DE19961088C2 - Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien - Google Patents
Vorrichtung zum Mischen von ChemikalienInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien
gemäß Patentanspruch 1.
Ätzprozesse werden eingesetzt zum Entfernen abgeschiedener Schichten, die freigelegt sind,
ohne dass sie mit Fotoresist bedeckt sind. Eine chemische Reaktion oder eine physikalische
Reaktion wird zum Entfernen der Schicht während des Ätzprozesses eingesetzt. Nach dem Ätzen
wird ein Muster des Fotoresists auf die Schicht übertragen. In einem Prozeß zur Bildung eines
MOS oder CMOS-Elements kann die Schicht beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid,
Polysilizium, Metall oder dotiertes Siliziumdioxid, beispielsweise BPSG und BSG enthalten.
Diese Materialien, die zur Bildung von Halbleiterelementen eingesetzt werden, werden
üblicherweise Abscheidungsprozessen, Fotolithographieprozessen sowie Ätzprozessen
unterzogen.
Nassätzen ist die jüngste Technik, die zum Entfernen abgeschiedener Schichten eingesetzt wird.
Beim Nassätzen wird eine Lösung als Ätzmittel verwendet, die mit der Schicht reagiert und die
Schicht, die reagiert hat, wird in der Lösung aufgelöst. Einer der Vorteile des Nassätzverfahrens
ist eine einfache und schnelle Fertigung von Halbleiterelementen.
Um eine BSG-Schicht zu ätzen wird ein Ätzmittel benötigt, das eine hohe Ätzselektivität für
BSG hinsichtlich Siliziumdioxid aufweist, um den Effekt der Unterätzung zu vermeiden. Ein
Gemisch, das Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure (HF) enthält, wird als Ätzmittel
eingesetzt. Das Mischen von Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure führt zu einer stark
exothermen chemischen Reaktion, so dass die Reihenfolge, in der die einzelnen Komponenten
des Ätzmittels zusammengeführt werden und ein sicheres Mischverhältnis einer sorgfältigen
Beobachtung unterzogen werden müssen.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer üblichen Mischvorrichtung 10. Die Mischvorrichtung
10 enthält einen Mischbehälter 100, ein erstes Leitungsrohr 102 zum Transportieren von
Schwefelsäure, ein zweites Leitungsrohr 104 zum Transportieren von Fluorwasserstoffsäure und
Sensoren 106, 108, 110. Die Sensoren enthalten einen ersten Sensor 106, einen zweiten Sensor
108 und einen Alarmsensor 110, die jeweils an einer Seitenwand des Mischbehälters 100
angebracht sind. Der erste Sensor 106 ist unterhalb des zweiten Sensors 108 angeordnet und der
Alarmsensor 110 ist über dem zweiten Sensor 108 angeordnet. Wenn der Pegel der Lösung in
dem Mischbehälter 100 einen der Sensoren 106, 108, 110 erreicht, werden die entsprechenden
Sensoren 106, 108, 110 aktiviert.
Während ein Ätzprozess zum Entfernen von BSG durchgeführt wird, müssen die Schwefelsäure
und die Fluorwasserstoffsäure vollständig in dem Mischbehälter 100 gemischt werden. Ein erster
Schritt des Mischens besteht darin, dass die Schwefelsäure durch das erste Leitungsrohr 102 in
den Mischbehälter 100 befördert wird, solange bis der erste Sensor 106 aktiviert wird. Dann wird
eine bestimmte Menge von Fluorwasserstoffsäure durch das zweite Leitungsrohr 104 dem
Mischbehälter 100 zugeführt. Schließlich wird wieder Schwefelsäure dem Mischbehälter 100
zugeführt, bis der zweite Sensor 108 aktiviert wird.
Die Reaktion der Schwefelsäure mit der Fluorwasserstoffsäure ist ziemlich stark, so dass die
Geschwindigkeit der Zuführung der Fluorwasserstoffsäure zu der Schwefelsäure und die
Geschwindigkeit der erneuten Zuführung der Schwefelsäure sehr gering sein muß. Wie in Fig. 1
gezeigt ist, ist das zweite Leitungsrohr 104 über der Mitte des Mischbehälters 100 angebracht, so
dass die dem Mischbehälter 100 zugeführte Fluorwasserstoffsäure sich im wesentlichen in der
Mitte des Mischbehälters 100 zentralisieren kann. In dem üblichen Mischbehälter 100 ist kein
Flüssigkeitskreislauf vorgesehen. Somit ist das Mischen abhängig von der Diffusion, so dass eine
lange Zeitdauer benötigt wird, um ein gründliches Mischen zu erreichen. In den meisten Fällen
werden 24 Stunden zum Mischen benötigt. Manchmal ist selbst nach 24 Stunden der
Mischvorgang noch nicht vollständig beendet, was zu einer instabilen Ätzrate im Rahmen des
Ätzprozesses und zu einer ungleichmäßig geätzten BSG-Schicht führt. Dies zeigt, dass der
Ätzprozess schwierig zu steuern ist.
Weiterhin ist anzumerken, dass eine Öffnung zum Zuführen der Chemikalien über dem
Alarmsensor 110 positioniert ist und relativ weit von dem Boden des Mischbehälters 100 entfernt
ist. Wenn Schwefelsäure oder Fluorwasserstoffsäure dem Mischbehälter zugeführt wird, fließen
die Chemikalien entlang der Richtungen, die in Fig. 1 durch Pfeile symbolisiert sind. Somit
entsteht ein unkontrolliertes Spritzen der Chemikalien, was zum Bilden einer großen Menge
chemischer Dämpfe und eine erhebliche Zerstäubung chemischer Tropfen bedeutet. Die große
Menge chemischer Dämpfe und die zerstäubten chemischen Tropfen gelangen leicht auf den
Alarmsensor 110, was zu einer Fehlermeldung in der Mischvorrichtung führen kann. Die
Fehlermeldung kann weiterhin dazu führen, dass das Zuführen der Chemikalien unterbrochen
wird, obwohl der Mischprozess noch nicht beendet worden ist. Der Fehlalarm führt zum
Stillstand des Mischprozesses, so dass die für das Mischen benötigte Zeit weiter erhöht wird.
Die DE-AS 11 17 085 beschreibt eine andere Vorrichtung zum Homogenisieren einer flüssigen
Mischung, bei der der Flüssigkeitseintritt in den Behälter über ein einziges Zuflussrohr und über
konische Düsen des sich daran anschließenden Zuflussrohres bewirkt wird. Die aus den Düsen
austretenden Strahlen sind auf ein Ablenkorgan gerichtet, welches die Flüssigkeitsströme richtet.
Auch bei dieser Vorrichtung wird ein unkontrolliertes Spritzen erzeugt.
Eine Variante davon wird in der EP 05 70 335 A1 beschrieben, in der eine Vorrichtung zum
Beimischen einer schüttbaren Komponente zu einer flüssigen Grundmasse offenbart wird, bei der
das Mischgut aus flüssiger Grundmasse und schüttbarer Komponente durch eine Leitung, ein
sich daran anschließendes Turbulenzrohr sowie eine am Ende des offenen Turbulenzrohrs
angeordnete Prallplatte in den Innenraum der Vorrichtung geleitet wird. Die zugeführte
Komponente wird beim Verlassen des Turbulenzrohres durch eine Verengung beschleunigt und
durch das Auftreffen auf die Prallplatte in Aufwärtsrichtung abgelenkt.
Die FR 392 809 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung, bei der Komponenten
mittels verschiedener Leitungen, die eine einfache Öffnung an ihrem Ende aufweisen,
eingebracht werden. Eine Variante wird in der US 3,051,455 beschrieben, in der eine
Mischvorrichtung mit einer speziell ausgestalteten Mischdüse offenbart wird, bei der
Komponenten mittels durch das jeweilige offene Ende zweier separater Leitungen zugeführt
werden und in einem Innenraum durch einen speziellen Schneckenmischer vermischt werden.
In der DE 820 345 C ist eine Düsenstruktur beschrieben, die eine Vielzahl von
Seitenwandlöchern umfasst, durch die eine auszugebende Flüssigkeit fließt. Die Löcher können
nach Bedarf ganz oder teilweise geschlossen werden, um die Menge der abzugebenden
Flüssigkeit zu regulieren. Die abzugebende Flüssigkeit kann eine Mischung sein, welche in einer
vor der Düsenstruktur angeordneten Mischkammer durch Einsaugen eines Mischmittels zu einer
in der Mischkammer bereits vorhandenen Flüssigkeit hergestellt wird.
Die CH 564 368 A5 beschreibt eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, bei der ein Gas
zuführender Körper, z. B. ein hohler Doppelkonus, derart angeordnet ist, dass die
Gaszuführöffnungen an der engsten Stelle des durch das verengte Leitrohr und dem
Gaszuführkörper gebildeten Ringspalts angeordnet sind. Zwar sind für die Belüftung Öffnungen
vorhanden, entscheidend ist für eine wirksame und regulierbare Belüftung jedoch die spezielle
Ausgestaltung des Ringspalts sowie die Axialverschiebbarkeit des Trägerrohrs.
Eine Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien wird weiterhin in der FR 13 23 327
beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Mischkammer enthält, die mit einem ersten und einem
zweiten Zuleitungsrohr verbunden ist. Das zweite Zuleitungsrohr weist einen Endabschnitt mit
einer Vielzahl von Seitenwandlöchern auf, durch die eine in die Mischkammer zu injizierende
Flüssigkeit fließt. Das erste Zuleitungsrohr weist eine Vielzahl von Flügeln auf, die derart
angeordnet sind, dass das die in die Mischkammer zugeführte Flüssigkeit einer Drehbewegung
unterworfen wird. Durch eine derartige Zuführungsweise wird kann zwar durch Verwirbelung
ein effektiver Mischvorgang erreicht werden, aber gleichzeitig wird ein unkontrolliertes Spritzen
erzeugt, das weiterhin zur Bildung von chemischen Dämpfen führt.
Ein Rohrsystem zum kontrollierten Zuführen von Chemikalien wird in der DE 88 10 774 U1
beschrieben, in der ein Füllrohrsystem bereitgestellt wird, das in einem Rohrabschnitt endet, der
mit wandseitigen Ausnehmungen bereitgestellt ist, um ein Füllgut in einen Aufnahmebehälter
zuzuleiten. Dabei wird das Füllgut durch die die Ausnehmungen umgebende Halbkugelschale in
Aufwärtsrichtung umgelenkt, wodurch eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit erreicht wird. Mittels dieses Füllrohrsystems wird verhindert, dass eine im Behälter
befindliche Flüssigkeit aufgewirbelt bzw. mit dem frisch eingefüllten Lagergut durchmischt
wird.
Eine andere Vorrichtung zum kontrollierten Zuführen von Füllgut wird in der DE 86 02 879 U1
beschrieben, bei der ein Tauchrohr als ein Endabschnitt einer Füllleitung dient, dessen Mündung
von einem Körper mit einer Struktur umgeben ist, die eine in einen Behälter einzufüllende
Flüssigkeit auflöst. Durch diese Vorrichtung läßt sich ebenfalls ein Vermischen eines im
Behälter befindlichen Füllguts mit frisch eingefülltem Füllgut während des Füllvorgangs
verhindern.
Ein Nachteil der beiden vorstehenden Vorrichtungen zum kontrollierten Zuführen von Füllgut,
welcher deren Anwendung zur Zuführung von Chemikalien zur Durchführung von chemischen
Reaktionen verhindert, ist, dass das frisch eingefüllte Füllgut nicht mit dem im Behälter
befindlichen Füllgut gemischt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien
bereitzustellen, mit der die anhand der Fig. 1 beschriebenen Nachteile des
Standes der Technik vermieden werden.
Zur Lösung wird eine Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien gemäß Patentanspruch 1 angegeber. Diese
Vorrichtung enthält einen Mischbehälter zur Aufnahme einer ersten Chemikalie und, einer
zweiten Chemikalie, Sensoren, die einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und einen dritten
Sensor umfassen, die entlang einer Aufwärtsrichtung an dem Mischbehälter aufeinanderfolgend
angeordnet sind, ein oberes erstes Leitungsrohr zum Zuführen der ersten Chemikalie, ein oberes
zweites Leitungsrohr zum Zuführen der zweiten Chemikalie, ein mittleres Vereinigungs-
Leitungsrohr, in welches das erste Leitungsrohr und das zweite Leitungsrohr einmünden, zum
Zuführen der Chemikalien in den Mischbehälter, und einen Diffusor, der mit dem Mündungsende
des Vereinigungs-Leitungsrohres verbunden ist, um die vermischten Chemikalien aufzunehmen,
wobei der Diffusor jeweils eine Vielzahl von Löchern in einer Seitenwand des Diffusors, zum
Zuführen der vermischten Chemikalien in den Mischbehälter, und einen Boden aufweist, der sich
zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor befindet.
Die Vorrichtung enthält bevorzugt ein erstes Leitungsrohr zum
Transportieren von Schwefelsäure, ein zweites Leitungsrohr zum Transportieren von
Fluorwasserstoffsäure und Sensoren zum Erfassen des Pegelstands der zugeführten Chemikalien.
Wenn Chemikalien dem Mischbehälter durch den
Diffusor zugeführt werden, werden die Chemikalien in kleine Flüssigkeitsströme aufgeteilt.
Damit wird das oben beschriebene Phänomen des unkontrollierten Spritzens, wie es in einem
üblichen Mischbehälter zu beobachten ist, vermieden. Die chemischen Dämpfe und die
Zerstäubung der chemischen Tropfen werden ebenfalls verringert. Somit können fehlerhafte
Meldungen des Alarmsensors vermieden werden.
Die dem Mischbehälter über den Diffusor zugeführten Chemikalien werden in kleine
Flüssigkeitsströme aufgeteilt. Eine Kontaktfläche zwischen unterschiedlichen Chemikalien ist
somit gross, so dass die Chemikalien gleichmäßig gemischt werden. Ferner werden die
Chemikalien dem Mischbehälter in der Nähe seines Boden zugeführt. Chemische Dämpfe und
Zerstäubung der chemischen Tropfen treten kaum auf, so dass keine fehlerhaften
Alarmmeldungen generiert werden.
Weitere Vorteile der Erfindung werden deutlich durch die folgende
detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.
Es zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer üblichen Mischvorrichtung (Stand der Technik),
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Mischvorrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 3A einen Diffusor der in Fig. 2 gezeigten Mischvorrichtung, und
Fig. 3B eine Querschnittsansicht des in Fig. 3A gezeigten Diffusors.
Fig. 2 zeigt eine Mischvorrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die
einen Mischbehälter 200, ein erstes Leitungsrohr 202, ein zweites Leitungsrohr 204, Sensoren
212, 214, 216 und einen Diffuser 208 enthält. Das erste Leitungsrohr 202 wird verwendet zum
Transportieren von Schwefelsäure. Das zweite Leitungsrohr 204 wird verwendet zum
Transportieren von Fluorwasserstoffsäure. Die Sensoren 212, 214, 216 sind auf der Seitenwand
des Mischbehälters 200 angebracht und enthalten einen ersten Sensor 212, einen zweiten Sensor
214 und einen Alarmsensor 216. Wenn ein Pegelstand der Chemikalien innerhalb des
Mischbehälters 200 einen der Sensoren 212, 214, 216 erreicht, so werden die entsprechenden
Sensoren 212, 214, 216 aktiviert. Der erste Sensor 212 ist unterhalb des zweiten Sensors 214
angeordnet. Der Alarmsensor 216 ist oberhalb des zweiten Sensors 214 angeordnet.
Das erste Leitungsrohr 202 und das zweite Leitungsrohr 204 vereinigen sich in einem
Vereinigungs-Leitungsrohr 208 über der Mitte des Mischbehälters 200. Der Diffusor 208 ist
zylindrisch ausgestaltet. Ein Ende des Diffusors 208 ist mit einem Ende des Vereinigungs-
Leitungsrohrs 208 verbunden. Das andere Ende des Diffusors 208 ist geschlossen. In den
Seitenwänden des Diffusors 208 ist eine Vielzahl von Löchern 210 ausgebildet. Wenn
Chemikalien transportiert werden, so werden diese dem Mischbehälter 200 durch die Löcher 210
zugeführt.
Fig. 3A zeigt eine perspektivische Ansicht des Diffusors 208 und Fig. 3B eine
Querschnittsansicht des Diffusors 208. Ferner ist die Lage der Löcher 210 in den Figuren
dargestellt.
Jede Querschnittsebene des Diffusors 208 weist vier Löcher 210 auf, die in äquidistantem
Abstand voneinander in den Seitenwänden des Diffusors 208 positioniert sind. Der Boden des
Diffusors 208 befindet sich zwischen dem ersten Sensor 212 und dem zweiten Sensor 214.
Die Anzahl der Löcher in jeder Ebene, wie sie oben beschrieben ist, ist beispielhaft zu verstehen.
Die Löcher 210 werden verwendet, um voneinander getrennte Flüssigkeitsströme zu erzeugen.
Die dem Mischbehälter 200 zugeführten Flüssigkeitsströme fließen entlang der Pfade, die
durch Pfeile in Fig. 2 symbolisiert sind. Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, werden die
Chemikalien dem Mischbehälter 200 durch die Löcher 210 zugeführt und weisen somit eine
grosse Kontaktoberfläche auf. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiges Mischen der Chemikalien
innerhalb einer kurzen Zeitdauer erreicht. Ein gleichmäßiges Gemisch kann eine stabile Ätzrate
sowie ein gleichmäßiges Ätzen während des Nassätzprozesses gewährleisten.
Weiterhin befindet sich der Boden des Diffusors 208 zwischen dem ersten Sensor 212 und dem
zweiten Sensor 214, so dass eine geringere Menge chemischer Dämpfe gebildet wird, wenn die
Chemikalien dem Mischbehälter 200 zugeführt werden.
Bevor ein Nassätzprozess zum Entfernen von BPSG oder BSG durchgeführt wird, wird ein
Gemisch produziert, das als Ätzmittel verwendet wird. Das zum Ätzen einer BSG-Schicht
verwendete Ätzmittel sollte eine hohe Ätzselektivität für BSG gegenüber Siliziumdioxid
aufweisen, damit der Effekt des Unterätzens vermieden wird. Das Gemisch enthält
Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure. Ein erster Schritt zum Bilden den Gemisches besteht
darin, dass die Schwefelsäure in den Mischbehälter 200 durch das erste Leitungsrohr 202 und
anschließend durch das Vereinigungs-Leitungsrohr 206 injiziert wird, solange bis der erste
Sensor 212 aktiviert wird. Anschließend wird eine bestimmte Menge von Fluorwasserstoffsäure
dem Mischbehälter 200 durch das zweite Leitungsrohr 204 und das Vereinigungs-Leitungsrohr
206 zugeführt. Anschließend wird wiederum Schwefelsäure dem Mischbehälter 200 solange
zugeführt, bis der zweite Sensor 214 aktiviert wird. Das Verhältnis der Schwefelsäure zu der
Fluorwasserstoffsäure liegt bei ungefähr 1/7 bis 1/10.
Wenn die Chemikalien dem Mischbehälter zugeführt werden, wird der Diffusor allmählich mit
den Chemikalien bedeckt, so dass die zugeführten Chemikalien gleichmäßig von dem Diffusor in
den Mischbehälter fließen, ohne dass chemische Dämpfe gebildet werden. Weiterhin ist zu
bemerken, dass die Chemikalien, die dem Mischbehälter durch die kleinen Löcher zugeführt
werden, eine grosse Kontaktoberfläche auf weisen. Auf diese Weise wird ein gleichmässiges
Mischen innerhalb einer kurzen Zeitdauer (ungefähr 2 Stunden) erzielt.
Weiterhin ist anzumerken, dass der Kontakt zwischen verschiedenen Chemikalien in viele
unterschiedliche und kleine Positionen aufgeteilt wird, so dass die Gefahr einer stark exothermen
Reaktion aufgrund des chemischen Mischvorgangs vermieden werden kann.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien, aufweisend:
einen Mischbehälter zur Aufnahme einer ersten Chemikalie und einer zweiten Chemikalie, Sensoren, die einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und einen dritten Sensor umfassen, die entlang einer Aufwärtsrichtung an dem Mischbehälter aufeinanderfolgend angeordnet sind,
ein oberes erstes Leitungsrohr zum Zuführen der ersten Chemikalie,
ein oberes zweites Leitungsrohr zum Zuführen der zweiten Chemikalie,
ein mittleres Vereinigungs-Leitungsrohr, in welches das erste Leitungsrohr und das zweite Leitungsrohr einmünden, zum Zuführen der Chemikalien in den Mischbehälter, und
einen Diffusor, der mit dem Mündungsende des Vereinigungs-Leitungsrohres verbunden ist, um die vermischten Chemikalien aufzunehmen, wobei der Diffusor jeweils eine Vielzahl Löchern in einer Seitenwand des Diffusors, zum Zuführen der vermischten Chemikalien in den Mischbehälter, und einen Boden aufweist, der sich zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor befindet.
einen Mischbehälter zur Aufnahme einer ersten Chemikalie und einer zweiten Chemikalie, Sensoren, die einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und einen dritten Sensor umfassen, die entlang einer Aufwärtsrichtung an dem Mischbehälter aufeinanderfolgend angeordnet sind,
ein oberes erstes Leitungsrohr zum Zuführen der ersten Chemikalie,
ein oberes zweites Leitungsrohr zum Zuführen der zweiten Chemikalie,
ein mittleres Vereinigungs-Leitungsrohr, in welches das erste Leitungsrohr und das zweite Leitungsrohr einmünden, zum Zuführen der Chemikalien in den Mischbehälter, und
einen Diffusor, der mit dem Mündungsende des Vereinigungs-Leitungsrohres verbunden ist, um die vermischten Chemikalien aufzunehmen, wobei der Diffusor jeweils eine Vielzahl Löchern in einer Seitenwand des Diffusors, zum Zuführen der vermischten Chemikalien in den Mischbehälter, und einen Boden aufweist, der sich zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Chemikalie Schwefelsäure enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite Chemikalie Fluorwasserstoff enthält.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Sensor aktiviert wird, wenn ein
Pegelstand der Chemikalien innerhalb des Mischbehälters den Sensor erreicht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19961088A DE19961088C2 (de) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien |
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DE19961088A DE19961088C2 (de) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | Vorrichtung zum Mischen von Chemikalien |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19961088A1 DE19961088A1 (de) | 2001-07-05 |
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DE (1) | DE19961088C2 (de) |
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