(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンウェーハの表面上の汚染物を除去するために洗浄材料を分注する洗浄ヘッドであって、
前記洗浄ヘッドを前記表面に近接して保持するためのアームと、
前記パターンウェーハの前記表面に対向する複数のチャネルを有する前記洗浄ヘッドと、を備え、
前記複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有し、互いに平行に配され、
前記二個の端部の一方は、前記洗浄材料を分注し、
前記洗浄材料は、前記分注を行う端部から前記チャネルの他方の端部へ、前記チャネルの長さ方向に沿って流動し、
前記分注を行う端部は、前記洗浄材料の供給元に結合され、
前記アームによる前記洗浄ヘッドと前記パターンウェーハとの相対運動により、前記分注された洗浄材料は、前記パターンウェーハに対して、前記複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、前記パターンウェーハの前記表面上の前記汚染物の除去を促進し、
前記アームは、前記パターンウェーハ上の隆起した線またはトレンチの長さに対して、前記剪断力の角度が−２０度〜２０度となるように、前記洗浄ヘッドを前記パターンウェーハに対して相対的に動かすことができる、洗浄ヘッド。
【請求項２】
前記複数のチャネルは、前記洗浄ヘッドの長さに対して約０°ないし約１８０°の角度を成す、請求項１記載の洗浄ヘッド。
【請求項３】
前記洗浄材料が及ぼす前記剪断力は、前記パターンウェーハと前記洗浄ヘッドとの間の移動方向に対して垂直な成分を含む、請求項１記載の洗浄ヘッド。
【請求項４】
前記洗浄材料は、単相、二相、または三相から成る、請求項１記載の洗浄ヘッド。
【請求項５】
前記洗浄材料は、発泡体、乳液、またはゲルである、請求項１記載の洗浄ヘッド。
【請求項６】
前記複数のチャネルは、螺旋状パターンを形成する、請求項１記載の洗浄ヘッド。
【請求項７】
パターンウェーハの表面上の汚染物を除去するために洗浄材料を分注する洗浄ヘッドを有する洗浄システムであって、
前記パターンウェーハを前記洗浄ヘッドへ向けて移動させる輸送機構と、
前記パターンウェーハを前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで保持し、保持した前記パターンウェーハが前記洗浄ヘッドへの移動のために前記輸送機構に配置されるウェーハホルダと、
複数のチャネルを有する前記洗浄ヘッドと、を備え、
前記複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有し、互いに平行に配され、
前記二個の端部の一方は、前記洗浄材料を分注し、
前記洗浄材料は、前記分注を行う端部から前記チャネルの他方の端部へ、前記チャネルの長さ方向に沿って流動し、
前記分注を行う端部は、前記洗浄材料の供給元に結合され、
前記洗浄ヘッドは、アームにより前記パターンウェーハの前記表面に近接して保持され、
前記アームによる前記洗浄ヘッドと前記パターンウェーハとの相対運動により、前記分注された洗浄材料は、前記パターンウェーハに対して、前記複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、前記パターンウェーハの前記表面上の前記汚染物の除去を促進し、
前記アームと前記輸送機構の少なくとも一方は、前記パターンウェーハ上の隆起した線またはトレンチの長さに対して、前記剪断力の角度が−２０度〜２０度となるように、前記洗浄ヘッドを前記パターンウェーハに対して相対的に動かすことができる、洗浄システム。
【請求項８】
異なるチャネル設計を有する複数の洗浄ヘッドが存在し、前記洗浄ヘッドは、前記パターンウェーハに応じて、前記複数の洗浄ヘッドから選択される、請求項７記載の洗浄システム。
【請求項９】
前記複数のチャネルは、前記洗浄ヘッドの長さに対して約０°ないし約１８０°の角度を成す、請求項７記載の洗浄システム。
【請求項１０】
前記洗浄材料が及ぼす前記剪断力は、前記パターンウェーハと前記洗浄ヘッドとの間の移動方向に対して垂直な成分を含む、請求項７記載の洗浄システム。
【請求項１１】
前記洗浄システムに二個以上の洗浄ヘッドが存在し、各洗浄ヘッドは、前記複数のチャネルについて独自の構成を有する、請求項７記載の洗浄システム。
【請求項１２】
前記パターンウェーハは、支配的なパターンを有し、前記支配的なパターンは、互いに平行な複数の線である、請求項７記載の洗浄システム。
【請求項１３】
パターンウェーハの表面上の汚染物を除去する洗浄材料を分注するために洗浄ヘッドを使用する方法であって、
前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで、前記パターンウェーハをウェーハホルダに配置するステップと、
前記パターンウェーハを前記ウェーハホルダと共に前記洗浄ヘッドの下に配置するステップと、
前記パターンウェーハを洗浄するために前記洗浄ヘッドから前記洗浄材料を分注するステップと、を備え、
前記洗浄ヘッドは、複数のチャネルを有し、
前記複数のチャネルのそれぞれは、互いに平行に配され、二個の端部を有し、
前記二個の端部の一方は、前記洗浄材料を分注し、前記洗浄材料は、前記分注を行う端部から前記チャネルの他方の端部へ、前記チャネルの長さ方向に沿って流動し、
前記分注を行う端部は、前記洗浄材料の供給元に結合され、
前記洗浄ヘッドは、アームにより前記パターンウェーハの前記表面に近接して保持され、
アームによる前記洗浄ヘッドと前記パターンウェーハとの相対運動により、前記分注された洗浄材料は、前記パターンウェーハに対して、前記複数のチャネルの前記それぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、前記パターンウェーハの前記表面上の汚染物の除去を促進し、
前記洗浄ヘッドから前記洗浄材料を分注するステップは、前記アームが、前記パターンウェーハ上の隆起した線またはトレンチの長さに対して、前記剪断力の角度が−２０度〜２０度となるように、前記洗浄ヘッドを前記パターンウェーハに対して相対的に動かすステップを含む、方法。
【請求項１４】
さらに、前記パターンウェーハを前記ウェーハホルダと共に前記洗浄ヘッドへ向けて移動させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記洗浄材料が及ぼす前記剪断力は、前記パターンウェーハと前記洗浄ヘッドとの間の移動方向に対して垂直な成分を含み、前記垂直な成分は、汚染除去効率を向上させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記パターンウェーハは、支配的なパターンを有し、前記支配的なパターンは、ポリシリコン線または金属相互接続部により形成される、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路、メモリセル等の半導体素子の製造においては、一連の製造工程を実行して、半導体ウェーハ（「ウェーハ」）上に特徴部を画成する。ウェーハ（または基板）は、シリコン基板上に画成された多層構造の形態の集積回路素子を含む。基板レベルでは、拡散領域を備えたトランジスタ素子が形成される。後続のレベルでは、相互接続金属線をパターン形成し、トランジスタ素子と電気的に接続して、所望の集積回路素子を画成する。さらに、パターン導電層は、誘電体により他の導電層から絶縁される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
一連の製造工程中、ウェーハ表面は、様々な種類の汚染物に晒される。基本的には、製造工程中に存在する全ての材料は、汚染源となる可能性がある。例えば、汚染源は、特に、処理ガス、化学物質、堆積材料、および液体を含み得る。様々な汚染物は、微粒子の形態でウェーハ表面に堆積し得る。微粒子汚染物が除去されない場合、汚染物近傍の素子は、動作不能となる可能性が高い。したがって、ウェーハ上に画成された特徴部に損傷を与えることなく、汚染物を実質的に完全にウェーハ表面から洗浄することが必要となる。しかしながら、微粒子汚染物のサイズは、ウェーハ上に製造された特徴部の限界寸法サイズ程度になる場合が多い。ウェーハ上の特徴部に悪影響を与えずに、こうした小さな微粒子汚染物を除去することは、非常に困難な場合がある。
【０００３】
従来のウェーハ洗浄方法は、ウェーハ表面から微粒子汚染物を除去する上で、機械力に大きく依存してきた。特徴部のサイズの縮小が続き、脆弱性が増すにしたがって、ウェーハ表面に機械力を付与することにより特徴部が損傷する可能性は、増加している。例えば、高アスペクト比を有する特徴部は、十分な機械力を受けた時に倒壊または破断しやすい。洗浄の問題をさらに複雑にするのは、小さな特徴部サイズへの移行により、微粒子汚染物のサイズも低下することである。十分に小さなサイズの微粒子汚染物は、高アスペクト比の特徴部に囲まれたトレンチ内等、ウェーハ表面の到達が困難な領域へ入り込む場合がある。したがって、現代の半導体製造中の汚染物質の効率的かつ損傷の無い除去は、ウェーハ洗浄技術の継続的な進歩により達成すべき課題であり続けている。フラットパネルディスプレイの製造工程も、上述した集積回路製造と同じ欠点を有することを理解されたい。
【０００４】
上述したことに鑑みて、汚染物を除去する上で効果的でありかつパターンウェーハ上の特徴部に損傷を与えない、パターンウェーハを洗浄する装置および方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概して言えば、本発明の実施形態は、ウェーハ表面、特に、パターンウェーハの表面を洗浄するための改良された方法および装置を提供する。装置は、支配的なパターンを有するパターンウェーハに対向する表面にチャネルを備えた洗浄ヘッドを含む。チャネルを流動する洗浄材料は、洗浄ヘッドに対して特定の方向を向いて配されたパターンウェーハの表面に剪断力を及ぼす。剪断力と、パターンウェーハおよび洗浄ヘッドの特定の向きとにより、表面の汚染物の除去効率が向上する。本発明は、システム、方法、およびチャンバを含む多数の形で実現可能であることを理解されたい。以下、本発明の幾つかの発明実施形態を説明する。
【０００６】
一実施形態において、パターンウェーハの表面上の汚染物を除去するために洗浄材料を分注する洗浄ヘッドを提供する。洗浄ヘッドは、洗浄ヘッドを表面に近接して保持するためのアームを含む。洗浄ヘッドは、パターンウェーハの表面に対向する複数のチャネルを有する。複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有する。二個の端部の一方は、洗浄材料を分注し、洗浄材料は、分注を行う端部からチャネルの他方の端部へ流動する。分注を行う端部は、洗浄材料の供給元に結合される。分注された洗浄材料は、基板に対して、複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、パターン基板の表面上の汚染物の除去を促進する。
【０００７】
別の実施形態において、パターンウェーハの表面上の汚染物を除去するために洗浄材料を分注する洗浄ヘッドを有する洗浄システムを提供する。洗浄システムは、パターンウェーハを洗浄ヘッドへ向けて移動させる輸送機構を含む。洗浄システムは、さらに、パターンウェーハを洗浄ヘッドに対して特定の向きで保持するウェーハホルダを含む。ウェーハホルダが保持したパターンウェーハは、一個の洗浄ヘッドへの移動のために輸送機構に配置される。
【０００８】
洗浄システムは、さらに、複数のチャネルを有する洗浄ヘッドを含む。複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有する。二個の端部の一方は、洗浄材料を分注し、洗浄材料は、分注を行う端部からチャネルの他方の端部へ流動する。分注を行う端部は、洗浄材料の供給に結合される。洗浄ヘッドは、アームによりパターンウェーハの表面に近接して保持される。分注された洗浄材料は、基板に対して、複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、パターン基板の表面上の汚染物の除去を促進する。
【０００９】
さらに別の実施形態において、パターンウェーハの表面上の汚染物を除去する洗浄材料を分注するために洗浄ヘッドを使用する方法を提供する。方法は、洗浄ヘッドに対して特定の向きで、パターンウェーハをウェーハホルダに配置するステップを含む。方法は、さらに、パターンウェーハをウェーハホルダと共に洗浄ヘッドの下に配置するステップを含む。方法は、さらに、パターンウェーハを洗浄するために洗浄ヘッドから洗浄材料を分注するステップを含む。洗浄ヘッドは、複数のチャネルを有する。複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有する。二個の端部の一方は、洗浄材料を分注し、洗浄材料は、分注を行う端部からチャネルの他方の端部へ流動する。分注を行う端部は、洗浄材料の供給に結合される。分注された洗浄材料は、基板に対して、複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、パターン基板の表面上の汚染物の除去を促進する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は、同様の参照符号が同様の構造要素を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明により容易に理解されよう。
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による、汚染微粒子と相互作用する三状態体を示す図である。
【００１２】
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、汚染物と洗浄材料の気体成分との間に介在する洗浄材料の固体成分を示す図である。
【００１３】
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、ウェーハ表面から除去中の図２の汚染物を示す図である。
【００１４】
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による、ウェーハを洗浄するための洗浄システムの上面図である。
【００１５】
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による、多数の洗浄材料分注孔を備えた洗浄ヘッドの底面図である。
【００１６】
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による、ウェーハ表面に洗浄材料１０１を分注する洗浄ヘッドの側面図である。
【００１７】
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、パターンウェーハの一例の上面図である。
【００１８】
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、拡大した素子領域の上面図である。
【００１９】
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による、拡大した素子小領域の上面図である。
【００２０】
【図３Ｄ（Ａ）】本発明の一実施形態による、ポリシリコン線の上方で時計回りに回転する洗浄ブラシの一部を示す図である。
【００２１】
【図３Ｄ（Ｂ）】本発明の別の実施形態による、ポリシリコン線の上方で時計回りに回転する洗浄ブラシの一部を示す図である。
【００２２】
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による、パターンウェーハ上のポリシリコン線の長さに対して洗浄ブラシが付与する剪断力の角度に対するダイ上の欠陥数のプロットを示す図である。
【００２３】
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による、洗浄ヘッドの下で移動する、支配的なラインパターンを備えた、上述したパターンウェーハ３０１を示す図である。
【００２４】
【図３Ｇ】本発明の一実施形態による、拡大した素子領域を示す図である。
【００２５】
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、多数のライン型構造を有する基板の切断面を示す断面図である。
【００２６】
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、多数のライン型構造を有する基板の切断面の断面図上において洗浄材料を示す図である。
【００２７】
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、ウェーハ表面のある位置における剪断力の垂直成分と平行成分との間の関係を示す図である。
【００２８】
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による、ウェーハ表面の別の位置における剪断力の垂直成分と平行成分との間の関係を示す図である。
【００２９】
【図４Ｅ】本発明の一実施形態による、基板（またはウェーハ）上の特徴部において洗浄ブラシまたは洗浄材料が付与する剪断力の角度の関数として欠陥数の曲線を示す図である。
【００３０】
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、洗浄ヘッドの三次元（３Ｄ）図である。
【００３１】
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、図５Ａの洗浄ヘッドの上面図である。
【００３２】
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による、図５Ａの洗浄ヘッドの別の三次元（３Ｄ）図である。
【００３３】
【図５Ｄ】本発明の一実施形態による、図５Ａの線Ｇ−Ｇ’に沿って切断したチャネル５０１の断面図である。
【００３４】
【図５Ｅ】本発明の一実施形態による、洗浄ヘッドにおいてチャネルの一方の端部からチャネルの別の端部への洗浄材料の流動により生じる剪断力を示す図である。
【００３５】
【図５Ｆ】本発明の一実施形態による、洗浄ヘッドと基板との間の相対位置と、基板の移動方向とを示す図である。
【００３６】
【図５Ｇ】本発明の一実施形態による、洗浄材料により満たされた洗浄体を備えたチャネル５０１を示す図である。
【００３７】
【図５Ｈ】本発明の一実施形態による、基板上の様々な剪断力間の関係を示す図である。
【００３８】
【図５Ｉ】本発明の一実施形態による、ウェーハ表面上のライン型特徴部に付与された剪断力を示す図である。
【００３９】
【図６Ａ】本発明の別の実施形態による、洗浄ヘッドと基板との間の相対位置と、基板の移動方向とを示す図である。
【００４０】
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、基板表面上の剪断力を示す図である。
【００４１】
【図６Ｃ】本発明の別の実施形態による、洗浄ヘッドと基板との間の相対位置と、基板の移動方向と、ウェーハ上の剪断力とを示す図である。
【００４２】
【図６Ｄ】本発明のさらに別の実施形態による、洗浄ヘッドと基板との間の相対位置と、基板の移動方向と、ウェーハ上の剪断力とを示す図である。
【００４３】
【図６Ｅ】本発明の一実施形態による、基板上の剪断力を示す図である。
【００４４】
【図７】本発明の一実施形態による、ウェーハを洗浄するために選択の対象となる多数の洗浄ヘッドを備えた洗浄システムを示す図である。
【００４５】
【図８】本発明の一実施形態による、パターンウェーハの表面から汚染物を洗浄する処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
ウェーハ表面を洗浄する方法および装置の実施形態を説明する。しかしながら、こうした具体的な詳細の一部または全部が無くとも本発明を実現し得ることは、当業者には明らかとなろう。また、周知のプロセス動作は、本発明を不必要に曖昧にしないために、詳細な説明を省略している。
【００４７】
本明細書において説明した実施形態は、汚染物を除去する上で効果的であると共に、高アスペクト比の特徴部を一部含み得るパターンウェーハ上の特徴部に損傷を与えることのない洗浄装置および洗浄方法を提供する。実施形態は、半導体洗浄用途に関連する具体的な例を提供するが、こうした洗浄用途は、基板からの汚染物の除去を要する任意の技術に拡張し得る。
【００４８】
本明細書では、一実施形態において、装置および方法は、気相、液相、および固相を含む三状態材料に関与する。気相および液相は、固相を基板表面の汚染微粒子に極めて近接させる仲介物を提供する。三状態体の洗浄材料の組成およびメカニズムの詳細な説明は、２００６年２月３日提出の米国特許出願（第１１／３４６，８９４号）「基板から汚染物を除去する方法および洗浄溶液を作成する方法」と、２００６年２月３日提出の米国特許出願第１１／３４７，１５４号「洗浄化合物および洗浄化合物を使用する方法およびシステム」と、２００６年１月２０日提出の米国特許出願（第１１／３３６，２１５号）「基板から汚染物を除去する方法および装置」と、２００６年９月１５日提出の米国特許出願（第１１／５３２，４９１号）「基板を洗浄する方法および材料」と、を参照されたい。三状態体の洗浄材料を使用する装置およびシステムの詳細な説明は、２００６年２月３日提出の米国特許出願（第１１／３４６，８９４号）「基板から汚染物を除去する方法および洗浄溶液を作成する方法」を参照されたい。
【００４９】
固相は、洗浄中に微粒子と相互作用して、その除去をもたらす。基板は、本明細書において使用する例では、製造または取り扱い工程中に汚染状態となり得る半導体ウェーハ、ハードドライブディスク、光学ディスク、ガラス基板、およびフラットパネルディスプレイ表面、液晶ディスプレイ表面等を非限定的に表す。実際の基板に応じて、表面は、様々な形で汚染状態となり、許容される汚染レベルは、基板が扱われる特定の産業において定められる。
【００５０】
図１は、本発明の一実施形態による、半導体ウェーハ（「ウェーハ」）１０５から汚染物１０３を除去するための三状態洗浄材料１０１の物理図を示すものである。洗浄材料１０１は、連続液体媒体１０７と、固体成分１０９と、気体成分１１１とを含む。固体成分１０９および気体成分１１１は、連続液体媒体１０７中に分散する。
【００５１】
概して言えば、連続液体媒体１０７は、脱イオン水、炭化水素、選択された基礎流体、フッ化水素酸（ＨＦ）、アンモニア、および半導体基板表面の洗浄および準備に有用となり得る他の化学物質および／またはＤＩ水中の化学物質の混合物にしてよい。特定の例において、連続媒体１０７は、水（脱イオンその他）のみで定められる水性液体である。別の実施形態において、水性液体は、水に溶解した他の構成要素と組み合わせて水により形成される。さらに別の実施形態では、非水性の液体が、特に炭化水素、フルオロカーボン、鉱油、またはアルコールにより形成される。液体が水性か非水性かに関係なく、液体は、イオンまたは非イオン溶媒および他の化学添加物を含むように修正可能であることを理解されたい。例えば、液体に対する化学添加物は、共溶媒と、ｐＨ調製剤（例えば、酸および塩基）と、キレート剤と、極性溶剤と、界面活性剤と、水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、フッ化水素酸と、水酸化カリウムと、水酸化テトラメチルアンモニウムと、重合体、粒子、およびポリペプチド等の流動調整剤との任意の組み合わせを含むことができる。
【００５２】
固体成分１０９の材料は、一実施形態において、脂肪族酸、カルボン酸、パラフィン、ワックス、重合体、ポリスチレン、樹脂、ポリペプチド、および他の粘弾性材料により形成し得る。一実施形態において、固体成分１０９の材料は、連続液体媒体１０７の溶解限度を超える濃度で存在するべきである。さらに、特定の固体材料に関連する洗浄有効性は、温度、ｐＨ、および他の環境条件の関数として変化し得ることを理解されたい。
【００５３】
脂肪族酸は、炭素原子が開鎖を形成する有機化合物により定められる基本的に任意の酸を表す。脂肪酸は、固体材料として使用可能な脂肪族酸の一例である。固体として使用し得る脂肪酸の例は、特に、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、ミリスチン酸、マルガリン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ネルボン酸、パリナリン酸、ティムノドン酸、ブラシジン酸、クルパノドン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、およびその混合物を含む。一実施形態において、固体材料１０９は、Ｃ−１ないしＣ−２６程度まで延びる様々な炭素鎖長により定められる脂肪酸の混合物を表し得る（自然発生の脂肪酸は偶数の炭素のみを有する）。カルボン酸は、一つ以上のカルボキシル基（ＣＯＯＨ）を含む基本的に任意の有機酸により定められる。カルボン酸は、飽和または不飽和にすることができる。カルボン酸は、単鎖または分岐鎖にすることができる。カルボン酸は、Ｃ−１からＣ−１００程度まで延びる様々な炭素鎖長の混合物を含むことができる。さらに、カルボン酸は、連続媒体１０７の溶解限度を上回る長鎖アルコール、エーテル、および／またはケトンを含むことができる。一実施形態において、固体として使用される脂肪酸は、基板表面の汚染粒子と接触した時、界面活性剤として機能する。
【００５４】
一実施形態において、洗浄材料１０１は、非ニュートン流体である。非ニュートン流体は、本明細書において、付与された剪断応力により粘度が変化する流体である。非ニュートン流体は、ニュートンの粘度法則に従わない。剪断応力は、剪断速度の非線形関数となる。剪断速度により見掛けの粘度がどのように変化するかに応じて、流動の挙動も変化する。非ニュートン流体の例は、固体および液体の両極端の中間を占める軟性凝縮物質である。こうした種類の材料は、降伏応力を示す場合があり、そのため、ビンガム塑性流体と呼ばれる。軟性凝縮物質は、外部応力により容易に変形可能であり、軟性凝縮物質の例は、乳液、ゲル、コロイド、発泡体等を含む。乳液は、例えば、練り歯磨き、マヨネーズ、水中油等、非混和液の混合物であることを理解されたい。
【００５５】
図２Ａないし２Ｂは、本発明の一実施形態による、洗浄材料１０１がいかにしてウェーハ１０５から汚染物１０３を除去する機能を果たすかを示す図である。図２Ａに示したように、洗浄材料１０１の液体媒体１０７中において、固体成分１０９は、汚染物１０３と気体成分１１１との間に介在する。液体媒体１０７中の気体成分１１１は、関連する表面張力を有する。したがって、気体成分１１１が固体成分１０９に対して下向きに押し付けられる時、気体成分１１１は、変形状態となり、固体成分１０９に下向きの力（ＦD）を及ぼす。この下向きの力（ＦD）は、垂直成分であり、固体成分１０９をウェーハ１０５と、その上の汚染物とへ向けて移動させる役割を果たす。固体成分１０９と汚染物１０３との間の相互作用は、固体成分１０９を汚染物１０３に十分に近接させた時に起こり得る。この距離は、約１０ナノメータとなり得る。固体成分１０９と汚染物１０３との間の相互作用は、固体成分１０９が汚染物１０３に実際に接触した時にも起こり得る。この相互作用は、固体成分１０９の汚染物１０３との係合とも呼び得る。固体成分１０９と汚染物１０３との間の相互作用は、汚染物１０３とウェーハ１０５との間の粘着力、および固体成分１０９と汚染物１０３との間の任意の反発力を十分に克服する。したがって、固体成分１０９をウェーハ１０５から離れる方向へ移動させる時には、図２Ｂに示したように、固体成分１０９と相互作用した汚染物１０３もウェーハ１０５から離れる方向へ移動され、即ち、汚染物１０３は、ウェーハ（または基板）１０５から洗浄される。固体成分および付着汚染物１０３は、洗浄材料１０１を基板表面から除去する時に、基板表面から除去することができる。洗浄材料１０１は、脱イオン水または消泡剤等の流体に溶解させることで基板表面から除去することができる。
【００５６】
一実施形態において、ウェーハ１０５から固体成分１０９を移動させるために使用される力は、固体成分１０９と汚染物１０３との間のファンデルワールス力である。図２Ｂに示したように、固体成分１０９をウェーハ１０５から離れる方向へ移動させる時、固体成分１０９と結び付いた汚染物１０３も、ウェーハ１０５から離れる方向へ移動される。固体成分１０９は汚染物１０３と相互作用して洗浄処理に影響を与えるため、ウェーハ１０５全体での汚染物１０３の除去は、固体成分１０９がウェーハ１０５全体にいかに良好に分布するかに依存する。さらに、固体成分１０９は、全て同じ成分ではなく、異なる成分の混合物にしてもよい。したがって、洗浄溶液は、特定の目的のために設計すること、即ち、特定の汚染物を対象とすることが可能であり、あるいは、洗浄溶液は、複数の固体成分が提供される場合、広範囲の対象汚染物を有することも可能である。
【００５７】
一実施形態において、洗浄材料１０１は、さらに、剪断力（ＦS）を受ける。剪断力ＦSは、ウェーハ１０５の表面全体で洗浄材料１０１を移動させることに寄与し得る。剪断力ＦSは、基板１０５と、以下に説明するように洗浄材料１０１を分注するために使用される分注ヘッド（図示せず）との間の相対運動により、基板表面において発揮され得る。
【００５８】
図２Ｃは、本発明の一実施形態による、基板を洗浄するシステムの上面の簡略概略図２００である。ウェーハ２２０は、洗浄ヘッド２１０に向かって直線方向に移動する。洗浄ヘッドは、アーム２５０により保持される。洗浄ヘッド２１０は、洗浄材料１０１を提供（または分注）する。一実施形態において、洗浄ヘッド２１０の長さ２４０は、ウェーハ２２０の直径２５０より長い。ウェーハ２２０は、洗浄ヘッドの下で一度のみ移動させる。別の実施形態において、洗浄ヘッド２１０の長さ２４０は、ウェーハ２２０の直径２５０より短い。ウェーハ２２０は、洗浄ヘッド２１０の下で複数回移動させ、ウェーハ２２０全体が洗浄される状態を確保する。
【００５９】
洗浄材料１０１は、本発明の一実施形態による、洗浄材料の用途および化学組成に応じて、発泡体、乳液、またはゲルとして分注可能である。洗浄材料１０１は、単相、二相、または複数の相により構成できる。二相体洗浄材料の組成およびメカニズムの詳細な説明は、２００６年９月１１日提出の米国特許出願（第１１／５１９，３５４号）「二相基板洗浄化合物を使用する方法およびシステム」を参照されたい。
【００６０】
一実施形態において、洗浄材料１０１は、加圧し得るリザーバ２７０から、供給ライン２６０を介して送給される。あるいは、洗浄ヘッド２１０は、ウェーハ２２０が静止している状態、あるいは共に移動している状態である時に、ウェーハ２２０上方を移動してもよい。
【００６１】
図２Ｄは、洗浄材料１０１を分注する多数の分注孔２１１を備えた洗浄ヘッド２１０の底面図の一例を示す。図２Ｅは、ウェーハ２２０表面２２１上において洗浄ヘッド２１０の下方に洗浄材料１０１の洗浄体２３０を分注して表面２２１を洗浄する洗浄ヘッド２１０の側面図の実施形態を示す。ウェーハ２２０は、洗浄ヘッド２１０の下方を矢印２２２が示す方向に移動する。洗浄体２３０は、ウェーハ２２０が洗浄ヘッド２１０の下を移動する際に、洗浄材料１０１の跡２３１を後ろに残す。洗浄ヘッド２１０は、アーム２５０により、ウェーハ２２０の表面２２１に近接して保持される。ウェーハ２２０と洗浄ヘッド２１０との間の相対運動により、ウェーハ２２０の表面２２１では、ウェーハ移動方向２２２から１８０°の方向２３２に洗浄材料の剪断力が生じる。洗浄ヘッド２１０から分注された洗浄材料１０１は、洗浄体２３０の下の基板の表面２２１に下向きの力を及ぼす。上述したように、下向きの力は、基板表面上の汚染物が洗浄材料１０１中の固体成分へ付着するのを促進する。汚染物は、汚染物と洗浄材料１０１中の固体成分との付着により、基板表面から除去される。
【００６２】
汚染物１０３は、表面２２１から除去されると共に、洗浄材料１０１と混合され、洗浄物質がウェーハ表面２２１から除去される時に除去可能となる。一実施形態において、剪断力は、ウェーハ２２０の表面２２１からの汚染物（図示せず）の除去に寄与する。汚染物の除去における剪断力を以下説明する。
【００６３】
図３Ａは、パターンウェーハ３０１の一例の上面図を示す。ウェーハ３０１は、ウェーハ３０１を覆う多数のダイ３０２を有する。図３Ａには、単一のダイの一例のみを示している。ダイ３０２には、インプラント、アニーリング、洗浄、パターン形成、堆積、エッチング、他の様々な処理により形成された多数の素子が存在する。一部の処理工程では、分離され、近辺の基板表面より高くなった素子特徴部が存在する。例えば、ポリシリコンパターン形成後のポリシリコン構造（または線）である。ポリシリコン構造は、一方向に配された細長い線である。図３Ａにおいて、ダイ３０２には、素子領域３０３の一例が存在する。図３Ｂは、拡大した素子領域３０３の一例の上面図を示す。素子領域３０３の一例には、素子小領域３０４内のポリシリコン構造のような多数のポリシリコン構造が存在する。図３Ｃは、拡大した素子小領域３０４の上面図を示す。素子小領域３０４は、ポリシリコン線３０５等の細長いポリシリコン線で覆われている。パターンウェーハ３０１は、ポリシリコン線３０５と同じ方向に配されたポリシリコン線に主に覆われている。ポリシリコン構造３０５と同じ方向に配されていない構造３０６等の他のポリシリコン構造も存在し得る。しかしながら、構造３０５と同じ方向に配されたポリシリコン構造は、その技術に応じて、支配的な構造となる可能性がある。
【００６４】
高度な素子技術では、ソースとドレインとの間の距離を短縮して素子速度を高めるために、ポリシリコン線の幅が縮小を続けているため、ポリシリコン線のアスペクト比は、非常に高くなる場合がある。しかしながら、ポリシリコン線の抵抗力の制約のため、ポリシリコン構造の厚さは、劇的には縮小し得ない。結果として、ポリシリコン構造のアスペクト比が増加する。高アスペクト比構造は、機械力により損傷を受けやすくなる。金属相互接続部も、高アスペクト比に起因する機械力による同様の損傷の問題に直面している。
【００６５】
図３Ｄ（Ａ）は、本発明の一実施形態による、ポリシリコン線３１１上で長軸線を中心に回転する洗浄ブラシ３１０の一部を示す。ポリシリコン線３１１は、長さＬ、幅Ｗ、および高さＨを有する。長さＬは、幅Ｗおよび高さＨより実質的に長い。洗浄ブラシ３１０の一部は、ポリシリコン線３１１の上面３１２に力３１３を及ぼす。力３１３は、ポリシリコン線３１１の長さＬに対して直交する（即ち、９０°を成す）。
【００６６】
図３Ｄ（Ｂ）は、ポリシリコン線３１１’の上で長軸を中心に回転する上述した洗浄ブラシ３１０’の一部を示す。ポリシリコン線３１１’も、長さＬ、幅Ｗ、および高さＨを有する。長さＬは、幅Ｗおよび高さＨより実質的に長い。洗浄ブラシ３１０の一部の長さは、ポリシリコン線３１１’の長さに直交する。洗浄ブラシ３１０は、ポリシリコン線３１１’の上面３１２’に力３１５を及ぼす。力３１５は、ポリシリコン線３１１’の長さＬに対して平行となる（即ち、０°を成す）。
【００６７】
図３Ｅは、パターンウェーハ上のポリシリコン線の長さに対して洗浄ブラシが付与する剪断力の角度に対する欠陥数のプロットを示す。洗浄ブラシとポリシリコン線との関係は、図３Ｄ（Ａ）および図３Ｄ（Ｂ）において説明している。欠陥数のデータは、洗浄ブラシの力とポリシリコン線との間の角度の関数として、図３Ｅに示した曲線３３０の通りである。ポリシリコン線に対して、ブラシが直交し、ブラシの力が平行である時（図３Ｅの曲線３３０において０°）、欠陥数は、ほぼゼロである。ブラシの力がポリシリコン線の長さに対して０°を成す時（図３Ｄ（Ｂ）に示した関係）、ブラシは、ポリシリコン線に損傷を与えず、欠陥数を増加させない
【００６８】
欠陥数は、ブラシの力とポリシリコン線の長さとの間の角度と共に増加する。欠陥数は、図３Ｅの曲線３３０において確認されるように、ブラシの力がポリシリコン線の長さに対して９０°を成す時に最高となる。図３Ｅの結果は、付与されるブラシの力の方向がポリシリコン線の長さに直交する時、ポリシリコン線が損傷を受ける可能性が大きくなることを示している。結果は、洗浄中、パターン構造に付与される剪断力の角度がパターン構造に与える損傷の量に影響し得ることを示している。図３Ｅの結果は、基板の洗浄に洗浄ブラシを使用することで収集したものだが、剪断力の角度が欠陥数に及ぼす影響は、上述した洗浄材料１０１等の洗浄材料によるパターンウェーハの洗浄にも当てはまる。
【００６９】
図３Ｆは、本発明の一実施形態による、洗浄ヘッド３０２の下で移動する洗浄対象のパターンウェーハ３０１を示す。洗浄ヘッド３０２は、アーム３５０により保持される。パターンウェーハ３０１は、多数のダイ３０２を有する。各ダイは、図３Ａないし３Ｃにおいて、ダイ３０２の素子領域３０３の素子小領域３０４により説明したように、ポリシリコン線または金属線等の線の支配的なパターンを一方向に有する。素子小領域３０４のポリシリコン線３０５は、図３Ｇに示したように、パターンウェーハ３０１の移動の方向３１０に平行に配される。ウェーハ３０１は、洗浄ヘッド３０２の長さに直交する方向３１０に移動させる。ウェーハ３０１には、ウェーハ３０１上のダイ３０２等のダイの向きを補正するために、方向マーキング３４０が存在する。一実施形態において、方向マーキング３４０は、ウェーハ上に付けられたウェーハ識別表示である。ウェーハ３０１は、ウェーハホルダ３０２内に保持される。ウェーハホルダ３０２は、方向マーキング３４０を利用して、ウェーハ３０１を特定の向きで保持するように構成される。基板ホルダ３２０および方向マーキング３４０は、特定の向きで処理されるべきパターンウェーハ３０１の位置決めを支援する。
【００７０】
図４Ａは、多数のライン型構造Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3を有する基板４２０の切断面の断面図を示す。線Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3は、互いに平行である。Ｐ1およびＰ2は、互いに近接している。Ｐ1およびＰ2は、密集したパターンの一部として説明できる。Ｐ3は、分離されており、他のいずれの隆起構造とも近接していない。Ｐ3は、分離パターンの一部として説明できる。Ｐ1とＰ2との間には、汚染物Ｃ1が、Ｐ1およびＰ2間の表面４０２I上に存在する。汚染物Ｃ1は、線Ｐ1およびＰ2に近接している。Ｐ2とＰ3との間には、汚染物Ｃ2が、表面４０２II上に存在する。汚染物Ｃ2は、線Ｐ2およびＰ3のいずれからも離れている。
【００７１】
図４Ｂは、上述した洗浄材料１０１に類似した洗浄材料４０１が図４Ａの基板４２０に付与された状態を示している。洗浄材料４０１が（基板４２０に対する洗浄材料４０１の下向きの力と共に）付与された後、汚染物Ｃ1およびＣ2は、洗浄材料４０１内の固体成分に付着することで、表面４０２I、４０２IIから持ち上げられる。汚染物除去のメカニズムは、上述した通りである。ウェーハ４１１と洗浄材料４０１の分注ヘッド（図示せず）との間の相対運動により、剪断力ＦS1が汚染物Ｃ1に対して、ＦS2が汚染物Ｃ2に対して生じる。ＦS1は、線Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3の長手方向に平行な成分ＦP1と、線Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3の長手方向に垂直な成分ＦN1とを有する。図４Ｃは、ＦS1、ＦP1、およびＦN1間の関係を示す。図４Ｄは、ＦS2、ＦP2、およびＦN2間の関係を示す。
【００７２】
剪断力ＦS1およびＦS2は、図２Ｃおよび図３Ｆにおいて説明した、分注ヘッドに対するウェーハ４２０の相対的向きに依存する。図３Ｆおよび図３Ｇに示したように、線Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3が分注ヘッドの長さに対して垂直になるようにウェーハ４２０を配した場合、剪断力ＦS1、ＦS2は、非ゼロの値の平行成分ＦP1およびＦP2を有する。ＦP1およびＦP2は、Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3の長さに対して平行となる。ＦN1およびＦN2は、ゼロとなる。ＦN1およびＦN2は、Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3の長さに対して直角となる。図３Ｆおよび図３Ｇにおいてウェーハ３０１を９０°回転させる等、線Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3が分注ヘッドの長さに対して平行になるようにウェーハ４２０を配した場合、剪断力ＦS1、ＦS2は、非ゼロの値の垂直成分ＦN1およびＦN2を有する。ＦP1およびＦP2は、ゼロとなる。
【００７３】
剪断力ＦS1およびＦS2は、それぞれ汚染物Ｃ1およびＣ2をＰ1、Ｐ2、およびＰ3構造から離して除去することに寄与する。汚染物Ｃ1およびＣ2がＰ1、Ｐ2、およびＰ3等の構造の近くに残存しない状態を確保するためには、汚染物Ｃ1およびＣ2を表面４０２Iおよび４０２II等の基板構造から除去する必要があるだけでなく、基板表面のＰ1、Ｐ2、およびＰ3等の構造に汚染物Ｃ1およびＣ2が再付着することを防止するため、汚染物Ｃ1およびＣ2をＰ1、Ｐ2、およびＰ3等の構造から可能な限り遠くへ移動させるべきである。剪断力ＦS1およびＦS2等の剪断力は、基板表面上のＰ1、Ｐ2、およびＰ3等の構造から離れる方向へ汚染物Ｃ1およびＣ2を移動させることを助け、汚染除去効率（ＣＲＥ）または微粒子除去効率（ＰＲＥ）を向上させることができる。例えば、ＦS1が平行成分ＦP1のみを有し、ＦN1がゼロに近い状態の場合、汚染物Ｃ1は、Ｐ1およびＰ2の間または直ぐ上の領域に沿って移動し、長期間にわたってＰ1およびＰ2の近くに留まる可能性が高く、すすぎ後も汚染物Ｃ1が基板表面、あるいはＰ1およびＰ2間にも残される機会が多くなる。
【００７４】
しかしながら、ＦS1が非ゼロの垂直成分ＦN1を有する場合、汚染物Ｃ1は、Ｐ1およびＰ2近くの領域からＰ2およびＰ3間の領域へ移動される可能性が高くなる。汚染物Ｃ1がＰ2およびＰ3間の領域にある場合、汚染物Ｃ1は、すすぎ等により洗浄材料４０１が基板４２０の表面から除去される時に、基板４２０の表面から取り除かれる可能性が高くなる。汚染物Ｃ2は、Ｐ2およびＰ3間の領域にあり、ＦS2が非ゼロの垂直成分ＦN2を有するか否かにより除去が受ける影響は少ない。
【００７５】
上述したように、剪断力ＦS1の垂直成分ＦN1は、汚染物Ｃ1の除去に寄与し得る。しかしながら、図３Ｅにおいて以前に説明したように、垂直剪断力は、基板表面上の構造の損傷と、特徴部の破壊による欠陥数の増加とを助長する可能性がある。垂直剪断力は、既存の汚染物の洗浄効率を向上させ得ると同時に、構造に損傷を与えて付加的な欠陥を形成する可能性がある。最善の洗浄結果を得るために、垂直剪断力の最適化を達成する必要がある。
【００７６】
図３Ｅにおいて確認されるように、約−２０°ないし約２０°の剪断力角度間にある領域は、表面構造の損傷による欠陥数がゼロである。この領域内の剪断力角度を成して剪断力を付与した場合、表面構造の損傷による欠陥は殆ど存在しないが、剪断力の垂直成分（非ゼロ角度）は、基板表面上の既存の汚染物の除去に寄与することができる。図４Ｅは、基板（またはウェーハ）上の特徴部において洗浄ブラシまたは洗浄材料が付与する剪断力の角度の関数として欠陥数を示す、図３Ｅに類似した二本の曲線４５１および４５２を示している。曲線４５１および４５２は、異なるパターンを備えた二枚の基板に関するものである。基板表面にある特徴部の異なるパターンにより、剪断力角度に対する欠陥数を示す異なる曲線が生じる。基板表面における特徴部のアスペクト比と、特徴部のパターンのレイアウトおよび密度とは、曲線の形状に影響を与える。より均一に分布し、近接して密集した特徴部を備えたパターンウェーハでは、曲線４５２の領域Ｂ−Ｂ’のように、損傷の殆ど無い剪断力角度の領域が広くなる。対称的に、分離した不均一な分布の特徴部を備えたパターン基板は、領域Ａ−Ａ’のように、損傷の殆ど無い剪断力角度の領域が狭い曲線４５１に似た欠陥数曲線を有する可能性が高い。
【００７７】
曲線４５１および４５２のそれぞれは、角度０°近くに、欠陥数の低い平坦な領域を有する。例えば、曲線４５１は、角度Ａおよび角度Ａ’間の領域を有し、曲線４５２は、角度Ｂおよび角度Ｂ’間の領域を有する。上述したように、こうした領域内では、欠陥数が非常に低いが、こうした領域内の剪断力は、角度が０°である時を除いて、垂直成分（非ゼロ角度）を有する。基板表面に対して、こうした領域内の剪断力角度を成して、ブラシまたは洗浄材料のいずれかにより、剪断力を付与することで、特徴部に対する損傷が殆ど無い状態で、高い汚染除去効率（ＣＲＥ）または微粒子除去効率（ＰＲＥ）が得られる。
【００７８】
図２Ｃにおいて上述したように、ウェーハ２２０が洗浄ヘッド２１０の下を移動する時、ウェーハ２２０と洗浄ヘッドとの相対運動は、表面２２１において方向２３２へ向かう洗浄材料の剪断力を発生させる。加えて、図３Ａないし３Ｇに関する説明および考察では、洗浄ヘッド３０２に対する、パターンウェーハ３０１上の支配的なパターンの向きが、ウェーハ３０１上の支配的なパターンに対する剪断力の方向に影響することを示している。
【００７９】
洗浄ヘッドに対する支配的なパターンの向きが、ウェーハ上の支配的なパターンに付与される剪断力の方向に影響することに加え、ウェーハ（またはウェーハ上のパターン）における剪断力の方向は、洗浄ヘッドの設計により修正することも可能である。図５Ａは、本発明の一実施形態による、洗浄ヘッド５００の三次元（３Ｄ）図を示す。洗浄ヘッド５００は、洗浄材料５０１を分注する多数のチャネルを有する。各チャネル５０１は、Ａ端部およびＢ端部の二個の端部を有する。洗浄材料は、Ａ端部から分注され、Ｂ端部へ流動する。Ａ端部は、図２Ｃの供給ライン２６０および洗浄材料リザーバ２７０等の洗浄材料の供給元に結合される。
【００８０】
図５Ｂは、洗浄ヘッド５００の上面図を示す。チャネル５０１の軸線５０３は、洗浄ヘッドの幅５０４の線から角度αを成している。角度αは、約０°ないし約１８０°である。図５Ｃは、洗浄ヘッド５００の別の３Ｄ図を示す。図５Ｃは、チャネル５０１が洗浄ヘッドの底面５７０より高くなっていることを示している。洗浄ヘッド５００の底面上方のチャネル５０１の高さは、図５Ｃに示したように、Ｃである。
【００８１】
図５Ｄは、図５Ａの線Ｇ−Ｇ’に沿って切断したチャネル５０１の断面図を示す。図５Ｄにおいて、洗浄ヘッド５００は、図５Ａに図示されていない基板５１０の上方に配置される。洗浄材料１０１は、チャネル５０１においてＡ端部から分注され、Ｂ端部へ向かって流動する。洗浄ヘッド５００は、ウェーハ５１０の上方に配置される。図５Ｅは、Ａ端部およびＢ端部を備えたチャネル５０１の上面図を示す。Ａ端部からＢ端部への洗浄材料の流動は、図５Ｄおよび図５Ｅに示したように、基板表面において剪断力ＦCを発生させる。剪断力ＦCの方向は、チャネル５０１の軸線５８０に沿う。Ａ端部は、洗浄材料１０１の供給元に結合される。一実施形態において、Ｂ端部は、洗浄材料の除去を促進するために真空に結合される。しかしながら、Ｂ端部の真空は、チャネル５０１内の洗浄材料の流動を分断せず、チャネル５０１とウェーハ表面との間の材料体において、洗浄材料の空隙を形成しない。
【００８２】
チャネル５０１内の洗浄材料の流動による剪断力ＦCに加え、洗浄ヘッド５００下での基板５１０の移動は、さらに、基板上の洗浄材料による剪断力ＦWを導入する。ＦWは、ウェーハ移動の方向から１８０°の方向となる。図５Ｆは、洗浄ヘッド５００および基板５１０間の相対位置と、基板５１０の移動の方向５２０とを示している。基板５１０は、素子領域５６１等の素子領域を備えた、ダイ５６０等のパターンダイにより覆われている。
【００８３】
図５Ｇは、洗浄材料１０１により満たされた洗浄体５３０を備えたチャネル５０１を示す。洗浄体５３０は、Ａ端部からＢ端部への洗浄材料の流動による剪断力ＦCと、基板５２０（図示せず）と洗浄ヘッド５００との間の相対運動により発生した剪断力ＦWとを及ぼす。図５Ｈは、ＦCおよびＦWが合成され、基板表面に対する剪断合力ＦTとなることを示している。ＦTは、互いに対して垂直な二つの成分ＦTNおよびＦTPを有する。図５Ｉは、基板５１０上のライン形特徴部５６２を有する、拡大した素子領域５６１を示す。ライン形特徴部５６２は、洗浄ヘッド５００の長さに対して直角に配される。剪断合力ＦTは、ライン形特徴部５６２に対する垂直成分ＦTNおよび平行成分ＦTPを有する。図５Ｉは、ウェーハ（または基板）の表面におけるチャネル内の洗浄材料の流動により、垂直成分ＦTNが導入され、図４Ｂないし４Ｄにおいて上述したメカニズムによる汚染物（あるいは微粒子または欠陥）の除去を支援していることを示している。垂直成分ＦTNの大きさは、チャネル数、チャネルのサイズ、チャネルの形状、およびチャネルの角度αを含む洗浄ヘッドの設計と、Ａ端部からＢ端部へ洗浄材料を流動させることで導入される力であるＦCの大きさとに影響される。洗浄材料の特性および流量が、ＦCの大きさを決定する。
【００８４】
洗浄材料を分注するためのチャネルを備えた洗浄ヘッドの他の実施形態も可能である。図６Ａは、本発明の別の実施形態による、洗浄材料を分注するためのチャネル６０１を備えた洗浄ヘッド６００の上面図である。洗浄ヘッド６００の下では、基板６１０は、洗浄ヘッド６００の長さに垂直な方向６２０へ移動する。この実施形態において、チャネル６０１の長さは、洗浄ヘッド６００の長さに平行である。チャネル６０１は、洗浄材料をＢ端部に向けて分注するＡ端部を有する。Ａ端部からＢ端部への洗浄材料の流動により、洗浄ヘッド６００の下の基板６１０には、図６Ｂに示したように、チャネル６０１内のＡ端部からＢ端部へ向かう方向に剪断力ＦC1が導入される。剪断力ＦC1に加え、基板６１０の表面は、基板６１０と洗浄ヘッド６００との間の相対運動により、別の剪断力ＦW1を受ける。剪断力ＦW1は、基板６１０の移動方向６２０とは反対の方向になる。図６Ｂは、互いに垂直な二つの剪断力ＦC1およびＦW1を示している。洗浄ヘッド６００の設計では、洗浄ヘッド５００の設計に比べて、ウェーハの移動により導入される剪断力に対して垂直な剪断力をより大きくすることができる。
【００８５】
図６Ｃは、本発明の別の実施形態による、洗浄材料を分注するためのチャネル６０１’および６０１”を備えた洗浄ヘッド６００’の上面図である。洗浄ヘッド６００’の下では、基板６１０は、洗浄ヘッド６００の長さに垂直な方向６２０へ移動する。この実施形態において、チャネル６０１’および６０１”の長さは、洗浄ヘッド６００’の幅６７０の線から角度αを成している。チャネル６０１’および６０１”は、洗浄材料をＢ端部に向けて分注するＡ端部を有する。Ａ端部からＢ端部への洗浄材料の流動により、下方の基板には、図６Ｃに示したように、チャネル６０１’および６０１”内のＡ端部からＢ端部へ向かう方向に剪断力ＦCUおよびＦCLが導入される。剪断力ＦCUおよびＦCLに加え、基板６１０の表面は、基板６１０と洗浄ヘッド６００’との間の相対運動により、別の剪断力ＦW2を受ける。剪断力ＦW2は、基板６１０の移動方向６２０とは反対の方向になる。図６Ｃは、基板６１０の上半分６１０Uの表面が二種類の剪断力ＦCUおよびＦW2を受け、基板６１０の下半分６１０Lが二種類の剪断力ＦCLおよびＦW2を受けることを示している。チャネル６０１’および６０１”の設計は、汚染物を基板６１０の外縁部へ移動させる利点を潜在的に有する。
【００８６】
図６Ｄは、本発明のさらに別の実施形態による、洗浄材料を分注するためのチャネル６０１*を備えた洗浄ヘッド６００*の上面図である。洗浄ヘッド６００*は、アーム６５０により保持される。洗浄ヘッド６００*の下では、基板６１０は、洗浄ヘッド６００*の長さに垂直な方向６２０へ移動する。本実施形態において、チャネル６０１*は、洗浄ヘッド６００*の中心から始まる螺旋形に配置されている。チャネル６０１*は、洗浄材料をＢ端部に向けて分注するＡ端部と、洗浄材料をＤ端部に向けて分注するＣ端部と、洗浄材料をＦ端部に向けて分注するＥ端部と、を有する。洗浄材料の流動は、図６Ｅに示したように、下方の基板において螺旋状の剪断力ＦCSを形成する。剪断力ＦCSの方向および大きさは、洗浄ヘッド６００*全体にわたって変化する。剪断力ＦCSに加え、基板６１０の表面は、基板６１０と洗浄ヘッド６００*との間の相対運動により、別の剪断力ＦW3を受ける。剪断力ＦW3は、基板６１０の移動方向６２０とは反対の方向になる。図６Ｅは、洗浄ヘッド６００*の下にある基板６１０の表面の一部における剪断力ＦCSおよびＦW3を示している。ＦW3は、ウェーハ６１０全体に付与される。図６Ｄに示した洗浄ヘッド設計は、ウェーハ表面に対して螺旋状の剪断力要素を付与し、汚染物および洗浄材料をウェーハの外縁部へ向けて移動させる利点を潜在的に有する。
【００８７】
上述したように、異なる製品（または素子）用のウェーハは、異なる特徴部パターンを有する。異なる種類のウェーハを効果的に洗浄するためには、様々な洗浄ヘッドを様々なウェーハパターンに対して選択する。図７は、洗浄材料を分注するチャネルの設計が異なる、多数の洗浄ヘッド７０１、７０２、および７０３を備えたウェーハ洗浄チャンバ７００を示す。洗浄ヘッド７０１、７０２、および７０３は、それぞれアーム７５１、７５２、および７５３により所定位置に保持される。ウェーハ７１０が洗浄のためにチャンバ７００内に配置される時、基板７１０上の特徴部のパターンは、既に分かっている。ウェーハ７１０は、下の表面７７０に沿って、方向７２０で洗浄ヘッド７０１、７０２、および７０３へ向けて移動される。一実施形態において、表面７７０は、コンベヤベルト７６０上にある。製造処理前に実施される調査に基づいて、洗浄ヘッド７１０は、基板表面から汚染部を除去すると共に、ウェーハ表面の特徴部に損傷を与えない上で最も適切なチャネルを有する。一実施形態において、ウェーハ７１０は、ウェーハ上の支配的なパターンが洗浄ヘッドに対して事前に設定された角度を成して整列するように、特定の向きで表面７７０に沿って移動するように位置決めされる。向きの支援には、ウェーハ上の配向構造を使用することができる。加えて、基板ホルダを使用して、処理全体を通して向きが維持された状態を確保してもよい。
【００８８】
図８は、パターンウェーハの表面から汚染物を洗浄する処理フロー８００の実施形態を示す。ステップ８０１において、パターンウェーハは、ウェーハホルダにより確実に保持される。一実施形態において、パターンウェーハは、それぞれ特徴部の支配的なパターンを有する。一実施形態において、パターンウェーハは、パターンウェーハの表面から汚染物を洗浄する洗浄ヘッドに対して、支配的なパターンを方向づけるために、ウェーハホルダにより特定の向きで保持される。ステップ８０２において、パターンウェーハは、ウェーハホルダと共に、洗浄ヘッドの下方に配置される。洗浄ヘッドは、基板に対向する洗浄ヘッドの表面上に多数のチャネルを有する。一実施形態において、各チャネルは二個の端部を有する。別の実施形態において、チャネルは、洗浄ヘッドの表面から陥凹している。一実施形態において、洗浄ヘッドは、パターンウェーハに取って最善のチャネル設計を有するように選択される。ステップ８０３において、パターンウェーハは、ウェーハホルダと共に、洗浄ヘッドへ向けて移動される。ステップ８０４において、パターンウェーハの表面を洗浄するために、洗浄材料が洗浄ヘッドから洗浄ヘッドの下のウェーハ表面へ分注される。洗浄材料は、各チャネルの一方の端部から分注され、各チャネルの他方の端部へ流動する。分注を行う端部から各チャネルの他方の端部への洗浄材料の流動により、各チャネルの軸線に沿って剪断力が導入される。パターンウェーハと洗浄ヘッドとの間の相対運動により、洗浄ヘッドの下のウェーハ表面に対して洗浄材料の剪断力が導入される。洗浄材料により導入された剪断力は、上述したメカニズムにより、汚染除去効率（ＣＲＥ：contaminant removal efficiency）（または微粒子除去効率、ＰＲＥ：particle removal efficiency）を向上させる。
【００８９】
上述した説明は、パターンウェーハから汚染物を洗浄することを中心としているが、洗浄装置および方法は、パターン形成されていないウェーハから汚染物の洗浄するためにも使用できる。加えて、上述したパターンウェーハのパターンの一例は、ポリシリコン線または金属線等の隆起した線である。しかしながら、本発明の概念は、支配的パターンを形成する陥凹特徴部に適用可能である。例えば、ＣＭＰ後の凹形ビアがウェーハ上のパターンを形成する場合があり、最善の汚染除去効率を達成するために、最も適切なチャネル設計を使用可能である。さらに、隆起線は、必ずしも直線ではない。Ｌ字形の線等、非線形特徴部も支配的なパターンを形成する場合がある。
【００９０】
本発明の概念は、上述した実施形態例において説明した、発泡体または乳液のいずれかの形態の三状態洗浄材料のみに適用されるわけではない。本発明の概念は、洗浄ヘッドから分注可能でありかつ、洗浄材料が洗浄ヘッド内のチャネルを移動する時に、ウェーハ表面に剪断力を及ぼすことが可能な、任意の種類の洗浄材料に適用される。
【００９１】
洗浄ヘッドの設計をウェーハ上のパターンと一致させることで、ウェーハ上の様々な種類の特徴パターンにおいて、汚染除去効率を最大化すると同時に、損傷した特徴部により持ち込まれる欠陥を最小化して、最善の洗浄結果を達成できる。
【００９２】
以上、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明してきたが、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の多くの具体的形態で本発明を実施し得ることは当業者には理解されよう。したがって、本例および実施形態は、限定的ではなく例示的なものと見做されるべきであり、本発明は、本明細書に記載の詳細に限定されるべきではなく、添付特許請求の範囲内で変形かつ実施し得る。
なお、本願に係る発明は、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１
パターンウェーハの表面上の汚染物を除去するために洗浄材料を分注する洗浄ヘッドであって、
前記洗浄ヘッドを前記表面に近接して保持するためのアームと、
前記パターンウェーハの前記表面に対向する複数のチャネルを有する前記洗浄ヘッドと、を備え、
前記複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有し、前記二個の端部の一方は、前記洗浄材料を分注し、前記洗浄材料は、前記分注を行う端部から前記チャネルの他方の端部へ流動し、前記分注を行う端部は、前記洗浄材料の供給元に結合され、前記分注された洗浄材料は、基板に対して、前記複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、パターン基板の前記表面上の前記汚染物の除去を促進する、洗浄ヘッド。
適用例２
前記複数のチャネルは、互いに平行であり、前記複数のチャネルは、前記洗浄ヘッドの長さに対して約０°ないし約１８０°の角度を成す、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例３
前記洗浄材料が及ぼす前記剪断力は、前記パターンウェーハと前記洗浄ヘッドとの間の移動方向に対して垂直な成分を含む、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例４
前記洗浄材料は、単相、二相、または三相から成る、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例５
前記洗浄材料は、発泡体、乳液、またはゲルである、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例６
前記パターンウェーハは、支配的なパターンを有し、前記パターンウェーハは、洗浄中、前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで配される、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例７
前記複数のチャネルは、互いに平行ではない、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例８
前記複数のチャネルは、螺旋状パターンを形成する、適用例１の洗浄ヘッド。
適用例９
パターンウェーハの表面上の汚染物を除去するために洗浄材料を分注する洗浄ヘッドを有する洗浄システムであって、
前記パターンウェーハを前記洗浄ヘッドへ向けて移動させる輸送機構と、
前記パターンウェーハを前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで保持し、保持した前記パターンウェーハが前記洗浄ヘッドへの移動のために前記輸送機構に配置されるウェーハホルダと、
複数のチャネルを有する前記洗浄ヘッドと、を備え、
前記複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有し、前記二個の端部の一方は、前記洗浄材料を分注し、前記洗浄材料は、前記分注を行う端部から前記チャネルの他方の端部へ流動し、前記分注を行う端部は、前記洗浄材料の供給元に結合され、前記洗浄ヘッドは、アームにより前記パターンウェーハの前記表面に近接して保持され、前記分注された洗浄材料は、基板に対して、前記複数のチャネルのそれぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、パターン基板の前記表面上の前記汚染物の除去を促進する、洗浄システム。
適用例１０
異なるチャネル設計を有する複数の洗浄ヘッドが存在し、前記洗浄ヘッドは、前記パターンウェーハにおいて最善の汚染除去効率を達成するように、前記複数の洗浄ヘッドから選択される、適用例９の洗浄システム。
適用例１１
前記複数のチャネルは、互いに平行であり、前記複数のチャネルは、前記洗浄ヘッドの長さに対して約０°ないし約１８０°の角度を成す、適用例９の洗浄システム。
適用例１２
前記洗浄材料が及ぼす前記剪断力は、前記パターンウェーハと前記洗浄ヘッドとの間の移動方向に対して垂直な成分を含む、適用例９の洗浄システム。
適用例１３
前記洗浄システムに二個以上の洗浄ヘッドが存在し、各洗浄ヘッドは、前記複数のチャネルについて独自の構成を有する、適用例９の洗浄システム。
適用例１４
前記パターンウェーハは、支配的なパターンを有し、前記パターンウェーハは、洗浄中、前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで配される、適用例９の洗浄システム。
適用例１５
前記支配的なパターンは、互いに平行な複数の線である、適用例１４の洗浄システム。
適用例１６
パターンウェーハの表面上の汚染物を除去する洗浄材料を分注するために洗浄ヘッドを使用する方法であって、
前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで、前記パターンウェーハをウェーハホルダに配置するステップと、
前記パターンウェーハを前記ウェーハホルダと共に前記洗浄ヘッドの下に配置するステップと、
前記パターンウェーハを洗浄するために前記洗浄ヘッドから前記洗浄材料を分注するステップと、を備え、
前記洗浄ヘッドは、複数のチャネルを有し、前記複数のチャネルのそれぞれは、二個の端部を有し、前記二個の端部の一方は、前記洗浄材料を分注し、前記洗浄材料は、前記分注を行う端部から前記チャネルの他方の端部へ流動し、前記分注を行う端部は、前記洗浄材料の供給元に結合され、前記分注された洗浄材料は、基板に対して、前記複数のチャネルの前記それぞれの軸線に沿った方向に剪断力を及ぼして、パターン基板の前記表面上の汚染物の除去を促進する方法。
適用例１７
さらに、前記パターンウェーハを前記ウェーハホルダと共に前記洗浄ヘッドへ向けて移動させる、適用例１６の方法。
適用例１８
前記洗浄材料が及ぼす前記剪断力は、前記パターンウェーハと前記洗浄ヘッドとの間の移動方向に対して垂直な成分を含み、前記垂直な成分は、汚染除去効率を向上させる、適用例１６の方法。
適用例１９
前記パターンウェーハは、支配的なパターンを有し、前記パターンウェーハは、洗浄中、前記洗浄ヘッドに対して特定の向きで配され、前記特定の向きは、汚染除去効率を向上させる、適用例１６の方法。
適用例２０
前記支配的なパターンは、ポリシリコン線または金属相互接続部により形成される、適用例１９の方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ（Ａ）】
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【図３Ｄ（Ｂ）】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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