DE10010287B4

DE10010287B4 - Verfahren zur Herstellung von flüssigen Gemischen für das chemisch-mechanische Polieren von Wafern

Info

Publication number: DE10010287B4
Application number: DE10010287A
Authority: DE
Inventors: Franz Mayer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: WO2001062441A1; DE10010287A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von flüssigen Gemischen für das chemisch-mechanische Polieren von Wafern mit folgenden Schritten:
– Ansaugen einer vorgelegten Flüssigkeit (2) aus einem Mischbehälter (1);
– Zuführen der vorgelegten Flüssigkeit (2) zu einer Flüssigkeitsstrahlpumpe (3);
– Ansaugen eines einzumischenden Feststoffes (10) durch den Durchfluss der vorgelegten Flüssigkeit (2) durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3);
– Zuführen des in der Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) entstandenen Gemischs zum Mischbehälter (1); und
– Abführen des fertigen Gemisches aus dem Mischbehälter in einen Versorgungstank und Zuführen dieses Gemisches aus dem Versorgungstank über ein Leitungssystem in eine Poliereinheit zum chemisch-mechanischen Polieren der Wafer.

Description

"Verfahren zur Herstellung von flüssigen Gemischen für das chemisch-mechanische Polieren von Wafern"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Gemischen für das chemischmechanische Polieren von Wafern.

Mischvorrichtungen sind beispielsweise aus der US 5,957,759 A und der US 5,664,990 A bekannt. Diese sind mit einem Rührer oder einer Umwälzeinrichtung, beispielsweise einer Pumpe, ausgestattet, um Dispersionen, Suspensionen, Mischungen oder Lösungen herzustellen. In der Regel wird eine Flüssigkeit im Mischbehälter vorgelegt und ein Feststoff eingetragen oder eine Flüssigkeit zugegeben. Solche im Stand der Technik bekannten Mischvorrichtungen werden beispielsweise auch zur Herstellung von Mischungen für die Halbleitertechnik verwendet, z. B. bei der Herstellung von Lösungen beziehungsweise Feststoffsuspensionen für das chemisch-mechanische Polieren. Mischvorrichtungen finden allerdings in zahlreichen weiteren Bereichen der Technik Anwendung.

Die derzeit von Herstellern angebotenen Mischvorrichtungen sind apparativ sehr anspruchsvoll und daher entsprechend teuer. Zum guten Vermischen der verschiedenen, in den Mischbehälter eingebrachten Komponenten wird zumeist ein Rührwerk verwendet, welches durch Schaufeln, Flügel, Paddel oder Stäbe die vorgelegten Flüssigkeit(en) in eine Bewegung versetzt und damit die Durchmischung der weiteren zugegebenen Komponenten erreicht.

Bei einem Typ vorbekannter Mischvorrichtungen ist der gesamte Mischbehälter auf einer Waage plaziert und die einzudosierende Menge an zuzugebenden Komponenten wird jeweils gravimet risch ermittelt. Sowohl durch das Zugeben der Substanzen als auch durch den eigentlichen Rührvorgang kommt es jedoch zu Erschütterungen, welche die Genauigkeit des Einwägevorgangs beeinträchtigen. Das Bestimmen der zuzugebenden Menge der verschiedenen Komponenten direkt im Mischbehälter ist daher als problematisch anzusehen.

Mischvorrichtungen, bei denen die Komponenten volumetrisch dosiert werden, sind zwar weniger störanfällig als die zuvor genannten, benötigen aber in der Regel ebenfalls eine Rühreinrichtung, um das Durchmischen zu bewerkstelligen. Allen Rühreinrichtungen ist jedoch das immanente Problem zu eigen, dass sie eine Abdichtung an der Wellendurchführung in den Mischbehälter erfordern. Diese Rührwellenabdichtung generiert Partikel, die zu unerwünschten Qualitätsminderungen führen. Speziell in der Halbleiterindustrie, bei der hohe Reinheit der verwendeten Chemikalien notwendig ist, kann dies zu Problemen bei der anschliessenden Verwendung der zubereiteten flüssigen Gemische führen. Zudem ergeben sich häufig Probleme bei der Werkstoffauswahl des Dichtungsmaterials, da chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit, Temperaturbeständigkeit usw. nicht von allen Werkstoffen gleichermassen und zufriedenstellend erfüllt werden können.

Die von einigen Herstellern angebotenen Mischsysteme, die auf Druckförderung ausgelegt sind, haben die Nachteile, dass teure und technisch anspruchsvolle Druckbehälter benötigt werden und dass ein Zirkulieren nur mit einem erhöhten Aufwand, nämlich der doppelten Behälteranzahl, realisiert werden kann.

Die DE 25 48 754 A1 Tbeschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Luft in Flüssigkeiten, insbesondere für die Abwasserbelüftung. Die zu belüftende Flüssigkeit wird dazu unter Druck einer Wasserstrahlpumpe zugeführt. Durch den in der Wasserstrahlpumpe erzeugten Unterdruck wird Luft angesaugt, die sich dann mit der zu belüftenden Fllüssigkeit vermischt.

Weiterhin wird in der WO99/51331 A1 eine Vorrichtung beschrieben, mit der ein Gas in einer Flüssigkeit fein verteilt werden kann, um chemische oder biochemische Reaktionen ausführen zu können, wobei in der Flüssigkeit auch Partikel suspendiert sein können. Um das Gas in der Flüssigkeit zu verteilen, ist eine Wasserstrahlpumpe vorgesehen. Die Flüssigkeit wird im Kreislauf geführt und passiert dabei jeweils die Wasserstrahlpumpe. Durch den in der Wasserstrahlpumpe erzeugten Unterdruck wird ein gas angesaugt, welches dann in der Flüssigkeit fein verteilt wird. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Belüftung von Abwasser bei der Abwassereinigung.

Schließlich ist aus der WO95/14526 A1 ein Verfahren zur Behandlung von Abfällen, wie sie insbesondere in der chemischen Industrie entstehen, bekannt. Das Abwasser wird dabei mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe mit einem zweiten Fluid vermischt. Durch die Wasserstrahlpumpe erfolgt eine innige Durchmischung der Fluide, wobei eine große Oberfläche des zweiten Fluids relativ zum ersten Fluid erreicht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Gemischen für das chemisch mechanische Polieren von Wafern anzugeben, das ein problemloses Zugeben von einzumischenden Stoffen und deren Durchmischung mit bereits vorgelegten Flüssigkeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von flüssigen Gemischen gemäß dem Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, zum Einbringen von zuzumischenden Stoffen und zur Durchmischung eine Flüssigkeitsstrahlpumpe einzusetzen. Eine solche Flüssigkeitsstrahlpumpe (im allgemeinen auch als Wasserstrahlpumpe bezeichnet, sofern zur Sogerzeugung Wasser verwendet wird) beruht auf dem Prinzip, durch ein Düsenrohr eine Flüssigkeit mit einer bestimmten relativ hohen Geschwindigkeit durchtreten zu lassen und seitlich des Düsenrohrs einen Ansaugeingang vorzusehen, aus dem ein einzumischender Stoff, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, durch den im Düsenrohr herrschenden Unterdruck mitgerissen wird. Durch die Verwirbelung der beiden Flüssigkeiten oder der Flüssigkeit und des Gases im Düsenrohr der Flüssigkeitsstrahlpumpe findet bereits dort eine erste Durchmischung der Stoffe statt. Das Prinzip der Flüssigkeitsstrahlpumpe lässt sich hervorragend für das erfindungsgemässe Verfahren verwenden.

Es kann notwendig sein, vor oder nach dem Zufügen des einzumischenden Stoffes eine Umwälzung des flüssigen Gemischs oder der vorgelegten Flüssigkeit durchzuführen, um entweder den Durchmischungsgrad weiter zu verbes sern oder eine gleichmässige Durchmischung zu erhalten. Den zufolge weist eine vorzugsweise ## erfindungsgemäßen Verfahrens vor und/oder nach dem Ansaugen des gesamten einzumischenden Stoffes vorzugsweise die weiteren Schritte zur Umwälzung des flüssigen Gemisches auf:

– Ansaugen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit aus dem Mischbehälter;
– Zuführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit zu einer Bypassleitung und
– Rückführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit von der Bypassleitung zum Mischbehälter.

Dieses Durchmischungsverfahren verwendet mithin eine Bypassleitung. Vorzugsweise wird zwischen dem Zuführen der vorgelegten Flüssigkeit oder des flüssigen Gemischs zur Flüssigkeitsstrahlpumpe oder dem Zuführen zur Bypassleitung mittels Ventilen hin- und hergeschaltet.

Genauso ist es möglich, dass vor und/oder nach dem Ansaugen des gesamten einzumischenden Stoffes das Verfahren die weiteren Schritte zur Umwälzung des flüssigen Gemischs aufweist:

– Ansaugen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit aus dem Mischbehälter;
– Zuführen des flüssigen Gemischs. und/oder der vorgelegten Flüssigkeit zu der Flüssigkeitsstrahlpumpe;
– Durchleiten des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe; und
– Rückführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit zum Mischbehälter.

In dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird mithin keine Bypassleitung verwendet, sondern zur Umwälzung des flüssigen Gemischs oder der vorgelegten Flüssigkeit wird einfach der Kreislauf, der über die Flüssigkeitsstrahlpumpe läuft, verwendet. Vorzugsweise geschieht das Ansaugen der vorgelegten Flüssigkeit mit einer Pumpe. Diese Pumpe kann beispielsweise, wie bereits oben ausgeführt, eine Membranpumpe sein.

Das Umwälzen der vorgelegten Flüssigkeit über eine Wasserstrahlpumpe bewirkt den Eintrag der zuzumischenden Komponenten und zugleich das Durchmischen. Die benötigten Einzelaggregate sind handelsüblich und erprobt und müssen lediglich funktional richtig angeordnet werden. Die Herstellungskosten sind vergleichsweise günstig; ebenso wie die Konstruktionskosten, da kein spezielles Know-how benötigt wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der geringeren Störanfälligkeit, den geringeren Betriebskosten und der hohen Verfügbarkeit. Die Verwendung geeigneter Membranpumpen hat zudem noch den Vorteil, dass keine Partikel generiert werden können.

Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen folgendes dargestellt ist:
1 zeigt eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Mischvorrichtung.
Die in 1 dargestellte Mischvorrichtung weist einen Mischbehälter 1 auf, in dem sich eine vorgelegte Flüssigkeit 2 befindet. Die Wasserstrahlpumpe 3 kann dicht oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche ausserhalb des eigentlichen Mischbehälters 1 angeordnet werden. Die Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 weist einen Düseneingang 4 und einen Ansaugeingang 5 auf, sowie einen Ausgang 6, durch den beide, durch die Eingänge eingegangene Flüssigkeiten, beziehungsweise Flüssigkeit und Gas o. ä., gemeinsam die Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 wieder verlassen.
Das Kreislaufleitungssystem 8 – an den Düseneingang 4 der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 angeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass unter Verwendung einer Pumpe 11 im Kreislaufleitungssystem 8 eine praktisch unbegrenzte Zirkulation der vorgelegten Flüssigkeit 2 durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe möglich ist. Das Zuführleitungssystem 7 ist mithin an den Ansaugeingang 5 der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 angeschlossen, so dass der einzumischende Feststoff 10 durch den Unterdruck in der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 mitgerissen wird. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist weiterhin eine Bypassleitung 12 vorgesehen, welche die Kreislaufleitung 8 wieder unmittelbar mit dem Mischbehälter 1 verbindet, so dass eine Zirkulation an der Flüssigkeitsstrahlpumpe 3 vorbei möglich ist. Zwischen den beiden Alternativstrecken kann mittels der Ventile 13 und 14 hin- und hergeschaltet werden. Auch eine gleichzeitige oder gleichzeitig partielle Öffnung der beiden Ventile ist möglich.
Die Zeichnung zeigt weiterhin ein Ableitungssystem 15 und ein zugehöriges Ventil 17, ihrer Welche das fertig gemischte flüssige Gemisch dem Mischbehälter 1 entnommen und einem Ausgang 16 zugeführt wird.
Der Ausgang 16 ist mit einem Versorgungstank gekoppelt, aus dem über weitere Leitungssysteme das fertige flüssige Gemisch zum chemischmechanischen Polieren von Wafern einer Poliereinheit zugeführt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von flüssigen Gemischen für das chemisch-mechanische Polieren von Wafern mit folgenden Schritten: – Ansaugen einer vorgelegten Flüssigkeit (2) aus einem Mischbehälter (1); – Zuführen der vorgelegten Flüssigkeit (2) zu einer Flüssigkeitsstrahlpumpe (3); – Ansaugen eines einzumischenden Feststoffes (10) durch den Durchfluss der vorgelegten Flüssigkeit (2) durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3); – Zuführen des in der Flüssigkeitsstrahlpumpe (3) entstandenen Gemischs zum Mischbehälter (1); und – Abführen des fertigen Gemisches aus dem Mischbehälter in einen Versorgungstank und Zuführen dieses Gemisches aus dem Versorgungstank über ein Leitungssystem in eine Poliereinheit zum chemisch-mechanischen Polieren der Wafer.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vor und/oder nach Ansaugen des gesamten einzumischenden stoffes (10) die weiteren Schritte zur Umwälzung des flüssigen Gemischs aufweist: – Ansaugen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) aus dem Mischbehälter (1); – Zuführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) zu einer By-Pass Leitung (12); und – Rückführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) von der By-Pass Leitung (12) zum Mischbehälter (1)
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zuführen der vorgelegten Flüssigkeit oder des flüssigen Gemischs zur Flüssigkeitsstrahlpumpe und dem Zuführen zur By-Pass Leitung mittels Ventilen hin- und hergeschaltet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vor und/oder nach Ansaugen des gesamten einzumischenden Feststoffes (10) die weiteren Schritte zur Umwälzung des flüssigen Gemischs aufweist: – Ansaugen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) aus dem Mischbehälter (1);, – Zuführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) zu der Flüssigkeitsstrahlpumpe (3); – Durchleiten des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe (3); und – Rückführen des flüssigen Gemischs und/oder der vorgelegten Flüssigkeit (2) zum Mischbehälter (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugen der vorgelegten Flüssigkeit (2) mit einer Pump (11) geschieht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (11) eine Membranpumpe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einzumischende Feststoff (10) in Form einer Suspension zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der einzumischende Feststoff (10) in Form eines Aerogels zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der einzumischende Feststoff (10) in Form eines festgasförmigen Gemenges zugeführt wird.