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GEBIET DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
Herstellung integrierter Schaltkreise und insbesondere auf Herstellungsprozesse,
die das Aufbringen von Prozessflüssigkeiten wie
etwa Beschichtungslösungen
auf die Oberfläche eines
Substrats umfassen.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Integrierte
Schaltkreise umfassen eine große Anzahl
einzelner Schaltkreiselemente wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren
und Widerstände,
die auf einem Substrat ausgebildet sind. Diese Elemente werden intern
mit Hilfe elektrisch leitfähiger Leitungen
verbunden, um komplexe Schaltkreise, wie etwa Speichervorrichtungen,
Logikbausteine und Mikroprozessoren auszubilden. Um all die elektrisch leitfähigen Leitungen,
die benötigt
werden, um die Schaltkreiselemente zu verbinden, unterzubringen, sind
in modernen integrierten Schaltkreisen die elektrisch leitfähigen Leitungen
in mehreren übereinander
gestapelten Ebenen angeordnet.
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Häufig werden
die elektrisch leitfähigen
Leitungen mit Hilfe eines sogenannten Damascene-Verfahrens ausgebildet,
bei dem auf einem Halbleitersubstrat ein Zwischenschicht-Dielektrikum abgeschieden
wird, in dem Kontaktöffnungen
und Gräben ausgebildet
werden. Diese Kontaktöffnungen
und Gräben
werden dann mit einem Metall, beispielsweise Kupfer, gefüllt, um
einen elektrischen Kontakt zwischen den Schaltkreiselementen herzustellen.
Zu diesem Zweck wird eine Metallschicht abgeschieden. Im Folgenden
wird das Metall, das zum Füllen
der Kontaktöffnungen
und Gräben
verwendet wird, als "Leitermetall" bezeichnet.
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Häufig wird
zum Abscheiden der Schicht aus Leitermetall eine Galvanisierung
verwendet. Die Galvanisierung ist ein elektrochemischer Prozess,
der mit Hilfe spezieller Beschichtungsanlagen durchgeführt werden
kann.
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1 zeigt eine schematische
Querschnittsansicht einer Beschichtungsanlage 100 nach
dem Stand der Technik. Die Beschichtungsanlage 100 umfasst
eine Prozesskammer 101, die dafür ausgelegt ist, eine Beschichtungslösung 102 aufzunehmen.
Die Prozesskammer 101 umfasst einen inneren Raum 115 und
einen äußeren Raum 116,
die durch eine Trennwand 117 getrennt werden. Die Trennwand 117 und
der äußere Raum 116 laufen
kreisförmig
um den inneren Raum 115 herum. Eine Elektrode 103,
die im Wesentlichen aus dem Leitermetall besteht, wird in dem inneren
Raum 115 bereitgestellt. Die Prozesskammer 101 umfasst
ferner einen Substrathalter 104, der dafür ausgelegt
ist, ein Substrat 105 aufzunehmen. Ein Kontaktring 106 stellt
einen elektrischen Kontakt zwischen dem Substrat 105 und dem
Substrathalter 104 her. Die Elektrode 103 und der
Substrathalter 104 sind elektrisch mit einer Stromquelle 109 verbunden,
die mit einer Steuereinheit 110 verbunden ist.
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Zusätzlich umfasst
die Beschichtungsanlage 100 einen Tank 111 für die Beschichtungslösung. Eine
Zuleitung 113 ist dafür
ausgelegt, die Beschichtungslösung 102 aus
dem Tank 111 für
die Beschichtungslösung
dem inneren Raum 115 zuzuführen. Eine Pumpe 114 ist
dafür ausgelegt,
die Beschichtungslösung 102 durch
die Zuleitung 113 zu pumpen. Die Pumpe 114 ist
mit der Steuereinheit 110 verbunden. Eine Abflussleitung 112 ist
dafür ausgelegt,
die Beschichtungslösung 102 aus
dem äußeren Raum 116 der
Prozesskammer 101 zu entfernen und dem Tank 111 für die Beschichtungslösung zuzuführen.
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Im
Betrieb schaltet die Steuereinheit 110 die Pumpe 114 ein,
um die Beschichtungslösung 102 aus
dem Tank 111 für
die Beschichtungslösung
in den inneren Raum 115 der Prozesskammer 102 zu pumpen,
wo sie dem Substrat 105 zugeführt wird. Die Beschichtungslösung fließt über die
Trennwand 117 aus dem inneren Raum 115 in den äußeren Raum 116.
Aus dem äußeren Raum 116 fließt die Beschichtungslösung 102 über die
Abflussleitung 112 in den Tank 111 für die Beschichtungslösung zurück.
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Die
Elektrode 103 und das Substrat 105 stehen mit
der Beschichtungslösung 102 in
Kontakt. Die Beschichtungslösung 102 umfasst
Ionen des Leitermetalls. Wenn das Leitermetall Kupfer enthält, kann die
Beschichtungslösung
beispielsweise eine wässrige
Lösung
von Kupfersulfat, die Cu2+- und SO4 2–-Ionen enthält, sein.
Die Steuereinheit 110 steuert die Stromquelle 109 so,
dass zwischen der Elektrode 103 und dem Substrathal ter 104 ein
Strom angelegt wird. Eine zeitlich gemittelte Polarität dieses
Stroms ist derart, dass die Elektrode 103 zu einer Anode
und das Substrat 105 zu einer Kathode wird. An der Elektrode 103 werden
Atome des Leitermetalls positiv ionisiert und gehen aus einem festen
Zustand in der Elektrode 103 in einen gelösten Zustand
in der Beschichtungslösung 102 über. Am
Substrat 105 gehen positiv geladene Ionen des Leitermetalls
aus dem gelösten
Zustand in der Beschichtungslösung
in den festen Zustand über
und werden auf dem Substrat 105 abgeschieden. Im Lauf der
Zeit wird eine Metallschicht 107, die das Leitermetall
enthält,
auf der Oberfläche
des Substrats 105 abgeschieden.
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Als
ein weiterer Schritt des wohlbekannten Damascene-Verfahrens wird
ein chemischmechanischer Polierprozess durchgeführt, um überschüssiges Metall, das während des
vorangegangenen Beschichtungsprozesses abgeschieden wurde, um die Kontaktöffnungen
und Gräben
zuverlässig
zu füllen, zu
entfernen.
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Es
ist wünschenswert,
mit dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren eine gleichmäßige Dicke
der Metallschicht 107 zu erzielen. Die Qualität der Metallschicht 107 kann
jedoch durch Gasblasen in der Beschichtungslösung 102 nachteilig
beeinflusst werden. Solche Gasblasen können durch fallende Strömungen,
wie etwa die Strömung der
Beschichtungslösung 102 über die
Trennwand 117, oder kleine Lecks in den Röhren 112, 113,
die als Venturi-Düsen
wirken, in die Beschichtungslösung
gebracht werden. Die Blasen können
sich auf dem Substrat 105 sammeln, beispielsweise in der Nähe von dessen
Mitte, und dort die Strömung
der Beschichtungslösung
zu Teilen der Oberfläche
des Substrats 105, die von den Blasen bedeckt sind, behindern.
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Dadurch
haben die Blasen nachteilige Auswirkungen auf den Transport von
Metallionen zu den Teilen des Substrats, die von den Blasen bedeckt sind.
Deshalb kann eine Dicke der abgeschiedenen Metallschicht 107 auf
denjenigen Teilen des Substrats 105, die von den Blasen
bedeckt waren, deutlich kleiner als eine Dicke der Metallschicht
auf anderen Teilen des Substrats 105 sein. Dies kann zu
einer unzureichenden Füllung
von Kontaktöffnungen
und Gräben
führen.
Unzureichend gefüllte
Kontaktöffnungen
und Gräben
können
wiederum zu Fehlfunktionen von integrierten Schaltkreisen, die auf
dem Substrat 105 ausgebildet werden, führen.
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Im
Hinblick auf die obigen Probleme besteht ein Bedarf nach einer Vorrichtung
und einem Verfahren, die es ermöglichen,
Blasen aus einer Prozessflüssigkeit
zu entfernen. Außerdem
besteht ein Bedarf nach einer Beschichtungsanlage, mit der nachteilige
Auswirkungen von Blasen in der Beschichtungslösung auf die Qualität einer
durch Galvanisierung abgeschiedenen Metallschicht verringert werden
können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Tank für eine Prozessflüssigkeit
einen Einlassbereich zum Aufnehmen der Prozessflüssigkeit und einen Strömungsverteiler,
der mit dem Einlassbereich verbunden ist. Der Strömungsverteiler
umfasst mehrere Öffnungen,
die eine Strömungsverbindung
zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen
des Tanks bereitstellen. Zusätzlich
umfasst der Tank eine Strömungsbarriere, die
sich unterhalb des Strömungsverteilers
befindet, und einen Auslassbereich, der sich unterhalb der Strömungsbarriere
befindet.
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Gemäß einer
weiteren veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Beschichtungsanlage eine Prozesskammer, die
dafür ausgelegt
ist, ein Substrat aufzunehmen und festzuhalten. Weiterhin umfasst
die Beschichtungsanlage mindestens eine Zuleitung, die dafür ausgelegt
ist, eine Beschichtungslösung
dem Substrat zuzuführen,
mindestens eine Abflussleitung, die dafür ausgelegt ist, die Beschichtungslösung aus
der Prozesskammer zu entfernen, und einen Tank für die Beschichtungslösung. Der
Tank für die
Beschichtungslösung
umfasst einen Strömungsverteiler,
der mit der mindestens einen Abflussleitung verbunden ist. Der Strömungsverteiler
umfasst mehrere Öffnungen,
die eine Strömungsverbindung
zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen
des Tanks für
die Beschichtungslösung
bereitstellen. Zusätzlich
umfasst der Tank für
die Beschichtungslösung
eine Strömungsbarriere,
die sich unterhalb des Strömungsverteilers
befindet und einen Auslassbereich, der sich unterhalb der Strömungsbarriere
befindet und eine Strömungsverbindung
zwischen dem Hauptvolumen und der mindestens einen Zuleitung bereitstellt.
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Gemäß noch einer
weiteren veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer
Prozessflüssigkeit
ein Zuführen
der Prozessflüssigkeit
zu einem Tank. Das Zuführen
der Prozessflüssigkeit
umfasst, mehrere Ströme
der Prozessflüssigkeit
von unten auf eine Oberfläche
der Prozessflüssigkeit
zu richten. Die Prozessflüssigkeit lässt man
aus dem Tank ausströmen.
Dabei passiert die Prozessflüssigkeit
eine Strömungsbarriere
und fließt
durch mindestens einen Auslass, der unterhalb der Strömungsbarriere
vorgesehen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen definiert
und werde anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher,
wenn diese mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verwendet
wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Beschichtungsanlage nach
dem Stand der Technik;
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2a eine
schematische Draufsicht eines Tanks für eine Prozessflüssigkeit
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2b eine
schematische Perspektivansicht einer Blasenentfernungsanlage in
dem in 2a gezeigten Tank für eine Prozessflüssigkeit;
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2c eine
schematische Querschnittsansicht des in 2a gezeigten
Tanks für
eine Prozessflüssigkeit;
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2d eine
weitere schematische Querschnittsansicht des in 2a gezeigten
Tanks für eine
Prozessflüssigkeit;
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2e eine
schematische Querschnittsansicht eines Rohrs in einem Strömungsverteiler
in dem in 2a gezeigten Tank für eine Prozessflüssigkeit; und
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2f schematische
Ansichten von Ausschnitten von Strömungsbarrieren in Blasenentfernungsanlagen
gemäß verschiedenen
veranschaulichenden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die in der folgenden ausführlichen
Beschreibung und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
beschrieben wird, sollte verstanden werden, dass die folgende ausführliche
Beschreibung und die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegenden
Erfindung auf die speziellen veranschaulichenden Ausführungsformen,
die offenbart werden, einzuschränken,
sondern dass vielmehr die beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen
lediglich Beispiele für
die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung, deren Umfang durch
die beigefügten
Patentansprüche
definiert ist, geben.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen
zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit. Die Prozessflüssigkeit
kann eine Beschichtungslösung,
die in einer Beschichtungsanlage verwendet wird, umfassen. In Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird die Prozessflüssigkeit einem Tank zugeführt. Mehrere
Ströme
der Prozessflüssigkeit
werden von unten auf eine Oberfläche
der Prozessflüssigkeit gerichtet.
Dies kann dadurch geschehen, dass die Prozessflüssigkeit einem Strömungsverteiler
zugeführt
wird, der mehrere Öffnungen,
die eine Strömungsverbindung
zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen des
Tanks bereitstellen, umfasst.
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Die
Prozessflüssigkeit,
die in den Tank eintritt, strömt
auf die Oberfläche
der Prozessflüssigkeit zu.
Deshalb und aufgrund ihres Auftriebs werden Blasen in der Prozessflüssigkeit
nach oben zu der Oberfläche
der Prozessflüssigkeit
transportiert, wo sie platzen.
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Zusätzlich kann
unterhalb des Strömungsverteilers,
zwischen dem Strömungsverteiler
und einem Auslass des Tanks, eine Strömungsbarriere bereitgestellt
werden. Die Strömungsbarriere
setzt der Strömung
der dem Tank zugeführten
Prozessflüssigkeit
zum Auslass einen Widerstand entgegen. Deshalb bleiben die dem Tank
zugeführte
Prozessflüssigkeit
und die darin enthaltenen Blasen eine längere Zeit als beispielsweise
in dem Tank 111 für
die Beschichtungslösung,
der in der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen
Beschichtungsanlage nach dem Stand der Technik verwendet wird, relativ
nahe an der Oberfläche.
Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Blasen nach oben an
die Oberfläche aufsteigen
und platzen, weiter erhöht.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 2a bis 2f beschrieben.
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2a zeigt
eine schematische Draufsicht eines Tanks 200 für eine Prozessflüssigkeit
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Tank 200 umfasst eine Blasenentfernungsanlage 230,
von der in 2b eine schematische Perspektivansicht
gezeigt ist. Die 2c und 2d zeigen
schematische Querschnittsansichten des Tanks 200.
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Der
Tank 200 umfasst mehrere Einlässe 202 bis 207 und
einen Auslass 208. Die Einlässe 202 bis 207 sind
dafür ausgelegt,
eine Prozessflüssigkeit aufzunehmen.
Der Auslass 208 wird unterhalb der Einlässe 202 bis 207 bereitgestellt
und ist dafür
ausgelegt, die Prozessflüssigkeit
aus dem Tank 200 abzuführen.
In anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der Tank 200 anstelle der mehreren
Einlässe 202 bis 207 nur
einen einzigen Einlass umfassen und/oder mehr als einen Auslass aufweisen.
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Die
Einlässe 202 bis 207 sind
mit einem Sammler 209 verbunden. Der Sammler 209 kann
die Form eines Kastens haben, der mehrere Wände, die ein inneres Volumen
des Sammlers 209 von einem Hauptvolumen 243 des
Tanks trennen, umfasst. In dem Sammler 209 wird die Prozessflüssigkeit,
die den Einlässen 202 bis 207 zugeführt wurde,
gesammelt. Eine Trennwand 231 trennt einen linken Teil
und einen rechten Teil des inneren Volumens 262 des Sammlers 209 voneinander.
Die Trennwand 231 erstreckt sich jedoch nicht bis hinauf
zu einer oberen Wand des Sammlers 209. Deshalb stehen der
linke und der rechte Teil des inneren Volumens 262 des Sammlers 209 miteinander
in Strömungsverbindung. Die
Einlässe 202 bis 207 und
der Sammler 209 bilden zusammen einen Einlassbereich des
Tanks 200.
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Der
Sammler 209 stellt eine Strömungsverbindung zwischen den
Einlässen 202 bis 207 und
einem Strömungsverteiler 251 her.
Der Strömungsverteiler 251 umfasst
ein erstes Rohr 210 und ein zweites Rohr 211,
die mit einem von den Einlässen 202 bis 207 entfernten
Teil des Sammlers 209 verbunden sind. Zumindest ein Teil
jedes der Rohre 210, 211 ist im Wesentlichen horizontal.
Die Rohre 210, 211 weisen mehrere Biegungen und
mehrere im Wesentlichen gerade Teile auf und schlängeln sich
entlang der Seitenwände
des Sammlers 209 vor und zurück.
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Eine
schematische Querschnittsansicht des Rohrs 210 ist in 2e gezeigt.
Das Rohr 210 umfasst mehrere Öffnungen 240, 241,
die in einem oberen Teil von dessen im Wesentlichen horizontalem Teil
vorgesehen sind. In Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfasst der obere Teil eine obere Hälfte, ein
oberes Drittel oder ein oberes Viertel des Durchmessers des Rohrs 210.
Die Öffnungen 240, 241 stellen
eine Strömungsverbindung
zwischen einem inneren Volumen 242 (siehe 2c) des
Rohrs 210 und dem oberen Teil 262 (siehe 2c)
des Hauptvolumens 243 des Tanks 200 bereit. Öffnungen
im oberen Teil des Rohrs 210 ähnlich den Öffnungen 241 können über die
gesamte Länge des
im Wesentlichen horizontalen Teils des Rohrs 210 hinweg
oder über
einen Teil von dessen Länge hinweg
bereitgestellt werden. Ein von dem Sammler 209 entferntes
Ende 260 des ersten Rohrs 210 ist geschlossen.
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Das
zweite Rohr des Strömungsverteilers 251 kann
einen Aufbau ähnlich
dem des ersten Rohrs 210 haben. Das zweite Rohr 211 kann Öffnungen,
die in einem oberen Teil von einem im Wesentlichen horizontalen
Bereich desselben vorgesehen sind, aufweisen. Diese Öffnungen
können über die gesamte
Länge des
im Wesentlichen horizontalen Teils des Rohrs 211 hinweg
bereitgestellt werden. Ein Ende 261 des zweiten Rohrs 211 kann
geschlossen sein.
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Die
Blasenentfernungsanlage in einem Tank für eine Prozessflüssigkeit
gemäß der vorliegenden Erfindung
muss keinen Sammler umfassen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
die Einlässe 202 bis 207 direkt
mit den Rohren 210, 211 des Strömungsverteilers 251 verbunden sein.
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Der
Strömungsverteiler 251 muss
nicht zwei Rohre aufweisen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann der Strömungsverteiler 251 anstelle
der oben beschriebenen Rohre 210, 211 nur ein
Rohr oder drei oder mehr Rohre umfassen. Die Rohre müssen sich
nicht vor und zurück
schlängeln.
Statt dessen können
in anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Rohre im Wesentlichen gerade oder
spiralförmig
aufgewickelt sein.
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Unter
dem Strömungsverteiler 251 ist
eine Strömungsbarriere 222 vorgesehen.
Die Strömungsbarriere 222 trennt
einen oberen Teil 263 und einen unteren Teil 264 eines
Hauptvolumens 243 des Tanks 200 voneinander.
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Die
Strömungsbarriere 222 kann
im Wesentlichen horizontal angeordnet sein und eine Platte umfassen,
die aus einem für
die Prozessflüssigkeit
im Wesentlichen undurchlässigen
Material besteht und mehrere Öffnungen 223, 224,
die eine Strömungsverbindung
zwischen dem oberen Teil 263 und dem unteren Teil 264 des
Hauptvolumens 243 bereitstellen, umfassen. Die Größe, die
Form, die Anzahl und die Position der Öffnungen 223, 224 kann
je nach der speziellen Anwendung verschieden sein.
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2f zeigt
schematische Querschnittsansichten von Ausschnitten der Strömungsbarriere 222 in
weiteren veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung. Die Strömungsbarriere 222 kann
ein Netz 270 aus Drähten,
ein Gewebe 271, einen Filterstoff 272, ein poröses Material 273 oder
irgendein anderes Bauteil, das einen Widerstand für die Flüssigkeitsströmung bereitstellt,
aber für
die Prozessflüssigkeit
durchlässig
ist, umfassen.
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Ein
Abstand h (2d) zwischen dem Auslass 208 und
dem Strömungsverteiler 251 und/oder der
Strömungsbarriere 222 kann
ungefähr
60 cm oder mehr betragen. Vorzugsweise führt ein mäßig großer Abstand h zwischen der
Blasenentfernungsanlage 230 und dem Auslass 208 zu
einer gleichmäßigeren
Strömung
der Prozessflüssigkeit
durch den Tank 200.
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Zusätzlich kann
der Tank 200 eine Temperatursteuerung 265, die
Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 und
Heizschlangen 214, 215, 216, 217 umfasst, aufweisen.
Die Temperatursteuerung 265 kann zusätzlich einen Temperatursensor
(nicht gezeigt) aufweisen, der dafür ausgelegt ist, eine Temperatur
der Prozessflüssigkeit 250 zu
messen.
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In
anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
die Heizschlangen 214, 215, 216, 217 und
die Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 durch
eine Temperatur steuerung ersetzt werden, die zumindest eines von
einer elektrischen Heizung und einem Pettier-Kühler aufweist. In weiteren
Ausführungsformen
kann der Tank 200 überhaupt
keine Temperatursteuerung umfassen.
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Haltebauteile 220, 221 können bereitgestellt werden,
um die Rohre 210, 211 des Strömungsverteilers, die Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 und
die Heizschlangen 214, 215, 216, 217 an
Ort und Stelle zu halten.
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Im
Betrieb des Tanks 200 wird der Tank 200 mit der
Prozessflüssigkeit 250 gefüllt. Die
Prozessflüssigkeit 250 kann
in einer speziellen Ausführungsform
eine Beschichtungslösung,
die dafür
geeignet ist, beim Beschichten von Halbleitersubstraten verwendet
zu werden, sein. Eine Menge der Prozessflüssigkeit 250 kann
so gesteuert werden, dass sich zumindest die Öffnungen 240, 241 der
Rohre 210, 211 und die Strömungsbarriere 222 unterhalb
der Oberfläche
der Prozessflüssigkeit 250 befinden.
In manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung befindet sich die gesamte Blasenentfernungsanlage 230 unterhalb
der Oberfläche
der Prozessflüssigkeit 250.
Eine Steuerung der Menge der Prozessflüssigkeit 250 kann
bewirkt werden, indem dem Tank 200 Prozessflüssigkeit
zugeführt
wird, oder indem Prozessflüssigkeit
aus dem Tank 200 entfernt wird.
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Die
Prozessflüssigkeit
wird den Einlässen 202 bis 207 zugeführt. Danach
fließt
die Prozessflüssigkeit
in das innere Volumen 262 des Sammlers 209. Im
Sammler 209 mischen sich die Prozessflüssigkeitsströme, die
von den einzelnen Einlässen 202 bis 207 zugeführt werden.
Anschließend
fließt
die Prozessflüssigkeit
von dem Sammler 209 in das erste Rohr 210 und
das zweite Rohr 211 des Strömungsverteilers 251.
Wegen der Mischung der Ströme
im Sammler 209 gleichen sich Unterschiede der Temperatur,
der Zusammensetzung und/oder der Strömungsgeschwindigkeit der Prozessflüssigkeitsströme, die
den Einlässen 202 bis 207 zugeführt werden, aus
und eine im Wesentlichen homogene Prozessflüssigkeit wird den Rohren 210, 211 zugeführt. Die Trennwand 231 hilft
dabei, die Prozessflüssigkeitsströme zu den
Rohren 210, 210 zu leiten.
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Daraufhin
strömt
die Prozessflüssigkeit durch
die Rohre 210, 211 und verlässt die Rohre 210, 211 schließlich durch
die Öffnungen 240, 241 der Rohre 210, 211.
Aus jeder der Öffnungen 240, 241 fließt ein Prozessflüssigkeitsstrom
in den oberen Teil 263 des Hauptvolumens 243 des
Tanks 200. Da die Öffnungen 240, 241 im
oberen Teil von im Wesentlichen horizontalen Abschnitten der Rohre 210, 211 vorgesehen
sind, sind die Prozessflüssigkeitsströme nach
oben auf die Oberfläche
der Prozessflüssigkeit 250 zu
gerichtet. Wegen der Aufwärtsbewegung
der Prozessflüssigkeit
bewegen sich Blasen in der Prozessflüssigkeit effektiv auf die Oberfläche zu.
Zusätzlich
wirkt eine Auftriebskraft auf die Blasen. Die Auftriebskraft unterstützt den
Transport der Blasen zu der Oberfläche der Prozessflüssigkeit
zusätzlich.
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Sobald
die Blasen die Oberfläche
der Prozessflüssigkeit 250 erreichen,
platzen sie und werden dadurch aus der Prozessflüssigkeit entfernt.
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Die
einzelnen Öffnungen 240, 241 der
Rohre 210, 211 können unterschiedliche Größen haben.
In manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nimmt ein Durchmesser der Öffnungen 240, 241 zu
den Enden 260, 261 der Rohre 210, 211 hin zu.
Aufgrund des Ausströmens
der Prozessflüssigkeit
aus den Rohren 210, 211 und aufgrund des Widerstands
der Rohre 210, 211 bezüglich der Flüssigkeitsströmung nimmt
ein Druckunterschied zwischen dem inneren Volumen 242 des
Strömungsverteilers 251 und
dem oberen Teil 263 des Hauptvolumens 243 zu den
Enden 260, 261 der Rohre 210, 211 hin ab.
Da die Rate, mit der die Prozessflüssigkeit aus einer Öffnung ausströmt, mit
der Größe der Öffnung und
der Druckdifferenz zwischen dem inneren Volumen 242 und
dem oberen Teil 263 des Hauptvolumens 243 zunimmt,
kann ein zunehmender Durchmesser der Öffnungen 240, 241 vorteilhafterweise
ermöglichen,
die Flussraten der Prozessflüssigkeitsströme, die
aus jeder der Öffnungen
ausströmen,
im Wesentlichen gleich zu halten.
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In
anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
die Öffnungen 240, 241 der
Rohre 210, 211 ungefähr die gleiche Größe haben.
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Vorteilhafterweise
kann aufgrund des Widerstands der Rohre 210, 211 und
der darin vorgesehenen Öffnungen 240, 241 bezüglich der
Flüssigkeitsströmung der
Strömungsverteiler 250 als
Druckminderer wirken, der dabei hilft, hohe Strömungsgeschwindigkeiten der
Prozessflüssigkeit,
die zu einer Erzeugung von Blasen führen könnten, zu vermeiden.
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Ein
Abstand d zwischen den Öffnungen 240, 241 der
Rohre 210, 211 und der Oberfläche der Prozessflüssigkeit
kann relativ klein sein. Ein relativ kleiner Abstand d zwischen
den Öffnungen 240, 241 und der
Oberfläche
erhöht
die Wahrscheinlichkeit, dass die Blasen schnell die Oberfläche erreichen
und platzen. In manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der Abstand d in einem Bereich von
ungefähr
5 cm bis ungefähr
30 cm gehalten werden.
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In
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, in denen die Temperatursteuerung 265 Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 und
Heizschlangen 214, 215, 216, 217 umfasst,
kann eine Temperatur der Prozessflüssigkeit im Hauptvolumen 243 des Tanks 200 mit
Hilfe der Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 und
der Heizschlangen 214, 215, 216, 217 gesteuert
werden. Die Temperatur der Prozessflüssigkeit kann erhöht werden,
indem man ein Fluid mit einer Temperatur, die größer als die der Prozessflüssigkeit
ist, durch die Heizschlangen 214, 215, 216, 217 strömen lässt. Eine
Verringerung der Temperatur der Prozessflüssigkeit kann bewirkt werden,
indem man ein Fluid mit einer Temperatur, die niedriger als die
der Prozessflüssigkeit
ist, durch die Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 strömen lässt. Die
Strömung der
Fluide durch die Heizschlangen 214, 215, 216, 217 und
die Kühlschlangen 212, 213, 218, 219 kann entsprechend
einem Ausgangssignal eines Temperatursensors gesteuert werden, wie
es den Fachleuten wohlbekannt ist.
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In
anderen Ausführungsformen
kann eine Temperatursteuerung der Prozessflüssigkeit 250 bewirkt
werden, indem jeweilige Heizvorrichtungen und Kühlvorrichtungen, wie etwa die
oben beschriebene elektrische Heizung und der Peltier-Kühler, entsprechend
der Ausgabe des Temperatursensors betrieben werden.
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Die
Prozessflüssigkeit 250 lässt man
durch den Auslass 208 aus dem Tank 200 ausströmen. Dies
kann geschehen, indem die Prozessflüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe,
die, ähnlich
wie die Pumpe 114, die in der Beschichtungsanlage nach
dem Stand der Technik, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben
wurde, verwendet wird, in einer mit dem Auslass 208 verbundenen
Auslassleitung bereitgestellt wird, aus dem Tank 200 gepumpt
wird.
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Bevor
sie aus dem Tank 243 fließt, passiert die den Einlässen 202 bis 207 zugeführte Prozessflüssigkeit
die Strömungsbarriere 222.
Die Strömungsbarriere 222 setzt
der Strömung
der Prozessflüssigkeit
von den Einlässen 202 bis 207 zum
Auslass 208 einen Widerstand entgegen. Dies führt zu einer
Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit
der Prozessflüssigkeit.
Dadurch wird die Zeit, während der
sich die Prozessflüssigkeit
in dem oberen Teil 263 des Hauptvolumens 243 des
Tanks 200 aufhält,
erhöht.
Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass Blasen, die in der den
Einlässen 202 bis 207 zugeführten Prozessflüssigkeit
vorhanden sind, an die Oberfläche der
Prozessflüssigkeit 250 aufsteigen
und aus der Prozessflüssigkeit 250 entfernt
werden, vergrößert.
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In
manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Strömungsbarriere 222 zusätzlich dafür ausgelegt
sein zu verhindern, dass Blasen die Strömungsbarriere 222 passieren.
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Aufgrund
der Oberflächenspannung
der Prozessflüssigkeit
neigen Blasen dazu, eine ungefähr kugelförmige Gestalt
anzunehmen. Eine Verformung einer ungefähr kugelförmigen Blase oder eine Aufspaltung
einer Blase in zwei oder mehr kleinere Blasen erfordert Energie.
Da sich eine Blase verformen oder aufspalten müsste, um eine Öffnung,
die kleiner als ihr Durchmesser ist, zu passieren, stellen kleine Öffnungen
ein Hindernis für
die Bewegung der Blasen dar.
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In
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, in denen die Strömungsbarriere 222 eine
im Wesentlichen horizontale Platte mit mehreren Öffnungen 223, 224 umfasst,
können
die Öffnungen 223, 224 eine
Größe haben,
die kleiner als ein typischer Durchmesser von Blasen in der den
Einlässen 202 bis 207 zugeführten Prozessflüssigkeit
ist. Dadurch kann im Wesentlichen verhindert werden, dass Blasen
die Strömungsbarriere 222 passieren.
Die Öffnungen 223, 224 können einen
Durchmesser von ungefähr
2 cm oder weniger haben.
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In
anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, in denen die Strömungsbarriere 222 ein
anderes Bauteil, wie etwa ein Netz 270 aus Drähten, ein
Gewebe 272, einen Filterstoff 273 oder ein poröses Material 273 umfasst,
können
Durchlässe
für die
Prozessflüssigkeit
im Bauteil einen Durchmesser haben, der kleiner als ein typischer
Durchmesser von Blasen in der Prozessflüssigkeit 250 ist, um
einen Transport von Blasen durch die Durchlässe zu verhindern. Die Durchlässe können einen
Durchmesser von ungefähr
2 mm oder weniger haben.
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In
manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird der Tank 200 als ein Beschichtungslösungstank
in einer Beschichtungsanlage bereitgestellt und mit einer oder mehreren
Prozesskammern derselben verbunden. In solchen Ausführungsformen
umfasst die Prozessflüssigkeit 250 eine
Beschichtungslösung.
Jede der ein oder mehreren Prozesskammern kann einen Aufbau ähnlich dem
der Prozesskammer 101 in der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen
Beschichtungsanlage 100 nach dem Stand der Technik haben.
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Der äußere Raum
jeder der Prozesskammern kann durch eine Auslassleitung, ähnlich der Auslassleitung 112,
mit einem der Einlässe 202 bis 207 des
Tanks 200 verbunden sein. Zuleitungen, ähnlich der Zuleitung 113,
verbinden den Auslass des Tanks 200 mit den inneren Räumen der
Prozesskammern. Dadurch sind die Zuleitungen dafür ausgelegt, die Beschichtungslösung den
Substraten, die in den inneren Räumen
bereitgestellt sind, zuzuführen.
In den Zuleitungen und/oder den Auslassleitungen können Pumpen
bereitgestellt werden, um einen Transport der Beschichtungslösung aus
dem Tank 200 zu den Prozesskammem und zurück zu bewirken.
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Beim
Betrieb der Beschichtungsanlage wird der Tank wie oben beschrieben
betrieben. Dadurch entfernt die Blasenentfernungsanlage 230 Blasen aus
der Beschichtungslösung.
Somit verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass sich Blasen auf
einem Wafer, der in der Beschichtungsanlage verarbeitet wird, sammeln,
deutlich. Folglich können
nachteilige Auswirkungen von Blasen auf die Qualität einer
Metallschicht, die auf dem Wafer abgeschieden wird, wie etwa eine
unzureichende Füllung
von Kontaktöffnungen
und Gräben,
vorteilhafterweise vermieden werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Entfernen von Blasen
aus einer Beschichtungslösung,
die in einer Beschichtungsanlage verwendet wird, beschränkt. Statt
dessen kann ein Tank für
eine Prozessflüssigkeit
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, wann immer es wünschenswert ist, Gasblasen
aus einer Prozessflüssigkeit
zu entfernen.
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Weitere
Abwandlungen und Varianten der vorliegenden Erfindung werden den
Fachleuten anhand dieser Beschreibung offensichtlich. Dementsprechend
soll diese Beschrei bung als lediglich veranschaulichend ausgelegt
werden und dient dem Zweck, den Fachleuten die allgemeine Art, die
vorliegende Erfindung auszuführen,
zu lehren. Es soll verstanden werden, dass die hierin gezeigten
und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsfonnen
angesehen werden sollen.