JP4743939B2

JP4743939B2 - 入力モジュールを使用して半導体基板を搬送する方法および装置

Info

Publication number: JP4743939B2
Application number: JP2000180247A
Authority: JP
Inventors: シー．エッティンガーギャリー; ウィーズグレッグ; シャンムガサンドラムアルールクマール
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2001135603A; US6361422B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として半導体基板処理システムに関し、特に、半導体基板を研磨するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板処理において、モジュール間の基板の搬送は、基板のダメージと汚染の危険性を最小限に抑える一方で、処理速度を最適化する必要がある。処理装置および支持装置間で基板を搬送する通常の方法は、ロボットにより操縦されるパドルを使用して基板を移動する。多くの場合、パドルを基板の中央部分の下に配置できるように、基板はピンを使用してペデスタルから持ち上げられる。搬送カセットなどの他のモジュールでは、基板がエッジで水平に支持され、基板の下へのパドルの出入を可能にする。この後、パドルは、持ち上げられて基板に係合し、基板を１つのモジュールまたはステーションから他のモジュールまたはステーションへ搬送する。多くの場合、パドルは、搬送中に基板をパドルへ固定し、所望の行先へ到達した後に基板を解放する機構を装備している。そのような機構は、真空装置、静電チャック、基板エッジ把持機構などとすることができる。
【０００３】
従来の水平パドルおよび保持機構は、一定の半導体処理ステージ間で基板を受け渡す機能があるが、特定タイプの半導体処理ステージ間での使用に関しては扱いが難しい。ケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）システムにおけるファクトリーインタフェースおよびポリッシャ間の搬送は、搬送中の基板が横向きであることが効率的でない分野の実例である。
【０００４】
ポリッシャは、一般に、横向きの基板の表面粗さをスラリの補助により除去する。基板を研磨した後、スラリの一部が基板上に残留する。スラリが基板表面上で乾いて固まると、基板は、ダメージを受けたり、欠陥を生じたり、あるいは更なる処理に不適当になる可能性がある。従って、研磨された基板は、通常、基板へ洗浄液を噴射し、基板をスクラブし、メガソニックを用いることによって洗浄される。基板は、横配置でも縦配置でも洗浄することができる。縦向きに洗浄される基板の利点は、重力の補助によりスラリや他の汚染物質を基板から除去することにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
研磨プロセスおよび洗浄プロセス間における基板の向きの９０度の差は、従来の横向き基板搬送機構を使用する場合、システム構築者およびオペレータに数多くの問題に直面させる。問題の１つは、基板が横向きの間の基板のリンス、基板の向きを変えるための追加ステーション、および／または大きな搬送距離に適応するために、大きなマシンフットプリントが必要になることである。加えて、基板ハンドリングでの余分なステップは、コストのかかる基板のダメージおよび汚染の確率を高める。
【０００６】
従って、この技術では、基板の縦配置が基板の搬送中に使用され、半導体処理システムのモジュール間の基板搬送を容易にする装置に対するニーズがある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来技術に伴う欠点は、本発明の半導体基板ポリシング方法およびシステムにより克服される。具体的には、基板ポリシングシステムは、入力モジュールと、搬送ステーションを有する１つ以上のポリシングモジュールと、を含んでいる。第１のロボットが入力モジュールの付近に配置される。この第１ロボットは、第１の水平軸上で回転可能な第１のグリッパを有しており、この第１グリッパは、入力モジュール内で縦向きに基板を選択的にピックアンドプレースする。第２のロボットが入力モジュールおよびポリシングモジュールの付近に配置される。この第２ロボットは、第２の水平軸上で回転可能な第２のグリッパを有しており、この第２ロボットは、入力モジュール内で縦向きに基板を選択的にピックアンドプレースする。
【０００８】
別の態様では、半導体基板ポリシングシステムは、１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュール、ファクトリーインタフェース（factory interface）モジュール、および第１端部に入力モジュールを有する洗浄モジュールを含んでいる。洗浄モジュールは、ファクトリーインタフェースモジュールと１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュールとの間に配置される。第１ロボットは第１のグリッパを有しており、この第１グリッパは、ファクトリーインタフェースモジュール内に配置され、ファクトリーインタフェースモジュール、入力モジュールおよび洗浄モジュールの第２端部間で基板を搬送する。第２ロボットが入力モジュールおよび１つ以上のポリシングモジュールの付近に配置される。第２ロボットは第２のグリッパを有しており、この第２グリッパは、入力モジュール、洗浄機の第１端部および１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュール間で基板を搬送する。
【０００９】
別の態様では、半導体基板を搬送する方法が開示される。この方法は、横向きの半導体基板を第１の位置に提供するステップと、この横向き半導体基板を第１のロボットで把持するステップと、半導体基板の向きを横から縦に変更するとともに半導体基板を移動させるステップと、この縦向きの半導体基板を第１ロボットから入力モジュール内へ解放するステップであって、入力モジュールが半導体基板の縦向きを維持するステップと、縦向き半導体基板を第２のロボットで把持するステップと、半導体基板の向きを縦から横に変更するとともに半導体基板を移動させるステップと、この横向きの半導体基板を第２の位置に配置するステップと、半導体基板を第２ロボットから解放するステップと、を含んでいる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の教示は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解できる。
【００１１】
理解を容易にするため、図面に共通な同一要素を示すために可能な限り同一の参照番号を使用する。
【００１２】
図１および図２は、典型的な半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリシングシステム（ＣＭＰシステム）１００を示す。本発明を最大限に理解するために、図１と図２の両方を同時に参照されたい。ＣＭＰシステム１００は、一般に、例えば１つ以上のポリシングモジュール１０２、ウェットロボット１０４、洗浄モジュール１０６、ファクトリーインタフェースモジュール１０８、および１つ以上のウェーハ貯蔵カセット１１０（４個のカセット１１０を示す）を含むモジュールから成る。このほかに、当業者は、より少ないまたは追加のモジュールを含む変更された構成を有するポリシングシステムを考案することができる。
【００１３】
ファクトリーインタフェースモジュール１０８は、第１の壁１６２、第２の壁１６４、および側壁１６６を有し、全体として実質的に方形の形状を有している。第１壁１６２は、少なくとも１個のウェーハカセット１１０と連結することができる複数のベイ１６８を含んでいる。第２壁１６４は、洗浄モジュール１０６の後壁１３２と係合し、第１ポート１６０と第２ポート１７２を後壁１３２と共有する。第２壁１６４と後壁１３２を１つの構造物に統合し、あるいは双方の壁１３２および１６４をなくして、効果的に１つの連続したポートを形成する（すなわち、ポート１６０と１７２を統合する）ことが望ましい場合のあることに注目されたい。
【００１４】
ファクトリーインタフェースモジュール１０８内には、線路１７４が配置されている。線路１７４は、第１壁１６２に沿って延在し、第１壁１６２に対して実質的に平行な向きに配置されている。線路１７４は、ファクトリーインタフェースロボット１５８を支持する。線路１７４は、ファクトリーインタフェースロボット１５８が線路１７４に沿って直線的に移動することを可能にしており、これにより、ファクトリーインタフェースロボット１５８は、ポート１６０、１７２およびベイ１６８を通してウェーハを搬送できる。このほかに、ファクトリーインタフェースロボット１５８が線路１７４を必要とせずにポート１６０、１７２およびベイ１６８へアクセスできる構成では、線路１７４をなくすことができる。ファクトリーインタフェースロボット１５８は、図示しないアクチュエータによって線路１７４に沿って駆動されるが、線路１７４およびアクチュエータは、リニアアクチュエータ、ボールねじ、液圧および空圧シリンダ、ステッパおよびサーボモータ等、他の任意の位置決め可能な直線運動装置に置き換えることができる。
【００１５】
図３は、ファクトリーインタフェースモジュール１０８内に収容されるファクトリーインタフェースロボット１５８を示す。ファクトリーインタフェースロボット１５８は、一般に、カセット１１０とシステム１００の他のモジュールとの間でウェーハを搬送するのに必要な運動の範囲を提供する。ファクトリーインタフェースロボット１５８の一例は、カリフォルニア州リッチモンドのKensington Laboratories社が製造する４リンクロボットである。
【００１６】
典型的なファクトリーインタフェースロボット１５８は、ロボットベース３１６、シャフト３１２、関節式アーム３０６、回転アクチュエータ３０４、およびエッジ接触グリッパ３０２を有する。ロボットベース３１６は、ガイド３１４に接続される。ガイド３１４は、ファクトリーインタフェースロボット１５８が直線的に移動できるようにする線路１７４へロボットベース３１６を連結する。シャフト３１２は、ロボットべーつ３１６から突出する。シャフト３１２は、矢印３２４で示すように、ロボットベース３１６から伸縮可能である。
【００１７】
関節式アーム３０６は、第１部材３０８および第２部材３１０から構成されている。第１部材３０８は、一端がシャフト３１２へ、他端が第２部材３１０へ接続される。第２部材３１０は、回転アクチュエータ３０４にも接続される。関節式アーム３０６は、矢印３２２で示すように、ファクトリーインタフェースロボット１５８の中心線３２６を中心とした３３５度のラジアル運動を提供する。
【００１８】
回転アクチュエータ３０４は、シャフト３１８の基端に連結されており、矢印３２０で示すように、シャフト３１８に対する水平軸３３２を中心とした回転運動を提供する。エッジ接触グリッパ３０２は、シャフト３１８の末端３２８に配設される。エッジ接触グリッパ３０２は、ファクトリーインタフェースロボット１５８による搬送中にウェーハ１２０の外周を確実に保持する。
【００１９】
図４は、図３のファクトリーインタフェースロボット１５８のエッジ接触グリッパ３０２の平面図を示す。図５は、図４のエッジ接触グリッパ３０２の５−５線に沿った断面図を示す。エッジ接触グリッパ３０２を最も良く理解するために、図４と図５を同時に参照されたい。
【００２０】
エッジ接触グリッパ３０２は、一般に、パドル４０４上に配設されたアクチュエータ４０２を備える。パドル４０４は、通常、アルミニウム製の平坦な「Ｙ」字形部材である。パドル４０４の第１端部４０８は、シャフト３１８へ結合される。パドル４０４の第２端部４１４および第３端部４１６は、相互に離間しており、一般に、第１端部４０８に対向するように配置される。
【００２１】
アクチュエータ４０２は、パドル４０４の第１端部４０８上に配設される。アクチュエータ４０２は、一般に、ポリマーなど非摩耗性の材料で製作された「Ｌ」字形のプッシャ５０２を有する。プッシャ５０２は、パドル４０４に対して実質的に垂直な向きの第１部分５０４を有する。第１部分５０４は、アクチュエータ４０２のシャフト５０６へ結合される。第２部分５０８は、パドル４０４の中心に向かって第１部分５０４から垂直に延在する。
【００２２】
複数の座４０６がパドル４０４上に配設される。座４０６は、一般にポリマーなどの非摩耗性材料で製作される。２つの座４０６がパドル４０４の第１端部４０８に配設され、アクチュエータ４０２の両側に配置される。座４０６は、第２端部４１４および第３端部４１６にも配設される。各座４０６は、一般にリングの一部分であり、「Ｌ」字形の断面を有する。各座４０６は、パドル４０４に対して実質的に垂直な向きの第１部分５１０を有する。第１部分５１０は、グリッパ３０２が構成される対象のウェーハ１２０（すなわち、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、または他の直径のウェーハ）の直径の約半分の半径を有する。第２部分５１２は、パドル４０４の中心に向かって第１部分５１０から垂直に延在する。座４０６は、ウェーハ１２０と第１部分５１０との間にある程度のクリアランスを持ってウェーハ１２０を座４０６の第２部分５１２に配設できるように配置される。
【００２３】
ウェーハ１２０は、プッシャ５０２をパドル４０４の中心に向かって移動するよう作動させることによりグリッパ３０２上に保持される。プッシャ５０２の第１部分５０４は、ウェーハ１２０のエッジに接触して、ウェーハ１２０を第２および第３端部４１４および４１６上に配設された座４０６に押し付ける。
【００２４】
エッジ接触グリッパ３０２は、ウェーハ１２０のフィーチャ面１２２に接触せず、露出されたフィーチャへスクラッチやダメージを与えることなく、ファクトリーインタフェースロボット１５８がウェーハを保持できるようにする。加えて、エッジ接触グリッパ３０２は、ウェーハ搬送中にウェーハ１２０を確実に保持するので、ウェーハが脱離してしまう可能性を低減する。任意で、静電グリッパ、真空グリッパ、機械クランプ等、他の種類のグリッパを代わりに用いることができる。
【００２５】
図６はウェットロボット１０４を示す。ウェットロボット１０４は、一般に、ファクトリーインタフェースロボット１５８と同様な構成である。ウェットロボット１０４は、一般に、ロボットベース６１６、シャフト６１２、関節式アーム６０６、回転アクチュエータ６０４、およびエッジ接触グリッパ６０２を含む。ロボットベース６１６は、洗浄機１０６に連結された取付ブラケット６１４によって保持される。このほかに、取付ブラケットは、線路（図示せず）を含んでいて、ウェットロボットが線路に沿って横方向に移動できるようになっていてもよい。シャフト６１２は、ロボットベース６１６から突出して、取付ブラケット６１４を貫通する。シャフト６１２は、矢印６２４で示すように、ロボットベースから伸縮することができる。
【００２６】
関節式アーム６０６は、第１部材６０８および第２部材６１０から構成されている。第１部材６０８は、一端がシャフト６１２へ、他端が第２部材６１０へ接続される。第２部材６１０は、回転アクチュエータ６０４にも接続される。関節式アーム６０６は、矢印６２２で示すように、ウェットロボット１０４の中心線６２６を中心とした３３５度のラジアル運動を提供する。
【００２７】
回転アクチュエータ６０４は、矢印６２０で示すように、シャフト６１８に対する水平軸６３２を中心とした回転運動を提供する。エッジ接触グリッパ６０２は、シャフト６１８の末端６２８に配設される。エッジ接触グリッパ６０２は、エッジ接触グリッパ３０２またはエッジ接触グリッパ６００と実質的に同様な構成であり、ウェットロボット１０４による搬送中にウェーハ１２０を確実に保持するために使用される。
【００２８】
再び、図１と図２を参照すると、洗浄モジュール１０６も、内部１３６を画成する前壁１３０、後壁１３２、および側壁１３４を有する一般に方形のキャビネットである。内部１３６は、洗浄システム１３８、待機セクション１４０および入力モジュール１４４に分割されている。入力モジュール１４４は、待機セクション１４０を洗浄システム１３８から分離するが、待機セクション１４０および洗浄システム１３８のうち基板１２０をピックアンドプレースするためにウェットロボット１０４によりアクセス可能な部分を包含することができる。
【００２９】
入力モジュール１４４における基板１２０は、実質的に縦の配置に向けられる。入力モジュール１４４では、基板１２０は、割出し可能バッファ１４６、ウォーキングビーム１４８、または基板パススルー（substrate pass through）１５０上に配置することができる。割出し可能バッファ１４６、ウォーキングビーム１４８およびパススルー１５０の全ては、基板１２０を実質的に縦配置で保持する。研磨すべき基板１２０は、ポリシングモジュール１０２へ即座に搬送するためにパススルー１５０内に配置されるか、あるいは割出し可能バッファ１４６内で待機させられる。ポリシングモジュール１０２から戻る基板１２０は、ロボット１５８によりウォーキングビーム１４８上に配置される。
【００３０】
パススルー１５０は、ウェットロボット１０４とファクトリーインタフェースロボット１５８の双方がパススルー１５０内で基板１２０をピックアンドプレースできるように配置される。このため、パススルー１５０は、基板をあるロボットから別のロボットへ受け渡すために使用される。
【００３１】
図７Ａ〜Ｃは、パススルー１５０を示す。図２と図７Ａ〜Ｃを同時に参照すると、パススルー１５０の実施形態の１つは、方形ベース７０２を有する。第１壁７０４と第２壁７０６は実質的に平行であり、ベース７０２の上面７０８から突出してスロット７１０を画成する。第１壁７０４と第２壁７０６は高さ７２２を有しており、基板１２０をスロット７１０に実質的に垂直に保持できるようにする間隔７２０だけ離間されている。上面７０８は凹面であってもよいし、基板１２０をスロット７１０に直立（垂直）配置で維持することを補助する突起（図示せず）を有していてもよい。
【００３２】
ある実施形態では、パススルー１５０は、第１壁７０４へ連結された複数のウェーハ支持体７２０（図７Ｂに３個が示されている）を含んでいる。支持体７２０は、通常、プラスチックまたは他の非摩耗性材料で製作される。各支持体７２０は、第１部分７２２と、第２部分７２４と、第１部分７２２および第２部分７２４を分離して両者間にスロット７４０を画成する第３部分７２６とを有する。第３部分７２６の直径は、第１部分７２２および第２部分７２４の直径より小さい。取付孔７３０は、第３部分７２６を同心に貫通する。取付孔７３０は、一般に、第１壁７０４のねじ穴７３４に螺入される取付ねじ７３２のヘッド７２８を収容する座ぐり７３６を第２部分７２４に含む。複数の支持体７２０は、相互に離間しており、また、ウェーハ１２０がスロット７４０に固定されるようにウェーハ１２０を支持体７２０の第３部分７２６で支えながらウェーハ１２０を第１部分７２２と第２部分７２４の間に配置できるようにする距離だけベース７０２から離れている。支持体７２０は、ローラーの形態であってもよいし、あるいはウェーハをパススルー１５０内で縦向きに保持するスロット７４０を有する固定ブロック材料であってもよい。
【００３３】
図８と図９は、割出し可能バッファ１４６を示す。図２、図８および図９を同時に参照すると、割出し可能バッファ１４６は、湾曲ベース９０８を有する。ベース９０８は、この代わりに、直線的に構成してもよい。ベース９０８は、複数の壁９０２を有し、各壁９０２は、高さ９０６と幅９０４を有する。これらの壁９０２の間には、複数のネスト（nest）１７８が画成される。ネスト１７８の側面９１６は、実質的に平行であり、基板１２０をネスト１７８に縦に配置できるようにしている。ベース９０８の上面９１０は、凹面であってもよいし、ネスト１７８から動こうとする（あるいは転がろうとする）基板１２０の保持を補助する突起（図示せず）を有していてもよい。このほかに、パススルー１５０に関して説明したような複数のローラー７２０を、ウェーハ１２０を保持するために各ネスト１７８で利用することができる。さらに、各ネスト１７８は、任意で、基板の存在を検出するセンサ（図示せず）を装備する。
【００３４】
割出し可能バッファ１４６は、通常、待機セクション１４０に配置される。この位置から、ファクトリーインタフェースロボット１５８およびウェットロボット１０４の双方は、割出し可能バッファ１４６のネスト１７８上の基板１２０をピックアンドプレースすることができる。
【００３５】
このほかに、割出し可能バッファ１４６は、待機セクション１４０において、ロボット１０４および１５８の一方または双方が割出し可能バッファ１４６上の所望のネスト１７８へアクセスできない位置に可動式に配置することができる。所望のネスト１７８がウェットロボット１０４またはファクトリーインタフェースロボット１５８によりアクセスされる必要がある場合、割出し可能バッファ１４６は、双方のロボット１０４および１５８が所望のネスト１７８上の基板１２０をピックアンドプレースできる位置へ移動する。例えば、割出し可能バッファ１４６は、割出し手段（図示せず）によって所望のネスト１７８をウェットロボット１０４およびファクトリーインタフェースロボット１５８の双方の動作範囲内の位置へ移動させ、ロボット１０４および１５８が基板１２０を確実にネスト１７８へ配置できるようにする。１つのロボットのみが所望のネスト１７８にアクセスする必要がある場合、割出し可能バッファ１４６は、そのロボットに対して所望のネスト１７８のアクセスを可能にするように移動する必要しかない。
【００３６】
再び図１および図２を参照すると、ウォーキングビーム１４８の複数のウェーハグリッパ１４９の１つにより配置および固定された基板１２０は、入力モジュール１４４から離れるように移送され、洗浄システム１３８の端部１５４に向かって洗浄システム１３８を通過する。洗浄システム１３８は、複数の洗浄システムモジュール（図示せず）を備える。ウォーキングビーム１４８は、洗浄モジュール間で基板１２０を移動させる。洗浄モジュールでは、研磨中に得られた基板１２０上に存在する汚染物が、例えば、基板１２０へ洗浄液１５２を噴射し、基板１２０をスクラブし、基板１２０をメガソニック洗浄することによって除去される。好ましくは、洗浄システム１３８とウォーキングビーム１４８は、１９９９年４月２７日出願の米国仮特許出願第６０／１３１，１２４号に記載されているものである。この出願の全体は、本明細書に引用して組み込まれる。基板１２０がウォーキングビーム１４８の端部１５４に到達した後、洗浄された基板１２０は、第１ポート１６０を介してウォーキングビーム１４８にアクセスするファクトリーインタフェースロボット１５８により降ろされる。
【００３７】
ウェットロボット１０４は、取付ブラケット２１４により洗浄モジュール１０６の第１壁１３０へ固定されている。洗浄モジュール１０６へのウェットロボット１０４の固定は重要でないことに注意されたい。ウェットロボットは、この代わりに、ポリシングモジュール１０２へ固定してもよいし、自立していてもよいし、動作装置（すなわち線路）へ固定してもよいし、あるいは別の場所へ取り付けてもよい。ウェットロボット１０４を線路（図示せず）へ取り付けることは、ウェットロボット１０４の動作範囲を増加させることに役立つであろう。ウェットロボット１０４は、前壁１３０に配置された第３ポート１４２を介して入力モジュール１４４内の基板１２０にアクセスする。第１ポート１７２および第２ポート１６０のように、第３ポート１４２は、前壁１３０全体を包含できる。当業者は、ポート１６０、１７２および１４２の大きさと位置が、コンポーネントおよびモジュール間の空気流と汚染物の通過を最小限に抑えるために利用されることを理解することができるだろう。ポートを拡大したり、複数のポートを統合したり、壁を単純に取り除くことは容易であり、それでも本発明の有用性を維持することができる。
【００３８】
任意で、基板１２０を入力モジュール１４４内で横向きにしてもよい。このような構成では、ファクトリーインタフェースロボット１５８は、回転アクチュエータを必要としない可能性がある。洗浄システム１３８が基板を横向きに洗浄する場合、ウェットロボット１０４もまた、基板を縦向きにする回転アクチュエータを必要としないことになる。しかし、基板を縦向きに洗浄する洗浄システム１３８では、洗浄システム１３８を通過するように基板を縦向きにするため、ウェットロボット１０４が回転アクチュエータを含むか、あるいはシステム１００が独立した方向設定手段（図示せず）を使用する。
【００３９】
ポリシングモジュール１０２は、例示として、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials社製Mirraケミカルメカニカルポリッシャである。Mirraは、Applied Materials社の登録商標である。他のポリシングモジュール１０２を代わりに使用することも可能である。
【００４０】
典型的なポリシングモジュール１０２は、複数のポリシングステーション１１５、カルーセル１１４、カルーセルインタフェース１１６、および搬送ステーション１１８を有する。好ましくは、搬送ステーション１１８は、少なくとも１つのバッファステーション、搬送ロボット１９０、およびウェーハロードカップアセンブリ１９２を有する。好ましくは、複数のバッファステーション、例えば入力バッファステーション１９４と出力バッファステーション１９６が使用される。運転時には、ウェットロボット１０４が、半導体ウェーハを入力バッファステーション１９４内に配置する。入力バッファステーション１９４は、ウェーハをウェーハのエッジに近接する３本のピン上に支持する。搬送ロボット１９０は、２つのグリッパアセンブリを有しており、このグリッパアセンブリは、各々がウェーハを把持する空圧式グリッパーフィンガを有している。フィンガは、ウェーハのエッジ上の３点でウェーハを保持する。ロボットが、ウェーハを入力バッファステーション１９４から持ち上げ、グリッパとウェーハを回転させてウェーハをウェーハロードカップアセンブリ１９２の上に配置し、次いで、ウェーハをロードカップアセンブリ１９２上に載置する。この後、ウェーハロードカップアセンブリ１９２は、ＣＭＰインタフェース１１６においてウェーハを研磨ヘッド１１２内へロードする。搬送ロボット１９０がウェーハをウェーハロードカップアセンブリ１９２内へ配置している間に、ウェットロボット１０４は、別のウェーハを入力バッファステーション１９４上へ配置することができる。ウェーハの研磨工程終了後、研磨ヘッド１１２は、ウェーハをウェーハロードカップアセンブリ１９２内に解放し、搬送ロボット１９０が、ウェーハをロードカップアセンブリ１９２から取り出す。研磨済ウェーハは、この後、搬送ロボット１９０によって出力バッファステーション１９６内に配置され、ウェットロボット１０４が研磨済ウェーハを搬送ステーション１１８から取り出すまで、そこに留まる。このような搬送ステーション１１８の実例は、１９９９年１０月６日出願のTobinによる米国特許出願第０９／４１４，７７１号に記載されている。この出願の全体は、本明細書に引用されて組み込まれる。
【００４１】
ケミカルメカニカルポリシングプロセスは、任意のポリシングステーション１１５で実行することができる。カルーセル１１４は、ポリシングモジュール内の中央に配置されており、ウェーハ１２０をポリシングステーション１１５とカルーセルインタフェース１１６との間で移動させることができる。カルーセルインタフェース１１６は、搬送ステーション１１８のロードカップ１９２とカルーセル１１４へ結合された研磨ヘッド１１２との間をウェーハ１２０が往復できるようにする。
【００４２】
ウェットロボット１０４は、入力モジュール１４４とポリッシャ１２０の搬送ステーション１１８との間のウェーハ搬送を提供する。ウェットロボット１０４は、縦向きのウェーハ１２０を入力モジュール１４４から取り出し、フィーチャ面１２２が下を向くようにウェーハ１２０を横向きにして、ウェーハ１２０の背面１２４が露出するようにウェーハ１２０を搬送ステーション１１８上に配置する。このプロセスは、ウェーハ１２０をポリシングモジュール１０２から取り出すために、逆の順序で繰り返される。
【００４３】
運転時には、研磨すべき基板１２０が、ファクトリーインタフェースロボット１５８によって所望の基板カセット１１０から取り出される。ファクトリーインタフェースロボット１５８は、基板１２０のエッジを把持しながら基板１２０を「ピッキング」する。基板カセット１１０に横配置で貯蔵されている基板１２０は、ファクトリーインタフェースロボット１５８により回転アクチュエータ２０４を使用して縦配置に回転させられる。縦の向きを有するようになった基板１２０は、第２ポート１７２を通じて洗浄モジュール１０６の入力モジュール１４４内に受け渡される。
【００４４】
ファクトリーインタフェースロボット１５８またはウェットロボット１０４が基板１２０を回転させる場所、ならびに第１、第２、および第３ポート１７２、１６０、および１４２の寸法形状は、特定ユーザのニーズに依存する。例えば、ファクトリーインタフェースロボット１５８またはウェットロボット１０４の動作は、同時または順次に遂行される並進動作（水平面および垂直面の双方におけるもの）と回転動作の組合せであってもよい。全ての基板１２０の搬送について重要な点は、入力モジュール１４４へ縦向きの基板を送るロボットの能力である。
【００４５】
基板１２０が入力モジュール１４４に入ると、基板１２０は、パススルー１５０上に配置されるか、または割出し可能バッファ１４６で待機させられる。基板１２０がウェットロボット１０４によって即座にピックアップされる場合、基板１２０は、ファクトリーインタフェースロボット１５８によりパススルー１５０上に配置される。ファクトリーインタフェースロボット１５８が入力モジュール１４４を離れた後、基板１２０はウェットロボットによって取り出される。
【００４６】
基板１２０が研磨の前に待機させられる場合、割出し可能バッファ１４６は、待機セクション１４０から移動して、パススルー１５０の上方に空のネスト１７８を配置する。ファクトリーインタフェースロボット１５８は基板１２０をネスト１７８に配置し、割出し可能バッファ１４６は待機セクション１４０へ戻る。基板１２０を割出し可能バッファ１４６から取り出す場合、基板１２０を含むネスト１７８が入力モジュール１４４内のパススルー１５０の上方に戻され、ウェットロボット１０４が基板１２０を取り出せるようになる。
【００４７】
割出し可能バッファ１４６の各ネスト１７８の状態（すなわち、ネストが空であるか、あるいは基板を含んでいるか）は、ポリシングモジュール１０２のローディングおよびアンローディングを制御するソフトウェアによって維持される。このソフトウェアは、ローディングシーケンスを最適化するために、ポリシングモジュール１０２と基板カセット１１０との間での基板の「経路を把握」している。基板がネスト１７８に存在するか否かを検出するオプションのセンサは、ソフトウェアへのフィードバックを提供し、特定のネストが基板を含むか否かを確認する。このため、ロボットは、２つの基板を同じネスト１７８に配置することなく割出し可能バッファ内で基板をピックアンドプレースする。
【００４８】
ウェットロボット１０４は、洗浄モジュール１０６から第３ポート１４２を通じて基板１２０を抜き出し、基板１２０を横配置に回転し、搬送ステーション１１８上に基板１２０を載置する。この後、基板１２０は、ＣＭＰロボットインタフェース１１６へ移動させられる。ＣＭＰロボットインタフェース１１６では、ＣＭＰロボット１１４によって基板１２０が利用可能なポリシングステーション１１２へ送られる。
【００４９】
研磨が完了すると、研磨済の基板１２０は、ＣＭＰロボット１１４によりＣＭＰロボットインタフェース１１６へ移動させされ、搬送ステーション１１８へ戻される。研磨済基板１２０は、ウェットロボット１０４により取り出され、第３ポート１４２を介して入力モジュール１４４へ送り戻される。
【００５０】
研磨済基板１２０が入力モジュール１４４に入ると、研磨済基板１２０は、ウォーキングビーム１４８により把持される。ウォーキングビーム１４８は、基板１２０を入力モジュール１４４から搬送して、洗浄モジュール１０６を通過させる。基板１２０が搬送されて洗浄モジュール１０６を通過する間に、研磨中に基板１２０上に蓄積したスラリや他の汚染物質が除去される。洗浄モジュール１０６の洗浄システム１３８では、基板１２０が、一般に、洗浄流体１５２およびメガソニックエネルギーを用いて洗浄およびスクラブされる。洗浄モジュール１０６の端部１５４に到達すると、洗浄された基板１２０は、ファクトリーインタフェースロボット１５８によってウォーキングビーム１４８から第１ポート１６０を介して取り出され、ファクトリーモジュール１０８内へ搬送される。
【００５１】
ファクトリーインタフェースロボット１５８は、洗浄済の基板１２０を横配置に戻し、洗浄済基板１２０を所望の基板カセット１１０内に配置する。
【００５２】
本発明は、比較的小さなフットプリントを有するパススルーステーションを使用して基板ポリッシャの内外へ基板を迅速に搬送する方法と装置を提供する。本発明は、一方のロボットがロボット間の直接の基板搬送に利用できない間に、他方のロボットがバッファステーション間で基板を搬送し続けることを可能にすることにより、スループットを最大にする。このように、わずか２台のロボットを使用することで、ポリシング装置の基板スループットを最大にしつつ、資本コストを最小限に抑えている。
【００５３】
本発明の教示を取り入れた上記の実施形態を本明細書で詳細に図示して説明してきたが、当業者は、この教示を依然として取り入れつつ、本発明の趣旨から逸脱することなく、他の変形例を容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＣＭＰ基板処理システムの概略図である。
【図２】図１のＣＭＰ基板処理システムの平面図である。
【図３】本発明のウェットロボットの概略図である。
【図４】図３のウェットロボットのグリッパの平面図である。
【図５】図４のグリッパの５−５線に沿った断面図である。
【図６】本発明のファクトリーインタフェースロボットの概略図である。
【図７Ａ】パススルーの概略斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａのパススルーの７Ｂ−７Ｂ線に沿った断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｂのパススルーの７Ｃ−７Ｃ線に沿った断面図である。
【図８】割出し可能バッファの斜視図である。
【図９】図８の割出し可能バッファの９−９線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１００…ＣＭＰシステム、１０２…ポリシングモジュール、１０４…ウェットロボット、１０６…洗浄モジュール、１０８…ファクトリーインタフェースモジュール、１１０…ウェーハカセット、１１２…ポリシングステーション、１１４…ＣＭＰロボット、１１６…ＣＭＰロボットインタフェース、１１８…搬送ステーション、１２０…ウェーハ、１４０…待機セクション、１４４…入力モジュール、１５０…パススルー、１５８…ファクトリーインタフェースロボット。

Claims

基板を研磨する半導体基板ポリシングシステムであって、
搬送ステーションを有する１つ以上のポリシングモジュールと、
入力モジュールと、
前記入力モジュールの付近に配置され、第１の水平軸上で回転可能な第１のグリッパを有する第１のロボットであって、前記第１グリッパが、選択的に、カセットから横向きに基板をピッキングし、前記入力モジュール内で縦向きに前記基板をプレースする、第１ロボットと、
前記入力モジュールおよび前記ポリシングモジュールの付近に配置され、第２の水平軸上で回転可能な第２のグリッパを有する第２のロボットであって、前記第２グリッパが、前記入力モジュール内で縦向きに前記基板を選択的にピックアンドプレースするとともに、前記搬送ステーション内で横向きに前記基板を選択的にピックアンドプレースする、第２ロボットと、
を備えるポリシングシステム。
前記入力モジュールは、前記基板を縦向きに保持するスロットを有するパススルーを更に備えている、請求項１記載のポリシングシステム。
前記第１ロボットの前記グリッパはエッジ接触グリッパを備えている、請求項１記載のポリシングシステム。
前記エッジ接触グリッパは、
パドルと、
前記パドル上に配設された複数の座と、
前記パドル上に配設されたプッシャを有するアクチュエータであって、前記プッシャが、前記基板を前記座に当てて選択的にクランプする、アクチュエータと、
を備えている、請求項３記載のポリシングシステム。
前記パドルは、
前記プッシャが配置される第１の端部と、
前記座の少なくとも１つを有する第２の端部と、
前記座の少なくとも１つを有する第３の端部と、
を更に備えている、請求項４記載のポリシングシステム。
基板を研磨する半導体基板ポリシングシステムであって、
１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュールと、
少なくとも１つの基板カセットを有するファクトリーインタフェースモジュールと、
前記ファクトリーインタフェースモジュールと前記１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュールとの間に配置された洗浄モジュールと、
前記洗浄モジュール内に配置された入力モジュールと、
前記ファクトリーインタフェースモジュール内に配置された第１のグリッパを有し、前記ファクトリーインタフェースモジュール内で横方向に移動可能な第１のロボットであって、前記ファクトリーインタフェースモジュール、前記入力モジュールおよび前記洗浄モジュール間で基板を搬送し、前記基板を前記入力モジュールに縦向きに送るようになっている、第１ロボットと、
第２のグリッパを有する第２のロボットであって、前記入力モジュール、前記洗浄モジュールおよび前記１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュール間で基板を搬送し、前記入力モジュールから縦向きに前記基板をピックアップし、前記基板を前記１つ以上のケミカルメカニカルポリシングモジュールに横向きに送るようになっている、第２ロボットと、
を備えるポリシングシステム。
前記入力モジュールは、前記基板を縦配置で保持するパススルーを更に備えている、請求項６記載のポリシングシステム。
前記入力モジュールは、前記基板を縦向きに受け取って保持するように前記入力モジュール内に配置された複数のウェーハ支持体を更に備えている、請求項１または６記載のポリシングシステム。
前記ウェーハ支持体の各々は、間にスロットを画成する第１の部分と第２の部分を更に備えており、前記基板が前記スロット内に少なくとも部分的に配置される、請求項８記載のポリシングシステム。
前記入力モジュールは、複数のネストを有する割出し可能バッファを更に備えており、前記複数のネストにおける前記ネストの各々は、前記基板を縦配置で保持するようになっている、請求項１または６記載のポリシングシステム。
前記第１ロボットの前記グリッパは、真空グリッパ、静電グリッパ、エッジ接触グリッパまたは機械クランプである、請求項６記載のポリシングシステム。
前記第１ロボットの前記グリッパは、
第１端部、第２端部および第３端部を有するパドルと、
複数の座であって、その少なくとも１つが前記第１端部、前記第２端部および前記第３端部に配設されている複数の座と、
前記パドルの前記第１端部に配設されたプッシャを有するアクチュエータであって、前記プッシャは、前記第３端部および前記第２端部に配設された前記座に当てて基板のエッジを選択的にクランプする、アクチュエータと、
を更に備えている、請求項６記載のポリシングシステム。
前記第２ロボットの前記グリッパは、
第１端部、第２端部および第３端部を有するパドルと、
複数の座であって、その少なくとも１つが前記第１端部、前記第２端部および前記第３端部に配設されている複数の座と、
前記パドルの前記第１端部に配設されたプッシャを有するアクチュエータであって、前記プッシャは、前記第３端部および前記第２端部に配設された前記座に当てて基板のエッジを選択的にクランプする、アクチュエータと、
を更に備えている、請求項１２記載のポリシングシステム。
前記ファクトリーインタフェースモジュール内に配置された線路を更に備え、前記第２ロボットが前記線路に可動式に接続されている、請求項６記載のポリシングシステム。
基板ポリシングシステム中で半導体基板を搬送する方法であって、
横向きの半導体基板を第１の位置に提供するステップと、
前記横向き半導体基板を第１のロボットで把持するステップと、
前記半導体基板の向きを横から縦に変更するとともに前記半導体基板を移動させるステップと、
縦向きの前記半導体基板を前記第１ロボットから入力モジュール内へ解放するステップであって、前記入力モジュールが前記半導体基板の縦向きを維持するステップと、
前記縦向き半導体基板を第２のロボットで把持するステップと、
前記半導体基板の向きを縦から横に変更するとともに前記半導体基板を移動させるステップと、
横向きの前記半導体基板を第２の位置に配置するステップと、
前記半導体基板を前記第２ロボットから解放するステップと、
を備える方法。
前記基板の向きを横から縦に変更するとともに前記基板を移動させるステップは、前記基板を横向きと縦向きの間で回転させるとともに前記基板の水平面内での運動を停止するステップを更に含んでいる、請求項１５記載の方法。
前記基板の向きを縦から横に変更するとともに前記基板を移動させるステップは、前記基板を縦向きと横向きの間で回転させるとともに前記基板の水平面内での運動を停止するステップを更に含んでいる、請求項１５の記載方法。