CN102471726A - 高级基底清洁的材料和*** - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了用于清洁晶片表面的，尤其是图案化晶片(或基底)表面的改进的材料、设备和方法。所讨论的清洁材料、设备和方法在清洁具有精细特征的图案化基底同时不实质性地损坏特征方面具有优点。所述清洁材料包括一种或者多种聚合体化合物的聚合物。所述清洁材料可以在大范围的粘度和pH值下使用，以用来清洁不同类型的表面。所述清洁材料是液相的，在元件特征四周变形以捕获所述基底上的污染物。所述聚合物俘获污染物以防止它们返回到所述基底表面。清洁设备设计成在一个粘度范围内分配和冲洗清洁材料。

Description

高级基底清洁的材料和***
背景技术
在诸如集成电路、存储单元及其类似的半导体元件的制作中，需要进行一系列的生产工序来定义半导体晶片(“晶片”)上的特征。晶片(或者基底)包括以多层结构形式定义在硅基底上的集成电路元件。带有发散区的晶体管器件在基底层形成。在随后的层上，相互连接的金属线和通孔被图案化并且与晶体管器件电连接，以定义所需的集成电路装置。图案化的导电层与其它导电层之间通过电绝缘物质相互绝缘。
在一系列的生产过程中，晶片表面会暴露在各种各样的污染物中。实质上在生产过程中出现的任何物质都是潜在的污染源。例如，污染源可包括工艺气体、化学品、沉积物、和液体等。各种污染物可能以颗粒形式沉积在晶片表面。如果颗粒污染物未能被清除的话，位于污染区附近的元件将可能不会按所希望的方式运行。因为导致元件失灵的颗粒污染物的尺寸通常近似于(或者大于)制作在晶片上的特征的关键尺寸，对于具有精细特征尺寸的高级技术节点来说，清除这些小颗粒同时又对晶片上的特征不产生损坏是非常困难的。
传统的晶片清洁方法主要依靠机械力从晶片表面清除颗粒污染物。随着特征尺寸日益变小并且变得更脆弱，使用机械力增加了晶片表面特征损坏的几率。例如，当受到足够大机械力的冲击，具有高深宽比的精细特征容易翻倒或者破裂。减小特征尺寸的同时导致可以接受的颗粒污染物的尺寸也减小，从而使得清洁问题进一步复杂化。颗粒污染物足够小的话，会到达晶片表面很难触及到的地方，例如在高深宽比特征四周的沟槽中。这样，有效地并非损害性地清除污染物对现代半导体制造工业来说是一个长期的挑战，需要通过先进的晶片清洁技术来解决。需要注意到的是，在平板显示器生产中同样也遇到了上述集成电路生产中的问题。
综上所述，对于能有效清除污染物又不损害图案化晶片上特征的图案化晶片清洁材料、设备和方法的需求是存在的。
发明内容
本发明的实施例提供了改进的用于清洁晶片表面，尤其是图案化晶片(或者基底)表面的，材料、设备和方法。所讨论的清洁材料、设备和方法在清洁具有精细特征的图案化基底且不实质性地损坏特征方面具有优点。该清洁材料包括溶解于溶剂中的一种或者多种聚合体化合物(polymeric compound)的聚合物。该清洁材料是液相的，并且能在元件特征周围变形，因此，该洗清材料根本不会实质性地损坏元件特征。该清洁材料聚合物能捕获基底表面的污染物。此外，该聚合物俘获污染物防止它们返回到基质表面。该清洁材料能用来清洁不同类型的基底表面，包括亲水性的、疏水性的、以及亲水性和疏水性混合的表面。用于该清洁材料的配方窗口和操作范围被加宽以使得所配制的清洁材料能用来清洁不同类型的基底表面。所述清洁设备可设计成在一个粘度范围内分配和冲洗清洁材料。
聚合物可是交联的。然而，交联的程度相对受到限制，避免使聚合物太硬或者太刚性(rigid)，这会使得聚合物不能在溶剂中溶解并且不能沿基底表面上的元件特征四围变形。
可以理解的是，本发明可以通过很多方法实施，包括作为***、方法和腔室实施。本发明一些实施例在下文描述。
在一个实施例中，提供了一种施用到界定集成电路元件的图案化基底表面以从该表面清除污染物的清洁材料。该清洁材料包括溶剂、一种或者多种聚合体化合物的聚合物。该一种或者多种聚合体化合物溶解在该溶剂中。溶解的聚合物具有聚合物长链，该长链可以从界定集成电路元件的图案化基底表面捕获和俘获至少部分污染物。该清洁材料限定成液相。在参考剪切率小于约100/s时测定的清洁材料粘度是在约100cP-约10,000cP之间。当力施加到覆盖在图案化基底上的该清洁材料时，该清洁材料在该图案化基底表面的元件特征周围变形。
在另一个实施例中，提供了一种施用到界定集成电路元件的图案化基底表面以从该表面清除污染物的清洁材料。该清洁材料包括溶剂和缓冲剂，该缓冲剂改变该清洁材料的酸碱度(pH值)，其中该缓冲剂和溶剂构成清洁溶液。该清洁材料还包括溶解在该清洁溶液中的一种或者多种聚合体化合物的聚合物。该清洁材料的pH为约7-约12。所溶解的聚合物具有聚合物长链，用来从界定集成电路元件的图案化基底表面捕获和俘获至少部分污染物。该清洁材料限定成液相。在参考剪切率测定的清洁材料粘度是在约100cP-约10,000cP之间。当力施加到覆盖在图案化基底上的该清洁材料时，该清洁材料在图案化基底表面的元件特征周围变形。该清洁材料进一步包括表面活性剂用于帮助分散清洁材料中的聚合物，并且帮助湿润图案化基底的表面。另外，该清洁材料包括一种离子提供化合物，该离子提供化合物在清洁溶液中电离以调节该清洁材料的粘度。
附图说明
结合附图，通过下面的具体描述使得本发明易于理解，相似的附图标记表示相似的结构部件。
图1显示了根据本发明一个实施例的在基底上的元件特征及缺陷。
图2A是根据本发明一个实施例含有与在图案化基底表面施用清洁材料有关的相应的3条曲线的示图。
图2B是与在图案化基底表面施用清洁材料有关的含有3个曲线的示图。
图2C显示了根据本发明一个实施例的不同技术节点的3条损坏曲线和清洁材料的力强度曲线的示图。
图3A显示了根据本发明一个实施例的溶解在清洁溶剂中的含有高分子量聚合体化合物的聚合物的清洁材料。
图3B显示了根据本发明一个实施例的捕获污染物的图3A中的清洁材料。
图3C显示了根据本发明一个实施例的为从基底表面清洁污染物而分配在图案化晶片上的图3A中的清洁材料。
图3D显示了根据本发明一个实施例的为从基底表面清洁污染物而分配在图案化晶片上的图3A中的清洁材料。
图3E显示了根据本发明一个实施例的为从基底表面清洁污染物而分配在带有槽和通孔的图案化晶片上的图3A中的清洁材料。
图3F显示了根据本发明一个实施例的具有乳化在清洁溶剂中的凝胶状聚合物滴的清洁材料。
图3G显示了根据本发明一个实施例的凝胶状聚合物团状悬浮在清洁溶液中的清洁材料。
图3H显示了根据本发明一个实施例的泡沫状的清洁材料。
图4A显示了根据本发明一个实施例的聚丙烯酸(PAA)和羟乙基纤维素(HEC)的分子量与颗粒清除效率(PRE)之间的函数关系。
图4B显示了根据本发明一个实施例的聚丙烯酰胺(PAM)分子量与PRE之间的函数关系。
图4C显示了根据本发明一个实施例的使用氯化铵降低聚丙烯酰胺(PAM)聚合物制成的清洁材料的粘度的实验结果。
图4D显示了根据本发明一个实施例的不同pH值和不同离子强度的清洁材料的粘度数据。
图5A显示了根据本发明一个实施例的从基底清除污染物的***。
图5B显示了根据本发明一个实施例的基底载***于上操作头之下、下操作头之上的腔室的纵向横截面。
图5C显示了根据本发明一个实施例的上操作头位于基底上方，下操作头正对上操作头位于基底下方。
图5D显示了根据本发明一个实施例的基底清洁***。
图6A显示了根据本发明一个实施例的使用含有高分子量聚合体化合物的聚合物清洁材料来清洁基底的清洁设备，以及冲掉清洁材料的冲洗设备。
图6B显示了根据本发明一个实施例的使用含有高分子量聚合体化合物的聚合物清洁材料来清洁基底的清洁和冲洗设备。
图7A显示了根据本发明一个实施例的制备含有高分子量聚合体化合物的聚合物清洁材料的工艺流程图。
图7B显示了根据本发明一个实施例的使用含有高分子量聚合体化合物的聚合物清洁材料来清洁图案化基底的工艺流程图。
具体实施方式
提供用于清洁晶片表面，尤其是图案化晶片(或者基底)表面的材料、设备和方法。所讨论的清洁材料、设备和方法在清洁带有精细特征的图案化基底而不实质性损坏特征方面具有优势。在一个实施例中，清洁材料含有溶解于溶剂中的一种或者多种聚合体化合物的聚合物。该清洁材料是液相的，并且可以在元件特征周围变形，因此，该清洁材料不会实质性地损坏元件特征，或者同时降低损坏风险。该清洁材料的聚合物捕获基底上的污染物。此外，聚合物俘获污染物并且防止它们返回到基底表面。该清洁材料能用来清洁不同类型的基底表面，包括亲水性和疏水性的表面。用于该清洁材料的配方窗口和操作范围被加宽以使得配方化的该清洁材料能用来清洁不同类型的基底表面。清洁设备可设计成在一粘度范围内分配和冲洗清洁材料。聚合物形成聚合物长链，该长链还可交链形成网络(或者聚合体网络)。较之于传统的清洁材料，聚合物长链和/或聚合体网络显示出了优异的捕获和俘获污染物的性能。
在另一个实施例中，该清洁材料还含有调整清洁材料pH的缓冲剂。该清洁材料进一步包括表面活性剂用于帮助分散清洁材料中的聚合物，并且帮助湿润图案化基底的表面。另外，该清洁材料包括离子提供化合物以调节该清洁材料的粘度。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用部分或者全部这些细节而实施。在其它的情形下，为了不使本发明变得不必要的模糊，公知的工艺操作不做详细阐述。
此处描述的实施例提供了用于有效清除污染物而不会损坏图案化晶片上的特征的清洁材料和清洁方法，其中该晶片中的一些可能包含高深宽比特征。虽然实施例提供了半导体相关的清洁应用方面的特定例子，这些清洁应用可以拓展到任何需要从基底清除污染物的技术领域。
图1显示了本发明一个实施例的具有基底体101的基底100。在基底体101上的表面105附近有设备结构102和颗粒103。颗粒103有近似的直径107，其与设备结构102的宽度104有同样的数量级。
对于高级技术，例如65nm、45nm、32nm、22nm和16nm的技术节点，设备结构102的宽度104等于或者小于65nm。设备结构的宽度，例如设备结构102的宽度，连续地按比例缩小，使得每一个技术节点在芯片有限的表面积上与更多的设备相配合。由于考虑到高电阻率问题，设备结构的高度，例如设备结构102的高度106，一般来说，不会和设备特征宽度成比例地缩小。对于导电结构，例如多晶硅线和金属互联，减小结构的宽度和高度会同样增加电阻率，以至于引起显著地RC延期并且给导电结构产生太多的热。结果，诸如结构102等设备结构具有高深宽比，这使得它们容易被施加在结构上的力111所损坏。在一个实施例中，设备结构的深宽比的范围为约2或者更大。力112作用在颗粒103上以帮助清除颗粒103。力111和112通过清洁材料(未显示)施加到元件特征102附近的基底表面以清除诸如颗粒103等表面颗粒。在一个实施例中，力111和112在数量级上非常近似，因为它们相互靠近。作用在基底表面上的力111和112可来自于清洁材料和基底表面之间任何相对的运动。例如是来自于清洁材料的分配或者清洁材料的冲洗。
元件结构102降低的宽度104和元件结构102相对高的深宽比使得元件结构102易于在力111的作用下或者在力111作用下积聚的能量的作用下破损。损坏的元件结构102成为降低颗粒产量的来源。另外，损坏的元件特征102还可能由于损坏变得失效。
图2A显示了根据本发明一个实施例的关于在图案化基底施用清洁材料的3条相应的曲线图。曲线201表示由清洁材料施加到基底表面上的能量(力作用的结果)与强度的关系。清洁材料施加的清洁能量的强度峰值出现在EP。曲线202表示颗粒清除效率与清洁材料施加在基底上的能量的函数关系。颗粒清除率的峰值出现在ER附近。当清洁材料施加的能量达到ER时，清洁材料从基底表面清除颗粒的效率最高。曲线203表示清洁材料造成的元件特征损坏的数量与清洁材料施加在基底上的能量的函数关系。元件结构在ES处出现损坏，ES要高于清洁材料施加到基底的能量的较高的一端EN。由于元件结构损坏曲线203在清洁材料施加到图案化基底上的能量分布201之外，图案化基底上的元件特征就不会损坏。颗粒清除曲线202显示了清洁材料能够从基底表面清楚颗粒(或者污染物)而不损坏基底上的结构。
图2B显示了关于在图案化基底上施用清洁材料的3条相应的曲线的图。曲线201’表示由清洁材料施加到图案化基底上的能量与强度的关系。清洁材料施加的强度峰值出现在EP’。曲线202’表示颗粒清除效率与清洁材料施加在基底上的能量的关系。颗粒清除率的峰值出现在ER’附近。当清洁材料施加的能量达到ER’时，清洁材料从基底表面清除颗粒的效率最高。曲线203’表示清洁材料造成元件特征损坏的数量与清洁材料施加在基底上的能量的函数关系。基底上的元件结构在ES’处出现损坏，ES’要低于清洁材料施加的能量的能量分布的较高的一端EN’。由于元件结构损坏曲线203’在清洁材料施加到图案化基底上的能量分布201’之内，图案化基底上的元件特征可能会被清洁材料损坏而增加颗粒(或者缺陷)。
如上所述，在清洁步骤中损坏元件结构可能致使元件失灵，以及已损坏的元件结构可滞留在基底表面上使得元件产量下降。因此，附图2B的清洁曲线201’和损坏曲线203’之间的关系是不可取的。相反，附图2A的清洁曲线201和损坏曲线203之间的关系是所希望的。
传统的基底清洁装置和方法包括使用机械力量从基底表面清除颗粒的刷子和衬垫。对于具有窄宽度和高深宽比的元件特征的高级技术，刷子和衬垫施加的机械力会损坏元件特征。此外，粗糙的刷子和衬垫还会引起基底表面刮擦。例如兆声波和超声波清洁等清洁技术使用空化泡和声学流来清洁基底也可能损坏脆弱的结构。使用喷嘴和喷射的清洁技术可引起膜的腐蚀，并且也会损坏脆弱的结构。
图2C显示了本发明一个实施例的用于诸如兆声波清洁等传统方法的传统清洁材料的清洁曲线201”。损坏曲线203I、203II和203III分别对应于3种技术节点90nm、65nm和45nm。对于90nm技术节点的图案化晶片的曲线203I，损坏起始点出现在能量ESI处。ESI要大于清洁材料在图案化基底上的能量分布的上端EN”。因而，不会损坏元件特征。图2C中的传统清洁材料对于65nm的技术节点仍然是可行的，由于损坏起始点出现在能量ESII处，ESII要高于EN”。当技术进入较窄的宽度时，损坏的起始点开始于较低的能量水平。当技术节点变成45nm或者更小，曲线201”的传统清洁材料和方法会引起元件特征损坏。45nm技术节点的损坏起始点ESIII要低于EN”。附图2C表明，尽管一些清洁材料和方法对传统技术是可行的，但它们对于具有更窄特征宽度的高级技术来说是不再有效了。因此，必须找到一种使用对元件特征更柔和的清洁材料并能有效从基底表面清除颗粒的清洁机制。
图3A显示了根据本发明一种实施例的液态清洁材料300，其含有溶解在溶剂305中的高分子量聚合物310。在一个实施例中，液态清洁材料300是一种凝胶。在另一个实施例中，液态清洁材料300是一种溶胶。在还有的另一个实施例中，液态清洁材料300是一种液体溶液。液态清洁材料300，当施用在基底表面带有颗粒的基底上时，可以清除基底表面的颗粒。在一个实施例中，如图3B所示，清除的颗粒320附着在聚合物310上。聚合物具有高分子量。在一个实施例中，聚合物的分子量大于约10,000g/ml。聚合物形成聚合物长链以捕获和俘获被清除的颗粒以防止颗粒返回到基底表面。在一个实施例中，聚合物链形成了聚合体网络。在一个实施例中，聚合物310要么是酸性的要么是碱性的。聚合物310，当溶解在水中时，溶液氢离子活度(pH)低于或者高于纯水，例如pH大于或者小于7.0。在另一个实施例中，清洁材料300还包含帮助调整和维持清洁材料pH的缓冲剂。
溶解在溶剂中的聚合物可以是软凝胶状或者变成凝胶样小滴悬浮在溶剂中。在一个实施例中，当聚合物分子在污染物附近时，基底表面的污染物通过离子力、范德华引力、静电力、疏水作用、空间相互作用或者化学键附着到溶剂化聚合物上。聚合物捕获及俘获污染物。
如前所述，聚合物可在溶剂305中形成网络。聚合物分配在液体溶剂305中。在清洁过程中，液体清洁材料300对于基底上的元件结构是柔和的。在清洁材料300中的聚合物310能够在诸如结构302等元件结构四周滑动，如在图3C的清洁容量330所示，不会对元件结构302产生有力的冲击。相反，上述硬刷和衬垫会对元件结构产生不易弯曲的接触并且损坏元件结构。在兆声波清洁时空穴作用产生的力量(或者能量)以及射流喷射时液体产生的高速冲击力也会损坏结构。可替代的是，不止一种聚合物溶解在溶剂中以形成清洁材料。例如清洁材料中的聚合物可含有一种“A”聚合体化合物和一种“B”聚合体化合物。
一种或者多种聚合体化合物的高分子量聚合物形成聚合物长链，伴有或者不伴有形成聚合体网络的交联反应。如上所述，聚合物可以是交联的。然而，交联的程度是相对有限制的，避免使得聚合物太硬或者太刚性，这会使得聚合物不能在溶剂中溶解以及不会在基底表面上的元件特征周围变形。
如图3C所示，聚合物310在图案化(或者未图案化)基底表面上与例如污染物320I、320II、320III、320IV等污染物相接触，并且捕获污染物。污染物被聚合物捕获以后，它们变成附着在聚合物上，并且悬浮在清洁材料中。图3C显示了分别附着在聚合物长链311I和311II上的污染物320III和320IV。污染物320I和320II是附着在其它聚合物长链上的。可替代的是，污染物320I、320II、320III和320IV每一个能分别附着在多条聚合物长链上，或者附着在聚合体网络上。当清洁材料300中的聚合物从基底表面清除时，例如通过冲洗，附着在聚合物长链上的污染物与聚合物长链一起从基底表面清除。
显示在图3C中的实施例仅仅显示了一个元件特征302。根据本发明一个实施例，在诸如基底301之类基底上，多个元件特征，例如302I、302II、302III、和302IV，可以一个接一个地聚集在一起，如图3D所示。与图3C类似地，在清洁过程中，液体清洁材料300在清洁容量330’内对基底上的元件特征是柔和的。清洁材料300中的聚合物310沿元件特征，302I、302II、302III、和302IV四周滑动，不会对元件特征产生有力的冲击。与图3C中的附着在聚合物长链上的污染物320I、320II、320III和320IV相类似，污染物325I、325II、325III和325IV也附着在聚合物长链上。
除了能清洁具有精细特征的基底外，如图3C和3D中所示的特征，具有其他图案化特征的基底也可以被本发明描述的材料和方法清洁。图3E显示了根据本发明一个实施例的基底301’，其具有形成通孔305和槽316的结构302’。污染物326I、326II、326III和326IV也可以由清洁材料300通过上文附图3C和3D中描述的机制清除。
如上所述，一种或者多种高分子量的聚合体化合物的聚合物分配在溶剂中。高分子量聚合体化合物包括，但不限于，丙烯酸类聚合物，例如，聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸(PAA)，例如Carbopol 940TM和Carbopol 941TM，聚-(N，N-二甲基-丙烯酰胺)(PDMAAm)，聚-(N-异丙基-丙烯酰胺)(PIPAAm)，聚甲基丙烯酸(PMAA)，聚甲基丙烯酰胺(PMAAm)；聚亚胺和氧化物，例如，聚乙烯亚胺(PEI)，聚氧化乙烯(PEO)，聚环氧丙烷(PPO)等等；乙烯基聚合物，例如，聚乙烯醇(PVA)，聚乙烯磺酸(PESA)，聚乙烯胺(PVAm)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚-4-乙烯嘧啶(P4VP)，等等；纤维素衍生物，例如，甲基纤维素(MC)，乙基纤维素(EC)，羟乙基纤维素(HEC)，羧甲基纤维素(CMC)，等等；聚多糖，例如，刺槐(***胶)，琼脂和琼脂糖，肝素，瓜尔豆胶，黄原胶，等等；和蛋白质，例如，蛋白，胶原质，谷蛋白，等等。为了说明一些聚合物结构的例子，聚丙烯酰胺是形成于丙烯酰胺亚组的(-CH2CHCONH2-)n丙烯酸酯聚合物。聚乙烯醇是形成于乙烯醇亚组的(-CH2CHOH-)m聚合物。聚丙烯酸是形成于丙烯酸亚组的(-CH2＝CH-COOH-)o聚合物。“n”、“m”和“o”是整数。一种或者多种高分子量的聚合体化合物的聚合物要么可溶于水溶液要么高度吸水性，以在水溶液中形成软凝胶。如上所述，在一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物的分子量大于10,000g/mol。在另一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物的分子量大于100,000g/mol。在又一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物的分子量介于约0.01M g/mol-约100M g/mol。在又一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物的分子量介于约0.1M g/mol-约50M g/mol。在又一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物的分子量介于约1M g/mol-约20M g/mol。在又一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物的分子量介于约15M g/mol-约20M g/mol。在一个实施例中，聚合物在清洁材料中的重量百分比是介于约0.001％-20％。在另一个实施例中，重量百分比是介于约0.001％-10％。在又一个实施例中，重量百分比是介于约0.01％-10％。在又一个实施例中，重量百分比是介于约0.05％-5％。聚合物能够在溶剂中溶解，在溶解中完全分配开来，在溶剂中形成液滴(乳化的)，或者在溶剂中形成团(或者块)。
可替代的是，聚合物可以是源自于二种或者二种以上单体种类的共聚物。例如，共聚物可以含有由用于制造PAM和PAA的单体制造的90％的PAM和10％的PAA。共聚物成份的其他浓度也是可能的。此外，聚合物可以是两种或者更多类型聚合物的混合物。例如，聚合物可以通过两种聚合物混合而成，比如在溶剂中混合99％的PAM和10％的PAA。在清洁材料中使用共聚物或者不同聚合物的混合物具有利用不同共聚物的不同长处以达到最佳清洁效果的优点。
在图3A-3C显示的实施例中，一种或者多种高分子量聚合体化合物的聚合物均匀地溶解在溶剂中。溶剂可以是非极性液体，例如松节油，或者极性液体，例如水(H2O)。溶剂的其他例子包括异丙醇(IPA)，二甲亚砜(DMSO)，和二甲基甲酰胺(DMF)。在一个实施例中，溶剂是两种或者多种液体的混合物。对于有极性的聚合物，例如，PAM、PAA、或者PVA，适合的溶剂是极性液体，例如水(H2O)。
在清洁材料中使用的聚合物可以是酸性或者碱性的。例如，含有丙烯酸单元的聚合物是酸性的，并且PAA在水中的混合物的pH值约为3。碱性聚合物的例子包括含有季铵盐的或者含有叔胺的聚合物，季铵盐如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，叔胺如聚乙烯亚胺(PEI)。50wt％的PEI和水的混合物的pH值约为12。
为了调节(或者改变)清洁材料的特性，清洁材料中可以混合添加剂。添加剂可以在加入聚合物之前和溶剂混合成为清洁溶剂。例如，添加剂可以是缓冲剂，其可以是弱酸或者弱碱，以调节清洁材料的酸碱度值(pH)。用来作缓冲剂的弱酸的一个例子是柠檬酸。作为缓冲剂的弱碱的一个例子是氢氧化铵(NH4OH)。
清洁材料的pH值可以是介于约1-约12之间。在一个实施例中，对于前期应用(在沉积铜和金属间绝缘体之前)，清洁材料是碱性的。在一个实施例中，用于前期应用的清洁材料的pH值介于约7-约12之间。在另一个实施例中，用于前期应用的清洁材料的pH值介于约7-约10之间。在一个实施例中，用于后期处理(在沉积铜和金属间绝缘体之后)的清洁材料是弱碱性、中性或者酸性的。在后期的相互联接的铜与含有作为缓冲剂的氢氧化铵的清洁材料是不相容的。氢氧化铵与铜反应，并且溶解铜。在一个实施例中，后期应用的pH值介于约1-约7之间。在另一个实施例中，后期应用的pH值介于约1-约5之间。在还有的另一个实施例中，后期应用的pH值介于约1-约2之间。然而，如果缓冲剂不是氢氧化铵，后期应用的pH范围可以更宽。在一个实施例中，后期应用的pH值介于约1-约12之间。
在另一个实施例中，清洁材料的添加剂包括表面活性剂，例如，十二烷基硫酸铵(ADS)，以帮助把聚合物分散在清洁溶剂中。在一个实施例中，表面活性剂还帮助在基底表面上清洁材料的润湿。在基底表面上清洁材料的润湿使得清洁材料能够与基底表面和基底表面上的颗粒近距离的接触。润湿提高清洁效率。也可以加入其他的添加剂以提高表面湿润、粘度、基底清洁、冲洗和其他相关的特性。
缓冲清洁溶液(或者清洁溶液)的例子包括缓冲氢氧化铵溶液(BAS)，其在溶液中包括碱性和酸性缓冲剂，例如0.44wt％的NH4OH和0.4wt％的柠檬酸。可替代的是，有缓冲的溶剂，例如BAS，包括一定量的表面活性剂，例如，1wt％的ADS，以帮助聚合物悬浮和分散在清洁溶液中。含有1wt％的ADS、0.44wt％的NH3、和0.4wt％的柠檬酸的溶液叫做溶液“100”。溶液“100”和BAS的pH值约为10。
图3A-3E显示的实施例提供了一种液体清洁材料300，其是大分子量聚合物310均匀地分散(或者溶解)在清洁溶液305中。如上所述，这里应用的具有大分子量的聚合物完全溶解在清洁溶液中，该清洁溶液可以是水性的。聚合物高度吸水性，以在水性溶液中形成软凝胶。图3F显示的实施例是具有乳化在清洁溶液305’中呈凝胶样聚合物滴340的液体清洁材料300’。清洁溶液305’还含有小的孤立的聚合物306。诸如ADS等表面活性剂可以加入到清洁溶液中以帮助凝胶样聚合物滴340均匀地分散在清洁溶液305’中。在图3F显示的实施例中，清洁溶液305’和凝胶样聚合物滴340之间有边界341。凝胶样聚合物滴340是柔软的并能够在基底表面沿元件特征四周变形。由于凝胶样聚合物滴340能沿元件特征四周变形，它们就不会对元件特征施加会损坏特征的大能量(或者力量)。在一个实施例中，凝胶样聚合物滴的直径介于0.1μm-100μm之间。
在另一个实施例中，一种或者多种高分子量聚合体化合物的聚合物溶解在清洁溶液中，以形成凝胶样聚合物团(或者块)350，如图3G所示，其不会和清洁溶液305”形成一个明确的边界。清洁溶液305”还含有小的孤立的聚合物306。凝胶样聚合物团350是柔软的并且会在基底表面沿元件特征的四周变形，以及不会对元件特征施加会损坏特征的大能量(或者力量)。在一个实施例中，凝胶样聚合物团的直径介于0.1μm-100μm之间。
如上所述的清洁材料全部是液相的。在还有的另一个实施例中，诸如上面讨论过的液态清洁材料300、300’和300”这样的清洁材料可以搅拌加入例如N2、惰性气体或者诸如空气之类气体混合物这样的气体，以使得清洁材料形成泡沫状，如图3H所示。在图3H中，清洁材料300*具有分散在清洁溶液305中的气泡360。聚合物310也分配在清洁材料305中。在另外的实施例中，图3H中的聚合物310可以是如图3F和3G中描述的聚合物滴340或者聚合物团350。清洁材料300*具有气相和液相。
上述清洁材料可通过很多机制分配在基底表面上。如图2A和2B所述，为了避免图案化基底的元件特征损坏，清洁材料在基底表面上施加的能量需要低于最小值Es或者Es’，以避免损坏元件特征。上文讨论的诸如300、300’、300”和300*这样的清洁材料要么是液相或者要么是气/液相。液体和泡沫能够在基底表面流动并且能在基底表面的元件特征四周变形(或者流动)。因此，清洁材料能够施用在图案化的基底上而不会对基底表面上的元件特征施加大的力量。
表I比较了在BAS中不同重量百分比的Carbopol 941TMPAA的粘度、冲洗时间和颗粒清楚效率(PRE)。液态清洁材料的粘度可以在一定范围的剪切率下测定，例如介于约1x10-6/s-约1x105/s。在一个实施例中，液态清洁材料的粘度在参考剪切率小于约100/s时测定。在另一个实施例中，液态清洁材料的粘度在参考剪切率小于约10/s时测定。在还有的另一个实施例中，液态清洁材料的粘度在参考剪切率小于约1/s时测定。表I中的粘度数据在500s-1的应变速率时测定。冲洗时间测定把清洁材料从基底表面冲掉所花的时间。PRE通过使用颗粒监测基底测定，该基底特意沉积不同大小的氮化硅颗粒。在该研究中，只有尺寸介于90nm和1μm之间的颗粒被测定。PRE通过下列等式计算：
PRE＝(清洁前数量-清洁后数量)/清洁前数量X 100％................(1)
Figure BDA0000130497160000151
表I：比较具有不同浓度的Carbopol 941TMPAA聚合物的清洁材料
表I中的清洁材料通过市售的Carbopol 941TMPAA和上述BAS混合而成。所使用的Carbopol 941TMPAA具有分子量为1,250,000(或者1.25M)g/mol。表I的结果显示了PRE随着Carbopol 941TMPAA的重量百分而增加，直到约0.5％为止。聚合物在0.5％和1％之间，PRE没有显著差别。结果还显示清洁材料的粘度随聚合物重量百分比增加而增加。此外，把清洁材料冲掉所需的时间随清洁材料的粘度增大而增加。用水来冲洗基底。
表II比较了不同清洁材料把颗粒俘获或者悬浮在清洁材料中的能力。氮化硅颗粒特意加入到清洁材料中。加入氮化硅颗粒之后，清洁材料分配到干净的基底上。然后，清洁材料从基底冲洗掉，接着测定残留在表面的颗粒(氮化硅)数量。
Figure BDA0000130497160000152
Figure BDA0000130497160000161
表II：加有氮化硅的不同清洁材料的颗粒数量比较。
表II的研究中使用了五种类型的清洁材料(溶剂或者溶液)。第一种清洁材料，“DIW”，仅仅是去离子水。第二种清洁材料是加有氢氧化铵的DIW，氢氧化铵调整pH值使其大于10。第三种清洁材料是溶液“100”，其是BAS中加入1wt％的DAS。如上所述，溶液“100”的pH值为10。第四种清洁材料为0.2wt％的Carbopol 940TMPAA溶解在“100”溶液中。Carbopol 940TMPAA分子量为4M(或者4百万)g/mol。第五种类型是0.5wt％的PAM溶解在溶液“100”中。PAM的分子量为18M g/mol。第五种清洁材料的pH值约为10。第五种类型的清洁材料与两个量的氮化硅混合，1X和50X。50X氮化硅颗粒的数量是1X氮化硅颗粒数量的50倍。1X氮颗粒代表氮颗粒重量百分比是0.00048％，而50X氮颗粒代表氮颗粒重量百分比是0.024％。
结果显示DIW不擅长悬浮氮化硅颗粒。大量的氮化硅颗粒(饱和的)遗留在基底表面上。表II中使用的“饱和的”描述颗粒(或者缺陷)数量大于75,000。相反，含0.2wt％Carbopol 940TMPAA的“100”和含0.5wt％PAM的“100”，更加出色地把氮化硅颗粒悬浮在清洁材料中。含0.5％PAM的“100”尤其擅长捕获或者悬浮加入到清洁材料中的氮化硅颗粒。在清洁材料中的氮化硅颗粒(或者Si3N4)仅仅很少数量遗留在基底表面上，1X氮化硅颗粒为53，以及50X氮化硅颗粒为104。
在清洁材料中使用的聚合物的分子量可影响到颗粒清除效率(PRE)。图4A显示了使用含有1％(wt％)PAA的“100”的清洁材料和1％(wt％)的羟乙基纤维素(HEC)的“100”的清洁材料，基底上大于90nm的氮化硅颗粒清除率PRE与这两种聚合物(PAA和HEC)的分子量的函数关系。图4A中的数据显示，PRE在HEC分子量100,000g/mol-1M(或者1,000,000)g/mol范围内随分子量而增加。图4A中的数据还显示，PRE在PAA分子量500,000g/mol-1M(或者1,000,000)g/mol范围内随分子量增加而增加。然而，对于PAA来说，分子量在1M g/mol-1.25M g/mol之间时PRE改变不大。图4B显示了使用含有1％(wt％)PAM的“100”的清洁材料，基底上大于90nm的氮化硅颗粒清除率PRE与PAM的分子量的函数关系。图4B中的数据显示，PRE在PAM分子量500,000g/mol-18M g/mol范围内随分子量而增加。两个图表都显示了分子量对PRE的影响。
如上所述，清洁材料的粘度会影响从基底表面把清洁材料冲洗掉的时间。图4C显示在具有溶解于去离子水(DI)的0.2wt％-1wt％PAM的清洁材料中加入氯化铵(NH4Cl)的结果。PAM具有分子量18M g/mol。加入的氯化铵在清洁溶液中电离以提供额外的离子增加清洁材料的离子强度。增加了的离子强度降低了清洁材料的粘度。例如，1.5wt％的氯化铵能够把1wt％PAM清洁材料的粘度从约100cP(厘泊)降到约60cP。1.5wt％的氯化铵能够把0.5wt％PAM清洁材料的粘度从约50cP(厘泊)降到约25cP。这些粘度在剪切率500/s时测定。越低的粘度使得从基底表面冲洗掉清洁材料所花费的时间越少。
除了影响清洁材料的冲洗时间外，粘度还会影响清洁材料如何在基底表面分散。相较于较低粘度的清洁材料，较高粘度的清洁材料的分散需要更大的通路。较高粘度的清洁材料的冲洗时间可以通过更精密的冲洗来减少。
表III比较了4种清洁材料配方的PRE、pH值和离子强度数据。所有4种清洁材料中的聚合物是丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物。共聚物混合在溶液“100”中。氢氧化铵用来调节清洁材料的pH值。柠檬酸用来改变清洁材料的离子强度。除了缓冲剂(氢氧化铵)和离子强度调节剂(柠檬酸)之外，表III中的清洁材料还包括了少量的表面活性剂，十二烷基硫酸铵，用来提高清洁材料中聚合物的溶解度，以及提高清洁材料在基底表面的润湿效果。丙烯酸在共聚物中的重量百分比含量少于50％。
  配方   PRE   pH   离子强度
  #1   97％   7   1X
  #2   98％   10   1X
  #3   95％   7   0.15X
  #4   91％   10   0.15X
表III：4种清洁材料配方的PRE、pH和离子强度数据的比较。
表III的数据显示了4种不同类型的清洁材料都有非常好的PRE。表III清洁材料的pH值在约7-约10之间变化。清洁材料的离子强度在约0.15X-约1X之间变化，其中X是设定值。具有0.15X离子强度的清洁材料的粘度比具有1X离子强度的清洁材料的粘度5倍还多。表III清洁材料的粘度数据在下文图4D中提出并讨论。在宽范围的pH值、离子强度和粘度中，清洁材料产生了非常好的清洁效率。如此宽的操作范围是重要的，因为在生产元件的不同工艺步骤中，基底表面可能是非常不同的，并且需要很宽的工艺操作条件。例如，在研究表III使用的晶片由覆盖薄自然氧化膜的硅制成。这些晶片的表面是亲水的。对于亲水的基底表面，清洁材料具有很大的配方(或操作)范围。然而，当这些晶片用HF溶液处理时，表面变成憎水性的。表IV显示了晶片用3种不同清洁材料配方处理后的憎水性表面颗粒添加物的数据。用于配制表IV清洁材料的化合物(或者成分)与表III中使用的一样。表IV中研究的晶片暴露在配方中，产生于该暴露的另外的颗粒缺陷由商业光散射工具进行测定并且分类为添加物。增加的颗粒缺陷越少，操作越好。在表IV中，95％Cl代表95％置信区间。为了获得95％CI的数据处理了很多晶片。
Figure BDA0000130497160000181
表IV：3种清洁材料配方的颗粒添加物、pH和离子强度比较。
表IV的数据显示，对于憎水性表面来说，越低离子强度和越低pH值的清洁材料显示越好的颗粒添加物效果。表III和表IV的结果显示，不同的基底表面可能要求不同的清洁材料配方。结果还显示，对于一些应用来说，为达到良好清洁效果可能需要低离子强度。这些应用可包括面临憎水性表面的工艺，例如光刻胶、多晶硅、低介电系数材料、或者多孔渗水的低介电系数材料，等等的材料表面。由于低离子强度增加清洁材料的粘度，需要能使用上述高粘度清洁材料的清洁***和方法。图4D显示，根据本发明一个实施例，上述不同pH值和离子强度清洁材料的粘度数据。数据显示较低的离子强度导致了较高的粘度。清洁材料的粘度在剪切率为0.1/s时测定。例如，在低于约1/s(＜1/s)时测定的粘度被认为是在低剪切率时测定的。在正常的离子强度(1X)时，粘度随清洁材料pH值增高而增高。然而，在低离子强度(0.15X)时，粘度随pH值减小而减小。
在一个实施例中，聚合物清洁材料的低剪切粘度范围是介于约10cP-约100,000cP之间。在另一个实施例中，清洁材料的低剪切粘度范围是介于约100cP-约10,000cP之间。如上所述，通过改变元件设计和工艺条件，清洁材料粘度的操作范围可以是更宽。例如，清洁材料的分配通路可以变得更大，使得清洁材料能以合理的比率施用(分配)在基底上。此外，给予和去除冲洗液的元件可以设计成能进行更精密的冲洗，以缩短高粘度清洁材料的冲洗时间。
图5A显示根据本发明一个实施例的用于从基底清除污染物的***。该***包括由围墙501限定的腔室500。腔室500包括输入模块519，操作模块521和输出模块523。基底载体503和相应的驱动装置限定成提供基底502从输入模块519穿过操作模块521到达输出模块523的线性运动，如箭头507所示。驱动轨道505A和导轨505B限定成提供基底载体503受控的线性运动，使得基底502沿由驱动轨道5105A和导轨505B限定的线性路径，维持在基本水平的方向。
输入模块519包括门配件513，通过它基底502可以由基底处理设备***到腔室500中。输入模块519还包括基底升降机509，限定成，当基底载体503位于输入模块519里该升降机509之上并居中时，通过基底载体503的开口区域做垂直运动。当基底502通过门配件513***到腔室500中时，基底升降机509能够升上来接受该基底502。然后，基底升降机509能够下降以把基底502放置到基底载体503上。
操作模块521包括上操作头517，设置成，当上面有基底502的基底载体503从上操作头517下方移动时，处理基底502上表面。操作模块521还包括下操作头518(见图5B)，设置在与上操作头517正对的基底载体503线性运动路径下面。下操作头518限定成并且部署成，当基底载体503穿过操作模块521时，处理基底502的底面。上和下操作头517和518中每一个都具有前边缘541和后边缘543，以至于在操作过程中基底载体503沿从前边缘541向后边缘543的线性路径移动基底502。关于本发明，上和下操作头517和518都被限定成，分别在基底502顶面和底面执行多阶段清洁操作，在下文会更详细描述。
可以理解的是，在一些实施例中，一个或者多个额外的操作头可以与位于基底503线性通路上放的上操作头517联用，和/或一个或者多个额外的操作头可以与位于基底503线性通路下方的下操作头518联用。例如，限定成在基底502上执行干燥步骤的操作头可以分别设置在上和下操作头517和518后边缘的后面。
一旦基底载体503通过操作模块521，基底载体503到达输出模块515。输出模块515包括基底升降机511，限定成，当基底载体503位于输出模块511的中心时，垂直地穿过基底载体503的开口区域。基底升降机511能够上升以使得把基底502从基底载体503抬升到用于从腔室500取回的位置。输出模块511还包括门配件515，通过它基底502可以从腔室500中由基底处理装置取回。
图5B显示根据本发明的一个实施例的基底载体503介于上操作头517之下和下操作头518之上时的腔室500的纵向横断面。上操作头517安装在驱动轨505A和导轨505B上，以至于上操作头517的垂直位置被指示到驱动导轨505A的垂直位置和导轨505B的垂直位置，并且因而被指示到基底载体503和位于其上的基底502的垂直位置。
上操作头517被限定成，当基底载体503在上操作头下方移动基底502时，在基底502表面上执行清洁操作。同样地，下操作头518被限定成，当基底载体503在下操作头上方移动基底502时，在基底502底面执行冲洗操作。在各种实施例中，在操作模块521中的上操作头517和下操作头518每一个可以限定成，在基底502上执行一个或者多个多基底操作步骤。此外，在一个实施例中，在操作模块521中的上操作头517和下操作头518可以限定成跨越基底502的直径，以至于基底载体503在上/下操作头517/518的上/下方经过1次，就能处理整个基底102的顶/底面。
图5C显示根据本发明的一个实施例的上操作头517位于基底502上方和下操作头518位于正对上操作头517对面的基底502下方的纵向横断面。上操作头517包括第一上部模块517A，用于把清洁材料561A通过清洁材料分配端口529A施加到基底502。上操作头517还包括第二上模块517B，用于把清洁材料561B通过清洁材料分配端口529B施加到基底502。清洁材料561A的化学成分可以与561B的清洁材料相同或者不同。在一个实施例中，清洁材料分配端口529A和529B是沿上操作头517的长度方向的长裂缝。
在模块517A/518B的第一上部和第二上部，冲洗物质分配端口541A/541B在冲洗弯月面的尾侧供应冲洗物质，而第一排负压端口547A/547B在冲洗弯月面的头侧吸除液体。由于第一排负压端口547A/547B是设置在冲洗弯月面的头侧，而不是设置在头侧和尾侧，整排冲洗物质供应端口541A/541B内的端口以向下的角度对着第一排负压端口547A/547B。
在一个实施例中，在模块517A/518B的第一上部和第二上部都包括第二排负压端口549A/549B，其沿第一排负压端口547A/547B尾侧设置。第二排负压端口549A/549B限定成提供对来自于出现在其下的基底的清洁材料和冲洗物质的多相抽吸。第二排负压端口549A/549B能够与第一排负压端口547A/547B分开单独控制。第二排负压端口549A/549B的端口限定成单相液体返回端口，并且设置成避免扰动稳定的冲洗液体弯月面。
第一上部模块517A的操作使得冲洗物质基本上以单相的方式经过上部冲洗弯月面563A流向清洁材料561A，并且与基底502的运动方向560相反。冲洗物质流经上部冲洗弯月面563A的流速设置成防止清洁材料通过上部冲洗弯月面563A泄露。第一上部模块517A在基底502上面留下均匀的冲洗物质565薄膜。
上操作头517的第二上部模块517B用于向基底502施加清洁材料561B，然后把基底502暴露给上部冲洗弯月面563B。第二上部模块517B的操作使得冲洗物质以实质性单向的方式通过上部冲洗弯月面563B流向清洁材料561B，并且与基底502的运动方向560相反。冲洗物质流经上部冲洗弯月面563B的流速设置成防止清洁材料通过上部冲洗弯月面563B泄露。第二上部模块517B在基底502上面留下均匀的冲洗物质567薄膜。
操作下操作头518的第一下部模块518A把下部冲洗弯月面569A施加到基底502上，以平衡由上部冲洗弯月面563A施加到基底502的力量。操作第一下部模块518A使得冲洗物质以实质上单向的方式，与基底502运动方向560相反的方向，流经下部冲洗弯月面569A。第一下部模块518A在基底502上面留下均匀的冲洗物质571薄膜。
操作下操作头518的第二下部模块518B把下部冲洗弯月面569B施加到基底502上，以平衡由上部冲洗弯月面563B施加到基底502的力量。操作第二下部模块518B使得冲洗物质以实质上单向的方式，与基底502运动方向560相反的方向，流经下部冲洗弯月面569B。第二下部模块518B在基底502上面留下均匀的冲洗物质573薄膜。
第一和第二下部模块518A/518B分别包括整排的冲洗物质分配端口551A/551B，其分别限定在冲洗弯月面区569A/569B的内部。每排冲洗物质分配端口551A/551B限定成，当基底出现在其上方时，把冲洗物质向上分配到基底上。
在一个实施例中，冲洗物质是去离子水(DIW)。然而，在其他实施中，冲洗物质可以是许多不同种液态物质中的一种，例如，二甲亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基醋酸(DMAC)、能容易地与DIW混合的极性溶剂、诸如雾化极性溶剂(如DIW)等雾化液、或者他们的任何组合。可以理解的是，上面确认的冲洗物质只是举例性的而不是穷尽了所有冲洗物质。
图5D显示了根据本发明一个实施例的使用基底清洁腔室500’的清洁***550。基底清洁腔室500’与上文描述的腔室500类似。在腔室500’中，基底502由基底载体503’托住。基底清洁腔室500’具有上操作头517’和下操作头518’。在一个实施例中，上操作头517’由臂581固定住，并且下操作头518’由臂581’固定住。聚合物清洁材料通过供应线595供应到上操作头517。诸如去离子水DIW等冲洗物质通过供应线597供应到上操作头。冲洗废料通过废料线596从基底502’移除。冲洗物质通过供应线599供应给下操作头518’。冲洗废料通过废料线598移除。供应线595、597、599和废料线596、598耦合到邻近头集管583。该邻近头集管583还耦合到冲洗物质容器584、清洁材料容器585、和废料容器586。废料容器进一步耦合到真空泵587。
邻近头集管583耦合到邻近头控制器588，然后由计算机590控制。操作员可以通过电脑590实施操控。在一个实施例中，邻近头控制器588通过互联网589联接到计算机590。基底清洁腔室500’的周围环境也能够控制。一种或者多种气体可以供应到腔室500’。例如，气罐593可以和腔室500’耦合。腔室500’的压力还可以通过真空泵594来维持。对于来自于气罐593的气流和对腔室500’的真空抽吸可以通过腔室集管592控制，其耦合到周围环境控制器591上。周围环境控制器591可以耦合到计算机590上。
上述清洁装置的其他详情可以在申请日为2009年4月28日、名称为“用于清洁基底的装置和***”的美国专利申请12/431,731(Atty.Docket No.LAM2P660)，和申请日为2008年6月2日、名称为“用于通过单相和两相媒介清除颗粒的装置”的美国专利申请12/131,667(Atty.Docket No.LAM2P28G)中找到。上述相关专利披露的内容以引用方式并入本专利。
上文描述的实施例仅仅是例子而已。用于在基底表面上分配清洁材料和从基底表面清除清洁材料的清洁头的其他实施例也是可能的。图6A为根据本发明一个实施例所显示的包含清洁材料681的清洁罐680和包含冲洗液体691和冲洗罐690。由基底载体623固定的基底620’首先浸入到罐680的清洁材料481中，以使得清洁材料与基底表面的污染物相接触。基底620’通过机械装置(未显示)下沉入并且上抬出清洁罐680中的清洁材料681。然后，由基底载体623固定的基底620’浸入到清洁罐690的冲洗液体691中，以冲洗掉清洁材料。机械装置(未显示)用于把基底下降沉入到或者上升抬升出冲洗罐690。当清洁材料在冲洗罐690离开基底620表面，污染物与清洁材料一起从基底表面清除。基底620’通过机械装置(未显示)下降进入到冲洗罐690的冲洗液691中。尽管在图6A显示的基底方向是垂直的，其他方向也是可能的。例如，基底可以以水平方向淹没在清洁罐和/或冲洗罐。
图6B显示了用于从基底表面清除污染物的清洁装置699的另一个实施例。清洁装置具有带有基底支撑装置683的清洁罐685。基底620*放置在清洁过程中可以旋转的基底支撑装置683上。清洁装置699具有能在基底620*表面分配清洁材料的清洁材料分配头697。清洁材料分配头697(或者分配喷嘴)耦合到清洁材料存储罐670。清洁装置699还具有冲洗液分配头698(或者分配喷嘴)，其在基底620”表面喷射冲洗液体。冲洗液分配头698耦合到冲洗液存储罐696。基底620”的旋转使得清洁材料和冲洗液覆盖整个基底表面。清洁材料被分配到基底表面上，然后分配冲洗液以从基底表面清除清洁材料，。
在清洁材料从图案化基底表面冲洗掉以后，图案化基底通过相对高速旋转(或者转动)基底来干燥。在旋转过程中，基底由设备(或者装置)固定，其在图6B中未显示。在一个实施例中，表面张力降低气体施用在图案化基底表面，以帮助清除冲洗物质和可能剩余的清洁材料。在一个实施例中，表面张力降低气体包括异丙醇(IPA)和氮气(N2)的混合物。也可以使用其他表面张力降低气体。
清洁罐685可以接收清洁过程中的废物。清洁过程中的废物包括清洁材料废料和冲洗液废料。在一个实施例中，清洁罐685具有与废料线604相连的排水孔603。废料线604耦合到控制清洁废料从清洁罐685排出的阀门605。清洁废料可以导入到回收处理器606后者废料处理器607。
上述清洁材料对清洁表面上具有精细特征(或者拓扑结构)的基底有特殊的优点，该精细特征例如是多晶硅线或者金属互联(带有槽和/或通孔)。这些精细特征的最小宽度(或者关键尺寸)可以是45nm、32nm、22nm、16nm或者更小。
图7A显示了根据本发明一个实施例的制备包含一种或者多种大分子量聚合体化合物的清洁材料的操作流程700。在操作701中，一种或者多种聚合体化合物与溶剂混合在一起。在一个实施例中，一种或者多种聚合体化合物是粉末并且数量预先测定好。在混合步骤之前，计算并称重一种或者多种化合物的量。类似地，溶剂的使用量也是经过测定的。在操作702中，添加剂混合到操作701制备的混合物中，以调节制备的清洁材料的特性。添加剂可以包括用于调节清洁材料pH值的缓冲剂。添加剂还可以包括用于调节清洁材料粘度的离子提供化合物。再者，添加剂还包括用于提高聚合体化合物溶解度的和/或帮助清洁材料湿润图案化基底表面的表面活性剂。也包括其他类型的用于调节清洁材料特性的添加剂。
使用操作流程700来制备清洁材料，该清洁材料可能有希望的pH值、希望的粘度和其他想要的特性，例如可溶性聚合物和良好的湿化特性。如上所述，可行的pH范围和粘度范围是非常大的。可替代的是，在后续的各种步骤中可以加入表面活性剂、缓冲剂和离子提供化合物。在另一个实施例中，用于制备清洁材料的不同成份可以在一个操作步骤中混合。
图7B显示了根据本发明一个实施例的使用包含一种或者多种大分子量聚合体化合物的清洁材料来清洁图案化基底的操作流程750。清洁材料如上所述。在步骤751中，图案化基底放置在清洁设备上。在步骤752中，清洁材料分配在图案化基底表面。在步骤753中，冲洗液分配在图案化基底表面以冲掉清洁材料。冲洗液如上所述。在一个实施例中，冲洗液施用到基底表面上以后，基底表面上的冲洗液、清洁材料和污染物可以用负压从图案化基底表面清除掉。
上述清洗材料、设备和方法在清洗有精细特征的图案化基底而不损坏特征方面具有优势。清洗材料是流体性的，液相或者液/气相(泡沫)，以及可在元件特征四周变形；因而，清洗材料不会损坏元件特征。液相的清洗材料可是液体、溶胶或者凝胶的形式。含有大分子量聚合物的清洗材料捕获基底上的污染物。另外，清洗材料俘获污染物并防止污染物返回到基底表面。聚合物具有能交联成聚合体网络的聚合物长链。相较于传统的清洗材料，聚合物长链和/或聚合物网络对于捕获和俘获污染物显示出了优异性能。
在其施用于基底表面以从基底表面清除污染物或者颗粒之前，清洁材料实质上不含有不能变形颗粒(例如碾磨颗粒)。不能变形颗粒是硬颗粒，例如泥浆或者沙子中的颗粒，并且会损坏图案化基底的精细元件特征。在基底清洁过程中，清洁材料会从基底表面收集污染物或者颗粒。然而，在清洁材料为清洁基底而被施加到基底表面之前，在清洁材料中不会故意加入不可变形颗粒。
尽管上述实施例描述了用于清洁图案化基底的材料、方法和***，该材料、方法和***也可以用于清洁未图案化(或者空白)基底。
尽管上述讨论集中在从图案化晶片清洁污染物，清洁设备和方法也可以用于从非图案化的晶片清除污染物。此外，在图案化晶片上示范性的图案为凸线，例如多晶硅线、金属线或者介电线路。然而，本发明的构思可以应用在凹陷特征(recessed features)的基底。例如，在CMP后的凹槽和通孔可以在晶片上形成图案，清洁头最合适的设计可用来达到最佳的污染物清除效果。
此处作为例子的基底包括但不限于在生产或者处理过程中可能受到污染的半导体晶片、硬盘驱动器的磁盘、光盘、玻璃基底、平版显示器表面和液晶显示器表面，等等。根据实际的基底，表面可能会通过不同的方式受到污染，并且可接收的污染程度在处理基底的特定领域中有定义。
虽然对本发明一些实施例在这里做了详述，可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，本发明可以通过许多其他特定形式实施而不偏离本发明精神和范围。因而，这里描述的实施例和例子仅仅是示范性的而非限定性的，并且本发明不仅仅局限在这里提供的具体细节，还可以在所附权利要求的范围内作出改变和实施。

Claims (23)

1.一种施用到界定集成电路元件的图案化基底表面以从所述表面清除污染物的清洁材料，包含：
溶剂；
一种或者多种聚合体化合物的聚合物，其中所述一种或者多种聚合体化合物溶解在所述溶剂中，所溶解的所述聚合物具有聚合物长链，该长链可以从所述界定集成电路元件的所述图案化基底表面捕获和俘获至少部分所述污染物，所述清洁材料限定成液相，其中在参考剪切率小于约100/s时测定所述清洁材料的粘度是在约10cP-约100,000cP之间，其中当力施加到覆盖在所述图案化基底上的所述清洁材料时，所述清洁材料在所述图案化基底表面的元件特征周围变形。
2.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述溶剂选自：水、异丙醇(IPA)、二甲亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、或这些物质的组合物。
3.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述一种或者多种聚合体化合物选自：丙烯酸类聚合物，例如，聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸(PAA)，例如Carbopol 940TM和Carbopol 941TM，PAM和PAA的共聚物，聚-(N，N-二甲基-丙烯酰胺)(PDMAAm)，聚-(N-异丙基-丙烯酰胺)(PIPAAm)，聚甲基丙烯酸(PMAA)，聚甲基丙烯酰胺(PMAAm)，聚亚胺和氧化物，例如，聚乙烯亚胺(PEI)，聚氧化乙烯(PEO)，聚环氧丙烷(PPO)，乙烯基聚合物，例如，聚乙烯醇(PVA)，聚乙烯磺酸(PESA)，聚乙烯胺(PVAm)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚-4-乙烯嘧啶(P4VP)，纤维素衍生物，例如，甲基纤维素(MC)，乙基纤维素(EC)，羟乙基纤维素(HEC)，羧甲基纤维素(CMC)，聚多糖，例如，刺槐，琼脂和琼脂糖，肝素，瓜尔豆胶，黄原胶，和蛋白质，例如，蛋白，胶原质，谷蛋白。
4.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述一种或者多种聚合体化合物的分子量介于约0.01Mg/mol-约100Mg/mol。
5.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述聚合物在所述清洁材料中的重量百分比是介于约0.001％-约10％之间。
6.根据权利要求1所述的清洁材料，进一步包含：
缓冲剂，其用于改变所述清洁材料的酸碱度(pH值)，其中所述缓冲剂和所述溶剂构成清洁溶液。
7.根据权利要求1所述的清洁材料，进一步包括：
表面活性剂，其用于帮助所述聚合物在所述清洁材料中分散，并且帮助湿润所述图案化基底的表面。
8.根据权利要求7所述的清洁材料，其中，所述表面活性剂是十二烷基硫酸铵(ADS)。
9.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述清洁材料是液体、溶胶、或者凝胶形式的流体。
10.根据权利要求6所述的清洁材料，其中用于前期和后期应用的所述清洁材料的pH值介于约1-约12之间。
11.根据权利要求1所述的清洁材料，进一步包括：
离子提供化合物，该离子提供化合物在所述清洁溶液中电离从而为所述清洁材料提供更强的离子强度以调节所述清洁材料的粘度。
12.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，在参考剪切率时测得的所述清洁材料的粘度是在约100cP-约10,000cP之间。
13.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述元件特征具有小于或者等于约45nm的关键尺寸。
14.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，部分所述聚合物长链交联成聚合体网络，这有助于捕获和俘获污染物。
15.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述一种或者多种聚合体化合物包括聚丙烯酰胺(PAM)，并且PAM的分子量大于或者等于1,000,000g/mol。
16.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述一种或者多种聚合体化合物包括丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，并且其中丙烯酸在所述共聚物中的重量百分比含量少于约50％。
17.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述清洁材料施用到所述图案化基底表面以从所述表面清除污染物，而不实质性地损坏所述表面上的所述元件特征，在所述清洁材料施用到所述图案化基底表面之前，所述清洁材料基本上不含有碾磨颗粒。
18.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述参考剪切率小于约1/s。
19.根据权利要求1所述的清洁材料，其中，所述一种或者多种聚合体化合物的分子量大于10,000g/mol。
20.一种施用到界定集成电路元件的图案化基底表面以从所述表面清除污染物的清洁材料，包括：
溶剂；
缓冲剂，其用于改变所述清洁材料的酸碱度(pH)值，其中所述缓冲剂和所述溶剂形成清洁溶液；
一种或者多种聚合体化合物的聚合物溶解在所述清洁溶液中，所述清洁材料的pH值为介于约7-约12之间，所溶解的所述聚合物具有聚合物长链，用来从界定集成电路元件的所述图案化基底表面捕获和俘获至少部分所述污染物，所述清洁材料限定成液相，其中，在参考剪切率下测定的所述清洁材料的粘度是在约10cP-约100,000cP之间，其中，当力施加到覆盖在所述图案化基底上的所述清洁材料时，所述清洁材料在图案化基底表面的元件特征周围变形；
表面活性剂，其用于帮助所述聚合物在所述清洁材料中分散，并且帮助湿润所述图案化基底的表面；和
离子提供化合物，该离子提供化合物在所述清洁溶液中电离以调节所述清洁材料的粘度。
21.根据权利要求20所述的清洁材料，其中，所述清洁材料施用到所述图案化基底表面以从所述表面清除污染物，而不实质性地损坏所述表面上的所述元件特征，在所述清洁材料施用到所述图案化基底表面之前，所述清洁材料基本上不含有碾磨颗粒。
22.根据权利要求20所述的清洁材料，其中，所述缓冲剂是氢氧化铵。
23.根据权利要求20所述的清洁材料，其中，所述离子提供化合物是柠檬酸。
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