DE4345407A1 - Vorrichtung zum Polieren von Wafern - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft Polierverfahren und -vorrichtungen
und insbesondere derartige Verfahren und Vorrichtungen zum
sorgfältigen Polieren von Wafern aus Halbleitermaterial mit
hohem Durchsatz und auf eine mit der Halbleiterbearbeitung
in Reinraumumgebung verträgliche Art und Weise.
Die Fertigung integrierter Schaltungen beginnt mit der Her
stellung von Halbleiter-Wafern hoher Qualität. Jeder Wafer
ist aufgrund der detaillierten, zu seiner Herstellung er
forderlichen Bearbeitung relativ teuer. Während des Verfah
rens zur Herstellung integrierter Schaltungen ist zumindest
auf einer Seite des Wafers eine extrem ebene Oberfläche
erwünscht. Das Polieren von Wafern ist eine zum Erzielen
einer derartigen ebenen Fläche bekannte Technik.
Dieses Polieren umfaßt allgemein die Befestigung einer
Seite des Wafers auf einer ebenen Oberfläche eines Wafer-Trägers
oder -Spannfutters und das Anpressen des Wafers ge
gen eine ebene Polierfläche. Die Polierfläche wird unter
dem Wafer bewegt, und der Wafer wird ferner um seine verti
kale Achse gedreht und hin- und herbewegt, um die Polier
wirkung zu verbessern. Die Polierfläche ist allgemein ein
an einem starren ebenen Tisch befestigtes Polster, welches
zum Vorsehen von Bewegung gedreht wird und auf welches ein
Schleifschlamm und/oder chemischer Schlamm gepumpt wird.
Die gemeinsame Wirkung des Polsters, des Schlamms und der
Relativbewegungen der Teile ergibt einen kombinierten me
chanischen und chemischen Prozeß auf der Oberfläche des Wa
fer, der auf dem Wafer eine in hohem Maße ebene Oberfläche
erzeugt, wobei die Oberflächenvariationen auf weniger als
beispielsweise 0,5 µm gehalten werden.
Das Polieren ist typischerweise vor der Herstellung inte
grierter Schaltungen vorgenommen worden, so daß auf dem
Halbleiter-Wafer eine ebene Fläche verfügbar ist, auf wel
cher die Herstellung der Schaltungen stattfinden kann. Mit
dem Anstieg der Komplexität integrierter Schaltungen haben
die Breiten der Leiterbahnen beträchtlich abgenommen. Dies
macht den Fokus und die Feldtiefe des Abbildungsprozesses
empfindlicher gegen Oberflächenvariationen auf dem Sub
strat. Dies hat den Bedarf an Wafern mit besseren Oberflä
chen erhöht. Bei dem Fabrikationsprozeß für integrierte
Schaltungen werden ferner Schichten von beispielsweise Lei
tern und Dielektrika auf dem Wafer aufgebaut, auf welchen
dann wiederum andere derartige Schichten hergestellt werden
sollen. Somit wurde es erforderlich, die Wafer-Oberfläche
auch während der gerade stattfindenden Herstellung der in
tegrierten Schaltung "wiedereinzuebnen", und nicht nur vor
ihr. Der Vorgang des Wiedereinebnens wird als Planarisie
rung bezeichnet. Bei jedem einzelnen von mehreren aufein
anderfolgenden Planarisierungsvorgängen ist der Wafer be
trächtlich wertvoller. Bei den gegebenen Halbleiterbear
beitungskosten ist es sehr wohl möglich, daß ein einziger
teilweise bearbeiteter 8-Zoll-Wafer (8 Zoll ≈ 20,3 cm) bei
Durchführung der Planarisierung $ 10.000 oder mehr wert ist.
Es versteht sich daher, daß bei der Behandlung jedes derar
tigen Wafers große Sorgfalt erforderlich ist.
Die Geschwindigkeit des Polierens von Wafern ist immer von
Interesse gewesen, sie ist jedoch noch wichtiger, wenn die
Planarisierung einer der erforderlichen aufeinanderfolgend
durchzuführenden Bearbeitungsschritte ist. Frühere Anord
nungen polieren typischerweise einen oder zwei Wafer mit
beträchtlicher Wartezeit zum Be- und Entladen der Wafer. Es
besteht daher Bedarf an Verfahren und Vorrichtungen, welche
den Polierprozeß beschleunigen.
Die Zunahme des Werts der gerade bearbeiteten Wafer hat in
großem Maße den Bedarf an Präzision bei dem Planarisie
rungsprozeß erhöht. Unsachgemäßes Polieren eines Wafers im
Wert von $ 100 ist eine vollständig andere Sache als unsach
gemäßes Polieren eines Wafers im Wert von $ 10 000. Es wer
den Verfahren und Vorrichtungen benötigt, welche für ver
bessertes Polieren sorgen, insbesondere in einer schnellen
Fertigungsumgebung.
Diese Forderungen werden von der vorliegenden Erfindung er
füllt.
Eine erfindungsgemäße Wafer-Poliervorrichtung umfaßt eine
Polieranordnung mit einer Mehrzahl von Wafer-Trägern zum im
wesentlichen gleichzeitigen Ineingriffbringen einer Mehr
zahl von Material-Wafern mit einer Polieroberfläche. Die
Vorrichtung umfaßt einen Fortschalttisch zum Halten der zu
polierenden Wafer, sowie eine Positioniervorrichtung, um
die Polieranordnung zwischen der Polierfläche und dem Fort
schalttisch zu bewegen. Auf dem Fortschalttisch werden alle
Wafer-Träger der Polieranordnung im wesentlichen gleichzei
tig mit Wafern beladen. Nach dem Beladen der Träger wird
die Polieranordnung in Poliereingriff mit der Polierober
fläche angeordnet. Durch Einbau eines Fortschalttischs in
der Vorrichtung können unpolierte Wafer auf den Fortschalt
tisch geladen werden zur Vorbereitung ihrens gleichzeitigen
Ladens auf die Wafer-Träger. Dies ist hinsichtlich des
Durchsatzes vorteilhaft.
Beim Beladen mit unpolierten Wafern schaltet der Fort
schalttisch in Schritten fort, so daß die Wafer, so wie sie
aus einer Multi-Wafer-Kassette entnommen werden, einer nach
dem anderen auf ihm angeordnet werden können. Die Bewegung
der unpolierten Wafer zu den Ladeschalen findet vorteilhaf
terweise statt, während sich die Polieranordnung in einer
Polierstellung befindet, in der sie eine weitere Mehrzahl
von Wafern poliert. Nach Beendigung des Polierens kehrt die
Anordnung zu dem Fortschalttisch zurück, um im wesentlichen
gleichzeitig einen weiteren Satz zu polierender Wafer auf
zunehmen.
Der Fortschalttisch kann ferner eine Mehrzahl von Entlade
schalen umfassen, die in ähnlicher Weise eingesetzt werden
wie die Ladeschalen, um die polierten Wafer nach dem Polie
ren im wesentlichen gleichzeitig von den Wafer-Trägern ab
zunehmen. Das Entfernen polierter Wafer aus den Entlade
schalen kann dann vorgenommen werden, während andere Wafer
gerade von der Polieranordnung poliert werden.
Die Ausrichtung der Polieranordnung, des Fortschalttisches
und der Polierfläche wird dadurch beibehalten, daß die Vor
richtung einen stabilen Rahmen aufweist. Hierzu verläuft
zwischen der Polierfläche und dem Fortschalttisch eine li
neare Schiene zum Bewegen der Polieranordnung. Die lineare
Schiene stellt einen stabilen robusten Rahmen bereit, wäh
rend sie eine gesteuerte Bewegung der Polieranordnung zwi
schen dem Fortschalttisch und der Polierfläche ermöglicht.
Die Vorrichtung kann ferner eine automatische Anordnung zum
Reinigen jedes Wafers bei dessen Entfernen von dem Fort
schalttisch umfassen. Dieses Reinigen stellt sicher, daß
die aus der Vorrichtung entnommenen polierten Wafer für die
Reinraumumgebung geeignet sind.
Die Vorrichtung wird durch einen Rechner gesteuert, der
viele getrenne Regelschleifen abarbeitet, um die Präzision
der Vorgänge aufrecht zu erhalten. Beispielsweise wird auf
jeden Wafer-Träger von einem Luftzylinder ein Polierdruck
ausgeübt, und der ausgeübte Druck wird von einem Drucksen
sor jedes Wafer-Trägers erfaßt. Für die Hin- und Herbewe
gung und Drehung jedes Wafer-Trägers sorgen separate Servo
motoren, deren Stellung und Drehzahl ebenfalls erfaßt wird.
Die Wertebereiche für den gewünschten Druck und die ge
wünschte Bewegung der Wafer-Träger werden auf Grundlage
einer Eingabe einer Bedienungsperson bestimmt. Der Rechner
liest dann die von den Sensoren gemessenen aktuellen Be
triebsparameter ein und stellt den Luftdruck und die Bewe
gung der Servomotoren ein, um die aktuellen Parameter in
nerhalb der gewünschten Bereiche zu halten.
Die Bedienungsperson gibt Daten ein, die die Betriebspara
meter für jeden der verwendeten Wafer-Träger anzeigen. Die
se Parameter bilden dann die Grundlage für die gewünschten
Bereiche, die in dem Rechner gesondert gespeichert werden.
Bevorzugt kann die Bedienungsperson für jeden Wafer-Träger
die gleichen oder unterschiedliche Parameter bestimmen. Da
jeder Wafer-Träger von dem Rechner gemäß für diesen Wafer-Träger
gespeicherten Variablen gesteuert wird, kann die
Vorrichtung Wafer auf verschiedenen Wafer-Trägern unter
schiedlich bearbeiten.
Jeder Wafer-Träger der bevorzugten Ausführungsform umfaßt
ein oberes Kraftübertragungselement mit einer Mittelachse
zum Zuführen von Druckkräften längs der Mittelachse und von
Drehkräften um die Mittelachse. Ein Polierelement des Wa
fer-Trägers umfaßt eine untere ebene Fläche mit einer Po
lierachse. Druckkräfte werden zwischen dem Kraftübertra
gungselement und dem Polierelement mittels eines Kraftüber
tragungselements übertragen, welches ein symmetrisch um die
Mittelachse des Kraftübertragungselements angeordnetes er
stes Bahnelement, ein symmetrisch um die Polierachse des
Wafer-Trägers angeordnetes zweites Bahnelement und zwischen
den ersten und zweiten Bahnelementen gehaltene Kugellager
umfaßt. Das erste Bahnelement, die Kugellager und das zwei
te Bahnelement wirken zusammen, um Druckkräfte durch das
Krafteinkopplungselement auf einen Punkt auf der Polier
achse zu fokussieren. Ferner werden Drehkräfte von einer
Mehrzahl von Nockenfolgern zugeführt, die um den Umfang des
Kraftübertragungselements angeordnet sind und an Lagerflä
chen des Polierelements anliegen, um Drehkräfte einzukop
peln. Nachdem das Kraftübertragungselement in eine zylin
drische Öffnung in dem Polierelement eingesetzt worden ist,
wird es von einem Ansatz elastisch am Ort gehalten, der
eine Mehrzahl von Federn umfaßt, um das Kraftübertragungs
element in der zylindrischen Öffnung des Polierelements zu
halten und den Druck auf die Kugellager aufrechtzuerhalten.
Eine untere ebene Fläche des Polierelements umfaßt eine
Mehrzahl von sie durchsetzenden Löchern, die mit einem
Zentralkanal in dem Kraftübertragungselement in Verbindung
stehen. Dieser hohle Kanal ist mittels flexibler Einrich
tungen abgedichtet, um eine Relativbewegung des Polierele
ments und des Kraftübertragungselements zu ermöglichen,
während gleichzeitig ein im wesentlichen fluiddichter Ver
bindungskanal bereitgestellt wird.
Das Polierelement umfaßt ferner eine um seine Polierfläche
verlaufende Lippe, um eine zusätzliche Halterung für die
davon getragenen Wafer bereitzustellen. In der bevorzugten
Ausführungsform umfaßt die Lippe einen Materialring mit ei
nem Gewinde an seiner Innenfläche, die mit einem Gewinde an
der Außenfläche des Polierelements in Eingriff ist. Die Hö
he der sich ergebenden Lippe kann durch Steuern der Tiefe,
in der die Gewinde des Rings und des Polierelements inein
ander eingreifen, sorgfältig eingestellt werden. Bevorzugt
ist ein Ansatz über den Ring gelegt, der mit dem Ring in
Reibeingriff steht, um ihn an Verdrehen und Dejustieren zu
hindern.
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen analoge Bezugszei
chen ähnliche Teile und in der Zeichnung stellt dar:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen
Wafer-Poliersystems;
Fig. 2 eine Draufsicht des Systems der Fig. 1 bei abge
nommenem Oberteil;
Fig. 3 einen Schnitt des Wafer-Poliersystems durch dessen
Fortschalttisch;
Fig. 4 und 5 zusätzliche Draufsichten des Systems,
welche verschiedene Abschnitte des Wafer-Polier
vorgangs darstellen;
Fig. 6a und 6b Schnitte, die das Laden von Wafern
darstellen;
Fig. 7a und 7b Schnitte, die das Entladen von Wafern
darstellen;
Fig. 8 eine Seitenansicht, die eine Wafer-Polieranordnung
und ihre Bewegung in dem System darstellt;
Fig. 9 eine Draufsicht der Wafer-Polieranordnung;
Fig. 10 einen Schnitt einer Polierarmanordnung der
Wafer-Polieranordnung;
Fig. 11 und 12 Seiten- und Draufsichten einer
Wafer-Reinigungsanordnung;
Fig. 13 einen Schnitt eines Wafer-Trägers, der Teil der
Wafer-Polieranordnung ist;
Fig. 14 eine Perspektivansicht eines unteren Kraftele
ments, das Teil des Wafer-Trägers von Fig. 13
ist;
Fig. 15 ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung für das
Wafer-Poliersystem;
Fig. 16 einen Schnitt des Wafer-Poliersystems, und zwar im
Schnitt durch dessen Poliertisch; und
Fig. 17 bis 22 Flußdiagramme des Steuerprozesses für das
Wafer-Poliersystem der Fig. 1.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen
Wafer-Poliervorrichtung 100. Die Wafer-Poliervorrichtung
100 umfaßt ein Wafer-Eingabe-/Ausgabemodul 101 und ein Wa
fer-Bearbeitungsmodul 102. Die Wafer-Poliervorrichtung 100
ist derart aufgebaut, daß das Eingabe-/Ausgabemodul 101
beispielsweise in einer Reinraumumgebung der Klasse 10 an
geordnet sein kann, während das Bearbeitungsmodul 102 hin
ter einer angrenzenden Wand möglicherweise in einer Rein
raumumgebung der Klasse 1000 angeordnet ist. Mit nicht ge
sondert dargestellten Vorrichtungen wird in dem Poliersy
stem eine Luftströmung erzeugt, und die Luftdrücke werden
derart geregelt, daß die Umgebung des Reinraums der Klasse
10 nicht nachteilig beeinflußt wird.
Fig. 2 ist eine Draufsicht der Wafer-Poliervorrichtung
100, bei welcher das Oberteil und bestimmte andere Teile
der Perspektivansicht zur Erleichterung des Verständnisses
entfernt worden sind. Zusätzlich ist in Fig. 2 eine Wand
104 dargestellt, die die Trennung des Eingabe-/Ausgabemo
duls 101 und des Bearbeitungsmoduls 102 darstellt. Die Wa
fer werden mittels Multi-Wafer-Kassetten dem Eingabe-/Aus
gabemodul 101 übergeben und aus diesem entfernt. In den
Fig. 1 und 2 sind zwei Eingabekassetten 106 und 107 und
zwei Ausgabekassetten 108 und 109 dargestellt. Die Kasset
ten 106 bis 109 sind im Stand der Technik bekannt und neh
men bis zu 25 Wafer eines vorgewählten Durchmessers in im
wesentlichen horizontaler Orientierung auf. In der vorlie
genden Beschreibung werden 8-Zoll-Wafer (8 Zoll ≈ 20,3 cm)
diskutiert. Jede der Kassetten 106 bis 109 hat geschlossene
Seiten- und Rückteile mit einem offenen Vorderteil zum Be
laden und Entladen der Wafer. Das Eingabe-/Ausgabemodul 101
umfaßt einen Drei-Achsen-Laderoboter 111, der mittels im
Stand der Technik bekannter Vorrichtungen Wafer nachein
ander aus den Kassetten 106 und 107 entnimmt und sie auf
eine Ausrichteinheit 113 setzt. Der Laderoboter 111 kann
beispielsweise ein "ADE Model 351" sein, und die Ausricht
einrichtung 113 kann beispielsweise ein "ADE Model 428"
sein. Die Ausrichteinheit 113 zentriert den ihr von dem
Roboter 111 übergebenen Wafer und positioniert ihn zum Le
sen eines Balkencodes auf dem Wafer. Nach Ausrichtung des
Wafers ergreift ein Eingabegreifer 115 die Ränder des aus
gerichteten Wafers.
Das Bearbeitungsmodul 102 umfaßt einen Fortschalttisch 117,
der zur Aufnahme von Wafern von der Eingabe-/Ausgabeeinheit
101 und zum Bereitstellen von Wafern für diese verwendet
wird. Der Fortschalttisch 117 umfaßt einen drehbaren Ring
118 mit fünf Wafer-Entladeschalen 119 bis 123 und fünf Wa
fer-Ladeschalen 124 bis 128. Die Entladeschalen 119 bis 123
sind in 72°-Schritten um die vertikale Mittelachse des
Fortschalttischs 117 angeordnet, und die Ladeschale 124 bis
128 sind in analoger Weise in 72°-Schritten um die vertika
le Achse an mit den Entladeschalen abwechselnden Stellen
angeordnet. Somit ist nach jedem 36°-Schritt um das dreh
bare Element 118 eine Wafer-Schale vorhanden, und die Lade-
und Entladeschalen sind abwechselnd angeordnet.
Der Fortschalttisch 117 kann um 360° gedreht werden und
wird hauptsächlich in ganzzahligen Vielfachen von 36° im
Gegenuhrzeigersinn (Fig. 2) gedreht, um die Wafer-Schalen
119 bis 128 zu Eingabe-/Ausgabevorgängen anzuordnen und Wa
fer in Gruppen zu fünf in eine Polieranordnung 132 zu laden
bzw. aus dieser zu entladen. Jegliches Fortschalten im Uhr
zeigersinn wird nachfolgend besonders angegeben. In Fig. 2
sind zwei Positionen des Fortschalttisches 117 ausgewiesen.
Eine Position 129, die sogenannte Eingabeposition, liegt
vor, wenn eine Eingabeschale des Tischs 117 dem Eingabe
greifer 115 benachbart angeordnet ist. In Fig. 2 befindet
sich die Wafer-Ladeschale 124 in der Eingabeposition 129.
Eine zweite Position 131, die sogenannte Ausgabeposition,
liegt vor, wenn eine Entladeschale des Tischs 117 einem
Ausgabegreifer 116 benachbart angeordnet ist. In Fig. 2
befindet sich die Schale 120 in der Ausgabeposition 131.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das gesamte Laden
und Entladen von Wafern in die Polieranordnung 132 bzw. aus
dieser mit Wafer-Schalen in der Eingabeposition durchge
führt, d. h. die Ladefunktionen der Anordnung 132 werden
durchgeführt, wenn sich eine Ladeschale in der Eingabeposi
tion 129 befindet, und die Entladefunktionen werden durch
geführt, wenn sich eine Entladeschale in der Eingabeposi
tion 129 befindet. Zum Durchführen des Be- und Entladens
von Wafer-Schalen ist unter dem Fortschalttisch 117 ein
Luftzylinder 159 an einer Stelle zum Ergreifen der Wafer-Schale
in der Eingabeposition 129 angeordnet. In ähnlicher
Weise sind unter dem Fortschalttisch 117 vier weitere Luft
zylinder 159 in 72°-Schritten von der Eingabeposition ange
ordnet. Fig. 3 ist eine Darstellung des Bearbeitungsmoduls
102 längs der Schnittlinie 3-3 und zeigt einen Schnitt des
Fortschalttischs 117 und bestimmter zugehöriger Vorrichtun
gen.
Wenn ein Wafer von der Ausrichtvorrichtung 113 ausgerichtet
worden ist und sich eine leere Ladeschale 124 in der Ein
gabeposition 119 befindet, ergreift der Eingabegreifer 115
den ausgerichteten Wafer und dreht ihn vertikal um 180°, um
den neu ausgerichteten Wafer in der Eingabeschale 124 anzu
ordnen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Nachdem die Schale 124
einen Wafer aufgenommen hat, wird der Fortschalttisch 117
unter der Steuerung eines von einem Wechselstrom-Servomotor
131 angetriebenen Fortschaltantriebssystems 130 (Fig. 3)
um 72° im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um die nächste ver
fügbare Ladeschale, beispielsweise 128, zur Aufnahme eines
ausgerichteten Wafers in die Eingabeposition 129 zu brin
gen. Das Fortschalttisch-Antriebssystem 130 arbeitet zur
Durchführung seines Fortschaltbetriebs unter der Steuerung
eines Rechners 103. Durch alternierendes Beladen von Lade
schalen und Fortschalten des Fortschalttisches 117 werden
alle fünf Ladeschalen 124 bis 128 mit zu polierenden Wafern
beladen, und dann befindet sich wiederum die Ladeschale 124
in der Eingabeposition 124. Es werden keine weiteren Einga
beoperationen durchgeführt, bis die fünf Ladeschalen, wie
nachfolgend beschrieben, entleert worden sind.
In der vorliegenden Ausführungsform werden jeweils fünf
Wafer gleichzeitig von einer Mehrkopf-Wafer-Polieranordnung
poliert, welche in Verbindung mit einem Polier-Drehtisch
134 arbeitet. Die Mehrkopf-Polieranordnung 132 ist in Fig.
1 aufgeschnitten dargestellt und in den Fig. 2, 4 und 5
als transparentes Zehneck dargestellt. Die Einzelheiten des
Aufbaus der Polieranordnung 132 sind weiter unten angege
ben. Die Polieranordnung 132 umfaßt fünf Wafer-Träger 139
bis 143 und kann gleichzeitig fünf Wafer auf den Polier-Drehtisch
134 drücken, während sie gleichzeitig jeden Wafer
dreht und zwischen zwei Umfängen auf dem Polier-Drehtisch
134 hin- und herbewegt. In Fig. 2, 4 und 5 sind die Wa
fer-Träger 139 bis 143 durch Kreise mit breitem geschwärz
tem Umfang dargestellt. Die beiden Umfänge, zwischen denen
die Wafer-Träger 139 und 143 sich hin- und herbewegen kön
nen, bestehen aus einer Ausgangsstellung, wie sie in Fig.
2 dargestellt ist, und einer äußersten Stellung, wie sie in
Fig. 4 dargestellt ist. Wenn das Polieren der Wafer been
det ist oder die Wafer-Träger 139 bis 143 leer sind, werden
sie in eine beträchtliche Höhe über dem Poliertisch 134 an
gehoben. Wenn die Wafer-Träger 139 bis 143 angehoben sind,
werden sie ebenfalls in die Ausgangsstellung der Hin- und
Herbewegung gebracht.
Wenn die Fortschalttisch-Ladeschalen 124 bis 128 jeweils
einen zu polierenden Wafer enthalten, müssen diese Wafer
auf die Wafer-Träger 139 bis 143 überführt werden, bevor
das Polieren beginnen kann. Das Laden der Wafer in die
Wafer-Träger 139 bis 143 beginnt mit der Bewegung der Po
lieranordnung 132 aus einer sich über dem Poliertisch 134
befindenden Position in eine sich über dem Fortschalttisch
117 befindende Position. Wie in Fig. 3 und 8 gezeigt
ist, ist die Polieranordnung 132 an einer Hauptstruktur
platte 136 des Bearbeitungsmoduls 102 mittels eines Paars
Transportschienen 137 befestigt, die über die Länge des Be
arbeitungsmoduls 102 zwischen dem Polier-Drehtisch 134 und
dem Fortschalttisch 117 verlaufen. Die Polieranordnung 132
ist über einen Transportrahmen 144 mit den Schienen 137
verbunden, der mit den Schienen 137 durch vier Transport-Linearlager
verbunden ist, beispielsweise THK-Lager Nr. HSR
35CB2UU. Die Linearbewegung längs der Schienen 137 wird von
einer motorgetriebenen Transport-Kugelumlaufspindel gesteu
ert, beispielsweise THK Nr. BLK 3232EZZ, die von einem
Wechselstrom-Servomotor 165 angetrieben ist. Fig. 5 zeigt
die Stellung der Transportkopf-Polieranordnung 132 über dem
Fortschalttisch 117 am Ende der Linearbewegung von dem Po
liertisch 134 her. Der Beladevorgang beginnt, wenn die fünf
Wafer-Träger 139 bis 143 in einen in der Mitte des Rings
118 ausgebildeten Trog 133 abgesenkt sind, und sie werden
gegen eine Bürste 146 gedreht, während sie gleichzeitig aus
einer Mehrzahl von Düsen 147 mit einem Lösungsmittel, bei
spielsweise Wasser, besprüht werden. Die Wafer-Träger 139
bis 143 werden dann in ihre höchste Stellung angehoben und
in ihre äußerste Stellung nach außen bewegt. Durch Voraus
richten der Wafer-Träger 139 bis 143 auf der Poliereinrich
tung 132 und geeignetes Fortschalten der Drehung des Fort
schalttischs 117 befindet sich jeder Wafer-Träger 139 bis
143 oberhalb und im wesentlichen in vertikaler Ausrichtung
zu einer der Schalen des Fortschalttischs 117. Zur Durch
führung eines Beladevorgangs wird der Tisch 117 derart an
geordnet (Fig. 4), daß die Ladeschalen 124 bis 128 sich in
vertikaler Ausrichtung zu den Wafer-Trägern 139 bis 143 be
finden, während der Fortschalttisch 117 zur Durchführung
eines Entladevorgangs (Fig. 5) derart angeordnet wird, daß
für eine vertikale Ausrichtung zwischen den Entladeschalen
119 bis 123 und den Wafer-Trägern 139 bis 143 gesorgt ist.
In der vorliegenden Beschreibung sei angenommen, daß die
Wafer-Träger 139 bis 143 gerade einen Poliervorgang beendet
haben und jeder einen zu entladenden Wafer enthält. Fig. 4
zeigt die Relativstellung des Fortschalttischs 117 nach
Aufnahme von Wafern von dem Eingabe-/Ausgabemodul 101. Um
die Entladeschalen für den Entladevorgang zu den Wafer-Trä
gern 139 bis 143 auszurichten, wird der Fortschalttisch 117
im Uhrzeigersinn um einen 36°-Schritt fortgeschaltet, was
zu der in Fig. 5 dargestellten Stellung der Lade- und Ent
ladeschalen führt. Nach einer derartigen ordnungsgemäßen
Positionierung wird zwischen den Entladeschalen 119 und 123
und entsprechenden der Wafer-Träger 139 bis 143 im wesent
lichen gleichzeitig ein Wafer-Entladevorgang durchgeführt.
Nach Beendigung dieses Entladevorgangs können die Wafer-Träger
139 bis 143 in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt
und für eine zusätzliche Reinigung mittels der Bürste 146
und der Düsen 147 wieder abgesenkt werden. Wenn die Träger
139 bis 143 mit neuen Wafern zum Polieren beladen werden
sollen, werden-sie erneut angehoben und in ihre äußerste
Stellung bewegt, und der Fortschalttisch 117 wird um einen
36°-Schritt im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so daß die Lade
schalen 124 bis 128 sich in vertikaler Ausrichtung zu den
Wafer-Trägern 139 bis 143 befinden. Wenn diese Ausrichtung
einmal erzielt ist, wird der Trägerbeladevorgang durchge
führt, um alle fünf Wafer-Träger im wesentlichen gleichzei
tig zu beladen. Während sich, wie in Fig. 5 gezeigt, die
Mehrkopf-Polieranordnung zu Be- und Entladevorgängen über
dem Fortschalttisch 117 befindet, kann ferner der Polier-Drehtisch
134 mittels einer Schleifpolster-Behandlungsan
ordnung 149 erneuert werden. Die Polster-Behandlungsanord
nung 149 besteht aus einem Drehkopf 150, der auf seiner un
teren Fläche ein Schleifmittel aufweist. Der Drehkopf wird
über den Poliertisch 134 hin- und herbewegt, um die Ober
fläche für eine weitere Poliersitzung vorzubereiten. Das
Oberflächenvorbereitungselement 149 trägt den Drehkopf 150
auf einem Hin- und Herbewegungselement 151, das an einem
Gelenkpunkt 152 gehalten ist.
Der Wafer-Träger-Beladevorgang ist in den Fig. 6a und 6b
am Beispiel des Wafer-Trägers 139 dargestellt. Jede Lade
schale, beispielsweise 124, umfaßt einen beweglichen Ein
satz 154 und ein Halterungselement 155 dafür. Das Halte
rungselement 155 umfaßt in erster Linie eine ebene Halte
fläche des drehbaren Elements 118, welche von einer Öffnung
durchsetzt ist, um eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des
Schaleneinsatzes 154 zu ermöglichen. Der Schaleneinsatz 154
ist zum sanften Umgang mit den zu handhabenden Wafern aus
einem Material wie DelrinTM gefertigt und umfaßt eine ange
winkelte Fläche 156, deren oberster Innendurchmesser etwas
größer als der Außendurchmesser des untersten Punkts des
Wafer-Trägers 139 ist und dessen unterer Innendurchmesser
im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Wafer-Trä
gers 139 ist. Die angewinkelte Fläche 156 der Wafer-Schale
sorgt während Be- und Entladevorgängen für eine selbstfüh
rende Ausrichtung zwischen der Wafer-Schale und dem Boden
eines Wafer-Trägers. Jede Ladeschale 124 bis 128 umfaßt
ferner ein Bodenelement 157 zum Eingriff mit einem Kolben
158 des Luftzylinders 159. Die Dicke des Bodenelements 157
ist derart bemessen und der Kolben 158 wird derart bewegt,
daß bei Betätigung des Kolbens, wie in Fig. 6b darge
stellt, der Schaleneinsatz nach oben gegen die untere Flä
che des Wafer-Trägers 139 getrieben wird, so daß der von
dem Schaleneinsatz 154 getragene Wafer eine untere ebene
Fläche 261 des Wafer-Trägers 139 im wesentlichen berührt.
Wenn der Kolben 158 sich in seiner oberen Bewegungsstellung
befindet, wird durch Löcher in der ebenen unteren Fläche
261 des Wafer-Trägers 139 Unterdruck angelegt, um den Wafer
an der Fläche zu sichern. Hierauf wird der Luftzylinder 159
deaktiviert, was den Schaleneinsatz 154 in das Schalenhal
terungselement 155 absenkt. Vor der Absenkung des Schalen
einsatzes 154 kann es wünschenswert sein, einen Unterdruck
test durchzuführen, um sicherzustellen, daß der Wafer in
jedem Schaleneinsatz 154 an dem Wafer-Träger 139 gesichert
worden ist.
Fig. 7a und 7b stellen den analogen Prozeß für das Ent
laden eines Wafers am Beispiel des Wafer-Trägers 139 dar.
Die Entladeschale 120 umfaßt einen Schaleneinsatz 161 mit
im wesentlichen den gleichen oberen Eigenschaften und Ab
messungen wie die Schale 154 der Ladeschale 124. Das unte
re Element 162 des Entladeschaleneinsatzes 161 ist jedoch
geringfügig weiter von der Oberseite des Kolbens 158 des
Luftzylinders 159 entfernt angeordnet. Dieser im Vergleich
zu den Ladeschalen geringfügig größere Abstand führt dazu,
daß der Schaleneinsatz 161 nach oben in eine geringfügig
tiefere Stellung unter dem Wafer-Träger 139 bewegt wird.
Nach Erreichen der oberen Stellung wird der an die Fläche
261 des Wafer-Trägers 139 angelegte Unterdruck aufgehoben
und der Wafer kann sich von dem Wafer-Träger 139 trennen.
Es kann wünschenswert sein, einen positiven Fluidstrom,
beispielsweise einen Luft- oder Wasserstrom, vorzusehen, um
den Wafer von der Fläche des Trägers 139 wegzudrängen. Auf
grund der Positionierung des Schaleneinsatzes 161 kann der
Wafer über eine geringe, mit 163 bezeichnete Distanz fal
len, bevor er von dem Schaleneinsatz aufgefangen wird. Die
se Distanz stellt sicher, daß der Wafer sich von der Ober
fläche 261 des Wafer-Trägers 139 getrennt hat. Es kann ein
Unterdrucktest durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß
der Wafer sich tatsächlich von der Fläche des Wafer-Trägers
139 getrennt hat. Nach Beendigung der Entladefolge wird der
Luftzylinder 159 deaktiviert und der Einsatz 161 kehrt in
seine Ruhestellung auf der Fläche 155 des Fortschalttischs
117 zurück.
Nachdem die polierten Wafer in Entladeschalen 119 bis 123
angeordnet und nicht polierte Wafer in Wafer-Träger 139 bis
143 geladen worden sind, wird die Wafer-Polieranordnung 132
längs der Schienen 137 in eine Stellung über dem Polier-Drehtisch
134 bewegt. Fig. 8 zeigt in Seitenansicht die
Bewegung längs der seitlich angeordneten Schienen 137.
Fig. 8 umfaßt eine gestrichelte Darstellung des Transport
rahmens 144′ in der linken oder Fortschaltstellung sowie
eine zweite durchgezogene Darstellung des Transportrahmens
144 in der rechten oder Polierstellung. Festzuhalten ist,
daß in der Ausführungsform lediglich ein derartiger Trans
portrahmen vorhanden ist, es sind jedoch zwei dargestellt,
um den Bereich der Linearbewegung der Polieranordnung 132
anzugeben. In der Polierstellung greifen vier von den
Transportrahmen 144 getragene Keile 166 in entsprechende
Schlitze 167 in zugeordneten, an der Hauptplatte 136 be
festigten Halterungselementen 168 ein. In Fig. 8 sind zwei
derartige Keile dargestellt, die beiden anderen sind auf
der entgegengesetzten Seite des Hauptrahmens 144 getragen.
Nach Eingriff zwischen den Keilen 166 und den Schlitzen 167
werden vier Solenoide 169 betätigt, um einen Hebelarm 171
mit einer Rolle an einem Ende in Eingriff mit den Keilen
166 zu drehen, um einen festen Paßsitz zwischen den Keilen
166 und den Schlitzen 167 aufrecht zu erhalten. Durch die
Betätigung der Keile 166 und der Halterungselemente 168
werden nach oben gerichtete Kräfte, die von dem Druck der
Wafer-Träger 139 bis 143 auf den Tisch 134 erzeugt werden,
von den Halterungselementen 168 aufgenommen und nicht von
den Lagern 145. Die Polieranordnung 132 wird in Antwort auf
die Drehung der Transport-Kugelumlaufspindel 163 längs der
Schienen 137 bewegt, welche in Antwort auf Befehle von dem
Rechner 103 von dem Wechselstrom-Servomotor 165 angetrieben
wird.
Das Polieren der Wafer wird durch die kombinierte Wirkung
der Waferträger 139 bis 143, der Polieranordnung 132 und
der Bewegung des Poliertisches 134, die in Anwesenheit ei
nes Schleifschlamms und/oder chemischen Schlamms arbeiten,
bewirkt. Fig. 16 zeigt einen Schnitt des Bearbeitungsmo
duls 102 längs der Schnittlinie 16-16 durch den Poliertisch
134. Der Poliertisch 134 ist oberhalb der Hauptstruktur
platte 136 durch ein Lagerelement 281 auf einer zentralen
Welle 282 drehbar gehalten. Die Welle 282 verläuft durch
die Platte 136 und ist durch einen Antriebsriemen 283 und
eine Riemenscheibe 284 mit einer Ausgangsriemenscheibe 285
des Poliertischmotors 280 verbunden. Der Motor 280 arbeitet
in Antwort auf Befehle an eine Schnittstelle 442 eines im
Stand der Technik wohlbekannten Typs, um die Drehzahl des
Poliertischs 134 genau zu regeln. Fig. 16 zeigt ferner ein
Paar Schlammdüsen 221, die von einer Schlammpumpe 223 (Fig.
15) zugeführten Schlamm auf dem Tisch 134 verteilen.
Die Schlammpumpe 223 arbeitet unter der Steuerung des
Rechners 103.
Der Tisch 134 umfaßt eine scheibenförmige obere Fläche 286,
die von einem Halterungsrahmen 288 zum Haltern der oberen
Fläche 286 und zur Bildung wenigstens einer Kühlfluidkammer
293 getragen ist. Die Welle 282 weist längs ihrer Mittel
achse einen hohlen Kanal 291 auf und umfaßt ein Rohr 290,
das darin zur Bildung zweier Fluidkanäle angeordnet ist. Im
Betrieb befindet sich ein Fluidkanal innerhalb des Rohrs
290 und der zweite befindet sich in dem Ringraum zwischen
dem Rohr 290 und der Innenfläche des Kanals 291. Kühlfluid
wird über das zentrale Rohr 290 und ein Anschlußstück 297
in den Kanal 293 gepumpt. Erwärmtes Wasser aus dem Kanal
293 fließt durch den Ringkanal um das Rohr 290 und wird
über das Anschlußstück 297 zu einem Wärmetauscher 295
(Fig. 2) zurückgeführt. Der Wärmetauscher 295, der eine
(nicht dargestellte) Fluidpumpe umfaßt, fährt mit der Zir
kulation und Kühlung des Arbeitsfluids fort, um am Polier
tisch 134 eine herabgesetzte Temperatur aufrechtzuerhalten.
Die in Fig. 9 in Draufsicht dargestellte Polieranordnung
132 umfaßt fünf unabhängige Poliereinheiten, von denen jede
in einem gesonderten Bereich angeordnet ist, der in der Po
lieranordnung ausgebildet ist. Der Aufbau der Anordnung 132
umfaßt ein oberes Stahlplatten-Zehneck 170, welches von ei
nem unteren parallelen Stahlplatten-Zehneck 172 durch ein
zentrales Stahlhalterungselement 174 getrennt ist, sowie
fünf bereichsdefinierende Stahlplatten 175, wie dies in
Fig. 9 in Draufsicht dargestellt ist. Das Halterungselement
174 ist an den oberen und unteren Platten 170 und 172 ange
schweißt, und jede der bereichsdefinierenden Platten 175
ist an der Längserstreckung des Halterungselements 174 und
an den oberen und unteren Platten 170 und 172 angeschweißt.
In jedem Bereich der Polieranordnung 132 ist ein sich hin-
und herbewegender Polierarm 180 schwenkbar angebracht, um
sich um eine durch einen Punkt 176 verlaufende vertikale
Achse horizontal hin- und herzubewegen. In Antwort auf
Steuersignale von dem Rechner 103 reguliert der sich hin-
und herbewegende Polierarm 180 die Stellung eines Wafer-Trägers,
beispielsweise 139, dessen Druck auf den Polier-Drehtisch
134, sowie die Drehzahl des Wafer-Trägers 139.
Ein sich hin- und herbewegender Polierarm 180 ist in Fig.
10 im einzelnen dargestellt. Der Polierarm 180 umfaßt eine
vertikale Schwenksäule 181, an welcher ein oberes horizon
tales Halterungselement 182 angeschweißt ist, sowie einen
unteren horizontalen Halterungs-I-Träger 183. Die freien
Enden des Elements 182 und des I-Trägers 183 sind mittels
eines Endelements 184 verbunden. Das obere Ende der
Schwenksäule 181 ist mittels Bolzen mit der Drehfläche
eines Drehzahluntersetzers 186 verbunden, der eine Öffnung
in der oberen Platte 170 durchsetzt. In der vorliegenden
Ausführungsform ist der Drehzahluntersetzer 186 ein "Dojen
Series II Model No. 04"-Drehzahluntersetzer. Der stationäre
Teil des Drehzahluntersetzers 186 ist mittels Bolzen mit
der oberen Fläche der Platte 170 verbunden. Das untere Ende
der Schwenksäule 181 ist mittels eines Lagers 187 und eines
Lagerhaltestifts 188 gehalten, der an der unteren Platte
172 des Gehäuses 132 befestigt ist. Ein Wechselstrom-Servo
motor 190 ist mit dem Drehzahluntersetzer 186 verbunden und
treibt diesen an. Indem der Servomotor 190 wahlweise zu
Drehung im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn erregt wird,
wird in einfacher Weise die Hin- und Herbewegung des Po
lierarms 180 um die vertikale, von der Säule 181 festge
legte Achse gesteuert.
Der Polierarm 180 trägt die Vorrichtung, die die Funktion
eines Wafer-Trägers, beispielsweise 139, steuert. Das Anhe
ben, Absenken und die nach unten gerichteten Kräfte auf den
Wafer-Träger werden von einem doppelt wirkenden Luftzylin
der 192 gesteuert, der an der oberen Fläche des oberen Ele
ments 182 des Polierarms befestigt ist. Der Luftzylinder
192, der beispielsweise ein SNC Serie NCA1 sein kann, ver
läuft durch einen bogenförmigen Schlitz 195, der in der
oberen Platte 170 ausgebildet ist, so daß die freie Hin-
und Herbewegung des Arms 180 nicht behindert wird. Eine
Ausgangswelle 194 des Luftzylinders 192 ist an einem Ring
flansch 196 befestigt, der mit einem schalenförmigen Ele
ment 197 verbunden ist. Das schalenförmige Element 197
nimmt durch eine kreisförmige Öffnung 199 in dem schalen
förmigen Element einen Lageransatz 198 auf. Der Flansch 196
und das schalenförmige Element 197 bilden zusammen eine zy
linderförmige Kammer, die größer bemessen ist als der mit
einem Flansch versehene obere Teil des Lageransatzes 198,
so daß keine Querkräfte von unterhalb des Lageransatzes 198
her auf den Luftzylinder 192 übertragen werden. Eine untere
Fläche des Lageransatzes 198 ist an einer oberen Fläche
eines Kraftsensors 202 befestigt, beispielsweise einer
"Sensetel Model 41"-Meßdose, deren untere Fläche an einem
hohlzylindrischen Kraftübertragungselement 204 befestigt
ist. Und zwar ist das Kraftübertragungselement 204 an sei
ner unteren Fläche mittels eines Axiallagers 208 mit dem
Umfang einer hohlen Trägerantriebswelle 206 verbunden. In
dem hohlen Kraftübertragungselement 204 befindet sich eine
Fluidkupplung 210, die über eine Öffnung 209 in dem Kraft
übertragungselement 204 dem hohlen Zentrum der Trägeran
triebswelle 206 über eine Fluidverbindung 211 Fluide und
Unterdruck zuführt.
Die Trägerantriebswelle 206 ist an dem I-Träger 183 bei 212
durch einen Kugelschiebekeil (ball spline) und eine Lager
anordnung gehalten, welche die Welle 206 an seitlicher Be
wegung hindert, jedoch sowohl eine Aufwärts- und Abwärts
bewegung als auch eine Drehung der Welle ermöglicht. Die
Anordnung 212 umfaßt einen Kugelschiebekeil-Ansatz 214,
beispielsweise einen "THK LBST50", der mittels eines Lagers
216, beispielsweise ein "Torrington 9120K", am Ort gehalten
wird. Das untere Ende der Antriebswelle 206 ist an einem
kreisförmigen Flansch 218 befestigt, der sich durch einen
bogenförmigen Schlitz 219 im Boden der Platte 172 der An
ordnung 132 erstreckt. Der bogenförmige Schlitz 219 ist im
wesentlichen dem bogenförmigen Schlitz 195 identisch und
dient zur Ermöglichung einer Hin- und Herbewegung der Welle
206 und des Trägers 139. Die Oberseite des Kugelschiebe
keils 214 ist mit einem Zahnrad 224 verbunden, das von
einem an einer Ausgangswelle 227 des Drehzahluntersetzers
222 befestigten Zahnrads 226 angetrieben wird. Ein Wechsel
strom-Servomotor 220 stellt unter der Steuerung des Rech
ners 103 Drehkräfte für den Drehzahluntersetzer 222 und
somit die Welle 206 bereit.
Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung eines Wafer-Trägers
139, der zur gleichmäßigen Verteilung von nach unten ge
richteten Druckkräften und Drehkräften von der Welle 206
auf einem von dem Wafer-Träger getragenen Wafer ausgebildet
ist. Der Wafer-Träger 139 umfaßt ein oberes Kraftübertra
gungselement 251 kreisförmigen horizontalen Querschnitts,
das mittels Bolzen an der unteren Fläche 219 des Flansches
218 angebracht ist. Das obere Element 251 ist von einer zy
linderförmigen oberen Öffnung eines unteren Kraftübertra
gungselements 253 aufgenommen, welches in Fig. 14 ferner
perspektivisch dargestellt ist. Der Außendurchmesser des
oberen Elements 251 ist kleiner als der Innendurchmesser
des Aufnahmezylinders des unteren Elements 253, um Änderun
gen der Ausrichtung zwischen der Achse der Antriebswelle
206 und der Drehachse des Wafer-Trägers 139 zu ermöglichen.
Die Kopplung zwischen dem oberen Element 251 und dem unte
ren Element 253 umfaßt ein Kardanlager (bearinged gimble),
um im Fall von Ausrichtungsänderungen einen gleichmäßigen
Druck über die ebene Fläche 261 des Trägers 139 aufrecht zu
erhalten.
Nach unten gerichtete Druckkräfte werden von einer Kugel
lageranordnung übertragen, welche eine Mehrzahl von Kugel
lagern 258 umfaßt, die von einer unteren Bahn 255 gehalten
und von einem Rückhalteelement 257 zurückgehalten sind. Wie
in Fig. 13 gezeigt ist, ist die untere Bahn 255 an dem un
teren Kraftelement 253 um dessen vertikale Mittelachse be
festigt und umfaßt eine Nut 260 zum Ausrichten der Kugel
lager 258. Von einer symmetrisch um die vertikale Achse der
unteren Fläche des oberen Kraftelements 251 angeordneten,
oberen Bahn 256 werden Druckkräfte auf die Kugellager 258
ausgeübt. Die Lagerkontaktfläche der oberen Bahn 256 ist in
dem dargestellten Querschnitt mit einem Radius R ausgebil
det, der im wesentlichen gleich dem Abstand zu einem vorbe
stimmten Punkt auf der vertikalen Mittelachse des unteren
Elements 253 ist. In der vorliegenden Ausführungsform be
findet sich der vorbestimmte Punkt an der die Fläche defi
nierenden Oberfläche 261 des Wafer-Trägers 139 und ist mit
262 bezeichnet. Zur gleichmäßigen Kraftverteilung fokus
siert diese Anordnung die ausgeübten Druckkräfte auf dem
Mittelpunkt der Fläche 261. Die Ausbildungen der Bahnen 255
und 256 können so gewählt sein, daß der Kraftfokus oberhalb
oder unterhalb des dargestellten angeordnet ist; es ist je
doch am erwünschtesten, die Kräfte auf der Vertikalachse zu
fokussieren.
Über vier Nockenfolger 263, die in 90°-Abständen um den
zylinderförmigen Umfang des oberen Elements 251 angebracht
sind, werden Drehkräfte von dem oberen Element 251 auf das
untere Element 253 gekoppelt. Die Außenringe der Nockenfol
ger 263 sind in Schlitzen 265 (Fig. 14) angeordnet, die in
Winkelabständen von 90° um den auf rechten zylinderförmigen
Teil des unteren Elements 253 angeordnet sind. Die Schlit
ze, die zur freien Bewegung geringfügig breiter sind als
der Durchmesser der Außenringe der Nockenfolger 263, sind
in Vertikalrichtung ausreichend lang, um vorhersagbare Be
reiche erforderlicher Bewegung zu ermöglichen. Drehkräfte
werden zu dem unteren Element 253 übertragen, wenn die
Nockenfolger 263 an den Seitenflächen (Lagerflächen) der
Schlitze 265 anliegen. Das obere Element 251 ist in dem un
teren Element 253 durch einen Ansatz 267 gehalten, der an
dem unteren Element 253 nach Einsetzen des oberen Elements
251 befestigt ist. Zum Aufrechterhalten eines Drucks auf
die Kugellager 258 und zum Ermöglichen einer Bewegungsfrei
heit zwischen den Elementen 251 und 253 umfaßt der Ansatz
267 eine Mehrzahl Federn 269, die einen flexiblen nach
unten gerichteten Druck von dem Ansatz 267 auf das obere
Element 251 aufrechterhalten.
Das untere Element 253 ist in zwei Abschnitten gefertigt,
so daß Fluid und Unterdruck dadurch zur Oberfläche 261 ge
führt werden können. Ein oberer Abschnitt 271 des unteren
Elements 253 weist eine Mehrzahl von eingefrästen Kanälen
273 auf, die mit einer Zentralöffnung 272 in Verbindung
stehen. Der die Oberfläche definierende untere Abschnitt
274 des unteren Elements 253 umfaßt eine Mehrzahl von
durchgebohrten Löchern 275, um Fluide und Unterdruck zwi
schen der Oberfläche 261 und den gefrästen Kanälen 273 zu
führen. Ein Hohlraum 274 ist zwischen dem oberen Element
251 und dem Flansch 218 ausgebildet, welcher Hohlraum an
seiner unteren Fläche mittels einer flexiblen Dichtung 276
abgedichtet ist. Jegliches Fluid oder Unterdruck, das in
das hohle Zentrum des Antriebselements 206 geführt wird,
wird von dem Kanal 277, der Öffnung 272, den gefrästen Ka
nälen 273 und den Löchern 275 durch das Flächenelement 274
über den Hohlraum 274 zu den Löchern in der Fläche 261 ge
leitet. Der Wafer-Träger 139 umfaßt ferner einen hohlzylin
drischen Ring 268 aus Kunststoffmaterial, beispielsweise
Delrin, der über dem Flächenelement 274 angeordnet ist, um
eine äußere Lippe 270 für die Fläche 261 zu bilden. Die
Lippe 270 wird verwendet, um einen befestigten Wafer daran
zu hindern, auf der Oberfläche 261 zu gleiten, und die op
timale Höhe der Lippe 270 variiert in Abhängigkeit von der
Waferdicke und anderen Prozeßvariablen. Wie in Fig. 14 ge
zeigt, umfaßt ein äußerer Flansch 262 des unteren Elements
253 an seiner Außenfläche ein Gewinde 264, das mit einem
Gewinde 264, an der inneren zylinderförmigen Fläche des
Rings 268 zusammenpaßt. Durch Aufschrauben des Rings 268
auf den Flansch 262 kann die Höhe der Lippe 270 durch Dre
hen des Rings fein eingestellt werden. Wenn die gewünschte
Höhe der Lippe 270 erreicht ist, wird sie durch einen Rück
haltering 266, der mittels Bolzen an dem unteren Element
253 befestigt ist, durch Reibeingriff gehalten. Vorteilhaf
terweise können um den Rückhaltering 266 Kennzeichnungsmar
kierungen 259 angeordnet sein, welche beim Einstellen der
Höhe der Lippe 270 mit einer Bezugslinie 254 auf dem Ring
268 verglichen werden können.
Wenn sich die Polieranordnung 132 beim Poliertisch 134 be
findet, kann der Wafer-Ausgabeprozeß stattfinden, polierte
Wafer aus den Entladeschalen 119 bis 123 des Fortschalt
tischs 117 in eine Ausgabe-Wafer-Kassette, beispielsweise
108, zu bewegen. Der Wafer-Ausgabeprozeß beginnt damit, daß
der Fortschalttisch 117 in eine Stellung gebracht wird, in
der sich die Entladeschale 120 in der Ausgabeposition 131
befindet. Der Ausgabeprozeß beginnt, wenn die Wafer-Schale
117 in der Ausgabeposition von einem Luftzylinder 160 ange
hoben wird und der Entladegreifer 116 den Wafer 135 in der
Entladeschale 120 an dessen Rand ergreift, ihn vertikal
dreht und ihn in eine Wasserreinigungsvorrichtung 230
setzt. Die Wasserreinigungsvorrichtung 230 ist im einzelnen
in Seitenansicht in Fig. 11 dargestellt und in Draufsicht
in Fig. 12. Der entladene Wafer 235 wird durch den Greifer
116 auf vier Spindeln 232 gesetzt, von denen jede eine mit
tels eines Kugellagers montierte Kappe 233 aufweist. Die
Spindeln 232 und Kappen 233 sind derart angeordnet, daß der
Umfang des Ausgabewafers 235 auf einem Vorsprung 236 aller
vier Kappen getragen wird. Eine Reinigungsanordnung 237 mit
sechs umlaufenden Bürsten 238 wird dann längs Führungsach
sen 240 nach rechts zu dem Wafer 235 in eine Stellung ober
halb und unterhalb des Wafers getrieben. Nach dieser Posi
tionierung wird ein Bürsten tragender unterer Teil 241 der
Reinigungsanordnung 237 von einem Luftzylinder 239 nach
oben bewegt, um den Wafer 235 zwischen die oberen und un
teren Bürstensätze 238 einzuschließen. Die Bürsten werden
dann von Schrittmotoren 247 und 246 und (nicht dargestell
ten) Riemen gedreht, während entionisiertes Wasser von ei
ner Mehrzahl Düsen 243 in dem oberen Element 244 der Reini
gungsanordnung 237 und einer Mehrzahl von unter dem Wafer
235 angebrachten Düsen 245 zugeführt wird. Die asymmetri
sche Anordnung der Bürsten 238 dreht den Wafer 235 in dem
Wasser und reinigt dadurch dessen Oberfläche. Nach einer
vorbestimmten Zeit zum Beenden des Reinigens wird die Rei
nigungsanordnung 237 in ihre linkeste Stellung zurückge
führt, und der Wafer 235 wird von einer Lift-/Armvorrich
tung 249 in eine Stellung oberhalb der Wasserreinigungs
anordnung 230 angehoben. Die Lift-/Armanordnung 249 wird
dann längs des Führungselements 248 zu einer Wasserrutsche
250 (Fig. 1) bewegt, wo der Wafer 235 freigegeben wird, um
mittels Wasserströmung in die Ausgabewaferkassette 108 zu
gleiten. Vorteilhafterweise bleibt die Waferkassette 108 in
Wasser eingetaucht, bis sie von einer Bedienungsperson ent
fernt wird.
Das hier beschriebene Verfahren und die hier beschriebene
Vorrichtung wird von dem Rechner 103 gesteuert, der einen
"Intel 486"-Hauptprozessor, Speicher und geeignete Eingabe-
/Ausgabeschnittstellen zur Steuerung und Erfassung von Pro
duktionsprozessen umfaßt. Die Rechneranordnung, die ein Sy
stem mit einem VME-Bus sein kann, und ihre Schnittstelle zu
den Produktionsprozessen sind im Stand der Technik wohlbe
kannt und werden hier nicht im einzelnen beschrieben. Fer
ner umfaßt jeder der beschriebenen Servo- und Schrittmoto
ren einen zugeordneten Positions- und/oder Drehzahlsensor,
der von dem Rechner 103 bei der Regelung der Drehung und
Stellung des Motors eingesetzt wird. Derartige Positions-
und Drehzahlsensoren sind im Stand der Technik ebenfalls
wohlbekannt. Obgleich der Rechner 103 mit einem (nicht dar
gestellten) Prozeßsteuer-Hauptrechner kommunizieren kann,
der einen gesamten Wafer-Herstellungsprozeß steuern kann,
ist ferner ein derartiger Hauptrechner oder eine derartige
Kommunikation für das vorliegende Verfahren und die vorlie
gende Vorrichtung nicht erforderlich und wird daher hier
nicht beschrieben.
Fig. 15 ist ein elektrisches Blockdiagramm der vorlie
genden Vorrichtung, die die von dem Rechner 103 ausgeübte
Steuerung darstellt. Der Großteil der Steuerung wird in
Regelschleifen durchgeführt, indem auf dem Bus 450 und dem
Bus 450′ von dem Rechner 103 an eine Stellvorrichtung ein
Befehl gesendet wird und von dem Rechner über den Bus 451
und den Bus 451′ ein Sensor überprüft wird, um sicherzu
stellen, daß der Befehl zur Erzielung des gewünschten Er
gebnisses korrekt ausgeführt wurde. In Fig. 15 sind zwi
schen den verschiedenen Stellvorrichtungen, beispielsweise
dem Luftzylinder 192, und einem oder mehreren Sensoren,
beispielsweise 202 und 407, gestrichelte Linien darge
stellt. Diese gestrichelten Linien sind Bauteilen zugeord
net, die Teile der Regelschleife sind. Beispielsweise wird
der Druck zwischen einem Wafer und dem Poliertisch 134 auf
rechterhalten, indem einer einen oder mehrere Luftzylinder
192 steuernden Schnittstelle einer analogen Luftdrucksteue
rung 401 Befehle von dem Rechner 103 übermittelt werden, um
einen in dem Befehl angegebenen Druck auszuüben. Der auf
den Poliertisch von jedem Träger, beispielsweise 139, tat
sächlich ausgeübte Druck wird dann von einem Drucksensor
202 über eine Schnittstelle 408 eingelesen und der Rechner
103 sendet an die Luftdrucksteuerung 401 Justierbefehle, um
den Druck auf einem gewünschten Wert zu halten.
Fig. 17 bis 22 sind Flußdiagramme des von dem System 100
durchgeführten Wafer-Polierprozesses, wie er von dem Rech
ner 103 gesteuert wird. Der Wafer-Polierprozeß umfaßt sechs
Grundroutinen, die in den Flußdiagrammen dargestellt sind
und nachfolgend im einzelnen diskutiert werden. Die sechs
Grundroutinen sind In-Gang-Setzen, Eingabe, Ausgabe, Bela
den, Entladen und Polieren. Die In-Gang-Setz-Routine (Fig.
17) wird beim "Einschalten" durchgeführt und, wenn neue
Prozeßvariable eingegeben werden sollen. Die Eingaberoutine
wird verwendet, um unpolierte Wafer aus den Eingabekasset
ten 106 auf den Fortschalttisch 117 zu laden. Die Eingabe
routine kann ausgeführt werden, wann immer Eingabe-Wafer
verfügbar sind, Ladeschalen 124 bis 128 des Fortschalt
tischs 117 verfügbar sind und die Polieranordnung 132 den
Fortschalttisch nicht benutzt. Die Ausgaberoutine wird
durchgeführt, wann immer polierte Wafer in den Entladescha
len 119 bis 123 verfügbar sind, eine Ausgabekassette 108
verfügbar ist und die Polieranordnung 132 den Fortschalt
tisch 117 nicht verwendet. Die Beladeroutine (Fig. 19)
wird durchgeführt, wenn die Ladeschalen 124 bis 128 voll
sind und die Wafer-Träger 139 bis 143 leer sind. Die Be
laderoutine wird unmittelbar von der Polierroutine der
Fig. 20 gefolgt. Die Entladeroutine der Fig. 21 wird durch
geführt, wann immer die Träger 139 bis 143 polierte Wafer
enthalten und die Entladeschalen 119 bis 123 leer sind. Wie
aus Vorstehendem zu ersehen ist, können mehrere Routinen
gleichzeitig durchgeführt werden. Beispielsweise können
während einer Polierroutine, wenn die Polieranordnung 132
den Fortschalttisch 117 nicht benötigt, sowohl die Eingabe
als auch die Ausgaberoutinen durchgeführt werden, falls das
Fortschalten des Tischs 117 koordiniert ist.
Der Prozeß beginnt mit der In-Gang-Setz-Routine (Fig. 17),
wenn eine Bedienungsperson die Vorrichtung einschaltet und
wenigstens eine Eingabekassette 108 mit Wafern und wenig
stens eine leere Ausgabekassette 108 in das Eingabe-/Ausga
bemodul 101 einsetzt. Der Rechner 103 antwortet in Schritt
301 auf das "Einschalten" mit der Durchführung interner
Initialisierungsroutinen wohlbekannter Art, und mit der
Initialisierung des Systems im Schritt 303. Diese System
initialisierung umfaßt das Ablesen aller Sensoren, um die
Funktionsfähigkeit des Systems zu bestimmen. Als nächstes
wird der Schritt 304 durchgeführt, in welchem die Prozeß
variablen von einer Bedienungsperson eingegeben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform arbeitet ein Videomoni
tor 105 (Fig. 1) als Vorrichtung mit berührungsempfindli
chem Bildschirm und ermöglicht die Eingabe der Prozeßvari
ablen. Ebenso könnten andere Eingabevorrichtungen, bei
spielsweise Rechnertastaturen, verwendet werden. Die von
der Bedienungsperson eingegebenen Prozeßvariablen geben be
stimmte Eigenheiten des Polierens für jeden Wafer-Träger
139 bis 143 an. Beispielsweise kann die Bedienungsperson
für jeden Wafer-Träger 139 bis 143 den auf dem Poliertisch
134 auszuübenden Druck, die Drehzahl des Wafer-Trägers, die
von dem Polierarm 180 hervorgerufene Hin- und Herbewegungs
distanz, und die Zeit, über die dieser Druck auf dem Po
liertisch aufrechterhalten werden soll, eingeben. Die Be
dienungsperson spezifiziert im Schritt 304 ferner die Dreh
zahl des Poliertisches 134 und die zum Tisch zu pumpende
Schlammenge. Die für einen Polierarm 180 spezifizierten Va
riablen können von jenen für andere Arme spezifizierten ab
weichen. In der folgenden Ausführungsform sei jedoch ange
nommen, daß alle fünf Wafer-Träger 139 bis 143 gemäß den
gleichen Prozeßvariablen arbeiten. Der Rechner 103 spei
chert die Prozeßvariablen für jeden Polierarm 180 an unter
schiedlichen Speicherstellen in dem Rechner. Der Rechner
103 verwendet die eingegebenen Prozeßvariablen zur Bestim
mung von Bereichen tatsächlich erfaßter Werte von den Sen
soren, die die physikalischen Variablen des Prozesses mes
sen.
Nach Bestimmung und Speicherung der Prozeßvariablen wird
der Schritt 305 durchgeführt, in welchem alle fünf Träger
139 bis 143 angehoben, in die Ausgangsstellung und in die
Polierstellung bewegt werden. Schritt 305 wird mittels der
Übertragung von Befehlen über die Luftdrucksteuerung 401
durchgeführt, um alle fünf Luftzylinder 192 derart zu steu
ern, daß sie ihre verbundenen Wafer-Träger 139 bis 143 an
heben. Die Beendigung des Anhebens wird durch Ablesen von
fünf Halleffekt-Grenzdetektoren 407 über eine Schnittstelle
408 überprüft. Die Bewegung in die Ausgangsstellung wird
dadurch erzielt, daß entsprechende Befehle an die Hin- und
Herbewegungs-Servoschnittstelle 403 gesendet werden, welche
die Servomotoren 190 mit Leistung versorgt, um die Träger
in die Ausgangsstellung zu schwenken. Die ordnungsgemäße
Bewegung wird dann durch Ablesen von Servopositionssensoren
409 der Motoren 190 (jedem Servomotor 190 ist einer zuge
ordnet) über eine Schnittstelle 410 überprüft. Als nächstes
wird ein Schritt 306 durchgeführt, in welchem dem Polier
tischmotor 280 über eine Schnittstelle 442 ein Befehl ge
sendet wird, um zu erreichen, daß die Drehzahl auf die Pro
zeßvariablen eingestellt wird. Der Rechner 103 liest über
eine Schnittstelle 441 periodisch das Ausgangssignal eines
Drehzahlsensors 440 des Motors 280 ein, um die tatsächliche
Drehzahl des Poliertischs 134 einzustellen. Schließlich
wird die Stellung der Polieranordnung 132 von einem dem
Servomotor 165 zugeordneten Stellungssensor 415 abgelesen,
und falls die Anordnung sich nicht in der Polierstellung
befindet, werden dem Servomotor 165 über eine Schnittstelle
417 Befehle zugesendet, um die Anordnung dorthin zu bewe
gen.
Nachdem das System 100 in einen bekannten Zustand versetzt
worden ist, wird ein Schritt 307 ausgeführt, um zu bestim
men, ob eine Eingabekassette 108 in eine Eingabe-/Ausgabe
einheit 101 geladen worden ist. Diese Überprüfung kann das
Ablesen eines Sensors 119 in Form einer photoelektrischen
Zelle in der Eingabe-/Ausgabeeinheit 101 mittels des Rech
ners 103 umfassen. Wenn keine Kassette vorhanden ist, kann
ein Alarm oder eine andere Anzeige vorgesehen werden, um
eine Bedienungsperson zu einer Handlung zu veranlassen.
Andernfalls, wenn eine solche Kassette vorhanden ist,
beginnt der Prozeß mit der Eingaberoutine (Fig. 18) in ei
nem Schritt 309. Der Schritt 309 wird durchgeführt, um den
Fortschalttisch 117 in die Eingabe-/Ausgabestellung zu
bringen, in welcher sich die Ladeschale 124 in der Eingabe
position 129 in der Nähe des Eingabegreifers 115 befindet.
Der Schritt 309 umfaßt zum Identifizieren der Position des
Fortschalttischs 117 das Ablesen eines Stellungssensors 421
des Fortschalt-Servomotors 131 und den Befehl über die
Schnittstelle 423, den Servomotor 131 um 36° fortzuschal
ten, falls sich eine Entladeschale, beispielsweise 119, in
der Eingabeposition 129 befindet. Andernfalls, wenn sich
die Ladeschale 124 bereits in der Eingabeposition 129 be
findet, wird nicht fortgeschaltet. Nach Festlegen der Ein
gabeposition wird in Schritt 311 an den Eingaberoboter 111
der Befehl übermittelt, einen Wafer von der Eingabekassette
106 zur Ausrichtvorrichtung 113 zu leiten. Eine geeignete
Ausrichtung des Wafers durch die Ausrichtvorrichtung 113
kann dann von dem Rechner 103 abgelesen werden, um zu be
stimmen, ob der Waferbewegungs- und -ausrichtungsvorgang
erfolgreich beendet worden ist.
Nach ordnungsgemäßer Ausrichtung wird ein Schritt 313
durchgeführt, in welchem die Ladeschale 124 in der Eingabe
position 129 angehoben wird, und der Eingabegreifer 115 er
hält im Schritt 315 den Befehl, den ausgerichteten Wafer in
die Ladeschale zu setzen. Die Ladeschale 124 wird dann in
einem Schritt 317 abgesenkt und der Servomotor 131 erhält
in Schritt 318 den Befehl, um 72° fortzuschalten. Nach dem
Fortschalten wird eine Überprüfung 319 durchgeführt, um zu
bestimmen, ob ein Waferzähler in dem Rechner 103 zeigt, daß
fünf Wafer auf den Fortschalttisch 117 gesetzt worden sind.
Wenn weniger als fünf Wafer auf den Fortschalttisch gesetzt
worden sind, beginnt die Wafer-Eingaberoutine erneut bei
Schritt 311.
Wenn alle fünf Ladeschalen 124 bis 128 Wafer zum Polieren
enthalten, beginnt die Wafer-Beladeroutine (Fig. 19) in
Schritt 321, nach welchem die Träger 139 bis 143 sich in
den angehobenen Stellungen und Ausgangsstellungen befinden.
Eine Funktion zum Bewegen der Polieranordnung 132 beginnt
dann in Schritt 323, welcher den Befehl von dem Rechner 103
an die Klemmensteuerung 425 umfaßt, die Keile 166 von den
Halteelementen 168 zu lösen, und dessen Durchführung durch
Ablesen eines Sensors 426 überprüft wird. Die Funktion zum
Bewegen der Polieranordnung umfaßt ferner den Befehl an den
Servomotor 165, die Polieranordnung 132 in die Fortschalt
tischstellung zu bewegen. Diese Bewegung wird durch Ablesen
eines Stellungssensors 415 des Servomotors 165 überprüft.
Nachdem die Träger 139 bis 143 über dem Fortschalttisch 117
angeordnet worden sind, werden sie in Schritt 325 durch Ab
senken und Drehen gegen die Bürste 146 bei gleichzeitigem
Besprühen mit Wasser aus den Düsen 147 geschrubbt. Die
Steuerung des Wasserversprühens ist in Fig. 15 durch eine
Wasserventil-Steuereinheit 428 dargestellt, die über eine
Schnittstelle 429 Befehle empfängt. In einem Schritt 327
werden die Träger 139 bis 143 durch Befehle an die Luftzy
linder 192 angehoben und durch Befehle an die fünf Servomo
toren 202 in ihre äußerste Stellung bewegt. Das ordnungsge
mäße Anheben und Bewegen der Träger 139 bis 143 wird durch
Ablesen der Sensoren 407 und 409 überprüft.
Die Stellung der Ladeschalen 124 bis 128 wird in einem
Schritt 328 überprüft, um festzustellen, daß sich eine La
deschale 124 in der Eingabeposition 129 befindet, und falls
sich eine Entladeschale in dieser Position befindet, wird
der Tisch um 36° fortgeschaltet. Wenn die Ladeschalen 124
bis 128 ordnungsgemäß angeordnet sind, werden die Ladescha
len in einem Schritt 329 durch Befehle von dem Rechner 103
an eine Luftzylinder-Steuereinheit 431 über eine Schnitt
stelle 430 angehoben. Eine Mehrzahl von Halleffekt-Sensoren
432 werden von dem Rechner 103 abgelesen, um die ordnungs
gemäße Betätigung der Luftzylinder festzustellen. Die Scha
len richten sich nach dem Anheben selbst zu den Trägern
aus, und der Rechner 103 befiehlt einer Unterdrucksteuer-Schnittstelle
434, fünf Fluidventile 435 derart zu steuern,
daß von einer Quelle 438 an die Oberflächen 261 der Träger
139 bis 143 über Schläuche zu dem Fluidkopplungseingang 211
(Fig. 10) Unterdruck zugeführt wird. Der zugeführte Unter
druck sichert die Wafer an den Trägern 139 bis 143, und die
Ladeschalen werden in einem Schritt 333 zum Fortschalttisch
117 abgesenkt. Bevorzugt überprüfen Unterdrucksensoren 436
den Wert des Unterdrucks, um sicherzustellen, daß ein Wafer
auf jedem Träger 139 bis 143 vorhanden ist, bevor der Pro
zeß fortschreitet. Der Zustand der Sensoren 436 wird von
dem Rechner 103 über eine Schnittstelle 437 eingelesen. Die
Wafer-Träger 139 bis 143 werden dann im Schritt 335 in die
Ausgangsstellung bewegt und dem Servomotor 165 wird in ei
nem Schritt 337 befohlen, die Polieranordnung 132 in die
Polierstellung zu bewegen.
Nach Erreichen der Polierstellung wird die Polieranordnung
durch einen Befehl an die Klemmensteuereinheit 425 in ihrer
Position verriegelt, und in Schritt 341 beginnt die Polier
routine (Fig. 20). Festzuhalten ist, daß das System 100
gleichzeitig mit dem Polieren die Eingaberoutine durchfüh
ren kann, um neue Wafer für das Polieren vorzubereiten,
und/oder eine nachfolgend zu beschreibende Ausgaberoutine
durchführen kann, um polierte Wafer von dem Fortschalttisch
117 zu entfernen.
Im Schritt 341 wird die Drehzahl des Poliertischs über
prüft, indem über eine Schnittstelle 441 ein Drehzahlsensor
440 abgelesen wird, und die Drehzahl wird durch Befehle an
den Poliertischmotor 280 über die Schnittstelle 442 einge
stellt. Zu diesem Zeitpunkt werden über eine Schnittstelle
405 Befehle an die Servomotoren 220 gesendet (Schritt 343),
damit diese mit ihrer Drehung mit der von der Bedienungs
person in den eingegebenen Variablen spezifizierten Dreh
zahl beginnen. Ferner werden die Träger 139 bis 143 abge
senkt und mit dem spezifizierten Druck gegen den Polier-Drehtisch
134 gedrückt, und die Hin- und Herbewegungsdi
stanz und -frequenz der Träger 139 bis 143 wird beibehal
ten. Bevorzugt werden Drucksensoren 202, Positionssensoren
409 und Drehzahlsensoren 412 von dem Rechner 103 während
des Polierens häufig abgelesen und geeignete Einstell
befehle übermittelt, um alle Bewegungen und Kräfte sorgfäl
tig in den Bereichen zu halten, die von der Bedienungsper
son in den eingegebenen Variablen spezifizierten Werte be
stimmt worden sind. Ferner wird einer Schlamm-Schnittstelle
die auf dem Poliertisch 134 gepumpte Schlammenge zugeführt
und die Temperatur des Poliertischs wird von dem Rechner
103 durch Kommunikation mit dem Wärmetauscher 295 gesteu
ert, um sorgfältiges Polieren aufrechtzuerhalten.
Ein Zeitzählschritt 349 beginnt zu laufen, wenn das Polie
ren beginnt, und die Wafer-Träger 139 bis 143 werden ange
hoben (Schritt 351) und ihre Bewegung angehalten, wenn die
von der Bedienungsperson spezifizierte Zeitvariable er
reicht ist. Falls dann Entladeschalen verfügbar sind, was
in Schritt 353 bestimmt wird, schreitet der Prozeßfluß zur
Entladeroutine (Fig. 21) in Schritt 355 fort.
Im Schritt 355 wird die Polieranordnung 132 in die Fort
schalttischstellung bewegt, die Träger im Schritt 357 abge
senkt und geschrubbt, und im Schritt 359 angehoben und in
ihre äußerste Stellung bewegt. Im Schritt 361 wird die
Stellung des Fortschalttischs 117 von dem Rechner 103 er
faßt, und erforderlichenfalls wird der Tisch so gedreht,
daß sich eine Entladeschale 120 in der Eingabeposition 129
befindet. Wenn sich die Entladeschalen in einer ordnungsge
mäßen Position befinden, werden sie in Schritt 363 zur Aus
richtung mit den Trägern 139 bis 143 angehoben und der Un
terdrucksteuerung 434 wird befohlen, den Unterdruck an den
Flächen 261 aufzuheben, um es den Wafern zu ermöglichen, in
ihre jeweiligen Entladeschalen zu fallen. Tatsächlich kann
festgestellt werden, daß notwendig ist, ferner ein Fluid,
beispielsweise Wasser, dem Unterdrucksystem unter Druck
zuzuführen, um die Wafer von ihren entsprechenden Ober
flächen 261 wegzudrängen. Eine derartige Fluideinleitung
in das System wird von der Steuerung des Rechners 103 der
Fluidventile 435 durchgeführt, die gemäß der Darstellung in
Fig. 5 mit einer Unterdruckquelle 434 und einer Quelle 439
für unter Druck stehendes Wasser verbunden ist.
Wenn die Wafer in die Entladeschalen 119 bis 123 gefallen
sind, werden sie im Schritt 367 zur Oberfläche des Fort
schalttischs 117 abgesenkt. Die Träger 139 bis 143 werden
dann in ihre Ausgangsstellung bewegt (Schritt 369), abge
senkt und geschrubbt (Schritt 371) und angehoben (Schritt
373). Dann wird ein Schritt 375 durchgeführt, um zu bestim
men, ob unpolierte Wafer in den Ladeschalen 124 bis 128
vorhanden sind. Wenn Wafer in den Ladeschalen vorhanden
sind, wird die im Schritt 327 beginnende Beladeroutine
(Fig. 19) durchgeführt.
Wenn die Polieranordnung 132 zu dem Poliertisch entweder
mit oder ohne zu polierenden Wafern zurückgekehrt ist und
polierte Wafer in den Entladeschalen 119 bis 123 vorhanden
sind, beginnt die Wafer-Ausgaberoutine (Fig. 22) in
Schritt 381. In Schritt 381 wird die Fortschalttisch-Stel
lung überprüft und, erforderlichenfalls gesteuert, um eine
Entladeschale 120 in die Ausgabeschalenposition 131 zu
bringen. Die Entladeschale 120 in der Position 131 wird
dann in einem Schritt 383 von einem Ausgabeluftzylinder 160
in Antwort auf Befehle von dem Rechner 103 an eine Luftzy
lindersteuereinheit 431 angehoben. Der Ausgabegreifer 116
wird dann in Schritt 385 in die Ausgabeposition 131 gedreht
und erhält von dem Rechner 103 den Befehl, den Wafer zu er
greifen und von der angehobenen Entladeschale in die Reini
gungsstation 230 zu überführen, wo er im Schritt 387 durch
eine Kombination von Befehlen an die Luftzylindersteuerung
431, die Wassersteuerung 428 und die Schrittmotorsteuerung
445 gereinigt wird. Wenn das Reinigen beendet ist, was von
einem Zeitzählschritt 389 angegeben wird, wird in Schritt
391 überprüft, ob weitere polierte Wafer in den Entlade
schalen 119 bis 123 des Fortschalttischs 117 verfügbar
sind, und falls dies so ist, wird der Tisch um 72° fortge
schaltet und die Eingaberoutine fährt mit Schritt 383 fort.
Wenn alle Entladeschalen 119 bis 123 leer sind, endet der
Ausgabeprozeß.
Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darge
stellt worden sind, ist es für einen Fachmann offensicht
lich, daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen durchge
führt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuwei
chen, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
Beispielsweise werden in der beschriebenen Ausführungsform
gleichzeitig fünf Wafer gemäß dem gleichen von der Bedie
nungsperson eingegebenen Prozeßvariablen geladen, entladen
und poliert. Es können jedoch auch unterschiedliche Prozeß
variablen für jeden Polierarm eingegeben werden. Ferner
können für bestimmte kleine Stapelverarbeitungsprozesse
oder zu Testzwecken weniger als fünf Wafer gleichzeitig po
liert werden. Während der Dateneingabephase können einige,
beispielsweise zwei, Polierarme als leer laufende Arme aus
gewiesen werden und lediglich drei Wafer anstatt fünf wer
den auf den Fortschalttisch gesetzt, geladen, poliert und
entladen.
Claims (4)
1. Rechnergesteuerte Vorrichtung zum Polieren einer Ober
fläche eines dünnen Wafermaterials, umfassend:
eine sich drehende Polierfläche;
Mittel zum Messen der Drehzahl der Polierfläche;
einen Wafer-Träger zum Sichern eines dünnen Mate rial-Wafers an seiner Oberfläche;
Luftzylindermittel zum Andrücken eines in dem Wa fer-Träger gesicherten Wafers gegen die Polierfläche;
Druckerfassungsmittel zum Messen des von dem Wa fer-Träger auf die Polierfläche ausgeübten Drucks;
Mittel zum Drehen des Wafer-Trägers, während der Material-Wafer gegen die Polierfläche gedrückt ist;
Mittel zum Messen der Drehzahl des Trägers;
Mittel zum Festlegen von Bereichen des Wafer-Trä ger-Drucks, der Poliertisch-Drehzahl und der Wafer-Trä ger-Drehzahl; und
Rechnermittel, die auf die Druckerfassungsmittel, die Mittel zum Erfassen der Polieroberflächen-Drehzahl und die Mittel zum Erfassen der Wafer-Träger-Drehzahl ansprechen, um den Druck, die Polierflächen-Drehzahl und die Wafer-Träger-Drehzahl im wesentlichen fortlau fend innerhalb der von den Festlegungsmitteln festge legten Bereiche zu halten.
eine sich drehende Polierfläche;
Mittel zum Messen der Drehzahl der Polierfläche;
einen Wafer-Träger zum Sichern eines dünnen Mate rial-Wafers an seiner Oberfläche;
Luftzylindermittel zum Andrücken eines in dem Wa fer-Träger gesicherten Wafers gegen die Polierfläche;
Druckerfassungsmittel zum Messen des von dem Wa fer-Träger auf die Polierfläche ausgeübten Drucks;
Mittel zum Drehen des Wafer-Trägers, während der Material-Wafer gegen die Polierfläche gedrückt ist;
Mittel zum Messen der Drehzahl des Trägers;
Mittel zum Festlegen von Bereichen des Wafer-Trä ger-Drucks, der Poliertisch-Drehzahl und der Wafer-Trä ger-Drehzahl; und
Rechnermittel, die auf die Druckerfassungsmittel, die Mittel zum Erfassen der Polieroberflächen-Drehzahl und die Mittel zum Erfassen der Wafer-Träger-Drehzahl ansprechen, um den Druck, die Polierflächen-Drehzahl und die Wafer-Träger-Drehzahl im wesentlichen fortlau fend innerhalb der von den Festlegungsmitteln festge legten Bereiche zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel
zum Festlegen von Bereichen Dateneingabemittel umfas
sen, welche auf eine Interaktion einer Bedienungsperson
ansprechen, um die Bereiche des Wafer-Träger-Drucks,
der Polierflächen-Drehzahl und der Wafer-Träger-Dreh
zahl festzulegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend Mittel zum Hin-
und Herbewegen des Wafer-Trägers auf der Polierfläche;
Hin- und Herbewegungs-Meßmittel zum Messen der Di stanz und der Frequenz der Hin- und Herbewegung des Wa fer-Trägers; und
wobei die Rechnermittel Mittel umfassen, die auf die Hin- und Herbewegungs-Meßmittel ansprechen, um die Hin- und -Herbewegung des Wafer-Trägers innerhalb vor bestimmter Bereiche zu halten.
Hin- und Herbewegungs-Meßmittel zum Messen der Di stanz und der Frequenz der Hin- und Herbewegung des Wa fer-Trägers; und
wobei die Rechnermittel Mittel umfassen, die auf die Hin- und Herbewegungs-Meßmittel ansprechen, um die Hin- und -Herbewegung des Wafer-Trägers innerhalb vor bestimmter Bereiche zu halten.
4. Rechnergesteuerte Vorrichtung zum Polieren einer Ober
fläche eines dünnen Material-Wafers, umfassend:
eine Polierfläche;
eine Polieranordnung mit einer Mehrzahl von Wafer-Trägern zum im wesentlichen gleichzeitigen Ausüben von Druck und Relativbewegung zwischen einer Mehrzahl von Material-Wafern und der Polierfläche;
Mittel zum Festlegen einzelner Prozeßvariablen de finierender Bereiche des Drucks und der Relativbewegung für jeden der Wafer-Träger; und
Rechnermittel, die auf die einzelnen Prozeßvari ablen ansprechen, um jeden der Wafer-Träger unabhängig zum Ausüben von Druck und Relativbewegung gemäß den Prozeßvariablen zu steuern.
eine Polierfläche;
eine Polieranordnung mit einer Mehrzahl von Wafer-Trägern zum im wesentlichen gleichzeitigen Ausüben von Druck und Relativbewegung zwischen einer Mehrzahl von Material-Wafern und der Polierfläche;
Mittel zum Festlegen einzelner Prozeßvariablen de finierender Bereiche des Drucks und der Relativbewegung für jeden der Wafer-Träger; und
Rechnermittel, die auf die einzelnen Prozeßvari ablen ansprechen, um jeden der Wafer-Träger unabhängig zum Ausüben von Druck und Relativbewegung gemäß den Prozeßvariablen zu steuern.
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