efficiencies over a wide range of pH values, ionic strengths and viscosities. This wide process window is important because the substrate surfaces may be very different and may require wide process conditions during different process steps of device fabrication. For example, the wafers used in the study in Table 3 are made of silicon covered with a thin layer of natural oxide. The surface of these wafers is hydrophilic. For hydrophilic substrate surfaces, cleaning materials have large compositional (or process) windows. However, when these wafers are treated with HF solution, the surfaces become hydrophobic. Table 4 shows the data of particle adders for hydrophobic wafer surfaces after the wafers have been treated with three different compositions of cleaning materials. The chemical compounds (or components) used in formulating the cleaning materials of Table 4 are the same as those used in Table 3. The wafers in the study of Table 4 are exposed to the compositions, and additional particle defects resulting from the exposure are measured by commercial light scattering tools and classified into adders. The fewer particle defects added, the better the process. In Table 4, 95% CI represents a 95% confidence interval. Multiple wafers are processed to obtain data with 95% CI.
표 4에서의 데이터는, 소수성 표면들에 대해서, 이온 강도가 보다 낮고 pH 가 보다 낮은 세정 재료들이 보다 우수한 파티클 애더 결과들을 나타낸다는 것을 나타낸다. 표 3 및 표 4에서의 결과들은, 상이한 기판 표면들이 상이한 조성의 세정 재료들을 요구할 수도 있다는 것을 나타낸다. 결과들은 또한, 일부 애플리케이션들에 대해서는, 낮은 이온 강도가 우수한 세정 결과들을 달성하기 위해 요구될 수 있다는 것을 나타낸다. 이들 애플리케이션들은, 소수성 표면들이 예컨대 포토레지스트, 폴리실리콘, 로우-k 유전체 또는 다공성 로우-k 유전체 등과 맞닥뜨리는 프로세스들을 포함할 수도 있다. 보다 낮은 이온 강도가 세정 재료들의 점도를 증가시키기 때문에, 보다 높은 점도를 갖는 상술된 세정 재료들에 유효한 세정 시스템 및 방법을 갖는 것이 필요할 수도 있다. 도 4d는 본 발명의 일 실시형태에 따른, pH 값이 상이하고 이온 강도가 상이한 상술된 세정 재료들의 점도 데이터를 나타낸다. 데이터는 보다 낮은 이온 강도가 보다 높은 점도를 야기시킨다는 것을 나타낸다. 세정 재료들의 점도는 0.1/s 전단 속도에서 측정된다. 예를 들어, 약 1/s 미만 (< 1/s) 에서 측정되는 점도는 낮은 전단 속도에서 측정되는 것으로 생각된다. 정상 이온 강도 (1X) 에서, 점도는 세정 재료의 pH 값에 따라 증가한다. 하지만, 낮은 이온 강도 (0.15X) 에서, 점도는 pH 값에 따라 감소한다. The data in Table 4 show that for hydrophobic surfaces, cleaning materials with lower ionic strength and lower pH show better particle add results. The results in Tables 3 and 4 indicate that different substrate surfaces may require cleaning materials of different compositions. The results also indicate that for some applications, low ionic strength may be required to achieve good cleaning results. These applications may include processes where hydrophobic surfaces encounter photoresist, polysilicon, low-k dielectrics or porous low-k dielectrics, and the like. Since lower ionic strength increases the viscosity of the cleaning materials, it may be necessary to have a cleaning system and method effective for the above-described cleaning materials having higher viscosity. 4D shows viscosity data of the aforementioned cleaning materials that differ in pH value and differ in ionic strength, according to one embodiment of the invention. The data indicate that lower ionic strengths lead to higher viscosities. The viscosity of the cleaning materials is measured at 0.1 / s shear rate. For example, a viscosity measured at less than about 1 / s (<1 / s) is believed to be measured at low shear rates. At normal ionic strength 1X, the viscosity increases with the pH value of the cleaning material. However, at low ionic strength (0.15X), the viscosity decreases with pH value.
일 실시형태에서, 폴리머들을 갖는 세정 재료들의 낮은 전단 점도의 범위는 10 cP 내지 약 100,000 cP 이다. 다른 실시형태에서, 세정 재료들의 낮은 전단 점도의 범위는 약 100 cP 내지 약 100,000 cP 이다. 상술한 바와 같이, 세정 재료들의 점도의 프로세스 윈도우는 장비 설계 및 프로세스 조건들에 변화를 줌으로써 넓힐 수 있다. 예를 들어, 세정 재료들의 분사 개구들을 더 크게 하여, 세정 재료들이 기판들 상에 합리적인 속도로 공급 (또는 분사) 되게 할 수 있다. 또한, 린스 액체를 전달 및 제거하기 위한 장치를 보다 거친 린스를 허용하도록 설계하여, 점도가 보다 높은 세정 재료들의 린스 시간을 단축시킬 수 있다.In one embodiment, the low shear viscosity of the cleaning materials with polymers ranges from 10 cP to about 100,000 cP. In another embodiment, the low shear viscosity of the cleaning materials ranges from about 100 cP to about 100,000 cP. As mentioned above, the process window of viscosity of cleaning materials can be widened by varying equipment design and process conditions. For example, the spray openings of the cleaning materials can be made larger so that the cleaning materials are supplied (or sprayed) at reasonable rates on the substrates. In addition, the apparatus for delivering and removing rinse liquids can be designed to allow for coarser rinsing, thereby shortening the rinse time of higher viscosity cleaning materials.
도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판으로부터 오염물들을 세정하기 위한 시스템을 나타낸다. 시스템은 인클로징 벽들 (501) 로 정의된 챔버 (500) 를 포함한다. 챔버 (500) 는 입력 모듈 (519), 프로세싱 모듈 (521), 및 출력 모듈 (523) 을 포함한다. 기판 캐리어 (503) 및 상응하는 드라이브 장치는 화살표 (507) 로 나타낸 바와 같이 입력 모듈 (519) 로부터, 프로세싱 모듈 (521) 을 통과해서, 출력 모듈 (523) 로, 기판 (502) 의 선형 이동을 제공하도록 정의된다. 드라이브 레일 (505A) 및 가이드 레일 (505B) 은 기판 캐리어 (503) 의 제어된 선형 이동을 제공하도록 정의되어, 기판 (502) 이 드라이브 레일 (505A) 및 가이드 레일 (505B) 에 의해 정의된 선형 경로를 따라 실질적으로 수평 방향으로 유지된다. 5A illustrates a system for cleaning contaminants from a substrate, in accordance with an embodiment of the present invention. The system includes a
입력 모듈 (519) 은 도어 어셈블리 (513) 를 포함하며, 도어 어셈블리 (513) 를 통해서 기판 (502) 이 기판-핸들링 디바이스에 의해 챔버 (500) 로 삽입될 수 있다. 입력 모듈 (519) 은 또한, 기판 캐리어 (503) 가 입력 모듈 (519) 내의 기판 리프터 (509) 상부의 중심에 있는 경우, 기판 캐리어 (503) 의 개구 영역을 통해 수직으로 이동하도록 정의된 기판 리프터 (509) 를 포함한다. 기판 (502) 이 도어 어셈블리 (513) 를 통해 챔버 (500) 로 삽입되는 경우 기판 리프터 (509) 는 상승되어 기판 (502) 을 수용할 수 있다. 이후 기판 리프터 (509) 는 하강되어 기판 캐리어 (503) 상에 기판 (502) 을 위치시킬 수 있다. The
프로세싱 모듈 (521) 은, 위에 기판 (502) 이 배치되는 기판 캐리어 (503) 가 상부 프로세싱 헤드 (517) 아래로 이동할 때, 기판 (502) 의 상부 표면을 프로세싱하기 위해 배치되는 상부 프로세싱 헤드 (517) 를 포함한다. 또한, 프로세싱 모듈 (521) 은 상부 프로세싱 헤드 (517) 와 대향하여 기판 캐리어 (503) 의 선형 수송 경로 아래에 배치되는 하부 프로세싱 헤드 (518)(도 5b 참조) 를 포함한다. 하부 프로세싱 헤드 (518) 는 기판 캐리어 (503) 가 프로세싱 모듈 (521) 을 통과할 때 기판 (502) 의 저부 표면을 프로세싱하도록 정의 및 배치된다. 상부 및 하부 프로세싱 헤드들 (517 및 518) 각각은 리딩 에지 (leading edge)(541) 및 트레일링 에지 (543) 를 가지며, 프로세싱 동작 동안 기판 캐리어 (503) 가 리딩 에지 (541) 로부터 트레일링 에지 (543) 측으로 선형 경로를 따라 기판 (502) 을 이동시킨다. 이하에 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명과 관련하여, 상부 및 하부 프로세싱 헤드들 (517 및 518) 각각은 기판 (502) 의 상부 및 저부 표면들 각각에 대해 다단계 세정 프로세스를 수행하도록 정의된다. The
일부 실시형태들에서는, 하나 이상의 추가 프로세싱 헤드들이 기판 캐리어 (503) 의 선형 수송 경로 상부의 상부 프로세싱 헤드 (517) 와 함께 사용될 수 있고, 그리고/또는 하나 이상의 추가 프로세싱 헤드들이 기판 캐리어 (503) 의 선형 수송 경로 아래의 하부 프로세싱 헤드 (518) 와 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 기판 (502) 상에 건조 프로세스를 수행하도록 정의된 프로세싱 헤드들이 상부 및 하부 프로세싱 헤드들 (517 및 518) 각각의 트레일링 에지들 뒤에 배치될 수 있다. In some embodiments, one or more additional processing heads may be used with the
일단 기판 캐리어 (503) 가 프로세싱 모듈 (521) 을 통해 이동하면, 기판 캐리어 (503) 는 출력 모듈 (523) 에 도착한다. 출력 모듈 (523) 은, 기판 캐리어 (503) 가 출력 모듈 (523) 내의 기판 리프터 (511) 상부의 중심에 있는 경우, 기판 캐리어 (503) 의 개구 영역을 통해 수직으로 이동하도록 정의된 기판 리프터 (511) 를 포함한다. 기판 리프터 (511) 가 상승되어, 기판 (502) 을 기판 캐리어 (503) 로부터 챔버 (500) 로부터 회수를 위한 자리로 리프트할 수 있다. 또한, 출력 모듈 (523) 은 도어 어셈블리 (515) 를 포함하고, 도어 어셈블리 (515) 를 통해 기판 (502) 이 기판-핸들링 디바이스에 의해 챔버 (500) 로부터 회수될 수 있다. Once the
도 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 상부 프로세싱 헤드 (517) 아래 및 하부 프로세싱 헤드 (518) 상부에 위치한 기판 캐리어 (503) 를 갖는 챔버 (500) 의 수직 단면도를 나타낸다. 상부 프로세싱 헤드 (517) 가 드라이브 레일 (505A) 및 가이드 레일 (505B) 모두에 탑재되어, 상부 프로세싱 헤드 (517) 의 수직 위치가 드라이브 레일 (505A) 의 수직 위치 및 가이드 레일 (505B) 의 수직 위치 모두에 인덱스되고, 이로써 기판 캐리어 (503) 및 그 위에 홀딩된 기판 (502) 의 수직 위치에 인덱스된다. 5B shows a vertical cross-sectional view of a
상부 프로세싱 헤드 (517) 는, 기판 캐리어 (503) 가 기판 (502) 을 그 아래에서 이동시킬 때, 기판 (502) 의 상부 표면에 대해 세정 프로세스를 수행하도록 정의된다. 마찬가지로, 하부 프로세싱 헤드 (518) 는 기판 캐리어 (503) 가 기판 (502) 을 그 상부에서 이동시킬 때, 기판 (502) 의 저부 표면에 대해 린스 프로세스를 수행하도록 정의된다. 다양한 실시형태들에서, 프로세싱 모듈 (521) 내의 상부 및 하부 프로세싱 헤드들 (517 및 518) 각각은 기판 (502) 에 대해 하나의 또는 다수의 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 정의될 수 있다. 추가로, 일 실시형태에서, 프로세싱 모듈 (521) 내의 상부 및 하부 프로세싱 헤드들 (517 및 518) 은 기판 (502) 의 직경에 걸치도록 정의되어, 그 결과 상부/하부 프로세싱 헤드들 (517/518) 하부/상부에서 기판 캐리어 (503) 의 1회 통과로 기판 (102) 의 상부/저부 표면의 전체가 프로세싱된다. The
도 5c는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 (502) 상부에 배치된 상부 프로세싱 헤드 (517) 와 상부 프로세싱 헤드 (517) 와 대향하여 기판 (502) 아래에 배치된 하부 프로세싱 헤드 (518) 의 단면도를 나타낸다. 상부 프로세싱 헤드 (517) 는 세정 재료 (561A) 를 세정 재료 분사 포트 (529A) 를 통과해 기판 (502) 으로 공급하도록 동작하는 제 1 상부측 모듈 (517A) 을 포함한다. 또한, 상부 프로세싱 헤드 (517) 는 세정 재료 (561B) 를 세정 재료 분사 포트 (529B) 를 통해 기판 (502) 으로 공급하도록 동작하는 제 2 상부측 모듈 (517A) 을 포함한다. 세정 재료 (561A) 의 화학적 성분들은 세정 재료 (561B) 와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 일 실시형태에서, 세정 재료 분사 포트들 (529A 및 529B) 은 상부 프로세싱 헤드 (517) 의 길이에 따른 긴 슬릿들이다. 5C illustrates an
제 1 및 제 2 상부측 모듈들 (517A/517B) 의 각각에서, 린스 재료 분사 포트 (541A/541B) 는 린스 메니스커스의 트레일링측에서 린스 재료를 공급하는 한편, 제 1 열의 진공 포트들 (547A/547B) 은 린스 메니스커스의 리딩측에서 유체를 제거한다. 제 1 열의 진공 포트들 (547A/547B) 이 리딩 및 트레일링 측 양쪽에 제공되는 것과 달리 린스 메니스커스의 리딩측에 제공되기 때문에, 유체 공급 포트들 (541A/541B) 내의 포트들이 제 1 열의 진공 포트들 (547A/547B) 측으로 하향하도록 각도를 가진다.In each of the first and second
일 실시형태에서, 제 1 및 제 2 상부측 모듈들 (517A/517B) 의 각각은 제 1 열의 진공 포트들 (547A/547B) 의 트레일링측을 따라 정의된 제 2 열의 진공 포트들 (549A/549B) 을 포함한다. 제 2 열의 진공 포트들 (549A/549B) 은, 기판이 아래에 존재하는 경우 기판으로부터 세정 재료 및 린스 재료의 다상 (multi-phase) 흡인을 제공하도록 정의된다. 제 2 열의 진공 포트들 (549A/549B) 은 제 1 열의 진공 포트들 (547A/547B) 로부터 독립적으로 제어될 수 있다. 제 2 열의 진공 포트들 (549A/549B) 의 포트들은 단상 (single phase) 액체 리턴 포트들로서 정의되며, 린스 유체 메니스커스 안정성의 방해를 방지하기 위해 구성된다. In one embodiment, each of the first and second
제 1 상부측 모듈 (517A) 은 세정 재료 (561A) 를 향해 실질적으로 단방향 (uni-directional) 방식으로, 그리고 기판 (502) 의 이동 방향 (560) 과 반대로 린스 재료를 상부측 린스 메니스커스 (563A) 를 통해 흐르도록 동작한다. 상부측 린스 메니스커스 (563A) 를 통한 린스 재료의 유속은 세정 재료가 상부측 린스 메니스커스 (563A) 를 지나 누설되는 것을 방지하도록 설정된다. 제 1 상부측 모듈 (517A) 은 기판 (502) 상에 균일한 박막의 린스 재료 (565) 를 남긴다. The first
상부 프로세싱 헤드 (517) 의 제 2 상부측 모듈 (517B) 은 세정 재료 (561B) 를 기판 (502) 에 공급하도록 동작한 다음, 기판 (502) 을 상부측 린스 메니스커스 (563B) 에 노출시킨다. 제 2 상부측 모듈 (517B) 은 세정 재료 (561B) 를 향해 실질적으로 단방향 방식으로, 그리고 기판 (502) 의 이동 방향 (560) 과 반대로 린스 재료를 상부측 린스 메니스커스 (563B) 를 통해 흐르도록 동작한다. 상부측 린스 메니스커스 (563B) 를 통한 린스 재료의 유속은 세정 재료가 상부측 린스 메니스커스 (563B) 를 지나 누설되는 것을 방지하도록 설정된다. 제 2 상부측 모듈 (517B) 은 기판 (502) 상에 균일한 박막의 린스 재료 (567) 를 남긴다. The second
하부 프로세싱 헤드 (518) 의 제 1 저부측 모듈 (518A) 은 기판 (502) 에 저부측 린스 메니스커스 (569A) 를 공급하도록 동작하여, 상부측 린스 메니스커스 (563A) 에 의해 기판 (502) 에 가해진 힘을 균형잡는다. 제 1 저부측 모듈 (518A) 은 기판 (502) 의 이동 방향 (560) 과 반대되는 실질적으로 단방향 방식으로 린스 재료를 저부측 린스 메니스커스 (569A) 를 통해 흐르도록 동작한다. 제 1 저부측 모듈 (518A) 은 기판 (502) 상에 균일한 박막의 린스 재료 (571) 를 남긴다.The first
하부 프로세싱 헤드 (518) 의 제 2 저부측 모듈 (518B) 은 기판 (502) 에 저부측 린스 메니스커스 (569B) 를 공급하도록 동작하여, 상부측 린스 메니스커스 (563B) 에 의해 기판 (502) 에 가해진 힘을 균형잡는다. 제 2 저부측 모듈 (518B) 은 기판 (502) 의 이동 방향 (560) 과 반대되는 실질적으로 단방향 방식으로 린스 재료를 저부측 린스 메니스커스 (569B) 를 통해 흐르도록 동작한다. 제 2 저부측 모듈 (518B) 은 기판 (502) 상에 균일한 박막의 린스 재료 (573) 를 남긴다.The
제 1 및 제 2 저부측 모듈들 (518A/518B) 의 각각은 각각의 린스 메니스커스 영역 (569A/569B) 내에 정의된 린스 재료 분사 포트들 (551A/551B) 의 각 열을 포함한다. 린스 재료 분사 포트들 (551A/551B) 의 각 열은, 그 위에 기판이 존재하는 경우 린스 재료를 기판 상에 상향으로 분사하도록 정의된다. Each of the first and second
일 실시형태에서, 린스 재료는 탈이온수 (DIW) 이다. 하지만, 다른 실시형태들에서, 린스 재료는 액체 상태의 많은 상이한 재료들 중 하나일 수 있으며, 예컨대, 디메틸 술폭시드 (DMSO), 디메틸 포름아미드 (DMF), 디메틸 아세테이트 (DMAC), DIW 와 쉽게 혼화가능한 극성 용매, 원자화된 (atomized) 극성 용매 (예를 들어, DIW) 와 같은 원자화된 액체, 또는 그 임의의 조합물일 수 있다. 상기에서 정의된 린스 재료들은 예로서 제공되며 린스 재료들의 포괄적인 세트를 나타내는 것은 아님을 이해해야 한다. In one embodiment, the rinse material is deionized water (DIW). However, in other embodiments, the rinse material may be one of many different materials in the liquid state, such as easily miscible with dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl formamide (DMF), dimethyl acetate (DMAC), DIW Possible polar solvents, atomized liquids such as atomized polar solvents (eg, DIW), or any combination thereof. It is to be understood that the rinse materials defined above are provided as examples and do not represent a comprehensive set of rinse materials.
도 5d는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 세정 챔버 (500') 를 갖는 세정 시스템 (550) 을 나타낸다. 기판 세정 챔버 (500') 는 상술된 챔버 (500) 와 유사하다. 챔버 (500') 에는, 기판 캐리어 (503') 에 의해 홀딩된 기판 (502') 이 있다. 기판 세정 챔버 (500') 는 상부 프로세싱 헤드 (517') 및 하부 프로세싱 헤드 (518') 를 갖는다. 일 실시형태에서, 상부 프로세싱 헤드 (517') 는 암 (581) 에 의해 홀딩되고 하부 프로세싱 헤드 (518') 는 암 (581') 에 의해 홀딩된다. 폴리머들을 갖는 세정 재료는 공급 라인 (595) 을 통해 상부 프로세싱 헤드 (517) 에 공급된다. 린스 재료, 예컨대, 탈이온수 (DIW) 는 공급 라인 (597) 을 통해 상부 프로세싱 헤드에 공급된다. 세정 폐기물은 폐기물 라인 (596) 을 통해 기판 (502') 으로부터 제거된다. 린스 재료는 공급 라인 (599) 을 통해 하부 프로세싱 헤드 (518') 로 공급된다. 린스 폐기물은 폐기물 라인 (598) 을 통해 제거된다. 공급 라인들 (595, 597, 599), 및 폐기물 라인들 (596, 598) 은 근접 헤드 매니폴드 (583) 에 커플링된다. 근접 헤드 매니폴드 (583) 는 또한 린스 재료의 컨테이너 (584), 세정 재료의 컨테이너 (585), 및 폐기물 컨테이너 (586) 에 커플링된다. 폐기물 컨테이너 (586) 는 또한 진공 펌프 (587) 에 커플링된다. 5D illustrates a
근접 헤드 매니폴드 (583) 는 근접 헤드 제어기 (588) 에 커플링되며, 근접 헤드 제어기 (588) 는 이후 컴퓨터 (590) 에 의해 제어된다. 오퍼레이터는 컴퓨터 (590) 를 통해 제어 커맨드를 만들 수 있다. 일 실시형태에서, 근접 헤드 제어기 (588) 는 인터넷 (589) 을 통해 컴퓨터 (590) 에 연결된다. 기판 세정 챔버 (500') 의 주변도 또한 제어될 수 있다. 1종 이상의 가스들이 챔버 (500') 에 공급될 수 있다. 예를 들어, 가스 탱크 (593) 가 챔버 (500') 에 커플링될 수 있다. 챔버 (500') 의 압력은 또한 진공 펌프 (594) 를 통해서 유지될 수 있다. 가스 탱크 (593) 로부터의 가스의 흐름 및 챔버 (500') 의 진공화는 챔버 매니폴드 (592) 에 의해 제어될 수 있고, 챔버 매니폴드 (592) 는 주변 제어기 (591) 에 커플링된다. 주변 제어기 (591) 는 또한 컴퓨터 (590) 에 커플링될 수 있다.
상술된 세정 장치의 추가 상세들은, 2009년 4월 28일에 출원되고, 발명의 명칭이 "Apparatus and System for Cleaning Substrate" 인 미국 특허 출원 12/431,731 (대리인 문서 번호 LAM2P660), 및 2008년 6월 2일에 출원되고, 발명의 명칭이 "Apparatus for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media" 인 미국 특허 출원 12/131,667 (대리인 문서 번호 LAM2P628G) 에서 찾을 수 있다. 상술된 관련 출원들의 각 개시는 참조로써 본 명세서에 통합된다. Further details of the above-described cleaning apparatus are filed on April 28, 2009, and are entitled
상술된 실시형태들은 단지 예시일 뿐이다. 기판 표면 상에 세정 재료를 분사하고 기판 표면으로부터 세정 재료를 제거하기 위한 세정 헤드들의 다른 실시형태들도 또한 가능하다. 도 6a는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 세정 재료 (681) 를 함유하는 세정 탱크 (680) 및 린스 액체 (691) 를 함유하는 린스 탱크 (690) 를 나타낸다. 기판 캐리어 (623) 에 의해 홀딩된, 기판 (620') 을 먼저 탱크 (680) 의 세정 재료 (481) 로 딥핑하여, 세정 재료가 기판 표면 상의 오염물들과 접촉하게 한다. 기판 (620') 을, 기계적 메카니즘 (미도시) 에 의해 세정 탱크 (680) 내에서 세정 재료 (681) 로 하강시키고 세정 재료 (681) 밖으로 상승시킨다. 이후, 기판 캐리어 (626) 에 의해 홀딩된 기판 (620') 을 세정 탱크 (690) 의 린스 액체 (691) 로 딥핑하여 세정 재료를 린스한다. 기판을 린스 탱크 (690) 로 하강시키고 린스 탱크 (690) 밖으로 상승시키기 위해서 기계적 메카니즘 (미도시) 이 이용된다. 린스 탱크 (또는 린싱 탱크)(690) 에서 세정 재료가 기판 (620') 의 표면에 남는 경우, 오염물들은 세정 재료와 함께 기판 표면으로부터 제거된다. 린스 탱크 (690) 에서 기계적 메카니즘 (미도시) 에 의해 기판 (620') 을 린스 액체 (691) 로 하강시킨다. 도 6a에 나타낸 기판의 방향이 수직이지만, 다른 방향도 또한 가능하다. 예를 들어, 기판이 세정 탱크 및/또는 린스 탱크에서 수평 방향으로 잠겨질 수도 있다. The above-described embodiments are merely examples. Other embodiments of cleaning heads for spraying the cleaning material onto the substrate surface and removing the cleaning material from the substrate surface are also possible. 6A shows a
도 6b는 기판들의 표면으로부터 오염물들을 세정하기 위한 세정 장치 (699) 의 다른 실시형태를 나타낸다. 세정 장치는 기판 지지체 (683) 를 갖는 세정 탱크 (685) 를 갖는다. 기판 (620*) 이 기판 지지체 (683) 상에 배치되고, 기판 지지체 (683) 는 세정 프로세스 동안 회전한다. 세정 장치 (699) 는 세정 재료 분사 헤드 (697) 를 갖고, 세정 재료 분사 헤드 (697) 는 기판 (620*) 의 표면 상에 세정 재료를 분사한다. 세정 재료 분사 헤드 (697)(또는 분사 노즐) 는 세정 재료의 저장 탱크 (670) 에 커플링된다. 세정 장치 (699) 는 또한 린스 액체 분사 헤드 (698)(또는 분사 노즐) 를 가지며, 린스 액체 분사 헤드 (698) 는 기판 (620") 의 표면 상에 린스 액체를 분무한다. 린스 액체 분사 헤드 (698) 는 린스 액체의 저장 탱크 (696) 에 커플링된다. 회전하는 기판 (620*) 은 세정 재료 및 린스 액체가 전체 기판 표면을 덮도록 한다. 린스 액체를 분사하여 기판 표면으로부터 세정 재료를 제거하기 이전에, 세정 재료를 기판 표면 상에 분사한다. 6B shows another embodiment of a
패터닝된 기판의 표면으로부터 세정 재료를 린스한 후, 비교적 고속에서 기판을 스피닝 (또는 회전) 시킴으로써 패터닝된 기판을 건조한다. 스피닝 동안, 도 6b에 도시되지 않았지만, 기판은 디바이스 (또는 메카니즘) 에 의해 안전하게 된다. 일 실시형태에서, 표면 장력 감소 가스가 패터닝된 기판의 표면에 공급되어 린스를 제거하고 가능하게는 남아있는 세정 재료를 제거하는 것을 돕는다. 일 실시형태에서, 표면 장력 감소 가스는 이소프로필 알코올 (IPA) 및 질소 (N2) 의 혼합물을 포함한다. 다른 표면 장력 감소 가스들도 또한 사용될 수 있다. After rinsing the cleaning material from the surface of the patterned substrate, the patterned substrate is dried by spinning (or rotating) the substrate at a relatively high speed. During spinning, although not shown in FIG. 6B, the substrate is secured by the device (or mechanism). In one embodiment, a surface tension reducing gas is supplied to the surface of the patterned substrate to help remove rinse and possibly remove remaining cleaning material. In one embodiment, the surface tension reducing gas comprises a mixture of isopropyl alcohol (IPA) and nitrogen (N 2 ). Other surface tension reducing gases can also be used.
세정 탱크 (685) 는 세정 프로세스의 폐기물을 수용할 수 있다. 세정 프로세스의 폐기물은 세정 재료 폐기물 및 린스 액체 폐기물을 포함한다. 일 실시형태에서, 세정 탱크 (685) 는 배수 홀드 (603) 를 갖으며, 배수 홀드 (603) 는 폐기물 라인 (604) 에 연결된다. 폐기물 라인 (604) 은 밸브 (605) 에 커플링되며, 밸브 (605) 는 세정 탱크 (685) 로부터 세정 폐기물의 배수를 제어한다. 세정 폐기물은 리사이클링 프로세서 (606) 또는 폐기물 프로세서 (607) 로 향할 수 있다. The
상술된 세정 재료들은, 기판 표면 상에 (트랜치들 및/또는 비아들을 갖는) 폴리실리콘 라인들 또는 금속 상호접속들과 같은 미세한 피처들 (또는 토폴로지들) 을 갖는 기판들을 세정함에 있어서 특별한 이점을 갖는다. 이들 미세한 피처들의 최소 폭 (또는 임계 치수) 은 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm 이하일 수 있다. The cleaning materials described above have particular advantages in cleaning substrates having fine features (or topologies), such as polysilicon lines (with trenches and / or vias) or metal interconnects, on the substrate surface. . The minimum width (or critical dimension) of these fine features can be 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm or less.
도 7a는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들을 함유하는 세정 재료를 조제하는 흐름도 (700) 를 나타낸다. 동작 701 에서, 1종 이상의 중합성 화합물들이 용매와 혼합된다. 일 실시형태에서, 1종 이상의 중합성 화합물들은 분말 형태이고 그 양은 미리 측정된다. 혼합 프로세스 이전에, 1종 이상의 중합성 화합물들의 양을 계산하고 중량을 잰다. 마찬가지로, 사용된 용매의 양도 측정된다. 동작 702 에서, 첨가제들을 동작 701 에서 조제된 혼합물과 함께 혼합하여, 조제된 세정 재료의 특성을 조정한다. 첨가제들은 세정 재료의 pH 값을 조정하기 위한 완충제를 포함할 수 있다. 첨가제들은 또한 세정 재료의 점도를 조정하기 위한 이온-제공 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 첨가제들은 중합성 화합물들의 용해성을 향상시키고, 그리고/또는 세정 재료에 의한 패터닝된 기판의 표면의 젖음처리를 돕는 계면활성제를 포함할 수 있다. 세정 재료의 특성을 조정하기 위해서 다른 종류의 첨가제들이 또한 포함될 수 있다.7A shows a
세정 재료를 조제하기 위한 흐름도 (700) 을 이용함으로써, 세정 재료는 목표의 pH 값, 목표의 점도, 및 다른 원하는 특성들, 예컨대, 가용화된 폴리머들 및 우수한 젖음 특성을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 동작가능한 pH 범위 및 점도 범위는 매우 넓을 수 있다. 대안으로, 계면활성제, 완충제, 및 이온-제공 화합물의 혼합이 다양한 순차적 단계들에서 일어날 수 있다. 다른 실시형태에서는, 세정 재료를 조제하기 위해 사용되는 상이한 성분들이 하나의 단일 프로세스 단계에서 혼합될 수도 있다. By using the
도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 분자량이 큰 1종 이상의 중합성 화합물들을 함유하는 세정 재료를 사용하여 패터닝된 기판을 세정하는 흐름도 (750) 를 나타낸다. 세정 재료는 상기에 기재되어 있다. 단계 751 에서, 패터닝된 기판이 세정 장치에 배치된다. 단계 752 에서, 세정 재료가 패터닝된 기판의 표면 상에 분사된다. 단계 753 에서, 린스 액체가 패터닝된 기판의 표면 상에 분사되어 세정 재료를 린스한다. 린스 액체는 상기에 기재되어 있다. 일 실시형태에서, 린스 액체가 기판 표면 상에 공급된 이후, 기판 표면 상의 린스 액체, 세정 재료, 및 오염물들이 진공에 의해 패터닝된 기판의 표면으로부터 제거될 수 있다. 7B shows a
상기에서 논의된 세정 재료들, 장치들, 및 방법들은 피처들을 손상시키지 않고 미세한 피처들을 갖는 패터닝된 기판들을 세정함에 있어서 이점을 갖는다. 세정 재료들은 액상이나 액상/기상 (폼) 의 유체이고, 디바이스 피처들 주위에서 변형되므로; 세정 재료들은 디바이스 피처들을 손상시키지 않는다. 액상의 세정 재료들은 액체, 졸, 또는 겔 형태일 수 있다. 분자량(들)이 큰 폴리머들을 함유하는 세정 재료들은 기판 상의 오염물들을 캡처한다. 또한, 세정 재료들은 오염물들을 인트랩하고, 오염물들이 기판 표면으로 리턴하는 것을 방지한다. 폴리머들은 긴 폴리머 사슬들을 형성하고, 긴 폴리머 사슬들은 또한 가교되어 폴리머들의 네트워크를 형성할 수 있다. 긴 폴리머 사슬들 및/또는 폴리머 네트워크는 종래의 세정 재료들과 비교하여 오염물들을 캡처 및 인트랩하는 우수한 능력을 나타낸다.The cleaning materials, apparatuses, and methods discussed above have an advantage in cleaning patterned substrates having fine features without damaging the features. The cleaning materials are liquid or liquid / gas phase (foam) fluids, and deform around device features; Cleaning materials do not damage the device features. Liquid cleaning materials may be in liquid, sol, or gel form. Cleaning materials containing polymers of high molecular weight (s) capture contaminants on the substrate. In addition, cleaning materials entrap contaminants and prevent contaminants from returning to the substrate surface. The polymers form long polymer chains, and the long polymer chains can also be crosslinked to form a network of polymers. Long polymer chains and / or polymer networks exhibit excellent ability to capture and entrap contaminants as compared to conventional cleaning materials.
세정 재료가 기판 표면 상에 공급되어 기판 표면으로부터 오염물들 또는 파티클들을 제거하기 이전에, 세정 재료에는 실질적으로 비변형성인 파티클들 (또는 거친 파티클들) 이 존재하지 않는다. 비변형성 파티클들은 모래 또는 슬러리 내의 파티클들과 같이 단단한 파티클들이고, 패터닝된 기판 상의 미세한 디바이스 피처들을 손상시킬 수 있다. 기판 세정 프로세스 동안, 세정 재료는 기판 표면으로부터 오염물들 또는 파티클들을 수집한다. 하지만, 세정 재료가 기판 세정을 위해 기판 표면 상에 공급되기 이전에는, 어떠한 비변형성 파티클들도 세정 재료에 의도적으로 혼합되지 않고 있다.Prior to the cleaning material being supplied on the substrate surface to remove contaminants or particles from the substrate surface, the cleaning material is substantially free of particles (or coarse particles) that are not deformed. Unmodified particles are hard particles, such as particles in sand or slurry, and can damage fine device features on a patterned substrate. During the substrate cleaning process, the cleaning material collects contaminants or particles from the substrate surface. However, no undeformed particles are intentionally mixed with the cleaning material before the cleaning material is supplied onto the substrate surface for cleaning the substrate.
상기 실시형태들은 패터닝된 기판들을 세정하기 위한 재료들, 방법들, 및 시스템들을 설명하고 있지만, 그 재료들, 방법들, 및 시스템들은 또한 비패터닝된 (또는 블랭크의) 기판들을 세정하는데 이용될 수도 있다.While the above embodiments describe materials, methods, and systems for cleaning patterned substrates, the materials, methods, and systems may also be used to clean unpatterned (or blank) substrates. have.
상기 논의는 패터닝된 웨이퍼들로부터 오염물들을 세정하는 것에 중심을 두고 있지만, 세정 장치들 및 방법들은 또한 비패터닝된 웨이퍼들로부터 오염물들을 세정하는데 이용될 수도 있다. 또한, 상기에서 논의된 패터닝된 웨이퍼들 상의 예시적 패턴들은, 폴리실리콘 라인들, 금속 라인들, 또는 유전체 라인들과 같은 돌출 라인들이다. 하지만, 본 발명의 컨셉은 오목한 피처들을 갖는 기판에도 적용될 수 있다. 예를 들어, CMP 이후의 오목한 트랜치들 또는 비아들이 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수 있고, 세정 헤드의 가장 적합한 설계가 이용되어 최상의 오염물 제거 효율성을 달성할 수 있다.Although the discussion above centers on cleaning contaminants from patterned wafers, cleaning apparatuses and methods may also be used to clean contaminants from non-patterned wafers. Also, exemplary patterns on the patterned wafers discussed above are protruding lines such as polysilicon lines, metal lines, or dielectric lines. However, the concept of the present invention can be applied to a substrate having concave features. For example, concave trenches or vias after CMP can form a pattern on the wafer, and the most suitable design of the cleaning head can be used to achieve the best decontamination efficiency.
본 명세서에 이용된 예시로서, 기판은 제한 없이, 제조 또는 핸들링 동작들 동안 오염될 수도 있는, 반도체 웨이퍼, 하드 드라이브 디스크, 광 디스크, 유리 기판, 및 평판 디스플레이 표면, 및 액정 디스플레이 표면 등을 나타낸다. 실제 기판에 따라, 표면은 상이한 방식으로 오염될 수도 있고, 오염의 허용가능한 수준은 기판이 핸들링되는 특정 산업에서 정의된다.As an example used herein, substrates represent semiconductor wafers, hard drive disks, optical disks, glass substrates, and flat panel display surfaces, liquid crystal display surfaces, and the like, which may be contaminated during manufacturing or handling operations, without limitation. Depending on the actual substrate, the surface may be contaminated in different ways, and the acceptable level of contamination is defined in the particular industry in which the substrate is handled.
본 발명의 몇몇 실시형태들이 본 명세서에 상세히 기재되었지만, 당업자에 의해, 본 발명이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 많은 다른 특정 형태들로 구현될 수도 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 실시예들 및 실시형태들은 예시적이고 비제한적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 본 명세서에 제공된 상세들에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위들의 범위 내에서 변형 및 실시될 수도 있다.
While some embodiments of the invention have been described in detail herein, it should be understood by those skilled in the art that the invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the present examples and embodiments are to be considered as illustrative and not restrictive, and the invention is not to be limited to the details provided herein, but may be modified and practiced within the scope of the appended claims.
Claims (23)
용매; 및
1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들을 포함하고,
상기 1종 이상의 중합성 화합물들은 상기 용매에 용해되고,
가용화된 상기 폴리머들은 상기 집적 회로 디바이스들을 정의하기 위한 상기 패터닝된 기판의 표면으로부터 상기 오염물들의 적어도 일부를 캡처 및 인트랩 (entrap) 하는 긴 폴리머 사슬들을 갖고,
상기 세정 재료는 액상 (liquid phase) 으로 정의되며,
약 100/s 미만의 기준 전단 속도에서 측정된 상기 세정 재료의 점도는 약 10 cP 내지 약 100,000 cP 이고,
상기 세정 재료는, 상기 패터닝된 기판을 덮는 상기 세정 재료 상에 힘이 가해질 때 상기 패터닝된 기판의 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형되는, 세정 재료.A cleaning material supplied on a surface of a patterned substrate for defining integrated circuit devices to remove contaminants from the surface, the cleaning material comprising:
menstruum; And
Include polymers of one or more polymerizable compounds,
The one or more polymerizable compounds are dissolved in the solvent,
The solubilized polymers have long polymer chains that capture and entrap at least a portion of the contaminants from the surface of the patterned substrate for defining the integrated circuit devices,
The cleaning material is defined as a liquid phase,
The viscosity of the cleaning material measured at a reference shear rate of less than about 100 / s is from about 10 cP to about 100,000 cP,
And the cleaning material is deformed around device features on the surface of the patterned substrate when a force is applied on the cleaning material covering the patterned substrate.
상기 용매는 물, 이소프로필 알콜 (IPA), 디메틸 술폭시드 (DMSO), 디메틸 포름아미드 (DMF), 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 세정 재료.The method of claim 1,
The solvent is selected from the group consisting of water, isopropyl alcohol (IPA), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl formamide (DMF), or a combination thereof.
상기 1종 이상의 중합성 화합물들은, 폴리아크릴아미드 (PAM), 폴리아크릴산 (PAA), 예컨대, Carbopol 940™ 및 Carbopol 941™, PAM 및 PAA 의 코폴리머, 폴리-(N,N-디메틸-아크릴아미드)(PDMAAm), 폴리-(N-이소프로필-아크릴아미드)(PIPAAm), 폴리메타크릴산 (PMAA), 폴리메타크릴아미드 (PMAAm) 와 같은 아크릴 폴리머들, 폴리에틸렌 이민 (PEI), 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO), 폴리프로필렌 옥사이드 (PPO) 와 같은 폴리이민들 및 옥사이드들, 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리에틸렌 술폰산 (PESA), 폴리비닐아민 (PVAm), 폴리비닐-피롤리돈 (PVP), 폴리-4-비닐 피리딘 (P4VP) 과 같은 비닐 폴리머들, 메틸 셀룰로오스 (MC), 에틸 셀룰로오스 (EC), 하이드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 와 같은 셀룰로오스 유도체들, 아카시아, 한천 및 아가로스, 헤파린, 구아검, 크산탄검과 같은 다당류들, 및 알부민, 콜라겐, 및 글루텐과 같은 단백질들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 세정 재료.The method of claim 1,
The at least one polymerizable compound is polyacrylamide (PAM), polyacrylic acid (PAA) such as Carbopol 940 ™ and Carbopol 941 ™, copolymers of PAM and PAA, poly- (N, N-dimethyl-acrylamide (PDMAAm), poly- (N-isopropyl-acrylamide) (PIPAAm), acrylic polymers such as polymethacrylic acid (PMAA), polymethacrylamide (PMAAm), polyethylene imine (PEI), polyethylene oxide ( PEO), polyimines and oxides such as polypropylene oxide (PPO), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene sulfonic acid (PESA), polyvinylamine (PVAm), polyvinyl-pyrrolidone (PVP), poly- Vinyl polymers such as 4-vinyl pyridine (P4VP), cellulose derivatives such as methyl cellulose (MC), ethyl cellulose (EC), hydroxyethyl cellulose (HEC), carboxymethyl cellulose (CMC), acacia, agar and agar Such as Ross, Heparin, Guar Gum, Xanthan Gum It is selected from the sugars, and albumin, collagen, and the group consisting of proteins such as gluten, the cleaning material.
상기 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 약 0.01M g/mol 내지 약 1OOM g/mol 인, 세정 재료.The method of claim 1,
The molecular weight of the at least one polymerizable compound is from about 0.01 M g / mol to about 1 OOM g / mol.
상기 세정 재료 중의 폴리머들의 중량 퍼센트는 약 0.001% 내지 약 10% 인, 세정 재료.The method of claim 1,
And the weight percentage of polymers in the cleaning material is from about 0.001% to about 10%.
상기 세정 재료의 pH (potential of hydrogen) 값을 변화시키기 위한 완충제를 더 포함하고,
상기 완충제 및 상기 용매는 세정 용액을 형성하는, 세정 재료.The method of claim 1,
Further comprising a buffer for changing the pH (potential of hydrogen) value of the cleaning material,
The buffer and the solvent form a cleaning solution.
상기 세정 재료에서의 상기 폴리머들의 분산을 돕고, 그리고 상기 패터닝된 기판의 표면의 젖음처리 (wetting) 를 돕기 위한 계면활성제를 더 포함하는, 세정 재료.The method of claim 1,
And a surfactant to help disperse the polymers in the cleaning material and to help wetting the surface of the patterned substrate.
상기 계면활성제는 암모늄 도데실 설페이트 (ADS) 인, 세정 재료.The method of claim 7, wherein
And the surfactant is ammonium dodecyl sulfate (ADS).
상기 세정 재료는 액체, 졸, 또는 겔 형태의 유체인, 세정 재료.The method of claim 1,
The cleaning material is a fluid in the form of a liquid, sol, or gel.
상기 세정 재료의 pH 값은 프론트-엔드 (front-end) 애플리케이션 및 백엔드 (backend) 애플리케이션에 대해서 약 1 내지 약 12 인, 세정 재료.The method according to claim 6,
And the pH value of the cleaning material is about 1 to about 12 for front-end and backend applications.
이온-제공 화합물을 더 포함하고,
상기 이온-제공 화합물은 상기 세정 용액에서 이온화되어 상기 세정 재료에 더 큰 이온 강도를 제공하여 상기 세정 재료의 점도를 변경하는, 세정 재료.The method of claim 1,
Further comprising an ion-providing compound,
And the ion-providing compound is ionized in the cleaning solution to provide greater ionic strength to the cleaning material to alter the viscosity of the cleaning material.
상기 기준 전단 속도에서 측정된 상기 세정 재료의 점도는 약 100 cP 내지 약 10,000 cP 인, 세정 재료.The method of claim 1,
And the viscosity of the cleaning material measured at the reference shear rate is about 100 cP to about 10,000 cP.
상기 디바이스 피처 사이즈는 임계 치수가 약 45 nm 이하인. 세정 재료.The method of claim 1,
The device feature size has a critical dimension of about 45 nm or less. Cleaning material.
상기 긴 폴리머 사슬들의 일부는 가교되어, 상기 오염물들의 캡처 및 인트랩을 돕는 중합성 네트워크를 형성하는, 세정 재료.The method of claim 1,
Some of the long polymer chains are crosslinked to form a polymerizable network that aids in the capture and entrap of the contaminants.
상기 1종 이상의 중합성 화합물들은 폴리아크릴아미드 (PAM) 를 포함하고 상기 PAM 의 분자량은 1,000,000 g/mol 이상인, 세정 재료.The method of claim 1,
And the at least one polymerizable compound comprises polyacrylamide (PAM) and the molecular weight of the PAM is at least 1,000,000 g / mol.
상기 1종 이상의 중합성 화합물들은 아크릴아미드 및 아크릴산의 코폴리머들을 포함하고, 상기 코폴리머들에서의 상기 아크릴산의 중량 퍼센트는 약 50% 미만인, 세정 재료.The method of claim 1,
And the at least one polymerizable compound comprises copolymers of acrylamide and acrylic acid, wherein the weight percentage of the acrylic acid in the copolymers is less than about 50%.
상기 세정 재료는 상기 패터닝된 기판의 표면 상에 공급되어 상기 표면 상의 상기 디바이스 피처들을 실질적으로 손상시키지 않고 상기 표면으로부터 오염물들을 제거하고,
상기 세정 재료에는, 상기 세정 재료가 상기 패터닝된 기판의 표면 상에 공급되기 이전에 거친 (abrasive) 파티클들이 실질적으로 없는, 세정 재료.The method of claim 1,
The cleaning material is supplied on a surface of the patterned substrate to remove contaminants from the surface without substantially damaging the device features on the surface,
And the cleaning material is substantially free of abrasive particles before the cleaning material is supplied onto the surface of the patterned substrate.
상기 기준 전단 속도는 약 1/s 미만인, 세정 재료.The method of claim 1,
And the reference shear rate is less than about 1 / s.
상기 1종 이상의 중합성 화합물들의 분자량은 10,000 g/mol 를 초과하는, 세정 재료.The method of claim 1,
And the molecular weight of the at least one polymerizable compound is greater than 10,000 g / mol.
용매;
상기 세정 재료의 pH (potential of hydrogen) 값을 변화시키기 위한 완충제로서, 상기 완충제 및 상기 용매가 세정 용액을 형성하는, 상기 완충제;
상기 세정 용액에 용해된 1종 이상의 중합성 화합물들의 폴리머들;
상기 세정 재료에서의 상기 폴리머들의 분산을 돕고, 그리고 상기 패터닝된 기판의 표면의 젖음처리 (wetting) 를 돕기 위한 계면활성제; 및
상기 세정 재료에서 이온화하여 상기 세정 재료의 점도를 조정하는 이온-제공 화합물을 포함하고,
상기 세정 재료는 pH 가 약 7 내지 약 12이고,
가용화된 상기 폴리머들은 상기 집적 회로 디바이스들을 정의하기 위한 상기 패터닝된 기판의 표면으로부터 상기 오염물들의 적어도 일부를 캡처 및 인트랩 (entrap) 하는 긴 폴리머 사슬들을 갖고,
상기 세정 재료는 액상 (liquid phase) 으로 정의되고,
기준 전단 속도에서 측정된 상기 세정 재료의 점도는 약 10 cP 내지 약 100,000 cP 이고,
상기 세정 재료는, 상기 패터닝된 기판을 덮는 상기 세정 재료 상에 힘이 가해질 때 상기 패터닝된 기판의 표면 상의 디바이스 피처들 주변에서 변형되는, 세정 재료.A cleaning material supplied on a surface of a patterned substrate for defining integrated circuit devices to remove contaminants from the surface, the cleaning material comprising:
menstruum;
A buffer for changing the pH (potential of hydrogen) value of the cleaning material, wherein the buffer and the solvent form a cleaning solution;
Polymers of one or more polymerizable compounds dissolved in the cleaning solution;
Surfactants to assist dispersion of the polymers in the cleaning material and to assist wetting the surface of the patterned substrate; And
An ion-providing compound that is ionized in the cleaning material to adjust the viscosity of the cleaning material,
The cleaning material has a pH of about 7 to about 12,
The solubilized polymers have long polymer chains that capture and entrap at least a portion of the contaminants from the surface of the patterned substrate for defining the integrated circuit devices,
The cleaning material is defined as a liquid phase,
The viscosity of the cleaning material measured at the reference shear rate is about 10 cP to about 100,000 cP,
And the cleaning material is deformed around device features on the surface of the patterned substrate when a force is applied on the cleaning material covering the patterned substrate.
상기 세정 재료는 상기 패터닝된 기판의 표면 상에 공급되어 상기 표면 상의 상기 디바이스 피처들을 실질적으로 손상시키지 않고 상기 표면으로부터 오염물들을 제거하고,
상기 세정 재료에는, 상기 세정 재료가 상기 패터닝된 기판의 표면 상에 공급되기 이전에 거친 파티클들이 실질적으로 없는, 세정 재료.The method of claim 20,
The cleaning material is supplied on a surface of the patterned substrate to remove contaminants from the surface without substantially damaging the device features on the surface,
And the cleaning material is substantially free of coarse particles before the cleaning material is supplied onto the surface of the patterned substrate.
상기 완충제는 수산화 암모늄인, 세정 재료.The method of claim 20,
And the buffer is ammonium hydroxide.
상기 이온-제공 화합물은 시트르산인, 세정 재료. The method of claim 20,
And the ion-providing compound is citric acid.
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