DE69207041T2

DE69207041T2 - Heizungsanlage für chemische Behälter

Info

Publication number: DE69207041T2
Application number: DE69207041T
Authority: DE
Inventors: Alberto Falzone; Giuseppe Musco; Cirino Scarpa
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: ITMI910947A0; DE69207041D1; US5353369A; IT1245778B; ITMI910947A1; EP0507387A1; JPH0596153A; EP0507387B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhitzen einer chemischen Lösung in einem chemischen Tank.
In der Mikroelektronik erfolgt das Ätzen von Siliziumscheiben dadurch, daß sie in eine Lösung eingetaucht werden, bspw. m em erhitztes Gemisch aus verdünnter Flußsäure und Ammoniumfluorid im Volumenverhältnis von eins zu sieben. 24 Liter Lösung müssen in einem Temperaturbereich von 28 bis 38 ºC mit einer Toleranz von plus oder minus einem ºC gehalten werden, abhängig von dem Typ des Prozesses, in dem das Silizium bearbeitet wird.
Das Erwärmen des Gemisches erfolgt im Stand der Technik durch den Einsatz von mit Teflon überzogenen elektrischen Widerständen oder mit Hilfe gewellter Spulen aus Teflon, in beiden Fällen in die Lösung einge taucht. Die Spulen verwenden als Heizelement heißes Wasser, das von automatischen externen Heizgeräten erzeugt wird. Ein in die Lösung eingetauchter Temperaturfühler steuert das externe Heizgerät in der Weise, daß die gewünschte Lösungstemperatur beibehalten wird.
Die Anwendung der oben beschriebenen Systeme weist einige Nachteile auf. Soweit die Heizsysteme aus mit Teflon beschichteten Widerständen betroffen sind, muß der Umstand berücksichtigt werden, daß bei dem Einsatz und bei der Handhabung und beim Reüiigen die Schutzschicht leidet und in dem Teflonüberzug Mikrorisse entstehen, welche die Ätz lösung in direkte Berührung mit dem Metall des Widerstands bringen. Als Folge wird die Lösung mit Metallionen verunreinigt.
Soweit die Heizsysteme mit Heißwasserspulen betroffen sind, werden auch hier beim Einsatz und bei der Handhabung zum Reinigen Mikrorisse in der aus Teflon bestehenden gewellten Spule erzeugt, und durch die Mikrorisse sickert Heizwasser in die Ätzlösung, die somit durch Ionen unterschiedlicher Arten verunreinigt wird, welche in dem Wasser selbst enthalten sind.
Die verunreinigenden, auf diese Weise durch die oben beschriebenen Heizsysteme in die Lösung gelangten Ionen wandern zu den in dem Ätztank enthaltenen Siliziumscheiben und lagern sich auf diesen ab, was deren Unversehrtheit zerstört und schließlich zu beträchtlichem Ausschuß führt.
Die US-A-4 841 645 offenbart ein Dampftrocknersystem für elektronische Bauteilsubstrate mit einem Tank, der ein Reservoir für ein Lösungsmittel enthält, außerdem eine Wärmetauscherspule, die in das Reservoir eingetaucht ist, um das Lösungsmittel zu erwärmen. Die Spule wird mit Äthylenglykol gespeist, welches von einem externen Heizgerät erwärmt wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Erhitzen der Lösung, welches zuverlässig arbeitet und jegliche Form der Verunreinigung vermeidet.
Bin weiteres Ziel ist die Schaffungs eines Heizverfahrens zum Verbessern der Gleichförmigkeit der Temperatur der Lösung.
Ein noch weiteres Ziel ist die Erschaffung einer verbesserten Vorrich tung zum Ausführen des Verfahrens.
Erfmdungsgemäß werden diese Ziele erreicht durch das Verfahren nach Anspruch 1.
Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens geschaffen, wie sie im Anspruch 10 angegeben ist. Durch Zirkulieren eines Stroms aus inertem Gas in den Spulen ist es nicht nur so, daß im Fall von Mikrorissen in den Teflonspulen jegliches Einsickern von Intertgas, bspw. Stickstoff, in die Lösung nicht nur die Zusammensetzung und Reinheit der Lösung selbst nicht gefährdet, sondern außerdem das sofortige Erkennen von Mikroverlusten durch Blasenbildung des Inertgases in der Lösung durch die Mikrobrüche hindurch möglich ist. In jedem Fall werden die Siliziumscheiben nicht verunreinigt.
Insbesondere ist das in der mindestens einen Spule zirkulierte Inertgas rerner Stickstoff.
Anstatt genau eine Wärmetauscherspule zu benutzen, gibt es die Möglichkeit, zwei Wärmetauscherspulen zu verwenden, durch die am Einlaß der Vorrichtung ein Strom aus reinem Stickstoff geleitet wird.
Am Einlaß des Paares von Spulen ist ein Paar Heizeinheiten angeschlossen, die sich dazu eignen, an einem Einlaß unter Druck stehen Stickstoff aufzunehmen, und die von einer Steuereinheit in linearer Weise zum Halten einer Betriebstemperatur der Lösung sowie impulsweise zum Wiedererlangen der Betriebstemperatur getrieben werden.
Auf diese Weise ermöglicht das Zwillingsspulensystem eine feine und stabile Temperatureinstellung der Lösung mit maximalen Abweichungen, deren Absolutwerte gleich der Hälfte eines Celsius-Grades sind.
Die Steuereinheit eignet sich auch zum Treiben eines Paares von Magnetventilen, um den Stickstoffstrom an dem Einlaß in ein Paar Heizeinheiten und dessen mögliche Unterbrechung zum Ausschalten der Vorrichtung zu steuern.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches als nicht-beschrähkendes Beispiel in der einzigen Figur der beigefügten Zeichnung dargestellt ist.
Bezugnehmend auf die erwähnte Figur sind eine erste und eine zweite Wärmetauscherspule 1, 2 ineinander verschachtelt angeordnet in der Nähe der Wände eines chemischen Tanks 3, der eine Lösung 4 enthält, welche sich zum Ätzen von Siliziumscheiben 5 (nur eine ist in der Zeichnung dargestellt) eignet, die ihrerseits in entsprechenden Behältern 6 aufgenommen sind. Diese Lösung kann z.B. ein Gemisch aus HF (Flußsäure) und NH&sup4;F (Ammoniumfluorid) im Volumenverhältnis von eins zu sieben sein und muß zu diesem Zweck innerhalb eines gegebe nen Temperaturintervalls gehalten werden. In dem speziellen Fall müssen 24 Liter der Lösung innerhalb eines Temperaturbereichs von 28 bis 38 ºC bei einer Toleranz von plus oder minus einem Celsius-Grad gehalten werden.
Die Spulen 1 und 2 bestehen aus Teflon und werden von einem Strom aus reinem Stickstoff 27 durchsetzt, der bei einem Einlaß 1 der Vorrichtung eingespeist wird.
Unmittelbar stromab des Einlasses 1 befindet sich ein Druckregler 7 des Stickstoffs 23 sowie ein Druckschalter 18 zum Messen des Drucks selbst.
In Aufeinanderfolge sind vorgesehen: ein Paar Magnetventile 9, 10 zum Regeln des Stickstoffstroms 23 und zum Einspeisen des Stroms in zugehörige Einlässe I11, I12 einer ersten bzw. einer zweiten Heizeinheit 11, 12, deren Auslässe U11, U12 die Spulen 1 und 2 speisen. Jede Heizeinheit 11, 12 besteht aus einer Umhüllung 31 32 zylindrischer Gesalt, die elektrische Widerstände 41, 42 in ihrem Inneren aufnimmt, die die Funktion haben, den Stickstoffstrom 23 auf die voreingestellte Temperatur zu erwärmen.
Die Vorrichtung enthält außerdem eine Steuerlogik 13. Die Steuerlogik 13 ist an eine Temperatursteuerung 14 angeschlossen, die sich dazu eignet, von einem Thermopaar 15 Signale bzgl. der Temperatur der Lösung 4 zu empfangen und an die Logik 13 ein Signal entsprechend der Abweichung zwischen der erfaßten Temperatur und der voreingestellten Temperatur zu senden.
Die Steuerlogik 13 ist außerdem an die Magnetventile 9, 10 angeschlossen, um den Stickstoffstrom 23 in Richtung der ersten und der zweiten Heizeinheit 11, 12 zu steuern und gegebenenfalls zu unterbrechen. Sie ist außerdem an die erste und die zweite Heizeinheit 11, 12 selbst angeschlossen. Insbesondere die erste Heizeinheit 11, die mit der ersten Spule 1 verbunden ist, eignet sich zur Steuerung seitens der Steuereinheit 13 in linearer Weise zur Beibehaltung der voreingestellten Temperatur in der Lösung 4, während die zweite Einheit 12, die an die zweite Spule 2 angeschlossen ist, sich dazu eignet, seitens der Steuereinheit 11 impulsweise betrieben zu werden, um die eingestellte Temperatur rasch wieder herzustellen, falls die Temperatur der Lösung 4 in dem Moment absinkt, wenn der Behälter 6 mit den zu verarbeitenden Scheiben 5 eingeführt wird.
Der Satz zweier unabhängiger Treiber (linear und impulsförmig) für die Heizeinheiten 11 und 12 ermöglicht die Erreichung einer gleichmäßigen Temperatur der Lösung 4 mit maximalen Abweichungen, deren Absolutwerte der Hälfte eines Celsius-Grades entsprechen.
Zwischen der Steuerlogik 13 und den Heizeinheiten 11,12 befindet sich außerdem eine Sicherheitssteuereinrichtung 16, 17 für überhöhte Temperatur, die im Fall von Anomalien der Heizelemente 11, 12 eingreift.
An die Steuereinheit 13 ist ein Sicherheitsdruckschalter 18 angeschlossen, der in die Leitung eingefügt ist, die Stickstoff an die Magnetventile 9, 10 liefert und dazu dient, an die Steuereinheit 13 ein Signal zum automatischen Abschalten der Heizeinheiten 11 und 12 für den Fall zu senden, daß ein Druckabfall des Stickstoffs 23 in der Leitung erfolgt, damit die Heizelemente 11,12 selbst nicht beschädigt werden.
Der Tank 3 ist mit einer Pumpe 19 ausgestattet, die ein entsprechendes Filter 21 für die gefilterte Rückführung der Lösung 4 aufweist, dazu eine zugehörige Pegelsteuerung 20, die an den Einlaß der Steuereinheit 13 angeschlossen ist und sich zum Anhalten der Umwälzpumpe für den Fall einer übermäßigen Absehkung der Lösung 4 eignet.
Schließlich ist die Steuereinheit 13 mit einer Alarmeinrichtung 22 ausgestattet, die sich dazu eignet, dem Operateur ein akustisches Signal zu geben, falls die Vorrichtung versagt.
Zu Beginn wird ein Behälter 6 mit einem oder mehreren zu verarbeitenden Siliziumscheiben 5 auf den Boden des Tanks 3 gestellt, der mit einer Lösung 4 bspw. des oben beschriebenen Typs gefüllt ist. Dann wird am Einlaß I der Vorrichtung Stickstoff 23 eingespeist und über den Druckregler 7 unter einen gegebenen Druck gesetzt.
Indem er dem durch die Pfeile angedeuteten Weg folgt, strömt der Stickstoff 23 durch die Magnetventile 9 und 10, die angesteuert durch die Steuereinheit 13, seinen Strom am Eingang der Heizeinheiten 11 und 12 einstellen. Gleichzeitig treibt die Steuereinheit 13 in der oben beschriebenen Weise unter Berücksichtigung der sich auf die seitens der Temperatursteuerung 14 kommenden Temperaturabweichungen beziehenden Zahlen den Betrieb der Heizeinheiten 11 und 12. Insbesondere wird unter Einschluß eines anfänglichen Übergangszustands die Heizeinheit 11 in linearer Weise betätigt, um die voreingestellte Temperatur in der Lösung 4 aufrecht zu erhalten, während die Heizeinheit 12 im Impulsbetrieb angesteuert wird, um Temperaturabsehkungen in der Lösung 4 zu kompensieren, bspw. solche, die beim Einführen eines oder mehrerer Behälter 6 mit den zu verarbeitenden Siliziumscheiben 5 stattfinden. Der durch die Heizeinheiten 11, 12 strömende Stickstoff wird somit bis zu den Auslässen U11, U12 erwärmt, um dann über die Einlässe I11,I12 in die Spulen eingeleitet zu werden. Während des Zirkulierens in den Spulen 1 und 2 kühlt sich der Stickstoff ab und gibt Wärme an die Lösung 4 ab.
Während des Betriebs der Vorrichtung wird auch die Temperatur der Heizeinheiten 11, 12 unter Steuerung seitens der Sicherheitssteuereinrichtung 16, 17 gehalten. Jegliche Anomalien werden sofort der Steuereinheit 13 signalisiert, die mit Hilfe eines Summers 22 diese Anomalie dem Operateur mitteilt.
In ähnlicher Weise steuert der Sicherheitsdruckschalter 18 den Druck des Stickstoffs 23, und im Fall eines plötzlichen Falls liefert er ein Signal an die Steuereinheit 13, welches sich dazu eignet, ein automatisches Abschalten der Heizeinheiten 11 und 12 sowie ein Signalisieren der Anomalie mit Hilfe des Summers 22 zu veranlassen.
Ferner gibt es mit Hilfe der Pumpe 19 mit zugehörigem Filter 21 eine andauernde gefilterte Umwälzung der Lösung 4, die allerdings in dem Fall gestoppt wird, daß der Pegel der Lösung 4 sinkt, was durch die Pegelsteuerung 20 der Steuereinheit 13 mitgeteilt und dem Operateur über den Summer 22 signalisiert wird.
Es sollte gesehen werden, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfmdung zusätzlich zu dem möglichen Erwärmen einer in einem chemischen Tank enthaltenen Lösung bei kleinsten Wärmeabweichungen auch gewährleistet ist, daß im Fall von Mikroverlusten seitens der Spulen die Zusammensetzung und die Reinheit der Lösung nicht gefährdet werden und derartige Mikroverluste unmittelbar durch Blasenbildung des Stickstoffs sichtbar werden.
Damit können das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung in all jenen Fällen eingesetzt werden, in denen eine gesteuerte Erwärmung von Lösungen erforderlich ist, ohne daß das Risiko in Kauf genommen werden muß, daß die Lösungen selbst verunreinigt werden.
Natürlich kann die oben beschriebene Ausführungsform zahlreiche Varianten erfahren, ohne deshalb aus dem Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu gelangen. Zum Beispiel ist es möglich, mehr als zwei Wärmetauserspulen vorzusehen, die an eine entsprechende Anzahl von Heizeinheiten angeschlossen sind, abhängig von der zu erwärmenden Masse und der Temperatur der Lösung.

Claims

1. Verfahren zum Aufheizen einer chemischen Lösung (4) in einem chemischen Tank (3), in den mindestens eine Wärmetauscherspule (1, 2) eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgasstrom (23) in der mindestens einen Wärmetauscherspule (1, 2) zum Zirkulieren gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas (23) reiner Stickstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Spule (1, 2) mindestens ein Paar von Spulen umfaßt, die ineinandergefügt sind, und daß ihnen unter Druck stehendes Inertgas (23) über zugehörige Heizeinheiten (11, 12) zugeführt wird, welche von einer Steuereinheit (13) getrieben werden, und zwar in linearer Weise, um eine Betriebstemperatur der Lösung (4) beizubehalten, und impulsweise, um die Betriebstemperatur wiederzuerlangen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (13) ein Paar Magnetventile (9, 10) zum Steuern des Inertgasstromes (23) an zugehörigen Einlässen des Paares von Heizeinheiten (11, 12) und - bei Bedarf - zum Unterbrechen des Inertgasstromes (23) treibt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Lösung (4) mit Hilfe eines Temperaturfühlers in der Lösung (4) erfaßt wird und die erfaßte Temperatur einer Temperatursteuerung (14) übermittelt wird, die dazu ausgelegt ist, die Änderung der erfaßten Temperatur m bezug auf eine voreingestellte Temperatur der Steuereinheit (13) zu übersenden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheiten (11, 12) mit Inertgas (23) eines vorbestimmten Druckes über eine Versorgungsleitung mit Hilfe eines Druckreglers (7) gespeist werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Inertgases (23) in der Versorgungsleitung mit Hilfe eines Druckschalters (18) gesteuert wird, welcher betrieblich mit der Steuereinheit (13) gekoppelt ist, und daß die Heizeinheiten (11,12) abgeschaltet werden, wenn der Druck in der Versorgungsleitung abfällt.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Heizeinheiten (11, 12) mit Hilfe einer Sicherheitssteuereinrichtung (16,17) gesteuert wird, und daß die Heizeinheiten (11,12) im Fall einer überhöhten Temperatur abgeschaltet werden.

9. Vorrichtung zum Erhitzen einer chemischen Lösung in einem chemischen Tank, umfassend mindestens eine Wärmetauscherspule (1, 2) im Inneren des chemischen Tanks (3) und eingetaucht in die chemische Lösung (4), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wärmetauscherspule (1, 2) eine erste und eine zweite Wärmetauscherspule (1, 2) aufweist, die ineinandergesetzt sind, und daß die Vorrichtung außerdem aufweist:

- eine Einrichtung (7, 9, 10) zum Zuführen eines Inertgases (22) eines vorbestimmten Drucks aus einer Inertgasversorgungsleitung über eine erste bzw. eine zweite Gasheizeinheit (11, 12);

- eine Wärmefühlereinrichtung (15, 14) zum Erfassen einer Temperatur der Lösung (4) und zum Vergleichen der erfaßten Temperatur mit einer voreingestellten Temperatur:

- eine Steuereinheit (13), die betrieblich mit der Wärmefühlereinrichtung (15, 14) und der ersten und der zweiten Heizeinheit (11, 12) verbunden ist, um die erste Heizeinheit (11) in linearer Weise zum Halten der Temperatur der Lösung (4) auf der voreingestellten Temperatur zu treiben, und um die zweite Heizeinheit (12) im Impulsbetrieb zu treiben, um die voreingestellte Temperatur der Lösung (4) rasch wiederzuerlangen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7, 9, 10) zum Zuführen des Inertgases (23) einen Druckregler (7) aufweist, der zwischen die Inertgas-Versorgungsleitung und die Heizeinheiten (11, 12) geschaltet ist, um Inertgas (23) unter einem vorbestimmten Druck zuzuführen, und ein Paar Magnetventile (9, 10) aufweist, die von der Steuereinheit (13) zum Steuern des Inertgasstroms (23) am Einlaß der ersten bzw. der zweiten Heizeinheit (11, 12) und zum Unterbrechen des Inertgasstroms (22), wenn das Gerät ausgeschaltet wird, getrieben werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Druckschalter (18) aufweist, der betrieblich an die Steuereinheit (13) angeschlossen ist, um den Druck des Inertgases (23) zu erfassen und der Steuereinheit (13) zu signalisieren, die Heizeinheiten (11, 12) im Fall eines Druckabfalls auszuschalten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Heizeinheiten (11,12) eine Umhüllung aufweist, die elektrische Widerstände zum Erhitzen des Inertgases (23) enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem zu jeder Heizeinheit (11, 12) gehörige Sicherheitssteuermittel (16, 17) aufweist, um die Heizeinheiten (11, 12) auszuschalten, wenn eine überhöhte Temperatur erfaßt wird.