DE19737849A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beheizen eines flüssigen oder zähflüssigen Poliermittels sowie Vorrichtung zum Polieren von Wafern - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Beheizen eines flüssigen oder zähflüssigen Poliermittels sowie Vorrichtung zum Polieren von WafernInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein
Verfahren zum Beheizen eines flüssigen oder zähflüssigen
Mediums, insbesondere eines Poliermittels für das chemisch
mechanische Polieren. Weiterhin betrifft die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Polieren, insbesondere zum
chemisch mechanischen Polieren von Wafern.
Beim chemisch mechanischen Polieren (CMP) hat je nach Stärke
der chemischen Komponente des Polierprozesses die Temperatur
während des Polierens einen entscheidenden Einfluß auf das
Prozeßergebnis. Dabei wird die Prozeßtemperatur - das heißt
die Temperatur auf der zu polierenden Seite des Wafers
während des Poliervorgangs - im wesentlichen durch drei
Wärmebeiträge beeinflußt: 1) die während des Polierprozesses
auftretende Reibungswärme; 2) die Heizung des Poliertisches;
und 3) die Temperatur des Poliermittels (Slurry).
Auf die während des Polierprozesses entstehende Reibungswärme
kann nur bedingt Einfluß genommen werden, da der Polierdruck
und die Tisch- sowie Carrierdrehzahlen allgemein anderen
prozeßtechnischen Voraussetzungen unterliegen. Eine Heizung
für den Poliertisch ist üblicherweise in den Vorrichtungen
zum Polieren vorhanden.
Eine gezielte, definierte Einstellung der Poliermittel-
Temperatur ist bisher nicht vorgenommen worden. Sofern das
Poliermittel überhaupt temperiert wird, geschieht dies auf
eine Art und Weise, daß die Leitung für das Poliermittel
durch die Heizeinrichtung, die für die Poliertisch-
Temperierung zuständig ist, hindurch geführt wird. Eine
solche Beheizung hat jedoch den Nachteil, daß keine
unabhängige Beheizung des Poliermittels und des Poliertischs
möglich ist.
Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung wird die Leitung für
das Poliermittel mit einer Heizwendel umwickelt. Dies hat
jedoch den Nachteil, daß die Heizwendel im Vergleich zur
gewünschten Poliermittel-Temperatur mit sehr hohen
Temperaturen arbeitet, um schnell auf Temperaturschwankungen
reagieren zu können. Dies kann jedoch lokal zu sehr hohen
Temperaturen im Poliermittel und somit zu einer Degradation
des Poliermittels führen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung somit die
Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik genannten
Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Beheizen eines flüssigen oder
zähflüssigen Mediums geschaffen werden, bei der/dem eine
definierte und von anderen Prozeßparametern unabhängige
Einstellung der Poliermittel-Temperatur möglich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung soll
eine Vorrichtung zum Polieren von Wafern bereitgestellt
werden, mit der unter Vermeidung der obigen Nachteile ein
einfaches und zufriedenstellendes Polieren der Wafer
ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine
Vorrichtung zum Beheizen eines flüssigen oder zähflüssigen
Mediums, insbesondere eines Poliermittels für das chemisch
mechanische Polieren, mit einer Leitung für das zu beheizende
Medium sowie einer Heizeinrichtung für das Medium, wobei die
Heizeinrichtung als Wärmetauscher ausgebildet ist, der in der
Leitung für das zu beheizende Medium angeordnet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Beheiz-Vorrichtung wird ermöglicht,
daß das Poliermittel immer mit einer genau definierten und
konstanten Temperatur für den Polierprozeß bereitgestellt
werden kann, praktisch unabhängig von dem Umstand, daß das
Poliermittel bedingt durch den Polierzyklus mit Belade-,
Polier- und Entladephase nicht kontinuierlich entnommen wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beheiz-
Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der
Wärmetauscher von einem Heizmittel, vorteilhaft von einem
Glykol-Wasser-Gemisch oder deionisiertem Wasser durchströmt
sein, wobei die Wahl des Heizmittels nicht auf diese beiden
Varianten beschränkt ist. Die Temperatur des Heizmittels wird
vorteilhaft über einen Heizregler auf einen Wert von 30 bis
90°C, vorzugsweise von 45 bis 70°C und ganz besonders
bevorzugt auf einen Wert von 55 bis 60°C eingestellt. Der
Heizregler ist vorteilhaft ein Thermostat und hat
beispielsweise eine Leistung von ungefähr 3 kW. Das
Transportieren des Heizmittels aus einem dafür vorgesehenen
Tank in den Wärmetauscher kann beispielsweise durch eine
Pumpe unterstützt werden, die eine Leistung von ungefähr 24 l/min
haben kann. Sofern der Heizregler für das Heizmittel im
Heizmitteltank angeordnet ist, hat diese Anordnung den
Vorteil, daß die Temperatur des im Wärmetauscher befindlichen
Heizmittels nahezu derjenigen Heizmittel-Temperatur im
Heizmitteltank entspricht, der Heizmitteltank jedoch räumlich
vom Wärmetauscher getrennt angeordnet werden kann. Allerdings
kann der Heizregler auch direkt in dem Wärmetauscher
angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung kann die Leitung für das zu
beheizende Medium einen Leitungsbereich, der mit einem Tank
für das zu beheizende Medium verbunden ist sowie einen
Leitungsbereich, der mit einem Verteiler verbunden ist,
aufweisen. Vorteilhaft ist der letztgenannte Leitungsbereich
im Vergleich zum erstgenannten Leitungsbereich kurz
ausgebildet. Das heißt, daß der Wärmetauscher der
erfindungsgemäßen Beheiz-Vorrichtung im direkten
Umgebungsbereich des Verteilers angeordnet ist. Durch die
geringe Leitungslänge wird sichergestellt, daß sich das
Medium nach Austritt aus dem Wärmetauscher und bis zum
Eintritt in den Verteiler nicht sonderlich abkühlen kann.
Somit wird die definierte Einstellbarkeit der Temperatur des
Mediums - beispielsweise des Poliermittels- weiter erhöht.
In bevorzugter Ausgestaltung weist der Wärmetauscher einen
Leitungsabschnitt auf, der von dem Heizmittel umspült ist.
Der Leitungsabschnitt ist vorteilhaft mit den beiden
Leitungsbereichen der Leitung für das zu beheizende Medium
verbunden. Der Leitungsabschnitt kann beispielsweise ein
Spiralschlauch sein, jedoch sind auch andere Ausgestaltungen
denkbar.
Erfindungsgemäß kann der Wärmetauscher eingangsseitig einen
Deckel mit Einlaßöffnungen aufweisen. Beispielsweise sind
zwei Einlaßöffnungen für die Heizmittel-Leitung sowie den
entsprechenden Leitungsbereich der Leitung für das zu
beheizende Medium (Poliermittel) vorgesehen. Weiterhin kann
der Wärmetauscher ausgangsseitig einen Deckel mit
Auslaßöffnungen aufweisen. Wiederum können zwei
Auslaßöffnungen für die im Hinblick auf die Eingangsöffnungen
genannten Leitungen vorgesehen sein. Schließlich kann der
Wärmetauscher ein Medienrohr sowie wenigstens eine
Begrenzungsstange aufweisen. Die Begrenzungsstange dient dem
Zweck, den Leitungsabschnitt innerhalb des Wärmetauschers in
einer genau definierten Lage zu halten, so daß der
Leitungsabschnitt gleichmäßig von allen Seiten mit Heizmittel
umspült und das darin befindliche zu beheizende Medium auf
eine gleichmäßige definierte Temperatur erwärmt wird.
Vorteilhaft können die Deckel einen Außendurchmesser von
ungefähr 126 mm und eine maximale Dicke im Bereich der
Öffnungen von 15 mm aufweisen. Der Wärmetauscher hat in
beispielhafter Ausgestaltung eine Länge von 510 bis 540 mm.
In weiterer Ausgestaltung kann die Durchflußrate des zu
beheizenden Mediums in den einzelnen Leitungsbereichen
und/oder im Leitungsabschnitt des Wärmetauschers im Bereich
von 100 bis 1000 ml/min liegen. Bevorzugte Durchflußraten
liegen beispielsweise bei 150 ml/min, 200 ml/min und 250 ml/min.
Vorteilhaft können die einzelnen Elemente des Wärmetauschers
aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff auf
Polyurethan-Basis gebildet sein. Jedoch ist die Erfindung
nicht auf die Verwendung dieser Materialien beschränkt.
Vielmehr kann jedes Material verwendet werden, das eine
geeignete Wärmeleitfähigkeit, chemische Beständigkeit
gegenüber dem zu erwärmenden Medium und
Temperaturbeständigkeit aufweist. Insbesondere können solche
Materialien verwendet werden, die darüber hinaus kompatibel
mit den Reinheits- und Kontaminationsanforderungen der
Halbleiterindustrie sind.
Erfindungsgemäß kann der Innendurchmesser der
Leitungsbereiche und/oder des Leitungsabschnitts 5 bis 8 mm,
vorzugsweise ungefähr 6.4 mm betragen.
In weiterer Ausgestaltung kann der zum Wärmetauscher hin
und/oder der von diesem weg führende Leitungsbereich der
Leitung für das zu beheizende Medium zusätzlich thermisch
isoliert sein. Insbesondere durch die zusätzliche Isolierung
des vom Wärmetauscher zum Verteiler führenden
Leitungsbereichs wird die genaue Einstellbarkeit der
Temperatur des Mediums weiter erhöht.
Durch die erfindungsgemäße und wie vorstehend beschriebene
Beheiz-Vorrichtung wird erreicht, daß die Temperatur des zu
beheizenden Mediums - beispielsweise eines Poliermittels -
unabhängig von anderen Prozeßparametern und genau definiert
eingestellt werden kann. Dies ergibt sich unter anderem aus
der Tatsache, daß der Wärmetauscher in unmittelbarer Umgebung
zum Verteiler angeordnet ist. Somit wird eine Abkühlung des
Mediums nach Austritt aus dem Wärmetauscher verhindert. Eine
zusätzliche Minimierung des Wärmeverlusts kann durch die
zusätzliche thermische Isolation der Leitungen erreicht
werden. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Anordnung
des Wärmetauschers die Menge des Poliermittels und die
Zeitdauer, für die das Poliermittel erhöhte Temperatur
aufweist, auf ein Minimum begrenzt werden. Dadurch wird eine
Degradation des Poliermittels vermieden.
Die erforderliche Dimensionierung des Wärmetauschers läßt
sich durch die nachfolgend aufgeführten Formeln bestimmen.
Die notwendige Heizleistung errechnet sich nach der Formel
= cpρ (Tout - Tin) + Verlustleistung (1).
Die Temperatur nach dem Leitungsabschnitt 1 im Wärmetauscher
ergibt sich aus
mit
Dabei bedeuten TBad die Temperatur des Heizmittels, Tin die
Eingangstemperatur des zu beheizenden Mediums am
Wärmetauscher, Tout die Ausgangstemperatur des beheizten
Mediums beim Austritt aus dem Wärmetauscher, cp die
Wärmekapazität des zu beheizenden Mediums, ρ die Dichte des
zu beheizenden Mediums, λ die Wärmeleitfähigkeit des
Leitungsmaterials des Leitungsabschnitts, ra den Außenradius
des Leitungsabschnitts, ri den Innenradius des
Leitungsabschnitts und die Durchflußrate des zu beheizenden
Mediums.
Die notwendige Länge des im Wärmetauscher befindlichen
Leitungsabschnitts bei gewünschter Ausgangstemperatur des
Mediums Tout am Ausgang des Wärmetauschers ergibt sich nach
entsprechender Umformung der Gleichung (2) nach der Länge l
zu
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Vorrichtung zum Polieren bereitgestellt, insbesondere
zum chemisch mechanischen Polieren von Wafern, mit einem
Poliertisch, wobei ein Poliermittel über einen Verteiler auf
dem Poliertisch aufgebracht wird, das erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, daß das Poliermittel am Verteiler eine
definiert eingestellte Temperatur aufweist und daß zur
Einstellung der Poliermitteltemperatur eine wie vorstehend
beschriebene erfindungsgemäße Beheiz-Vorrichtung verwendet
wird.
Durch eine solche Vorrichtung wird erreicht, daß
Temperaturschwankungen im Poliermittel auch bei nicht
kontinuierlicher Entnahme minimiert werden können. Dadurch
können Polierprozesse optimal durchgeführt werden. Da ein
wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch
die ebenfalls erfindungsgemäße Beheiz-Vorrichtung gebildet
wird, wird an dieser Stelle auf die im Zusammenhang mit der
Beheiz-Vorrichtung beschriebenen Vorteile, Wirkungen, Effekte
und Funktionen ausdrücklich bezug genommen und verwiesen.
In besonderer Ausgestaltung kann die Beheiz-Vorrichtung, und
hier insbesondere der Wärmetauscher, im Umgebungsbereich des
Verteilers angeordnet sein. Dadurch können neben den im
Hinblick auf die Beheiz-Vorrichtung geschilderten Vorteilen
insbesondere die Wärmeverluste innerhalb des vom
Wärmetauscher zum Verteiler führenden Leitungsbereichs
reduziert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung liegt die Temperatur des
Poliermittels am Verteiler im Bereich zwischen 20 und 80°C.
Erfindungsgemäß kann der Poliertisch über eine von der
Beheiz-Vorrichtung unabhängigen Heizeinrichtung beheizt sein.
Dadurch läßt sich die Prozeßtemperatur während des Polierens
der Wafer noch genauer einstellen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren bereitgestellt zum Beheizen eines flüssigen
oder zähflüssigen Mediums, insbesondere eines Poliermittels
für das chemisch mechanische Polieren, insbesondere unter
Verwendung einer erfindungsgemäßen Beheiz-Vorrichtung in
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Polieren von Wafern.
Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: 1)
Einleiten eines über einen Heizregler erhitzten Heizmittels
in einen Wärmetauscher; 2) Durchleiten des zu beheizenden
Mediums durch das erhitzte Heizmittel im Wärmetauscher; und
3) Abgeben des beheizten Mediums aus dem Wärmetauscher an
einen Verteiler im Umgebungsbereich des Verteilers.
Dadurch werden die in bezug auf die erfindungsgemäße Beheiz-
Vorrichtung und Polier-Vorrichtung erzielten Vorteile,
Wirkungen, Effekte und Funktionen erzielt, so daß an dieser
Stelle auf die vorstehende Beschreibung zu diesen
Erfindungsaspekten ausdrücklich Bezug genommen und verwiesen
wird.
Erfindungsgemäß kann die Temperatur des Heizmittels auf eine
Temperatur im Bereich von 30 bis 90°C, vorzugsweise 45 bis
70°C, vorzugsweise 55 bis 60°C eingestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung kann das zu beheizende Medium mit
einer Durchflußrate von 100 bis 1000 ml/min durch den
Wärmetauscher geführt werden.
Schließlich kann das zu beheizende Medium bei der Abgabe aus
dem Wärmetauscher an den Verteiler vorteilhaft eine
Temperatur von 20 bis 80°C aufweisen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und
unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung in
exemplarischer Weise näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Beheiz-Vorrichtung;
Fig. 2 eine stark schematisierte Querschnittsansicht des
Wärmetauschers der erfindungsgemäßen Beheiz-Vorrichtung; und
Fig. 3 eine detaillierte Querschnittsansicht des
Wärmetauschers gemäß Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine Beheiz-Vorrichtung 10 zum Beheizen eines
Poliermittels für das chemisch mechanische Polieren
dargestellt. Die Beheiz-Vorrichtung 10 besteht im allgemeinen
aus einem Heizmitteltank 11, in dem ein Heizmittel 16 über
einen Heizregler 12 erhitzt werden kann. Der Heizmitteltank
11 ist über eine Leitung 13, in der zusätzlich eine Pumpe 15
angeordnet ist, mit einem Wärmetauscher 30 an dessen
Eingangsseite verbunden. An der Ausgangsseite des
Wärmetauschers 30 ist eine weitere Leitung 14 für das
Heizmittel 16 vorgesehen, über die das Heizmittel 16 nach
Verlassen des Wärmetauschers 30 zur erneuten Erwärmung in den
Heizmitteltank zurückgeführt wird.
Der Wärmetauscher 30 weist weiterhin einen Leitungsabschnitt
40 auf, der vom Heizmittel im Wärmetauscher 30 umspült ist
und der eingangsseitig mit einem Leitungsbereich 20a und
ausgangsseitig mit einem Leitungsbereich 20b einer Leitung 20
verbunden ist. Durch die Leitung 20 wird das zu beheizende
Poliermittel von einem Poliermitteltank (nicht dargestellt)
durch den Wärmetauscher 30 zu einem Verteiler 25 in einer
Polier-Vorrichtung (nicht dargestellt) geleitet und dabei im
Wärmetauscher 30 erwärmt.
Der prinzipielle Aufbau des Wärmetauschers 30 ist aus Fig. 2
ersichtlich. Der Wärmetauscher 30 weist einen Deckel 31 mit
zwei Einlaßöffnungen 32, 33 für die Leitungen 13 und 20a auf.
Ausgangsseitig ist ebenfalls ein Deckel 34 mit zwei
Auslaßöffnungen 35, 36 für die Leitungen 14 und 20b
vorgesehen. Zwischen den Deckeln ist ein Medienrohr 37
vorgesehen. Die Deckel 31, 34 sind mit dem Medienrohr 37
verschweißt und bilden somit einen geschlossenen Behälter zur
Aufnahme des Heizmittels 16.
Wie sich weiterhin aus Fig. 3 ergibt, ist innerhalb des
Medienrohrs 37 des Wärmetauschers 30 der spiralförmig
ausgebildete Leitungsabschnitt 40 vorgesehen. Der
Leitungsabschnitt 40 wird über drei Begrenzungsstangen 38 in
einer definierten Position innerhalb des Medienrohrs 37
gehalten. Dadurch wird sichergestellt, daß der
Leitungsabschnitt 40 an allen Stellen kontinuierlich und
gleichmäßig vom Heizmittel 16 umspült wird.
Der Leitungsabschnitt 40 ist jeweils über ein
Verbindungselement 41 und einen Verbindungsflansch 42 mit dem
Leitungsbereich 20a und 20b der Leitung 20 verbunden. Die
Verbindung der Heizmittelleitungen 13 und 14 mit dem
Wärmetauscher 30 erfolgt über einen Einlaßstutzen 43 sowie
einen Auslaßstutzen 44.
Nachfolgend wird nun die Funktionsweise der Beheiz-
Vorrichtung 10 beschrieben.
Die Beheiz-Vorrichtung 10 wird beispielsweise verwendet, wenn
in einer Polier-Vorrichtung Wafer mittels eines Poliermittels
poliert werden sollen. Die dazu verwendete Polierplatte kann
zur definierten Einstellung der Prozeßtemperatur beheizt
sein. Das zu verwendende Poliermittel wird über einen
Verteiler 25 in die Polier-Vorrichtung eingespeist. Die
vorteilhafte Erwärmung des Poliermittels, wodurch der
Polierprozeß weiter optimiert werden kann, wird durch die
Beheiz-Vorrichtung 10 ermöglicht.
Ein wesentliches Element der Beheiz-Vorrichtung 10 ist der
Wärmetauscher 30. In den Wärmetauscher 30 wird zunächst ein
Heizmittel 16 eingeleitet, das außerhalb des Wärmetauschers
30 in einem Heizmitteltank 11 auf eine Temperatur von 30 bis
90°, bevorzugt auf eine Temperatur von 55 bis 60° erwärmt
wird. Als Heizmittel wird im vorliegenden Fall ein Wasser-
Glykol-Gemisch verwendet. Die Erwärmung erfolgt mittels eines
Heizreglers 12, der im Ausführungsbeispiel in Form eines
Thermostaten mit einer Leistung von 3 kW ausgebildet ist. Das
so erhitzte Heizmittel wird über die Leitung 13 und den
Einlaßstutzen 43 in den Wärmetauscher 30 eingespeist. Um eine
dauerhafte Zirkulation des Heizmittels 16 durch den
Wärmetauscher 30 zu ermöglichen, wodurch in diesem eine
konstante Heizmitteltemperatur eingestellt werden kann, ist
der Wärmetauscher ausgangsseitig über den Auslaßstutzen 44
mit einer Heizmittel-Leitung 14 verbunden, die das
austretende Heizmittel zur erneuten Erwärmung zurück in den
Heizmitteltank 11 führt. Die kontinuierliche Zirkulation des
Heizmittels wird über eine Pumpe 15 erreicht, die im
vorliegenden Fall eine Förderleistung von 24 l/min hat.
Zur Erwärmung des Poliermittels wird dieses zunächst aus
einem Poliermitteltank (nicht dargestellt) in den
Leitungsbereich 20a der Leitung 20 eingespeist. Der
Leitungsbereich 20a ist über das Verbindungselement 41 und
den Verbindungsflansch 42 mit dem Leitungsabschnitt 40
verbunden. Dieser befindet sich mit spiralförmiger Ausbildung
innerhalb des Medienrohrs 37 des Wärmetauschers 30 und wird
von allen Seiten gleichmäßig mit dem erhitzten Heizmittel
umspült. Beim spiralförmigen Durchlaufen des
Leitungsabschnitts 40 wird das Poliermittel auf die
gewünschte Temperatur erwärmt.
Ausgangsseitig ist der Leitungsabschnitt 40 über das
Verbindungselement 41 und den Verbindungsflansch 42 mit dem
Leitungsbereich 20b und über diesen mit dem Verteiler 25
verbunden.
Die am Ausgang des Wärmetauschers 30 erreichte
Poliermitteltemperatur ist somit abhängig von der im Wasser-
Glykol-Kreislauf eingestellten Temperatur und der für das
Poliermittel eingestellten Durchflußrate. Diese liegt
vorteilhaft bei 150 ml/min, 200 ml/min oder 250 ml/min. Das
Poliermittel unmittelbar hinter dem Wärmetauscher 30 kann
maximal die Temperatur des Wasser-Glykol-Gemischs annehmen.
Nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 30 und vor dem
Eintritt in den Verteiler 25 kühlt das Poliermittel im
Leitungsbereich 20b geringfügig ab. Eine derartige Abkühlung
kann jedoch reduziert werden, indem die Länge des
Leitungsbereichs 20b möglichst kurz gehalten wird. Durch die
damit verbundene Anordnung des Wärmetauschers im
unmittelbaren Umgebungsbereich des Verteilers 25 wird die
Möglichkeit einer Abkühlung des Poliermittels stark
reduziert. Zusätzlich kann der Leitungsbereich 20b weiter
thermisch isoliert werden, wodurch die Abkühlung noch mehr
reduziert wird.
Das erhitzte Poliermittel kann nach dem Eintritt durch den
Verteiler 25 in die Polier-Vorrichtung zum Polieren der Wafer
verwendet werden.
Bei der Einstellung der geeigneten Poliermittel-Temperatur
für den Polierprozeß müssen die folgenden Effekte im Hinblick
auf die Beheiz-Vorrichtung 10 berücksichtigt werden. Das
Poliermittel kühlt auf dem Weg vom Wärmetauscher 30 zum
Verteiler 25 geringfügig ab. Dies führt dazu, daß die
Poliermittel-Temperatur am Verteiler 25 geringer ist als
unmittelbar hinter dem Wärmetauscher 30. Deshalb muß die
Temperatur des Poliermittels beim Austritt aus dem
Wärmetauscher 30 so eingestellt werden, daß sie etwas höher
liegt als die gewünschte Temperatur des Poliermittels.
Zusätzlich tritt der Effekt auf, daß bei Nichtentnahme von
Poliermittel das hinter dem Wärmetauscher 30 im
Leitungsbereich 20b stehende Poliermittel deutlich abkühlt.
Mit Beginn der Poliermittel-Entnahme muß erst das abgekühlte
Poliermittel aus dem Leitungsbereich 20b abgepumpt werden,
bis sich nach einiger Zeit die gewünschte Temperatur
einstellt. Da der Leitungsbereich 20b jedoch kurz gewählt
wird und vorteilhaft zusätzlich thermisch isoliert ist, sind
die Verluste an nicht brauchbarem Poliermittel gering.
Weiterhin stellen sich die gewünschten Temperaturen bereits
kurz nach Beginn der Poliermittelentnahme ein, so daß auch
keinerlei größere Zeitverzögerungen während des
Polierprozesses auftreten können.
Nachfolgend wird nun ein konkretes Beispiel für eine gemäß
den Formeln (1) bis (4) vorgenommene Dimensionierung der
Beheiz-Vorrichtung 10 beschrieben.
Die Temperatur des Heizmittels TBad wurde auf einen Wert von
55°C eingestellt. Die Eingangstemperatur des zu beheizenden
Mediums am Wärmetauscher 30 - das heißt im Leitungsbereich
20a - Tin betrug 20°C. Die Ausgangstemperatur des beheizten
Mediums beim Austritt aus dem Wärmetauscher 30 in den
Leitungsbereich 20b Tout betrug 50°C. Als Wärmekapazität wurde
die Wärmekapazität von Wasser bei 20°C angesetzt, also cp
gleich 4180 J/kgK. Ebenso wurde als Dichte ρ die Dichte von
Wasser mit einem Wert von 1000 kg/m3 angenommen. Die
Wärmeleitfähigkeit λ hatte einen Wert von 0.19 W/mK, wobei
als Leitungsabschnitt ein PVA-Kunststoffrohr verwendet wurde.
Der Leitungsabschnitt hatte einen Außenradius ra von 8 mm und
einen Innenradius ri von 6.4 mm. Die Durchflußrate ΔV/Δt des
Poliermittels betrug 250 ml/min.
Basierend auf diesen Werten wurde unter Verwendung der
Formeln (1) bis (4) eine Heizleistung von etwa 520 W sowie
eine notwendige Länge l des Leitungsabschnitts von 6.56 m
errechnet.
Schließlich wurde durch eine Reihe von Experimenten
untersucht, wie weit sich die Poliermittel-Temperaturen beim
Austritt aus dem Wärmetauscher 30 von den Temperaturen des
den Leitungsabschnitt 40 umspülenden Heizmittels 16
unterscheiden. Die Versuche wurden bei verschiedenen
Heizmitteltemperaturen und Durchflußraten durchgeführt. Die
Ergebnisse ergeben sich aus der folgenden Tabelle 1.
Wie aus den Resultaten von Tabelle 1 ersichtlich ist, weisen
die Poliermittel-Temperaturen bei den verschiedenen
Heizmittel-Temperaturen jeweils einen etwas darunter
liegenden Wert auf. Jedoch ist der Wert bei den verschiedenen
Durchflußraten jeweils in etwa konstant. Deshalb kann der
gewünschte Poliermittel-Temperaturwert durch eine
entsprechend höhere Einstellung des Heizmittel-
Temperaturwerts genau eingestellt werden.
Claims (17)
1. Vorrichtung zum Beheizen eines flüssigen oder zähflüssigen
Mediums, insbesondere eines Poliermittels für das chemisch
mechanische Polieren, mit einer Leitung für das zu
beheizende Medium sowie einer Heizeinrichtung für das
Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung
als Wärmetauscher (30) ausgebildet ist, der in der Leitung
(20) für das zu beheizende Medium angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wärmetauscher (30) von einem Heizmittel (16),
vorzugsweise von einem Wasser-Glykol-Gemisch durchströmt
wird und daß die Temperatur des Heizmittels (16) über
einen Heizregler (12) auf einen Wert von 30 bis 90°C;
vorzugsweise 45 bis 70°C, vorzugsweise 55 bis 60°C
eingestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leitung (20) einen Leitungsbereich
(20a), der mit einem Tank für das zu beheizende Medium
verbunden ist, und einen Leitungsbereich (20b), der mit
einem Verteiler (25) verbunden ist, aufweist und daß der
Leitungsbereich (20b) im Vergleich zum Leitungsbereich
(20a) kurz ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (30) einen
Leitungsabschnitt (40) aufweist, der von dem Heizmittel
(16) umspült ist und daß der Leitungsabschnitt (40) mit
den Leitungsbereichen (20a, 20b) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (30) eingangsseitig
einen Deckel (31) mit Einlaßöffnungen (32, 33),
ausgangsseitig einen Deckel (34) mit Auslaßöffnungen (35,
36), ein zwischen den Deckeln (31, 34) angeordnetes
Medienrohr (37) sowie wenigstens eine Begrenzungsstange
(38) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elemente (31, 34, 37, 40) des
Wärmetauschers (30) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus
einem Kunststoff auf Polyurethan-Basis gebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Durchflußrate des zu beheizenden
Mediums in den Leitungsbereichen (20a, 20b) und/oder im
Leitungsabschnitt (40) im Bereich zwischen 100 und 1000 ml/min
eingestellt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der
Leitungsbereiche (20a, 20b) und/oder des
Leitungsabschnitts (40) 5 bis 8 mm, vorzugsweise 6.4 mm
beträgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Leitungsbereich (20a) und/oder der
Leitungsbereich (20b) zusätzlich thermisch isoliert ist.
10. Vorrichtung zum Polieren, insbesondere zum chemisch
mechanischen Polieren von Wafern, mit einem Poliertisch,
auf dem der zu polierende Wafer angeordnet ist, und einem
Verteiler (25), über den ein Poliermittel auf dem
Poliertisch aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Poliermittel am Verteiler (25) eine definiert
eingestellte Temperatur aufweist und daß zur Einstellung
der Poliermittel-Temperatur eine Beheiz-Vorrichtung nach
einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beheiz-Vorrichtung (10) im Umgebungsbereich des
Verteilers (25) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur des Poliermittels am
Verteiler (25) im Bereich zwischen 20 und 80°C liegt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Poliertisch über eine von der
Beheiz-Vorrichtung (10) unabhängige Heizvorrichtung
beheizt ist.
14. Verfahren zum Beheizen eines flüssigen oder zähflüssigen
Mediums, insbesondere eines Poliermittels für das chemisch
mechanische Polieren, insbesondere unter Verwendung einer
Beheiz-Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9
in einer Vorrichtung zum Polieren von Wafern nach einem
der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch folgende
Schritte: a) Einleiten eines über einen Heizregler (12)
erhitzten Heizmittels (16) in einen Wärmetauscher (30); b)
Durchleiten des zu beheizenden Mediums durch das erhitzte
Heizmittel (16) im Wärmetauscher (30); und c) Abgeben des
beheizten Mediums aus dem Wärmetauscher (30) an einen
Verteiler (25) im Umgebungsbereich des Verteilers (25).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur des Heizmittels (16) auf eine Temperatur im
Bereich von 30 bis 90°C, vorzugsweise 45 bis 70°C,
vorzugsweise 55 bis 60°C eingestellt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu beheizende Medium mit einer
Durchflußrate von 100 bis 1000 ml/min durch den
Wärmetauscher (30) geleitet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu beheizende Medium bei der
Abgabe aus dem Wärmetauscher (30) in den Verteiler (25)
eine Temperatur von 20 bis 80°C aufweist.
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