DE19900805A1 - Area Polishing - Google Patents

Area Polishing

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Reinstwasser für eine Anlage zur Halbleiterfertigung mit einer Anordnung von Fertigungseinheiten (1). In einer ersten Reinigungsstufe wird Rohwasser in der für die Anlage benötigten Menge vorgereinigt. In mehreren Endreinigungseinheiten (8), welche jeweils wenigstens einer Fertigungseinheit (1) zugeordnet sind, wird in Abhängigkeit der Prozeßparameter der zugeordneten Fertigungseinheit (1) in einer zweiten Reinigungsstufe aus aufbereitetem Wasser Reinstwasser vorgegebener Qualität gewonnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Reinstwasser für eine Anlage zur Halbleiterfertigung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 8.
Derartige Anlagen zur Halbleiterfertigung können insbesondere als Anlagen zur Waferbearbeitung ausgebildet sein, wobei eine derartige Anlage aus einer Vielzahl von Fertigungseinheiten besteht. Die einzelnen Fertigungseinheiten bilden eine oder mehrere Prozeßlinien, wobei in jeder Fertigungseinheit eine bestimmte Art der Bearbeitung der Wafer erfolgt.
Für die in den einzelnen Fertigungseinheiten durchgeführten Bearbeitungsschritte wird unter anderem Reinstwasser in gro­ ßen Mengen benötigt. In bekannten Anlagen zur Halbleiterfer­ tigung ist zur Erzeugung von Reinstwasser eine Reinstwasser­ aufbereitungsanlage vorgesehen. In einer derartigen Reinst­ wasseraufbereitungsanlage erfolgt die Gewinnung von Reinst­ wasser in mehreren Reinigungsstufen. Zunächst erfolgt in ei­ ner Vorbehandlungsstufe eine Vorreinigung von Rohwasser (Pre- Treatment), wobei das Rohwasser üblicherweise aus Stadtwasser besteht, welches von der umliegenden Gemeinde zur Verfügung gestellt wird. Alternativ kann hierzu auch Brunnenwasser ver­ wendet werden. Die Vorreinigung erfolgt in Abhängigkeit der Parameter des Rohwassers. Anschließend wird das vorgereinigte Rohwasser in einer Aufbereitungsstufe nochmals gereinigt. Bei diesem Reinigungsprozeß, dem sogenannten Make-up, erfolgt die Reinigung weitgehend unabhängig von den Prozeßparametern des Rohwassers. In dieser Reingungsstufe wird bereits ein Groß­ teil der Verschmutzungen aus dem Wasser beseitigt. Das auf diese Weise gewonnene aufbereitete Wasser wird schließlich in einer letzten Reinigungsstufe, dem sogenannten Polishing, endgereinigt.
Mit diesem Reinstwasser wird die gesamte Anlage zur Halblei­ terfertigung versorgt. Hierbei ist vorzugsweise ein Ringlei­ tungssystem vorgesehen, welches die Reinstwasseraufberei­ tungsanlage mit den einzelnen Fertigungseinheiten der Anlage zur Halbleiterfertigung verbindet. Entsprechend der dort be­ nötigten Gesamtmenge und der dort geforderten Reinheit wird in der Reinstwasseraufbereitungsanlage Reinstwasser in aus­ reichender Menge und mit hinreichend großer Reinheit bereit­ gestellt. Typische Reinstwasserparameter sind hierbei der Sauerstoffgehalt, der TOC-Wert (total organic carbon), der Metallgehalt und die Konzentration an Partikeln sowie von Keimen.
Da die Anforderungen an die Reinheit des Reinstwassers sehr hoch sind und zum anderen Reinstwasser in großen Mengen benö­ tigt wird, sind derartige Reinstwasseraufbereitungsanlagen sehr aufwendig und insbesondere auch sehr teuer.
Aus der JP 631 08 724 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Reinstwasser bekannt, welche eine zentrale erste Reinigungs­ stufe zur Gewinnung von primärem Reinwasser aus Rohwasser aufweist. Das auf diese Weise gewonnene primäre Reinwasser wird über mehrere Zuleitungen verschiedenen Endreinigungsein­ heiten zugeführt, in welchen jeweils Reinstwasser erzeugt wird. Dieses Reinstwasser wird über Zuleitungen aus Äthylen- Fluorid Reinigungsapparaten zugeführt.
Durch die dezentrale Reinstwassererzeugung in den Endreini­ gungsstufen und den Transport des Reinstwassers in aus Äthy­ len-Fluorid bestehenden Zuleitungen zu den Reinigungsappara­ ten wird erreicht, daß sich die Qualität des Reinstwassers von einer Endreinigungseinheit zu einem Reinigungsapparat nicht verschlechtert.
Nachteilig hierbei ist jedoch, daß in der Reinigungsstufe zentral Reinwasser in großer Menge erzeugt wird, welches den dezentralen Endreinigungsstufen zur Verfügung gestellt wird. Weiter ist nachteilig, daß in den Endreinigungsstufen Reinst­ wasser in derselben Menge produziert wird. Eine derartige Vorrichtung ist dementsprechend aufwendig und kostenintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf möglichst ein­ fache und kostengünstige Weise Reinstwasser für Anlagen zur Halbleiterfertigung bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmä­ ßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen beschrieben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß zur Bereit­ stellung von Reinstwasser für eine Anlage zur Halbleiterfer­ tigung eine zentrale Wasseraufbereitungsanlage vorgesehen ist, mit welcher in einer ersten Reinigungsstufe aus Rohwas­ ser aufbereitetes Wasser gewonnen wird. Zweckmäßigerweise ist diese erste Reinigungsstufe in eine Vorreinigung (Pre- Treatment) mit nachfolgender Aufbereitung (Make-up) unter­ gliedert.
Das aufbereitete Wasser wird über ein Leitungssystem mehreren dezentralen Endreinigungseinheiten zugeführt. Jede dieser Endreinigungseinheiten ist einer Fertigungseinheit oder einer Gruppe von Fertigungseinheiten der Anlage zur Halbleiterfer­ tigung zur Versorgung mit Reinstwasser zugeordnet.
In jeder Endreinigungseinheit wird Reinstwasser für die je­ weils zugeordneten Fertigungseinheiten entsprechend der dort individuell geforderten Qualität gewonnen.
Das in den einzelnen Endreinigungseinheiten gewonnene Reinst­ wasser variiert somit in Abhängigkeit der Prozeßparameter der jeweils einer Endreinigungseinheit zugeordneten Fertigungs­ einheiten.
Durch die dezentrale Endreinigung des Reinstwassers gelingt somit eine exakte Anpassung der Reinstwasserparameter an die unterschiedlichen Anforderungen in den einzelnen Fertigungs­ einheiten. Dies führt im Vergleich zu einer zentralen Endrei­ nigungsstufe zu einer beträchtlichen Senkung des Aufwands und der Kosten für die Reinstwassergewinnung.
Dies beruht vor allem darauf, daß das in einer zentralen Endreinigungsstufe gewonnene Reinstwasser so beschaffen sein muß, daß es die Reinheitsanforderungen für sämtliche Ferti­ gungseinheiten in der Anlage erfüllt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Reinheit des Reinstwassers. Zudem wird dieses hochwertige Reinstwasser in sehr großen Mengen benötigt, da es sämtlichen Fertigungseinheiten mit Wasserbe­ darf zugeführt werden muß.
Bei der erfindungsgemäßen Reinstwasserversorgung erfolgt dem­ gegenüber nur die Herstellung von aufbereitetem Wasser über eine zentrale Aufbereitungsanlage. Die Gewinnung von aufbe­ reitetem Wasser ist dabei mit relativ geringem Aufwand an Ma­ terial und Kosten verbunden.
Die Zuführung des aufbereiteten Wassers zu den einzelnen Endreinigungsstufen erfolgt ebenfalls ohne großen Kostenauf­ wand, da an das hierfür benötigte Leitungssystem nur geringe Materialanforderungen zu stellen sind.
Schließlich erfolgt die Endreinigung in jeder Endreinigungs­ stufe nur gemäß den Minimal-Anforderungen, welche sich durch die Prozeßparameter der zugeordneten Fertigungseinheiten er­ geben. Diese Anforderungen können teilweise so gering sein, daß für bestimmte Fertigungseinheiten die Endreinigung sogar vollständig entfallen kann. Auf diese Weise wird vermieden, daß Reinstwasser sehr hoher Qualität auch für solche Ferti­ gungseinheiten gewonnen wird, für welche auch Reinstwasser niedrigerer Qualität ausreichend wäre.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung er­ läutert. Es zeigt:
Fig. 1 Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Anlage zur Halbleiterfertigung mit einer Vorrich­ tung zur Erzeugung von Reinstwasser.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Anlage zur Halb­ leiterfertigung dargestellt, welche eine Vorrichtung zur Er­ zeugung von Reinstwasser aufweist.
Bei der Anlage zur Halbleiterfertigung kann es sich insbeson­ dere um ein Fabrikgebäude oder einen Gebäudekomplex zur Bear­ beitung von Wafern handeln. Die Bearbeitung von Wafern er­ folgt in Prozeßlinien mit mehreren unterschiedlichen Ferti­ gungseinheiten 1, mit welchen unterschiedliche Fertigungsvor­ gänge wie zum Beispiel Ätz-, Lithographie- Naßchemie-, Diffu­ sions-, Teilereinigungsprozesse durchgeführt werden.
Diese Fertigungseinheiten 1 sind in Reinräumen 2 oder Syste­ men von Reinräumen 2 untergebracht. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 1 schematisch einzelne Fertigungseinhei­ ten 1 in einem Reinraum 2 dargestellt, wobei sich der Rein­ raum 2 auf einer Etage eines Gebäudes befindet.
Für die einzelnen Fertigungseinheiten 1 wird jeweils eine Wasserversorgung benötigt. Hierfür ist eine Vorrichtung zu Erzeugung von Reinstwasser vorgesehen. Diese Vorrichtung weist eine zentrale Wasseraufbereitungsanlage 3 auf.
In dieser Wasseraufbereitungsanlage 3 wird in einer ersten Reinigungsstufe aus Rohwasser aufbereitetes Wasser gewonnen. Die erste Reinigungsstufe ist dabei in eine Vorreinigung von Rohwasser (Pre-Treatment) und eine anschließende Aufberei­ tungsstufe (Make-up) untergliedert. Dementsprechend besteht die Wasseraufbereitungsanlage 3 aus zwei separaten Vorrich­ tungen, der Vorreinigungsanlage 4 und der daran anschliessen­ den Aufbereitungsanlage 5.
Als Rohwasser wird Stadtwasser oder Brunnenwasser verwendet, welches über einen Anschluß 6 vom städtischen Wasserleitungs­ system in die Vorreinigungsanlage 4 eingespeist wird. Die Pa­ rameter des Rohwassers können entsprechend den örtlichen Ge­ gebenheiten variieren. In Abhängigkeit dieser Parameter er­ folgt die Vorreinigung des Rohwassers, welches mit definier­ ter Qualität am Ausgang der Vorreinigungsanlage 4 über eine Zuleitung 7 oder ein Zuleitungssystem in die Aufbereitungsan­ lage 5 eingespeist wird.
In der Aufbereitungsanlage 5 erfolgt die eigentliche Hauptwä­ sche des vorgereinigten Rohwassers. Diese Aufbereitung er­ folgt weitgehend unabhängig von den Parametern des Rohwassers und auch noch weitgehend unabhängig von den Anforderungen für die Verwendung in den einzelnen Fertigungseinheiten 1.
Die Gewinnung von Reinstwasser aus dem aufbereiteten Wasser erfolgt in einer weiteren Reinigungsstufe dezentral in mehre­ ren Endreinigungseinheiten 8. Diese Endreinigungseinheiten 8 arbeiten unabhängig voneinander und versorgen jeweils eine Fertigungseinheit 1 oder eine Gruppe von Fertigungseinheiten 1 mit Reinstwasser.
Die Endreinigungseinheiten 8 sind über ein Leitungssystem 9 mit der Aufbereitungsanlage 5 verbunden. Durch dieses Lei­ tungssystem 9 wird das aufbereitete Wasser den Endreinigungs­ einheiten 8 zugeführt. Da der Reinheitsgrad des aufbereiteten Wassers im Vergleich zum Reinstwasser geringer ist, sind die Material-Anforderungen an das Leitungssystem 9 entsprechend geringer. Somit können für dieses Leitungssystem 9 kostengün­ stige Rohre insbesondere aus PP (Polypropylen) oder PVC (Po­ lyvinylidenfluorid) gewählt werden. Nur für die Verbindungen zwischen den Endreinigungseinheiten 8 und den zugeordneten Fertigungssystemen muß ein hochwertiges teures Leitungssystem 10 verwendet werden, damit das darin transportierte Reinst­ wasser nicht verschmutzt wird. Für dieses Leitungssystem 10 werden vorzugsweise PVDF-Rohre verwendet.
Besonders vorteilhaft sind die Reinigungseinheiten 8 und die Fertigungseinheit 1 oder die Gruppe von Fertigungseinheiten 1, die durch diese Reinigungseinheit 8 mit Reinstwasser ver­ sorgt wird, räumlich so zugeordnet, daß nur ein kurzes Lei­ tungssystem 10 zwischen der Endreinigungseinheit 8 und der betreffenden bzw. den betreffenden Fertigungseinheiten 1 be­ nötigt wird. Hierzu sind die Endreinigungseinheiten 8 vor­ zugsweise am Boden einer Etage 11 des Gebäudes installiert, welche sich unmittelbar unter der Etage mit den Fertigungs­ einheiten 1 befindet. Von den Endreinigungseinheiten 8 ausge­ hend sind die PVDF-Rohre des Leitungssystems 10 durch den Bo­ den der darüberliegenden Etage 11 zu den jeweils zugeordneten Fertigungseinheiten 1 geführt. Die zentrale Wasseraufberei­ tungsanlage 3 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, auf derselben Etage 11 wie die Endreinigungseinheiten 8 installiert sein. Da das Leitungssystem 10 zwischen den Endreinigungseinheiten 8 und der zentralen Wasseraufbereitungsanlage 3 sehr kosten­ günstig ausgeführt ist, kann sich die zentrale Wasseraufbe­ reitungsanlage 3 auch in größerer Distanz zu den Endreini­ gungseinheiten 8, insbesondere auf einer separaten Etage des Gebäudes oder sogar in einem separaten Gebäude, befinden.
Die Kapazität der zentralen Wasseraufbereitungsanlage 3 ist so dimensioniert, daß mit dieser der gesamte Bedarf an aufbe­ reitetem Wasser für die Anlage zur Halbleiterfertigung be­ reitgestellt werden kann. Die Kapazitäten der Endreinigungs­ einheiten 8 sind im Vergleich hierzu beträchtlich kleiner und so dimensioniert, daß die einer Endreinigungseinheit 8 zuge­ ordneten Fertigungseinheiten 1 mit genügend Reinstwasser ver­ sorgt sind.
Erfindungsgemäß wird in den einzelnen Endreinigungseinheiten 8 nicht Reinstwasser gleicher Qualität erzeugt. Vielmehr be­ stimmt sich die Qualität des in einer bestimmten Endreini­ gungseinheit 8 gewonnenen Reinstwassers aus den Anforderungen an die daran angeschlossenen Fertigungseinheiten 1. Somit werden die Reinstwasserparameter einer Endreinigungseinheit 8 durch die Prozeßparameter der zugeordneten Fertigungseinheit 1 festgelegt.
Dies führt zu einer besonders effizienten und kostengünstigen Herstellung von Reinstwasser, da das Reinstwasser bezüglich von Parametern, welche für die zugeordneten Fertigungseinhei­ ten 1 ohne Belang sind, nicht optimiert werden muß.
Beispielsweise können für den Prozeß des Chemical Mechanical Polishing (CMP) zum einen Fertigungseinheiten 1 für das Po­ lieren der Wafer sowie weitere Fertigungseinheiten 1 für ein anschließendes Reinigen der polierten Wafer vorgesehen sein.
Die Anforderungen an die Reinheit des Wassers für das Polie­ ren der Wafer sind gering. Hier muß lediglich darauf geachtet werden, daß das hierzu verwendete Wasser eine bestimmte Kon­ zentration an Partikeln mit einer bestimmten Mindestgröße nicht überschreitet. Demzufolge kann für derartige Ferti­ gungseinheiten 1 im wesentlichen aufbereitetes Wasser verwen­ det werden, so daß in diesem Fall eine Endreinigung vollstän­ dig oder nahezu vollständig entfallen kann.
Bei der anschließenden Reinigung der polierten Wafer wird da­ gegen Reinstwasser höherer Qualität benötigt. In der zugeord­ neten Endreinigungseinheit 8 muß Reinstwasser erzeugt werden, welches bestimmte Konzentrationen an Metallen und Anionen nicht überschreiten darf.
Relativ hohe Anforderungen werden auch an das Reinstwasser gestellt, welches für Ätzprozesse verwendet wird. Dort darf das in der zugehörigen Endreinigungseinheit 8 hergestellte Reinstwasser bestimmte Konzentrationen an Metallen, Anionen und organischem Kohlenstoff (TOC) nicht überschreiten.
Wie in Fig. 1 dargestellt, können mehrere Fertigungseinhei­ ten 1 an eine Endreinigungseinheit 8 angeschlossen sein. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn für die einzelnen Ferti­ gungseinheiten 1 Reinstwasser gleicher oder nahezu gleicher Qualität benötigt wird.
Besonders vorteilhaft können verschiedene Fertigungseinheiten 1 wie in Fig. 1 dargestellt über ein Leitungssystem 9 direkt an die zentrale Wasseraufbereitungsanlage 3 angeschlossen sein.
Dies ist dann der Fall, wenn für die betreffenden Fertigungs­ einheiten 1 die Qualität des aufbereiteten Wassers bereits ausreichend ist. Für diese Fertigungseinheiten 1 kann somit komplett auf eine Endreinigungseinheit 8 verzichtet werden. Da damit die zweite Reinigungsstufe entfällt, werden die Ko­ sten für die Wasserreinigung erheblich gesenkt. Ferner ist vorteilhaft, daß derartige Fertigungseinheiten 1 kostengün­ stig über PP-Rohre an die zentrale Wasseraufbereitungsanlage 3 anschließbar sind.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erzeugung von Reinstwasser für ein Anlage zur Halbleiterfertigung mit einer Anordnung von Fertigungs­ einheiten, wobei in einer ersten Reinigungsstufe Rohwasser in der für die Anlage benötigten Menge vorgereinigt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß das am Ausgang der ersten Reinigungsstufe erhaltene aufberei­ tete Wasser mehreren Endreinigungseinheiten (8) zugeführt wird, welche jeweils wenigstens einer Fertigungseinheit (1) zugeordnet sind, und daß in jeder Endreinigungseinheit (8) in Abhängigkeit der Prozeßparameter der zugeordneten Fertigungs­ einheit (1) in einer zweiten Reinigungsstufe aus dem aufbe­ reiteten Wasser Reinstwasser vorgegebener Qualität gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reinigungsstufe in eine Vorbehandlungsstufe und ei­ ne Aufbereitungsstufe untergliedert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorbehandlungsstufe eine Vorreinigung von Rohwasser in Abhängigkeit der Parameter des Rohwassers erfolgt, und daß aus dem vorgereinigten Rohwasser in der Aufbereitungsstufe das aufbereitete Wasser gewonnen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität des in einer Endreinigungseinheit (8) erzeugten Reinstwassers durch Reinstwasserparameter vorgegeben ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Reinstwasserparameter der Gehalt an Sauerstoff, SiO2, Me­ tallen, Anionen, organischem Kohlenstoff und an Partikeln ei­ ner vorgegebenen Mindestgröße gewählt sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endreinigungseinheit (8) einer Gruppe von Fertigungsein­ heiten (1) zugeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das aufbereitete Wasser am Ausgang der ersten Reinigungsstufe wenigstens einer Fertigungseinheit (1) direkt zugeführt ist.
8. Vorrichtung zur Erzeugung von Reinstwasser zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 mit einer zentralen Wasseraufbereitungsanlage zur Erzeugung von aufbe­ reitetem Wasser aus Rohwasser, dadurch gekennzeichnet, daß das aufbereitete Wasser über ein Leitungssystem (9) mehreren Endreinigungseinheiten (8) zugeführt ist, wobei das in einer Endreinigungseinheit (8) gewonnene Reinstwasser jeweils we­ nigstens einer dieser zugeordneten Fertigungseinheit (1) zu­ geführt wird, und wobei die Qualität des in einer Endreini­ gungseinheit (8) gewonnenen Reinstwassers an die Prozeßpara­ meter der zugeordneten Fertigungseinheit (1) angepaßt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungseinheiten (1) auf einer Etage eines Gebäudes in wenigstens einem Reinraum (2) angeordnet sind, und daß die Endreinigungseinheiten (8) in einer darunterliegenden Etage (11) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Fertigungseinheit (1) zugeordnete Endreinigungsein­ heit (8) direkt unterhalb dieser Fertigungseinheit (1) ange­ ordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Wasseraufbereitungsanlage (3) eine Vorreini­ gungsanlage (4) zur Durchführung der Vorreinigung und eine Aufbereitungsanlage (5) zur Gewinnung des aufbereiteten Was­ ser aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (9) für die Zuführung des aufbereiteten Wassers zu den Endreinigungseinheiten (8) PP (Polypropy­ len)Rohre oder PVC (Polyvinylidenfluorid) Rohre aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Endreinigungseinheiten (8) gewonnene Reinstwasser den jeweiligen Fertigungseinheiten (1) über ein Leitungssy­ stem (10) mit PVDF Rohren zugeführt ist.
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