DE4316267C2 - Photolack-Oxidiereinrichtung mit katalytischer Reaktionseinrichtung - Google Patents
Photolack-Oxidiereinrichtung mit katalytischer ReaktionseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Halbleiterchips.
Beim Herstellen integrierter Schaltungen wird häufig die
Photolithographietechnik eingesetzt. Beim Ausüben dieser
Technik wird ein Halbleiterwafer mit einem Photolack be
schichtet, der dann mit Ultraviolettstrahlung belichtet
wird, die so durch eine Maske geschickt wird, daß ein ge
wünschtes Muster auf dem Photolack 4 abgebildet wird. Dies
bewirkt eine Änderung der Löslichkeit der belichteten Berei
che des Photolacks in solcher Weise, daß nach dem Entwic
keln in einem geeigneten Lösungsmittel das gewünschte Muster
auf dem Wafer fixiert ist, woraufhin der Photolack getem
pert werden kann, damit er der sich anschließenden Verarbei
tung standhalten kann.
Bei einer solchen anschließenden Verarbeitung werden inte
grierte Schaltungskomponenten, die dem gewünschten Muster
entsprechen, durch eine Verarbeitung, wie z. B. Plasmaätzen
oder Ionenimplantation, ausgebildet.
Nachdem die integrierten Schaltungskomponenten ausgebildet
sind, ist es erwünscht, den Photolack vom Wafer abzustrei
fen, da er zu diesem Zeitpunkt seinen Zweck erfüllt hat. Die
relative Einfachheit oder Schwierigkeit, mit der der Photo
lack abgestreift werden kann, hängt vom Ausmaß ab, mit dem
physikalische oder chemische Änderungen im Lack während
der speziellen Prozesse, z. B. des Plasmaätzens oder der
Ionenimplantation, auftraten, und auch vom Ausmaß, mit dem
der Lack vernetzte. So ist es allgemein bekannt, daß star
kes Tempern und noch mehr Prozesse, wie Plasmaätzen und
Ionenimplantation, zu physikalischen und chemischen Änderun
gen im Photolack führen, so daß das Abstreifen besonders
schwierig ist.
Das US-Patent Nr. 4,885,047 beschreibt eine Vorrichtung zum
Abstreifen von Lack von einem Halbleiterwafer, wobei ein
planares Teil relativ zu einem Wafer angeordnet ist, um
einen schmalen Spalt zu diesem zu bilden, ein Oxidationsmit
tel, wie Ozon, mit hoher Geschwindigkeit über den Wafer ge
leitet wird, und dann der Gasstrom des Oxidationsmittels
einschließlich dem oxidierten Lack aus der Kammer ausges
toßen wird. Eine solche Vorrichtung wird manchmal als Ver
ascher bezeichnet.
Das US-Patent Nr. 5,071,485 beschreibt eine Verbesserung des
vorstehend genannten Veraschers, wobei das Oxidationsgas dem
Umfang des Wafers zugeführt wird, es dann radial zum Inneren
des Wafers strömt und dann über dem Zentrum des Wafers aus
geblasen wird.
Fig. 3 ist eine schematische Wiedergabe des Auslaßsystems
eines tatsächlichen Veraschers vom Typ, wie er in den oben
angegebenen Patenten beschrieben ist.
Der Veraschungsprozeß wird in einer Verarbeitungskammer 1
ausgeführt, in die Ozon durch einen engen Spalt geführt
wird, der, wie dies in der Figur dargestellt ist, über dem
Lack liegt. Das Ozon, das den Lack beim Veraschungspro
zeß oxidiert, wird über eine zentrale Öffnung ausgeblasen.
Die zentrale Öffnung 2 ist über ein Anschlußstück 3 mit
einer Teflonauslaßleitung 4 verbunden. Die Auslaßleitung 4
ist über ein zweites Anschlußstück 4a mit einer Ozonabbau
einrichtung 5 verbunden. Die Ozonabbaueinrichtung 5 ist er
forderlich, da in der Bearbeitungskammer 1 nicht das gesamte
Ozon verbraucht wird und da es gefährlich ist, Ozon freizu
setzen. Die Ozonabbaueinrichtung 5 weist ein Gefäß mit einem
Einlaß und einem Auslaß auf, und es ist mit Aluminiumtablet
ten gefüllt, um eine große Aluminiumoberfläche zu erzielen,
die für das Umwandeln von Ozon in Sauerstoff wirkungsvoll
ist. Der Auslaß 6 der Ozonabbaueinrichtung 5 ist mit einer
zweiten Leitung verbunden. Das meiste Abgas fließt entlang
der zweiten Leitung 7 zu einer Ausstoßeinrichtung 8 und dann
über eine Abschlußleitung 9 zum (nichtdargestellten) Anla
genauslaß. Ein kleiner Teil des aus der Ozonabbaueinrichtung
5 über den Auslaß 6 austretenden Abgases wird in eine Zweig
leitung 7A geleitet und fließt zu einem kühlenden Wärmetau
scher 10 und dann durch einen Kohlendioxidgehaltmonitor 11
und schließlich zu einer zweiten Ausstoßeinrichtung 12. Der
Kohlendioxidpegel im Abgas zeigt die Oxidationsrate des
Lacks an und wird dazu verwendet, den Veraschungsprozeß zu
überwachen.
Diese Art von Veraschungseinrichtung leidet unter dem Pro
blem, daß der Lack nicht vollständig oxidiert wird, obwohl
er ausreichend für ein Wegbrechen vom Wafer oxidiert wird.
Molekulare und größere Lackbruchstücke werden in den Ab
gasstrom getragen. Diese Bruchstücke neigen dazu, sich abzu
setzen und das System zu verstopfen. Bei dem oben beschrie
benen, besonderen System neigen die Bruchstücke dazu, sich
in erster Linie im Anschlußstück 4a abzusetzen, das zur
Ozonabbaueinrichtung 5 führt. Verschmutzung tritt auch am
Auslaßanschluß 6 der Ozonabbaueinrichtung und am Wärmetau
scher 10 auf.
Die oben beschriebene Art von Lackentfernungseinrichtung
verwendet ein Oxidiergas in etwa unter Atmosphärendruck. An
dere Arten von Lackentfernungsvorrichtungen verwenden Gas
unter geringem Druck, und sie leiden nicht so schwer am Pro
blem einer lackbedingten Verstopfung im Abgastrakt. Nie
derdruckverascher weisen jedoch ihre eigenen Schwierigkeiten
auf, von denen eine die ist, daß es zu Beschädigungen da
durch kommen kann, daß der Wafer mit energiereichen Teilchen
beschossen wird.
Aus den Patentschriften US 4,407,785 und US 4,248,832 sind
Katalysatoren zum Oxidieren von kohlestoffhaltigen Gasen be
kannt. Solche Katalysatoren bestehen aus Metallen oder Me
talloxiden, wie beispielsweise aus Oxiden von Kupfer und Ma
gnesium.
In JP-60 125 233 A ist eine Vorrichtung offenbart, bei der
ein Metalloxidkatalysator in einem Abgastrakt einer Vorrichtung
zum Herstellen von Halbleitern angeordnet ist. Der Katalysa
tor wirkt auf Siliziumverbindungen im Abgas derart ein, daß
ihre Konzentration unter eine bestimmte Grenze fällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, mit der Verstopfung des Abgastraktes einer
Lackentfernungseinrichtung durch Lackablagerungen im we
sentlichen verhindert werden kann.
Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben.
Sie verwendet eine katalytische Reaktionseinrichtung im Ab
gassystem eines Lackoxidationssystems der Art, bei der
nicht vollständig oxidierte Lackbruchstücke aus der Bear
beitungskammer ausgestoßen werden. Die katalytische Reak
tionseinrichtung weist einen Katalysator zum Fördern voll
ständiger Oxidation auf, um so das Lackmaterial zu zerset
zen, mit dem Ergebnis, daß eine Verstopfung des Abgastraktes
vermieden ist. Der Katalysator ist ein Material aus der Pla
tingruppe. Während katalytische Reaktionseinrichtungen zum
Behandeln flüchtiger organischer Verbindungen zum Zweck des
Entfernens von Verunreinigungsstoffen bekannt sind, ist die
erfindungsgemäße Vorrichtung die erste, die eine solche Re
aktionseinrichtung zum Behandeln fester organischer Verbin
dungen in einem Lackbeseitigungssystem verwendet, um Ver
schmutzungen und Verstopfungen in einem solchen zu vermei
den.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsge
mäßen Lackbeseitigungsvorrichtung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer katalytischen
Reaktionseinrichtung, wie sie beim bevorzugten Ausführungs
beispiel der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines bekannten
Systems.
Gemäß der schematischen Darstellung von Fig. 1 sind eine
Sauerstoffzuleitung 20 und eine Stickstoffoxidzuleitung 21
an getrennte HF-Anregungszellen 22 bzw. 23 angeschlossen.
Derartige Anregungszellen sind im Stand der Technik als
Ozonerzeuger wohlbekannt. Nachdem Gas durch die Anregungs
zellen 22, 23 gelaufen ist, strömt es zu einer Bearbeitungs
kammer 24, in die es über eine ringförmige Speisevorrichtung
25 eingespeist wird, die um einen Wafer herum angeordnet
ist. Über dem Wafer befindet sich eine Quarzplatte 50, die
vom Wafer durch einen engen Spalt 51 getrennt ist. Der Wafer
27 ruht auf einer geheizten Platte 28. Eine Abgasöffnung 26,
die im Zentrum der Quarzplatte vorhanden ist, führt in einen
Abgastrakt.
Der Abgastrakt weist mehrere Teile auf, die nun beschrieben
werden. Ein vertikal ausgerichtetes Rohr 29 aus rostfreiem
Stahl ist an die Abgasöffnung angeschlossen. Das vertikale
Rohr 29 ist über ein rechtwinkliges Winkelstück an einen
Wegwerf-Abgasschlauch 30 aus Teflon angeschlossen.
Erfindungsgemäß ist eine katalytische Reaktionseinrichtung
im Abgastrakt vorhanden. Beim bevorzugten Ausführungsbei
spiel, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, führt der Teflon
schlauch 30 direkt in die Reaktionseinrichtung 31. Die kata
lytische Reaktionseinrichtung 31 dient für vollständige Oxi
dation von Lackbruchstücken im Abgasstrom, und sie bewerk
stelligt auch im wesentlichen vollständige Umwandlung des
Restozons im Abgasstrom in Sauerstoff. Der Katalysator, der
dazu verwendet wird, die katalytische Reaktion zu erbringen,
um das feste organische Material zu zersetzen, ist ein Mate
rial aus der Platingruppe. So wie hier verwendet, bezeichnet
der Begriff "Material aus der Platingruppe" Platin, Palla
dium oder Nickel und Legierungen dieser Metalle. Das Kataly
satormaterial wird auf etwa 200°C erhitzt, damit die Reak
tion stattfindet. Die Reaktion kann auch bei höheren Tempe
raturen, zwischen etwa 200°C und etwa 500°C, ausgeführt wer
den.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der katalytischen Reaktionseinrichtung
31. Die Reaktionseinrichtung 31 ist im wesentlichen zylin
drisch, und sie verwendet eine Konstruktion mit koaxialer
Strömung in zwei Richtungen. Die Strömung wird vom Teflon
abgasschlauch in einen radialen Einlaß 40 eingeleitet. Ein
zylindrisches Leitblech 41 innerhalb der äußeren Zylinder
wand 42 sorgt für eine axiale Strömung vom Einlaß zum Vor
derende 43 der Reaktionseinrichtung. Das Hinterende 41A des
Leitblechs endet an der Außenwand 42 und ist gegen diese ab
gedichtet, so daß eine Strömung in Rückwärtsrichtung verhin
dert ist. Das vordere Ende 41B des Leitblechs 41 endet je
doch kurz vor dem Ende der Außenwand 42, so daß das Abgas
über das Vorderende 41B des Leitblechs 41 strömt und nach
innen gedreht wird und dadurch im Leitblech 41 axial in
Rückwärtsrichtung strömt. Den Raum innerhalb des Leitblechs
41 nimmt ein Katalysatorelement 44 ein. Das Element 44 ver
fügt über eine große offene Fläche und einen Träger mit
hexagonalem Bienenwabenmuster mit großer Oberfläche. Der
Träger kann aus Cordieritkeramik bestehen. Auf den Träger
ist das Katalysatormaterial, wie oben beschrieben, plat
tiert. Ein Beispiel eines Katalysators, der verwendet werden
kann, ist eine Platin/Rhodium-Legierung. Ein solches Kataly
satorelement 44 wird von Engelhard Corp. unter der Bezeich
nung PS hergestellt. Ein trichterförmiger Strömungsüber
gangsabschnitt 46 ist mit dem Hinterende des Leitblechs 41
verbunden. Der Trichter 46 endet in einem Rohrstutzen 47.
Nachdem das Abgas durch das Katalysatorelement 44 gelaufen
ist, strömt es durch den Trichter 46 und dann den Rohrstut
zen 47. Ein Ohmsches Heizelement 45 ist um die Außenseite
des Leitblechs 41 gewickelt. Das Heizelement 45 wird vor
zugsweise mit so viel Leistung betrieben, daß das durch das
Katalysatorelement strömende Abgas auf mindestens etwa
300°C gehalten wird. Die Länge, der Querschnitt und die
Dichte der hexagonalen Zellen des Katalysatorelements kann
durch Versuche so bestimmt werden, daß die Lackbruchstücke
im wesentlichen vollständig oxidiert werden und das Ozon im
wesentlichen vollständig in Sauerstoff umgewandelt wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge je
des Elementes etwa 12 cm, der Querschnitt beträgt etwa
5 cm², und die Wabenstrukturdichte beträgt etwa 35 Zellen
pro cm². Eine solche Anordnung sorgt für im wesentlichen
vollständige Oxidation der Lackbruchstücke im Abgas und
für im wesentlichen vollständige Umwandlung von Ozon in
Sauerstoff. Dank der großen offenen Fläche stellt der Druck
verlust keine Schwierigkeit dar. Das Vorderende 43 der
Außenwand 42 ist durch einen Gewindebolzen 48 verschlossen.
Die Bolzenöffnung erlaubt es, daß das Katalysatorelement 44
bei Erreichen seiner Lebensdauer ausgetauscht werden kann.
Es wird nun zur Beschreibung der anderen Teile des Systems
von Fig. 1 zurückgekehrt. Eine zweite Leitung 32 führt von
der katalytischen Reaktionseinrichtung 31 zu einem Hauptaus
laß 33. Der Hauptauslaß 33 stößt in das Abgassystem der An
lage aus, in der die Vorrichtung installiert ist. Vom Haupt
auslaß zweigt eine dritte Leitung 34 ab. Die dritte Leitung
34 führt zu einem durch entionisiertes Wasser gekühlten Wär
metauscher 35. Eine vierte Leitung 36 führt den Strömungs
pfad der dritten Leitung 34 aus dem Wärmetauscher fort und
führt zu einem Kohlendioxidmonitor 37. Der Kohlendioxidpegel
ist mit der Reaktion zur Beseitigung des Lacks verknüpft
und wird als Endedetektor für den Prozeß verwendet. Der Wär
metauscher 35 ist dazu erforderlich, das Abgas auf eine Tem
peratur zu kühlen, die für Verwendung des Kohlendioxidmoni
tors 37 geeignet ist.
Die Betriebsparameter eines tatsächlichen Systems sind die
folgenden. Sauerstoff wird unter nahezu Atmosphärendruck mit
etwa 25 Standardlitern pro Minute (25 SCCM) zugeführt. Der Sau
erstoff-HF-Erreger 20 wird mit 2100 Watt betrieben, während
der Stickstoffoxiderreger 21 mit 230 Watt betrieben wird.
Die beheizte Platte 28 wird typischerweise bei etwa 300°C
betrieben. Es ist zu beachten, daß die vorstehenden Werte
Grundeinstellungen sind und daß die Parameter so verändert
werden können, daß sie sich für besondere Anwendungen eig
nen. Die relativ hohe Strömungsrate und der hohe Druck des
Oxidationsmittels unterscheidet dieses System von anderen
Lackbeseitigungssystemen mit trockenem Oxidationsmittel,
wodurch. Abgastraktverstopfung durch Lackmaterial kein
schwerwiegendes Problem darstellt.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Beseitigen von Photolack von einem Wafer
mit:
- - einer Bearbeitungskammer (24), in der eine Einrichtung (28) zum Tragen eines Wafers (27), angeordnet ist;
- - einer Einrichtung (22, 23) zum Zuführen eines oxidierenden Gases in die Bearbeitungskammer zum Abtragen des Photo lacks von dem Wafer; und
- - einem Abgastrakt (26, 30), zum Abführen des Abgases aus der Bearbeitungskammer;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine katalytische Reaktionseinrichtung (31) im Abgastrakt
angeordnet ist, die einen Katalysator zum Zersetzen von un
vollständig oxidiertem Lackmaterial aufweist, wobei der Ka
talysator aus einem Material aus der Platingruppe herge
stellt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Material aus der
Platingruppe Platin oder Palladium in elementarer Form oder
in Legierungsform ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die katalytische Reaktionseinrich
tung (31) eine Heizeinrichtung (45) aufweist, um die Tempe
ratur des Katalysators über ungefähr 200°C zu halten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (45) die Temperatur des Katalysators
zwischen etwa 200°C und etwa 500°C hält.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen des
oxidierenden Gases eine Versorgung für oxidierendes Gas und
einen HF-Erreger (20) für das oxidierende Gas aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das oxidierende Gas bei nahezu At
mosphärendruck mit mindestens etwa einem Standardliter pro
Minute in die Bearbeitungskammer (24) geleitet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das oxidierende Gas Ozon ist, das der Bearbeitungskammer
(24) mit mindestens etwa 10 Standardlitern pro Minute zuge
führt wird.
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1993
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