DE69823957T2

DE69823957T2 - Vorrichtung zum Polieren von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE69823957T2
Application number: DE69823957T
Authority: DE
Inventors: Eric H. Livermore Engdahl; Edward T. Jr. Gilroy Ferri; Wilbur C. Palo Alto Krusell; Rahul San Jose Jairath; Randall L. Watsonville Green; Anil Santa Clara Pant
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: US6336845B1; TW407312B; US20010036792A1; DE69823957D1; US6416385B2; ATE267070T1; DE69830374D1; KR19990045176A; EP0916452A3; KR100507432B1; JP4334642B2; US20010039168A1; EP0916452A2; TW406328B; US6517418B2; DE69830374T2; JPH11221758A; KR100521538B1; EP0916451A2; EP0916451A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Planarisierung von Halbleiterwafern unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahrens. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein verbessertes System, mit dem Halbleiterwafer beständig und effizient auf einem einzelnen integrierten Bearbeitungsweg planarisiert werden.
Halbleiterwafer werden normalerweise mit mehreren Kopien eines gewünschten integrierten Schaltungsaufbaus hergestellt und später zu einzelnen Chips getrennt. Ein verbreitetes Verfahren zum Ausbilden der Schaltungen auf einem Halbleiterwafer ist die Fotolithografie. Ein Teil des fotolithografischen Verfahrens macht es erforderlich, dass eine spezielle Kamera auf den Wafer fokussiert wird, um ein Bild der Schaltung auf den Wafer zu projizieren. Die Fähigkeit der Kamera, auf die Oberfläche des Wafers zu fokussieren, wird häufig durch Ungleichmäßigkeiten oder Unebenheiten der Waferoberfläche nachteilig beeinflusst. Diese Empfindlichkeit wird durch den gegenwärtigen Trend zu kleineren, höher integrierten Schaltungsaufbauten verstärkt. Wafer sind darüber hinaus normalerweise in Schichten aufgebaut, wobei ein Teil einer Schaltung in einer ersten Ebene erzeugt wird und leitende Kontaktlöcher hergestellt werden, um Verbindung zur nächsten Ebene der Schaltung herzustellen. Nachdem jede Schicht der Schaltung auf den Wafer geätzt worden ist, wird eine Oxidschicht aufgetragen, die es den Kontaktlöchern ermöglicht, hindurchzutreten, den Rest der vorangehenden Schaltungsschicht jedoch abdeckt. Jede Schicht der Schaltung kann Unebenheit des Wafers erzeugen oder verstärken, die geglättet werden muss, bevor die nächste Schaltungsschicht erzeugt wird. Die Waferherstellung ist ein empfindlicher Prozess, der anfällig für Schwebeteilchen ist und daher normalerweise in der strikt gesteuerten Umgebung eines "Reinraumes" ausgeführt wird.
Verfahren der chemisch-mechanischen Planarisierung (chemical mechanical planarization-CMP) werden eingesetzt, um den Ausgangswafer und jede anschließend hinzugefügte Materialschicht zu planarisieren. Verfügbare CMP-Systeme, die allgemein als Wa fer-Polierer bzw. -Poliereinrichtungen bezeichnet werden, verwenden häufig einen sich drehenden Waferhalter, der den Wafer in Kontakt mit einer Polierauflage bringt, die sich in der Ebene der zu planarisierenden Waferoberfläche dreht. Ein Polierfluid, wie beispielsweise ein chemisches Poliermittel oder eine Aufschlämmung, die Mikro-Schleifteilchen enthält, wird auf die Polierauflage aufgetragen, um den Wafer zu polieren. Der Waferhalter drückt den Wafer an die sich drehende Polierauflage und wird gedreht, um den Wafer zu polieren und zu planarisieren.
Obwohl dieser primäre Wafer-Polierprozess wichtig für die Waferherstellung ist, ist das primäre Waferpolieren allein lediglich ein Teil des CMP-Prozesses, der abgeschlossen werden muss, bevor der Wafer in den Reinraum zurückgeführt werden kann. CMP-Prozessschritte, die abgeschlossen sein müssen, bevor der Wafer wieder in den Reinraum zurückgeführt werden kann, schließen das Entfernen und Abspülen des Polierfluids von dem Wafer mit anschließendem Trocknen ein. Andere Schritte vor dem abschließenden Waschen, Spülen und Trocknen können ein zusätzliches Polieren einschließen, bei dem andere und nicht kompatible Chemikalien und Aufschlämmungen als in dem anfänglichen Polierprozess eingesetzt werden, sowie einen zusätzlichen Polierprozess, um feine Kratzer zu entfernen, die von den vorangehenden Polierschritten zurückgeblieben sind. Zwischenspülen zwischen diesen Schritten kann ebenfalls erforderlich sein. Vorhandene Vorrichtungen zum Planarisieren von Wafern sind häufig separate Maschinen, die erheblichen Raumbedarf haben und manuellen oder halbautomatischen Transport der Wafer von einer Maschine zur nächsten erforderlich machen. Jede Verzögerung bei der Überführung von Wafern von einer Maschine zur anderen kann Trocknen der chemischen Aufschlämmung ermöglichen, wodurch erhebliche Probleme beim Polieren bzw. Waschen der Wafer auftreten. Verzögerungen beim Überführen des Wafers zwischen Prozessen oder Maschinen kann auch dazu führen, dass die chemische Wirkung der chemischen Aufschlämmung zu lange anhält und den Polierprozess nachteilig beeinflusst.
EP-A-0706875 beschreibt eine CMP-Poliermaschine, die ein lineares Polierelement und eine Polierelement-Antriebsbaugruppe umfasst. Die CMP-Poliermaschine hat Fluidlager, die leicht eingestellt werden können, um Polierkräfte zu steuern. US-A-4187645 offenbart eine Band-Schleifmaschine.
Vorhandene Polier- und Wascheinrichtungen haben unterschiedliche Waferbearbeitungszeiten. Der Polierprozess dauert normalerweise länger als der Schwabbel- oder Waschprozess. Um die Waferbearbeitungszeit zu optimieren und die Anlagenausnutzung zu maximieren, werden bei bestimmten CMP-Bearbeitungsverfahren mehrere Wafer-Poliereinrichtungen eingesetzt, die jeweils nur einen einzelnen Planarisierungsschritt ausführen. Die Wafer von diesen separaten Poliereinrichtungen werden dann in der gleichen Schwabbel- oder Wascheinrichtung bearbeitet. Ein Problem bei diesem Verfahren besteht darin, dass Chargen von Wafern auf separaten Polierstationen bearbeitet werden, und es wahrscheinlicher ist, dass Unterschiede hinsichtlich der Polierung zwischen den Wafern auftreten. Um diese Unterschiede auf ein Minimum zu verringern, müssen vorhandene CMP-Systeme außerordentlich hohe Toleranzen für die Anlagen aufweisen und müssen die Bearbeitungsbedingungen auf jeder Poliereinrichtung genau reproduzieren. Die verschiedenen Waferhalter müssen in der Lage sein, die Wafer in dem gleichen Winkel zu halten und den gleichen Druck auf den Wafer auszuüben, wenn der Wafer an die Poliereinrichtung gehalten wird. Die Polierer müssen sich mit der gleichen Geschwindigkeit drehen und die gleiche Konsistenz und Menge an Poliermittel gewährleisten. Ohne strenge Toleranzen kann es zu Abweichungen bei der CMP-Bearbeitung kommen, die möglicherweise nachteilige Auswirkungen auf die Ausbeute bzw. die Leistung der Halbleiterschaltungen hat, die aus dem Wafer erzeugt werden.
Daher besteht ein Bedarf nach einem System und einem Verfahren zum Durchführen von CMP an einer Vielzahl von Halbleiterwafern auf effiziente und konsistente Weise.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wafer-Polierstation nach Anspruch 1 geschaffen. Die Ansprüche 2–17 beschreiben bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Durchführen chemisch-mechanischer Planarisierung einer Vielzahl von Halbleiterwafern, die einen einzelnen Bearbeitungsweg für jeden der Vielzahl von Halbleiterwafern realisiert, einen ersten Wafer-Transportmechanismus, der einen Halbleiterwafer von einer Beschickungsstation zu einer Überführungsstation bewegt. Ein zweiter Wafer-Transportmechanismus ist an die Überführungsstation angrenzend angeordnet und dient dazu, den Halbleiter wafer von der Überführungsstation zu einer Halbleiterwafer-Beschickungsvorrichtung zu bewegen. Die Wafer-Beschickungsvorrichtung beschickt eine Wafer-Fördereinrichtung mit einzelnen Wafern. Die Wafer-Fördereinrichtung hat eine Reihe von Wafer-Aufnahmebereichen und kann drehbar bewegt werden, um einen Halbleiterwafer in jedem der Vielzahl von Wafer-Aufnahmebereichen aufzunehmen. Die Wafer-Fördereinrichtung ist so eingerichtet, dass sie kontinuierliche Bewegung der Wafer in einem geschlossenen Kreislauf auf einem vorgegebenen Prozessweg ermöglicht, und ist so optimiert, dass sie jegliche Notwendigkeit von Rückführung auf dem Bearbeitungsweg umgeht. Eine erste primäre Polierstation, die an dem Bearbeitungsweg angeordnet ist, planarisiert einen Halbleiterwafer über eine vorgegebene Zeit, um einen teilweise planarisierten Halbleiterwafer herzustellen. Eine zweite primäre Polierstation, die an dem Bearbeitungsweg angeordnet ist, schließt die Planarisierung des teilweise planarisierten Halbleiters ab. Eine Nachbesserungs-Poliereinrichtung schwabbelt den planarisierten Wafer, um jegliche Kratzspuren zu entfernen, die von der ersten und der zweiten primären Polierstation zurückgelassen worden sind. Vorzugsweise werden die Wafer auch in einer Wafer-Förder-Beschickungseinrichtung gespült und in einer Wafer-Waschvorrichtung gewaschen und getrocknet, um Aufschlämmung und Teilchen vollständig zu entfernen. Jeder der Halbleiterwafer legt den einzelnen Bearbeitungsweg zurück.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein Halbleiterwafer-Überführungsmechanismus zum Transportieren eines Halbleiterwafers zwischen einer Wafer-Fördereinrichtung und einem Wafer-Bearbeitungspunkt offenbart. Der Überführungsmechanismus enthält eine drehbare, axial bewegliche Spindel. Ein Hebelarm ist an der Spindel angebracht, der ein Ende hat, das mit einem beweglichen Rahmen verbunden ist, sowie ein zweites Ende, das mit einem Feineinstell-Spindelantrieb verbunden ist, der an dem beweglichen Rahmen angebracht ist. Ein Grobeinstell-Spindelantrieb ist an einem stationären Rahmen angebracht und mit dem beweglichen Rahmen so verbunden, dass der Grobeinstell-Spindelantrieb den beweglichen Rahmen relativ zu dem stationären Rahmen in einer axialen Richtung der Spindel bewegen kann. Der Halbleiterwafer-Überführungsmechanismus wirkt mit abnehmbaren Wafer-Trageköpfen und einer drehbaren Wafer-Fördereinrichtung zusammen, um Wafer zwischen der Wafer-Fördereinrichtung und einer Polierstation oder einer Wafer-Förder-Beschickungseinrichtung zu bewegen. Der Grob- und der Feineinstell-Spindelantrieb ermöglichen einen zusätzlichen Grad der Steuerung des Drucks auf einen Wafer, der an einer Polierstation an eine Polierauflage gehalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines Halbleiter-Poliersystems einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine linke Seitenansicht des Wafer-Poliersystems in 1.
3 ist eine schematische Darstellung, die einen bevorzugten Wafer-Bearbeitungsflussweg in dem Wafer-Poliersystem in 1 und 2 darstellt.
4 ist eine Perspektivansicht eines bevorzugten Drehtisches zum Einsatz in dem System in 1 und 2.
5 ist eine Perspektivansicht einer zweiten bevorzugten Ausführung eines Drehtisches zum Einsatz in dem System in 1 und 2.
6 ist eine Perspektivansicht einer Wafer-Kopfbaugruppe von unten.
7 ist eine Perspektivansicht der Wafer-Kopfbaugruppe in 6 von oben.
8 ist eine Draufsicht auf eine Kopfhaltebaugruppe und eine Kopfbaugruppe, die in dem Wafer-Poliersystem in 1 eingesetzt werden.
9 ist eine Schnittansicht der Kopfhaltebaugruppe und des Kopf-Zwischenteils in 6 entlang der Linie 9-9 in 8.
10 ist eine Teildraufsicht auf Kopfhalte-Betätigungskolben, die an einen Kopfhaltemechanismus an dem Drehtisch in 4 angrenzend angeordnet sind.
11 ist eine Draufsicht auf einen zweiten bevorzugten Kopfhaltemechanismus zum Einsatz mit dem System in 1.
12 ist eine Draufsicht auf einen zweiten bevorzugten Werkzeug-Zwischenverbinder zum Einsatz mit dem Kopfhaltemechanismus in 11.
13 ist eine Schnittansicht der Kopfbaugruppe, die in dem Kopfhaltemechanismus in 11 angebracht ist.
14 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Kopf-Beschickungsbaugruppe zum Einsatz in dem Wafer-Poliersystem in 1.
15 ist eine Perspektivansicht einer bevorzugten Spindelantriebsbaugruppe zum Einsatz in dem Wafer-Poliersystem in 1 von hinten.
16 ist eine Seitenansicht der Spindelantriebsbaugruppe in 15.
17 ist eine Schnittansicht der Spindelantriebsbaugruppe entlang der Linie 17-17 in 16.
18 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten elektrischen und pneumatischen Steuerschaltung der Spindelantriebsbaugruppe.
19 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe zum Einsatz in dem System in 1.
20 ist eine Perspektivansicht einer bevorzugten primären Wafer-Poliervorrichtung zum Einsatz in dem Wafer-Poliersystem in 1 und 2 von oben.
21 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 21-21 in 20.
22 ist eine Teil-Perspektivansicht der primären Wafer-Poliervorrichtung in 20.
23 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 23-23 in 20.
24 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten elektrischen und pneumatischen Steuerschaltung für die primäre Poliervorrichtung in 20.
25 ist eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ablenkwalze zum Einsatz in der primären Poliervorrichtung in 20.
26 ist eine Perspektivansicht einer bevorzugten Auflageplatten-Baugruppe zum Einsatz in der primären Poliervorrichtung in 20.
27 ist eine Explosionsdarstellung der Auflageplatten-Baugruppe in 26.
28 ist eine Perspektivansicht einer bevorzugten Auflageplatten-Einstell-Hebeeinrichtung, die in der primären Poliervorrichtung in 20 eingesetzt wird.
29 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Nachbesserungs-Poliereinrichtung zum Einsatz in dem Wafer-Poliersystem in 1.
30 ist eine Vorderansicht der Nachbesserungs-Poliereinrichtung in 29.
31 ist ein Blockschaltbild der Steuerschaltung und der Übertragungswege, die in dem Wafer-Poliersystem in 1 und 2 eingesetzt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Eine bevorzugte Ausführung eines Wafer-Poliersystems 10 ist in 1–3 dargestellt. Das System 10 hat eine vordere Rahmenbaugruppe 12 und eine hintere Rahmenbaugruppe 14, die mit der vorderen Rahmenbaugruppe 12 verbunden ist. Das System 10, das normalerweise in einer Halbleiterwafer-Herstellungseinrichtung eingesetzt wird, nimmt Halbleiterwafer von wenigstens einem Wafer-Halter, wie beispielsweise einer Kassette 16 oder einem Kassettenhalter, wie beispielsweise einer Einrichtung vom Typ Ergo Loader (von Hine Design, Inc. zu beziehen), auf, die an dem Ende der vorderen Rahmenbaugruppe 12 angeordnet ist. Die Halbleiterwafer werden, wie weiter unten ausführlicher erläutert, vollständig verarbeitet aus den Kassetten 16 entnommen und durch das System 10 in die Kassetten 16 in sauberem, trockenem und gleichmäßig planarisiertem Zustand an die gleiche oder eine vorgegebene andere Position zurückgeführt.
Die vordere Rahmenbaugruppe 12 ist so dimensioniert, dass sie die Wafer-Kassette 16 mit der gewünschten Größe aufnimmt. Jede Kassette 16 enthält mehrere Wafer. Die Kassetten 16 können manuell an einer Eingabe-/Ausgabe-Warteschlange zugeführt werden, oder automatisch unter Verwendung eines SMIF (standard module interface)-Trägers 18. Jede beliebige Anzahl von Kassetten 16 kann mit dem bevorzugten Wafer-Poliersystem eingesetzt werden, und die Kassetten können aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polypropylen, einem Teflon-Material oder jedem beliebigen anderen Material zum Aufnehmen der Wafer hergestellt werden. Ein Trockenumgebungs-Roboter 20 ist im Inneren der vorderen Baugruppe 12 an die Kassetten 16 angrenzend angeordnet. Der Trocken-Roboter 20 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass er Wafer aus der Kassette 16 nimmt und sie wieder in sie zurückführt. Ein geeigneter Roboter 20 zum Einsatz in der vorderen Baugruppe 12 ist das von Hine Design, Inc. hergestellte Modell Nr. 04300-038. Eine Wafer-Überführungsstation 22, die im Inneren der vorderen Baugruppe 12 zwischen dem Trocken-Roboter 20 und der hinteren Baugruppe 14 angeordnet ist, nimmt während der Bearbeitung Wafer von dem Trocken-Roboter 20 auf. Die Überführungsstation 22 enthält vorzugsweise eine Wafer-Aufnahmeplattform, die zur Aufnahme eines Halbleiterwafers von dem Trocken-Roboter 20 geeignet ist. Die Überführungsstation 22 führt Vorausrichtung der Wafer aus und ist so ausgeführt, dass sie Zugang zu einem Nassumgebungs-Roboter 24 ermöglicht, der sich in der hinteren Baugruppe 14 befindet. Geeignete Überführungsstationen können von Hine Design, Inc. bezogen werden.
Die vordere Baugruppe 12 enthält des Weiteren eine Anzeigeeinrichtung 26, die die grafische Benutzerschnittstelle (graphic user interface-GUI) 28 zum Betätigen des gesamten Wafer-Poliersystems 10 zeigt. Die GUI ist vorzugsweise an die Kassetten 16 angrenzend an dem Teil der vorderen Baugruppe angeordnet, der in den Reinraum hinein vorsteht. Die GUI 28 ermöglicht es Benutzern vorzugsweise, mit dem System 10 in Interaktion zu treten, um Bearbeitungsparameter zu verändern und den Fortschritt zu überwachen. Die Anzeigeeinrichtung 26 kann eine normale Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung oder eine andere geeignete visuelle Anzeigevorrichtung sein.
Ein Filter 30, vorzugsweise ein HEPA (high efficiency particulate attenuator)-Filter ist in der vorderen Baugruppe 12 angebracht, um zu verhindern, dass Teilchen den Wafer verunreinigen. Des Weiteren ist eine Waschbaugruppe 32 in der vorderen Baugruppe 12 angeordnet, wobei ein Ende an die hintere Baugruppe 14 angrenzt, und das andere an den Trocken-Roboter 20 angrenzt. Die Wascheinrichtung reinigt Wafer, die in der hinteren Baugruppe bearbeitet worden sind, mechanisch und chemisch und spült und trocknet die Wafer dann, bevor der Trocken-Roboter sie in die Kassetten 16 zurückführt. Wafer, die aus der hinteren Baugruppe austreten, machen häufig mechanisches Waschen erforderlich, um die Teilchen der chemischen Aufschlämmung gründlich zu entfernen, die von dem Polier- bzw. Schwabbelvorgang zurückbleiben, der in der hinteren Baugruppe 14 abläuft. Eine geeignete Wascheinrichtung ist die doppelseitige Wascheinrichtung (double side scrubber-DSS), die von OnTrak System, Inc. hergestellt wird. Ein Vorteil des Verfahrens und des Systems, wie sie gegenwärtig bevorzugt werden, besteht in der "Trocken-Hinein-Trocken-Heraus"-Bearbeitung von Wafern, bei der die Wafer in einem trockenen, teilchenfreien Zustand in das System eingeführt und aus ihm entfernt werden.
Die Halbleiterwafer werden, wie oben beschrieben, über einen Nass-Roboter 24 von der vorderen Baugruppe 12 zu der hinteren Baugruppe 14 überführt. Der Begriff "Nass" bezieht sich auf die nasse Umgebung, in der der Roboter arbeitet. Diese nasse Umgebung wird durch das Vorhandensein von Chemikalien, Feuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit erzeugt, die beim Polieren und Schwabbeln der Wafer in der hinteren Baugruppe 14 eingesetzt und erzeugt werden. Obwohl ein einzelner Roboter eingesetzt werden könnte, um die Waferüberführung zwischen den Kassetten 16 und den Bearbeitungsstationen in dem System 10 abzuwickeln, werden zwei Roboter 20, 24 bevorzugt, um die Isolierung von chemischer Aufschlämmung und Teilchen gegenüber den Kassetten und allen bearbeiteten Wafern zu verbessern. Ein geeigneter Nass-Roboter 24 ist das von Hine Design, Inc. hergestellte Modell Nr. 04300-25.
In der hinteren Baugruppe 14 wirkt der Roboter 24, wie am besten in 3 dargestellt, mit einer Kopf-Beschickungseinrichtung 34 zusammen. Die Kopf-Beschickungseinrichtung 34 ist in der Lage, eine Wafer-Fördervorrichtung, vorzugsweise einen drehbaren Drehtisch 36, wie in 4 dargestellt, mit Halbleiterwafern zu beschicken und sie von ihr zu entnehmen. Der Drehtisch 36 hält lösbar mehrere Wafer, wobei jeder Wafer separat von den anderen gehalten wird. Der Drehtisch 36 bewegt sich in einer Richtung, um jeden Wafer durch den kompletten Kreis von Bearbeitungsstationen zu befördern, bevor er zu der Kopf-Beschickungsstation 34 zurückgeführt wird, an der der vollständig polierte Halbleiterwafer entnommen und über die vordere Baugruppe 12 wieder zu den Kassetten 16 zurückgeführt wird. Die erste und die zweite Bearbeitungsstation auf dem Weg des Drehtisches 36 in der hinteren Baugruppe 14 sind primäre Wafer-Poliervorrichtungen 38, vorzugsweise lineare Wafer-Poliereinrichtungen, die chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) durchführen können. Obwohl lineare Poliereinrichtungen bevorzugt werden, können ohne weiteres andere Typen von Poliervorrichtungen, so beispielsweise Drehpoliereinrichtungen, in der modularen Konstruktion des Wafer-Poliersystems 10 eingesetzt werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung sind die primären Wafer-Poliervorrichtungen Poliereinrichtungen, die so ausgeführt sind, dass sie Material von einem Wafer mit einer Rate von wenigstens 1000 Angstrom pro Minute (Å/min) entfernen.
Nachdem der Drehtisch einen Wafer zu jeder der primären Wafer-Poliervorrichtungen transportiert hat, transportiert der Drehtisch 36 den Wafer zu der dritten Bearbeitungsstation, vorzugsweise einer Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40, wie beispielsweise einer Dreh-Schwabbeleinrichtung. Eine geeignete Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 ist eine Exzenter-Poliereinrichtung, die von Guard, Inc. bezogen werden kann. Es kann jede beliebige einer Reihe von Dreh- oder Linear-Nachbesserungs-Poliervorrichtungen eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff "Nachbesserungs-Poliervorrichtung" auf eine Wafer-Schwabbelvorrichtung, die Restkratzer, die auf der Oberfläche des Wafers von den primären Polierschritten zurückgeblieben sind, mit einer Rate von weniger als 1000 Å/min und am besten mit einer Rate zwischen 50 und 500 Å/min entfernt. Die oben stehende allgemeine Beschreibung der Komponenten in der hinteren Baugruppe 14 wird weiter unten ausführlicher weitergeführt. Der Begriff "Bearbeitungsstation", wie er im Folgenden benutzt wird, dient im Allgemeinen zur Bezeichnung der Kopf-Beschickungseinrichtung 34, der primären Poliervorrichtung 48 sowie der Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40.
WAFER-FÖRDEREINRICHTUNG
4 zeigt am besten eine erste bevorzugte Ausführung eines Drehtisches 36, der in der hinteren Rahmenbaugruppe 14 über allen primären und der Nachbesserungs-Poliervorrichtung 38, 40 angebracht ist. Der Drehtisch 36 befördert, wie oben erwähnt, Halbleiterwafer zu jeder Bearbeitungsstation, so dass alle Halbleiterwafer die gleichen Bearbeitungsschritte auf den gleichen Bearbeitungsstationen durchlaufen. Der Drehtisch 36 hat vorzugsweise eine Vielzahl von Kopf-Aufnahmebereichen 42, die gleichmäßig um den Drehtisch herum beabstandet sind. Der Drehtisch 36 hat eine mittige Nabe 44, die mit einer Drehwelle 46 (2) über eine motorgetriebene Dreheinrichtung 45 verbunden ist, die über oder unter dem Drehtisch 36 angebracht ist. Der Drehtisch 36 ist vorzugsweise unter der motorgetriebenen Dreheinrichtung 45 angebracht. Diese Ausführung von Drehtisch 36 und Dreheinrichtung 45 ermöglicht eine kompaktere Zusammenfassung von Bearbeitungsstationen unter dem Drehtisch. Diese Ausführung verhindert auch das Heruntertropfen möglicher Verunreinigungen von dem Drehtisch in die Dreheinrichtung oder eine Lagerbaugruppe. Der Drehtisch 36 kann in genauen Schritten in eine Richtung um durchgehende 360°-Drehungen von einem Motor gedreht werden, der mit der motorgetriebenen Dreheinrichtung 45 verbunden ist. Der Motor 47, der mit der Dreheinrichtung 45 verbunden ist, bewegt bei der dargestellten Ausführung die Dreheinrichtung um 90°-Drehungen. In anderen Ausführungen können kleinere oder größere Drehschritte mit einer entsprechend ausgewählten Dreheinrichtung ausgeführt werden. Wenn beispielsweise mehr als vier Wafer-Aufnahmebereiche und damit mehr als vier Wafer auf dem Drehtisch 36 angeordnet sind, kann der Drehschritt proportional bemessen sein, um genaue Anordnung jedes Wafers über einer Bearbeitungsstation zu gewährleisten, die unterhalb des Drehtischs angeordnet ist. Der Drehtisch 36 bewegt sich am besten in einer Richtung und kehrt die Richtung während des Wafer-Polierprozesses nicht um.
Ein Dreh-Rückkopplungssystem 49 überwacht die Position des Drehtischs 36. Das Dreh-Rückkopplungssystem besteht aus einem Drehcodierer 51, der über ein Codierer-Antriebskettenrad 53 und eine Codierer-Antriebskette 55 mit der Drehwelle 46 verbunden ist. Signale von dem Drehcodierer 51 werden zu einer Transportmodul-Steuerung 316 (siehe 31) geleitet, die die Bewegung der Wafer überwacht und den Motor 47 steuert, der die Dreheinrichtung 45 antreibt. Kunststoffbeschichtetes Aluminium oder rostfreier Stahl sind geeignete Materialien für den Drehtisch. Eine motorgetriebene Dreheinrichtung, wie beispielsweise Camco 902RDM4H32-330, kann eingesetzt werden, um den Drehtisch genau zu drehen.
In einer anderen bevorzugten Ausführung kann die Wafer-Fördereinrichtung ein Drehtisch 436 sein, der so ausgeführt ist, dass er ein geringeres Gewicht hat, wie dies in 5 dargestellt ist. In dieser Ausführung wird für den Drehtisch 436 ein Rahmen verwendet, der aus Tragarmen 448, die sich von der mittigen Nabe 444 erstrecken, statt aus einem massiven Material besteht. Die Wafer-Aufnahmebereiche 442 sind an den Enden der Tragarme 448 angeordnet. In Umfangsrichtung angeordnete Träger 450 verleihen dem Drehtisch 436 zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit. Wie für den Fachmann auf der Hand liegt, können andere Drehtischausführungen realisiert werden.
KOPF-BAUGRUPPE UND KOPFHALTE-BAUGRUPPE
Die Halbleiterwafer werden, wenn sie den Prozessweg durchlaufen, der durch die Drehplatte vorgegeben wird, jeweils von einer anderen Kopfbaugruppe 52 gehalten. Jede Kopfbaugruppe 52 nimmt, wie in 6 und 7 dargestellt, einen Wafer auf. 6 zeigt die Wafer-Aufnahmeplatte 54 der Kopfbaugruppe 52. Wenn ein Wafer aufgenommen wird, hält die Kopfbaugruppe 52 den Wafer an der Wafer-Aufnahmeplatte 54 innerhalb der Grenze, die durch den Haltering 56 gebildet wird, der die Ebene der Wafer-Aufnahmeplatte 54 umgibt und sich über sie hinaus erstreckt. Eine Vielzahl von Perforationen bzw. Fluidleitungen 58 ist um die Wafer-Aufnahmeplatte 54 herum verteilt. Diese Fluidleitungen 58 unterstützen die Kopfbaugruppe 52 beim Halten des Wafers entweder über Oberflächenspannung oder ein Teilvakuum, das zwischen dem Wafer und der Aufnahmeplatte 54 erzeugt wird. Ein äußerer Ring 60 sowie ein Kopf-Zwischenteil 66 halten den unteren Abschnitt der Kopfbaugruppe 52 zusammen. Schlitze 64 und konzentrische vorstehende Ringe 62 sind, wie in 7 dargestellt, an dem Kopfhalter 66 angeordnet.
Die Schlitze 64 und Ringe 62 ermöglichen es, den Kopfhalter 66 lösbar mit einem Werkzeugwechsel-Zwischenteil 80 zu verbinden. Die Verbindung des Kopfbaugruppen-Zwischenteils und des Werkzeugwechsel-Zwischenteils ist am besten in 8 und 9 dargestellt. Das Kopf-Zwischenteil 66 ist zur Verbindung mit dem Kopf ausgeführt. Das Werkzeugwechsel-Zwischenteil 80 ist vorzugsweise zum Eingriff mit dem Kopf- Zwischenteil 66 an einer Seite und der Aufnahmehälfte eines normalen zweiteiligen Werkzeugwechslers an der anderen Seite bestimmt. Ein geeigneter zweiteiliger Werkzeugwechsler kann von Robotic Accessories (Tipp City, Ohio) bezogen werden. Ein Vorteil der vorliegenden Kopfbaugruppe 52 besteht darin, dass jede beliebige Anzahl von allgemein erhältlichen Wafer-Halteköpfen und Werkzeugwechslern eingesetzt werden kann, indem eine entsprechende Kopf-Zwischenplatte oder ein Werkzeugwechsler-Zwischenteil 80 bereitgestellt werden. Das Werkzeugwechsler-Zwischenteil 80 ist, wie in 4, 8 und 9 zu sehen ist, ebenfalls lösbar mit der Kopfhaltebaugruppe 68 verbunden, die an jedem Wafer-Aufnahmebereich 42 an dem Drehtisch 36 angebracht ist, und verbindet so die Kopfbaugruppe 52 mit dem Drehtisch 36. Die Kopfhaltebaugruppe 68 besteht aus einer ringförmigen Wand 70, die mit Schrauben 72 an dem Drehtisch 36 angebracht ist. Obwohl 4 zu Anschauungszwecken nur eine Kopf-Haltereinrichtung zeigt, ist eine Kopfhaltebaugruppe 68 vorzugsweise an jedem Wafer-Aufnahmebereich 42 an dem Drehtisch 36 angebracht. In einer bevorzugten Ausführung ist ein Schlitzring 74 fest in der ringförmigen Wand 70 angeordnet, wobei der Ring 74 aus einem Metallmaterial besteht, und die Wand 70 aus einem Kunststoffmaterial besteht, um das Gewicht zu verringern. Die ringförmige Wand 70 ist mit zwei Vorsprüngen 76 verbunden, die sich von der ringförmigen Wand 70 aus erstrecken. Die Vorsprünge 76 können bewegt werden, um die Wand 70 und den angebrachten Ring 74 zu drehen. Durch die Drehung werden Kugellager 78 eingezogen, die den Werkzeugwechsler-Zwischenabschnitt 80 der Kopfbaugruppe halten. Schlitze in dem Schlitzring 74 nehmen die Kugellager 78 auf und ermöglichen es, dass die Spindelantriebsbaugruppe 180 (16) mit der Kopfbaugruppe in Eingriff kommt und sie zu der Bearbeitungsstation nach unten bewegt. Wenn der Wafer von der Bearbeitungsstation auf dem Drehtisch aufgenommen wird, wird die Kopfbaugruppe 52 wieder mit dem Kopf-Haltemechanismus 68 verbunden. Dies wird erreicht, indem wieder auf die Vorsprünge 76 gedrückt wird, um die ringförmige Wand 70 und den Schlitzring 74 zu drehen, und die Kugellager mit der ringförmigen Wand 79 um den Werkzeugwechsler-Trägerabschnitt 80 der Kopfbaugruppe 52 herum in Kontakt zu bringen.
Die Kopfhaltebaugruppe 68 ermöglicht auch eine DI-Wasserspülung der Wafer- und Kopfbaugruppe während der Drehung des Wafers auf dem Drehtisch. Ein DI-Wasser-Anschluss 69 an der Außenseite der Kopfhaltebaugruppe nimmt DI-Wasser aus einer Rohrleitung (nicht dargestellt) an dem Drehtisch 36 auf. Der DI-Anschluss 69 ist, wie in 9 zu sehen ist, mit einem Umfangskanal 71 verbunden, um der Kopfbaugruppe DI-Wasser zuzuführen. Ein Durchlass 73 in der Kopfhaltebaugruppe öffnet sich zu einem Spülspalt 75 zwischen der Kopfbaugruppe 52 und der Kopfhaltebaugruppe 68. DI-Wasser oder ein anderes gewünschtes Reinigungsmittel kann in den DI-Anschluss 69 eingeleitet werden und strömt auf den Wafer und die Kopfbaugruppe 52 nach außen, um verbliebene Reinigungsmittel zu entfernen. Der Reinigungsprozess kann ablaufen, während sich die Wafer zwischen Bearbeitungsstationen bewegen, und erleichtert so den Einsatz von chemisch inkompatiblen Poliermitteln an verschiedenen Bearbeitungsstationen.
Ein Paar Kopfhalte-Betätigungskolben 59 wirken, wie in 10 dargestellt, mit den Vorsprüngen 76 an der Kopfhaltebaugruppe 68 zusammen, um die Kopfbaugruppe an der Kopfhaltebaugruppe zu arretieren bzw. davon zu lösen. Ein Paar Kopfhalte-Betätigungskolben 59 befindet sich an dem Rahmen der hinteren Baugruppe an jede der Bearbeitungsstationen in dem System 10 angrenzend. Die Kolben sind mit Befestigungsbügeln 61 an dem Rahmen befestigt und bewegen sich nicht auf dem Drehtisch. Die Kolben sind so angebracht, dass sie auf jeden Kopf-Haltemechanismus ausgerichtet sind, wenn die schrittweise Drehbewegung des Drehtischs jeden der momentan in dem Drehtisch angebrachten Wafer zu der jeweiligen nächsten Bearbeitungsstation bringt. Die Kolben 59 haben jeweils einen Kontaktkopf 63 an dem Ende eines Schafts 65, der dazu dient, auf einen Vorsprung 76 zu drücken und so die Kopfbaugruppe an dem Drehtisch 36 zu arretieren bzw. davon zu lösen. Beliebige einer Anzahl allgemein verfügbarer pneumatischer oder hydraulischer Kolben können eingesetzt werden. Die Kolben 59 werden vorzugsweise von der Transportmodul-Steuerung 316 (31) gesteuert, um die Kopfbaugruppe 52 mit der Spindelantriebsbaugruppe 108, 109 (siehe 15–19) koordiniert zu arretieren oder zu entarretieren.
11–13 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführung einer Kopfhaltebaugruppe 468. In dieser Ausführung sind separate Kopfhalte-Betätigungskolben nicht erforderlich. Die Kopfhaltebaugruppe 468 enthält, wie in 11 dargestellt, einen Kopfbaugruppen-Verbindungsring 469, der an der ringförmigen Wand 470 an jedem Kopf-Aufnahmebereich des Drehtischs angebracht ist. Der Ring 469 hat einen inneren Flansch 471 mit einer Vielzahl von Werkzeugwechsler-Zwischenteil-Durchgangsschlitzen 472, die in einer asymmetrischen Struktur um den inneren Flansch 471 herum angeordnet sind. Die Durchgangsschlitze 472 dienen zur Aufnahme von Bolzen 474, die sich radial vom Außenumfang eines Werkzeugwechsler-Zwischenteils 480 aus erstrecken, das an der Kopfbaugruppe angebracht ist. Jeder Durchgangsschlitz 472 ist um einen vorgegebenen Umfangsabstand von einer Bolzenhalte-Aussparung 473 beabstandet. Jede Bolzenhalte-Aussparung wird durch einen vertieften Abschnitt an dem inneren Flansch 471 gebildet.
Die Spindelantriebsbaugruppe an jeder Bearbeitungsstation arretiert, wie weiter unten ausführlicher erläutert, die Kopfbaugruppe in dem Kopf-Haltemechanismus in 11-13, indem die Bolzen 474 an dem Werkzeugwechsler-Zwischenteil auf die Durchgangsschlitze 472 ausgerichtet werden, die Kopfbaugruppe angehoben wird, bis die Bolzen 474 durch die Durchgangsschlitze 472 hindurchtreten, und die Kopfbaugruppe gedreht und anschließend abgesenkt wird, bis die Bolzen in den Bolzenhalte-Aussparungen 473 sitzen. Die asymmetrische Struktur aus Schlitzen und entsprechenden Bolzen ermöglicht eine unvertauschbare Passung, um zu gewährleisten, dass jede Kopfbaugruppe in der gleichen Ausrichtung bei jeder Überführung der Kopfbaugruppe zwischen dem Drehtisch und einer Bearbeitungsstation auf den Drehtisch aufgesetzt wird. Die Kopfhaltebaugruppe, die 11–13 dargestellt ist, ist insofern vorteilhaft, als keine separaten Kolben erforderlich sind, um die Kopfhaltebaugruppe zu arretieren oder zu entarretieren. Stattdessen führen die Spindelantriebsbaugruppen die erforderlichen Schritte des Ausrichtens und Arretierens der Kopfbaugruppe an dem Drehtisch aus.
KOPF-BESCHICKUNGSEINRICHTUNG
14 stellt die Kopf-Beschickungseinrichtung 34 dar, die bei einem Beschickungs-/Entnahmevorgang mit der Kopfbaugruppe 52 und dem Drehtisch 36 zusammenwirkt. 14 zeigt der Einfachheit halber nicht die gesamte Kopfbaugruppe 52 bzw. die Kopfbeschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 (19), die mit der Kopfbaugruppe 52 verbunden ist. Die Kopf-Beschickungseinrichtung 34 dient dazu, einen vorausgerichteten Wafer vor dem Polieren auf die Kopfbaugruppe aufzusetzen und den Wafer zu entfernen, nachdem er poliert und geschwabbelt worden ist. Des Weiteren wirkt die Kopf-Beschickungseinrichtung als eine Spülstation zum Abspülen von überschüssiger Aufschlämmung von der Kopfbaugruppe und dem Wafer mit vollentsalztem (deionized-DI) Wasser beim Entnehmen des Wafers. Andere Reinigungschemikalien können sepa rat oder in Kombination mit DI-Wasser von Düsen in der Kopf-Beschickungseinrichtung 34 aufgetragen werden. Die Kopf-Beschickungseinrichtung 34 besteht aus einem vertikal beweglichen Spül-Einschlusskübel 90, der eine Wafer-Überführungsbaugruppe 92 umgibt. Die Überführungsbaugruppe 92 enthält einen zylindrischen Tragering 94, der koaxial auf einen Ausrichtring 96 ausgerichtet ist. Ein Zylinderschaft 102, der von einem pneumatischen Zylinder 98 angetrieben wird, der an dem Rahmen 99 angebracht ist, ist mit dem Kübel 90 verbunden. Der Zylinder 98 hebt den Kübel an und senkt ihn ab. Vorzugsweise kann der Zylinder 98 den Kübel 90 bis zur Unterseite der Drehplatte 36 anheben, um eine Dichtung mit der Drehplatte zu bilden. Die Dichtung ist erforderlich, damit der Wafer und die Kopfbaugruppe während eines Wechsels zwischen der Kopf-Beschickungsvorrichtung und der Drehplatte gespült werden können. Die Dichtung kann ein O-Ring 91 sein, der um die Öffnung des Kübels 90 herum angeordnet ist.
Im Inneren des Kübels können der Kopf-Ausricht- und der Wafer-Tragering 96, 94 unabhängig von dem Kübel von einem linearen Stellglied 97 über eine Hebestange 101 bewegt werden. Das lineare Stellglied 97 bewegt sowohl den Ausrichtring 96 als auch den Wafer-Tragering 94. Das lineare Stellglied 97 hebt den Kopf-Ausrichtring 96 und den Wafer-Tragering 94 an, bis der Kopf-Ausrichtring 96 den Wafer-Tragering 94 mit der Kopfbaugruppe 52 in Eingriff bringt und ihn darauf ausrichtet. Wenn Ausrichtung auf die Kopfbaugruppe 52 erreicht ist, hebt eine zweites Stellglied 121 den Wafer-Tragering 94 unabhängig an, um den Wafer zu der Kopfbaugruppe zu überführen bzw. von ihr aufzunehmen. Der Wafer und die Kopfbaugruppe werden von Sprühdüsen 100, die an einem Träger 103 an den Kopf-Ausricht- und den Wafer-Tragering 96, 94 angrenzend angeordnet sind, gespült. Vorzugsweise sprühen die Düsen DI-Wasser und zusätzliche Reinigungschemikalien, wie beispielsweise ein oberflächenaktives Mittel, um den polierten Wafer sauberzuspülen und auch den Kopf zu spülen, bevor ein unpolierter Wafer zur Bearbeitung auf den Kopf überführt wird.
SPINDELANTRIEBSBAUGRUPPEN
Zusätzlich zu der Kopf-Beschickungseinrichtung, die einen Wafer anhebt oder auf den Drehtisch 36 absenkt, senkt eine Spindelantriebsbaugruppe die Kopfbaugruppe 52 von dem Drehtisch ab. Vorzugsweise werden zwei Typen von Spindelantriebsbaugruppen in dem gegenwärtig bevorzugten System 10 eingesetzt. Ein erster Typ Spindelantriebs baugruppe ist gegenüber der Kopf-Beschickungseinrichtung 34 angeordnet. Ein zweiter Typ Spindelantriebsbaugruppe ist an jeder der verbleibenden Bearbeitungsstationen entlang des Prozessweges angeordnet, der durch den Drehtisch gebildet wird. Beide Typen von Spindelantriebsbaugruppen verbinden eine Spindel lösbar mit der Kopfbaugruppe von oberhalb des Drehtischs unter Verwendung eines Roboter-Werkzeugwechslers, der einen Einführabschnitt 81, der mit der Spindel 110 verbunden ist, und einen Aufnahmeabschnitt 83 hat, der an jeder Kopfbaugruppe 52 angebracht ist.
1 und 2 zeigen am besten die Position der Spindelantriebsbaugruppen 108 für die primäre Poliereinrichtung und die Nachbesserungs-Poliervorrichtung, die in dem Wafer-Poliersystem 10 eingesetzt werden. Obwohl die Spindelantriebsbaugruppe an der Kopf-Beschickungseinrichtung 34 vorzugsweise eine vereinfachte Version der Spindelantriebsbaugruppe 108 an den anderen Bearbeitungsstationen ist, kann die kompliziertere Spindelantriebsbaugruppe 108 auch an der Kopf-Beschickungseinrichtung eingesetzt werden. Die Kopfbaugruppe 52 kann, wie oben beschrieben, mit einer Kopfhaltebaugruppe 68 abnehmbar an dem drehbaren Drehtisch angebracht werden. An jeder Bearbeitungsstation auf dem Weg des Drehtischs kommt eine Spindelantriebsbaugruppe 108 mit der Kopfbaugruppe in Eingriff, hält die Kopfbaugruppe 52, während sie von der Kopfhaltebaugruppe an dem Drehtisch 36 gelöst wird, und bewegt die gelöste Kopfbaugruppe 52 und den Wafer nach unten zu der Bearbeitungsstation. Wenn die Bearbeitung an der Bearbeitungsstation abgeschlossen ist, hebt die Spindelantriebsbaugruppe 108 die Kopfbaugruppe und den Wafer wieder nach oben zu dem Drehtisch, arretiert den Wafer und die Kopfbaugruppe in dem Kopf-Haltemechanismus und löst sich von der Kopfbaugruppe. Der Drehtisch kann sich dann frei an den nächsten Drehpunkt drehen, und der Prozess des Lösens des Wafers und der Kopfbaugruppe von dem Drehtisch wiederholt sich simultan an jeder Bearbeitungsstation in dem Wafer-Poliersystem 10.
Als Alternative dazu kann die Spindelantriebsbaugruppe 108 die Kopfbaugruppe direkt entarretieren oder arretieren, wenn der Kopf-Haltemechanismus in 11–13 eingesetzt wird. Die Spindelantriebsbaugruppe 108 dreht die Kopfbaugruppe, bis die Bolzen 474 auf die Durchgangsschlitze 472 ausgerichtet sind. Die Spindelantriebsbaugruppe kann dann die Kopfbaugruppe leicht anheben und sie drehen, bis die Bolzen in den Bolzenhalte-Aussparungen 473 an dem Flansch 471 sitzen. Die Spindelantriebsbaugruppe kann dann die Kopfbaugruppe freigeben, indem sie sich von dem Aufnahmeabschnitt des Werkzeugwechslers löst. Der Prozess wird umgekehrt, wenn die Kopfbaugruppe wieder an der nächsten Bearbeitungsstation von der Spindelantriebsbaugruppe ergriffen und zur Bearbeitung abgesenkt wird. Ein Vorteil des gegenwärtig bevorzugten Systems 10 besteht darin, dass die Wafer, die bearbeitet werden, unter Verwendung der lösbaren Kopfbaugruppen simultan zwischen den Bearbeitungsstationen bewegt werden können, ohne dass versucht werden muss, das Gewicht und Volumen der gesamten Spindelantriebsbaugruppe zu bewegen.
Eine bevorzugte Spindelantriebsbaugruppe 108 ist im Detail in 15–18 dargestellt. Die Spindelantriebsbaugruppe 108 enthält eine Spindel 110, die sich vertikal durch die Baugruppe 108 erstreckt. Die Spindel 110 ist drehbar und verschiebbar in einem Paar Lagerbaugruppen 112 angebracht, die zu einander gegenüberliegenden Enden der Spindel 110 hin angeordnet sind. Die Lagerbaugruppen sind vorzugsweise Kugel-Nutenlager (ball spline bearings), die es der Spindel 110 ermöglichen, entlang ihrer Achse zu gleiten und sich um diese herum zu drehen. Ein geeigneter Typ Kugel-Nutenlager ist der Typ LTR-Lager, der von THK, Inc. bezogen werden kann.
Die Spindel 110 hat, wie in 17 dargestellt, eine hohle Bohrung 114, die sich über die Länge der Spindel 110 erstreckt. Eine Vielzahl von Fluidleitungen 116 ist in der hohlen Bohrung 114 angeordnet. Die Fluidleitungen 116 können Luft oder Flüssigkeit aufnehmen oder ein Vakuum aufnehmen. Je nach dem Typ der Kopfbaugruppe 52, die in dem System 10 eingesetzt wird, werden einige oder alle dieser Leitungen 116 genutzt. Eine Drehkupplung 118 ist an dem Ende der Spindel 110 gegenüber der Kopfbaugruppe 52 angebracht. Eine flexible Rohrleitung (nicht dargestellt), die jedes beliebige gewünschte Fluid oder Vakuum leitet, ist an der Drehkupplung 118 angebracht und mit den Leitungen 116 an der Spindel 110 verbunden.
Die Spindel 110 wird von einem Servo-Getriebemotor 120 gedreht, der an dem Rahmen der Spindelantriebsbaugruppe 108 befestigt ist. Der Servo-Getriebemotor 120 dreht einen Riemen (nicht dargestellt), der seinerseits eine Zwischen-Antriebsriemenscheibe 122 dreht, die mit der Spindel 110 verbunden ist. Axiale Bewegung der Spindel 110 wird mit einem Grobeinstellmechanismus 124 und einem Feineinstellmechanismus 126 gesteuert. Der Grobeinstellmechanismus 124 ist vorzugsweise ein Spindelantriebs-Stell glied, beispielsweise eine Spindelantriebs-Stellglied vom Typ BC35, das von Axidyne bezogen werden kann. Der Grobeinstellmechanismus bewegt die Spindel 110, den Feineinstellmechanismus 126, die Lagerbaugruppen 112 und den Rest der Spindelantriebsbaugruppe 108 auf Schienen 130, die an einem stationären Rahmen 132 angebracht sind. Der Grobeinstellmechanismus 124 ist an dem stationären Rahmen 132 angebracht und hat einen Antriebsabschnitt, der an Gleitlagern angebracht ist, die den Rest der Spindelantriebsbaugruppe 108 verschiebbar mit den Schienen verbinden. In einer bevorzugten Ausführung ist der Grobeinstellmechanismus 124 so ausgeführt, dass er die Spindel zusammen mit dem Rest der Spindelantriebsbaugruppe 108 um ungefähr 3–4 Inch bewegt, so dass die Kopfbaugruppe 52 über den Drehtisch an die primäre Wafer-Poliervorrichtung 38 oder die Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 angrenzend nach unten gebracht wird.
Wenn die Kopfbaugruppe 52 über den Grobeinstellmechanismus 124 bis annähernd in den Bearbeitungsbereich nach unten gelangt, bewegt der Feineinstellmechanismus 126 den Wafer über den Rest der Strecke und steuert die auf den Wafer ausgeübte nach unten gerichtete Kraft. Vorzugsweise wird der Feineinstellmechanismus 126 von einem doppelt wirkenden Membran-Zylinder 134 betätigt, der an einem Hebelarm 136 angebracht ist. Der Hebelarm ist an einem Ende an dem Zylinderschaft 138 und am anderen Ende an einem Drehpunkt 140, der an den Schienen 130 befestigt ist, angebracht. Ein Ausrücklager 142 ist mit dem Hebelarm 136 zwischen dem Drehpunkt 140 und dem Zylinderschaft 138 verbunden. Das Ausrücklager 142 hat eine axial stationäre drehbare Verbindung zu der Spindel 110, so dass der Zylinder 134 die Spindel 110 nach oben oder unten bewegen kann, während sich die Spindel 110 dreht. Der Hebelarm bringt insofern Vorteile, als ein kleineres, leichteres, schwächeres Zylinder- oder andersartiges Stellglied eingesetzt werden kann, während gleichzeitig die axiale Auflösung bzw. das Feineinstellvermögen des Zylinders verbessert werden kann. In einer bevorzugten Alternative kann eine hochauflösende schnell wirkende Leitspindel den doppelt wirkenden Zylinder 134 an dem Feineinstellmechanismus 126 ersetzen. Ein geeigneter doppelt wirkender Membran-Zylinder ist der doppelwirkende Zylinder vom Typ D-12-E-BP-UM, der von Bellofram bezogen werden kann.
Da es wichtig ist, eine gesteuerte nach unten gerichtete Kraft auf den Wafer an jeder Wafer-Poliervorrichtung 38 aufrechtzuerhalten, kann der Feineinstellmechanismus vor zugsweise innerhalb eines halben psi gesteuert werden und hat einen Bereich von 2 bis 10 psi. Eine alternative bevorzugte Vorrichtung zum Einsatz als Feineinstellmechanismus ist ein hochauflösendes Schub-Stellglied. Ein Schubsensor 141, der an dem stationären Rahmen 132 angebracht ist, erzeugt elektrische Rückkopplung zu einer Steuerschaltung, die die Bewegung und Position des Grobeinstellmechanismus 124 anzeigt. Ein Zylinderausfahr-Sensor 143 befindet sich an dem Feineinstellmechanismus 126 und leitet ein elektrisches Signal zu einer Steuerschaltung, das die Position des Hebelarms 136 zu dem Zylinder 134 anzeigt. Vorzugsweise wird das elektrische Signal, das die Position des Hebelarms und des Zylinders anzeigt, genutzt, um den Zylinderschaft 138 im Mittelpunkt seines Bewegungsbereiches zu halten. Des Weiteren dreht die Spindel den Wafer mit ungefähr 5 bis 50 U/min während der Vorgänge des primären Polierens und des Schwabbelns (Nachbesserungs-Polieren), wobei die Spindelantriebsbaugruppe gleichzeitig die gewünschte nach unten gerichtete Kraft aufrechterhält.
Um die Spindel und die auf einen Wafer an der Spindelantriebsbaugruppe 108 ausgeübte nach unten gerichtete Kraft in geeigneter Weise zu steuern, wird eine Regelkreisschaltung 144 eingesetzt, wie sie in 18 dargestellt ist. Die Regelschaltung 144 enthält eine Grobbewegungs-Steuerschaltung 146, eine Spindeldrehungs-Steuerschaltung 148 und eine Steuerschaltung 150 für die nach unten gerichtete Kraft des Kopfes. Die Grobbewegungs-Steuerschaltung 146 ist elektrisch mit dem Motor des Grobeinstellmechanismus 124 verbunden, um Geschwindigkeit und Dauer der Bewegung zu steuern. Ein unterer Grenzsensor 152 sowie ein oberer Grenzsensor 154 stehen mit der Grobbewegungs-Steuerschaltung 146 in Verbindung, um den Grobeinstellmechanismus 124 abzuschalten, wenn äußerste Positionen erreicht sind. Der Schubsensor 141 und der Zylinderausfahr-Sensor 143 stehen mit der Regelschaltung in Verbindung. Eine Vielzahl von Steuerleitungen 156 überträgt des Weiteren Befehle von einer Prozessmodul-Steuerung 314 (31), die mit der GUI 28 an dem System 10 in Verbindung steht. Die Spindeldrehungs-Steuerschaltung 148 steuert den Motor 120, der mit der Spindel 110 über einen Riemen und ein Zwischenteil verbunden ist. Eine Vielzahl von Motor-Steuerleitungen 158 schalten den Motor 120 an und weisen ihn an, die Spindel in der gewünschten Richtung mit der gewünschten Geschwindigkeit zu drehen.
Der Feineinstellmechanismus 126 wird von einer Steuerschaltung 150 für die nach unten gerichtete Kraft des Kopfes gesteuert. Um den Druck am besten zu steuern, über wacht in einer bevorzugten Ausführung die Steuerschaltung 150 eine Druckdifferenz auf beiden Seiten der Membran in dem doppelt wirkenden Zylinder 134 an einem Druckwandler 160 und betätigt ein Steuerventil 162, um Druck an beiden Seiten der Membran zu erhöhen oder zu verringern. Vorzugsweise ist der Zylinder ein pneumatischer Zylinder, obwohl auch ein hydraulischer Zylinder eingesetzt werden kann. Ein separater Sensor für die nach unten gerichtete Kraft des Kopfes, wie beispielsweise eine Kraftmessdose, kann ebenfalls verwendet werden, um den absoluten Druck zu messen, der durch den Feineinstellmechanismus 126 ausgeübt wird. Der pneumatische Druck, der dem Steuerventil 162 zugeführt wird, wird über eine Druckleitung 164 abgegeben, die von einem Solenoid-Schalter 166 aktiviert wird, nachdem der Grobeinstellmechanismus seine Bewegung abgeschlossen hat. Eine Steuerleitung 168 erteilt der Schaltung 150 für die nach unten gerichtete Kraft des Kopfes Anweisungen zum Anheben oder Absenken der Spindel 110 und bezüglich des Betrags der auszuübenden Kraft auf Basis von Befehlen, die von dem Benutzer über die GUI 28 empfangen werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist eine Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 über der Kopf-Beschickungseinrichtung 134 angeordnet. Die Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 ist, wie in 19 dargestellt, eine vereinfachte Version der Spindelantriebsbaugruppe in 15–17. Die Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 enthält eine Spindel 111, die drehbar in einem Lagerblock 113 angebracht ist. Der Lagerblock 113 ist verschiebbar an einer vertikal ausgerichteten Schiene 115 angebracht, die an der Tragestütze 117 befestigt ist. Die Tragestütze 117 ist über Befestigungselemente an dem Rahmen des Wafer-Poliersystems 10 angebracht.
Die Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 verwendet ein einzelnes Schub-Stellglied 119 zum Bewegen der Spindel 111, Lagerblock 113 und Anbringung an dem Lagerblock senkrecht zur Ebene des Drehtischs. Im Unterschied zu der Spindelantriebsbaugruppe 108 der 15–17 ist kein Feineinstellmechanismus erforderlich, da kein Polieren an der Kopf-Beschickungseinrichtung durchgeführt wird. Des Weiteren dreht die Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 die Kopfbaugruppe nur um +/–360°. Da kontinuierliche Umdrehungen in einer Richtung an der Kopf-Beschickungseinrichtung nicht erforderlich sind, wird bei der Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 keine Drehkupplung eingesetzt, um Fluid oder Vakuum an der Spindel 111 nach unten zu leiten. Stattdessen werden jegliche Fluid- oder Vakuumlei tungen einfach außerhalb der Spindel 111 entlang geführt und weisen ausreichend Durchhang auf, um eine Drehung der Spindel von +/–380° zu ermöglichen. Ein Servomotor 127 treibt ein Riemen-und-Riemenscheiben-System 123 über ein Getriebe 125 an, um die Spindel 111 zu drehen. Die Spindel 111 dreht sich, wie oben beschrieben, so dass die Düsen in der Kopf-Beschickungseinrichtung den Wafer und/oder die Kopfbaugruppe spülen können. Die gegenwärtig bevorzugte Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 weist die Vorteile geringerer Kosten und Komplexität gegenüber den Spindelantriebsbaugruppen 108 auf, die an den primären und Nachbesserungs-Poliereinrichtungen 38, 40 erforderlich sind.
PRIMÄRE WAFER-POLIERVORRICHTUNG
Die Spindelantriebsbaugruppen 108 wirken mit den Bearbeitungsstationen zusammen, die an jedem Punkt entlang des Prozessweges angeordnet sind, der durch den Drehtisch gebildet wird. Zwei der Bearbeitungsstationen sind, wie in 1–3 dargestellt, primäre Wafer-Poliervorrichtungen 38. Vorzugsweise sind die primären Wafer-Poliervorrichtungen 38 lineare Poliereinrichtungen, die für die CMP-Bearbeitung von Halbleiterwafern eingerichtet sind. Das Wafer-Poliersystem 10 kann in einer alternativen Ausführung Dreh-Poliereinrichtungen enthalten. Eine bevorzugte lineare Wafer-Poliervorrichtung 38 ist in 20–25 dargestellt. Die primäre Wafer-Poliereinrichtung 38 enthält ein Band 178, das um eine Antriebswalze 180 und eine Laufwalze 182 herum positioniert ist. Das Band besteht vorzugsweise aus einem stark zugfesten Material, so beispielsweise einem Polymer- oder Edelstahlmaterial. Das Band 178 ist ungefähr 13–14 Inch breit, wenn ein Wafer mit einem Durchmesser von 12 Inch oder weniger poliert wird. Eine absorbierende Auflage 170 bedeckt das Band 178 und wirkt mit einem Polierfluid, wie beispielsweise einem chemischen Wirkstoff oder einer Aufschlämmung, zusammen, die Mikro-Schleifteilchen enthält, um Material von der Oberfläche eines Wafers zu entfernen. Vorzugsweise ist jede primäre Wafer-Poliereinrichtung 38, die in dem Wafer-Poliersystem eingesetzt wird, so eingerichtet, dass sie Material von der Oberfläche eines Wafers mit einer Rate von wenigstens 1000 Angstrom pro Minute (Å/min) entfernt. Des Weiteren enthält jede Poliereinrichtung 38 vorzugsweise eine Band-Aufarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt), die die Oberflächen der Auflage 179 aufraut, Mikrokanäle für den Transport der Aufschlämmung erzeugt und durch den CMP-Prozess erzeugte Rückstände entfernt. Jede beliebige einer Anzahl bekannter Auflagen-Aufarbeitungseinrichtungen kann eingesetzt werden.
Die Walzen 180, 182 sind in einem ausgekleideten Stahlrahmen 184 angebracht. Der Rahmen 184 besteht vorzugsweise aus rostfreien Stahlplatten und hat eine Auskleidung 168, die aus Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem Material besteht. Da chemische Aufschlämmung, d. h. eine schleifende Substanz, mit der Wafer-Poliereinrichtung 38 verwendet wird, ist die Poliereinrichtung sowohl innen als auch außen möglichst weitgehend abgedichtet, um zu verhindern, dass die Schleifmittel und Teilchen, die beim Polieren entstehen, in empfindliche Lagerbaugruppen gelangen oder die hintere Baugruppe 14 verunreinigen. Eine Schutzabdeckung 188 deckt die Enden der Walzen 180, 182 ab. Beide Walzen 180, 182 haben einen röhrenförmigen Kern 190, der aus rostfreiem Stahl oder anderem nicht korrodierenden hochfesten Material besteht. Ein Gummiüberzug 192 ist über dem röhrenförmigen Kern 190 ausgebildet, um Zug zwischen dem Band 178 und den Walzen 180, 182 zu erzeugen. Vorzugsweise hängt das Band 178 über die Enden der Walzen 180, 182, um zu verhindern, dass Wasser und chemische Aufschlämmung zwischen dem Band 178 und den Walzen 180, 182 durchsickern. Des Weiteren kann der Gummiüberzug eine mit Nuten versehene Oberfläche haben, um einen Aquaplaning-Effekt zu verhindern, wenn Wasser oder Aufschlämmung zwischen das Band und die Walzen gelangt. Ein Abfluss 194 für überschüssiges Wasser oder Aufschlämmung befindet sich an der Unterseite des Rahmens 184.
Ein Walzenantriebs-Getriebemotor 196 befindet sich unterhalb der Antriebswalze 180 außerhalb des Rahmens 184. Der Motor 196 dreht ein Antriebsband 198, das den Motor mit der Antriebsachse 200 der Walze 180 verbindet. Die Antriebsachse ist drehbar an abgedichteten Lagerbaugruppen 202 in dem Rahmen 184 angebracht. Der röhrenförmige Kern 190 der Walze 180 ist starr an der Antriebsachse 200 angebracht.
Im Unterschied zu der Antriebswalze 180 hat die Laufwalze 182 eine Achse 204, die sich nicht dreht. Der röhrenförmige Kern 190 der Laufwalze 182 dreht sich passiv um die Achse 204 an abgedichteten Lagern 206, die sich zwischen dem röhrenförmigen Kern 190 und der Achse 204 befinden. Die Spannung des Bandes 178 auf die Laufwalze 182 dreht die Laufwalze synchron zu der Antriebswalze 180. Jedes Ende der Achse 204 an der Laufwalze 182 ist schwenkbar an Gleitschienen 206 angebracht, die verschiebbar an dem Rahmen 184 angebracht sind, wie dies in 22 dargestellt ist. Die Gleitschienen 206 sind Teil eines Lenk-und-Spann-Mechanismus 208 in der Poliereinrichtung 38, der im Folgenden beschrieben wird.
Die Spannung und Ausrichtung des Bandes 178 auf den Walzen 180, 182 können, wie am besten in 21–22 dargestellt, automatisch mit dem Lenk-und-Spann-Mechanismus 208 eingestellt werden. Der Lenk-und-Spann-Mechanismus 208 besteht aus einem pneumatischen Zylinder 210, wie beispielsweise einem mehrstufigen Luftdruckzylinder, der von STARCYL bezogen werden kann und der mit jeder Gleitschiene 206 über eine Verbindungsbaugruppe 212 verbunden ist. Die Verbindungsbaugruppe 212 nimmt vorzugsweise eine Kraftmessdose 214 auf, die Last auf jeder Seite der Laufwalze 182 überwacht. Die Gleitschienen 206 werden jeweils in einem Aufnahmegehäuse 216 gehalten, das an jeder Seite des Rahmens 184 an die Grenzen der Laufwalzen-Achse 204 angrenzend angebracht ist. Das Aufnahmegehäuse besteht aus zwei abgedichteten Lageranordnungen 218, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Öffnung in dem Gehäuse für die Achse 204 angebracht sind. Die Lagerbaugruppen sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie Bewegung der Gleitschienen 206 in einer linearen Richtung parallel zu der Ebene der Walzen 180, 182 ermöglichen.
Die Gleitschienen und die Laufwalzen-Achse wirken, wie in 21 dargestellt, zusammen, so dass sich die Enden der Laufwalzen-Achse unabhängig voneinander bewegen können. Um die Gesamtspannung an dem Band 178 einzustellen, können die Kolben 210 die Gleitschienen 206 von der Antriebswalze 108 weg oder auf sie zu bewegen. Diese Einstellung kann automatisch durchgeführt werden, ohne dass Einstellungen von Hand oder Demontage der Walzen erforderlich sind. Simultan zu der Spannungseinstellung kann der Lenk-und-Spann-Mechanismus 208 die Laufwalze in Bezug auf die Antriebswalze so lenken, dass das Band seine richtige Ausrichtung auf den Walzen beibehält und nicht an einem Ende herunterläuft. Das Lenken wird durch unabhängiges Bewegen der Gleitschienen mit den Kolben 210 erreicht, um das Band 178 auszurichten, wenn es sich um die Walzen herum dreht. Die Lenkeinstellungen werden entsprechend Signalen vorgenommen, die von Ausrichtsensoren 244 (24) empfangen werden, die über einer oder beiden der Kanten des Bandes 178 angeordnet sind. Jeder beliebige einer Anzahl von Sensoren kann verwendet werden, um eine Regelschleife zu schließen, die die relative Bewegung und Lenkung der Laufwalze regelt.
Der Schlitz 219 an beiden Enden der Laufwalzen-Achse 204 nimmt, wie am besten in 21–22 dargestellt, die Gleitschiene 206 auf und ist mit der Gleitschiene an einer drehbaren Verbindung, vorzugsweise einem Bolzen 220, verbunden, der durch die Gleitschiene 206 und die Achse 204 hindurchtritt. Ein Spalt 222 zwischen dem unteren Ende des Schlitzes 219 in der Achse 204 und der Kante der Gleitschiene 206 schafft Raum für Schwenkbewegung der Laufwalzen-Achse 204 um jeden Bolzen 220 herum, wenn der Lenk-und-Spann-Mechanismus 208 unabhängige Bewegung der Enden der Laufwalze 182 erforderlich macht. Eine flexible ringförmige Dichtung 224 dichtet den Spalt zwischen der Achse 204 und der Öffnung in dem Rahmen 184 für die Achse ab. Die flexible Dichtung 224 ermöglicht auch lineare Bewegung der Achse bei Lenk-und-Spann-Einstellungen. Als zusätzliche Quelle für Informationen bezüglich der Spannung und Lenkung des Bandes 178 enthält der Band-Spann-und-Lenk-Mechanismus 208 einen Schubsensor 226 an jedem Ende der Laufwalzen-Achse 204. Ein stationärer Abschnitt 228 des Sensors 226 ist vorzugsweise an dem Aufnahmegehäuse 216 angebracht, und ein beweglicher Abschnitt 230 ist an der Gleitschiene 206 angebracht.
Elektrische Signale, die die Position jeder Gleitschiene 206 relativ zu einem bekannten Ausgangspunkt anzeigen, werden von jedem Sensor zu einer Lenk-und-Spann-Steuerschaltung 232 gesendet, wie dies in 24 dargestellt ist. Die Lenk-und-Spann-Steuerschaltung 232 an jeder Poliereinrichtung 38 wickelt die Verteilung von Druckluft in einer Druckluftleitung 234 ab. Ein Magnetventil 236 wird ferngesteuert von einem Datensignal ausgelöst, wenn die Poliereinrichtung aktiviert wird. Ein Druckschalter 238 überwacht den Luftdruck, um zu gewährleisten, dass ein ausreichender Luftdruck vorhanden ist. Datensignale von den Kraftmessdosen 214 an den Verbindungsbaugruppen 212 werden von dem zentralen Prozessor (nicht dargestellt) verwendet, um das Drucksteuerventil 240 zu regulieren. Das Drucksteuerventil verändert die mit den Druckluftzylindern 210 auf das Band ausgeübte Spannung. Gleichzeitig empfängt eine Bandlauf-Steuerung 242 Informationen von dem Bandkantenpositions-Sensor 244, vorzugsweise einem induktiven Näherungssensor, über eine Verstärkerschaltung 246. In einer bevorzugten Ausführung kann der Bandkantenpositions-Sensor ein optischer Sensor, wie beispielsweise eine Videokamera, sein, die so angeordnet ist, dass sie die Bandkantenposition überwacht und ein elektrisches Signal, das sich auf die Position des Bandes bezieht, zu der Bandlauf-Steuerung sendet.
Die Bandlauf-Steuerung 242 steuert elektrisch ein Bandlauf-Steuerventil 248. Das Steuerventil 248 verteilt den Luftdruck entsprechend den Lenkanforderungen, die von der Bandlauf-Steuerung angezeigt werden, auf jeden Zylinder 210. Vorzugsweise leitet die Rückführschleife von dem Bandkantenpositions-Sensor 244 zu der Bandlauf-Steuerung 242 ein Einstellsignal zu der Bandlauf-Steuerung in dem Bereich von 4–20 mA, wobei ein Ruhe- bzw. Bandmitten-Pegel in der Mitte dieses Bereiches liegt. Druckmesser 250 an den Druckluftleitungen zwischen den Zylindern 210 und dem Steuerventil 280 ermöglichen manuelle Überprüfung der aktuellen Druckeinstellungen.
Zusätzlich zu den Spannungs- und Lenkanforderungen muss das Band 178 so flach wie möglich gehalten werden, wenn der Wafer durch die Spindelantriebsbaugruppe 108 von dem Drehtisch abgesenkt wird. Die Spindelantriebsbaugruppe 108 übt, wie bereits erwähnt, einen sorgfältig gesteuerten nach unten gerichteten Druck an dem Wafer auf das Band 178 aus. Dieser Druck kann zu einem Durchbiegen des Bandes nach unten zwischen der Antriebs- und der Laufwalze 180, 182 führen. Da es wichtig ist, dass eine ebene Bandfläche über die Fläche des Wafers vorhanden ist, so dass der Poliervorgang gleichmäßig ausgeführt wird, ist vorzugsweise ein Paar Bandablenkwalzen 252 auf der Waferaufnahmeseite des Bandes 178 angeordnet.
Die Bandablenkwalzen 252 sind, wie am besten in 22, 23 und 25 dargestellt, parallel zu der Antriebs- und der Laufwalze 180, 182 und zwischen ihnen angeordnet. Die Bandablenkwalzen stehen geringfügig über die Ebene der Antriebs- und der Laufwalze vor. Vorzugsweise lenken die Bandablenkwalzen das Band im Bereich zwischen 0,06 und 0,13 Inch über der Ebene der Antriebs- und der Laufwalze ab. Jede Bandablenkwalze 252 kann, wie in 22 und 25 dargestellt, an dem Rahmen 184 der Poliereinrichtung 38 mit Walzenträgern 254 befestigt werden, die die Achse 256 der Walze 252 an beiden Enden aufhängen.
In einer bevorzugten Ausführung hat die Walze 252 eine stationäre Achse 256 und eine drehbare Hülse 258, die an abgedichteten Lagern um die Achse herum angebracht ist. Die drehbare Hülse 258 ist vorzugsweise breiter als das Band 178. Jede beliebige einer Anzahl verfügbarer Walzenbaugruppen, die mehrere Hundert Pound verteilten Druck aufnehmen kann, kann als die Ablenkwalzen 252 eingesetzt werden.
AUFLAGEPLATTEN-BAUGRUPPE
Die Poliereinrichtung 38 enthält, wie wieder unter Bezugnahme auf 23 zu sehen ist, des Weiteren eine Auflageplatten-Baugruppe 62. Die Auflageplatten-Baugruppe steuert zusammen mit einer Auflageplattenhöhen-Einstelleinrichtung 262 den Zwischenraum zwischen der Rückseite des Bandes 178 und der Auflageplatte 264. Ein Vorteil der gegenwärtig bevorzugten Auflageplatten-Baugruppe besteht darin, dass mit der Auflageplatten-Baugruppe Höheneinstellungen vorgenommen werden können, ohne dass die gesamte Poliereinrichtung demontiert werden muss. Die Auflageplatten-Baugruppe 260 kann ihre Höhe beim Polieren einstellen und er hält eine sehr genaue Druckverteilung über den Wafer aufrecht. Die Auflageplatten-Baugruppe 260 kann, wie in 23 dargestellt, zwischen den Bandablenkwalzen 252 abnehmbar an dem Rahmen 184 der Poliereinrichtung 38 angebracht werden.
Die Auflageplatten-Baugruppe 260 umfasst, wie in 26–27 dargestellt, eine austauschbare Scheiben-Auflageplatte 264, die an einem Scheiben-Auflageplatten-Halter 266 angebracht ist. Eine Verteiler-Baugruppe 268 unter dem Scheiben-Auflageplatten-Halter 266 ist so ausgeführt, dass sie Fluid auf die Scheiben-Auflageplatte in genauen Mengen verteilt. Der Scheiben-Auflageplatten-Halter 266 enthält vorzugsweise eine Reihe von Vorbefeuchtungs-Düsen 267, die entlang wenigstens einer der Kanten senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes 178 angeordnet sind. Fluid wird zu den Vorbefeuchtungs-Düsen 267 von einem Vorbefeuchtungs-Verteiler 271 an der Verteiler-Baugruppe 268 geleitet. Die Vorbefeuchtungs-Düsen verringern die Reibung des Bandes an den Kanten des Scheiben-Auflageplatten-Halters, indem eine geringe Menge an Fluid zum Schmieren des Bandes bereitgestellt wird, wenn es anfänglich über die Auflageplatten-Baugruppe 260 läuft. Vorzugsweise handelt es ich bei dem eingesetzten Fluid um Luft, und die Verteiler-Baugruppe 268 hat eine Vielzahl von Schnelltrenn-Druckluftanschlüssen 270, die einfaches Anschließen und Trennen von Luftquellen an der Auflageplatten-Baugruppe 260 ermöglichen. Eine Auflageplatten-Scheiben-Dichtung 272 bewirkt eine Dichtung zwischen der Auflageplatte 264 und dem Auflageplatten-Halter 266. Des Weiteren bewirkt eine Auflageplatten-Halter-Dichtung 274 eine Dichtung zwischen der Verteiler-Baugruppe 268 und dem Auflageplatten-Halter 266. Eine Vielzahl von Befestigungselementen 276 hält die Auflageplatten-Baugruppe 260 zusammen, und vier Verbinderlöcher 278 wirken mit Befestigungselementen (nicht dargestellt) zum Installieren der Auflageplatten-Baugruppe 260 an der Poliereinrichtung 38 bzw. zum Entfernen von ihr zusammen.
In Funktion empfängt die Auflageplatten-Baugruppe 260 eine gesteuerte Zufuhr von Luft oder anderem Fluid von Auflageplatten-Fluid-Durchflussreglern 280 (1), die an der hinteren Baugruppe 14 des Systems 10 angeordnet sind. Andere Fluid-Durchflussregelvorrichtungen können ebenfalls mit der gegenwärtig bevorzugten Auflageplatten-Baugruppe eingesetzt werden. Der geregelte Fluidstrom von den Durchflussreglern 280 wird an der Verteiler-Baugruppe 268 aufgenommen und auf die Vielzahl von Luftverteilungsöffnungen 282 in der Scheiben-Auflageplatte 264 verteilt. Die Luft, oder ein anderes Fluid, das über die Verteilungsöffnungen 282 austritt, erzeugt ein Fluidlager, das Druck auf das Band 178 auf genau gesteuerte Weise ausübt, wobei gleichzeitig Reibung an dem Band auf ein Minimum verringert wird, während es sich kontinuierlich über das Luftlager bewegt. In einer anderen bevorzugten Ausführung kann die Verteiler-Baugruppe weggelassen werden, und einzelne Schläuche oder Röhren können Fluid auf die geeigneten Düsen oder Öffnungen in der Auflageplatten-Baugruppe verteilen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Poliereinrichtung 38 ist eine Auflageplatten-Höheneinstelleinrichtung 262 zum Einstellen der Höhe der Auflageplatte 260 in Bezug auf das Band 178 sowie zum Aufrechterhalten einer parallelen Ausrichtung der Auflageplatte 260 auf das Band. Die Auflageplatten-Höheneinstelleinrichtung 262 besteht vorzugsweise aus drei unabhängig voneinander zu betätigenden Hebemechanismen 284. Die Hebemechanismen 284 sind, wie in 21 und 23 dargestellt, in dreieckiger Struktur beabstandet, so dass die Auflageplatten-Baugruppe 262 in jedem beliebigen Winkel in Bezug auf das Band 178 eingestellt werden kann. Die Hebemechanismen 284 sind zwischen der Antriebs- und der Laufwalze 180, 182 direkt unter der Auflageplatten-Baugruppe 262 in einer abgedichteten Kammer in dem Rahmen 184 angeordnet.
28 zeigt am besten den Aufbau eines bevorzugten Hebemechanismus 284. Jeder Hebemechanismus 284 wird von einem Motor 286 angetrieben, der von einem Codierer 288 über eine Datenleitung 290 gesteuert wird. Der Motor 286 treibt einen Planetengetriebekopf 292 über ein Zwischenteil 294 an. Der Getriebekopf hat vorzugsweise ein hohes Übersetzungsverhältnis, so dass Feineinstellungen ausgeführt werden können. Ein geeignetes Übersetzungsverhältnis beträgt 100 : 1. Ein Nockenmechanismus 254 wandelt die Drehbewegung des Schrittmotors 286 in vertikale Bewegung des Hebeschaftes 296 um. Ein ringförmiges Lager 298 mit kugelförmigen Einführ- und Aufnahmeflächen (siehe 23) ermöglicht mehrere Grade der Bewegung, so dass sich die Hebemechanismen 284 an der Auflageplatten-Höheneinstelleinrichtung 262 nach oben und nach unten bewegen können, ohne zu starke Spannung zwischen der Auflageplatten-Anbringungsplatte 300 und den Schaften 296 zu erzeugen, wenn die Auflageplatte an den drei Kontaktpunkten eingestellt wird. Die Schafte 296 sind jeweils über eine Schraube 302 und eine Scheibe 304 mit der Anbringungsplatte verbunden. Eine Balg-Anbringung 306 und eine Klemme 308 bilden eine abgedichtete Verbindung mit der Anbringungsplatte 300, wenn die Auflageplatten-Höheneinstelleinrichtung 262 über die Anbringungsplatte 300 mit der Auflageplatten-Baugruppe 260 verbunden wird.
NACHBESSERUNGS-POLIERVORRICHTUNG
Eine Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 ist unter dem Drehtisch (1) angebracht und wirkt mit der Spindelantriebsbaugruppe 108 zusammen, die in dem System 10 an der gegenüberliegenden Seite des Drehtisches 36 angebracht ist, um einen abschließenden Polierschritt an jedem Wafer durchzuführen, der sich auf dem Prozessweg bewegt. Die Nachbesserungs-Poliereinrichtung, die bei dem Wafer-Poliersystem 10 eingesetzt wird, kann jede beliebige einer Anzahl bekannter Dreh-Polierrichtungen sein, wie sie beispielsweise von Engis Corporation bezogen werden können. In einer Ausführung kann die Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 eine der oben beschriebenen primären Wafer-Poliereinrichtung 38 ähnelnde lineare Poliervorrichtung sein, die so eingerichtet ist, dass sie einen planarisierten Wafer schwabbelt, indem Material von dem Wafer mit einer Rate von weniger als 1000 Å/min entfernt wird.
Eine weitere Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 für den Einsatz in dem Wafer-Poliersystem 10 ist in 29–30 dargestellt. Diese Ausführung der Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 realisiert eine Konstruktion für simultane Dreh- und lineare Schwingbewegung einer Polierplatte 330. Die Polierplatte 330 trägt eine Polierauflage 332, die dazu dient, feine Kratzer und Riefen von der Oberfläche jedes Halbleiterwafers zu entfernen. Die Auflage 332 nutzt vorzugsweise ein Polierfluid, so beispielsweise eine Quelle von Aufschlämmung, die Mikro-Schleifteilchen enthält, um Material von dem Wa fer mit einer Rate von weniger als 1000 Angstrom pro Minute zu entfernen. Die Spindelantriebsbaugruppe dreht den Wafer, wenn der Wafer gegen Drehung gehalten wird und bringt die Nachbesserungs-Poliereinrichtung 40 linear zum Schwingen.
Die Drehplatte 330 ist mit einem Motor 338 über eine Welle 336 verbunden. In einer Ausführung wird die Drehplatte mit einer Geschwindigkeit von 10–200 U/min gedreht, die auf +/–1 U/min gesteuert werden kann. Der Motor 338, die Welle 336 und die Drehplatte 330 können gleitend an einer linearen Führungsbaugruppe 340 angebracht werden, die parallel zur Oberfläche der Drehplatte 380 angeordnet ist. Die lineare Führungsbaugruppe ist an dem Rahmen 346 der Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 befestigt. Ein lineares Stellglied 344, das mit der linearen Führungsbaugruppe 340 verbunden ist, bringt die Anbringungsplatte und daran angebrachte Bauteile zum Schwingen, so dass sich die Drehplatte 330 in einer linearen Richtung entlang der linearen Führungsbaugruppe 340 hin- und herbewegt, wobei sich die Drehplatte 330 simultan dazu dreht. Das lineare Stellglied 344 kann die Drehplatte und daran angebrachte Bauteile entlang der linearen Führungsbaugruppe mit einer Geschwindigkeit von 60–600 Hüben pro Minute in Schwingung versetzen, wobei ein Hub die maximale Bewegung in einer Richtung ist. Der Hub kann zwei Inch betragen, wenn sich das lineare Stellglied +/–1 Inch von einer Ausgangsposition aus entlang der linearen Führungsbaugruppe bewegt.
Das lineare Stellglied kann jeder beliebige Typ eines linearen Stellglieds sein, der in der Lage ist, die Drehplatte und damit verbundene Bauteile mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu bewegen. Ein Dreh-Poliermechanismus, wie beispielsweise die von Engis Corporation hergestellten, kann als der Drehplattenabschnitt der bevorzugten Nachbesserungs-Poliereinrichtung 40 eingesetzt werden. Obwohl die Ausführung einer Nachbesserungs-Poliereinrichtung, die in 29–30 dargestellt ist, gleichzeitig die Drehplatte dreht und die Drehplatte in einer linearen Richtung in Schwingung versetzt, kann die Nachbesserungs-Poliereinrichtung so gesteuert werden, dass sie die Drehplatte nur in einer linearen Richtung bewegt, ohne die Drehplatte auch zu drehen. Umgekehrt kann der Wafer auch in geeigneter Weise geschwabbelt werden, indem die Drehplatte nur gedreht wird, und die Drehplatte nicht in einer linearen Richtung in Schwingung versetzt wird.
STEUERUNGSAUFBAU
31 stellt einen bevorzugten Verbindungsnetz-und-Steueraufbau zum Leiten der Funktion des Wafer-Poliersystems dar. Vorzugsweise ermöglicht die grafische Benutzerschnittstelle 30, die an der Anzeigeeinrichtung 28 in der vorderen Rahmenbaugruppe 12 eingesetzt wird, direkte Interaktion zwischen Benutzern und dem Cluster-Tool-Controller (CTC) 310. Der CTC 310 ist der Hauptprozessor für das System. Ein geeigneter Cluster-Tool-Controller ist ein kompakter Computer auf PCI-Basis mit dem Betriebssystem Microsoft NT 4.0. Die grafische Benutzerschnittstelle 300 wird vorzugsweise unter Verwendung von Wonderware InTouch-Tools geschrieben. Eine SECS/GEM-Schnittstelle kann unter Verwendung von GW-Associates-Tools geschrieben werden und über eine RS-232-Verbindung 312 laufen und dient der Verbindung mit anderen Einrichtungen. Der CTC 310 kommuniziert vorzugsweise mit Prozessmodul-Controllern (process module controller-PMC) 314 und einem Transportmodul-Controller (tansport module controller-TMC) 316 über ein Ethernet-Netzwerk 318.
Jeder PMC 314 steuert die Funktion einer Wafer-Bearbeitungsvorrichtung (d. h. der primären Poliereinrichtungen 38, der Nachbesserungs-Poliereinrichtung 40 und der Waschbaugruppe 32) entsprechend Befehlen von dem CTC 310. Die PMCs 314 sind vorzugsweise kompakte Computer auf PCI-Basis, die mit pSOS+-Software laufen und mit dem TMC 316 sowie anderen PMCs 314 über das Ethernet-Netzwerk 318 kommunizieren können.
Der TMC 316 ist vorzugsweise ebenfalls ein kompakter Computer auf PCI-Basis, der mit pSOS+-Software läuft. Der TMC steuert die Kopf-Beschickungseinrichtung 34, den Trocken- und den Nass-Roboter 20, 24 sowie den Drehtisch 36. Der TMC 316 enthält vorzugsweise Ablaufsteuerungssoftware, die gewährleistet, dass die Halbleiterwafer das System 10 ordnungsgemäß durchlaufen.
ALLGEMEINE ERLÄUTERUNG DES PROZESSES
Ein bevorzugtes Verfahren zum Bearbeiten der Wafer unter Verwendung des oben beschriebenen Systems wird im Folgenden dargelegt. Kassetten 16, die mit einer Vielzahl von Halbleiterwafern gefüllt sind, werden zum Beginn des Prozesses an der vorderen Baugruppe 12 installiert. Der Trocken-Roboter 20 entnimmt einzelne Wafer und legt jeden auf die Überführungsstation 22 auf. Die Überführungsstation richtet den Wafer aus, indem sie den Wafer dreht, bis ein typisches Bezugszeichen, beispielsweise eine Einkerbung oder eine Abflachung, ordnungsgemäß ausgerichtet ist. Der Nass-Roboter 24 greift in die Überführungsstation 22, um den Wafer zu entnehmen und umzudrehen, so dass die Seite mit etwaigen Schaltungen nach unten gerichtet ist. Der Nass-Roboter 24 befördert den Wafer in die hintere Rahmenbaugruppe 14 und legt ihn auf die Kopf-Beschickungseinrichtung 34 auf. Die Kopf-Beschickungseinrichtung hebt den Wafer dann zu der Kopfbaugruppe 52 an.
Der Schritt des Überführens des Wafers von der Kopf-Beschickungseinrichtung zu der Kopfbaugruppe wird durch synchronisierte Aktivität an der Kopf-Beschickungseinrichtung 34 und der Kopf-Beschickungs-Spindelantriebsbaugruppe 109 ausgeführt, die über der Kopf-Beschickungseinrichtung angeordnet ist. An der Kopf-Beschickungseinrichtung hat der Nass-Roboter den Wafer soeben auf den erhabenen Tragering 94 aufgelegt. Der Ausrichtring 96 bewegt sich nach oben, um den Wafer auf dem Tragering 94 auszurichten. Dann hebt die Kopf-Beschickungseinrichtung den Kübel 90 an und befeuchtet die Rückseite des Wafers, um die Kopfbaugruppe 52 beim Ergreifen des Wafers unter Verwendung eines Vakuums oder der Oberflächenspannung des Fluids zu unterstützen. Da der Wafer vorher umgedreht worden ist, ist die Rückseite des Wafers nunmehr nach oben auf die Kopfbaugruppe 52 zu gerichtet. Der Kübel 90 wird abgesenkt, nachdem die Befeuchtung abgeschlossen ist. Der Ausricht- und der Tragering bewegen sich nach oben, um auf die Kopfbaugruppe zu treffen und den Wafer zu überführen.
Während die Rückseite des Wafers befeuchtet wird, bewegt sich die Spindelantriebsbaugruppe nach unten, um die Kopfbaugruppe zu ergreifen. Der Einführ- und der Aufnahmeabschnitt des Werkzeugwechslers an der Spindel bzw. der Kopfbaugruppe werden aneinander arretiert. Der Kopf-Haltemechanismus 68 löst dann die Kopfbaugruppe 52 von dem Drehtisch 36. Die Spindelantriebsbaugruppe senkt nunmehr die Kopfbaugruppe über den Drehtisch nach unten, um auf den Wafer aufzutreffen. Der Tragering 94 bewegt den befeuchteten Wafer nach oben, bis der Zug von Luft durch die Luftdurchlasse 58 an der Wafer-Aufnahmeplatte 554 den Wafer ergreift. Die Kopfbaugruppe wird an den Drehtisch angehoben, in dem Kopf-Haltemechanismus arretiert und von der Spindel freigegeben.
Der Drehtisch dreht den Wafer an die erste primäre Wafer-Poliereinrichtung 38, um mit dem Polieren zu beginnen. Die Kopfbaugruppe, die den Wafer hält, ist, wie oben beschrieben, mit der Spindel verbunden und wird zu der primären Wafer-Poliereinrichtung 38 nach unten bewegt. Die Spindelantriebsbaugruppe 108 über der primären Wafer-Poliereinrichtung bewegt den Wafer von dem Drehtisch ungefähr 4 Inch nach unten und drückt, während sie den Wafer mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, den Wafer mit einer bemessenen nach unten wirkenden Kraft nach unten in die Polierauflage an dem Polierband 108. Die Spindelantriebsbaugruppe 108, die Auflageplatten-Baugruppe 260 und die Auflageplatten-Höheneinstelleinrichtung 262 empfangen Befehle von dem Prozessmodul-Controller 314 und wirken zusammen, um den geeigneten Druck und die Ausrichtung zwischen dem Wafer und dem Band aufrechtzuerhalten. Des Weiteren wird ein chemisches Poliermittel, wie beispielsweise eine 10%ige Mikro-Schleifteilchen-Aufschlämmung, kontinuierlich oder intermittierend auf die Polierauflage auf dem Band geleitet, und der Wafer-Polierprozess wird in Gang gesetzt. Der Wafer wird in der ersten primären Poliervorrichtung 38 nur teilweise, vorzugsweise halb, poliert. Die Spindelanordnung zieht den Wafer nach dem teilweisen Polieren des Wafers wieder nach oben an den Drehtisch, und nachdem die Kopfbaugruppe wieder mit dem Drehtisch verbunden ist und sich die Spindel löst, befördert der Drehtisch den Wafer zu der nächsten primären Wafer-Poliervorrichtung 38. Die Schritte des Entfernens und Polierens des Wafers werden wiederholt, um das Polieren des Wafers abzuschließen.
Der Wafer wird erneut mit dem Drehtisch verbunden und zu der Nachbearbeitungsvorrichtung bewegt, um jegliche Kratzer oder Unebenheiten zu entfernen, die von den primären Polierschritten zurückgeblieben sind. Nach dem Schwabbeln in der Nachbesserungs-Poliereinrichtung wird der Wafer wieder durch den Drehtisch transportiert und zu der Kopf-Beschickungseinrichtung zurückgeführt. Die Kopf-Beschickungseinrichtung führt während des Entnahmevorgangs mehrere Schritte aus. Der Kübel 90 bewegt sich nach oben und dichtet an dem Drehtisch ab. Düsen in der Kopf-Beschickungseinrichtung sprühen DI-Wasser auf die Vorderseite des Wafers. Der Wafer-Tragering 94 bewegt sich nach oben zu der Kopfbaugruppe, und die Kopfbaugruppe drückt den Wafer mit einem schwachen Gas- oder Flüssigkeitsstoß weg. Der Ausrichtung 96 bewegt sich nach oben um den Tragering herum und richtet den Wafer aus, und anschließend senken der Trage- und der Ausrichtring den Wafer ab. Die Düsen 100 spülen die Rückseite des Wafers und den Wafer-Halteabschnitt der Kopfbaugruppe ab, wobei der Kübel nach wie vor an dem Drehtisch abdichtet. Der Kübel bewegt sich nach dem Spülen nach unten, und der Nass-Roboter entnimmt den Wafer aus der Kopf-Beschickungseinrichtung, dreht ihn um und legt dann den planarisierten Wafer in die Wascheinrichtung zum abschließenden Reinigen und Trocknen. Der Nass-Roboter entnimmt dann sofort einen unpolierten Wafer aus der Wafer-Überführungsstation und legt ihn in die Kopf-Beschickungseinrichtung ein. Der Trocken-Roboter nimmt den gereinigten und trockenen Wafer aus der Wascheinrichtung auf und legt ihn in die Kassette zurück.
Diese Schritte werden mit jedem Wafer wiederholt, so dass alle Wafer mit den gleichen Vorrichtungen bewegt werden. Alle vier Kopfaufnahmebereiche auf dem Drehtisch sind von Wafern belegt, wenn das System in vollem Betrieb ist. Nachdem die Kopf-Beschickungseinrichtung einen polierten Wafer aus der Kopfbaugruppe entnommen hat, wird ein neuer Wafer auf die verfügbare Kopfbaugruppe gelegt. In einer bevorzugten Ausführung kommt immer dann, wenn der Drehtisch die Kopfbaugruppe an eine neue Position über der nächsten Bearbeitungsstation dreht, der Drehtisch zum Halten, und jede Spindelantriebsbaugruppe entfernt die Kopfbaugruppe (und den daran angebrachten Wafer), die darunter angeordnet ist, zur Bearbeitung. Alle Bearbeitungsstationen führen ihre entsprechenden Aufgaben zur gleichen Zeit aus. Ein Vorteil des bevorzugten Systems und Verfahrens besteht in der verbesserten Konsistenz durch Bearbeitung jedes Wafers auf dem gleichen Prozessweg, um Abweichungen bei der Planarisierung zwischen den Wafern zu verhindern. Des Weiteren kann das System Wafer effektiver bearbeiten, indem die Polierschritte über zwei oder mehr Poliervorrichtungen in mehrere Schritte aufgeteilt werden. Verbesserter Durchsatz wird durch Optimierung der Anzahl von Poliereinrichtungen 38, 40 auf dem Prozessweg erreicht, so dass ein kontinuierlicher Strom von Wafern auf dem Prozessweg befördert wird. In der oben erläuterten Ausführung wird davon ausgegangen, dass die Gesamtzeit zum Polieren doppelt so lang ist wie die Wasch- und Trockenschritte, so dass zwei Poliereinrichtungen vorhanden sind und die Hälfte des Polierens an jeder Poliereinrichtung stattfindet. So kann sich der Drehtisch in konstanten Intervallen von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation drehen. Es liegt auf der Hand, dass Poliervorrichtungen oder andere Bearbeitungsstationen je nach den Begrenzungen beliebiger der Bearbeitungsstationen oder dem Typ Poliervorgang, der durchgeführt wird, in anderer Anzahl eingesetzt werden können.
In einer alternativen Ausführung kann das gegenwärtig bevorzugte System so abgewandelt werden, dass separate Polierprozesse auf dem gleichen Prozessweg ausgeführt werden. Wenn beispielsweise ein Wafer am besten unter Verwendung von zwei oder mehr chemisch nicht kompatiblen Polierprozessen poliert wird, kann das System 10 so ausgeführt sein, dass jede Poliervorrichtung, die auf dem Prozessweg verwendet wird, isoliert wird, und der Wafer zwischen den Polierschritten gespült wird. In einer weiteren alternativen Ausführung kann ein Nasswafer-Aufnahmebereich an die Kopf-Beschickungseinrichtung angrenzend hinzugefügt werden, um bearbeitete nasse Wafer aufzunehmen, wenn die Waschbaugruppe ausfällt. Auf diese Weise bleiben die Aufschlämmungsbestandteile feucht, bis ein etwaiges Problem mit der Wascheinrichtung behoben ist.
Im Obenstehenden wurden ein verbessertes System sowie Verfahren zum Polieren von Halbleiterwafern beschrieben. Das Verfahren schließt die Schritte des Bearbeitens aller Wafer auf einem einzelnen Prozessweg und das Aufteilen des Polierschritts auf wenigstens zwei Poliereinrichtungen ein, um Konsistenz und Durchsatz zu verbessern. Das System schließt integrierte Polier-, Schwabbel- und Waschvorrichtungen ein, die auf einem einzelnen Prozessweg unter Verwendung einer Drehtisch-Fördereinrichtung zugänglich sind. Das System enthält eine abnehmbare Kopfbaugruppe zum Auswechseln der Kopfbaugruppe zwischen dem Drehtisch und Spindelantriebsanordnungen, die an jeder Bearbeitungsstation angeordnet sind. Eine Kopf-Beschickungseinrichtung dient dazu, Wafer, die sich zu dem Drehtisch und von ihm weg bewegen zuzuführen, zu entnehmen und zu spülen. Eine lineare Wafer-Poliervorrichtung schließt automatische pneumatische Band-Spannung und -Lenkung ein. Des Weiteren enthält die Poliervorrichtung eine pneumatische Auflageplatte mit einem Verteiler, durch den überflüssige Rohrleitungen wegfallen. Die Auflageplatte ist beweglich an einer Auflagenplatten-Höheneinstelleinrichtung angebracht, die die Auflageplatte und das Band beim Polieren genau auf den Wafer ausrichtet. Eine Spindelantriebsanordnung, die zweistufige vertikale Einstellung und genaue Einstellmöglichkeit der nach unten gerichteten Kraft nutzt, ist ebenfalls vorhanden.
Die oben stehende ausführliche Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, und es versteht sich, dass die folgenden Ansprüche ein schließlich aller Äquivalente den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung definieren sollen.

Claims

Wafer-Polierstation (38) zum Durchführen chemisch-mechanischer Planarisierung eines Halbleiterwafers unter Verwendung eines schleifenden Poliermittels, wobei die Wafer-Polierstation umfasst: ein Polierelement (178), das in einer linearen Richtung in Bezug auf eine Oberfläche des Halbleiterwafers bewegt werden kann; eine Polierelement-Antriebsbaugruppe, die das Polierelement in der linearen Richtung bewegt und eine Antriebswalze (180) sowie eine Laufwalze (182) hat, wobei die Antriebswalze drehend mit einem Antriebsmotor (196) verbunden ist, gekennzeichnet durch einen automatischen, pneumatischen Lenk-und-Spanneinstellung-Mechanismus (208), der die Funktion des Polierelementes steuert, und ein Paar Ablenkwalzen (252), die unter dem Polierelement und zwischen der Antriebswalze sowie der Laufwalze angeordnet sind.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 1, wobei die Ablenkwalzen (252) jeweils eine Breite haben, die größer ist als eine Breite des Polierelementes (178).
Wafer-Polierstation nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Auflageplatten-Baugruppe (260) umfasst, die einen Fluid-Verteiler (268) aufweist, der mit einer Scheiben-Auflageplatte (264) verbunden ist, wobei die Auflageplatten-Baugruppe unter dem Polierelement sowie zwischen der Antriebs- und der Laufwalze angeordnet ist.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 3, wobei die Auflageplatten-Baugruppe (260) beweglich an einer Auflageplatten-Höheneinstelleinrichtung (262) angebracht ist, die eine Vielzahl von Auflageplatten-Hebeeinrichtungen (284) aufweist.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 3, wobei die Scheiben-Auflageplatte (264) an der Auflageplatten-Baugruppe (260) des Weiteren eine Vielzahl von Verteilungsventilen (267) umfasst, die ein von dem Fluid-Verteiler (268) empfangenes Fluid einem unteren Abschnitt des Polierelementes zuführen.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 5, die des Weiteren eine Vielzahl von Vorbefeuchtungs-Düsen (267) umfasst, die an wenigstens einem Rand der Scheiben-Auflageplatten-Baugruppe senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Polierelementes angeordnet sind, wobei die Vorbefeuchtungs-Düsen ein Fluid von einem Vorbefeuchtungs-Verteiler (271) in der Scheiben-Auflageplatten-Baugruppe (260) empfangen, so dass die Vorbefeuchtungs-Düsen dem unteren Abschnitt des Polierelementes ein Fluid zuführen und dazu beitragen, Reibung an dem Rand der Scheiben-Auflageplatten-Baugruppe zu verringern.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 1, wobei der Lenk-und-Spannungseinstell-Mechanismus (208) umfasst: eine erste und eine zweite Zylinderbaugruppe (210), wobei die Zylinderbaugruppen jeweils ein erstes Ende haben, das schwenkbar an einer Achse (204) der Laufwalze (182) an einander gegenüberliegenden Enden der Laufwalze angebracht ist, und die Zylinderbaugruppen jeweils ein zweites Ende haben, das mit einem Rahmen (184) der primären Wafer-Poliereinrichtung verbunden ist; und eine Vielzahl von Sensoren (214, 226), die elektrisch mit der Wafer-Polierstation verbunden sind, wobei die erste und die zweite Zylinderbaugruppe auf Signale ansprechen, die durch die Vielzahl von Sensoren erzeugt werden, um eine Spannung und Ausrichtung des Polierelementes zu steuern.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Sensoren eine Kraftmessdose (214) umfasst, die jeweils an der ersten und der zweiten Zylinderbau gruppe angeordnet ist, und die Kraftmessdosen so ausgeführt sind, dass sie eine Spannung an dem Polierelement erfassen.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Sensoren des Weiteren einen Ausrichtungssensor (226) umfasst, der über einem Rand des Polierelementes angeordnet ist, wobei der Ausrichtungssensor in Reaktion auf eine Ausrichtung des Polierelementes auf die Lauf- und die Antriebswalze ein Signal erzeugt.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 7, wobei der Lenk-und-Spannungseinstell-Mechanismus (208) des Weiteren ein Paar Gleitstangen (206) umfasst und eine erste Gleitstange an einem ersten Ende schwenkbar an einem Ende der Achse (204) der Laufwalze (182) angebracht ist und an einem zweiten Ende an der erster Zylinderbaugruppe (210) angebracht ist, und die zweite Gleitstange an einem ersten Ende schwenkbar an einem gegenüberliegenden Ende der Achse der Laufwalze und an einem zweiten Ende an der zweiten Zylinderbaugruppe angebracht ist.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 10, wobei die Achse (204) der Laufwalze (182) einen Schlitz (219) in jedem Ende enthält, der die Gleitstange aufnimmt, und mit der Gleitstange an einer Drehverbindung (220) verbunden ist, und wobei ein Spalt (222) zwischen dem Schlitz und der Gleitstange einen Zwischenraum zur Schwenkbewegung des Endes der Laufachse um die drehbare Verbindung herum bildet.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 11, wobei die drehbare Verbindung ein Bolzen (220) ist, der durch die Gleitstange und das Ende der Laufachse hindurchtritt.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 1, wobei der Lenk-und-Spannungseinstell-Mechanismus (208) einen pneumatischen Lenk-und-Spannungseinstell-Mechanismus umfasst.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Auflageplatten-Hebeeinrichtungen (284) drei unabhängig zu betätigende Hebemechanismen umfasst.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 14, wobei die drei unabhängig zu betätigenden Hebemechanismen in einer Dreieckstruktur so beabstandet sind, dass die Auflageplatten-Baugruppe in einer Vielzahl von Winkeln in Bezug auf das Polierelement eingestellt werden kann.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 1, wobei eine Ebene, die durch einen Außenumfang der Ablenkwalzen gebildet wird, über einer Ebene liegt, die durch einen Außenumfang der Antriebs- und der Laufwalze gebildet wird.
Wafer-Polierstation nach Anspruch 1, wobei die Ablenkwalzen so angeordnet sind, dass sie das Polierelement in einem Bereich von 0,06–0,13 Inch über einer Ebene ablenken, die durch einen Außenumfang der Antriebs- und der Laufwalze gebildet wird.