DE19540010A1 - Anlage und Verfahren zur Halbleiterbauelementherstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage und ein Verfahren zur Halbleiterbauelementherstellung, speziell auf eine Ent­ wicklungsanlage und ein Entwicklungsverfahren für die Halb­ leiterbauelementherstellung.

Mit größer werdenden Halbleiterwaferabmessungen und steigen­ der Bauelementintegration hat die Mikrokontamination von Halbleitersubstraten, z. B. aufgrund von Staubpartikeln und Metallverunreinigungen, einen ausgeprägteren Effekt auf Pro­ duktionsausbeute und Zuverlässigkeit. Insbesondere werden, wenn eine chemische Reaktion in dem Zustand erfolgt, in wel­ chem die Gasbestandteile N₂ und O₂ in einem organischen Lö­ sungsmittel gelöst werden, Mikroblasen gebildet, was derarti­ ge Prozeßvorgänge verschlechtert.

Photolithographie ist für die Anwendung in der Halbleiterbau­ elementfertigung eine allgemeine bekannte Technologie, mit der verschiedene Eauelementstrukturen erzeugt werden. Dabei wird auf einer zu strukturierenden Schicht, z. B. einer iso­ lierenden oder leitfähigen Schicht, ein Photoresist aufge­ bracht, und die Löslichkeit des Photoresistes wird entspre­ chend der Einwirkung mit Licht, insbesondere mit Röntgen­ strahlung oder Ultraviolettstrahlung, verändert. Nachdem vor­ bestimmte Bereiche des Photoresistes belichtet wurden, wird ein Photoresistmuster durch einen Entwicklungsprozeß er­ zeugt, durch den die Bereiche hoher Löslichkeit entfernt wer­ den. Daraufhin wird unter Verwendung des Photoresistmusters als eine Maske die freigelegte darunterliegende Schicht zur Bildung von Metallverdrahtungen, Elektroden oder dergleichen geätzt.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Entwicklungsanlage als Fluid­ führungsdiagramm. Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet das Be­ zugszeichen (1) einen Einlaß, über den eine Entwicklungslö­ sung aus einem nicht gezeigten Haupttank bereitgestellt wird, während die Bezugszeichen (2a) und (2b) druckluftbetätigte Ventile bezeichnen, mit denen der Fluß der Entwicklungslösung und der N₂-Versorgung reguliert wird. Das Bezugszeichen (3) bezeichnet eine N₂-Versorgungsquelle zur Ausübung von Druck auf die Entwicklungslösung, so daß die Entwicklungslösung von einem Zwischentank (4) zu einer Düse (7) geführt werden kann. Das Bezugszeichen (4) bezeichnet den Zwischentank zur Spei­ cherung einer vorbestimmten Menge der aus dem Haupttank kom­ menden Entwicklungslösung. Das Bezugszeichen (5) bezeichnet einen Durchflußmesser zur Anzeige einer injizierten Menge der Entwicklungslösung. Das Bezugszeichen (6) bezeichnet ein Fil­ ter zum Abt rennen von in der Entwicklungslösung enthaltenem Staub mit einer Größe von 0,1 µm oder mehr. Das Bezugszeichen (7) bezeichnet eine Düse zum präzisen Injizieren der Entwick­ lungslösung auf einen Wafer. Das Bezugszeichen (8) bezeichnet das für einen Halbleiterbauelementfertigungsprozeß verwende­ te Rohmaterial, d. h. den Wafer, während das Bezugszeichen (9) einen Aufschleuderhalter zum Fixieren des Wafers in einem Va­ kuumzustand bezeichnet.

In einem Entwicklungsprozeß, bei dem die herkömmliche Ent­ wicklungsanlage, wie in Fig. 1 dargestellt, verwendet wird, wird die Entwicklungslösung, die in dem Zwischentank (4) ge­ speichert ist, zur Injektion derselben auf den Wafer (8) mit N₂-Gas unter Druck gesetzt. Aufgrund der Druckanwendung mit dem N₂-Gas können sich hierbei Mikroblasen in der Entwick­ lungslösung bilden, was in diesem Bereich mit den erzeugten Blasen eine schlechtere Entwicklung zur Folge hat.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche die durch die Mikroblasen, die in der Entwicklungslösung enthalten sind, verursachte schlechtere Entwicklung veranschaulicht. Bezugnehmend auf Fig. 2 können sichtbare, große Blasen mit bloßem Auge erkannt werden, während unsichtbare Mikroblasen, die in der Entwicklungslösung enthalten sind und auf den Wa­ fer injiziert werden, durch ein In-Line-Rasterelektronen­ mikroskop identifiziert werden können. In dem Gebiet, in wel­ chem die Mikroblasen existieren, tritt keine Entwicklung auf, was zu einer ungenügenden Struktur führt, wie in den photo­ graphischen Wiedergaben von Fig. 2 dargestellt.

Die Fig. 3A bis 3C zeigen photographische Darstellungen, die verschiedene, durch die Mikroblasen hervorgerufene Mängel wiedergeben. Die Mängel resultieren von den Mikroblasen, die von der N₂-Gasversorgung zur Ausübung von Druck auf die Ent­ wicklungslösung hervorgerufen werden. Insbesondere fällt die Ausbeute im zentralen Bereich des Wafers verglichen mit dem übrigen Bereich um 15% bis 20% ab.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer Anlage und eines Verfahrens zur Halbleiterbauele­ mentherstellung zugrunde, mit denen die erwähnte, von Gasbla­ sen verursachte Verschlechterung der Strukturierung verhin­ dert werden kann.

Dieses Problem wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 sowie durch ein Verfahren mit den Merkma­ len des Anspruchs 5 gelöst. Die Verschlechterung der Struktu­ rierung aufgrund von Gasblasen wird dadurch verhindert, daß Gas aus einer Flüssigkeit mit Hilfe einer Entgasungseinrich­ tung entfernt wird. Vorzugsweise betragen der Durchmesser und die Länge der Entgasungseinrichtung etwa 99 mm bzw. 260 mm.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Bevorzugte, nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläu­ terten, herkömmlichen Ausführungsbeispiele sind in den Zeich­ nungen dargestellt, in denen zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche Entwicklungsanlage für die Halblei­ terbauelementherstellung als Fluidführungsdiagramm,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer von den in der Entwicklungslösung enthaltenen Mikroblasen verursachten ungenügenden Entwicklung und zwei photographische Darstellungen, welche die Aus­ wirkung unsichtbarer Blasen illustrieren,

Fig. 3A bis 3C photographische Darstellungen, welche verschiedene Mängel wiedergeben, die von den Mikroblasen verur­ sacht werden,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Entwicklungsanlage mit einer Entgasungseinrichtung als Fluidführungsdiagramm und

Fig. 5 eine Darstellung, die ein Basissystem der in einer Ausführungsform der Erfindung verwendeten Entgasungs­ einrichtung illustriert.

Fig. 4 zeigt als Fluidführungsdiagramm eine Entwicklungsan­ lage mit einer Entgasungseinrichtung (10) zum Entfernen von Mikroblasen aus der Entwicklungslösung, wobei die Entgasungs­ einrichtung (10) zwischen einem Zwischentank (4) und einem Filter (6), genauer zwischen dem Zwischentank (4) und einem Durchflußmesser (5) angeordnet ist.

Fig. 5 illustriert eine Konfiguration eines Basissystems der in einer Ausführungsform der Erfindung verwendeten Entga­ sungseinrichtung. Bezugnehmend auf Fig. 5 beinhaltet die Ent­ gasungseinrichtung einen Wärmetauscher, ein Entgasungsfilter und eine Vakuumpumpe. Das Entgasungsfilter ist dadurch gebil­ det, daß 7000 bis 10 000 hydrophobe, hohle Mikroröhren mit einem Durchmesser von etwa 200 µm in Form hohler Fasern zu ei­ ner Einheit gruppiert sind. Solche Einheiten hohler Fasern sind zu einem Modul gruppiert, in welchem die Anzahl von Ein­ heiten in Abhängigkeit von der gewünschten Fluidtransferrate festgelegt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Durchmesser und die Länge des Entgasungsfilters auf ungefähr 99 mm bzw. 260 mm festgesetzt.

Das Prinzip der Entgasungseinrichtung ist wie folgt. Fluid, wie Entwicklungslösung oder Wasser, welches durch den Wärme­ tauscher hindurchgetreten ist, wird durch die Innenseite ei­ nes gastrennenden Films geführt, der die hohle Mikroröhre der Entgasungseinrichtung bildet, während eine Vakuumpumpe an der Außenseite des gastrennenden Films einen Vakuumzustand von etwa 700 mm Hg bis 550 mm Hg erzeugt. Das gelöste Gas, wie Sau­ erstoff, Stickstoff etc., wird dadurch herausgeführt, daß es aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Partialdruck an gelöstem Gas des Fluides in der Mikroröhre und dem Gaspar­ tialdruck an der Außenseite des hohlen Films durch den gastrennenden Film hindurchtritt. Da außerdem die Oberfläche des gastrennenden Films hydrophob ist, können Flüssigkeitsmo­ leküle nicht durch den Film hindurchtreten, während Gasmole­ küle hindurchtreten können, so daß Gas- und Flüssigkeitsmole­ küle separiert werden können. Die in der Entgasungseinrich­ tung verwendete Vakuumpumpe ist eine wasserdichte Pumpe, und ein abnormaler Betrieb der Vakuumpumpe wird von der Entwick­ lungsanlage detektiert, die hierzu Mittel zur Überwachung des Betriebs der Vakuumpumpe und zur Bereitstellung einer Anzeige eines abnormalen Betriebszustandes, falls ein solcher auf­ tritt, aufweist.

Es sei erwähnt, daß das Entgasungsprinzip der Entgasungsein­ richtung durch das Daltonsche Gesetz der Partialdrücke, nach dem der Druck einer Gasmischung gleich der Summe der Par­ tialdrücke der in ihr enthaltenen Gase ist, und das Henrysche Gesetz bestimmt ist, nach dem die Löslichkeiten von Gasen, die nicht sehr stark mit dem Lösungsmittel reagieren, bei ei­ ner gegebenen Temperatur direkt proportional zu den Par­ tialdrücken der Gase über der Lösung sind.

Wenn die Entgasungseinrichtung, wie oben beschrieben, auf ei­ nen Kontaktbildungsprozeß angewendet wird, wird eine Erhöhung der Ausbeute um 5%, nämlich von 68,59% auf 73,38%, verglichen mit einem herkömmlichen Verfahren, das die Entgasungseinrich­ tung nicht verwendet, erzielt. Diese Steigerung der Ausbeute stellt einen Mittelwert dar, der durch Prüfung der acht mitt­ leren Chips auf einem Wafer bestimmt wurde, wo die Erzeugung von Mikroblasen normalerweise am stärksten ist. Ebenso ist für den Fall der Anwendung der Entgasungseinrichtung nach dieser Erfindung auf einen Prozeß zur Halbleiterbauele­ mentherstellung ein Anstieg der Ausbeute um 15% bis 20% zu erwarten. Es versteht sich, daß neben der oben beschriebenen Ausführungsform weitere erfindungsgemäße Realisierungen im Umfang der durch die Patentansprüche festgelegten Erfindung für den Fachmann möglich sind.

Claims (8)

1. Anlage zur Halbleiterbauelementherstellung, die einen Halbleiterbauelement-Fertigungsprozeß unter Verwendung von Chemikalien in flüssiger Form ausführt, gekennzeichnet durch eine Entgasungseinrichtung (10) mit einer Vakuumpumpe zur Entgasung durch Partialdruckverringerung, um in den flüssigen Chemikalien enthaltenes Gas zu entfernen.

2. Anlage zur Halbleiterbauelementherstellung, mit

• - einem Zwischentank (4) zur Speicherung einer vorbestimm­ ten Menge von aus einem Haupttank bereitgestellter Ent­ wicklungslösung und
• - einem Filter (5) zum Filtern von in der Entwicklungslösung enthaltenem Staub,

gekennzeichnet durch

• - eine zwischen dem Zwischentank (4) und dem Filter (5) an­ geordnete Entgasungseinrichtung (10) mit einer Vakuumpum­ pe zum Entfernen von in der Entwicklungslösung enthalte­ nem Gas.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entgasungseinrichtung einen Wärmetauscher und ein Entgasungsfilter aufweist.

4. Anlage nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Entgasungsfilter einen Durchmesser von 99 mm und eine Länge von 260 mm aufweist.

5. Verfahren zur Halbleiterbauelementherstellung, welches Chemikalien in flüssiger Form einsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Chemikalien vor Zuführung zu einem Wafer ent­ gast werden, um Mikroblasen, die eine Strukturierungsbeein­ trächtigung hervorrufen, zu verhindern.

6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeich­ net, daß eine der entgasten, flüssigen Chemikalien eine Ent­ wicklungslösung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeich­ net, daß die Entwicklungslösung für eine Kontaktbildung ver­ wendet wird.