DE69230474T2

DE69230474T2 - Herstellung von hochpräzisen elektronischen komponenten mit hochreinen flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69230474T2
Application number: DE69230474T
Authority: DE
Inventors: Stephen Baird; R. Clark; Joe Hoffman
Original assignee: Air Liquide America Corp
Current assignee: Air Liquide America Corp
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2012-03-18
Also published as: WO1992016306A2; JPH06504164A; US5242468A; EP0693974A1; WO1992016306A3; DE69230474D1; USRE36290E; KR0182281B1; EP0693974B1; JP2000124093A; EP0693974A4; JP3001634B2; JP3351770B2; TW199233B; USRE37972E1; MY107019A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Herstellung eines Hochpräzisions-Elektronikbauelementes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hochpräzisions-Elektronikbauelements mit dem System nach Anspruch 1.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Große Sorge in jedem Stadium bei der Herstellung von Elektronikbauelementen gilt der Kontamination. Die Beherrschung der Kontamination ist kritisch für die Produktqualität, und es bedarf eines äußerst hohen Sauberkeits- und Reinheitsgrades im Produktionsumfeld, um unter Beibehalt der Rentabilität eine annehmbare Produktausbeute zu erzielen. Besonders dringend sind diese Erfordernisse bei der Herstellung von Schaltungsanordnungen sehr hoher Dichte, aber auch bei Höchstpräzisionslagern, Aufzeichnungskopf sowie Flüssigkristallanzeigen.
Zu den Kontaminationsquellen zählen die Produktionsanlage, Personal sowie Verarbeitungsgeräte. In vielen Fällen läßt sich die Kontamination auf annehmbare Niveaus absenken, indem man "Reinraum"- Methoden wie Isolation, Luftfilterung, Spezialausrüstungen sowie Spezialkleidung und Körperumhüllungen einsetzt, um einen Kontakt zwischen der Bedienungskraft und den Produktionswerkstoffen zu vermeiden. Bei der Höchstpräzisionsfertigung sind die Maximalwerte, die für Fehler noch toleriert werden können, besonders niedrig und ist die Beherrschung der Kontaminationsquellen noch entscheidender.
Eine problematische Quelle der Kontamination bei der Höchstpräzisionsfertigung stellen die bei dem Fertigungsverfahren eingesetzten Flüssigchemikalien dar. Reinigungs- und Ätzmittel sowie andere Behandlungschemikalien müssen äußerst rein und von teilchenförmigem Material frei sein, soll damit ein annahmetaugliches Produkt in hoher Ausbeute erzeugt werden. Von werkfremden Quellen her eingebrachte Chemikalien enthalten jedoch von Natur aus Verunreinigungen, die sie in den Fertigungsbereich übertragen. Beiträge zur Kontamination ergeben sich aus der Herstellung der Chemikalien, der Verpackung, in der die Chemikalien transportiert werden, sowie auch dem Verpackungsvorgang, dem Umgang mit den Chemikalien während der Überführung vom Hersteller her sowie dem Abbau der Chemikalien in der Verpackung während des Transports oder der Lagerung.
Weitere Schwierigkeiten ergeben sich bei jenen Arbeitsweisen, für die Behandlungschemikalien erforderlich sind, die den vom US-amerikanischen Verkehrsministerium erlassenen Vorschriften nicht entsprechen und daher nicht auf eine Weise transportiert werden können, die diesen Vorschriften zu genügen hat. Beispiele dafür sind Salpetersäure mit Konzentrationen über 70%, hochreines Oleum, Ammoniumhydroxid mit Konzentrationen über 28%, sowie Wasserstoffperoxid ohne Stabilisatoren.
Aus dem US-Patent Nr. 3869313, auf das sich der Oberbegriff des Hauptanspruchs gründet, ist eine Vorrichtung zur automatischen chemischen Verarbeitung von Halbleitern bekannt. Die Vorrichtung weist Einrichtungen zum Besprühen von Werkstücken mit einer Flüssigkeit sowie Fördereinrichtungen zur automatischen Überführung der Werkstücke von Behandlungsraum zu Behandlungsraum und zur Absenkung der Werkstücke in die Räume auf. Mit derartigen Geräten läßt sich der auf menschliche Bedienkräfte zurückzuführende Kontaminationsgrad verringern.
Aus US-Patent Nr. 4844719 ist eine durchlässige, aus einem Copolymer vom Fluortyp gebildete Polymermembran bekannt, die sich zum Trocknen von Halbleiterverarbeitungsgasen auf niedrige Wassergehalte eignet.
US-Patent Nr. 4855023 betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen neuerlichen Reinigung von bei der Naßbehandlung von Halbleiterwafern eingesetzten Chemikalien. Eine gebrauchte Säure-/Oxidationsmittellösung wird kontinuierlich aus einem Bearbeitungsbehälter ab gezogen, Reinigungsverfahren unterworfen und dann wieder in den Prozeßstrom eingebracht, um eine Konzentration von höchstreiner Flüssigkeit aufrechtzuerhalten.
Aus US-Patent Nr. 4879041 ist ein Verfahren zur Herstellung von höchstreinem Wasser bekannt, bei dem Rohwasser zum Sieden gebracht wird, um flüchtige Bestandteile aus diesem abzudampfen, worauf aus dem Wasser Wasserdampf erzeugt wird. Der Wasserdampf wird mit einer hydrophoben porösen Membran in Berührung gebracht, die er durchdringt, worauf er kondensiert wird.
US-Patent Nr. 4917123, aus dem ein geschlossenes Vollstrom-Naßbehandlungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung bekannt sind, wobei Prozeßfluide nacheinander und kontinuierlich an Wafern vorbeiströmen. Die Wafer werden mit einem chemischen Reagenz in Berührung gebracht, und das Reagenz wird von den Wafern mit einer Spülflüssigkeit entfernt.
Aus US-Patent Nr. 4985228 ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasserstoffperoxid mittels einer chemisch modifizierten Aktivkohle und nachfolgender Destillation bekannt.
Es besteht offenbar ein Bedürfnis nach einer verläßlichen Möglichkeit zur Lieferung dieser Behandlungschemikalien mit einem Reinheitsgrad, der eine hohe Ausbeute an annahmetauglichem Produkt in Höchstpräzisions-Bauelementen ergibt und imstande ist, den Anforderungen der sich weiter entwickelnden Elektroniktechnik zu genügen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein System gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Hochpräzisions-Elektronikbauelementes mit dem System nach Anspruch 1 wie in Anspruch 12 definiert zur Verfügung gestellt.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
Entwickelt worden ist nun ein System für die Zufuhr von höchstreinen Flüssigchemikalien in eine Fertigungsstraße für Hochpräzisions-Elektronikvorrichtungen. Die Behandlungschemikalien werden am Einsatzort in einer Produktionsanlage hergestellt, wodurch sich der Fertigungsprozeß und die Reinheit und Zusammensetzung der Behandlungschemikalien in hohem Maße beherrschen läßt, was wiederum die Fertigung von Halbleiter äußerst hoher Dichte mit hoher Ausbeute an annahmetauglichen Produkten ermöglicht. Erfindungsgemäß werden die flüssigen Behandlungschemikalien am Einsatzort unmittelbar vor ihrem Einsatz aus gasförmigen Ausgangsprodukten hergestellt, die bis zu einem mit Halbleiterfertigungsnormen vereinbaren Grad gereinigt worden sind. Die Chemikalien werden unmittelbar in den Konzentrationen und Verdünnungen hergestellt, in denen sie bei den Bearbeitungsvorgängen zum Einsatz kommen werden, ohne daß Verpackung oder Transport erforderlich wäre oder diese Chemikalien mit Verdünnungsmitteln, Lösungsmitteln oder anderen, eventuelle Kontaminationsquellen darstellenden Chemikalien vermischt werden müßten.
Die Herstellung einer Behandlungschemikalie gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus der Umsetzung eines gereinigten gasförmigen Ausgangsproduktes mit anderen, gasförmigen oder flüssigen, auf ähnliche Weise gereinigten Materialien zur Gewinnung des gewünschten flüssigen Produkts. Dabei kann das gasförmige Ausgangsmaterial mit einem Nebel oder einem Strom von hochgereinigtem Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in Berührung gebracht werden, um eine flüssige Lösung zu bilden, oder das gasförmige Ausgangsmaterial kann mit anderen hochgereinigten gasförmigen oder flüssigen Materialien umgesetzt werden, um ein Produkt zu erzeugen, das selbst flüssig ist oder sofort in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst wird. Die so gebildete hochreine Bearbeitungsflüssigkeit wird dann unmittelbar einer Arbeitsstation an der Fertigungsstraße zugeführt, wo die Bearbeitungsflüssigkeit mit der Oberfläche des Werkstücks in Berührung kommt und so die ihr zugedachte Funktion ohne dazwischenliegende Einwirkung von möglichen Kontaminationsquellen wie Speicher- und Transportbehältern sowie nicht höchstreinen Milieus erfüllt.
Die vorliegende Erfindung läßt sich auf Bearbeitungs- und Reinigungsflüssigkeiten im allgemeinen anwenden, mit besonderer Anwendbarkeit auf Reinigungslösungen, Entwicklungslösungen, Ätzlösungen sowie Ablöselösungen, und ermöglicht die Behandlung des Werkstücks auf kontaminationsfreie Weise, wodurch sich ein fehlerfreies Produkt ergibt. So können Halbleiter mit äußerst detaillierten, konzentrierten und exakten Schaltungsanordnungen, Lager, Gläser und andere Materialien, deren Leistungsfähigkeit sich auf hohe Präzision stützt, in hoher Ausbeute hergestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 stellt ein als ein Beispiel einer Verwirklichung der vorliegenden Erfindung dienendes Halbleiterfertigungsstraßen-Blockschema dar.
Abb. 2 stellt ein technisches Fließbild einer Untereinheit zur Erzeugung und Einleitung von Ammoniumhydroxid oder Ammoniumhydroxid zusammen mit Wasserstoffperoxid dar.
Abb. 3 ist ein technisches Fließbild einer Untereinheit zur Erzeugung von Wasserstoffperoxid.
Abb. 4 ist ein technisches Fließbild einer Untereinheit zur Erzeugung von Salzsäure.
Abb. 5 ist ein technisches Fließbild einer anderen Untereinheit zur Erzeugung von Salzsäure.
Abb. 6 ist ein technisches Fließbild einer Untereinheit zur Erzeugung von Flußsäure.
Abb. 7 ist ein technisches Fließbild einer Untereinheit zur Erzeugung von Schwefelsäure.
Abb. 8 ist ein technische s Fließbild einer Untereinheit zur Erzeugung von Salpetersäure.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG VORZUGSAUSFÜHRUNGSFORMEN

Wohl lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung Behandlungschemikalien vielfältiger Art herstellen und einsetzen sowie Elektronikbauteile vielfältiger Art behandeln und verfertigen, doch läßt sich ein Verständnis der Erfindung am besten durch Untersuchung eines Ausführungsbeispiels gewinnen. Demgemäß veranschaulicht Abb. 1 die Anwendung des Erfindungsgedankens auf die Halbleiterfertigung.
Unter den herkömmlichen Arbeitsstationen in der Fertigungsstraße sind eine Waferreinigungsstation 11, eine Beschichtungsstation 12 zum Aufbringen von Photolack auf den Wafer, eine Ausrichtungsstation 13 zur Positionierung der Photomaske über dem Wafer und Belichtung des Wafers durch das Maskenretikel, eine Entwicklungsstation 14 zur Entfernung des durch die Maske belichteten Photolacks, wodurch eine Photolackmaske zurückbleibt, eine Ätzstation 15 zum Wegätzen des durch die Photolackmaske freigelegten Siliziumdioxids sowie eine Ablösestation 16 zur Entfernung der Photolackmaske. Als nicht dargestellte Zwischenstadien können dazu noch Spülstationen, Aushärtestationen und Kontrollstationen kommen. Der Wafer oder die Wafercharge 17 wird auf einem Waferträger 18 gehalten und mittels eines Roboters 19 oder einer anderen herkömmlichen Einrichtung zur Herbeiführung einer sequentiellen Behandlung von einer Station zur nächsten befördert.
An Arbeitsstationen in verschiedenen Stadien eingesetzte flüssige Behandlungschemikalien werden erfindungsgemäß durch Untereinheiten 21, 22, 23 und 24 zugeführt, in Abb. 1 als die Arbeitsstationen für Reinigung 11, Entwicklung 14, Ätzen 15 bzw. Ablösen 16 beliefernd dargestellt. Möglich ist der Einsatz einer, mehrerer oder aller derartigen Untereinheit(en) in einer einzigen Fertigungsstraße, und die durch jede derartige Einheit zugeführte Chemikalie wird gemäß den in der Halbleiterfertigung eingesetzten Materialtypen gewählt.
Die Untereinheiten werden jeweils nahe dem Einsatzort der Behandlungschemikalie in der Fertigungsstraße angeordnet. Die Chemikalie kann daher unmittelbar auf das Halbleitersubstrat aufgebracht werden, ohne Verpackung oder Transport und ohne Speicherung außer eventuell einem kleinen Durchlaufbehälter, und daher ohne Berührung mit den potentiellen, normalerweise dann in Erscheinung tretenden Kontaminationsquellen, wenn Chemikalien für den Einsatz an Orten außerhalb der Produktionsanlage produziert und zubereitet werden. Der Abstand zwischen dem Punkt, an dem die Chemikalie gebildet und dem Punkt, an dem sie eingesetzt wird, beträgt im allgemeinen weniger als etwa einen Fuß (30 cm). Die Überführung kann durch eine höchstreine Überführungsleitung aus einem Material erfolgen, das keine Kontamination einbringt. Bei den meisten Anwendungen lassen sich mit Erfolg rostfreier Stahl oder Polymerisate wie Polyethylen hoher Dichte oder fluorierte Polymerisate einsetzen.
Die Untereinheiten sind jeweils klein bemessen und damit vergleichbar mit dem Maßstab für das Fertigungsverfahren und die Fertigungsstraße, auf der die Flüssigchemikalie eingesetzt wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Chemikalie durch die Untereinheit erzeugt wird, ist demgemäß etwa gleich der Geschwindigkeit, mit der die Chemikalie in dem Verfahren eingesetzt und auf den Wafer aufgebracht wird. Natürlich ändert sich diese je nach dem Maßstab des Fertigungsverfahrens und der Geschwindigkeit, mit der die Wafer oder andere Elektronikbauelemente) gefertigt werden, in den meisten Fällen liegt die Produktionsrate jedoch im Bereich von etwa 200 cc bis etwa zwei Liter pro Stunde, vorzugsweise von etwa 500 cc bis etwa 1 Liter pro Stunde.
Die gasförmigen Rohstoffe werden je nach dem von der Untereinheit verwendeten Verfahren zur Erzeugung der gewünschten Behandlungschemikalie gewählt. Es kann daher eine ganze Reihe von gasförmigen Materialien zum Einsatz kommen, beispielsweise Ammoniak, Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Phosphin, Arsin, Diboran und Schwefeldioxid.
Die gasförmigen Rohstoffe können zum erfindungsgemäßen Einsatz durch Verfahren wie fraktionierte Destillation, insbesondere Vakuumdestillation, Mikrofiltration, Ultrafiltration, Ionengettern, chromatographische Extraktion, Elektrodialyse oder Ionenaustausch gereinigt werden. Die Destillation kann durch herkömmliche, in kleinem Maßstab durchgeführte Verfahren erfolgen, während Filtrieren mittels bekannter, auf die Abtrennung von Teilchen bis zu äußerst geringer Größe ausgelegter Membranen erfolgen kann. In Vorzugsausführungsformen der Erfindung erfolgt eine Filtration zur Abtrennung von Teilchen über etwa 0,005 Mikron. Daß der gewünschte Reinigungsgrad der Behandlungschemikalie durch Reinigung des Rohstoffs in der Gasphase durchgeführt werden kann, ermöglicht einen weit höheren Reinigungsgrad, da sich Gase auf eine viel feinere Teilchengröße hin filtern lassen als Flüssigkeiten.
In vielen Fällen können die gasförmigen Rohstoffe in der Untereinheit selbst hergestellt werden, wodurch die Reinheit des Gases weiter verbessert wird. Als primäre Möglichkeiten zur Gewinnung von Gasen hoher Konzentration und Reinheit ergeben sich elektrochemische Zellen oder heterogene Reaktionen. Bei Elektrolysezellen kann eines oder können beide der Elektrolyseprodukte beim Betrieb der Untereinheit von Nutzen sein.
Erfindungsgemäß wird in verschiedenen Untereinheiten Wasser als Rohstoff eingesetzt. Die Nähe der Untereinheit zur Fertigungsstraße ermöglicht den Einsatz von gemäß Halbleiterfertigungsnormen gereinigtem Wasser. Diese Normen kommen in der Halbleiterindustrie allgemein zur Anwendung und sind dem auf dem Gebiet der industriellen Praxis und Normen erfahrenen Fachmann wohlbekannt. Zu den Verfahren zur Reinigung von Wasser gemäß diesen Normen zählen der Ionenaustausch und die umgekehrte Osmose. Ionenaustauschverfahren schließen typischerweise die meisten oder alle der folgenden Einheiten mit ein: chemische Behandlung wie Chloren zur Abtötung von Organismen; Sandfiltration zur Abtrennung von Teilchen; Aktivkohlefiltration zur Entfernung von Chlor und Spuren von organischer Materie; Kieselgurfiltration; Anionenaustausch zur Entfernung stark ionisierter Säuren; Mischbettnachreinigung, mit sowohl Kationen- wie auch Anionenaustauscherharzen zur Abtrennung weiterer Ionen; Sterilisieren durch Chloren oder Ultraviolettlicht; sowie Filtrieren durch ein Filter von 0,45 Mikron oder darunter. Bei Umkehrosmoseverfahren läßt man anstelle von einer oder mehreren der Einheiten im Ionenaustauschprozeß das Wasser unter Druck durch eine selektiv durchlässige Membran treten, die viele der gelösten oder suspendierten Substanzen nicht durchläßt. Typische Normen für die Reinheit des aus diesen Prozessen hervorgehenden Wassers sind ein spezifischer Widerstand von mindestens etwa 15 Megaohm-cm bei 25ºC (typischerweise 18 Megaohm-cm bei 25ºC), weniger als etwa 25 ppb Elektrolyten, ein Teilchengehalt von unter etwa 150/cm³ und eine Teilchengröße unter 0,2 Mikron, ein Mikroorganismengehalt von weniger als etwa 10/cm³ sowie ein gesamter organischer Kohlenstoffgehalt unter 100 ppb.
An der Umsetzung der Rohstoffe in die Behandlungschemikalie kann jede beliebige physikalische und/oder chemische, zur Erzeugung des Flüssigproduktes erforderliche Umwandlung teilhaben. Als physikalische Umwandlungen kommen unter anderem ein einfaches Auflösen des gasförmigen Rohstoffs in hochreinem Wasser oder einer anderen Flüssigkeit oder einem anderen Lösungsmittel oder ein Vermischen von gasförmigen Rohstoffen unter gleichzeitiger Auflösung derselben in dem Lösungsmittel in Frage. Bei den chemischen Umwandlungen erfolgt eine Umsetzung zwischen gasförmigen Reaktionspartnern einschließlich von durch hohe Tempe ratur oder Flammen oder durch Kontakt mit einem Katalysator herbeigeführten Umsetzungen. Diese Umwandlungen erfolgen mittels bekannter Reaktionen, wobei der Unterschied im Einsatz höchstreiner gasförmiger Stoffe und höchstreinen Wassers sowie der Durchführung dieser Reaktionen als Teil des Prozesses in einer Halbleiterfertigungsstraße besteht.
Zu den erfindungsgemäß herzustellenden und einzusetzenden Behandlungschemikalien zählen die in der Halbleiterfertigung in verschiedenen Stadien des Fertigungsprozesses eingesetzten, verschiedenartigsten Ätz- und Reinigungslösungen. Als Beispiele sind wäßrige Flußsäure (HF), wäßriges Ammoniumfluorid (NH&sub4;F), wäßriges Ammoniumbifluorid (NH&sub4;HF&sub2;), Wasserstoffperoxid, wäßrige Salpetersäure (HNO&sub3;), rauchende Salpetersäure (HNO&sub3;), wäßrige Phosphorsäure (H&sub3;PO&sub4;), Schwefelsäure (H&sub2;SO&sub4;), und wäßrige Salzsäure (HCl); sowie verschiedene Kombinationen wie gepuffertes Oxidätzmittel (POÄ) und andere wäßrige Kombinationen aus Ammoniumfluorid und Flußsäure in verschiedenen Molverhältnissen und Konzentrationen, wäßrige Kombinationen aus Flußsäure und Salpetersäure, wäßrige Kombinationen aus Phosphorsäure und Salpetersäure, wäßrige Kombinationen aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, wäßrige Kombinationen aus Salzsäure und Wasserstoffperoxid, sowie wäßrige Kombinationen aus Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid zu nennen.
Abb. 2 bis 8 veranschaulichen verschiedene Untereinheiten zur Herstellung und Zufuhr von Flüssiächemikalien am Einsatzort gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Untereinheit der Abb. 2 erzeugt Ammoniumhydroxid oder ein Gemisch aus Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid aus Ammoniak. Ammoniak wird aus einer Ammoniakbombe 31 durch einen Massendurchsatzregler 32 einer Fraktionierkolonne 33 mit Austragsströmen für Abgase 34 und für Siedeschwänze 35 zugeführt. Aus der Kolonne ausströmendes gereinigtes Ammoniak gelangt durch einen weiteren Massendurchsatzregler 36 zu einer Reinigermembran 37, wo der Teilchengehalt auf einen sehr niedrigen Wert gesenkt wird. Das ausströmende Ammoniak wird dann durch ein Analysatormodul 38 und einen weiteren Massendurchsatzregler 39 einer Nebelkammer 40 zugeführt, wo das Ammoniak mit einem durch einen weiteren Massendurchsatzregler 41 eintretenden Nebel aus höchstreinem Wasser in Berührung gebracht wird und so flüssiges Ammoniumhydroxid bildet. Noch ein weiterer Analysator 42 und Massendurchsatzregler 43 in der Produktleitung bestimmen den Durchsatz durch die Untereinheit mittels Signalübertragung zu einem Rechner oder einem anderen herkömmlichen Regler, der den Betrieb von Instrumenten wie dem fernbetätigten Ventil 44 an der Ammoniakquelle 31 steuert. Die Vereinigung des wäßrigen Ammoniumhydroxids mit gereinigtem Wasserstoffperoxid 45 erfolgt in einer geeigneten Mischeinheit 46, deren Ausstoß unmittelbar dem Einsatzort auf der Halbleiterfertigungsstraße zugeführt wird.
Die Untereinheit der Abb. 3 erzeugt Wasserstoffperoxid. Eine Elektrolysezelle 51 wird mit Schwefelsäure aus einem Vorratsbehälter 52 gespeist. An der Kathode wird Wasserstoffgas 53 freigesetzt, während der Anolyt 54, ein Gemisch aus Schwefelsäure und Perschwefelsäure, abgezogen und einem Dilutor 55 zugeführt wird, wo er mit höchstreinem Wasser 56 zusammengebracht wird. Die so gebildete wäßrige Lösung wird in eine vakuumbetriebene, mit einem Wiederverdampfer 58 und Peroxidvorlagen 59, 60 ausgerüstete Fraktionierkolonne 57 zugeführt. Das Vakuum in der Kolonne und dem Wiederverdampfer wird durch Vakuumregler 61 aufrechterhalten. Aus dem Kolonnensumpf abfließende Schwefelsäure 62 wird über einen Feuchtigkeit abtrennenden Verdampfer 63 zu dem Vorratsbehälter 52 zurückgeführt, und das als Produkt gebildete Peroxid 64 gelangt unmittelbar an den Einsatzort. Bei dieser und den folgenden Abbildungsbeschreibungen sind Einbauanalysatoren und -massendurchsatzregler miteinbezogen wie bei Abb. 2, auch wenn sie in der Beschreibung nicht einzeln genannt werden.
Bei anderen Untereinheiten zur Erzeugung von Wasserstoffperoxid kann Wasserstoffperoxid durch Hydrolyse von Bariumperoxid, Kaliumsuperoxid oder anderen metallischen Peroxiden gebildet werden, wonach das Wasserstoffperoxid der Fraktionierkolonne 57 zugeleitet wird.
In Abb. 4 ist eine Untereinheit für Salzsäure dargestellt. Ein Chloridsalz 71 wie CaCl&sub2;, MgCl&sub2;, NaCl, KCl, CsCl oder ein anderes wasserlösliches Chlorid eines Kations wird durch eine Festkörperdosiervorrichtung 72 in einen Auflösebehälter 73 eingespeist, wo es mit höchstreinem Wasser 74 vereinigt wird. Die so gebildete Lösung wird in eine Elektrolysezelle 75 eingespeist, die Wasserstoffgas 76 an der Kathode und Chlorgas 77 an der Anode erzeugt, die jeweils kurzfristig in einem Sammelbehälter 78 bzw. 79 zurückgehalten werden. Aus dem Sammelbehälter werden die Gase jeweils durch eine Reinigungsmembran 80, 81 geführt, aus der die Gase in einen Brenner 82 gelangen, wo sie mit zusätzlichem gereinigtem Wasserstoff 83 und gereinigter Luft 84 vereinigt werden. Der Brennerausstoß strömt durch einen Kühler 85, und die Vereinigung der so gebildeten Salzsäure mit Wasserstoffperoxid 86 erfolgt in einer Mischeinheit 87, deren Produkt unmittelbar an den Einsatzort gelangt.
Eine andere Salzsäureuntereinheit ist in Abb. 5 abgebildet. Hier wird Chlorwasserstoff als nichtwäßrige Flüssigkeit aus einer Bombe 91 einer Fraktionierkolonne 92 mit Austragsströmen für Abgase 93 und Siedeschwänze 94 zugeführt. Das aus der Kolonne hervorgehende gereinigte Chlorwasserstoffgas 95 wird durch eine Filtermembran 96 einer Nebelkammer 97 zugeführt, wo es mit einem Nebel aus gereinigtem Wasser 98 vereinigt wird. Die so gebildete wäßrige Salzsäure 99 kann in einer Mischeinheit 101 mit gereinigtem Wasserstoffperoxid 100 vereinigt werden und so ein Salzsäure/Wasser stoffperoxid-Gemisch bilden, das unmittelbar an den Einsatzort geleitet wird.
In Abb. 6 ist eine Untereinheit für Flußsäure abgebildet. Das Fließschema ist analog der Abb. 5, mit einer Flüssigfluorwasserstoff-Bombe 111, einer Fraktionierkolonne 112, Austragsströmen für Abgase 113 und Siedeschwänze 114, einem Membranfilter 115 und Nebelkammer 116.
Als Alternativen zu einer Fluorwasserstoff- Bombe ergeben sich Reaktionen zwischen Calciumfluorid und Schwefelsäure, die bei einer entsprechenden, dem Fachmann bekannten Temperatur durchgeführt werden. Der ausströmende Fluorwasserstoff wird dann zur Reinigung der Fraktionierkolonne 112 zugeführt.
In Abb. 7 ist eine Untereinheit für Schwefelsäure abgebildet. Flüssiges Schwefeldioxid wird aus einer Bombe 121 einer Fraktionierkolonne 122 und dann einem Membranfilter 123 zugeführt. Das gereinigte Schwefeldioxidgas wird dann in eine katalytische Oxidation 124 eingespeist, wo es über einem Platinkatalysator oder sonstigen geeigneten Katalysator mit gereinigter Luft 125 vereinigt wird und so Schwefeltrioxid 126 ergibt. Durch Zusammenbringen des Schwefeltrioxids mit gereinigter Schwefelsäure 127 in einem Absorber 128 wird höchstreines Oleum 129 gebildet, das danach mit höchstreinem Wasser 130 in einem Verdünnungsgefäß 131 verdünnt wird. Eine Elektrolysezelle 132 setzt dann dieses verdünnte Oleum in ein Gemisch aus Schwefel- und Perschwefelsäure 133 um unter Zurückführung eines Teils der Schwefelsäure zurück zum Absorber 128. Wie bei den anderen Untereinheiten ist das Produktgemisch bereit zur Anwendung unmittelbar am Einsatzort auf der Fertigungsstraße.
Salpetersäure wird in der in Abb. 8 abgebildeten Untereinheit hergestellt. Aus einer Bombe 141 wird flüssiges Ammoniak einer Fraktionierkolonne 142 zugeführt, aus der das gebildete Ammoniakgas zu einem Membranfilter 143 geleitet wird. Das aus der Membran hervorgehende gereinigte Ammoniakgas wird dann einer katalytischen Oxidation 144 zugeführt, wo es über einem Katalysator aus Platin, Platin-Rhodium, einem unedlen Metall oder einem anderen geeigneten Katalysator mit gereinigtem Wasserstoffgas 145 und gereinigter Luft 146 vereinigt wird. Das Produkt in der Form von Salpetersäuregas gelangt zu einem Kühler 147 und von dort zu seinem Einsatzort.
Dies sind lediglich Beispiele; dem Fachmann werden ohne weiteres auch andere Fließschemata zur Herstellung anderer Behandlungschemikalien einfallen. Beispielsweise kann wäßrige Phosphorsäure gebildet werden, indem man Phosphin, Wasserstoff- und Sauerstoffgas, jeweils hochgereinigt, zusammenbringt und sie in einer Flamme bei einer hohen Flammentemperatur verbrennt und das Produkt dann kondensiert. Als Produkt ergibt sich wäßrige Phosphorsäure mit einer Konzentration, die durch die dem Reaktionspartnergemisch beigefügte Menge an Wasserstoffgas bestimmt wird. Ein 49% Wasserstoff enthaltender Phosphinstrom ergibt beispielsweise ein Kondensat mit einer Phosphorsäurekonzentration von 85%. Dieser Prozeß bietet die zusätzlichen Vorteile, daß durch die Gegenwart von Wasserstoff in dem Phosphinstrom eine stabile Flamme im Brenner, eine zur Sicherstellung der vollständigen Verbrennung des Phosphins hinreichend hohe Flammentemperatur sowie die Hintanhaltung einer Rauchbildung infolge der gleichzeitigen Bildung von Wasser in der Flamme gewährleistet wird.
In allen Untereinheiten und Fließschemata wird durch exakte Überwachung und Dosierung und durch Verwendung bekannter Apparate und Meßgeräte eine weitgehende Beherrschung der Produktkonzentration und daher der Durchsätze erzielt. So ist zum Beispiel die Überwachung von Fluß- oder Phosphorsäure mit hoher Genauigkeit mittels einer Leitfähigkeitszelle, von Ammoniak durch Dampfdruckmessung, von Salzsäure mittels einer Chloridelektrode auf einem pH-Detektor oder einer anderen elektrochemischen Vorrichtung, von NH&sub4;HF&sub2; durch den Brechungsindex, und von Schwefelsäure durch die Dichte möglich.
Bei allen in diesen Fließdiagrammen dargestellten Baueinheiten und Elementen können herkömmliche Geräte und Verfahren eingesetzt werden. Bei allen Ausführungswerkstoffen wird höchste Sauberkeit, Freiheit von Fremdstoffen wie Schmiermitteln, Fließmitteln und Oxiden, Korrosionsinaktivität sowie Nichtanfälligkeit gegen Zersetzung vorausgesetzt. Die geringen Abmessungen aller dieser Elemente gestatten den Einsatz hochwertiger Werkstoffe.
Abgesehen davon, daß mit dem Verfahren höchstreine Behandlungschemikalien erzeugt werden können und dadurch die Herstellung von Höchstpräzisions-Elektronik- und -Halbleiter- Bauelementen hoher Dichte ermöglicht wird, bietet das erfindungsgemäße Verfahren in seinen verschiedenen Ausführungsformen noch weitere Vorteile. Durch die vorliegende Erfindung wird beispielsweise die Anzahl und die Art von Chemikalien, die für die Halbleiterherstellung gespeichert werden und unmittelbar verfügbar sein müssen, verringert. Es ist nicht mehr nötig, größere Mengen an verschiedenen Verdünnungen einer bestimmten Behandlungschemikalie auf Lager zu halten, und ein einziger Rohstoff kann zur Herstellung verschiedenartiger Behandlungschemikalien brauchbar sein. Als weiteres Beispiel können flüssige Behandlungschemikalien erfindungsgemäß in dem Maßstab, in dem sie einzusetzen sind, entsprechenden Mengen hergestellt werden.
Das oben Angeführte soll in erster Linie der Erläuterung dienen. Dem Fachmann wird ohne weiteres einleuchten, daß weitere, verschiedenartige Abwandlungen, Vertauschungen und Varianten bezüglich der vielen vorstehend besprochenen Systemparameter möglich sind, ohne über den Schutzbereich der Erfindung hinauszugehen.

Claims

1. System zur Herstellung eines Hochpräzisions- Elektronikbauelementes, wobei das System:

(a) eine Fertigungsstraße mit mehreren nacheinander angeordneten Arbeitsplätzen (11-16) zur Behandlung eines in das Elektronikbauelement umzuformenden Werkstücks (17), wobei eine derartige Arbeitsstation zum Aufbringen eines flüssigen Behandlungsmittels auf das Werkstück (17) ausgewählt ist;

(b) eine Einrichtung (19), um das Werkstück nacheinander zu den Arbeitsplätzen (11-16) entlang der Fertigungsstraße zu fördern, umfaßt, wobei das System durch

(c) eine der Fertigungsstraße an der ausgewählten Arbeitsstation benachbarte Untereinheit (21-24) zur Lieferung des flüssigen Behandlungsmittels in Reinstform gekennzeichnet ist, wobei der Untereinheit (21-24) Rohstoffe einschließlich eines gasförmigen Rohstoffs zugeführt werden und sie:

(i) Einrichtungen (33, 37) zur Reinigung des gasförmigen Rohstoffs auf eine mit Halbleiterherstellungsnormen vereinbare Reinheit;

(ii) eine Einrichtung (40) zur Zusammenführung des so gereinigten gasförmigen Rohstoffs mit weiterem Rohstoff einer mit Halbleiterherstellungsnormen vereinbaren Reinheit unter solchen Bedingungen, daß der gasförmige Rohstoff und der weitere Rohstoff in das höchstreine flüssige Behandlungsmittel mit einer Geschwindigkeit umgewandelt wird, die etwa gleich jener ist, mit der das flüssige Behandlungsmittel auf das Werkstück (17) aufgebracht wird; sowie

(iii) Einrichtungen zum direkten Aufbringen des so gebildeten höchstreinen flüssigen Behandlungsmittels auf ein Werkstück an der Arbeitsstation umfaßt;

wobei die Fertigungsstraße, die Förderungseinrichtung (19) und die Untereinheit (21-24) alle gemäß Halbleiterfertigungsnormen von Fremdstoffen freigehalten werden.

2. System nach Anspruch 1, bei dem der gasförmige Rohstoff einen aus der Reihe Ammoniak, Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Phosphin, Arsin, Diboran und Schwefeldioxid gewählten Stoff darstellt.

3. System nach Anspruch 1, bei dem es sich bei der Einrichtung (33) zur Reinigung des gasförmigen Rohstoffs um eine Fraktionierdestillationskolonne, eine Mikrofiltrier- oder Ultrafiltriermembran, oder eine Kombination aus denselben handelt.

4. System nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur Reinigung des gasförmigen Rohstoffs eine Filtriermembran (37) aufweist, die Teilchen über 0,005 Mikron abtrennt.

5. System nach Anspruch 1, bei dem die Untereinheit ferner Einrichtungen zur Bildung des gasförmigen Rohstoffs durch Elektrolyse einer Flüssigkeit umfaßt.

6. System nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem weiteren Rohstoff um einen aus der Reihe höchstreines Wasser, H&sub2;SO&sub4;, Wasserstoffgas und Luft gewählten Stoff handelt.

7. System nach Anspruch 1, bei dem der gasförmige Rohstoff als ein erster gasförmiger Rohstoff definiert ist und der weitere Rohstoff Wasser plus einen zweiten gasförmigen Rohstoff umfaßt, der im wesentlichen gleich rein ist wie der erste gasförmige Rohstoff.

8. System nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Zusammenbringen des gasförmigen Rohstoffs und des weiteren Rohstoffs nicht mehr als etwa 30 cm von der Einrichtung zum Aufbringen des höchstreinen flüssigen Behandlungsmittels auf das Werkstück entlang der Fertigungsstraße entfernt ist.

9. System nach Anspruch 1, bei dem die Bauteile (ii) und (iii) der Untereinheit einer kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Strömung entsprechend angeordnet sind.

10. System nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem weiteren Rohstoff um Wasser mit einem spezifischen Widerstand von mindestens etwa 15 Megaohm-cm bei 25ºC, weniger als etwa 25 ppb Elektrolyten, einem Teilchengehalt von unter etwa 150/cm³ und einem Mikroorganismengehalt von weniger als etwa 10/cm³ handelt.

11. System nach Anspruch 1, bei dem es sich bei der Vorrichtung zum Zusammenbringen des gasförmigen Rohstoffs und des weiteren Rohstoffs um eine solche aus der Reihe Nebelkammer, Brenner und katalytischer Reaktor handelt.

12. Verfahren zur Herstellung eines Hochpräzisions- Elektronikbauelementes mit dem System nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugung des flüssigen Behandlungsmittels in höchstreiner Form aus den Ausgangsmaterialien, zu denen der gasförmige Rohstoff gehört; sowie

die unmittelbare Führung des flüssigen Behandlungsmittels durch eine höchstreine Überführungsleitung zu der einen Arbeitsstation (11-16) in der Fertigungsstraße,

wobei die Überführungsleitung für eine kontinuierliche Strömungsführung ohne Transport oder Speicherung in Behältern oder die Einwirkung von weniger als höchstreinen Umgebungen sorgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das flüssige Behandlungsmittel aus der Reihe wäßrige Flußsäure (HF);

wäßriges Ammoniumfluorid (NH&sub4;F);

wäßriges Ammoniumbifluorid (NH&sub4;HF&sub2;);

Wasserstoffperoxid (H&sub2;O&sub2;);

wäßrige Salpetersäure (HNO&sub3;);

rauchende Salpetersäure (HNO&sub3;);

wäßrige Phosphorsäure (H&sub3;PO&sub4;);

Schwefelsäure (H&sub2;SO&sub4;);

wäßrige Salzsäure (HCl);

gepuffertes Oxidätzmittel (TOÄ) und andere wäßrige Kombinationen aus Ammoniumfluorid und Flußsäure;

wäßrige Kombinationen aus Fluß- und Salpetersäure;

wäßrige Kombinationen aus Phosphor- und Salpetersäure;

wäßrige Kombinationen aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid;

wäßrige Kombinationen aus Salzsäure und Wasserstoffperoxid; sowie

wäßrige Kombinationen aus Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid gewählt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem im Erzeugungsschritt fraktionierte Destillation (57) Mikrofiltration (80, 81), Ultrafiltration (80, 81), Ionengettern, chromatographische Extraktion, Elektrodialyse (51) oder Ionenaustausch zum Einsatz kommt.