DE102008050868A1

DE102008050868A1 - Einrichtung zur Temperaturstabilisierung von Flüssigkeiten, vorzugsweise von ultrareinem Wasser, bei der Herstellung von Chips sowie Verfahren zur Temperaturstabilisierung von Flüssigkeiten zur Anwendung bei der Herstellung von Chips

Info

Publication number: DE102008050868A1
Application number: DE200810050868
Authority: DE
Inventors: Ralph Fernandes De Oliveira; Reinhard Möller; Anurag Sinha; Arthur Kobylinski; Felix Alexander Teufel
Original assignee: M+W Zander Products GmbH
Current assignee: M+W Zander Products GmbH
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Bei der Herstellung von Chips aus Wafern werden die Wafer mit Hilfe von Laserstrahlen belichtet. Um die Tiefenschärfe und die Verwendung von Linsen mit einer höheren nummerischen Apertur zu ermöglichen, wird der Bereich zwischen der letzten Linse und dem zu belichtenden Wafer mit ultrareinem Wasser gefüllt. Seine Temperatur muss für eine zuverlässige Belichtung mit hoher Genauigkeit den gewünschten Werten entsprechen. Die hierzu notwendigen Einrichtungen, die mit Wärmeübertragern arbeiten, sind sehr aufwändig. Damit die Temperatur der Flüssigkeit mit geringem apparativem Aufwand sehr genau eingehalten werden kann, liegt im Strömungsweg der Flüssigkeit wenigstens ein Speicher, der ein Volumen an Flüssigkeit enthält und von der zugeführten Flüssigkeit durchströmt wird. Im Speicher wird die zugeführte Flüssigkeit mit dem gespeicherten Flüssigkeitsvolumen gemischt und die Flüssigkeit nach dem Mischen entnommen. Die Einrichtung und das Verfahren werden bei der Halbleiterlithografie eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturstabilisierung von Flüssigkeiten, vorzugsweise von ultrareinem Wasser, bei der Herstellung von Chips nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Temperaturstabilisierung solcher Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.
Bei der Herstellung von Chips aus Wafern ist es bekannt, mit Hilfe von Laserstrahlen, die eine Linsenstruktur durchlaufen, den Wafer zu belichten. Um die Tiefenschärfe und die Verwendung von Linsen mit einer höheren nummerischen Apertur zu ermöglichen, wird der Bereich zwischen der letzten Linse und dem zu belichtenden Wafer mit ultrareinem Wasser gefüllt. Um eine zuverlässige Belichtung des Wafers zu gewährleisten, muss die Temperatur des ultrareinen Wassers mit hoher Genauigkeit den gewünschten Werten entsprechen. Hierzu werden sehr aufwändig gestaltete Einrichtungen eingesetzt, die mit Wärmeübertragern arbeiten, mit deren Hilfe die Temperatur des ultrareinen Wassers möglichst bei der erforderlichen Solltemperatur gehalten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung und das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, dass mit geringem apparativem Aufwand die Temperatur der Flüssigkeit bei der Belichtung von Wafern genau eingehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 11 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Flüssigkeit, die vorzugsweise ultrareines Wasser ist, durch wenigstens einen Speicher geleitet. Er enthält die gleiche Flüssigkeit. Da das Speichervolumen so bemessen ist, dass eine wesentliche Verweilzeit der Flüssigkeit erreicht wird, bildet der Speicher mit dem Flüssigkeitsvolumen eine thermische Masse, die dafür sorgt, dass ohne großen apparativen Aufwand die Flüssigkeit, die nach Durchströmen des Speichers dem Behandlungsort zugeführt wird, eine gewünschte mittlere Temperatur mit nur sehr geringen Schwankungen aufweist. Mit Hilfe des Speichers ist es möglich, auf einfache Weise die Temperatur der Flüssigkeit zuverlässig innerhalb der für die Behandlung notwendigen engen Temperaturgrenzen zu halten.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Flüssigkeit dem gespeicherten Flüssigkeitsvolumen zugeführt. Das gespeicherte Flüssigkeitsvolumen wirkt als thermische Masse, die in Kombination mit dem Mischvorgang dazu führt, dass die Temperatur der Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit auf dem gewünschten Wert gehalten bzw. auf ihn eingestellt werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 in vereinfachter und schematischer Darstellung einen Speicher einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Behandlung von ultrareinem Wasser,
2 in Seitenansicht eine zweite Ausführungsform eines Speichers,
3 einen Längsschnitt durch den Speicher gemäß 2,
4 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung mit Speichern gemäß den 1 bis 3,
5 in einem Diagramm die zeitliche Temperaturabhängigkeit zweier Flüssigkeiten bei Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung,
6 bis 8 in Darstellungen gemäß den 1 bis 3 eine weitere Ausführungsform eines Speichers der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Die im Folgenden beschriebene Einrichtung wird vorteilhaft bei der Halbleiterlithografie eingesetzt, um auf Silizium-Wafern elektronische Schaltmuster zu belichten. Die Belichtung wird mit Hilfe von Masken durchgeführt, durch die eine optische Projektion erfolgt. Bei der Herstellung von Chips werden üblicherweise mehr als 100 Schritte einschließlich der Lithografie durchgeführt, wobei Hunderte von Kopien eines integrierten Schaltkreises auf einem einzigen Wafer hergestellt werden. Ein Chip enthält üblicherweise 30 Schichten, die mit verschiedenen Prozessschritten auf dem Wafer hergestellt werden. Die eingesetzten Lithografiemaschinen arbeiten nach dem Tauchlithografie-Verfahren. Hierbei wird ein Laserstrahl durch Linsen auf den Wafer gerichtet. Zwischen der letzten Linse und dem Wafer befindet sich ultrareines Wasser als Flüssigkeit, welches die Tiefenschärfe verbessert und den Einsatz von Linsen mit einer höheren numerischen Apertur ermöglicht. Das zur Herstellung der Chips eingesetzte Tauchlithografie-Verfahren erfordert stabile thermische Bedingungen während der Belichtung des Wafers, insbesondere der Temperatur der Flüssigkeit zwischen der Linse und dem Wafer. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Brechungsindex der Flüssigkeit mit deren Temperatur zusammenhängt. Eine thermisch in stabile Flüssigkeit kann zu Defekten im Chip führen, so dass er unbrauchbar ist.
Die Flüssigkeit, vorzugsweise ultrareines Wasser, hat eine thermische Stabilität DT_s. Sie ist definiert als DTs = (T3 – T2)/(t2 – t1).
Es bedeuten

T = Temperatur
t = Zeit.

In der angegebenen Gleichung bezeichnen T₂ und T₃ die jeweiligen Temperaturen des Mediums zu den Zeiten t₁ und t₂. Im beschriebenen Anwendungsfall der Lithografie müssen die Temperaturschwankungen der Flüssigkeit in einem Sub-Millikelvinbereich gehalten werden, zum Beispiel in einem Bereich von 1 bis 5 mK/min.
Ein weiteres thermisches Kriterium ist die Temperatur T der Flüssigkeit. Diese Flüssigkeitstemperatur muss innerhalb zweier Temperaturgrenzbereiche liegen, die durch T₁ (untere Grenze) und T₄ (obere Grenze) bestimmt sind. Solch ein Temperaturbereich kann beispielsweise 20,000°C bis 20,200°C sein. Dieser Temperaturbereich darf während der Betriebszeit der Maschine nicht verlassen werden.
Als drittes Kriterium ist, sofern in der Maschine verschiedene Flüssigkeitskreisläufe eingesetzt werden, ein Temperaturfenster einzuhalten. Wenn zwei Flüssigkeitsströme beispielsweise die absoluten oder relativen Temperaturen T_f1 und T_f2 haben, dann wird dieses Temperaturfenster T_o wie folgt definiert: To = (Tf2 – Tf1)
Dieses Temperaturfenster, also der Temperaturunterschied zwischen beiden Medien, muss sehr klein gehalten werden, damit die Fertigung der Chips nicht beeinträchtigt wird.
Die Temperaturstabilisierung des Mediums wird durch die Kombination einer thermischen Masse und einer Flüssigkeitsmischfunktion erreicht. Diese Kombination erlaubt es, die Amplitude und die Frequenz einer Störung zu berücksichtigen.
Ein Beispiel einer thermischen Masse wird anhand von 1 erläutert. In diesem Falle wird die thermische Masse durch einen Speicher 1 gebildet, der ein Gehäuse 2 aufweist. In seinem oberen Bereich, vorzugsweise im Deckel 3, sind ein Einlass 4 und ein Auslass 5 vorgesehen. An den Einlass 4 ist eine Zuführleitung 6 angeschlossen, über die die Flüssigkeit, mit der die Lithografiemaschine arbeitet, in das Gehäuse 2 eingeleitet wird. Innerhalb des Gehäuses 2 schließt an den Einlass 4 ein Tauchrohr 7 an, das sich axial bis nahe zum Boden 8 des Gehäuses 2 erstreckt. Das Tauchrohr 7 endet mit geringem Abstand vom Boden 8. Die Austrittsöffnung 9 des Tauchrohres 7 ist gegen den Boden 8 gerichtet. An den Auslass 5 schließt eine Auslassleitung 10 an.
Die Strömungsquerschnitte der Zuführleitung 6 und der Auslassleitung 10 sind vorzugsweise so gewählt, dass in beiden Leitungen die gleiche Strömungsgeschwindigkeit herrscht. Das Volumen des Gehäuses 2 ist auf die Menge der durchströmenden Flüssigkeit in den Leitungen 6, 10 sowie auf die thermische Instabilität am Einlass 4 und am Auslass 5 abgestimmt. Wenn eine höhere Durchsatzmenge vorliegt, muss das Volumen des Gehäuses 2 erhöht werden, damit die Verweilzeit der Flüssigkeit im Speicher 1 gleich bleibt.
Der Speicher 1 ist vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt. Das Tauchrohr 7 sowie der Boden 8 des Gehäuses 2 sowie der Querschnitt des Gehäuses 2 sind so ausgebildet, dass turbulente Strömungsbedingungen mit einer Reynoldszahl > 2300 vorherrschen. Die Turbulenzen innerhalb der thermischen Masse und damit innerhalb des Flüssigkeitsvolumens im Speicher 1 gewährleisten ein ausreichendes Vermischen der Flüssigkeit.
Um ein Bakterienwachstum innerhalb des Speichers 1 zu vermeiden, ist die Innenwandung 11 des Gehäuses 2 ohne scharfe Kanten und Ecken ausgebildet. Dementsprechend ist der Übergang von der Innenseite des Deckels 3 und des Bodens 8 in die Seitenwand des Gehäuses 2 abgerundet ausgebildet.
Im Boden 8 befindet sich ein Auslass 12, an den eine Auslassleitung 13 angeschlossen ist, in der sich ein Auslassventil 14 befindet. Damit kann bei Bedarf die Flüssigkeit im Gehäuse 2 durch Öffnen des Auslassventils 14 abgelassen werden.
Hochfrequente Temperaturfluktuationen, die im Bereich von mK/s liegen, werden durch die thermische Masse, das heißt die Wärmekapazität des Speichers 1 absorbiert. Im mittleren Frequenzbereich liegende Instabilitäten, die im Bereich von mK/min liegen, werden durch die spezifische Verweilzeit der Flüssigkeit im Speicher 1 absorbiert. Die Berechnung der notwendigen Verweilzeit wird unten näher beschrieben.
Niederfrequente Instabilitäten im Bereich von mK/5 min werden durch wenigstens einen Wärmetauscher aufgefangen bzw. kompensiert, der in noch zu beschreibender Weise in der Einrichtung vorgesehen ist.
Die Flüssigkeit, die über die Zuführleitung 6 dem Speicher 1 zugeführt wird, hat eine Temperatur T₁ sowie eine thermische Stabilität DT_s1. Die durch die Auslassleitung 10 strömende Flüssigkeit hat die Temperatur T₂ sowie die thermische Stabilität DT_s2.
Die Kompensation hochfrequenter Instabilitäten wird hauptsächlich durch die Wärmekapazität des Speichers bestimmt. Die Verweilzeit der Flüssigkeit im Speicher 1 ist der Hauptparameter für die Kompensation sinusförmiger Instabilitäten im mittleren Frequenzbereich. Die Verweilzeit Δt_V kann nach folgender Beziehung berechnet werden:
Hierbei bedeuten

t = Zeit
V_tm = Volumen des Speichers 1
= Volumenstrom der Flüssigkeit

Für sinusförmige Instabilitäten im mittleren Frequenzbereich muss die Verweilzeit wenigstens doppelt so hoch sein wie die Dauer der Instabilität: ΔtV > 2·ΔtInstabilität
Hierbei bedeutet

Δt = Periode.

Die 2 und 3 zeigen ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Speichers 1. Er hat die Seitenwand 15, die den Boden 8 mit der Decke 3 verbindet. Innenseitig erfolgt der Übergang zwischen der Innenseite 11 der Seitenwand 15 und der Innenseite des Deckels 3 und des Bodens 8 stetig gekrümmt. Am Deckel 3 ist der Einlass 4 in Form eines Anschlussstutzens vorgesehen, an den die Zuführleitung 6 von außen angeschlossen werden kann. Innenseitig wird an den Einlass 4 das Tauchrohr 7 angeschlossen.
Der Deckel 3 ist außerdem mit dem Auslass 5 in Form eines Auslassstutzens versehen, an den die Auslassleitung 10 angeschlossen wird.
Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich das Tauchrohr 7, das an den Einlass 4 angeschlossen ist. Das Tauchrohr 7 endet mit Abstand vom Boden 8. Dieser Abstand ist so gewählt, dass kein Druckverlust auftritt.
Im Boden 8 befindet sich der Auslass 12, über den die Flüssigkeit im Speicher 1 durch Öffnen des Auslassventils 14 (1) abgelassen werden kann.
Das Tauchrohr 7 erstreckt sich mit Abstand zur Längsachse innerhalb des Gehäuses 2. Dadurch tritt die Flüssigkeit an der Austrittsöffnung 9 außermittig in die Flüssigkeit im Speicher 1 ein. Dadurch erfolgt die Vermischung der über das Tauchrohr 7 eingeführten Flüssigkeit mit der im Speicher 1 befindlichen Flüssigkeit in ausreichendem Maße, um auf diese Weise Temperaturunterschiede durch entsprechende Vermischung zuverlässig ausgleichen zu können.
Bei der beschriebenen Vorgehensweise erfolgt die Einhaltung der thermischen Bedingungen durch die Kombination der Wärmekapazität des Speichers 1 mit dem kontrollierten Mischprozess. Die Wärmekapazität c_S [kJ/kg·K] ergibt sich hauptsächlich durch das Flüssigkeitsvolumen und die Masse des Gehäuses 2. Der Mischprozess findet unter turbulenten Bedingungen statt, so dass die Flüssigkeitstemperatur im Speicher 1 homogen bleibt.
Es ist bekannt, die Temperatur eines strömenden Mediums durch Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme beispielsweise über Wärmeübertrager von einer äußeren Wärmequelle oder Wärmesenke auf einen gewünschten Wert zu stabilisieren. Ein Nachteil einer solchen Ausbildung ist, dass große Flächen zur Übertragung der Wärme notwendig sind und zeitliche Temperaturinstabilitäten der äußeren Wärmequelle bzw. Wärmesenke mindestens in gedämpfter Form mit übertragen werden. Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist dies jedoch sehr einfach und mit hoher Genauigkeit möglich, indem in einem ersten Schritt die Temperatur des Mediums mittels wärme übertragender Elemente 22, 23, 30 durch Wärmezufuhr oder Wärmeabgabe innerhalb eines engen Temperaturbereichs temperiert wird und in einem zweiten Schritt die noch vorhandenen zeitlichen Temperaturschwankungen durch die Mischung der Flüssigkeit in einem Speicher 1 geglättet werden.
4 zeigt schematisch eine Einrichtung, bei der die beschriebene Kombination der Verfahrensschritte eingesetzt wird. Die anhand dieses Ausführungsbeispieles angegebenen Werte sind jeweils nur beispielhaft zu verstehen.
Die Einrichtung hat zwei durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnete Einheiten 16, 17, die an ein Tauchlithografiegerät 18 angeschlossen sind. Innerhalb des Werkzeuges 18 befinden sich ebenfalls zwei Einheiten 19, 20, die mit den Einheiten 16 und 17 leitungsverbunden sind.
Der Einheit 17 wird über eine Zuführleitung 21 eine Flüssigkeit 1 zugeführt. Sie hat beispielsweise eine Temperatur zwischen 18 und 24°C und eine thermische Stabilität DT_s von ±100 mK/10 min. Die Einheit 17 hat zwei wärmeübertragende Elemente 22, 23. Sie sind an eine Heiz/Kühleinheit 24 angeschlossen. Die wärmeübertragenden Elemente 22, 23 haben jeweils eine Auslassleitung 25, die an eine gemeinsame Zuführleitung 26 angeschlossen sind, über welche die wärmeübertragenden Elemente 22, 23 mit der Heiz/Kühleinheit 24 leitungsverbunden sind.
Die Heiz/Kühleinheit 24 hat außerdem wenigstens eine Auslassleitung 27, an die zwei zu den wärmeübertragenden Elementen 22, 23 führende Zuführleitungen 28 anschließen.
Die über die Zuführleitung 21 zugeführte Flüssigkeit 1 hat nach Durchlaufen der wärmeübertragenden Elemente 22, 23 und der Heiz/Kühleinheit 24 bei der Übergabe von der Auslassleitung 27 in die beiden Zuführleitungen 28 eine Temperatur von beispielsweise 21,1°C sowie eine Temperaturstabilität von beispielsweise DT_s von ±10 mK/5 min.
Die Flüssigkeit gelangt in eine Auslassleitung 29, mit der sie dem Tauchlithografiegerät 18 zugeführt wird. Die Flüssigkeit hat in der Auslassleitung 29 eine Temperatur von beispielsweise 21,1°C sowie eine thermische Stabilität DT_s von beispielsweise ±50 mK/5 min.
Die andere Einheit 16 ist in gleicher Weise wie die Einheit 17 ausgebildet, so dass sie nicht näher erläutert wird. Über die Zuführleitung 21' strömt eine zweite Flüssigkeit 2, vorzugsweise ultrareines Wasser, zu. Sie hat eine Temperatur von beispielsweise 16 bis 27°C und eine thermische Stabilität DT_s von ±200 mK/10 min. Die Flüssigkeit hat am Übergang von der Auslassleitung 27 in die Zuführleitungen 28 eine Temperatur von 21°C und eine thermische Stabilität DT_s von zum Beispiel ±10 mK/5 min. Über die Auslassleitung 29' strömt die Flüssigkeit aus der Einheit 16 zur Einheit 19 im Gerät 18. In der Auslassleitung 29' hat die Flüssigkeit 2 eine Temperatur von beispielsweise 21,3°C und eine thermische Stabilität DT_s von beispielsweise ±70 mK/5 min.
Die beiden Flüssigkeiten 1 und 2 werden über die Auslassleitungen 29, 29' dem Tauchlithografiegerät 18 zugeführt, das für die beiden Flüssigkeiten 1, 2 zur weiteren Temperaturstabilisierung eine Einheit 19 bzw. 20 aufweist. Die beiden Einheiten 19, 20 sind vorteilhaft gleich ausgebildet, so dass im Folgenden nur die Einheit 20 näher erläutert wird. Sie hat wenigstens ein Heizelement 30, das in der Auslassleitung 29 liegt und dem wenigstens ein Speicher 1 nachgeschaltet ist. Die Temperatur der Flüssigkeit in der Auslassleitung 29 wird durch einen Temperatursensor 31 erfasst, der im Bereich zwischen dem Heizelement 30 und dem Speicher 1 angeordnet und an eine Steuerung/Regelung 32 angeschlossen ist. Der Temperatursensor 31 erzeugt ein Temperatursignal, das der Steuerung 32 zugeführt wird. Sie steuert bzw. regelt das Heizelement 30 bei Bedarf.
Die Flüssigkeit wird durch den Speicher 1 in der anhand der 1 bis 3 beschriebenen Weise geführt. Beim Austritt der Flüssigkeit aus dem Speicher 1 hat sie eine Temperatur von zum Beispiel 21,6°C und eine thermische Stabilität DT_s von zum Beispiel ±2 mK/min.
In gleicher Weise durchläuft die Flüssigkeit 2 in der Auslassleitung 29' das Heizelement 30 und den Speicher 1 in der Einheit 19 des Gerätes 18. Die Flüssigkeit hat beim Austritt aus dem Speicher 1 ebenfalls eine Temperatur von beispielsweise 21,6°C und eine thermische Stabilität DT_s von beispielsweise ±2 mK/min.
Der Einsatz der Speicher 1 gewährleistet somit, dass die beiden Flüssigkeiten 1, 2, die über die Leitungen 21, 21' zugeführt haben, beim Austritt aus den Einheiten 19, 20 des Gerätes 18 gleiche Temperatur und gleiche thermische Stabilität aufweisen, obwohl die Temperatur und die thermische Stabilität der beiden Flüssigkeiten beim Austritt aus den wärmeübertragenden Elementen 23 unterschiedlich ist.
Die beiden Flüssigkeiten 1, 2 werden über die Leitungen 33, 33' der Bearbeitungsstelle 34 zugeführt, an der der Wafer mit den beiden Flüssigkeiten in Kontakt kommt.
Da die Heizelemente 30 zusammen mit dem Speicher 1 sehr geringe Abmessungen haben, verglichen mit einem Wärmeübertrager bei den herkömmlichen Systemen, kann die Bearbeitungsstelle 34 sehr nahe am Gerät 18 vorgesehen werden. Mit einer solchen Einrichtung lässt sich die Temperatur der bei der Belichtung der Wafer eingesetzten Flüssigkeiten mit hoher Genauigkeit steuern, ohne dass die Einrichtung konstruktiv aufwändig ausgebildet sein muss.
Wie die beispielhaft angegebenen Temperaturen und thermischen Stabilitäten zeigen, lassen sich diese Werte der beiden Flüssigkeiten mit sehr hoher Genauigkeit so einstellen, dass an der Bearbeitungsstelle 34 die gewünschten Bedingungen herrschen.
5 zeigt eine bevorzugte Möglichkeit, wie die Temperatur der beiden Flüssigkeiten 1, 2 im Bereich der Bearbeitungsstelle 34 eingestellt werden kann. Die Verfahrensstrategie bei diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, die Temperatur der Flüssigkeiten 1, 2 nach Durchströmen der Einheiten 16, 17 unterhalb der Temperatur zu halten, die die Flüssigkeiten an der Bearbeitungsstelle 34 haben sollen. Die Temperatur wird dementsprechend erst durch die Heizelemente 30 auf die an der Bearbeitungsstelle 34 gewünschte Temperatur erhöht.
Der Vorteil einer solchen Verfahrensstrategie besteht in der geringeren Komplexität des Systems und der hohen Genauigkeit. Es sind insbesondere keine sekundären Kreisläufe zum Heizen und Kühlen der Flüssigkeiten im Lithografiegerät erforderlich.
In 5 ist der Verlauf der Temperatur der Flüssigkeiten 1, 2 gegen die Zeit in den einzelnen Einheiten aufgetragen.
In den Zuführleitungen 21, 21', in denen die Flüssigkeiten 1, 2 zum Einlass der Einheiten 16, 17 gefördert werden, ist der Temperaturverlauf der Flüssigkeiten nicht stabilisiert, so dass sich sehr große Temperaturänderungen ergeben. Sobald die Flüssigkeiten 1, 2 in die Einheiten 16, 17 gelangen, erfolgt eine Angleichung der Temperaturen der Flüssigkeiten 1, 2. Die Temperaturen der beiden Flüssigkeiten 1, 2 werden so eingestellt, dass sie unterhalb der an der Bearbeitungsstelle 34 gewünschten Temperatur liegen. Diese einzustellende Temperatur an der Bearbeitungsstelle 34 liegt im Temperaturfenster 35 (T4 – T1). In diesem Temperaturfenster 35 muss die Temperatur der Flüssigkeiten im Tauchlithografiegerät 18 liegen. Die beiden Flüssigkeiten 1, 2 werden mittels der Auslassleitungen 29, 29' (4) den Einheiten 19, 20 des Gerätes 18 zugeführt. Die Flüssigkeiten werden in den Einheiten 19, 20 durch die Heizelemente 30 erwärmt. Dadurch steigt die Temperatur der Flüssigkeiten 1, 2 an. Die durch die Heizelemente 30 erzeugte Temperaturerhöhung erfolgt im Bereich 36. In diesem Zeitraum wird die Temperatur der beiden Flüssigkeiten 1, 2 bereits so eingestellt, dass deren Mittelwerte innerhalb des Temperaturfensters 35 liegen.
Die Flüssigkeiten durchströmen nach dem Heizelement 30 den Speicher 1. Er bewirkt, dass in dem Zeitfenster 37 die Temperaturschwankungen der beiden Flüssigkeiten weiter geglättet werden. Durch die Wirkung der Speicher 1 erfolgt somit eine Temperaturstabilisierung der Flüssigkeiten 1, 2. Beim Austritt der Flüssigkeiten aus den Einheiten 19, 20 haben die Flüssigkeiten gleiche oder zumindest nahezu gleiche Temperatur, die auch unter Berücksichtigung der zeitlichen Schwankungen innerhalb des engen Spezifikationsbereiches 35 liegt.
In 5 ist der Temperaturbereich T6 – T5 angegeben, der den zulässigen Temperaturbereich bei Verwendung von ultrareinem Wasser in einer Halbleiterfabrik entsprechend den ITRS-Richtlinien angibt. In diesem Temperaturbereich liegen die Temperaturen der beiden Flüssigkeiten 1, 2 bei ihrem Eintritt und bei ihrem Austritt aus den Einheiten 16, 17. Innerhalb dieses Temperaturbereiches befindet sich das sehr schmale Temperaturfenster 35.
Die beschriebene präzise Temperaturregelung lässt sich durch den Heizvorgang sehr einfach durchführen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die präzise Temperaturregelung mittels eines Kühlvorganges durchzuführen. So ist es zum Beispiel möglich, die Flüssigkeiten zunächst über den Sollwert zu erhitzen und danach durch einen Abkühlvorgang die exakte Temperaturregelung vorzunehmen.
Aufgrund der kompakten Gestaltung der Einrichtung können die Wärmeverluste am Übergang von den Einheiten 16, 17 zum Werkzeug 18 gering gehalten werden.
Wie das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, kann durch Einsatz des Speichers 1 die zur Stabilisierung der Temperatur eingesetzte Einrichtung optimal an die spezifischen Einsatzbedingungen angepasst werden. Im Ge rät 18, mit dem das Tauchlithografie-Verfahren durchgeführt wird, sind Wärmeübertrager mit Sekundärkreislauf nicht erforderlich. Der Einsatz solcher Wärmeübertrager kann auf die Einheiten 16, 17 beschränkt werden. Da der Speicher 1 kompakt in seinen Abmessungen ist, kann er sehr nahe an der Bearbeitungsstelle 34 angeordnet werden. Die Einrichtung mit dem Speicher 1 weist eine sehr hohe thermische Wirksamkeit auf und ermöglicht die Kompensation hochfrequenter Instabilitäten. Aufgrund des Speichers 1 können auch größere Flüssigkeitsmengen behandelt werden.
Da der Speicher 1 keine aktiv tätigen Komponenten aufweist und im Werkzeug 18 keine Wärmeübertrager mit Sekundär-Wasserkreisläufen erforderlich sind, kann die gesamte Einrichtung konstruktiv sehr einfach und damit auch kostengünstig gehalten werden.
Anhand der 6 bis 8 wird eine Ausführungsform beschrieben, die grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 entspricht, bei dem jedoch der Einlass 4 und der Auslass 5 im Bodenbereich 8 des Gehäuses 2 und der Auslass 12 im Deckenbereich 3 vorgesehen sind. Das an den Auslass 4 anschließende Tauchrohr 7 verläuft innerhalb des Gehäuses 2 des Speichers 1 axial aufwärts und endet mit geringem Abstand vom Deckenbereich 3. Die Austrittsöffnung 9 des Tauchrohres 7 ist somit gegen die Decke 3 gerichtet. In der an den Auslass 12 anschließenden Auslassleitung 13 sitzt das Auslassventil 14.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 strömt somit die Flüssigkeit über die Zuführleitung 6 und den Einlass 4 im Tauchrohr 7 nach oben und tritt an der Austrittsöffnung 9 aus. An den Auslass 8 schließt die Auslassleitung 10 an.
Die 7 und 8 zeigen eine konkrete Ausführungsform des Speichers gemäß 6. Diese konkrete Ausführungsform gemäß den 7 und 8 entspricht vollständig der Ausführungsform gemäß den 2 bis 3 mit dem einzigen Unterschied, dass der Einlass 4 und der Auslass 5 im Boden 8 und der Auslass 12 in der Decke 3 des Gehäuses 2 des Speichers 1 vorgesehen sind. Das Tauchrohr 7 verläuft in der beschriebenen Weise vom Einlass 4 axial und außermittig innerhalb des Gehäuses 2 aufwärts und endet mit Abstand von der Decke 3 des Gehäuses 2. Im Übrigen ist diese Ausführungsform gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß den 2 und 3. Die anhand der 1 bis 5 beschriebene Wirkungsweise tritt in gleicher Form auch bei der Ausführungsform gemäß den 6 bis 8 auf.

Claims

Einrichtung zur Temperaturstabilisierung von Flüssigkeiten, vorzugsweise von ultrareinem Wasser, bei der Herstellung von Chips, mit mindestens einem Lithografiegerät, das über wenigstens eine Leitung an zumindest eine Behandlungseinheit für die Flüssigkeit angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg der Flüssigkeit wenigstens ein Speicher (1) liegt, der ein Volumen an Flüssigkeit enthält und von der zugeführten Flüssigkeit durchströmt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (1) wenigstens einen Einlass (4) aufweist, an den die Zuführleitung (6, 29, 29') angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Einlass (4) des Speichers (1) ein innerhalb des Speichergehäuses (2) sich erstreckendes Tauchrohr (7) anschließt.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (4) im Deckenbereich (3) oder im Bodenbereich (8) des Speichergehäuses (2) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (7) mit Abstand vom Boden (8)/Deckenbereich (3) des Speichergehäuses (2) endet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Tauchrohr (7) vom Deckenbereich (3) oder Bodenbereich (8) aus über mehr als die halbe Länge des Speichergehäuses (2) erstreckt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (11) des Speichergehäuses (2) frei von Kanten ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (1) mit wenigstens einem Auslass (5) für die Flüssigkeit versehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (5) im Deckenbereich (3) oder im Bodenbereich (8) des Speichergehäuses (2) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (1) innerhalb des Lithografiegerätes (18) angeordnet ist.
Verfahren zur Temperaturstabilisierung von Flüssigkeiten zur Anwendung bei der Herstellung von Chips, insbesondere mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Flüssigkeit, vorzugsweise ultrareines Wasser, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit einem gespeicherten Flüssigkeitsvolumen zugeführt wird, in dem eine wesentliche Verweilzeit der zugeführten Flüssigkeit erreicht wird, dass die zugeführte Flüssigkeit mit dem gespeicherten Flüssigkeitsvolumen gemischt wird, und dass die Flüssigkeit nach dem Mischen entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit nach der Wärmebehandlung mit dem Flüssigkeitsvolumen im Speicher (1) gemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die entnommene Flüssigkeit an den Behandlungsort (34) weitergeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in wenigstens zwei getrennten Strängen zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch Zuführen zum und Mischen mit dem Flüssigkeitsvolumen auf ein schmales Temperaturfenster (35) eingestellt wird.