TWI410522B - 使用穩定流體溶液的基材製備、和製造穩定流體溶液的方法 - Google Patents

使用穩定流體溶液的基材製備、和製造穩定流體溶液的方法 Download PDF

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Description

使用穩定流體溶液的基材製備、和製造穩定流體溶液的方法
於諸如積體電路、記憶體單元等之半導體裝置的製造中，執行一系列製造操作，以界定半導體晶圓(“晶圓”)上之特徵部件。該等晶圓包含在矽基材上所界定之呈多層次結構形式的積體電路裝置。在一基材層次，形成具有擴散區域之電晶體裝置。於隨後之層次中，互連金屬導體化線係佈圖及電連接至該等電晶體裝置，以界定一想要之積體電路裝置。經佈圖之傳導性層係亦藉著介電材料由其他傳導性層隔離。
於該系列之製造操作期間，該晶圓表面係暴露至各種型式之汙染物。本質上存在於一製造操作中之任何材料係一潛在之污染源。譬如，污染源可尤其包含製程氣體、化學品、沈積材料、及液體。各種汙染物能以微粒形式沈積在該晶圓表面上。如果未移除該微粒污染，在該污染附近內之裝置將多半可能不能運作。如此，其係需要以一實質上完滿的方式由該晶圓表面清潔污染，而不會損壞該晶圓上所界定之部件。然而，微粒污染之尺寸通常係像該晶圓上所製造之部件臨界尺寸大小那樣。此小微粒污染之移除、而不會不利地影響該晶圓上之部件可為非常難的。
傳統之晶圓清洗方法已大大依靠機械式力量，以由該晶圓表面移除微粒污染。當最小圖案尺寸繼續減少及變得更脆弱時，由於施加機械式力量至該晶圓表面，部件損壞之或然率增加。譬如，當藉著一充分之機械式力量壓緊時，具有高縱橫比之部件係易於被傾覆或打破。進一步使該清洗問題複雜化，朝向減少最小圖案尺寸之進展亦造成微粒污染之尺寸縮減。充分小尺寸之微粒污染可找出其進入難以抵達該晶圓表面上之區域的路徑，諸如於一由高縱橫比部件所圍繞之溝渠中。如此，在現代之半導體製造期間，藉由晶圓清洗技術中之持續進步，汙染物之有效率及無損壞的移除代表一持續待滿足之挑戰。應了解用於平板顯示器之製造操作遭受上述討論之積體電路製造的相同缺點。
常常，被設計用於清洗表面之溶液未充分穩定，且隨著時間之過去，其一致性可改變。一致性中之變化的範例係當該等溶液中之材料上浮至該頂部或沉沒至該底部時。如果這發生，在此有一用於再混合、或再確認該溶液之需要，以便其仍然可施加至該基材之表面，且該溶液之預期作用/結果將仍然是有效的。為此緣故，有一些溶液不能被製成及儲存供稍後之使用，因為該等溶液若沒有額外之測試或再調節，則未能適當地起作用。
由於前文，在此對於可被產生、儲存、及在稍後多次使用之溶液有一需要，而不需要額外之測試、取樣、再攪拌、再調節、再混合等。
廣泛言之，本發明藉著提供一可於懸浮液中彈性地保有固體材料之穩定溶液滿足這些需要，以致固體材料不被允許由該清洗溶液之剩餘部份分離。該溶液較佳地是包含使該流體中之固體微粒變穩定的聚合體高分子，以致由於該固體微粒對該溶液之連續介質的相對浮力，防止該等固體微粒浮動至該溶液之頂部或沉沒至該溶液之底部。於一具體實施例中，該聚合體高分子形成一具有接點之實體的網狀組織，並給與該溶液一有限之降服應力。如此，當以低於該降服值之應力變形時，該實體的網狀組織當作一彈性固體。當高於該降服應力之應力係施加至該材料時，該網狀組織將降服，導致該溶液之像流體的行為。如果由該固體之浮力所提供的應力係低於該連續介質之降服應力，則該等固體微粒將被誘捕在該網狀組織中，而未能遷移。既然該溶液當作一在該降服應力以上之流體，此實體的網狀組織藉著保持該等微粒懸浮使該清洗溶液穩定，但不會禁止效用。此外，該聚合體添加劑能給與該溶液彈性，其能於應用時提供一至該晶圓表面之正向力，並增進固體-晶圓接觸及更佳之污染移除。
應了解本發明能夠以極多方式施行，包含當作一設備、一方法及一系統。本發明之數個發明具體實施例係敘述在下面。
於一具體實施例中，提供一種製造供用於製備基材表面的溶液之方法。該方法包含提供一連續之介質，並將一聚合物材料加至該連續之介質。將一脂肪酸加至具有該聚合物材料的連續之介質，且該聚合物材料界定一於該溶液中施力之實體的網狀組織，該等力量克服藉由該脂肪酸所經受之浮力，如此防止該等脂肪酸在該溶液內移動，直至該聚合物材料之降服應力被一施加之攪拌所超過，該施加之攪拌係由一容器運送該溶液至一將該溶液施加至該基材表面的製備站。
於另一具體實施例中，提供一種使用一清洗基材用之溶液的方法。該方法包含於容器中提供一溶液，在此該溶液係由至少一連續之介質、一聚合物材料、及一固體材料所混合。該溶液中之聚合物材料對該材料賦予一有限之降服應力，使得該溶液係維持在一穩定彈性凝膠形式中。在該溶液的合成之後及於該溶液的任何儲存期間，如果少於該有限之降服應力的應力係賦予在該溶液上，該穩定彈性凝膠形式被架構成可將該固體材料形式固持在適當位置，及防止該固體材料於該溶液中運動。該方法另包含在該溶液上施加至少一最小之剪應力，且該最小之剪應力係至少大於該有限之降服應力，以致該穩定彈性凝膠形式由像固體轉變至像液體之行為。然後，在賦予該最小剪應力之後由該容器流動該溶液，在此流自該容器之溶液具有該固體材料於該溶液中之混合一致性。該方法接著包含施加該溶液至一製備系統，用於施加至該基材之表面。
於又另一具體實施例中，揭示一基材清洗系統。該系統包含一近接頭部系統，其用以於清洗操作期間施加一彎月面至一基材之表面，在此該彎月面被藉著一溶液所界定。該系統包含一容器，其裝盛該溶液，且該溶液係由至少一連續之介質、一聚合物材料、及一固體材料所混合，在此該溶液中之聚合物材料對該材料賦予一有限之降服應力，使得該溶液能夠維持在一穩定彈性之凝膠形式。在該溶液的合成之後及於該溶液的任何儲存期間，如果少於該有限之降服應力的應力係賦予在該溶液上，該穩定彈性凝膠形式被架構成可將該固體材料形式固持在適當位置，及防止該固體材料於該溶液中移動。該系統另包含一泵，其用於由該容器運動該溶液至該近接頭部系統，在此該泵浦在該溶液上施加至少一最小剪應力。該泵提供超過該有限之降服應力的攪拌作用，並將該穩定彈性凝膠轉變成液體。該近接頭部系統的一頭部承接該溶液，該溶液係架構成可呈彎月面的形式施加至該基材之表面。該彎月面能夠視應用而定呈二態形式或三態形式。
於又另一具體實施例中，揭示一基材清洗系統。該系統包含一射流施加系統，用以於清洗操作期間施加一溶液至一基材之表面。提供一容器，其裝盛該溶液。該溶液係由至少一連續之介質、一聚合物材料、及固體材料所混合，且該溶液中之聚合物材料對該材料賦予一有限之降服應力，使得該溶液係維持在一穩定彈性凝膠形式中。在該溶液的合成之後及於該溶液的任何儲存期間，如果少於該有限之降服應力的應力係賦予在該溶液上，該穩定彈性凝膠形式被架構成可將該固體材料形式固持在適當位置，及防止該固體材料於該溶液中運動。提供一泵，其用於由該容器運動該溶液至該射流施加系統，且該泵在該溶液上施加至少一最小剪應力。該泵提供超過該有限之降服應力的攪拌作用，並將該穩定彈性凝膠轉變成液體。且該射流噴灑該溶液至該基材之表面，以便移除不想要之汙染物。
取自會同所附圖面、藉由範例說明本發明之原理，本發明之其他態樣將由以下之詳細敘述變得明顯。
本發明敘述製造用於基材之製備的材料之方法、供使用之系統及方法，該基材可被用於該半導體工業。於一具體實施例中，該材料被界定為一能夠用於基材之製備的溶液。寬廣地界定，“製備”包含基材之表面的清洗、蝕刻、沈積、移除、或變更，且特別地是由基材清洗微粒、汙染物或不想要之材料、層、或表面。當作一在此所使用之範例，一“基材”無限制地表示半導體晶圓、硬碟碟片、光碟、玻璃基材、及平板顯示器表面、液晶顯示器表面等，其可於製造或處理操作期間變得受污染。視該實際基材而定，一表面能以不同方式變得受污染，且在處理該基材之特別工業中界定該可接受之污染程度。
在此中界定之溶液係一懸浮溶液，其係設計成可在一聚合物網狀組織材料內懸浮固體。該聚合物網狀組織界定一實體的網狀組織，其當以在其降服值之下的應力變形時充當一彈性固體。該溶液包含至少一連續之介質(例如水)、聚合物、及固體(例如脂肪酸)。雖然可相對該溶液之連續介質具有某些浮力，該等固體將被固定在適當位置，及如此將不被允許沉沒或浮動。如果該等固體會沉沒或浮動，該溶液將必需於使用之前再混合，以所需之混合程度可導入停工時間或不確定性，以產生一預備好供使用之溶液。
如將在下面敘述者，該溶液之聚合物係架構成可使該溶液表現像一黏塑性流體(例如像凝膠)，其將該等固體懸浮及固定在該混合溶液內之適當位置。於一具體實施例中作用像一實體的凝膠，該溶液具有一有限之降服應力，該降服應力大於來自該懸浮固體之浮力的應力，如此防止沉澱作用或乳油分離作用，其使該懸浮之固體變穩定。此外，該聚合物之穩定高分子給與該溶液彈性，這增強污染移除。
然而，對於一熟諳此技藝者將明顯的是本發明可沒有一些或所有這些特定之細節地被實踐。於其他情況中，熟知之製程操作尚未詳細地敘述，以便不會不需要地使本發明難以理解。
圖1說明一曲線圖100，其於該Y軸中繪製剪應力，並相對該X軸中之切變率。提供曲線圖100，以說明一標繪圖102a及一標繪圖102b，每一標繪圖界定一不同之塑膠黏性。標繪圖102a將具有一塑膠黏性A，且標繪圖102b將具有一塑膠黏性B，其係藉著該圖解之斜率所區別。如所示，每一標繪圖102a及102b在X軸、在零點開始。一黏塑性流體將因此擁有一降服應力τ y，其必需在該黏塑性流體將連續地變形之前被超過。在該降服應力之下，在該黏塑性流體上僅只發生彈性變形。一旦超過該降服應力，該黏塑性流體將開始連續地變形，且當施加額外之剪應力時，該切變率將成比例地增加；該比例常數係該黏塑性流體之黏性。
黏塑性流體之範例可包含諸材料、但不限於一般稱為“賓漢(Bingham)塑膠”之材料。賓漢塑膠呈現剪應力相對該切變率之線性行為，如在圖1中所界定。施加至該黏塑性流體之切變率越高，則該黏性下降越多，並允許該黏塑性流體呈現牛頓特徵。如在此所使用，牛頓流體係那些將遵守黏性之牛頓定律的流變性定義者。
如在此所使用，非牛頓流體係一種流體，其中該黏性隨著所施加之剪應力改變。一非牛頓流體不會遵守黏性之牛頓定律。該剪應力係該切變率的一非線性函數。視黏性如何隨著切變率明顯改變而定，該流動行為亦將改變。一非牛頓流體之範例係一柔軟之濃縮物質，其佔有固體及液體的極端不同性質間之中間範圍。該柔軟之濃縮物質係可藉著外部應力輕易地變形，且該柔軟之濃縮物質的範例包含乳液、凝膠、膠體、泡沫等。應了解一乳液諸如係非互溶液體之混合物，譬如水中之牙膏、美乃滋、油等。
對於有關牛頓及非牛頓流體之功能性及成份的額外資訊，可參考：(1)2005年6月30日提出及標題為“由半導體晶圓移除材料之方法及施行該方法之設備”的美國申請案第11/174,080號；(2)2005年6月15日提出及標題為“使用非牛頓流體清洗基材之方法及設備”的美國專利申請案第11/153,957號；及(3)2005年6月15日提出及標題為“使用非牛頓流體運送基材之方法及設備”的美國專利申請案第號11/154,129號。
圖2說明一曲線圖120，其於該X軸中之切變率，並相對該Y軸中之黏性。顯示曲線122，以當一黏塑性流體經受切變率中之增加時，說明剪力稀化之力學。本質上，當該切變率增加時，該黏塑性流體之黏性將沿著該曲線122下降。當說明該剪力稀化方向時，施加至該黏塑性流體之切變率越多，一非牛頓行為之特徵將變為一更像牛頓之行為，因該切變率增加。因此，當該切變率係零時，該黏塑性流體將是於一實質上穩定及實質上彈性之固體形式(亦即，實質上未變形之狀態)，如在圖1及2兩者中所說明。然而，當該切變率增加時，該黏性將下降，並相交該臨界之降服應力點，以造成該黏塑性流體之由一實質上固體彈性形式轉變至一實質上流體形式。該剪力稀化製程因此係一製程，其中該流體之表面黏性隨著切變率增加而減少。此行為之型式亦可被稱為“擬塑性”，且不須最初之應力(降服應力)以開始剪切。
考慮到黏塑性流體之力學，本發明的一具體實施例將界定一溶液，其被製成以便使該溶液處於一實質上穩定之懸浮形式。該實質上穩定之懸浮形式將為一實質上彈性地固體及非流動之形式。一些彈性運動可發生，類似於果凍之運動。再者，該穩定懸浮形式將使界定該溶液之任何成份固定在適當位置(亦即，懸浮)。該溶液將因此呈現一黏塑性行為，使得在該溶液能夠被使用及以牛頓流體之形式應用之前，將需要一最小降服應力施加至該溶液。
圖3說明一系統圖300，其按照本發明的一具體實施例確認可混合在一起以界定一具有黏塑性流體特徵的懸浮溶液之成份。按照本發明的一具體實施例，該溶液之基本成份將是三成份。其他部份、流體、化學品、或添加劑亦可被加入，但該基本元素係藉著圖3所示三種所界定。如此，第一成份將是一聚合物網狀組織產生材料302，第二成份將是一連續介質304，及該第三成份將是一固體材料306。該聚合物網狀組織產生材料302較佳地係一聚合物，諸如：一聚(壓克力酸)，其當與該溶液之其他成份結合時能夠界定一聚合物網狀組織。
現在提供用於界定該聚合物網狀組織產生材料302的聚合物材料之範例。於一具體實施例中，無限制地，能夠吸取一降服應力而不會實質變形之聚合物可無限制地包含Carbapol、Stabileze、Rheovis ATA及Rheovis ATN、聚丙烯酸、卡拉膠(Carageenan)、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、阿拉伯膠(金合歡膠)、黃蓍膠、聚丙烯酸脂、或卡波姆(Carbomer)等。然而，應了解雖然可使用不同型式之聚合物材料，所選擇之聚合物應是一種將允許該結果之溶液產生一網狀組織者，該網狀組織將輔助使該溶液變穩定成一彈性固態。
明顯地，該連續介質304可為去離子水、碳化氫、選擇之鹽基液體、氫氟酸(HF)、阿摩尼亞、及其他化學品及/或DI水中之化學品的混合物，其可被用於清洗半導體基材之表面。於特定之範例中，該連續介質304係一藉由水(去離子水或以別的方式地)所獨自界定之水性液體。於另一具體實施例中，水性液體係藉著水及其他與水相溶的成份之結合所界定。於又另一具體實施例中，一非水性液體係尤其藉著碳化氫、碳氟化合物、礦物油、或酒精所界定。不管該液體是否水性或非水性，應了解該液體能被修改至包含離子或非離子溶劑及其他化學添加劑。譬如，對該液體之化學添加劑能包含有助溶劑、PH值修飾劑(例如酸類及鹼類)、螯合劑、極性溶劑、界面活性劑、氫氧化銨、過氧化氫、氫氟酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化四鉀銨、及流變學修飾劑，諸如聚合物、微粒、及多肽之任何組合。
於一具體實施例中，該等固體材料306可藉著脂肪族酸類、羧酸、石蠟、蠟、聚合物、聚苯乙烯、樹脂、多肽、及其他黏彈性材料所界定。於一具體實施例中，該固體部份306材料應於一濃度下存在，該濃度超過其在該連續介質304內之溶解度限制。亦應了解與一特別固體材料有關之清洗有效性可為溫度、PH值、及其他環境條件之函數而有不同變化。
該脂肪族酸類本質上代表任何由有機化合物所界定之酸類，其中碳原子形成開鏈。一脂肪酸係一能被用作該固體材料的脂肪族酸類之範例。可被用作該固體的脂肪酸之範例尤其包含月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸，亞麻油酸、次亞麻油酸、花生油酸、鱈油酸、芥酸、丁酸、洋油酸、羊脂酸、肉豆蔻酸、珍珠酸、山嵛酸、木質素酸(lignoseric acid)、肉豆蔻烯酸、棕櫚烯酸、神經酸(nervanic acid)、杷荏酸、二十碳五烯酸、黃銅酸(brassic acid)、鰶油酸、二十四脂酸、蠟酸、及其混合物。於一具體實施例中，該等固體材料306可代表由C－1延伸至大約C－26(脂肪酸僅只具有一偶數的碳)的各種碳鏈長度所界定之脂肪酸的混合物。羧酸類本質上係由任何有機酸所界定，該有機酸包含一或多個羧基群(COOH)。該羧酸類能包含由C－1延伸至大約C－100的各種碳鏈長度之混合物。在該連續介質304中之溶解度限制以上，該羧酸類亦能包含長鏈乙醇、醚、及/或酮。於一具體實施例中，當與一基材表面上之汙染物微粒造成接觸時，用作該固體之脂肪酸具有一界面活性劑之作用。該聚合物網狀組織產生材料302、該連續介質304、及該固體材料306係接著經由閥門310a、310b、及310c通過管線308，並將該材料提供至一合成容器320。控制可為經由電腦控制或手動控制。說明該等管線308及該等閥門310，以顯示可用於運送流體及控制接近至流體之結構，該等流體可被傳送至一接收源。然而，應了解任何數目之結構係可能的，只要該等流體可被傳遞至其想要之位置供處理、儲存、或使用。於此範例中，合成容器320可為一燒杯、儲槽、混合歧管、分級管、裝盛圓筒、能夠被加壓之容器、溫度控制下之儲槽、或任何型式之結構容器將裝盛至少來自該聚合物網狀組織產生材料302、該連續介質304、及該等固體材料306所接收之材料。當導入該合成容器320時，來自302、304及306之材料可經過設備直接地提供，且不需預先儲存於一容器中，但為了易於說明，容器係顯示以控制下之方式提供其內容物至該合成容器320，如藉由人類或電腦所指示。該合成容器320可為設有一混合器324，其將能夠使該合成容器在給定時間混合該等成份。
於該合成容器320中混合及合成該等不同成份的結果將產生一懸浮溶液322。當混合及合成時，該懸浮溶液係設有一熱源326，其被控制成能夠在特定時間以特定溫度混合、攙雜、及/或溶解各種成份。該結果之懸浮溶液322係接著經由一輸出流動管線328移至一容器330。該輸出流動管線可為任何型式之導管或諸導管，其可由該合成容器320傳送該懸浮溶液322至該容器330。最初，當該懸浮溶液322係由該合成容器320運動時，可施加一最小剪應力，以便造成該懸浮溶液322之黏塑性本質沿著該輸出流動管線328流動與進入容器330。
一旦該懸浮溶液322係傳送至該容器330，該懸浮溶液可繼續隨著時間之過去而成熟，使得將發生該等固體之成核作用，且該等固體將接合或一起成長，以便在該懸浮溶液322內產生較大尺寸之固體。然而，於該成熟製程期間，該懸浮溶液322內之固體將藉由該聚合物網狀組織材料所懸浮，以致該等固體不會上昇至該容器330之頂部或落下至該容器330之底部。
亦即，雖然該懸浮溶液322內之每一個別懸浮固體之浮力(相對該連續介質)將對該固體之浮動或沉沒趨勢產生影響，任何運動趨勢將藉著該懸浮溶液322之聚合物網狀組織相反地作用。該等固體將因此停留於一實質上彈性之懸浮液中，直至該溶液需要被使用。當需要使用或需要運送該懸浮溶液322時，將需要克服該懸浮溶液322之降服應力，以致當該切變率增加時，該溶液能經受剪切稀化。
圖4說明複數具有散布於一懸浮溶液中之固體的容器330，其將在一實質上彈性之狀態(例如固體)中放置、固定及儲存。如上述所提，該溶液之固態係因此設計成用作一彈性之黏塑性流體，且與該懸浮溶液332的連續介質內之固體有關的任何浮力將實質上留在適當位置。如此，該懸浮溶液332將預備好以很好地散布之方式使用，且當該懸浮溶液及其成份已經呈散布及混合之形式時，與該溶液有關之任何儲存將不需要預先使用混合。
使該溶液於一黏塑性流體狀態中之優點係該溶液可於較大批料中預先混合，且接著儲存及運送至其使用之地點。如果不需及時使用該溶液直至一稍後時間點，該溶液將繼續保持其散布及穩定懸浮形式，直至其使用係顯示。
圖5說明當在基材製備系統400上需要其使用時，一使用來自容器330之懸浮溶液的系統圖。如所說明，該容器330將裝盛該懸浮溶液332。當需要使用該懸浮溶液332時，該溶液可使用一泵352抽出該容器330。該泵352係顯示連接至一被放置在該懸浮溶液332內之導管350。由該泵352所提供之攪拌作用將因此作功，以施加一剪應力至該懸浮溶液332，並因此造成一剪應力施加區344(該容器中之某處)，以造成該溶液(或至少部份該溶液)持續地流動。該較低黏性之流體將如此沿著該導管350自由地運動，如由指標332a所顯示。該流動之溶液將接著被該泵352所運送，並引導該流體至一些目的地。
如此，該泵352作用至運送該懸浮溶液332，且該等懸浮固體之剪力稀化行為允許輕易運送經過導管360a及362。於一具體實施例中，該泵352可連接至使將該低黏性溶液流經導管360a進入一泡沫產生系統370。該泡沫產生系統370可包含一氣體壓力室372，其係架構成可允許在其係經過一導管360b相通之前對該溶液發生一發泡製程。導管360b將因此以三態物體形式載送該溶液至該等基材製備系統400之一或多個系統。三態物體係一種物體，在此一“氣體”成份係加至該溶液之“流體”成份及該“固體”成份。三態物體將在下面更詳細地界定。
於另一具體實施例中，該泵352可僅只沿著導管362以二態物體傳遞該溶液至該基材製備系統400。二態物體係一種具有“流體”成份及“固體”成份、但實質上沒有“氣體”成份者。據說實質上沒有氣體係二態物體溶液的一部份，但一些氣體於該溶液可為固有的。
該基材製備系統400可包含任何數目之系統，及一些系統被提供當作範例。一範例系統可為一近接頭部系統402，其使用一近接頭部以於一頭部表面及該基材表面之間施加一彎月面至一基材之表面。可使用該基材頂部上之一近接頭部，或可使用二近接頭部，使得該基材之頂部及底部兩者係在大約相同之時間處理。於一具體實施例中，造成該基材係沿著一水平方向運動，使得造成該彎月面係橫越該基材之表面。於另一具體實施例中，該近接頭部系統之頭部可為運動越過該基材之表面。
如在此所使用，一“彎月面”可為一控制下之流體彎月面，其形成於一近接頭部之表面及一基材表面之間，且該流體之表面張力將該彎月面保持在適當位置及於一控制下之形式。亦藉著流體之控制下的運送及移除確保控制該彎月面，這能夠使彎月面之控制下的界定，如藉著該流體所界定。該彎月面可用來清潔、處理、蝕刻、或處理該基材之表面。該表面上之處理可為使得該等微粒或不想要之材料被該彎月面所移除。於一相關具體實施例中，該彎月面可為由三態物體(例如一發泡溶液)所形成，且該溶液可在該基材僅只放置在該表面上，但異於受表面張力所影響之流體溶液而機械式起作用。一發泡溶液表現更像一非牛頓流體。
然而，一牛頓彎月面流體係藉著供給一流體至該近接頭部所控制，同時以真空用控制下之方式移除該流體。選擇性地，一氣體張力退黏劑可提供至該近接頭部，以便減少該彎月面及該基材間之表面張力。供給至該近接頭部之氣體張力退黏劑允許該彎月面在該基材之表面上方於增加之速度下運動(如此增加產量)。一氣體張力退黏劑之範例可為與氮混合之異丙醇(IPA/N2 )。氣體張力退黏劑之另一範例可為二氧化碳(CO2 )。亦可使用其他型式之氣體，只要該等氣體不妨礙該基材之特別表面所想要的處理。
對於一彎月面之形成及施加至一基材之表面的更多資訊，可參考：(1)2003年9月9日發行及標題為“用於晶圓附近的清洗及乾燥之方法”的美國專利第6,616,772號；(2)2002年12月24日提出及標題為“彎月面、真空、IPA蒸氣、乾燥歧管”的美國專利申請案第10/330,843號；(3)2005年1月24日發行及標題為“使用動態液體彎月面處理基材之方法及系統”的美國專利第6,998,327號；(4)2005年1月24日發行及標題為“恐懼性阻隔彎月面分離及圍阻”的美國專利第6,998,326號；及(5)2002年12月3日發行與標題為“用於單晶圓清洗及乾燥之毛細管狀近接頭部”的美國專利第6,488,040號，每一專利係分派至Lam研究公司、該主題申請案之受讓人。
下一範例係一近接頭部－刷子系統404。提供此範例以說明該近接頭部系統可與其他型式清洗系統結合，此等刷子滾筒係架構成可刷洗一晶圓之表面。可在頂部或底部上以一刷子刷洗該表面，且一近接頭部系統可被使用在該頂部或該底部上。
該等刷子可聚乙烯醇(PVA)刷子，其可當轉動時提供流體至該基材之表面。藉由該等刷子所提供之流體可提供經過該刷子(TTB)芯部，且視該應用而定，該等流體可被用於清洗、及/或蝕刻、及/或架構該基材之表面，使其成為疏水或親水的。
另一系統可為一噴灑/噴射系統406，其係架構成可施加該三態物體或該二態物體至該基材之表面。可施加噴灑及噴射物，使得該三態物體或二態物體中之固體可有效率地配送，以便允許該適當之製備操作。對於射流施加上之更多資訊，可參考2006年10月4日提出、標題為“用於微粒移除之方法及設備”的美國申請案第11/543,365號。於又另一具體實施例中，一模組能被架構成一儲槽。該儲槽能充滿該溶液，且一基材(或批量之基材)能被降低進入該儲槽，且接著由該儲槽移除。此型式之基材處理可被稱為浸漬。當該浸漬發生時，該溶液能夠在一彈性狀態中或於一流體狀態中。該基材之運動進入該溶液可提供該需要之剪應力，其將克服該懸浮溶液332之降服應力。
該製備操作可為表面狀態之清洗、乾燥、蝕刻、轉換(例如疏水/親水性)、及/或一般清潔，以用該固體之輔助移除微粒，該等固體係使用該基材製備系統400之諸系統所施加。
然而，應了解該容器330及該懸浮溶液332可儲存達一段時期，且當使用時，能藉著剪應力之施加由一本質固態轉變至一流體流動之牛頓狀態，該剪應力將克服該懸浮溶液332之降服應力，以致為其應用，其能流動及施加至一基材之表面。最小剪應力之一範例數量可為於大約1e－6巴及大約100巴之間。然而，該正確之數量將視該特殊溶液之組合元素而定改變。
藉著將該懸浮溶液332維持於其懸浮形式中，與使固體浮動至一容器之表面、或沉沒至底部有關之問題係避免，且其散布及很好之混合狀態將保留，直至該懸浮溶液係需要供施加及使用。現在可避免任何用於重新調整該流體以允許用於一致之分佈所將花費之停工時間，且當需要時，更多產量及以該懸浮溶液之有效率處理現在可被施行、及施加至基材。
圖6說明一範例製法600，用於產生一溶液，其當儲存時將呈現一實質之固體彈性狀態，且當需要該溶液時接著於施加剪應力時轉變至一實質之牛頓流體。該製法包含操作602，在此供給一連續介質。如上述所提，該連續介質能藉著若干流體及/或材料所界定，但用於此特定之範例，該連續介質係去離子(DI)水。
該連續介質係接著供給以一聚合物，在此其係混合，直至其在操作604中實質上溶解於該去離子水中。604之混合溶液係於操作606中加熱。將發生該溶液之加熱，使得該溫度係於大約攝氏30度及大約攝氏100度之間，且於一具體實施例中，在大約攝氏65度及大約攝氏85度之間。
當於操作608中加熱該溶液時，界面活性劑被加至該混合物。該界面活性劑材料較佳地是十二硫胺、線性烷基苯磺酸、十二烷基硫酸三乙醇胺、或一離子界面活性劑之一。一旦該界面活性劑已於操作608中加至該已加熱之混合物，該溶液係持續在一高RPM下混合。每分鐘高周轉(RPM)之範例可為於大約50RPMs及大約1,500RPMs之間。高RPM混合將持續盡可能長，但不會產生一顯著之泡沫層。如果於此混合操作期間產生一些氣泡，最少量之氣泡將是可容許的。於操作612中，一旦該溶液係再次加熱至一於大約攝氏70度及大約攝氏80度間之溫度範圍，一中和鹼性成份將被加至該溶液。於一具體實施例中，該中和之鹼性成份係阿摩尼亞(亦即NH4 OH)。其他中和之鹼性成份亦可起作用，例如氫氧化四鉀銨、三乙醇胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀可起作用。
於操作614中，緊接在該中和之鹼性成份係於操作612中加入之後，該固體成份係加入及混合，直至該固體實質上係在該已加熱之混合物中溶化。於操作614中，該溶液中之固體成份的混合將持續，直至該固體成份實質上係溶解於該溶液中。於操作616中，螯合劑係加入及接著被混合。其他螯合劑亦可起作用，例如EDTA、乳酸、甘氨酸、葡萄糖酸、檸檬酸可起作用。在此點，該溶液仍然較佳地是保持在大約攝氏65度及大約攝氏85度間之溫度範圍。
該溶液將於操作616中混合達大約5分鐘及大約120分鐘之間。於操作618中，該溶液係冷卻至大約室溫，且接著移入一容器，諸如圖3之容器330。另一選擇係，一旦移至該容器330，該溶液將冷卻。於冷卻期間，該溶液將遭受成核作用，直至抵達及保持其末端固體彈性狀態。該最後之溶液將顯現為具有一乳狀之白色、及該溶液之黏性。再者，於冷卻期間，該溶液將及時改變至比水具有稍微更高黏性的一致性。在此點，該溶液將表現像一黏塑性、或同等地像一賓漢塑膠。於操作620中，可儲存該溶液，使該等固體(例如脂肪酸)處於一穩定及實質之懸浮液中。
於一具體實施例中，用於制訂一鹼性溶液之另一範例製法係界定在表A中。具有大約1公升之尺寸的燒杯係用於說明該溶液之配方範例。
圖7按照本發明的一具體實施例說明一流程圖700，並界定使用該懸浮溶液之範例操作。該方法在操作720開始，在此該溶液之容器的特徵為獲得一穩定懸浮溶液。該溶液可能已儲存一段時間、或可剛好製成、及允許冷卻。
於任一案例中，該容器將裝盛一黏塑性流體，該黏塑性流體將該等固體保持於一懸浮形式中，如此不允許該固體相對待克服之連續介質的之浮力。於操作720中，剪應力係施加至該溶液，以將其非牛頓特性轉變至一牛頓特性。該非牛頓特性係具有降服應力之黏塑性材料的特性(例如呈現一實質上固體之形式)。
一旦施加該剪應力，如參考圖1及2所應注意的，該黏塑性材料將剪力稀化，直至於操作704中控制牛頓行為。於操作706中，在施加至一基材之前，經過一或多個施加系統，允許該溶液係由該容器流動至下一階段。於操作708中，選擇性地發泡該溶液，以便建立一三態物體。如果一三態物體之不想要的，該方法移至操作710，在此二態形式中之溶液係流至一施加系統。
該施加系統可為任何系統，諸如那些參考圖5所敘述者，或任何其他系統，其可涉及零件、表面、或半導體基材之清洗。於操作712中，該溶液係施加至一基材之表面。該溶液將接著作用至輔助一基材之清洗操作，在此該等固體輔助可為存在該表面上之微粒的移除。
如在此所使用，三態物體清洗材料包含複數三態物體，其包含一氣相、一液相、及一固相。於一具體實施例中，該氣相及液相提供一中間形態，以將該固相帶入緊密接近一基材表面上之汙染物微粒。
於一具體實施例中，該氣體部份係界定成佔有該三態物體清洗材料之百分之5至百分之99.9體積百分比。於另一具體實施例中，該氣體部份能佔有該三態物體的大約百分之15及大約百分之40之間，且又另一具體實施例，該氣體部份能佔有該三態物體的大約百分之20及大約百分之30之間。界定一氣體部份之氣體或諸氣體可為惰氣，例如氮(N2 )、氬(Ar)等；或反應性，例如氧(O2 )、臭氧(O3 )、過氧化氫(H2 O2 )、空氣、氫(H2 )、阿摩尼亞(NH3 )、氟化氫(HF)、氫氯酸(HCl)等。於一具體實施例中，該氣體部份包含僅只單一型式的氣體，譬如氮(N2 )。於另一具體實施例中，該氣體部份係一氣體混合物，其包含各種型式氣體之混合物，諸如：臭氧(O3 )、氧(O2 )、二氧化碳(CO2 )、氫氯酸(HCl)、氫氟酸(HF)、氮(N2 )、及氬(Ar)；臭氧(O3 )及氮(N2 )；臭氧(O3 )及氬(Ar)；臭氧(O3 )、氧(O2 )及氮(N2 )；(O3 )、氧(O2 )及氬(Ar)；臭氧(O3 )、氧(O2 )、氮(N2 )、及氬(Ar)；及氧(O2 )、氬(Ar)、及氮(N2 )。應了解該氣體部份可本質上包含任何氣體型式之組合，只要該結果之氣體混合物能與一液體部份及一固體部份結合，以形成三態物體可利用在基材清洗及製備操作中。
應了解視該特別之具體實施例而定，該三態物體之固體部份可擁有物理性質，本質上代表任何次狀態，其中該固體部份係界定為一異於該液體或氣體部份的部份。譬如，在該三態物體內，諸如彈性及塑性之物理性質能在不同型式的固體部份之中變化。另外，應了解於各種具體實施例中，該固體部份能被界定為結晶固體或非結晶固體。當定位於緊密接近至或與基材表面接觸或能夠輕易地移除(例如以沖洗水壓力移除)時，不管其特別之物理性質，該三態物體之固體部份應是能夠避免黏著至該基材表面。另外，該固體部份之物理性質將不會於該清洗製程期間對該基材表面造成損壞。再者，當定位於緊密接近至或與該微粒接觸時，該固體部份應能夠與存在該基材表面上之汙染物微粒建立一相互作用。於一具體實施例中，該固體部份具有泡沫禁止性質。於另一具體實施例中，該固體部份具有泡沫增進性質。視該應用及用於處理該三態物體之設備而定，能以步進方式或按照一製法調整該泡沫增進或禁止性質。
於一具體實施例中，該固體部份避免溶解進入該液體部份及氣體部份，且具有一能夠分散遍及該液體部份之表面機能性。於另一具體實施例中，該等固體部份不具有能夠分散遍及該液體部份之表面機能性，因此在該固體部份能經過該液體部份散布之前需要將化學分散劑加至該液體部份。於一具體實施例中，該等固體部份經過一沈澱反應形成，在此該液相中之一溶解成份藉著加入一或多個成份起反應，以形成一不溶之化合物。於一具體實施例中，當一鹼係加至該液體部份(亦即，藉著變更該界面電位)時，該固體部份於該液體部份變成懸浮。視其特定之化學特徵及其與周遭液體部份相互作用而定，該固體部份可採取數個不同形式的一或多個。
譬如，於各種具體實施例中，該固體部份可形成聚集體、膠體、凝膠、並生球體、或本質上任何其他黏著、凝結、絮凝、結塊、或接合之型式。應了解上面所認知的固體部份形式之示範清單係不欲代表一範圍廣的清單，且落在該揭示具體實施例的精神內之替代或延伸部份係可能的。將進一步了解的是關於其與該基材及汙染微粒之相互作用，該固體部份本質上可界定為能夠以先前所述方式起作用之任何固體材料。
雖然已在此詳細地敘述本發明之一些具體實施例，熟諳此技藝者應了解本發明能以許多其他特定之形式具體化，而不會由本發明之精神或範圍脫離。因此，本範例及具體實施例將被考慮為說明性及不限制之，且本發明不限於在其中所提供之細節，但可在所附申請專利之範圍內修改及實踐。
100．．．曲線圖
102a．．．標繪圖
102b．．．標繪圖
120．．．曲線圖
122．．．曲線
300．．．系統圖
302．．．聚合物網狀組織產生材料
304．．．連續介質
306．．．固體材料
308．．．管線
310．．．閥門
310a．．．閥門
310b．．．閥門
310c．．．閥門
320．．．合成容器
322．．．懸浮溶液
324．．．混合器
326．．．熱源
328．．．流動管線
330．．．容器
332．．．懸浮溶液
332a．．．指標
344．．．剪應力施加區
350．．．導管
352．．．泵
360a．．．導管
360b．．．導管
362．．．導管
370．．．泡沫產生系統
372．．．氣體壓力室
400．．．基材製備系統
402．．．近接頭部系統
404．．．近接頭部－刷子系統
406．．．噴灑/噴射系統
600．．．製法
700．．．流程圖
本發明將藉著以下之詳細敘述會同所附圖面輕易地了解，且類似參考數字標以類似之結構元件。
圖1及2說明按照本發明的一具體實施例之溶液的力學。
圖3按照本發明的一具體實施例，說明一混合溶液之主要成份的範例。
圖4按照本發明的一具體實施例，說明數個能以像彈性膠之形式穩定地儲存的容器之範例。
圖5按照本發明的一具體實施例，說明溶液之使用範例，其經過剪力稀化使該溶液由該像穩定彈性膠之形式轉變至一低黏性流體。
圖6按照本發明的一具體實施例，說明一製造該溶液之範例方法。
圖7按照本發明的一具體實施例，說明一使用該溶液之範例方法。
330．．．容器
332．．．懸浮溶液
332a．．．指標
350．．．導管
352．．．泵
360a．．．導管
360b．．．導管
362．．．導管
370．．．泡沫產生系統
372．．．氣體壓力室
400．．．基材製備系統
402．．．近接頭部系統
404．．．近接頭部－刷子系統
406．．．噴灑/噴射系統

Claims (20)

  1. 一種製造供用於製備基材表面的溶液之方法，該溶液包含：提供一連續之介質；將一聚合物材料加至該連續之介質；及將一脂肪酸加至具有該聚合物材料的連續之介質，該聚合物材料界定一於該溶液中施力之實體的網狀組織，該網狀組織是由聚合的高分子所界定，該等力量克服藉由該脂肪酸所經受之浮力，如此防止該脂肪酸在該溶液內移動，直至該聚合物材料之降服應力被一施加之攪拌所超過，其中，在該攪拌之前，該溶液是懸浮的，以彈性地固持該脂肪酸免於運動，且該施加之攪拌係用於由一容器運送該溶液至一將該溶液施加至該基材表面的製備站。
  2. 如申請專利範圍第1項製造供用於製備基材表面的溶液之方法，其中該連續之介質係去離子(DI)水、碳化氫、基液、氫氟酸(HF)溶液、阿摩尼亞基溶液、或DI水與化學品的混合物之一。
  3. 如申請專利範圍第1項製造供用於製備基材表面的溶液之方法，其中該聚合物材料係Carbapol、Stabileze、Rheovis ATA與Rheovis ATN、聚丙烯酸、卡拉膠(Carageenan)、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基 纖維素、阿拉伯膠(金合歡膠)、黃蓍膠、聚丙烯酸脂、或卡波姆(Carbomer)之一。
  4. 如申請專利範圍第1項製造供用於製備基材表面的溶液之方法，其中該脂肪酸係藉著月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸，亞麻油酸、次亞麻油酸、花生油酸、鱈油酸、芥酸、丁酸、洋油酸、羊脂酸、肉豆蔻酸、珍珠酸、山嵛酸、木質素酸(lignoseric acid)、肉豆蔻烯酸、棕櫚烯酸、神經酸(nervanic acid)、杷荏酸、二十碳五烯酸、黃銅酸(brassic acid)、鰶油酸、二十四脂酸、或蠟酸之一所界定。
  5. 如申請專利範圍第1項製造供用於製備基材表面的溶液之方法，其中該脂肪酸係硬脂酸，該連續之介質係去離子水，及該聚合物材料係聚丙烯酸。
  6. 如申請專利範圍第5項製造供用於製備基材表面的溶液之方法，另包含：(i)在高每分鐘周轉(RPM)下混合該聚丙烯酸與該連續之介質，該RPM範圍分佈於大約5RPMs及大約1,500 RPMs之間；(ii)將該溶液加熱至大約攝氏75度及加入一界面活性劑；(iii)加入一中和之鹼性成份；(iv)當加入該硬脂酸時混合該溶液，以致該硬脂酸實質上已在該溶液中溶化；(v)當該溶液係在大約攝氏75度時加入一螯合劑； 及(vi)將該溶液冷卻以允許達到穩態。
  7. 如申請專利範圍第1項製造供用於製備基材表面的溶液之方法，其中該脂肪酸係選自由硬脂酸(CH3 (CH2 )16 COOH)、棕櫚酸、及油酸所組成之群組。
  8. 一種使用一清洗基材用之溶液的方法，包含：於容器中提供一溶液，該溶液係由至少一連續之介質、一聚合物材料、及一固體材料所混合，該溶液中之聚合物材料對該材料賦予一有限之降服應力，使得該溶液係維持在一穩定彈性凝膠形式中，在該溶液的合成之後及於該溶液的任何儲存期間，如果少於該有限之降服應力的應力係賦予在該溶液上，該穩定彈性凝膠形式被架構成可將該固體材料固持在適當位置，及防止該固體材料於該溶液中運動，其中，該溶液是懸浮的，以彈性地固持該固體材料免於運動；在該溶液上施加至少一最小之剪應力，該最小之剪應力係至少大於該有限之降服應力，以致該穩定彈性凝膠呈現像流體之行為；在賦予該最小剪應力之後由該容器流動該溶液，流自該容器之溶液具有該固體材料於該溶液中之混合一致性；及施加該溶液至一製備系統，用於施加至該基材之表面。
  9. 如申請專利範圍第8項使用一清洗基材用之溶液 的方法，其中該固體材料係一脂肪酸，該脂肪酸係藉著月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸，亞麻油酸、次亞麻油酸、花生油酸、鱈油酸、芥酸、丁酸、洋油酸、羊脂酸、肉豆蔻酸、珍珠酸、山嵛酸、木質素酸、肉豆蔻烯酸、棕櫚烯酸、神經酸、杷荏酸、二十碳五烯酸、黃銅酸、鰶油酸、二十四脂酸、或蠟酸之一所界定。
  10. 如申請專利範圍第8項使用一清洗基材用之溶液的方法，其中該連續之介質係去離子(DI)水、碳化氫、基液、氫氟酸(HF)溶液、阿摩尼亞基溶液、或DI水與化學品的混合物之一。
  11. 如申請專利範圍第8項使用一清洗基材用之溶液的方法，其中該聚合物材料係聚丙烯酸、Carbapol、Stabileze、Rheovis ATA與Rheovis ATN、卡拉膠、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、阿拉伯膠(金合歡膠)、黃蓍膠、聚丙烯酸脂、或卡波姆之一。
  12. 如申請專利範圍第8項使用一清洗基材用之溶液的方法，其中在該溶液上施加至少一最小剪應力係經過由該容器唧取該溶液所賦予，該唧取操作提供超過該有限之降服應力的攪拌作用，以造成該溶液流動。
  13. 如申請專利範圍第8項使用一清洗基材用之溶液的方法，其中流動該溶液係由該容器至該製備系統。
  14. 如申請專利範圍第13項使用一清洗基材用之溶液的方法，其中該製備系統係一近接頭部系統，該近接頭部系統以彎月面之形式在該近接頭部的一表面及該基材的 一表面之間施加該溶液。
  15. 如申請專利範圍第14項使用一清洗基材用之溶液的方法，其中該近接頭部系統包含用於處理第一表面之第一頭部及用於處理第二表面之第二頭部。
  16. 一種基材清洗系統，包含：一近接頭部系統，其用以於清洗操作期間施加一彎月面至一基材之表面，該彎月面被藉著一溶液所界定；一容器，其裝盛該溶液，該溶液係由至少一連續之介質、一聚合物材料、及一固體材料所混合，該溶液中之聚合物材料對該材料賦予一有限之降服應力，使得該溶液係維持在一穩定彈性凝膠形式中，在該溶液的合成之後及於該溶液的任何儲存期間，如果少於該有限之降服應力的應力係賦予在該固體材料上，該穩定彈性凝膠形式被架構成可將該固體材料固持在適當位置，及防止該固體材料於該溶液中移動，其中，該溶液是懸浮的，以彈性地固持該固體材料免於運動；一泵，其用於由該容器運動該溶液至該近接頭部系統，此泵浦在該溶液上施加至少一最小剪應力，且該泵提供超過該有限之降服應力的攪拌作用，造成該溶液流動；該近接頭部系統的一頭部，其承接該溶液，該溶液係架構成可呈彎月面的形式施加至該基材之表面。
  17. 如申請專利範圍第16項之基材清洗系統，其中該彎月面係呈流體形式或呈泡沫形式。
  18. 如申請專利範圍第16項之基材清洗系統，另包 含，一泡沫產生系統，其將該溶液轉變成三態物體，該三態物體係藉著一部份流體、一部分氣體、及一部分固體所界定。
  19. 一種基材清洗系統，包含：一射流施加系統，用以於清洗操作期間施加一溶液至一基材之表面；一容器，其裝盛該溶液，該溶液係由至少一連續之介質、一聚合物材料、及固體材料所混合，該溶液中之聚合物材料對該材料賦予一有限之降服應力，使得該溶液係維持在一穩定彈性凝膠形式中，在該溶液的合成之後及於該溶液的任何儲存期間，如果少於該有限之降服應力的應力係賦予在該固體材料上，該穩定彈性凝膠形式被架構成可將該固體材料形式固持在適當位置，及防止該固體材料於該溶液中運動，其中，該溶液是懸浮的，以彈性地固持該固體材料免於運動；及一泵，其用於由該容器運動該溶液至該射流施加系統，此泵在該溶液上施加至少一最小剪應力，且該泵提供超過該有限之降服應力的攪拌作用，造成該溶液流動；其中該射流噴灑該溶液至該基材之表面，以便移除不想要之汙染物。
  20. 如申請專利範圍第19項之基材清洗系統，其中該射流在該基材之表面上施加一道溶液。
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