DE19715974A1 - Versorgungssystem für Chemikalien und dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Versorgungssystem für Chemikalien, das die Herstellung von feststoffhaltigen Suspensionen, welche u. a. zum Polieren von Wafern oder in der Halbleiterfertigung benötigt werden, direkt am Ort der Verwendung ermöglicht.

Typische Halbleiterschaltungen sind üblicherweise aufgebaut, indem als Substrat Silizium oder Galliumarsenid verwendet wird, worauf eine Vielzahl von integrierten Schaltungen aufgebracht sind. Die verschiedenen Schichten, aus denen diese integrierten Schaltungen aufgebaut sind, sind entweder leitend, isolierend oder besitzen Halbleitereigenschaften. Um solch eine Halbleiterstruktur aufzubauen, ist es unerläßlich, daß der verwendete Wafer eine absolut ebene Oberfläche aufweist. Daher ist es häufig notwendig, die Oberfläche oder einen Teil der Oberfläche eines Wafers zu polieren.

Weiterentwicklungen in der Halbleitertechnologie haben zu immer größeren Integrationstiefen und einer fortschreitenden Miniaturisierung, verbunden mit immer kleiner werdenden Halbleiterstrukturen, geführt, wodurch immer höhere Anforderungen an die Fertigungsmethoden gestellt werden. Beispielsweise ist es notwendig bei solchen Halbleiterelementen, dünne Leiterbahnen oder ähnliche Strukturen auf vorab gebildeten Strukturen zu bilden. Probleme bereitet dabei, daß die Oberfläche der vorher gebildeten Strukturen häufig unregelmäßig ist. Um in der folgenden photolithographischen Behandlung ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielen zu können, ist daher eine Planarisierung der Oberfläche notwendig.

Daher sind die Methoden und Mittel, mit denen die wiederholt notwendige Planarisierung durchgeführt wird, ein zentrales Thema in der Halbleiterherstellung. In der Fachsprache wird dieser Vorgang unter dem Begriff des chemisch-mechanischen Polierens verstanden. Demgemäß sind daher bei diesem Verfahrensschritt sowohl die eingesetzten technischen Vorrichtungen als auch die verwendeten chemischen Komponenten, woraus die Formulierungen der eingesetzten Poliersuspensionen zusammengesetzt sind, aber auch die Versorgungssysteme, mit deren Hilfe letztere während des Polierens zur Verfügung gestellt werden, von großem Interesse.

Im allgemeinen erfolgt das chemisch-mechanische Polieren (CMP), indem der Wafer unter gleichmäßigem Druck unter Drehen mit einem Polierkissen, welches gleichmäßig mit einer Poliersuspension getränkt ist.

Im Rahmen der Halbleiterherstellung werden ebenfalls in zunehmendem Maße chemisch-mechanische Polierschritte eingesetzt. Sie dienen dazu, Siliziumdioxid-Schichten Metallisierungsbahnen oder andere Oberflächenstrukturen auf Wafern zu planarisieren. In diesem Zusammenhang werden spezielle CMP-Slurries, das heißt abrasive, flüssige Medien, eingesetzt. Diese Medien müssen mit Versorgungssystemen für Chemikalien zusammengeführt werden. Besonders wichtig ist, daß durch diese Versorgungssysteme am "point of use" kontinuierlich Suspensionen mit immer gleichbleibenden Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden können, d. h. insbesondere auch mit einer immer gleichbleibenden Konzentration an Feststoffteilchen und einer gleichbleibenden durchschnittlichen Verteilung der Partikeldurchmesser. Letzteres ist von besonderer Bedeutung, da hiervon gleichmäßige Polierergebnisse abhängig sind.

Entsprechende bisher dem Fachmann bekannte Systeme erfüllen die technischen Anforderungen nicht oder nur in begrenztem Maße.

Ein besonderes Problem stellt sich durch die starke Sedimentation in den feststoffhaltigen Suspensionen gegebenenfalls während der Lagerung, insbesondere aber auch in den Rohrleitungen, welche an den Ort des Verbrauchs führen, so daß sich erhebliche Probleme für den Transport, Einsatz von Rohstoffen und der fertigen Suspensionen im Versorgungssystem ergeben können.

Bei der Auslegung bekannter Systeme wurde außerdem die Handhabung von Störfällen nicht, oder nur unzureichend berücksichtigt, so daß Leitungen aufgrund der Sedimentation leicht verstopfen können, nach einem Störfall Arbeitsprozesse nicht beendet werden können oder das System nur sehr schwer wieder in Betrieb genommen werden kann. Dieses bedeutete daß in bekannten Systemen die Wiederverfügbarkeit nach Betriebsstörungen nicht, zu wenig oder nur in unzureichendem Maße vorhanden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, mit einfachen Mitteln ein Versorgungssystem für Chemikalien während des chemisch mechanischen Polierens zur Verfügung zu stellen, welches einerseits Probleme, welche sich durch die Sedimentation von Feststoffen ergeben können, durch einfache Maßnahmen beseitigt, andererseits aber auch bei auftretenden Störfällen aufgrund von Vorkehrungen eine Betriebsweise erlaubt, welche eine Beendigung eines begonnenen Arbeitsprozesses ermöglichen und daher eine einfache Wiederaufnahme des Betriebs ermöglichen.

Die Lösung der vorliegenden Aufgabe erfolgt durch ein Versorgungssystem für Chemikalien während des chemisch­ mechanischen Polierens, bestehend aus einem System von

• a) miteinander redundant verbundenen Vorrats- und Arbeitstanks, welche gegebenenfalls mit Rührern oder anderen Vorrichtungen zur homogenen Vermischung versehen sind und bei Bedarf mit Druck beaufschlagt werden können,
• b) mit Ventilen versehenen Rohrleitungen, welche fallend verlegt sind und gegebenenfalls mit Druck beaufschlagt werden können,
• c) gegebenenfalls einer Druckluftversorgung, geeignet für hochreine Chemikalien,
  sowie
• d) gegebenenfalls einem System zur Versorgung mit hochreinem Wasser.

Rohrleitungen dieses Versorgungssystems, in denen feststoffhaltige Medien gefördert werden, sind bei Bedarf mit statischen Mischern versehen.

Die fallende Verlegung der Rohrleitungen erlaubt es, im Fall von Störungen, wie beispielsweise bei Stromausfällen oder mangelnder Fließgeschwindigkeit in den Rohrleitungen, Chemikalien oder deren Gemische durch Wirkung der Schwerkraft in Vorratstanks zurück zu befördern. Gegebenenfalls können die Chemikalien oder deren Gemische durch Druckluftbeaufschlagung in Vorratstanks zurück befördert werden können.

Zur Vermeidung von Kontaminationen während des Arbeitsprozesses kann das System mit Druck beaufschlagt werden, insbesondere mit einem leichten Überdruck von etwa 0,3 bis 5 bar arbeitet.

Erfindungsgemäß sind alle mit den verwendeten Chemikalien in Berührung kommenden Komponenten des Systems aus Materialien hergestellt, die gegenüber sowohl stark sauren als auch stark basischen oxidierenden Medien inert sind. Vorzugsweise sind diese Komponenten aus chemikalienresistenten Materialien, ausgewählt aus der Gruppe der vollständig, teilweise oder nicht fluorierten polymeren Kohlenwasserstoffe hergestellt. Die Auswahl der verwendeten Materialien erfolgt mit der Bedingung, daß verwendete hochreine Chemikalien keinen Qualitätseinbußen durch Abrieb oder Ablösung von unerwünschten Partikeln erleiden dürfen.

Insbesondere kann dieses Versorgungssystems zur Herstellung von Suspensionen für chemisch-mechanisches Polieren verwendet werden.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es insbesondere zur direkten Versorgung mit Suspensionen für chemisch-mechanisches Polieren am Ort der Verwendung geeignet, vorzugsweise zur Herstellung von Suspensionen für chemisch-mechanisches Polieren, welche zur Herstellung von Wafern oder von Halbleiterschaltungen benötigt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb des Versorgungssystems wonach,

• a) eine oder mehrere dosierte Feststoffmengen in einem oder mehreren Zwischenbehältern vorgelegt werden, welche
• b) unter Vermischung durch Zugabe einer oder mehrerer Flüssigkeiten in eine pastöse oder flüssige Form überführt werden,
  und
• c) in einen oder mehrere Vorrats- oder Arbeitstanks gegeben werden, in dem oder in denen gegebenenfalls bereits weitere im Arbeitsprozeß notwendige Chemikalien vorgelegt sind.

Claims (12)

1. Versorgungssystem für Chemikalien während des chemisch­ mechanischen Polierens, gekennzeichnet durch ein System, bestehend aus

• a) miteinander verbundenen Vorrats- und Arbeitstanks, welche gegebenenfalls mit Rührern oder anderen Vorrichtungen zur homogenen Vermischung versehen sind und bei Bedarf mit Druck beaufschlagt werden können,
• b) mit Ventilen versehenen Rohrleitungen, welche fallend verlegt sind und gegebenenfalls mit Druck beaufschlagt werden können,
• c) gegebenenfalls einer Druckluftversorgung, geeignet für hochreine Chemikalien,
  sowie
• d) gegebenenfalls einem System zur Versorgung mit hochreinem Wasser.

2. Versorgungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rohrleitungen in denen feststoffhaltige Medien gefördert werden, mit statischen Mischern versehen sind.

3. Versorgungssystem gemäß einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fallende Verlegung der Rohrleitungen es erlaubt, Chemikalien oder deren Gemische durch Wirkung der Schwerkraft in Vorratstanks zurück zu befördern.

4. Versorgungssystem gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Chemikalien oder deren Gemische durch Druckluftbeaufschlagung in Vorratstanks zurück befördert werden können.

5. Versorgungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es während des Arbeitsprozesses zur Vermeidung von Kontaminationen mit Druck beaufschlagt werden kann.

6. Versorgungssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem leichten Überdruck von 0,3 bis 5 bar arbeitet.

7. Versorgungssystem gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit den verwendeten Chemikalien in Berührung kommenden Komponenten des Systems aus Materialien hergestellt sind, die gegenüber sowohl stark sauren als auch stark basischen oxidierenden Medien inert sind, so daß Verunreinigungen der Chemikalien durch Abrasion oder Ablösung von Partikeln vermieden werden.

8. Versorgungssystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit den verwendeten Chemikalien in Berührung kommenden Komponenten des Systems aus chemikalienresistenten Materialien ausgewählt aus der Gruppe der vollständig, teilweise oder nicht fluorierten polymeren Kohlenwasserstoffe hergestellt sind.

9. Verwendung des Versorgungssystems gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche zur Herstellung von Suspensionen für chemisch-mechanisches Polieren.

10. Verwendung des Versorgungssystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur direkten Versorgung mit Suspensionen für chemisch-mechanisches Polieren am Ort der Verwendung.

11. Verwendung des Versorgungssystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Suspensionen für chemisch-mechanisches Polieren, welche zur Herstellung von Wafern oder von Halbleiterschaltungen benötigt werden.

12. Verfahren zum Betrieb eines Versorgungssystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) eine oder mehrere dosierte Feststoffmengen in einem oder mehreren Zwischenbehälter vorgelegt werden, welche
• b) unter Vermischung durch Zugabe einer oder mehrerer Flüssigkeiten in eine pastöse oder flüssige Form überführt werden,
  und
• c) in einen oder mehrere Vorrats- oder Arbeitstanks gegeben werden, in dem oder in denen gegebenenfalls bereits weitere im Arbeitsprozeß notwendige Chemikalien vorgelegt sind.