(57)【要約】      （修正有）【課題】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剤および方法を提供する。【解決手段】三相体１１０を用いて洗浄を行う方法が開示されている。表面上に粒子１０２の堆積した基板１１２が準備される。固体部分１０８と、液体部分１０６と、気体部分１０４とを備える三相体が生成される。三相体に力Ｆが加えられて、固体部分と粒子との間の相互作用が促進される。三相体は、基板の表面から粒子と共に除去される。固体部分と粒子との間の相互作用により、三相体と共に粒子が除去される。【選択図】図１
2007208246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、気体部分とを備えた三相体を生成する工程と、
前記三相体に力を加えて、前記固体部分と前記粒子との間の相互作用を促進する工程と、
前記粒子との前記相互作用によって、前記粒子が前記三相体と共に除去されるように、前記基板の前記表面から前記粒子と共に前記三相体を除去する工程と、を備える、洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄方法であって、前記相互作用は、前記粒子と、前記三相体の前記固体部分との間の結合またはモーメント伝達の一方である、洗浄方法。
【請求項３】
請求項１に記載の洗浄方法であって、前記結合は、付着または反発の一方である、洗浄方法。
【請求項４】
請求項１に記載の洗浄方法であって、前記液体部分と、前記気体部分とは、封入輸送体を形成し、前記気体部分は、さらに、実質的に前記封入輸送体を満たす、洗浄方法。
【請求項５】
請求項４に記載の洗浄方法であって、
前記気体部分は、
オゾン（Ｏ3）と、酸素（Ｏ2）と、塩酸（ＨＣｌ）と、フッ化水素酸（ＨＦ）と、窒素（Ｎ2）と、アルゴン（Ａｒ）との混合気体、
オゾン（Ｏ3）と、窒素（Ｎ2）との混合気体、
オゾン（Ｏ3）と、アルゴン（Ａｒ）との混合気体、
オゾン（Ｏ3）と、酸素（Ｏ2）と、窒素（Ｎ2）との混合気体、
オゾン（Ｏ3）と、酸素（Ｏ2）と、アルゴン（Ａｒ）との混合気体、
オゾン（Ｏ3）と、酸素（Ｏ2）と、窒素（Ｎ2）と、アルゴン（Ａｒ）との混合気体、および、
酸素（Ｏ2）と、アルゴン（Ａｒ）と、窒素（Ｎ2）との混合気体、
の内の１つである、洗浄方法。
【請求項６】
請求項４に記載の洗浄方法であって、前記封入輸送体は、他の封入輸送体と共に泡を形成し、これらの封入輸送体は、前記固体部分が、前記粒子に近接して、前記固体部分と、前記基板の前記表面上の前記粒子との間の前記相互作用を促進するように力を加える、洗浄方法。
【請求項７】
請求項１に記載の洗浄方法であって、前記固体部分は、気相および液相以外の状態である、洗浄方法。
【請求項８】
請求項７に記載の洗浄方法であって、前記固体部分は、脂肪酸を備える、洗浄方法。
【請求項９】
請求項１に記載の洗浄方法であって、前記三相体の上に位置する隣接した三相体が、前記力を加える、洗浄方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の洗浄方法であって、前記固体部分の間の潤滑層は、流体力学的抵抗を提供することにより、汚染物質を除去する、洗浄方法。
【請求項１１】
基板前処理用洗浄剤であって、
液体成分と、
前記液体成分の中に分散された複数の固体で構成された固体成分と、
前記液体成分および前記固体成分と混合されることで、前記洗浄剤を前記基板に供給される状態に保つ気体成分と、を備える、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記液体成分は、塩基を備える、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１３】
請求項１２に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記塩基は、水酸化アンモニウムと、水酸化カリウムと、水酸化ナトリウムと、水酸化テトラメチルアンモニウムと、からなる群から選択された塩基水溶液である、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１４】
請求項１１に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記固体成分は、脂肪酸または脂肪酸塩である、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１５】
請求項１１に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記複数の固体は、発泡防止剤として機能する、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１６】
請求項１４に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記脂肪酸は、界面活性剤として機能する、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１７】
請求項１４に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記脂肪酸は、ステアリン酸（ＣＨ3（ＣＨ2）16ＣＯＯＨ）と、パルミチン酸と、オレイン酸と、からなる群から選択される、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１８】
請求項１１に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記固体成分は、前記液体成分によってイオン化されて、前記複数の固体を形成する、基板前処理用洗浄剤。
【請求項１９】
請求項１１に記載の基板前処理用洗浄剤であって、前記固体成分は、カルボン酸、スルホン酸、または、ホスホン酸を有する、基板前処理用洗浄剤。
【請求項２０】
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、
実質的に固相の界面活性剤と、液相の液体部分と、気相の気体部分とを備える三相体を、前記基板への供給に先立って生成する工程と、
前記界面活性剤が前記粒子と相互作用するように、前記基板の前記表面に前記三相体を供給する工程と、
前記界面活性剤と前記粒子との間の前記相互作用によって、前記粒子が前記三相体と共に除去されるように、前記基板の前記表面から前記粒子と共に前記三相体を除去する工程と、を備える、洗浄方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の洗浄方法であって、前記液体部分と、前記気体部分とは、封入輸送体を形成し、前記気体部分は、さらに、実質的に前記封入輸送体を満たす、洗浄方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の洗浄方法であって、前記相互作用は、前記粒子と、前記三相体の前記界面活性剤との間の結合である、洗浄方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の洗浄方法であって、前記封入輸送体は、他の封入輸送体と共に泡を形成し、前記泡の状態の前記封入輸送体は、前記界面活性剤が、前記粒子に近接して、前記界面活性剤と、前記基板の前記表面上の前記粒子との間の前記相互作用を開始するように、前記界面活性剤に対して力を加える、洗浄方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の洗浄方法であって、前記界面活性剤は、前記液体部分の中に分布されることにより、それぞれカルボキシル基が一端に結合した複数の炭化水素鎖が、懸濁して、前記複数の炭化水素鎖の間でフロック形成しない状態になる、洗浄方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の洗浄方法であって、さらに、
前記三相体に塩基を加えることにより、前記界面活性剤の前記懸濁を促進する工程を備える、洗浄方法。
【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」）上に形状を規定する。ウエハは、シリコン基板上に規定された多層構造の形態の集積回路素子を備える。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、ウエハ表面に対して機械的な力を用いることで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ると、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剤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方法および材料を提供する。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、洗浄方法が開示されている。表面上に粒子が堆積した基板が準備される。固体部分と、液体部分と、気体部分とを備える三相体が生成される。三相体に力が加えられて、固体部分と粒子との間の相互作用が促進される。三相体は、基板の表面から粒子と共に除去される。固体部分と粒子との間の相互作用により、三相体と共に粒子が基板から除去される。
【０００７】
別の実施形態では、基板前処理用洗浄剤が開示されている。その洗浄剤は、液体成分と、固体成分と、気体成分とを有する。固体成分は、液体成分の中に分散された複数の固体で構成される。気体成分は、液体成分および固体成分と混合されることで、洗浄剤を基板に供給される状態に保つ。
【０００８】
さらに別の実施形態では、別の洗浄方法が開示されている。基板が準備され、その基板の上には、粒子が堆積している。実質的に固相の界面活性剤と、液相の液体部分と、気相の気体部分とを備える三相体が、基板への供給に先立って生成される。三相体は、界面活性剤が基板表面上の粒子と相互作用するように、基板の表面に供給される。次に、三相体は、基板の表面から除去され、界面活性剤と粒子との間の相互作用により、三相体と共に粒子が除去される。
【０００９】
添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明から、本発明を容易に理解することができる。なお、同じ符号は、同じ構造要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ウエハ表面を洗浄するための方法および洗浄剤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。
【００１１】
本明細書で用いられているように、三相体洗浄剤は、気相と液相と固相とを含む複数の三相体を含有する。一実施形態では、気相および液相は、基板表面の汚染物質粒子１０２の近傍に固相を運ぶよう媒介する。三相体洗浄剤の組成および作用についてのさらなる説明は、２００６年２月３日出願の米国特許出願Ｎｏ．１１／３４６，８９４（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５４６）「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｅｍｏｖｉｎｇ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ａ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ａｎｄ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ」と、２００６年２月３日出願の米国特許出願Ｎｏ．１１／３４７，１５４（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５４７）「Ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ」と、２００６年１月２０日出願の米国特許出願Ｎｏ．１１／３３６，２１５（代理人整理番号ＬＡＭ２Ｐ５４５）「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｒｅｍｏｖｉｎｇ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ａ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と、に記載されている。固相は、洗浄中に粒子１０２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る一例としての基板は、限定されることなく、半導体ウエハ、ハードディスク、光学ディスク、ガラス基板、平面ディスプレイの表面、液晶ディスプレイの表面など、製造や取り扱いの動作の際に汚染されうるものを意味する。実際の基板によって、表面で起こりうる汚染の様式は様々であり、汚染の許容レベルは、基板を取り扱う個々の工業分野で規定される。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に従って、汚染物質粒子と相互作用する三相体を示す図である。図に示すように、三相体１１０は、気体部分１０４と、液体部分１０６と、固体部分１０８とを備える。基板１１２の表面に向かって三相体１１０に力を加えると、三相体１１０は、基板１１２の表面上に存在する汚染物質粒子１０２に近づくため、それらの粒子と相互作用する。一実施形態では、力（Ｆ）すなわちＦの垂直成分は、汚染物質粒子１０２の方に移動して相互作用する三相体１１０に隣接した三相体１１０によって加えられる。別の実施形態では、Ｆは、流体（例えば、気体または液体）によって、基板１１２の表面に向かって三相体１１０に加えられる。さらに別の実施形態では、Ｆは、翼板など、機械的な供給器によって加えられる。Ｆは、装置がＦを加える際に基板１１２に対する三相体１１０の洗浄特性を実質的に損なわない限りは、任意の装置を用いて加えられてよいことを理解されたい。一実施形態では、流体は、空気、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、アルゴン（Ａｒ）などの気体である。別の実施形態では、流体は、三相体１１０の液体部分１０６と混合できない液体である。
【００１３】
図１に示すように、力は、基板１１２と、その上の汚染物質粒子とに向かって、固体部分１０８を移動させるよう作用する。一実施形態では、固体部分１０８と汚染物質粒子１０２との間の相互作用は、固体部分１０８が、汚染物質粒子１０２の十分近くに移動された時に起きる。固体部分１０８と汚染物質粒子１０２との間の相互作用は、特に、付着（例えば、化学的または物理的な付着）、衝突（すなわち、モーメントや運動エネルギの伝達）、引力（例えば、立体力、静電気力など）、および、物理的および化学的な結合（例えば、共有結合、水素結合など）など、１または複数の作用によって確立されてよい。固体部分１０８と汚染物質粒子１０２との間の相互作用は、汚染物質粒子１０２と基板１１２との間のすべての付着力と、固体部分１０８と汚染物質粒子１０２との間の斥力と、に十分に打ち勝つ必要がある。したがって、固体部分１０８が、基板１１２から遠ざけられると、固体部分１０８と相互作用した汚染物質粒子１０２も、基板１１２から除去すなわち退けられる。
【００１４】
一実施形態では、気体部分１０４は、三相体１１０の５％から９９．９％の体積を占めるよう規定される。気体部分１０４を構成する１または複数の気体は、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）など、不活性であってもよいし、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、空気、水素（Ｈ2）、アンモニア（ＮＨ3）、フッ化水素（ＨＦ）、塩酸（ＨＣｌ）など、反応性であってもよい。一実施形態では、気体部分１０４は、例えば、窒素（Ｎ2）など、１種類の気体のみを含む。別の実施形態では、気体部分１０４は、例えば、オゾン（Ｏ3）と酸素（Ｏ2）と二酸化炭素（ＣＯ2）と塩酸（ＨＣｌ）とフッ化水素酸（ＨＦ）と窒素（Ｎ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合物、オゾン（Ｏ3）と窒素（Ｎ2）との混合物、オゾン（Ｏ3）とアルゴン（Ａｒ）との混合物、オゾン（Ｏ3）と酸素（Ｏ2）と窒素（Ｎ2）との混合物、オゾン（Ｏ3）と酸素（Ｏ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合物、オゾン（Ｏ3）と酸素（Ｏ2）と窒素（Ｎ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合物、酸素（Ｏ2）とアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）との混合物など、様々な種類の気体の混合物を含む混合気体である。結果として形成される混合物を、液体部分１０６および固体部分１０８と混合して、基板１１２の洗浄や前処理動作で利用可能な三相体１１０を形成できる限り、気体部分１０４は、基本的に、任意の組み合わせの気体の種類を含んでよいことを理解されたい。
【００１５】
さらに、図１を参照しつつ、個々の実施形態に応じて、三相体１１０の固体部分１０８は、基本的に任意の三相以外の相を示す物理特性を有してもよく、固体部分１０８は、液体部分１０６および気体部分１０４以外の部分として規定されることを理解されたい。例えば、弾性や可塑性などの物理特性は、三相体１１０内の固体部分１０８の種類によって異なってもよい。さらに、様々な実施形態において、固体部分１０８は、結晶性固体または非結晶性固体として規定されてよいことを理解されたい。個々の物理特性に関わらず、三相体１１０の固体部分１０８は、基板１１２の表面に近接または接触した際に基板１１２の表面への付着を防止できることと、容易に除去（例えば、リンス剤による流体力学的除去）されることが可能であることが好ましい。さらに、固体部分１０８の物理特性は、洗浄処理中に基板１１２の表面を損傷しないことが好ましい。また、固体部分１０８は、基板１１２の表面上に存在する汚染物質粒子１０２と近接または接触した時に、粒子１０２と相互作用することが好ましい。一実施形態では、固体部分１０８は、発泡防止特性を有する。別の実施形態では、固体部分１０８は、発泡促進特性を有する。用途と、三相体を取り扱うために用いられる装置とに応じて、段階的に、または、レシピに従って、発泡促進特性または発泡防止特性を調整してよい。
【００１６】
一実施形態では、固体部分１０８は、液体部分１０６および気体部分１０４に溶解せず、液体部分１０６の全体にわたって分散することを可能にする表面機能を有する。別の実施形態では、固体部分１０８は、液体部分１０６の全体にわたって分散することを可能にする表面機能を持たないため、固体部分１０８を液体部分１０６の全体にわたって分散できるように、液体部分１０６に化学分散剤を加える必要がある。一実施形態では、固体部分１０８は、沈殿反応によって形成され、その沈殿反応においては、液体部分１０６に溶解した成分が、１または複数の成分を加えることによる反応の結果として不溶性の化合物を形成する。一実施形態では、固体部分１０８は、液体部分１０６に塩基を加えた時に（すなわち、ゼータ電位を変えることにより）、液体部分１０６内で懸濁する。具体的な化学特性、および、周囲の液体部分１０６との相互作用により、固体部分１０８は、いくつかの異なる形態の内の１または複数の形態を取りうる。
【００１７】
例えば、様々な実施形態において、固体部分１０８は、凝集体、コロイド、ゲル、合体した球状体、または、基本的に任意の他の種類の凝集、凝固、フロック形成、凝塊形成、合体、を形成してよい。上述の固体部分１０８の形態を例示するリストは、包括的なリストを意図するものではなく、開示された実施形態の趣旨の範囲内で、代替や拡張が可能であることを理解されたい。また、固体部分１０８は、基本的に、基板１１２および汚染物質粒子１０２との相互作用に関して上述したように機能できる任意の固体材料として規定できることを理解されたい。
【００１８】
さらに、図１に関して、固体部分１０８を形成するために利用可能ないくつかの代表的な種類の材料として、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１０８の材料は、液体部分１０６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１０８の材料に関する洗浄効果は、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。
【００１９】
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として定義される任意の酸を示す。脂肪酸は、三相体１１０の洗浄剤の中の固体部分１０８として利用可能な脂肪族酸の一例である。固体部分１０８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。一実施形態では、固体部分１０８は、Ｃ−１から約Ｃ−２６までにわたる様々な炭素鎖長によって規定される脂肪酸の混合物であってよい。カルボン酸は、基本的に、１または複数のカルボキシル基（ＣＯＯＨ）を含む任意の有機酸として規定される。三相体１１０の固体部分１０８として用いられる場合、カルボン酸は、Ｃ−１から約Ｃ−１００までにわたる様々な炭素鎖長の混合物を含んでよい。また、カルボン酸は、長鎖アルコール、エーテル、および／または、ケトンを、三相体１１０の液体部分１０６における溶解限度を超えて含んでよい。一実施形態では、固体部分１０８で用いられる脂肪酸は、汚染物質粒子１０２と接触すると、界面活性剤として機能する。
【００２０】
さらに、図１に関して、液体部分１０６は、水系であっても非水系であってもよい。一実施形態では、水系液体部分１０６は、水（脱イオン水など）だけで構成される。別の実施形態では、水系液体部分１０６は、水と、水に溶けた他の成分とによって構成される。さらに別の実施形態では、非水系液体部分１０６は、特に、炭化水素、フッ化炭素、鉱物油、または、アルコールによって構成される。液体部分１０６が水系であるか非水系であるかに関わらず、液体部分１０６は、イオン性または非イオン性溶媒と、他の化学添加剤とを含むよう変更できることを理解されたい。例えば、液体部分１０６への化学添加剤は、共溶媒、ｐＨ調整剤（例えば、酸および塩基）、キレート剤、極性溶媒、界面活性剤、水酸化アンモニウム、過酸化水素、フッ化水素酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、および、レオロジー調整剤（例えば、ポリマ、粒子状物質、ポリペプチドなど）を含んでよい。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態に従って、第１の三相体が、第２の三相体に対して力を加えて、第２の三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用を引き起こす様子を示す図である。この図では、気体部分１０４と、液体部分１０６と、固体部分１０８とを備える第１の三相体１１０が、同一の構成要素を備える第２の三相体１１０の上側に位置している。第１の三相体１１０は、図に示すように、第２の三相体１１０に対して、下向きの力を加えて、固体部分１０８と、基板１１２の表面上の汚染物質粒子１０２との間の相互作用を引き起こす。下向きの力の結果として、第１の三相体１１０の気体部分１０４と、液体部分１０６と、固体部分１０８とが、第２の三相体１１０の同一の構成要素と接触した時に、第１の三相体１１０から第２の三相体１１０への運動エネルギの伝達が起きる。この伝達により、第２の三相体１１０が、汚染物質粒子１０２に向かって移動して、第２の三相体１１０と粒子１０２との間の相互作用が起きる。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。また、「下向き」という用語が用いられているが、力は、任意の角度または方向から加えられてよい。したがって、「上向き」、「横向き」、または、その他の方向の力を加えることも可能であり、水平方向には配置できないが、斜めに配置、もしくは、垂直に配列または保持できる基板に対して、力を加える際には、方向が重要になる。
【００２２】
一実施形態では、流体によって加えられた圧力（すなわち、力）の結果として、第１の三相体１１０は、第２の三相体１１０に対して力を加える。三相体１１０（すなわち、変形可能な液滴および泡）に対して圧力を加えるために利用可能であると共に、三相体１１０の気体部分１０４、液体部分１０６、および、固体部分１０８にほとんど溶解しない限りは、流体は、液体であっても気体であってもよいことを理解されたい。別の実施形態では、第１の三相体１１０に隣り合って接触する三相体１１０が、第１の三相体１１０に対して力を加え、その結果、第１の三相体１１０が、第２の三相体１１０に向かって落ち込むことで、第２の三相体１１０に対して力を加える。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態に従って、基板の表面に供給する前に形成された三相体洗浄剤を示す図である。図に示すように、三相体洗浄剤３０２は、気体部分１０４と、液体部分１０６と、固体部分１０８とをそれぞれ有する複数の三相体１１０を備える。複数の三相体１１０は、三相体１１０の各々の液体部分１０６の間の化学結合（例えば、共有結合、水素結合など）によって、互いに凝集することで、一体的な三相体洗浄剤３０２を形成している。したがって、様々な三相体１１０の物理的境界は、一定の流動状態にある。一実施形態では、三相体洗浄剤３０２は、泡の形態を取る。泡とは、気体である分散相と、液体である連続相とからなる材料である。
【００２４】
一実施形態では、三相体洗浄剤３０２は、基板１１２に供給する前に、供給器を用いて生成される。供給器は、三相体１１０の気体部分１０４と、液体部分１０６と、固体部分１０８とを構成する成分を取得して、それらを処理（適切な攪拌および／または曝気）することで、三相体洗浄剤３０２を形成する。三相体洗浄剤３０２の形成に利用可能な供給器の種類の例としては、近接ヘッド、マニホールド、スパージャ、ミキサなどが挙げられる。三相体洗浄剤３０２の形成に必要な攪拌および／または曝気を実現するよう構成可能であれば、任意の供給器を、三相体洗浄剤３０２の形成に用いてよいことを理解されたい。別の実施形態では、三相体洗浄剤３０２は、供給器を介して基板１１２の表面に供給する前に、貯蔵容器内で生成される。貯蔵容器は、三相体１１０の出発原料に対して十分な攪拌および／または曝気を施し、三相体洗浄剤３０２を生成するよう構成される。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に従って、三相体が、基板の表面から汚染物質粒子を除去する様子を示す図である。図に示すように、三相体１１０は、気体部分１０４と、液体部分１０６と、固体部分１０８とを備える。三相体１１０の固体部分１０８と汚染物質粒子１０２との間の相互作用の結果として、三相体１１０が基板１１２の表面から除去される際に、粒子１０２が基板１１２の表面から除去される。
【００２６】
一実施形態では、三相体１１０は、基板１１２の表面を液体でリンスすることによって除去される。液体は、三相体１１０と直接的に接触して、基板１１２の表面から三相体１１０を運んで除去する。別の実施形態では、三相体１１０は、その三相体１１０と、同様に基板１１２の表面から除去されつつある隣接した三相体１１０との間の引力によって除去される。さらに別の実施形態では、三相体１１０は、基板１１２の表面から三相体１１０を機械的に掃き取るよう構成された装置を用いて除去されてよい。三相体１１０は、除去によって基板１１２を損傷しない限りは、任意の方法を用いて基板１１２から除去されてよいことを理解されたい。
【００２７】
図５は、本発明の一実施形態に従って、三相体を用いて基板の表面を洗浄する方法を示すフローチャートである。三相体と、この方法で三相体を利用する様子については、図１、２、および、４に示している。方法５００は、表面上に粒子が堆積した基板を準備する動作５０２から始まる。上述したように、基板は、半導体ウエハなど、任意の汚染された表面であってよい。次に、方法５００は、固体部分と、液体部分と、気体部分とを備える三相体を生成する動作５０４に進む。一実施形態では、供給に先だって、受け取った原材料を処理（攪拌および／または曝気）して三相体を生成するよう構成された供給装置を用いて、三相体が生成される。別の実施形態では、供給装置に送られる前に三相体洗浄剤を貯蔵する貯蔵容器の中で、三相体が生成される。さらに別の実施形態では、三相体の原材料が供給装置から供給された時に、自動的に起きる一連の化学反応により、供給の時点で、三相体が生成される。
【００２８】
次に、方法５００は、三相体に力を加えることによって、三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用を促進する動作５０６に進む。上述したように、力は、三相体の上に位置する流体または隣接する三相体によって供給される圧力や接触力を介して、基板の表面に向かって加えられてよい。あるいは、一実施形態では、力は、基板表面に向かって三相体に機械力を加えるよう設計された装置によって加えられる。
【００２９】
さらに、図５によると、方法５００は、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って三相体と共に粒子が除去されるように、基板の表面から粒子と共に三相体を除去する動作５０８に進む。上述のように、三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用は、付着、衝突、引力、および、化学結合など、１または複数の作用によって確立されてよい。
【００３０】
図６は、本発明の一実施形態に従って、固相として界面活性剤を備える三相体を用いて基板の表面を洗浄する方法を示すフローチャートである。三相体と、この方法で三相体を利用する様子については、図１、２、および、４に示している。方法６００は、表面上に粒子が堆積した基板を準備する動作６０２から始まる。次に、方法６００は、実質的に固相である界面活性剤と、液相の液体部分と、気相の気体部分とを備える三相体を生成する動作６０４に進む。一実施形態では、三相体は、三相体を生成してウエハの表面に供給する供給器によって供給される。別の実施形態では、三相体は、供給器によって供給される前に、貯蔵容器内で生成される。さらに別の実施形態では、三相体の原材料が供給装置から供給された時に、自動的に起きる一連の化学反応により、供給の時点で、三相体が生成される。
【００３１】
一実施形態では、界面活性剤は、液体部分１０６全体に分布されることにより、それぞれカルボキシル基が一端に付着した複数の炭化水素鎖が懸濁した状態になる。それら複数の炭化水素鎖は、フロック形成しない。一実施形態では、界面活性剤の分散は、三相体に塩基を供給することによって実現される。
【００３２】
さらに、図６によると、方法６００は、界面活性剤がウエハ表面の粒子と相互作用するように、基板の表面に三相体を供給する動作６０６に進む。一実施形態では、三相体に力が加えられることにより、界面活性剤は、粒子に近接または接触するように移動される。力は、三相体の上に位置する流体または隣接する三相体によって供給される圧力を介して、基板の表面に向かって加えられる。別の実施形態では、力は、基板表面に向かって三相体に機械力を加えるよう設計された装置によって加えられる。
【００３３】
次に、方法６００は、界面活性剤と粒子との間の相互作用によって三相体と共に粒子を除去するように、基板の表面から粒子と共に三相体を除去する動作６０８に進む。界面活性剤と汚染物質粒子との間の相互作用は、付着、衝突、引力、および、化学結合など、１または複数の作用によって確立されてよい。
【００３４】
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】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に従って、汚染物質粒子と相互作用する三相体を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に従って、第１の三相体が、第２の三相体に対して力を掛けて、第２の三相体の固体部分と汚染物質粒子との間の相互作用を引き起こす様子を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に従って、基板の表面に供給する前に形成された三相体洗浄剤を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に従って、三相体が、基板の表面から汚染物質粒子を除去する様子を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に従って、三相体を用いて基板の表面を洗浄する方法を示すフローチャート。
【図６】本発明の一実施形態に従って、固相として界面活性剤を備える三相体を用いて基板の表面を洗浄する方法を示すフローチャート。
【図１】
2007208246.tif 000003
【図２】
2007208246.tif 000004
【図３】
2007208246.tif 000005
【図４】
2007208246.tif 000006
【図５】
2007208246.tif 000007
【図６】
2007208246.tif 000008
【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
Method and material 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 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 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 material and method for cleaning wafer surfaces.  
SUMMARY
[0005]Broadly speaking, the present invention fills these needs by providing improved methods and materials 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, a method for cleaning is disclosed.  A substrate having a particle deposited thereon is provided.  A tri-state body that has a solid portion, liquid portion, and a gas portion is generated.  A force is applied over the tri-state body to promulgate an interaction between the solid portion and the particle.  The tri-state body is removed along with the particle from the surface of the substrate.  The interaction between the solid portion and the particle causing the particle to be removed along with the tri-state body off of the substrate.
[0007]In another embodiment, a cleaning material for preparing a substrate is disclosed.  The cleaning material has a liquid component, a solid component, and a gas component.   The solid component is defined a plurality of solids that are dispersed within the liquid component.  The gas component is intermixed with the liquid component and the solid component to define the cleaning material in a state that is applied to the substrate.
[0008]In still another embodiment, another cleaning method is disclosed.  A substrate is provided, wherein the substrate has a particle deposited thereon.  A tri-state body that is defined by a surfactant in a substantial solid phase, a liquid portion in a liquid phase, and a gas portion in a gas phase is generated prior to the application to the substrate.  The tri-state body is applied to the surface of the substrate in such a manner that the surfactant interacts with the particle on the substrate surface.  The tri-state body is then removed from the surface of the substrate, where the interaction between the surfactant and the particle causes the particle to be removed along with the tri-state body. 
[0009]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
[0010]An invention is described for methods and materials 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.
[0011]As used herein, a tri-state body cleaning material contains a plurality of tri-state bodies that include a gas phase, a liquid phase and a solid phase.  In one embodiment, the gas phase and liquid phase provides an intermediary to bring the solid phase into close proximity with contaminant particles 102 on a substrate surface.  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," U.S. Patent Application 11/347,154 (Atty. Docket No. LAM2P547), filed on February 3, 2006, entitled "Cleaning compound and method and system for using the cleaning compound" and U.S. Patent Application (11/336,215) (Atty. Docket No. LAM2P545), filed on January 20, 2006, entitled "Method and Apparatus for removing contamination from a substrate."  The solid phase interacts with the particles 102 during cleaning to effectuate their removal.  A 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., which may become contaminated during manufacturing  or handling operations.  Depending on the actual substrate, a surface may become contaminated in different ways, and the acceptable level of contamination is defined in the particular industry in which the substrate is handled.
[0012]Figure 1 is an illustration of a tri-state body interacting with a contaminant particle, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this depiction, the tri-state body 110 includes a gas portion 104, a liquid portion 106, and a solid portion 108.  When a force is applied against the tri-state body 110 towards the surface of a substrate 112, the tri-state body 110 interacts with contaminant particles 102 situated on the surface of the substrate 112 as it moves closer to the particles 102.  In one embodiment, the force (F), or a normal component of F, is applied by tri-state bodies 110 adjacent to the tri-state body 110 moving towards and interacting with the contaminant particles 102.  In another embodiment, the F is applied by a fluid (e.g., gas or liquid) against the tri-state body 110 towards the substrate 112 surface.  In still another embodiment, the F is applied by mechanical applicator such as a blade.  It should be appreciated that the F can be applied using any apparatus so long as the substrate 112 cleaning properties of the tri-state body 110 is not substantially compromised by the apparatus during the application of F.  In one embodiment, the fluid is a gas such as air, nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2) and argon (Ar).  In another embodiment, the fluid is a liquid that is immiscible with the liquid portion 106 of the tri-state body 110.
[0013]As depicted in Figure 1, the force serves to move the solid portion 108 towards the substrate 112 and the contaminant particle 102 thereon.  In one embodiment, the interaction between the solid portion 108 and the contaminant particle 102 occurs when the solid portion 108 is forced sufficiently close to the contaminant particle 102.  Interaction between the solid portion 108 and the contaminant particle 102 can be established through one or more mechanisms including adhesion (e.g., chemical or physical), collision (i.e., transfer of momentum or kinetic energy), attractive forces (e.g., steric forces, electrostatic forces, etc.), physical and chemical bonding (e.g., covalent bonding, hydrogen bonding, etc.), among others.  The interaction between the solid portion 108 and the contaminant particle 102 must be sufficient to overcome any adhesive forces between the contaminant particle 102 and the substrate 112, as well as any repulsive forces between the solid portion 108 and the contaminant particle 102.  Therefore, when the solid portion 108 is moved away from the substrate 112, the contaminant particle 102 that interacted with the solid portion 108 is also removed or repulsed off the substrate 112.
[0014]In one embodiment, the gas portion 104 is defined to occupy 5% to 99.9% of the tri-state body 110 cleaning material by volume.  The gas or gases defining the gas portion 104 can be either inert, e.g., nitrogen (N2), argon (Ar), etc., or reactive, e.g., oxygen (O2), ozone (O3), hydrogen peroxide (H2O2), air, hydrogen (H2), ammonia (NH3), hydrogen fluoride (HF), hydrochloric acid (HCl), etc.  In one embodiment, the gas portion 104 includes only a single type of gas, for example, nitrogen (N2).  In another embodiment, the gas portion 104 is a gas mixture that includes mixtures of various types of gases, such as: ozone (O3), oxygen (O2), carbon dioxide (CO2), hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF), nitrogen (N2), and argon (Ar); ozone (O3) and nitrogen (N2); ozone (O3) and argon (Ar); ozone (O3), oxygen (O2) and nitrogen (N2); ozone (O3), oxygen (O2) and argon (Ar); ozone (O3), oxygen (O2), nitrogen (N2), and argon (Ar); and oxygen (O2), argon (Ar), and nitrogen (N2).  It should be appreciated that the gas portion 104 can include essentially any combination of gas types as long as the resulting gas mixture can be combined with a liquid portion 106 and a solid portion 108 to form a tri-state body 110 that can be utilized in substrate 112 cleaning or preparation operations.
[0015]Still with Figure 1, it should be understood that depending on the particular embodiment, the solid portion 108 of the tri-state body 110 may possess physical properties representing essentially any sub-state, wherein the solid portion 108 is defined as a portion other than the liquid 106 or gas portions 104.  For example, physical properties such as elasticity and plasticity can vary among different types of solid portions 108 within the tri-state body 110.  Additionally, it should be understood that in various embodiments the solid portion 108 can be defined as crystalline solids or non-crystalline solids.  Regardless of their particular physical properties, the solid portion 108 of the tri-state body 110 should be capable of avoiding adherence to the substrate 112 surface when positioned in either close proximity to or in contact with the substrate 112 surface or capable of being easily removed (e.g., hydrodynamic removal with rinse).  Additionally, the physical properties of the solid portion 108 should not cause damage to the substrate 112 surface during the cleaning process.  Furthermore, the solid portion 108 should be capable of establishing an interaction with the contaminant particle 102 present on the substrate 112 surface when positioned in either close proximity to or contact with the particle 102.  In one embodiment, the solid portion 108 has foam inhibiting properties.  In another embodiment, the solid portion 108 has foam enhancing properties.  Depending on the application and the apparatus used to handle the tristate body, the foam enhancing or inhibiting properties can be adjusted, either in a stepped manner or in accordance with a recipe.
[0016]In one embodiment, the solid portion 108 avoids dissolution into the liquid portion 106 and gas portions 104 and has a surface functionality that enables dispersion throughout the liquid portion 106.  In another embodiment, the solid portions 108 does not have surface functionality that enables dispersion throughout the liquid portion 106, therefore requiring chemical dispersants to be added to the liquid portion 106 to before the solid portions 108 can be dispersed through the liquid portion 106.  In one embodiment, the solid portions 108 form through a precipitation reaction where a dissolved component in the liquid phase 106 reacts by the addition of one or more components to form an insoluble compound.  In one embodiment, the solid portion 108 goes into suspension in the liquid portion 106 when a base is added to the liquid portion 106 (i.e., by altering the zeta potential).  Depending on their specific chemical characteristics and their interaction with the surrounding liquid portion 106, the solid portion 108 may take one or more of several different forms.
[0017]For example, in various embodiments the solid portion 108 may form aggregates, colloids, gels, coalesced spheres, or essentially any other type of agglutination, coagulation, flocculation, agglomeration, or coalescence.  It should be appreciated that the exemplary list of solid portion 108 forms identified above is not intended to represent an inclusive list, and alternates or extensions falling within the spirit of the disclosed embodiments are possible.  It should further be understood that the solid portion 108 can be defined as essentially any solid material capable of functioning in the manner previously described with respect to their interaction with the substrate 112 and the contaminant particle 102.
[0018]Continuing with Figure 1, some exemplary types of materials that can be used to make up the solid portion 108 includes aliphatic acids, carboxylic acids, paraffin, wax, polymers, polystyrene, polypeptides, and other visco-elastic materials.  The solid portion 108 material should be present at a concentration that exceeds its solubility limit within the liquid portion 106.  Also, it should be understood that the cleaning effectiveness associated with a particular solid portion 108 material may vary as a function of temperature, pH, and other environmental conditions.
[0019]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 108 within the tri-state body 110 cleaning material.  Examples of fatty acids that may be used as the solid portion 108 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.  In one embodiment, the solid portion 108 can represent a mixture of fatty acids defined by various carbon chain lengths extending from C-1 to about C-26.  Carboxylic acids are defined by essentially any organic acid that includes one or more carboxyl groups (COOH).  When used as the solid portion 108 of a tri-state body 110, the carboxylic acids can include mixtures of various carbon chain lengths extending from C-1 through about C-100.  Also, the carboxylic acids can include long-chain alcohols, ethers, and/or ketones, above the solubility limit in the liquid portion 106 of the tri-state body 110.  In one embodiment, the fatty acid used in the solid portion 108 acts as a surfactant when coming into contact with the contaminant particle 102.
[0020]Still referring to Figure 1, the liquid portion 106 can be either aqueous or non-aqueous.  In one embodiment, an aqueous liquid portion 106 is defined by water (de-ionized or otherwise) alone.  In another embodiment, an aqueous liquid portion 106 is defined by water in combination with other constituents that are in solution with the water.  In still another embodiment, a non-aqueous liquid portion 106 is defined by a hydrocarbon, a fluorocarbon, a mineral oil, or an alcohol, among others. Irrespective of whether the liquid portion 106 is aqueous or non-aqueous, it should be understood that the liquid portion 106 can be modified to include ionic or non-ionic solvents and other chemical additives.  For example, the chemical additives to the liquid portion 106 can include any combination of co-solvents, pH modifiers (e.g., acids and bases), chelating agents, polar solvents, surfactants, ammonia hydroxide, hydrogen peroxide, hydrofluoric acid, potassium hydroxide, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, and rheology modifiers such as polymers, particulates, and polypeptides.
[0021]Figure 2 is an illustration of a first tri-state body applying a force over a second tri-state body to create an interaction between the solid portion of the second tri-state body and the contaminant particle, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this depiction, a first tri-state body 110 including a gas portion 104, liquid portion 106 and a solid portion 108 is positioned above and over a second tri-state body 110 having the same.  The first tri-state body 110 is shown applying a downward force against the second tri-state body 110 instigating an interaction between the solid portion 108 and the contaminant particle 102 on the substrate 112 surface.  The downward force results when the gas portion 104, liquid portion 106 and solid portion 108 of the first tri-state body 110 contacts the same in the second tri-state body 110 causing a transfer in kinetic energy from the first tri-state body 110 to the second tri-state body 110.  This transfer causes the second tri-state body 110 to move towards the contaminant particle 102 thus creating an interaction between the solid portion 108 of the second tri-state body 110 and the particle 102.  As discussed above, the interaction may be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, and attractive forces.  Also, the term "downward" is noted herein, however, the force can be applied from any angle or direction.  Consequently, an "upward" "sideways" or other directional force can be filed, and the directionality may be important when the force is applied to a substrate that may not be in the flat position, but may be at an angle, or vertically arranged or held.
[0022]In one embodiment, a pressure (i.e., force) exerted by a fluid causes the first tri-state body 110 to apply a force against the second tri-state body 110.  It should be appreciated that the fluid can be either a liquid or a gas as long as the fluid can be utilized to apply a pressure against the tri-state bodies 110 (i.e., deformable droplets and bubbles) and does not appreciably dissolve into the gas portion 104, liquid portion 106, and solid portion 108 of the tri-state bodies 110.  In another embodiment, tri-state bodies 110 adjacent to and in contact with the first tri-state body 110 applies a force against the first tri-state body 110 cascading into the second tri-state body 110 and applying a force against the second tri-state body 110.
[0023]Figure 3 is an illustration of a tri-state body cleaning material formed prior to being applied against the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  As depicted herein, the tri-state body cleaning material 302 includes a plurality of tri-state bodies 110 each having a gas portion 104, liquid portion 106, and a solid portion 108.  The plurality of tri-state bodies 110 aggregating together as a unified tri-state body cleaning material 302 due to chemical bonding (e.g., covalent bonding, hydrogen bonding, etc.) between the liquid portions 106 of each of the tri-state bodies 110.  As such the physical boundaries of the various tri-state bodies 110 are in a constant state of flux.  In one embodiment, the tri-state body cleaning material 302 is in the form of a foam.  The foam being a material that is comprised of a dispersed phase that is a gas and a continuous phase that is a liquid.
[0024]In one embodiment, the tri-state body cleaning material 302 is generated using an applicator prior to application to the substrate 112.  The applicator taking the constituents that make-up the gas portion 104, liquid portion 106, and solid portion 108 of the tri-state bodies 110 and processing (by providing the appropriate agitation and/ aeration) them to form the tri-state body cleaning material 302.  Examples of applicator types that can be used to form the tri-state body cleaning material 302 include proximity heads, manifolds, spargers, mixers, etc.  It should be understood that any applicator type can be used to form the tri-state body cleaning material 302 as long as the applicator can be configured to provide the necessary agitation and/or aeration to generate the tri-state body cleaning material 302.  In another embodiment, the tri-state body cleaning material 302 is generated in a reservoir prior to dispensing via an applicator to the substrate 112 surface.  The reservoir being configured to apply sufficient agitation and/or aeration to the starting materials of the tri-state bodies 110 to generate the tri-state body cleaning material 302.
[0025]Figure 4 is an illustration of a tri-state body removing a contaminant particle from the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  In this depiction, the tri-state body 110 as shown includes a gas portion 104, a liquid portion 106 and a solid portion 108.  The interaction between the solid portion 108 of the tri-state body 110 and the contaminant particle 102 results in the particle 102 being removed from the surface of the substrate 112 as the tri-state body 110 is removed from the surface of the substrate 112.
[0026]In one embodiment, the tri-state body 110 is removed by rinsing the surface of the substrate 112 with a liquid.  The liquid directly contacts the tri-state body 110 to transport and remove the tri-state body 110 from the substrate 112 surface.  In another embodiment, the tri-state body 110 is removed due to the attractive forces between the tri-state body 110 and adjacent tri-state bodies 110 that are themselves in the process of being removed form the substrate 112 surface.  In still another embodiment, the tri-state body 110 is removed using an apparatus configured to mechanically sweep the tri-state body 110 off the surface of the substrate 112.  It should be understood that the tri-state body 110 can be removed from the substrate 112 surface using any method as long the substrate 112 is not damaged as a result of the removal.
[0027]Figure 5 is a flow chart of a method for using a tri-state body to clean the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  Diagrams of the tri-state body and how they are utilized in this method are shown in Figures 1, 2, and 4.  Method 500 begins with operation 502 where a substrate with a particle deposited thereon the surface is provided.  As discussed previously, the substrate can be either a semiconductor wafer or any contaminated surface.  The method 500 moves on to operation 504 where a tri-state body including a solid portion, a liquid portion, and a gas portion is generated.  In one embodiment, the tri-state body is generated using a dispensing apparatus that is configured to process (via agitation and/or aeration) the raw material materials supplied to the apparatus into the tri-state body prior to dispensing.  In another embodiment, the tri-state body is generated in a reservoir that stores the tri-state body cleaning material prior to being delivered to the dispensing apparatus for dispensing.  In still another embodiment, the tri-state body is generated at the point of application through a series of chemical reactions that automatically occur as the tri-state body raw materials are dispensed from the dispensing apparatus.
[0028]The method 500 continues on to operation 506 where a force is applied over the tri-state body to promulgate an interaction between the solid portion of the tri-state body and the contaminant particle.   As discussed previously, the force can be applied via a pressure or contact force supplied by a fluid or adjacent tri-state bodies that are disposed over the tri-state body towards the surface of the substrate.  Alternatively, in one embodiment, the force is applied by an apparatus designed to apply mechanical force against the tri-state body towards the substrate surface.
[0029]Continuing with Figure 5, the method 500 proceeds on to operation 508 where the tri-state body is removed along with the particle from the surface of the substrate such that the interaction between the solid portion of the tri-state body and the contaminant particle causes the particle to be removed along with the tri-state body.  As discussed earlier, the interactions between the solid portion of the tri-state body and the contaminant particle can be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, attractive forces, and chemical bonding.
[0030]Figure 6 is a flow chart of a method for using a tri-state body with a surfactant as a solid phase to clean the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.  Diagrams of the tri-state body and how they are utilized in this method are shown in Figures 1, 2, and 4.  Method 600 begins with operation 602 where a substrate with a particle deposited thereon the surface is provided.  The method 600 continues on to operation 604 where a tri-state body defined by a surfactant in a substantial solid phase, a liquid portion in a liquid phase, and a gas portion in a gas phase is generated.  In one embodiment, the tri-state body is applied using a dispensing applicator that generates and dispenses the tri-state bodies onto the surface of the wafer.  In another embodiment, the tri-state body is generated in a reservoir prior to dispensing by the dispensing applicator.  In still another embodiment, the tri-state body is generated at the point of application through a series of chemical reactions that automatically occur as the tri-state body raw materials are dispensed from the dispensing apparatus.
[0031]In one embodiment, the surfactant is distributed throughout the liquid portion 106 to define a plurality of hydrocarbon chains having a carboxyl group attached to one end of each of the plurality of hydrocarbon chains the are in suspension.  The plurality of hydrocarbon chains being adverse to flocculation.   In one embodiment, the dispersion of the surfactant is activated through the application of a base to the tri-state body.
[0032]Still with Figure 6, the method 600 then proceeds on to operation 606 where the tri-state body is applied to the surface of the substrate such that the surfactant interacts with the particle on the wafer surface.  In one embodiment, a force is applied to the tri-state body, thus moving the surfactant so that it is proximate to or contacting the particle.  The force is applied via a pressure supplied by a fluid or adjacent tri-state bodies that are disposed over the tri-state body towards the surface of the substrate.  In another embodiment, the force is applied by an apparatus designed to apply mechanical force against the tri-state body towards the substrate surface.
[0033]The method 600 then moves on to operation 608 where the tri-state body is removed along with the particle from the surface of the substrate such that the interaction between the surfactant and the particle causes the particle to be removed along with the tri-state body.  The interactions between the surfactant and the contaminant particle can be established through one or more mechanisms including adhesion, collision, attractive forces, and chemical bonding.
[0034]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
[0035]
Figure 1 is an illustration of a tri-state body interacting with a contaminant particle, in accordance with one embodiment of the present invention.  
Figure 2 is an illustration of a first tri-state body applying a force over a second tri-state body to create an interaction between the solid portion of the second tri-state body and the contaminant particle, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 3 is an illustration of a tri-state body cleaning material formed prior to being applied against the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 4 is an illustration of a tri-state body removing a contaminant particle from the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flow chart of a method for using a tri-state body to clean the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flow chart of a method for using a tri-state body with a surfactant as a solid phase to clean the surface of a substrate, in accordance with one embodiment of the present invention.
1.A cleaning method, comprising:
providing a substrate having a surface, the surface having a particle thereon;
generating a tri-state body comprising a solid portion, a liquid portion, and a gas portion;
applying a force over the tri-state body to promulgate an interaction between the solid portion and the particle; and
removing the tri-state body along with the particle from the surface of the substrate, such that the interaction with the particle causes the particle to be removed with the tri-state body.
2.The cleaning method, as recited in claim 1, wherein the interaction defines one of a connection or transfer of momentum between the particle and the solid portion of the tri-state body. 
3.The cleaning method, as recited in claim 1, wherein the connection is one of adhesion or repulsion.
4.The cleaning method, as recited in claim 1, wherein the liquid portion and the gas portion define an encapsulating transport, the gas portion further substantially filling the encapsulating transport.
5.The cleaning method, as recited in claim 4, wherein the gas portion is one of a gas mixture of,
ozone (O3), oxygen (O2), hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF), nitrogen (N2), and argon (Ar); 
ozone (O3) and nitrogen (N2); 
ozone (O3) and argon (Ar); 
ozone (O3), oxygen (O2) and nitrogen (N2); 
ozone (O3), oxygen (O2) and argon (Ar);
ozone (O3), oxygen (O2), nitrogen (N2), and argon (Ar); and
oxygen (O2), argon (Ar) and nitrogen (N2).
6.The cleaning method, as recited in claim 4, wherein the encapsulating transport is combined with other encapsulating transports to define a foam, the encapsulating transports applying a force that causes the solid phase to come in proximity to the particle so as to facilitate the interaction with the solid portion and the particle on the surface of the substrate. 
7.The cleaning method, as recited in claim 1, wherein the solid portion is defined outside of a gas phase and a liquid phase.
8  The cleaning method, as recited in claim 7, wherein the solid portion includes fatty acids. 
9  The cleaning method, as recited in claim 1, wherein adjacent tri-state bodies positioned over the tri-state body apply the force. 
10.  The cleaning method, as recited in claim 1, wherein the lubricating layer between the solid portion provides hydrodynamic resistance to remove the contamination.
11.  A cleaning material for preparing a substrate, the cleaning material comprising:
a liquid component;
a solid component defined by a plurality of solids that are dispersed within the liquid component; and
a gas component intermixed with the liquid component and the solid component, to define the cleaning material in a state to be applied to the substrate.  
12.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 11, wherein the liquid component includes a base.
13.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 12, wherein the base is an aqueous base selected from the group consisting of ammonia hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, and tetramethylammonium hydroxide. 
14.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 11, wherein the solid component is a fatty acid or a fatty acid salt.
15.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 11, wherein the solids act as a foam inhibitor.
16.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 14, wherein the fatty acid acts as a surfactant.
17.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 14, wherein the fatty acid is selected from the group consisting of stearic acid (CH3(CH2)16COOH), palmitic acid, and oleic acid. 
18.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 11, wherein the solid component is ionized by the liquid component to form the plurality of solids.
19.  The cleaning material for preparing a substrate, as recited in claim 11, wherein the solid component has a carboxylic, sulfonic, or phosphonic acid portion.
20.  A cleaning method, comprising:
providing a substrate having a surface, the surface having a particle thereon;
generating a tri-state body defined by a surfactant in a substantial solid phase, a liquid portion in a liquid phase, and a gas portion in a gas phase prior to application to the substrate; and
applying the tri-state body to the surface of the substrate such that the surfactant interacts with the particle;
removing the tri-state body along with the particle from the surface of the substrate, such that the interaction between the surfactant and the particle causes the particle to be removed along with the tri-state body. 
21.  The cleaning method, as recited in claim 20, wherein the liquid portion and the gas portion define an encapsulating transport, the gas portion further substantially filling the encapsulating transport.  
22.  The cleaning method, as recited in claim 20, wherein the interaction defines a connection between the particle and the surfactant of the tri-state body.
23.  The cleaning method as recited in claim 21, wherein the encapsulating transport is combined with other encapsulating transports to define a foam, the encapsulating transports of the foam applying a force to the surfactant that causes the surfactant to be positioned proximate to the particle so as to initiate the interaction between the surfactant and the particle on the surface of the substrate. 
24.  The cleaning method, as recited in claim 23, wherein the surfactant is distributed in the liquid portion to define a plurality of hydrocarbon chains having a carboxyl group attached to one end of each of the plurality of hydrocarbon chains that are in suspension and are adverse to flocculation among the plurality of hydrocarbon chains.
25.  The cleaning method, as recited in claim 24, further comprising:
activating the suspension of the surfactant through an application of a base to the tri-state body.
1. ABSTRACT
Methods for cleaning using a tri-state body are disclosed.  A substrate having a particle deposited thereon is provided.  A tri-state body that has a solid portion, liquid portion, and a gas portion is generated.  A force is applied over the tri-state body to promulgate an interaction between the solid portion and the particle.  The tri-state body is removed along with the particle from the surface of the substrate.  The interaction between the solid portion and the particle causing the particle to be removed along with the tri-state body.
2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig. 1
2007208246.tif 000009
2007208246.tif 000010
2007208246.tif 000011
2007208246.tif 000012
2007208246.tif 000013
2007208246.tif 000014