DE69625778T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Polieren von Substraten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Polieren von Substraten

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum chemischen-mechanischen Polieren von Halbleitersubstraten unter Verwendung einer Durchlauf- oder Chargenbehandlung. Zu den verschiedenen Aspekten der Erfindung gehören Maßnahmen zum gleichzeitigen und aufeinander folgenden Transport eines Substrats zu einem Waferkopf in und zu seinem Laden auf den Waferkopf und/oder ein Substrat zu reinigen und von einem Waferkopf abzuladen, während gleichzeitig ein oder mehrere andere Substrate poliert werden. Die Bewegung, das Reinigen und das Polieren des Substrats können so gestaltet werden, dass sie vollständig automatisiert sind.
  • Integrierte Schaltungsvorrichtungen werden gewöhnlich auf Substraten ausgebildet, am häufigsten auf Halbleitersubstraten, durch die aufeinander folgende Abscheidung und Ätzung von leitenden, halbleitenden und isolierenden Filmschichten. Wenn die Abscheideschichten nacheinander abgeschieden und geätzt werden, entwickelt die oberste Fläche des Substrats, d. h. die freiliegende Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat, eine aufeinander folgend topologisch unebenere Oberfläche. Dies ergibt sich, weil die Höhe der obersten Filmschicht, d. h. der Abstand zwischen der Oberseite dieser Schicht und der Oberfläche des darunter liegenden Substrats, in Bereichen des Substrats am größten ist, wo die geringste Ätzung erfolgte, und in Bereichen am geringsten ist, wo die stärkste Ätzung erfolgte.
  • Diese unebene Oberfläche bildet ein Problem für den Hersteller von integrierten Schaltungen. Der Ätzschritt wird gewöhnlich dadurch vorbereitet, dass eine Resistschicht auf der freiliegenden Fläche des Substrats angeordnet wird und dann selektiv Abschnitte des Resists entfernt werden, um das Ätzmuster auf der Schicht zu erzeugen. Wenn die Schicht nicht planar ist, können die photolithographischen Verfahren der Musterbildung der Resistschicht ungeeignet sein, da die Oberfläche des Substrats ausreichend nicht planar sein kann, um eine Fokussierung der lithographischen Vorrichtung auf die gesamte Schichtoberfläche zu verhindern. Es besteht deshalb ein Bedürfnis, die Substratoberfläche periodisch zu planarisieren, um eine ebene Schichtoberfläche für die Lithographie wiederherzustellen.
  • Das chemische-mechanische Polieren oder Ebenmachen (CMP) ist ein anerkanntes Planarisierverfahren. Dieses Planarisierverfahren erfordert gewöhnlich, dass das Substrat in einem Waferkopf so angeordnet wird, dass die zu polierende Substratoberfläche freiliegt. Das von dem Kopf gehaltene Substrat wird dann gegen ein rotierendes Polierkissen gehalten. Der das Substrat haltende Kopf kann sich ebenfalls drehen, um eine zusätzliche Bewegung zwischen dem Substrat und der Polierkissenoberfläche zu erhalten. Weiterhin wird dem Kissen eine Polierschlämme (gewöhnlich mit einem abreibenden und wenigstens einem chemisch reaktiven Mittel darin, die zur Steigerung des Polierens der obersten Filmschicht des Substrats ausgewählt werden) zugeführt, um an der Trennfläche zwischen dem Kissen und dem Substrat eine chemische Abriebslösung bereitzustellen. Zum Polieren einer Oxidschicht ist die Schlämme gewöhnlich aus einem Siliziumdioxid-Schleifstaub mit Durchmessern in der Nähe von 50 nm zusammengesetzt. Der Schleifstaub wird durch Abrauchen hergestellt und dann in einer basischen Lösung mit einem pH-Wert in der Nähe von 10,5 angeordnet. Anschließend wird die Lösung stark durch Mischen scherzerkleinert, so dass der Schleifstaub in einer kolloidalen Suspension über lange Zeiträume verbleibt. Zum Polieren von Metall kann der Schleifstaub entweder von Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid gebildet werden.
  • Die Kombination aus Polierkisseneigenschaften, der speziellen Schlämmenmischung und anderer Polierparameter können spezielle Poliercharakteristika ergeben. Für jedes zu polierende Material ist somit die Kombination aus Kissen und Schlämme theoretisch in der Lage, eine spezifische Endbearbeitung und Ebenheit an der polierten Oberfläche vorzusehen. Natürlich beeinflussen zusätzliche Polierparameter, zu denen die Relativgeschwindigkeit zwischen Substrat und Kissen und die Andrückkraft des Substrats an das Kissen gehören, die Poliergeschwindigkeit, die Oberflächengüte und die Ebenheit. Für ein gegebenes Material, dessen gewünschte Oberflächengüte bekannt ist, kann deshalb eine optimale Kombination aus Kissen und Schlämme ausgewählt werden. Gewöhnlich beruht die tatsächliche Kombination aus Polierkissen und Schlämme, die für ein bestimmtes Material ausgewählt wird, auf einer Abwägung zwischen der Poliergeschwindigkeit, die zum größten Teil den Durchsatz der Wafer durch die Vorrichtung bestimmt, und der Notwendigkeit, eine spezielle gewünschte Oberflächengüte und Ebenheit an der Oberfläche des Substrats zu erhalten.
  • Da die Ebenheit und die Oberflächengüte der polierten Schicht von anderen Behandlungsbedingungen in darauf folgenden Herstellungsschritten diktiert werden, muss der Durchsatz insoweit, wie er die Poliergeschwindigkeit betrifft, häufig bei dieser Abwägung geopfert werden. Zudem ist ein hoher Durchsatz für den Markt wesentlich, da die Kosten der Polierausrüstung mit der Anzahl der herzustellenden Wafer amortisiert werden müssen. Natürlich muss ein hoher Durchsatz gegenüber den Kosten und der Komplexität der zu verwendenden Maschinen ins Gleichgewicht gebracht werden. In gleicher Weise führen der umbaute Raum und die Bedienungspersonalzeit, die für Betrieb und Wartung des Poliergeräts erforderlich sind, zu Kosten, die in den Verkaufspreis einzubeziehen sind. Aus all diesen Gründen braucht man eine Poliervorrichtung, die einen hohen Durchsatz hat, relativ einfach und billig ist, wenig umbauten Raum einnimmt und eins minimale Steuerung und Wartung durch Bedienungspersonal erfordert.
  • Eine zusätzliche Begrenzung des Polierdurchsatzes ergibt sich dadurch, dass die Änderung der Oberflächeneigenschaften des Polierkissens eine Funktion des Poliereinsatzes ist und auch eine Kompression in den Bereichen eintritt, wo das Substrat gegen das Kissen zum Polieren gedrückt wird. Dieser Zustand, auf den gewöhnlich als "Glasigwerden" Bezug genommen wird, führt dazu, dass die Polierfläche des Polierkissens weniger abrasiv wird, wodurch mit der Zeit die Polierrate abnimmt. Das Glasigwerden führt somit zu einer Erhöhung der Polierzeit, die zum Polieren irgendeines individuellen Substrats erforderlich ist. Deshalb muss die Polierkissenoberfläche periodisch erneuert oder konditioniert werden, um gewünschte Polierbedingungen beizubehalten und um einen hohen Durchsatz von Substraten durch die Poliervorrichtung zu erreichen. Zu der Kissenkonditionierung gehört gewöhnlich das Abschaben der Polierfläche des Kissens, um sowohl alle Unregelmäßigkeiten zu beseitigen als auch die Oberfläche aufzurauen.
  • Obwohl die Polierkissenkonditionierung die mittleren Polierraten ansteigen lässt, schließt sie ihre eigenen Schwierigkeiten ein. Wenn sie von Hand ausgeführt wird, ist ihre Beständigkeit schlecht, und sie führt zu Bedienungspersonalkosten und beträchtlicher Maschinenstillstandszeit, die beide den kostenjustierten Durchsatz verschlechtern. Wenn die Kissenkonditionierung von automatisierten Maschinen ausgeführt wird, muss dafür gesorgt werden, dass die Oberflächenabreibung das Polierkissen nicht ausfüllt und beschädigt. Wenn die Relativbewegung zwischen dem Konditionierwerkzeug und dem Kissen hauptsächlich durch die Kissendrehung erfolgt, ändern sich darüber hinaus die relative Geschwindigkeit und die Verweilzeit über dem Radius des Kissens, wodurch sich eine radiale Ungleichförmigkeit bei dem rekonditionierten Kissen ergibt.
  • Eine weitere Begrenzung für den Durchsatz einer herkömmlichen Poliervorrichtung entsteht aus dem Laden und Entladen von Substraten von der Polierfläche. Ein bekannter Versuch zur Durchsatzerhöhung, wie er von Gill in dem US-Patent 4,141,180 gezeigt ist, verwendet Mehrfachpolierflächen für die Substratpolierung, um dadurch eine Optimierung der Polierrate und der Oberflächengüte mit zwei verschiedenen Kissen oder Schlämmekombinationen zu ermöglichen. Bei der beschriebenen Poliervorrichtung sind an einer Polierstation eine Hauptpolierfläche und eine Feinpolierfläche vorgesehen. Ein einziger Polierkopf, der von einer einzigen Poliervorrichtung gesteuert wird, bewegt ein einziges Substrat zwischen den verschiedenen Polierstationen auf der Vorrichtung.
  • Ein weiteres Verfahren zur Steigerung des Durchsatzes verwendet einen Waferkopf, in dem eine Vielzahl von Substratbeladestationen, zum gleichzeitigen Laden einer Vielzahl von Substraten gegenüber einem einzigen Polierkissen vorgesehen sind, um ein gleichzeitiges Polieren von Substraten an dem einzigen Polierkissen zu ermöglichen. Obwohl dieses Verfahren den Anschein hat, dass sich beträchtliche Durchsatzsteigerungen gegenüber der Einzelsubstratausgestaltung des Waferkopfs erreichen lassen, sprechen mehrere Faktoren gegen die Verwendung solcher Trägeranordnungen zum Planarisieren von Substraten, insbesondere nachdem auf ihnen Abscheidungsschichten ausgebildet worden sind. Zunächst ist der Waferkopf, der den zu polierenden Wafer hält, komplex. Der Versuch, die Kraft zu steuern, mit der jedes Substrat gegen das Kissen gedrückt wird, lässt den Teil des den Wafer haltenden Kopfs schwimmen. Ein schwimmender Waferhalter erfordert eine beträchtliche Anzahl von sich bewegenden Teilen, und es müssen Druckleitungen in die drehende und sich bewegende Geometrie eingeschlossen werden. Zusätzlich ist die Fähigkeit, die Kräfte zu steuern, die jedes einzelne Substrat gegen das Kissen drücken, durch die schwimmende Natur einer solchen Waferkopfanordnung begrenzt und ist somit ein Kompromiss zwischen Einzelsteuerung und leichter Steuerung der allgemeinen Poliereigenschaften der Mehrfachsubstrate. Wenn irgendein Substrat ein Problem entwickelt, beispielsweise wenn ein Substrat bricht, kann schließlich ein Bruchstück des Substrats locker werden und alle anderen Substrate, die auf dem gleichen Kissen poliert werden, zerstören.
  • Der Polierdurchsatz wird weiter durch die Forderung begrenzt, dass die Wafer am Ende des Polierens und manchmal zwischen den Polierstufen gewaschen werden. Obwohl die Waschzeit bisher durch gleichzeitiges Waschen eines Mehrfachwaferkopfs begrenzt worden ist, insoweit das Waschen zusätzliche Maschinenzeit gegenüber der für das Polieren erforderlichen benötigt, wird der Systemdurchsatz nachteilig beeinflusst.
  • Es besteht deshalb ein Bedürfnis für eine Poliervorrichtung, die eine Optimierung des Polierdurchsatzes, der Ebenheit und der Oberflächengüte ermöglicht, während die Gefahr einer Verunreinigung oder Zerstörung der Substrate auf ein Minimum reduziert wird.
  • Das Hochgeschwindigkeitspolieren, das für Poliervorrichtungen mit hohem Durchsatz gefordert wird, stellt an die Poliervorrichtungen strenge Beschränkungen und Anforderungen. Die mechanischen Kräfte sind groß, jedoch sind kleine, beim Polieren verursacht Kratzer für integrierte Schaltungen verhängnisvoll. Deshalb muss die Auslegung mechanische Abweichungen kontrollieren und minimieren. Das Umfeld der CMP-Behandlung ist rau, so dass die Maschinerie sorgfältig ausgelegt werden muss, um die Lebensdauer zu verlängern und um die Wartung zu reduzieren. Wenn die Schlämme auf dem Wafer oder irgendeinem Teil der Vorrichtung trocknen darf, führt dies zur Bildung einer hart gewordenen Schicht, deren Entfernung sich als sehr schwierig erweist. Im Allgemeinen muss eine Vorrichtung mit hohem Durchsatz einfach betätigbar sein, darf nur einen geringen Eingriff einer Bedienungsperson erfordern, muss für eine regelmäßige oder nicht vorgesehene Wartung leicht bedienbar sein und darf für einen Ausfall oder einen Verschleiß ihrer Teile nicht empfindlich sein.
  • Wenn ein Poliersystem in den Handel gebracht werden soll, muss es flexibel sein und an eine Anzahl unterschiedlicher Polierprozesse angepasst werden können. Unterschiedliche Hersteller von integrierten Schaltungen bevorzugten unterschiedliche Polierprozesse abhängig von ihrer Chip-Gesamtkonstruktion. Unterschiedliche, zu planarisierende Schichten erfordern besonders unterschiedliche Polierprozesse, und der Chiphersteller möchte das gleiche Poliersystem für zwei verschiedene Polierprozesse verwenden. Statt der Auslegung eines Poliersystems für jeden Polierprozess wird stärker bevorzugt, dass eine einzige Konstruktion an die unterschiedlichen Prozesse mit minimalen Maschinenänderungen anpassbar ist.
  • Die US-A-3,913,271 beschreibt eine Vorrichtung mit wenigstens zwei Arbeitsstationen, von denen die eine auf einer abreibenden Maschine angeordnet ist, die eine Arbeitsfläche hat, und über der Trägereinrichtungen bewegbar sind. Kraftbetätigte Einrichtungen an der Trägereinrichtung dienen selektiv dazu, wenigstens ein Werkstück anzuheben und abzusenken, um das Werkstück von einer Arbeitsstation zur anderen zu überführen und um das Werkstück zwangsweise gegen die Arbeitsfläche zu drücken.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine chemische-mechanische Poliervorrichtung sowie ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung bereit, um eine hohe Durchsatzrate von Substraten mit verbesserter Ebenheit und Oberflächengüte des planarisierten Substrats zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin eine starke Flexibilität bei den Polierprozessen vor, die nacheinander an mehreren Polierstationen ausgeführt werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Polieren von Substraten bereitgestellt, die wenigstens zwei zu polierende Substrate, wenigstens zwei Polierflächen, ein drehbares Karussell und wenigstens zwei Substratköpfe, die von dem Karussell herabhängen und daran jeweils eines der Substrate halten, aufweist und sich durch eine Überführungsvorrichtung mit einer einzigen Belade-/Entladeposition und durch ein Positionierelement auszeichnet, das mit dem Karussell gekoppelt ist, um das Karussell zu bewegen und um dadurch einen ausgewählten Substratkopf über einer ausgewählten Polierfläche oder der Überführungsvorrichtung zu positionieren.
  • Im Einsatz werden mehrere, beispielsweise drei, Waferköpfe gleichzeitig über Polier- stationen angeordnet, während der restliche Waferkopf über einer Überführungsstation angeordnet wird. Jede Polierstation ist mit einer unabhängig drehenden Platte vervollständigt, die ein Polierkissen trägt, dessen Oberfläche mit einer Abriebsschlämme benetzt wird, die als Poliermedium wirkt.
  • Jedes Polierkissen kann von einem unabhängig drehenden Konditionierkopf konditioniert werden, der in einer Schwenkbewegung auf einer bogenförmigen Bahn zwischen dem Zentrum des Polierkissens und seinem Umfang streichen gelassen wird. Der Konditionierarm kann die an seinem Ende angebrachte Konditionierplatte gegen das Kissen drücken, um das Kissen zu konditionieren.
  • Im Einsatz kann einer der Waferköpfe über einer Überführungsstation zum Laden und Entladen von Wafern auf die Köpfe und von ihnen weg angeordnet werden, während die anderen Köpfe über den Polierstationen positioniert und ihre Wafer poliert werden. Die Überführungsstation kann auch zum Ausrichten von Wafern und zum Waschen der Wafer und der Waferköpfe benutzt werden.
  • Die zu polierenden Substrate können aus einer mit Flüssigkeit gefüllten Kassette, die die Wafer in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung trägt, durch ein Vakuumfestspann- Robotblatt abgezogen werden, das an einem nahezu unendlich einstellbaren Robotüberführungsmechanismus befestigt ist, der eine flexible Positionierung des Wafers auf seinem Übergang zwischen der Kassette und der Poliervorrichtung ermöglicht. Der zu polierende Wafer kann in die Poliervorrichtung durch den Überführmechanismus so eingesetzt werden, dass der Wafer über einem Überführungssockel an einer Überführungsstation positioniert ist, der die Wafer lädt und entlädt, sie ausrichtet und wäscht. Während dieses Vorgangs spannt die Vakuumfläche des Robotblatts des Führungsmechanismus durch Vakuum die Rückseite des Wafers an der nach unten weisenden Seite des Blattes fest. Der Sockel kann zuerst abgesenkt werden, um die Wafer mit Strahlen zu waschen, die in der Sockelfläche vorgesehen sind. Der Sockel kann dann zum Abstützen des Wafers angehoben werden, das Festspannvakuum wird aufgehoben und das Robotblatt entfernt.
  • Dann können Ausrichtklauen so angehoben werden, dass sie den Wafer und den unteren Teil des Waferkopfs umschließen. Klauen können dann zusammengezogen werden, um den Waferkopf zu kontaktieren und gleichzeitig den Wafer unter der Waferaufnahmeaussparung in dem Waferkopf zu zentrieren. Der Wafer, der nun zu der Waferausnahmeaussparung in dem Waferkopf ausgerichtet ist, kann dann durch den Überführungssockel angehoben werden, so dass der Wafer in die Wafer-/Substrataufnahmeaussparung eingesetzt und der Wafer in Kontakt mit dem Kopf gehalten wird. Wahlweise kann eine Vakuumzuführung durch den Kopf zur Innenseite der Aussparung aktiviert werden, um den Wafer in dem Kopf zu halten, wonach der Sockel abgesenkt wird. Dieser Kopf, der nun mit einem unpolierten Wafer beladen ist, ist dann für eine Drehung durch den Karussellkopf zu einer Polierposition bereit. Die Drehung des Karussells bewegt einen der anderen Waferköpfe in eine Position über der Ausricht-Überführungs-Reinigungsstation vor.
  • Nachdem ein Substrat in der Vorrichtung poliert worden ist, kann für das Entladen der Waferkopf mit einem solchen Wafer in die Waferausricht-Überführ-Reinigungsstation zurückgeführt werden, und es kann ein Waschbecher/Bassin angehoben werden, um den unteren Teil des Waferkopfs insgesamt zu umgeben. Dann kann eine Reinigungslösung (beispielsweise entionisiertes Wasser) durch Sprühdüsen strömen gelassen werden (die sowohl auf der Oberseite des Überführungssockels als auch in mehreren Umfangsdüsenarmen angeordnet sind), die auf die Fläche des Kopfs und den unteren Abschnitt des Waferkopfs gerichtet sind, um Schlämme und andere Teilchen zu verschieben und zu entfernen, die auf dem Wafer und unteren Waferkopfflächen vorhanden sein können, um die Verunreinigung vor einer darauf folgenden vollständigeren Reinigung zu reduzieren. Der Waschbecher kann nahezu die gesamte versprühte Lösung auffangen und für eine Recyclisierung oder Entsorgung abführen. Dann kann der Überführungssockel in einen Kontakt mit dem Wafer angehoben werden. Wahlweise kann eine Vakuumdichtung zwischen dem Wafer und der oberen Fläche des Sockels ausgebildet werden, wenn die Rohrverbindung zu den Fluiddüsen in dem Sockel so geändert wird, dass sie an ein Vakuumsystem so angeschlossen wird, dass die Düsen als Vakuumkanäle wirken, um den Wafer fest an der Oberfläche des Sockels zu halten. Der Wafer kann dann von der Fläche des Waferkopfs durch Anlegen eines Gasdrucks durch den Kopf und/oder von innerhalb des Kopfs freigegeben werden. Der Sockel mit dem nun darauf festgelegten Wafer kann in das Waschbassin/-becher abgesenkt werden, wobei dieses Mal nur die Umfangssprühdüsen wieder aktiviert zu werden brauchen, um die Rückseite des Wafers und den Bereich des Waferkopfs zu reinigen, der vorher durch den Wafer abgedeckt war, wenn der Wafer festgelegt war. Wenn die Reinigung abgeschlossen ist, kann das Waschbassin abgesenkt werden, um den Wafer freizulegen, der noch an dem Überführungssockel befestigt ist. Dann kann der Sockel aus dem Waschbassin herausgehoben werden, und das Überführungsrobotblatt bewegt sich dann hinein, um den Wafer zurückzubringen. Über das Blatt kann ein Vakuum angelegt werden, um den Wafer fest an dem Blatt festzulegen. Wenn eine solche Befestigung ausgeführt ist, kann jedes an die Oberfläche des Überführungssockels angelegte Vakuum freigegeben werden, wodurch nur das Robotblatt an dem Wafer festgelegt bleibt. Der Überführungssockel kann dann abgesenkt und der Wafer aus der Vorrichtung zurückgezogen werden. Während der Waferkopf von einem daran festgelegten Wafer befreit ist, kann er durch das Bassin gewaschen werden, das um das untere Ende des Waferkopfs angehoben wird, wobei Waschlösung zu ihm hin durch die Öffnungen in dem Sockelkopf und durch seitliche Sprühstrahlen in dem Bassin gesprüht wird.
  • Gewünschtenfalls kann zwischen benachbarten Platten (Polierstationen) eine Zwischenwaschstation vorgesehen werden, um den Wafer zu reinigen, wenn er von einer Polierstation zur nächsten geht. Ein solches Zwischenwaschen verringert die Überführung von Abriebsschlämmeteilchen von einer Platte zur nächsten, an der die Substrate für ein Entfernen von Schlämme und anderen Nebenprodukten des Polierens mit entionisiertem Wasser oder anderen Materialien positioniert werden. Solche Waschstationen können auch vor und hinter der Plattenpolierstraße angeordnet werden. Gewünschtenfalls können sie als zusätzliche Behandlungsstationen angesehen werden, um den Wafer wirksam zu polieren. Deshalb kann die Poliervorrichtung vergrößert werden, damit ein Satz von Waferköpfen entsprechende Wafer über den Waschstationen drehen kann, während ein anderer Satz von Waferköpfen dazu verwendet wird, andere Wafer an den Kissen zu polieren, die an den Platten zwischen den Waschstationen angebracht sind.
  • Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Polieren von Substraten vorgesehen, die eine Vielzahl von N Platten, die jeweils Polierkissen drehen, die auf ihren oberen Flächen gehalten sind, und eine Überführungsstation zum Beladen und Entladen von Substraten aufweist, wobei die N Platten und die Überführungsstation mit gleichen Winkeltrennabständen um eine Achse herum angeordnet sind, die sich durch eine Vielzahl von N + 1 Substratköpfen, die entsprechende Substrate an ihrer Unterseite halten, und durch einen Träger auszeichnen, der um die Achse drehbar ist und die Substratköpfe hält, sowie für einen Eingriff eines der an einem der Substratköpfe gehaltenen Substrate mit der Überführungsstation und für einen Eingriff der an einem entsprechenden N der Substratköpfe gehaltenen N Substrate mit der Vielzahl von N Polierkissen positionierbar ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Polieren von Substraten vorgesehen, das die Schritte aufweist: Anbringen einer Vielzahl von Substraten auf entsprechenden Substratköpfen einer Vielzahl von N + 1 Substratköpfen, Anbringen einer Vielzahl von Polierflächen auf entsprechenden N drehbaren Platten, die bei einem Tragaufbau gehalten sind, und Anbringen der N + 1 Substratköpfe auf einem um eine Achse drehbaren Karussell, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Drehen des Karussells um die Achse für den Eingriff eines der an einem jeweiligen Substratkopf gehaltenen Substrate mit einer Überführungsstation, durch Anordnen der Überführungsstation zusammen mit den N Platten in gleichen Winkeltrennabschnitten um die Achse herum, durch In- Eingriff-Bringen von N der N + 1 Substrate, die an jeweils N der N + 1 Substratköpfe gehalten sind, mit den N Polierllächen, und durch Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen wenigstens einem der Substrate und einer der Polierflächen zum Polieren einer Fläche des Substrats oder jedes Substrats.
  • Die zentrale Karusselltragplatte kann eine Reihe von radialen Schlitzen haben, in die die Waferkopfanordnungen zwischen einer inneren radialen Position und einer äußeren radialen Position schwenken können, wenn die Waferköpfe und die daran befestigten Wafer unabhängig von den Waferkopf-Drehmotoren gedreht werden, und sie können gleichzeitig gegen die unabhängig drehenden Polierkissen durch einen Druck gepresst werden, der unabhängig von jedem Waferkopf aufgebracht wird. Die geschlitzte Konstruktion reduziert die mechanische Festigkeit, die zur Reduzierung von Vibrationen erforderlich ist. Sie ermöglicht auch eine leichte Wartung der Waferköpfe.
  • Die Art der beim chemischen-mechanischen Polieren verwendeten Schlämme führt jedoch dazu, dass die drehenden Platten die Schlämme abschleudern und ein Schlämmenebel in dem Maschinengehäuse vorhanden ist. Diese luftgetragene Schlämme beschichtet Oberflächen, mit denen sie in Kontakt kommt, und, wenn sie trocknen kann, bilden sich große agglomerierte Teilchen, die sich auf der Kissenoberfläche absetzen können, was zu Kratzern an dem Wafer führt. Die Suspension für die abrasiven Medien kann eine Lösung, beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH) sein, die elektrische Anschlüsse kurzschließen und in unerwünschter Weise freiliegende Oberflächen beeinträchtigen kann. Um diese Probleme zu vermeiden, kann eine D-förmige Platte mit überlappenden Flanschen mit der radial verschwenkbaren Waferkopfanordnung drehen und radial verschwenken und einen Labyrinthschlitzverschluss erzeugen, wodurch ein direkter Zugang durch Schlämme oder Dampf in das Innere des Karussellkopfs unterbunden wird. Ein solches Verschließen mit einem Mehrfachkopf-Trägeranordnungsgehäuse beseitigt nahezu die nachteiligen Effekte des Freiliegens der in einem solchen Gehäuse enthaltenen mechanischen und elektrischen Teile gegenüber der inneren Umgebung einer chemischen-mechanischen Poliervorrichtung.
  • Die Wafer können zu dem System in Waferkassetten transportiert werden. Vorzugsweise können die Kassetten in einem umlaufenden Wasserbad geladen werden, um eine Kuchenbildung aus der Schlämme und eine Metalloxidation zu reduzieren. Es kann eine einzige Überführungsvorrichtung sowohl für das Überführen von Kassetten zwischen einer Trockenposition und dem Bad als auch zur Überführung einzelner Wafer zwischen den Kassetten in dem Bad und der Poliervorrichtung verwendet werden.
  • Eine Robotüberführungsvorrichtung kann ein "L"-förmiges Teil an seinem Ende aufweisen, wobei ein Schenkel des "L"-förmigen Elements das Vakuumrobotblatt ist, während der andere Schenkel eine Waferkassetten-Hubgabel ist. Die Waferüberführungsvorrichtung kann von einem festgelegten Träger abgestützt werden. In dem Träger kann ein horizontaler Schlitten laufen und einen nach unten gehenden Arm halten, der um eine vertikale Achse drehbar ist. Der nach unten gehende Arm kann einen oberen Schienenhalter aufweisen, der vertikal an dem horizontalen Schlitten befestigt, jedoch um eine vertikale Achse drehbar ist. Mit der oberen Schiene kann ein unterer linearer Schlitten in Verschiebeeingriff stehen und sich vertikal zu ihm basierend auf einer Drehung eines Armausfahrmotors vertikal bewegen, der an dem horizontalen Schlitten angebracht ist. Das "L"-förmige Element kann am unteren Ende des unteren linearen Schlittens befestigt und um eine horizontale Achse relativ zu ihm bewegbar sein. Der Motor zum Drehen des "L"-förmigen Elements kann an dem oberen Ende des unteren linearen Schlittens angebracht sein und das "L"-förmige Element über eine lange Welle drehen, die an einer Schneckenradanordnung auf der horizontalen Achse festgelegt ist. Die Position des Motors nahe an dem Träger verringert das Trägheitsmoment des nach unten ragenden Arms um seine Abstützung an dem horizontalen Schlitten herum. Bei dieser Ausgestaltung kann das Robotblatt so positioniert werden, dass es Wafer von den Waferkassetten, welche die Wafer mit einem kleinen Winkel aus der Vertikalen halten, um den Wafer anzuheben und um eine horizontale Achse zu drehen, zu einer horizontalen Position überführt, und den nach unten ragenden Arm um eine vertikale Achse drehen, um den Wafer an der Überführungsposition in der Poliervorrichtung anzuordnen. Die Waferkassette- Hubgabel des "L"-förmigen Elements, die mit 90 Grad von dem Robotblatt aus festgelegt ist, kann in gleicher Weise gehandhabt werden, um Hubschlaufen an der Seite der Waferüberführungskassetten zu greifen. Die Hubgabeln können eine Schulter/Kerbe haben, die an der Rückseite einer Hubschlaufe an der Rückseite der Waferkassette angreift. Wenn die Hubgabel durch die Hubschlaufe geführt und etwas horizontal bewegt und leicht gedreht wird, geht die Hubkerbe nicht länger frei aus dem Schlaufenheben der Hubgabel heraus. Wenn die Hubgabel angehoben wird, kann ihre Schulter/Kerbe die Rückseite der Hubschlaufe einfangen, wodurch der Schlaufenrand der Kassette zum Anheben gebracht wird. Da der Arm leicht gedreht worden sein kann, um an der Kassette anzugreifen und um sie horizontal zu halten, wird die Kassette an einem Verschwenken von mehr als einige Grad um den Hubpunkt gehindert. Wenn der Rand der Kassette angehoben wird, kommt er in Kontakt mit dem Boden der Hubgabel, wobei das Gewicht der Kassette gewährleistet, dass die Kassettenhubschlaufe zu der Kerbe in der Hubgabel hin gedrückt wird, um das Gewicht der Kassette auf der Schulter/Kerbe der Hubgabel zu halten. Der vertikalen Gewichtskomponente der Kassette wirkt die nach oben weisende Schulter/Kerbe der Hubgabel entgegen, so dass die Überführungsvorrichtung die Waferspeicherkassetten aufnehmen und bewegen kann.
  • Die Anordnung und Bewegung der Waferkassetten und Substrate und die Dauer des Polierens oder Reinigens, das an jeder Station ausgeführt wird, kann vorzugsweise durch eine Steuereinrichtung, beispielsweise einen Mikroprozessor, gesteuert werden, der so programmiert werden kann, dass er die Positionierung und das Laden der Substrate leitet und für eine optimale Polierqualität, Ebenheit und einen optimalen Durchsatz sorgt.
  • Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Poliervorrichtung nach der Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Poliervorrichtung von Fig. 1 und zeigt das obere Gehäuse mit Mechanismus getrennt von dem unteren Gehäuse mit Mechanismus.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm, das schematisch zeigt, wie das Glasigwerden zu einer zeitlichen Abnahme der Polierraten führt.
  • Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Änderungen der Polierraten über den Bereichen eines rotierenden Wafers und eines rotierenden Kissens.
  • Fig. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E und 5F zeigen schematisch die fortschreitende Bewegung von Wafern, wenn sie nacheinander in die Karussellträger-Poliervorrichtung nach der Erfindung geladen und poliert werden.
  • Fig. 6A, 6B, 6C und 6D zeigen die Bewegung des Wafers von der Überführungs- Reinigungsstation aus und zu ihr hin, wie in Fig. 5E und 5F zu sehen ist, sowie die tatsächliche Bewegung der Substrate in dem Polierkarussell.
  • Fig. 7 ist eine auseinandergezogene Ansicht des Karussells von Fig. 2.
  • Fig. 8 ist eine Draufsicht auf das Karussell nach der Erfindung, wobei das obere Gehäuse entfernt ist.
  • Fig. 9 ist eine Schnittansicht des Waferkopfsystems von Fig. 8 längs der Linie 9-9 von Fig. 8 mit einer Art von Waferkopf.
  • Fig. 10 ist eine Nahansicht des Waferkopfs mit der Schaftgehäuseverbindung, wie in Fig. 9 gezeigt.
  • Fig. 11 und 12 sind Schnittansichten einer zweiten Ausgestaltung eines Waferkopfs.
  • Fig. 12A ist eine Schnittansicht einer dritten Ausgestaltung eines Waferkopfs bezogen auf die von Fig. 11 und 12.
  • Fig. 13 ist eine Schnittansicht einer Drehverbindung.
  • Fig. 14A, 14B und 14C zeigen die fortschreitenden Positionen der Wellenfolgerplatte mit Schlitz und Spritzabschirmung, wenn eine Waferkopfanordnung aus ihrer innersten Position in ihre äußerste Position radial oszilliert.
  • Fig. 15A, 15B und 15C zeigen aufeinander folgende geschnittene Stirnansichten der Wellenfolgerplatte mit Schlitz und Spritzabschirmung, wenn eine Waferkopfanordnung radial von ihrer innersten Position zu ihrer äußersten Position entsprechend den in Fig. 14A, 14B und 14C gezeigten Ansichten oszilliert.
  • Fig. 16A, 16B und 16C zeigen in aufeinander folgenden geschnittenen Seitenansichten die Arbeitsweise der Spritzplatten längs der radialen Achse des Trägerarms und entsprechend den in Fig. 14A, 14B und 14C gezeigten Ansichten.
  • Fig. 17A, 17B und 17C zeigen aufeinander folgende perspektivische Ansichten der Spritzplatten, wie sie in Fig. 14A, 14B und 14C gezeigt sind.
  • Fig. 18 zeigt eine Draufsicht auf die Poliervorrichtung nach der Erfindung, wobei die Karussellkopfplatte und die Waferkopfanordnungen entfernt sind.
  • Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht einer Platte von Fig. 18 längs 19-19.
  • Fig. 20 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Speicherabschnitts der Platte von Fig. 19, wobei der Speicherabschnitt keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 21 ist eine weitere vergrößerte Schnittansicht der pneumatischen Pumpe des Speichers von Fig. 20, wobei die pneumatische Pumpe einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 22 ist eine schematische Schnittansicht einer Überkopf-Schlämmeabgabeeinrichtung, die auf der Seite und über einer Platte angeordnet ist, wobei die Schlämmeabgabeeinrichtung keinen Teil der Erfindung bildet.
  • Fig. 23 ist eine Draufsicht auf die Überkopf-Schlämmeabgabeeinrichtung von Fig. 22.
  • Fig. 24 ist eine vergrößerte Ansicht des Abgabeendes der Überkopf- Schlämmeabgabeeinrichtung von Fig. 22.
  • Fig. 25 ist ein schematisches Schaltbild des Schlämmeverteilsystems, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 26A, 26B, 26C, 26D und 26E sind seitliche Schnittansichten der Zwischenwaschstation, die zwischen benachbarten Polierplatten angeordnet ist und keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wobei die Folge dieser fünf ähnlichen Ansichten die aufeinander folgende Wirkung eines Waferkopfs und eines daran gehaltenen Wafers zeigt, der an der Zwischenwaschstation gewaschen wird.
  • Fig. 26F ist eine Längsansicht längs 26F-26F von Fig. 26D der Zwischenwaschstation von Fig. 26A bis 26E.
  • Fig. 26G ist eine Draufsicht längs 26G-26G von Fig. 26E der Zwischenwaschstation von Fig. 26A bis 26F.
  • Fig. 27 ist eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Zwischenwaschstation, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Fig. 28 ist eine Draufsicht auf die Waschstation von Fig. 27.
  • Fig. 29 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Polierkissen-Konditioniervorrichtung nach der Erfindung.
  • Fig. 30 zeigt in einer auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht die Konditionierscheibe, die in den Konditionierkopf eingesetzt ist.
  • Fig. 31 zeigt eine Nahansicht des in Fig. 29 gezeigten Konditionierkopfs.
  • Fig. 32 zeigt eine schematische Ansicht einer bekannten Ausgestaltung einer Konditionierkopfvorrichtung.
  • Fig. 33 zeigt eine schematische Ansicht einer Konditionierkopfvorrichtung nach der Erfindung.
  • Fig. 34 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der Konditionierträger- /Antriebsendverbindung mit dem Konditionierarm und der Antriebsscheibe.
  • Fig. 35 zeigt eine Schnittansicht teilweise in schematischer Draufsicht des Konditionierarmträgers und des Antriebsmechanismus.
  • Fig. 36A, 36B und 36C zeigen die aufeinander folgenden Schritte, wenn eine Konditioniervorrichtung ihren Konditionierkopf aus ihrem Waschbecher heraus anhebt und den Konditionierkopf in die Position auf die Polierkissen absenkt, wobei der Waschbecher einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 37 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Konditionierkopf-Waschbechers, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 38 zeigt eine Nahdraufsicht auf die Waschstation, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 39A, 39B und 39C zeigen in einer Draufsicht auf eine Polierposition die relativen Gesamtbewegungen der Polierplatten, des Waferkopfs und des Konditionierkopfs, wie in Fig. 36A-36C gezeigt.
  • Fig. 40 zeigt perspektivisch eine Waferüberführungs-Ausricht-Reinigungsstation nach der Erfindung.
  • Fig. 41 zeigt eine Draufsicht auf die Waferüberführungs-Ausricht-Reinigungsstation von Fig. 40.
  • Fig. 42 zeigt eine in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht die Waferüberführungs-Ausricht-Reinigungsstation von Fig. 40 mit den pneumatischen Betätigungseinrichtungen, die dazu verwendet werden, die Ausrichtklauen zu betätigen, um den Wafer zum Waferkopf auszurichten.
  • Fig. 43 zeigt eine teilweise perspektivische Schnittansicht der Waferüberführungs-Ausricht- Reinigungsstation von Fig. 40 mit den mittigen und umfangsseitigen Fluidkanälen zu Sprühdüsen und Ansaugöffnungen.
  • Fig. 44 zeigt in einer Schnittansicht den Überführungsstationssockel und das umgebende Wachbassin.
  • Fig. 44A zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Teils von Fig. 44, das die Verbindung zwischen der Sockelsäule und dem Bassingehäuse darstellt.
  • Fig. 45 zeigt perspektivisch eine Nahschnittansicht der Ausrichtklaue für die Ausrichtjochverbindung von Fig. 42.
  • Fig. 46 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spinnenanordnung des unteren Endes der Sockelwelle.
  • Fig. 47A, 47B, 47C, 47D und 47E zeigen in geschnittenen Seitenansichten fortlaufende Schritte nach der Erfindung für das Ausrichten und Laden eines Wafers in die Waferaufnahmeaussparung eines Waferkopfs für das darauf folgende Polieren.
  • Fig. 48A, 48B und 48C sind schematische geschnittene Draufsichten auf die Waferüberführungs-Reinigungsstation, die das Ausrichten eines Wafers zeigt, der auf einen Waferkopf geladen wird, entsprechend den jeweiligen Ansichten von Fig. 47A, 47B und 47C.
  • Fig. 49A, 49B und 49C, ihre entsprechenden Gegenstücke 50A, 50B und 50C sowie 51A, 51B und 51C zeigen geschnittene Seitenansichten, Teilschnittansichten und geschnittene und schematische Draufsichten auf die Waferüberführungs-Reinigungsstation und das Rückschlagventil in dem Sockel in aufeinander folgenden Schritten, wenn ein Wafer und ein unterer Teil eines Waferkopfs, an dem der Wafer am Anfang noch befestigt ist, von allen verfügbaren Düsen innig gespült wird, und in darauf folgenden Schritten die Freigabe des Wafers von dem Waferkopf und das Halten an dem Sockel durch Vakuum, wobei das Spülen der Anordnung in dieser Ausgestaltung ausgeführt wird, bevor der Wafer aus der Poliervorrichtung durch ein Robotblatt entfernt wird.
  • Fig. 52 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht die Kopfplatte in Position über den Polierstationen und eine Waferkopfanordnung in Position über und in einer Waferausricht- Überführ-Reinigungsvorrichtung, beispielsweise längs der Linie 52-52 von Fig. 2.
  • Fig. 53 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Getriebearretieranordnung am Boden des Karussells, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 54 zeigt eine schematische, geschnittene vordere Teilansicht einer Waferladevorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Fig. 55 zeigt eine perspektivische Ansicht eines "L"-förmigen Elements, welches das Robotblatt und eine Waferkassettentrog-Hubklaue einschließt, wie sie für die Vorrichtung von Fig. 53 verwendet wird und die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Fig. 56 zeigt eine perspektivische Ansicht des Bodens des Robotblatts von Fig. 55.
  • Fig. 57 zeigt eine teilweise geschnittene schematische Rückansicht des Blatts, der Klaue und des Unterteils des Arms der Waferladevorrichtung von Fig. 54.
  • Fig. 58 zeigt eine Seitenansicht des Robotblatts von Fig. 54.
  • Fig. 59 und 60 zeigen eine teilweise geschnittene Draufsicht von oben bzw. von unten des Robotblatts von Fig. 58.
  • Fig. 61 zeigt eine vereinfachte, auseinandergezogene perspektivische Ansicht des nach unten ragenden Arms und der Gelenkanordnung der Waferladevorrichtung von Fig. 54, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 62 zeigt eine vereinfachte, auseinandergezogene perspektivische Draufsicht der Überkopfschiene der Waferladevorrichtung von Fig. 54, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Fig. 63 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Endes der Überkopfschiene von Fig. 62.
  • Fig. 64 zeigt eine teilweise Draufsicht der Überkopfschiene von Fig. 54 von oben.
  • Fig. 65 zeigt eine teilweise geschnittene schematische Stirnansicht der Waferladevorrichtung von Fig. 54.
  • Fig. 66 zeigt in einer Stirnansicht der Wafer- und Kassettenladevorrichtung die Position des Waferbades und der Waferkassetten in dem Waferbad bezogen auf die Poliervorrichtung und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 67 zeigt eine axiale Schnittansicht einer Wanne, die eine oder mehrere Waferkassetten in einem flüssigen Bad hält und keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 69 zeigt eine Seitenansicht einer Tragschiene der Wanne von Fig. 67.
  • Fig. 70A, 70B, 70C, 70D und 70E sind schematische perspektivische Ansichten, die aufeinander folgende Schritte und die Bewegung eines Robotblatts nach der Erfindung zeigen, wodurch Wafer in die Poliervorrichtung geladen und aus ihr entladen werden.
  • Fig. 71A, 71B und 71C zeigen die Bewegung der Kassettenhubgabel des "L"-förmigen Elements, wenn sie die Waferkassette anhebt, wobei sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Fig. 71A, 72B und 72C zeigen die aufeinander folgende Bewegung der Waferkassetten, so dass in einem Chargenbetrieb spezielle Kassetten für ein fortschreitendes und kontinuierliches Polieren bewegt werden können, sowie die Verwendung der Vorrichtung, wobei die Kassetten keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.
    • Ins Einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Diese Beschreibung gibt zunächst einen Überblick über das System und eine allgemeine Beschreibung der Behandlungsschritte. Dann werden die einzelnen Untersysteme und die detaillierten Prozesse weiter beschrieben.
    • Überblick über die Vorrichtung
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung. Ein Poliersystem 10 hat eine Poliervorrichtung 20 angrenzend an eine Waferladevorrichtung 30. Dem System werden Wafer 40 in einer Kassette 42 zugebracht, die sofort in einer Wanne 34 gelagert wird, um die Wafer nass zu halten. Die Wafer 40 werden einzeln aus der Kassette 42 in die Waferpoliervorrichtung 20 geladen, die sie poliert und dann zu der Ursprungskassette 42 oder zu einer anderen in der Wanne 34 zurückführt. Die Figur zeigt nicht eine Wand, die zwischen der Poliervorrichtung 20 und der Waferladevorrichtung 30 angeordnet ist, so dass sie die Schlämme und andere Polierteilchen in der Poliervorrichtung 20 und weg von der Wanne 34 enthält. Für die Überführung von Wafern zwischen den zwei Vorrichtungen 20 und 30 wird eine nicht gezeigte Schiebetür in der Wand geöffnet. Die Wand kann als Sperre zwischen dem Reinraum, der die Waferladevorrichtung 30 enthält, und dem Schmutzbereich wirken, der die Poliervorrichtung 20 enthält.
  • Die Poliervorrichtung 20 hat eine untere Maschinenbasis 22 mit einem darauf angebrachten Tischoberteil 23 und einem entfernbaren unteren äußeren Deckel 24, der eine Reihe von Polierstationen 50a, 50b und 50c umgibt. Wie in der auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht von Fig. 2 zu sehen ist, umgibt das Tischoberteil 23 eine Umrandung 25, um Flüssigkeiten und Schlämme aufzunehmen, die umhergeschleudert werden und die durch nicht gezeigte Ableitungen in dem Tischoberteil abgezogen werden.
  • Jede Polierstation 50a, 50b oder 50c hat eine drehbare Platte 52, auf der ein Polierkissen 54 angeordnet ist, und weiterhin eine zugeordnete Kissenkonditioniervorrichtung 60a, 60b oder 60c, von denen jede einen drehbaren Arm 62, der einen Konditionierkopf 64 hält, und ein zugeordnetes Waschbassin 68 für den Konditionierkopf 62 aufweist. Die Basis 22 trägt auch eine Überführungsstation 70, die in einer quadratischen Anordnung zu den drei Polierstationen 50a, 50b und 50c angeordnet ist. Die Überführungsstation 70 dient einer Vielzahl von Funktionen, nämlich der Aufnahme der einzelnen Wafer 40 von der Ladevorrichtung 30, ihrem möglichen Spülen, ihrem Laden auf die Waferköpfe (ist später zu beschreiben), die sie während des Polierens halten, dem Erhalt der Wafer 40 zurück von den Waferköpfen, ihrem Waschen und schließlich ihrer Überführung zurück zu der Ladevorrichtung 30. Es wird auch der Waferkopf gewaschen, nachdem sein Wafer entladen worden ist.
  • Zwischen benachbarten Polierstationen 50a, 50b und 50c sind zwei Zwischenwaschstationen 80a und 80b angeordnet, während eine dritte Waschstation 80c zwischen der letzten Polierstation 50c und der Überführungsstation 70 angeordnet sein kann. Diese spülen einen Wafer 40 auf seinem Weg von einer Polierstation zur anderen und zur Überführungsstation 70 und können den Wafer 40 auch effektiv buffieren.
  • Ein drehbares Mehrfachkopfkarussell 90 hat vier Waferkopfsysteme 100a, 100b, 100c und 100d, die Wafer 40 aufnehmen und halten und sie polieren, indem sie sie gegen entsprechende Polierkissen 54 drücken, die an den Platten 52 an den jeweiligen Polierstationen 50a, 50b und 50c gehalten sind. Das Karussell 90, das die Form eines Kreuzes hat, da die Fläche zwischen seinen Armen entfernt ist, ist an einem stationären zentralen Ständer 902 gehalten und wird darauf um eine Karussellachse 904 durch eine in der Basis 22 angeordnete Motoranordnung gedreht.
  • Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die vier identischen Waferkopfsysteme 100a, 100b, 100c und 100d auf einer Karusselltragplatte 906 mit gleichen Winkelabständen um die Karussellachse 904 angeordnet. Der zentrale Ständer 902 trägt die Karussellhalteplatte 906 zentral und ermöglicht es dem Karussellmotor, die Karusselltragplatte 906, die Waferkopfsysteme 100a, 100b, 100c und 100d sowie die darauf befestigten Wafer 42 um die Karussellachse 904 zu drehen.
  • Jedes Waferkopfsystem 100a, 100b, 100c oder 100d hat einen Waferkopf 110, der um seine eigene Achse durch einen Kopfrotationsmotor 1002 gedreht wird, der mit ihm durch eine Welle verbunden ist. Die Köpfe 110 können unabhängig rotieren, wenn sie von ihren zugehörigen Kopfrotationsmotoren 1002 angetrieben werden (in Fig. 2 durch Entfernen der einen Karussellviertelabdeckung 908 gezeigt) und können weiterhin unabhängig radial in Schlitzen 910 oszillieren, die in der Karusselltragplatte 906 ausgebildet sind. Das Anheben und Absenken von an der Unterseite der Waferköpfe 110 festgelegten Wafern erfolgt innerhalb der Waferkopfsysteme 100. Ein Vorteil des gesamten Karussellsystems besteht darin, dass ein sehr kleiner vertikaler Hub des Waferkopfs 110 erforderlich ist, um die Wafer aufzunehmen und sie für das Polieren und Waschen zu positionieren. Der kleine vertikale Hub, wie er erforderlich ist, kann in dem untersten Element an dem äußeren Ende des Waferkopfes 110 aufgenommen werden. Ein Eingangssteuersignal führt zu einer Relativbewegung (Ausfahren und Zurückziehen des Kopfes) zwischen einem Waferkopfabsenkelement, das eine Waferaufnahmeaussparung hat, und einem vertikalen stationären oberen Waferkopfelement in Übereinstimmung mit dem Eingangssteuersignal (beispielsweise ein pneumatisches, hydraulisches oder elektrisches Signal).
  • Während des tatsächlichen Polierens sind die Waferköpfe 110 von drei der Waferkopfsysteme, beispielsweise 100a, 100b und 100c, an und über den entsprechenden Polierstationen 50a, 50b und 50c angeordnet, von denen jede eine unabhängig drehbare Platte 52 hat, die ein Polierkissen 54 trägt, dessen Oberfläche mit einer Abriebsschlämme benetzt ist, die als ein Medium zum Polieren des Wafers 40 wirkt. Während des Polierens oszillieren die Waferkopfsysteme 100a, 100b und 100c unabhängig längs entsprechender Radien des Karussells 90, so dass die zugehörigen Waferköpfe 110 sich längs eines Durchmessers eines jeweiligen Polierkissens 54 bewegen. Bei einem typischen Prozess ist die Überstreichachse eines Waferkopfs 110 fluchtend zur Mitte des Polierkopfs 54 ausgerichtet.
  • Im Gebrauch wird der Waferkopf 110, beispielsweise derjenige des vierten Waferkopfsystems 100d, am Anfang über der Waferüberführungsstation 70 positioniert. Wenn das Karussell 90 gedreht wird, positioniert es verschiedene Waferkopfsysteme 100a, 100b, 100c und 100d über den Polierstationen 50a, 50b und 50c und der Überführungsstation 70. Das Karussell 90 ermöglicht es jedem Waferkopfsystem 100, dass es nacheinander in eine Position zuerst über der Überführungsstation 70, dann über einer oder mehrere der Polierstationen 50 und dann zurück zur Überführungsstation 70 kommt.
  • Jedes Polierkissen 54 kann kontinuierlich oder periodisch durch eine der Polierkonditioniervorrichtungen 60 konditioniert werden, von denen jede einen unabhängig rotierenden Konditionierkopf 64 hat, der an dem Konditionierarm 62 befestigt ist. An der Unterseite des Konditionierkopfs 64 muss eine abrasive Konditionierplatte oder eine ähnliche Konditionieroberfläche vorgesehen werden. Der Arm 62 lässt den Konditionierkopf 64 über das zugeordnete Polierkissen 54 in einer Oszillationsbewegung insgesamt zwischen der Mitte des Polierkissens 54 und seinem Umfang streichen. Der Konditionierkopf 64 wird gegen das Kissen 54 gedrückt, um das Kissen abzuschleifen und zu konditionieren, dass es danach jeden Wafer 40 wirksam poliert, der gegen es gedrückt wird, während es sich dreht.
  • Bei dem in Fig. 1 gezeigten Waferladesystem 30 wird die Kassette 42 zuerst aus einer Haltestation 32 zu einer Haltewanne 34 überführt, die mit einem Flüssigkeitsbad 302, beispielsweise entionisiertem Wasser, bis zu einem Pegel gefüllt ist, dass Kassetten 42 und die darin enthaltenen Wafer 40 untertauchen. Dann werden die einzelnen zu polierenden Wafer 40 aus der Waferkassette 42 in der Wanne 34 zur Poliervorrichtung 20 abgezogen. Ein drehbarer, ausfahrbarer, nach unten ragender Arm 35, der von einer Überkopfschiene 36 nach unten hängt, hat an seinem distalen Ende eine Gelenkanordnung 37, die sowohl ein Waferblatt 38 als auch einen Kassettengreifer 39 aufweist. Der Kassettengreifer 39 kann die Kassette 42 zwischen der Haltestation 32 und der Wanne 34 bewegen, während das Waferblatt 38 die Wafer 40 zwischen den Kassetten 42 in der Wanne 34 und der Überführungsstation 70 bewegen und neu ausrichten kann. Obwohl Fig. 1 und die restlichen Figuren die Haltestation 32 auf einer Seite der Maschinenbasis 22 weg von der Überführungsstation 70 angeordnet zeigen, erfolgt diese Darstellung nur aus Gründen der Klarheit. Tatsächlich wird die Ecke der Maschinenbasis 22, die die Überführungsstation 70 hält, bezüglich ihrer anderen Ecken eingezogen. Deshalb wird die Haltestation 32 vorteilhafterweise in einem offeneren Bereich an der Ecke der Überführungsstation 70 in der Maschinenbasis 22 angeordnet.
    • Allgemeine Polierprozesse
  • Die oben umrissene Vorrichtung kann für eine Anzahl von unterschiedlichen Arten von Poliersequenzen verwendet werden. Drei Hauptpolierprozesse sind der Reihenprozess, der Mehrfachstufenprozess und der Chargenprozess.
  • Der Reihenprozess unterteilt den Poliervorgang in mehrere Schritte an verschiedenen Polierstationen 50, wobei die Schritte im Wesentlichen äquivalent sind. Im einfachsten Fall werden die gleiche Art von Polierkissen und die gleiche Schlämme an den drei Polierstationen 50a, 50b und 50c verwendet. Wie im Einzelnen nachstehend beschrieben wird, trägt ein Waferkopf 110 einen Wafer nacheinander zu jeder Polierstation, wobei ein Drittel des gesamten Polierens in jeder Polierstation ausgeführt wird.
  • Ein Ansporn für das Reihenpoliersystem entsteht aus der Notwendigkeit, ein Kissen zu konditionieren, bevor ein vollständiger Poliervorgang abgeschlossen wird. Polierkissen neigen dazu, während des Polierens glänzig zu werden. Wie schematisch in dem Diagramm von Fig. 3 gezeigt ist, beginnt die Polierentfernungsrate auf einem hohen Pegel für ein neues oder frisch konditioniertes Kissen, die Entfernungsrate nimmt jedoch mit der kumulativen Polierzeit für das Kissen ab. Um einen hohen Durchsatz zu erreichen, wird das Kissen konditioniert, bevor die Entfernungsrate auf einen zu niedrigen Pegel abfällt. Der Zeitraum zwischen der Konditionierung hängt von dem Polierkissen, dem Polierprozess und dem von dem Wafer entfernten Material ab. Ein wichtiger Einsatz von CMP ist das Planarisieren von Siliziumdioxid, einem sehr harten Material, wobei bis zu 2 um Siliziumdioxid für bestimmte Halbleiterherstellungsprozesse entfernt werden müssen. Wenn diese Dicke einer Polierzeit entspricht, die weit unter der Kurve von Fig. 3 liegt, muss das Kissen wenigstens einmal während des Polierens konditioniert werden. Da die Kissenkonditionierung häufig erfordert, dass der Wafer von dem Kissen entfernt und das Waferkopfsystem von wenigstens der Mitte des Kissens entfernt wird, kann eine Unterbrechung des Polierens für die Kissenkonditionierung benutzt werden, um den Wafer zu einer anderen äquivalenten Polierstation zu bewegen.
  • Ein weiterer Vorteil für den Reihenprozess besteht darin, dass das Laden, Entladen und Waschen, die an der Überführungsstation 70 ausgeführt werden, eine Vorlaufzeit für den Prozess bilden. Wenn dieser Vorlauf ausgeführt wird, während die Waferköpfe dort positioniert sind, wo kein Polieren erfolgt, nimmt der Polierdurchsatz ab. Wenn die drei Polierstationen 50a, 50b und 50c und die Überführungsstation 70 an äquivalenten Positionen um das Karussell 90 herum angeordnet sind, kann der Vorlauf an der Überführungsstation 70 erfolgen, während drei Wafer poliert werden. Der Vorlauf wird dadurch auf die Zeit reduziert, die erforderlich ist, um einen Wafer zwischen den Polierstationen und zwischen ihnen und der Überführungsstation zu bewegen.
  • Ein weiterer Vorteil des Reihenprozesses mit Aufteilung des Polierens zwischen äquivalenten Polierstationen besteht darin, dass Unregelmäßigkeiten in speziellen Polierstationen sich über den verschiedenen Polierstationen herausmitteln.
  • Der Mehrfachschrittprozess teilt einen Polierprozess in mehrere und unterschiedliche Schritte auf, gewöhnlich mit einem abgestuften Polieren. Beispielsweise kann die erste Polierstation 50a ein Grobpolieren an dem Wafer ausführen, die zweite Polierstation 50b ein Feinpolieren, und die dritte Polierstation 50c kann den Wafer buffieren. Das Buffieren ist ein äußerst sanftes Polieren, das hauptsächlich loses Fremdmaterial von der Oberfläche entfernt. Die Intensität des Polierens kann durch die Schlämmezusammensetzung, das Kissenmaterial und andere Polierparameter variiert werden. Natürlich sorgt die Erfindung für einen integrierten Mehrstufenprozess mit geringem Vorlauf. Der mehrstufige Prozess hat jedoch inhärent Durchsatzprobleme, da nicht alle drei Polierschritte die gleiche Zeit erfordern. Gewöhnlich erfordert das Grobpolieren beträchtlich mehr Zeit als das Feinpolieren oder Buffieren. Deshalb ist der Systemdurchsatz durch das Grobpolieren begrenzt, während die anderen beiden Polierstationen über lange Zeiträume stillliegen. Ähnliche Zeitplanprobleme existieren, wenn die verschiedenen Polierstationen für unterschiedliche Schritte des Polierprozesses verwendet werden, beispielsweise wenn auf das vorher erwähnte Polieren, das auf Siliziumdioxid gerichtet ist, ein Polieren folgt, das auf eine Metallschicht gerichtet ist.
  • Der Chargenprozess poliert mehrere Wafer an entsprechenden Polierstationen vollständig. Bei der Vorrichtung von Fig. 1 wird die gleiche Art von Kissen an den drei Polierstationen 50a, 50b und 50c montiert und wird die gleiche Art von Schlämme zugeführt, während jeder Wafer vollständig an einer Polierstation poliert wird. D. h., dass den drei Polierstationen gleichzeitig drei unpolierte Wafer präsentiert werden. Die Vorgänge an der Überführungsstation bilden einen hohen Vorlauf bei dem Chargenprozess, jedoch ermöglicht die Vorrichtung von Fig. 1 wenigstens das Laden, Entladen und Waschen eines Wafers, der behandelt wird, während das Polieren weitergeht, wobei die gleichen Vorgänge für die anderen beiden Wafer notwendigerweise das Polieren unterbrechen.
  • Die Unterschiede zwischen den Reihen-, Mehrstufen- und Chargenprozessen sind nicht klar definiert. Ein ausgewählter Prozess kann Aspekte von mehr als einem Prozess haben. Beispielsweise können zwei der Polierstationen 50a und 50b für ein äquivalentes Reihenpolieren oder Chargenpolieren verwendet werden, während die dritte Polierstation 50c für ein mehrstufiges Feinpolieren oder Buffieren eingesetzt wird. Wie später beschrieben wird, können die drei Zwischenwaschstationen 80a, 80b und 80c für ein kurzes Buffieren, Waferwaschen oder auch für einen leichten Polierschritt verwendet werden. In diesem Fall wird die Chargenbehandlung für die Polierstationen eher durchführbar bei einer höheren Nutzung der teuren Teile der Vorrichtung.
  • Die Erfindung hat einen beträchtlichen Prozessvorteil dadurch, dass ein Übermittenpolieren möglich ist, d. h. der Wafer 40 kann quer über die Mitte des rotierenden Polierkissens 54 überstrichen werden. Ein Polieren unter Verwendung eines drehenden Wafers 40, eines drehenden Kissens 54 oder einer Kombination davon leidet an einer inhärenten Ungleichförmigkeit. Wie insbesondere in Fig. 4 gezeigt ist, rotieren sowohl der Wafer 40 als auch das Kissen 54 um ihre entsprechenden Mitten 40a und 54a. Die Polier- Entfernungsraten sind gewöhnlich proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen dem Wafer 40 und dem Kissen 54, und die Geschwindigkeit eines drehenden Gegenstandes nimmt mit dem Radius zu. Deshalb wird der äußere Abschnitt des rotierenden Wafers 40 schneller als sein innerer Abschnitt poliert. In gleicher Weise poliert der äußere Abschnitt des Kissens 54 den Wafer schneller als es der innere Abschnitt des Kissens tut. Die Unterteilungen des Wafers 40 und des Kissens 54 in zwei Zonen ist allzu vereinfachend, da es eine kontinuierliche Abstufung gibt. Um diese inhärenten Ungleichförmigkeiten zu verringern, können das Überstreichmuster und die Zeitabstimmung des Wafers 40 über dem Kissen 54 optimiert werden, wie es von Tolles et al. in der US-Patentanmeldung Ser. No. 08/497,362, eingereicht am 30. Juni 1995 offenbart ist. Die Fähigkeit, den Wafer 40 über die Mitte 54a des Kissens zu einer Position 40c auf der anderen Seite der Kissenmitte 54a steigen zu lassen, bietet einen weiteren Freiheitsgrad bei der Optimierung. Der zusätzliche Freiheitsgrad aus dem Übermittenpolieren war nicht in typischer Weise verfügbar bei im Handel erhältlichen Waferpoliersystemen.
  • Es wird nun der Reihenprozess im Einzelnen wegen seiner Bedeutung beschrieben.
  • Fig. 5A, 5B, 5C, 5D, 5D und 5F zeigen eine Folge von sechs Phasen, zwischen denen sich das Karussell 90 dreht. Die Beschreibung beginnt mit dem Einführen eines Wafers (W) und setzt sich fort mit der darauf folgenden Bewegung der Waferkopfsysteme 100a, 100b, 100c und 100d, die an der Karusselltragplatte 906 des Karussells 90 gehalten sind.
  • Wie für die erste Phase in Fig. 5A gezeigt ist, wird ein erster Wafer W#1 aus der Ladevorrichtung 30 an die Überführungsstation 70 geladen, die den Wafer in einen Waferkopf 110 lädt, beispielsweise den des Waferkopfsystems 100a. Dann wird das Karussell 90 im Gegenuhrzeigersinn auf dem tragenden Mittelständer 902 so gedreht, dass das erste Waferkopfsystem 100a und sein Wafer W#1 über der ersten Polierstation 50a angeordnet ist, wie es für die zweite Phase in Fig. 5B gezeigt ist. Die Polierstation 50a führt dort ein erststufiges Polieren des Wafers W#1 durch. Während die erste Polierstation 50a den ersten Wafer W#1 poliert, wird ein zweiter Wafer W#2 aus der Ladevorrichtung 30 in die Überführungsstation 70 geladen und von da an das zweite Waferkopfsystem 100b, das nun über der Überführungsstation 70 angeordnet ist.
  • Nach dem Abschluss der zweiten Phase von Fig. 5B wird das Karussell 90 wieder im Gegenuhrzeigersinn so gedreht, wie es für die dritte Phase in Fig. 5C gezeigt ist, in der sich der erste Wafer W#1 über der zweiten Polierstation 50b und der zweite Wafer W#2 über der ersten Polierstation 50a befindet. Das dritte Waferkopfsystem 100c ist über der Überführungsstation 70 angeordnet, von der es einen dritten Wafer W#3 aus dem Ladesystem 30 erhält. Während der dritten Phase von Fig. 5C werden beide Wafer W#1 und W#2 an den entsprechenden Stationen 50a und 50b poliert. Für den Eintritt in eine vierte Phase, wie sie in Fig. 5D gezeigt ist, wird das Karussell 90 wieder entgegen dem Uhrzeigersinn um 90º so gedreht, dass der Wafer W#1 über der driften Polierstation 50c, der zweite Wafer W#2 über der zweiten Polierstation 50b und der dritte Wafer W#3 über der ersten Polierstation 50a angeordnet ist, während die Überführungsstation 70 einen vierten Wafer W#4 von der Ladevorrichtung 30 aufnimmt. Nach dem Abschluss des Polierens der dritten Phase, während der der erste Wafer W#1 in der dritten Stufe, der zweite Wafer W#2 in der zweiten Stufe und der dritte Wafer W#3 in der ersten Stufe poliert wird, wird das Karussell 90 wieder gedreht. Anstelle einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn um 90º wird jedoch das Karussell 90 im Uhrzeigersinn um 270º gedreht, um den Einsatz von Drehkupplungen zu vermeiden und um einfache flexible Fluid- und elektrische Anschlüsse an das Karussell 90 durch flexible, jedoch durchgehende Leitungen zu ermöglichen. Diese äquivalente Drehung platziert, wie in Fig. 5E gezeigt ist, den ersten Wafer W#1 über der Überführungsstation 70, den zweiten Wafer W#2 über der dritten Polierstation 50c, den dritten Wafer W#3 über der zweiten Polierstation 50b und den vierten Wafer W#4 über der ersten Polierstation 50a. Während die anderen Wafer W#2, W#3 und W#4 poliert werden, wird der erste Wafer W#1 an der Überführungsstation 70 gewaschen und aus dem ersten Waferkopfsystem 100a zurück in die Ladevorrichtung 30 und von da zurück in seine Ursprungsposition in der Kassette 42 geladen, während ein fünfter Wafer W#5, wie in Fig. 5F gezeigt ist, auf das erste Waferkopfsystem 100a geladen wird. Nach dieser Phase wird der Prozess mit einer Drehung von 90º im Gegenuhrzeigersinn wiederholt.
  • Diese Beschreibung umfasste nicht die Behandlungssequenz, in der das Karussell anhält, wobei sich die Waferköpfe zwischen den Platten an den Zwischenwaschstationen befinden, um die Wafer zwischen Polierstufen oder nach Abschluss des Polierens zu spülen.
  • Diese Beschreibung ist sowohl bei einem mehrstufigen Poliersystem als auch bei einem Reihenprozess mit im Wesentlichen gleicher Polierung an den unterschiedlichen Stationen anwendbar. Bei dem Mehrstufensystem umfassen die Vielzahl von Polierstufen ein fortschreitend feineres Polieren oder ein Polieren, das auf verschiedene Schichten gerichtet ist, mittels Veränderung der Kissenstruktur oder der Schlämmenzusammensetzung. Bei dem Reihenprozess führt jede der Vielzahl von Polierstationen im Wesentlichen ein gleiches Polieren an dem gleichen Wafer und während einer im Wesentlichen gleichen Zeit aus. Der Reihenprozess ist dadurch vorteilhaft, dass die Zusatzzeit pro Wafer, die dem Laden und Entladen zugeordnet ist, durch die Vielzahl von Polierstationen verringert ist. Ferner wird jede ungleichförmige Polierung durch eine Polierstation wahrscheinlich durch die anderen Polierstationen herausgemittelt.
  • Fig. 5A, 5B, 5C und 5D zeigen weitere Einzelheiten der Bewegung des Karussells 90 zwischen den Positionen von Fig. 5D und 5E. In Fig. 6A werden der zweite, dritte und vierte Wafer W#2, W#3 und W#4 auf ihren nebeneinander liegenden Kissen 54 poliert, und die Platten 52 werden gedreht, wenn der erste Wafer W#1 an der Überführungsstation 70 gewaschen wird. In Fig. 6B wird der erste Wafer W#1 zurück in die Kassette 42 geladen, während in Fig. 6C ein fünfter Wafer W#5 aus seiner Kassette 42 in die Überführungsstation 70 geladen wird, an der er gewaschen wird. Zu vermerken ist, dass die Kassette 42 keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Während dieser ganzen Zeit werden die anderen drei Wafer W#2, W#3 und W#4 weiter poliert. In Fig. 6D dreht das Karussell 90 um 45º, so dass der zweite, dritte und vierte Wafer W#2, W#3 und W#4 über entsprechenden Zwischenwaschstationen 80c, 80b und 80a liegen. Bei einem später zu beschreibenden Prozess drehen die beiden Waferkopfsysteme 100b, 100c und 100d schrittweise ihre jeweiligen Wafer über die zugehörigen Waschstationen 80a, 80b und 80c, damit jede Restschlämme und Teilchen von einer vorhergehenden Polierstation 50 abgespült werden und keine Verunreinigung in einer darauf folgenden Polierstation 50 bilden. Zwischen der Überführungsstation 70 und der ersten Polierstation 50a kann zum Spülen des Wafers vor dem Polieren eine weitere Waschstation 80 angeordnet werden. Diese Vorspülung kann ohne zusätzliche Zusatzzeit erfolgen, die über die bereits durch die Zwischenwaschstationen 80a und 80b verbrauchte hinausgeht. Nach dem Spülen ist die nächste Karusselldrehung von 45º abgeschlossen, und das Polieren setzt sich fort.
  • Es werden nun im Einzelnen die verschiedenen Untersysteme beschrieben.
    • Karussell
  • Fig. 7 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht des Karussells 90, bei welchem die äußeren Viertelabdeckungen 908 entfernt sind. Die Mittelsäule 902 trägt die große, dicke (etwa 2-3/8" (6 cm)) Karusselltragplatte 906 (vorzugsweise aus Aluminium hergestellt). Die Karusselltragplatte 906 und der größte Teil des Aufbaus des Karussells 90 sind in der Form eines Kreuzes mit vier Armen angeordnet, die mit gleichen Winkelabständen von 90º bei der Vierkopf-Form festgelegt sind. Die Karusselltragplatte 906 hat vier Schlitze 910 mit offenen Enden, die sich radial erstrecken und um 90º voneinander weggerichtet sind. Fig. 2 zeigt stattdessen eine untere Abdeckung mit einem nahe bezogenen Schlitz 948 mit geschlossenem Ende. Die Oberseite der Karussellkopftragplatte 906 trägt einen Satz von vier paarweisen geschlitzten Waferkopftragschlitten 908, die auch in der Draufsicht von oben von Fig. 8 und der geschnittenen Seitenansicht von Fig. 9 gezeigt sind. Die Schlitten 908 sind fluchtend zu den jeweiligen Schlitzen 910 in der Karusselltragplatte 906 ausgerichtet und bleiben längs der Schlitze 910, um sich radial bezüglich der Mitte der Karusselltragplatte 906 frei zu bewegen. Jeder Schlitten 908 wird von einer linearen Lageranordnung 912 getragen, von denen zwei den Schlitz 910 umklammern. Jede lineare Lageranordnung 912, wie sie im Querschnitt in Fig. 9 gezeigt ist, hat eine Schiene 914, die an der Karusselltragplatte 906 festgelegt ist, und zwei lineare Führungen 916 (von denen auf jeder Seite nur eine gezeigt ist), wobei Kugellager 917 zwischen den Nuten der Schiene 914 und der Führungen 917 rollen. Obwohl es nicht gesondert dargestellt ist, sind mit jeder Schiene 914 zwei lineare Führungen 916 gepaart, um eine freie und glatte Bewegung zwischen ihnen zu ermöglichen. Die linearen Lageranordnungen 912 ermöglichen es den Schlitten 908 und allem, was daran befestigt ist, sich längs der Schlitze 910 in der Karusselltragplatte frei zu bewegen. Wie in der Draufsicht von Fig. 8 gezeigt ist, ist an dem äußeren Ende einer der Schienen 914 ein Lageranschlag 917 verankert, der als Sicherheit wirkt und verhindert, dass sich der Schlitten 908 zufällig vom Ende der Lagerschienen 914 löst.
  • Wie in der Draufsicht von Fig. 9 und in dem Querschnitt von Fig. 9 gezeigt ist, enthält eine Seite eines jeden Schlittens 908 einen nicht gezeigten Gewindeaufnahmehohlraum (oder Mutter) mit umlaufender Kugel, der an dem Schlitten 908 in der Nähe seines Mittelendes festgelegt ist. Der Gewindehohlraum oder die Mutter nimmt eine Leitspindel 918 auf, die die von einem Motor 920, dem Überstreichmotor, angetrieben wird und der an der Karusselltragplatte 906 befestigt ist. Ein Drehen der Leitspindel 914 führt dazu, dass sich der Schlitten 908 radial bewegt. Die vier Überstreichmotoren 920 sind unabhängig betätigbar, wie am besten aus der Draufsicht von Fig. 8 zu ersehen ist, wodurch jeder der vier Schlitten 908 eine gesonderte Bewegung längs der Schlitze 910 in der Karusselltragplatte 906 ausführen kann.
  • Auf einer Seite eines jeden Schlittens 908 ist ein optischer Positionssensor befestigt, wie es unten links in Fig. 8 gezeigt ist. An der Schneckenseite jedes Schlittens 908 ist eine Positionsmarke 924 befestigt, die eine sich horizontal erstreckende Rippe 926 hat. Ein optischer Sensor 928 bildet in Verbindung mit der Positionsmarke 924 eine Mittenpositionserfassung des Überstreichmotors 920. Der Sensor 928 ist an der Karussellträgerplatte 906 auf einer solchen Höhe befestigt, dass die Rippe 926 durch den Auslösespalt des Sensors 928 hindurchgeht. Er ist ferner an einer linearen Position längs des Schlitzes 910 befestigt und hat eine solche Länge, dass die Rippe den Auslösespalt des optischen Sensors 928 auf einer Hälfte seines Wegs beispielsweise von der Mitte zur innersten Position blockiert und von der Mitte zur äußersten Position nicht blockiert. Der Übergang an der Mitte kalibriert das System. Obwohl die Schlittenposition nominell durch die Eingabe in den Schlittenmotor 920 oder einen daran befestigten Codierer überwacht wird, ist eine solche Überwachung indirekt und speichert Fehler. Der optische Positionssensor kalibriert die elektronische Positionsüberwachung und ist besonders zur Bestimmung der Schlittenposition einsetzbar, wenn ein Leistungsausfall oder ein ähnlicher Verlust der Maschinensteuerung vorgelegen hat. In der Erholungsphase zeigt das Vorhandensein oder Fehlen eines optischen Signals sofort die Bewegungsrichtung, die erforderlich ist, um den zentralen Kalibrierpunkt zu durchlaufen. Dieser optische Sensor ist im Einzelnen dargestellt und stellt nur einen von vielen optischen Sensoren dar, die in dem Poliersystem der Erfindung als Sicherheit gegen ein Überschwingen und zur Ermöglichung einer Neukalibrierung verwendet werden, insbesondere im Falle eines Leistungsverlustes. Solche Sensoren werden in fast jedem beweglichen Teil des Systems befestigt, dessen absolute Position von Bedeutung ist.
  • Wie perspektivisch in Fig. 7 und im Schnitt in Fig. 9 gezeigt ist, ist an jedem der vier Schlitten 908 eine entsprechende Waferkopfanordnung 100 befestigt, von denen jede den Waferkopf 110, den Waferkopfmotor 1012 und eine Kopfrotationsantriebswelle 1014 mit einem umgebenden, nicht rotierenden Wellengehäuse 1015, welches die beiden verbindet, sowie mehrere andere, später zu beschreibende Teile aufweist. Jede Waferkopfanordnung 110 kann entfernt von der Poliervorrichtung 20 montiert werden, im unbefestigten Zustand in den Schlitz 910 der Karusselltragplatte 906 zwischen den Armen des Schlittens 908 und auf die Schiene 914 geschoben und dann zum Greifen des Schlittens 908 festgezogen werden.
    • Waferkopf
  • Zusammen mit der Erfindung können beliebige Waferköpfe aus einer Anzahl unterschiedlicher Arten verwendet werden, beispielsweise einer, wie er von Shendon in dem US- Patent 5,205,082 beschrieben ist.
    • Diamant-Waferkopf
  • Ein weiterer Kopf 110, der schematisch im Schnitt unten in Fig. 9 gezeigt ist und auf den insgesamt als Diamantkopf Bezug genommen wird, ist Gegenstand der US- Patentanmeldung Ser. No. (AMAT Docket #1129), hierzu gleichzeitig eingereicht von Zuniga et al. mit dem Titel "Carrier Head Design for a Chemical Mechanical Polishing Apparatus" [Trägerkopfkonstruktion für eine chemische-mechanische Poliervorrichtung]. Dieser Kopf 110 hat ein nach unten weisendes Mantelelement 1110 mit insgesamt zylindrischer Form und ein Schwimmerelement 1112, das insgesamt in den zentralen Hohlraum des Mantelelements 1110 passt. Das Schwimmerelement 1112 hat auf seiner unteren Seite eine Waferaufnahmeaussparung 1115, die von einem Haltering 1116 umgeben ist, um die Aussparung 1114 zu begrenzen, in die der zu polierende Wafer 40 eingepasst ist. Der Haltering 1116 kann, wie gezeigt, an dem Schwimmerelement 1112 festgelegt oder mit dem Schwimmerelement 1112 oder mit dem Mantelelement 1110 durch eine elastische Verbindung flexibel verbunden werden, die den Haltering 1116 in Kontakt mit der Polierfläche des Polierkissens 54 drückt. Der Haltering 1116 hält den Wafer auch davon ab, während des Polierens von unterhalb des Waferkopfs 110 seitwärts herauszurutschen. Bei einer Ausgestaltung hält eine zentrale Wellenbüchsenanordnung 1118 das Schwimmerelement 1112 in fluchtender Ausrichtung zu dem Mantelelement 1110. Eine Fehlausrichtung des Waferaufnahmeteils und des Restes des Kopfs war bisher problematisch. Eine Büchse 1120, die in eine zentrale Öffnung an der Oberseite des Schwimmerelements 1112 eingepasst ist, nimmt eine zentrale Welle 1130 auf, die sich von der Oberseite des Mantelelements 1110 nach unten erstreckt, wodurch eine Vertikalbewegung zwischen dem Mantelelement 1110 und dem Schwimmerelement 1112 möglich ist, während diese in horizontaler Ausrichtung gehalten werden.
  • Eine flexible Dichtung verbindet das Schwimmerelement 1112 mit dem Mantelelement 1110 des Waferkopfs 110. Eine solche Dichtung erzeugt einen fluiddichten Hohlraum 1132 an der Rückseite des Schwimmerelements 1112, der noch eine freie relative Vertikalbewegung zwischen dem Mantelelement 1110 und dem Schwimmerelement 1112 zulässt. Die Dichtung kann auch dazu verwendet werden, ein Umfangsdrehmoment zwischen dem Manteldrehmoment 1110 und dem Schwimmerelement 1112 bereitzustellen, so dass sie insgesamt am Umfang fluchtend ausgerichtet gehalten werden. Ein Beispiel einer flexiblen Dichtung ist eine Rolldichtung 1134, die insgesamt ein ringförmiges Band aus elastomerem Material aufweist, das dichtend zwischen die Innenseite des Mantelelements 1110 und das Schwimmerelement 1112 des Waferkopfs 110 angeordnet ist, wenn sich das Mantelelement 1110 und das Schwimmerelement 1112 relativ zueinander bewegen. Bei dieser Bewegung rollt das elastomere Band der Rolldichtung 1134 über, während eine störungsfreie Abdichtung mit benachbarten Teilen aufrechterhalten oder eine Vertikalkraftkomponente zwischen dem Mantelelement 1110 und den Schwimmerelementen 1112 hinzugefügt wird.
    • 3C-Waferkopf
  • Ein anderer Kopf 110', der im Schnitt in Fig. 11 und 12 gezeigt ist, wird als 3C-Kopf bezeichnet. Shendon et al. offenbaren einen solchen Kopf in der US-Patentanmeldung Ser. No. 08/488,921, eingereicht am 9. Juni 1995.
  • Der innere Aufbau des 3C-Waferkopfs 110' ist im Einzelnen in Fig. 11 gezeigt. Bevorzugt hat der Kopf 110' ein Mantelelement 1160 mit einer nach unten weisenden Aussparung 1162, in der eine Trägerplatte 1164 aufgenommen ist. Zur Verbindung des Kopfs 110' mit der Kopfantriebswelle 1014 hat das Mantelelement 1160 eine sich nach oben erstreckende, mit Außengewinde versehene Nabe 1166, während die Welle 1014 an der erhabenen Nabe 1166 endet. Eine becherförmige Umfangsmutter 1168 mit einer sich nach unten erstreckenden, inneren Gewindelippe 1170 und einer zentralen Aussparung 1172 in der Mutter 1170 legt die Kopfantriebswelle 1014 an dem Mantelelement 1160 fest. Das Ende der Welle 1014 erstreckt sich durch die Mutteraussparung 1172, während ein Schnappring 1174 in eine Schnappringbohrung gesetzt ist, sich angrenzend an das Ende der Welle 1014 befindet, wenn das Wellenende sich durch die Mutterbohrung 1172 erstreckt. Der Schnappring 1174 verhindert ein Zurückziehen der Welle 1014 aus der Mutterbohrung 1172. Die becherförmige Umfangsmutter 1168 wird dann über der Nabe 1166 dadurch arretiert, dass die Lippe 1170 über die Außengewindefläche der Nabe 1166 geschraubt wird, wodurch der Schnappring 1174 zwischen der becherförmigen Umfangsmutter 1168 und dem Mantelelement 1160 eingeschlossen wird. Für eine Dreharretierung der Kopfantriebswelle 1014 und des Mantelelements 1160 hat die Welle 1014 einen Keil 1170, der sich von ihrem unteren Ende nach innen erstreckt, während die Nabe 1170 ebenfalls eine Keilnut 1178 hat, die mit der Wellenkeilnut 1176 fluchtet, wenn die Welle 1014 in der Umfangsmutter 1170 aufgenommen ist. Zwischen den beiden Keilnuten 1176 und 1178 erstreckt sich ein Keil. Alternativ kann ein Zapfen 1180 in entsprechende Löcher in der Nabe 1166 des Mantelelements 1160 und der Kopfantriebswelle 1014 eingesetzt werden.
  • Das Mantelelement 1160 bildet eine im Wesentlichen vertikal festgelegte, drehbewegbare Bezugsoberfläche, von der das Substrat 40 gegen die Polierfläche geladen wird. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, erfolgt das Laden des Substrats durch selektives Positionieren der Trägerplatte 1164 vertikal bezüglich der von dem Mantelelement 1160 gebildeten Bezugsoberfläche mittels einer primären oberen Vorspannkammer 1182 und einer sekundären unteren Vorspannkammer 1184. Vorzugsweise wird die zentrale Aussparung 1162 innerhalb der Grenzen des Mantelelements 1160 gebildet, das in bevorzugter Ausgestaltung ein einteiliges Element ist, das einen oberen, sich horizontal erstreckenden plattenförmigen Abschnitt 1186 und einen sich nach unten erstreckenden Rand 1188 hat. Die Trägerplatte 1164 ist in der Aussparung 1162 aufgenommen und ist davon ausfahrbar, um ein darauf aufgenommenes Substrat an einer Polieroberfläche zu positionieren.
  • Um ein selektives Positionieren der Trägerplatte 1164 in der Aussparung 1162 zu ermöglichen, hat die primäre Vorspannkammer 1182 Balge 1190, die sich zwischen der Unterseite der oberen Platte 1186 und der obere Fläche der Trägerplatte 1164 erstrecken. Diese Balge 1190 sind an ihrer Verbindung mit der Trägerplatte 684 und der oberen Platte 1186 des Mantelelements 1160 abgedichtet, wobei diese Verbindungen auch ausreichend fest sind, um die Masse der von dem Mantelelement 1160 herabhängenden Trägerplatte 1164 ohne Trennung zu halten. Vorzugsweise ist in einem entfernbaren Balgeinsatz 1194 ein Balghohlraum 1192 ausgebildet, der eine obere Balgplatte 1196 und eine untere Balgplatte 1198 hat, zwischen denen sich der Balg 1190 erstreckt. Die Balge 1190 sind an den Platten 1196 und 1198 befestigt, um den entfernbaren Balgeinsatz 1194 zu bilden. Zur Befestigung des Balgeinsatzes 1194 an dem Mantelelement 1160 und an der Trägerplatte 1164 erstreckt sich eine Vielzahl von nicht gezeigten Bolzen durch den Rand der unteren Balgplatte 1198 und in die Oberseite der Trägerplatte 1164 sowie eine Vielzahl von nicht gezeigten Bolzen durch den plattenartigen Abschnitt des Mantelelements 1160 in die Gewindelöcher in der oberen Balgplatte 1196.
  • Die sekundäre Ladeanordnung 1184 des Waferkopfs 110' hat eine Bogenkammer 9102, die in der Trägerplatte 684 ausgebildet ist. Die Bogenkammer 9102 ist ein abdichtbarer Hohlraum, der eine dünne, insgesamt planare Membran 9104 aufweist, an dem ein konformierbares Material 9106, beispielsweise ein Stück eines Polierkissenmaterials, angebracht sein kann, um eine konformierbare Substrataufnahmeoberfläche für die Oberfläche des Wafers zu bilden.
  • Zum Polieren eines Substrats unter Verwendung des Kopfs 110' wird ein Substrat an dem Material 9104 geladen, das die ebene untere Fläche 9104 abdeckt. Der Kopf 110' ist dann über einem der Polierkissen 54 positioniert und der Balghohlraum 1192 unter Druck gesetzt, damit er sich vergrößert und dadurch die Trägerplatte 1164 zu der Polieroberfläche hin vorspannt und dadurch das Substrat gegen sie lädt. Zum Variieren des Drucks zwischen der Mitte und dem Rand des Substrats wird die Bogenkammer 9102 pneumatisch unter Druck gesetzt. Der Überdruck biegt die planare Membran 9104 nach außen, und die Mitte der planaren Oberfläche erstreckt sich am weitesten nach außen in einem konvexen Aufbau, um die Belastung zwischen dem Substrat und der Polieroberfläche nahe der Mitte des Substrats zu erhöhen. Ein pneumatischer Unterdruck führt andererseits zur Erzeugung eines konkaven Aufbaus.
  • Gemäß Fig. 11 hat der Kopf 110' auch vorzugsweise einen Haltering 9110, der sich während des Polierens in Kontakt mit der Polieroberfläche erstreckt und der ansonsten nach innen und nach oben bezüglich des Kopfs 110' zurückziehbar ist.
  • Der Ring 9110 ist ein ringförmiges Element mit einer planaren Basis 9112, an der ein austauschbarer Kontaktring 9114 befestigt ist, und er hat weiterhin einen sich nach außen erstreckenden, ringförmigen Leistenabschnitt 9116. Das Mantelelement 1160 hat eine sich nach innen erstreckende Ringleiste 9118, die sich unter die Oberfläche des sich nach außen erstreckenden Leistenabschnitts 9116 des Halterings 9110 erstreckt. Zum Festlegen des Halterings 9110 in der Aussparung 1162 des Mantelelements 1160 erstreckt sich eine Vielzahl von zusammengedrückten Federn 9120 zwischen der sich nach innen erstreckenden Leiste 9118 und der Unterseite der sich nach außen erstreckenden Leiste 9116. Diese Federn spannen den Haltering 9110 dauernd nach innen und nach oben bezüglich des Mantelelements 1160. Damit der Haltering 9110 nach unten aus dem Mantelelement 1160 vorsteht und um das Ausmaß des Vorstehens zu ändern und zu steuern, erstreckt sich eine aufblasbare toroidförmige Blase 9122 zwischen der oberen Fläche der sich nach außen erstreckenden Leiste 9116 des Halterings 9110 und der Unterseite einer Mittelseite 9124 des Mantelelements 1160 um den gesamten Umfang des Halterings 9110. Wenn die Blase 9122 durch einen Aufbau, ähnlich einem Schaft an einem Reifenschlauch, wie in Fig. 8 gezeigt, evakuiert ist, ist der Haltering 9110 nach innen und nach oben bezogen auf den Kopf 110' zurückgezogen. Wenn die Blase 1188 zwangsweise unter Druck gesetzt wird, erstreckt sich der Boden des Halterings 9110 von dem Kopf 110' nach unten, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Die Blase kann durch zwei ringförmige Balge entweder aus Kautschuk oder Metall ersetzt werden, die einen ringförmigen Hohlraum dazwischen bilden.
  • Fig. 11 zeigt zusätzlich vertikale Kanäle 9130, 9132, 9134, 9136 und 9138, die sich längs der Antriebswelle 1014 erstrecken und gegenüber verschiedenen Kanälen in dem Kopf 110' abgedichtet sind, um selektiv ein Vakuum, Luftdruck oder ein Fluid zu Elementen des Kopfs zu führen. Der vertikale Kanal 9130 schließt über einen Seitenkanal 9140 und einen vertikalen Kanal 9142 an die Blase 9122 an. Der vertikale Kanal 9132 schließt über einen Seitenkanal 9144 an den Bereich zwischen den Balgeinsatz 1182 und den Haltering 9110 an. Der vertikale Kanal 9134 schließt über einen Kanal 9146 an den Balghohlraum 1192 an. Der vertikale Kanal 9136 schließt über einen Kanal 9148 an die Bogenkammer 9102 an. Der vertikale Kanal 938 schließt über einen Seitenkanal 9150 und einen vertikalen Durchgang 9152 an eine Öffnung 9154 an der Bodenfläche 9106 der Membran 9104 so an, dass Wafer selektiv in dem Kopf 110' gehalten und aus ihm ausgeworfen werden.
    • 3C3-Waferkopf
  • Fig. 12A zeigt einen alternativen Waferkopf 110", auf den als 3C3-Kopf Bezug genommen wird, der eine Modifizierung des 3C-Waferkopfs 110' von Fig. 11 und 12 ist. Der 3C3-Waferkopf 110" hat drei Hauptanordnungen: Eine Basisanordnung 9202, eine Gehäuseanordnung 9204 und eine Halteringanordnung 9206. Zwischen der Gehäuseanordnung 9204 und der Basis und der Halteringanordnungen 9202 und 9206 ist ein Balgsystem 9208 angeordnet. Jede dieser Anordnungen ist im Einzelnen nachstehend erläutert.
  • Die Basisanordnung 9202 legt eine Last an den Wafer 40 an, d. h. sie drückt den Wafer 40 gegen das Polierkissen 54. Die Basisanordnung 9202 kann sich vertikal bezüglich der Gehäuseanordnung 9204 bewegen, um den Wafer zum Polierkissen hin und von ihm weg zu tragen. Das Balgsystem 9208 verbindet die Gehäuseanordnung 9204 mit der Basisanordnung 9202 zur Schaffung einer ringförmigen primären Druckkammer 9210 dazwischen. In die primäre Druckkammer 9210 und aus ihr heraus wird ein Fluid, vorzugsweise Luft, gepumpt, um die Last an dem Wafer 40 zu steuern. Wenn Luft in die primäre Druckkammer 9210 gepumpt wird, steigt der Druck in der Kammer und die Basiskammeranordnung 9202 wird nach unten gedrückt.
  • Das Balgsystem 9208 verbindet auch die Gehäuseanordnung 9204 mit der Halteringanordnung 9206 zur Bildung einer ringförmigen sekundären Druckkammer 9212. In die sekundäre Druckkammer 9212 wird ein Fluid, vorzugsweise Luft, hineingepumpt oder aus ihr abgepumpt, um die Last auf die Halteringanordnung 9206 zu steuern.
  • Wie nachstehend erläutert, ist die Gehäuseanordnung 9204 mit der Antriebswelle 1084 verbunden und wird von ihr gedreht. Wenn sich die Gehäuseanordnung 9204 dreht, überträgt das Balgsystem 9208 ein Drehmoment von der Gehäuseanordnung 9204 auf die (Basisanordnung 9202 und die Halteringanordnung 9206 und veranlasst diese zum Drehen.
  • Die Basisanordnung 9202 hat eine scheibenförmige Trägerbasis 9214 mit einer nahezu ebenen unteren Fläche 9216, die den Wafer 40 berühren kann. Eine obere Fläche der Trägerbasis 9214 hat eine zentral angeordnete kreisförmige Vertiefung 9220, die von einem insgesamt ebenen, ringförmigen Bereich 9222 umgeben ist. Der ringförmige Bereich 9222 ist seinerseits von einem Rand 9224 umgeben. Durch die Trägerbasis 9214 erstrecken sich von der unteren Fläche 9216 zur zentralen kreisförmigen Vertiefung 9220 mehrere vertikale Leitungen 9226, die mit gleichem Abstand um eine zentrale Achse 9228 des Waferkopfs 110" angeordnet sind.
  • Eine insgesamt ebene ringförmige Platte 9230 ruht primär auf der ringförmigen Fläche 9222 der Trägerbasis 9214, wobei der äußere Rand der ringförmigen Platte 9230 an dem Rand 9224 der Trägerbasis 9214 anliegt. Ein innerer Abschnitt 9232 der ringförmigen Platte 9230 steht über die zentrale kreisförmige Vertiefung 9220 vor. Die ringförmige Platte 9230 kann an der Trägerbasis 9214 durch Bolzen 9234 befestigt werden, die sich durch Durchgänge in der ringförmigen Platte 9230 erstrecken und in Gewindeaussparungen in der Trägerbasis 9214 eingreifen können.
  • In einer zentralen Öffnung 9238 in der ringförmigen Platte 9230 ist ein Anschlagzylinder 9240 angebracht. Der Anschlagzylinder 9240 hat einen rohrförmigen Körper 9242, einen radial nach außen vorstehenden unteren Flansch 9244 und einen radial nach außen vorstehenden oberen Flansch 9246. Der untere Flansch 9244 greift an einer Lippe 9248 an dem inneren Rand der ringförmigen Platte 9230 an, um den Anschlagzylinder 9240 über der ringförmigen Platte 9239 zu halten. Der Spalt zwischen dem unteren Flansch 9244 des Anschlagzylinders 9240, der kreisförmigen Vertiefung 9216 der Trägerbasis 9210 und dem inneren Abschnitt 9232 der ringförmigen Platte 9230 erzeugt einen zentralen Hohlraum 9250 in der Basisanordnung 9202. Ein zentraler Kanal 9252 erstreckt sich vertikal durch den rohrförmigen Körper 9242 von dem unteren Flansch 9244 zum oberen Flansch 9246 für einen Zugang für Fluid zu dem zentralen Hohlraum 9250 und den vertikalen Leitungen 9226.
  • Die Gehäuseanordnung 9204 hat an ihrer Oberseite ein scheibenförmiges Trägergehäuse 9260. Die untere Fläche des Trägergehäuses 9260 hat einen zylindrischen Hohlraum 9262. Die untere Fläche hat auch eine innere Ringfläche 9264 und eine äußere Ringfläche 9266, die durch einen nach unten vorstehenden Wulst 9268 getrennt sein können. Die obere Fläche des Trägergehäuses 9260 hat eine zylindrische Nabe 9270 mit einem mit Gewinde versehenen Hals 9274, der sich über einen nach oben weisenden, mittleren ringförmigen Bereich 9274 erstreckt. Ein leicht geneigter Abschnitt 9276 umgibt den mittleren ringförmigen Bereich 9272, während eine Leiste 9278 den geneigten Abschnitt 9276 umgibt.
  • Die Gehäuseanordnung 9204 hat auch unter dem Trägergehäuse 9260 eine ringförmige innere Platte 9280 und eine ringförmige äußere Platte 9282. Die innere Platte 9280 ist an der inneren ringförmigen Fläche 9264 der Unterseite des Trägergehäuses 9260 durch einen Satz von Bolzen 9284 angebracht, während die äußere Platte 9282 an der äußeren Ringfläche 9266 durch einen weiteren Satz von Bolzen 9286 angebracht ist. Der äußere Rand der inneren Platte 9280 liegt an dem Wulst 9268 in dem Trägergehäuse 9260 an. Der innere Rand der inneren Platte 9280 steht horizontal unter den zylindrischen Hohlraum 9262 vor, um eine nach innen zeigende Lippe 9290 zu bilden, die eine Öffnung 9292 zwischen ihr und dem Anschlagzylinder 9240 umgibt. Die Oberseite des zylindrischen Hohlraums 9162 ist durch eine Decke 9294 verschlossen. Der Anschlagzylinder 9240 der Basisanordnung 9202 erstreckt sich durch die Öffnung 9292 in den zylindrischen Hohlraum 9262, und sein oberer Flansch 9246 steht horizontal über die Lippe 9290 vor.
  • Es gibt mehrere Leitungen der Gehäuseanordnung 9204, um für einen Fluidstrom in den Waferkopf 110' und aus ihm heraus zu sorgen. Von der unteren Fläche der inneren Platte 9280 erstreckt sich eine erste Leitung 9300 durch das Trägergehäuse 9260 und (in einem nicht gezeigten Kanal) zur Oberseite der Nabe 9270. Die zweite Leitung 9302 erstreckt sich von dem zylindrischen Hohlraum 762 durch das Trägergehäuse 9260 zur Oberseite der Nabe 9270. Eine dritte Leitung 9304 erstreckt sich von der unteren Fläche der äußeren Platte 9282 durch das Trägergehäuse 9260 zur Oberseite der Nabe 9270. In die obere und untere Fläche der Nabe 9270 eingesetzte O-Ringe 9306 umgeben jede Leitung, um sie gegenüber benachbarten Elementen abzudichten.
  • Der Waferkopf 110" kann an der Antriebswelle 1084 dadurch befestigt werden, dass zwei Dübelzapfen (nicht gezeigt) in Dübelzapfenlöcher (nicht gezeigt) platziert werden und der Waferkopf so angehoben wird, dass die Dübelzapfen in paarweise Dübelzapfenlöcher (nicht gezeigt) in dem Antriebswellenflansch 1084a passen. Dies richtet im Winkel befindliche Kanäle in der Antriebswelle 1084 zu den Leitungen 9300, 9302 und 9304 aus. Dann kann die mit Gewinde versehene Umfangsmutter 1068 auf den Gewindehals 9274 geschraubt werden, um den Waferkopf 110" an der Antriebswelle 1084 festzulegen.
  • Das Balgsystem 9208 hat mehrere zylindrische metallische Balge, die konzentrisch in dem Raum zwischen der Basisanordnung 9202 und der Gehäuseanordnung 9204 angeordnet sind. Jeder Balg kann vertikal expandieren und kontrahieren. Ein innerer Balg 9310 verbinden den Innenrand der inneren Platte 9280 mit dem unteren Flansch 9244 des Anschlagzylinders 9240, um den oberen zentralen Hohlraum 9262 und den zentralen Kanal 9252 gegenüber der primären Druckkammer 9210 abzudichten. Eine Pumpe (nicht gezeigt) kann Luft in die vertikalen Leitungen 9226 oder aus ihnen heraus über die zweite Leitung 9302, den oberen zentralen Hohlraum 9262, den zentralen Kanal 9252 und den unteren zentralen Hohlraum 9250 pumpen, um den Wafer von der Bodenfläche des Waferkopfs 110" durch Vakuum festzuspannen oder davon durch Druck auszuwerfen.
  • Ein äußerer Balg 9312 verbindet den Außenrand der inneren Platte 9280 mit der ringförmigen Platte 9230. Der ringförmige Raum zwischen dem konzentrischen inneren Balg 9310 und dem äußeren Balg 9312 bildet die primäre Druckkammer 9210. Eine Pumpe (nicht gezeigt) kann Luft in die primäre Druckkammer 9210 oder aus ihr über die erste Leitung 9300 pumpen, um den Druck in der primären Druckkammer 9210 einzustellen und somit die Belastung, die der Kopf 110" auf den Wafer 40 ausübt.
  • Wenn die primäre Druckkammer 9210 expandiert und sich die Basisanordnung 9202 nach unten bezüglich der Gehäuseanordnung 9204 bewegt, dehnen sich die Metallbalge 9310 und 9312, um sich der vergrößerten Entfernung zwischen der ringförmigen Platte 9230 und der inneren Platte 9280 anzupassen. Der Flansch 9246 des Anschlagzylinders 9240 erfasst jedoch die Lippe 9290 der Gehäuseanordnung 9204, wodurch die Abwärtsbewegung der Basisanordnung gestoppt und ein Überdehnen und Beschädigen der Balge verhindert wird.
  • Die Halteringanordnung 9206 hat einen L-förmigen Ringträger 9320 mit einem nach innen gerichteten horizontalen Arm 9322 und einem nach oben gerichteten vertikalen Arm 9324. An der Oberseite des horizontalen Arms 9322 ist durch Bolzen 9332 ein Abstützring 9330 befestigt. Ein Außenteil 9333 des Stützrings 9330 liegt an dem vertikalen Arm 9324 des L-förmigen Ringträgers 9320 an, während ein innerer Teil 9334 des Stützrings 9330 horizontal über den Rand 9224 der Trägerbasis 9214 vorstehen kann. Eine flexible Abdichtung 9335 verbindet die Halteringanordnung 9306 mit der Trägerbasis 9214 und schützt den Waferkopf vor Schlämme. Der Außenrand der Dichtung 9335 ist zwischen den Stützring 9330 und den horizontalen Arm 9322 des L-förmigen Ringträgers 9320 geklemmt, während der Innenrand der Dichtung 9335 durch Klebstoff an der Trägerbasis 9214 befestigt ist. An der Außenseite des vertikalen Arms 9324 des L-förmigen Ringträgers 9320 ist ein sich vertikal erstreckender Flansch 9336 befestigt und bildet die äußere Wand des Waferkopfs 110". Der Flansch 9336 erstreckt sich nach oben, bis er das Trägergehäuse 9260 fast berührt. Auf der Leiste 9278 des Trägergehäuses 9260 liegt eine Dichtung 9338 und erstreckt sich über den sich vertikal erstreckenden Flansch 9336, um den Waferkopf 110" vor Verunreinigung durch Schlämme zu schützen. An der unteren Fläche des horizontalen Arms 822 des L-förmigen Ringträgers 9320 ist durch nicht gezeigte ausgesparte Bolzen ein Haltering 9340 angebracht. Der Haltering 9340 hat einen inneren, nach unten vorstehenden Abschnitt 9342, der das Polierkissen 54 berührt und den Wafer 40 gegenüber einem Herausrutschen von unterhalb der Basisanordnung 9202 blockiert.
  • Ein dritter zylindrischer Balg 9314 verbindet den Innenrand der äußeren Platte 9282 der Gehäuseanordnung 9302 mit dem inneren Abschnitt 9333 des Stützrings 9330. Ein vierter zylindrischer Balg 9316 verbindet den Außenrand der äußeren Platte 9282 mit dem äußeren Teil 9333 des Stützrings 9330. Der ringförmige Raum zwischen dem konzentrischen dritten Balg 9314 und vierten Balg 9316 bildet die sekundäre Druckkammer 9212. Eine Pumpe (nicht gezeigt) kann Luft in die sekundäre Druckkammer 9212 hinein und aus ihr hinaus über die dritte Leitung 9304 pumpen, um den Druck in der sekundären Druckkammer 9212 und somit den Abwärtsdruck auf den Haltering 9340 einzustellen. Da die primäre Kammer 9210 und die sekundäre Kammer 9212 unabhängig mit Druck beaufschlagt werden, können die Basisanordnung und der Haltering unabhängig in Vertikalrichtung betätigt werden.
    • Waferkopfaufbau
  • Die vertikale Polierkraft zum Polieren des Wafers wird, wie zusätzlich zu der vergrößerten Schnittansicht von Fig. 10 unter besonderer Bezugnahme auf den Diamantwaferkopf 110 von Fig. 9 gezeigt ist, obwohl große Teile der Erörterung auch auf den 3C-Waferkopf 110' von Fig. 11 und den 3C3-Waferkopf 110 von Fig. 12A gelten, durch ein Druckfluid zugeführt, das durch den fluiddichten Hohlraum 1132 zwischen dem Mantelelement 1110 und dem Schwimmerelement 1112 geleitet wird. Das Druckfluid, bei dem es sich um Luft oder Wasser handeln kann, wird dem Waferkopf 110 durch einen ersten axialen Kanal 1040 (einer von vier solchen Kanälen) in der Kopfantriebswelle 1014 zugeführt. Eine Drehkupplung 1042 (wird später beschrieben) an der Oberseite der Welle über dem Drehmotor 1012 koppelt vier Fluidleitungen in die Wellenkanäle der drehenden Welle 1014 ein. Ein erster abgewinkelter Durchlass 1044, der in einem Wellenflansch 1046 der Kopfantriebswelle 1014 ausgebildet ist, verbindet den ersten Wellenkanal 1040 mit einem vertikalen Durchlass 1048 zu einer oberen Nabe 1150 des nach unten gerichteten Mantelelements 1110. Der vertikale Durchlass 1148 erstreckt sich nach unten zu dem fluiddichten Hohlraum zwischen dem Mantelelement 1110 und dem Schwimmerelement 1112, um den Druck darin zu steuern. Ein ähnlicher abgewinkelter Durchlass 1052 und ein vertikaler Durchlass 1054 verbinden einen zweiten Wellenkanal 1056 mit dem Innenraum des Waferkopfs 110, während gleiche Elemente für die restlichen zwei Wellenkanäle, falls erwünscht, vorgesehen werden. An der Unterseite der gebohrten Wellenkanäle 1040 und 1056 sind Stopfen 1058 für deren Abdichtung angeordnet. Zwischen den jeweiligen abgewinkelten Durchlässen 1044 und 1052 in dem Wellenflansch 1046 und den vertikalen Durchlässen 1044 und 1052 in dem Mantelelement 1110 sind Abdichtungen angeordnet, um die darin enthaltenen Fluide einzuschließen.
  • Wenn die Antriebswelle 1014 und der Waferkopf 110 zusammen positioniert sind, werden zwei Dübelzapfen 1060 in gepaarten Dübellöchern 1062 und 1064 in der Mantelnabe 1050 und dem Wellenflansch 1046 angeordnet, um die Welle 1014 und das Mantelelement 1110 am Umfang und insbesondere ihre Fluidkanäle auszurichten. Ein Umfang 1066 der Mantelnabe 1050 ist mit Gewinde versehen, auf das eine Umfangsmutter 1068 geschraubt wird. Die Umfangsmutter 1068 hat eine Lippe 1070, die kleiner als der Außendurchmesser des Wellenflansches 1046 ist und über die Oberseite des Flansches 1046 der Antriebswelle 1014 passt, um dadurch die Antriebswelle 1014 an dem Mantelelement 1110 des Waferkopfs 110 festzuklemmen und zu halten.
  • Die getrennten Fluidverbindungen können für eine Anzahl von Zwecken verwendet werden. Beispielsweise können die Kanäle benutzt werden, um (1) eine Vakuum- oder Druckgasquelle mit der Aussparung 1115 zu verbinden, wo der Wafer mit dem Waferkopf 110 in Kontakt gebracht wird (dies ist die Ausgestaltung auf der rechten Seite von Fig. 9, die eine Gleitdichtung 1072 durch den fluiddichten Hohlraum 1132 zu einem vertikalen Durchlass 1074 erfordert), (2) eine Vakuum- oder Druckgasquelle mit dem Mantelelement 1110 des Waferkopfs 110 zu verbinden, um das vertikale Ausfahren und Einziehen des Schwimmerelements 1112 des Waferkopfs 110 aus dem Mantelelement 1110 zu steuern (dies ist die Ausgestaltung beider Köpfe 110 und 110'), (3) zwei Kanäle (eine Zuführung und eine Rückführung) zu verwenden, um Kühlwasser durch den Waferkopf 110 zur Steuerung der Wafertemperatur umzuwälzen, und (4), wenn es die Drehkupplung 1042 zulässt, elektrische Leitungen durch die Kanäle zu führen, beispielsweise um eine Temperatur des Waferkopfs 110 zu messen.
  • Das untere Schwimmerelement 1112 des Waferkopfs 110 bewegt sich vertikal bezüglich des oberen feststehenden Mantelelements 1110 basierend auf dem Fluiddruck, der dem abgedichteten Hohlraum 1132 zwischen den ersteren Elementen 1110 und 1112 zugeführt wird. Ein hinter die Rolldichtung 1034 zwischen dem Schwimmerelement 1112 und dem Mantelelement 1110 zugeführter Luftdruck führt zu einer Abwärtsbewegung des Schwimmerelements 1112 zu einem Kontakt mit dem Polierkissen 54, um den Wafer 40 zu polieren, der in der Aussparung 1115 des Schwimmerelements 1112 sitzt. Wenn man den Wafer 40 1 anheben möchte, um ihn zur nächsten Polierstation oder Überführungsstation zu bewegen, wird in gleicher Weise ein Vakuum an den abgedichteten Hohlraum 1132 angelegt, um das Schwimmerelement 1112, das den Wafer 40 hält, zu einer Aufwärtsbewegung zu veranlassen.
  • Wie gezeigt, ist der Hub des Schwimmerelements 1112 in dem Mantelelement 1110 sehr klein und liegt in der Größenordnung von 0,2 Zoll (5 mm), wobei dies die einzige Vertikalbewegung der Waferkopfsysteme 100, des Karussells 90 oder der Polierstationen 50 ist. Ein derart kurzer Hub ist leicht in dem unteren Ende des Waferkopfs eingepasst und kann pneumatisch erreicht werden. Der kurze Hub ist der Hauptfaktor hinsichtlich der Vereinfachung der Konstruktion und der Reduzierung der Kosten für die Herstellung und den Betrieb des Poliersystems der Erfindung.
    • Kopfabschirmplatten
  • Die gesamte Auslegung des Waferkopfsystems 100 erfordert, dass es durch den Schlitz 910 der Karusselltragplatte 906 durchgeht und radial in diesem Schlitz 910 oszilliert. Ein chemisches-mechanisches Polieren ist ein nasser und teilchenintensiver Vorgang. Der Waferkopf 110 und die zugehörigen Elemente müssen sorgfältig ausgelegt werden, um die Polierumgebung aus dem Innenraum des Kopfs 110 auszuschließen. Die linearen Lageranordnungen 912 und die Motoren 1012 sowie andere Ausrüstung über der Karusselltragplatte 906 sind empfindlich gegenüber Feuchte und Sand, so dass man bevorzugt eine Dichtung um den Punkt baut, wo die Waferkopfanordnung 100 durch die Karusselltragplatte 906 hindurchgeht, da diese verhindert, dass die Polierumgebung wesentlich an ihr vorbei eindringt.
  • Die nun zu beschreibende Spritzplattenanordnung hat diese Funktion, obwohl sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Wie am besten insgesamt perspektivisch in Fig. 7 gezeigt ist, ist eine Spritzplattenanordnung 940 an der Unterseite der Karusselltragplatte 906 befestigt. Die Spritzplattenanordnung 940 verhindert, dass Polierschlämme, die abrasiv und chemisch aktiv ist sowie alles in ihrer Nähe mit einem dünnen Überzug von Schlämme und/oder Alkalirückstände überzieht, in den oberen Teil der Mehrfachkopf-Karussellanordnung 90 gelangt und unerwünschte Effekte erzeugt (beispielsweise Kurzschließen von elektrischen Verbindungen und Verunreinigung von freiliegenden metallischen Gleit- und Wälzflächen). Die Spritzplattenanordnung 940 hat eine Reihe von sich bewegenden Schlitzabdeckungen, die so gestaltet sind, dass sie einen Schlitzspritzschutzverschluss in dem Bereich der radialen Oszillation des Wafer- kopfsystems 100 bilden. Der Verschluss wird durch einen horizontalen Vorsprung erreicht, der eine Spritzabschirmung für den Schlitz ohne einen horizontalen Vorsprung bildet, der wesentlich größer als die Länge der Oszillation in dem Schlitz ist.
  • Die Spritzplattenanordnung 940, die an der Unterseite der Karusselltragplatte 906 befestigt ist, hat eine zentrale Abschirmplatte 942, die auf die Unterseite der Karusselltragplatte 906 vor ihrer Montage an dem zentralen Ständer 902 geschraubt werden kann. Die Karusselltragplatte 906 hat weiterhin vier äußere Abschirmplatten 944, die ebenfalls auf die Unterseite der Karusselltragplatte 906 in einer stumpfen Abdichtposition an die zentrale Abschirmplatte 942 geschraubt werden können, wenn die Waferkopfsysteme 100 in die Karusselltragplatte 906 eingepasst werden. Sowohl die zentrale Abschirmplatte 942 als auch die äußeren Abschirmplatten 944 bilden eine rechteckige, rundkantige, langgestreckte Aussparung 946, die zur Mittellinie einer jeden radialen Schlitzachse versetzt ist. Sowohl in der zentralen Abschirmplatte 942 als auch in den äußeren Abschirmplatten 944 ist an ihrer Verbindung ein langgestreckter, rundkantiger Spritzschlitz 948 ausgebildet. Wie am besten in der Schnittansicht von Fig. 10 zu sehen ist, sind sowohl die zentrale Abschirmplatte 942 als auch die äußeren Abschirmplatten 944 mit einem sich nach oben erstreckenden Flansch 950 versehen, der zum Spritzschlitz 948 hinweist und ihn umgibt. Wie in den Draufsichten von Fig. 14A bis 14C gezeigt ist, folgt die lineare Achse des Spritzschlitzes 948 insgesamt der Achse des entsprechenden Schlitzes 910 der Karusselltragplatte 906. Die abgerundeten Abschnitte des Spritzschlitzes 948 haben einen Innendurchmesser, der wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des nicht drehenden Antriebswellengehäuses 1015, das durch ihn hindurchgeht, wobei der lineare Abschnitt eine Länge hat, die insgesamt der Distanz des radialen Oszillationsbereichs eines jeden Waferkopfsystems 100 angepasst ist.
  • Wie am besten perspektivisch in Fig. 7 gezeigt ist, hat ein D-förmiger Spritzfolger 952 einen konvex gekrümmten Rand und einen zweiten im Wesentlichen geraden oder weniger gekrümmten Rand, die glatt miteinander verbunden sind. Der Spritzfolger 952 hat ein kreisförmiges Loch 954, das in der Nähe seines gekrümmten Randes angeordnet ist. Das Antriebswellengehäuse 1015 ist drehbar in dieses Loch 954 eingepasst, was kurz beschrieben wird, damit die D-förmige Spritzfolgerplatte 952 drehen kann, wenn der Waferkopf 110 und das befestigte Antriebswellengehäuse 1015 längs des Schlitzes 910 der Karusselltragplatte 906 oszillieren. Jede D-förmige Platte 952 hat, wie am besten in der Schnittansicht von Fig. 10 gezeigt ist, einen nach unten weisenden Flansch 956 längs ihres gesamten äußeren Umfangs. Die Flansche 950 und 956 der zentralen Spritzplatte 942 und der äußeren Spritzplatten 944 und der Spritzfolger 952 haben insgesamt die gleiche Länge und weisen jeweils an den Rändern der stationären und sich bewegenden Abschirmteile nach oben und unten. Nach der Montage sind die Flansche 950 und 956 und die ebenen Böden der gegenüberlie- genden Teile 942, 944 und 952 durch Spalte von etwa 0,064 Zoll (2,15 mm) getrennt. Die Flansche 950 und 956 können dadurch einen insgesamt gewundenen Labyrinthweg bilden, um zu verhindern, dass zu den Schlitzen 910 gespritzte Schlämme von der Schlämmenseite der Karusselltragplatte 906 durch die Schlitze 910 hindurchgeht und in die Motoren und Lager gelangt, die sich innerhalb der Trägeranordnungsabdeckung 908 befinden.
  • Wie am besten in der Schnittansicht von Fig. 10 gezeigt ist, wird jede D-förmige Spritzplatte 952 drehbar an einem Spritzflansch 960 befestigt, der auf der Außenseite des Wellengehäuses 1015 ausgebildet ist. An dem unteren Ende des Antriebswellengehäuses 1015 ist eine Umfangsschürze 962 befestigt, die einen sich nach oben erstreckenden Abschnitt 964 mit einer Leiste 966 hat, die die innere Lauffläche eines Spritzabschirmungslagers 968 gegen den Spritzflansch 960 des Antriebswellengehäuses 1015 drückt. Die äußere Lauffläche des Lagers 968 ist fest vom Boden aus durch einen sich nach innen erstreckenden Flansch 970 des D-förmigen Spritzfolgers 952 und von der Oberseite aus durch eine Bundanordnung 972 aus zwei oder mehr Teilen und durch Schrauben 974 geklemmt, die das Lager 968 an dem Flansch 970 des Spritzfolgers 952 festklemmen. Der Bund 972 überlappt die Oberseite des Spritzabschirmflansches 960 an dem Wellengehäuse 1015, ohne sie jedoch zu berühren.
  • Der D-förmige Spritzfolger 952 ist an dem Lager 968 befestigt und wird daran festgehalten, dreht sich jedoch frei bezüglich des Wellengehäuses 1015. Der D-förmige Spritzfolger 952 hat einen vertikalen (Schwenk-)Zapfen 976, der an seiner Oberseite befestigt ist. An dem oberen Ende dieses vertikalen Zapfens 976 ist ein Wälzlager 978 befestigt, das in einer horizontalen Führungsnut 980 geführt ist, die in der Unterseite der Karusselltragplatte 906 ausgebildet ist. Wie in der perspektivischen Ansicht von Fig. 8 und in den Draufsichten von Fig. 14A bis 14C gezeigt ist, ist der Schwenkzapfen 976 auf der Mittellinie des Spritzfolgers 952 zwischen dem kreisförmigen Loch 954 und dem flachen Rand des D-förmigen Spritzfolgers 952 angeordnet. Die Außenseite des Wälzlagers 978 läuft in der auf der Unterseite der Karusselltragplatte vorgesehenen horizontalen Führungsnut 980, die sich zu dem oder fast zu dem radialen Schlitz 910 in der Karusselltragplatte 906 erstreckt, jedoch im Winkel dazu versetzt ist. Vorzugsweise ist die Führungsnut 980 senkrecht zum radialen Schlitz 910.
  • Wenn die Welle 1014 und das Wellengehäuse 1015 in der Karusselltragplatte 906 radial oszillieren, um den Waferkopf 110 zu bewegen, folgt das zentrale Loch 954 des Spritzfolgers 952 dem Wellengehäuse 1015. Diese Bewegung bewegt auch den Schwenkzapfen 976 an dem Spritzfolger 952, dessen Bewegungsrichtung auf die senkrechte Richtung beschränkt ist, wenn er der Führungsnut 980 in der Karusselltragplatte 906 folgt. Der Spritzfolger 952 wird dadurch zum Drehen gebracht, da er in fluchtender Ausrichtung zwischen dem Wellengehäuse 1015 und dem Schwenkzapfen 976 gehalten ist. Die Oszillationsbewegung des Wellengehäuses 1015 verursacht somit eine entsprechende Oszillations- und Teilorbitalbewegung des D-förmigen Spritzfolgers 952.
  • Die Bewegung der D-förmigen Abschirmplatte 688 ist in den Draufsichten von Fig. 14A, 148 und 14C zu sehen. Wenn sich der Waferkopf 110 aus einer innersten Position in eine äußerste Position längs des Schlitzes 910 der Karusselltragplatte 906 bewegt, d. h. wenn das Antriebswellengehäuse 1015 sich längs des Schlitzes 910 bewegt, zwingt die Führungsnut 980 den Schwenkzapfen, sich senkrecht zum Schlitz 910 zu bewegen und dadurch herbeizuführen, dass sich der Spritzfolger 952 teilweise im Umlauf um das Antriebswellengehäuse 1015 bewegt, wenn er ihm in der Schlitzrichtung folgt.
  • Der D-förmige Spritzfolger 952 führt eine Umlaufbewegung aus, da er zwischen zwei Punkten, der zentralen Achse des Antriebswellengehäuses 1015 und der zentralen Achse des vertikalen Schwenkzapfens 978 eingeengt ist. Wenn das Antriebswellengehäuse 1015 oszilliert, bewegt sich der D-förmige Spritzfolger mit dem Antriebswellengehäuse 1015. Der Schwenkzapfen 976 bewegt sich ebenfalls unter dem Einfluss des Antriebswellengehäuses 1015, statt sich jedoch radial in dem radialen Schlitz 910 zu bewegen, wie dies das Antriebswellengehäuse 1015 tut, bewegt er sich in der senkrechten Führungsnut 980 der Karusselltragplatte 906. Da der Spritzfolger 952 mit dem Antriebswellengehäuse 1015 durch ein Kugellager 968 und der Schwenkzapfen 976 der Spritzfolgers 952 mit der Führungsnut 964 der Karusselltragplatte 906 durch ein Wälzlager 178 verbunden ist, gibt es keinen Gleitkontakt zwischen den Teilen, der Metallteilchen erzeugen könnte, die auf die zu polierenden Wafer fallen und sie beschädigen könnten. In allen Positionen ist der Schlitz 910 durch den umlaufenden Spritzfolger 952 abgedeckt, so dass ein direktes Spritzen von Schlämme durch den Schlitz unterbunden ist. Unabhängig davon hat der Spritzfolger 952 eine Arbeitsspanne, die kleiner ist als wenn er nicht um das Antriebswellengehäuse 1014 umlaufen würde.
  • Die Bewegung der Spritzplattenanordnung 940 und insbesondere die Bewegung des D-förmigen Spritzfolgers 952 sind in den drei Längsschnittansichten von Fig. 15A, 15B und 15C gesehen längs der Achse des Schlitzes 910 der Karusselltragplatte 906, in drei Axialschnittansichten in Fig. 16A, 16B und 16C und in drei perspektivischen Ansichten in Fig. 17A, 17B und 17C gezeigt. Die jeweils den gleichen Buchstaben aufweisenden Figuren in diesen drei Sätzen entsprechen den Draufsichten von Fig. 14A, 14B bzw. 14C. In den perspektivischen Ansichten sind die Schwenkzapfen 976 an der Oberseite der Spritzfolger 952 im Eingriff mit den Führungsnuten 980 der ansonsten nicht gezeigten Karusselltragplatte 906 gezeigt.
  • Fig. 10A, 10B und 10C zeigen deutlich den Schwenkzapfen 976, wie er sich von einer inneren Position zu einer äußeren Position und wieder zu der inneren Position in der Führungsnut 980 bewegt, wenn sich das Antriebswellengehäuse 1015 aus der radial innersten Position von Fig. 16A in eine Mittelposition von Fig. 16B und zu einer radial äußersten Position von Fig. 16C bewegt. Insbesondere zeigen Fig. 16A, 16B und 16C, dass der Spritzfolger 952 immer den geschlossenen Schlitz 948 bedeckt, der in der zentralen Spritzplatte 942 und den äußeren Spritzplatten 944 ausgebildet ist, was der Hauptweg aus dem Polierbereich zur Rückseite der Karusselltragplatte 906 ist. Die Draufsichten von Fig. 14A, 14B und 14C und die perspektivischen Ansichten von Fig. 17A, 17B und 17C zeigen, dass der geschlossene Schlitz 948 durch einen Mechanismus abgedeckt ist, der ein Minimum an radialem Raum längs der zentralen Spritzplatte 942 und der äußeren Spritzplatte 944 und somit längs des Radialschlitzes 910 der Karusselltragplatte einnimmt. Dadurch ist die Größe des Mechanismus reduziert, was eine Verringerung der Grundfläche des Poliersystems ergibt.
  • Die beiden Sätze der Seitenansichtfiguren zeigen, dass der Flansch 950 von der mittleren Spritzplatte 942 und den äußeren Spritzplatten 944 nach oben und der Flansch 956 sich von dem Spritzfolger 952 nach unten erstrecken, wobei sie immer einen Labyrinthweg für Feuchtigkeit und Teilchen erzeugen, die zur Rückseite der Karusselltragplatte 906 durchdringen möchten.
    • Dreheinheit
  • Die Dreheinheit 1042 von Fig. 9 kann durch im Handel verfügbare Einheiten verwirklicht werden. Eine bevorzugte, neue Dreheinheit 2100 ist jedoch im Schnitt in Fig. 13 gezeigt. Die Spindelwelle 1014 über dem Waferkopfmotor 1012 enthält vier vertikale Kanäle, von denen nur zwei Kanäle 1040 und 1056 dargestellt sind. An ihrem oberen Ende ist sie über dem Drehmotor 1012 mit einer Spindel 2114, die vier ähnliche vertikale Kanäle 2116 hat, die zu denen der Spindelwelle 1014 fluchtend ausgerichtet sind, durch einen Dübel 2118 an dem unteren Ende der Spindel 2114 verbunden und daran durch nicht gezeigte O-Ringe in Aussparungen 2120 abgedichtet. Eine schnell lösbare Klemme 2122 verbindet die Spindel 2114 mit der Spindelwelle 1014. Sowohl die Spindelwelle 1014 als auch die Spindel 2114 drehen sich mit dem Waferkopf 110. Andererseits ist eine Anti-Rotationsplatte 2134 so befestigt wie das Gehäuse des Waferkopfmotors 1012.
  • Eine Drehanordnung 2140 hat vier vertikal gestapelte und trennbare Abschnitte 2142a, 2142b, 2142c und 2142d, die hauptsächlich aus den jeweiligen ringförmigen Drehelementen 2143a, 2143b, 2143c und 2143d zusammengesetzt sind. Jedes Drehelement 2143a bis 2143d hat eine Gewindebohrung 2144, die mit einem männlichen Gewindeende eines lösbaren Anschlussstücks für eine Fluidleitung oder eine andere Leitung verschraubbar ist. Diese Auslegung ist leicht mit einem Abschnitt integriert, der eine oder mehrere elektrische Anschlüsse nach unten durch die Spindel 2114 bildet, in der ein radialer federbelasteter Kontakt auf einem Umfangskommutator gleitet, der sich auf der Spindel 2114 dreht. Jede Gewindebohrung 2144 ist durch einen radialen Durchlass 2146 mit einem ringförmigen Verteiler 2148 verbunden, der die drehende Spindel 2114 umgibt. Die Drehabdichtung zwischen den Abschnitten 2142a bis 2142d und der Spindel 1014 wird durch Flanschwellendichtungen 2150 erreicht. Jede solche Flanschwellendichtung 2150 ist ein ringförmiges elastisches U- förmiges Element 2150, wobei der Boden des U von der Mitte des Ringverteilers 2148 weggerichtet ist und im Wesentlichen ebene Seiten hat, die die Seiten der Spindel 2114 gegen die entsprechenden Drehelemente 2143 abdichten. Jede Lippendichtung 2150 hat einen Schwanz 2149, der sich radial nach außen erstreckt. Die Außenfläche jeder Lippendichtung 2150 ist aus einem mäßig harten, elastomeren Material zusammengesetzt. Jede Lippendichtung 2150 hat in ihrem U-förmigen Hohlraum ein ringförmiges Federelement, das längs eines radial innersten Abschnitts mit dem U verbunden ist und Finger aufweist, die sich an der Innenwand nach unten zum Boden des U und dann nach oben längs der Außenwand erstrecken, so dass die beiden Wände voneinander weggedrückt werden, um die relativ um die Spindel 2114 drehenden Drehelemente 2143 abzudichten. Ein Beispiel einer solchen Flanschdichtung ist das von Variseal verfügbare Modell W30LS-211-W42.
  • Die beiden Lippendichtungen 2150 sind in die Seiten des ringförmigen Verteilers 2148 eingepasst. Solche Lippendichtungen 2115 arbeiten jedoch nur dann am besten, wenn ihre Innenseiten einen positiven Druck bezüglich des Drucks außerhalb des Bodens des U haben. Es ist aber erwünscht, dass wenigstens die mittleren zwei der vier Leitungen einen negativen Druck haben, d. h. einen Druck, der geringer ist als der Atmosphärendruck und der durch sie wenigstens zeitweise anliegt. Deshalb ist eine männliche Verbindung eines lösbaren Steckers einer Vakuumleitung in eine Vakuumgewindebohrung 2151 in einem zentralen Drehelement 2142b geschraubt. Der Boden der Vakuumbohrung 2151 schließt an einen vertikalen Vakuumkanal 2152 an, der in die Mitten der Drehelemente 2142b und 2142c gebohrt ist. Die vertikalen Vakuumkanäle 2152 schließen an drei Zwischenabschnittsverteiler 2148 an, die zwischen den vier Drehelementen 2142 ausgebildet sind. Eine Beilagscheibe 2156 aus rostfreiem Stahl passt in eine Aussparung der Drehelemente 2142 und füllt den inneren Teil jedes Zwischenabschnittsverteilers 2154 bis zu einer, jedoch nicht gänzlichen Berührung der Drehspindel 2130 und stützt die Rückseite der Dichtungslippen 2150. Die Beilagscheiben 2156 halten die Schwänze 2149 der Lippendichtungen 2151 gegen die Drehelemente 2142. Gesonderte Elemente führen ein ähnliches Halten ganz oben und ganz unten aus. Jede Beilagscheibe 2156 hat vier radiale Nuten, die in jeder Hauptfläche ausgebildet sind, so dass das Vakuum zur Rückseite jeder angrenzenden Lippendichtung 2150 verteilt wird. Unabhängig von dem über die Gewindebohrungen 2144 an die jeweiligen Verteiler 2148 angelegten Druck wird als Folge immer ein positiver Druck vom Inneren der Lippendichtung 2150 und ihrer Außenseite aus aufrechterhalten. Zu erwähnen ist, dass die oberen und unteren Abschnitte 2042d und 2042a nicht für einen Unterdruck ausgelegt sind. Deshalb sind die oberste und unterste Lippendichtung 2150 nicht mit Rückseitenvakuum versehen.
  • Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist jedes der stationären Drehelemente 2143a bis 2143d mit einem entsprechenden vertikalen Kanal 2116 in der drehenden Spindel 2114 über einen Seitenkanal 2160 verbunden, der radial in die Spindel 2114 auf der geeigneten Höhe für diesen Abschnitt gebohrt ist. Jeder Seitenkanal 2160 ist kontinuierlich mit seinem zugeordneten ringförmigen Verteiler 2148 verbunden.
  • Über dem obersten Drehelement 2143d ist ein oberer Flansch 2180 angeordnet, und es gehen vier Bolzen 2182 durch entsprechende Durchgangslöcher 2184 in fluchtender Ausrichtung mit Durchgangslöchern 2162 der oberen drei Drehelemente 2143b, 2143c und 2143d und sind in die Gewindebohrungen 2164 des unteren Drehelements 2143a geschraubt. Zwischen benachbarten Abschnitten sind zur Gewährleistung einer Fluidabdichtung O-Ringe 2166 angeordnet.
  • Das untere Drehelement 2143a hat wenigstens eine Gewindebohrung 2168 für entsprechende Bolzen, die die Dreheinheit 2100 an der räumlich fixierten Anti-Rotationsplatte 2134 befestigen. Es hat ferner eine innere untere Aussparung für einen Bund 2172, der die äußere Lauffläche eines unteren Ringlagers 2170 gegen eine Leiste 2176 in der Anti- Rotationsplatte 2134 presst. Die innere Lauffläche des unteren Ringlagers 2170 wird an seiner unteren Seite durch eine Leiste 2178 in der Spindel 2114 gehalten, schwimmt jedoch an ihrem oberen Ende.
  • Die Drehanordnung 2140 ist über der Spindel 2114 so angeordnet, dass das untere Ringlager 2170 am Boden und ein oberes Ringlager 2186 an oberen Leisten der Spindel 2114 und dem oberen Flansch 2180 platziert ist. Die äußere Lauffläche des oberen Ringlagers 2186 wird durch einen Lagerflansch 2187 gehalten, der durch Schrauben 2188 an dem oberen Flansch 2180 festgelegt ist. Die innere Lauffläche des oberen Ringlagers 2186 ist zu der Leiste der Spindel 2114 durch einen O-Ring 2189 vorgespannt, der durch eine Wellenfeder 2190 angedrückt wird, die durch einen oberen Flansch 2192 nach unten gedrückt wird, der an der Oberseite der Spindel 2114 durch Schrauben 2194 befestigt ist.
  • Diese Drehkupplung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil ihre Gesamthöhe über der Antriebswelle 10,4 cm (4,08 Zoll), d. h. 2,6 cm pro Abschnitt beträgt. Die einfache Konstruktion minimiert auch die seitliche Abmessung und das Gesamtgewicht. Alle diese Faktoren tragen zu einer Poliervorrichtung und zu speziellen Waferkopfsystemen bei, die kompakt sind.
  • Natürlich ist die Erfindung der Dreheinheit nicht auf die vier Abschnitte begrenzt. Sie ist bei einem Einzeldrehdurchgang, jedoch besonders vorteilhaft bei zwei oder mehr Drehdurchgängen einsetzbar.
    • Aufbau der Waferkopfanordnung
  • Die Hauptteile des Waferkopfsystems 100 wurden bereits beschrieben. Dieser Abschnitt beschreibt einige Endteile, die für seine Verbindung mit anderen Teilen und für die Bereitstellung benötigter geeigneter Dichtungs- und Lagerflächen erforderlich sind.
  • Das Waferkopfsystem 100 ist in der vollständigen Schnittansicht von Fig. 9 und in dem vergrößerten Teilschnitt von Fig. 10 gezeigt. Das Antriebswellengehäuse 1015 hält die Welle 1014 mit einem Paar von Sätzen von unteren Ringlagern 1080 und einem oberen Ringlager 1082. Die äußeren Laufflächen der unteren Ringlager 1080 sind in einer inneren Sackbohrung 1084 an dem unteren Ende des Antriebswellengehäuses 1015 durch einen gekerbten Halterand 1086 gehalten, der an dem Antriebswellengehäuse 1015 durch einen Satz von Schrauben 1088 festgezogen ist. Der Halterand 1086 trägt auch den hochstehenden Abschnitt 964 der Umfangsschürze 962 und klemmt ihn gegen die Spritzlager 968 fest, so dass der innere Laufring der Spritzlager 968 an dem Antriebswellengehäuse 1015 festgelegt ist. Die Versetzung des Bundes von dem Lager gibt einen geringen Grad einer elastischen Nachgiebigkeit, die Abmessungsdifferenzen aufgrund der Herstellung zulässt.
  • Der innere Laufring des unteren Ringlagers 1080 liegt auf einer Schulter 1090 nahe dem Boden der Spindelwelle 1014. Zwischen der Spindelwelle 1014 und dem Antriebswellengehäuse 1015 ist eine Wellenbüchse 1092 lose eingepasst und wirkt als ein Bund, der die inneren Laufringe der unteren und oberen Ringlager 1080 und 1082 festklemmt und trennt, während die äußeren Laufringe von dem Antriebswellengehäuse 1015 gehalten sind. Auf den oberen Teil der Spindel 1014 ist ein Paar von Haltemuttern 1094 geschraubt, um die inneren Laufringe der Ringlager 1080 und 1082 an der Spindelwelle 1014 zu halten und zu arretieren. Der äußere Laufring des oberen Lagers 1082 ist ebenfalls an der Oberseite des Wellengehäuses 1015 arretiert, da das Festziehen der Muttern 1094 die Lager 1080, 1082 an dem Wellengehäuse 1015 festklemmt. Die Spindelwelle 1014 geht nach oben durch die Hohlwelle des Waferdrehmotors 1012 hindurch. Das obere Ende der Spindelwelle 1014 über dem Motor 1012 wird von einem Klemmbund 1095 gehalten, der an dem Rotor des Motors 1012 befestigt ist. Mit dem oberen Ende des Antriebswellengehäuses 1014 ist unter dem Motor 1012 ein Motorhalter 1096 verbunden, um den Motor 1012 an dem Wellengehäuse 1015 zu halten, während eine Lippe 1098 von dem Halter 1096 nach unten ragt und den Halter 1096 an dem Antriebswellengehäuse 1015 positioniert.
  • Das Waferkopfsystem 100 kann montiert werden, wenn es von dem Karussell 90 entfernt ist, mit Ausnahme der äußeren Spritzplatten 944 und einer gelösten zentralen Spritzplatte 942. Die nahezu vollständige Anordnung wird dann in den Schlitz 910 der Karusselltragplatte 906 eingesetzt. Ein oberer Flansch 1100 des Antriebswellengehäuses 1015 passt auf Leisten 1102, die an den Innenseiten der Arme des Schlittens 908 ausgebildet sind, wobei ein Satz von Bolzen 1104 den oberen Flansch 1100 und somit das Antriebswellengehäuse 1015 an dem Schlitten 908 befestigt. Dieses einfache Zusammenpassen zwischen dem Waferkopfsystem 100 und dem Karussell 90 verringert die Stillstandszeit beträchtlich, wenn ein Waferkopf ausgetauscht werden muss.
    • Tischauslegung
  • Fig. 19 zeigt eine Draufsicht (mit Ausnahme des zentralen Ständers 802) des Tisches 23 der Maschinenbasis 22. Wie vorher beschrieben, sind die drei Polierstationen 50a, 50b, 50c und die Überführungsstation 70 in der Form eines Quadrats auf der Oberseite der Maschinenbasis angeordnet. Jede Polierstation hat eine entsprechende Drehplatte 52, auf der das Polierkissen 54 liegt, wobei die Polierkissen 54 für die unterschiedlichen Polierstationen unterschiedliche Eigenschaften haben können. Die erste langgestreckte Zwischenwaschstation 80a befindet sich zwischen den ersten beiden Polierstationen 50a und 50b, die zweite Zwischenwaschstation 80b zwischen den zweiten zwei Polierstationen 50b und 05c. Eine dritte Waschstation 80c befindet sich zwischen der dritten Polierstation 50 und der Überführungsstation 70, und wahlweise kann eine vierte Waschstation 80aa zwischen der Überführungsstation 70 und der ersten Polierstation 50a angeordnet werden. Diese Stationen dienen zum Waschen von Schlämme von dem Wafer, wenn er von einer Polierstation zur nächsten gelangt.
  • Jeder Polierstation ist die entsprechende Konditioniervorrichtung 60a, 60b oder 60c zugeordnet, von denen jede einen Schwenkarm 62 hat, der seinen Konditionierkopf 64 an seinem distalen Ende hält und weiterhin einen Konditionierspeicherbecher 68 zum Lagern des Konditionierkopfs 64 hat, wenn er nicht in Gebrauch ist. Obwohl die detaillierten Ausgestaltungen einen scheibenförmigen drehenden Konditionierkopf beschreiben, kann der Konditionierkopf auch ein Rad oder eine Stange sein. Fig. 18 zeigt die Speicherbecher 68 der ersten und zweiten Polierstation 50a bzw. 50b in einer inaktiven Position außerhalb des Verstreichwegs des Konditionierarms 62, wobei der Konditionierkopf 64 über dem Kissen 54 angeordnet ist, das er rekonditioniert, wenn der Dreharm 62 über das Kissen streicht. Andererseits zeigt diese Figur den Speicherbecher 68 der dritten Polierstation 50c verschwenkt aus seiner inaktiven Position 68' (gestrichelt gezeigt) zu einer Lagerposition 68" innerhalb des Konditionierarms 62, so dass der Konditionierkopf 64 darin gelagert werden kann, wenn der Konditionierarm 62 nicht eingesetzt wird.
  • Es werden nun die baulichen Einzelheiten und die Arbeitsweise dieser verschiedenen Teile in gesonderten Abschnitten beschrieben.
    • Plattenaufbau
  • Eine Plattenanordnung 500, die in der Schnittansicht von Fig. 19 gezeigt ist, ist in gleicher Ausgestaltung an jeder Polierstation 50a, 50b und 50c vorgesehen. Die Platte 52 hat ein Plattenoberteil 510 und eine Plattenbasis 512, die durch mehrere Umfangsschrauben 513 verbunden sind, die in den Boden der Plattenbasis 512 versenkt sind. Zum Polieren von 8-Zoll-Wafern (200 mm) kann die Platte 52 einen Durchmesser von 20 Zoll (51 cm) haben. Die Unterseite der Platte 52 hat einen nach unten vorstehenden keilförmigen Rand 514, der sich in einem entsprechenden Ringabzugskanal 515 dreht, der in dem Tisch 23 ausgebildet ist, wobei nur ein schmaler gewundener Kanal 523 dazwischen für das Vordringen von Schlämme zu den Lagern verbleibt.
  • Ein Bund 516 an der Unterseite der Plattenbasis 512 hält den inneren Laufring eines Plattenringlagers 518 und drückt ihn gegen eine ebene zylindrischen Kehlung 519, die an der unteren Seite der Plattenbasis 512 ausgebildet ist. Ein Satz von Schrauben 520, die in den Boden des Bundes 516 versenkt sind, sind in den Boden der Plattenbasis 52 geschraubt und klemmen den Bund 516 zum Halten des inneren Laufrings fest. Ein weiterer Bund 522, der von dem Tisch 23 gehalten und nach oben in einen ringförmigen Hohlraum an dem äußeren, unteren Abschnitt der Plattenbasis 512 vorsteht, hält den äußeren Laufring des Plattenringlagers 516 an einer Leiste 222, die an dem Tisch 23 der Maschinenbasis 22 ausgebildet ist. Ein Satz von Schrauben 524, die in den Boden des Tisches 23 versenkt sind, ist in den zweiten Bund 522 für seine Halterung und die des äußeren Laufrings geschraubt.
  • Ein kreisförmiger Zaun 526 umgibt die drehende Platte 52 und fängt Schlämme und zugehörige Flüssigkeit, die zentrifugal von der Platte 52 abgeschleudert wird. Diese Schlämme fällt nach unten zu einem Trog 528, der in dem Tisch 23 ausgebildet ist, und weiter in den Abzugskanal 515, und läuft durch ein Loch 30 durch den Tisch 23 zu einem Ablaufrohr 532 ab, das an ihm durch Schrauben 534 angeschlossen ist, die durch einen Flansch 536 des Ablaufrohrs 532 gehen und in die Unterseite des Tisches 23 geschraubt sind. Der schmale, gewundene Kanal zwischen der Platte 52 und dem Tisch 23 hält in Kombination mit der Zentrifugalkraft von der Drehplattenanordnung 500 die Schlämme von den Lagern 518 entfernt.
  • Mit der Unterseite des Tisches 23 ist eine Plattenmotoranordnung 540 über einen Montagehalter 542 verbolzt. Die Motoranordnung 540 hat einen Motor 543 mit einer Abtriebswelle 545, die sich vertikal nach oben erstreckt, die mit einer massiven Motorscheibe 544 verkeilt ist. Um die Motorscheibe 544 und um eine Nabenscheibe 548, die mit der Plattenbasis 512 über eine Speichernabe 550 und eine Plattennabe 552 verbunden ist, ist ein Antriebsriemen 546 gelegt. Ein Beispiel für den Plattenmotor ist ein Yasakawa SGMS- 50A6AB mit einem Getriebegehäuse, der die Platte 52 mit einer Drehzahl im Bereich von 0 bis 200 UpM antreiben kann.
    • Schlämmeabgabe
  • Es können wenigstens zwei Arten von Schlämmezuführungen verwendet werden, ein oberes Abgaberohr und eine untere zentrale Beschickung. Die untere zentrale Beschickung wird zuerst beschrieben.
  • In dem Plattenoberteil 510 ist ein abgewinkelter Kanal 554 zum Zuführen von Schlämme zur Mitte der Platte 52 ausgebildet. Der abgewinkelte Kanal 554 ist ausgerichtet zu einer Aussparung 556 und mit einem O-Ring darin abgedichtet, die an einen vertikalen Kanal 558 in der Plattenbasis 512 anschließt. Die Eigenschaften der dem Kissen 54 von der Mitte der Platte 52 zugeführte Schlämme sind so beschaffen, dass die Drehung der Platte 52 die Schlämme insgesamt gleichförmig über die Oberfläche des nicht gezeigten Polierkissens 54 verteilt.
  • Solche Schlämmezuführungen durch die Platte sind bekannt, sie haben jedoch bisher eine Drehkupplung an der Plattennabe oder Antriebswelle verwendet. Der Einsatz einer abrasiven Schlämme in einer Drehkupplung führt jedoch zu einem schnellen Verschleiß und erfordert eine übermäßig häufige Wartung.
    • Drehender Schlämmespeicher
  • Diese Probleme werden durch ein Speichersystem 5100 vermieden, das im Einzelnen in der vergrößerten Schnittansicht von Fig. 20 gezeigt ist. Das Speichersystem 5100 bildet nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Der Außenumfang der Speichernabe 550 ist mit einer sich nach oben erstreckenden Dammwand 5110 und einer Einwärtslippe 5112 versehen. Die Dammwand 5110 und die Plattennabe 552, die zum zentralen Teil der Speichernabe 550 abgedichtet sind, bilden einen Drehspeicher 5114 für Schlämme 5116. Eine stationäre Schlämmezuführanordnung 5120, die rechts gezeigt ist, hat einen Halter 5122, der an der Unterseite des Tisches 23 befestigt ist. Der Halter hat eine Gewindebohrung 5124, mit der ein männliches Ende eines Anschlussstücks für eine stationäre Schlämmezuführleitung verschraubt werden kann. Ein horizontaler Kanal 5126, der in den Halter 5122 gebohrt und abgedichtet ist, ist an einen vertikalen Kanal 5128 angeschlossen, der sich nach unten zur Unterseite des Halters 5122 über dem Speicher 5114 erstreckt, um ihm Schlämme terseite des Halters 5122 über dem Speicher 5114 erstreckt, um ihm Schlämme zuzuführen. Ein Fluidpegelsensor 5130 erstreckt sich von dem Halter 5122 nach unten, um den Pegel der Schlämme 5116 in dem Speicher 5114 festzustellen, so dass, wenn der Pegel zu niedrig wird, zusätzliche Schlämme von einer extern gesteuerten Zuführung über die Gewindebohrung 5124 zugeführt wird.
  • Eine Membranpumpe 5140, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und im Einzelnen in der vergrößerten Schnittansicht von Fig. 21 gezeigt ist, pumpt die Schlämme 5116 von dem Speicher 5114 zu dem zentralen Loch 554 (Fig. 19) an der Oberseite der Platte 52. Die Membranpumpe 5140 besteht hauptsächlich aus einem unteren Membranhohlraum 5144, der in der Speichernabe 550 ausgebildet ist, und aus einem gegenüberliegenden oberen Membranhohlraum 5146, der in einem darüber liegenden oberen Pumpelement 5148 ausgebildet ist. Zwischen die beiden Membranhohlräume 5144 und 5146 ist abdichtend eine flexible Membran 5150 eingesetzt, wobei das obere Membranelement 5148 an der Speichernabe 550 durch nicht gezeigte Gewindebefestigungsmittel festgelegt ist, um die Membran 5150 einzuklemmen.
  • Die Membranpumpe 5140, die mit der Platte 52 rotiert, wird pneumatisch durch ein Fluid angetrieben, das selektiv unter sich ändernden Drucken von einer stationären Druckluftquelle gespeist wird, die in der Maschinenbasis 22 oder angrenzend daran installiert ist. Ein an den unteren Membranhohlraum 5144 angelegter Überdruck führt dazu, dass sich die Membran 5150 nach oben biegt, während ein Unterdruck dazu führt, dass sie sich nach unten biegt. Dieses Biegen pumpt zusammen mit einem Satz von Einlass- und Auslassrückschlagventilen, die nachstehend beschrieben werden, das Schlämmefluid in dem oberen Membranhohlraum 5146. Das pneumatische Fluid wird dem unteren Membranhohlraum 5144 über einen Durchlass 5152 zugeführt, der den unteren Membranhohlraum 5144 mit der Unterseite der Speichernabe 550 gegenüber einer O-Ring-Abdichtungskammer 5154 verbindet. Ein zweiter Durchlass 5155 in der massiven Motorscheibe 544 verbindet die O-Ring- Kammer 5154 mit einer an der Unterseite der Motorscheibe 544 vorgesehenen Gewindebohrung 5156, mit der eine flexible Fluidleitung 5157 verbunden ist. Wie in Fig. 19 gezeigt, ist die Fluidleitung 5157 über eine Kupplung 5158 mit einem axialen Kanal 5160 in einer drehenden Motorwelle 5162 verbunden. Eine Drehkupplung 5164 verbindet den drehenden Axialkanal 5160 mit der stationären pneumatischen Quelle über eine nicht gezeigte pneumatische Leitung.
  • Wie in Fig. 21 gezeigt ist, dichtet das obere Pumpelement 5148, das über der Membran 5150 liegt, die Membran 5150 zur Speichernabe 550 ab, um eine Fluidleckage zwischen dem oberen und unteren Membranhohlraum 5146 bzw. 5144 zu unterbinden. In dem Pumpelement 5148 sind zwei Rückschlagventilanordnungen ausgebildet, von denen nur die vordere dargestellt ist, die einen Rückstrom von Fluid entgegen der Pumprichtung unterbinden. Jede Strömungsrückschlagventilanordnung hat eine zylindrische Kammer mit einem großen zylindrischen oberen Teil 5170, einem verjüngenden Mittelteil 5172 und einem kleinen zylindrischen unteren Teil 5174. In der zylindrischen Kammer ist eine Ventilkugel 5176 angeordnet. Die Kugel 5176 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der des zylindrischen oberen Teils 5170, jedoch größer als der des zylindrischen unteren Teils 5174, so dass sie wirksam an dem sich verjüngenden Mittelteil 5172 abdichten kann. Die jeweilige Strömungsrückschlagventilanordnung ist abgedichtet, wenn der Fluiddruck in dem entsprechenden zylindrischen oberen Teil 5170 größer ist als der des entsprechenden zylindrischen unteren Teils 5170, wobei die Abdichtung durch die Schwerkraft unterstützt wird, da die Ventilkugel 5176 in natürlicher Weise auf dem sich nach unten verjüngenden mittleren Teil 5172 sitzt. Die Oberseiten der zylindrischen Kammern sind mit einem insgesamt rechteckigen Dichtungselement 5178 abgedichtet, das an Ort und Stelle durch einen Pumpendeckel 5180 festgeklemmt ist, der in das obere Pumpelement 5148 geschraubt ist.
  • Die nicht gezeigte rückseitige Strömungsrückschlaganordnung wird dazu verwendet, Schlämme dem oberen Membranhohlraum 5148 der Membranpumpe 5140 zuzuführen und ist in dem Strömungsweg zwischen dem Schlämmespeicher 5114 und dem oberen Membranhohlraum 5148 angeordnet. Die Oberseite des zylindrischen oberen Teils 5170 ist mit einem nicht gezeigten Kanal zum oberen Membranhohlraum 5146 verbunden. Der zylindrische untere Teil 5174 ist zu einem nicht gezeigten Sumpfabschnitt des Speichers 5114 hin geöffnet, so dass immer Schlämmme in dem richtigen kreisförmigen unteren Teil 5176 vorhanden ist und in den oberen Membranhohlraum 5146 strömen kann, wenn die Membran 5150 pneumatisch nach unten gebogen wird, um einen Unterdruck in dem oberen Membranhohlraum 5146 zu erzeugen. Wenn jedoch die Membran 5148 pneumatisch nach oben gebogen wird, um einen Überdruck in dem oberen Membranhohlraum 5146 zu erzeugen, sitzt die Ventilkugel 5176 an dem verjüngenden Abschnitt 5172 fest und verschließt dadurch die Strömungsrückschlagventilanordnung für die Zuführung gegenüber jeglichem Rückstrom von Schlämme.
  • Die gezeigte vordere Strömungsrückschlagventilanordnung wird dazu verwendet, Schlämme von dem oberen Membranhohlraum 5146 der Membranpumpe 5140 zu der zentralen Öffnung 554 an der Oberseite der Platte 52 zuzuführen. Der untere zylindrische Teil 5174 der Zuführ-Strömungsrückschlagventilanordnung steht direkt mit dem oberen Membranhohlraum 5146 in Verbindung. Ein Kanal 5184 in dem oberen Pumpenelement 5148 verbindet den oberen zylindrischen Teil 5170 der Zuführ-Strömungsbindet den oberen zylindrischen Teil 5170 der Zuführ-Strömungsrückschlagventilanordnung mit einem hakenförmigen Kanal 5186 in der Speichernabe 550 und der Plattennabe 552, der abschließend an die zentrale Öffnung 554 an der Oberseite der Platte 52 anschließt. Wenn ein positiver pneumatischer Druck, entweder durch Flüssigkeit oder Luft, die Membran 5150 nach oben biegt, wird die Schlämme in dem oberen Membranhohlraum 5146 durch die Kanäle 5184 und 5186 zur Oberseite der Platte 52 gepumpt. Wenn der positive pneumatische Druck aufgehoben wird, verhindert der Sitz der Ventilkugel 5176 in der Zuführ- Strömungsrückschlagventilanordnung den Rückstrom der Schlämme, insbesondere aufgrund der Drucksäule, die durch den Rückdruck der Schlämme erzeugt wird, die über den Pegel der Schlämme 5116 in dem Speicher 5114 gepumpt wird.
  • Diese Ausgestaltung der Schlämmezuführung beseitigt das Problem, dass Schlämme durch eine Drehkupplung hindurchläuft, und sorgt für einen hohen Grad an Betriebssicherheit und verkürzt die Länge der Schlämmeleitung, die verstopfen kann, wenn sich Schlämme in der Schlämmeleitung langzeitig absetzt.
    • Überkopf-Schlämmespender
  • Es kann von Vorteil sein, zusätzlich einen Überkopf-Schlämmespender 5200 vorzusehen, wie er schematisch in der Schnittansicht von Fig. 22 und in der Draufsicht von Fig. 23 gezeigt ist, obwohl der Schlämmespender 5200 keinen Teil der Erfindung bildet. Er hat ein Abgaberohr 5202, das drehbar an einer Abgabebasis 5204 gehalten ist, die auf dem Tisch 23 innerhalb des ihn umschließenden Zauns 25 gehalten ist. Das Abgaberohr 5202 ist über der Platte 52 drehbar und an dem Polierkissen 54 so befestigt, dass sein Abgabeende 5206 an einem oder mehreren Punkten angrenzend an den Waferkopf 110 angeordnet werden kann. Wie vorher beschrieben wurde, wird der Waferkopf 110 an dem Karussell 90 gehalten und verschiebt sich während des Polierens linear über einen Durchmesser des Kissens 54. Fig. 22 und 23 sind dahingehend etwas schematisch, dass sie den vollständigen Überhang des Karussells 90 über das Kissen 54 nicht zeigen. Wenn der Waferkopf 110 ein Polieren über die Mitte ausführt, kann das Ende 5206 nicht nahe an der Mitte des Polierkissens 54 geparkt werden. Es wird entweder auf der Seite der am weitesten außen liegenden Position des Waferkopfs 110 geparkt, oder seine Bewegung wird mit der des Waferkopfs 110 synchronisiert, um jede Kollision zu vermeiden. Das Abgaberohr 5202 ist ebenfalls drehbar an einer Position 5208 von der Platte weg drehbar, an der das Abgabeende 5206 von dem Polierkissen 54 weg positioniert ist und sich direkt über dem Tisch 23 befindet. Dieses Abgaberohr 5202 wird zu der plattenfernen Position 5208 bewegt, wo es gespült werden soll, so dass die Spülflüssigkeit und mögliche Teilchen auf dem Tisch 23 gesammelt und von ihm, ohne das Polierkissen 54 zu verunreinigen, abgeführt werden.
  • Die Überkopf-Schlämmeabgabeeinrichtung 5200 hat vorzugsweise zwei Abgabeöffnungen zum Abwechseln oder gleichzeitigen Abgeben von zwei Schlämmen oder einer Schlämme und einer anderen Flüssigkeit, wobei die Abgabeöffnungen nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind. Wie in der vergrößerten Seitenansicht von Fig. 24 gezeigt ist, hat das Abgaberohr 5202 zwei Speiserohre 5210 und 5212, die miteinander verbunden sind, und jeweils nach unten vorspringende Rohrabgabeenden 5214 und 5216 haben. Ein Rohrabgabeende 5214 sollte länger als das andere und seitlich getrennt von ihm sein, um so ein Verspritzen der Schlämme aus einem aktiven Rohrabgabeende auf ein inaktives zu minimieren, was zum Trocknen der Schlämme und einem Kuchen auf dem inaktiven Rohrabgabeende führen würde. In ähnlicher Weise sollte der Mittelabschnitt des Abgaberohrs 5202, der sich horizontal über dem Kissen 54 erstreckt, eine ausreichende Höhe über dem Kissen 54 haben, um die Menge an Schlämme zu verringern, die von dem Kissen 54 aus auf das Abgaberohr 5202 spritzt. Das Zuführrohr 5210 und 4212 und andere freiliegende Teile der Schlämmeabgabeeinrichtung 5200 sollten aus einem Material, wie Teflon, bestehen, das widerstandsfähig gegen eine korrosive Schlämme und vorzugsweise hydrophob ist.
  • Die begrenzte Drehung des Abgaberohrs 5202 ermöglicht es, dass die Drehfluidkupplung mit zwei flexiblen Zuführleitungen 5218 und 5220 erreicht wird, die zu entsprechenden Zuführrohren 5210 und 5212 oder zugeordneten Fluidkanälen verbunden werden, die an der Unterseite des Tisches 23 enden.
    • Schlämmezuführung
  • Es ist anzumerken, dass die obige Schlämmenabgabeeinrichtung 5200 sowie das Schlämmespeichersystem 5100 und der zugeordnete Plattenzuführkanal 554 von Fig. 19, 20 und 21 die Zuführung von verschiedenen Schlämmen zu den drei Poliersystemen 50a, 50b und 50c ermöglichen. Die Abführung 532 von Fig. 19 unter der Platte 52 sammelt den größten Teil der Überschussschlämme für diese Polierstation und kann von den entsprechenden Abführungen an den anderen Polierstationen getrennt werden. Somit können unterschiedliche Schlämmen an den unterschiedlichen Polierstationen verwendet werden, wobei jedoch ihre Abführungen im Wesentlichen getrennt werden können. Die Trennung erleichtert die Entsorgungsprobleme und ermöglicht eine Recyclisierung von Schlämme auch in einem komplexen Prozess.
  • Das Poliersystem 10 nach der Erfindung ist für eine Vielzahl von Polierprozessen vorgesehen, die von ihrem Benutzer ausgewählt und sogar mit einem Minimum an mechanischer Umgestaltung geändert werden können. Das Schlämmeliefersystem sollte deshalb sowohl allgemein als auch flexibel gestaltet sein und Reinigungsfunktionen für die Leitungen vorsehen, die mit getrockneter Schlämme verstopfen können. Ein Beispiel eines solche Schlämmeliefermoduls 5230 ist schematisch in Fig. 25 gezeigt. Die Figur stellt eine Zuführeinheit 5232 für alle drei Polierstationen 50a, 50b und 50c dar sowie eine von drei Strömungssteuereinheiten 5234 für die entsprechende Station. Die Installierungsanschlüsse angrenzend an die Platte 52 sind nicht gezeigt und können leicht zwischen der Schlämmezuführanordnung 5120 von Fig. 20 für das Schlämmespeichersystem 5100 und die zwei flexiblen Leitungen 5218 und 5220 der Überkopf-Schlämmeabgabeeinrichtung 5200 von Fig. 22 neu installiert werden.
  • Die Zuführeinheit 5232 hat eine Trenneinheit 5236, die viele pneumatische Ein-Aus- Ventile und Verbindungsrohre enthält. Sie hat ferner drei Versorgungsquellen 5238a, 5238b und 5238c, von denen jede einen Versorgungsbehälter 5240, ein Versorgungsrohr 5242 und eine zugeordnete Pumpe 5244 sowie ein Rücklaufrohr 5246 für eine Umwälzquelle von Schlämme oder Flüssigkeit hat. Zugehörige Pegelmonitore und Frischversorgungsrohre sind nicht gezeigt, aber an sich bekannt. Gewöhnlich werden zwei Versorgungsquellen 5238a und 5238b für zwei unterschiedliche Schlämmen verwendet, während die dritte Versorgungsquelle 5238c für eine keine Schlämme bildende flüssige Chemikalie, wie Ammoniumhydroxid, verwendet wird. Natürlich kann eine größere oder kleinere Anzahl von Versorgungsquellen 5238 verwendet werden, was von den Poliererfordernissen und der Notwendigkeit zum wirtschaftlichen Einsatz abhängt.
  • Die Trenneinheit 5236 enthält ein Ein-Aus-Ventil 5248 für jede Versorgungsleitung 5242 und ein Strömungsrückschlagventil 5250 für jede Rückführleitung 5246. Obwohl die gezeigte Trenneinheit 5236 nur ein Versorgungsventil 5248 für alle drei Polierstationen verwendet, so dass die gleichen Flüssigkeiten zu allen drei Stationen strömen, würden zusätzliche Ventile unabhängige und gesonderte Versorgungen ermöglichen. Die Trenneinheit 5236 erhält auch Stickstoff und entionisiertes Wasser (DIW) über Ein-Aus-Ventile 5252 und 5243, die beide an eine Reinigungsleitung 5256 angeschlossen sind, die zu jeder der Versorgungsquellen 5238a, 5238b oder 5238c über entsprechende Ein-Aus-Ventile 5258 geleitet ist. Der Stickstoff oder das DIW wird zum Kühlen und Reinigen verschiedener Leitungen nach Erfordernis verwendet. Die Spülanschlüsse sind nicht gezeigt. Zum Reinigen verstopfter Leitungen können die Spülanschlüsse von Hand hergestellt werden, da sich die Versorgungsquellen 5238a, 5238b und 5238c in einem zugänglichen Bereich befinden.
  • Fig. 25 zeigt nur zwei Versorgungseinheiten 5238a und 5238c, die mit der Strömungssteuereinheit 5230 der einen gezeigten Polierstation 50a, 50b oder 50c verbunden sind, obwohl die restliche Versorgungseinheit 5238b mit einer der anderen Polierstationen verbunden sein könnte.
  • Die Versorgungseinheiten 5238a und 5238c bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Jede Strömungssteuereinheit 5320 hat zwei Dosiereinheiten 5260a und 5260b, von denen jede ein Umlenkventil 5262a oder 5262b enthält, die mit unterschiedlichen Umwälzwegen von den Versorgungseinheiten 5238a und 5238c aus verbunden sind. Ein Umlenkventil verbindet selektiv einen dritten Kanal mit einem Strömungsweg zwischen seinen ersten beiden Kanälen, die sich in dem Umwälzweg befinden. Der mit Ventil versehene Ausgang des Umlenkventils 5262a oder 5262b wird durch eine Massenstromsteuereinrichtung 5264 geleitet, welche eine Flüssigstromrate zu dem zugeordneten Schlämmekanal an der Platte 52 liefert, die proportional zu einem analogen Steuersignal-SET-Eingang an der Massenstromsteuereinrichtung ist. Gewöhnlich sind Durchsätze im Bereich von 50 bis 500 ml/min erforderlich, der Bereich kann sich jedoch nach unten auf 13 ml/min und nach oben bis 2000 ml/min schieben, was von dem Polierprozess abhängt, der vorgesehen ist. Vorzugsweise wird der geförderte Durchsatz gemessen und auf einer Überwachungsleitung MON rückgeführt. Obwohl Fluidäquivalente von Massenstromsteuereinrichtungen für die Massenstromsteuereinrichtung 5264 verwendet werden könnten, haben die benötigten hohen Zuverlässigkeitswerte mit korrosiven Pumpflüssigkeiten anfänglich die Verwendung einer Dosierpumpe erforderlich gemacht, beispielsweise einer peristaltischen Pumpe, die die Überwachungsfunktion nicht direkt ausführt.
  • Eine entionisiertes Wasser transportierende Leitung wird durch beide Dosiereinheiten 5260a und 5260b geleitet, und entsprechende Umlenkventile 5266 leiten das DIW durch die entsprechenden Massenstromsteuereinrichtungen 5264. Das DIW wird dazu verwendet, die Leitungen zu spülen und die Polierkissen zu reinigen, es kann jedoch auch im Polierprozess, beispielsweise von einer Polierstation verwendet werden, die für das Buffieren vorgesehen ist. Alternativ können jedoch eine bestimmte DIW-Leitung 5268 und ein zugehöriges Ein- Aus-Ventil 5270 mit einem der Schlämmekanäle an der Platte 52 verbunden werden.
    • Kissenabschälen
  • Das Polierkissen 54 auf der Oberfläche der Platte 42 verschleißt mit der Zeit und muss periodisch ausgetauscht werden. Eine der Schwierigkeiten beim Austausch des verschlissenen Polierkissens besteht darin, dass ein starker druckempfindlicher Klebstoff verwendet wird, um das Kissen an der Platte zu befestigen, wobei die beiden fest miteinander über die Einsatzzeiten verbunden bleiben. Bisher war es zum Entfernen des Polierkissens erforderlich, eine große Kraft einzusetzen, um das Polierkissen von der Oberseite der Platte wegzuziehen, um die Haftabdichtung zwischen Kissen und Platte zu überwinden. Diese große Kraft erfordert einen beträchtlichen Aufwand und Zeit seitens der Bedienungsperson.
  • Automatisches Abschälen des Kissens 54 von der Platte 52 ist im Schnitt in Fig. 19 gezeigt, obwohl dies nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Es besteht die Option, Luft oder ein Fluid mit hohem Druck durch eine Blasöffnung 560 einzustrahlen, die an der Oberseite der Platte 510 nahe ihrer Mitte mündet, jedoch versetzt dazu, da sich die Schlämmeöffnung 554 in der Mitte befindet. Der Druck erzeugt eine Blase zwischen dem Kissen 54 und der Platte 52, die sich allmählich ausdehnt und so das Kissen 54 glatt abschält.
  • Die Ausblasöffnung ist mit vier vertikalen Kanälen 561, 562, 564 und 565 verbunden, die in der Platte 510, der Plattenbasis 512, der Plattennabe 552 sowie der Speichernabe 550 ausgebildet sind, und ist auch danach mit einem abgewinkelten Kanal 566 in der massiven Motorscheibe 544 verbunden. Diese Kanäle sind miteinander durch O-Ringe verbunden, die in Aussparungen 568, 570, 571, 571 und 572 angeordnet sind. Der abgewinkelte Kanal 566 schließt an eine Gewindebohrung 574 an, in die das feste Ende eines schnell lösbaren Passstücks 576 einer Hochdruckluftleitung 578 eingeschraubt werden kann. Während des Poliervorgangs ist das fixierte Ende des schnell lösbaren Anschlusses an der Plattenanordnung 500 festgelegt und dreht mit der Platte 52. Wenn die Platte 52 angehalten wird, ist das lösbare Ende des schnell lösbaren Anschlusses, der mit dem Hochdruckschlauch 578 verbunden ist, frei mit dem festen Ende des schnell freigebenden Anschlusses verbunden, um Kanäle mit der Blasöffnung 560 zu verbinden.
  • Wenn im Einsatz festgestellt wird, dass das Polierkissen 54 ausgetauscht werden muss, da seine Oberfläche unbrauchbar geworden ist, wird die Platte 52 angehalten, und die Bedienungsperson oder ein automatischer Mechanismus schließt die beiden Teile des schnell lösbaren Anschlusses an, um dadurch den Hochdruck-Luftzuführungsschlauch 578 mit der Blasöffnung 560 zu verbinden. Der so angelegte Luftdruck, während die Platte stationär ist, strahlt Luft unter das Polierkissen 54 in dem Bereich der Blasöffnung 560 an der Oberseite der Platte 52 und führt dort zur Erzeugung einer Blase, die allmählich wächst und die Wirkung hat, das Kissen 54 von der Platte 52 abzuschälen. Die Blasenbildungswirkungen verringern die Kraft oder schließen eine solche aus, die erforderlich ist, um das Polierkissen 54 von der Platte 52 abzuschälen. Die Öffnung 554 für die Schlämme, die sich in der Mitte der Platte 52 befindet, ist im Allgemeinen so klein, dass die durch sie freigesetzte Luft vernachlässigbar ist, oder sie kann vorübergehend vom Benutzer verstopft werden, der seinen Finger über die Öffnung hält, oder es kann eine andere Art einer vorübergehenden Dichtung vorgesehen werden. Natürlich ist der schnell lösbare Anschluss unterbrochen, nachdem das Kissen entfernt worden ist und bevor die Platte wieder gedreht wird das Entfernen und Austauschen des Polierkissens kann deshalb leichter als bei den bisher bekannten Ausführungen erfolgen.
  • Obwohl es möglich wäre, den Abschälprozess durch eine Drehkupplung, die die Hochdruckluftleitung 578 mit der Ausblasöffnung 560 verbindet, vollständig zu automatisieren, verringert die relativ seltene Notwendigkeit des Austausches von Kissen diesen Wunsch nach zusätzlicher Komplexität. Für den Abschälvorgang kann anstelle der Hochdruckflüssigkeit alternativ Gas verwendet werden.
    • Zwischenwaschstationen
  • Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Wafer nacheinander an zwei oder allen drei der Polierstationen 50a, 50b und 50c, die in der Draufsicht von fig. 18 gezeigt sind, poliert. Ein Polierverfahren ist ein mehrstufiger Polierprozess, bei welchem beispielsweise auf ein grobes Polieren zwei aufeinander folgende Feinpoliervorgänge folgen. Ein Verfahren zur Erzielung einer gesteigerten Feinpolierung besteht darin, an den verschiedenen Polierstationen 50 Schlämmen zu verwenden, die unterschiedliche Eigenschaften oder Teilchengrößen haben. In dieser Situation ist es wesentlich, eine Querverunreinigung von Schlämme zwischen unterschiedlichen Platten zu vermeiden, d. h. es muss gewährleistet sein, dass die Schlämme, sowohl Teilchen als auch Polierflüssigkeit, der einen Polierstation vollständig von einem Wafer entfernt ist, bevor er zur nächsten Polierstation bewegt wird. Wenn Wafer zwischen Polierstationen 50 überführt werden, tropft viel von der Schlämme, die bei dem vorherigen Polierschritt verwendet wurde und anfänglich an dem Wafer haftet, wenn er von dem Kissen abgehoben wird, von dem Wafer auf das Kissen 54 und die zugeordnete Platte 52, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, von wo viel Schlämme in Ablaufwasser tropft, das von den Zäunen 526 gebildet wird, die die Platte 52 umgeben. Es bleibt jedoch einige Schlämme an dem Wafer haften, wenn nicht spezielle Vorkehrungen getroffen werden. Diese anhaftende Schlämme kann die nächste Polierstation verunreinigen, insbesondere die darauf folgende Polierstation 54, und zwar in einem Ausmaß, das mit der Zeit zunimmt.
  • Bei einigen hochempfindlichen Prozessen kann es deshalb erwünscht sein, die Zwischenwäsche 80a und 80b einzuschließen, wie es insgesamt in Fig. 18 gezeigt ist, obwohl die Zwischenwaschstation keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, die zwischen den Platten 52 benachbarter Polierstationen 50a, 50b und 50b, 50c angeordnet sind. Diese Zwischenwaschstationen waschen die Wafer, die zwischen den benachbarten Polierstationen hindurchgehen und entsorgen die gereinigte Schlämme, so dass sie die nächste Polierstation nicht verunreinigt. Es kann auch erwünscht sein, zusätzlich eine weitere Zwischenwaschstation 80c zwischen der letzten Polierstation 50c und der Überführungsstation 70 vorzusehen. Wie sich aus den späteren Erläuterungen ergibt, kann die Zwischenwaschstation 80 für ein leichtes Buffieren der Wafer sowie für das Entfernen von Schlämme und losem Material verwendet werden. Außerdem kann eine vorläufige Zwischenwaschstation 80aa zwischen der Überführungsstation 70 und der ersten Polierstation 50a eingeschlossen werden. Diese Wiederholung der Zwischenwaschstationen hat wenig Einfluss auf den Waferdurchsatz, da sie alle gleichzeitig die entsprechenden Wafer waschen oder buffieren können.
  • Die Zwischenwaschstationen 80 können zurückziehbar oder auch horizontal bewegbar sein. In einer speziellen Ausgestaltung sind sie jedoch stationär, wobei eine obere Fläche etwas über dem Niveau der Polierfläche des Polierkissens 54 liegt, so dass, wenn der Waferkopf 100 den Wafer von der Platte 52 anhebt, er sie über die Waschstation 80 bewegt und auf die Waschstation 80 absenkt, wobei der Wafer in Kontakt mit der Waschstation 80 an einer Stelle über der der benachbarten Platte 52 kommt. Der Spalt ist wesentlich, da der Wafer auf der Waschstation 80 auch über den beiden benachbarten Platten 52 liegt. Die Zwischenwaschstation 80 hat insgesamt eine abgedichtete Öffnung unter der Oberfläche des Waferkopfs 110. Sie weist üblicherweise eine Waschkammer auf, die abgedichtet werden kann, indem der Waferkopf auf eine Lippe der Kammer platziert wird.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung einer Zwischenwaschstation 800, die in drei senkrecht angeordnete Schnittansichten von Fig. 26A und Fig. 26F und einer Draufsicht von Fig. 26G gezeigt ist, hat eine Waschkammer 810 eine langgestreckte obere Öffnung 812, die die Form eines relativ schmalen langgestreckten Schlitzes hat, der sich zwischen benachbarten Platten 52 befindet. Wie in Fig. 26G gezeigt ist, haben zwei Seiten 814 der Öffnung 812 Längen, die ausreichen, um insgesamt quer über den Wafer 40 zu reichen, wenn die Mitte der Öffnung 812 fluchtend zur Mitte des Wafers 40 ausgerichtet ist, und haben die anderen zwei Seiten 816 gebogene Formen, die dem Umfang des Wafers 40 entsprechen.
  • Die Zwischenwaschstation 80 wird von einem Sprührohr 820 gebildet, das sich auf der langgestreckten Öffnung 812 erstreckt und eine Anzahl von vertikal ausgerichteten Düsenöffnungen 822 hat. Die Enden des Sprührohrs 820 sind durch Stopfen 824 abgedichtet, und das Sprührohr 820 ist an einem Halteelement 826 befestigt, das ein oberes Ende hat, das insgesamt die Öffnung 812 der Waschkammer 810 bildet. Innerhalb des Halteelements 826 ist eine verjüngte elastische Dichtung 828 angeordnet, die die lateralen Seiten der Waschkammer 810 bildet. Die Dichtung 828 hat ein oberes Ende, das der Form der Öffnung 812 der Waschkammer 810 entspricht und etwas über die Oberseite des Halteelements 828 vorsteht. Ihr unteres Ende wird auf dem Sprührohr 820 so gehalten, dass es die Düsenöffnungen 822 und die noch kurz zu beschreibende Ablauföffnung freilässt. Vorzugsweise wird die elastische Dichtung 828 von einem schaumartigen oder faserförmigen Material gebildet, das als eine Sperre wirkt, um ein Sprühen zu brechen, jedoch den Strom von Wasser und mitgeführter Schlämme durch es zu ermöglichen. Dadurch wird die Schlämme nicht in der Dichtung 828 eingebettet, und zusammengewachsene Schlämme kann den Wafer 40 nicht verkratzen. Zu beispielsweisen Dichtungsmaterialien gehört das für die Polierkissen verwendete Material.
  • Wie am besten in Fig. 26F gezeigt ist, ist am Boden des Sprührohrs 820 an einer Zuführöffnung 832 an einer unteren Seite und am Längsende des Sprührohrs 820 ein Zuführrohr 830 abdichtend angebracht. An dem Zuführrohr 820 ist ein Ablaufrohr 834 abdichtend angebracht und geht von der Unterseite zur Oberseite davon an einer Ablauföffnung 836. Wenn ein Waschen erwünscht ist, wird Waschflüssigkeit 840, beispielsweise entionisiertes Wasser, unter Druck durch das Zuführrohr 830 ins Innere des Sprührohrs 820 zugeführt. Wenn ausreichend Waschflüssigkeit 840 zugeführt worden ist, um das Sprührohr 820 zu füllen, wird jede weitere Waschflüssigkeit durch die Düsenöffnungen 822 in Sprühstrahlen versprüht, um den Teil des Wafers 40 zu besprühen, der über der langgestreckten Öffnung 812 liegt. Überschüssige Waschflüssigkeit und mitgerissene, vom Wafer 40 weggespülte Schlämme fallen nach unten zum Boden der Waschkammer 810 und laufen durch die Ablauföffnung 836 für die Umwälzung oder Entsorgung ab.
  • Es wird nun die Arbeitsweise der Zwischenwaschstation beschrieben, obwohl die Zwischenwaschstation keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Wenn ein Polierschritt an der ersten Polierstation, beispielsweise 50a in Fig. 26A, abgeschlossen ist, wird die Drehung des Waferkopfs 110 angehalten, wird das untere Ende des den Wafer 40 haltenden. Waferkopfs 110 von der Platte 52 und den Polierkissen 54 um eine kurze Distanz, beispielsweise 1/4 Zoll (6 mm), angehoben, wird der den Waferkopf 110 haltende Schlitten 908 an einer radialen Position des Karussells 90 ausgerichtet zu der Zwischenwaschstation, beispielsweise 80a, angeordnet und wird das Karussell 90 gedreht, um den Waferkopf in eine Position zu bewegen, in der, wie in Fig. 26B gezeigt ist, sich die Mitte des Waferkopfs 110 und sein Wafer 40 über der Mitte der Zwischenwaschstation 80a befinden. Das untere Ende des Waferkopfs 110 wird dann abgesenkt, wie es in Fig. 26C gezeigt ist, um den Wafer in einen Niederdruckkontakt mit dem elastomeren Dichtungselement 828 der Zwischenwaschstation 80a anzuordnen, um so eine Wassersperre dazwischen zu schaffen, jedoch nicht den Wafer 40 zu beschädigen. Der erforderliche Druck ist vergleichbar mit demjenigen, wie er an den Polierstationen 50 verwendet wird, oder geringer. In Fig. 26D und 26F ist die Waschflüssigkeit 840 in einem ausreichenden Ausmaß mit Druck beaufschlagt, um den Teil des Wafers 40 zu waschen, der über der Waschkammer 810 freiliegt, wobei die abgewaschene Schlämme durch das Ablaufrohr 838 abläuft.
  • Vorzugsweise wird der Wafer 40 kontinuierlich gewaschen, wie in Fig. 26D und 26F gezeigt ist, wenn der Waferkopfmotor 1012 den Wafer 40 kontinuierlich an dem elastischen Dichtungselement 828 vorbeidreht. Natürlich müssen das Material des Dichtungselements 828, die angelegte Kraft und die Drehzahl so gewählt werden, dass der Wafer 40 nicht gerieft oder verkratzt wird, wenn er über die wasserdichte Abdichtung mit dem Dichtungselement 828 gleitet. Eine große Anzahl von Umdrehungen während des Waschens erzeugt einen Buffiereffekt.
  • Alternativ kann der Wafer in einzelnen Schritten gewaschen werden, wenn er abgesenkt, gewaschen, angehoben und teilweise in eine neue Position gedreht wird, um alle Teile des Wafers zu waschen.
  • Eine Kombination dieser Maßnahmen kann verwendet werden, solange das Waschwasser keinen Weg einschlagen kann, um aus der Waschkammer 816 zu entweichen und direkt den Boden des Mehrfachkopfkarussells 90 zu besprühen, da ein solches Besprühen dazu führen könnte, dass die Spritzabschirmung bricht. Der Waferkopf kann langsam drehen, so dass wenigstens alle Oberflächen gereinigt oder im Wesentlichen von der Dichtung zwischen der Waschstation und der Unterseite des Waferkopfs abgequetscht werden und die abgequetschte Flüssigkeit vom Boden der Kammer abgeführt wird. Der Waferkopf kann dann angehoben und an seine Polierstelle an der nächsten Platte bewegt werden. Dies gewährleistet, dass wenigstens alle losen Teilchen von einem Waferkopf entfernt werden.
  • Obwohl die vorstehende Beschreibung sich nur auf einen einzigen Wafer an einer speziellen Zwischenwaschstation 80 bezieht, positioniert das Karussell alle Waferköpfe 110 über entsprechenden Waschstationen, da die Waschstationen an allen diesen Winkelpositionen vorhanden sind. Deshalb können zwei, drei oder auch vier Wafer gleichzeitig nach dem vorstehenden Prozess durch die Vielzahl von Waschstationen 80 gewaschen werden.
  • Nach dem Abschluss des Waschens des vollständigen Wafers 40 hebt der Waferkopf 110 den Wafer 40 von dem Dichtungselement des elastischen Dichtungsteils 828 ab und, wie in Fig. 26E gezeigt, dreht das Karussell 90 den Waferkopf 110 und den daran festgelegten Wafer 40 zu der nächsten Polierstation 50b.
  • Eine Auslegung einer alternativen Zwischenwaschstation 80' ist im Schnitt in Fig. 26H und in der Draufsicht in Fig. 261 gezeigt, obwohl die Zwischenwaschstation keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. An der Oberseite des Tisches 23 ist ein Waschgehäuse 850 befestigt, das einen geschlossenen Waschhohlraum 852 hat. An der Oberseite des Waschgehäuses 850 ist auf einer Länge, die im Wesentlichen gleich dem Durchmessers des Wafers 40 ist, eine lineare Waschöffnung 854 ausgebildet und insgesamt fluchtend längs der Grenze zwischen zwei Polierstationen 50 und senkrecht zur Drehrichtung des Karussells 90 ausgerichtet. Es ist jedoch zu bemerken, dass die Zwischenwaschstationen 50 oder 50' vorteilhafterweise an entsprechenden Positionen vor oder nach der Poliersequenz für eine Gesamtheit von vier solchen Zwischenwaschstationen in dem Drei-Kissen-System von Fig. 6A angeordnet werden können.
  • Ein Kontaktkissen 856 wird mit Klebstoff an die Oberseite des Waschgehäuses 850 mit Ausnahme über der Waschöffnung 854 geklebt, um es dadurch dem Waferkopf 110 zu ermöglichen, einen Wafer 40 sanft gegen die Oberseite der Waschstation 80' ohne Verkratzen des Wafers 40 zu drücken, dabei jedoch eine ziemlich wasserdichte Abdichtung zu bilden. Ein solches Kontaktmaterial muss weich und flexibel sein und kann ähnlich der elastomeren Bahn sein, die auf dem Sockel 72 der Überführungs-/Waschstation 70 angeordnet ist, oder kann ein Kissen aus Fasern oder Schaumstoff ähnlich einem Feinpolierkissenmaterial sein. Alternativ kann das Kontaktmaterial in ein entfernbares Oberteil einschließbar sein, das leicht mit dem Waschgehäuse 850 verbindbar ist.
  • An dem Tisch 23 ist ein Wulstdüsenaufbau 860 befestigt, der in dem Waschhohlraum 852 des Waschgehäuses 850 hochsteigt. Ein Wulstgipfel 862 an seiner Oberseite ist gerade unter der Waschöffnung 854 positioniert und hat mehrere vertikal ausgerichtete Düsenlöcher 864 mit Durchmessern von beispielsweise 0,025" (0,64 mm). Die Düsenlöcher 864 sind mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Zuführkanal 866 verbunden, der an einen zentral angeordneten, vertikalen Zuführkanal 868 angeschlossen ist, welcher durch eine O-Ring- Aussparung 870 an einem vertikalen Kanal 872 in dem Tisch 23 abdichtend angebracht ist, und eine Gewindebohrung 876 an seiner Unterseite aufweist, mit der eine selektiv anbringbare Zuführung für Waschfluid angekuppelt werden kann. Durch die Unterseite des Waschgehäuses 850 erstreckt sich an seiner Verbindung mit dem Tisch 23 eine Anzahl von horizontal verlaufenden Überlaufkanälen 878, so dass zum Boden des Waschhohlraums 852 fallende Waschflüssigkeit außen zur Oberfläche des Tisches 23 fließen kann, der mehrere Abläufe für überschüssige Schlämme und andere Polierflüssigkeiten hat.
  • Die Oberseite des Kontaktkissens 856 über dem Waschgehäuse 850 befindet sich etwas über der Oberseite der Platte 52 der Polierstationen 50. Nachdem ein Wafer 40 an einer Polierstation 50 poliert worden ist, hebt der Waferkopf 110 den Wafer 40 von der Platte ab und bringt ihn über die Zwischenwaschstation 80' und senkt ihn gegen diese ab. Die Düsen 864 düsen Waschflüssigkeit zum Wafer 40 hin aus, und die mit Teilchen beladene Flüssigkeit fällt in den Hohlraum 852 und wird durch die Überlaufkanäle 878 abgeführt.
  • Der Wafer 40 kann entweder durch das vorstehend beschriebene, schrittweise Waschen oder durch langsames und kontinuierliches Drehen des Waferkopfs 110 und des daran befestigten Wafers 40 in losem Kontakt mit dem Kontaktkissen 856 poliert werden. Wenn die Porosität der elastomeren Dichtung 856 geeignet gewählt ist, wird der Wafer 40 trockengewischt, wenn er über die Zwischenwaschstation 80' läuft.
  • Im Stand der Technik war eine gesonderte Polierstation erforderlich, um den Wafer 40 am Ende des Polierens zu buffieren, d. h. den Wafer ganz leicht zu polieren, um so jeglichen Staub und Teilchen zu entfernen. Das Buffieren erfolgte auf einem Buffierkissen ähnlich einem Polierkissen. Die Arbeitsweise der Zwischenpolierstation, insbesondere einer am Ende der Poliersequenz, führt zum Buffieren sehr ähnliche Funktionen aus. Als Folge gibt der Einschluss der Zwischenpolierstationen die dritte Polierstation für das tatsächliche Polieren frei, wodurch der Durchsatz des Systems beträchtlich erhöht wird.
  • Ferner können eine oder mehrere der Zwischenwaschstationen 80 oder 80' als gesonderte Polierstationen in Betracht kommen. Deshalb kann eine oder können mehrere Waschstationen 80 oder 80' im Winkel bezüglich der Polierstationen 50 so angeordnet werden, dass die Waferköpfe 100 gleichzeitig sowohl über der Waschstation 80 oder 80' als auch über den Polierstationen 50 hängen. Als Folge kann das Waschen oder Buffieren an der Waschstation gleichzeitig mit dem Polieren an den Polierstationen ausgeführt werden, wodurch der Durchsatz durch die Poliervorrichtung erhöht wird.
    • Kissenkonditionierer
  • Bevor das Polierkissen vollständig ausgetauscht werden muss, muss es gelegentlich (oder regelmäßig) konditioniert werden, um zu verhindern, dass seine Oberfläche glatt wird.
  • Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Kissenkonditionierer eine rotierende Scheibe mit einer rauen Oberfläche, die kontinuierlich in Kontakt mit dem rotierenden Polierkissen während des Konditionierens gebracht und vor und zurück über das Kissen 54 an seinem Umfang zu seiner Mitte geschwenkt wird. Es sind auch andere Arten von Konditionierern möglich. Das Konditionierelement kann planar, jedoch nicht kreisförmig sein, es kann ein zylindrisches Element mit einer mit dem Kissen in Kontakt bringbaren Umfangsfläche sein, oder es kann neben anderen Möglichkeiten eine oder mehrere Nadeln sein. Die Oberfläche eines Konditionierers kann abrasiv oder gezahnt sein oder scharfe Öffnungsränder neben anderen Möglichkeiten haben. Die Oberfläche des Konditionierelements kann sich relativ zum Kissen bewegen. Das Konditionierelement kann über das Kissen rollen und sein Oberflächenmuster primär in das Kissen prägen. Das Konditionierelement kann als ein stationärer Körper über das Kissen gezogen werden oder es kann in verschiedenen Ebenen bezüglich des Kissens neben anderen Möglichkeiten gedreht werden. Alle derartige Konditionierelemente gehören zu dem Konzept eines Konditionierkopfs, der über dem Polierkissen positionierbar und diesbezüglich bewegbar ist.
  • Wie in der Schnittansicht von Fig. 29 gezeigt ist, kann im Überblick der Kissenkonditionierer 60 einen Konditionierkopf 64 haben, der an dem distalen Ende eines Arms 62 aufgehängt ist. Das proximale Ende des Arms 62 wird von einer Traganordnung 65, die den ganzen Arm 62 in der Ebene des Wafers so drehen kann, dass der Konditionierkopf 64 an Ort und Stelle für die Kissenkonditionierung angeordnet und über dem Kissen 54 geschwenkt werden kann, gehalten, kann den Konditionierkopf 64 um etwa 1 1/4" (32 mm) anheben, um den Konditionierkopf 64 in selektiven Kontakt mit dem Kissen 54 zu bringen, und dreht den Konditionierkopf 64 über einen Riemenantrieb.
    • Konditionierkopf
  • Der Konditionierkopf 64 hält in einer Aussparung 610 an seiner Unterseite eine gezahnte oder auf andere Weise äußerst abrasive Oberflächenkonditionierscheibe 612 oder ein anderes insgesamt zylindrisches Element. Seine nach unten weisende Fläche 614 ist rau genug, dass, wenn sie in Eingriff mit einem glasigen Polierkissen 54 kommt und sich relativ dazu bewegt, sie das Kissen 54 durch Schruppen seiner Oberfläche entglasen kann.
  • Der Konditionierkopf 64 ist detaillierter in der Schnittansicht von Fig. 31 dargestellt. Die Konditionierscheibe 612 hat eine zentrale untere Öffnung 616 an der Mitte, wobei sich ihr Boden an dem effektiven Drehzentrum 618 der Konditionierscheibe 612 befindet. Das effektive Drehzentrum 618 ist der Punkt, um den, wenn die Kompression und die sich ändernde seitliche Konsistenz des Kissens 54 und der Konditionierfläche 614 berücksichtigt werden, ein Punkt bereitgestellt wird, um den das Drehmoment minimiert werden kann, da der Drehreibungseingriff zwischen der Konditionieroberfläche und dem Polierkissen kein Nettodrehmoment bezüglich dieses Punktes in der Vertikalrichtung erzeugt.
  • Wie zusätzlich in der perspektivischen Ansicht von Fig. 30 dargestellt ist, wird die Konditionierscheibe 612 in der Aussparung 610 auf der Unterseite einer Konditionierkopf- Flächenplatte 620 durch ein flexibles Haltekissen 621 gehalten, das in einer Aussparung 610 angeordnet ist und eine klebrige Fläche hat, die an der Flächenplatte 620 und einer unteren magnetischen Fläche haftet. Die Konditionierscheibe 612 ist in die Aussparung 610 angrenzend an das Haltekissen 621 eingepasst. Die Konditionierscheibe 612 besteht aus einem magnetischen Material, das auf der magnetischen Seite des Haltekissens 621 gehalten ist, während seine andere Seite mit Diamanten imprägniert ist, um das Polierkissen 54 gegen die Ränder einer Dreiecksanordnung von kreisförmigen Löchern 615 abzukratzen, die in die Konditionierscheibe 612 eindringen. Die Löcher haben Durchmesser von etwa 1/8 Zoll (3 mm). Eine solche Konditionierscheibe 612 ist von TBW Industries (Furlong, Pennsylvania) als Gitterabreibmodell verfügbar. In einer Wand 619 ist ein Tor 619a ausgebildet, damit die Konditionierscheibe 612 aus der Aussparung 610 ausgebrochen werden kann.
  • Natürlich ist die perforierte Konditionierscheibe 612 von Fig. 30 nur ein Beispiel, und zur Erfindung gehören auch andere Konditionierelemente.
    • Schwenkantrieb
  • Wie in Fig. 31 gezeigt ist, verbindet ein neuartiger Schwenkaufbau die Konditionierkopfflächenplatte 620 und die daran befestigte Konditionierscheibe 614 mit dem Konditionierarm 64. Jeder Schwenkaufbau ermöglicht das Aufbringen einer Drehbewegung auf einen scheibenartigen Aufbau, während die Antriebsachse bezüglich eines Winkels gekippt ist, der nicht notwendigerweise senkrecht zu der Scheibe ist. Wie jedoch in Fig. 32 dargestellt ist, hat ein herkömmlicher Schwenkaufbau 621 ein Schwenkdrehzentrum 622 (es wird angenommen, dass sich die beiden horizontalen Drehachsen des Schwenkaufbaus schneiden), um den eine Antriebsachse 624 und eine Normalachse 626 um einen Winkel αschwenk abweichen können. Das herkömmliche Schwenkdrehzentrum 622 befindet sich über dem horizontalen Drehmomentzentrum 627 an der Trennfläche zwischen der Konditionierscheibe 612 und dem Polierkissen 54. Die Versetzung von dem horizontalen Drehmomentzentrum 627 weg bedeutet, dass ein endliches vertikalen Drehmoment 628 erzeugt wird, wenn die Konditionierscheibe 614 über das Kissen 54 streicht und eine horizontale lineare Nettoreibungskraft erfährt, die aus dem Schwenkzentrumsdrehzentrum 622 versetzt ist. Das vertikale Nettodrehmoment 628 kann dadurch dargestellt werden, dass die Welle, die die Konditionierscheibe 612 dreht und sie längs der Oberfläche linear bewegt, eine resultierende Kraft R in der Horizontalebene ausübt, die durch das Schwenkdrehzentrum 622 hindurchgeht, während die lineare Nettoreibungskraft F, die das Kissen 54 gegen die translatierende Konditionierscheibe 612 ausübt, an der Trennfläche zwischen der Konditionierscheibe 612 und dem Kissen 54 liegt. Auch wenn die beiden Kräfte gleich, wenn auch entgegengesetzt, sind, heißt dies, dass die beiden Kräfte durch einen Momentarm getrennt sind, der das finite vertikale Drehmoment 628 erzeugt. Das vertikale Drehmoment 628 führt dazu, dass eine Vorderkante 630 der Konditionierscheibe 612 einen vertikalen Druck auf das zu entglasende Konditionierkissen 54 ausübt, der größer ist als der vertikale Druck, der an der Hinterkante 632 der Konditionierscheibe 612 aufgebracht wird.
  • Das vertikale Drehmoment 628 veranlasst den Polierprozess, die Vorderkante 630 stärker abzuschleifen als die Hinterkante 632. Dieses Drehmoment, welches eine unterschiedliche Belastung und ein unterschiedliches Polieren herbeiführt, nimmt zu, wenn der Konditionierkopf in der Richtung geschwenkt wird, die den größeren Abwärtsdruck hat, so dass die Schwenkkraft teilweise in eine Abwärtskraft an der Vorderkante umgewandelt wird.
  • Dieses Problem des unterschiedlichen Polierens wird bei der Geometrie des Kopfes nach Fig. 33 reduziert oder nahezu beseitigt, bei der das horizontale Drehmomentzentrum 627 mit dem Schwenkdrehzentrum 622 an einem gemeinsamen Zentrum 636 zusammenfällt. Sowohl die resultierende Kraft R' aus dem Ziehen der Konditionierscheibe 612 über das Kissen 54 als auch die Reibungskraft zwischen der Konditionierscheibe 612 und dem Kissen 54 liegen in der gleichen Ebene an der Trennfläche zwischen der Konditionierscheibe 612 und dem Kissen 54. Das Drehmoment 628, das aus dem Überstreichen über eine Reibungsfläche herrührt, wird auf null reduziert, da das Drehmomentzentrum 628 in der Ebene liegt, die diesem Drehmoment widersteht, d. h. die resultierende Kraft R' und die Reibungskraft F' liegen in der gleichen Ebene ohne einen Momentenarm zwischen ihnen. Als Folge wird die Differenzbelastung, die durch ein versetztes Schwenkzentrum 622 verursacht wird, beträchtlich reduziert.
  • Bei der perspektivischen Ansicht von Fig. 34 erfolgt das Schwenken des Konditionierarms 62, d. h. sein Streichen über das Polierkissen 54 von dessen Mitte zu dessen Umfang, durch Drehen des Konditionierhalter-Wellengehäuses 1630, das durch einen harmonischen Antrieb 1668 gedreht wird, der mit einem Armschwenk-Antriebsmotor 1670 gekoppelt ist. Dieser Aufbau wird im Einzelnen später beschrieben. Der Konditionierarm 62 wird durch den Konditionierschwenk-Antriebsmotor 1670 durch den Satz von Quellenstummeln 1642 gedreht, die durch das oben erörterte Antriebsgehäuse 1630 verbolzt sind.
  • Kommt man zurück auf die schematische Darstellung von Fig. 33 des neuen Schwenkaufbaus, wird, wenn die Konditionierscheibe 612 zwangsweise längs der Oberfläche des glatt gewordenen Kissens 54 geführt wird, eine Reibungskraft F' entwickelt. Aufgrund des zentral angeordneten gemeinsamen Zentrums 636 ist jedoch die Bewegungskraft R' gleich, entgegengesetzt, parallel und in Linie. Als Folge gibt es kein Nettodrehmoment an dem Konditionierkopf.
  • Dieser Effekt kann durch ein Kugelgelenk 640 erreicht werden, bei dem das sphärische Symmetriezentrum auf der Trennfläche zwischen der Konditionierscheibe 612 und dem Polierkissen 54 liegt. Zusätzliche Einrichtungen verhindern, dass sich der Sockelteil 642 in der Horizontalebene bezüglich des Kugelteils 644 dreht. Durch Anordnen des Zentrums der Kugelgelenkverbindung, durch den eine Kraft an der Oberfläche des Polierkissens 54 direkt entgegengesetzt zur Reibungskraft übertragen wird, beseitigt diese Ausführung die Tendenz des Kopfes, sich zu drehen und einen größeren Druck auf einer Seite des Konditionierkopfs als auf den anderen zu erzeugen, wie es beim Stand der Technik der Fall ist.
  • Bei einer speziellen Auslegung nach der Erfindung, wie sie in der Schnittansicht von Fig. 31 gezeigt ist, ist die Rückseite der Konditionierscheibe 612 einschließlich der abrasiven Konditionierkopffläche 614 an einem zylindrischen unteren Kugelgelenkteil befestigt, an dem an seiner unteren, inneren Kante ein Lagerelement 652 festgelegt ist, das eine konvexe, ringförmige, segmentierte Oberfläche 654 mit einem Krümmungszentrum an dem gemeinsamen Zentrum 618 hat. Dieses Teil erzeugt eine Kugel einer Kugelgelenkverbindung.
  • Im Gegensatz zu dem gerade beschriebenen Kugelteil hat das Sockelteil eine Konditionierkopfwelle 656 mit einer konkaven, ringförmigen segmentierten Oberfläche 658 gegenüber der konvexen Oberfläche 654 und ein Krümmungszentrum an dem gemeinsamen Zentrum 618. Ein Kugellagerkäfig 660 umgreift mehrere Lagerkugeln 662, die zwischen der konvexen Oberfläche 654 des Lagerelements 652 und der konkaven Oberfläche 658 der Konditionierkopfwelle 656 laufen. Die Lagerkugeln 662 erlauben der Konditionierkopfwelle 656, sich (in den beiden vertikalen Ebenen) bezüglich der Konditionierkopfflächenplatte 620 und somit des Kissens 54 zu neigen. Ein sehr weicher O-Ring 664 (vorzugsweise Durometer 40) ist jedoch in einer ringförmigen, nach innen weisenden Aussparung 666 des Lagerelements 654 gehalten und einer nach außen weisenden Wand 668 der Konditionierkopfwelle 656 zugewandt. Die Kompressibilität des O-Rings 664 in der umschließenden Aussparung 666 begrenzt die Nutation der Konditionierkopfwelle 656 bezüglich des Lagerelements 654 auf wenige Grad, was für den Betrieb des Konditionierkopfs 64 mehr als genug ist. Die endliche Kompressibilität verletzt jedoch die Annahme, dass kein vertikales Drehmoment in dem Schwenkaufbau vorhanden ist. Die Nutation ermöglicht es der Konditionierscheibe 612, sich in einem kleinen Bereich von Polarwinkeln zu bewegen, um der Oberfläche des Polierkissens 54 geringfügige Variationen zu erlauben, ohne einen größeren Druck auf einer Seite der Konditionierkopfflächenplatte 620 als auf der anderen vorzusehen.
  • Eine Halsmutter 670 ist auf einen oberen Rand 672 des Konditionierkopflagerelements 620 geschraubt, und ihr oberer Hals 672 greift, jedoch umschließt nur lose einen äußeren Flansch 674 der Konditionierkopfwelle 656, wobei sein möglicher Eingriff eine ultimate Grenze für die Nutation der Konditionierkopfwelle 656 bezüglich des Lagerelements 656 darstellt. In die untere Mitte der Konditionierkopfwelle 656 ist ein Schulterbolzen 676 geschraubt. Ein nach unten weisender Kopf 678 ist an der Aufwärtsseite durch eine nach innen weisende Lippe 680 des Lagerelements 650 gehalten. Der selektive Eingriff des Kopfs 678 des Schulterbolzens 676 und der Lippe 680 des Lagerelements 650 verhindern, dass das Konditionierkopflagerelement 620 von der Konditionierkopfwelle 656 herabfällt, wenn der Konditionierkopf 64 von dem Polierkissen 54 angehoben wird.
  • Die Lagerkugeln 662 würden gewöhnlich die freie Azimutdrehung des Lagerelements 652 und der daran befestigten Konditionierscheibe 612 bezüglich der Konditionierkopfwelle 656 erlauben. Es ist jedoch eine Anzahl von Umfangsantriebsstiften 682 (in Fig. 31 ist nur einer davon gezeigt) lose in gepaarten Antriebsstiftlöchern 685 und 686 in dem Konditionierkopflagerelement 620 und der Konditionierkopfantriebswelle 656 gehalten, um jede wesentliche Azimutbewegung dazwischen zu unterbinden. D. h., dass die Antriebsstiftlöcher 686 in der Konditionierkopfwelle 656 die Antriebsstifte 682 in einer polaren Richtung nicht fest greifen, so dass die begrenzte Nutation der Konditionierkopfwelle 656 bezüglich des Konditionierkopflagerelements 620 möglich ist, wobei sie aber die Antriebsstifte 682 seitlich halten, um eine wesentliche relative Azimutdrehung zu unterbinden.
  • Die Schwenklagerung des Konditionierkopfs ermöglicht einen planaren Drehantrieb für die Konditionierscheibe des Konditionierkopfs, erlaubt jedoch dem Konditionierkopf ein leichtes Kippen aus der normalen zu dem zu konditionierenden Polierkissen. Aufgrund eines niedrigen Drehzentrums verhindert der Schwenkantrieb eine unterschiedliche Konditionierung des darunter befindlichen Substrats.
  • Die äußeren Laufringe der beiden Ringlager 688 sind durch ein äußeres ringförmiges Distanzstück 690 beabstandet und werden von einem oberen äußeren Bund 692 gehalten, der auf einen unteren äußeren Bund 694 geschraubt ist, wobei eine vorspannende Ringfeder 696 zwischen dem unteren ringförmigen Lager 688 und dem unteren äußeren Bund 694 vorgesehen ist. Der obere äußere Bund 692 hat eine untere äußere Schürze 693, die einen Labyrinthweg für Schlämme und andere Verunreinigungen für das Erreichen der Lager 688 darstellt, die die Konditionierkopfwelle 656 lagern.
  • Diese Anordnung ist durch Schrauben 1602 aufgehängt, die in einen insgesamt U- förmigen Armkörper 1604 versenkt und in einen unteren Flansch 1608 des oberen Bundes 692 geschraubt sind.
  • Bei der Anordnung wird der untere Teil des Konditionierkopfs in das Zentrum der ringförmigen Lager 688 angehoben, wobei der innere Laufring des unteren Ringlagers 688 auf einer Leiste 1610 der Konditionierkopfwelle 656 liegt. Ein inneres Distanzstück 1612 trennt den inneren Laufring der beiden Ringlager 688. Der innere Laufring des oberen Ringlagers 688 wird von einem Sims 1614 einer Zahnscheibe 1616 gehalten. Ein Bolzen 1618 drückt die Scheibe 1616 an, wenn sie in die Konditionierkopfwelle 656 geschraubt ist, und hält den inneren Laufring des Ringslagers 688.
    • Konditionierarm und Halter
  • Wie in der vollen Schnittansicht von Fig. 29 und dem vergrößerten Schnitt von Fig. 35 sowie in der Teilperspektive von Fig. 34 gezeigt ist, hält der Konditionierarm 62 den Konditionierkopf 64, hebt ihn an und schwenkt ihn über das zu konditionierende Kissen 54 und umschließt die Riemenanordnung, die den Konditionierkopf 64 antreibt.
  • Der Armkörper 1604 hat eine distale Endwand 1618 und eine Kanalabdeckung 1620, die in den Armkörper 1604 zur Bildung eines Gehäuses 1622 geschraubt ist, das die Treibgurtanordnung umschließt und vor Verunreinigung durch Schlämme schützt. Die Treibgurtanordnung hat einen gezahnten Treibriemen 1624, der um die gezahnte Kopfscheibe 1616, die an dem Konditionierkopf 64 befestigt ist, sowie auch um eine gezahnte Treibscheibe 1626 in dem Armhalter 65 gelegt ist. Der gezahnte Treibriemen 1624 ist wegen des sich ändernden Drehmoments erforderlich, das der Treibriemen 1624 benötigt, wenn der Konditionierkopf 64 unterschiedliche Oberflächen konditioniert.
  • Wie in Fig. 34 und 35 gezeigt ist, lagert das drehbaren Haltegehäuse 1630 drehbar ein proximales Ende 1632 des Armkörpers 1604 um eine horizontale Nutationsachse 1634. Das sich vertikal erstreckende Haltegehäuse 1630 hat zwei Abflachungen 1636, in die vier entsprechende Haltelöcher 1638 gebohrt sind. Wenn die Abflachungen 1636 des Haltegehäuses 1630 sich in dem Kanal 1622 des Armkörpers 1604 befinden, sind zwei Wellenbasen 1640 mit entsprechenden Wellenstummeln 1642 in den Abflachungen 1636 durch Schrauben befestigt, die in Sackbohrungen 1644 in den Flanschen der Wellenbasen verschraubt sind, wobei die Schrauben in die Haltelöcher 1638 in dem Haltegehäuse 1630 geschraubt sind. Die sich nach außen erstreckenden Wellenstummel 1642 sind drehbar von den inneren Laufringen von sphärischen Lagern 1646 so gelagert, dass sie selbstausrichtend sind und Fehlausrichtungen zwischen den Wellenstummeln 1642 aufnehmen. Die äußeren Laufringe dieser Lager 1646 sind an Lagerdeckelplatten 1648 befestigt, die an vertikalen Schürzen 1650 des Armkörpers 1604 durch Schrauben festgelegt sind, die durch Bohrlöcher 1652 in Flanschen der Lagerdeckelplatten 1648 hindurchgehen und in Bohrungen 1654 in den Armschürzen 1650 geschraubt sind, um dadurch die horizontale Nutationsachse 1634 herzustellen.
  • Dadurch wird das proximale Ende 1632 des Konditionierarmkörpers 1604 schwenkbar um die horizontale Nutationsachse 1634 gehalten, und der Konditionierarmkörper 1604 ist ebenfalls in der Horizontalebene durch die Drehung des Haltegehäuses 1630 drehbar.
  • Die Drehung des Konditionierarms 62 um die horizontale Nutationsachse 1634 wird durch einen Hydraulikkolben 1656 bewirkt, der mit einem Zapfen verbunden ist, der zwei horizontale Löcher 1658 eines Jochs 1660 greift, das sich von der Rückseite des Armkörpers 1604 aus erstreckt, sowie mit einer Schwenkhalteplatte 1662, die an dem Wellengehäuse 1630 befestigt ist und damit dreht. Ein Ausfahren oder Einziehen des Hydraulikkolbens 1656 drückt entweder den Konditionierarm 62 und den daran befestigten Konditionierkopf 64 zum Polierkissen 54 mit einem spezifizierten Druck hin, der durch den Druck gesteuert wird, der durch den Hydraulikkolben 1656 bereitgestellt wird, oder hebt alternativ den Konditionierarm 62 und den Kopf 64 weg vom Polierkissen 54 für eine Lagerung oder Wartung.
  • Wie in Fig. 34 und 35 gezeigt ist, ist die Treibscheibe 1626 für den Riemen 1624 an einem oberen Ende einer Antriebswelle 1664 an einer Stelle über der horizontalen Rotationsachse 1634 festgelegt. Die Antriebswelle 1664 geht vertikal in das Wellengehäuse 1630 hinein. An ihrem oberen Ende ist sie mit der Schwenkhalteplatte 1662 und einer Schürze 1663 verbunden, die die Lager schützt. Ihr unteres Ende hält ein Zahnrad 1665, das mit einem Zahnrad 1667 an der Abtriebswelle des Konditionierkopfmotors 1666 klemmt, um die Antriebskraft für die Drehung der Konditionierscheibe 612 bereitzustellen. Der Konditionierkopfmotor 1666 ist auf einem Motorhalter 1676 angebracht, der an dem Tisch 23 befestigt ist.
  • Als Folge dieser räumlichen Anordnung bringt die Betätigungseinrichtung 1656 die Treibscheibe 1626 nicht zum Schwenken mit dem Konditionierarmkörper 1604. Die Kopfscheibe 1616 schwenkt jedoch mit dem Konditionierarmkörper 1604. Aufgrund der Versetzung zwischen der Treibscheibe 1626 und der Nutationsachse 1634 wird deshalb die Spannung in dem Treibgurt 1624, der zwischen der Treibscheibe 1626 und der Kopfscheibe 1616 angeordnet ist, reduziert, wenn der Konditionierarm 62 angehoben wird, und nimmt zu, wenn der Konditionierarm 62 abgesenkt wird. (Die Spannungsänderungen mit dem Kippwinkel wären entgegengesetzt, wenn die Treibscheibe 1626 unter der Nutationsachse 1634 angeordnet wäre.) Die Anordnung der Treibscheibe 1626, die (wenn auch nur leicht) über dem Zentrum 1634 der Vertikalverschwenkung versetzt ist, hat auch eine Wirkung auf die Spannung in dem Treibriemen 1624. Wenn der Arm 62 nach unten zum Polierkopf 54 hin schwenkt, wird die Spannung im Riemen 1624 größer, und, wenn der Arm 62 von dem Polierkopf 54 wegschwenkt, nimmt die Spannung in dem Riemen 1624 ab. Diese Zunahme und Abnahme der Riemenspannung kombiniert sich mit der Kraft aus dem Hydraulikkolben 1656 zu einem Einfluss auf den Druck des Konditionierkopfs 64 auf das Polierkissen 54. Die Erhöhung der Spannung des Riemens 1624 wirkt der Kraft entgegen, die von dem Hydraulikkolben 1656 erzeugt wird, der dazu tendiert, den Konditionierkopf 64 zum Polierkissen 54 hin zu drücken. Eine Erhöhung der Spannung führt zum Anheben des Arms 62, während eine Abnahme der Spannung dazu führt, den Arm 62 mit größerer Kraft zu dem darunter liegenden Polierkissen 54 hin drücken zu lassen.
  • Bei dieser Anordnung sorgt ein konstanter Reibungskoeffizient zwischen dem Konditionierkopf 64 und dem Polierkissen 54 für eine bestimmte Nennspannung in dem Treibriemen 1624, die zusammen mit der Kraft aus dem Hydraulikkolben 1656 für einen bestimmten Nenndruck zwischen dem Konditionierkopf 64 und dem Polierkissen 54 unabhängig von einer kleinen Änderung in der Höhe der Trennfläche zwischen dem Konditionierkopf 64 und dem Polierkissen 54 sorgt. Wenn die Reibung zwischen dem Konditionierkopf 64 und dem Polierkissen 54 zunimmt, beispielsweise in den Fällen, in denen eine raue Polierkissenoberfläche vorliegt (die ein zusätzliches Aufrauen/Konditionieren erfordert, da die Oberfläche bereits rau ist), führt eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten zu einem Anstieg der Kraft, die erforderlich ist, um die Drehung des Konditionierkopfs 64 mit einer konstanten Drehzahl fortzusetzen. Die Krafterhöhung führt zu einer Zunahme der Spannung in dem Treibriemen 1624 für den Konditionierer, was zum Anheben des Konditionierkopfs 64 vom Polierkissen 54 führt, um dadurch den Druck und somit den Abrieb des Konditionierkopfs 64 an dem Polierkissen 54 zu verringern. Wenn umgekehrt der Konditionierkopf 64 einen Bereich mit niedrigem Reibungskoeffizienten trifft, beispielsweise einen glasierten Bereich auf der Oberfläche des Polierkopfs, wird der Drehwiderstand des Konditionierkopfs 64 verringert, wodurch die Spannung in dem Konditionierkopf-Treibriemen 1624 verringert wird. Die Reduzierung der Spannung verringert die Kraft des Treibriemens 1624, was zu einer Absenkung des Konditionierarms 62 und dadurch dazu führt, dass die Konditionierkopfkraft an dem Polierkissen für ein stärkeres Beißen in das Polierkissen zunimmt und somit für eine zusätzliche Konditionierung an dieser Stelle des Glänzigwerdens oder niedrigen Reibungskoeffizienz sorgt.
  • Der Antriebsschwenkmotor 1670, der in Fig. 29 und 35 gezeigt ist, schwenkt den Konditionierarm 62 auf einem Oszillationsweg über das Polierkissen 54 zwischen seiner Mitte und seinem Umfang. Der Antriebsschwenkmotor 1670 ist an dem Motorhalter 1676 an der Unterseite des Tisches 23 angebracht. Ein Zahnrad 1672 an seiner Abtriebswelle ist mit einem Randantriebszahnrad 1674 des harmonischen Antriebs 1668 gekoppelt, der das übertragene Drehmoment vervielfacht. Ein beispielsweiser harmonischer Antrieb für den Kissenkonditionierer 60 steht von Harmonic Drive Technologies, Teijin Seiki Boston, Inc., Peabody, Massachusetts, in Einheitsgröße 25 zur Verfügung. Die Antriebswelle 1664 erstreckt sich längs den zentralen Achsen des harmonischen Antriebs 1688 und des Randzahnrads 1674. Die Seite des harmonischen Antriebs 1668 mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment ist an dem Motorhalter 1676 befestigt, während die Seite mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment an dem Wellengehäuse 1630 befestigt ist.
  • Der Konditionierarm 62 wird horizontal durch den Satz von Wellenstummeln 1642 gedreht, die zwischen dem Armkörper 1604 und dem Wellengehäuse 1630, wie oben erörtert, verbolzt sind. Mit der Antriebswelle 1664 ist ein Konditionierkopfmotor 1666 über einen Satz von Zahnrädern in einem Zahnradgehäuse 1672 verbunden, das an dem Tisch 23 befestigt ist. Die Antriebswelle dreht den Treibriemen 1624, den Konditionierkopf 64 und somit die Konditionierscheibe 612.
  • Der Kissenkonditionierer 60 der Fig. 29 bis 35 kann in einer Anzahl unterschiedlicher Einsatzarten verwendet werden, die alle durch die Software steuerbar und auswählbar sind, die in den Steuerrechner für das Poliersystem eingesetzt sind.
  • Das Polierkissen 54 kann konditioniert werden, während das Polieren an diesem Kissen unterbrochen ist. Der Waferkopf 110 wird in seine radial innerste Position zurückgezogen, sein unterster Teil wird angehoben, so dass jeder in dem Waferkopf 110 gehaltene Wafer über die Kissenoberfläche angehoben wird, und die Platte 52 dreht sich, wenn der Konditionierarm 62 den drehenden Konditionierkopf 64 in Kontakt mit dem drehenden Kissen 54 und darüber hinweg von seinem Umfang zu seiner Mitte schwenkt.
  • Alternativ kann das Polierkissen 54 konditioniert werden, während das Polieren an dem Kissen fortgesetzt wird, d. h. in Realzeit. Das Verschwenken des Konditionierkopfs 64 erstreckt sich insgesamt über die äußeren Abschnitte des Kissens 54 (gesehen von der Mitte des Tisches 23), während der Waferkopf 110 und sein Wafer 40 über die inneren Abschnitte geschwenkt werden. Unabhängig davon kann es erforderlich sein, dass die beiden Verschwenkungen zur Vermeidung einer Kollision synchronisiert werden. Eine Synchronisation ist offensichtlich für eine Realzeit-Kissenkonditionierung erforderlich, die gleichzeitig mit dem Übermittenpolieren durchgeführt wird, da der Waferkopf 110 über das Kissenzentrum 54a daran vorbeigeht und dieser Abschnitt des Kissens 54 eine Konditionierung erfordert.
    • Konditionierkopf-Reinigungsbecher
  • Die Konditionierscheibe 614 des Konditionierkopfs 64 wird, wenn sie über den Polierkopf 54 schwenkt, mit Schlämme auf ihrer abrasiven Fläche und äußeren Oberflächen angrenzend an das Polierkissen 54 bedeckt. Während der Konditionierkopf 64 auf der nassen Oberfläche des Polierkissens 54 arbeitet, hat die Schlämme, die auf den Oberflächen des Konditionierkopfs 64 vorhanden ist, keine Zeit zum Trocknen und wird leicht durch neue nasse Schlämmeteilchen ergänzt, wenn der Konditionierprozess fortgesetzt wird. Während inaktiver Zeiten jedoch, beispielsweise wenn der Konditionierkopf während des Polierens gelagert ist, jedoch besonders, wenn die gesamte Vorrichtung nicht arbeitet aus einer Vielzahl von Gründen, wie einer Wartung, kann der Konditionierkopf austrocknen und die Schlämme, die sich als Schicht auf dem Konditionierkopf befindet, führt zur Bildung eines steinharten Kuchens oder veranlasst Natriumhydroxid in der Schlämme zum Kristallisieren auf den Oberflächen des Konditionierkopfs. Dann ist es schwierig, den Schlämmekuchen zu entfernen oder das kristallisierte Natriumhydroxid zur Rückkehr in eine Lösung zu bringen.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, ist der Polierstation 50a, 50b und 50c zur Lagerung des inaktiven Konditionierkopfs 64 in einer wässrigen Umgebung eine Reinigungsbecheranordnung 68 zugeordnet, wie sie in der Draufsicht des Tisches 23 in Fig. 18 gezeigt ist. Es ist anzumerken, dass die Reinigungsbecheranordnung 68 keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Wie schematisch in der Schnittansicht von Fig. 36A gezeigt ist, hat jede Reinigungsbecheranordnung 68 einen Reinigungsbecher 2610, der an der Welle eines Motors 2612 angebracht ist, der den Reinigungsbecher 2610 in eine inaktive Position drehen kann, in der der Konditionierarm 62 den Konditionierkopf 64 in den Reinigungsbecher 2610 absenkt, wenn der Konditionierkopf 64 gelagert werden soll. Eine vollständigere Darstellung des Aufbaus einschließlich der Fluidleitungen ist in Fig. 37 gezeigt. Die inaktive Position ist in der Draufsicht in Fig. 18 für die Polierstation 50c gezeigt.
  • Wie in Fig. 36b dargestellt ist, hebt der Konditionierarm 62, wenn der Konditionierkopf 64 in die Arbeitsstellung zurückgeführt ist, um das Polierkissen 54 zu konditionieren, den Konditionierkopf 64 aus dem Reinigungsbecher 2610. Dann dreht, wie in Fig. 36C gezeigt ist, der Motor 2612 den Reinigungsbecher 2610 in die inaktive Stellung, die auch in der Draufsicht in Fig. 18 für die Polierstationen 50a und 50b gezeigt ist. In Fig. 36C senkt der Konditionierarm 62 dann den Konditionierkopf 64 auf das Polierkissen 54 ab, das auf der Platte 52 angeordnet ist. Wenn der Konditioniervorgang abgeschlossen ist, wird der Konditionierkopf 64 angehoben, und der Waschbecher 2610 wird in die Position von Fig. 36B zurückgeschwenkt, wobei in dieser Position der Konditionierkopf 64 zurück in den Reinigungsbecher 2610 in Fig. 36A für die Lagerung abgesenkt wird, so dass die Schlämme und Natriumhydroxid, die an dem Konditionierkopf 62 haften, in Lösung bleiben oder verdünnt und entfernt werden.
  • Die Waschbecheranordnung 68 ist in der Schnittansicht in Fig. 37 gezeigt, und der Waschbecher 2610 in der Draufsicht in Fig. 38. Der Waschbecher 2610 hat ein zentrales Bassin 2614, das von einem nahezu kreisförmigen Wehr 2616 ausreichender Größe und Tiefe gebildet wird, um den unteren Teil des Konditionierkopfs 64 aufzunehmen. Das Wehr 2616 ist so geformt, dass es einen Längsschlitz 2618 bildet, der an seinem Außenende eine Öffnung zu einer sich vertikal erstreckenden Waschzuführungsleitung 2620 mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll (3,2 mm) hat. Wasser oder eine andere Reinigungslösung wird durch den Becher 2610 aus der Waschzuführleitung 2620 laufen gelassen. Es ist möglich, dass, wenn der Konditionierkopf 64 in das Bassin 2614 des Waschbechers 2610 abgesenkt ist, der Konditionierkopf 64 darin enthaltene Waschlösung spritzt. Deshalb wird empfohlen, dass vor dem Absinken des Konditionierkopfs 64 in den Waschbecher 2610 das Bassin 2614 durch den vertikalen Zuführkanal 2620 entleert wird, was durch eine Installation und Drei- Wege-Ventile erreicht werden kann, die mit der Zuführleitung 2632 verbunden sind.
  • Zwischen der Außenseite des Wehrs 2616 und einem etwas höheren umgebenden Damm 2614 ist ein Umfangsablauf 2622 ausgebildet. Beide Enden des Umfangsablaufs 2622 erstrecken sich parallel zum Schlitz 2618 nach außen zu zwei Ablauflöchern 2625, die mit einem gemeinsamen, sich vertikal erstreckenden Ablaufkanal 2626 verbunden sind, der einen Durchmesser von 1/4 Zoll (6,4 mm) hat. Das Bassin 2614 überströmendes Fluid wird in dem Umfangsablauf 2622 aufgefangen und durch den Ablaufkanal 2626 abgeführt.
  • Der Waschbecher 2610 ist auf seiner Halteseite an einer drehbaren Welle 2628 angebracht, an der auch vertikale Zuführ- und Abführkanäle 2620 und 2626 ausgebildet sind, die zwischen der Welle 2628 und dem Waschbecher 2610 durch nicht gezeigte Dichtungen in einer Aussparung abgedichtet sind. Die Welle 2628 ist durch den Tisch 23 hindurchgehend durch ein Traglager 2630 angebracht. Da die Drehung des Waschbechers 2610 relativ begrenzt ist, können flexible Zuführ- und Abführleitungen 2632 und 2634 direkt mit den entsprechenden Kanälen 2620 und 2626 in der Welle 2628 über Anschlüsse 2636 und 2638 verbunden werden. Die durch die Abführleitung 2634 abgezogene Waschflüssigkeit kann entweder entsorgt oder durch die Zuführleitung 2632 recyclisiert werden. Um ein Spritzen zu verhindern, wird die zentrale Wanne 2614 entleert, während der Waschbecher 2610 bewegt wird, und wenn der Konditionierkopf in den Waschbecher 2610 abgesenkt wird. Die zentrale Wanne 2614 kann durch die Waschzuführleitung 2620 und die flexible Zuführleitung 2632 entleert werden, wobei ein Drei-Wege-Ventil an die flexible Zuführleitung 2632 angeschlossen ist, um zwischen der Waschfluidquelle und dem Ablauf umzuschalten. Der Motor 2612 ist an der Unterseite des Tisches 23 mit einem Halter 2640 befestigt und steht mit einer Seite der Welle 2628 über eine nicht gezeigte Verzahnung in Zahnradverbindung.
  • Wegen der größeren Höhe des äußeren Damms 2624, wie es in Fig. 37 gezeigt ist, gibt es üblicherweise keinen Fluidverlust von der Reinigungsbecheranordnung, und es wird frische Reinigungslösung zugeführt oder umgewälzt aufgrund des Erfordernisses, die Reinigungslösung frischzuhalten, so dass der Konditionierkopf 64 unbegrenzt ohne Schlämme oder chemischen Kristallkuchen gelagert und ohne ein Problem auf der Oberfläche des Konditionierkopfs gelagert werden kann.
  • Fig. 39A, 39B und 39C zeigen die Relativbewegungen des Konditionierarms 62, des Waferkopfs 64 und der Polierplatte 52 bezüglich der Reinigungsbecheranordnung 68. Die Fig. 39A, 39B und 39C stehen in Wechselbeziehung mit den Positionen des Konditionierarms 62 in Fig. 36A, 36B und 36C. Bei dieser Einsatzform der Erfindung schwenkt der Konditionierkopf 64 über die Polierplatte 62 mit einer koordinierten Bewegung zu dem Waferkopf 110 während des gleichzeitigen Polier- und Konditioniervorgangs. Die Koordination ist erforderlich, um ein Zusammenstoßen mit dem Waferkopf 110 zu vermeiden, wenn er radial in dem Schlitz 910 der Karusselltragplatte 90 oszilliert.
  • In der Draufsicht von Fig. 39A ist der Waferkopf 110 insgesamt auf dem Polierkissen 54 zentriert, wobei der Konditionierarm 62 sich in seiner Lagerstellung befindet und die Konditionierkopf-Reinigungsbecheranordnung 68 den Konditionierkopf 64 umgibt, obwohl der Reinigungsbecher 68 keinen Teil der Erfindung bildet.
  • In Fig. 38B wird der Konditionierarm 62 vertikal aus der Reinigungsbecheranordnung 68 herausgeschwenkt, und eine strichpunktierte Linie 2640 zeigt die äußerste Extremposition des Waferkopfs von einem inneren Extrem zu einem äußeren Extrem, ohne den Plattenrand zu überlappen, während eine weitere strichpunktierte Linie 2642 eine ähnliche Oszillation zwischen inneren und äußeren Extremen für den Konditionierarm 62 zeigt.
  • In Fig. 39C ist die Reinigungsbecheranordnung 68 aus ihrer Bahn herausbewegt, in der der Konditionierarm 62 während seines Oszillationsschwenks über das Polierkissen 54 von der Mitte zum Rand und zurück läuft. Zu bemerken ist, dass der Waferkopf 110, der Konditionierkopf 64 und die Platte 52 alle in der gleichen Richtung (Uhrzeigersinn) drehen. Fig. 39C zeigt eine äußere Extremposition des Waferkopfs 110, wenn es dem Kopf möglich ist, über den Rand der Platte 52 zu hängen. Es darf zwar der Halteringabschnitt des Waferkopfs 110 über dem Rand der Platte 52 hängen, nicht jedoch der von dem Waferkopf gehaltene Wafer.
  • Bei einem alternativen Prozess sind die Konditionier- und Polierschritte getrennt. Während des Polierprozesses wird der Konditionierkopf 64 in der Lagerbecheranordnung 68 gelagert, wie es insgesamt in Fig. 39B gezeigt ist, während der Waferkopf 110 den Wafer 40 über das rotierende Polierkissen 54 schwenkt. Während des Konditioniervorgangs, wie er insgesamt in Fig. 39C gezeigt ist, ist der Waferkopf 110 an seiner innersten Position am nächsten zur Mitte des Karussells 70 und über dem drehenden Kissen 54 gelagert. Der Konditionierkopf 64 wird aus der Lagerbecheranordnung 68 angehoben, die in eine nicht störende Position gedreht wird, und der Konditionierkopf 64 wird über dem rotierenden Kissen 54 verschwenkt, um es dadurch zu konditionieren. Wenn die Kissenkonditionierung abgeschlossen ist, wird die Becheranordnung zurück in eine Position gedreht, in der der Konditionierkopf 64 für die Lagerung in ihr zurückgeführt ist.
    • Waferüberführungs-Ausricht- und -Reinigungsstation
  • Gemäß Fig. 1 und 2 dient die Überführungsstation 70 mehreren Zwecken, nämlich sowohl der Überführung des Wafers vor und zurück zwischen der Lagervorrichtung 30 und der Poliervorrichtung 20 und dem Waschen des Wafers, nachdem sein Polieren abgeschlossen worden ist. Fig. 40 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Waferüberführungsstation 70, die bezüglich des Tisches 23 anhebbar ist. Ein Waferüberführungssockel 72 hat eine obere Fläche, die sich insgesamt horizontal erstreckt und an der ein dünner, elastomerer Film 722 haftend festgelegt ist, um einen Wafer auf der Oberseite des Sockels 72 weich zu lagern, ohne seine Hauptfläche zu verkratzen. Um eine Vertikalposition des Sockels 72 sind drei Gabelanordnungen 74 angeordnet, um den auf dem Sockel 72 gehaltenen Wafer seitlich fluchtend auszurichten. Der Sockel 72 ist vertikal in einen Waschmantel 76 zurückziehbar, so dass, wenn drei an dem Mantel 76 befestigte Waschanordnungen 77 Fluid zu dem Wafer, dem Sockel oder dem Waferkopf spülen, das Spülfluid in dem Mantel 76 enthalten bleibt. Der Mantel 76 ist bezüglich des Tisches 23 vertikal anhebbar.
  • Fig. 41 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite der Platte und des Waschmantels. Fig. 42 und 43 zeigen perspektivische Ansichten mit zwei unterschiedlichen Winkeln ähnlich Fig. 40, jedoch teilweise im Schnitt, um die Funktion der Gabeln und der Wasserdüsen zu zeigen. Fig. 44 zeigt eine detaillierte Schnittansicht des Sockelbereichs der Überführungsstation. Der Mantel 76 wird an einem insgesamt zylindrischen Wannenschaftgehäuse 78 gehalten und daran abgedichtet, während der Sockel auf eine rohrförmige Sockelsäule 79, die sich vertikal innerhalb des Wannengehäuses 78 erstreckt, geschraubt und davon gehalten wird.
    • Wasch- und Vakuumkanäle im Sockel und in der Waschwanne
  • Der Sockel 72 der Überführungsstation 70, wie er in der Draufsicht von Fig. 41 und in der Schnittansicht von Fig. 44 gezeigt ist, hat sowohl zentrale Kanäle 724 als auch eine Vielzahl von versetzten Kanälen 726 auf der oberen Fläche des Sockels 72, die versetzt zu ihrer Mitte sind und in den elastomeren Film 722 eindringen. D. h., dass die Kanäle 724 und 726 für Wasser und Vakuum durch die Oberseite des Sockels 72 und des elastomeren Films 722 münden. Die Kanäle 724 und 726 sind mit seitlichen Durchlässen 728 in dem Sockel 72 verbunden (in der Schnittansicht von Fig. 44 sind nur zwei gezeigt), die an einen vertikalen Durchlass 730 gegenüber einem zentralen Durchlass 732 in der rohrförmigen Sockelsäule 79 anschließen. An die Unterseite des zentralen Durchlasses 732 in der Sockelsäule 79 wird entweder unter Druck stehendes Waschfluid oder ein Vakuum über einen flexiblen Fluidschlauch 736 angelegt, der lösbar mit der Sockelsäule 79 über eine Gewindeverbindung 738 gekoppelt ist. Um eine Verunreinigung der Vakuumquelle mit Waschfluid zu vermeiden, sind ein Vakuumerzeuger und ein Drei-Wege-Ventil an die flexible Leitung 736 an ihrer Verbindung mit der Vakuumleitung und der Waschzuführleitung verbunden. Der Vakuumerzeuger benutzt Wasserdruck, um ein Vakuum zu erzeugen. Ein Beispiel eines Vakuumerzeugers ist die Vakuumpumpe Modell L10, geliefert von PIAB, Hingham, Massachusetts. Durch das Drei-Wege-Ventil, den zentralen Durchlass 723 der Sockelsäule 79 und der zugehörigen Kanäle kann Druckfluid oder Vakuum zugeführt werden, wobei die Möglichkeit der Verunreinigung der Vakuumquelle mit Flüssigkeit reduziert ist.
  • Wie in der Draufsicht von Fig. 41 und in der geschnittenen Seitenansicht von Fig. 49A gezeigt ist, sind in die Kanäle 724 und 726 Scheibenspitzendüsen eingeschraubt, vorzugsweise Modell 680.345.17, erhältlich von Lechler, St. Charles, Illinois. In dem zentralen Kanal 724 ist ein Einwege-Rückschlagventil installiert, das später beschrieben wird und verhindert, dass Waschfluid herausgeschleudert wird, jedoch Vakuum an den zentralen Kanal gezogen werden kann. Wenn eine unter Druck stehende Reinigungslösung durch die versetzten Kanäle 726 zugeführt wird, reinigt die nach oben gerichtete Flüssigkeit eine untere Fläche eines Waferkopfs 110 und eines daran haftend festgelegten Wafers. Wenn sich ein Wafer in Kontakt mit dem elastomeren Film 722 befindet, dichtet ein an die Kanäle 724 und 726 angelegtes Vakuum den Wafer dicht gegenüber der Oberseite des Sockels 72 ab.
  • Die drei Waschanordnungen 77, die beide perspektivisch und im Schnitt in Fig. 73 gezeigt sind, sind in Abständen von etwa 120º in den Sockel 72 und insgesamt im Umfang des Mantels 76 unter einem Vordach 740 und innerhalb einer Außenwand 741 angeordnet. Jede Waschanordnung 77 hat ein unteres Element 742, das an einem inneren Boden 743 der Wanne 76 festgelegt ist, und einen radialen Durchlass 744, der an eine erste Düsengewindebohrung 746 über einen vertikalen Durchlass 748 angeschlossen ist. Die Waschanordnung 77 hat weiterhin ein oberes Element 750, das an dem unteren Element 742 festgelegt ist und dessen eigener vertikaler Durchlass 752 abdichtend an dem anderen vertikalen Durchlass 748 sitzt und an eine zweite Gewindebohrungsdüse 754 angeschlossen ist. In die Düsenbohrungen 746 und 754 sind jeweils Nachspritzdüsen eingeschraubt, wobei ihre jeweiligen Schlitzausrichtungen so gewählt sind, dass das Gesamtspritzmuster optimiert ist. Die untere Düsenbohrung 746 hat eine Längsachse, die nach oben mit etwa 30º bezogen auf die horizontale Ebene des Sockels 72 gerichtet ist, während die obere Düsenbohrung 754 eine Längsachse hat, die nach unten mit etwa 15º gerichtet ist, d. h. die beiden Düsenbohrungen 746 und 754 sind aus der Ebene des Wafers 40 um einen Winkel im Bereich von etwa 10º bis 45º versetzt. Die Versetzung dieser beiden Sprühmuster kann so angeordnet werden, dass sie sich in der Nähe des Umfangs- oder außerhalb des Umfangssockels 72 schneiden, um so den leeren Sockel 72 und den durch das Poliermittel gehaltenen Wafer effektiver zu waschen.
  • Wie sowohl in Fig. 43 als auch Fig. 44 gezeigt ist, hat jede Waschanordnung 77 weiterhin ein Zuführrohr 756, das an das radial innere Ende des unteren Elements 742 angeschlossen und an seinem radialen Durchlass 744 abgedichtet ist. Das Zuführrohr 756 einer jeden Waschanordnung 78 läuft vertikal nach unten an der Innenseite des Wannengehäuses 78 zu seinem unteren Ende. An diesem Punkt ist es mit einem Durchlass 758 in einem unteren Bund 760 verbunden, der eine Gewindebohrung an seiner Außenwand für eine Gewindeverbindung mit einer flexiblen Leitung für das Waschfluid hat.
  • Dadurch kann Waschfluid unabhängig zu den drei insgesamt horizontal ausgerichteten Umfangswaschanordnungen 78 und zu den vertikal ausgerichteten Kanälen 726 an der Oberseite des Sockels 72 zugeführt werden. Das Waschfluid aus jeder Quelle ist im Wesentlichen in dem Wannenmantel 76 enthalten, wenn der Waferkopf 110 über der Überführungs- station 70 positioniert und der Wannenmantel 76 und die zugehörigen Waschanordnungen 77 angehoben sind, um den Waferkopf 110 und den daran befestigten Wafer innerhalb des Vordaches 740 des Wannenmantels 76 anzuordnen. Überschüssiges Waschfluid und abgerissene Schlämme werden in dem Wannenmantel 76 eingefangen und nach unten zur Unterseite des Wannengehäuses 78 abgeführt, wo ein Abführkanal 759 den Boden des Wannengehäuses 78 und den Bund 760 durchdringt und an ein Ablaufrohr 761 angeschlossen ist.
  • Das Anheben des Wannenmantels 76 um den Waferkopf 110 verringert den vertikalen Hub, der vom Waferkopf 110 verlangt wird. Dieser kurze Hub trägt zu einer einfacheren und leichteren Bauweise für den Waferkopf bei.
    • Waferausrichtungsgabeln
  • Wie insgesamt in Fig. 40 dargestellt ist und wie im Einzelnen später näher erläutert wird, werden die drei Gabelanordnungen 74 dazu verwendet, den Waferkopf 110 bezüglich der Waschstation 70 und ihres Sockels 72 auszurichten, nachdem der Wafer 40 auf den Sockel 72 durch die Waferüberführungsplatte geladen worden ist. Dann wird der Sockel 72 etwas abgesenkt, und der Wannenmantel 76 mit den daran befestigten Gabelanordnungen 74 wird etwas angehoben, um den Sockel 72, den Wafer 40 und den unteren Abschnitt des Waferkopfs 110 seitlich zu umgeben. Erst wenn die Zentrierung abgeschlossen ist, wird der Wafer 40 in den Waferkopf 110 geladen.
  • Fig. 41 zeigt auch in der Draufsicht die Dreiecksausrichtung der drei Waferausricht- Gabelanordnungen 74. Wie zusätzlich in der perspektivischen Ansicht von Fig. 42, der auseinander gezogenen perspektivischen und teilweisen Schnittansicht von Fig. 45 und in der Schnittansicht von Fig. 44 gezeigt ist, hat jede Gabelanordnung 74 eine Gabel 762, die in einem begrenzten Winkelbereich drehbar ist und ein Paar von Ausrichtzinken 764 zum Anliegen an dem Rand des zu zentrierenden Wafers hat. Die Gabel 762 dreht an dem distalen Ende eines sich radial erstreckenden Gabelarms 766, dessen proximales Ende an einer vertikalen Rippe 768 festgelegt ist, die sich im Inneren des Wannengehäuses 78 nach unten erstreckt. Das untere Ende der Rippe 768 ist um eine Welle 769 an einem Flügel 770 einer Traghülse 772 angelenkt, wie später beschrieben wird, welche an dem Wannengehäuse 78 festgelegt ist. An einer Seite der Außenseite des Wannengehäuses 78 ist ein Druckluftzylinder 774 festgelegt, der eine Abtriebswelle 776 hat, die das Wannengehäuse 78 durchdringt und an ihrem Wellenende eine Kupplung hat, die in einen Mittelabschnitt der vertikalen Rippe 768 geschraubt ist. Obwohl die vorliegende Konstruktion einen Druckluftzylinder 774 für jede Rippe 768 und die zugeordnete Gabelanordnung 74 vorsieht, kann die Auslegung einfach modifiziert werden, um die drei Rippen 768 mit einem Druckluftzylinder zu betätigen.
  • Die Druckluftaktivierung und -deaktivierung des Gabeldruckluftzylinders 774 steuert die radiale Position der Gabel 762 bezüglich des Wafers auf dem Sockel 72. Eine Aktivierung drückt die Rippe 768 radial nach innen, so dass die Gabel 762 dazu gebracht wird, sich dem Wafer auf dem Sockel 72 zu nähern und ihn möglicherweise zu berühren. Eine Deaktivierung zieht die Rippe 768 radial nach außen, wodurch die Gabel 762 von dem Sockel 72 zurückgezogen wird. Zu vermerken ist, dass die Geometrie eine Radialbewegung der Gabeln 762 mit einer Axialbewegung von ihnen koppelt, dass die Gabeln 762 ansteigen, wenn sie sich einem Wafer 40 nähern. Der Gabel-Druckluftzylinder 774 ist federbelastet, so dass er eine variierende Belastung für den Druckluftzylinder 774 bietet und somit eine feinere pneumatische Steuerung der Position ermöglicht. Vom Boden durch einen radial inneren Abschnitt des Gabelarms 766 ist eine Senkschraube 778 so geschraubt, dass sie einen vertikal einstellbaren unteren Anschlag für den Gabelarm 766 bildet und somit die radiale Auswärtsbahn der Gabel 762 begrenzt.
  • Wie am besten in Fig. 42 und 45 gezeigt ist, ist die Gabel 762 der Gabelanordnung 74 drehbar an einer Gabeldrehwelle 780 gehalten, die an dem distalen Ende des Gabelarms 766 festgelegt ist und sich vertikal davon aus nach oben erstreckt. Zwei Büchsen 782 (von denen nur eine in Fig. 45 gezeigt ist) greifen das Joch der Gabel 762 und sorgen für ein freies Drehen in der horizontalen Ebene bezüglich der Gabeldrehwelle 780. Die freie Drehung der Gabel 762 ermöglicht es der Gabel 762, sich einem schlecht ausgerichteten Wafer mit einer minimalen Kratzwirkung zu nähern und dadurch einen Sechs-Punkt-Kontakt anstelle eines Drei-Punkt-Kontakts zu bewirken.
  • Um vertikale Achsen insgesamt radial im Rücken der Gabelzinken 764 sind zwei Pufferanordnungen 784 drehbar gehalten. Jede Pufferanordnung 784 hat zwei Kugellager, die eine freie Drehung in der horizontalen Ebene eines knopfförmigen Dämpfers 786 erlauben. Der Dämpfer 786 greift an der Seite des Waferkopfs 110 an, die nicht genau zum Sockel 72 der Waschstation 70 ausgerichtet ist. Nachdem eine Gabel 762 am Anfang die Seite des Wafers 110 mit ihren beiden Zinken 764 berührt hat, führt ein weiteres Nach-innen-Ziehen der Gabelanordnungen 74 dazu, dass die ungebremste Karusselltragplatte 906 sich in der geforderten Richtung dreht, um so in die richtige Ausrichtung zu dem Sockel 72 gebracht zu werden. Nur dann wird das Karussell 90 an Ort und Stelle arretiert. Der Dämpfer 786 richtet auch jeden schlecht ausgerichteten Wafer 40 neu aus.
  • Die Kragarmauslegung des Gabelarms 766 und der Rippe 768, die um eine entfernt liegende Welle 769 verschwenkt wird, hat den Nachteil, dass der Lange Hebelarm und die begrenzte Steifigkeit des dazwischenliegenden Halteaufbaus es der Gabel 762 ermöglichen, sowohl in Umfangs- als auch in Vertikalrichtung zu wandern. Um ein solches Wandern zu verhindern, ohne jedoch die im Wesentlichen freie Bewegung der Gabelanordnung 74 zu unterbinden, ist jede der drei Gabelanordnungen 790 in eine entsprechende Aussparung der äußeren Wand 741 der Waschwanne 76 an um 120º getrennte Umfangspositionen und an axialen Positionen verschraubt und darin festgelegt. Diese Positionen entsprechen einem Stiel 792, der an der Gabel 762 an einer Stelle, die sich radial innerhalb sowohl der Gabeldrehwelle 780 als auch der Dämpfer 786 befindet, befestigt ist und sich davon aus nach unten erstreckt. Die Ausrichtgabelanordnung 790 hat zwei Zinken 794, die sich radial nach innen von der Wannenwand 741 so erstrecken, dass sie den sich nach unten erstreckenden Stiel 792 der Gabeldrehwelle 780 sehr lose greifen und dadurch verhindern, dass die Gabel 762 in Umfangsrichtung durch Drehen über bestimmte vorgegebene Drehgrenzen hinaus wandert. Die Gabel 762 dreht um ihre Büchse 782 in den Zinken 794, bis ihre Drehung durch den Stiel 792 angehalten wird, der an der einen oder der anderen der Zinken 794 angreift.
  • Die vorstehende Auslegung für den Waferhalter, in dem die Prozessseite des Wafers auf dem Sockel liegt, steht der herkömmlichen Konstruktionsphilosophie entgegen, die Prozessseite eines Wafers nicht in unnötiger Weise zu kontaktieren. Eine alternative Konstruktion, die einen solchen Kontakt vermeidet, hat drei Finger, die sich nach oben von der Fläche des Sockels aus erstrecken und so positioniert sind, dass sie entweder an dem Rand des Wafers oder an dem äußersten Umfang der Behandlungsseite des Wafers angreifen. An den oberen Enden der Finger weisen Leisten oder Verjüngungen nach innen, um eine fluchtende. Ausrichtung des Wafers mit diesen Fingern zu begünstigen. Dadurch bleibt der zentrale Abschnitt der Behandlungsseite des Wafers über dem Sockel aufgehängt. In die Fläche des Sockels ist ein optischer Reflexionssensor eingeschlossen, um zu erfassen, wenn ein Wafer auf den Fingern platziert worden ist.
    • Stützung und Bewegung der Überführungsstation
  • Wie vorher erwähnt wurde und in der Schnittansicht von Fig. 44 gezeigt ist, sind sowohl der Überführungssockel 72 als auch die Waschwanne 76 unabhängig vertikal bezüglich des Tisches 23 der Maschinenbasis 22 bewegbar.
  • Das Wannengehäuse 78 geht frei durch eine Öffnung 1712 in einer Schulter 1714 hindurch, die an der Oberseite des Tisches 23 festgelegt ist. An einer Seite des unteren Endes des Wannengehäuses 78 ist ein Druckluftgehäuse 1716 festgelegt. Sein Abtriebsschaft 1718 erstreckt sich vertikal nach oben, sein Fuß 1720 wird in einer Klaue 1722 gehalten, die an der Unterseite der Schulter 1714 über einer Platte 1724 gehalten ist. Der Wannen- Druckluftzylinder 1716 sorgt so für eine Relativbewegung des Wannengehäuses 78 und der daran befestigten Elemente bezüglich des Tisches 23. Der Druckluftzylinder 1716 bewegt auch den Sockel 92, wobei jedoch gesonderte Bewegungseinrichtungen, die von dem Druckluftzylinder 1716 bewegt werden, den Sockel 92 unabhängig von dem Wannengehäuse 78 bewegen können. An dem Mantel 1714 ist eine nicht gezeigte vertikale Schiene befestigt, während eine nicht gezeigte, an dem Wannengehäuse 78 befestigte Hand an der Schiene so angreift, dass dem Wannengehäuse 78 eine seitliche Stabilität gegeben wird, wenn es vertikal durch den Wannen-Druckluftzylinder 1716 bewegt wird.
  • Eine untere Einwärtslippe 1726 des Wannengehäuses 78 trägt die Unterseite der Stützhülse 772, die sich in dem Wannengehäuse 78 nach oben erstreckt. Zwischen der Stützhülse 772 und der Sockelsäule 79 sind zwei zylindrische Büchsen 1728 und 1730 angeordnet, um sie in seitlicher Richtung abzustützen, jedoch frei in der Vertikalrichtung zu führen. Die obere Büchse 1728 wird nach unten gegen die Stützhülse durch einen Bund 1732 gedrückt, der in die Hülse 772 geschraubt ist. Die untere Büchse 1730 liegt nur am unteren Ende der Stützhülse 772 an und wird daran sowie an der Sockeltragsäule 79 durch den unteren Bund 760 gehalten. Ein nicht gezeigter Satz von Bolzen geht durch den unteren Bund 760 und die untere Lippe 1726 des Wannengehäuses 78 hindurch, und sie sind in das untere Ende der Stützhülse 772 geschraubt, so dass sie das Wannengehäuse 78 und die Stützhülse 772 starr verbinden. Wie vorher erwähnt, wird für jede Gabelanordnung 74 die Rippe 768 auf der Welle 769 verschwenkt, die durch den Flügel 770 am unteren Ende der Stützhülse 772 hindurchgeht.
  • Die Sockelsäule 7 und somit der Sockel 72 wird an dem Boden des Wannengehäuses 78 durch eine dreifüßige Spinne 1740 beweglich gehalten, die zusätzlich perspektivisch in Fig. 46 gezeigt ist. Die Spinne 1740 ist starr an der Sockelsäule durch zwei O-Ringe 1742 gehalten, die in der vergrößerten Schnittansicht in Fig. 44A gezeigt sind, wobei ein keilförmiges Distanzstück 1743 dazwischen angeordnet ist und alle Teile in einer ringförmigen Aussparung 1744 angeordnet sind, die einen unteren verjüngten Rand hat. Axiale Kompressionskräfte drücken die O-Ringe 1742 in einen elastischen Kontakt mit der Spinne 1740, dem keilförmigen Distanzstück 1743 und der Sockelsäule 79, wodurch sie aneinander festgelegt werden. Die Lippe eines darüber liegenden Bundes 1746 ist durch Schrauben gegen die Spinne 1740 so vorgespannt, dass die O-Ringe 1742 in die spitzen Punkte der jeweiligen Verjüngungen gedrückt werden und dadurch radial an der Sockelsäule 79 angreifen und jede Relativbewegung mit ihr verhindern.
  • Wie sowohl in Fig. 44 als auch 46A gezeigt ist, hat jedes Bein 1750 an seinem distalen Ende einen Backenaufbau mit einem unteren Backen 1752 und einem gegabelten oberen Backen 1754 mit einem Schlitz 1755 zwischen den beiden Zähnen des oberen Backens 1754. Zwischen den Zähnen des oberen Backens 1754 geht ein Spinnehalteschaft 1756 hindurch, an dessen unterem Ende ein Fuß 1758 festgelegt ist, der zwischen den unteren und den oberen Backen 1752 bzw. 1754 eingreift.
  • Der Spinnehalteschaft 1756 ist der vertikal ausgerichtete Ausgangsschaft eines Druckluftzylinders 1760, der an einer Seite des Wannenschaftgehäuses 78 befestigt ist. Somit führt die Betätigung des Sockel-Druckluftzylinders 1760 dazu, dass der Sockel 72 und der daran gehaltene Wafer sich vertikal bezüglich der Waschwanne bewegen. Durch Büchsen 1764 in den Armen 1750 der Spinne 1740 gehen drei Führungssäulen 1762 hindurch. Die oberen Enden der Führungssäulen 1762 sind an dem unteren Bund 760 von Fig. 44 befestigt, der an dem Wannenschaftgehäuse 78 festgelegt ist und so für Stabilität für die Bewegung der Spinne 1740 und des befestigten Sockels 72 sorgt.
  • Der obige Halte- und Bewegungsmechanismus verwendet drei Druckluftzylinder 1760, um den Sockel zu bewegen, er kann jedoch leicht für nur einen solchen Druckluftzylinder umgebaut werden.
    • Waferladen an Überführungsstationen
  • Beim Laden eines Wafers 40 in das Poliersystem 20 aus dem Ladesystem werden, wie in Fig. 47A gezeigt ist, die Waschwanne 76 und ihre daran befestigten Elemente von dem praktisch vertikal stationären Waferkopf 110 weg abgesenkt, und der Sockel 72 wird etwas in eine Position abgesenkt, so dass das Überführungsrobotblatt 38 mit dem an seiner Unterseite (durch ein Verfahren und mit einer Vorrichtung, die später beschrieben werden) befestigten Wafer unter den vertikal stationären Waferkopf 110 und über den Sockel 72 gelangen kann. Wenn das Waferblatt 38 zentral angeordnet ist, wird der Sockel 72 so angehoben, dass seine elastomere Oberfläche 722 den Wafer 40 sanft aufnehmen kann. Danach wird der Sockel 72 abgesenkt und das Waferblatt 38 zurückgezogen. Wie gezeigt, kann der Wafer 40 am Anfang mit dem Sockel 72 schlecht ausgerichtet sein.
  • Beim Laden eines Wafers werden der Überführungs-Waschwannenmantel 76 und seinen inneren Teile weg von dem Waferüberführungssockel 72 abgesenkt. Ein Robotblatt 38 mit Vakuumspannlöchern an seiner Unterseite, die den Wafer 40 halten, bewegt den Wafer 40 in eine Position und positioniert den Wafer 40 nach unten weisend über der Oberseite des Sockels 72, der sich über der Waschwanne 67 erstreckt. Der Sockel 72 wird dann bis zum Kontakt mit der Waferoberfläche angehoben und der Wafer von dem Robotblatt 38 freigegeben. Der Sockel wird abgesenkt, oder das Robotblatt wird etwas angehoben, um einen Kontakt zwischen dem Wafer und dem Robotblatt zu vermeiden, wenn das Robotblatt 38 horizontal zwischen dem Waferkopf 110 und dem Sockel 72 herausgedreht wird. Der Waferkopf 110 und der Waschwannenmantel 76 werden dann angehoben (Fig. 47B), um den Umfang des Waferkopfs 110 zu umschließen.
  • Danach wird, wie in Fig. 47B gezeigt ist, der Sockel 72 etwas angehoben, während jedoch die Wanne 76 wesentlich angehoben wird, da sie den praktisch stationären Waferkopf 110 und den auf dem Sockel 72 abgelegten Wafer 40 umschließt. Während dieses Vorgangs befinden sich die Waferausrichtanordnungen 74 in ihren entspannten, radial äußeren Positionen. Wenn der Wannenmantel 76 angehoben worden ist, so dass der Wafer 40 horizontal zu den Zinken 764 der Gabeln 762 ausgerichtet ist, werden die Gabel- Druckluftzylinder 774 betätigt, damit die Gabelzinken 764 zu einer Bewegung zur Mitte des Sockels 72 und zu einer Annäherung, wenn nicht sogar zu einer Berührung, des Umfangs des Wafers 40 veranlasst werden, der auf dem Sockel 72 gehalten ist. Die Gabeln 764 bewegen sich radial nach innen, bis ihre Dämpfer 786 die Außenseite des Waferkopfs 110 berühren. Dieser Kontakt veranlasst die zweizinkige Gabel 762, sich am Umfang um den Gabelschwenkstiel 780 auszurichten. Wie in Fig. 48A und 48B gezeigt ist, richtet eine weitere radiale Einwärtsbewegung den Waferkopf 110 zu der Mitte 72a des Sockels 72 aus und bringt die Zinken 764 auch dazu, die Mitte 40a des Wafers 40 zu der Mitte 72a des Sockels 72 auszurichten. Die den Wafer 40 anfänglich berührende Zinke 764 schwenkt zurück, bis die gegenüberliegende Zinke 764 in der gleichen Gabel 762 den Wafer 40 ebenfalls berührt. Danach schieben die beiden Zinken 764 den bereits insgesamt zentrierten Wafer 40 zu den anderen beiden Gabeln 762, wie in Fig. 47D gezeigt ist, bis die Dämpfer 786 jener anderen beiden Gabelanordnungen 74 durch ihr In-Kontakt-Kommen mit dem Waferkopf 110 angehalten werden. Wenn der Wafer 40 richtig auf dem Sockel ausgerichtet ist, berühren die Ausrichtgabel 762 und ihre Zinken 764 den Wafer 40 fast nicht.
  • Die von den Ausrichtgabeln 762 erzeugte Schubkraft zum Ausrichten des Wafers 40 zur Mitte des Sockels 72 für das Festlegen an dem Waferkopf 110 ist auf mehrere der sechs Zinken 764 der Ausrichtgabeln 762 verteilt. Die Schubkraft jeder Gabel 762 ist über das Joch zum Drücken auf den Wafer 40 an zwei Punkten im Wesentlichen gleich verteilt. Wenn sich der Wafer 40 zu der Mitte des Sockels 72 bewegt, verringert die Freiheit des Jochs für ein horizontales Drehen, um seinen Kontakt mit dem Rand des Wafers durch Verschwenken ohne die Notwendigkeit eines Gleitkontakts, aufrechtzuerhalten, Spannungskonzentrationen an dem Waferrand, der den Wafer brechen lassen kann, und verteilt den Reibungswiderstand auf ein Rutschen zwischen dem Ausrichtbacken und dem Wafer über einen größeren Bereich, wodurch die Möglichkeit eines örtlichen Aufhängens aufgrund lokaler Verformungen verringert wird, die größer sind, wenn die gleiche Kraft über eine kleinere Fläche aufgebracht wird. Die Verwendung des Ausrichtjochs erlaubt eine geringe Drehung und ein geringes Rutschen des Wafers, wenn der Wafer in die Ausrichtung zu dem Waferkopf 110 gedrückt wird.
  • Wenn der Wafer 40 einmal zu dem Waferkopf 110 ausgerichtet ist, wie es in Fig. 47D und 26C gezeigt ist, ist der Wafer unter der Aussparung 1115 des unteren Teils 1110 des Waferkopfs 110 positioniert.
  • Danach bringen die Gabelaktivierungseinrichtungen 774, wie in Fig. 47E gezeigt ist, die Gabelanordnungen 74 dazu, sich radial zurückzuziehen. Der Sockel 72 wird dann angehoben, um den Wafer 40 in die Waferaufnahmeaussparung 1115 des unteren Teils 1110 des Waferkopfs 110 zu heben. Der Wafer 40 wird fest gegen die innere Hauptfläche der Waferaufnahmeaussparung 1115 gepresst, so dass eine Festlegung durch Vakuum oder Oberflächenspannung zwischen dem Wafer 40 und dem Waferkopf 110 bestätigt werden kann, bevor der Sockel 72 abgesenkt wird. Bei einigen Ausgestaltungen hat der Waferkopf 110 Vakuumkanäle in der Waferaufnahmeaussparung 1115, so dass ein Verriegelungssensor fühlt, wann die Vakuumkanäle durch den Wafer 40 abgedichtet sind. Dies gewährleistet, dass der Wafer 40 an dem Waferkopf 110 festgelegt ist und dass der Sockel 72, der vorher den Wafer 40 von unten abstützt, ohne Befürchtung abgesenkt werden kann, dass der Wafer an dem Waferkopf 110 nicht richtig festgelegt ist. Dann wird die Waschwanne 76 abgesenkt, und der Waferkopf 110 mit dem nun festgelegten Wafer 40 ist für ein Schwenken zur nächsten Polierstation für ein Polieren bereit.
    • Waferreinigung und -entladen von der Überführungsstation
  • Fig. 49A, 49B und 49C sowie 51A, 51B und 51C zeigen in Seiten- und Draufsichten die Vorgänge, die beim Spülen des Waferkopfs und beim Entfernen des Wafers aus dem Waferkopf ausgeführt werden, wenn das Polieren des Wafers einmal abgeschlossen ist.
  • Fig. 50A, 50B und 50C zeigen die Arbeitsweise einer Rückschlagventilanordnung 1770, die hinter der zentralen Düse 724 an der Mitte des Sockels 72 angeordnet ist.
  • Fig. 49A und 51A zeigen einen polierten Wafer 40 nach dem Abschluss des Polierens, der noch an dem Waferkopf 110 umgeben von der Waschwanne 76 festgelegt ist und auf seiner Unterseite dem Sockel 72 zugewandt ist. Alle Waschstrahlen sind aktiviert, d. h. alle sechs Düsen 746 und 754 der Waschanordnungen 77 auf drei Seiten und die versetzten Düsen 726 (jedoch nicht die zentrale Düse 724 wegen eines nachstehend beschriebenen Rückschlagventils) in der Oberfläche des Sockels 72 sprühen aktiv entionisiertes Wasser oder eine andere chemische Lösung an der Unterseite und einem Teil der Seiten des Waferkopfs 110 und quer über die Oberseite des Sockels 72, um alle Teilchen wegzureinigen, die von dem Waferkopf 110 und dem Wafer 40 während des Polierprozesses aufgenommen worden sein oder daran haften könnten. Der Waferkopf 110 kann während der Sprühaktivität so gedreht werden, dass alle Bereiche und alle Spalte an der Unterseite des Waferkopfs 110 gespült und gereinigt werden. Das in die Waschwanne 76 gesprühte Wasser fließt durch das zentrale Wannenstützgehäuse 78 ab und wird entweder recyclisiert oder entsorgt.
  • Ein enger Freiraum von etwa 0,168 Zoll (4,3 mm) zwischen der Außenseite des 3C3- Waferkopfs 110 Zoll und dem Vordach 74 des Waschwannenmantels 76 verringert die Wahrscheinlichkeit, wenn sie nicht sogar ausgeschlossen wird, dass Wasser aus dem Wannenmantel 76 in andere Bereiche der Maschine herausspritzt. Zu erwähnen ist, dass ein reduzierter Freiraum von 0,146 Zoll (3,7 mm) zwischen der Rolle des Dämpfers 786 und dem Waferkopf 110 vorhanden ist.
  • Wie in Fig. 50A zu sehen ist, hat die Rückschlagventilanordnung 1770 einen Einsatz 1772, der in den Sockel 72 hinter der zentralen Düse 724 geschraubt ist. An dem Schnittpunkt des vertikalen Kanals 730, der an den Mittelkanal 724 in der Mitte des Sockels 72 anschließt, und des seitlichen Kanals 728 hält ein Block 1774 eine Ventilkugel 1776 zwischen sich und konischen Wänden 1778 am unteren Teil des vertikalen Kanals 730. Wie gezeigt, presst unter Druck stehendes Wasser, das von dem zentralen Kanal 732 der Sockelsäule 79 zugeführt wird, die Kugel 1776 gegen die sich verjüngenden Wände des vertikalen Kanals 730, um so den zentralen Kanal 724 zu sperren. Dieses Versperren sorgt für eine gleichmäßigere Verteilung des Wasserdrucks auf die nicht zentral angeordneten Kanäle 726 quer über dem Sockel 72. Wenn das Rückschlagventil von Fig. 50A-50C' nicht vorhanden wäre, würde ein großer Teil des zu versprühenden Wassers aus der großen zentralen Düse 724 austreten, während weniger zu den anderen kleineren versetzten Düsen 726 in dem Sockel 72 geleitet würde.
  • Fig. 49B und 51B zeigen den nächsten Schritt des Entladevorgangs. Der Sockel- Druckluftzylinder 1760 hebt den Sockel 72 in eine Kontaktstellung mit dem Wafer 40, und eine Vakuumquelle wird durch den unteren Teil der Sockelsäule 79 an die Fluidkanäle 728 und 732 angeschlossen, die vorher noch Wasser zu den versetzten Sprühkanälen 726 leiteten. Die Sprühdüsen 724 und 726 werden nun in Vakuumansaugkanäle umgewandelt. Der elastomere Film 722 auf der Oberseite des Sockels 72 erzeugt eine gute Abdichtung zwischen dem Wafer 40 und der Oberseite des Sockels 72. Sobald eine Vakuumabdichtung in dem Sockel-Vakuumzuführkanal durch das Absinken des Drucks in den Vakuumleitungen gemessen wird, wird der Waferaufnahmeaussparung 1115 des Waferkopfs 110 ein Druckgas hinter dem Wafer 40 zugeführt, um den Wafer 40 aus dem Waferkopf 110 leichter freizugeben. Ansonsten müsste eine Vakuumabdichtung an dem Sockel 72 mit dem Vakuum oder einer anderen Befestigungskraft konkurrieren, die den Wafer 40 an dem Waferkopf 110 hält.
  • In Fig. 50B ist die Kugel 1776 des Rückschlagventils 1770 an dem zentralen Kanal 724 des Sockels 72 nach unten gefallen und wird an dem Block 1774 angehalten, wodurch der vertikale Kanal 730 geöffnet wird, so dass Vakuum direkt an einen großen Bereich angelegt werden kann, der die Mitte des Sockels 72 einschließt.
  • Wenn der Wafer 40 einmal von dem Vakuum an der Oberseite des Sockels 72 gehalten ist, wird das Vakuum des Sockels aufrechterhalten und der Sockel in eine zweite Waschposition abgesenkt, die in Fig. 49C und 51C gezeigt ist. Schlämme oder andere Teilchen, die hinter dem Wafer 40 oder in der Nähe von ihm während der Zeit eingeschlossen wurden, während der der Wafer 40 an dem Waferkopf 110 befestigt war, liegen nun frei, und die Düsen 746 und 754 der Waschanordnungen 77 werden aktiviert, um Wasser gegen die Rückseite des Wafers 40 und in die Waferaufnahmeaussparung 1115 zu sprühen, so dass alle Teilchen und Schlämmepartikel weggespült werden können. Während dieses zweiten Waschschritts kann der Waferkopf 110 drehen, um eine gleichmäßigere Verteilung des Waschwassers zu erreichen, was bei diesem zweiten Waschvorgang nur aus den drei Positionen der Seitenwaschanordnungen 77 und nicht aus den Kanälen an der Oberseite des Sockels 72 kommt. Während des zweiten Waschvorgangs liegt ein Vakuumdruck weiter an den Fluidkanälen 724 und 726 an der Oberseite des Wafersockels 72 an, um zu verhindern, dass sich der Wafer 40 infolge der Kraft des sich bewegenden, seine Oberfläche spülenden Wassers bewegt. In Fig. 50C bleibt die Kugel 1776 des Rückschlagventils 1770 in ihrer Offenstellung. Wenn das zweite Waschen des Wafers 40 auf dem Sockel 72 einmal abgeschlossen ist, senkt der Wannendruckluftzylinder 1716 die Waschwanne 76 ab, und der Sockeldruckluftzylinder 1760 senkt den Sockel 72 durch seinen geringen Hub ab, um das Einführen (das etwa 0,25 Zoll oder 6 mm erfordert) des Robotblatts 38 zu ermöglichen. Der Sockel 72 kann dann angehoben werden, um zu gewährleisten, dass das Robotblatt 38 die Rückseite des Wafers 40 kontaktiert. Wenn einmal die Vakuumabdichtung zwischen dem Robotblatt 38 und der Rückseite des Wafers 40 gemessen wird, wird das Vakuum in dem Sockel 72 aufgehoben, so dass Vakuumkräfte nicht mit dem Versuch konkurrieren, den Wafer 40 zu halten. Dann wird der Sockel 72 abgesenkt und das Robotblatt 38 bewegt, um den neu polierten Wafer in einer Waferkassette 42 für den Transport anzuordnen.
    • Tischanordnung
  • Fig. 52 zeigt in dem Schnitt 52-52 von Fig. 2 die Position eines ersten Waferkopfs 110a, der einen Wafer (nicht gezeigt) auf der Platte 52 poliert, gedreht durch den Plattendrehmotor 232 und die Position der verschiedenen Teile zueinander. Der gegenüber angeordnete Waferkopf 110c befindet sich an der Überführungsstation 70, wo bei dieser Position der Waferkopf 110c und der daran befestigte Wafer nach dem Polieren gewaschen werden oder alternativ ein Wafer in dem Waferkopf 110c geladen wird, wenn er von der Waferüberführungsstation 70 empfangen worden ist.
  • Wenn der Überführungswaschwannenmantel 76 von dem Waferkopf 110c weg abgesenkt ist und die anderen Waferköpfe 100 in ihre Position zurückgezogen sind, die die oberste und innerste an der Karussellnabe 902 ist, wird die Karussellhalteplatte 906 gedreht, um die Waferköpfe in neuen Positionen anzuordnen. Wenn es kein Zwischenstationswaschen gibt, beträgt die Drehung 90º. Für ein Zwischenstationswaschen beträgt die Drehung gewöhnlich etwa 45º.
  • Die Karusselltragplatte 906 ist drehbar an dem stationären, hülsenartigen zentralen Ständer 902 durch ein zentrales Ständerlager 984 gehalten. Von dem zentralen Ständer 902 wird ein Karussellantriebsmotor 986 gehalten, dessen Abtrieb mit einem harmonischen Antrieb 988 verbunden ist, beispielsweise die Einheitsgröße 65, die von dem vorher erwähnten Lieferer für den harmonischen Antrieb zur Verfügung gestellt wird. Der harmonische Antrieb 988 ist ein Antrieb mit einer sehr hohen Drehmomentvervielfachung, der die Karusselltragplatte 906 präzise drehen und halten kann.
  • Der harmonische Antrieb 988 sorgt für eine akzeptable Drehgeschwindigkeit, um die Waferkopfanordnungen zwischen den Stationen zu verschwenken. Das statische Haltedrehmoment des harmonischen Antriebs 988 ist jedoch zum präzisen Halten der Karusselltragplatte 906 an einer speziellen Bezugsposition für ein Polieren und Überführen von Wafern unzureichend, während die Waferköpfe 100 an dem rotierenden Polierkissen 54 an den verschiedenen radialen Positionen angreifen.
  • Für ein zusätzliches Bremsen kann ein Zahnradarretiersystem, wie es perspektivisch in Fig. 53 gezeigt ist, zwischen dem Karussellantriebsmotor 986 und dem harmonischen Antrieb 988 auf einer Antriebswelle 990 angeordnet werden, die die beiden verbindet, obwohl das Zahnradarretiersystem keinen Teil der Erfindung bildet. An der Antriebswelle 990 ist ein Wellenzahnrad 991 festgelegt. An einer ersten Leerlaufwelle 993 ist ein dickes erstes Leerlaufzahnrad 992 drehbar, jedoch radial fest gehalten. Der obere Teil des dicken ersten Leerlaufzahnrads 992 steht immer in Eingriff mit dem Wellenzahnrad 991. Ein dünneres zweites Leerlaufzahnrad 994, das sich frei auf einer zweiten Leerlaufwelle 995 dreht, steht ebenfalls immer in Eingriff mit dem ersten Leerlaufzahnrad 992, gewöhnlich in dem unteren Abschnitt des ersten Leerlaufzahnrads 992, und hat keinen Eingriff mit dem Wellenzahnrad 991. Die zweite Leerlaufwelle 995 ist jedoch axial durch einen Druckluftzylinder 996 verschiebbar, der an dem Gehäuse für die Zahnräder befestigt ist. Wenn der arretierende Druckluftzylinder 996 betätigt wird, verschiebt sich das zweite Leerlaufzahnrad 994 zu der Oberseite des ersten Leerlaufzahnrads 992 und greift ebenfalls an dem Wellenzahnrad 991 ein. Dieser Eingriff zwischen den drei Zahnrädern 991, 992 und 994 hindert alle an einer Bewegung. Die zweite Leerlaufwelle 993 bildet zusammen mit der zweiten Leerlaufwelle 995 den Drehmomentarm, der eine Drehung der Antriebswelle 990 verhindert.
  • Alternativ kann eine Scheibenbremsenanordnung verwendet werden. An der Welle 990 wird eine Rotorscheibe befestigt, während sich die Arme eines Sattels auf gegenüberliegenden Seiten der Rotorscheibe mit Bremskissen an den der Scheibe zugewandten Armen befinden. Der Sattel wird selektiv von einem Druckzylinder geschlossen, und die Bremskissen an den Sattelarmen drücken gegen die gegenüberliegenden Seiten der Rotorscheiben und unterbinden dadurch eine weitere Drehung.
  • Gemäß Fig. 52 sind die Verkabelung mit den Waferkopf-Drehmotoren und anderen elektrischen Vorrichtung sowie Fluidleitungen zu den Drehkupplungen 1042 am oberen Ende der Waferkopfwellen durch ein Kabel- und Schlauchbündel 997 geführt, das insgesamt in die Karussellabdeckungen 908 über eine Kabelöffnung 998 an ihrer Oberseite eintritt. Diese Führung vermeidet ein Zusammentreffen mit den Wafern und verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die Schlämmeumgebung die Abdeckung durch die Kabel-/Schlauchöffnung 998 eintreten kann. Eine Drehung des Karussells 90 verursacht keine Blockierung und Einschnürung des Kabel- und Rohrbündels, da die Drehung des Karussells 90 auf weniger als 360º begrenzt ist, beispielsweise in einer Vier-Kopf-Anordnung auf 270º oder 315º, wenn alle vier Zwischenwaschstationen ausgerüstet sind. Während der aufeinander folgenden Behandlung wird ein erster Wafer in einen ersten Kopf geladen und fortschreitend um 90º zu jeder folgenden Station gedreht, bis er die dritte Station 270º von der Ladestation erreicht hat. Die nächste Drehungsfolge beim Fortschreiten würde für diesen ersten Wafer weitere 90º zur Rückführung zur Ladestation bedeuten. Um jedoch eine Kabel- und Schlauchblockierung und -einschnürung zu vermeiden, wird ein Äquivalent zu einer Vorwärtsdrehung von 90º (im Uhrzeigersinn), d. h. eine Rückwärtsdrehung von 270º aus (im Gegenuhrzeigersinn) ausgeführt, um den Wafer zurück zur Überführungs-/Ladeposition zu bringen, wie es vorstehend anhand von Fig. 5A bis 5F und 6A bis 6D erörtert wurde. Der zweite und der dritte Wafer, die in Folge zu laden sind, sind in ihrer Vorwärtsbewegung zwischen den Polierstationen durch die Rückwärtsdrehung von 270º aus unterbrochen, obwohl die funktionelle Sequenz die gleiche bleibt.
    • Ladevorrichtung insgesamt
  • Wie perspektivisch in Fig. 1 gezeigt und kurz vorher beschrieben wurde, bewegt die Ladevorrichtung 30 Waferkassetten 42 zwischen die Haltestation 32 und den Haltebehälter 34 sowie auch die einzelnen Wafer 40 zwischen den Kassetten 42 in dem Haltebehälter 34 und der Poliervorrichtung 20, die gerade vollständig bis ins Einzelne beschrieben wurde. Beide Bewegungen werden teilweise von einer Gelenkanordnung 37 und teilweise von dem. Arm 35 bewirkt, der von der Überkopfschiene 36 nach unten ragt.
  • Wie zusätzlich in der teilweise geschnittenen Teilansicht von Fig. 54 gezeigt ist, ist die Gelenkanordnung 37, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, durch den nach unten ragenden Arm 35 gehalten, der von einer horizontalen Überkopfschiene 36 nach unten vorsteht, längs derer sich der Arm 35 horizontal bewegt. Die Gelenkanordnung 37 verwendet ein Waferblatt 38 zur Bewegung der Wafer 40 und verwendet eine Klaue 39 zum Bewegen der Kassetten 42. Um diese verschiedenen Bewegungen zu bewirken, ist der Arm 35 drehbar um seine vertikale Achse und längs der vertikalen Achse ausfahrbar und zurückziehbar und ist die Gelenkanordnung 37 um eine horizontale Achse drehbar, die ihrerseits in der Horizontalebene drehbar ist.
  • Wie in der geschnittenen Seitenansicht von Fig. 54 gezeigt ist, hängt der Arm 35 von der Überkopfschiene 36 nach unten und bewegt sich längs der Schiene 36 so, dass Kassetten zwischen der Haltestation 42 und dem Haltebehälter 34 und einzelne Wafer 40 aus verschiedenen Positionen in dem Haltebehälter 34 in eine Position bewegt werden, in der die Wafer 40 in die Poliervorrichtung 20 geladen werden können.
  • Es werden nun Einzelheiten der Ladevorrichtung 30 beginnend mit dem Blatt 38 und der Klaue 39 dargelegt.
    • Blatt und Klaue
  • Wie in der auseinander gezogenen perspektivischen Ansicht von Fig. 55 gezeigt ist, hat die Gelenkanordnung 37 ein Klauenelement 312, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, mit einem Nabenabschnitt 314, wobei sich die Klaue 39 radial davon aus erstreckt, sowie einen Blatthalter 316. Die Klaue 39 hat, wie zusätzlich in der Seitenansicht von Fig. 57 gezeigt ist, zwei parallele Finger 318 und zwei Fingerspitzen 320, die sich senkrecht zu der Klaue 39 erstrecken. Die Rückseite der Klaue 39 hat auch einen dem Nabenabschnitt 314 zugewandten Gelenkwulst 322.
  • Ein Blattkörper 324 ist mit flachen Senkschrauben an einer offenen Aussparung in dem Blatthalter 316 so befestigt, dass eine Seite des Blattkörpers 324 zu einer Seite des Blatthalters 316 bündig ist. Die bündige Seite des Blattkörpers 324 hat an ihrem distalen Ende eine insgesamt rechteckige Vakuumaussparung 328, die über eine Öffnung 330 mit einem Vakuumkanal 332 in Verbindung steht, die am besten in der perspektivischen Ansicht von Fig. 56 zu sehen ist und sich axial längs des Blattkörpers 324 erstreckt. Die Öffnung 330 wird, wie zusätzlich in der Unteransicht von Fig. 60 gezeigt ist, durch Fräsen der Vakuumaussparung 328 und des Vakuumkanals 332 von gegenüberliegenden Seiten des Blattkörpers 324 auf eine Summe von Tiefen ausgebildet, die größer ist als die Dicke des Blattkörpers 324. Als Folge wird die Öffnung 330 in dem Bereich ausgebildet, in dem der Vakuumkanal 332 die Vakuumaussparung 328 überlappt. Mit "Boden" des Blatts 38 ist die Seite der Vakuumaussparung 328 gemeint, um den Wafer 42 an seiner unteren Seite mit Vakuum zu halten, wenn er in die Poliervorrichtung 20 geladen oder auf ihr entladen wird.
  • Wie in der perspektivische Ansicht von Fig. 56 von oben gezeigt ist, ist ein umgebender Flansch 334 um den Umfang des Vakuumkanals 332 herum gefräst. Auf die Leiste 334 ist ein Einsatz 336 aufgepasst und angeschweißt, um so den Vakuumkanal 332 abzudichten. Der Einsatz 336 hat jedoch eine Durchgangsbohrung 338 an seinem proximalen Ende, um einen Vakuumkanal für die Vakuumquelle zu bilden. In der Draufsicht von Fig. 59 ist gezeigt, dass der Einsatz 336 in dem Blattkörper 324 eingepasst ist. Wie in der perspektivischen Unteransicht von Fig. 55 und der Seitenansicht von Fig. 58 gezeigt ist, ist durch den Blatthalter 316 eine Vakuumbohrung 340 gebohrt. Ein vertikales Ende des Vakuumlochs 340 liegt über der Durchgangsbohrung 338 in dem Blatteinsatz 336 und ist diesbezüglich abgedichtet. Ein horizontales Ende der Vakuumbohrung 340 ist mit einer Gewindekupplung eines Vakuumschlauchs 342 verbunden. Dadurch kann an den Vakuumschlauch 342 angelegtes Vakuum dazu verwendet werden, mittels Vakuum einen Wafer 40 an dem Blatt 30 festzuspannen. Die Vakuumfestspannung wird sowohl zum Entfernen von vertikal ausgerichteten Wafern aus den Kassetten 42 als auch zum Halten eines Wafers 40 horizontal an einer unteren Seite des Blatts 38 verwendet. Das Vakuum des Blatts 38 spannt einen Wafer 40 an seiner Substratrückseite fest, wobei die Behandlungsseite mit teilweise ausgebildeten Schaltungen unbehindert bleibt. Dadurch wird eine mechanische Beschädigung der Behandlungsseite vermieden. Das Blatt 38 löst die Festspannung des Wafers 40 der Behandlungsseite nach unten auf der weichen elastomeren Oberfläche 722 des Sockels 72 der Überführungsstation 70. Da die Vakuumeinspannung manchmal in der Flüssigkeit des Haltebehälters 38 erfolgt, wird das Vakuum über einen Vakuumerzeuger 343 der vorher beschriebenen Art zugeführt, der einen negativen Luftdruck von einer positiven Flüssigkeit aus oder von einer Fluiddruckquelle aus erzeugt, die durch einen positiven Luftdruck angetrieben wird. Wie vorher erwähnt, verhindert ein solcher Vakuumerzeuger eine Verunreinigung einer Haupt- oder Gehäusevakuumquelle, wenn ein Vakuum gegen eine Flüssigkeit gezogen wird. Der Vakuumerzeuger 343 ist an dem Radgehäuse 344 an der Seite des Gelenks 37 befestigt. Daran ist auch ein Luftdrucksensor 345 befestigt, der mit dem Vakuumschlauch 342 verbunden ist, um den Druck in dem Schlauch 342 zu messen. Es ist besonders wertvoll, zu erfassen, wenn die Vakuumfestspannung den Wafer tatsächlich festgespannt hat.
  • Wie in der perspektivischen Zeichnung von Fig. 61 gezeigt ist, sind die Klaue 39 und das Blatt 38 in der Gelenkanordnung 37 dadurch zusammengefügt, dass der Nabenabschnitt 312 der Klaue 39 mit dem Zahnrad einer Zahnradanordnung verschraubt ist, die drehbar an einem Schneckenradgehäuse 344 gehalten ist, das drehbar und translatorisch von dem Arm 35 gehalten ist.
  • Wie in der Seitenansicht von Fig. 57 gezeigt ist, ist ein Schneckenrad 346 an der Klaue 39 und dem Blatt 38 befestigt und ist drehbar an den Außenlaufring- Kugellageranordnungen 348 gehalten, deren innere Lauffläche an einer Welle 350 festgelegt ist, die an dem Schneckenradgehäuse 344 (siehe Fig. 61) befestigt ist, und deren äußere Laufringe an dem Schneckenradgehäuse 344 befestigt sind. Wie in der Seitenansicht von Fig. 57 und in der geschnittenen Draufsicht von Fig. 61 gezeigt ist, greift ein Schneckenzahnrad 352, das vertikal von dem Arm 35 nach unten ragt, an dem Schneckenrad 346 an. Wenn das Schneckenzahnrad 352 dreht, drehen sich das Blatt 38 und die Klaue 39 in einer vertikalen Ebene um die Welle 350 des Schneckenrades 346. Wie im Einzelnen später erläutert wird, obwohl dies nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird diese Drehung dazu verwendet, (1) das Blatt 38 und die Klaue 39 aus ihren Funktionsstellungen auszutauschen, (2) die Wafer 40, wenn sie sich einmal auf dem Blatt 38 befinden, zwischen ihrer vertikalen Ausrichtung in der Kassette 42 und ihrer horizontalen Ausrichtung für ihre Präsentation an der Poliervorrichtung 20 zu drehen, und (3) um den Eingriff der Klaue 39 an den Kassetten 42 herzustellen und zu lösen.
    • Schiene und Arm
  • Die Erörterung kehrt nun zurück zu der Überkopfschiene 36 und zu dem Arm 35, den sie trägt. Dar Arm 35 bewegt sich horizontal zwischen den Kassetten 42 und den darin enthaltenen Wafern 40, und er hält, dreht und bewegt vertikal die Gelenkanordnung 37.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Überkopfschiene 36 ist von einer Schutzabdeckung 360 abgedeckt, obwohl die Schiene 56 keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Von einem Ende steht ein Riemenmotor 361 vor, obwohl der Motor 361 vorteilhafterweise an dem anderen Ende angeordnet werden kann.
  • Ein Wagen 362, der den Arm 35 drehbar hält, ist, wie zusätzlich in der perspektivischen Ansicht von Fig. 62 gezeigt ist, mit einem Schlitten 362 verbolzt, der horizontal verschiebbar auf seiner einen Seite durch eine Seitenschiene 366 gehalten ist, die sich längs der Überkopfschiene 36 gerade erstreckt. Die Schiene 366 ist an einer Seite eines Kastenarms 368 befestigt, der das Haupttragelement für die Überkopfschiene 36 bildet. Ein Kragarmhalter 370, der an der Oberseite des Schlittens 364 festgelegt ist, erstreckt sich über den Kastenträger 368 und ist seinerseits durch zwei Verbindungspunkte mit einem Treibriemen 372 fest verbunden. Der Antriebsriemen 372 ist auf seiner Innenseite gezahnt und um zwei Zahnscheiben 374 und 376 gelegt. Die erste Scheibe 374 ist, wie zusätzlich in der perspektivischen Stirnansicht von Fig. 63 gezeigt ist, an einer Welle 378 befestigt, die drehbar auf einer Seite des Kastenarms 368 gelagert ist. Die zweite Scheibe 376 ist ähnlich nach Art eines Freilaufs auf der gleichen Seite des Kastenträgers 368 gelagert. Beide Endabschnitte des Kastenkanals 368 haben angrenzend an die Scheiben 374 und 376 obere Ausschnitte 380, durch die die Scheiben 374 und 376 so vorstehen, dass der obere Teil des Treibriemens 372 außerhalb des Kastenträgers 368 und der untere Teil durch das Innere des Kastenträgers 368 geführt ist.
  • Wie in den beiden perspektivischen Ansichten von Fig. 62 und 63 sowie in der ausgeschnittenen Draufsicht von Fig. 64 gezeigt ist, ist ein Kanalschließriemen 380, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, um zwei Freilaufrollen 382 gelegt, die um Wellen 384 drehen, die in Seitenwänden des Kastenkanals 368 an Stellen unter den Wellen 378 der Treibriemenscheiben 374 und 376 angebracht sind. Eine Erhebung 385 in der Mitte des Kanalschließriemens 380 passt in entsprechende Nuten 385a in den Rollen 382, um eine Ausrichtung des Riemens 380 aufrechtzuerhalten, wenn der horizontale Schlitten 364 von einem Ende zum anderen bewegt wird.
  • Die Enden des Kanalschließriemens 380 sind an der Unterseite des Wagens 362 in einem Abstand von der Schiene 366 befestigt, der insgesamt dem Arm 35 und der Gelenkanordnung 37 entspricht. Der Kanalschließriemen 380 bildet so eine Gleitdichtung, die die Unterseite der Schutzabdeckung 360 verschließt, so dass keine Teilchen aus dem Inneren des Gehäuses auf die in Behandlung befindlichen Wafer fallen und keine Schlämme den Mechanismus verunreinigt.
  • Verschiedene, in der perspektivischen Ansicht von Fig. 62 gezeigten Teile 387a, 387b und 388 erstrecken sich in Längsrichtung längs der Schiene 36 und bilden eine zusätzliche Abstützung und Abdeckung. Wie gezeigt, bilden der untere Eckteil 388 und die Abdeckung 360 einen offenen Längsschlitz 389, längs dessen sich der Arm 35 gleitend verschiebt, wenn er von dem Schlitten 362 nach unten ragt. Der Schlitz 389 erlaubt jedoch auch, dass Polierteilchen nach oben in die empfindlichen mechanischen Elemente der Schiene 36 und des Schlittens 362 vordringen, und erlaubt ferner, dass mechanische Teilchen nach unten zu den Wafern hindurchgehen und sie dadurch verunreinigen. Der Kanalschließriemen 380 bildet sowohl die Funktion einer Stabilisierung des Schlittens 362, wenn er sich von einem Ende zum anderen bewegt, als auch die zusätzliche Funktion, Teilchen und Bruchstücke daran zu hindern, aus dem Inneren der Abdeckung 360 nach unten auf den Wafer 42 zu fallen, und weiterhin so zu wirken, dass die mechanischen Teile vor Schlämme geschützt werden.
  • Sowohl die Welle 378 für die freilaufende Scheibe 376 für den Treibriemen 372 als auch die Welle 384 für eine der Rollen 382 für den Kanalschließriemen 380 sind an ihren entsprechenden Kastenkanalwänden durch Flansche angebracht, die in sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzen in den Wänden eingesetzt sind. Jeder Flansch ist selektiv durch eine Gewindekupplung zwischen ihm und einer Verankerungssäule vorgespannt, die sich außerhalb des entsprechenden Schlitzes befindet. Dadurch werden die entsprechenden Riemen 372 oder 380 selektiv gespannt.
  • Wie am besten in der Axialschnittansicht von Fig. 65 gezeigt ist, hält der Wagen 362 den äußeren Laufring einer kreisförmigen Lageranordnung 390, während ein Flansch 392 eines Bundes 394 den inneren Laufring hält. Wie später beschrieben wird, trägt der Bund 394 den Arm 35. Durch den Bund 394 ist ein horizontales Schneckenrad 396 über dem Bund 394 gehalten. Wie weiterhin in der vertikalen Draufsicht von Fig. 64 gezeigt ist, greift das Schneckenrad 386 in das Schneckenrad 396 ein, wodurch der Arm 35 und die Gelenkanordnung 37 in der horizontalen Ebene um die vertikale Achse des Arms 35 gedreht werden.
  • Wie sowohl in der perspektivischen Ansicht von Fig. 62 als auch in der geschnittenen Seitenansicht von Fig. 54 gezeigt ist, ist eine flache Kopfplatte 390 eines C-Armabschnitts 392 mit der Unterseite des Bundes 392 verbolzt, der drehbar von dem Wagen 362 gehalten ist. Die Armabdeckung 394 umschließt den Arm 35 in seinem Einsatz.
  • Das Ausfahren und Zurückziehen des Arms 35 wird von einem Schneckenmotor 1300 gesteuert, der in Fig. 54 in einer Längsansicht und in Fig. 65 in einer Seitenansicht gezeigt ist und keinen Teil der Erfindung bildet. Er ist in dem Wagen 362 angebracht, und seine vertikal ausgerichtete Antriebswelle ist mit einem Schneckenrad 1302 verbunden, das sich nach unten durch den Bund 394 und die Kopfplatte 397 des C-Armabschnitts 392 bis innerhalb des Arms 35 erstreckt. Die vertikal nach unten ragende Schnecke 1302 greift in eine laufende Schneckenmutter 1304 in einem oberen Teil eines L-Halters 1306. Wie am besten in der perspektivischen Ansicht von Fig. 61 gezeigt ist, hat die Rückseite des L-Halters 1306 eine lineare Lagerungs-Schwalbenschwanznut, die mit einer vertikalen linearen Lagerschiene 1308 in Eingriff steht, die an einem vertikalen Teil 1310 des C-Abschnitts 392 festgelegt ist. Der Schneckenantrieb 1300, 1302, 1304 bildet eine vertikale Laufbahn von etwa 10 1/2 Zoll (27 cm), die für eine Handhabung eines 8-Zoll-(200-mm-)Wafers 40 einer Kassette 42 und für seine Positionierung auf dem Sockel 35 ausreicht, der auf dem Tisch 23 angeordnet ist.
  • Wie in der Seitenansicht von Fig. 54 und der perspektivischen Ansicht von Fig. 61 gezeigt ist, ist ein Motor 1314, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, an einem Fuß 1316 des L-Halters 1306 angebracht. Durch den Fuß 1316 geht eine Abtriebswelle 1318 hindurch und erstreckt sich längs des zentralen Kanals einer Tragsäule 1320. Zwei Halbbunde 1322, die in der Seitenansicht von Fig. 57 und der perspektivischen Ansicht von Fig. 61 gezeigt sind, passen in eine ringförmige Aussparung 1323 der Tragsäule 1320 und sind in das Schneckenradgehäuse 344 geschraubt, um die Tragsäule 1320 am Boden des Arms 35 an dem Schneckenradgehäuse 344 festzulegen. Die Abtriebswelle 1318 geht durch das Schneckenradgehäuse 344 hindurch und hat an seinem unteren Ende das Schneckenzahnrad 352, das in das Schneckenrad 346 eingreift, das das Blatt 38 und die Klaue 39 dreht.
  • Dadurch werden bei einer Drehung durch den Motor 1314 das Blatt 38 und die Klaue 39 in der Vertikalebene gedreht, während sie bei einer Drehung durch den Motor 384 in der Horizontalebene drehen, während bei einer Drehung durch den Motor 1300 eine translative Vertikalverschiebung und bei einer Drehung durch den Motor 361 eine translative Horizontalverschiebung für eine Gesamtheit von vier Bewegungsgraden erfolgt.
  • Wie perspektivisch in Fig. 61 gezeigt ist, ist eine hohle Leitung 1324, die keinen Teil der Erfindung bildet, an einer Lasche 1326 des Schneckenradgehäuses 344 befestigt und ist durch den Fuß 1316 des C-Abschnitts 398 in das Innere des Arms 35 und parallel zu dem vertikalen Abschnitt 1310 verschiebbar. Die Leitung 1324 trägt die pneumatische Unterdruckleitung 342 (oder Überdruckleitung, wenn ein lokaler Vakuumgenerator verwendet wird) sowie elektrische Leitungen, die längs der Welle 350 der Gelenkanordnung 37 geführt sind, um die absolute Winkelposition des Blatts 38 und der Klaue 39 zu messen.
  • Die Verkabelung und Schlauchverbindung mit den verschiedenen Motoren und dem Robotblatt sind über ein kettengliedartiges Rolldrahtbrett (nicht gezeigt), das auf der Rückseite der Front der Schienenabdeckung 360 von Fig. 562 und parallel dazu angeordnet ist, geführt. Ein Ende des Rolldrahtbretts ist an einem Trog befestigt, in dem das festgelegte Ende des Bretts ruht. Der Trog wird an Haltern gehalten, die die Schienenabdeckung 360 tragen. Die Verkabelung und Schlauchverbindung ist an das Rolldrahtbrett gebunden, und das flexible Rolldrahtbrett macht eine C-Biegung, bevor es sich dem Wagen 362 annähert, an dem das andere Ende des Drahtbretts befestigt ist. Das zweite Ende des Rolldrahtbretts folgt dem Wagen 362, wenn er sich längs der Überkopfschiene 36 bewegt. Die Verkabelung und die Schlauchverbindung werden dann um den Schneckenantriebsmotor 1300 in dem Wagen 362 und zu dem nach unten stehenden Arm 35 durch eines oder mehrere offene Löcher geführt, die mit Flanschbolzen um den drehbaren Bund 394 von Fig. 65 herum zwischen dem Wagen 362 und dem nach unten ragenden Arm 35 durchsetzt sind. Die Drehung der Teile, mit denen die Verkabelung oder der Schlauchanschluss verbunden ist, ist insgesamt auf eine Drehung im Bereich von plus und minus etwa 180º beschränkt, so dass alle für die Handhabung der Wafer erforderlichen Winkel innerhalb einer Rückwärts- und Vorwärtsbewegung in dem Bereich erreicht werden können, ohne die Verkabelung und Verrohrung übermäßig zu blockieren oder zu verengen.
    • Haltebehälter
  • Die Einzelheiten des Haltebehälters 34, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, sind in der axialen Schnittansicht von Fig. 67 gezeigt. Der Behälter 34 selbst ist ein integraler Körper, vorzugsweise aus Polypropylen oder anderen Kunststoffmaterialien in der Art, wie sie bei Waferkassetten verwendet werden. Er hat eine insgesamt rechteckige Außenwand 1430 und ein inneres Wehr 1432 mit der gleichen Form, das von der äußeren Wand 1430 durch ein Auffangbecken 1434 getrennt ist und eine sich nach außen und nach unten verjüngende Oberseite 1436 mit einer Spitze 1438 unter der Oberseite 1440 der Außenwand 1430 hat. Das Band 302 ist in das Becken zwischen dem inneren Wehr 1432 eingefüllt und bis zur Spitze 1438 des Wehrs 1432 gefüllt, bis es in das Auffangbecken 1434 überströmt.
  • Eine oder mehrere Kassetten 42, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden, wobei vier Kassetten eine bevorzugte Anzahl ist, und die mehrere Wafer 40 zwischen ihren Schlitzerhebungen 430 halten, sind in den Behälter 34 gebracht. Die Oberseite 1438 des Wehrs 1432 ist so angeordnet, dass sie sich über der Oberseite der Wafer 40 befindet, die in dem Behälter 34 gehalten sind, und hat, wie in der Seitenansicht von Fig. 68 gezeigt ist, eine Reihe von Kanälen 1438 in Form eines auf dem Kopf stehenden Kegelstumpfs, die sich quer durch die Wand des Wehrs 1432 erstrecken. Die Kanäle 1438 haben Böden 1439 etwas unterhalb des beabsichtigten oberen Pegels des Bads 302, das sich über der Oberseite der Wafer 40 befindet, wobei diese Böden Breiten haben, die wesentlich kürzer sind als die mittlere Breite der Kanäle 1438. Da nur eine begrenzte Flüssigkeitsmenge über die begrenzte Seite der Böden 1439 strömen kann, steigt der Pegel des Bads 302 gewöhnlich im Wesentlichen über dieses Niveau an. Dieser Anstieg reicht aus, um irgendwelche Ungleichförmigkeit oder Höhendifferenzen zwischen den Kanälen 1438 zu überwinden, und verhindert dadurch, dass das Bad 302 durch nur wenige der Kanäle 1438 abläuft.
  • Jede Kassette 42 hat Schenkel 1442, die seitlich durch zwei Schienen 1444 ausgerichtet sind, die an einem Boden 1446 des Behälters 34 befestigt und durch drei Paar von Stiften 1448 gehalten sind, die sich von den Schienen 1444 nach außen erstrecken. Wie in Fig. 69 gezeigt ist, sind die drei Sätze von Stiften 1448 vertikal längs der Schienen 1440 so angeordnet, dass sie die Kassette 42 mit dem geforderten Winkel von 3º halten. Obwohl dieser Neigungswinkel als bevorzugt erscheint, sorgen andere Winkel bis zu 10º und möglicherweise 15º für ähnliche Wirkungen, indem die Wafer 40 im Wesentlichen vertikal sind, während sie mit einer genau bestimmten Position und einem präzisen Winkel gehalten werden. Die Ränder 1450 der Kassettenschenkel 1442 sind seitlich längs der Schienen 1440 durch einen Satz von Ausrichtzapfen 1452 ausgerichtet, die sich von den Schienen 1440 aus erstrecken und an den nach unten angeordneten Rändern der Kassettenschenkel 1442 angreifen.
  • Das Bassin des Behälters 34 hat ein Ablaufloch 1454 an seinem Boden und Zuführrohre 1456, die sich längs der Schienen 1440 an den Bodenkanten des Behälters 34 erstrecken. Die Bodenkanten längs der Zuführrohre 1456 sind gekrümmt, wobei in die gebogenen Ecken Material 1457 eingefüllt ist, um eine Ansammlung von Teilchen in den Ecken zu verhindern. Das Zuführrohr 1456 hat mehrere Düsenlöcher 1458, die zur Mitte des Bassins gerichtet sind, und einen Zuführkanal 1460, der unter den Behälterboden 1446 vordringt. Das Auffangbassin 1434 hat einen Überstromablauf 1460 an seinem Boden, um Badwasser 302 abzuführen, das über das Wehr 1438 strömt. An der Außenwand 1430 ist ein Fluidpegelsensor 1464 befestigt und so positioniert, dass er den Pegel des Bads 302 an der Oberseite 1438 des Wehrs 1432 und wenige Zoll darunter misst.
  • Die Installation befindet sich unter dem Behälterboden 1446, und ihre Ausführung hängt von dem gewünschten Prozess ab, beispielsweise einem kontinuierlichen Überstrom, einer Umwälzung oder einem kontinuierlichen Ablauf. Eine typische Ausgestaltung ist in Fig. 67 gezeigt, bei der frisches Badwasser durch einen Zuführeinlass 1466 über ein Drei- Wege-Ventil 1468 zu einer Pumpe 1470 geführt wird, die das Badwasser durch einen Filter 1471 zu den längs verlaufenden Zuführrohren 1456 und von da in das Bassin pumpt. Wenn der Pegelsensor 1464 feststellt, dass das Bassin bis zum Überströmen gefüllt worden ist, d. h. bis zur Oberseite 1438 des Wehrs 1436, wird das Drei-Wege-Ventil 1468 so umgeschaltet, dass anstelle der Umwälzung das Überstromwasser in dem Auffangbecken 1434 aus dem Überstromablauf 1460 abläuft. Das Bassin wird periodisch durch Einschalten einer Ablaufpumpe 1472 abgelassen, die selektiv Badwasser von dem Bodenauslass 1454 zu einem Behälterauslass 1474 pumpt, wonach das Bassin aus dem Zuführeinlass 1466 neu befüllt wird, wie es oben beschrieben ist. Alternativ wird, was häufiger der Fall ist, das Bassin nur teilweise entleert und dann wieder mit frischem Badwasser aufgefüllt. Die Abzugspumpe 1472 ist außerdem zweckmäßig, wenn eine Bedienungsperson eine Kassette 42 von Hand aus dem Behälter 34 anheben möchte. Das Bad 302 kann korrosiv sein, so dass man seinen Pegel zeitweise absenken möchte, um es der Bedienungsperson zu ermöglichen, die Oberseite der Kassette 42 zu greifen. Danach wird das Bassin wieder nachgefüllt.
  • Es sind auch andere Installationsausführungen möglich. Zur Gewährleistung einer Umwälzung kann die Umwälzpumpe 1470 mit ihrem Einlass an den Bassinauslass 1454 angeschlossen sein. Wenn keine Umwälzung erwünscht ist, kann das Auffangbassin 1434 nach außen abgelassen und dem längs verlaufenden Zuführrohr 1458 nur frisches Badwasser zugeführt werden.
  • Der Behälter 34 kann auf wenigstens zwei Arten verbessert werden. Als Erstes ist das Auffangbassin 1434 schmal und tief, wodurch es schwierig zu reinigen ist. Ein in gleicher Weise wirksames Auffangbassin wäre ein relativ flacher, hängender Kanal, der außen und gerade unter der Oberseite des Wehrs 1432 angeordnet ist. Als Zweites kann der Umwälzungsstrom besser vergleichmäßigt und vorhersagbar sein, wenn eine perforierte horizontale Platte zwischen dem Boden der Kassette 42 und dem Ablaufloch 1454 angeordnet würde, so dass die Pumpe 1472 Badflüssigkeit aus einem breiteren Bereich des Behälters 34 abziehen würde.
    • Arbeitsweise der Ladevorrichtung
  • Es wird nun die Arbeitsweise der Ladevorrichtung 30 beschrieben. Wie ganz allgemein in der perspektivischen Ansicht von Fig. 1 und in der Stirnansicht von Fig. 66 gezeigt ist, führt die Ladevorrichtung zwei Funktionen mit der gleichen Ausrüstung aus, wobei zu vermerken ist, dass es nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • Zunächst lädt das Waferblatt 38 in Verbindung mit dem Arm 35, der von der Überkopfschiene 36 nach unten ragt, einzelne Wafer 40 aus Kassetten 42 für mehrere Wafer, die in einem Bad 302 gelagert sind, das in einen Haltebehälter 34 gefüllt ist. Jede Kassette 42 hält mehrere Wafer 40 in einer insgesamt vertikalen Ausrichtung mittels flacher vertikaler Schlitze, die in gegenüberliegenden vertikalen Wänden der Kassette 42 so ausgebildet sind, dass zwei gegenüberliegende Ränder der Wafer 40 in gegenüberliegenden Schlitzen (siehe Fig. 67 und 71A) gehalten sind. Die Kassetten 42 sind im Handel erhältlich, beispielsweise von Fluoroware. Sie sind gewöhnlich aus Polypropylen oder PVDF-Kunststoff hergestellt, so dass sie die Wafer 40 nicht abnutzen und für die verwendeten Flüssigkeiten chemisch inert sind. Das Bad 302 besteht aus einer Flüssigkeit, beispielsweise aus entionisiertem Wasser, das verhindert, dass anhaftende Schlämme auf dem Wafer aushärtet. Wenn das CMP einer Metallschicht ausgeführt wird, schützt das Bad auch die frische Metalloberfläche gegenüber Luft, die sie oxidieren würde. Obwohl nur ein einziger Haltebehälter 34 dargestellt und im Einzelnen beschrieben ist, ist es selbstverständlich, dass mehrere Haltebehälter verwendet werden können, insbesondere einer zum Laden von nicht polierten Wafern in die Poliervorrichtung 20 und einer zum Entladen von polierten Wafern aus ihr.
  • Als Zweites überführt die Klaue 39 in Verbindung mit dem Arm 35 ganze Kassetten 42 zwischen dem Haltebehälter 34 und einer Haltestation 32 auf der Längsrichtung der Überkopfschiene 36. Eine Bedienungsperson oder eine automatische Überführungsvorrichtung platziert Kassetten 42, die mit zu polierenden Wafern 40 gefüllt sind, an genau ange- zeigten Positionen an den Haltestationen 32 und entfernt daraus solche Kassetten 42, die mit polierten Wafern 40 gefüllt sind. Es ist jedoch auch eine weitere Automatisierung möglich, insbesondere hinsichtlich eines Nachpolier-Reinigungsschritts.
    • Laden der Wafer
  • Fig. 70A, 70B, 70C, 70D und 70E sind insgesamt perspektivische Ansichten, die die Folge des Ladevorgangs zeigen, bei dem das Robotblatt 38 einen Wafer 40 von einer der Vielzahl von Kassetten 42 aufnimmt, die in dem Haltebehälter 34 angeordnet sind (in diesen Zeichnungen aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt) und ihn auf der Überführungsstation 70 über der Maschinenbasis 22 der Poliervorrichtung 20 ablegt. Der Entladevorgang der Überführung eines Wafers 40 von der Überführungsstation 70 zurück in eine Kassette 42 erfolgt bezüglich der gezeigten Sequenz in umgekehrter Weise.
  • Währen der Aufeinanderfolge dieser Vorgänge wird der Bassinmantel 76 der Überführungsstation 76 nach unten in die Maschinenbasis 22 eingezogen, und der Überführungssockel 72 wird wenigstens während der tatsächlichen Waferüberführung nach oben abgehoben, um sowohl über den Tisch 23 der Maschinenbasis 22 als auch über die Oberseite des Mantels 76 vorzustehen. Während dieser Reihe von Vorgängen ist einer der Arme der Karusselltragplatte 906 über der Überführungsstation 70 angeordnet, während ein nicht gezeigtes Waferkopfsystem 100 in dem Schlitz 910 der Karusselltragplatte 906 angeordnet ist, die über dem Überführungssockel 72 liegt. Wenn das unterste Element des Waferkopfs 100 von Fig. 9, d. h. das Schwimmerelement 1112, nach oben in das Mantelelement 1110 des Waferkopfs 110 zurückgezogen ist, ist ein ausreichender Freiraum zwischen der Oberseite des Überführungssockels 12 und dem Schwimmerelement 1112 für das Waferblatt 82 und den daran befestigten Wafer 40 für eine Handhabung dazwischen vorhanden. Obwohl diese Anforderung streng ist, vereinfacht der kurze vertikale Hub des Waferkopfsystems 100 die Systemkonstruktion und reduziert die Masse des Karussells 90. Da eines der Waferkopfsysteme 100 über der Überführungsstation 70 während des Überführungsvorgangs angeordnet ist, kann das Polieren mit den drei anderen Waferkopfsystemen 100 während des Überführungs- und der Waschvorgänge fortgesetzt werden, was den Systemdurchsatz erhöht.
  • Der Ladevorgang beginnt, wie in Fig. 70a gezeigt ist, durch Bewegen des Arms 35 linear längs der Überkopfschiene 36, so dass das nach unten gerichtete Blatt 38 über dem ausgewählten Wafer 40 in der ausgewählten Kassette 42 angeordnet wird. Wie vorher erwähnt, sind während des Ladens und Entladens Kassetten 42 in dem Haltebehälter 34 untergetaucht. Die Kassetten 42 in dem Haltebehälter 34 sind an geneigten Ebenen 420 etwa 3º aus der Vertikalen gehalten. Die Ausrichtung ist so getroffen, dass die Vorrichtungsseite des Wafers 40 etwas nach oben und weg von den Schlitzrippen 40 weist, was in Fig. 67 und. 71A gezeigt ist, welche die Wafer aufrecht in der Kassette 42 halten. Die genaue lineare Position des Arms 34 längs der Überkopfschiene 36 ist so gesteuert, dass das Waferblatt 38 auf der Substratseite des ausgewählten Wafers 40 zwischen diese und den benachbarten Wafer oder die Kassettenwand passt, wobei die Vakuumaussparung 328 des Blatts 38 parallel zur Substratseite und dieser zugewandt ist. Die insgesamt Abwärtsorientierung des Blatts 38 mit der geforderten 3º-Grad-Versetzung parallel zu den gespeicherten Wafern 40 bringt die Klaue 39 in eine insgesamt horizontale Position, so dass sie nicht stört.
  • Dann wird der Arm 34 in das Bad 302 längs einer Richtung abgesenkt, die etwas aus der Vertikalen versetzt ist, so dass der Wafer 40 auf dem Waferblatt 38 grob ausgerichtet ist, wie es in Fig. 70B gezeigt ist. Der geneigte Weg erfordert eine koordinierte Bewegung in zwei Dimensionen. An die Vakuumaussparung 328 des Blatts 38 wird ein Vakuum angelegt, während es noch von dem Wafer getrennt ist. Dann bewegt der Arm 35 das Blatt langsam zu dem ausgewählten gelagerten Wafer 40 hin. Wenn der Vakuumsensor 345 von Fig. 58 ein Vakuum feststellt, ist der Wafer durch das Vakuum festgehalten, und es wird die Linearbewegung des Arms 35 angehalten. Obwohl etwas Badflüssigkeit vor dem Kontakt eingesaugt wird, gibt es, wenn der Wafer 40 eingespannt ist, nur eine geringe Leckage, die durch den Vakuumerzeuger 343 aufgenommen wird.
  • Nach dem Abschluss der Vakuumfestspannung zieht der Arm 35 das Waferblatt vertikal nach oben mit der 3º-Versetzung, wie in Fig. 70C gezeigt ist. Wenn der Wafer 40 frei von der Kassette 42 und dem Bad 302 ist, dreht die Gelenkanordnung 37 das Waferblatt 38 um eine horizontale Achse in die in Fig. 70D gezeigte Position, in der das Vakuum des Blatts 38 den Wafer 40 an seiner unteren Seite hält, wobei die Behandlungsseite des Wafers 40 nach unten weist. Diese Ausrichtung des Waferblatts 38 positioniert die Klaue 39 vertikal nach oben nahe am Arm 35, so dass weder das Karussell 90 noch die Maschinenbasis 22 einschließlich des Tisches störend beeinflusst wird. Nachdem der Wafer 40 von der Kassette 42 und dem Bad 302 freigekommen ist, wird der Arm 35 auch horizontal längs der Überkopfschiene 36 bewegt, um das Blatt 38 und den daran festgelegten Wafer 40 in die richtige Position für das Laden in die Überführungsstation 70 durch die Schiebetüröffnung in der Reinraumwand zu bringen. Die Anhebe-, Dreh- und Linearbewegungen des Arms 35 können gleichzeitig ausgeführt werden, wenn sich der Wafer 40 über dem Bad 302 befindet.
  • Wenn das Waferblatt 38 und der daran festgelegte Wafer 40 horizontal ausgerichtet und vertikal sowie linear längs der Überkopfschiene 36 richtig angeordnet sind, dreht der Arm 35 das Waferblatt 38 um eine vertikale Achse, um den Wafer 40 durch die Öffnung der Schiebetür zu bewegen und ihn direkt über dem Überführungssockel 72 und unter dem darüber hängenden Waferkopfsystem 100, wie in Fig. 70E gezeigt, zu platzieren. Der Überführungssockel 72 wird angehoben, um seine elastomere Oberfläche 722 mit der Behandlungsseite des Wafers 40 in Eingriff oder nahezu in Eingriff zu bringen. Die Festspannung des Wafers 40 an dem Waferblatt 38 wird dadurch aufgehoben, dass das Vakuum an der Vakuumaussparung 328 freigesetzt wird, und wird an dem Überführungssockel 72 wiederhergestellt, indem Vakuum an die Kanäle 724 und 726 an der Oberseite des Überführungssockels 72 angelegt wird. Wenn der Wafer 40 an dem Sockel 72 festgespannt ist, wird dieser abgesenkt, und der Arm 35 dreht das nun leere Waferblatt 38 von der Überführungsstation 70 und der Maschinenbasis 72 horizontal weg, wodurch der Waferladevorgang abgeschlossen wird. Danach verwendet die Überführungsstation 70 die drei Klauenanordnungen 72, um den Wafer 40 auf der Oberfläche des Überführungssockels 72 auszurichten.
  • Dann bereitet sich die Ladevorrichtung 30 gewöhnlich zum Entladen eines weiteren Wafers von der Poliervorrichtung 20 vor, nachdem das Polieren, die Karusselldrehung und das Waschen in einer Reihe von Vorgängen insgesamt entgegensetzt zu denen für das Laden beschriebenen abgeschlossen sind. Es empfiehlt sich jedoch, dass beim Rückführen eines Wafers 40 zur Kassette 42 in dem Haltebehälter 34 die Abwärtsbewegung des Blatts 38 circa einen Zentimeter über dem Punkt angehalten wird, an dem erwartet wird, dass der Boden des Wafers 40 am Boden der Kassette 42 angreift, und bevor der Wafer 40 in die Seitenschlitze 430 der Kassette 42 eingreifen würde. An diesem Punkt sollte die Festspannung des Wafers 40 an der Vakuumaussparung 328 des Blattes 38 aufgehoben werden und der Wafer die restliche Distanz fallen können. Genaue Ausrichtungen des Wafers 40 auf dem Blatt 34 und der Kassette 42 in dem Behälter sind schwierig zu erreichen. Wenn der Wafer 40 die Kassette 42 treffen würde, während er noch an dem ziemlich massiven, sich bewegenden Robotarm 35 festgespannt wäre, könnte die Kollision den Wafer brechen lassen oder zumindest beschädigen.
    • Laden der Kassette
  • Die Ladevorrichtung 30 wird auch dazu verwendet, Kassetten 42 zwischen der Haltestation 32 und dem Haltebehälter 34 zu überführen, obwohl weder das Überführen der Kassetten noch die Kassetten selbst Teil der Erfindung sind. Die an der Gelenkanordnung 37 am unteren Teil des Arms 35 befestigte Klaue 39 ist für die Bewirkung dieser Bewegung ausgelegt.
  • Wie in den Seiten- und teilweise geschnittenen Ansichten von Fig. 71 A, 71 B und 71 C gezeigt ist, wird die Klaue 39 von dem unteren Ende des Arms 35 aus gedreht, dass sie von dem Arm 35 vertikal und nach unten ragt. Sie wird dann von einer Seite der Kassette 42 positioniert, die für 200-mm-Wafer einen geschlossenen Griff 422 hat, der sich von der Längsseite 424 der Kassette 42 aus erstreckt. Wie in Fig. 71A gezeigt ist, ist die Klaue 39 so positioniert, dass ihre Gelenkrippe 322 innerhalb einer Rückseite 426 des Griffs 422 der Kassette 42 hindurchgeht. Dann wird, wie in Fig. 71B gezeigt ist, die Klaue 39 horizontal von der Kassette 42 wegbewegt, so dass sich ihre Gelenkrippe 322 unter der Rückseite 426 des Griffs 422 befindet. Dann hebt, wie in Fig. 71 C gezeigt ist, der Arm 35 die Klaue 39 weiter vertikal an, so dass ihre Gelenkrippe 322 an der Unterseite der Rückseite 426 des an der Waferkassette 42 befestigten Handgriffs 422 angreift. Ein weiteres Anheben der Klaue 39 hebt die Rückseite 426 und diese Seite der Kassette 42 so an, dass die Kassette kippt und eine untere Seite an der Fingerspitze 320 der Klaue 39 angreift. Die Drehung der Kassette 42 ist auf einen Betrag begrenzt, der ausreicht, dass die Gelenkrippe 322 und die Fingerspitzen 320 die Kassette 42 fest arretieren. Jedes weitere Verschwenken beinhaltet die Gefahr eines Anstoßens an eine benachbarte Kassette 42 des vollen Behälters 34. Bei dieser Ausführung hält die Klaue 39 die Kassette 42 und ihre Wafer 40 und kann sie in jede Position längs der Überkopfschiene 36 bewegen. Wie gezeigt, ist das Waferblatt 38 in eine horizontale Position gedreht, in der es die Funktion der Klaue 39 nicht stört.
  • Das Entladender Kassette 42 aus der Klaue 39 erfolgt dadurch, dass der Arm 35 die Kassette 42 auf eine untere Lagerfläche absenkt, so dass die Kassette 42 zurückkippt und den Eingriff ihrer Rückseite 426 ihres Griffs 422 mit der Gelenkleiste 322 an der Rückseite der Klaue 39 löst, wenn der Arm 35 die Klaue 39 von der Kassette 42 nach außen bewegt.
  • Eine kleinere Einwärtsbewegung der Klaue 39 befreit sie von der Rückseite 426 des Griffs 422, so dass die Klaue vertikal nach oben von der Kassette 42 aus gezogen werden kann, wodurch die Kassette 42 entweder in der Haltestation 32 oder in dem Haltebehälter 34 verbleibt.
  • Fig. 71A, 71B und 71C zeigen auch Schlitzrippen 430, die innerhalb der Kassette an ihrer Bodenwand 432 ausgebildet sind und zwei Seitenwände für den Eingriff und die Ausrichtung der Wafer 40. Bei einer zusammen mit der Erfindung einsetzbaren Art einer Waferkassette ist der eigentliche Boden der Kassette offen, um die Wafer 40 über den Schenkeln 1442 der Kassette 42 aufzuhängen. In dieser Kassette sind die Schlitzrippen 430 an zwei mit 45º ausgerichteten Bodenwänden und den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden ausgebildet.
  • Fig. 72A, 72B und 72C sind Seitenansichten, die die Bewegung der Waferkassetten 42 zeigen, wenn sie zwischen einer Position in dem Haltebehälter 43 angrenzend an die Poliervorrichtung 20 (aus der Wafer 40 von diesen Kassetten 42 leicht angehoben und in die Poliervorrichtung 20 geschwenkt oder aus ihr herausgeschwenkt werden) und einer Position an der entfernten Haltestation 32 bewegt werden. Die Kassetten 42 an der entfernt liegenden Kassettenhaltestation 32 tragen die zu polierenden Wafer 40, wenn sie von einem früheren Behandlungsschritt aufgenommen werden, und/oder stellen bereits polierte Wafer in den Kassetten 42 für einen späteren Behandlungsschritt bereit.
  • Es wird nun ein Beispiel für die Bewegung von Kassetten 42 beschrieben. Wie in Fig. 72A gezeigt ist, wird die Gelenkanordnung 37 so gedreht, dass die Klaue 39 in eine abwärts weisende Ausrichtung gedreht wird, wobei das Waferblatt 38 horizontal über und insgesamt außerhalb des Wegs für die Kassettenbewegung angeordnet ist.
  • Der Arm 35 ist linear längs der Überkopfschiene 36 so angeordnet, dass seine Klaue 39 so positioniert ist, dass sie durch den Kassettengriff 422 zwischen ihrer Rückseite 426 und der Seitenwand 424 der Kassette 42, die zu bewegen ist, hindurchgeht.
  • Wie in Fig. 72B gezeigt ist, verschiebt der Arm 35 die Klaue 39 vertikal nach unten mit dem erforderlichen Versetzungswinkel, um an dem Griff 422 der Kassette #1 anzugreifen, wie es bei dem Prozess von Fig. 71A, 71B und 71C gezeigt ist. Der Arm 35 und die daran festgelegte Klaue 35 heben die Kassette aus einer ersten Kassettenposition 1' in dem Haltebehälter 34 und setzen sie, wie in Fig. 72C gezeigt ist, an der entfernt liegenden Kassettenhaltestation 32 ab. Der Absetzschritt an der Haltestation 32 ist der umgekehrte Hubschritt an dem Haltebehälter 34, wie er vorstehend beschrieben wurde.
  • Sobald eine Kassette 42 an der Haltestation 32 abgelegt ist, entfernt eine Bedienungsperson sie von Hand, um so eine Schlämmeverfestigung oder Metalloxidation zu verhindern, und ersetzt sie unmittelbar danach durch eine Kassette mit nicht polierten Wafern. In der Zwischenzeit kann der Überführungsarm 35 Wafer 40 zwischen dem Haltebehälter 34 und der Überführungsstation 70 der Poliervorrichtung 20 überführen. Zu einem geeigneten Zeitpunkt nach der Ablage einer Kassette 42 mit unpolierten Wafern 40 an der Haltestation 32 durch die Bedienungsperson bewegt dann der Überführungsarm 35 die Kassette aus der Haltestation 32 in den Haltebehälter 34 in einer Reihe von Vorgängen, die entgegengesetzt zu denen von Fig. 72A, 72B und 72C ablaufen.
  • Die Kassetten 42, die zwischen der Haltestation 32 und dem Haltebehälter 34 bewegt werden, können mit Wafern gefüllt sein oder können leer sein, so dass unpolierte Wafer aus einer Kassette voller unpolierter Wafer in eine leere, polierte Wafer aufnehmende Kassette oder auf irgendeine andere Weise überführt werden, die sich der Fachmann erdenken kann.
  • Obwohl nur eine einzelne Haltestation 32 bei den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind auch mehrere Haltestationen möglich. Insbesondere kann eine getrennte Haltestation für unpolierte Wafer und eine andere für polierte Wafer verwendet werden, wie auch unterschiedliche Haltebehälter für polierte und unpolierte Wafer zum Einsatz kommen können. Obwohl die gezeigte Haltestation nur eine einzige Kassette aufnimmt, können mehrere Kassetten aufgenommen werden, solange die Waferbehandlungsprobleme für eine übermäßig lange Lagerung berücksichtigt sind. Außerdem können die unterschiedlichen Haltestationen auf verschiedenen Seiten der Polierstation angeordnet werden.
  • Das oben beschriebene Poliersystem ist komplex und enthält viele neue Merkmale. Viele dieser Merkmale sind für sich selbst erfinderisch und bei anderen Anwendungen als beim Waferpolieren einsetzbar.
  • Obwohl das beschriebene System vier Waferköpfe, drei Polierstationen und eine Überführungsstation aufweist, können viele der erfindungsgemäßen Vorteile durch andere Ausgestaltungen genutzt werden, die eine geringere oder größere Anzahl dieser Bauelemente verwenden.
  • Obwohl das System bezüglich des Polierens von Halbleiterwafern beschrieben worden ist, kann der Ausdruck Wafer in einem breiteren Sinn für jedes Werkstück verwendet werden, das seine planare Oberfläche auf wenigstens seiner einen Seite hat, die poliert werden muss. Insbesondere können Glas- und Keramiksubstrate und Platten mit der beschriebenen Erfindung poliert werden. Das Werkstück braucht nicht im Wesentlichen kreisförmig zu sein, solange der Waferkopf dafür ausgelegt ist, ein nicht kreisförmiges Werkstück aufzunehmen.
  • Die Erfindung stellt somit eine Vorrichtung zur Durchführung eines Polierverfahrens bereit, die einen hohen Durchsatz an zu polierenden Substraten hat. Die relativ einfache Konstruktion der Vorrichtung ist mechanisch steif und nimmt relativ wenig Bodenfläche ein. Die Poliervorrichtung kann nahezu vollständig automatisiert werden und ist leicht zu warten und zu reparieren. Die Vorteile der Konstruktion werden durch mehrere neue mechanische Teile erreicht, die auch in anderen technischen Bereichen als beim Polieren anwendbar sind.
  • Obwohl die Erfindung hinsichtlich spezieller Ausgestaltungen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass Änderungen allgemein und im Einzelnen ausgeführt werden können, ohne den Inhalt und Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Polieren von Substraten
- mit wenigstens zwei zu polierenden Substraten (40),
- mit wenigstens zwei Polierflächen (54),
- mit einem drehbaren Karussell (90),
- mit wenigstens zwei Substratköpfen (100a, 100b, 100c, 100d), die von dem Karussell (90) herabhängen und daran jeweils eines der Substrate (40) halten,
gekennzeichnet,
- durch eine Überführungsvorrichtung (70) mit einer einzigen Belade-/Entladeposition und
- durch ein Positionierelement (902), das mit dem Karussell (90) gekoppelt ist, um das Karussell (90) zu bewegen und um dadurch einen ausgewählten Substratkopf (100a, 100b, 100c, 100d) über einer ausgewählten Polierfläche (54) oder der Überführungsvorrichtung (70) zu positionieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Karussell (90) durch ein Positionierelement (902) positionierbar ist, um einen der Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) über der Überführungsvorrichtung (70) anzuordnen, während gleichzeitig einer der Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) auf einer der Polierflächen (54) angeordnet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher das Karussell (90) die Köpfe (100a, 100b, 100c, 100d) quer über die Polierflächen (54) während eines Poliervorgangs streichen lässt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das Karussell (90) die Köpfe (100a, 100b, 100c, 100d) über die Polierfläche (54) im Wesentlichen in einer Radialrichtung bezüglich einer Drehrichtung des Karussells (90) streichen lässt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Überführungsvorrichtung (70) einen vertikal bewegbaren Sockel (72) und eine Vielzahl von radial bewegbaren Fingeranordnungen (74) hat, die mit einem Substrat (40), das ausreichend schlecht auf dem Sockel (72) ausgerichtet ist, in Kontakt bringbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, welche weiterhin eine Waschvorrichtung (76) mit wenigstens einem Sprüharm (77) aufweist, der Düsen hat, die zum Besprühen des Substrats ausgerichtet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin ein Konditionierelement (60a, 60b, 60c) aufweist, das auf einer der Polierflächen (54) positionierbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das Konditionierelement (60a, 60b, 60c) eine Konditionierfläche hat, die auf einer der Polierflächen positionierbar ist und die um eine Achse drehbar ist, die zur oberen Fläche der Polierfläche (54) kolinear ist.
9. Vorrichtung zum Polieren von Substraten
- mit einer Vielzahl von N Platten (52), die jeweils Polierkissen (54) drehen, die auf ihren oberen Flächen gehalten sind,
- mit einer Überführungsstation (70) zum Beladen und Entladen von Substraten, wobei die N Platten (52) und die Überführungsstation (70) mit gleichen Winkeltrennabständen um eine Achse (904) herum angeordnet sind,
gekennzeichnet
- durch eine Vielzahl von N + 1 Substratköpfen (100a, 100b, 100c, 100d), die entsprechende Substrate (40) an ihrer Unterseite halten, und
- durch einen Träger (90), der um die Achse drehbar ist und die Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) hält sowie für einen Eingriff eines der an einem der Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) gehaltenen Substrate (40) mit der Überführungsstation (70) und für einen Eingriff der an einem entsprechenden N der Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) gehaltenen N Substrate (40) mit der Vielzahl von N Polierkissen (54) positionierbar ist.
10. Verfahren zum Polieren von Substraten mit den Schritten
- Anbringen einer Vielzahl von Substraten (40) auf entsprechenden Substratköpfen einer Vielzahl von Substratköpfen (100a, 100b, 100c, 100d),
- Anbringen einer Vielzahl von Polierflächen (54) auf entsprechenden Platten (52) einer Vielzahl von drehbaren Platten (52), die an einem Tragaufbau (22) gehalten sind,
- Anbringen der Vielzahl von Substratköpfen (100a, 100b, 100c, 100d) auf einem um eine Achse (904) drehbaren Karussell (90),
gekennzeichnet durch
- Drehen des Karussells (90) um die Achse (904) für den Eingriff eines der an einem jeweiligen Substratkopf (100a, 100b, 100c, 100d) gehaltenen Substrats (40) mit einer Überführungsstation, wobei N + 1 Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) und N drehbare Platten vorhanden sind,
- Anordnen der Überführungsstation (70) zusammen mit den N Platten (52) in gleichen Winkeltrennabständen um die Achse (904) herum,
- in Eingriff Bringen von N der N + 1 Substrate (40), die an jeweils N der N + 1 Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) gehalten sind, mit den N Polierflächen (54) und
- Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen wenigstens einem der Substrate (40) und einer der Polierflächen (54) zum Polieren einer Fläche des Substrats oder jedes Substrats (40).
11. Polierverfahren nach Anspruch 10, bei welchem die drehbaren Elemente (52) an dem Tragaufbau (22) angeordnet und die Winkelpositionen der Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) an dem Karussell (90) so positioniert sind, dass eine vorgegebene Drehung des Karussells (90) dazu führt, dass eine Vielzahl von Substraten (40) gleichzeitig angrenzend an eine entsprechende Polierfläche (54) angeordnet wird.
12. Polierverfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin das Beladen und Entladen der Substrate (40) an und von einem der Substratköpfe (100a, 100b, 100c, 100d) an der Überführungsstation (70) aufweist, um irgendwo das Polieren der Oberfläche des Substrats (40) auszuführen, wobei die Überführungsstation (70) an einer Stelle an dem Tragaufbau (22) so angeordnet ist, dass die vorher festgelegte Drehung des Karussells (90) zusätzlich ein weiteres der Substrate (40) dazu bringt, dass es gleichzeitig angrenzend an die Überführungsstation (70) angeordnet wird.
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