JP4334642B2 - 半導体ウェーハの研摩方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械的平坦化技術(a chemical mechanical planarization technique) を用いて半導体ウェーハを平坦化する技術に関し、より詳しくは、単一の集合化された加工パスにより、首尾一貫してかつ効率的に半導体ウェーハを平坦化する改良されたシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウェーハには、後で分離されて個々のチップになる所望設計の集積回路が複数コピーされる。半導体ウェーハ上に回路を形成する一般的技術は写真製版である。写真製版プロセスの一部は、特殊カメラをウェーハ上に合焦させて回路の像をウェーハ上に投影することを必要とする。ウェーハの表面上へ合焦させるカメラの能力は、しばしば、ウェーハ表面の非同一性（inconsistencies)すなわち凹凸により悪影響を受ける。この影響感受性は、より小さくかつ集積度の高い回路設計での電流駆動において顕著である。また、ウェーハは一般に層状に構成され、回路の一部が第１レベル上に作られかつ回路の次のレベルに接続するための導電性バイアスが作られる。ウェーハ上に回路の各層がエッチングされた後、酸化物層が設けられ、バイアスが前の回路レベルの残部を貫通しかつこれを覆うことができるようにする。回路の各層は、次の回路層を創成する前に平滑化しなければならないウェーハに凹凸を発生させまたは付加する。ウェーハの製造方法は浮遊粒子に感応するデリケートなものであり、このため一般に「クリーンルーム」という高度に管理された環境内で行なわれる。
【０００３】
生ウェーハおよびその後に付加される各材料層の平坦化には、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）技術が使用されている。一般にウェーハポリシャと呼ばれている入手可能なＣＭＰシステムは、しばしば、ウェーハを、平坦化すべきウェーハ表面の平面内で回転する研摩パッドと接触させる回転ウェーハホルダを使用している。ウェーハを研摩する研摩パッドには、化学研摩剤のような研摩流体または微細研摩剤を含有するスラリが供給される。次に、ウェーハホルダが、回転する研摩パッドに対してウェーハを押し付け、ウェーハを研摩しかつ平坦化すべく回転される。
このウェーハ研摩加工はウェーハ製造にとって重要であるが、ウェーハをクリーンルームに戻す前に完了しなければならないＣＭＰ加工の唯一の部分は、１次ウェーハ研摩のみである。ウェーハをクリーンルームに戻す前に完了しなければならないＣＭＰ加工工程として、ウェーハから研摩流体を洗浄しかつすすぎ、その後に乾燥する工程がある。最終の洗浄、すすぎおよび乾燥を行なう前の他の工程として、最初の研摩加工で用いた薬品およびスラリとは異なる非相容性薬品およびスラリを用いた付加研摩加工並びに前の研摩工程で残された微細スクラッチを除去する付加研摩加工がある。これらの工程間の中間すすぎも必要になる。既存のウェーハ平坦化装置は、しばしば、大きな空間を占拠しかつ或る機械から次の機械へのウェーハの搬送を手動または半自動で行なう必要のある別々の機械からなる。或る機械から他の機械へのウェーハの搬送に何らかの遅延があると、化学スラリが乾燥し始め、このため、ウェーハの研摩またはスクラビングに大きな困難が生じる。工程間すなわち機械間のウェーハ搬送に遅延が生じると、化学スラリの化学的作用が長く続き過ぎ、研摩加工に悪影響を与える。
【０００４】
既存の研摩機およびスクラバは、ウェーハ加工時間が異なっている。通常、研摩加工は、バフ加工またはスクラビング加工より長時間を要する。ウェーハ加工時間を最適化しかつ装置を最大限に使用できるようにするため、幾つかのＣＭＰ加工スキームは、各々が単一平坦化工程を完了するに過ぎない多くのウェーハ研摩機を使用している。これらの別々の研摩機からのウェーハは、次に、同じバッファまたはスクラバで各々が加工される。この技術に付随する問題は、ウェーハのバッチが別々の研摩ステーションで加工されかつウェーハ間の研摩の非同一性が生じ易いことである。これらの非同一性を最小にするには、既存のＣＭＰシステムは、装置に対する極めて高い公差を有しかつ各研摩機での加工条件を正確に再現しなければならない。異なるウェーハホルダは、ウェーハを同じ角度に保持できかつ研摩機に対してウェーハを保持するときにウェーハに同じ大きさの圧力を作用できなくてはならない。各研摩機は同一速度で回転しかつ同一性（consistency)および同量の研摩剤を供給できなくてはならない。公差に配慮しなければ、ウェーハから創成される半導体回路の生産性または性能に潜在的に悪影響を与える、同一性のないＣＭＰ加工がなされるであろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、効率的で同一性のある態様で複数の半導体ウェーハにＣＭＰを遂行できるシステムおよび方法が要望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様によれば、単一加工経路上の少なくとも１つの半導体ウェーハの表面を均一に平坦化および洗浄する方法が開示されている。本発明の方法は半導体ウェーハおよび半導体ウェーハ研摩システムを用意し、半導体ウェーハを半導体ウェーハ研摩システムに取り付け、かつ半導体ウェーハをウェーハローディングステーションに搬送する工程を有している。ウェーハは、ウェーハローディングステーションから第１主研摩ステーションに搬送され、半導体ウェーハを部分的に平坦化する第１研摩加工が遂行される。ウェーハは第２研摩ステーションに搬送され、第２研摩加工が半導体ウェーハの平坦化を完了する。これらの工程は加工される全てのウェーハに反復される。１つの他の実施形態では、各研摩ステーションが種々の化学研磨剤および加工方法を使用する。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置が、半導体ウェーハをロードステーションから搬送ステーションに移動させる第１ウェーハ搬送機構を有している。第２ウェーハ搬送機構は搬送ステーションに隣接して配置されかつ半導体ウェーハを搬送ステーションから半導体ウェーハローディング装置に移動させるように設計されている。ウェーハローディング装置は、個々のウェーハをウェーハコンベア上にロード（装填）する。ウェーハコンベアは多数のウェーハ受入れ領域を有しかつ複数のウェーハ受入れ領域の各々に半導体ウェーハを受け入れるように回転可能に移動できる。ウェーハコンベアは、所定の加工経路に沿うウェーハの連続閉ループ運動を可能にする態様で配置されかつ加工経路に沿って戻す必要性を完全に回避すべく最適化される。加工経路に沿って配置される第１主研摩ステーションは、半導体ウェーハを所定時間平坦化して、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造する。加工経路に沿って配置された第２主研摩ステーションは、部分的に平坦化された半導体の平坦化を完成する。タッチアップ研摩機は、第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションで残されたあらゆる痕跡スクラッチを除去すべく、平坦化されたウェーハをバフ加工する。また、ウェーハは、ウェーハコンベアローダですすがれ、かつウェーハスクラビング装置でスクラビングおよび乾燥されて、スラリおよび粒子を完全に除去する。各半導体ウェーハは単一の加工経路を移動する。
【０００８】
好ましい実施形態では、ウェーハコンベアとウェーハ加工位置との間で半導体ウェーハを搬送する半導体ウェーハ搬送機構が開示される。搬送機構は、回転可能かつ軸線方向に移動可能なスピンドルである。該スピンドルにはレバーアームが取り付けられており、該レバーアームの一端は可動フレームに連結されかつ第２端部は可動フレームに取り付けられた微調節スピンドル駆動装置に連結されている。粗調節スピンドル駆動装置が固定フレームに取り付けられかつ可動フレームに連結されており、これにより、粗調節スピンドル駆動装置は、可動フレームを固定フレームに対してスピンドルの軸線方向に移動させることができる。半導体ウェーハ搬送機構は、着脱可能なウェーハ支持ヘッドおよび回転可能なウェーハコンベアと協働して、ウェーハコンベアと研摩ステーションまたはウェーハコンベアローダとの間でウェーハを移動させる。粗調節スピンドル駆動装置および微調節スピンドル駆動装置は、研摩ステーションで研摩パッドに対してウェーハを押し付ける圧力の制御度合いを付加する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３には、ウェーハ研摩システム１０の好ましい実施形態が示されている。システム１０は、前端フレーム組立体１２と、該前端フレーム組立体１２に連結された後端フレーム組立体１４とを有している。一般に半導体ウェーハ製造設備に使用されるシステム１０は、前端フレーム組立体１２の端部に配置されたカセット１６またはHine Design, Inc. から市販されているErgoローダのようなカセットホルダ等の少なくとも１つのウェーハホルダから半導体ウェーハを受け入れる。より詳細に後述するように、半導体ウェーハは、システム１０により、完全に加工されたカセット１６から回収され、かつきれいに乾燥されかつ均一に平坦化された状態で、同じ位置または所定の別の位置のカセット１６に戻される。
【００１０】
前端フレーム組立体１２は、所望サイズのウェーハカセット１６を受け入れるサイズを有している。各カセット１６は多数のウェーハを収容する。カセット１６は、手動でまたは標準モジュールインターフェース（standard module interface:ＳＭＩＦ）キャリヤ１８を用いて自動的に、入力／出力キューにローディングされる。好ましいウェーハ研摩システムには任意数のカセット１６を使用でき、カセット１６は、ポリプロピレンまたはテフロン等のプラスチック或いはウェーハの保持に適した他の任意の材料で作ることができる。カセット１６に隣接して、前端フレーム組立体１２内にはドライ環境ロボット２０が配置されている。ドライロボット２０は、カセット１６からウェーハを回収しかつウェーハをカセット１６に戻すように設計するのが好ましい。前端フレーム組立体１２で使用する１つの適当なロボット２０として、Hine Design, Inc. により製造されるモデル番号04300-038 がある。乾燥ロボット２０と後端組立体１４との間で前端組立体１２内に配置されたウェーハ搬送ステーション２２は、加工中にドライロボット２０からウェーハを受け入れる。搬送ステーション２２は、好ましくは、ドライロボット２０から半導体ウェーハを受け入れるのに適したウェーハ受入れプラットホームを有している。搬送ステーション２２はウェーハと予整合しかつ後端組立体１４内に配置されたウェット環境ロボット２４にアクセスできる形状を有している。適当な搬送ステーションが、Hine Design, Inc. から市販されている。
【００１１】
前端組立体１２はまた、ウェーハ研摩システム１０の全体を作動させるグラフィックユーザインターフェース（graphic user interface: ＧＵＩ）２８を表示するディスプレイ２６を収容している。ＧＵＩは、クリーンルーム内に突出する前端組立体の部分でカセット１６に隣接して配置するのが好ましい。好ましくは、ＧＵＩ２８は、ユーザがシステム１０と協働して、加工パラメータ及びモニタ進行を変えることを可能にする。ディスプレイ２６は、標準形ＣＲＴ、液晶ディスプレイまたは他の適当な視覚表示装置で構成できる。
前端組立体１２には、粒子によるウェーハの汚染を防止するためのフィルタ３０（好ましくは、高効率粒子減衰（high efficiency particulate attenuator: ＨＥＰＡ）フィルタ）が取り付けられている。また、前端組立体１２には、スクラバ組立体３２の一端が後端組立体１４に隣接し、他端がドライロボット２０に隣接するようにしてスクラバ組立体３２が配置されている。スクラバは、後端組立体１４で加工されたウェーハを機械的及び化学的に洗浄し、次に、ドライロボット２０がウェーハをカセット１６に戻す前に、ウェーハをすすぎかつ乾燥させる。後端組立体１４から出るウェーハは、しばしば、後端組立体１４で行なわれる研摩またはバフ加工により残される化学スラリの粒子を完全に除去するための機械的スクラビングを必要とする。１つの適当なスクラバとして、OnTrak Systems, Inc.の製造に係る両面スクラバ（ＤＳＳ：登録商標）がある。本発明の好ましい方法及びシステムの１つの長所は、乾燥した粒子のない状態でウェーハをシステムに装填しかつシステムから取り出す、ウェーハの「ドライイン−ドライアウト」加工にある。
【００１２】
前述のように、半導体ウェーハは、前端組立体１２から、ウェットロボット２４を介して後端組立体１４へと搬送される。用語「ウェット」は、ロボットが作動するウェット（湿潤）環境をいう。このウェット環境は、後端組立体１４内でのウェーハの研摩及びバフ加工中に使用されかつ発生される薬品、水分及び湿気の存在により創成される。システム１０内でのカセット１６と加工ステーションとの間のウェーハ搬送を取り扱うのに１基のロボットを使用することもできるが、カセット及び加工された全てのウェーハからの化学スラリ及び粒子の隔絶を向上させるには、２基のロボット２０、２４が好ましい。１つの適当なロボット２４として、Hine Design, Inc. の製造に係るモデル番号04300-25がある。
後端組立体１４では、図３に最も良く示すように、ウェットロボット２４がヘッドローダ３４と協働する。ヘッドローダ３４は、図４に示すように、ウェーハを、ウェーハコンベア装置（回転できるインデックステーブル３６が好ましい）上にローディング及びアンローディングすることができる。インデックステーブル３６は、多数のウェーハ（各ウェーハは互いに別々に保持されている）を解放可能に保持する。インデックステーブル３６は一方向に移動して、各ウェーハがヘッドローダ３４（ヘッドローダ３４では、完全に研摩された半導体ウェーハがアンローディングされかつ前端組立体１２を通してカセット１６に戻される）に戻る前に、各ウェーハを、加工ステーションの全回路を通して搬送する。後端組立体１４のインデックステーブル３６の経路に沿う第１加工ステーション及び第２加工ステーションは、主ウェーハ研摩装置３８（化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）が可能なリニアウェーハ研摩機が好ましい）である。リニア研摩機が好ましいけれども、ウェーハ研摩システム１０のモジュラー設計では、ロータリ研摩機等の他の形式の研摩装置も容易に使用できる。本発明の開示の目的で、主ウェーハ研摩装置とは、少なくとも1,000 Å／分の速度でウェーハから材料を除去できるように構成された研摩機をいう。
【００１３】
インデックステーブルがウェーハを各々の主ウェーハ研摩装置に搬送した後、インデックステーブル３６はウェーハを第３加工ステーション（ロータリバッファ等のタッチアップ研摩装置４０が好ましい）に搬送する。適当なタッチアップ研摩装置４０として、Guard, Inc. から市販されている軌道研摩機がある。任意の数のロータリ研摩装置またはタッチアップ研摩装置を使用できる。本発明の開示目的として、用語「タッチアップ研摩装置」とは、主研摩段階でウェーハの表面に残される残留スクラッチを、1,000 Å／分未満（最も好ましくは、５０〜５００Å／分）の速度で除去できるウェーハバフ装置をいう。後端組立体１４の構成部品についての上記概略的説明は、後でより詳細に補足する。後述のように、用語「加工ステーション」とは、広く、ヘッドローダ３４、主研摩装置４８およびタッチアップ研摩装置４０の全てをいうものとする。
ウェーハコンベア
図４は、後端フレーム組立体１４内で、主研摩装置３８およびタッチアップ研摩装置４０上に取り付けられるインデックステーブル３６の好ましい実施形態を最も良く示す。前述のように、インデックステーブル３６は、全ての半導体ウェーハが、同じ加工ステーション上の同じ加工工程を受けるように、半導体ウェーハを各加工ステーションに搬送すべく作動する。インデックステーブル３６は、好ましくは、インデックステーブルの周囲に等間隔に配置された複数のヘッド受入れ領域４２を有する。インデックステーブル３６は、該インデックステーブルの上または下に取り付けられた、モータ駆動形インデキサ（割出し機）４５を介して回転軸線４６（図２）に連結される中央ハブ４４を有している。インデックステーブル３６は、モータ駆動形インデキサ４５の下に取り付けるのが好ましい。インデックステーブル３６およびインデキサ４５のこの構成により、インデックステーブル３６の下の加工ステーションを、よりコンパクトに集合化できる。また、この構成は、潜在的汚染物質がインデックステーブルからインデキサまたはベアリング組立体内にしたたり落ちることを防止する。インデックステーブル３６は、モータ駆動形インデキサ４５に連結されたモータにより、連続３６０°回転に亘って一方向に正確な増分で回転できる。インデキサ４５に連結されたモータ４７は、図示の実施形態では、インデキサ４５を９０°ずつ回転駆動する。例えば、４つより多くのウェーハ受入れ領域、従って４つより多くのウェーハがインデックステーブル３６上に配置される場合には、回転増分は、インデックステーブル３６の下に位置する加工ステーション上での各ウェーハの正確な配置を確保できるように適応した設計がなされる。インデックステーブル３６は一方向に移動するのが最も好ましく、ウェーハ研摩加工中は方向を反転しない。
【００１４】
ロータリフィードバックシステム４９は、インデックステーブル３６の位置をモニタする。ロータリフィードバックシステム４９は、エンコーダ駆動スプロケット５３およびエンコーダ駆動チェーン５５を介して回転軸４６に連結されたロータリエンコーダ５１を有している。ロータリエンコーダ５１からの信号は、ウェーハの進行をモニタする搬送モジュールコントローラ３１６（図３１）に導かれかつインデキサ４５を駆動するモータ４７を制御する。インデックステーブル３６には、プラスチック被覆アルミニウムまたはステンレス鋼が適している。インデックステーブル３６を正確に回転させるのに、Camco 902RDM4H32-330のようなモータ駆動形インデキサ４５を使用できる。
他の好ましい実施形態では、ウェーハコンベアは、図５に示すように軽い重量をもつように構成されたインデックステーブル４３６で形成できる。この実施形態では、インデックステーブル４３６は、中実材料ではなく、中央ハブ４４４から延びている支持アーム４４８で形成されたフレームを使用している。ウェーハ受入れ領域４４２は、支持アーム４４８の端部に位置している。周方向に配置された支持体４５０は、インデックステーブル４３６に強度および剛性を付加する。当業者には明らかなように、他のインデックステーブル構造を用いることができる。
【００１５】
ヘッド組立体およびヘッド保持組立体
半導体ウェーハは、インデックプレートにより形成される加工経路に沿って進行するとき、各々の半導体ウェーハが異なるヘッド組立体５２により保持される。各ヘッド組立体５２は、図６および図７に示すように、１つのウェーハを保持する。ウェーハを保持するとき、ヘッド組立体５２は、保持リング５６により形成された境界内のウェーハ受入れプレート５４に当接させてウェーハを保持する（保持リング５６は、ウェーハ受入れプレート５４のプレートを包囲しかつ該プレートを超えて延びている）。ウェーハ受入れプレート５４の周囲には、複数の孔すなわち流体導管５８が分散配置されている。これらの流体導管５８は、ヘッド組立体５２が、表面張力により、またはウェーハとウェーハ受入れプレート５４との間の部分真空によりウェーハを保持する補助をする。外側リング６０およびヘッドアダプタ６６は、ヘッド組立体５２の下部を一体に保持する。図７に示すように、ヘッドアダプタ６６上には、スロット６４および同心状の突出リング６２が配置されている。
スロット６４およびリング６２は、ヘッドアダプタ６６を着脱可能に工具交換アダプタ８０に連結できるようにする。図８および図９には、ヘッド組立体アダプタと工具交換アダプタとの相互連結が最も良く示されている。ヘッドアダプタ６６はヘッドを連結するように設計されている。工具チェンジャアダプタ８０は、その一方の側面がヘッドアダプタ６６と係合しかつ他方の側面が標準ツーピース工具チェンジャの雌形半部と係合するように設計するのが好ましい。１つの適当なツーピース工具チェンジャとして、Robotic Accessories （Tipp City 、オハイオ州）から市販されているものがある。本発明のヘッド組立体５２の長所は、適当なヘッドアダプタプレートまたは工具チェンジャアダプタ８０を作ることにより、一般的に入手できる任意数のウェーハ保持ヘッドおよび工具チェンジャを使用できることである。
【００１６】
図４、図８および図９に示すように、工具チェンジャアダプタ８０はまた、インデックステーブル３６上の各ヘッド受入れ領域４２に取り付けられたヘッド保持組立体６８に着脱可能に連結され、従ってヘッド組立体５２をインデックステーブル３６に連結する。ヘッド保持組立体６８は、ねじ７２によりインデックステーブル３６に取り付けられる環状壁７０を有している。図４には、図面の明瞭化の目的で１つのヘッドリテーナのみが示されているが、ヘッドリテーナ組立体６８は、インデックステーブル３６上の各ウェーハ受入れ領域４２に取り付けるのが好ましい。１つの好ましい実施形態では、環状壁７０にスロット付きリング７４が固定され、この場合、リング７４は金属材料で作られ、壁７０は重量を低減させるためプラスチック材料で作られる。環状壁７０は、該環状壁から延びている２つの突出部７６に連結される。突出部７６は、壁７０および取り付けられたリング７４を回転させるべく移動できる。この回転により、ヘッド組立体の工具チェンジャアダプタの部分８０を保持するボールベアリング７８が引込められる。スロット付きリング７４のスロットがボールベアリング７８を受け入れかつスピンドル駆動組立体１０８がヘッド組立体と係合しかつ加工ステーションに移動できるようにする。ウェーハが加工ステーションからインデックステーブルに受け入れられると、ヘッド組立体５２がヘッド保持機構６８に再連結される。これは、再び突出部７６を押圧することにより環状壁７０およびスロット付きリング７４が回転され、ボールベアリングをヘッド組立体５２の工具チェンジャアのダプタ８０の回りで環状溝７９と接触させる。
【００１７】
ヘッドリテーナ組立体６８はまた、インデックステーブル上でのウェーハの回転中に、ウェーハおよびヘッド組立体のＤＩ水すすぎを行なう。ヘッドリテーナ組立体の外部のＤＩ水ポート６９は、インデックステーブル３６のチューブ（図示せず）からＤＩ水を受け入れる。図９に示すように、ＤＩポート６９は周方向チャンネル７１に連結され、ＤＩ水をヘッド組立体に供給する。ヘッド保持組立体６８の通路７３は、ヘッド組立体５２とヘッド保持組立体６８との間のすすぎギャップ７５に開口している。ＤＩ水または他の所望の洗浄剤はＤＩポート６９内に流入しかつウェーハおよびヘッド組立体５２上に流出して、残留洗浄剤を除去する。洗浄工程は、ウェーハが加工ステーション間を移動する間に行なわれ、従って、異なる加工ステーションでの化学的に相容性のある研摩剤の使用を容易にする。
【００１８】
図１０に示すように、１対のヘッドリテーナ駆動ピストン５９がヘッドリテーナ組立体６８の突出部７６と協働して、ヘッド組立体をヘッドリテーナ組立体にロクしかつアンロックする。１対のヘッドリテーナ駆動ピストン５９は、システム１０の各加工ステーションに隣接して、後端組立体のフレームに配置される。ピストンはブラケット６１によりフレームに固定されかつインデックステーブル上では移動しない。ピストンは、インデックステーブルの増分回転移動により、現在インデックステーブルに取り付けられている各ウェーハが次のそれぞれの加工ステーションに移動されるとき、各ヘッドリテーナ機構と整合するように取り付けられている。各ピストン５９には軸６５の端部に接触ヘッド６３が設けられており、該接触ヘッド６３は突出部に当接してこれを押し、これによりヘッド組立体をインデックステーブルにロックしかつアンロックするように設計されている。一般的に入手可能な任意数の空気圧ピストンまたは油圧ピストンを使用できる。ピストン５９は、搬送モジュールコントローラ３１６（図３１）により制御され、スピンドル駆動組立体１０８、１０９（図１５〜図１９参照）と協働してヘッド組立体５２をロックしまたはアンロックする。
【００１９】
図１１〜図１３は、ヘッドリテーナ組立体４６８の第２の好ましい実施形態を示す。この実施形態では、別のヘッドリテーナ駆動ピストンが必要である。図１１に示すように、ヘッドリテーナ組立体４６８は、インデックステーブルの各ヘッド受入れ領域で環状壁４７０に取り付けられるヘッド組立体連結リング４６９を有している。リング４６９は内側フランジ４７１を有し、該内側フランジ４７１は、この回りで非対称的パターンに配置された複数の工具チェンジャアダプタ貫通スロット４７２を備えている。貫通スロット４７２は、ヘッド組立体に取り付けられた工具チェンジャアダプタ４８０の外周から半径方向外方に延びている。各貫通スロット４７２は、ピン保持ベイ４７３から所定の周方向距離だけ間隔を隔てている。各ピン保持ベイ４７３は、内側フランジ４７１の凹部により形成される。
より詳細に後述するように、各加工ステーションのスピンドル駆動組立体は、工具チェンジャアダプタのピン４７４と貫通スロット４７２とを整合させ、ピン４７４が貫通スロット４７２を貫通するまでヘッド組立体を持ち上げ、かつピンがピン保持ベイ４７３内に配置されるまでヘッド組立体を下降させることにより、図１１〜図１３のヘッドリテーナ機構のヘッド組立体をロックする。スロットおよび対応するピンの非対称的パターンは、インデックステーブルと加工ステーションとの間でのヘッド組立体の全搬送で各ヘッド組立体がインデックステーブル上に同じ方向で確実にローディングされるように、極性嵌合（polarized fit)を行なう。図１１〜図１３に示すヘッドリテーナ組立体は、ヘッドリテーナ組立体のロックまたはアンロックを行なうのに別のピストンが不要であるという点で優れている。それどころか、スピンドル駆動組立体は、インデックステーブル上でのヘッド組立体の整合およびロックの必要工程を行う。
【００２０】
ヘッドローダ
図１４は、ローディング／アンローディング操縦中にヘッド組立体５２およびインデックステーブル３６と相互作用するヘッドローダ３４を示す。簡単化のため、図１４には、ヘッド組立体５２に連結されたヘッド組立体５２またはヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９（図１９）の全部は示されていない。ヘッドローダ３４は、予整合されたウェーハを、研摩前にヘッド組立体上に置きかつウェーハが研摩されかつバフィングされた後にウェーハを取り出すように設計されている。また、ヘッドローダは、ウェーハをアンローディングするときに、過剰のスラリを、脱イオン水（ＤＩ水）でヘッド組立体およびウェーハからすすぐためのすすぎステーションとして機能する。ヘッドローダ３４のノズルにより、ＤＩ水とは別にまたはＤＩ水と一緒に他の洗浄薬品を供給できる。ヘッドローダ３４は、ウェーハ搬送組立体９２を包囲する垂直方向に移動可能なすすぎ流体収容タブ９０を有している。搬送組立体９２は、整合リング９６と同心状に整合した円筒状の支持リング９４を有している。フレーム９９に取り付けられた空気圧シリンダ９８により駆動されるシリンダ軸１０２が、タブ９０に連結されている。シリンダ９８がタブを上昇および下降させる。シリンダ９８は、インデックステーブルとのシールを形成すべく、インデックステーブル３６の底部まで上昇できることが好ましい。このシールは、ヘッドローダとインデックスプレートとの間の交換中にウェーハおよびヘッド組立体をフラッシュ（洗浄）できるようにするのに必要である。シールは、タブ９０の開口の周囲に配置されるＯリング９１で形成することもできる。
【００２１】
タブ９０の内部では、ヘッド整合リング９６およびウェーハ支持リング９４が、リニアアクチュエータ９７によりリフタロッド１０１を介してタブ９０とは独立して移動される。リニアアクチュエータ９７は、整合リング９６およびウェーハ支持リング９４の両方を移動させる。リニアアクチュエータ９７は、ヘッド整合リング９６がウェーハ支持リング９４と係合しかつウェーハ支持リング９４とヘッド組立体５２とが係合するまで、ヘッド整合リング９６とウェーハ支持リング９４とを上昇させる。ヘッド組立体５２との整合が達成されたならば、第２アクチュエータ１２１がウェーハ支持リング９４を独立して上昇させ、ヘッド組立体にウェーハを搬送するか、ヘッド組立体からのウェーハを受け入れる。ウェーハおよびヘッド組立体は、ヘッド整合リング９６およびウェーハ支持リング９４に隣接して支持体１０３上に配置されたスプレーノズル１００からのすすぎ流体を受ける。ノズルは、ＤＩ水および界面活性剤等の付加洗浄薬品を噴霧して、研摩されたウェーハをきれいに洗浄しかつ未研摩のウェーハを加工のためにヘッド上に搬送する前にヘッドのすすぎをも行なう。
【００２２】
スピンドル駆動組立体
ウェーハをインデックステーブルから上昇させまたはインデックステーブル上に下降させるヘッドローダに加え、スピンドル駆動組立体はインデックステーブルからヘッド組立体５２を下降させる。本発明の好ましいシステム１０には、２形式のスピンドル駆動組立体を使用することが好ましい。第１形式のスピンドル駆動組立体は、ヘッドローダ３４に対向して配置される。第２形式のスピンドル駆動組立体は、インデックステーブルにより形成される加工経路に沿う残余の各加工ステーションに配置される。両形式のスピンドル駆動組立体は、スピンドル１１０に連結された雄形部分８１および各ヘッド組立体５２に取り付けられた雌形部分８３を備えたロボット形工具チェンジャを用いて、スピンドルを、インデックステーブルの上方からヘッド組立体に着脱可能に連結される。
図１および図２は、ウェーハ研摩システム１０に使用される主研摩装置およびタッチアップ研摩装置用のスピンドル駆動組立体１０８の配置を最も良く示す。ヘッドローダ３４でのスピンドル駆動組立体は、他の加工ステーションでのスピンドル駆動組立体１０８を簡単化したバージョンが好ましいが、より複雑なスピンドル駆動組立体１０８をヘッドローダに使用することもできる。前述のように、ヘッド組立体５２は、ヘッドリテーナ組立体６８により回転インデックステーブルに対して着脱可能に取り付けられる。インデックステーブルの経路に沿う各加工ステーションにおいて、スピンドル駆動組立体１０８は、ヘッド組立体５２と係合し、該ヘッド組立体がインデックステーブル３６上のヘッドリテーナ組立体からアンロックされている間にヘッド組立体を保持し、かつアンロックされたヘッド組立体５２およびウェーハを加工ステーションに移動させる。加工ステーションでの加工が完了すると、スピンドル駆動組立体は、ヘッド組立体およびウェーハをインデックステーブルまで戻し、ウェーハおよびヘッド組立体をヘッドリテーナ機構にロックし、かつヘッド組立体から係合解除する。次に、インデックステーブルが次のインデックス位置（割出し位置）に自由に回転し、かつウェーハ研摩システム１０の各加工ステーションで、インデックステーブルからのウェーハおよびヘッド組立体からの係合解除工程が同時に反復される。
【００２３】
別の構成として、図１１〜図１３のヘッドリテーナ機構を使用する場合には、スピンドル駆動組立体１０８がヘッド組立体を直接アンロックまたはロックするように構成できる。スピンドル駆動組立体１０８は、ピン４７４が貫通スロット４７２と整合するまでヘッド組立体を回転させる。次に、スピンドル駆動組立体がヘッド組立体を僅かに持ち上げ、かつピンがフランジ４７１のピン保持ベイ４７３内に配置されるまでヘッド組立体を回転させる。次に、工具チェンジャの雌形部分から連結解除することにより、スピンドル駆動組立体がヘッド組立体を解放する。次の加工ステーションでヘッド組立体がスピンドル駆動組立体により再び掴まれかつ加工のために下降されると、このプロセスが反転される。本発明の好ましいシステム１０の長所は、全スピンドル駆動組立体の重量および嵩を試験しかつ移動させる必要なく、加工されているウェーハが、着脱可能なヘッド組立体を用いて加工ステーション間で同時に移動されることである。
【００２４】
図１５〜図１８には、好ましいスピンドル駆動組立体１０８が詳細に示されている。スピンドル駆動組立体１０８は、該組立体１０８を通って垂直方向に延びているスピンドル１１０を有している。スピンドル１１０は、該スピンドルの両端部に配置された１対のベアリング組立体１１２内で回転可能かつ摺動可能に取り付けられている。ベアリング組立体は、スピンドル１１０がその軸線に沿って摺動しかつその軸線の回りで回転することを可能にするボールスプラインベアリングが好ましい。１つの適当なボールスプラインベアリングとして、THK Inc.から市販されているLTR 形式ベアリングがある。
図１７に示すように、スピンドル１１０は、該スピンドルの全長に沿って延びている中空ボア１１４を有している。中空ボア１１４内には複数の流体導管１１６が配置されている。流体導管１１６は、空気または液体を搬送するか、真空を搬送することもできる。システム１０に使用されるヘッド組立体５２の形式に基づいて、これらの導管１１６の幾つかまたは全てを使用することができる。ヘッド組立体５２とは反対側のスピンドル１１０の端部には、ローテータカップリング１１８が取り付けられている。ローテータカップリング１１８には所望の任意の流体または真空を搬送する可撓性チューブ（図示せず）が連結され、該チューブはスピンドル１１０の導管１１６に連結されている。
【００２５】
スピンドル１１０は、スピンドル駆動組立体１０８のフレームに固定されたサーボギアモータ１２０により回転される。サーボギアモータ１２０はベルト（図示せず）を回転させ、該ベルトは、スピンドル１１０に連結されたアダプタ駆動プーリ１２２を回転させる。スピンドル１１０の軸線方向移動は、粗調節機構１２４および微調節機構１２６により制御される。粗調節機構１２４は、Axidyne から市販されているBC35ねじ駆動アクチュエータのようなねじ駆動アクチュエータが好ましい。粗調節機構１２４は、固定フレーム１３２に取り付けられたレール１３０上で、スピンドル１１０、微調節機構１２６、ベアリング組立体１１２およびスピンドル駆動組立体１０８の残部を移動させる。粗調節機構１２４は固定フレーム１３２に取り付けられ、かつスピンドル駆動組立体１０８の残部をレール１３０に摺動可能に連結するスライドベアリングに取り付けられた駆動部分を有している。好ましい実施形態では、粗調節機構１２４は、スピンドルを、スピンドル駆動組立体１０８の残部と一緒に約３〜４インチ移動させ、これによりヘッド組立体５２が主研摩装置３８またはタッチアップ研摩装置４０に隣接するインデックステーブルを通って下方に移動されるように設計されている。
【００２６】
ヘッド組立体５２が、粗調節機構１２４によりほぼ加工領域まで下降されると、微調節機構１２６が、ウェーハを残余の距離だけ移動させ、かつウェーハに加えられる押圧力を制御する。微調節機構１２６は、レバーアーム１３６に取り付けられたダイアフラム複動シリンダ１３４により作動される。レバーアーム１３６は、その一端がシリンダ軸１３８に取り付けられ、他端がレール１３０に固定された枢着点１４０に取り付けられている。枢着点１４０とシリンダ軸１３８との間で、レバーアーム１３６にはスローアウトベアリング（throw-out bearing)１４２が連結されている。スローアウトベアリング１４２は、スピンドル１１０への軸線方向に固定された回転可能な連結構造を有し、このため、シリンダ１３４は、該スピンドルが回転している間に該スピンドルを上方または下方に移動させることができる。レバーアーム１３６は、小形軽量で小出力のシリンダまたは他の形式のアクチュエータの使用を可能にし、同時に、シリンダの軸線方向精度（axial resolution) すなわち微調節能力を高めることができる長所を有する。好ましい別の一実施形態では、微調節機構１２６の複動シリンダ１３４を、高精度、高速親ねじで置換できる。１つの適当なダイアフラム複動シリンダとして、Bellofram から市販されているモデルD-12-E-BP-UM複動シリンダがある。
【００２７】
各ウェーハ研摩装置３８でウェーハに作用する制御された押圧力を維持することが重要であるので、微調節機構は1/2 psi 以内に制御できるのが好ましく、２〜１０psi の範囲を有する。微調節機構として使用するのに好ましい別の装置は高精度（high resolution)リニアアクチュエータである。固定フレーム１３２に取り付けられたリニア変位センサ１４１は、粗調節機構１２４の移動および位置を表示する制御回路への電気的フィードバックを行なう。微調節機構１２６にはシリンダ伸長センサ１４３が設けられており、該センサ１４３は、レバーアーム１３６の位置を表示する制御回路への電気信号をシリンダ１３４に供給する。好ましくは、レバーアームおよびシリンダの位置を表示する電気信号は、シリンダ軸１３８を運動範囲の中心に維持するのに使用される。また、スピンドルは、主研摩加工およびバフィング（タッチアップ研摩）加工中にウェーハを約５〜５０rpm で回転させ、一方、スピンドル駆動組立体は所望の押圧力を維持する。
【００２８】
スピンドルおよびスピンドル駆動組立体１０８上のウェーハに加えられる押圧力の適正制御を維持するため、図１８に示すような閉ループ制御回路１４４が使用される。制御回路１４４は、粗移動制御回路１４６と、スピンドル回転制御回路１４８と、ヘッド押圧力制御回路１５０とを有している。粗移動制御回路１４６は粗調節機構１２４のモータに電気的に接続されており、移動速度および移動時間を制御する。下限センサ１５２および上限センサ１５４が粗移動制御回路１４６と通信し、極端位置に到達したときに粗調節機構１２４を遮断する。リニア変位センサ１４１およびシリンダ伸長センサ１４３が制御回路と通信する。複数の制御ライン１５６も、通信中の加工モジュールコントローラ３１４（図３１）からの情報をシステム１０のＧＵＩ２８に通信する。スピンドル回転制御回路１４８が、ベルトおよびアダプタを介してスピンドル１１０に接続されたモータ１２０を制御する。複数のモータ制御回路１５８は、モータ１２０がスピンドルを所望方向に所望速度で回転できるようにしかつ情報を与える。
【００２９】
微調節機構１２６はヘッド押圧力制御回路１５０により制御される。圧力を最良に制御するため、好ましい実施形態では、制御回路１５０が、圧力変換器１６０上の複動シリンダ１３４のダイアフラムの両側の圧力差をモニタリングしかつ制御弁１６２を付勢して、ダイアフラムのいずれかの側に圧力を加えまたは圧力を減じる。シリンダは空気圧シリンダが好ましいが、油圧シリンダを使用することもできる。微調節機構１２６により加えられる絶対圧力を測定するのに、ロードセルのような別個のヘッド押圧力センサを使用できる。制御弁１６２に供給される空気圧は、粗調節機構がその移動を完了した後、ソレノイドスイッチ１６６を介して付勢される加圧ライン１６４を通して供給される。制御ライン１６８は、スピンドル１１０を上昇または下降させる情報をヘッド押圧力回路１５０に与え、かつＧＵＩ２８を介してユーザから受けた情報に基づいてどれほどの力を加えるかの情報を与える。
【００３０】
好ましい実施形態では、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、ヘッドローダ３４上に配置される。図１９に示すように、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、図１５〜図１７のスピンドル駆動組立体を簡単化したバージョンである。ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、ベアリングブロック１１３内に回転可能に取り付けられたスピンドル１１１を有している。ベアリングブロック１１３は、支持ストラット１１７に取り付けられた垂直レール１１５に摺動可能に取り付けられている。支持ストラット１１７は、緊締具により、ウェーハ研摩システム１０のフレームに取り付けられる。
ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、スピンドル１１１を移動させる単一のリニアアクチュエータ１１９と、ベアリングブロック１１３と、インデックステーブルの平面に対して垂直なベアリングブロックへのアタッチメントとを使用している。図１５〜図１７のスピンドル駆動組立体１０８とは異なり、いかなる研摩もヘッドローダでは行なわれないので、微調節機構は不要である。また、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、ヘッド組立体を±３６０°回転させるに過ぎない。ヘッドローダでは一方向への連続回転は不要であるので、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、流体または真空をスピンドル１１１に案内するためのローテータカップリングを使用しない。それどころか、あらゆる流体導管または真空導管は単にスピンドル１１１の外部に導かれて、スピンドルの±３６０°の巻回を可能にする充分な弛みが与えられる。サーボモータ１２７は、ギアボックス１２５を介してベルト押圧力プーリを駆動し、スピンドル１１１を回転させる。前述のように、スピンドル１１１は、ヘッドローダのノズルがウェーハおよび／またはヘッド組立体をすすぐことを可能にする。本発明の好ましいヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、主研摩装置３８およびタッチアップ研摩装置４０で必要なスピンドル駆動組立体１０８と比べ、コストが易く簡単であるという長所を有する。
【００３１】
主ウェーハ研摩装置
スピンドル駆動組立体１０８は、インデックステーブルにより形成される加工経路に沿う各位置に配置された加工ステーションと協働する。図１〜図３に示すように、加工ステーションのうちの２つは主ウェーハ研摩装置３８である。主ウェーハ研摩装置３８は、半導体ウェーハのＣＭＰ加工を行なうように設計されたリニア研摩機である。ウェーハ研摩システム１０には、別の実施形態におけるロータリ研摩機を組み込むことができる。図２０〜図２５には好ましいリニアウェーハ研摩装置３８が示されている。主ウェーハ研摩装置３８は、駆動ローラ１８０およびアイドルローラ１８２の回りに配置されたベルト１７８を有している。ベルト１７８は、例えばポリマー材料またはステンレス鋼のような高引張り強度材料で形成するのが好ましい。直径１２インチ以下のウェーハを研摩する場合、ベルト１７８の幅は約１３〜１４インチである。吸収パッド１７９がベルト１７８を覆っており、該吸収パッド１７９は微細研摩剤を含有する薬剤またはスラリ等の研摩流体と協働して、ウェーハの表面から材料を除去する。ウェーハ研摩システムに使用される各主ウェーハ研摩装置３８は、ウェーハの表面から少なくとも1,000 Å／分の速度で材料を除去するように構成される。また、各研摩機３８は、パッド１７９の表面を粗くし、スラリ搬送のための微小チャンネルを形成し、かつＣＭＰ加工中に生じる破砕屑を除去するため、パッドコンディショナ（図示せず）を組み込むのが好ましい。任意の数の既知のパッドコンディショナを使用できる。
ローラ１８０、１８２はライニングされた鋼製フレーム１８４に取り付けられている。フレーム１８４はステンレス鋼で作るのが好ましく、かつプラスチックまたはプラスチック被覆材料で作られたライニング１８６を有している。化学スラリおよび研摩剤をウェーハ研摩機３８に使用するので、研摩機は内面および外面の両方ができる限り多くシールされ、これにより、研摩中に発生した砥粒が精密ベアリング内に侵入したり後端組立体１４を汚染することを防止する。保護ガード１８８は、ローラ１８０、１８２の端部を覆っている。両ローラ１８０、１８２は、ステンレス鋼または他の耐食性高強度材料で作られた管状コア１９０を有している。ベルト１７８とローラ１８０、１８２との間に牽引力を付与するため、管状コア１９０上にはゴム被覆１９２が設けられる。ベルト１７８とローラ１８０、１８２との間に水および化学スラリがしみ込むことを防止するため、ベルト１７８はローラ１８０、１８２の両端部から張り出す幅をもつのが好ましい。また、ゴム被覆には溝を設け、水またはスラリがベルトとローラとの間に侵入した場合のハイドロプレーニング効果を防止する。フレーム１８４の底部には、過剰の水およびスラリのためのドレン１９４が設けられている。
【００３２】
フレーム１８４の外部で駆動ローラ１８０の下にはローラ駆動ギアモータ１９６が配置されている。モータ１９６は、該モータをローラ１８０の駆動軸２００に連結する駆動ベルト１９８を回転させる。駆動軸は、フレーム１８４のシールされたベアリング組立体２０２に回転可能に取り付けられている。駆動軸２００には、ローラ１８０の管状コア１９０が固定されている。
駆動ローラ１８０とは異なり、アイドルローラ１８２は回転しない軸２０４を有している。アイドルローラ１８２の管状コア１９０は、該管状コア１９０と軸２０４との間に位置するシール形ベアリング２０６に支持された軸２０４の回りで受動的に回転する。アイドルローラ１８２上のベルトの張力により、アイドルローラ１８２は駆動ローラ１８０と同期して回転される。アイドルローラ１８２の軸２０４の各端部は、図２２に示すように、フレーム１８４に摺動可能に取り付けられた摺動バー２０６に枢着されている。摺動バー２０６は、研摩機３８の操縦・張力付与機構２０８（後述）の一部を構成する。
【００３３】
図２１および図２２に最も良く示すように、ローラ１８０、１８２上のベルト１７８の張力および整合は、操縦・張力付与機構２０８により自動的に調節される。操縦・張力付与機構２０８は、STARCYL から市販されている多段空気圧シリンダのような空気圧シリンダ２１０で構成され、該シリンダ２１０は、リンク組立体２１２を介して各スライドバー２０６に連結されている。リンク組立体２１２は、アイドルローラ１８２の各側で負荷をモニタするためのロードセル２１４を収容するのが好ましい。各スライドバー２０６は、アイドルローラ軸２０４の端部に隣接してフレーム１８４の各側に取り付けられたテークアップハウジング２１６内に保持されている。テークアップハウジング２１６は、軸２０４のハウジングの開口の両側に取り付けられた２つのシールされたリニアベアリング組立体２１８を有している。ベアリング組立体は、好ましくは、スライドバー２０６をローラ１８０、１８２の平面に平行な直線方向に移動できるように整合される。
【００３４】
図２１に示すように、スライドバーとアイドルローラ軸とが協働して、アイドルローラ軸の端部が互いに独立して移動することを可能にする。ベルト１７８の全体的張力を調節するため、ピストン２１０はスライドバー２０６を、駆動ローラ１８０から離れる方向または近づく方向に移動させることができる。この調節は、ローラを手動調節または取り外すいかなる必要もなくして自動的に行なうことができる。張力調節と同時に、操縦・張力付与機構２０８は、駆動ローラに対してアイドルローラを操縦して、ベルトがローラ上での適正整合を維持しかつローラから外れないようにする。操縦は、ピストン２１０によりスライドバーを独立的に移動させ、ベルトがローラの回りで回転するときにベルト１７８を整合させることにより行なわれる。操縦の調節は、ベルト１７８の一縁部または両縁部上に置かれた整合センサ２４４（図２４）から受ける信号に従って行なわれる。アイドルローラの相対移動および操縦を制御する閉ループ回路を完成するのに任意数のセンサを使用できる。
【００３５】
図２１および図２２に最も良く示すように、アイドルローラ軸２０４のいずれかの端部のスロット２１９はスライドバー２０６を受け入れかつ回転可能な結合部（スライドバー２０６および軸２０４を通るピン２２０が好ましい）でスライドバーに連結されている。軸２０４のスロット２１９の基部とスライドバー２０６の縁部との間のギャップ２２２は、操縦・張力付与機構２０８がアイドルローラ１８２の端部が互いに独立して移動することを必要とするときに、アイドルローラ軸２０４が各ピン２２０の回りで枢動できるようにする間隙を与える。可撓性環状シール２２４は、軸２０４と、該軸のためのフレーム１８４の開口との間のギャップをシールする。可撓性シール２２４はまた、操縦および張力調節中に軸のリニア移動を可能にする。ベルト１７８の張力付与および操縦に関する付加情報源として、ベルト張力付与・操縦機構２０８は、アイドルローラ軸２０４の各端部に設けられたリニア変位センサ２２６を有している。好ましくは、センサ２２６の固定部分２２８はテークアップハウジング２１６に取り付けられかつ可動部分はスライドバー２０６に取り付けられる。
【００３６】
既知の出発位置に対する各スライドバー２０６の位置を表す電気信号は、図２４に示すように、各センサにより、操縦・張力付与制御回路２３２に送られる。各研摩機３８の操縦・張力付与制御回路２３２は、加圧空気ライン２３４内の加圧空気の分配を制御する。ソレノイド弁２３６は、研摩機が付勢されると、データ信号により遠隔からトリガされる。圧力スイッチ２３８は空気圧をモニタして、所定の充分な空気圧が確実に存在するようにする。リンク組立体２１２のロードセル２１４からのデータ信号は、中央プロセッサ（図示せず）により使用されて圧力制御弁２４０を調節する。圧力制御弁２４０は、空気圧シリンダ２１０によりベルトに付与される張力を変化させる。これと同時に、ベルトトラッキングコントローラ２４２は、増幅回路２４６を介して、ベルト縁部位置センサ２４４（好ましくは誘導近接センサ）からの情報を受ける。好ましい一実施形態では、ベルト縁部位置センサ２４４は、ベルト縁部位置をモニタすべく配置されかつベルトの位置に関する電気信号をベルトトラッキングコントローラ２４２に供給するビデオカメラのような光学的センサで構成できる。
【００３７】
ベルトトラッキングコントローラ２４２は、ベルトトラッキング制御弁２４８を電気的に制御する。制御弁２４８は、ベルトトラッキングコントローラ２４２により表示される操縦要求に従って各シリンダ２１０に空気圧を分配する。好ましくは、ベルト縁部位置センサ２４４からベルトトラッキングコントローラ２４２へのフィードバックループが、４〜２０mAの範囲内（この範囲の中間に、静止レベルすなわちベルト中心レベルが設定される）の調節信号をベルトトラッキングコントローラに供給する。シリンダ２１０と制御弁２４８との間の空気圧ラインの圧力ゲージ２５０は、現在の圧力設定の手動検査を可能にする。
張力付与および操縦に加え、ベルト１７８は、ウェーハがスピンドル駆動組立体１０８によりインデックステーブルから下降されるとき、できる限り平らに維持することを必要とする。前述のように、スピンドル駆動組立体１０８は、ベルト１７８に対して、ウェーハ上の入念に制御された押圧力を付与する。この圧力は、駆動ローラ１８０とアイドルローラ１８２との間でベルトを下方に撓ませる。研摩加工が均一に行なわれるようにするにはウェーハの面を横切るベルト面を平坦にすることが重要であるので、ベルト１７８のウェーハ受入れ側には１対のベルト偏向ローラ２５２を配置するのが好ましい。
【００３８】
図２２、図２３および図２５に最も良く示すように、ベルト偏向ローラ２５２は、駆動ローラ１８０とアイドルローラ１８２との間でこれらに対して平行に配置される。ベルト偏向ローラ２５２は、駆動ローラおよびアイドルローラの平面から僅か上方に突出する。ベルト偏向ローラは、ベルトを、0.06〜0.13インチの範囲内で駆動ローラおよびアイドルローラの平面から上方に偏向させるのが好ましい。図２２および図２５に示すように、各ベルト偏向ローラ２５２は、該ローラ２５２の軸２５６を両端で懸架するローラ支持体２５４により研摩機３８のフレームに取り付けられる。
好ましい一実施形態では、ローラ２５２は、軸の回りのシール形ベアリングに取り付けられた固定軸２５６および回転可能スリーブ２５８を有する。回転可能なスリーブ２５８は、ベルト１７８より幅広であるのが好ましい。偏向ローラ２５２として、数百ポンドの分布圧力を支持できる任意数の入手可能なローラ組立体を使用できる。
【００３９】
プラテン組立体
再び図２３を参照すると、研摩機３８はまた、プラテン組立体２６０を有している。プラテン組立体は、プラテン高さアジャスタ２６２と協働して、ベルト１７８の裏面とプラテン２６４との間のギャップを制御する。本発明の好ましいプラテン組立体の長所は、研摩機全体を分解する必要なくして高さ調節できることである。プラテン組立体２６０は、研摩中に高さを調節できかつウェーハ全体に亘って非常に正確な圧力分布を維持する。図２３に示すように、プラテン組立体２６０は、ベルト偏向ローラ２５２の間で研摩機３８のフレーム１８４に着脱可能に取り付けられる。
図２６および図２７に示すように、プラテン組立体２６０は、ディスクプラテンホルダ２６６に取り付けられた交換可能なディスクプラテン２６４を有している。ディスクプラテンホルダ２６６の下のマニホルド組立体２６８は、流体を正確な量でディスクプラテン２６４に分散させるように設計される。好ましくは、ディスクプラテンホルダ２６６は、ベルト１７８の移動方向に垂直な少なくとも一方の縁部に沿って配置された１列の予湿ノズル（pre-wet nozzle）２６７を有している。流体は、マニホルド組立体２６８の予湿マニホルド２７１から予湿ノズル２６７に導かれる。予湿ノズルは、ベルトが最初にプラテン組立体２６０上を通るときにベルトを潤滑する少量の流体を供給することにより、ディスクプラテンホルダ２６６の縁部に対するベルトの摩擦を低減させる。好ましくは、使用される流体は空気であり、マニホルド組立体２６８は、プラテン組立体２６０への空気供給の容易な係合および係合解除を可能にする複数の迅速離脱空気圧ポートを有している。プラテンディスクガスケット２７２は、プラテン２６４とプラテンホルダ２６６との間のシールを形成する。同様に、プラテンホルダガスケット２７４は、マニホルド組立体２６８とプラテンホルダ２６６との間のシールを形成する。複数の緊締具２７６はプラテン組立体２６０を一体に保持し、かつ４つのコネクタ孔２７８が緊締具（図示せず）と協働して、研摩機３８へのプラテン組立体２６０の取付けまたは取外しを行なう。
【００４０】
作動に際し、プラテン組立体２６０は、システム１０の後端組立体１４に配置されたプラテン流体マスフローコントローラ２８０（図１）からの空気または他の流体の制御された供給を受ける。本発明の好ましいプラテン組立体には、他の流体流れ制御装置を使用することもできる。マスフローコントローラ２８０からの制御された流体は、マニホルド組立体２６８で受け入れられ、ディスクプラテン２６４の複数の空気分配ベント２８２に分配される。分配ベント２８２から出る空気または他の流体は、正確に制御された態様でベルト１７８に圧力を付与する流体ベアリングを形成すると同時に、ベルトが空気ベアリング上を連続的に走行するときにベルトに対する摩擦を最小にする。他の好ましい実施形態では、マニホルド組立体を省略でき、個々のホースまたはチューブが流体をプラテン組立体の適当なノズルまたはベントに分配するように構成できる。
【００４１】
研摩機３８の他の重要な特徴は、ベルト１７８に対してプラテン２６０の高さを調節しかつプラテン２６０とベルトとの平行整合を維持するプラテン高さアジャスタ２６２にある。プラテン高さアジャスタ２６２は、独立作動する３つのリフト機構２８４で形成するのが好ましい。図２１および図２３に示すように、リフト機構２８４は三角形パターンに間隔を隔てており、プラテン組立体２６２はベルト１７８に対して任意の角度に調節できる。リフト機構２８４は、フレーム１８４内のシールされたチャンバ内のプラテン組立体２６２の直ぐ下で、駆動ローラ１８０とアイドルローラ１８２との間に配置される。
図２８は、好ましいリフト機構２８４の構造を最も良く示す。各リフト機構２８４は、データライン２９０を介してエンコーダ２８８により制御されるモータ２８６により駆動される。モータ２８６は、アダプタ２９４を介して、遊星ギアヘッド２９２を駆動する。遊星ギアヘッド２９２は非常に高いギア比を有し、微調節を達成できる。１つの適当なギア比は１００：１である。カム機構２９５は、ステッパモータ２８６の回転運動をリフタ軸２９６の垂直運動に変換する。雄形および雌形球面を備えた環状ベアリング２９８（図２３）は、プラテンが３つの接触点で調節されるときにプラテン取付けプレート３００と軸２９６との間に過度の応力を引き起こすことなく、プラテン高さアジャスタ２６２のリフト機構２８４が上下に移動できるようにする多くの運動自由度を与える。各軸２９６は、ボルト３０２およびワッシャ３０４により取付けプレートに連結される。ベローズマウント３０６およびクランプ３０８は、プラテン高さアジャスタ２６２が取付けプレート３００を介してプラテン組立体２６０に連結されるときに、取付けプレート３００とのシールされた結合部を形成する。
【００４２】
タッチアップ研摩装置
インデックステーブル３６（図１）の下にはタッチアップ研摩機４０が取り付けられており、かつインデックステーブルの反対側でシステム１０に取り付けられたスピンドル駆動組立体１０８と協働して、加工経路に沿う各ウェーハ加工進度の最終研摩工程を行う。ウェーハ研摩システム１０に使用されるタッチアップ研摩機は、既知の多くのロータリ研摩装置の任意のものでよく、例えばEngis Corporation から市販されているものがある。一実施形態では、タッチアップ研摩装置４０は、前述の主ウェーハ研摩機３８と同様なリニア研摩装置であり、1,000 Å／分未満の速度でウェーハから材料を除去することにより、平坦化されたウェーハのバフ加工が行なえるようになっている。
図２９および図３０には、ウェーハ研摩システム１０に使用する他のタッチアップ研摩機４０が示されている。タッチアップ研摩機４０のこの実施形態は、研摩プレート３３０の同時回転・直線振動を行なうように設計される。研摩プレート３３０は、各半導体ウェーハの表面から微細スクラッチおよびマークを除去するのに使用される。パッド３３２は、好ましくは研摩流体（例えば、微細研摩剤を含有するスラリ）を使用して、1,000 Å／分未満の速度でウェーハから材料を除去する。スピンドル駆動組立体は、回転・直線振動タッチアップ研摩機４０に対してウェーハが保持されるときにウェーハを回転させる。
ロータリプレート３３０は、軸３３６を介してモータ３３８に連結される。一実施形態では、ロータリプレートは、±１rpm で制御できる１０〜２００rpm の速度で回転される。モータ３３８、軸３３６およびロータリプレート３３０は、ロータリプレート３３０の表面に平行に配置されたリニアガイド組立体３４０に摺動可能に取り付けられる。リニアガイド組立体は、タッチアップ研摩機４０のフレーム３４６に取り付けられる。リニアガイド組立体３４０に連結されたリニアアクチュエータ３４４は、ロータリプレート３３０がリニアガイド組立体３４０に沿って直線方向に前後に移動すると同時に回転するように、取付けプレートおよびこれに取り付けられた部品を振動させる。リニアアクチュエータ３４４は、ロータリプレートおよびこれに取り付けられた部品を、リニアガイド組立体に沿って、６０〜６００ストローク／分（１ストロークは、一方向への最大移動量である）の速度で振動させることができる。リニアアクチュエータが、リニアガイド組立体に沿ってホーム位置から±１インチで移動する場合には、ストロークは２インチとなる。
【００４３】
リニアアクチュエータは、ロータリプレートおよびこれに連結された部品を所定速度で直線運動させることができる任意の形式のリニアアクチュエータで構成できる。好ましいタッチアップ研摩機４０のロータリプレート部分として、Engis Corporation の製造に係るロータリ研摩機構を使用できる。図２９〜図３０に示すタッチアップ研摩機の実施形態は、ロータリプレートを回転させると同時にロータリプレートを直線方向に振動させるべく作動するが、タッチアップ研摩機は、ロータリプレートを回転させることなく、直線方向のみに移動するように制御することもできる。逆に、ウェーハは、ロータリプレートを回転させかつ直線方向に振動させることなく適当にバフ加工することができる。
【００４４】
制御アーキテクチャ
図３１は、ウェーハ研摩システム１０の作動を制御するための好ましい通信ネットワークおよび制御アーキテクチャを示す。前端フレーム組立体１２のディスプレイ２８に使用されるグラフィックユーザインターフェース３０は、ユーザとクラスタツールコントローラ（cluster tool controller:ＣＴＣ）との間の直接相互作用を可能にする。ＣＴＣ３１０は、システムの主プロセッサである。適当なクラスタツールコントローラは、Microsoft NT 4.0を実行するコンパクトＰＣＩベースコンピュータである。好ましくは、グラフィックユーザインターフェース３０は、Wonderware InTouchツールを用いて書き込まれる。SECS/GEMインターフェースは、RS-232コネクション３１２上で作動すべくGW Associates ツールを用いて書き込まれ、かつ他の機器への通信に使用される。好ましくは、ＣＴＣ３１０は、エサーネットネットワーク３１８を介してプロセスモジュールコントローラ（process module controllers：ＰＭＣ）３１４およびトランスポートモジュールコントローラ（ＴＭＣ）３１６と通信する。
各ＰＭＣ３１４は、ＣＴＣ３１０からの命令に従って、ウェーハ加工装置（すなわち、主研摩装機３８、タッチアップ研摩機４０およびスクラバ組立体３２）の作動を制御する。ＰＭＣ３１４は、ｐＳＯＳ＋ソフトウェアを実行しかつエサーネットネットワーク３１８を介してＴＭＣ３１６および他のＰＭＣ３１４と通信できるコンパクトＰＣＩベースコンピュータが好ましい。
ＴＭＣ３１６も、ｐＳＯＳ＋ソフトウェアを実行するコンパクトＰＣＩベースコンピュータが好ましい。ＴＭＣは、ヘッドローダ３４、ドライロボット２０およびウェットロボット２４、およびインデックステーブル３６を制御する。好ましくは、ＴＭＣ３１６は、半導体ウェーハがシステム１０により適正に加工されることを確保するためのスケジューリングソフトウェアを含んでいる。
【００４５】
加工の全体的説明
上記システム１０を用いたウェーハの好ましい加工方法を以下に説明する。複数の半導体ウェーハが充填されたカセット１６を前端組立体１２に装填することにより、加工が開始される。ドライロボット２０は個々のウェーハを取り出し、各ウェーハを１つずつ搬送ステーション２２上に置く。搬送ステーション２２は、特徴基準マーク（例えば、ノッチまたは平坦部）が適正に整合するまでウェーハを回転させることによりウェーハを整合させる。ウェットロボット２４が搬送ステーション２２に到達してウェーハを取り出し、ウェーハに回路が設けられている場合には回路が設けられた側面が下を向くようにして裏返す。ウェットロボット２４は、ウェーハを後端フレーム組立体１４に運び、ヘッドローダ３４上に置く。次に、ヘッドローダ３４は、ウェーハをヘッド組立体５２まで上昇させる。
ウェーハをヘッドローダからヘッド組立体まで搬送する工程は、ヘッドローダ３４と、該ヘッドローダの上方に位置するヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９とにおいて、完全に同期化された作動で行なわれる。ヘッドローダでは、ウェットロボットが、上昇された支持リング９４上に丁度ウェーハをセットした状態になっている。整合リング９６が上昇して、ウェーハを支持リング９４上に整合させる。次に、ヘッドローダがタブ９０を上昇させかつウェーハの裏面を加湿し、ヘッド組立体５２が真空または流体の表面張力を利用してウェーハを把持することを補助する。ウェーハは以前に裏返されているので、ウェーハの裏面がヘッド組立体５２に向かって上を向いている。加湿が完了したならば、タブ９０を下降させる。整合リングおよび支持リングが、ヘッド組立体に一致するまで移動し、ウェーハを搬送する。
【００４６】
ウェーハの裏面が加湿されている間、スピンドル駆動組立体が下降してヘッド組立体を把持する。スピンドルおよびヘッド組立体上のそれぞれ雄形部分および雌形部分が一体にロックされる。次に、ヘッドリテーナ機構６８が、インデックステーブル３６からヘッド組立体５２を解放する。ここで、スピンドル駆動組立体が、ヘッド組立体を、インデックステーブルを通して下降させ、ウェーハに一致させる。支持リング９４は、空気通路５８を通ってウェーハ受入れプレート５４に作用する空気の吸引力によってウェーハが掴まれるまで、加湿されたウェーハを上方に移動させる。ヘッド組立体がインデックステーブルまで上昇され、ヘッドリテーナ機構にロックされ、かつスピンドルにより解放される。
インデックステーブルが回転してウェーハを第１主研摩機３８に搬送し、研摩を開始する。前述のように、ウェーハを保持するヘッド組立体がスピンドルに連結され、主研摩機３８まで下降される。主研摩機上のスピンドル駆動組立体１０８が、ウェーハを、インデックステーブルから約４インチ下方に移動させ、ウェーハが一定速度で回転している間に、ウェーハを、測定された押圧力で、移動ベルト１７８上の研摩パッドに押し付ける。スピンドル駆動組立体１０８、プラテン組立体２６０およびプラテン高さアジャスタ２６２がプロセスモジュールコントローラ３１４から情報を受けかつ協働して、ウェーハとベルトとの間に適当な圧力および整合を維持する。また、１０％の微細研磨剤スラリのような化学研磨剤がベルト上の研摩パッド上に連続的または間欠的に供給され、ウェーハ研摩加工が開始される。第１主研摩装置３８では、ウェーハが部分的に研摩され、好ましくは半分研摩される。ウェーハが部分的に研摩された後、スピンドル組立体がウェーハをインデックステーブルまで後方に引き寄せ、ヘッド組立体がインデックステーブルに連結されかつスピンドルが取り外された後、インデックステーブルがウェーハを次の主ウェーハ研摩装置に搬送する。ウェーハの除去および研摩工程は、ウェーハの研摩が完了するまで反復される。
【００４７】
主研摩工程で残されたあらゆるスクラッチまたは汚れを除去するため、ウェーハがインデックステーブルに再連結されてタッチアップ研摩装置に移動される。タッチアップ研摩機でバフ加工された後、ウェーハは再びインデックステーブルで搬送され、ヘッドローダに戻される。ヘッドローダは、アンローディング作業中に、幾つかの工程を実行する。タブ９０が上昇してインデックステーブルをシールする。ヘッドローダのノズルがＤＩ水をウェーハの面上に噴霧する。ウェーハ支持リング９４がヘッド組立体まで上昇し、該ヘッド組立体が、ガスまたは液体をゆっくり吹き付けることによりウェーハを押しやる。整合リング９６が支持リングの回りで上昇してウェーハを整合させ、次に、支持リングおよび整合リングがウェーハを下降させる。タブがインデックステーブルに対して依然としてシールされた状態で、ノズル１００がウェーハの裏面およびヘッド組立体のウェーハ保持部分をすすぐ。すすぎの後、タブが下降し、ウェットロボットがヘッドローダからウェーハを取り出して裏返し、次に、平坦化されたウェーハをスクラバに配置して最終的洗浄および乾燥を行なう。次に、ウェットロボットは、ウェーハ搬送ステーションから未研摩ウェーハを回収し、これをヘッドローダ上に置く。ドライロボットが、洗浄および乾燥されたウェーハをスクラバから受け入れ、これをカセット内に戻す。
【００４８】
これらの工程は、全てのウェーハが同じ装置で取り扱われるように、各ウェーハについて反復される。システムがフル稼働しているときには、インデックステーブル上の４つの全てのヘッド受入れ領域がウェーハで占拠される。ヘッドローダが研摩されたウェーハをヘッド組立体から取り出した後、新しいウェーハが利用可能なヘッド組立体上に置かれる。好ましい実施形態では、インデックステーブルが回転してヘッド組立体を次の研摩ステーション上の新しい位置に移動させる度毎に、インデックステーブルが停止し、各スピンドル駆動組立体が、この下に位置するヘッド組立体（およびこれに取り付けられたウェーハ）を取り出して加工する。全ての加工ステーションがこれらのそれぞれの仕事を同時に実行する。本発明の好ましいシステムおよび方法の１つの長所は、同じ加工経路上で各ウェーハを加工することによる優れた同一性が得られ、ウェーハ間の平坦化のあらゆる不一致を防止できることである。また、本発明のシステムは、研摩工程を２つ以上の研摩装置上での複工程に分けることにより、ウェーハをより効率的に加工できることである。加工経路に沿う研摩機３８、４０の個数を最適化することにより大きな生産量が達成され、このため、ウェーハが、加工経路に沿う連続流れで搬送される。上記実施形態では、研摩の全時間はスクラビング工程および乾燥工程の２倍であり、従って２つの研摩機を設けて、各研摩機で半分の研摩を行なうことを考えた。従って、インデックステーブルは、一定時間間隔で加工ステーションから加工ステーションへと回転される。理解されようが、任意の１加工ステーションまたは遂行される研摩形式の制限に基づいて、他の多くの研摩装置または他の加工ステーションを使用できる。
【００４９】
他の実施形態では、本発明の好ましいシステムは、同じ加工経路に沿って別の研摩加工を行うように変更できる。例えば、化学的に相容性のある２つ以上の研摩加工を用いてウェーハを最高に研摩する場合には、加工経路に沿って使用される各研摩装置を隔絶して、研摩工程間でウェーハをすすぐようにシステム１０を構成できる。他の実施形態では、スクラバ組立体が故障した場合に、加工済みの濡れたウェーハを保管するため、ヘッドローダに隣接して湿潤ウェーハ保持領域を付加できる。これにより、スクラバに付随するあらゆる問題が矯正されるまで、スラリコンパウンドが湿った状態に維持されるであろう。
以上、本発明の改善された半導体ウェーハ研摩システムおよび方法を説明した。本発明の方法は、全てのウェーハを単一加工経路上で加工し、研摩工程を少なくとも２つの研摩機に分けて行い、同一性および生産性を高めている。本発明のシステムは、インデックステーブルコンベアを使用して、単一の加工経路に沿ってアクセスできる一体化された研摩装置、バフ加工装置およびスクラビング装置を有している。本発明のシステムは、各加工ステーションに配置されたインデックステーブルとスピンドル駆動組立体との間のヘッド組立体を交換するための着脱可能なヘッド組立体を有している。ヘッドローダは、インデックステーブルへとおよびインデックステーブルから移動するウェーハのローディング、アンローディングおよびすすぎを行なうように設計されている。リニアウェーハ研摩装置は、自動空気圧ベルト張力付与・操縦機構を有している。また、研摩装置は、不必要な配管を省略するマニホルドを備えた空気圧プラテンを有している。このプラテンは、研摩加工中にプラテンおよびベルトとウェーハとを正確に整合させるプラテン高さアジャスタに着脱可能に取り付けられる。２段垂直調節能力および正確な押圧能力を用いたスピンドル駆動組立体も設けられている。
【００５０】
以上の説明は例示的なものであって制限的なものではないこと、および特許請求の範囲の記載は本発明の範囲を定めるあらゆる均等物を包含するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による半導体研摩システムを示す斜視図である。
【図２】図１のウェーハ研摩システムを示す左側側面図である。
【図３】図１および図２のウェーハ研摩システムでの好ましいウェーハ加工流れ経路を示す概略図である。
【図４】図１および図２のシステムに使用される好ましいインデックステーブルを示す斜視図である。
【図５】図１および図２のシステムに使用する第２の好ましいインデックステーブルを示す斜視図である。
【図６】ウェーハヘッド組立体を底部を示す斜視図である。
【図７】図６のウェーハヘッド組立体を頂部を示す斜視図である。
【図８】図１のウェーハ研摩システムに使用されるヘッド保持組立体およびヘッド組立体を示す平面図である。
【図９】図６のヘッド保持組立体およびヘッドアダプタを、図８の９−９線に沿って破断した断面図である。
【図１０】図４のインデックステーブル上のヘッド保持機構に隣接して配置されたヘッドリテーナ作動ピストンの一部を示す平面図である。
【図１１】図１のシステムに使用される第２の好ましいヘッド保持機構を示す平面図である。
【図１２】図１１のヘッド保持機構に使用される第２の好ましい工具アダプタコネクタを示す平面図である。
【図１３】図１１のヘッド保持機構に取り付けられるヘッド組立体を示す断面図である。
【図１４】図１のウェーハ研摩システムに使用される好ましいヘッドローダ組立体を示す側面図である。
【図１５】図１のウェーハ研摩システムに使用される好ましいスピンドル駆動組立体の後部を示す斜視図である。
【図１６】図１５のスピンドル駆動組立体を示す側面図である。
【図１７】図１６の１７−１７線に沿うスピンドル駆動組立体の断面図である。
【図１８】好ましいスピンドル駆動組立体の電気制御回路および空気圧制御回路を示す概略図である。
【図１９】図１のシステムに使用される好ましいヘッドローダスピンドル駆動組立体を示す側面図である。
【図２０】図１および図２のウェーハ研摩システムに使用される好ましい主ウェーハ研摩装置の頂部を示す斜視図である。
【図２１】図２０の２１−２１線に沿う断面図である。
【図２２】図２０の主ウェーハ研摩装置の一部を示す斜視図である。
【図２３】図２０の２３−２３線に沿う断面図である。
【図２４】図２０の主ウェーハ研摩装置の好ましい電気制御回路および空気圧制御回路を示す概略図である。
【図２５】図２０の主ウェーハ研摩装置に使用される好ましい偏向ローラを示す斜視図である。
【図２６】図２０の主ウェーハ研摩装置に使用される好ましいプラテン組立体を示す斜視図である。
【図２７】図２６のプラテン組立体を示す分解図である。
【図２８】図２０の主ウェーハ研摩装置に使用される好ましいプラテン調節リフタを示す斜視図である。
【図２９】図１のウェーハ研摩システムに使用される好ましいタッチアップ研摩機を示す平面図である。
【図３０】図２９のタッチアップ研摩機を示す正面図である。
【図３１】図１および図２のウェーハ研摩システムに使用される制御回路経路および通信経路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ウェーハ研摩システム
１２ 前端フレーム組立体
１４ 後端フレーム組立体
２２ ウェーハ搬送ステーション
３２ スクラバ組立体
３４ ヘッドローダ
３６ インデックステーブル
３８ 主ウェーハ研摩装置
４０ タッチアップ研摩装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械的平坦化技術(a chemical mechanical planarization technique) を用いて半導体ウェーハを平坦化する技術に関し、より詳しくは、単一の集合化された加工パスにより、首尾一貫してかつ効率的に半導体ウェーハを平坦化する改良されたシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウェーハには、後で分離されて個々のチップになる所望設計の集積回路が複数コピーされる。半導体ウェーハ上に回路を形成する一般的技術は写真製版である。写真製版プロセスの一部は、特殊カメラをウェーハ上に合焦させて回路の像をウェーハ上に投影することを必要とする。ウェーハの表面上へ合焦させるカメラの能力は、しばしば、ウェーハ表面の非同一性（inconsistencies)すなわち凹凸により悪影響を受ける。この影響感受性は、より小さくかつ集積度の高い回路設計での電流駆動において顕著である。また、ウェーハは一般に層状に構成され、回路の一部が第１レベル上に作られかつ回路の次のレベルに接続するための導電性バイアスが作られる。ウェーハ上に回路の各層がエッチングされた後、酸化物層が設けられ、バイアスが前の回路レベルの残部を貫通しかつこれを覆うことができるようにする。回路の各層は、次の回路層を創成する前に平滑化しなければならないウェーハに凹凸を発生させまたは付加する。ウェーハの製造方法は浮遊粒子に感応するデリケートなものであり、このため一般に「クリーンルーム」という高度に管理された環境内で行なわれる。
【０００３】
生ウェーハおよびその後に付加される各材料層の平坦化には、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）技術が使用されている。一般にウェーハポリシャと呼ばれている入手可能なＣＭＰシステムは、しばしば、ウェーハを、平坦化すべきウェーハ表面の平面内で回転する研摩パッドと接触させる回転ウェーハホルダを使用している。ウェーハを研摩する研摩パッドには、化学研摩剤のような研摩流体または微細研摩剤を含有するスラリが供給される。次に、ウェーハホルダが、回転する研摩パッドに対してウェーハを押し付け、ウェーハを研摩しかつ平坦化すべく回転される。
このウェーハ研摩加工はウェーハ製造にとって重要であるが、ウェーハをクリーンルームに戻す前に完了しなければならないＣＭＰ加工の唯一の部分は、１次ウェーハ研摩のみである。ウェーハをクリーンルームに戻す前に完了しなければならないＣＭＰ加工工程として、ウェーハから研摩流体を洗浄しかつすすぎ、その後に乾燥する工程がある。最終の洗浄、すすぎおよび乾燥を行なう前の他の工程として、最初の研摩加工で用いた薬品およびスラリとは異なる非相容性薬品およびスラリを用いた付加研摩加工並びに前の研摩工程で残された微細スクラッチを除去する付加研摩加工がある。これらの工程間の中間すすぎも必要になる。既存のウェーハ平坦化装置は、しばしば、大きな空間を占拠しかつ或る機械から次の機械へのウェーハの搬送を手動または半自動で行なう必要のある別々の機械からなる。或る機械から他の機械へのウェーハの搬送に何らかの遅延があると、化学スラリが乾燥し始め、このため、ウェーハの研摩またはスクラビングに大きな困難が生じる。工程間すなわち機械間のウェーハ搬送に遅延が生じると、化学スラリの化学的作用が長く続き過ぎ、研摩加工に悪影響を与える。
【０００４】
既存の研摩機およびスクラバは、ウェーハ加工時間が異なっている。通常、研摩加工は、バフ加工またはスクラビング加工より長時間を要する。ウェーハ加工時間を最適化しかつ装置を最大限に使用できるようにするため、幾つかのＣＭＰ加工スキームは、各々が単一平坦化工程を完了するに過ぎない多くのウェーハ研摩機を使用している。これらの別々の研摩機からのウェーハは、次に、同じバッファまたはスクラバで各々が加工される。この技術に付随する問題は、ウェーハのバッチが別々の研摩ステーションで加工されかつウェーハ間の研摩の非同一性が生じ易いことである。これらの非同一性を最小にするには、既存のＣＭＰシステムは、装置に対する極めて高い公差を有しかつ各研摩機での加工条件を正確に再現しなければならない。異なるウェーハホルダは、ウェーハを同じ角度に保持できかつ研摩機に対してウェーハを保持するときにウェーハに同じ大きさの圧力を作用できなくてはならない。各研摩機は同一速度で回転しかつ同一性（consistency)および同量の研摩剤を供給できなくてはならない。公差に配慮しなければ、ウェーハから創成される半導体回路の生産性または性能に潜在的に悪影響を与える、同一性のないＣＭＰ加工がなされるであろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、効率的で同一性のある態様で複数の半導体ウェーハにＣＭＰを遂行できるシステムおよび方法が要望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様によれば、単一加工経路上の少なくとも１つの半導体ウェーハの表面を均一に平坦化および洗浄する方法が開示されている。本発明の方法は半導体ウェーハおよび半導体ウェーハ研摩システムを用意し、半導体ウェーハを半導体ウェーハ研摩システムに取り付け、かつ半導体ウェーハをウェーハローディングステーションに搬送する工程を有している。ウェーハは、ウェーハローディングステーションから第１主研摩ステーションに搬送され、半導体ウェーハを部分的に平坦化する第１研摩加工が遂行される。ウェーハは第２研摩ステーションに搬送され、第２研摩加工が半導体ウェーハの平坦化を完了する。これらの工程は加工される全てのウェーハに反復される。１つの他の実施形態では、各研摩ステーションが種々の化学研磨剤および加工方法を使用する。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置が、半導体ウェーハをロードステーションから搬送ステーションに移動させる第１ウェーハ搬送機構を有している。第２ウェーハ搬送機構は搬送ステーションに隣接して配置されかつ半導体ウェーハを搬送ステーションから半導体ウェーハローディング装置に移動させるように設計されている。ウェーハローディング装置は、個々のウェーハをウェーハコンベア上にロード（装填）する。ウェーハコンベアは多数のウェーハ受入れ領域を有しかつ複数のウェーハ受入れ領域の各々に半導体ウェーハを受け入れるように回転可能に移動できる。ウェーハコンベアは、所定の加工経路に沿うウェーハの連続閉ループ運動を可能にする態様で配置されかつ加工経路に沿って戻す必要性を完全に回避すべく最適化される。加工経路に沿って配置される第１主研摩ステーションは、半導体ウェーハを所定時間平坦化して、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造する。加工経路に沿って配置された第２主研摩ステーションは、部分的に平坦化された半導体の平坦化を完成する。タッチアップ研摩機は、第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションで残されたあらゆる痕跡スクラッチを除去すべく、平坦化されたウェーハをバフ加工する。また、ウェーハは、ウェーハコンベアローダですすがれ、かつウェーハスクラビング装置でスクラビングおよび乾燥されて、スラリおよび粒子を完全に除去する。各半導体ウェーハは単一の加工経路を移動する。
【０００８】
好ましい実施形態では、ウェーハコンベアとウェーハ加工位置との間で半導体ウェーハを搬送する半導体ウェーハ搬送機構が開示される。搬送機構は、回転可能かつ軸線方向に移動可能なスピンドルである。該スピンドルにはレバーアームが取り付けられており、該レバーアームの一端は可動フレームに連結されかつ第２端部は可動フレームに取り付けられた微調節スピンドル駆動装置に連結されている。粗調節スピンドル駆動装置が固定フレームに取り付けられかつ可動フレームに連結されており、これにより、粗調節スピンドル駆動装置は、可動フレームを固定フレームに対してスピンドルの軸線方向に移動させることができる。半導体ウェーハ搬送機構は、着脱可能なウェーハ支持ヘッドおよび回転可能なウェーハコンベアと協働して、ウェーハコンベアと研摩ステーションまたはウェーハコンベアローダとの間でウェーハを移動させる。粗調節スピンドル駆動装置および微調節スピンドル駆動装置は、研摩ステーションで研摩パッドに対してウェーハを押し付ける圧力の制御度合いを付加する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３には、ウェーハ研摩システム１０の好ましい実施形態が示されている。システム１０は、前端フレーム組立体１２と、該前端フレーム組立体１２に連結された後端フレーム組立体１４とを有している。一般に半導体ウェーハ製造設備に使用されるシステム１０は、前端フレーム組立体１２の端部に配置されたカセット１６またはHine Design, Inc. から市販されているErgoローダのようなカセットホルダ等の少なくとも１つのウェーハホルダから半導体ウェーハを受け入れる。より詳細に後述するように、半導体ウェーハは、システム１０により、完全に加工されたカセット１６から回収され、かつきれいに乾燥されかつ均一に平坦化された状態で、同じ位置または所定の別の位置のカセット１６に戻される。
【００１０】
前端フレーム組立体１２は、所望サイズのウェーハカセット１６を受け入れるサイズを有している。各カセット１６は多数のウェーハを収容する。カセット１６は、手動でまたは標準モジュールインターフェース（standard module interface:ＳＭＩＦ）キャリヤ１８を用いて自動的に、入力／出力キューにローディングされる。好ましいウェーハ研摩システムには任意数のカセット１６を使用でき、カセット１６は、ポリプロピレンまたはテフロン等のプラスチック或いはウェーハの保持に適した他の任意の材料で作ることができる。カセット１６に隣接して、前端フレーム組立体１２内にはドライ環境ロボット２０が配置されている。ドライロボット２０は、カセット１６からウェーハを回収しかつウェーハをカセット１６に戻すように設計するのが好ましい。前端フレーム組立体１２で使用する１つの適当なロボット２０として、Hine Design, Inc. により製造されるモデル番号04300-038 がある。乾燥ロボット２０と後端組立体１４との間で前端組立体１２内に配置されたウェーハ搬送ステーション２２は、加工中にドライロボット２０からウェーハを受け入れる。搬送ステーション２２は、好ましくは、ドライロボット２０から半導体ウェーハを受け入れるのに適したウェーハ受入れプラットホームを有している。搬送ステーション２２はウェーハと予整合しかつ後端組立体１４内に配置されたウェット環境ロボット２４にアクセスできる形状を有している。適当な搬送ステーションが、Hine Design, Inc. から市販されている。
【００１１】
前端組立体１２はまた、ウェーハ研摩システム１０の全体を作動させるグラフィックユーザインターフェース（graphic user interface: ＧＵＩ）２８を表示するディスプレイ２６を収容している。ＧＵＩは、クリーンルーム内に突出する前端組立体の部分でカセット１６に隣接して配置するのが好ましい。好ましくは、ＧＵＩ２８は、ユーザがシステム１０と協働して、加工パラメータ及びモニタ進行を変えることを可能にする。ディスプレイ２６は、標準形ＣＲＴ、液晶ディスプレイまたは他の適当な視覚表示装置で構成できる。
前端組立体１２には、粒子によるウェーハの汚染を防止するためのフィルタ３０（好ましくは、高効率粒子減衰（high efficiency particulate attenuator: ＨＥＰＡ）フィルタ）が取り付けられている。また、前端組立体１２には、スクラバ組立体３２の一端が後端組立体１４に隣接し、他端がドライロボット２０に隣接するようにしてスクラバ組立体３２が配置されている。スクラバは、後端組立体１４で加工されたウェーハを機械的及び化学的に洗浄し、次に、ドライロボット２０がウェーハをカセット１６に戻す前に、ウェーハをすすぎかつ乾燥させる。後端組立体１４から出るウェーハは、しばしば、後端組立体１４で行なわれる研摩またはバフ加工により残される化学スラリの粒子を完全に除去するための機械的スクラビングを必要とする。１つの適当なスクラバとして、OnTrak Systems, Inc.の製造に係る両面スクラバ（ＤＳＳ：登録商標）がある。本発明の好ましい方法及びシステムの１つの長所は、乾燥した粒子のない状態でウェーハをシステムに装填しかつシステムから取り出す、ウェーハの「ドライイン−ドライアウト」加工にある。
【００１２】
前述のように、半導体ウェーハは、前端組立体１２から、ウェットロボット２４を介して後端組立体１４へと搬送される。用語「ウェット」は、ロボットが作動するウェット（湿潤）環境をいう。このウェット環境は、後端組立体１４内でのウェーハの研摩及びバフ加工中に使用されかつ発生される薬品、水分及び湿気の存在により創成される。システム１０内でのカセット１６と加工ステーションとの間のウェーハ搬送を取り扱うのに１基のロボットを使用することもできるが、カセット及び加工された全てのウェーハからの化学スラリ及び粒子の隔絶を向上させるには、２基のロボット２０、２４が好ましい。１つの適当なロボット２４として、Hine Design, Inc. の製造に係るモデル番号04300-25がある。
後端組立体１４では、図３に最も良く示すように、ウェットロボット２４がヘッドローダ３４と協働する。ヘッドローダ３４は、図４に示すように、ウェーハを、ウェーハコンベア装置（回転できるインデックステーブル３６が好ましい）上にローディング及びアンローディングすることができる。インデックステーブル３６は、多数のウェーハ（各ウェーハは互いに別々に保持されている）を解放可能に保持する。インデックステーブル３６は一方向に移動して、各ウェーハがヘッドローダ３４（ヘッドローダ３４では、完全に研摩された半導体ウェーハがアンローディングされかつ前端組立体１２を通してカセット１６に戻される）に戻る前に、各ウェーハを、加工ステーションの全回路を通して搬送する。後端組立体１４のインデックステーブル３６の経路に沿う第１加工ステーション及び第２加工ステーションは、主ウェーハ研摩装置３８（化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）が可能なリニアウェーハ研摩機が好ましい）である。リニア研摩機が好ましいけれども、ウェーハ研摩システム１０のモジュラー設計では、ロータリ研摩機等の他の形式の研摩装置も容易に使用できる。本発明の開示の目的で、主ウェーハ研摩装置とは、少なくとも1,000 Å／分の速度でウェーハから材料を除去できるように構成された研摩機をいう。
【００１３】
インデックステーブルがウェーハを各々の主ウェーハ研摩装置に搬送した後、インデックステーブル３６はウェーハを第３加工ステーション（ロータリバッファ等のタッチアップ研摩装置４０が好ましい）に搬送する。適当なタッチアップ研摩装置４０として、Guard, Inc. から市販されている軌道研摩機がある。任意の数のロータリ研摩装置またはタッチアップ研摩装置を使用できる。本発明の開示目的として、用語「タッチアップ研摩装置」とは、主研摩段階でウェーハの表面に残される残留スクラッチを、1,000 Å／分未満（最も好ましくは、５０〜５００Å／分）の速度で除去できるウェーハバフ装置をいう。後端組立体１４の構成部品についての上記概略的説明は、後でより詳細に補足する。後述のように、用語「加工ステーション」とは、広く、ヘッドローダ３４、主研摩装置４８およびタッチアップ研摩装置４０の全てをいうものとする。
ウェーハコンベア
図４は、後端フレーム組立体１４内で、主研摩装置３８およびタッチアップ研摩装置４０上に取り付けられるインデックステーブル３６の好ましい実施形態を最も良く示す。前述のように、インデックステーブル３６は、全ての半導体ウェーハが、同じ加工ステーション上の同じ加工工程を受けるように、半導体ウェーハを各加工ステーションに搬送すべく作動する。インデックステーブル３６は、好ましくは、インデックステーブルの周囲に等間隔に配置された複数のヘッド受入れ領域４２を有する。インデックステーブル３６は、該インデックステーブルの上または下に取り付けられた、モータ駆動形インデキサ（割出し機）４５を介して回転軸線４６（図２）に連結される中央ハブ４４を有している。インデックステーブル３６は、モータ駆動形インデキサ４５の下に取り付けるのが好ましい。インデックステーブル３６およびインデキサ４５のこの構成により、インデックステーブル３６の下の加工ステーションを、よりコンパクトに集合化できる。また、この構成は、潜在的汚染物質がインデックステーブルからインデキサまたはベアリング組立体内にしたたり落ちることを防止する。インデックステーブル３６は、モータ駆動形インデキサ４５に連結されたモータにより、連続３６０°回転に亘って一方向に正確な増分で回転できる。インデキサ４５に連結されたモータ４７は、図示の実施形態では、インデキサ４５を９０°ずつ回転駆動する。例えば、４つより多くのウェーハ受入れ領域、従って４つより多くのウェーハがインデックステーブル３６上に配置される場合には、回転増分は、インデックステーブル３６の下に位置する加工ステーション上での各ウェーハの正確な配置を確保できるように適応した設計がなされる。インデックステーブル３６は一方向に移動するのが最も好ましく、ウェーハ研摩加工中は方向を反転しない。
【００１４】
ロータリフィードバックシステム４９は、インデックステーブル３６の位置をモニタする。ロータリフィードバックシステム４９は、エンコーダ駆動スプロケット５３およびエンコーダ駆動チェーン５５を介して回転軸４６に連結されたロータリエンコーダ５１を有している。ロータリエンコーダ５１からの信号は、ウェーハの進行をモニタする搬送モジュールコントローラ３１６（図３１）に導かれかつインデキサ４５を駆動するモータ４７を制御する。インデックステーブル３６には、プラスチック被覆アルミニウムまたはステンレス鋼が適している。インデックステーブル３６を正確に回転させるのに、Camco 902RDM4H32-330のようなモータ駆動形インデキサ４５を使用できる。
他の好ましい実施形態では、ウェーハコンベアは、図５に示すように軽い重量をもつように構成されたインデックステーブル４３６で形成できる。この実施形態では、インデックステーブル４３６は、中実材料ではなく、中央ハブ４４４から延びている支持アーム４４８で形成されたフレームを使用している。ウェーハ受入れ領域４４２は、支持アーム４４８の端部に位置している。周方向に配置された支持体４５０は、インデックステーブル４３６に強度および剛性を付加する。当業者には明らかなように、他のインデックステーブル構造を用いることができる。
【００１５】
ヘッド組立体およびヘッド保持組立体
半導体ウェーハは、インデックプレートにより形成される加工経路に沿って進行するとき、各々の半導体ウェーハが異なるヘッド組立体５２により保持される。各ヘッド組立体５２は、図６および図７に示すように、１つのウェーハを保持する。ウェーハを保持するとき、ヘッド組立体５２は、保持リング５６により形成された境界内のウェーハ受入れプレート５４に当接させてウェーハを保持する（保持リング５６は、ウェーハ受入れプレート５４のプレートを包囲しかつ該プレートを超えて延びている）。ウェーハ受入れプレート５４の周囲には、複数の孔すなわち流体導管５８が分散配置されている。これらの流体導管５８は、ヘッド組立体５２が、表面張力により、またはウェーハとウェーハ受入れプレート５４との間の部分真空によりウェーハを保持する補助をする。外側リング６０およびヘッドアダプタ６６は、ヘッド組立体５２の下部を一体に保持する。図７に示すように、ヘッドアダプタ６６上には、スロット６４および同心状の突出リング６２が配置されている。
スロット６４およびリング６２は、ヘッドアダプタ６６を着脱可能に工具交換アダプタ８０に連結できるようにする。図８および図９には、ヘッド組立体アダプタと工具交換アダプタとの相互連結が最も良く示されている。ヘッドアダプタ６６はヘッドを連結するように設計されている。工具チェンジャアダプタ８０は、その一方の側面がヘッドアダプタ６６と係合しかつ他方の側面が標準ツーピース工具チェンジャの雌形半部と係合するように設計するのが好ましい。１つの適当なツーピース工具チェンジャとして、Robotic Accessories （Tipp City 、オハイオ州）から市販されているものがある。本発明のヘッド組立体５２の長所は、適当なヘッドアダプタプレートまたは工具チェンジャアダプタ８０を作ることにより、一般的に入手できる任意数のウェーハ保持ヘッドおよび工具チェンジャを使用できることである。
【００１６】
図４、図８および図９に示すように、工具チェンジャアダプタ８０はまた、インデックステーブル３６上の各ヘッド受入れ領域４２に取り付けられたヘッド保持組立体６８に着脱可能に連結され、従ってヘッド組立体５２をインデックステーブル３６に連結する。ヘッド保持組立体６８は、ねじ７２によりインデックステーブル３６に取り付けられる環状壁７０を有している。図４には、図面の明瞭化の目的で１つのヘッドリテーナのみが示されているが、ヘッドリテーナ組立体６８は、インデックステーブル３６上の各ウェーハ受入れ領域４２に取り付けるのが好ましい。１つの好ましい実施形態では、環状壁７０にスロット付きリング７４が固定され、この場合、リング７４は金属材料で作られ、壁７０は重量を低減させるためプラスチック材料で作られる。環状壁７０は、該環状壁から延びている２つの突出部７６に連結される。突出部７６は、壁７０および取り付けられたリング７４を回転させるべく移動できる。この回転により、ヘッド組立体の工具チェンジャアダプタの部分８０を保持するボールベアリング７８が引込められる。スロット付きリング７４のスロットがボールベアリング７８を受け入れかつスピンドル駆動組立体１０８がヘッド組立体と係合しかつ加工ステーションに移動できるようにする。ウェーハが加工ステーションからインデックステーブルに受け入れられると、ヘッド組立体５２がヘッド保持機構６８に再連結される。これは、再び突出部７６を押圧することにより環状壁７０およびスロット付きリング７４が回転され、ボールベアリングをヘッド組立体５２の工具チェンジャアのダプタ８０の回りで環状溝７９と接触させる。
【００１７】
ヘッドリテーナ組立体６８はまた、インデックステーブル上でのウェーハの回転中に、ウェーハおよびヘッド組立体のＤＩ水すすぎを行なう。ヘッドリテーナ組立体の外部のＤＩ水ポート６９は、インデックステーブル３６のチューブ（図示せず）からＤＩ水を受け入れる。図９に示すように、ＤＩポート６９は周方向チャンネル７１に連結され、ＤＩ水をヘッド組立体に供給する。ヘッド保持組立体６８の通路７３は、ヘッド組立体５２とヘッド保持組立体６８との間のすすぎギャップ７５に開口している。ＤＩ水または他の所望の洗浄剤はＤＩポート６９内に流入しかつウェーハおよびヘッド組立体５２上に流出して、残留洗浄剤を除去する。洗浄工程は、ウェーハが加工ステーション間を移動する間に行なわれ、従って、異なる加工ステーションでの化学的に相容性のある研摩剤の使用を容易にする。
【００１８】
図１０に示すように、１対のヘッドリテーナ駆動ピストン５９がヘッドリテーナ組立体６８の突出部７６と協働して、ヘッド組立体をヘッドリテーナ組立体にロクしかつアンロックする。１対のヘッドリテーナ駆動ピストン５９は、システム１０の各加工ステーションに隣接して、後端組立体のフレームに配置される。ピストンはブラケット６１によりフレームに固定されかつインデックステーブル上では移動しない。ピストンは、インデックステーブルの増分回転移動により、現在インデックステーブルに取り付けられている各ウェーハが次のそれぞれの加工ステーションに移動されるとき、各ヘッドリテーナ機構と整合するように取り付けられている。各ピストン５９には軸６５の端部に接触ヘッド６３が設けられており、該接触ヘッド６３は突出部に当接してこれを押し、これによりヘッド組立体をインデックステーブルにロックしかつアンロックするように設計されている。一般的に入手可能な任意数の空気圧ピストンまたは油圧ピストンを使用できる。ピストン５９は、搬送モジュールコントローラ３１６（図３１）により制御され、スピンドル駆動組立体１０８、１０９（図１５〜図１９参照）と協働してヘッド組立体５２をロックしまたはアンロックする。
【００１９】
図１１〜図１３は、ヘッドリテーナ組立体４６８の第２の好ましい実施形態を示す。この実施形態では、別のヘッドリテーナ駆動ピストンが必要である。図１１に示すように、ヘッドリテーナ組立体４６８は、インデックステーブルの各ヘッド受入れ領域で環状壁４７０に取り付けられるヘッド組立体連結リング４６９を有している。リング４６９は内側フランジ４７１を有し、該内側フランジ４７１は、この回りで非対称的パターンに配置された複数の工具チェンジャアダプタ貫通スロット４７２を備えている。貫通スロット４７２は、ヘッド組立体に取り付けられた工具チェンジャアダプタ４８０の外周から半径方向外方に延びている。各貫通スロット４７２は、ピン保持ベイ４７３から所定の周方向距離だけ間隔を隔てている。各ピン保持ベイ４７３は、内側フランジ４７１の凹部により形成される。
より詳細に後述するように、各加工ステーションのスピンドル駆動組立体は、工具チェンジャアダプタのピン４７４と貫通スロット４７２とを整合させ、ピン４７４が貫通スロット４７２を貫通するまでヘッド組立体を持ち上げ、かつピンがピン保持ベイ４７３内に配置されるまでヘッド組立体を下降させることにより、図１１〜図１３のヘッドリテーナ機構のヘッド組立体をロックする。スロットおよび対応するピンの非対称的パターンは、インデックステーブルと加工ステーションとの間でのヘッド組立体の全搬送で各ヘッド組立体がインデックステーブル上に同じ方向で確実にローディングされるように、極性嵌合（polarized fit)を行なう。図１１〜図１３に示すヘッドリテーナ組立体は、ヘッドリテーナ組立体のロックまたはアンロックを行なうのに別のピストンが不要であるという点で優れている。それどころか、スピンドル駆動組立体は、インデックステーブル上でのヘッド組立体の整合およびロックの必要工程を行う。
【００２０】
ヘッドローダ
図１４は、ローディング／アンローディング操縦中にヘッド組立体５２およびインデックステーブル３６と相互作用するヘッドローダ３４を示す。簡単化のため、図１４には、ヘッド組立体５２に連結されたヘッド組立体５２またはヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９（図１９）の全部は示されていない。ヘッドローダ３４は、予整合されたウェーハを、研摩前にヘッド組立体上に置きかつウェーハが研摩されかつバフィングされた後にウェーハを取り出すように設計されている。また、ヘッドローダは、ウェーハをアンローディングするときに、過剰のスラリを、脱イオン水（ＤＩ水）でヘッド組立体およびウェーハからすすぐためのすすぎステーションとして機能する。ヘッドローダ３４のノズルにより、ＤＩ水とは別にまたはＤＩ水と一緒に他の洗浄薬品を供給できる。ヘッドローダ３４は、ウェーハ搬送組立体９２を包囲する垂直方向に移動可能なすすぎ流体収容タブ９０を有している。搬送組立体９２は、整合リング９６と同心状に整合した円筒状の支持リング９４を有している。フレーム９９に取り付けられた空気圧シリンダ９８により駆動されるシリンダ軸１０２が、タブ９０に連結されている。シリンダ９８がタブを上昇および下降させる。シリンダ９８は、インデックステーブルとのシールを形成すべく、インデックステーブル３６の底部まで上昇できることが好ましい。このシールは、ヘッドローダとインデックスプレートとの間の交換中にウェーハおよびヘッド組立体をフラッシュ（洗浄）できるようにするのに必要である。シールは、タブ９０の開口の周囲に配置されるＯリング９１で形成することもできる。
【００２１】
タブ９０の内部では、ヘッド整合リング９６およびウェーハ支持リング９４が、リニアアクチュエータ９７によりリフタロッド１０１を介してタブ９０とは独立して移動される。リニアアクチュエータ９７は、整合リング９６およびウェーハ支持リング９４の両方を移動させる。リニアアクチュエータ９７は、ヘッド整合リング９６がウェーハ支持リング９４と係合しかつウェーハ支持リング９４とヘッド組立体５２とが係合するまで、ヘッド整合リング９６とウェーハ支持リング９４とを上昇させる。ヘッド組立体５２との整合が達成されたならば、第２アクチュエータ１２１がウェーハ支持リング９４を独立して上昇させ、ヘッド組立体にウェーハを搬送するか、ヘッド組立体からのウェーハを受け入れる。ウェーハおよびヘッド組立体は、ヘッド整合リング９６およびウェーハ支持リング９４に隣接して支持体１０３上に配置されたスプレーノズル１００からのすすぎ流体を受ける。ノズルは、ＤＩ水および界面活性剤等の付加洗浄薬品を噴霧して、研摩されたウェーハをきれいに洗浄しかつ未研摩のウェーハを加工のためにヘッド上に搬送する前にヘッドのすすぎをも行なう。
【００２２】
スピンドル駆動組立体
ウェーハをインデックステーブルから上昇させまたはインデックステーブル上に下降させるヘッドローダに加え、スピンドル駆動組立体はインデックステーブルからヘッド組立体５２を下降させる。本発明の好ましいシステム１０には、２形式のスピンドル駆動組立体を使用することが好ましい。第１形式のスピンドル駆動組立体は、ヘッドローダ３４に対向して配置される。第２形式のスピンドル駆動組立体は、インデックステーブルにより形成される加工経路に沿う残余の各加工ステーションに配置される。両形式のスピンドル駆動組立体は、スピンドル１１０に連結された雄形部分８１および各ヘッド組立体５２に取り付けられた雌形部分８３を備えたロボット形工具チェンジャを用いて、スピンドルを、インデックステーブルの上方からヘッド組立体に着脱可能に連結される。
図１および図２は、ウェーハ研摩システム１０に使用される主研摩装置およびタッチアップ研摩装置用のスピンドル駆動組立体１０８の配置を最も良く示す。ヘッドローダ３４でのスピンドル駆動組立体は、他の加工ステーションでのスピンドル駆動組立体１０８を簡単化したバージョンが好ましいが、より複雑なスピンドル駆動組立体１０８をヘッドローダに使用することもできる。前述のように、ヘッド組立体５２は、ヘッドリテーナ組立体６８により回転インデックステーブルに対して着脱可能に取り付けられる。インデックステーブルの経路に沿う各加工ステーションにおいて、スピンドル駆動組立体１０８は、ヘッド組立体５２と係合し、該ヘッド組立体がインデックステーブル３６上のヘッドリテーナ組立体からアンロックされている間にヘッド組立体を保持し、かつアンロックされたヘッド組立体５２およびウェーハを加工ステーションに移動させる。加工ステーションでの加工が完了すると、スピンドル駆動組立体は、ヘッド組立体およびウェーハをインデックステーブルまで戻し、ウェーハおよびヘッド組立体をヘッドリテーナ機構にロックし、かつヘッド組立体から係合解除する。次に、インデックステーブルが次のインデックス位置（割出し位置）に自由に回転し、かつウェーハ研摩システム１０の各加工ステーションで、インデックステーブルからのウェーハおよびヘッド組立体からの係合解除工程が同時に反復される。
【００２３】
別の構成として、図１１〜図１３のヘッドリテーナ機構を使用する場合には、スピンドル駆動組立体１０８がヘッド組立体を直接アンロックまたはロックするように構成できる。スピンドル駆動組立体１０８は、ピン４７４が貫通スロット４７２と整合するまでヘッド組立体を回転させる。次に、スピンドル駆動組立体がヘッド組立体を僅かに持ち上げ、かつピンがフランジ４７１のピン保持ベイ４７３内に配置されるまでヘッド組立体を回転させる。次に、工具チェンジャの雌形部分から連結解除することにより、スピンドル駆動組立体がヘッド組立体を解放する。次の加工ステーションでヘッド組立体がスピンドル駆動組立体により再び掴まれかつ加工のために下降されると、このプロセスが反転される。本発明の好ましいシステム１０の長所は、全スピンドル駆動組立体の重量および嵩を試験しかつ移動させる必要なく、加工されているウェーハが、着脱可能なヘッド組立体を用いて加工ステーション間で同時に移動されることである。
【００２４】
図１５〜図１８には、好ましいスピンドル駆動組立体１０８が詳細に示されている。スピンドル駆動組立体１０８は、該組立体１０８を通って垂直方向に延びているスピンドル１１０を有している。スピンドル１１０は、該スピンドルの両端部に配置された１対のベアリング組立体１１２内で回転可能かつ摺動可能に取り付けられている。ベアリング組立体は、スピンドル１１０がその軸線に沿って摺動しかつその軸線の回りで回転することを可能にするボールスプラインベアリングが好ましい。１つの適当なボールスプラインベアリングとして、THK Inc.から市販されているLTR 形式ベアリングがある。
図１７に示すように、スピンドル１１０は、該スピンドルの全長に沿って延びている中空ボア１１４を有している。中空ボア１１４内には複数の流体導管１１６が配置されている。流体導管１１６は、空気または液体を搬送するか、真空を搬送することもできる。システム１０に使用されるヘッド組立体５２の形式に基づいて、これらの導管１１６の幾つかまたは全てを使用することができる。ヘッド組立体５２とは反対側のスピンドル１１０の端部には、ローテータカップリング１１８が取り付けられている。ローテータカップリング１１８には所望の任意の流体または真空を搬送する可撓性チューブ（図示せず）が連結され、該チューブはスピンドル１１０の導管１１６に連結されている。
【００２５】
スピンドル１１０は、スピンドル駆動組立体１０８のフレームに固定されたサーボギアモータ１２０により回転される。サーボギアモータ１２０はベルト（図示せず）を回転させ、該ベルトは、スピンドル１１０に連結されたアダプタ駆動プーリ１２２を回転させる。スピンドル１１０の軸線方向移動は、粗調節機構１２４および微調節機構１２６により制御される。粗調節機構１２４は、Axidyne から市販されているBC35ねじ駆動アクチュエータのようなねじ駆動アクチュエータが好ましい。粗調節機構１２４は、固定フレーム１３２に取り付けられたレール１３０上で、スピンドル１１０、微調節機構１２６、ベアリング組立体１１２およびスピンドル駆動組立体１０８の残部を移動させる。粗調節機構１２４は固定フレーム１３２に取り付けられ、かつスピンドル駆動組立体１０８の残部をレール１３０に摺動可能に連結するスライドベアリングに取り付けられた駆動部分を有している。好ましい実施形態では、粗調節機構１２４は、スピンドルを、スピンドル駆動組立体１０８の残部と一緒に約３〜４インチ移動させ、これによりヘッド組立体５２が主研摩装置３８またはタッチアップ研摩装置４０に隣接するインデックステーブルを通って下方に移動されるように設計されている。
【００２６】
ヘッド組立体５２が、粗調節機構１２４によりほぼ加工領域まで下降されると、微調節機構１２６が、ウェーハを残余の距離だけ移動させ、かつウェーハに加えられる押圧力を制御する。微調節機構１２６は、レバーアーム１３６に取り付けられたダイアフラム複動シリンダ１３４により作動される。レバーアーム１３６は、その一端がシリンダ軸１３８に取り付けられ、他端がレール１３０に固定された枢着点１４０に取り付けられている。枢着点１４０とシリンダ軸１３８との間で、レバーアーム１３６にはスローアウトベアリング（throw-out bearing)１４２が連結されている。スローアウトベアリング１４２は、スピンドル１１０への軸線方向に固定された回転可能な連結構造を有し、このため、シリンダ１３４は、該スピンドルが回転している間に該スピンドルを上方または下方に移動させることができる。レバーアーム１３６は、小形軽量で小出力のシリンダまたは他の形式のアクチュエータの使用を可能にし、同時に、シリンダの軸線方向精度（axial resolution) すなわち微調節能力を高めることができる長所を有する。好ましい別の一実施形態では、微調節機構１２６の複動シリンダ１３４を、高精度、高速親ねじで置換できる。１つの適当なダイアフラム複動シリンダとして、Bellofram から市販されているモデルD-12-E-BP-UM複動シリンダがある。
【００２７】
各ウェーハ研摩装置３８でウェーハに作用する制御された押圧力を維持することが重要であるので、微調節機構は1/2 psi 以内に制御できるのが好ましく、２〜１０psi の範囲を有する。微調節機構として使用するのに好ましい別の装置は高精度（high resolution)リニアアクチュエータである。固定フレーム１３２に取り付けられたリニア変位センサ１４１は、粗調節機構１２４の移動および位置を表示する制御回路への電気的フィードバックを行なう。微調節機構１２６にはシリンダ伸長センサ１４３が設けられており、該センサ１４３は、レバーアーム１３６の位置を表示する制御回路への電気信号をシリンダ１３４に供給する。好ましくは、レバーアームおよびシリンダの位置を表示する電気信号は、シリンダ軸１３８を運動範囲の中心に維持するのに使用される。また、スピンドルは、主研摩加工およびバフィング（タッチアップ研摩）加工中にウェーハを約５〜５０rpm で回転させ、一方、スピンドル駆動組立体は所望の押圧力を維持する。
【００２８】
スピンドルおよびスピンドル駆動組立体１０８上のウェーハに加えられる押圧力の適正制御を維持するため、図１８に示すような閉ループ制御回路１４４が使用される。制御回路１４４は、粗移動制御回路１４６と、スピンドル回転制御回路１４８と、ヘッド押圧力制御回路１５０とを有している。粗移動制御回路１４６は粗調節機構１２４のモータに電気的に接続されており、移動速度および移動時間を制御する。下限センサ１５２および上限センサ１５４が粗移動制御回路１４６と通信し、極端位置に到達したときに粗調節機構１２４を遮断する。リニア変位センサ１４１およびシリンダ伸長センサ１４３が制御回路と通信する。複数の制御ライン１５６も、通信中の加工モジュールコントローラ３１４（図３１）からの情報をシステム１０のＧＵＩ２８に通信する。スピンドル回転制御回路１４８が、ベルトおよびアダプタを介してスピンドル１１０に接続されたモータ１２０を制御する。複数のモータ制御回路１５８は、モータ１２０がスピンドルを所望方向に所望速度で回転できるようにしかつ情報を与える。
【００２９】
微調節機構１２６はヘッド押圧力制御回路１５０により制御される。圧力を最良に制御するため、好ましい実施形態では、制御回路１５０が、圧力変換器１６０上の複動シリンダ１３４のダイアフラムの両側の圧力差をモニタリングしかつ制御弁１６２を付勢して、ダイアフラムのいずれかの側に圧力を加えまたは圧力を減じる。シリンダは空気圧シリンダが好ましいが、油圧シリンダを使用することもできる。微調節機構１２６により加えられる絶対圧力を測定するのに、ロードセルのような別個のヘッド押圧力センサを使用できる。制御弁１６２に供給される空気圧は、粗調節機構がその移動を完了した後、ソレノイドスイッチ１６６を介して付勢される加圧ライン１６４を通して供給される。制御ライン１６８は、スピンドル１１０を上昇または下降させる情報をヘッド押圧力回路１５０に与え、かつＧＵＩ２８を介してユーザから受けた情報に基づいてどれほどの力を加えるかの情報を与える。
【００３０】
好ましい実施形態では、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、ヘッドローダ３４上に配置される。図１９に示すように、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、図１５〜図１７のスピンドル駆動組立体を簡単化したバージョンである。ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、ベアリングブロック１１３内に回転可能に取り付けられたスピンドル１１１を有している。ベアリングブロック１１３は、支持ストラット１１７に取り付けられた垂直レール１１５に摺動可能に取り付けられている。支持ストラット１１７は、緊締具により、ウェーハ研摩システム１０のフレームに取り付けられる。
ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、スピンドル１１１を移動させる単一のリニアアクチュエータ１１９と、ベアリングブロック１１３と、インデックステーブルの平面に対して垂直なベアリングブロックへのアタッチメントとを使用している。図１５〜図１７のスピンドル駆動組立体１０８とは異なり、いかなる研摩もヘッドローダでは行なわれないので、微調節機構は不要である。また、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、ヘッド組立体を±３６０°回転させるに過ぎない。ヘッドローダでは一方向への連続回転は不要であるので、ヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、流体または真空をスピンドル１１１に案内するためのローテータカップリングを使用しない。それどころか、あらゆる流体導管または真空導管は単にスピンドル１１１の外部に導かれて、スピンドルの±３６０°の巻回を可能にする充分な弛みが与えられる。サーボモータ１２７は、ギアボックス１２５を介してベルト押圧力プーリを駆動し、スピンドル１１１を回転させる。前述のように、スピンドル１１１は、ヘッドローダのノズルがウェーハおよび／またはヘッド組立体をすすぐことを可能にする。本発明の好ましいヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９は、主研摩装置３８およびタッチアップ研摩装置４０で必要なスピンドル駆動組立体１０８と比べ、コストが易く簡単であるという長所を有する。
【００３１】
主ウェーハ研摩装置
スピンドル駆動組立体１０８は、インデックステーブルにより形成される加工経路に沿う各位置に配置された加工ステーションと協働する。図１〜図３に示すように、加工ステーションのうちの２つは主ウェーハ研摩装置３８である。主ウェーハ研摩装置３８は、半導体ウェーハのＣＭＰ加工を行なうように設計されたリニア研摩機である。ウェーハ研摩システム１０には、別の実施形態におけるロータリ研摩機を組み込むことができる。図２０〜図２５には好ましいリニアウェーハ研摩装置３８が示されている。主ウェーハ研摩装置３８は、駆動ローラ１８０およびアイドルローラ１８２の回りに配置されたベルト１７８を有している。ベルト１７８は、例えばポリマー材料またはステンレス鋼のような高引張り強度材料で形成するのが好ましい。直径１２インチ以下のウェーハを研摩する場合、ベルト１７８の幅は約１３〜１４インチである。吸収パッド１７９がベルト１７８を覆っており、該吸収パッド１７９は微細研摩剤を含有する薬剤またはスラリ等の研摩流体と協働して、ウェーハの表面から材料を除去する。ウェーハ研摩システムに使用される各主ウェーハ研摩装置３８は、ウェーハの表面から少なくとも1,000 Å／分の速度で材料を除去するように構成される。また、各研摩機３８は、パッド１７９の表面を粗くし、スラリ搬送のための微小チャンネルを形成し、かつＣＭＰ加工中に生じる破砕屑を除去するため、パッドコンディショナ（図示せず）を組み込むのが好ましい。任意の数の既知のパッドコンディショナを使用できる。
ローラ１８０、１８２はライニングされた鋼製フレーム１８４に取り付けられている。フレーム１８４はステンレス鋼で作るのが好ましく、かつプラスチックまたはプラスチック被覆材料で作られたライニング１８６を有している。化学スラリおよび研摩剤をウェーハ研摩機３８に使用するので、研摩機は内面および外面の両方ができる限り多くシールされ、これにより、研摩中に発生した砥粒が精密ベアリング内に侵入したり後端組立体１４を汚染することを防止する。保護ガード１８８は、ローラ１８０、１８２の端部を覆っている。両ローラ１８０、１８２は、ステンレス鋼または他の耐食性高強度材料で作られた管状コア１９０を有している。ベルト１７８とローラ１８０、１８２との間に牽引力を付与するため、管状コア１９０上にはゴム被覆１９２が設けられる。ベルト１７８とローラ１８０、１８２との間に水および化学スラリがしみ込むことを防止するため、ベルト１７８はローラ１８０、１８２の両端部から張り出す幅をもつのが好ましい。また、ゴム被覆には溝を設け、水またはスラリがベルトとローラとの間に侵入した場合のハイドロプレーニング効果を防止する。フレーム１８４の底部には、過剰の水およびスラリのためのドレン１９４が設けられている。
【００３２】
フレーム１８４の外部で駆動ローラ１８０の下にはローラ駆動ギアモータ１９６が配置されている。モータ１９６は、該モータをローラ１８０の駆動軸２００に連結する駆動ベルト１９８を回転させる。駆動軸は、フレーム１８４のシールされたベアリング組立体２０２に回転可能に取り付けられている。駆動軸２００には、ローラ１８０の管状コア１９０が固定されている。
駆動ローラ１８０とは異なり、アイドルローラ１８２は回転しない軸２０４を有している。アイドルローラ１８２の管状コア１９０は、該管状コア１９０と軸２０４との間に位置するシール形ベアリング２０６に支持された軸２０４の回りで受動的に回転する。アイドルローラ１８２上のベルトの張力により、アイドルローラ１８２は駆動ローラ１８０と同期して回転される。アイドルローラ１８２の軸２０４の各端部は、図２２に示すように、フレーム１８４に摺動可能に取り付けられた摺動バー２０６に枢着されている。摺動バー２０６は、研摩機３８の操縦・張力付与機構２０８（後述）の一部を構成する。
【００３３】
図２１および図２２に最も良く示すように、ローラ１８０、１８２上のベルト１７８の張力および整合は、操縦・張力付与機構２０８により自動的に調節される。操縦・張力付与機構２０８は、STARCYL から市販されている多段空気圧シリンダのような空気圧シリンダ２１０で構成され、該シリンダ２１０は、リンク組立体２１２を介して各スライドバー２０６に連結されている。リンク組立体２１２は、アイドルローラ１８２の各側で負荷をモニタするためのロードセル２１４を収容するのが好ましい。各スライドバー２０６は、アイドルローラ軸２０４の端部に隣接してフレーム１８４の各側に取り付けられたテークアップハウジング２１６内に保持されている。テークアップハウジング２１６は、軸２０４のハウジングの開口の両側に取り付けられた２つのシールされたリニアベアリング組立体２１８を有している。ベアリング組立体は、好ましくは、スライドバー２０６をローラ１８０、１８２の平面に平行な直線方向に移動できるように整合される。
【００３４】
図２１に示すように、スライドバーとアイドルローラ軸とが協働して、アイドルローラ軸の端部が互いに独立して移動することを可能にする。ベルト１７８の全体的張力を調節するため、ピストン２１０はスライドバー２０６を、駆動ローラ１８０から離れる方向または近づく方向に移動させることができる。この調節は、ローラを手動調節または取り外すいかなる必要もなくして自動的に行なうことができる。張力調節と同時に、操縦・張力付与機構２０８は、駆動ローラに対してアイドルローラを操縦して、ベルトがローラ上での適正整合を維持しかつローラから外れないようにする。操縦は、ピストン２１０によりスライドバーを独立的に移動させ、ベルトがローラの回りで回転するときにベルト１７８を整合させることにより行なわれる。操縦の調節は、ベルト１７８の一縁部または両縁部上に置かれた整合センサ２４４（図２４）から受ける信号に従って行なわれる。アイドルローラの相対移動および操縦を制御する閉ループ回路を完成するのに任意数のセンサを使用できる。
【００３５】
図２１および図２２に最も良く示すように、アイドルローラ軸２０４のいずれかの端部のスロット２１９はスライドバー２０６を受け入れかつ回転可能な結合部（スライドバー２０６および軸２０４を通るピン２２０が好ましい）でスライドバーに連結されている。軸２０４のスロット２１９の基部とスライドバー２０６の縁部との間のギャップ２２２は、操縦・張力付与機構２０８がアイドルローラ１８２の端部が互いに独立して移動することを必要とするときに、アイドルローラ軸２０４が各ピン２２０の回りで枢動できるようにする間隙を与える。可撓性環状シール２２４は、軸２０４と、該軸のためのフレーム１８４の開口との間のギャップをシールする。可撓性シール２２４はまた、操縦および張力調節中に軸のリニア移動を可能にする。ベルト１７８の張力付与および操縦に関する付加情報源として、ベルト張力付与・操縦機構２０８は、アイドルローラ軸２０４の各端部に設けられたリニア変位センサ２２６を有している。好ましくは、センサ２２６の固定部分２２８はテークアップハウジング２１６に取り付けられかつ可動部分はスライドバー２０６に取り付けられる。
【００３６】
既知の出発位置に対する各スライドバー２０６の位置を表す電気信号は、図２４に示すように、各センサにより、操縦・張力付与制御回路２３２に送られる。各研摩機３８の操縦・張力付与制御回路２３２は、加圧空気ライン２３４内の加圧空気の分配を制御する。ソレノイド弁２３６は、研摩機が付勢されると、データ信号により遠隔からトリガされる。圧力スイッチ２３８は空気圧をモニタして、所定の充分な空気圧が確実に存在するようにする。リンク組立体２１２のロードセル２１４からのデータ信号は、中央プロセッサ（図示せず）により使用されて圧力制御弁２４０を調節する。圧力制御弁２４０は、空気圧シリンダ２１０によりベルトに付与される張力を変化させる。これと同時に、ベルトトラッキングコントローラ２４２は、増幅回路２４６を介して、ベルト縁部位置センサ２４４（好ましくは誘導近接センサ）からの情報を受ける。好ましい一実施形態では、ベルト縁部位置センサ２４４は、ベルト縁部位置をモニタすべく配置されかつベルトの位置に関する電気信号をベルトトラッキングコントローラ２４２に供給するビデオカメラのような光学的センサで構成できる。
【００３７】
ベルトトラッキングコントローラ２４２は、ベルトトラッキング制御弁２４８を電気的に制御する。制御弁２４８は、ベルトトラッキングコントローラ２４２により表示される操縦要求に従って各シリンダ２１０に空気圧を分配する。好ましくは、ベルト縁部位置センサ２４４からベルトトラッキングコントローラ２４２へのフィードバックループが、４〜２０mAの範囲内（この範囲の中間に、静止レベルすなわちベルト中心レベルが設定される）の調節信号をベルトトラッキングコントローラに供給する。シリンダ２１０と制御弁２４８との間の空気圧ラインの圧力ゲージ２５０は、現在の圧力設定の手動検査を可能にする。
張力付与および操縦に加え、ベルト１７８は、ウェーハがスピンドル駆動組立体１０８によりインデックステーブルから下降されるとき、できる限り平らに維持することを必要とする。前述のように、スピンドル駆動組立体１０８は、ベルト１７８に対して、ウェーハ上の入念に制御された押圧力を付与する。この圧力は、駆動ローラ１８０とアイドルローラ１８２との間でベルトを下方に撓ませる。研摩加工が均一に行なわれるようにするにはウェーハの面を横切るベルト面を平坦にすることが重要であるので、ベルト１７８のウェーハ受入れ側には１対のベルト偏向ローラ２５２を配置するのが好ましい。
【００３８】
図２２、図２３および図２５に最も良く示すように、ベルト偏向ローラ２５２は、駆動ローラ１８０とアイドルローラ１８２との間でこれらに対して平行に配置される。ベルト偏向ローラ２５２は、駆動ローラおよびアイドルローラの平面から僅か上方に突出する。ベルト偏向ローラは、ベルトを、0.06〜0.13インチの範囲内で駆動ローラおよびアイドルローラの平面から上方に偏向させるのが好ましい。図２２および図２５に示すように、各ベルト偏向ローラ２５２は、該ローラ２５２の軸２５６を両端で懸架するローラ支持体２５４により研摩機３８のフレームに取り付けられる。
好ましい一実施形態では、ローラ２５２は、軸の回りのシール形ベアリングに取り付けられた固定軸２５６および回転可能スリーブ２５８を有する。回転可能なスリーブ２５８は、ベルト１７８より幅広であるのが好ましい。偏向ローラ２５２として、数百ポンドの分布圧力を支持できる任意数の入手可能なローラ組立体を使用できる。
【００３９】
プラテン組立体
再び図２３を参照すると、研摩機３８はまた、プラテン組立体２６０を有している。プラテン組立体は、プラテン高さアジャスタ２６２と協働して、ベルト１７８の裏面とプラテン２６４との間のギャップを制御する。本発明の好ましいプラテン組立体の長所は、研摩機全体を分解する必要なくして高さ調節できることである。プラテン組立体２６０は、研摩中に高さを調節できかつウェーハ全体に亘って非常に正確な圧力分布を維持する。図２３に示すように、プラテン組立体２６０は、ベルト偏向ローラ２５２の間で研摩機３８のフレーム１８４に着脱可能に取り付けられる。
図２６および図２７に示すように、プラテン組立体２６０は、ディスクプラテンホルダ２６６に取り付けられた交換可能なディスクプラテン２６４を有している。ディスクプラテンホルダ２６６の下のマニホルド組立体２６８は、流体を正確な量でディスクプラテン２６４に分散させるように設計される。好ましくは、ディスクプラテンホルダ２６６は、ベルト１７８の移動方向に垂直な少なくとも一方の縁部に沿って配置された１列の予湿ノズル（pre-wet nozzle）２６７を有している。流体は、マニホルド組立体２６８の予湿マニホルド２７１から予湿ノズル２６７に導かれる。予湿ノズルは、ベルトが最初にプラテン組立体２６０上を通るときにベルトを潤滑する少量の流体を供給することにより、ディスクプラテンホルダ２６６の縁部に対するベルトの摩擦を低減させる。好ましくは、使用される流体は空気であり、マニホルド組立体２６８は、プラテン組立体２６０への空気供給の容易な係合および係合解除を可能にする複数の迅速離脱空気圧ポートを有している。プラテンディスクガスケット２７２は、プラテン２６４とプラテンホルダ２６６との間のシールを形成する。同様に、プラテンホルダガスケット２７４は、マニホルド組立体２６８とプラテンホルダ２６６との間のシールを形成する。複数の緊締具２７６はプラテン組立体２６０を一体に保持し、かつ４つのコネクタ孔２７８が緊締具（図示せず）と協働して、研摩機３８へのプラテン組立体２６０の取付けまたは取外しを行なう。
【００４０】
作動に際し、プラテン組立体２６０は、システム１０の後端組立体１４に配置されたプラテン流体マスフローコントローラ２８０（図１）からの空気または他の流体の制御された供給を受ける。本発明の好ましいプラテン組立体には、他の流体流れ制御装置を使用することもできる。マスフローコントローラ２８０からの制御された流体は、マニホルド組立体２６８で受け入れられ、ディスクプラテン２６４の複数の空気分配ベント２８２に分配される。分配ベント２８２から出る空気または他の流体は、正確に制御された態様でベルト１７８に圧力を付与する流体ベアリングを形成すると同時に、ベルトが空気ベアリング上を連続的に走行するときにベルトに対する摩擦を最小にする。他の好ましい実施形態では、マニホルド組立体を省略でき、個々のホースまたはチューブが流体をプラテン組立体の適当なノズルまたはベントに分配するように構成できる。
【００４１】
研摩機３８の他の重要な特徴は、ベルト１７８に対してプラテン２６０の高さを調節しかつプラテン２６０とベルトとの平行整合を維持するプラテン高さアジャスタ２６２にある。プラテン高さアジャスタ２６２は、独立作動する３つのリフト機構２８４で形成するのが好ましい。図２１および図２３に示すように、リフト機構２８４は三角形パターンに間隔を隔てており、プラテン組立体２６２はベルト１７８に対して任意の角度に調節できる。リフト機構２８４は、フレーム１８４内のシールされたチャンバ内のプラテン組立体２６２の直ぐ下で、駆動ローラ１８０とアイドルローラ１８２との間に配置される。
図２８は、好ましいリフト機構２８４の構造を最も良く示す。各リフト機構２８４は、データライン２９０を介してエンコーダ２８８により制御されるモータ２８６により駆動される。モータ２８６は、アダプタ２９４を介して、遊星ギアヘッド２９２を駆動する。遊星ギアヘッド２９２は非常に高いギア比を有し、微調節を達成できる。１つの適当なギア比は１００：１である。カム機構２９５は、ステッパモータ２８６の回転運動をリフタ軸２９６の垂直運動に変換する。雄形および雌形球面を備えた環状ベアリング２９８（図２３）は、プラテンが３つの接触点で調節されるときにプラテン取付けプレート３００と軸２９６との間に過度の応力を引き起こすことなく、プラテン高さアジャスタ２６２のリフト機構２８４が上下に移動できるようにする多くの運動自由度を与える。各軸２９６は、ボルト３０２およびワッシャ３０４により取付けプレートに連結される。ベローズマウント３０６およびクランプ３０８は、プラテン高さアジャスタ２６２が取付けプレート３００を介してプラテン組立体２６０に連結されるときに、取付けプレート３００とのシールされた結合部を形成する。
【００４２】
タッチアップ研摩装置
インデックステーブル３６（図１）の下にはタッチアップ研摩機４０が取り付けられており、かつインデックステーブルの反対側でシステム１０に取り付けられたスピンドル駆動組立体１０８と協働して、加工経路に沿う各ウェーハ加工進度の最終研摩工程を行う。ウェーハ研摩システム１０に使用されるタッチアップ研摩機は、既知の多くのロータリ研摩装置の任意のものでよく、例えばEngis Corporation から市販されているものがある。一実施形態では、タッチアップ研摩装置４０は、前述の主ウェーハ研摩機３８と同様なリニア研摩装置であり、1,000 Å／分未満の速度でウェーハから材料を除去することにより、平坦化されたウェーハのバフ加工が行なえるようになっている。
図２９および図３０には、ウェーハ研摩システム１０に使用する他のタッチアップ研摩機４０が示されている。タッチアップ研摩機４０のこの実施形態は、研摩プレート３３０の同時回転・直線振動を行なうように設計される。研摩プレート３３０は、各半導体ウェーハの表面から微細スクラッチおよびマークを除去するのに使用される。パッド３３２は、好ましくは研摩流体（例えば、微細研摩剤を含有するスラリ）を使用して、1,000 Å／分未満の速度でウェーハから材料を除去する。スピンドル駆動組立体は、回転・直線振動タッチアップ研摩機４０に対してウェーハが保持されるときにウェーハを回転させる。
ロータリプレート３３０は、軸３３６を介してモータ３３８に連結される。一実施形態では、ロータリプレートは、±１rpm で制御できる１０〜２００rpm の速度で回転される。モータ３３８、軸３３６およびロータリプレート３３０は、ロータリプレート３３０の表面に平行に配置されたリニアガイド組立体３４０に摺動可能に取り付けられる。リニアガイド組立体は、タッチアップ研摩機４０のフレーム３４６に取り付けられる。リニアガイド組立体３４０に連結されたリニアアクチュエータ３４４は、ロータリプレート３３０がリニアガイド組立体３４０に沿って直線方向に前後に移動すると同時に回転するように、取付けプレートおよびこれに取り付けられた部品を振動させる。リニアアクチュエータ３４４は、ロータリプレートおよびこれに取り付けられた部品を、リニアガイド組立体に沿って、６０〜６００ストローク／分（１ストロークは、一方向への最大移動量である）の速度で振動させることができる。リニアアクチュエータが、リニアガイド組立体に沿ってホーム位置から±１インチで移動する場合には、ストロークは２インチとなる。
【００４３】
リニアアクチュエータは、ロータリプレートおよびこれに連結された部品を所定速度で直線運動させることができる任意の形式のリニアアクチュエータで構成できる。好ましいタッチアップ研摩機４０のロータリプレート部分として、Engis Corporation の製造に係るロータリ研摩機構を使用できる。図２９〜図３０に示すタッチアップ研摩機の実施形態は、ロータリプレートを回転させると同時にロータリプレートを直線方向に振動させるべく作動するが、タッチアップ研摩機は、ロータリプレートを回転させることなく、直線方向のみに移動するように制御することもできる。逆に、ウェーハは、ロータリプレートを回転させかつ直線方向に振動させることなく適当にバフ加工することができる。
【００４４】
制御アーキテクチャ
図３１は、ウェーハ研摩システム１０の作動を制御するための好ましい通信ネットワークおよび制御アーキテクチャを示す。前端フレーム組立体１２のディスプレイ２８に使用されるグラフィックユーザインターフェース３０は、ユーザとクラスタツールコントローラ（cluster tool controller:ＣＴＣ）との間の直接相互作用を可能にする。ＣＴＣ３１０は、システムの主プロセッサである。適当なクラスタツールコントローラは、Microsoft NT 4.0を実行するコンパクトＰＣＩベースコンピュータである。好ましくは、グラフィックユーザインターフェース３０は、Wonderware InTouchツールを用いて書き込まれる。SECS/GEMインターフェースは、RS-232コネクション３１２上で作動すべくGW Associates ツールを用いて書き込まれ、かつ他の機器への通信に使用される。好ましくは、ＣＴＣ３１０は、エサーネットネットワーク３１８を介してプロセスモジュールコントローラ（process module controllers：ＰＭＣ）３１４およびトランスポートモジュールコントローラ（ＴＭＣ）３１６と通信する。
各ＰＭＣ３１４は、ＣＴＣ３１０からの命令に従って、ウェーハ加工装置（すなわち、主研摩装機３８、タッチアップ研摩機４０およびスクラバ組立体３２）の作動を制御する。ＰＭＣ３１４は、ｐＳＯＳ＋ソフトウェアを実行しかつエサーネットネットワーク３１８を介してＴＭＣ３１６および他のＰＭＣ３１４と通信できるコンパクトＰＣＩベースコンピュータが好ましい。
ＴＭＣ３１６も、ｐＳＯＳ＋ソフトウェアを実行するコンパクトＰＣＩベースコンピュータが好ましい。ＴＭＣは、ヘッドローダ３４、ドライロボット２０およびウェットロボット２４、およびインデックステーブル３６を制御する。好ましくは、ＴＭＣ３１６は、半導体ウェーハがシステム１０により適正に加工されることを確保するためのスケジューリングソフトウェアを含んでいる。
【００４５】
加工の全体的説明
上記システム１０を用いたウェーハの好ましい加工方法を以下に説明する。複数の半導体ウェーハが充填されたカセット１６を前端組立体１２に装填することにより、加工が開始される。ドライロボット２０は個々のウェーハを取り出し、各ウェーハを１つずつ搬送ステーション２２上に置く。搬送ステーション２２は、特徴基準マーク（例えば、ノッチまたは平坦部）が適正に整合するまでウェーハを回転させることによりウェーハを整合させる。ウェットロボット２４が搬送ステーション２２に到達してウェーハを取り出し、ウェーハに回路が設けられている場合には回路が設けられた側面が下を向くようにして裏返す。ウェットロボット２４は、ウェーハを後端フレーム組立体１４に運び、ヘッドローダ３４上に置く。次に、ヘッドローダ３４は、ウェーハをヘッド組立体５２まで上昇させる。
ウェーハをヘッドローダからヘッド組立体まで搬送する工程は、ヘッドローダ３４と、該ヘッドローダの上方に位置するヘッドローダスピンドル駆動組立体１０９とにおいて、完全に同期化された作動で行なわれる。ヘッドローダでは、ウェットロボットが、上昇された支持リング９４上に丁度ウェーハをセットした状態になっている。整合リング９６が上昇して、ウェーハを支持リング９４上に整合させる。次に、ヘッドローダがタブ９０を上昇させかつウェーハの裏面を加湿し、ヘッド組立体５２が真空または流体の表面張力を利用してウェーハを把持することを補助する。ウェーハは以前に裏返されているので、ウェーハの裏面がヘッド組立体５２に向かって上を向いている。加湿が完了したならば、タブ９０を下降させる。整合リングおよび支持リングが、ヘッド組立体に一致するまで移動し、ウェーハを搬送する。
【００４６】
ウェーハの裏面が加湿されている間、スピンドル駆動組立体が下降してヘッド組立体を把持する。スピンドルおよびヘッド組立体上のそれぞれ雄形部分および雌形部分が一体にロックされる。次に、ヘッドリテーナ機構６８が、インデックステーブル３６からヘッド組立体５２を解放する。ここで、スピンドル駆動組立体が、ヘッド組立体を、インデックステーブルを通して下降させ、ウェーハに一致させる。支持リング９４は、空気通路５８を通ってウェーハ受入れプレート５４に作用する空気の吸引力によってウェーハが掴まれるまで、加湿されたウェーハを上方に移動させる。ヘッド組立体がインデックステーブルまで上昇され、ヘッドリテーナ機構にロックされ、かつスピンドルにより解放される。
インデックステーブルが回転してウェーハを第１主研摩機３８に搬送し、研摩を開始する。前述のように、ウェーハを保持するヘッド組立体がスピンドルに連結され、主研摩機３８まで下降される。主研摩機上のスピンドル駆動組立体１０８が、ウェーハを、インデックステーブルから約４インチ下方に移動させ、ウェーハが一定速度で回転している間に、ウェーハを、測定された押圧力で、移動ベルト１７８上の研摩パッドに押し付ける。スピンドル駆動組立体１０８、プラテン組立体２６０およびプラテン高さアジャスタ２６２がプロセスモジュールコントローラ３１４から情報を受けかつ協働して、ウェーハとベルトとの間に適当な圧力および整合を維持する。また、１０％の微細研磨剤スラリのような化学研磨剤がベルト上の研摩パッド上に連続的または間欠的に供給され、ウェーハ研摩加工が開始される。第１主研摩装置３８では、ウェーハが部分的に研摩され、好ましくは半分研摩される。ウェーハが部分的に研摩された後、スピンドル組立体がウェーハをインデックステーブルまで後方に引き寄せ、ヘッド組立体がインデックステーブルに連結されかつスピンドルが取り外された後、インデックステーブルがウェーハを次の主ウェーハ研摩装置に搬送する。ウェーハの除去および研摩工程は、ウェーハの研摩が完了するまで反復される。
【００４７】
主研摩工程で残されたあらゆるスクラッチまたは汚れを除去するため、ウェーハがインデックステーブルに再連結されてタッチアップ研摩装置に移動される。タッチアップ研摩機でバフ加工された後、ウェーハは再びインデックステーブルで搬送され、ヘッドローダに戻される。ヘッドローダは、アンローディング作業中に、幾つかの工程を実行する。タブ９０が上昇してインデックステーブルをシールする。ヘッドローダのノズルがＤＩ水をウェーハの面上に噴霧する。ウェーハ支持リング９４がヘッド組立体まで上昇し、該ヘッド組立体が、ガスまたは液体をゆっくり吹き付けることによりウェーハを押しやる。整合リング９６が支持リングの回りで上昇してウェーハを整合させ、次に、支持リングおよび整合リングがウェーハを下降させる。タブがインデックステーブルに対して依然としてシールされた状態で、ノズル１００がウェーハの裏面およびヘッド組立体のウェーハ保持部分をすすぐ。すすぎの後、タブが下降し、ウェットロボットがヘッドローダからウェーハを取り出して裏返し、次に、平坦化されたウェーハをスクラバに配置して最終的洗浄および乾燥を行なう。次に、ウェットロボットは、ウェーハ搬送ステーションから未研摩ウェーハを回収し、これをヘッドローダ上に置く。ドライロボットが、洗浄および乾燥されたウェーハをスクラバから受け入れ、これをカセット内に戻す。
【００４８】
これらの工程は、全てのウェーハが同じ装置で取り扱われるように、各ウェーハについて反復される。システムがフル稼働しているときには、インデックステーブル上の４つの全てのヘッド受入れ領域がウェーハで占拠される。ヘッドローダが研摩されたウェーハをヘッド組立体から取り出した後、新しいウェーハが利用可能なヘッド組立体上に置かれる。好ましい実施形態では、インデックステーブルが回転してヘッド組立体を次の研摩ステーション上の新しい位置に移動させる度毎に、インデックステーブルが停止し、各スピンドル駆動組立体が、この下に位置するヘッド組立体（およびこれに取り付けられたウェーハ）を取り出して加工する。全ての加工ステーションがこれらのそれぞれの仕事を同時に実行する。本発明の好ましいシステムおよび方法の１つの長所は、同じ加工経路上で各ウェーハを加工することによる優れた同一性が得られ、ウェーハ間の平坦化のあらゆる不一致を防止できることである。また、本発明のシステムは、研摩工程を２つ以上の研摩装置上での複工程に分けることにより、ウェーハをより効率的に加工できることである。加工経路に沿う研摩機３８、４０の個数を最適化することにより大きな生産量が達成され、このため、ウェーハが、加工経路に沿う連続流れで搬送される。上記実施形態では、研摩の全時間はスクラビング工程および乾燥工程の２倍であり、従って２つの研摩機を設けて、各研摩機で半分の研摩を行なうことを考えた。従って、インデックステーブルは、一定時間間隔で加工ステーションから加工ステーションへと回転される。理解されようが、任意の１加工ステーションまたは遂行される研摩形式の制限に基づいて、他の多くの研摩装置または他の加工ステーションを使用できる。
【００４９】
他の実施形態では、本発明の好ましいシステムは、同じ加工経路に沿って別の研摩加工を行うように変更できる。例えば、化学的に相容性のある２つ以上の研摩加工を用いてウェーハを最高に研摩する場合には、加工経路に沿って使用される各研摩装置を隔絶して、研摩工程間でウェーハをすすぐようにシステム１０を構成できる。他の実施形態では、スクラバ組立体が故障した場合に、加工済みの濡れたウェーハを保管するため、ヘッドローダに隣接して湿潤ウェーハ保持領域を付加できる。これにより、スクラバに付随するあらゆる問題が矯正されるまで、スラリコンパウンドが湿った状態に維持されるであろう。
以上、本発明の改善された半導体ウェーハ研摩システムおよび方法を説明した。本発明の方法は、全てのウェーハを単一加工経路上で加工し、研摩工程を少なくとも２つの研摩機に分けて行い、同一性および生産性を高めている。本発明のシステムは、インデックステーブルコンベアを使用して、単一の加工経路に沿ってアクセスできる一体化された研摩装置、バフ加工装置およびスクラビング装置を有している。本発明のシステムは、各加工ステーションに配置されたインデックステーブルとスピンドル駆動組立体との間のヘッド組立体を交換するための着脱可能なヘッド組立体を有している。ヘッドローダは、インデックステーブルへとおよびインデックステーブルから移動するウェーハのローディング、アンローディングおよびすすぎを行なうように設計されている。リニアウェーハ研摩装置は、自動空気圧ベルト張力付与・操縦機構を有している。また、研摩装置は、不必要な配管を省略するマニホルドを備えた空気圧プラテンを有している。このプラテンは、研摩加工中にプラテンおよびベルトとウェーハとを正確に整合させるプラテン高さアジャスタに着脱可能に取り付けられる。２段垂直調節能力および正確な押圧能力を用いたスピンドル駆動組立体も設けられている。
【００５０】
以上の説明は例示的なものであって制限的なものではないこと、および特許請求の範囲の記載は本発明の範囲を定めるあらゆる均等物を包含するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による半導体研摩システムを示す斜視図である。
【図２】図１のウェーハ研摩システムを示す左側側面図である。
【図３】図１および図２のウェーハ研摩システムでの好ましいウェーハ加工流れ経路を示す概略図である。
【図４】図１および図２のシステムに使用される好ましいインデックステーブルを示す斜視図である。
【図５】図１および図２のシステムに使用する第２の好ましいインデックステーブルを示す斜視図である。
【図６】ウェーハヘッド組立体を底部を示す斜視図である。
【図７】図６のウェーハヘッド組立体を頂部を示す斜視図である。
【図８】図１のウェーハ研摩システムに使用されるヘッド保持組立体およびヘッド組立体を示す平面図である。
【図９】図６のヘッド保持組立体およびヘッドアダプタを、図８の９−９線に沿って破断した断面図である。
【図１０】図４のインデックステーブル上のヘッド保持機構に隣接して配置されたヘッドリテーナ作動ピストンの一部を示す平面図である。
【図１１】図１のシステムに使用される第２の好ましいヘッド保持機構を示す平面図である。
【図１２】図１１のヘッド保持機構に使用される第２の好ましい工具アダプタコネクタを示す平面図である。
【図１３】図１１のヘッド保持機構に取り付けられるヘッド組立体を示す断面図である。
【図１４】図１のウェーハ研摩システムに使用される好ましいヘッドローダ組立体を示す側面図である。
【図１５】図１のウェーハ研摩システムに使用される好ましいスピンドル駆動組立体の後部を示す斜視図である。
【図１６】図１５のスピンドル駆動組立体を示す側面図である。
【図１７】図１６の１７−１７線に沿うスピンドル駆動組立体の断面図である。
【図１８】好ましいスピンドル駆動組立体の電気制御回路および空気圧制御回路を示す概略図である。
【図１９】図１のシステムに使用される好ましいヘッドローダスピンドル駆動組立体を示す側面図である。
【図２０】図１および図２のウェーハ研摩システムに使用される好ましい主ウェーハ研摩装置の頂部を示す斜視図である。
【図２１】図２０の２１−２１線に沿う断面図である。
【図２２】図２０の主ウェーハ研摩装置の一部を示す斜視図である。
【図２３】図２０の２３−２３線に沿う断面図である。
【図２４】図２０の主ウェーハ研摩装置の好ましい電気制御回路および空気圧制御回路を示す概略図である。
【図２５】図２０の主ウェーハ研摩装置に使用される好ましい偏向ローラを示す斜視図である。
【図２６】図２０の主ウェーハ研摩装置に使用される好ましいプラテン組立体を示す斜視図である。
【図２７】図２６のプラテン組立体を示す分解図である。
【図２８】図２０の主ウェーハ研摩装置に使用される好ましいプラテン調節リフタを示す斜視図である。
【図２９】図１のウェーハ研摩システムに使用される好ましいタッチアップ研摩機を示す平面図である。
【図３０】図２９のタッチアップ研摩機を示す正面図である。
【図３１】図１および図２のウェーハ研摩システムに使用される制御回路経路および通信経路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ウェーハ研摩システム
１２ 前端フレーム組立体
１４ 後端フレーム組立体
２２ ウェーハ搬送ステーション
３２ スクラバ組立体
３４ ヘッドローダ
３６ インデックステーブル
３８ 主ウェーハ研摩装置
４０ タッチアップ研摩装置
Claims (9)
- 複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置において、
複数のウェーハ受入れ領域を備えたウェーハコンベアを有し、該ウェーハコンベアは、複数のウェーハ受入れ領域の各々の領域内の半導体ウェーハをウェーハコンベアローディング装置から受け入れかつ各半導体ウェーハを加工経路に沿って連続的に移動させるべく移動でき、
半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化し、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造するための、前記加工経路に沿って配置された第１研摩ステーションと、
前記加工経路に沿って配置された第２研摩ステーションとを更に有し、該第２研摩ステーションは、前記部分的に平坦化された半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化して、完全に平坦化された半導体ウェーハを製造するように設計されており、これにより、複数の半導体ウェーハのうちの各々の半導体ウェーハがウェーハコンベアを介して加工経路を移動しかつ第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションの両方で平坦化され、 前記半導体ウェーハをウェーハコンベアとウェーハ研摩ステーションとの間で搬送するための、半導体ウェーハ搬送機構を更に有し、該搬送機構が、
回転可能かつ軸線方向に移動可能なスピンドルと、
スピンドルに連結されたレバーアームとを有し、該レバーアームは可動フレームに連結された第１端部および微調節スピンドル駆動装置に連結された第２端部とを備え、微調節スピンドル駆動装置は可動フレームに取り付けられ、
前記搬送機構が固定フレームに取り付けられかつ可動フレームに連結された粗調節スピンドル駆動装置を更に有し、粗調節スピンドル駆動装置は、可動フレームを、固定フレームに対してスピンドルの軸線方向に移動させることができることを特徴とする装置。 - 前記半導体ウェーハ搬送機構のスピンドルはウェーハ保持端部を更に有し、該ウェーハ保持端部はウェーハ保持装置に対して着脱可能であり、前記スピンドルは種々のウェーハ保持装置に使用できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記半導体ウェーハ搬送機構のスピンドルは少なくとも１つのスプラインベアリングに、回転可能かつ軸線方向に移動可能に取り付けられ、スプラインベアリングは前記可動フレームに固定されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 前記半導体ウェーハ搬送機構の粗調節スピンドル駆動装置が、親ねじモータを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記半導体ウェーハ搬送機構の微調節スピンドル駆動装置が、スピンドル位置を制御可能に調節する空気シリンダを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置において、
複数のウェーハ受入れ領域を備えたウェーハコンベアを有し、該ウェーハコンベアは、複数のウェーハ受入れ領域の各々の領域内の半導体ウェーハをウェーハコンベアローディング装置から受け入れかつ各半導体ウェーハを加工経路に沿って連続的に移動させるべく移動でき、
半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化し、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造するための、前記加工経路に沿って配置された第１研摩ステーションと、
前記加工経路に沿って配置された第２研摩ステーションとを更に有し、該第２研摩ステーションは、前記部分的に平坦化された半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化して、完全に平坦化された半導体ウェーハを製造するように設計されており、これにより、複数の半導体ウェーハのうちの各々の半導体ウェーハがウェーハコンベアを介して加工経路を移動しかつ第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションの両方で平坦化され、
前記半導体ウェーハをウェーハコンベアにローディングしかつウェーハコンベアからアンローディングするためのウェーハコンベアローディング装置を更に有し、該ウェーハコンベアローディング装置が、
ウェーハコンベアに隣接して配置されたすすぎ液収容タブを有し、該すすぎ液収容タブが開放端および閉鎖端を備え、開放端はウェーハコンベアの方向に配向され、すすぎ液収容タブはウェーハコンベアに対して移動可能であり、
前記ウェーハコンベアローディング装置が半導体ウェーハを受け入れるサイズを有するウェーハ受入れ領域を更に有し、該ウェーハ受入れ領域はすすぎ液収容タブに対して移動可能に連結されかつすすぎ液収容タブの垂直軸線に対して同心状に配置され、
前記ウェーハコンベアローディング装置が半導体ウェーハをすすぐための、すすぎ液収容タブ内に配置された少なくとも１つのスプレーノズルを更に有し、
前記ウェーハコンベアローディング装置のウェーハ受入れ領域が、半導体ウェーハを支持するサイズを有する支持リングと、半導体ウェーハを支持リングに整合させるための、支持リングを包囲する整合リングとを更に有することを特徴とする装置。 - 複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置において、
複数のウェーハ受入れ領域を備えたウェーハコンベアを有し、該ウェーハコンベアは、複数のウェーハ受入れ領域の各々の領域内の半導体ウェーハをウェーハコンベアローディング装置から受け入れかつ各半導体ウェーハを加工経路に沿って連続的に移動させるべく移動でき、
半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化し、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造するための、前記加工経路に沿って配置された第１研摩ステーションと、
前記加工経路に沿って配置された第２研摩ステーションとを更に有し、該第２研摩ステーションは、前記部分的に平坦化された半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化して、完全に平坦化された半導体ウェーハを製造するように設計されており、これにより、複数の半導体ウェーハのうちの各々の半導体ウェーハがウェーハコンベアを介して加工経路を移動しかつ第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションの両方で平坦化され、
前記半導体ウェーハをウェーハコンベアにローディングしかつウェーハコンベアからアンローディングするためのウェーハコンベアローディング装置を更に有し、該ウェーハコンベアローディング装置が、
ウェーハコンベアに隣接して配置されたすすぎ液収容タブを有し、該すすぎ液収容タブが開放端および閉鎖端を備え、開放端はウェーハコンベアの方向に配向され、すすぎ液収容タブはウェーハコンベアに対して移動可能であり、
前記ウェーハコンベアローディング装置が半導体ウェーハを受け入れるサイズを有するウェーハ受入れ領域を更に有し、該ウェーハ受入れ領域はすすぎ液収容タブに対して移動可能に連結されかつすすぎ液収容タブの垂直軸線に対して同心状に配置され、
前記ウェーハコンベアローディング装置が半導体ウェーハをすすぐための、すすぎ液収容タブ内に配置された少なくとも１つのスプレーノズルを更に有し、
前記ウェーハコンベアローディング装置のすすぎ液収容タブが、前記開放端の回りですすぎ液収容タブに配置されたシール部材を更に有し、これにより、該シール部材は、すすぎ液収容タブがウェーハコンベアに移動されるとウェーハコンベアに対してシールすることを特徴とする装置。 - 複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置において、
複数のウェーハ受入れ領域を備えたウェーハコンベアを有し、該ウェーハコンベアは、複数のウェーハ受入れ領域の各々の領域内の半導体ウェーハをウェーハコンベアローディング装置から受け入れかつ各半導体ウェーハを加工経路に沿って連続的に移動させるべく移動でき、
前記ウェーハコンベアは、回転可能なインデックステーブルを有し、該インデックステーブルがロータリインデキサの下に位置しかつ該ロータリインデキサから懸架されており、
前記ウェーハコンベアは、前記ロータリインデキサに連結されたモータを更に有し、該モータは、前記インデックステーブルを単一方向に所定の増分で移動させるように制御され、これにより、前記ロータリインデックステーブルはウェーハ加工中に連続した３６０°のパターンで増分的に回転し、
前記装置は、
半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化し、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造するための、前記加工経路に沿って配置された第１研摩ステーションと、
前記加工経路に沿って配置された第２研摩ステーションとを更に有し、該第２研摩ステーションは、前記部分的に平坦化された半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化して、完全に平坦化された半導体ウェーハを製造するように設計されており、これにより、複数の半導体ウェーハのうちの各々の半導体ウェーハがウェーハコンベアを介して加工経路を移動しかつ第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションの両方で平坦化され、
前記装置は、前記ウェーハコンベアの各ウェーハ受入れ領域に取り付けられたヘッド保持機構を更に有し、各ヘッド保持機構はウェーハ保持ヘッドをウェーハコンベアに解放可能に保持し、
前記ヘッド保持機構は、内径に沿う後退可能な突出部を備えた回転可能な係合部分を有し、後退可能な突出部は、ウェーハ保持ヘッドの凹状領域と解放可能に係合するように設計されていることを特徴とする装置。 - 複数の半導体ウェーハの各々についての単一加工経路を提供する、複数の半導体ウェーハの化学的機械的平坦化を行う装置において、
複数のウェーハ受入れ領域を備えたウェーハコンベアを有し、該ウェーハコンベアは、複数のウェーハ受入れ領域の各々の領域内の半導体ウェーハをウェーハコンベアローディング装置から受け入れかつ各半導体ウェーハを加工経路に沿って連続的に移動させるべく移動でき、
前記ウェーハコンベアは、回転可能なインデックステーブルを有し、該インデックステーブルがロータリインデキサの下に位置しかつ該ロータリインデキサから懸架されており、
前記ウェーハコンベアは、前記ロータリインデキサに連結されたモータを更に有し、該モータは、前記インデックステーブルを単一方向に所定の増分で移動させるように制御され、これにより、前記ロータリインデックステーブルはウェーハ加工中に連続した３６０°のパターンで増分的に回転し、
前記装置は、
半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化し、部分的に平坦化された半導体ウェーハを製造するための、前記加工経路に沿って配置された第１研摩ステーションと、
前記加工経路に沿って配置された第２研摩ステーションとを更に有し、該第２研摩ステーションは、前記部分的に平坦化された半導体ウェーハを所定時間に亘って平坦化して、完全に平坦化された半導体ウェーハを製造するように設計されており、これにより、複数の半導体ウェーハのうちの各々の半導体ウェーハがウェーハコンベアを介して加工経路を移動しかつ第１主研摩ステーションおよび第２主研摩ステーションの両方で平坦化され、
前記装置は、前記ウェーハコンベアの各ウェーハ受入れ領域に取り付けられたヘッド保持機構を更に有し、各ヘッド保持機構はウェーハ保持ヘッドをウェーハコンベアに解放可能に保持し、
前記ヘッド保持機構は、ウェーハコンベアのウェーハ受入れ領域の回りに配置された環状壁を有し、該環状壁は、ウェーハ保持ヘッドの周囲に配置された複数のピンを受け入れるための複数のピン受入れ領域を備えていることを特徴とする装置。
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