DE102005004361A1

DE102005004361A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit

Info

Publication number: DE102005004361A1
Application number: DE102005004361A
Authority: DE
Inventors: Helge Hartz; Markus Nopper; Axel Preusse
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: US20100024724A1; US20060169579A1; DE102005004361B4; US7947158B2; US7615103B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit. Die Prozessflüssigkeit kann eine Beschichtungslösung, die in einer Beschichtungsanlage verwendet wird, umfassen. Die Prozessflüssigkeit wird einem Tank zugeführt. Mehrere Ströme der Prozessflüssigkeit werden von unten auf eine Oberfläche der Prozessflüssigkeit gerichtet. Dies kann dadurch geschehen, dass die Prozessflüssigkeit in einen Strömungsverteiler mit mehreren Öffnungen, die eine Strömungsverbindung zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen des Tanks bereitstellen, eingespeist wird. Bevor sie den Tank durch einen Auslass verlässt, fließt die Prozessflüssigkeit durch eine Strömungsbarriere.

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

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.

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.

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.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer Beschichtungsanlage nach dem Stand der Technik;
2a eine schematische Draufsicht eines Tanks für eine Prozessflüssigkeit gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2b eine schematische Perspektivansicht einer Blasenentfernungsanlage in dem in 2a gezeigten Tank für eine Prozessflüssigkeit;
2c eine schematische Querschnittsansicht des in 2a gezeigten Tanks für eine Prozessflüssigkeit;
2d eine weitere schematische Querschnittsansicht des in 2a gezeigten Tanks für eine Prozessflüssigkeit;
2e eine schematische Querschnittsansicht eines Rohrs in einem Strömungsverteiler in dem in 2a gezeigten Tank für eine Prozessflüssigkeit; und
2f schematische Ansichten von Ausschnitten von Strömungsbarrieren in Blasenentfernungsanlagen gemäß verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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.
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.
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.
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.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 2a bis 2f beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Sobald die Blasen die Oberfläche der Prozessflüssigkeit 250 erreichen, platzen sie und werden dadurch aus der Prozessflüssigkeit entfernt.
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.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Öffnungen 240, 241 der Rohre 210, 211 ungefähr die gleiche Größe haben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Strömungsbarriere 222 zusätzlich dafür ausgelegt sein zu verhindern, dass Blasen die Strömungsbarriere 222 passieren.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Tank für eine Prozessflüssigkeit mit: einem Einlassbereich zum Aufnehmen der Prozessflüssigkeit; einem Strömungsverteiler, der mit dem Einlassbereich verbunden ist, wobei der Strömungsverteiler mehrere Öffnungen, die eine Strömungsverbindung zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen des Tanks bereitstellen, umfasst; einer Strömungsbarriere, die sich unterhalb des Strömungsverteilers befindet; und einem Auslassbereich, der sich unterhalb der Strömungsbarriere befindet.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 1, in dem die Strömungsbarriere im Wesentlichen horizontal angeordnet ist und mindestens eines von einer Platte mit mindestens einer Öffnung, einem Netz aus Drähten, einem Gewebe, einem Filterstoff und einem porösen Material umfasst.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 1, in dem die Strömungsbarriere mehrere Durchlässe mit einem Durchmesser von ungefähr 2 cm oder weniger aufweist.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 1, in dem der Einlassbereich mindestens ein Einlassrohr, das mit einem Sammler verbunden ist, umfasst, wobei der Sammler dafür ausgelegt ist, eine Strömungsverbindung zwischen dem mindestens einen Einlassrohr und dem Strömungsverteiler breitzustellen.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 1, in dem der Strömungsverteiler mindestens ein Rohr mit mehreren Öffnungen umfasst.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 5, in dem die Öffnungen unterschiedliche Größen haben.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 5, in dem ein vom Einlassbereich entferntes Ende des mindestens einen Rohrs geschlossen ist.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 5, in dem eine Längsrichtung zumindest eines Teils des Rohrs im Wesentlichen horizontal ist.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 8, in dem sich die mehreren Öffnungen in einem oberen Teils des im Wesentlichen horizontalen Teils des mindestens einen Rohrs befinden.
Tank für eine Prozessflüssigkeit nach Anspruch 1, der zusätzlich eine Temperatursteuerung umfasst.
Beschichtungsanlage mit: einer Prozesskammer, die dafür ausgelegt ist, ein Substrat aufzunehmen und festzuhalten; mindestens einer Zuleitung, die dafür ausgelegt ist, dem Substrat eine Beschichtungslösung zuzuführen; mindestens einer Auslassleitung, die dafür ausgelegt ist, die Beschichtungslösung aus der Prozesskammer zu entfernen; und einem Tank für die Beschichtungslösung, wobei der Tank für die Beschichtungslösung einen Strömungsverteiler, der mit der mindestens einen Auslassleitung verbunden ist, umfasst, der Strömungsverteiler mehrere Öffnungen, die eine Strömungsverbindung zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen des Tanks für die Beschichtungslösung herstellen, umfasst und der Tank für die Beschichtungslösung zusätzlich 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 eine Zuleitung herstellt, umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 11, in der die Strömungsbarriere im Wesentlichen horizontal angeordnet ist und mindestens eines von einer Platte mit mindestens einer Öffnung, einem Netz aus Drähten, einem Gewebe, einem Filterstoff und einem porösen Material umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 11, in der der Tank für die Beschichtungslösung zusätzlich einen Sammler, der dafür ausgelegt ist, eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen Auslassleitung und dem Strömungsverteiler herzustellen, umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 11, in der der Strömungsverteiler mindestens ein Rohr mit mehreren Öffnungen umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 14, in der ein von der mindestens einen Auslassleitung entferntes Ende des mindestens einen Rohrs geschlossen ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 14, in der eine Längsrichtung zumindest eines Teils des mindestens einen Rohrs im Wesentlichen horizontal ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 16, in der sich die mehreren Öffnungen in einem oberen Teil des horizontalen Teils des mindestens einen Rohrs befinden.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit mit: Zuführen der Prozessflüssigkeit zu einem Tank, wobei das Zuführen der Prozessflüssigkeit ein Richten mehrerer Ströme der Prozessflüssigkeit von unten auf eine Oberfläche der Prozessflüssigkeit umfasst; und Ausströmen lassen der Prozessflüssigkeit aus dem Tank, wobei die Prozessflüssigkeit eine Strömungsbarriere passiert und durch mindestens einen Auslass, der unterhalb der Strömungsbarriere vorgesehen ist, fließt.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 18, bei dem das Ausströmen lassen der Prozessflüssigkeit aus dem Tank ein Pumpen der Prozessflüssigkeit umfasst.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 18, bei dem das Zuführen der Prozessflüssigkeit ein Einspeisen der Prozessflüssigkeit in einen Strömungsverteiler mit mehreren Öffnungen, die eine Strömungsverbindung zwischen einem inneren Volumen des Strömungsverteilers und einem Hauptvolumen des Tanks bereitstellen, umfasst.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 20, bei dem sich die Strömungsbarriere unterhalb des Strömungsverteilers befindet.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 20, das zusätzlich ein Bereitstellen des Strömungsverteilers unterhalb einer Oberfläche der Prozessflüssigkeit umfasst.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 22, bei dem ein Abstand zwischen dem Strömungsverteiler und der Oberfläche der Prozessflüssigkeit in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 30 cm gehalten wird.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 20, das zusätzlich ein Sammeln der Prozessflüssigkeit in einem Sammler, der eine Strömungsverbindung zwischen einem Einlassbereich des Tanks und dem Strömungsverteiler bereitstellt, umfasst.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 20, bei dem die Prozessflüssigkeit von einer Prozesskammer einer Beschichtungsanlage her zugeführt wird.
Verfahren zum Entfernen von Blasen aus einer Prozessflüssigkeit nach Anspruch 18, bei dem die aus dem Hauptvolumen herausgepumpte Prozessflüssigkeit einer Prozesskammer einer Beschichtungsanlage zugeführt wird.