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Gebiet der Erfindung;
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Poliervorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, wie
beispielsweise eines Halbleiterwafers, und insbesondere auf eine
Poliervorrichtung mit einem Werkstückversetzungsdetektor zum Detektieren eines
Werkstücks,
das bezüglich
eines Toprings versetzt bzw. dort herausbewegt ist, während das
Werkstück
poliert wird.
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Beschreibung des Standes
der Technik:
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Der neue, rasche Fortschritt bei
der Halbleitervorrichtungsintegration erfordert immer kleiner werdende
Verdrahtungsmuster oder Zwischenverbindungen und auch schmalere
Abstände
zwischen Zwischenverbindungen, welche aktive Bereiche verbinden.
Ein Verfahren, das für
die Ausbildung solcher Zwischenverbindungen verfügbar ist, ist die Fotolithographie.
Obwohl der Fotolithographieprozess in der Lage ist, Zwischenverbindungen
zu bilden, welche höchstens
0,5 μm breit
sind, erfordert er, dass die Oberflächen, auf denen die Musterabbilder
durch einen Stepper fokussiert werden, so flach wie möglich sind,
da die Tiefenschärfe
des optischen Systems relativ klein ist. Als Vorrichtungen für die Planarisierung von
Halbleiterwafern wurden üblicherweise
eine selbstplanarisierende CVD-Vorrichtung, eine Ätzvorrichtung
oder Ähnliches
verwendet, diese Vorrichtungen sind jedoch nicht in der Lage, Halbleiterwafer vollständig zu
planarisieren. In der jüngsten
Zeit wurden Versuche durchgeführt,
eine Poliervorrichtung zu verwenden für das Planarisieren von Halbleiterwafern
auf ein flacheres Finish mit größerer Einfachheit als
bei den herkömmlichen
Planarisierungsvorrichtungen.
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Herkömmlicherweise besitzt eine
Poliervorrichtung einen Drehtisch und einen Topring bzw. oberen
Ring, welche sich mit jeweiligen individuellen Geschwindigkeiten
drehen. Ein Poliertuch ist an der Oberseite des Drehtischs befestigt.
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Ein zu polierender Halbleiterwafer
wird auf das Poliertuch platziert und zwischen dem Topring und dem
Drehtisch eingeklemmt. Eine abreibende Flüssigkeit, welche abreibende
Körner
enthält,
wird an das Poliertuch geliefert und an dem Poliertuch gehalten.
Während
des Betriebs übt
der Topring einen bestimmten Druck auf den Drehtisch aus, und die Oberfläche des
Halbleiterwafers, die gegen das Poliertuch gehalten wird, wird daher
durch eine Kombination einer chemischen Politur und einer mechanischen
Politur auf ein flaches Spiegelfinish poliert, während der Topring und der Drehtisch
gedreht werden. Dieser Vorgang wird als chemisch-mechanisches Polieren
bezeichnet.
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Wenn ein Halbleiterwafer normalerweise
zu dem Topring übertragen
wird, dann wird der Halbleiterwafer nicht bezüglich des Toprings versetzt
oder davon gelöst,
während
der Halbleiterwafer poliert wird. Wenn ein Halbleiterwafer jedoch
nicht in normaler Weise an den Topring übertragen wird, sondern teilweise
auf einen Haltering des Toprings platziert wird, neigt der Halbleiterwafer
dazu, sich bezüglich des
Toprings zu versetzen bzw. sich hiervon zu lösen, während der Halbleiterwafer poliert
wird.
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Wenn der Halbleiterwafer versetzt
bzw. gelöst
ist, d. h. aus dem Topring gleitet, wird der Halbleiterwafer mit
dem Drehtisch gedreht und kollidiert mit dem Topring mit dem Ergebnis,
dass der Halbleiterwafer beschädigt
werden kann und/oder der Halbleiterwafer Komponenten der Poliervorrichtung
beschädigt,
einschließlich
des Halterings zum Halten des Wafers darinnen, des Poliertuchs auf
dem Drehtisch, eines Unterstützungskissens
bzw. Pads, das an der Unterseite des Toprings angebracht ist und
den Halbleiterwafer trägt
und eines Aufbereitungswerkzeugs, das an einer Aufbereitungsvorrichtung
angebracht ist. Es war daher üblich
zu detektieren, ob sich Fremdmaterien auf dem Poliertuch befinden,
und zwar durch direkte visuelle Beobachtung der Oberfläche des
Poliertuchs oder einer Bildverarbeitung der Oberfläche des
Poliertuchs, welche durch eine Fernsehkamera erhalten wurde, die über dem
Poliertuch oder Ähnlichem
installiert ist.
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Die visuelle Beobachtung der Oberfläche des
Poliertuchs mit dem bloßen
Auge oder der Fernsehkamera ist jedoch nicht in der Lage, akkurat Fremdmaterie
oder einen Halbleiterwafer auf dem Poliertuch zu erkennen, und zwar
in Abhängigkeit von
den Eigenschaften des Halbleiterwafers, d. h. in Abhängigkeit
davon, ob die detektierte Oberfläche desselben
auf ein Spiegelfinish oder eine raue Oberfläche poliert ist oder eine Oxydschicht
trägt,
und auch in Abhängigkeit
davon ob sich Wasser oder eine abreibende Flüssigkeit auf dem Poliertuch
befindet oder des Typs einer abreibenden Flüssigkeit, die sich auf dem
Poliertuch befindet.
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Wenn die Oberfläche des Poliertuchs mit einer Überwachungseinrichtung,
wie beispielsweise einer Fernsehkamera überwacht wird, dann wird das Ausgangssignal
von der Überwachungseinrichtung durch
einen komplexen Prozess, wie beispielsweise eine Bildverarbeitung
bearbeitet, um zu detektieren, ob sich Fremdmaterie auf dem Poliertuch
befindet oder nicht, oder ob das Poliertuch beschädigt ist
oder nicht. Da der komplexe Vorgang zeitaufwendig ist, geht zuviel
Zeit verloren, nachdem sich ein Halbleiterwafer versetzt bzw. gelöst hat,
bis dieser Vorgang tatsächlich
detektiert wurde. Selbst wenn die Poliervorrichtung dann, wenn die
Fehlfunktion tatsächlich detektiert
wurde, angehalten wird, wird der Halbleiterwafer beschädigt oder
zerbrochen sein, und eine Beschädigung
von Bauteilen der Poliervorrichtung einschließlich des Poliertuchs, des
Unterstützungskissens
und des Aufbereitungswerkzeugs werden mit der Zeit fortschreiten,
wenn die Drehung des Drehtischs und des Toprings gestoppt werden.
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Ein weiteres Problem mit dem Bildverarbeitungssystem
liegt darin, dass es einen Mikrocomputer benötigt, der in der Lage ist,
eine Hochgeschwindigkeitsberechnung für die Verarbeitung der Bildinformation
von der Überwachungseinheit
mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen, so dass die gesamte Poliervorrichtung
eine komplexe Struktur besitzt und in der Herstellung teuer ist.
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Die Erfindung
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Poliervorrichtung mit einem Werkstückversetzungsdetektor
vorzusehen, der sofort detektieren kann, wenn sich ein Halbleiterwafer
bezüglich
eines Toprings versetzt bzw. hiervon gelöst hat, während der Halbleiterwafer poliert
wird, der einen relativ einfachen Aufbau besitzt, bei dem eine Einstellung für die Detektierung
bewirkt werden kann, einfach durch Festlegen eines Schwellenwerts
bezüglich
eines Ausgangssignals von einem Sensor und der relativ kostengünstig in
der Herstellung ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Poliervorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß Anspruch 7 vorgesehen. Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Die vorliegende Erfindung ergibt
sich noch deutlicher aus der vorliegenden Beschreibung in Verbindung
mit den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
nur anhand darstellender Beispiele gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht auf einen wesentlichen Teil einer Poliervorrichtung
mit einem Waferversetzungsdetektor, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1;
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3 ist
eine Draufsicht auf die Poliervorrichtung gemäß 1;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 ist
eine Draufsicht auf eine Wafersensoreinheit gemäß 4;
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6 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Art und Weise zeigt, in der
ein Halbleiterwafer normalerweise an einem Topring angebracht ist;
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7 ist
eine schematische Ansicht eines Glanzsensors als ein Waferversetzungsdetektor;
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8 ist
eine Tabelle, welche die Leistungsauswertungen von unterschiedlichen
Sensoren zeigt;
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9 ist
eine Draufsicht auf eine Poliervorrichtung mit einem modifizierten
Waferversetzungsdetektor;
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10 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
einer Wafersensoreinheitsbefestigung der modifizierten Poliervorrichtung
gemäß 9; und
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11 ist
ein Blockdiagramm eines Drehtischrotations- bzw. Drehsystems.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Wie in den 1 und 2 dargestellt
ist, besitzt eine Poliervorrichtung mit einem Waferversetzungsdetektor
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, im Allgemeinen einen Drehtisch 10 und
einen oberen Ring bzw. Topring 20. Ein Poliertuch 11 ist
an einer Oberseite des Drehtischs 10 angebracht, das eine
Polieroberfläche
zum Polieren eines Werkstücks,
wie beispielsweise einen Halbleiterwafers, vorsieht. Wenn die Poliervorrichtung
arbeitet, wird der Drehtisch 10 um seine eigene Achse gedreht,
und zwar in die Richtung, die durch den Pfeil C angedeutet ist,
und der Topring 20 wird um seine eigene Achse gedreht,
und zwar in der Richtung, die durch den Pfeil D angezeigt ist.
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Ein Halbleiterwafer Wf ist an dem
Topring 20 angebracht und wird gegen die Oberseite des
Poliertuchs 11 auf den Drehtisch 10 gedrückt. Die
Unterseite des Halbleiterwafers Wf wird durch eine Kombination einer
chemischen Politur und einer mechanische Politur poliert, während der
Drehtisch 10 in die Richtung, die durch den Pfeil C angezeigt
ist und der Topring 20 in die Richtung, die durch den Pfeil
D angezeigt ist, gedreht werden. Eine Wafersensoreinheit 21 zum
Detektieren eines Versatzes bzw. eines Lösens des Halbleiterwafers Wf
bezüglich
des Toprings 20 ist an einem Sensortragarm 22 entlang
des Toprings 20 getragen und stromabwärts bezüglich des Toprings 20 angeordnet,
und zwar bezüglich
der Richtung, in die sich der Drehtisch 10 dreht. D. h. die Wafersensoreinheit 21 ist
benachbart zu dem Topring 20 vorgesehen. Der Abstand zwischen
dem Außenumfang
des Toprings 20 und der Wafersensoreinheit 21 liegt
innerhalb 150 mm, vorzugsweise innerhalb 30 mm.
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Der Topring 20 wird durch
eine Topringkopf 24 getragen, und zwar über eine vertikale Welle 23. Die
vertikale Welle 23 wird an dem Topringkopf 24 getragen
und ist durch einen Drehmechanismus, wie beispielsweise einen Motor
(nicht gezeigt) drehbar.
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Der Topringkopf 24 wird
zu einer Wafertransferstation gedreht, an der der Topring 20 einen
Halbleiterwafer Wf von einer Transfereinrichtung, wie beispielsweise
einem Pusher, aufnimmt, um den Halbleiterwafer Wf innerhalb eines
Halterings aufzunehmen und den Halbleiterwafer Wf mit einem Vakuum an
der Unterseite davon zu halten. Dann wird der Topringkopf 24 gedreht,
um den Topring 20 oberhalb einer vorbestimmten Position
auf dem Drehtisch 10 zu positionieren und der Topring 20 drückt die
Unterseite des Halbleiterwafers Wf gegen die Oberseite des Poliertuchs 11 auf
dem Drehtisch 10, um dadurch die Unterseite des Halbleiterwafers
Wf zu polieren.
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Wenn der Halbleiterwafer Wf normal
und ordnungsgemäß durch
den Topring 20 in der Wafertransferstation aufgenommen
wurde, wird, da der Halbleiterwafer Wf innerhalb des Halterings
platziert ist, der Halbleiterwafer Wf durch den Haltering gegenüber ein
Versetzen bzw. Lösen
gehalten, wenn er poliert wird. Wenn der Halbleiterwafer Wf nicht
in der normalen Weise durch den Topring 20 in der Wafertransferstation
aufgenommen wurde, und teilweise auf dem Haltering platziert ist,
dann wird der Topring 20 gekippt und der Halbleiterwafer
Wf steht teilweise von der Umfangskante des Toprings vor, wie durch die
Strichpunktlinie in den 1 und 2 dargestellt ist.
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Der Halbleiterwafer Wf, der in dieser
Weise bezüglich
des Toprings 20 versetzt bzw. von ihm gelöst ist,
wird durch die Wafersensoreinheit 21 detektiert. Ansprechend
auf ein Ausgangssignal von der Wafersensoreinheit 21, werden
die Drehungen des Drehtischs 10 und des Toprings 20 sofort
gestoppt um zu verhindern, dass der Halbleiterwafer Wf, das Poliertuch 11 auf
dem Drehtisch 10 und andere Komponenten, einschließlich des
Unterstützungskissens und
des Aufbereitungswerkzeugs (das nachfolgend beschrieben wird), beschädigt werden.
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Die 3 bis 5 zeigen im Detail die Poliervorrichtung
gemäß den 1 und 2. Wie in 3 dargestellt
ist, besitzt die Poliervorrichtung ein Gehäuse 50, das darinnen
den Drehtisch 10, den Topring 20, die Wafersensoreinheit 21,
eine abreibende Flüssigkeitsdüse 25,
eine Aufbereitungseinheit 27 und eine Abdeckeinheit 40 aufnimmt.
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Der Drehtisch 10 ist mittig
in dem Gehäuse 50 angeordnet
und ist in die durch den Pfeil C angezeigte Richtung durch einen
Drehmechanismus (nicht gezeigt) drehbar. Das Poliertuch 11 ist
an der Oberseite des Drehtischs 10 angebracht. Der Topring 20 kann
winkelmäßig bewegt
werden durch den Topringkopf 24 und zwar um seine Achse 1 in
die Richtungen, die durch den Pfeil E angezeigt sind. Der Topring 20 ist
winkelmäßig bewegbar
zwischen einer Polierposition, welche durch eine durchgezogene Linie
oberhalb des Drehtischs 10 gezeigt ist, und einer Wafertransferstation 38,
welche durch die strichpunktierte Linie dargestellt ist, und die
außerhalb
des Drehtischs 10 liegt.
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Ein Lade-/Entladeabschnitt und ein
Reinigungsabschnitt sind an der Seite positioniert, die durch den
Pfeil J angezeigt ist, und ein Polierabschnitt ist an der Seite
positioniert, welche durch den Pfeil K angezeigt ist. Die Wafertransferstation 38 besitzt
einen Pusher bzw. ein Schieberelement (nicht gezeigt) zum Aufnehmen
eines zu polierenden Halbleiterwafers Wf von einem Roboterarm 60,
zum Übertragen
des zu polierenden Halbleiterwafers Wf zu dem Topring 20,
zum Aufnehmen eines polierten Halbleiterwafers Wf von dem Topring 20 und
zum Übertragen
des polierten Halbleiterwafers Wf zu dem Roboterarm 60.
Der Boden und die Seiten der Wafertransferstation 38 sind
durch ein Gehäuse 39 umgeben
ist, das innerhalb des Gehäuses 50 angeordnet ist.
Die Wafertransferstation 38 besitzt einen Reinigungsmechanismus (nicht
gezeigt) zum Reinigen des Roboterarms 60, des Pushers und
des Toprings 20.
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Wie in den 4 und 5 gezeigt
ist, weist die Wafersensoreinheit 21 einen fotoelektrischen
Sensor 31 auf, der an einem Sensorhalter 21a angebracht ist,
der wiederum an dem körperfernen
bzw. distalen Ende des Sensortragarms 22 befestigt ist.
Der fotoelektrische Sensor 31 ist vertikal in seiner Position
einstellbar durch einen Schraubeneinstellmechanismus 37.
Eine Lichtmenge LI, die von dem fotoelektrischen Sensor 31 emittiert
wird und eine Lichtmenge LR, die zu dem fotoelektrischen Sensor 31 reflektiert
wird, kann eingestellt werden, wenn der fotoelektrische Sensor 31 vertikal
in seiner Position bezüglich
des Sensorhalters 21a eingestellt wird durch den Schraubeneinstellmechanismus 37.
Ein Eingangs-/Ausgangskabel 32 erstreckt sich durch den Sensortragarm 22 und
ist mit dem fotoelektrischen Sensor 31 verbunden.
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Der Sensortragarm 22 besitzt
ein distales bzw. körperfernes
Ende, das an einer Basis 33 befestigt ist, die durch Bolzen
oder Schrauben 36 an einem Bügel 35 befestigt ist.
Der Bügel 35 ist
ferner an einem Rahmen 34 der Poliervorrichtung befestigt.
Wie oben beschrieben, ist die Wafersensoreinheit 21 entlang
des Toprings 20 positioniert und zwar stromabwärts bezüglich des
Toprings 20 bezüglich
der Richtung, in die der Drehtisch 10 gedreht wird.
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Der Sensortragarm 22 kann
winkelmäßig bewegt
werden durch einen Drehmechanismus (nicht gezeigt), der an der Basis 33 oder
dem Bügel 35 zum Einstellen
der Position der Wafersensoreinheit 21 angebracht ist.
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In 3 dient
die Düse 25 für abreibende Flüssigkeit
dazu, eine abreibende Flüssigkeit
auf das Poliertuch 11 auf dem Drehtisch 10 aufzubringen bzw.
zu liefern. Die Düse 25 für abreibende
Flüssigkeit
ist an dem distalen bzw. körperfernen
Ende eines Düsenarms 26 für abreibende
Flüssigkeit
befestigt und ist winkelmäßig bewegbar
durch den Düsenarm 26 für abreibende
Flüssigkeit
um eine Achse M in den Richtungen, die durch den Pfeil F angezeigt
sind, und zwar zwischen einer Versorgungsposition für abreibende
Flüssigkeit,
wel che durch die durchgezogene Linie oberhalb des Drehtischs 10 angeordnet
ist und eine Standby- bzw. Ruheposition, welche durch die strichpunktierte
Linie angezeigt ist und die außerhalb des
Drehtischs 10 positioniert ist. Die Düse 25 für abreibende
Flüssigkeit
wird mit einer abreibenden Flüssigkeit
von einem Versorgungsrohr (nicht gezeigt) für abreibende Flüssigkeit,
das sich durch den Düsenarm 26 für abreibende
Flüssigkeit
erstreckt, mit abreibender Flüssigkeit
versorgt.
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Die Aufbereitungseinheit 27 trägt das Aufbereitungswerkzeug
an dessen Unterseite befestigt und es ist aus Diamantkörnern oder
SiC aufgebaut. Das Aufbereitungswerkzeug wird gegen das Poliertuch 11 gehalten,
um das Poliertuch 11 aufzubereiten, um dadurch Oberflächenunebenheiten
oder Unregelmäßigkeiten
zu entfernen, welche durch die Polierwirkung des Poliertuchs 11 bewirkt
wurden. Die Aufbereitungseinheit 27 wird an einem Aufbereitungsarm 30 gehalten
und ist um ihre eigene Achse drehbar durch einen nicht gezeigten
Drehmechanismus. Die Aufbereitungseinheit 27 ist auch winkelmäßig bewegbar durch
den Aufbereitungsarm 30 um eine Achse N in die Richtungen,
welche durch den Pfeil G angezeigt sind, und zwar zwischen einer
Standby- bzw. Ruhestation 29, welche durch die durchgezogene
Linie dargestellt ist und außerhalb
des Drehtischs 10 positioniert ist, und einer Betriebsposition,
welche durch die strichpunktierte Linie oberhalb des Drehtischs 10 angezeigt
ist. Die Ruhestation 29 besitzt einen Aufbereitungseinheitsreinigungsmechanismus
(nicht gezeigt) zum Reinigen der Aufbereitungseinheit 27.
Die Abdeckung 40 umgibt den Drehtisch 10 und dient dazu
zu verhindern, dass Schlämme
und Partikel, welche erzeugt werden, wenn der Halbleiterwafer Wf poliert
wird, von dem Drehtisch 10 weg verteilt werden.
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Der Betrieb der Poliervorrichtung
wird nachfolgend beschrieben:
Ein zu polierender Halbleiterwafer
Wf, der durch den Roboterarm 60 geliefert wurde, wird zu
dem Pusher in der Wafertransferstation 38 übertragen.
Dann wird der zu polierende Halbleiterwafer Wf zu dem Topring 20 in
der Wafertransferstation 38 übertragen. Der Topring 20 hält den zu
polierenden Halbleiterwafer Wf mit einem Vakuum an der Unterseite
davon und wird dann in die Richtung gedreht, die durch den Pfeil
E angezeigt ist (radial nach innen bezüglich des Drehtischs 10)
zu der Polierposition oberhalb des Drehtischs 10. In der
Polierposition drückt
der Topring 20 den Halbleiterwafer Wf gegen die Oberseite
des Poliertuchs 11 und die Vakuumansaugung des Halbleiterwafers
Wf wird gelöst.
Der Drehtisch 10 wird in die durch den Pfeil C angezeigte
Richtung gedreht und der Topring 20 wird in die durch den
Pfeil D angezeigte Richtung gedreht, um dadurch die Unterseite des Halbleiterwafers
Wf zu polieren, während
der Halbleiterwafer Wf gegen das Poliertuch 11 gedrückt wird. Während der
Halbleiterwafer Wf in dieser Weise poliert wird, liefert die Düse 25 für abreibende
Flüssigkeit
eine abreibende Flüssigkeit
auf das Poliertuch 11.
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Nachdem der Halbleiterwafer Wf poliert
ist, hält
der Topring 20 den Halbleiterwafer Wf mit einem Vakuum,
der Topring wird dann in die durch den Pfeil E angezeigte Richtung
(radial nach außen
bezüglich des
Drehtischs 10) zu der Wafertransferstation 38 gedreht
und der Topring überträgt den polierten
Halbleiterwafer Wf zu dem Pusher in der Wafertransferstation 38.
Der Roboterarm 60 empfängt
den polierten Halbleiterwafer Wf von dem Pusher und trägt den polierten
Halbleiterwafer Wf zu dem Reinigungsabschnitt.
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Wenn der zu polierende Halbleiterwafer
Wf in normaler und ordnungsgemäßer Weise
von dem Pusher zu dem Topring 20 übertragen wurde, dann wird
der Halbleiterwafer Wf innerhalb des Halterings 20a (siehe 4) platziert. Während der
Halbleiterwafer Wf poliert wird, wird der Halbleiterwafer Wf innerhalb
des Toprings 20 gehalten durch den Haltering 20a und
zwar gegen ein radiales nach außen Versetzen
bzw. Lösen
desselben und zwar unabhängig
von Reibungskräften,
welche auf den Halbleiterwafer Wf wirken infolge einer Relativbewegung
des Poliertuchs 11 und des Halbleiterwafers Wf und einer Oberflächenspannung,
welche an dem Halbleiterwafer Wf durch die abreibende Flüssigkeit
wirkt.
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Wenn der zu polierende Halbleiterwafer
Wf nicht in normaler Weise von dem Pusher zu dem Topring 20 übertragen
wird, dann wird, wie in 6 dargestellt
ist, der Halbleiterwafer Wf teilweise auf den Haltering 20a des
Toprings 20 platziert. Wenn der teilweise auf dem Haltering 20a platzierte
Halbleiterwafer Wf gegen das Poliertuch 11 gedrückt und
poliert wird, kann sich der Halbleiterwafer Wf leicht versetzen
bzw. lösen,
d. h. aus dem Topring 20 herausgleiten bzw. schlüpfen und
zwar unter den Reibungskräften,
welche an dem Halbleiterwafer Wf wirken, infolge der Relativbewegung
des Poliertuchs 11 und des Halbleiterwafers Wf und der
Oberflächenspannung,
welche an dem Halbleiterwafer Wf durch die abreibende Flüssigkeit
wirkt.
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Wenn der Halbleiterwafer Wf aus dem
Topring 20 versetzt bzw. gelöst ist, dreht sich der Halbleiterwafer
Wf mit dem Drehtisch 10. Nach einer Umdrehung des Drehtischs 10 kollidiert
der Halbleiterwafer Wf mit dem Topring 20. Daher neigen
der Halbleiterwafer Wf selbst und Bauteile, welche den Topring 20 bilden,
einschließlich
des Halterings 20a und des Unterstützungskissens (welches einen
elastischen Film an der Unterseite des Toprings 20 bildet), beschädigt zu
werden. Wenn der Halbleiterwafer Wf mit dem Topring 20 kollidiert,
wird der Halbleiterwafer Wf in eine Kollision mit den Bauteilen
der Poliervorrichtung einschließlich
des Poliertuchs 11, der Aufbereitungseinheit 27 und Ähnlichem
geschleudert bzw. gebracht. Daher neigen der Halbleiterwafer Wf
selbst und die Bauteile einschließlich des Poliertuchs 11 und
des Aufbereitungswerkzeugs dazu, beschädigt zu werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird, wie in 4 gezeigt
ist, dann, wenn der Halbleiterwafer Wf aus dem Topring 20 versetzt
bzw. gelöst
ist, der Halbleiterwafer Wf sofort durch den fotoelektrischen Sensor 31 detektiert,
der ein Ausgangssignal an eine Steuereinrichtung anlegt, um dadurch
die Drehungen des Drehtischs 10 und des Toprings 20 zu
stoppen. Simultan kann der Topring 20 auch angehoben werden
durch einen Anheb/Absenkmechanismus (nicht gezeigt), wie beispielsweise
einem Luftzylinder, der in dem Topringskopf 24 angeordnet
ist. Demgemäß wird der
Poliervorgang unterbrochen, bevor der Drehtisch 10 einen
Umdrehung zurücklegt,
und der gelöste
Halbleiterwafer Wf mit dem Topring 20 kollidiert, so dass
der Halbleiterwafer Wf und die Bauteile der Poliervorrichtung effektiv
gegenüber
einer Beschädigung
geschützt
sind.
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Ein Dämpfer bzw. Stoßdämpfer 41 aus
einem abfedernden Material ist um den Drehtisch 10 herum
angeordnet, zum Beispiel an einer Innenoberfläche der Abdeckung 40,
um den Halbleiterwafer Wf gegenüber
einer Beschädigung
selbst dann zu schützen,
wenn der Halbleiterwafer Wf von dem Topring 20 gelöst ist,
und dessen Kante gegen den Stoßdämpfer 41 trifft.
Der Stoßdämpfer 41 ist
aus Polyhurethan oder Ähnlichem
hergestellt und besitzt eine im Wesentlichen zylindrische Form,
welche sich entlang der Innenoberfläche der Abdeckung 40 erstreckt.
Selbst dann, wenn der Halbleiterwafer Wf von dem Topring 20 gelöst ist,
und radial nach außen
geschleudert wird, wird der Halbleiterwafer Wf elastisch durch den Stoßdämpfer 41 abgedämpft und
somit gegenüber einem
Zerbrechen geschützt.
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Der versetzte oder gelöste Halbleiterwafer Wf
wird durch den fotoelektrischen Sensor 31 wie folgt detektiert:
der fotoelektrische Sensor 31 emittiert eine Lichtmenge
LI zu dem Poliertuch 11 und detektiert eine reflektierte
Lichtmenge LR. Der Differenz- bzw. Differentialwert zwischen den
Lichtmengen LI, LR, wenn die Lichtmenge LR durch den versetzten
Halbleiterwafer Wf unterhalb des fotoelektrischen Sensors 31 reflektiert
wird, unterscheidet sich von dem Differential- bzw. Differenzwert
zwischen den Lichtmengen LI, LR, wenn die Lichtmenge LR in einem
solchen Zustand reflektiert wird, dass sich kein versetzter Halbleiterwafer
Wf unterhalb des fotoelektrischen Sensors 31 befindet.
Wenn der fotoelektrische Sensor 31 zu jedem Zeitpunkt eine
konstante Lichtmenge LI zu dem Poliertuch 11 emittiert,
dann unterscheidet sich die durch den versetzten Halbleiterwafer
Wf unterhalb des fotoelektrischen Sensors 31 reflektierte
Lichtmenge LR von der reflektierten Lichtmenge LR, wenn kein versetzter
Halbleitennrafer Wf unterhalb des fotoelektrischen Sensors 31 ist.
Daher kann ein versetzter Halbleiterwafer Wf unterhalb des fotoelektrischen
Sensors 31 auf der Basis einer Änderung in dem Differenzwert
zwischen den Lichtmengen LI, LR detektiert werden, oder einer Veränderung
der reflektierten Lichtmenge LR, wenn die Lichtmenge LI konstant
ist.
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Der fotoelektrische Sensor 31,
der mit dem obigen Prinzip arbeitet, kann womöglich nicht akkurat detektieren,
ob ein versetzter Halbleiterwafer Wf vorhanden ist, da das reflektierte
Licht eine unterschiedliche Intensität besitzt, in Abhängigkeit
von den Eigenschaften des Halbleiterwafers Wf, z. B. in Abhängigkeit
davon, ob die detektierte Oberfläche
davon auf ein Spiegelfinish oder ein raues Finish poliert ist, oder
eine Oxidschicht trägt.
Ein solcher Nachteil kann eliminiert werden, durch Verwenden eines
Glanzsensors (oder eine Glanzmessvorrichtung) als den fotoelektrischen
Sensor 31.
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Wie in 7 gezeigt
ist, weist ein Glanzsensor ein lichtemittierendes Element 71 mit
einer roten lichtemittierenden Diode zum Emittieren von rotem Licht,
eine Linse 72 und einen Polarisierungsfilter 73 auf,
der nur einer S-Welle (senkrechtem Licht) erlaubt dort hindurch
zu gehen, wodurch nur die S-Welle auf eine zu detektierende Oberfläche 77 angelegt wird.
Der Glanzsensor 70 weist ferner einen Strahlenteiler 75 auf.
Wenn die zu detektierende Oberfläche
glänzend
ist, dann wird die S-Welle (Sekundärwelle) durch die Oberfläche 77 reflektiert
und an einen Strahlenteiler 75 angelegt, der die S-Welle
in eine optische Faser bzw. einen Lichtleiter 74 reflektiert.
Wenn die zu detektierende Oberfläche
nicht glänzend
ist, dann wird die S-Welle gestreut mit dem Ergebnis, dass die Polarisierungsrichtung
zufällig wird.
Infolgedessen wird eine P-Welle
(paralleles Licht) erzeugt, und diese geht durch den Strahlenteiler 75 hindurch
in eine optische Faser bzw. Lichtleiter 76. Signale, welche
die S-Welle und
die P-Welle (Primärwelle),
welche durch die jeweiligen optischen Fasern 74, 76 hindurchgegangen
sind, anzeigen, werden verarbeitet, um den Unterschied hinsichtlich
des Glanzes bzw. des Glanzgrades der Oberfläche 77 zu unterscheiden.
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8 ist
eine Tabelle, welche die Leistungsauswertungen von unterschiedlichen
Sensoren, einschließlich
eines Glanzsensors, eines Lasersensors (des Versetzungsdetektiertyps),
eines Farbdifferenzsensors Nr. 1 und eines Farb differenzsensors
Nr. 2 zeigt. Auswertungspunkte umfassen (1) die Fähigkeit,
unterschiedliche Arten von Halbleiterwafern Wf zu detektieren, (2)
die Fähigkeit
einen Halbleiterwafer Wf unter Raumbeleuchtung zu detektieren, (3)
die Fähigkeit
einen Halbleiterwafer Wf in der Gegenwart von Wasser zu detektieren,
(4) die Fähigkeit
einen Halbleiterwafer Wf in der Gegenwart einer abreibenden Flüssigkeit
zu detektieren, (5) die Fähigkeit
ein Halbleiterwaferstück
mit einer besonderen Größe zu detektieren,
(6) die Fähigkeit
ein Halbleiterwaferstück mit
einer besonderen Größe in der
Gegenwart von Wasser zu detektieren, (7) die Fähigkeit einen Halbleiterwafer
Wf zu detektieren, wenn der Sensor mit Wasser bedeckt ist, und (8)
die Fähigkeit
einen Halbleiterwafer Wf zu detektieren, während der Halbleiterwafer Wf
mit Wasser poliert wird und zwar unter unterschiedlichen Polierbedingungen.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(1) wurde in dem Fall, in dem ein Schwellenwert eingestellt wurde,
so dass ein blanker Halbleiterwafer oder der Halbleiterwafer mit
einer Oxidschicht darauf detektiert werden konnte, untersucht, ob
der andere dieser Halbleiterwafer detektiert werden konnte oder nicht.
Im Ergebnis detektierten sowohl der Glanzsensor als auch der Lasersensor
des Versetzungsdetektiertyps beide Arten von Halbleiterwafern Wf,
aber die Farbdifferenzsensoren Nr. 1 und Nr. 2 waren in einigen
Fällen
nicht in der Lage, den Halbleiterwafer Wf zu detektieren.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(2) wurde untersucht, ob der Halbleiterwafer unter Raumbeleuchtung
detektiert werden konnte oder nicht. Im Ergebnis detektierten alle
der Sensoren den Halbleiterwafer Wf unter Raumbeleuchtung.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(3) wurde untersucht, ob dann, wenn Wasser mit einer Rate von 0,5
Liter/min auf das Poliertuch auf dem Drehtisch (T/T) oder den Halbleiterwafer
Wf geliefert wurde, ob der Halbleiterwafer detektiert werden konnte
oder nicht. Im Ergebnis detektierten alle der Sensoren den Halbleiterwafer
Wf, wenn Wasser auf das Poliertuch auf dem Drehtisch (T/T) geliefert
wurde. Wenn Wasser auf den Halbleiterwafer Wf geliefert wur de, detektierten
der Glanzsensor und der Lasersensor den Halbleiterwafer Wf, aber
die Farbdifferenzsensoren Nr. 1 und Nr. 2 waren in einigen Fällen nicht
in der Lage, den Halbleiterwafer Wf zu detektieren.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(4) wurde untersucht, ob dann, wenn eine abreibende Flüssigkeit
mit einer Rate von 0,5 Liter/min auf das Poliertuch auf dem Drehtisch
(T/T) oder den Halbleiterwafer Wf geliefert wurde, ob der Halbleiterwafer detektiert
werden konnte oder nicht. Im Ergebnis detektierten alle der Sensoren
den Halbleiterwafer Wf, wenn die abreibende Flüssigkeit auf das Poliertuch auf
dem Drehtisch (T/T) geliefert wurde. Wenn die abreibende Flüssigkeit
auf den Halbleiterwafer Wf geliefert wurde, detektierten der Glanzsensor
und der Lasersensor den Halbleiterwafer Wf, aber die Farbdifferenzsensoren
Nr. 1 und Nr. 2 waren in einigen Fällen nicht in der Lage, den
Halbleiterwafer Wf zu detektieren.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(5) wurde untersucht, ob ein Halbleiterwaferstück mit einer Breite von 10
mm detektiert werden konnte oder nicht. Im Ergebnis detektierten
der Glanzsensor und die Farbdifferenzsensoren Nr. 1 und Nr. 2 das
Halbleiterwaferstück,
aber der Lasersensor war in einigen Fällen nicht in der Lage, das
Halbleiterwaferstück
zu detektieren.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(6) wurde untersucht, ob dann, wenn Wasser auf das Poliertuch auf
dem Drehtisch (T/T) oder den Halbleiterwafer Wf geliefert wurde,
ob das Halbleiterwaferstück mit
einer Breite von 10 mm detektiert werden konnte oder nicht. Im Ergebnis
detektierten der Glanzsensor und die Farbdifferenzsensoren Nr. 1
und Nr. 2 das Halbleiterwaferstück
und der Lasersensor detektierte das Halbleiterwaferstück fehlerhaft
in einigen Fällen, wenn
Wasser auf das Poliertuch auf dem Drehtisch (T/T) geliefert wurde.
Alle der Sensoren detektierten das Halbleiterwaferstück, wenn
Wasser auf das Halbleiterwaferstück
geliefert wurde.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(7) wurde untersucht, ob dann, wenn die Sensoren mit einer kleinen
Menge eines Wassernebels bedeckt waren, oder einer großen Menge
von Wassertröpfchen,
ob der Halbleiterwafer detektiert werden konnte oder nicht. Im Ergebnis
detektierten der Glanzsensor, der Lasersensor und der Farbdifferenzsensor
Nr. 1 den Halbleiterwafer Wf, wenn die Sensoren mit einer kleinen
Menge eines Wassernebels oder einer großen Menge von Wassertröpfchen bedeckt
waren, aber der Farbdifferenzsensor Nr. 2 war in einigen Fällen nicht
in der Lage, den Halbleiterwafer Wf zu detektieren, wenn der Sensor
mit einer geringen- Menge eines Wassernebels oder einer großen Menge von
Wassertröpfchen
bedeckt war.
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Hinsichtlich des Auswertungspunktes
(8) wurde untersucht, ob dann, wenn der Halbleiterwafer mit Wasser
poliert wurde, während
der Drehtisch (T/T) mit 30 Umdrehungen/min gedreht wurde, und der
Topring mit 30 Umdrehungen/min gedreht wurde, oder während der
Drehtisch (T/T) mit 100 Umdrehungen/min, und der Topring mit 30
Umdrehungen/min gedreht wurde, ob der Halbleiterwafer detektiert
werden konnte oder nicht. Im Ergebnis detektierte der Glanzsensor
den Halbleiterwafer Wf, aber der Lasersensor detektierte den Halbleiterwafer
in einigen Fällen
fehlerhaft.
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Wie in 8 gezeigt
ist, detektierte der Glanzsensor akkurat den Halbleiterwafer Wf
unter jedem der obigen Auswertungspunkte (1) bis (8). Während der
Lasersensor, der Farbdifferenzsensor Nr. 1 und der Farbdifferenzsensor
Nr. 2 im Wesentlichen gute Ergebnisse erzielten, litt der Lasersensor
unter Detektierfehlern oder Detektierausfällen bezüglich der Auswertungspunkte
(5), (6) und (8) und der Farbdifferenzsensor Nr. 1 und der Farbdifferenzsensor
Nr. 2 litten unter Detektierfehlern oder Detektierausfällen bezüglich der
Auswertungspunkte (1), (3) und (4). Daher zeigten der Lasersensor,
der Farbdifferenzsensor Nr. 1 und der Farbdifferenzsensor Nr. 2
eine unzureichende Leistungsstabilität für den Polierprozess unter Verwendung
eines herkömmlichen
Poliertuchs und herkömmlicher
abreibender Flüssigkeit.
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Wie oben beschrieben, zeigte der
Glanzsensor eine gute Leistungsstabilität für den Polierprozess unter Verwendung
eines herkömmlichen
Poliertuchs und herkömmlicher
abreibender Flüssigkeit.
In dem Fall der 8 wurde
IC1000 (verkauft durch Rodel, Inc.), das weiß ist und Politex (verkauft
durch Rodel, Inc.), das schwarz ist, als ein Poliertuch verwendet,
und SC-1 (verkauft durch Cabot Corporation), das weiß ist und
WA355 (verkauft durch Cabot Corporation), das gelb ist, als eine
abreibende Flüssigkeit
verwendet. Ferner wurde bestätigt,
dass der Lasersensor und die Farbdifferenzsensoren in der Lage waren,
akkurat einen Versatz bzw. ein Lösen
des Halbleiterwafers aus dem Topring unter bestimmten Polierbedingungen
und Polierumgebungen zu detektieren, unter Verwendung bestimmter
Poliertücher und
abreibender Flüssigkeiten.
Daher kann der fotoelektrische Sensor 31 nicht nur einen
Glanzsensor aufweisen, sondern auch einen Lasersensor des Versetzungsdetektiertyps
oder einen Farbdifferenzsensor.
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Bei dem obigen Ausführungsbeispiel
wird die Wafersensoreinheit 21 an dem Sensortragarm 22 getragen,
und zwar entlang dem Topring 20 und stromabwärts von
dem Topring 20 bezüglich
der Richtung, in die der Drehtisch 10 gedreht wird. Wie
jedoch in 9 gezeigt
ist, kann die Wafersensoreinheit 21 über ein Befestigungselement 80 an
dem distalen bzw. körperfernen
Ende des Topringkopfes 24 angebracht sein. Wie in 10 gezeigt ist, ist die
Wafersensoreinheit 21 winkelmäßig vertikal bewegbar, um eine
Welle 81 in die Richtung, die durch den Pfeil P angezeigt
ist, so dass die Wafersensoreinheit 21 zu einem Bereich
angehoben werden kann, in dem der Topring 20 und naheliegende
Komponenten zur Wartung gewartet werden.
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In 10 beinhaltet
die Wafersensoreinheit 21, darinnen den Glanzsensor 70 gemäß 7 und Licht wird zu dem
lichtemittierenden Element 71 übertragen von einem Signalprozessor,
der in der Lage ist, eine fotoelektrische Umwandlung und eine Signalverarbeitung
durchzuführen, über ein
Lichtleiterkabel 82 und Licht von den Lichtleitern 74, 76 wird an
den Signalprozessor übertragen
durch das Lichtleiterkabel 82.
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Wenn die Wafersensoreinheit 21 einen
Versatz bzw. ein Lösen
des Halbleiterwafers Wf bezüglich
des Toprings detektiert, erzeugt die Wafersensorein heit 21 ein
Ausgangssignal, das an den Signalprozessor gesendet wird, der sofort
die Drehung des Drehtischs 10 und des Toprings 20 stoppt.
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11 zeigt
in Blockdiagrammform ein Drehtischrotations- bzw. Drehsystem zum
Drehen des Drehtischs 10. Wie in 11 gezeigt ist, besitzt das Drehtischrotationssystem
eine Antriebsmotorsteuerung 85 zum Steuern eines Antriebsmotors 86, um
dadurch die Drehung des Drehtischs 10 mit einer vorgegebenen
Drehgeschwindigkeit zu drehen.
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Ein Ausgangssignal von der Wafersensoreinheit 21 wird
durch das optische Leiterkabel 82 zu einer fotoelektrischen
Wandler- und Verstärkungseinheit 83 übertragen,
welche das Signal in ein elektrisches Signal umwandelt und das elektrische
Signal verstärkt.
Das verstärkte
elektrische Signal wird in einen Signalprozessor 84 eingegeben,
der das elektrische Signal verarbeitet. In dieser Art und Weise
sendet, wenn der Versatz oder das Lösen des Halbleiterwafers Wf
bezüglich
des Toprings 20 detektiert wird, der Signalprozessor 84 ein
regeneratives Bremsbefehlssignal S an die Antriebsmotorsteuerung 85,
welche ein regeneratives Bremsen an den Antriebsmotor 86 anlegt.
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Bei dem obigen Ausführungsbeispiel
wird der Drehtisch 10 durch regeneratives Bremsen gestoppt.
Ein solches regeneratives Bremssystem kann jedoch mit einem mechanischen
Bremssystem ersetzt oder durch ein solches unterstützt werden,
welches eine Bremstrommel kombiniert mit dem Drehtisch 10 und
einem Bremsschuh, der ansprechend auf ein Bremsbefehlsignal von
dem Signalprozessor 84 gegen die Bremstrommel gedrückt werden
kann, aufweist. Die Drehung des Toprings 20 kann durch ein
regeneratives Bremssystem und/oder ein mechanisches Bremssystem
gestoppt werden oder alternativ kann einfach die Leistungsversorgung
zu dem Motor zum Drehen des Toprings 20 ausgeschaltet werden,
da die Trägheitskraft
des Toprings 20 relativ gering ist.
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Da die Wafersensoreinheit 21 einen
fotoelektrischen Sensor, wie beispielsweise einen Glanzsensor zum
Detektieren des Versatzes bzw. des Lösens des Halbleiterwafers Wf
bezüglich
des Toprings 20 verwendet, kann ein solcher Versatz bzw.
ein solches Lösen
des Halbleiterwafers Wf bezüglich
des Toprings 20 verlässlich
in einer kurzen Zeit detektiert werden, einfach durch Festsetzen
eines vorbestimmten Schwellenwertes für die Verarbeitung eines Ausgangssignals
von dem fotoelektrischen Sensor, ohne dass eine komplizierte Verarbeitung
durchgeführt wird.
Daher können
die Drehungen des Drehtischs 10 und des Toprings 20 rasch
gestoppt werden, um den Halbleiterwafer Wf und Bauteile der Poliervorrichtung
gegen eine Beschädigung
zu schützen.
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Wie sich aus der obigen Beschreibung
ergibt, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, da der Waferversetzungsdetektor entlang des Toprings
innerhalb eines Abstandes von 150 mm von dem Topring und stromabwärts von
dem Topring bezüglich
einer Richtung, in der sich der Drehtisch dreht, vorgesehen ist,
der Halbleiterwafer, der sich bezüglich des Toprings versetzt
bzw. gelöst
hat, genau während des
Polierens detektiert werden. Wenn der Versatz oder das Lösen des
Halbleiterwafers detektiert ist, dann kann der Poliervorgang sofort
gestoppt werden, um zu verhindern, dass der Halbleiterwafer und
Bauteile der Poliervorrichtung, einschließlich des Halterings, des Poliertuchs,
des Unterstützungskissens und
des Aufbereitungswerkzeugs, beschädigt werden. Bei den obigen
Ausführungsbeispielen
ist der Grund für
den Versatz bzw. des Lösens
des Halbleiterwafers ein Fehler beim Übertragen zwischen der Transfereinrichtung
und dem Topring, aber der Grund für den Versatz bzw. das Lösen ist
nicht darauf beschränkt.
Selbst wenn der Halbleiterwafer normal und ordnungsgemäß zu dem
Topring übertragen wurde,
kann der Halbleiterwafer durch den Spalt zwischen der Unterseite
des Toprings und der Oberseite des Poliertuchs während des Polierprozesses bezüglich des
Toprings versetzt bzw. gelöst
werden.
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Obwohl bestimmte, bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurden, sei bemerkt,
dass unterschiedliche Änderungen
und Modifikationen daran durchgeführt werden können, ohne
vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.