(57)【要約】      （修正有）【課題】アスペクト比が高い形状であっても、十分に小さいサイズの粒子状汚染物質を除去できる洗浄装置、方法を提供する。【解決手段】基板１１６を洗浄するための装置を開示する。この装置は、第１のヘッド部１１０と第２のヘッド部１１２とを備える。第１のヘッド部１１０は、基板の表面に近接するよう配置されており、基板の表面に泡を供給するよう構成された第１の列の流路を備える。第２のヘッド部１１２は、第１のヘッド部に実質的に隣接して、基板の表面に近接するよう配置されている。第２のヘッド部には、第２および第３の列の流路が備えられている。第２の列の流路１１２は、基板の表面に流体を供給するよう構成されている。第３の列の流路１１４は、基板の表面に真空を作用させるよう構成されている。【選択図】図１Ｂ
2007208247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板洗浄装置であって、
前記基板の表面に近接して配置された第１のヘッド部であって、前記第１のヘッド部内に設けられ前記基板の前記表面に泡を供給するよう構成された第１の列の流路を有する第１のヘッド部と、
前記第１のヘッド部に対して実質的に隣接すると共に前記基板の前記表面に近接するよう配置された第２のヘッド部であって、前記第２のヘッド部内に設けられ前記基板の前記表面に流体を供給するよう構成された第２の列の流路と、前記第２のヘッド部内に設けられ前記基板の前記表面に真空を作用させるよう構成された第３の列の流路とを有する第２のヘッド部と
を備える基板洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記第１のヘッド部および前記第２のヘッド部は、動作可能なように結合されて、一体型近接ヘッドを形成する基板洗浄装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記泡は、固体部分と液体部分と気体部分とを備えた複数の三相体からなる基板洗浄装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板洗浄装置であって、前記固体部分は脂肪酸を備える基板洗浄装置。
【請求項５】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記流体は、気体または液体のいずれかである基板洗浄装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板洗浄装置であって、前記液体は、脱イオン水または消泡剤のいずれかである基板洗浄装置。
【請求項７】
請求項５に記載の基板洗浄装置であって、前記気体は、空気と、オゾン（Ｏ3）と、酸素（Ｏ2）と、窒素（Ｎ2）と、アルゴン（Ａｒ）との内の１つである基板洗浄装置。
【請求項８】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記基板の前記表面を横切って平行移動するよう構成されている基板洗浄装置。
【請求項９】
請求項１に記載の基板洗浄装置であって、前記第２のヘッド部は、さらに、前記基板の前記表面にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）蒸気または二酸化炭素（ＣＯ2）を供給するよう構成された第４の列の流路を内部に設けられている基板洗浄装置。
【請求項１０】
基板洗浄方法であって、
粒子が付着した表面を有する基板を準備する工程と、
固体部分と液体部分と気体部分とをそれぞれ有する複数の三相体からなる泡を生成する工程と、
複数の供給部を組にした第１のセットを通して、前記基板の前記表面に前記泡を供給する工程と、
前記基板の前記表面から前記泡を除去するのに十分な量の流体を、複数の供給部を組にした第２のセットを通して前記基板の前記表面に供給する工程と、
複数の供給部を組にした第３のセットを通して、前記基板の前記表面に真空を作用させて、前記基板の前記表面から前記流体を実質的に除去する工程と
を備える基板洗浄方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板洗浄方法であって、さらに、
第４の組の供給器を通して、前記基板の前記表面にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）蒸気を供給する工程を備える基板洗浄方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の基板洗浄方法であって、前記泡は、固体部分と液体部分と気体部分とを備えた複数の三相体からなる基板洗浄方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の基板洗浄方法であって、前記固体部分は脂肪酸を備える基板洗浄方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の基板洗浄方法であって、さらに、
複数の供給部を組にした第４のセットを通して、前記基板の前記表面に真空を作用させて、前記泡の供給と前記流体の供給との間の界面において、前記基板の前記表面から前記泡を実質的に除去する工程を備える基板洗浄方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の基板洗浄方法であって、前記液体は、脱イオン水と、消泡剤および脱イオン水の混合物とのいずれかである基板洗浄方法。
【請求項１６】
基板洗浄装置であって、
流入側と流出側とを有する密閉導管であって、前記基板の表面を横切る泡に圧力を加えて、前記流入側から前記流出側への前記泡の流れを引き起こすよう構成された密閉導管と、
前記密閉導管内に収容され、前記基板を支持するよう構成された複数の支持体と、
前記密閉導管に流出する前記流れを調節するよう構成された流入側バルブと、
前記密閉導管から流出する前記流れを調節するよう構成された流出側バルブと、
前記流入側バルブおよび前記流出側バルブと通信する制御部であって、前記密閉導管を通る前記泡の流れを制御するよう構成された制御部と
を備える基板洗浄装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板洗浄装置であって、前記泡は、固体部分と液体部分と気体部分とを備えた複数の三相体からなる基板洗浄装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の基板洗浄装置であって、前記固体部分は脂肪酸を備える基板洗浄装置。
【請求項１９】
請求項１６に記載の基板洗浄装置であって、前記複数の支持体は、前記基板を回転させるよう構成されている基板洗浄装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の基板洗浄装置であって、前記流入側に気体が供給されることにより、前記泡に前記圧力が加えられ、前記流れが引き起こされる基板洗浄装置。
【請求項２１】
請求項１６に記載の基板洗浄装置であって、前記流れは圧力駆動流である基板洗浄装置。
【請求項２２】
基板洗浄方法であって、
粒子が付着した表面を有する基板を、密閉導管に挿入する工程と、
前記密閉導管の流入バルブを通して、前記密閉導管に泡を供給する工程と、
前記泡が、前記基板の前記表面を横切って移動しつつ前記基板の前記表面上の前記粒子と相互作用するように、前記泡の圧力駆動流を引き起こすために、前記密閉導管の前記流入バルブを通して力を加える工程と、
前記密閉導管の流出バルブを通して、前記密閉導管から前記粒子と共に前記泡を除去する工程と
を備える基板洗浄方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の基板洗浄方法であって、前記泡は、固体部分と液体部分と気体部分とを備えた複数の三相体からなる基板洗浄方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の基板洗浄方法であって、前記固体部分は脂肪酸を備える基板洗浄方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の基板洗浄方法であって、前記泡の前記除去は、前記密閉導管の前記流入バルブを通して流体を供給することによって実現される基板洗浄方法。
【請求項２６】
基板洗浄システムであって、
前記基板の表面に泡を供給するよう構成された圧力駆動流装置を備えた第１の洗浄領域と、
流体を供給して前記基板の前記表面から前記泡を十分に除去するよう構成された供給器を備えた第２の洗浄領域と、
前記基板を保持して、前記第１の洗浄領域から前記第２の洗浄領域に向かって前記基板を平行移動させるよう構成されたキャリアと
を備える基板洗浄システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の基板洗浄システムであって、前記泡は、固体部分と液体部分と気体部分とを備えた複数の三相体からなる基板洗浄システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の基板洗浄システムであって、前記固体部分は脂肪酸を備える基板洗浄システム。
【請求項２９】
請求項２６に記載の基板洗浄システムであって、さらに、前記密閉導管を通る前記流れを調節するよう構成された制御部を備える基板洗浄システム。
【請求項３０】
請求項２６に記載の基板洗浄システムであって、前記供給器は、前記基板の前記表面に流体を供給するよう構成されたリンスノズルである基板洗浄システム。
【請求項３１】
請求項３０に記載の基板洗浄システムであって、前記流体は、液体または気体のいずれかである基板洗浄システム。
【請求項３２】
請求項２６に記載の基板洗浄システムであって、前記供給器は、流体を供給して前記基板の前記表面から前記泡を十分に除去すると共に、真空を作用させて前記基板の前記表面から前記流体を実質的に除去するよう構成された近接ヘッドである基板洗浄システム。
【請求項３３】
基板洗浄システムであって、
前記基板の表面に近接して配置され、前記基板の前記表面に流体を供給するよう構成された流体供給器と、
前記基板の前記表面に近接して配置され、前記基板の前記表面に泡を供給するよう構成された泡供給器と、
前記基板を支持しつつ前記基板に回転速度を与えるよう構成された回転チャックであって、前記基板は複数のグリッパによって前記回転チャックに固定される回転チャックと
を備える基板洗浄システム。
【請求項３４】
請求項３３に記載の基板洗浄システムであって、前記泡は、固体部分と液体部分と気体部分とを備えた複数の三相体からなる基板洗浄システム。
【請求項３５】
請求項３４に記載の基板洗浄システムであって、前記固体部分は脂肪酸を備える基板洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路、メモリセルなど、半導体素子の製造では、一連の製造動作を実行して、半導体ウエハ（「ウエハ」）上に形状を設ける。ウエハは、シリコン基板上に設けられた多層構造の形態の集積素子を備えるように処理される。基板レベルには、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。それに続くレベルには、相互接続メタライゼーション配線が、パターニングされてトランジスタ素子に電気的に接続されており、それによって、所望の集積回路素子が規定されている。また、パターニングされた導電層は、誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。
【０００２】
一連の製造動作中に、ウエハ表面は、様々な種類の汚染物質にさらされる。基本的に、製造動作中に存在するすべての物質が、潜在的な汚染源になる。例えば、汚染源としては、特に、プロセスガス、化学物質、蒸着材料、および、液体が挙げられる。様々な汚染物質が、微粒子の形態でウエハ表面上に堆積しうる。粒子状の汚染物質が除去されなければ、汚染物質の近傍の素子は動作不能になる可能性がある。したがって、ウエハ上に規定された形状に損傷を与えることなく、ほぼ完全にウエハ表面から汚染物質を取り除くことが必要である。しかしながら、粒子状汚染物質のサイズは、しばしば、ウエハ上に加工された形状の限界寸法のサイズと同等である。ウエハ上の形状に悪影響を与えずに、かかる小さい粒子状汚染物質を除去することは、非常に困難である。
【０００３】
従来のウエハ洗浄装置、システム、および、方法は、ウエハ表面から粒子状汚染物質を除去する際に、機械的な力に大きく依存していた。形状のサイズが小さくなって壊れやすくなるにつれ、ウエハ表面に機械力を加えることによって形状が損傷する可能性が高くなっている。例えば、アスペクト比の高い形状は、十分な機械力を作用させた時に、倒壊や破壊を受けやすい。洗浄の問題をさらに複雑にしていることは、形状サイズを小さくすると、粒子状汚染物質のサイズも小さくなることである。十分に小さいサイズの粒子状汚染物質は、高アスペクト比の形状によって囲まれたトレンチ内など、到達するのに困難な領域内に入り込むことができる。したがって、現在の半導体製造において、損傷なしに汚染物質を効率的に除去することは、ウエハ洗浄技術における継続的な進歩によって対処すべき課題である。平面ディスプレイの製造動作は、上述の集積回路製造と同じ欠点を抱えていることを理解されたい。
【０００４】
以上の点から、ウエハ表面を洗浄するための、より効果的で研磨作用の弱い洗浄装置、システム、および、方法が求められている。
【発明の開示】
【０００５】
概して、本発明は、これらの要求を満たすために、ウエハ表面を洗浄するための改良された装置、システム、および、方法を提供する。本発明は、装置、方法、および、システムを含む種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【０００６】
一実施形態では、基板洗浄装置が開示されている。その装置は、第１のヘッド部と第２のヘッド部とを備える。第１のヘッド部は、基板の表面に近接するよう配置され、基板の表面に泡を供給するよう構成された第１の列の流路を備える。第２のヘッド部は、第１のヘッド部に対して実質的に隣接して、基板の表面に近接するよう配置されている。第２のヘッド部には、第２および第３の列の流路が備えられている。第２の列の流路は、基板の表面に流体を供給するよう構成されている。第３の列の流路は、基板の表面に真空を作用させるよう構成されている。
【０００７】
別の実施形態では、基板洗浄方法が開示されている。表面上に粒子が付着した基板が準備される。固体部分と液体部分と気体部分とをそれぞれ有する複数の三相体からなる泡が生成される。その泡は、複数の供給部を組にした第１のセットを通して、基板の表面に供給される。基板の表面から泡を除去するのに十分な量の流体が、複数の供給部を組にした第２のセットを通して基板の表面に供給される。複数の供給部を組にした第３のセットを通して、基板の表面に真空を作用させることにより、流体は、基板の表面から十分に除去される。
【０００８】
さらに別の実施形態では、基板洗浄装置が開示されている。その装置は、密閉導管と、複数の支持体と、流入側バルブと、流出側バルブとを備える。密閉導管は、基板の表面を横切る泡に圧力を加えて、流入側から流出側への泡の流れを引き起こすよう構成されている。複数の支持体は、密閉導管内に収容され、基板を支持するよう構成されている。流入側バルブおよび流出側バルブは、密閉導管に対する泡の流れの出入りを調節するよう構成されている。流入側バルブおよび流出側バルブと通信する制御部が、密閉導管を通る泡の流れを制御する。
【０００９】
さらにまた別の実施形態では、基板洗浄方法が開示されている。粒子の付着した基板が、密閉導管に挿入される。密閉導管の流入バルブを通して、密閉導管に泡が供給される。泡が、基板の表面を横切って移動しつつ基板の表面上の粒子と相互作用するように、泡の圧力駆動流を引き起こすために、密閉導管の流入バルブを通して力が加えられる。泡は、密閉導管の流出バルブを通して、密閉導管から粒子と共に除去される。
【００１０】
さらに別の実施形態では、基板洗浄システムが開示されている。そのシステムは、第１の洗浄領域と、第２の洗浄領域と、基板を保持できるキャリアとを備える。第１の洗浄領域は、基板の表面に泡を供給するよう構成された圧力駆動流装置を備える。第２の洗浄領域は、流体を供給して基板の表面から泡を実質的に除去するよう構成された供給器を備える。キャリアは、第１の洗浄領域から第２の洗浄領域まで基板を平行移動させるよう構成されている。
【００１１】
またさらに別の実施形態では、基板洗浄システムが開示されている。そのシステムは、流体供給器と、泡供給器と、回転チャックとを備える。流体供給器は、基板の表面に近接して配置され、基板の表面に流体を供給するよう構成されている。泡供給器は、基板の表面に近接して配置され、基板の表面に泡を供給するよう構成されている。回転チャックは、基板を支持しつつ基板に回転速度を与えるよう構成されており、回転チャックへの基板の固定には、複数のグリッパが用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ウエハ表面を洗浄するための装置、システム、および、方法の発明について説明する。しかしながら、本発明が、これらの詳細の一部または全てがなくとも実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。
【００１３】
本明細書で用いられているように、三相体洗浄剤は、気体部分と液体部分と固体部分とを含む複数の三相体を含有する。一実施形態では、気体部分および液体部分は、基板表面の汚染物質粒子の近傍に固体部分を運ぶよう媒介する。固体部分を形成するために利用可能な材料の種類としては、例えば、脂肪族酸、カルボン酸、パラフィン、ワックス、ポリマ、ポリスチレン、および、その他の粘弾性材料が挙げられる。固体部分の材料は、液体部分の中での溶解限度を超える濃度で存在することが好ましい。また、特定の固体部分の材料に関する洗浄効果は、濃度、温度、ｐＨ、および、その他の環境条件の関数として変化してよいことを理解されたい。
【００１４】
脂肪族酸とは、基本的に、炭素原子が開鎖を形成する有機化合物によって規定される任意の酸を示す。脂肪酸は、三相体の洗浄剤の中の固体部分として利用可能な脂肪族酸の一例である。固体部分として利用可能な脂肪酸の例としては、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、それらの混合物が挙げられる。
【００１５】
固相は、洗浄中に粒子と相互作用して、粒子の除去を実現する。本明細書で用いられているように、基板とは、半導体ウエハ、平面ディスプレイの表面（例えば、液晶ディスプレイなど）、ウエハ操作装置およびハードウェアのように、製造動作中に汚染される可能性があるものを意味する。
【００１６】
図１Ａは、本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部の底面を示す図である。図に示すように、近接ヘッド部１０２は、三相体洗浄剤を供給するための複数の三相体供給流出口１０４と、流体を供給するための複数の流体供給流出口１０６と、基板の表面に真空を作用させるための複数の真空開口部１０８とを備える。
【００１７】
一実施形態では、三相体供給流出口１０４、流体供給流出口１０６、および、真空開口部１０８は、基板の直径全体を網羅するよう構成された近接ヘッド部１０２の表面を横切る長さ方向の列に順番に配列されている。例えば、近接ヘッド部１０２における最初の３列の流出口が三相体供給流出口であり、次の２列が流体供給流出口１０６であり、さらに次の２列が真空開口部１０８であるように構成されてよい。この構成は、近接ヘッド部１０２において様々な種類の流出口／開口部を配列する際に可能な構成の一例に過ぎず、実際には、様々な流出口／開口部の種類と、様々な順序の流出口／開口部と、各種の流出口／開口部に割り当て可能な列の数とを有する無数の構成が存在することを理解されたい。流出口／開口部の構成は、用途における要件、近接ヘッド部１０２が収容可能な流出口／開口部の数、および、ヘッド部１０２の一部として構成可能な流出口／開口部の種類によってのみ限定される。
【００１８】
一実施形態では、三相体供給流出口１０４は、基板の表面に三相体洗浄剤を供給するよう構成される。三相体洗浄剤は、複数の三相体を含む泡またはエマルジョンであってよい。一実施形態では、流体供給流出口１０６は、基板の表面に液体を供給するよう構成される。供給可能な液体の種類の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。しかしながら、用途の要件に応じて、基板表面から三相体洗浄剤を十分に除去できる限りは、基本的に任意の液体を用いてよいことを理解されたい。別の実施形態では、流体供給流出口１０６は、基板の表面に気体を供給するよう構成される。流体供給流出口１０６によって供給可能な気体の種類の例としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）蒸気、二酸化炭素（ＣＯ2）、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）などが挙げられる。基板表面に規定された多層構造を損傷せずに基板表面を十分に乾燥できる限りは、基本的に任意の種類の気体を供給してよい。一実施形態では、真空開口部は、基板の表面に真空を作用させるよう構成される。真空圧の設定は、基板の表面に付着したすべての三相体洗浄剤および／または液体を十分に除去するよう最適化される。
【００１９】
図１Ｂは、本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部を示す側面図である。図に示すように、三相体洗浄剤（すなわち、泡）供給管１１０と、流体供給管１１２と、真空供給管１１４とを備える近接ヘッド部１０２が、基板１１６の上面に近接して配置されており、基板１１６は、近接ヘッド部１０２の下で平行移動する。上述のように、三相体洗浄剤は、用途や、三相体洗浄剤の化学組成に応じて、泡またはエマルジョンとして供給されてよい。
【００２０】
図に示すように、基板１１６の表面は、三相体洗浄剤によって最初に処理された後に、脱イオン水によって洗浄剤を洗い流され、次に、真空を作用させることにより、表面から脱イオン水が除去される。一実施形態では、第２の近接ヘッド部が、基板１１６の底面に近接して配置されており、上面用の近接ヘッド部１０２とほぼ整列している。第２の近接ヘッド部は、三相体洗浄剤および脱イオン水によって基板１１６の底面を処理した後に、真空を作用させることによって乾燥を行うよう構成されている。
【００２１】
図２Ａは、本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部を示す拡大断面図である。図に示すように、近接ヘッド１０２は、近接ヘッド１０２の上面の流入口／ポートから、近接ヘッド１０２の底面の流出口／開口部まで伸びる複数の流路を備える。図に示すように、近接ヘッド部１０２は、三相体洗浄剤２０２の流出口を通して基板表面に洗浄剤２０２を供給するよう構成された流路に、三相体洗浄剤２０２を供給するための三相体洗浄剤流入口２０８と、流体メニスカス２０４の形態で流体を基板表面に供給するよう構成された流路に、流体（例えば、脱イオン水／消泡剤など）を供給するための流体流入口２１０と、基板１１６の表面に対して真空を作用させるよう構成された流路に、真空を供給するための真空流入口２１２と、基板１１６の表面に気体２０６を供給するよう構成された流路を通して、気体２０６（例えば、ＩＰＡ蒸気、ＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2など）を供給するための気体供給流入口２１４とを備える。一実施形態では、基板１１６の表面に、三相体洗浄剤、流体、真空、および、気体を供給または作用させる洗浄動作中に、基板１１６は、近接ヘッド部１０２の下側で平行移動する。別の実施形態では、近接ヘッド部１０２は、洗浄動作中に、基板１１６の表面の上側で平行移動するよう構成されている。一実施形態では、（図１Ｂに示すように）制御システムが設けられてよい。制御システムは、近接ヘッド部１０２に出入りする流体の流れを管理するよう構成される。流体の流れの管理には、流量計および制御装置が、適切なメニスカスの形成を保証する動作が含まれてよい。一実施形態では、メニスカスは、近接ヘッド部１０２と基板１１６の表面との間に維持される。これにより、洗浄流体および三相体の正確な制御が可能になる。
【００２２】
図２Ｂは、三相体洗浄剤２０２および流体２０４に真空を作用させることを可能にする真空流入口２１６を備えた別の構成を示す図である。この実施形態では、真空流入口２１６は、複数の別個のマニホールド（例えば、穴またはポート）の形態であってよく、それにより、洗浄剤２０２と流体２０４との間に良好な界面が提供される。一実施形態では、真空流入口２１６は、良好な界面を提供することで、洗浄剤２０２と流体２０４とが混合する量を低減する助けになると考えられる。与えられた用途にとっての所望の混合の程度に応じて、真空流入口２１６は、（例えば、ポンプおよびコンピュータ／プログラム制御によって）制御されてよい。したがって、各レシピは、三相体２０８、真空２１６、流体２１０、真空２１２、および、気体２０６に関する調節の程度を様々に規定する。
【００２３】
したがって、近接ヘッド部１０２は、多くの異なる構成が可能であることと、上述した構成は一例に過ぎないことを理解されたい。他の近接ヘッド１０２の構成は、近接ヘッド部１０２を用いる特定の用途の要求に応じて、様々な種類および数の流路を備えてよい。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための一体型洗浄装置を示す上面図である。図に示すように、基板１１６が、一体型洗浄装置３００に向かって平行移動する。一体型洗浄装置３００は、三相体洗浄剤供給部３０２と、近接ヘッド部３０４と、気体供給部３０６とを備える。三相体洗浄剤供給部３０２は、基板１１６が、一体型洗浄装置３００の下側で平行移動する間、または、洗浄装置３００が、基板１１６の表面の上側で平行移動する間に、基板１１６の表面に三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。洗浄剤は、三相体の泡またはエマルジョンの形態であってよい。一実施形態では、三相体供給部３０２は、洗浄剤の固体部分と基板１１６の表面上の汚染物質粒子との間の相互作用を促進するのに十分な力で、三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。例えば、基板１１６の表面に十分に近い位置にある三相体に対して、下向きの力（一般的に、力）を加えて、三相体の固体部分と基板１１６の表面に付着した汚染物質粒子との間の相互作用を引き起こすように、洗浄剤を供給することが可能である。ウエハが水平に配置されない場合には、その力は、下向きの力ではなく、ウエハの配置に対応した力である。三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用により、三相体が除去される時に、粒子も、基板１１６の表面から除去される。これらの相互作用は、付着、衝突、および、引力を含む１または複数の作用によって確立されてよい。
【００２５】
近接ヘッド部３０４は、基板１１６の表面上に液体メニスカスを供給するための流出口と、基板１１６の表面に真空を作用させるための開口部とを備える。基板１１６の洗浄動作中に、近接ヘッド部３０４は、三相体洗浄剤と、それに結びついた汚染物質粒子とを、基板１１６の表面から除去するよう構成されている。液体メニスカスと、基板１１６の表面との境界は、基板１１６の表面からの洗浄剤の十分な除去を引き起こす液体が急速に入れ替わる領域である。利用可能な液体の種類の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。用途における要件に応じて、基板１１６の表面から三相体洗浄剤および汚染物質粒子を十分に除去できる限りは、基本的に任意の液体を用いてよいことを理解されたい。
【００２６】
さらに、図３を参照して、気体供給部３０６は、近接ヘッド部３０４が、三相体洗浄剤を実質的に除去した後に、基板１１６の表面から液体を実質的に除去するために、気体を供給するよう構成されている。気体供給部が供給できる気体の例としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）ガス、ＣＯ2、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）などが挙げられる。基板１１６の表面に設けられた多層構造を損傷せずに基板１１６の表面を十分に乾燥できる限りは、基本的に任意の種類の気体を供給してよい。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための非一体型洗浄装置を示す図である。図に示すように、その洗浄装置は、マニホールド部４０２と、近接ヘッド部１０２とを備えており、両者は、洗浄動作中に、基板１１６の上面を横切って平行移動する際に、実質的に協調して作動するよう構成されている。一実施形態では、マニホールド部４０２および近接ヘッド部１０２は、一体型洗浄装置として一体化される。別の実施形態では、マニホールド部４０２と、近接ヘッド部１０２は、物理的に離れた装置として構成される。一実施形態では、基板１１６の洗浄動作中に、基板１１６は、まず、マニホールド部４０２の下側を横切った後に、近接ヘッド部１０２の下側を横切って、平行移動する。マニホールド部４０２は、基板１１６の表面を洗浄するための三相体洗浄剤を供給するよう構成されており、近接ヘッド部１０２は、液体および真空を作用させて、基板表面１１６から洗浄剤を除去する。
【００２８】
マニホールド部４０２は、基板１１６の表面に近接して配置されており、その表面に三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。三相体洗浄剤は、複数の三相体を含む泡またはエマルジョンとして供給されてよい。一実施形態では、マニホールド部４０２は、洗浄剤の固体部分と基板１１６の表面上の汚染物質粒子４０４との間の相互作用を促進するのに十分な力で、三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用により、三相体が除去される時に、粒子も、基板１１６の表面から除去される。上述のように、相互作用は、付着、衝突、および、引力を含む１または複数の作用によって確立されてよい。三相体が基板１１６の表面から除去される際に、汚染物質粒子４０４も除去される。
【００２９】
さらに、図４によると、近接ヘッド部１０２は、動作中には、基板１１６の表面に近接するよう配置されており、循環する液体メニスカスを基板１１６の表面上で形成して、すべての三相体洗浄剤および汚染物質４０４を、表面から実質的に除去するよう構成されている。液体メニスカスを形成するために、近接ヘッド部１０２が利用できる液体の種類の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。一実施形態では、近接ヘッド部１０２は、さらに、基板１１６の表面に気体を供給するよう構成された気体供給流出口を備える。これらの流出口が供給できる気体の例としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）ガス、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）などが挙げられる。基板１１６の表面に設けられた多層構造を損傷せずに基板１１６の表面を十分に乾燥できる限りは、基本的に任意の種類の気体を供給してよい。
【００３０】
図５は、本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するためのシステムを示す側面図である。図に示すように、そのシステムは、三相体洗浄剤供給器５０２と、液体供給ノズル５０４と、回転チャック５０８とを備える。三相体供給器５０２は、液体供給ノズル５０４に隣接すると共に、回転チャック５０８上に基板１１６を固定するよう構成された複数の基板クリップ５０６によって支持された基板１１６の表面に近接するように配置されている。クリップ５０６は、任意の構成を取ってよく、爪、ホルダ、ホイール、ローラ、グリッパなどと呼ばれることもある。ウエハを保持する本体の構成は、回転リンス乾燥モジュールと同様であるが、本発明の供給器５０２は、基板１１６の表面上に三相体を適切に供給できるように調整されている。
【００３１】
上述のように、一実施形態では、三相体供給器５０２は、泡の形態で三相体洗浄剤を供給するよう構成される。別の実施形態では、三相体供給器５０２は、エマルジョンの形態で三相体洗浄剤を供給するよう構成される。一実施形態では、三相体洗浄剤供給器５０２は、洗浄剤の固体部分と基板１１６の表面上の汚染物質粒子との間の相互作用を促進するのに十分な力で、三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用により、三相体が除去される時に、粒子も、基板１１６の表面から除去される。別の実施形態では、システムは、さらに、三相体洗浄剤に対して下向きの力を加えることによって、洗浄剤の固体部分と基板１１６の表面上の汚染物質粒子との間の相互作用を促進するよう構成された加力装置を備える。
【００３２】
液体供給ノズル５０４は、基板１１６の表面に近接して配置されており、基板１１６の表面上に液体を供給するよう構成されている。供給可能な液体の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。しかしながら、用途における要件に応じて、基板１１６の表面から三相体洗浄剤を十分に除去できる限りは、基本的に任意の液体を用いてよいことを理解されたい。
【００３３】
さらに、図５を参照して、回転チャック５０８は、回転乾燥動作を実行するよう構成されており、それによって、チャック５０８に取り付けられた基板クリップ５０６に支持された基板１１６は、基板１１６の表面上に付着した三相体洗浄剤および／または液体を十分に除去できる速さで回転される。一実施形態では、基板クリップ５０６を用いる代わりに、回転チャック５０８は、基板１１６が回転乾燥動作中にチャック５０８上で実質的に静止した状態を維持できる程の力で、基板１１６を固定するよう構成された静電チャックになっている。別の実施形態では、基板クリップ５０６を用いる代わりに、回転チャック５０８は、基板１１６が回転乾燥動作中に実質的に静止した状態を維持できる程の強さで、基板１１６に対して真空を作用させるよう構成された真空チャックになっている。
【００３４】
他の実施形態では、三相体は、供給用の流体の流れまたは層を用いて、静止した基板に供給されてもよい。かかる場合には、三相体は、泡を形成し始める前の形態で供給されてよい。このように、流体は、基板の表面上に、流れまたは層として供給される。乾燥動作が、送風機を用いて実行されてもよく、そうすれば、表面は、最後に乾燥した状態になる。さらに、近接ヘッドを用いて、上述のように乾燥動作を実行することもできる。
【００３５】
図６は、本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するための方法を示すフローチャートである。この方法で用いられる洗浄装置については、図１、２Ａ、２Ｂ、３、および４に示している。方法６００は、粒子で汚染された基板を準備する動作６０２から始まる。上述のように、本明細書で用いられている例としての基板は、限定されることはなく、半導体ウエハ、ハードディスク、光学ディスク、ガラス基板、平面ディスプレイ、液晶ディスプレイなどを意味する。方法６００は、三相体の泡を生成する動作６０４に進む。泡は、固体部分と液体部分と気体部分とをそれぞれ有する複数の三相体を備える。三相体洗浄剤の組成および作用のさらなる説明については、２００６年２月３日に出願された米国特許出願（１１／３４６，８９４）（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５４６）「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＲＥＭＯＶＩＮＧ  ＣＯＮＴＡＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＦＲＯＭ  Ａ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＡＮＤ  ＦＯＲ  ＭＡＫＩＮＧ  Ａ  ＣＬＥＡＮＩＮＧ  ＳＯＬＵＴＩＯＮ」を参照すること。
【００３６】
方法６００は、複数の供給部を組にした第１のセット（以下、第１の供給器という）を通して、基板の表面に三相体の泡を供給する動作６０６に進む。一実施形態では、第１の供給器は、三相体の固体部分と、基板の表面上に付着した粒子との間の相互作用を促進するのに十分な力で、泡を供給するよう構成されている。方法６００は、基板の表面から泡を十分に除去できる量の流体を、複数の供給部を組にした第２のセット（以下、第２の供給器という）を通して基板の表面に供給する動作６０８に進む。この動作に適した流体の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。用途における要件に応じて、基板表面から三相体洗浄剤を十分に除去できる限りは、基本的に任意の液体を用いてよいことを理解されたい。
【００３７】
さらに、図６によると、方法６００は、複数の供給部を組にした第３のセット（以下、第３の供給器という）を通して、基板の表面に真空を作用させて、基板の表面からすべての流体を実質的に除去する動作６１０に進む。一実施形態では、第１および第２の供給器は、第１のヘッド部に備えられており、第３の供給器は、第２のヘッド部に備えられている。別の実施形態では、第１の供給器は、第１のヘッド部に備えられており、第２および第３の供給器は、第２のヘッド部に備えられている。さらに別の実施形態では、第１、第２、および、第３の供給器はすべて、１つの一体化されたヘッド部に備えられている。
【００３８】
図７は、本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するための圧力駆動流装置を示す説明図である。図に示すように、圧力駆動流装置７００は、流入バルブ７０４と、流出バルブ７０６と、複数の基板グリッパ７０１と、洗浄剤貯蔵容器７０８とを備える密閉導管７０２からなる。流入バルブ７０４および流出バルブ７０６は、それぞれ、密閉導管７００に対する三相体洗浄剤および流体の出入りを調節するよう構成されている。三相体洗浄剤は、動作可能なように流入バルブ７０４に取り付けられた洗浄剤貯蔵容器７０８から供給される。
【００３９】
密閉導管７００を通る三相体洗浄剤の出入りを調節することにより、力が生じて、その力が基板１１６の表面に隣接する三相体に対して作用することで、三相体の固体部分と基板１１６の表面上の汚染物質粒子との間の相互作用が促進される。三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用により、三相体が除去される時に、粒子も、基板１１６の表面から除去される。これらの相互作用は、付着、衝突、および、引力を含む１または複数の作用によって確立されてよい。流入バルブ７０４および流出バルブ７０６は、動作可能なように両方のバルブに接続された制御部７１０によって制御される。密閉導管７００内に収容された複数の基板グリッパ７０１は、高い位置で基板１１６を支持しつつ、洗浄動作中の意図しない動きをすべて防止するように基板１１６を拘束するよう構成されている。
【００４０】
さらに、図７を参照して、一実施形態では、流体は、基板１１６を乾燥する作用、および／または、三相体に力を加えて、三相体の固体部分と基板１１６の表面上に付着した汚染物質粒子との間の相互作用を促進する作用を有する気体である。流入バルブ７０４には、密閉導管７００に気体を供給するための気体源（図７では図示せず）が、動作可能なように取り付けられている。その利用に適した気体の例としては、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、二酸化炭素（ＣＯ2）などが挙げられる。三相体、および／または、基板１１６の表面に規定された多層構造と反応しない限りは、基本的に任意の種類の気体を供給してよい。別の実施形態では、流体は、基板１１６の表面から三相体洗浄剤を洗い流すために用いられる液体である。流入バルブ１１６には、密閉導管７００に流体を供給するための流体貯蔵容器が、動作可能なように取り付けられる。適切な液体の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。用途における要件に応じて、基板１１６の表面から三相体洗浄剤および汚染物質粒子を十分に除去できる限りは、基本的に任意の液体を用いてよい。
【００４１】
図８Ａは、本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するためのシステムによる処理を示す工程図である。この工程図に示すように、基板は、まず、第１の洗浄領域８０２において、圧力駆動流装置による洗浄動作を施される。圧力駆動流装置は、三相体の固体部分と基板表面上に付着した汚染物質粒子との間の相互作用を促進するように、基板の表面に三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用により、三相体が除去される時に、粒子も、基板の表面から除去される。圧力駆動流装置による洗浄の後、基板は、第１の洗浄領域８０２と第２の洗浄領域８０４とをつなぐ軌道上の基板キャリアによって、第１の洗浄領域８０２から第２の洗浄領域８０４に移動される。第２の洗浄領域８０４は、基板の表面上に残ったすべての三相体洗浄剤、流体、および／または、汚染物質粒子を実質的に洗い流して乾燥するための流体を供給するよう構成された１または複数の供給器を備える。その利用に適した液体の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）、過酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ＳＣ−１溶液（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ）、消泡剤などが挙げられる。用途における要件に応じて、基板表面から三相体洗浄剤および汚染物質粒子を十分に除去できる限りは、基本的に任意の液体を用いてよい。
【００４２】
図８Ｂは、本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するためのシステムによる処理を示す工程図である。この工程図に示すように、基板は、まず、第１の洗浄領域８０２において、圧力駆動流装置による洗浄動作を施される。上述のように、圧力駆動流装置は、三相体の固体部分と基板表面上に付着した汚染物質粒子との間の相互作用を促進するように、基板の表面に三相体洗浄剤を供給するよう構成されている。圧力駆動流装置による洗浄の後、基板は、第１の洗浄領域８０２と第２の洗浄領域８０６とをつなぐ軌道上の基板キャリアによって、第１の洗浄領域８０２から第２の洗浄領域８０６に移動される。第２の洗浄領域８０６は、液体メニスカスを用いて、すべての残留三相体洗浄剤を基板表面から洗い流し、真空を用いて、基板表面上に残った液体を乾燥するよう構成された近接ヘッド部を備える。一実施形態では、近接ヘッド部は、さらに、気体を供給して基板表面の乾燥動作を促進するよう構成される。この用途での利用に適した気体の例としては、ＩＰＡ蒸気、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）などが挙げられる。
【００４３】
図９は、本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するための方法を示すフローチャートである。この方法で用いられる洗浄装置については、図７、８Ａ、および８Ｂに示している。方法９００は、粒子が付着した基板を密閉導管に挿入する動作９０２から始まる。上述したように、基板は、半導体ウエハやＬＣＤフラットパネルであってよい。方法９００は、密閉導管の流入バルブを通して密閉導管に、三相体の泡を供給する動作９０４に進む。上述のように、三相体の泡は、動作可能なように流入バルブに接続された貯蔵容器から供給される。また、三相体の泡は、固体部分と液体部分と気体部分とをそれぞれ有する複数の三相体からなる。
【００４４】
方法９００は、泡が、基板の表面を横切って移動しつつ、基板の表面上の汚染物質粒子と相互作用するように、密閉導管の流入バルブを通して力を加えることによって泡の圧力駆動流を引き起こす動作９０６に進む。上述のように、泡を構成する三相体の固体部分は、汚染物質粒子と相互作用する泡の成分である。これらの相互作用は、付着、衝突、および、引力を含む１または複数の作用によって確立されてよい。
【００４５】
さらに、図９を参照して、方法９００は、密閉導管の流出バルブを通して、密閉導管から、粒子と共に泡を除去する動作９０８に進む。泡の除去は、密閉導管の流入バルブを通して液体を供給し、基板の表面から三相体の泡を洗い流すことによって実現される。液体は、流出バルブを通して密閉導管から排出される。三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用により、三相体が除去される時に、粒子も、基板の表面から除去される。
【００４６】
本明細書では、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明したが、本発明の趣旨や範囲を逸脱することなく、様々な他の具体的な形態で本発明を実施できることは、当業者にとって明らかである。したがって、上述した例および実施形態は、例示に過ぎず、限定の意図はないため、本発明は、本明細書に記載した詳細事項には限定されず、添付した特許請求の範囲の範囲内で変更および実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部の底面を示す説明図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部を示す拡大断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための近接ヘッド部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための一体型洗浄装置を示す上面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するための非一体型洗浄装置を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って、基板表面を洗浄するためのシステムを示す側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するための方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するための圧力駆動流装置を示す説明図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するためのシステムによる処理を示す工程図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するためのシステムによる処理を示す工程図である。
【図９】は、本発明の一実施形態に従って、基板を洗浄するための方法を示すフローチャートである。
【図１Ａ】
2007208247.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2007208247.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
Apparatus and system for cleaning a substrate
2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Background
[0001]In the fabrication of semiconductor devices such as integrated circuits, memory cells, and the like, a series of manufacturing operations are performed to define features on semiconductor wafers ("wafers").  The wafers are processed to include integrated circuit devices in the form of multi-level structures defined on a silicon substrate.  At a substrate level, transistor devices with diffusion regions are formed.  In subsequent levels, interconnect metallization lines are patterned and electrically connected to the transistor devices to define a desired integrated circuit device.  Also, patterned conductive layers are insulated from other conductive layers by dielectric materials.
[0002]During the series of manufacturing operations, the wafer surface is exposed to various types of contaminants.  Essentially any material present in a manufacturing operation is a potential source of contamination.  For example, sources of contamination may include process gases, chemicals, deposition materials, and liquids, among others.  The various contaminants may deposit on the wafer surface in particulate form.  If the particulate contamination is not removed, the devices within the vicinity of the contamination will likely be inoperable.  Thus, it is necessary to clean contamination from the wafer surface in a substantially complete manner without damaging the features defined on the wafer.  However, the size of particulate contamination is often on the order of the critical dimension size of features fabricated on the wafer.  Removal of such small particulate contamination without adversely affecting the features on the wafer can be quite difficult.
[0003]Conventional wafer cleaning apparatuses, systems, and methods have relied heavily on mechanical force to remove particulate contamination from the wafer surface.  As feature sizes continue to decrease and become more fragile, the probability of feature damage due to application of mechanical force to the wafer surface increases.  For example, features having high aspect ratios are vulnerable to toppling or breaking when impacted by a sufficient mechanical force.  To further complicate the cleaning problem, the move toward reduced feature sizes also causes a reduction in the size of particulate contamination.  Particulate contamination of sufficiently small size can find its way into difficult to reach areas on the wafer surface, such as in a trench surrounded by high aspect ratio features.  Thus, efficient and non-damaging removal of contaminants during modern semiconductor fabrication represents a continuing challenge to be met by continuing advances in wafer cleaning technology.  It should be appreciated that the manufacturing operations for flat panel displays suffer from the same shortcomings of the integrated circuit manufacturing discussed above.
[0004]In view of the forgoing, there is a need for a more effective and less abrasive cleaning apparatuses, systems, and methods for cleaning wafer surfaces.  
SUMMARY
[0005]Broadly speaking, the present invention fills these needs by providing improved apparatuses, systems, and methods for cleaning wafer surfaces.  It should be appreciated that the present invention can be implemented in numerous ways, including as an apparatus, a method and a system.  Several inventive embodiments of the present invention are described below.
[0006] In one embodiment, an apparatus for cleaning a substrate is disclosed.  The apparatus having a first head unit and a second head unit.  The first head unit is positioned proximate to the surface of the substrate and has a first row of channels defined within configured to supply a foam to the surface of the substrate.  The second head unit is positioned substantially adjacent to the first head unit and proximate to the surface of the substrate.  A second and a third row of channels are defined within the second head unit.  The second row of channels is configured to supply a fluid to the surface of the substrate.  The third row of channels is configured to apply a vacuum to the surface of the substrate.
[0007]In another embodiment, a method for cleaning a substrate is disclosed.  A substrate with a particle deposited thereon is provided.  A foam including a plurality of tri-state bodies each having a solid portion, liquid portion, and a gas portion is generated.  The foam is applied to the surface of the substrate through a first set of applicators.  A fluid is applied to the surface of the substrate through a second set of applicators in sufficient quantity to substantially remove the foam from the surface of the substrate.  A vacuum is applied to the surface of the substrate through a third set of applicators to substantially remove the fluid from the surface of the substrate.
[0008]In still another embodiment, an apparatus for cleaning a substrate is disclosed.  The apparatus includes a containment conduit, a plurality of supports, an inlet end valve, and an outlet end valve.  The containment conduit is configured to apply a pressure on a foam passing across a surface for the substrate establishing a flow for the foam from the inlet end to the outlet end.   The plurality of supports are enclosed within the containment conduit and are configured to support the substrate. The inlet end valve and the outlet end valve are configured to regulate the flow of foam into and out of the containment conduit.  A controller in communications with the inlet end valve and outlet end valve controls the flow of foam through the containment conduit.
[0009]In still yet another embodiment, a method for cleaning a substrate is disclosed.  A substrate with a particle deposited thereon is inserted into a containment conduit.  A foam supplied to the containment conduit through an inlet valve of the containment conduit.  A pressure is applied through the inlet valve of the containment conduit to establish a pressure-driven flow for the foam such that the foam moves across the surface of the substrate and interacts with the particle on the surface of the substrate.  The foam is removed along with the particle from the containment conduit through the outlet valve of the containment conduit.
[0010]In still another embodiment, a system for cleaning a substrate is disclosed.  The system includes a first cleaning zone, a second cleaning zone and a carrier capable of holding the substrate.  The first cleaning zone includes a pressure-driven flow unit configured to apply a foam to a surface of the substrate.  The second cleaning zone includes an applicator that is configured to dispense a fluid to substantially remove the foam from the surface of the substrate.  The carrier is configured to transport the substrate translationally from the first cleaning zone to the second cleaning zone.
[0011]In yet still another embodiment, a system for cleaning a substrate is disclosed.  The system includes a fluid dispenser, a foam dispenser and a rotating chuck.  The fluid dispenser is positioned proximate to a surface of the substrate and is configured to deliver a fluid to the surface of the substrate.  The foam applicator is positioned proximate to the surface of the substrate and is configured to supply a foam to the surface of the substrate.  The rotating chuck is configured to support and impart a rotational velocity to the substrate while a plurality of grippers are used to secure the substrate onto the rotating chuck.
[0012]The present invention will be readily understood by the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, and like reference numerals designate like structural elements.
Detailed Description
[0013]An invention is described for apparatuses, systems, and methods for cleaning wafer surfaces.  It will be obvious, however, to one skilled in the art, that the present invention may be practiced without some or all of these specific details.  In other instances, well known process operations have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention.
[0014]As used herein, a tri-state body cleaning material contains a plurality of tri-state bodies that include a gas portion, a liquid portion and a solid portion.  In one embodiment, the gas portion and liquid portion provides an intermediary to bring the solid portion into close proximity with contaminant particles on a substrate surface.  Some exemplary types of materials that can be used to make up the solid portion includes aliphatic acids, carboxylic acids, paraffin, wax, polymers, polystyrene, polypeptides, and other visco-elastic materials.  The solid portion material should be present at a concentration that exceeds its solubility limit within the liquid portion.  Also, it should be understood that the cleaning effectiveness associated with a particular solid portion material may vary as a function of, concentration, temperature, pH, and other environmental conditions.
[0015]The aliphatic acids represent essentially any acid defined by organic compounds in which carbon atoms form open chains.  A fatty acid is an example of an aliphatic acid that can be used as the solid portion within the tri-state body cleaning material.  Examples of fatty acids that may be used as the solid portion include lauric acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, gadoleic acid, eurcic acid, butyric acid, caproic acid, caprylic acid, myristic acid, margaric acid, behenic acid, lignoseric acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, nervanic acid, parinaric acid, timnodonic acid, brassic acid, clupanodonic acid, lignoceric acid, cerotic acid, and mixtures thereof, among others.
[0016]The solid phase interacts with the particles during cleaning to effectuate their removal.  A substrate, as used herein, denotes semiconductor wafers, flat panel display surfaces (e.g., liquid crystal displays, etc.), and wafer handling equipment and hardware that may become contaminated during manufacturing operations.
[0017]Figure 1A is an illustration of the bottom surface of a proximity head unit for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this depiction, a proximity head unit 102 is shown with a plurality of tri-state body dispensing outlets 104 for dispensing a tri-state body cleaning material, a plurality of fluid dispensing outlets 106 for dispensing a fluid, and a plurality of vacuum openings 108 for applying a vacuum to the surface of a substrate.
[0018]In one embodiment, the tri-state body dispensing outlets 104, fluid dispensing outlets 106, and vacuum openings 108 are sequentially arranged in rows lengthwise across the surface of a proximity head unit 012 configured to provide coverage over the entire diameter of a substrate.  For example, the first three rows of outlets on the proximity head unit 102 may be the tri-state body dispensing outlets 104 followed by two rows of fluid dispensing outlets 106 and then two rows of vacuum openings 108.  It should be understood, that this is just one example of a possible configuration for how the various types of outlets/openings can be arranged on the proximity head unit 102, in practice there are a myriad of configurations having different outlet/opening types, different sequences of outlet/opening types, and the number of rows that can be assigned for each outlet/opening type.  The outlet/opening configurations are only limited by the requirements of the application, the number of outlets/openings that the proximity head unit 102 can be configured to house and the types of outlets/openings that can be included as part of the head unit 102.
[0019]In one embodiment, the tri-state body dispensing outlets 104 are configured to supply a tri-state body cleaning material to the surface of a substrate.  The tri-state body cleaning material may be either a foam or an emulsion that includes a plurality of tri-state bodies.  In one embodiment, the fluid dispensing outlets 106 are configured to dispense a liquid to the surface of the substrate.  Examples of some types of liquids that can be dispensed include De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  However, it should be understood that essentially any liquid can be used as longs as the liquid can adequately remove the tri-state body cleaning material from the substrate surface per the requirements of the application.  In another embodiment, the fluid dispensing outlets 106 are configured to dispense a gas to the surface of the substrate.  Examples of some types of gases that can be dispensed by the fluid dispenser outlets 106 include isopropyl alcohol (IPA) vapor, carbon dioxide (CO2), air, nitrogen (N2), argon (Ar), oxygen (O2), ozone (O3), etc.  Essentially any type of gas can be dispensed as long as the gas can be used to adequately dry the substrate surface without damaging the multi-level structures defined on the substrate surface.  In one embodiment, the vacuum openings are configured to apply a vacuum to the surface of the substrate.  The vacuum pressure settings being optimized to substantially remove any tri-state body cleaning material and/or liquids that are deposited on the surface of the substrate.
[0020]Figure 1B is a side view illustration of a proximity head unit for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  As depicted herein, a proximity head unit 102 with a tri-state body material (i.e., foam) supply line 110, a fluid supply line 112, and a vacuum supply line 114 is shown as positioned proximate to the top surface of a substrate 116 while the substrate 116 moves translationally under the proximity head unit 102.  As discussed above, the tri-state body cleaning material can either be dispensed as a foam or an emulsion depending on the application and the chemical composition of the tri-state body cleaning material.
[0021]As shown, the surface of the substrate 116 is initially treated with the tri-state body cleaning material followed by de-ionized water to rinse off the cleaning material, and then a vacuum is applied to remove the de-ionized water from the surface.  In one embodiment, a second proximity head unit is positioned proximate to the bottom surface of the substrate 116 and is substantially aligned with the top proximity head unit 102.   The second proximity head unit being configured to treat the bottom surface of the substrate 116 with the tri-state body cleaning material and deionized water followed by drying with an application of the vacuum.
[0022]Figure 2A is an enlarged cross-sectional view of a proximity head unit for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this depiction, the proximity head unit 102 is shown with a plurality of channels that extend from inlets/ports on the top surface of the proximity head 102 through to the outlets/openings on the bottom surface of the proximity head 102.  As shown, the proximity head unit 102 includes a tri-state body cleaning material inlet 208 to supply a tri-state body cleaning material 202 to the channel configured to deliver the material 202 to the substrate surface through a tri-state body cleaning material 202 outlet, a fluid inlet 210 to supply a fluid (e.g., de-ionized water/de-foaming agent, etc.) to the channel configured to deliver the fluid in the form of a fluid meniscus 204 to the substrate surface, a vacuum inlet 212  to supply a vacuum to the channel configured to apply the vacuum against the substrate 116 surface, and a gas supply inlet 214 to supply a gas 206 (e.g., IPA vapor, CO2, N2, O2, etc.) through the channel configured to supply the gas 206 to the substrate 116 surface.  In one embodiment, the substrate 116 moves  translationally under the proximity head unit 102 during a cleaning operation where the tri-state body cleaning material, fluid, vacuum and gas are supplied to or applied against the substrate 116 surface.  In another embodiment, the proximity head unit 102 is configured to move translationally over the surface of the substrate 116 during the cleaning operation.  In one embodiment, a control system (as shown in Figure 1B) may be provided. The control system is configured to manage the flow of fluids to and from the proximity head unit 102.  The managing of the fluid flow may include flow meters and controllers to ensure that a proper meniscus is formed.  In one embodiment, the meniscus is maintained between the proximity head unit 102 and the surface of the substrate 116.  This ensures precise control of the cleaning fluids and tri-state body.
[0023]Figure 2B illustrates another configuration, where a vacuum inlet 216 is provided to enable the application of a vacuum to the tri-state body cleaning material 202 and the fluid 204.  In this embodiment, the vacuum inlet 216 may be in the form of a plurality of discrete manifolds (e.g., holes or ports), that will enable a better interface between the material 202 and the fluid 204.  In one embodiment, it is envisioned that the vacuum inlet 216, which provides a better interface, will assist in reducing the amount of mixing between the material 202 and the fluid 204.  Depending on the degree of mixing desired, for the given application, the vacuum inlet 216 can be controlled (e.g., by pumps and computer/program controls).  Each recipe will therefore define a different degree of tuning of the tristate body 208, vacuum 216, fluid 210, vacuum 212 and gas 206.
[0024]It should therefore be understood that the proximity head unit 102 can have many different configurations and that this is but one exemplary configuration.  Other proximity head 102 configurations may include different types and numbers of channels as required by the particular application that the proximity head unit 102 is being used for.
[0025]Figure 3 is a top-view of an integrated cleaning apparatus for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  As shown, therein, a substrate 116 moves translationally towards the integrated cleaning apparatus 300, which includes a tri-state body cleaning material dispensing portion 302, a proximity head portion 304, and a gas dispensing portion 306.  The tri-state body cleaning material dispensing portion 302 is configured to supply the tri-state body cleaning material to the substrate 116 surface as the substrate 116 moves translationally under the integrated cleaning apparatus 300 or the cleaning apparatus 300 moves translationally over the substrate 116 surface.  The cleaning material can either be in the form of a tri-state body foam or an emulsion.  In one embodiment, the tri-state body dispensing portion 302 is configured to supply the tri-state body cleaning material with sufficient force to promulgate interactions between the solid portions of the cleaning material and contaminant particles on the substrate 116 surfaces.  For example, the cleaning material can be dispensed so that a downward force (or force in general) is applied against the tri-state bodies that are positioned substantially adjacent to the substrate 116 surface such that the solid portions of those tri-state bodies interact with contaminant particles deposited on the substrate 116 surface.  In cases where the wafer is not horizontal, the force may not be a downward force, but instead is a force that is relative to the position of the wafer.  The interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles results in the particle being removed from the surface of the substrate 116 as the tri-state bodies are removed.  These interactions may be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, and attractive forces.
[0026]The proximity head portion 304 includes outlets for applying a liquid meniscus onto the surface of the substrate 116 and openings for applying a vacuum against the substrate 116 surface.  During a substrate 116 cleaning operation, the proximity head portion 304 is configured to effectuate the removal the tri-state body cleaning material and associated contaminant particles from the surface of the substrate 116.  The liquid meniscus and substrate 116 surface boundary is defined by an area where there is a rapid exchange of liquid that results in the substantial removal of cleaning material from the substrate 116 surface.  Examples of some types of liquids that can be used include De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  It should be understood that essentially any liquid can be used as longs as the liquid can adequately remove the tri-state body cleaning material and contaminant particles from the substrate 116 surface per the requirements of the application.
[0027]Continuing with Figure 3, the gas dispensing portion 306 is configured to supply a gas to substantially remove liquids from the surface of the substrate 116 after the proximity head portion 304 has substantially removed the tri-state body cleaning materials.  Examples of gases that can be dispensed by this portion include isopropyl alcohol (IPA) gas, CO2, air, nitrogen (N2), argon (Ar), oxygen (O2), ozone (O3), etc.  Essentially any type of gas can be dispensed as long as the gas can be used to adequately dry the substrate 116 surface without damaging the multi-level structures defined on the substrate 116 surface.
[0028]Figure 4 is an illustration of a non-integrated cleaning apparatus for cleaning the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  As depicted, the cleaning apparatus includes a manifold unit 402 and a proximity head unit 102, both configured to operate substantially in unison as they move translationally across the top surface of a substrate 116 during a cleaning operation.  In one embodiment the manifold unit 402 and the proximity head unit 102 are combined into an integrated cleaning apparatus.  In another embodiment, the manifold unit 402 and the proximity head unit 102 are physically separate units.  In one embodiment, during a substrate 116 cleaning operation, the substrate 116 moves translationally across and below first the manifold unit 402 then followed by the proximity head unit 102.  The manifold unit 402 is configured to supply the tri-state body cleaning material for cleaning the surface of the substrate 116, whereas the proximity head unit 102 applies liquid and a vacuum to remove the cleaning material off the surface 116 of the substrate.
[0029]The manifold unit 402 is positioned proximate to the substrate 116 surface and is configured to dispense a tri-state body cleaning material to that surface.  The tri-state body cleaning material may be dispensed as either a foam or an emulsion that includes a plurality of tri-state bodies.  In one embodiment, the manifold 402 is configured to supply the tri-state body cleaning material with sufficient force to promulgate interactions between the solid portions of the cleaning material and the contaminant particles 404 on the substrate 116 surface.  The interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles results in the particle being removed from the surface of the substrate 116 as the tri-state bodies are removed.  As disclosed previously, the interactions may be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, and attractive forces.  As the tri-state body is removed from the substrate 116 surface, so is the contaminant particle 404.
[0030]Still with Figure 4, the proximity head unit 102 is positioned proximate to the surface of the substrate 116 during operation and is configured to form a circulating liquid meniscus on the substrate 116 surface to substantially remove any tri-state body cleaning material and contaminants 404 from the surface.  Example of liquids that can be used by the proximity head unit 102 to form the liquid meniscus include, De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  In one embodiment, the proximity head portion 102 further includes gas dispensing outlets that are configured to supply a gas to the surface of the substrate 116.  Examples of gases that can be dispensed by these outlets include isopropyl alcohol (IPA) gas, air, nitrogen (N2), argon (Ar), oxygen (O2), ozone (O3), etc.  Essentially any type of gas can be dispensed as long as the gas can be used to adequately dry the substrate 116 surface without damaging the multi-level structures defined on the substrate 116 surface.
[0031]Figure 5 is a side-view illustration of a system for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this depiction, the system includes a tri-state body cleaning material dispenser 502, a liquid dispensing nozzle 504, and a rotating chuck 508.  The tri-state body dispenser 502 is positioned adjacent to the liquid dispensing nozzle 504 and proximate to the surface of a substrate 116 being supported by a plurality of substrate clips 506 configured to secure the substrate 116 onto the rotating chuck 508.  The clips 506 can take on any number of configurations, and are sometimes referred to as fingers, holders, wheels, rollers, grippers or the like.  The configuration of the body that holds the wafer is similar to a spin-rinse-dry module, however, the dispenser 502 of the present invention is calibrated to ensure proper delivery of the tri-state body over the surface of the substrate 116.
[0032]As noted, in one embodiment, the tri-state body dispenser 502 is configured to dispense the tri-state body cleaning material in the form of a foam.  In another embodiment, the tri-state body dispenser 502 is configured to dispense the tri-state body cleaning material in the form of an emulsion.  In one embodiment, the tri-state body material dispenser 502 is configured to dispense the tri-state body cleaning material with sufficient force to promulgate interactions between the solid portions of the cleaning material and the contaminant particles on the substrate 116 surface.  The interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles results in the particle being removed from the surface of the substrate 116 as the tri-state bodies are removed.  In another embodiment, the system further includes a force applicator configured to apply a downward force against the tri-state body cleaning material to promulgate interactions between the solid portion of the material and the contaminant particles on the surface of the substrate 116.
[0033]The liquid dispensing nozzle 504 is positioned proximate to the surface of the substrate 116 and is configured to dispense a liquid on to the surface of the substrate 116.  Examples of liquids that can be dispensed include De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  However, it should be understood that essentially any liquid can be used as long as the liquid can adequately remove the tri-state body cleaning material from the substrate 116 surface per the requirements of the application.
[0034]Still with Figure 5, the rotating chuck 508 is configured to execute a spin-dry operation whereby the substrate 116 supported by substrate clips 506 attached to the chuck 508 is rotated at a velocity sufficient to substantially remove tri-state body material and/or liquids deposited on the surface of the substrate 116.  In one embodiment, instead of using substrate clips 506, the rotating chuck 508 is an electrostatic chuck configured to secure the substrate 116 with sufficient force so that the substrate 116 will remain substantially stationary on the chuck 508 during a spin-dry operation.  In another embodiment, instead of using substrate clips 506, the rotating chuck 508 is a vacuum chuck configured to apply a vacuum against the substrate 116 with sufficient intensity so that the substrate 116 will remain substantially stationary during a spin-dry operation.
[0035]In an alternative embodiment, the tri-state body can be applied to a stationary substrate using dispensing stream or sheet of fluid.  In such a case, the tri-state body can be applied in a form before it begins to foam.  The fluid, thus is applied as a stream or sheet onto the surface of the substrate.  The drying can also occur using an air blade, such that the surface is left in a dry state.  Additionally, a proximity head can be used to perform the dry operation as noted above.
[0036]Figure 6 is a flowchart of a method for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  Diagrams of the cleaning apparatus utilized in this method are shown in Figures 1, 2A, 2B, 3, and 4.  Method 600 starts with operation 602 where a substrate contaminated with a particle is provided.  As discussed previously, the substrate, as an example used herein, denotes without limitation, semiconductor wafers, hard drive disks, optical discs, glass substrates, and flat panel display surfaces, liquid crystal display surfaces, etc.  The method 600 continues on to operation 604 where a tri-state body foam is generated.  The foam includes a plurality of tri-state bodies each having a solid portion, a liquid portion and a gas portion.  For further explanation of the composition of the tri-state body cleaning material and its mechanisms see U.S. Patent Application (11/346,894) (Atty. Docket No. LAM2P546), filed on February 3, 2006, entitled "Method for removing contamination from a substrate and for making a cleaning solution".
[0037]The method 600 moves on to operation 606 where the tri-state body foam is applied to the surface of the substrate through a first set of applicators.  In one embodiment, the first set of applicators is configured to supply the foam with sufficient force to promulgate an interaction between the solid portion of the tri-state body and the particle deposited on the surface of the substrate.  The method 600 proceeds on to operation 608 where a fluid is supplied to the surface of the substrate through a second set of applicators in sufficient quantity to substantially remove the foam from the surface of the substrate.  Examples of fluids that are appropriate for this operation include De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  It should be appreciated that essentially any liquid can be used as long as the liquid can adequately remove the tri-state body cleaning material from the substrate surface per the requirements of the application.
[0038]Still with Figure 6, the method 600 advances on to operation 610 where a vacuum is applied to the surface of the substrate through a third set of applicators to substantially remove any fluid from the surface of the substrate.  In one embodiment, the first and second set of applicators are included in a first head unit and the third set of applicators is included in a second head unit.  In another embodiment, the first set of applicators is included in a first head unit and the second and third set of applicators are included in a second head unit.  In still another embodiment, the first, second, and third set of applicators are all included in a single integrated head unit.
[0039]Figure 7 is a schematic illustration of a pressure-driven flow apparatus for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  As depicted, the pressure-driven flow substrate cleaning device 700 is comprised of a containment conduit 702 that includes an inlet valve 704, an outlet valve 706, a plurality of substrate grippers 701 and a material reservoir 708.  The inlet valve 704 and the outlet valve 706 are respectively configured to regulate the flow of tri-state body cleaning materials and fluids into and out of the containment conduit 700.  The tri-state body cleaning material is supplied by a material reservoir 708 operatively attached to the inlet valve 704.
[0040]By regulating the inflow and outflow of the tri-state body cleaning material through the containment conduit 700, a force is generated and applied against the tri-state bodies adjacent to the substrate 116 surface to promote interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles on the substrate 116 surface.  The interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles results in the particle being removed from the surface of the substrate 116 as the tri-state bodies are removed.  These interactions may be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, and attractive forces.  The inlet 704 and outlet 706 valves are controlled by a controller 710 that is operatively connected to both valves.  The plurality of substrate grippers 701 enclosed within the containment conduit 700 is configured to support the substrate 116 in an elevated position and provide a restraint for the substrate 116 to prevent any unintentional movements during a cleaning operation.
[0041]Continuing with Figure 7, in one embodiment, the fluid is a gas that functions to dry the substrate 116 and/or supply a force against the tri-state bodies to promulgate interactions between the solid portions of the tri-state bodies and contaminant particles deposited on the surfaces of the substrate 116.  A gas source (not depicted in Figure 7) is operatively attached to the inlet valve 704 to supply the gas to the containment conduit 700.  Examples of appropriate gases to use include air, nitrogen (N2), argon (Ar), oxygen (O2), ozone (O3), carbon dioxide (CO2), etc.  Essentially any type of gas can be dispensed as long as the gas does not react with tri-state bodies and/or the multi-level structures defined on the substrate 116 surface.  In another embodiment, the fluid is a liquid that is used to rinse the tri-state body cleaning material from the substrate 116 surfaces.  A fluid reservoir is operatively attached to the inlet valve 116 to supply the fluid to the containment conduit 700.  Examples of appropriate liquids include De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  Essentially any liquid can be used as long as the liquid can adequately remove the tri-state body cleaning material and contaminant particle from the substrate 116 surface per the requirements of the application.
[0042]Figure 8A is a process flow chart of a system for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  As detailed in this process chart, the substrate is first subjected to a cleaning by a pressure-driven flow cleaning apparatus in a first cleaning zone 802.  The pressure-driven flow cleaning apparatus being configured to apply a tri-state body cleaning material to the surface of the substrate in such a manner as to promulgate interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles deposited on the substrate surface.  The interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles results in the particle being removed from the surface of the substrate as the tri-state bodies are removed.  After being cleaned by the pressure-driven flow cleaning apparatus, the substrate is moved from the first cleaning zone 802 to a second cleaning zone 804 using a substrate carrier on tracks that connect the first 802 and the second cleaning zones 804.  The second cleaning zone 804 includes one or more applicators that are configured to dispense a fluid to substantially rinse and dry any tri-state body material, fluids, and/or contaminant particles remaining on the surface of the substrate.   Examples of appropriate liquids to use include, De-ionized Water (DIW), Ammonium Peroxide (NH4OH), Hydrogen Peroxide (H2O2), SC-1 solution (NH4OH/H2O2/H2O), de-foaming agents, etc.  Essentially any liquid can be used as long as the liquid can adequately remove the tri-state body cleaning material and contaminant particle from the substrate surface per the requirements of the application
[0043]Figure 8B is a process flow chart of a system for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this process flow chart, the substrate is first subjected to a cleaning by a pressure-driven flow cleaning apparatus in a first cleaning zone 802.  As discussed above, the pressure-driven flow cleaning apparatus is configured to apply a tri-state body cleaning material to the surface of the substrate in such a manner as to promulgate interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles deposited on the substrate surface.  After being cleaned by the pressure-driven flow cleaning apparatus, the substrate is moved from the first cleaning zone 802 to a second cleaning zone 806 using a substrate carrier on tracks that connect the first 802 and the second cleaning zones 806.  The second cleaning zone 806 includes a proximity head unit that is configured to apply a liquid meniscus to rinse any remaining tri-state body cleaning material off the substrate surface and apply a vacuum to dry off leftover liquids on the substrate surface.  In one embodiment, the proximity head unit is further configured to supply a gas to enhance drying of the surface of the substrate.  Example of appropriate gases to use for this application include IPA vapor, air, nitrogen (N2), argon (Ar), oxygen (O2), ozone (O3).
[0044]Figure 9 is a flowchart of a method for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  Diagrams of the cleaning apparatus utilized in this method are shown in Figures 7, 8A, and 8B.  Method 900 starts with operation 902 where a substrate having a particle deposited thereon is inserted into the containment conduit.  As discussed previously, the substrate can be either a semiconductor wafer or a LCD flat panel.  The method 900 continues on to operation 904 where a tri-state body foam is supplied to the containment conduit through an inlet valve of the containment conduit.  As discussed previously, the tri-state body foam is supplied via a reservoir that is operatively connected to the inlet valve.  Also, the tri-state body foam is comprised of a plurality of tri-state bodies each having a solid portion, a liquid portion, and a gas portion.
[0045]The method 900 proceeds to operation 906 where a pressure is applied through the inlet valve of the containment conduit to establish a pressure-driven flow for the foam such that the foam moves across the surface of the substrate and interacts with the contaminant particle on the surface of the substrate.  As disclosed previously, the solid portions of the tri-state bodies that comprise the foam is the component of the foam that interacts with the contaminant particle.  These interactions may be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, and attractive forces.
[0046]Continuing with Figure 9, the method 900 advances to operation 908 where the foam is removed along with the particle from the containment conduit through an outlet valve of the containment conduit.  The removal of the foam is effectuated by applying a liquid through the inlet valve of the containment conduit to rinse the surfaces of the substrate of the tri-state body foam.  The liquid evacuating the containment conduit through the outlet valve.  The interactions between the solid portions of the tri-state bodies and the contaminant particles resulting in the particle being removed from the surface of the substrate as the tri-state bodies are removed.
[0047]Although a few embodiments of the present invention have been described in detail herein, it should be understood, by those of ordinary skill, that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention.  Therefore, 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 therein, but may be modified and practiced within the scope of the appended claims.
3. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0048]
Figure 1A is an illustration of the bottom surface of a proximity head unit for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  
Figure 1B is a side view illustration of a proximity head unit for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figures 2A and 2B are enlarged cross-sectional views of proximity head units for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.  
Figure 3 is a top-view of an integrated cleaning apparatus for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 4 is an illustration of a non-integrated cleaning apparatus for cleaning the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 5 is a side-view illustration of a system for cleaning a substrate surface, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flowchart of a method for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic illustration of a pressure-driven flow apparatus for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  
Figure 8A is a process flow chart of a system for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 8B is a process flow chart of a system for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  
Figure 9 is a flowchart of a method for cleaning a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
1.An apparatus for cleaning a substrate, comprising:
a first head unit positioned proximate to a surface of the substrate, the first head unit having a first row of channels defined within the first head unit and configured to supply a foam to the surface of the substrate; and
a second head unit positioned substantially adjacent to the first head unit and proximate to the surface of the substrate, the second head unit having,
a second row of channels defined within the second head unit and configured to supply a fluid to the surface of the substrate; and
a third row of channels defined within the second head unit and configured to apply a vacuum to the surface of the substrate.
2.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 1, wherein, the first head unit and the second head unit are operatively connected to form an integrated proximity head.
3.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 1, wherein, the foam is comprised of a plurality of tri-state bodies, the tri-state bodies including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion. 
4.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 3, wherein the solid portion includes fatty acids.
5.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 1, wherein, the fluid is one of a gas or a liquid.
6.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 5, wherein, the liquid is one of de-ionized water or a de-foaming agent.
7.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 5, wherein, the gas is one of air, ozone (O3), oxygen (O2), nitrogen (N2), and argon (Ar).
8.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 1, wherein, the apparatus is configured to move translationally across the surface of the substrate.
9.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 1, wherein, the second head unit further includes a fourth row of channels defined within configured to supply isopropyl alcohol (IPA) vapor or carbon dioxide (CO2) to the surface of the substrate.
10.A method for cleaning a substrate, comprising:
providing a substrate having a surface, the surface having a particle thereon;
generating a foam including of a plurality of tri-state bodies, each tri-state body having a solid portion, a liquid portion and a gas portion;
applying the foam to the surface of the substrate through a first set of applicators;
applying a fluid to the surface of the substrate through a second set of applicators in sufficient quantity to remove the foam from the surface of the substrate; and
applying a vacuum to the surface of the substrate through a third set of applicators to substantially remove the fluid from the surface of the substrate.
11.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 10, further including:
supplying isopropyl alcohol (IPA) vapor to the surface of the substrate through a fourth set of applicators.
12.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 10, wherein the foam is comprised of a plurality of tri-state bodies, the tri-state bodies including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion.
13.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 12, wherein the solid portion includes fatty acids.
14.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 10, further comprising:
applying a vacuum to the surface of the substrate through a fourth set of applicators to substantially remove the foam from the surface of the substrate at an interface between the application of the foam and the application of the fluid. 
15. The method for cleaning a substrate, as recited in claim 14, wherein, the liquid is one of de-ionized water or, a de-foaming agent and de-ionized water.
16.An apparatus for cleaning a substrate, comprising:
a containment conduit having an inlet end and an outlet end, the containment conduit configured for applying a pressure on a foam passing across a surface of the substrate and establishing a flow for the foam from the inlet end to the outlet end;
a plurality of supports enclosed within the containment conduit and configured to support the substrate;
an inlet end valve configured to regulate the flow into the containment conduit; and
an outlet end valve configured to regulate the flow out of the containment conduit; and 
a controller in communications with the inlet end valve and the outlet end valve, the controller configured to control such that the flow of foam through the containment conduit.
17.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 16, wherein the foam is comprised of a plurality of tri-state bodies, the tri-state bodies including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion.
18.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 17, wherein the solid portion includes fatty acids. 
19.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 16, wherein the plurality of supports are configured to impart a rotation to the substrate. 
20.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 16, wherein a gas is supplied to the inlet end to apply the pressure on the foam to establish the flow.
21.The apparatus for cleaning a substrate, as recited in claim 16, wherein the flow is a pressure-driven flow.  
22.A method for cleaning a substrate, comprising:
inserting the substrate into a containment conduit, the substrate having a surface, the surface having a particle thereon;
supplying a foam to the containment conduit through an inlet valve of the containment conduit;
applying a pressure through the inlet valve of the containment conduit to establish a pressure-driven flow for the foam such that the foam moves across the surface of the substrate and interacts with the particle on the surface of the substrate; and
removing the foam along with the particle from the containment conduit through an outlet valve of the containment conduit.
23.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 22, wherein the foam includes a plurality of tri-state bodies, the tri-state bodies including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion.
24.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 23, wherein the solid portion includes fatty acids.
25.The method for cleaning a substrate, as recited in claim 22, wherein the removal of the foam is effectuated by applying a fluid through the inlet valve of the containment conduit. 
26.A system for cleaning a substrate, comprising:
a first cleaning zone including a pressure-driven flow unit configured to apply a foam to a surface of the substrate; 
a second cleaning zone including an applicator configured to dispense a fluid to substantially remove the foam from the surface of the substrate; and
a carrier capable of holding the substrate and configured to transport the substrate translationally from the first cleaning zone to the second cleaning zone.
27.The system for cleaning a substrate, as recited in claim 26, wherein the foam includes a plurality of tri-state bodies, the tri-state bodies including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion. 
28.The system for cleaning a substrate, as recited in claim 27, wherein the solid portion includes fatty acids. 
29.The system for cleaning a substrate, as recited in claim 26, further including a controller configured to regulate the flow through the containment conduit.
30.The system for cleaning a substrate, as recited in claim 26, wherein the applicator is a rinse nozzle configured to dispense a fluid to the surface of the substrate.
31.The system for cleaning a substrate, as recited in claim 30, wherein the fluid is one of a liquid or a gas.
32.The system for cleaning a substrate, as recited in claim 26, wherein the applicator is a proximity head unit configured to,
supply a fluid to substantially remove the foam from the surface of the substrate; and 
apply a vacuum to substantially remove the fluid from the surface of the substrate.  
33.  A system for cleaning a substrate, comprising:
a fluid dispenser positioned proximate to a surface of the substrate and configured to deliver a fluid to the surface of the substrate;
a foam applicator positioned proximate to the surface of the substrate and configured to supply a foam to the surface of the substrate; and
a rotating chuck configured to support and impart a rotational velocity to the substrate, the substrate being secured on the rotating chuck by a plurality of grippers;
34.  The system for cleaning a substrate, as recited in claim 33, wherein, the foam includes a plurality of tri-state bodies, the tri-state bodies including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion.
35.  The system for cleaning a substrate, as recited in claim 34, wherein the solid portion includes fatty acids.
1. ABSTRACT
An apparatus for cleaning a substrate is disclosed.  The apparatus having a first head unit and a second head unit.  The first head unit is positioned proximate to the surface of the substrate and has a first row of channels defined within configured to supply a foam to the surface of the substrate.  The second head unit is positioned substantially adjacent to the first head unit and proximate to the surface of the substrate.  A second and a third row of channels are defined within the second head unit.  The second row of channels is configured to supply a fluid to the surface of the substrate.  The third row of channels is configured to apply a vacuum to the surface of the substrate.
2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig.1B
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