DE102020131637A1

DE102020131637A1 - Filtervorrichtung für prozess zur herstellung von halbleitervorrichtungen

Info

Publication number: DE102020131637A1
Application number: DE102020131637.2A
Authority: DE
Inventors: Chwen Yu; Chih-Chiang Tseng; Yi-Chung LAI; Tzu-Sou Chuang; Yun-Ju Chia
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-11-25
Also published as: KR20210145070A; TW202208053A; CN113351019B; KR102504442B1; CN113351019A; TWI811622B

Abstract

Eine Filtervorrichtung weist eine oder mehrere Filtermembranen auf und ein Filtergehäuse, das die eine oder die mehreren Filtermembranen umschließt. Jede der Filtermembranen weist eine aus einem Keramikmaterial hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf. Die Basismembran ist mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 22. Mai 2020 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/028.626 , die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Die IC-Industrie (IC: integrated circuit - integrierter Halbleiter-Schaltkreis) hat ein rasches Wachstum erfahren. Technologische Fortschritte bei IC-Materialien und -Entwürfen haben Generationen von ICs hervorgebracht, wobei jede Generation kleinere und komplexere Schaltkreise als die vorhergehende Generation aufweist. Diese Fortschritte haben aber auch die Komplexität der Bearbeitung und Herstellung von ICs erhöht, und damit diese Fortschritte realisiert werden können, sind ähnliche Entwicklungen bei der IC-Bearbeitung und -Herstellung erforderlich. Im Laufe der IC-Evolution hat die Funktionsdichte (d. h., die Anzahl von miteinander verbundenen Vorrichtungen je Chipfläche) im Allgemeinen zugenommen, während die Strukturgröße (d. h., die kleinste Komponente (oder Leitung), die mit einem Herstellungsverfahren erzeugt werden kann) abgenommen hat. Da die Strukturgrößen von Halbleitervorrichtungen kleiner werden und Halbleitervorrichtungen mit neuen Strukturen entwickelt werden, werden im Hinblick auf die Verbesserung der Ausbeute verunreinigungsfreie oder teilchenfreie Flüssigkeiten für die Herstellung von ICs erforderlich. Filter, insbesondere POU-Filter (POU: point of use - Entnahmepunkt), werden entworfen, um Verunreinigungen oder Teilchen aus den Flüssigkeiten, Lösungen und/oder Lösungsmitteln zu entfernen, die in Verfahren zur Herstellung von integrierten Halbleiter-Schaltkreisen zum Einsatz kommen.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind und nur der Erläuterung dienen. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

Die 1A, 1B und 1C sind schematische Ansichten von Filtermembranen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung. Die 1D, 1E und 1F sind verschiedene Schnittansichten der Filtermembranen gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Die 1F, 1G und 1H sind Ansichten von Filtermembranen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung.
Die 2A und 2B sind schematische Ansichten einer Filtervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die 2C, 2D, 2E, 2F, 2G und 2H zeigen verschiedene Filterstrukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die 3A, 3B, 3C, 3D und 3E sind schematische Ansichten einer Filtervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine schematische Ansicht einer Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren, welche die Filtervorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet.
Die 6A, 6B und 6C zeigen einen Reinigungsschritt der Filtervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die 7A und 7B sind schematische Ansichten einer Vorrichtung zum Steuern einer CMP-Vorrichtung (CMP: chemical mechanical polishing - chemisch-mechanisches Polieren).
Die 8A und 8B sind schematische Ansichten einer Vorrichtung, welche die Filtervorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass die nachstehende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Offenbarung bereitstellt. Nachstehend werden spezielle Ausführungsformen oder Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel sind die Abmessungen von Elementen nicht auf den angegebenen Bereich oder die angegebenen Werte beschränkt, sondern sie können von Prozessbedingungen und/oder gewünschten Eigenschaften der Vorrichtung abhängig sein. Außerdem kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element hergestellt werden können, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Verschiedene Elemente können der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber beliebig in verschiedenen Maßstäben gezeichnet sein.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden. Darüber hinaus kann der Begriff „hergestellt aus“ entweder „weist auf“ oder „besteht aus“ bedeuten. Materialien, Konfigurationen, Abmessungen und/oder Prozesse, die in einer Ausführungsform beschrieben werden, können auf andere Ausführungsformen angewandt werden, und ihre detaillierte Beschreibung kann entfallen.
Verschiedene Fluide, Flüssigkeiten oder Lösungen, wie etwa ein Fotoresist, ein Entwickler, ein Nassätzmittel, eine Reinigungslösung, ein Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren usw., werden bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet. Diese Fluide müssen im Wesentlichen frei von Verunreinigungen und/oder Teilchen sein. Filter werden verwendet, um die Verunreinigungen und/oder Teilchen zu entfernen. Insbesondere POU-Filter werden als letzte Möglichkeit zum Entfernen von Verunreinigungen aus den bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendeten Fluiden entworfen. Ein POU-Filter behandelt Fluid, das unmittelbar in einem lokalen Herstellungsschritt verwendet werden soll. Die Herstellung von integrierten Schaltkreisen umfasst mehrere Schritte, in denen Siliziumwafer wiederholt mit Prozessen wie zum Beispiel Lithografie, Ätzung, Dotierung und Abscheidung von Metallen behandelt werden. Durch all diese Schritte hindurch muss die Halbleitereigenschaft des Siliziums und seiner Oberfläche aufrechterhalten und/oder speziell gesteuert werden. Verunreinigungen können die Halbleitereigenschaft des Siliziums ändern oder den geplanten Schaltkreisentwurf stören, wodurch die Ausbeute an integrierten Schaltkreisen verringert wird. Teilchen, die nur 0,1 Mikrometer groß sind, können daher zum Ausfall eines Halbleiterelements führen. Ein Teilchen kann das Schließen einer Leitung verhindern, oder ein Teilchen kann zwei Leitungen überbrücken. Verunreinigungen können sich entweder direkt auf der Siliziumoberfläche oder auf einer Maskierungsoberfläche befinden, wodurch sie den Schaltkreisentwurf, der gedruckt wird, ändern. POU-Filters müssen deshalb Teilchen, die solche Mängel hervorrufen würden, entfernen.
Ein Filter, der im Halbleiterherstellungsprozess verwendet wird, umfasst im Allgemeinen eine aus Fasern hergestellte Membran. Poren der Fasermembran können jedoch beliebige Formen und Größen aufweisen und daher einige Teilchen durch den Fasermembranfilter passieren lassen. In manchen Fällen kann eine Fasermembran mit einer mittleren Porengröße von 7 nm Teilchen mit einer Größe von mehr als etwa 26 nm passieren lassen.
Ausführungsformen der Offenbarung sind auf eine Filtermembran gerichtet, die aus Keramik, wie etwa Aluminiumoxid, hergestellt ist und eine im Wesentlichen gleichmäßige Porengröße aufweist, und auf verschiedene Verfahren zur Herstellung der Filtermembran.
Bei einigen Ausführungsformen, wie in 1A gezeigt ist, weist die Filtermembran 10 eine Basismembran 15 und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 20 (Poren), die durch die Basismembran 15 hindurch verlaufen. Die 1D-1F zeigen Schnittansichten des Durchgangslochs 20 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Filtermembran mit einem Beschichtungsmaterial 18 beschichtet, wie in den 1D-1F gezeigt ist.
Wie in 1A gezeigt wird, ist mindestens ein Teil der unteren Öffnung zu sehen, wenn in Richtung der Dicke von einer oberen Öffnung des Durchgangsloches geschaut wird. Folglich haben Filtermembranen gemäß Ausführungsformen der Offenbarung einen Durchgangsweg, der sich von dem Durchgangsweg in einer faserbasierten Filtermembran unterscheidet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Form der Mehrzahl von Durchgangslöchern 20 im Wesentlichen rund oder oval. Bei anderen Ausführungsformen ist die Form der Durchgangslöcher ein Quadrat, ein Rechteck (z. B. ein Schlitz) oder ein Vieleck (z. B. ein Sechseck).
Bei einigen Ausführungsformen liegt der Durchmesser der Mehrzahl von runden Durchgangslöchern 20 mit dem Beschichtungsmaterial 18 in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 500 nm und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 200 nm. Wenn die Form der Durchgangslöcher 20 nicht rund ist, kann der Mittelwert des größten Durchmessers und des kleinsten Durchmessers als der Durchmesser betrachtet werden. Die Schwankung der Durchmesser (z. B. der Drei-Sigma (3σ)-Wert) der Durchgangslöcher 20 liegt bei einigen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 5 % bis etwa 25 % des mittleren Durchmessers und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 10 % bis etwa 20 %. Bei einigen Ausführungsformen kann die Schwankung (Gleichmäßigkeit) der Durchmesser auf der Grundlage von Messungen an 10-50 Löchern in der Filtermembran 10 berechnet werden. Bei dieser Offenbarung kann die Filtermembran 10 mit im Wesentlichen gleichmäßigen Lochdurchmessern, wie vorstehend ausgeführt ist, als homogene Filtermembran bezeichnet werden. Darüber hinaus kann eine Filtermembran mit beliebigen Lochgrößen (z. B. einer Schwankung der Durchmesser von mehr als 30 %) als heterogene Filtermembran bezeichnet werden. Der Durchmesser der Durchgangslöcher 20 wird auf der Grundlage einer Größe von Teilchen, die zu entfernen sind, und/oder einer Durchflusseigenschaft der Filtermembran festgelegt. Wenn die Größe der Durchgangslöcher 20 zu groß ist, können die Teilchen möglicherweise nicht wirksam entfernt werden, und wenn die Größe der Durchgangslöcher 20 zu klein ist, kann die zu filternde Lösung oder Flüssigkeit nicht ruhig durch die Filtermembran 10 strömen.
Bei einigen Ausführungsformen liegt die Gesamtanzahl der Durchgangslöcher 20 je Flächeneinheit (z. B. je Quadratmikrometer) in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 600 und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 200 bis etwa 400. Wenn die Anzahl der Durchgangslöcher je Flächeneinheit zu klein ist, kann die zu filternde Lösung oder Flüssigkeit nicht ruhig durch die Filtermembran 10 fließen. Wenn die Gesamtanzahl der Durchgangslöcher je Flächeneinheit zu groß ist, verringert sich die Festigkeit der Filtermembran 10, und die Filtermembran kann leicht zerbrechen.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Mehrzahl von Durchgangslöchern 20 in einer Matrix angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Matrix der Durchgangslöcher eine Gitterstruktur, wie in 1B gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsformen weist die Matrix der Durchgangslöcher eine versetzte Struktur auf, wie in 1B gezeigt ist, wo die meisten der Durchgangslöcher 20 unmittelbar benachbart zu sechs anderen Durchgangslöchern 20 sind. Die Filtermembran 10 weist bei einigen Ausführungsformen, wenn die Durchgangslöcher 20 eine quadratische oder rechteckige Form haben, eine Maschenstruktur auf. Bei einigen Ausführungsformen, wenn die Durchgangslöcher 20 eine sechseckige Form haben, weist die Filtermembran 10 eine Wabenform auf. Bei anderen Ausführungsformen weisen die Durchgangslöcher 20 eine konzentrische, kreisförmige Anordnung auf. Bei einigen Ausführungsformen liegt der Mittenabstand der Durchgangslöcher 20 in einem Bereich von etwa 40 nm bis etwa 100 nm und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 70 nm. Wenn der Mittenabstand zu groß ist, ist die Gesamtanzahl der Durchgangslöcher 20 je Flächeneinheit zu klein, und die zu filternde Lösung oder Flüssigkeit kann nicht ruhig durch die Filtermembran 10 strömen. Wenn der Mittenabstand zu klein ist, verringert sich die Festigkeit der Filtermembran 10, und die Filtermembran 10 kann leicht zerbrechen.
Bei einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der Basismembran 15 in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 500 nm und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 200 nm. Wenn die Dicke zu groß ist, wird die Herstellung der Durchgangslöcher 20 schwieriger, und wenn die Dicke zu klein ist, verringert sich die Festigkeit der Filtermembran 10, und die Filtermembran 10 kann leicht zerbrechen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke der Basismembran 15 größer, wenn die Lochgröße 20 größer ist. Bei einigen Ausführungsformen liegt ein Aspektverhältnis (die Dicke der Membran 15 (Tiefe des Loches 20) zum Durchmesser des Loches 20) in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 100 und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 10. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke der Basismembran 15 nicht gleichmäßig und weist eine Schwankung in einem Bereich von 1 - 5 % auf.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Form oder die Fläche der Filtermembran 10 ein Quadrat, ein Rechteck, ein Vieleck oder ein Kreis. Bei einigen Ausführungsformen, wie in 1D gezeigt ist, weist das Durchgangsloch 20 einen geraden Querschnitt (rechtwinkligen Querschnitt) auf. Bei anderen Ausführungsformen, wie in 1E gezeigt ist, weisen die Durchgangslöcher 20 einen konischen Querschnitt auf, mit einer Öffnung, die auf einer Seite größer als auf der anderen Seite ist. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der Konuswinkel mehr als etwa 80 Grad und weniger als 90 Grad in Bezug auf die horizontale Ebene (z. B. die Oberfläche der Basismembran). Wenn das Durchgangsloch 20 eine konische Form aufweist, werden die kleineren Öffnungen auf der Vorder- oder der Rückseite als der Durchmesser des Durchgangsloches definiert. Bei einigen Ausführungsformen weist das Durchgangsloch 20 abgefaste Kanten an der oberen Kante und/oder der unteren Kante auf, wie das in 1F gezeigt ist. Die Dicke jedes der abgefasten Teile beträgt etwa 2 - 10 % der Gesamtdickte der Basismembran 15. Die in 1E gezeigte konische Form und die in 1F gezeigte abgefaste Form werden bei einigen Ausführungsformen kombiniert. Wenn das Durchgangsloch 20 eine abgefaste Form aufweist, wird der Durchmesser in der Mitte der Dicke der Basismembran als der Durchmesser des Durchgangsloches definiert.
Bei einigen Ausführungsformen wird das Material der Basismembran 15 aus einem anorganischen Material, das ein keramisches Material, wie etwa Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, oder ein Glasmaterial umfasst, hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird ein anodisches Aluminiumoxid als Basismembran verwendet. Ein anodisches Aluminiumoxid ist eine selbstorganisierte Form von Aluminiumoxid, das eine wabenartige Struktur aufweist, die durch hochdichte Anordnungen gleichmäßiger und paralleler Poren gebildet wird. Bei anderen Ausführungsformen wird eine Keramikplatte unter Verwendung eines oder mehrerer Lithografie- und Ätzschritte strukturiert. Der Lithografieschritt kann einen Laserinterferenz-Lithografieprozess, einen Elektronenstrahl-Lithografieprozess oder einen EUV-Lithografieprozess (EUV: extreme ultra violet - extremes Ultraviolett) umfassen.
Die Schwankung der Durchmesser (z. B. Drei-Sigma (36)-Wert) der Durchgangslöcher 20, bevor das Beschichtungsmaterial 18 erzeugt wird, liegt in einem Bereich von etwa 5 % bis etwa 25 % des mittleren Durchmessers bei einigen Ausführungsformen und in einem Bereich von etwa 10 % bis etwa 20 % bei anderen Ausführungsformen.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Beschichtungsmaterial 18 ein organisches Polymer, wie etwa ein Fluorkohlenstoff-Polymer, oder ein anderes geeignetes Material mit einer höheren Säure- oder Alkalibeständigkeit als anodisches Aluminiumoxid. Bei einigen Ausführungsformen ist das organische Polymer ein thermoplastisches Harz. Bei einigen Ausführungsformen weist das organische Polymer Polyethylen (PE), PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PFA (Polyfluoralkoxy), HDPE (hochdichtes Polyethylen), PAS (Polyarylsulfon), PES (Polyethersulfon), PS (Polysulfon), PP (Polyproplyen) und/oder PEEK (Polyetheretherketon) oder deren Derivate auf. Bei einigen Ausführungsformen ist das Beschichtungsmaterial 18 ein Silikonpolymer.
Bei anderen Ausführungsformen ist das Beschichtungsmaterial 18 aus einem anorganischen Material, wie etwa Siliziumoxid (Glas), Siliziumnitrid, Bornitrid, Titanoxid, oder einem anderen geeigneten Material mit einer höheren Säure- oder Alkalibeständigkeit als anodisches Aluminiumoxid hergestellt.
Bei einigen Ausführungsformen wird das Beschichtungsmaterial 18 verwendet, um die Säure- und Alkalibeständigkeit der Filtermembran zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen wird das Beschichtungsmaterial durch ein Abscheidungsverfahren, wie etwa chemische Aufdampfung (CVD: chemical vapor deposition), physikalische Aufdampfung (PVD: physical vapor deposition), einschließlich Sputtern, oder ein anderes geeignetes Abscheidungsverfahren erzeugt. Bei anderen Ausführungsformen wird das Beschichtungsmaterial durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren erzeugt. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Dicke des Beschichtungsmaterials auf der Hauptoberfläche der Basismembran 15 in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 1000 nm und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 50 nm bis 500 nm. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke des Beschichtungsmaterials auf den Hauptoberflächen der Basismembran 15 nicht gleichmäßig und weist eine Schwankung in einem Bereich von 1 - 10 % auf.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke des Beschichtungsmaterials auf den inneren Seitenwänden der Durchgangslöcher 20 kleiner als die Dicke des Beschichtungsmaterials auf den Hauptoberflächen der Basismembran 15. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke des Beschichtungsmaterial auf den inneren Seitenwänden der Durchgangslöcher 20 etwa 10 - 50 % kleiner als die Dicke des Beschichtungsmaterials auf den Hauptoberflächen der Basismembran 15.
Bei einigen Ausführungsformen liegt die Dicke des Beschichtungsmaterial auf den inneren Seitenwänden der Durchgangslöcher 20 in einem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 500 nm und bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 10 nm bis 100 nm. Bei einigen Ausführungsformen verringert das Beschichtungsmaterial den Durchmesser der Löcher 20 um etwa 10 nm bis etwa 200 nm. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke des Beschichtungsmaterials auf den inneren Seitenwänden der Durchgangslöcher 20 nicht gleichmäßig und weist eine Schwankung in einem Bereich von 5 - 20 % auf, die größer ist als die Dickenschwankung auf den Hauptoberflächen. Durch Anpassen der Dicke des Beschichtungsmaterials 18 kann die Größe der Durchgangslöcher angepasst werden.
Die 1F-1H zeigen Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen (SEM: scanning electron microscope) der Filtermembran 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. 1F zeigt die Filtermembran 10 mit einem mittleren Lochdurchmesser von etwa 200 nm, 1G zeigt die Filtermembran 10 mit einem mittleren Lochdurchmesser von etwa 100 nm und 1H zeigt die Filtermembran 10 mit einem mittleren Lochdurchmesser von etwa 50 nm.
2A zeigt eine Filtervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei einigen Ausführungsformen werden eine oder mehrere Filtermembranen, wie sie vorstehend dargestellt sind, in einem Filterkörper (Gehäuse) 101 der Filtervorrichtung 100 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Gehäuse 101 ein Zylinder und die Filtermembranen haben eine Scheibenform. Bei einigen Ausführungsformen wird nur eine Filtermembran und bei anderen Ausführungsformen werden mehrere Filtermembranen mit denselben oder unterschiedlichen mittleren Lochdurchmessern verwendet. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Filtermembranen dieselben mittleren Durchmesser (Entwurfsdurchmesser) auf und bei anderen Ausführungsformen weisen die Filtermembranen zwei oder mehr verschiedene mittlere Durchmesser auf. Bei einigen Ausführungsformen, wenn die Filtermembranen verschiedene mittlere Durchmesser aufweisen, zum Beispiel eine Filtermembran 10L mit einem Durchmesser großer Größe, eine Filtermembran 10M mit einem Durchmesser mittlerer Größe und eine Filtermembran 10S mit einem Durchmesser kleiner Größe, ist die Filtermembran 10L großer Größe stromaufwärts im Lösungsstrom angeordnet und die Filtermembran 10S kleiner Größe ist stromabwärts im Lösungsstrom angeordnet, wie in 2A gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die kleinste Loch(poren)größe kleiner als eine Sollgröße der zu entfernenden Teilchen. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der Größenunterschied zwischen benachbarten Filtermembranen etwa 10 % - 50 %. Die Größe jeder der Filtermembranen wird auf Grundlage der Prozessanforderungen gewählt (z. B. Sollentwurfsregeln und Sollgröße der zu entfernenden Teilchen). Die Anzahl der Filtermembranen in der Filtervorrichtung 100 liegt in einem Bereich von 1 bis etwa 100 bei einigen Ausführungsformen und in einem Bereich von 3 bis etwa 10 bei anderen Ausführungsformen.
Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Filtermembranen gestapelt, um mit der benachbarten der Filtermembranen in Kontakt zu sein. Bei anderen Ausführungsformen sind die mehreren Filtermembranen so angeordnet, dass sie einen Abstand voneinander haben. Bei einigen Ausführungsformen liegt der Abstand zwischen benachbarten Filtermembranen in dem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5 cm. Bei einigen Ausführungsformen kann die Filtermembran 10 aus der Filtervorrichtung 100 ausgebaut werden.
Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Filtervorrichtungen 100, die jeweils eine oder mehrere Filtermembranen aufweisen, die denselben mittleren Durchmesser haben, aber deren Durchmesser sich von den anderen Filtervorrichtungen unterscheidet, in Reihe verbunden. Wenn die Durchgangslöcher 20 eine konische Form aufweisen, ist die Seite mit einem größeren Öffnungsdurchmesser bei einigen Ausführungsformen auf der stromaufwärtigen Seite des Lösungsstroms angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Filtermembran 10 über ein Verbindungselement 17 an dem Filtergehäuse befestigt, wie in 2B gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist das Verbindungselement 17 so konfiguriert, dass es die Filtermembran 10 fluiddicht an dem Filtergehäuse 101 befestigt, sodass Fluid durch die Filtermembran 10 passieren muss und nicht um die Filtermembran 10 herum. Bei einigen Ausführungsformen ist das Verbindungselement 17 aus einem synthetischen Gummi oder einem fluorhaltigen Polymer hergestellt.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Filtervorrichtung 100 in der vertikalen Richtung (die Strömungsrichtung ist vertikal) verwendet, wie in 2A gezeigt ist, und bei anderen Ausführungsformen wird die Filtervorrichtung 100 in der horizontalen Richtung (die Strömungsrichtung ist horizontal) verwendet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Strömungsrichtung von oben nach unten, wie in 2A gezeigt ist, und bei anderen Ausführungsformen ist die Strömungsrichtung von unten nach oben. Abhängig von den Strömungsrichtungen kann die Reihenfolge der Filtermembranen geändert werden.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Filtermembran 10 allein verwendet oder sie wird mit einer anderen Art von Filtermembran verwendet, wie in den 2C, 2D und 2E gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen wird die Filtermembran 10 gemäß den vorliegenden Ausführungsformen mit einer heterogenen Filtermembran 10F verwendet. Bei einigen Ausführungsformen weist die heterogene Membran 10F eine keramikbasierte Filtermembran mit beliebigen Lochgrößen oder eine faserbasierte Filtermembran auf. Bei einigen Ausführungsformen ist die heterogene Membran 10F an der Vorder- und/oder Rückseite der Filtermembran 10 befestigt, wie in den 2C und 2D gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsformen sind die Filtermembranen 10 an der Vorder- und Rückseite der heterogenen Membran 10F befestigt, wie in 2E gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Filtermembran 10 an einem Teil der faserbasierten Filtermembran befestigt.
2F ist eine Filtervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei dieser Ausführungsform wird eine Filtermembran 10 verwendet und die Strömungsrichtung ist von unten nach oben. 2G ist eine Filtervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei dieser Ausführungsform werden eine oder mehrere heterogene Filtermembranen 10F und eine oder mehrere homogene Filtermembranen 10 verwendet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Strömungsrichtung von unten nach oben, und die heterogene Filtermembran 10F befindet sich auf einer stromaufwärtigen Seite. 2H ist eine Filtervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei dieser Ausführungsform werden zwei homogene Filtermembranen mit verschiedenen Lochdurchmessern 10S und 10L ähnlich wie in 2A verwendet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Strömungsrichtung von unten nach oben, und die Filtermembran 10L mit den Löchern in großer Größe befindet sich auf einer stromaufwärtigen Seite.
3A ist eine Filtermembran gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Materialien, Prozesse, Abmessungen und/oder Konfigurationen, die in Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurden, können auf die nachfolgenden Ausführungsformen angewandt werden, und ihre detaillierte Beschreibung kann entfallen.
Wie in 3A gezeigt ist, weist die Filtermembran 10C eine zylindrische Form mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 20A und mit einer Höhe H1 und einem Außendurchmesser D1 auf. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Höhe H1 in einem Bereich von etwa 10 µm bis etwa 100 µm. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Aspektverhältnis H1/D1 gleich oder größer als 0,01 und kleiner als etwa 10. Bei anderen Ausführungsformen liegt H1/D1 in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 5. Im Fall einer scheibenförmigen Filtermembran (z. B. 10L, 10M, 10S) ist das Aspektverhältnis kleiner als 0,01 und größer als null. Die zylindrische Filtermembran 10C weist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 20A auf, ähnlich oder genauso wie die vorstehend erläuterte Filtermembran 10. Bei einigen Ausführungsformen ist die zylindrische Filtermembran 10C eine homogene Filtermembran. Bei einigen Ausführungsformen liegt der Durchmesser der Durchgangslöcher 20A in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 500 nm. Das Aspektverhältnis der Durchgangslöcher liegt in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 1000. Die horizontale Querschnittform der Durchgangslöcher weist runde, ovale, sechseckige, quadratisch oder andere regelmäßige oder unregelmäßige Formen auf.
Bei einigen Ausführungsformen ist die zylindrische Filtermembran 10C in dem Filtergehäuse 101A untergebracht, wie in 3B gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen strömt die zu filternde Lösung aus einem unteren Teil in das Filtergehäuse 101A und strömt von oben in die zylindrische Membran 10C (durch Löcher). Die gefilterte Lösung strömt am Boden des Gehäuses aus dem Gehäuse 101A. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Entlüftung mit einem Ventil auf dem Filtergehäuse 101A bereitgestellt.
3C zeigt eine gestapelte zylindrische Filtermembran 10D. Die gestapelte zylindrische Filtermembran 10D weist zwei oder mehr zylindrische Filtermembranen 10D-1 und 10D-2 auf, wobei jede einer zylindrischen Filtermembran 10C entspricht. Bei einigen Ausführungsformen ist der Durchmesser der Durchgangslöcher der oberen zylindrischen Filtermembran 10D-1 größer als der Durchmesser der Durchgangslöcher der unteren zylindrischen Filtermembran 10D-2. Bei einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der zylindrischen Filtermembranen 3, 4 oder 5 betragen.
3D zeigt eine gestapelte zylindrische Filtermembran 10E. Die gestapelte Filtermembran 10E umfasst eine oder mehrere zylindrische Filtermembranen 10E-1, wobei jede einer zylindrischen Filtermembran 10C entspricht, und eine oder mehrere heterogene Filtermembranen (z. B. faserbasierte Membran) 10E-2. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die heterogene Filtermembran 10E-2 näher am Auslass als die homogene Filtermembran 10E-1.
3E zeigt eine gestapelte zylindrische Filtermembran 10F. Bei einigen Ausführungsformen weist eine obere Filtermembran 10F-1 einen kleineren Zylinderdurchmesser als die untere Filtermembran 10F-2 auf. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die obere Filtermembran 10F-1 einer zylindrischen Filtermembran 10C, und die untere Filtermembran 10F-2 entspricht einer heterogenen Filtermembran.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei einigen Ausführungsformen werden wahlweise zwei oder mehr Filtermembranen (Plattenform oder zylindrische Form) verwendet. Bei einigen Ausführungsformen nimmt ein Filtergehäuse 101B mehrere (z. B. drei) Filtermembranen 10-1, 10-2 und 10-3 auf, die verschiedene Durchgangslöcher aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere, aber nicht alle, der Filtermembranen eine heterogene Filtermembran. Jede der Filtermembranen ist mit einem Schaltventil auf der Einlassseite und/oder der Auslassseite verbunden, und das Schaltventil wird durch ein Steuergerät gesteuert, wie in 4 gezeigt ist. Das Steuergerät wählt eine geeignete Filtermembran abhängig von der verwendeten Lösung (z. B. CMP-Schlamm).
5 zeigt eine Anwendung der Filtervorrichtung 100, die eine Filtermembran 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet. 5 zeigt eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung (CMP: chemical mechanical polishing) zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Bei einigen Ausführungsformen weist die CMP-Vorrichtung eine drehbare Auflageplatte 110, eine Polierkopfbaugruppe 120, ein Chemikalienschlamm-Zuführsystem 130 und einen Padkonditionierer 140 auf. Bei einigen Ausführungsformen ist die Auflageplatte 110 mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden, der die Auflageplatte 110 mit einer vorgewählten Drehgeschwindigkeit dreht. Bei einigen Ausführungsformen ist die Auflageplatte 110 mit einem ersetzbaren Polierpad 111 aus einem relativ weichen Material bedeckt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Pad 111 eine dünne Polymerscheibe mit einer gerillten Oberfläche und kann abhängig von der Anwendung porös oder kompakt sein. Die das Material und die physikalischen Eigenschaften des Pads 111 bestimmenden Faktoren umfassen das zu polierende Material (d. h., das Material an der Wafer-Oberfläche) und die gewünschte Rauheit nach dem Polieren. Das Pad 111 kann auf der Rückseite einen druckempfindlichen Klebstoff aufweisen, sodass das Pad 111 an der Auflageplatte 110 haftet. Während des Polierprozesses kann das Pad, abhängig von der Art des polierten Materials (d. h., des Materials an der Wafer-Oberfläche), mit einem geeigneten Schmiermaterial benetzt werden. Bei einer Ausführungsform weist die Polierkopfbaugruppe 120 einen Kopf 121 und einen Träger 122 auf. Der Kopf 121 hält den Träger 122, der wiederum einen zu polierenden Wafer 123 hält. Bei einigen Ausführungsformen kann der Kopf 121 einen Motor zum Drehen des Wafers 123 in Bezug auf die Auflageplatte 110 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen werden der Wafer 123 und die Auflageplatte 110 in einem asynchronen, nicht-konzentrischen Muster gedreht, um eine nicht-gleichmäßige, relative Bewegung zwischen der Auflageplatte 110 und dem Wafer 123 bereitzustellen. Die Baugruppe 120 bringt einen gesteuerten, nach unten gerichteten Druck auf den Wafer 123 auf, um den Wafer 123 gegen die Auflageplatte 110 zu halten.
Das Schlammzuführsystem 130 leitet einen Chemikalienschlamm 135 aus einem geeigneten Material, der als ein abrasives Medium verwendet werden soll, zwischen das Pad 111 und den Wafer 123 ein. Bei einer Ausführungsform ist der Schlamm 135 ein Kolloid aus abrasiven Teilchen, die zusammen mit anderen Chemikalien, wie etwa Rostschutzmitteln und Basen, um einen alkalischen pH-Wert bereitzustellen, in Wasser dispergiert sind. Bei einigen Ausführungsformen sind die abrasiven Teilchen aus Materialien wie zum Beispiel Siliziumdioxid, Cerdioxid und Aluminiumoxid hergestellt. Bei einer Ausführungsform weisen die abrasiven Teilchen eine im Allgemeinen gleichmäßige Form und eine enge Größenverteilung auf, wobei eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 100 nm oder mehr liegt, abhängig von der Anwendung, für die sie zum Einsatz kommen.
Der in dem CMP-Schritt verwendete Schlamm ist eine abrasive Lösung, die aktive Chemikalien und abrasive Mittel enthält, die dazu dienen, die Oberfläche eines Wafers zu passivieren, chemisch anzugreifen und zu polieren. Eines der Probleme beim CMP-Schritt sind Kratzer auf dem Wafer, die durch große Schlammpartikel, Aggregate oder Schlammagglomerate, die beim Mischen oder Wiederumlaufenlassen des Schlammes erzeugt werden, verursacht werden können. Solche großen Teilchen oder Aggregate werden durch Verwendung einer oder mehrerer Filtervorrichtungen gefiltert.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Schlammzuführsystem 130 ein Schlammlager 141 (z. B. Tank), eine Umlaufpumpe 151, eine erste Filtervorrichtung 104, einen Ventilverteilerkasten 102 und eine POU-Filtervorrichtung (POU: point-of-use - Entnahmepunkt), die durch eine Leitung 131 verbunden sind, um den Schlamm 135 dem Polierpad 111 oben auf der Auflageplatte 110 zuzuführen. Bei einigen Ausführungsformen weist das Schlammzuführsystem 130 eine Umlaufstrecke 132 auf, um den Schlamm vom und zum Schlammtank 140 umlaufen zu lassen. Eine oder mehrere Filtervorrichtungen sind bei einigen Ausführungsformen auf der Umlaufstrecke 132 zusätzlich zu dem ersten Filter 104 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Absperrventil 105 zwischen dem Ventilverteilerkasten und dem Abzweigpunkt der Umlaufstrecke 132 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Schlammtanks bereitgestellt und mehrere Schlammzuführsysteme sind an den Ventilverteilerkasten 102 gekoppelt, durch den einer oder mehrere der Schlämme für einen CMP-Schritt gewählt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden mehrere Umlaufstrecken mit mehreren Filtern verwendet.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die POU-Filtervorrichtung 100 die vorgenannte Filtermembran 10, die die mit einem Beschichtungsmaterial beschichtete anodische Aluminiumoxidbasis aufweist. Bei anderen Ausführungsformen weist die erste Filtervorrichtung 104 die vorgenannte Filtermembran 10 auf, die die mit einem Beschichtungsmaterial beschichtete anodische Aluminiumoxidbasis aufweist. Bei einigen Ausführungsformen ist die mittlere Poren(Loch)-Größe der Filtermembran der ersten Filtervorrichtung 104 gleich oder größer als die mittlere Porengröße der POU-Filtervorrichtung 100. Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Filtervorrichtung 104 eine faserbasierte Filtermembran auf.
Bei einigen Ausführungsformen können Teilchen, die in dem Schlamm 135 vorhanden sein können, durch Umlaufenlassen des Schlammes in der Umlaufstrecke 132 (Absperrventil 105 ist abgedreht (geschlossen)) durch die erste Filtervorrichtung 104 gefiltert werden. Wenn der Schlamm für einen CMP-Schritt verwendet wird, ist das Absperrventil 105 aufgedreht (geöffnet), und der Schlamm wird dem Ventilverteilerkasten 102 zugeführt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Absperrventil 105 ein Drei-Wege-Ventil, das das Ziel des Schlammes zwischen der Umlaufstrecke 132 und der CMP-Vorrichtung ändert.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Ventilverteilerkasten 102 ein oder mehrere Ventile und einen oder mehrere Durchflussregler zum Einstellen einer Strömungsgeschwindigkeit des Schlammes auf. Der Schlamm wird weiterhin der Filtration durch die POU-Filtervorrichtung 100 unterzogen. Teilchen, die in dem Schlamm 135 vorhanden sein können, können durch die POU-Filtervorrichtung 100 gefiltert werden, und der gefilterte Schlamm wird dem Pad 111 zugeführt. Bei einigen Ausführungsformen werden Filtermembranen in der POU-Filtervorrichtung 100 (z. B. die Größe der Filtermembran) auf der Grundlage einer Art von Schlamm, einer Rezeptur eines CMP-Schrittes und/oder anderer Prozessanforderungen ausgewählt.
Die 6A, 6B und 6C zeigen einen Filterreinigungsschritt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bei einigen Ausführungsformen sind ein erstes Drei-Wege-Ventil 106 und ein zweites Drei-Wege-Ventil 107 so angeordnet, dass die Filtervorrichtung 100 (POU-Filter) zwischen dem ersten und dem zweiten Drei-Wege-Ventil angeordnet ist, wie in 6A gezeigt ist. Darüber hinaus ist ein Strömungsgeschwindigkeitswächter 108 an einem Auslass der Filtervorrichtung 100 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist der Strömungsgeschwindigkeitswächter 108 zwischen dem zweiten Drei-Wege-Ventil 107 und der Filtervorrichtung 100 angeordnet, und bei anderen Ausführungsformen ist der Strömungsgeschwindigkeitswächter 108 stromabwärts von dem zweiten Drei-Wege-Ventil 107 angeordnet. Wie in 6A gezeigt ist, ist ein Steuergerät (Steuerschaltung) 109 bereitgestellt, um ein Durchflussmengensignal von einem Strömungsgeschwindigkeitswächter 108 zu empfangen und um das erste und das zweite Drei-Wege-Ventil zu steuern. Im normalen Betrieb werden das erste und das zweite Drei-Wege-Ventil so gesteuert, dass der Schlamm durch die Filtervorrichtung 100 zu der CMP-Vorrichtung strömt.
Wie in 6B gezeigt ist, nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit des Schlammes stromabwärts von der Filtervorrichtung 100 ab, wenn Teilchen durch die Filtermembran der Filtervorrichtung 100 aufgefangen werden. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Schlammes unter einen Schwellenwert abfällt, startet das Steuergerät 109 einen Reinigungsschritt, wie in 6C gezeigt ist.
Wie in 6C gezeigt ist, schaltet das Steuergerät 109 die Strömungsrichtungen des ersten Drei-Wege-Ventils 106 und des zweiten Drei-Wege-Ventils 107 so, dass eine Reinigungslösung von dem zweiten Drei-Wege-Ventil 107 zu dem ersten Drei-Wege-Ventil 106 rückwärts durch die Filtervorrichtung strömt. Die aufgefangenen Teilchen und die Reinigungslösungen werden aus dem ersten Drei-Wege-Ventil 106 abgelassen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Reinigungslösung vollentsalztes Wasser, ein organisches Lösungsmittel (Aceton, Isopropylalkohol, usw.), eine saure Lösung und/oder eine alkalische Lösung. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Lösungsmittel, bei dem es sich um dasselbe handelt, welches für den Schlamm verwendet wird, als Reinigungslösung verwendet. Bei einigen Ausführungsformen wird die Reinigungslösung mit dem 2- bis 10-fachen atmosphärischen Druck unter Druck gesetzt. Bei einigen Ausführungsformen wird eine zusätzliche Reinigung durch die Reinigungslösung in der Vorwärtsrichtung nach der Reinigung durch die Reinigungslösung in der Rückwärtsrichtung durchgeführt. Die vorwärts und rückwärts gerichteten Reinigungen werden bei einigen Ausführungsformen mehrere Male durchgeführt.
Nach dem Reinigungsschritt wird der Schlamm der Filtervorrichtung 100 zugeführt. Bei einigen Ausführungsformen wird das Drei-Wege-Ventil 107 für eine vorbestimmte Zeit auf die Ablassseite geschaltet, um die Reinigungslösung in der Filtervorrichtung 100 und in den Strömungsstrecken abzulassen. Dieser Schritt kann durch Überwachen der Strömungsgeschwindigkeit gesteuert werden.
Bei anderen Ausführungsformen wird der Reinigungsschritt periodisch ohne Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit des Schlammes durchgeführt. Zum Beispiel wird der Reinigungsschritt nach Bearbeitung von N Wafern durchgeführt (N ist eine natürliche Zahl bis zum Beispiel 25, 100 oder 500). Bei anderen Ausführungsformen wird der Reinigungsschritt aller M Stunden durchgeführt (M ist eine natürliche Zahl bis zum Beispiel 1, 10 oder 100).
Die 7A und 7B zeigen eine Konfiguration des Steuergeräts 109 gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Bei einigen Ausführungsformen wird das Computersystem 1000 als das Steuergerät 109 verwendet. Bei einigen Ausführungsformen führt das Computersystem 1000 die Funktionen des Steuergeräts, wie vorstehend dargelegt worden ist, durch. Bei einigen Ausführungsformen steuert das Computersystem auch einen Betrieb der gesamten CMP-Vorrichtung, die das Schlammzuführsystem umfasst.
7A ist eine schematische Darstellung eines Computersystems. Alle oder ein Teil der Prozesse, Methoden und/oder Schritte der vorstehenden Ausführungsformen können unter Verwendung von Computer-Hardware und darauf ausgeführten Computerprogrammen realisiert werden. In 7A wird ein Computersystem 1000 mit einem Computer 1001 bereitgestellt, der ein optisches Plattenlaufwerk (z. B. CD-ROM oder DVD-ROM) 1005 sowie ein Magnetplattenlaufwerk 1006, eine Tastatur 1002, eine Maus 1003 und einen Monitor 1004 umfasst.
7B ist ein Diagramm, das eine innere Konfiguration des Computersystems 1000 zeigt. In 7B bietet der Computer 1001 zusätzlich zu dem optischen Plattenlaufwerk 1005 und dem Magnetplattenlaufwerk 1006 einen oder mehrere Prozessoren, wie etwa eine Mikroprozessoreinheit (MPU: micro processor unit) 1011, einen Festspeicher 1012 (ROM: readonly memory), in dem ein Programm, wie etwa ein Programm zum Laden durch Ureingabe, gespeichert ist, einen Direktzugriffsspeicher (RAM: random access memory) 1013, der mit der MPU 1011 verbunden ist und in dem ein Befehl eines Anwendungsprogrammes temporär gespeichert wird und ein temporärer Speicherbereich bereitgestellt wird, eine Festplatte 1014, auf der ein Anwendungsprogramm, ein Systemprogramm und Daten gespeichert ist, und einen Bus 1015, der die MPU 1011, den ROM 1012 und ähnliches verbindet. Es ist zu beachten, dass der Computer 1001 eine Netzwerkkarte (nicht dargestellt) aufweisen kann, um eine Verbindung zu einem LAN bereitzustellen.
Das Programm, das bewirkt, dass das Computersystem 1000 die Funktionen einer Vorrichtung zum Steuern des Schlammzuführsystems und/oder der CMP-Vorrichtung in den vorstehenden Ausführungsformen ausführt, kann auf einer optischen Platte 1021 oder einer Magnetplatte 1022 gespeichert sein, die in das optische Plattenlaufwerk 1005 oder das Magnetplattenlaufwerk 1006 eingelegt wird, und an das Festplattenlaufwerk 1014 übertragen werden. Alternativ kann das Programm über ein Netzwerk (nicht dargestellt) an den Computer 1001 übertragen und auf der Festplatte 1014 gespeichert werden. Zum Zeitpunkt der Ausführung wird das Programm in den RAM 1013 geladen. Das Programm kann von der optischen Platte 1021 oder der Magnetplatte 1022 oder direkt aus einem Netzwerk geladen werden. Das Programm muss nicht notwendigerweise zum Beispiel ein Betriebssystem (OS) oder ein Drittprogramm aufweisen, um zu bewirken, dass der Computer 1001 die Funktionen des Steuergeräts 109 in den vorstehenden Ausführungsformen ausführt. Das Programm kann nur einen Befehlsbereich aufweisen, um eine entsprechende Funktion (Modul) in einem gesteuerten Modus aufzurufen und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Die 8A und 8B zeigen ein Flüssigkeits- oder Lösungszuführsystem zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Flüssigkeits- oder Lösungszuführsystem eine Fotoresist-Beschichtungsvorrichtung sein, die einen Fotoresist-Behälter (z. B. Tank oder großer Behälter) 140, eine Pumpe 150 und die Filtervorrichtung 100 aufweist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Filtervorrichtung 100 stromabwärts von der Pumpe 150 angeordnet, wie in 8A gezeigt ist, und bei anderen Ausführungsformen ist die Filtervorrichtung 100 stromaufwärts von der Pumpe 150 angeordnet, wie in 8B gezeigt ist. Wie in den 8A und 8B gezeigt ist, wird das Fotoresist, das durch die Filtervorrichtung passiert, auf einen Wafer 123 zugeführt, der durch einen Wafer-Drehmechanismus 130 gedreht wird. Teilchen, die in dem Fotoresist vorhanden sein können, können durch die Filtermembran 10, die sich in der Filtervorrichtung 100 befindet, gefiltert werden, und das gefilterte Fotoresist wird dem Wafer 123 zugeführt. Bei anderen Ausführungsformen ist ein Flüssigkeits- oder Lösungszuführsystem eine Fotoresist-Entwicklungsvorrichtung, die einen Entwicklerbehälter (z. B. Tank oder großer Behälter) 140, eine Pumpe 150 und die Filtervorrichtung 100 aufweist. Teilchen, die in dem Entwickler vorhanden sein können, können durch die Filtermembran 10, die sich in der Filtervorrichtung 100 befindet, gefiltert werden, und der gefilterte Entwickler wird dem Wafer 123 zugeführt.
Bei anderen Ausführungsformen ist ein Flüssigkeits- oder Lösungszuführsystem eine Wafer-Reinigungs- oder Ätzvorrichtung, die einen Lösungsbehälter (z. B. Tank oder großer Behälter) 140 zum Lagern einer Reinigungs- oder Ätzlösung, eine Pumpe 150 und die Filtervorrichtung 100 aufweist. Teilchen, die in der Reinigungs- oder Nassätzlösung vorhanden sein können, können durch die Filtermembran 10, die sich in der Filtervorrichtung 100 befindet, gefiltert werden, und die gefilterte Reinigungs- oder Nassätzlösung wird dem Wafer 123 zugeführt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Reinigungslösung eine wässrige Lösung aus Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid, eine wässrige Lösung aus Chlorwasserstoffsäure und Wasserstoffperoxid, ein organisches Lösungsmittel (z. B. IPA (Isopropylalkohol) oder eine andere Reinigungslösung, die bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet wird. Bei einigen Ausführungsformen enthält die Nassätzlösung HF (Fluorwasserstoff), Phosphorsäure oder ein anderes Nassätzmittel, das bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet wird.
Das Filterreinigungssystem und -verfahren, das in den 6A-6C gezeigt wird, kann auf das in den 8A und 8B gezeigte Flüssigkeits- oder Lösungszuführsystem angewendet werden.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen ist es möglich, die Teilchenauffangrate zu verbessern, da gleichmäßige Durchgangslöcher in einer Basismembran in einer Filtermembran gebildet werden. Da die aus anodischem Aluminiumoxid hergestellte Basismembran durch eine Beschichtungsschicht beschichtet ist, ist es möglich, die Filtermembran mit einer sauren oder einer alkalischen Lösung zu verwenden. Darüber hinaus können verschiedene Filtermembranen mit unterschiedlichen Porengrößen wirksam und problemlos in einer Filtervorrichtung verwendet werden, da die Lochgröße einfacher gesteuert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Filtervorrichtung, die in einer Vorrichtung zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, eine oder mehrere Filtermembranen auf und ein Filtergehäuse, das die eine oder die mehreren Filtermembranen umschließt. Jede der Filtermembranen weist eine Basismembran, die aus einem keramischen Material hergestellt ist, und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, und die Basismembran ist mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt ein mittlerer Durchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 10 nm bis 500 nm. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Schwankung der Durchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 5 % bis 25 % des mittleren Durchmessers. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt die Dicke der Basismembran in einem Bereich von 50 nm bis 500 nm. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt ein Aspektverhältnis der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 2 bis 10. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist das Beschichtungsmaterial PE (Polyethylen), PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PFA (Perfluoralkoxy), HDPE (hochdichtes Polyethylen), PAS (Polyarylsulfon), PES (Polyethersulfon), PS (Polysulfon), PP (Polyproplyen) und/oder PEEK (Polyetheretherketon) oder deren Derivate auf. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist die Keramik anodisches Aluminiumoxid. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Gesamtanzahl der Mehrzahl von Löchern je Quadratmikrometer in einem Bereich von 100 bis 600. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen sind zwei oder mehr Filtermembranen mit sich voneinander unterscheidenden mittleren Lochgrößen in der Filtervorrichtung bereitgestellt. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist das Filtergehäuse einen Einlass und einen Auslass auf, und eine Filtermembran mit einer größeren mittleren Lochgröße befindet sich näher zum Einlass als eine Filtermembran mit einer kleineren mittleren Lochgröße.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Flüssigkeitszuführsystem Folgendes auf: eine Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung, einen Flüssigkeitstank, der zum Lagern einer Flüssigkeit zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung konfiguriert ist, ein Flüssigkeitszuführsystem zum Zuführen der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank zu der Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung und eine POU-Filtervorrichtung (POU: point-of-use - Entnahmepunkt) auf, die auf dem Flüssigkeitszuführsystem angeordnet ist. Die POU-Filtervorrichtung weist eine oder mehrere Filtermembranen auf und ein Filtergehäuse, das die eine oder die mehreren Filtermembranen umschließt. Jede der Filtermembranen weist eine aus anodischem Aluminiumoxid hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, und die Basismembran ist mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt ein mittlerer Durchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 50 nm bis 200 nm. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Schwankung von Durchmessern der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 10 % bis 20 % des mittleren Durchmessers. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Basismembran in einem Bereich von 50 nm bis 500 nm. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist das Beschichtungsmaterial PE (Polyethylen), PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PFA (Perfluoralkoxy), HDPE (hochdichtes Polyethylen), PAS (Polyarylsulfon), PES (Polyethersulfon), PS (Polysulfon), PP (Polyproplyen) und/oder PEEK (Polyetheretherketon) oder deren Derivate auf. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist die Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung (CMP: chemical mechanical polishing) und die Flüssigkeit ist ein CMP-Schlamm. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist das Flüssigkeitszuführsystem darüber hinaus eine Umlaufstrecke zum Umlauflassen der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank zu dem Flüssigkeitstank auf. Die Umlaufstrecke weist eine weitere Filtervorrichtung auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird in einem Reinigungsverfahren einer Filtervorrichtung ermittelt, ob die Filtervorrichtung zu reinigen ist oder nicht, und nachdem ermittelt wurde, dass die Filtervorrichtung zu reinigen ist, wird eine Reinigungslösung dazu gebracht, rückwärts durch die Filtervorrichtung zu strömen. Die Filtervorrichtung weist eine Filtermembran auf und ein Filtergehäuse, das die Filtermembran umschließt. Die Filtermembran weist eine aus anodischem Aluminiumoxid hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, und die Basismembran ist mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird beim Ermitteln eine Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit, die durch die Filtervorrichtung passiert, überwacht, und es wird ermittelt, ob die Strömungsgeschwindigkeit unter einem Schwellenwert liegt. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist die Reinigungslösung Wasser oder ein organisches Lösungsmittel.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung eine Flüssigkeit über einem Halbleiterssubstrat für einen Prozess zugeführt. Die Flüssigkeit wird durch eine Filtervorrichtung gefiltert, bevor die Flüssigkeit den Halbleiterwafer erreicht. Die Filtervorrichtung weist eine Filtermembran auf und ein Filtergehäuse, das die Filtermembran umschließt. Die Filtermembran weist eine aus anodischem Aluminumoxid hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, und die Basismembran ist mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist der Prozess ein CMP-Prozess und die Flüssigkeit ist Schlamm. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist der Prozess eine Nassreinigung oder Nassätzung, und die Flüssigkeit ist Wasser, saurer Lösung und/oder alkalische Lösung. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist der Prozess eine Resistbeschichtung, und die Flüssigkeit ist ein Fotoresist. Bei einer oder mehreren der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist der Prozess eine Resistentwicklung, und die Flüssigkeit ist eine wässrige TMAH-Lösung (TMAH: Tetramethylammoniumhydroxid).
Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen oder Beispiele beschrieben worden, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleuten dürfte klar sein, dass sie die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute dürften ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Auslegungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63028626 [0001]

Claims

Filtervorrichtung, die in einer Vorrichtung zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, mit: einer oder mehreren Filtermembranen; und einem Filtergehäuse, das die eine oder die mehreren Filtermembranen umschließt, wobei jede der Filtermembranen eine aus einem keramischen Material hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, und die Basismembran mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein mittlerer Durchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 10 nm bis 500 nm liegt.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Schwankung von Durchmessern der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 5 % bis 25 % des mittleren Durchmessers liegt.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Basismembran in einem Bereich von 50 nm bis 500 nm liegt.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Aspektverhältnis der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 2 bis 10 liegt.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungsmaterial PE (Polyethylen), PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PFA (Perfluoralkoxy), HDPE (hochdichtes Polyethylen), PAS (Polyarylsulfon), PES (Polyethersulfon), PS (Polysulfon), PP (Polyproplyen) und/oder PEEK (Polyetheretherketon) oder deren Derivate aufweist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keramik anodisches Aluminiumoxid ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gesamtanzahl der Mehrzahl von Löchern je Quadratmikrometer in einem Bereich von 100 bis 600 liegt.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Filtermembranen mit sich voneinander unterscheidenden Lochgrößen in der Filtervorrichtung bereitgestellt werden.
Filtervorrichtung nach Anspruch 9, wobei: das Filtergehäuse einen Einlass und einen Auslass aufweist, und eine Filtermembran mit einer größeren mittleren Lochgröße näher zum Einlass als eine Filtermembran mit einer kleineren mittleren Lochgröße angeordnet ist.
Flüssigkeitszuführsystem mit: einer Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung; einem Flüssigkeitstank, der zum Lagern einer Flüssigkeit zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung konfiguriert ist; einem Flüssigkeitszuführsystem zum Zuführen der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank zu der Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung; und einer POU-Filtervorrichtung (POU: point-of-use - Entnahmepunkt), die auf dem Flüssigkeitszuführsystem angeordnet ist, wobei die POU-Filtervorrichtung Folgendes aufweist: eine oder mehrere Filtermembranen; und ein Filtergehäuse, das die eine oder die mehreren Filtermembranen umschließt, wobei jede der Filtermembranen eine aus anodischem Aluminiumoxid hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist und die Basismembran mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist.
Flüssigkeitszuführsystem nach Anspruch 11, wobei ein mittlerer Durchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 50 nm bis 200 nm liegt.
Flüssigkeitszuführsystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Schwankung von Durchmessern der Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Bereich von 10 % bis 20 % des mittleren Durchmessers liegt.
Flüssigkeitszuführsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine Dicke der Basismembran in einem Bereich von 50 nm bis 500 nm liegt.
Flüssigkeitszuführsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Beschichtungsmaterial PE (Polyethylen), PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PFA (Perfluoralkoxy), HDPE (hochdichtes Polyethylen), PAS (Polyarylsulfon), PES (Polyethersulfon), PS (Polysulfon), PP (Polyproplyen) und/oder PEEK (Polyetheretherketon) oder deren Derivate aufweist.
Flüssigkeitszuführsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Halbleiterwafer-Bearbeitungsvorrichtung eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung (CMP: chemical mechanical polishing) ist und die Flüssigkeit ein CMP-Schlamm ist.
Flüssigkeitszuführsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, das weiterhin eine Umlaufstrecke zum Umlaufenlassen der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank zu dem Flüssigkeitstank aufweist, wobei die Umlaufstrecke eine weitere Filtervorrichtung aufweist.
Verfahren zum Reinigen eine Filtervorrichtung mit den folgenden Schritten: Ermitteln, ob die Filtervorrichtung zu reinigen ist oder nicht; und nach Ermitteln, dass die Filtervorrichtung zu reinigen ist, Strömenlassen einer Reinigungslösung durch die Filtervorrichtung in einer Rückwärtsrichtung, wobei die Filtervorrichtung aufweist: eine Filtermembran; und ein Filtergehäuse, das die Filtermembran umschließt, wobei die Filtermembran eine aus anodischem Aluminiumoxid hergestellte Basismembran und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist und die Basismembran mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Ermitteln umfasst: Überwachen einer Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit, die durch die Filtervorrichtung passiert; und Ermitteln, ob die Strömungsgeschwindigkeit unter einem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Reinigungslösung Wasser oder ein organisches Lösungsmittel ist.