DE19922397B4 - Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten - Google Patents

Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten Download PDF

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Abstract

Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten, bei der die Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit durch Kontakt mit einem Wärmetauschsubstrat gekühlt oder geheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschsubstrat durch Wärmeablagern einer Fluor enthaltenden Harzschicht auf der Oberfläche einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Wärmetauschsubstrats gebildet wird, wobei das Wärmetauschsubstrat ein Graphitsubstrat oder ein Siliziumcarbidsubstrat oder ein glasig gewordenes Kohlenstoffsubstrat umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten, die in eine Kühl-/Heizeinheit eines Thermoregulators eingebracht werden, der zur Steuerung der Temperatur von korrosiven Halbleiterverarbeitungschemikalien verwendet wird.
  • Bei Kühl-/Heizvorrichtungen für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten mit Wärmeaustauschsubstraten zum Kühlen oder Heizen einer korrosiven Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit, um die Flüssigkeit auf einer festgelegten Temperatur zu halten, sind die meisten der herkömmlicherweise verwendeten Wärmetauschsubstrate im wesentlichen so gestaltet, dass eine Lage aus Fluor enthaltendem Kunstharz (Markenname TEFLON), das mit Plasma oder Natrium geätzt ist, mittels einer Klebeschicht aus Epoxyharz oder anderen Adhäsiven mit einer Bearbeitungsflüssigkeitkontaktfläche einer Platte aus rostfreiem Stahl oder einem Graphitsubstrat verbunden wird. Im Falle dieser herkömmlichen Wärmetauschsubstrate treten jedoch beim Kühlen oder Heizen der hochkorrosiven Chemikalien die Chemikalien, wenn auch nur im geringen Maße, durch die Fluor enthaltende Harzschicht, was zu einer Lösung des Adhäsivs aus der Klebeschicht zwischen der Stahlplatte oder dem Graphitsubstrat und der Harzlage führen kann. Insbesondere bei Verwendung einer Stahlplatte wird der rostfreie Stahl von den Chemikalien angegriffen, wenn das Adhäsiv gelöst wird. Metallische Ionen können nachfolgend in den Chemikalien als Unreinheiten gelöst werden. Außerdem tritt in beiden Fällen das Problem auf, dass die anwendbaren Chemikalien und Temperaturen durch die Wärmeresistenz der Adhäsive beschränkt werden.
  • In der JP 06 313 690 A wird ein zur Kontrolle der Temperatur von zum Ätzen bei der Herstellung von Halbleitergeräten eingesetzten Lösungen geeigneter Wärmeaustauscher beschrieben, dessen Wärmeaustauschsubstrate aus einem Kohlenstoffmaterial bestehen, bspw. aus hochdichtem isotropen Graphitmaterial, dessen Poren mit einem Fluor enthaltenden Harz imprägniert sind. Zudem ist aus der EP 0 744 587 A1 ein Wärmeaustauscherzusammenbau für einen effektiven Wärmetransfer zwischen einer Prozessflüssigkeit und einer Serviceflüssigkeit bekannt, der aus einem Graphitsubstrat besteht, in dem eine Vielzahl an Bohrungen vorgesehen ist, in welche Siliziumcarbid-Rohre eingelassen sind, wobei lediglich gewisse Bereiche der Graphitoberfläche und die Enden der Siliziumcarbid-Rohre, nicht aber die gesamte, der Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit zugewandte Oberfläche der Siliziumcarbidschicht mit einer Beschichtung aus einem Fluorpolymer versehen sind. In der DE 43 05 618 A1 wird ein Verfahren zum Beschichten von hydrophoben Substraten mit Fluorpolymeren beschrieben, bei dem ein hydrophobes Substrat mit einer wässrigen Dispersion eines thermoplastischen Fluorpolymers einer Teilchengröße im Zahlenmittel bis zu 100 nm in Kontakt gebracht wird, woraufhin der so imprägnierte Körper zur Fixierung des Fluorpolymeren thermisch nachbehandelt wird. Allerdings überwinden diese Vorrichtungen die vorgenannten Nachteile nicht vollständig oder sind konstruktiv sehr aufwendig.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine konstruktiv einfache Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten vorzuschlagen, die eine höhrere Beständigkeit gegenüber korrosiven Chemikalien aufweist und bei Betrieb keine schädlichen Verunreinigungen, wie Schwermetallionen, freisetzt (eluiert).
  • Mit der Erfindung wird diese Aufgabe jeweils durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3 gelöst.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten vorgesehen, bei der die Kühlung oder Heizung durch Kontakt von Wärmetauschsubstraten mit der Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit erfolgt, das Wärmetauschsubstrat durch Wärmeablagern einer Fluor enthaltenden Harzschicht auf der Oberfläche einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Wärmetauschsubstrats gebildet wird und wobei das Wärmetauschsubstrat ein Graphitsubstrat oder ein Siliziumcarbidsubstrat oder ein glasig gewordenes Kohlenstoffsubstrat umfasst.
  • Außerdem ist gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten vorgesehen, bei der das Wärmetauschsubstrat durch Vorsehen einer amorphen Kohlenstoffschicht über der Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Graphitsubstrates gebildet wird.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten vorgesehen, wobei das Wärmetauschsubstrat durch Vorsehen einer Siliziumcarbidschicht über der Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Graphitsubstrates gebildet wird.
  • Bei der Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau werden Wärmetauschsubstrate, die ein Graphitsubstrat, dass gegenüber korrosiven Materialien hochresistent ist, ein Siliziumcarbitsubstrat oder ein glasiges Kohlenstoffsubstrat umfassen, durch Wärmeablagern einer Flour enthaltenen Harzschicht auf einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Wärmeaustauschsubstrats, gebildet oder durch zusätzliches Vorsehen einer amorphen Kohlenstoffschicht oder einer Siliziumcarbitschicht über der Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Graphitsubstrats, so dass die Vorrichtung keine schädlichen Unreinheiten eluiert, die durch das Aufbringen der Chemikalien auf die Klebeschicht bewirkt werden. Ferner wird die Eluierung von schädlichen Unreinheiten, wie Schwermetallionen, die durch Korrosion des Substrates selbst bewirkt wird, ebenfalls verhindert.
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Es zeigen:
  • 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 2 einen vergrößerten Schnitt durch ein Wärmetauschsubstrat,
  • 3 einen vergrößerten Schnitt durch ein Wärmetauschsubstrat mit anderem Aufbau,
  • 4 einen vergrößerten Schnitt durch ein Wärmetauschsubstrat mit einem nochmals anderen Aufbau,
  • 5 einen vergrößerten Schnitt durch ein Wärmetauschsubstrat mit einem weiteren anderen Aufbau und
  • 6 einen vergrößerten Schnitt durch ein Wärmetauschsubstrat mit einem noch weiteren anderen Aufbau.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kühl-/Heizvorrichtung 1 wird zur Steuerung der Temperatur von korrosiven Chemikalien, wie Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten, verwendet. Kurz gesagt wird, wie in 1 gezeigt, die Temperatur der Halbleiterver arbeitungsflüssigkeit derart gesteuert, dass die aus einem nicht dargestellten chemischen Behälter entnommene Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit durch ein Rohr 5A aus hochkorrosionsbeständigen Fluor enthaltendem Harz in eine Kühl-/Heizkammer 2 geführt wird, wobei Wärmetauschsubstrate 3 in gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind.
  • Wie in 1 dargestellt ist, ist die Kühl-/Heizkammer 2 so aufgebaut, dass die Wärmetauschsubstrate 3 (vgl. 2), die durch Wärme- oder Heißablagern (Wärmedeposition) einer Fluor enthaltenden Harzlage 3B auf einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche eines Graphitsubstrates 3A gebildet wurden, in gegenüberliegenden Positionen angeordnet werden, wobei sie durch eine Seitenwand 4 aus Fluor enthaltendem Harz getrennt sind. Eingangsenden beider Seiten sind mit Rohren 5A, 5B aus Fluor enthaltendem Harz als Einlass- und Auslassseiten für die Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit verbunden.
  • Außerdem sind Thermomodule 6 zum Kühlen oder Heizen der Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit jeweils fest an der äußeren Seitenwand der entsprechenden Wärmetauschsubstrate 3 in der Kühl-/Heizvorrichtung 1 befestigt, wobei die Wärmetauschsubstrate 3 dazwischen angeordnet sind. Beim Kühlen der Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit sind Hitzeslinger 7 zur Förderung der Wärmefreigabe der Thermomodule 6 fest an den Thermomodulen 6 befestigt, wobei Kühlwasser durch ein Kühlrohr eingeführt wird.
  • Vorzugsweise werden thermionische Halbleiterelemente, die durch Änderung der Polarität einer aufgebrachten Spannung heizen und kühlen können, beispielsweise Peltier-Elemente, als Thermomodule 6 verwendet.
  • Bei der Kühl-/Heizvorrichtung 1 für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten mit dem oben beschriebenen Aufbau wird die Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit durch das Rohr 5A in die Kühl-/Heizkammer 2 eingeführt und in der Kühl-/Heizkammer 2 auf eine festgelegte Temperatur gekühlt oder aufgeheizt. Wenn die Wärmetauschsubstrate 3 durch Wärmeablagerung der Fluor enthaltenden Harzlage 3B auf einem hochkorrosionsbeständigen Graphitsubstrat 3A gebildet werden, eluieren die Substrate 3 keine schädlichen Unreinheiten, auch wenn die korrosive Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit in die Fluor enthaltende Harzlage 3B eindringt (infiltriert). Da für die Kontaktflächen des Graphitsubstrates 3A und der Fluor enthaltenden Harzlage 3B keine Adhäsive verwendet werden, können die Wärmetauschsubstrate 3 unabhängig von der Hitzebeständigkeit des Adhäsivs bis auf eine Wärmeresistenztemperatur der Fluor enthaltenden Harzlage 3B, mit der die Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit in Kontakt tritt, erwärmt werden.
  • Die in der Kühl-/Heizkammer 3 auf konstanter Temperatur gehaltene Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit wird durch ein Rohr 5B abgeführt. Somit weisen die Wärmetauschsubstrate 3 bei der Kühl-/Heizvorrichtung 1 für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten lediglich das hochkorrosionsbeständige Graphit und das Fluor enthaltende Harz auf, so dass die Wärmetauschsubstrate 3 keine schädlichen Unreinheiten eluieren, die durch den Angriff der Chemikalien, wie der Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit, auf die Adhäsivschicht bewirkt würden. Außerdem wird die Eluierung schädlicher Unreinheiten, die durch Korrosion des Substrates 3 selbst bewirkt wird, ebenfalls verhindert.
  • Für das die Kühl-/Heizkammer 2 in der Kühl-/Heizvorrichtung 1 bildende Wärmetauschsubstrat 3 können auch die in den 3 bis 6 gezeigten Strukturen verwendet werden.
  • Zunächst wird ein in 3 gezeigtes Wärmetauschsubstrat 13 gebildet, indem eine amorphe Kohlenstoffschicht 13C durch Wärmebehandlung einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche eines Graphitsubstrates 13A ausgebildet und eine Fluor enthaltende Harzschicht 13B auf der amorphen Kohlenstoffschicht 13C wärmeabgelagert wird.
  • Das in 4 gezeigte Wärmetauschsubstrat 23 wird durch direktes Wärmeablagern einer Fluor enthaltenden Harzlage 23B auf einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche eines glasig geworden Kohlenstoffsubstrats 23A ausgebildet.
  • Ein in 5 gezeigtes Wärmetauschsubstrat 33 wird durch direktes Wärmeablagern einer Fluor enthaltenden Harzlage 33B auf einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche eines Siliziumcarbidsubstrates 33A ausgebildet.
  • Ein in 6 dargestelltes Wärmetauschsubstrat 43 wird durch Vorsehen einer Siliziumcarbidlage 43D auf einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche eines Graphitsubstrates 43A und direktes Wärmeablagern einer Fluor enthaltenden Harzlage 43B auf der Siliziumcarbidschicht 43D gebildet. Da die Ausgestaltung und Wirkungsweise der in den 2 bis 6 gezeigten Wärmetauschsubstraten im wesentlichen denen des Wärmetauschsubstrates 3 in der Kühl-/Heizkammer 2 der in den 1 und 2 gezeigten Kühl-/Heizvorrichtung 1 entsprechen, wird auf ihre erneute Erläuterung verzichtet.
  • Wie oben im Detail beschrieben wurde, ist bei der Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauschsubstrat so aufgebaut, dass eine Fluor enthaltende Harzlage direkt auf einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche eines hochkorrosionsresistenten Graphitsubstrates, eines glasig gewordenen Kohlenstoffsubstrates oder eines Siliziumcarbidsubstrates direkt wärmeabgelagert wird. Dies ermöglicht es, ein Wärmetauschsubstrat ohne Eluierung schädlicher Unreinheiten durch Korrosion einer von Chemikalien angegriffenen Adhäsionsschicht zu erhalten. Außerdem kann die Eluierung von Unreinheiten, die durch Korrosion des Substrates selbst bewirkt werden, verhindert werden.

Claims (3)

  1. Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten, bei der die Halbleiterverarbeitungsflüssigkeit durch Kontakt mit einem Wärmetauschsubstrat gekühlt oder geheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschsubstrat durch Wärmeablagern einer Fluor enthaltenden Harzschicht auf der Oberfläche einer Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Wärmetauschsubstrats gebildet wird, wobei das Wärmetauschsubstrat ein Graphitsubstrat oder ein Siliziumcarbidsubstrat oder ein glasig gewordenes Kohlenstoffsubstrat umfasst.
  2. Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschsubstrat durch Vorsehen einer amorphen Kohlenstoffschicht über der Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Graphitsubstrates gebildet wird.
  3. Kühl-/Heizvorrichtung für Halbleiterverarbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschsubstrat durch Vorsehen einer Siliziumcarbidschicht über der Verarbeitungsflüssigkeitskontaktfläche des Graphitsubstrates gebildet wird.
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