DE69707235T2

DE69707235T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Polieren und Reinigen von flachen Werkstücken

Info

Publication number: DE69707235T2
Application number: DE69707235T
Authority: DE
Inventors: Norio Kimura; Noburu Shimizu
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: EP0842738A3; JPH10150008A; KR19980042416A; KR100487589B1; DE69707235D1; EP0842738B1; EP0842738A2; JP3560051B2

Description

Ausgangspunkt der Erfindung

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks, wie beispielsweise einem Halbleiterwafer, einem Glassubstrat, einer Flüssigkristalltafel oder ähnlichem, das stark gereinigt werden muss.

Beschreibung des Standes der Technik:

Während Halbleitervorrichtungen in den letzten Jahren stärker integriert wurden, wurden die Zwischenverbindungen kleiner und die Abstände zwischen diesen Zwischenverbindungen wurden ebenfalls kleiner. Fotolithographische Verfahren zum Erzeugen von Zwischenverbindungen, die 0,5 um breit oder noch kleiner sind, benötigen ganz besonders eine flache Abbildungsfokussierebene für den Stepper, da die Tiefe zwischen den Brennpunkten gering ist. Wenn ein Staubpartikel, dessen Größe größer ist als der Abstand zwischen den Zwischenverbindungen auf einem Halbleitersubstrat vorhanden ist, dann besteht die Neigung zu einem unerwünschten Kurzschluss zwischen Zwischenverbindungen, und zwar über das Staubpartikel. Es ist daher wichtig, Halbleiterwafer, während sie auf ein planares Oberflächenfinish poliert werden, sauber zu halten. Dieselben Überlegungen sollten auf Verfahren zum Polieren anderer planarer Werkstücke einschließlich von Glassubstraten für die Verwendung als Masken und Flüssigkristalltafeln in Betracht gezogen werden.
Eine herkömmliche Poliervorrichtung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst die herkömmliche Poliervorrichtung eine Poliereinheit 10, eine Lade-/Entladeeinheit 21, einen Zuführroboter 22 und zwei Reinigungsmaschinen 23a, 23b. Wie in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt ist, weist die Poliereinheit 10 einen Drehtisch 12 mit einem abreibenden Tuch 11 auf, das an einer Oberseite davon angebracht ist, und einen oberen Ring (Topring)13 zum Halten und Pressen eines Halbleiterwafers 1 gegen das abreibende Tuch 11 an dem Drehtisch 12.
Während des Betriebs wird der Halbleiterwafer 1 an der Unterseite des oberen Rings 13 gehalten und gegen das abreibende Tuch 11 auf dem Drehtisch 12, der gedreht wird, gedrückt, und zwar durch einen Hub/Absenkzylinder. Eine Abrieblösung Q wird von einer Abrieblösungsdüse 14 auf das abreibende Tuch 11 geliefert und durch das abreibende Tuch 11 gehalten. Die Unterseite des Halbleiterwafers 1 wird durch das abreibende Tuch 11 poliert, während die Abrieblösung Q sich zwischen dem Halbleiterwafer 1 und dem abreibenden Tuch 11 befindet.
Der Drehtisch 12 und der obere Ring 13 drehen sich mit jeweiligen Geschwindigkeiten, die unabhängig voneinander sind. Der obere Ring 13 hält den Halbleiterwafer 1 derart, dass er mit seinen Kanten mit Abständen "a", "b" von der Mitte und der Umfangskante des Drehtischs beabstandet ist, wodurch die gesamte Unterseite des Halbleiterwafers 1 gleichförmig mit einer hohen Poliergeschwindigkeit poliert wird. Der Halbleiterwafer 1 besitzt einen Durchmesser "d". Der Drehtisch 12 besitzt einen Durchmesser "D", der so ausgewählt ist, dass er wenigstens dem zweifachen des Durchmessers "d" des Halbleiterwafers 1 entspricht, wie durch die folgende Gleichung dargestellt ist:
D = 2(d + a + b)
Nach dem Polieren wird der Halbleiterwafer 1 gereinigt und getrocknet, und zwar in einem oder mehreren Zyklen durch die Reinigungsmaschinen 23a, 23b und dann in einer Lieferkassette 24 der Lade/Entladeeinheit 21 aufgenommen. Wenn der Halbleiterwafer 1 gereinigt ist, kann er durch eine Bürste aus Nylon, Mohair oder ähnlichem, oder durch einen Schwamm aus PVA (Polyvinylalkohol) (siehe z. B. JP-A-07 135192) gebürstet werden.
Da der Drehtisch 12 und der obere Ring 13 bezüglich einander im großen Maße beabstandet sind und die relative Gleitgeschwindigkeit zwischen ihnen relativ groß ist, kann der Halbleiterwafer 1 effizient auf ein flaches Finish poliert werden. Die polierte Oberfläche des Halbleiterwafers 1 neigt jedoch dazu, eine große Oberflächenrauheit aufzuweisen.
Der oben genannte Schrubbvorgang, der durchgeführt wird nachdem der Halbleiterwafer 1 unter Verwendung der Abrieblösung Q poliert wurde, entfernt keine Submikronpartikel von der polierten Oberfläche des Halbleiterwafers 1 und ist nicht effektiv genug beim Reinigen des polierten Halbleiterwafers 1, wenn verbleibende Partikel mit großer Verbindungsstärke mit dem Halbleiterwafer 1 verbunden sind.

Die Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks auf einglattes flaches Oberflächenfinish mit verbesserter Oberflächenrauheit vorzusehen, während effektiv kleinste Partikel von der polierten Oberfläche durch einen Reinigungsvorgang entfernt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Polieren einer Oberfläche des planaren Werkstücks durch Pressen der Oberfläche gegen ein erstes Abriebglied, das sich um seine eigene Achse dreht, und zwar mit einem vorbestimmten Druck; und Schrubben der Oberfläche mit einem zweiten Abriebglied aus einem nichtgewebten Tuch, einem Tuch, das sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidet, oder einem Wischtuch aus ultrafeinen Fasern, das gegen die Oberfläche gehalten wird, während die Oberfläche mit dem zweiten Abriebglied geschrubbt wird, wobei die Oberfläche gegen das zweite Abriebglied mit einem vorbestimmten Druck gedrückt wird, während das zweite Abriebglied eine kreisformige oder umlaufende Translationsbewegung entlang eines vorbestimmten Pfades ausführt.
Es ist auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks vorgesehen, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Polieren einer Oberfläche des planaren Werkstücks durch Drücken der Oberfläche gegen ein erstes Abriebglied, das sich um seine eigene Achse dreht, und zwar unter einem vorbestimmten Druck; und Schrubben der Oberfläche mit einem zweiten Abriebglied aus einem nichtgewebten Tuch, einem Tuch, das sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidet, oder einem Wischtuch aus ultrafeinen Fasern, das gegen die Oberfläche gehalten wird, während die Oberfläche mit dem zweiten Abriebglied geschrubbt wird, wobei die Oberfläche mit einem vorbestimmten Druck gegen das zweite Abriebglied gedrückt wird, während sich das zweite Abriebglied um seine eigene Achse dreht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Abriebglied, das um seine eigene Achse drehbar ist, gegen das Werkstück gedrückt, um eine Oberfläche eines planaren Werkstücks auf ein flaches Finish zu polieren oder um eine gegebene Filmdicke von dem planaren Werkstück abzunehmen. Danach wird ein zweites Abriebglied aus einem nichtgewebten Tuch, ein Tuch, das sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidet, oder ein Wischtuch aus ultrafeinen Fasern gegen die Oberfläche des planaren Werkstücks gehalten, um das planare Werkstück zu schrubben. Während die Oberfläche des planaren Werkstücks durch das zweite Abriebglied, das Partikel von dem planaren Werkstück entfernt, geschrubbt wird, wird die Oberfläche des planaren Werkstücks auf ein glattes Finish poliert durch das zweite Abriebglied, um dadurch die Oberflächenrauheit des planaren Werkstücks zu verbessern.
In dem Fall, in dem das zweite Abriebglied eine umlaufende Translationsbewegung während des Schrubbvorgangs mit dem zweiten Abriebglied durchführt, nimmt eine Reinigungseinheit, welche das zweite Abriebglied besitzt, einen Installationsraum ein, dessen Größe im Wesentlichen die selbe ist wie die Summe der Größe des planaren Werkstücks, und einem Raum, in dem das zweite Abriebglied eine umlaufende Translationsbewegung durchführt. Die Reinigungseinheit kann daher eine relativ kleine Größe besitzen.
Im allgemeinen kann eine Poliervorrichtung des Typs mit umlaufender Translationsbewegung ein Abriebglied besitzen, das relativ kleine Dimensionen besitzt. Dann ist die Relativgeschwindigkeit zwischen der polierten Oberfläche eines planaren Werkstücks und einem abreibenden Tuch so klein, dass keine ausreichende Poliergeschwindigkeit zum Polieren des planaren Werkstücks erreicht werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein zweites Abriebglied verwendet werden, das eine umlaufende Translationsbewegung durchführt, da keine große Poliergeschwindigkeit durch die Reinigungseinheit benötigt wird.
Die umlaufende Translationsbewegung wird definiert als eine "Relativbewegung zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die zu der ersten Oberfläche weist und eine Nichtrotationsbewegung, welche bewirkt, dass jeder Punkt auf der ersten Oberfläche eine im Wesentlichen identische Ortskurve bezüglich der zweiten Oberfläche beschreibt". Die Ortskurve kann ein Kreis, eine Ellipse, ein Polygon oder irgendeine andere rechteckige Form sein. Für eine bessere Polierfähigkeit und aus mechanischen Gründen sollte die umlaufende Translationsbewegung vorzugsweise entlang eines Kreispfades durchgeführt werden. Die umlaufende Translationsbewegung entlang des Kreispfades erlaubt, dass sich die gegenüberliegenden Oberflächen relativ zueinander gleichförmig in unterschiedlichen Bereichen davon bewegen.
Die obigen und weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, weiche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels darstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Poliervorrichtung;
Fig. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Poliereinheit der herkömmlichen Poliervorrichtung;
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Polier- und Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Reinigungseinheit der Polier- und Reinigungsvorrichtung gemäß Fig. 3;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Draufsicht auf eine Tragstruktur an einem Gehäuse zum Tragen der Kante einer Bezugsplatte der Reinigungseinheit gemäß Fig. 4; und
Fig. 6 ist eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besitzt eine Polier- und Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lade/Entladeeinheit 21, die an einem Ende eines langgestreckten rechteckigen Raums zum Laden und Entladen von planaren Werkstücken 1 (siehe Fig. 4), wie beispielsweise Halbleiterwafern oder ähnlichen positioniert ist, und eine Hauptpoliereinheit 10, die an einem entgegengesetzten Ende des langgestreckten rechteckigen Raums zum Polieren der planaren Werkstücke 1 positioniert ist. Die Lade/Entladeeinheit 21 und die Hauptpoliereinheit 10 sind durch eine Werkstücklieferlinie miteinander verbunden, entlang der zwei Zuführroboter 22a, 22b zwischen der Lade/Entladeeinheit 21 und der Hauptpoliereinheit 10 bewegbar sind. Die Polier- und Reinigungsvorrichtung umfasst auch eine Umkehrmaschine 25, die an einer Seite der Werkstücklieferlinie angeordnet ist, zum Umdrehen des Werkstücks 1, eine Reinigungseinheit 30 und drei herkömmliche Reinigungseinheiten 23a, 23b, 23c, die an der anderen Seite der Werkstücklieferlinie angeordnet sind, wobei die Reinigungseinheiten 23a, 23b, 23c Spülmaschinen oder Schrubbmaschinen, die Bürsten, Schwämme oder ähnliches verwenden, aufweisen.
Die Hauptpoliereinheit 10 weist einen Drehtisch 12 und zwei obere Ringe 13 zum gleichzeitigen Polieren von zwei Werkstücken auf. Mit der Ausnahme der zwei oberen Ringe 13 ist die Hauptpoliereinheit 10 im Wesentlichen dieselbe wie die Poliereinheit 10 gemäß den Fig. 1 und 2.
Die Reinigungseinheit 30 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben.
Die Reinigungseinheit 30 weist einen Translations- bzw. Bewegungstisch 31 auf, der eine Polierwerkzeugoberfläche vorsieht, die eine umlaufende Translationsbewegung durchführt. Die Einheit 30 weist ferner einen oberen Ring 32 zum Halten eines planaren Werkstücks 1 derart, dass die Unterseite nach unten weist und zum Pressen des planaren Werkstücks 1 gegen die Polierwerkzeugoberfläche, auf.
Der Translationstisch 31 weist ein vertikales zylindrisches Gehäuse 34 auf, in dem ein Elektromotor 33 aufgenommen ist, und das einen ringförmigen Tragflansch 35 aufweist, der sich radial nach innen von einer oberen Kante des Gehäuses 34 erstreckt. Der Tragflansch 35 besitzt auf seiner Oberseite drei oder mehr umfangsmäßig beabstandete Tragstrukturen 36, welche eine Bezugsplatte 37 darauf tragen. Wie speziell in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt die Bezugsplatte 37 eine Vielzahl von umfangsmäßig gleichmäßig beabstandeten Hohlräumen 38, die in ihrer Unterseite definiert sind, und der Tragflansch 35 besitzt eine Vielzahl von umfangsmäßig gleichmäßig beabstandeten Hohlräumen 39, die in seiner Oberseite definiert sind. Die Hohlräume 38 und die Hohlräume 39 sind horizontal leicht zueinander beabstandet, und zwar aus den nachfolgenden Gründen. Die Tragstrukturen 36 weisen jeweilige obere Lager 40 auf, die in den jeweiligen Hohlräumen 38 angeordnet sind, und jeweilige untere Lager 41, die in den jeweiligen Hohlräumen 39 angeordnet sind. Die oberen und unteren Lager 40, 41 jeder der Tragstrukturen 36 sind axial miteinander verbunden durch eine Kurbelverbindung 44 mit oberen und unteren Wellen 42, 43, die jeweils in die oberen und unteren Lager 40, 41 gepasst sind. Die Wellen 42, 43 und somit die oberen und unteren Lager 40, 41 besitzen jeweilige Achsen, die horizontal zueinander um einen Abstand "e" beabstandet sind. Die Bezugsplatte 37 ist mit dem Motor 33 gekoppelt, wie nachfolgend beschrieben wird. Wenn der Motor 33 erregt wird, kann die Bezugsplatte 37, die mit dem Motor 33 gekoppelt ist und durch die Tragstrukturen 36 getragen ist, eine Translationsbewegung entlang Kreisen durchführen, die jeweils einen Radius besitzen, der der gleiche ist wie der Abstand "e".
Die Bezugsplatte 37 besitzt ein rohrförmiges Glied, das nach unten von der Unterseite davon vorragt und eine Ausnehmung 48 darin definiert. Der Motor 33 besitzt eine vertikale Welle 45 mit einem oberen Ende, das mit einer exzentrischen Antriebswelle 46 verbunden ist, die drehbar in der Ausnehmung 48 angebracht ist, und zwar über ein Lager 47. Die exzentrische Antriebswelle 46 besitzt eine Mittelachse, die horizontal von einer Mittelachse 21 der Welle 45 beabstandet ist. Der Motor 33 ist in einer Motorkammer 49 angeordnet, die in dem Gehäuse 34 definiert ist, und die Welle 45 ist drehbar in dem Gehäuse 44 getragen durch obere und untere Lager 50, 51. Ausgleichselemente 52a, 52b sind jeweils an den oberen und unteren Enden der Welle 45 befestigt, um die Welle 45 in einem ausgeglichenen Zustand zu halten, während sich die Welle 45 gemeinsam mit der exzentrischen Antriebswelle 46 dreht.
Die Bezugsplatte 37 besitzt einen Durchmesser, der etwas größer ist als die Summe aus dem Durchmesser des zu polierenden planaren Werkstücks 1 und dem Abstand "e". Die Bezugsplatte 37 weist zwei Plattenglieder 53, 54 auf, die miteinander verbunden sind, und zwar mit einem Raum 55 dazwischen definiert, um dorthindurch eine Reinigungslösung zu leiten, die zu einer Polieroberfläche geliefert wird. Der Raum 55 wird in Verbindung mit einem Reinigungslösungslieferanschluss 56 gehalten, der in einer Seitenkante der Bezugsplatte 37 definiert ist und auch mit einer Vielzahl von Reinigungslösungsauslassanschlüssen 57, die in dem oberen Plattenglied 53 definiert sind und die sich nach oben öffnen. Ein Abriebtuch 59 ist an der Oberseite der Bezugsplatte 37 befestigt und besitzt eine Vielzahl von Auslasslöchern 58 darinnen definiert und zusammenpassend mit den jeweiligen Reinigungslösungsauslassanschlüssen 57 ausgerichtet. Normalerweise sind die Reinigungslösungsauslassanschlüsse 57 und die Auslasslöcher 58 im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Bezugsplatte 37 verteilt. Das Abriebtuch 59 kann ein gitterförmiges, spiralförmiges oder radiales Muster aus Nuten besitzen, die in der Oberseite davon definiert sind, und die Auslasslöcher 58 können in Verbindung mit diesen Nuten gehalten werden.
Der obere Ring 32 ist an der Unterseite einer Welle 60 angebracht, um zu einem gewissen Grad verkippbar zu sein, um Neigungen der Polieroberfläche des Abriebtuchs 59 aufzunehmen. Nach unten gerichtete Druckkräfte, die durch einen Luftzylinder (nicht gezeigt) angelegt werden, und Drehkräfte von einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) werden durch die Welle 60 zu dem oberen Ring 32 übertragen. Der obere Ring 32 ist strukturell identisch zu dem oberen Ring 13, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass sich der obere Ring 32 mit einer geringeren Geschwindigkeit um seine Achse dreht. Das obere Ende des Gehäuses 34, der Bezugsplatte 37 und der obere Ring 32 sind horizontal durch ein Wiedergewinnungsreservoir 61 umgeben, das an dem oberen Ende des Gehäuses 34 angebracht ist zum Sammeln einer Reinigungslösung, die geliefert wurde.
Der Betrieb der Polier- und Reinigungsvorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Ein planares Werkstück 1, typischerweise ein Halbleiterwafer in einer Lieferkassette, ähnlich zu der Lieferkassette 24, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird durch Zuführroboter 22a, 22b über die Umkehrmaschine 25, wenn dies notwendig ist, zu einem der oberen Ringe 13 der Hauptpoliereinheit 10 geliefert und an dem oberen Ring 13 installiert. Der obere Ring 13 dreht sich um seine eigene Achse und drückt das planare Werkstück 1 gegen das Abriebtuch 11 (siehe Fig. 2) auf dem Drehtisch 12. Das planare Werkstück 1 wird durch die Abrieblösung Q poliert, die von der Abrieblösungsdüse 14 geliefert wird, während sich das planare Werkstück 1 und das Abriebtuch 11 mit hoher Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen.
Nach dem Polieren durch die Hauptpoliereinheit 10 wird das planare Werkstück direkt grob gereinigt und dann zu der Reinigungseinheit 30 übergeben, in der das planare Werkstück 1 noch weiter gereinigt wird. Insbesondere wird der Motor 33 erregt, um zu bewirken, dass die Bezugsplatte 37 eine umlaufende Translationsbewegung durchführt, und das planare Werkstück 1, das an dem oberen Ring 32 befestigt ist, wird gegen die Oberseite des Abriebtuchs 59, das an der Bezugsplatte 37 befestigt ist, gedrückt.
Das planare Werkstück wird dann gereinigt und poliert durch eine Reinigungslösung, die zu der polierenden Oberfläche des planaren Werkstücks 1 geliert wird, und zwar über den Reinigungslösungslieferanschluss 56, den Raum 55, die Reinigungslösungsauslassanschlüsse 57 und die Auslasslöcher 58. Die Reinigungslösungsauslassanschlüsse 57 und die Auslasslöcher 58 erlauben, dass Reinigungslösung mit einer ausreichenden Rate an den gesamten Bereich des planaren Werkstücks 1 geliefert wird, und zwar einschließlich des mittleren Bereichs. Da eine geringe relative Translationsbewegung entlang von Kreisen mit dem Radius "e" zwischen dem Abriebtuch 59 und dem planaren Werkstück 1 auftritt, wird das planare Werkstück 1 gleichförmig über seine gesamte Oberfläche poliert. Wenn die polierte Oberfläche des planaren Werkstücks 1 und das Abriebtuch 59 in der selben relativen Positionsbeziehung verbleiben, dann würde die polierte Oberfläche des planaren Werkstücks 1 nachteilig durch lokale Unregelmäßigkeiten des Abriebtuchs 59 beeinträchtigt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird der obere Ring 32 graduell um seine eigene Achse gedreht, sodass die Oberfläche des planaren Werkstücks 1 nicht nur durch lokale Bereiche des Abriebtuchs 59 poliert wird. Daher wird die Oberfläche des planaren Werkstücks 1 durch sukzessive unterschiedliche Bereiche des Abriebtuchs 59 poliert und somit gleichförmiger poliert.
Bei dem Poliervorgang, der durch die Hauptpoliereinheit 10 durchgeführt wird, werden, da das planare Werkstück 1 mit einem gewünschten planaren Oberflächenfinish poliert werden muss oder mit einer gewünschten Poliergeschwindigkeit poliert werden muss, das planare Werkstück 1 und das Poliertuch 11 relativ zueinander mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt und mit relativ großen Kräften gegeneinander gedrückt, um dadurch das planare Werkstück 1 auf ein flaches Finish zu polieren oder um dadurch das planare Werkstück mit hoher Poliergeschwindigkeit zu polieren. Bei dem Reinigungsvorgang, der durch die Reinigungseinheit 30 durchgeführt wird, werden, da kleinste Partikel von der polierten Oberfläche des planaren Werkstücks 1 entfernt werden müssen, während die Planarität und Oberfächenrauheit des planaren Werkstücks 1 auch noch verbessert werden müssen, die Oberflächenrauheit des Abriebtuchs 9 reduziert und die Geschwindigkeit, mit der das planare Werkstück 1 und das Abriebtuch 59 relativ zueinander bewegt werden, und die Kräfte, mit denen das planare Werkstück 1 gegen das Abriebtuch 59 gedrückt werden, geringer gewählt als bei dem Polierprozess. Die Reinigungslösung ist normalerweise reines Wasser, kann aber eine Chemikalie oder eine spezielle Aufschlämmung sein, wenn dies notwendig ist. Zum Beispiel kann eine Chemikalie oder eine spezielle Aufschlämmung abhängig von der Natur des planaren Werkstücks 1 zwischen das planare Werkstück 1 und das Abriebtuch 59 geliefert werden. Bei dem Poliervorgang enthält die Abrieblösung abreibende Partikel. In der Reinigungslösung enthält die Reinigungslösung normalerweise keine abreibenden Partikel, kann aber feine abreibende Partikel enthalten.
Nachdem das planare Werkstück 1 durch die Reinigungseinheit 30 gereinigt wurde, wird das planare Werkstück 1 noch weiter gereinigt durch die Reinigungsmaschinen 23a bis 23c und dann getrocknet und nachfolgend in der Lieferkassette 24 aufgenommen.
Bei der Polier- und Reinigungsvorrichtung besitzt die Hauptpoliereinheit 10 zwei obere Ringe 13. Daher kann, wenn die Zeit, die durch den Reinigungsvorgang benötigt wird, auf ungefähr die Hälfte der Zeit reduziert werden, die durch den Poliervorgang benötigt wird, und die Hauptpoliereinheit 10 und die Reinigungseinheit 30 effizient betrieben werden ohne einen Zeitverlust.
Demgemäß gibt es eine Möglichkeit, dass der Gesamtdurchsatz der Polier- und Reinigungsvorrichtung viel höher ist als bei der herkömmlichen Poliervorrichtung, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.
Da die Reinigungseinheit 30 vom umlaufenden Translationsbewegungstyp ist, kann der Durchmesser der Bezugsplatte 37 noch etwas größer sein als der Durchmesser des planaren Werkstücks 1, und zwar nur in dem Abstand "e". Daher kann der Motor 33 eine relativ geringe Größe aufweisen und einen relativ geringen Raum einnehmen. Diese Vorteile zeigen sich besonders dann, wenn das planare Werkstück 1, wie beispielsweise ein Halbleiterwafer, eine größere Größe besitzt.
Da sich das Abriebtuch 59 nicht um seine eigene Achse dreht, bleibt die Relativgeschwindigkeit zwischen dem planaren Werkstück 1 und dem Abriebtuch 59 an jeder Position an dem planaren Werkstück dieselbe. Daher kann das planare Werkstück 1 mit einem planaren Finish poliert werden, selbst wenn es mit einer geringen Geschwindigkeit poliert wird, und es kann vorteilhaft auf ein glattes Oberflächenfinish poliert werden. Ein Installationsraum für die Reinigungseinheit 30 kann vergleichsweise klein sein. Da die Bezugsplatte 37 der Reinigungseinheit 30 eine umlaufende Translationsbewegung durchführt, kann die Bezugsplatte 37 an einer Vielzahl von Positionen entlang ihrer Umfangskante getragen werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Daher kann, selbst dann, wenn die Bezugsplatte 37 starken Druckkräften ausgesetzt ist, die Bezugsplatte 37 stabil getragen werden, wodurch erlaubt wird, dass das planare Werkstück mit einem höheren planaren Finish poliert wird als bei einem Drehtisch, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht.
Beispiele von Durchschnittsbedingungen für die Polier- und Reinigungsvorgänge werden im folgenden angegeben:

1. Poliervorgang:

Abrieblösung: Unterscheidet sich abhängig von der Natur des planaren Werkstücks
Abriebtuch: Unterscheidet sich abhängig von der Natur des planaren Werkstücks
Oberflächendruck: 200~500 g/cm²
Relativgeschwindigkeit: 0,07~0,6 m/s
Zeit: Unterscheidet sich abhängig von der Menge, die abgenommen bzw. abpoliert werden muss.

2. Reinigungsvorgang:

Reinigungslösung: Wasser, eine Chemikalie, eine Aufschlämmung
Abriebtuch: Weiches Tuch (nichtgewebtes Tuch, Velour bzw. flockenstoffartiges Material)
Oberflächendruck: 0~200 g/cm²
Relative Geschwindigkeit: 0,07~0,6 m/s
Zeit: 10~120 s.
Während das Abriebtuch 59 eine umlaufende Translationsbewegung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durchführt, kann das planare Werkstück 1 eine umlaufende Translationsbewegung bezüglich des Abriebtuchs 59 durchführen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Bezugsebene 37 dazu gebracht, eine umlaufende Translationsbewegung durchzuführen, und zwar über die exzentrische Antriebswelle 46 an der Welle 45 des Motors 33. Jedoch kann die Bezugsplatte 37 durch die Summe der Bewegung in einer X- Richtung und der Bewegung in einer Y-Richtung einer X/Y-Stufe bewegt werden oder das Abriebtuch 59 und das planare Werkstück 1 können gemeinsam bewegt werden, um eine umlaufende Translationsbewegung durchzuführen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Bezugsplatte 37 getragen unter Verwendung von Kurbelverbindungen 44, die mit den Lagern 40, 41 kombiniert sind. Die Bezugsplatte 37 kann jedoch durch eine geeignete Tragstruktur, wie beispielsweise Magnetlager oder schmiermittelfreie Gleitlager, getragen werden, welche erlauben, dass die Bezugsplatte 37 eine umlaufende Translationsbewegung durchführt, während verhindert wird, dass sie sich um ihre eigene Achse dreht.
Unterschiedliche Änderungen und Modifikationen können im Rahmen der Erfindung durchgeführt werden, solange sie eine Poliereinheit umfassen einschließlich eines ersten Abriebgliedes, das um seine eigene Achse drehbar ist zum Polieren eines planaren Werkstücks, während das planare Werkstück gegen das erste Abriebglied gedrückt wird, und zwar mit einem vorbestimmten Druck, und eine Reinigungseinheit einschließlich eines zweiten Abriebgliedes, das aus einem Wischtuch, einem nichtgewebten Tuch oder einem Tuch, das sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidet, zum Schrubben und Polieren des planaren Werkstücks während es gegen die zu polierende Oberfläche des planaren Werkstücks gedrückt wird. Zum Beispiel kann die Poliereinheit 10 mit den zwei Topringen 13, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, durch die Poliereinheit 10 mit dem einzelnen Topring 13, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ersetzt werden, und die Reinigungseinheit 30 mit der Bezugsplatte 37, die eine umlaufende Translationsbewegung durchführt, kann durch eine Reinigungseinheit mit einem einzelnen Topring 13 ersetzt werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Bei einer solchen Modifikation wird die Abrieblösung in der Poliereinheit verwendet, während die Reinigungslösung wie beispielsweise Wasser, eine Chemikalie oder eine Aufschlämmung oder ähnliches in der Reinigungseinheit verwendet wird, und die relative Geschwindigkeit zwischen dem planaren Werkstück und dem Abriebglied, der Druck, mit dem das planare Werkstück und das Abriebglied gegeneinander gedrückt werden, und die Oberflächenrauheit des Abriebgliedes können auf unterschiedliche Werte in den Polier- und Reinigungseinheiten eingestellt werden.
Das zweite Abriebglied in der Reinigungseinheit kann ein Abriebtuch, ein Wischtuch oder ähnliches aufweisen. Das Abriebtuch wird im allgemeinen verwendet, um Halbleiterwafer auf ein flaches spiegelähnliches Finish zu polieren, und ist auf dem Markt erhältlich. Zum Beispiel kann das Abriebtuch ein nichtgewebtes Tuch aus Polyester, Suba800 oder IC-1000 sein, wie es durch Rodel, Inc. hergestellt wird, oder Surfin xxx-5, Surfin 000 sein, wie es durch Fujimi Incorporated hergestellt wird. Die Abriebtücher Suba800, Surfin xxx-5 und Surfin 000 sind aus Fasern hergestellt, die durch ein Urethanharz zusammengebracht werden, und das Abriebtuch IC-1000 ist aus einem geschäumten Polyurethan hergestellt. Das geschäumte Polyurethan ist porös und besitzt eine Anzahl kleinster Dellen auf seiner Oberfläche, welche in der Lage sind, Partikel zu halten.
Das Abriebtuch wird im Grunde dazu verwendet, Halbleiterwafer zu polieren, und es besitzt eine solche Struktur, das es Abriebpartikel, die in einer Abrieblösung enthalten sind, zu seiner eigenen Oberfläche anzieht. Wenn das Abriebtuch zum Reinigen von Halbleiterwafern verwendet wird, ist das Abriebtuch effektiv zum leichten Entfernen von Partikeln, welche stark an den Halbleiterwafern anhaften.
Da die Reinigungseinheit ein Abriebtuch verwendet, das ursprünglich zum Polieren eines Halbleiterwafers gedacht war, kann das Abriebtuch die Oberflächenrauheit des Halbleiterwafers reduzieren, und somit die Oberfläche des Halbleiterwafers flach und glatt ausbilden, wenn die Reinigungseinheit den Halbleiterwafer reinigt. Dieser Effekt des Abriebtuchs wurde anhand von Experimenten bestätigt.
Das Wischtuch ist aus ultrafeinen Fasern mit einem Durchmesser in dem Bereich von 1 bis 2 um aufgebaut und ist im Handel erhältlich als die Miracle series (Warenname) von Toray, Minimax (Warenname) von Kanebo etc. Da diese Wischtücher 100-200 Tausend Fasern pro Quadratzoll besitzen, gibt es viele Kontaktpunkte mit einem Werkstück, das gewischt wird, um dadurch kleinste Partikel von dem Werkstück zu entfernen.
Da das Wischtuch ein dünnes Tuch ist, kann es an der Bezugsplatte befestigt sein über einen Dämpfer aus Schwamm, Gummi oder ähnlichem, um das Werkstück 1 nicht zu beschädigen, während das Werkstück 1 gereinigt wird.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auf das Reinigen und Polieren unterschiedlicher planarer Werkstücke, einschließlich von Glassubstraten, einer Flüssigkristalltafel usw., die stark gereinigt werden müssen, anwendbar.
Die Polier- und Reinigungsvorrichtung gemäß Fig. 3 kann noch weiter modifiziert werden, sodass die Reinigungseinheiten 23a, 23b, 23c, wie z. B. Spülmaschinen oder Schrubbmaschinen direkt nach der Poliereinheit 10 positioniert werden können zum Entfernen von relativ großen Partikeln von dem planaren Werkstück, und die Reinigungseinheit 30 kann positioniert werden nach den Reinigungseinheiten 23a, 23b, 23c zum Entfernen von Submikronpartikeln, die nicht durch eine Schrubbwirkung unter Verwendung einer Bürste, einem Schwamm oder ähnlichem von dem Werkstück entfernt werden können.
Obwohl ein bestimmtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurde, sei bemerkt, dass unterschiedliche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Polieren und Reinigen eines planaren oder ebenen Werkstücks, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Polieren einer Oberfläche des planaren Werkstücks durch Pressen der erwähnten Oberfläche unter einem vorbestimmten Druck gegen ein erstes abreibendes Glied (abrasives Glied), welches sich um seine eigene Achse dreht;

Schrubben der Oberfläche mit einem zweiten abreibenden Glied aus einem nicht- gewebten Tuch, einem sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidenden Tuch oder einem Wischtuch aus ultrafeinen Fasern, welches gegen die erwähnte Oberfläche gehalten wird, während die erwähnte Oberfläche mit dem zweiten abreibenden Glied geschrubbt wird, wobei die erwähnte Oberfläche gegen das zweite abreibende Glied unter einem vorbestimmten Druck gepreßt wird, während das zweite abreibende Glied eine kreisförmige oder umlaufende Translationsbewegung entlang eines vorbestimmten Pfades ausführt.

2. Verfahren zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Polieren einer Oberfläche des planaren Werkstücks durch Pressen der erwähnten Oberfläche unter einem vorbestimmten Druck gegen ein erstes abreibendes Glied, welches sich um seine eigene Achse dreht;

Schrubben der erwähnten Oberfläche mit einem zweiten abreibenden Glied aus einem nichtgewebten Tuch, einem sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidenden Tuch oder einem Wischtuch aus ultrafeinen Fasern, welches gegen die Oberfläche gehalten wird, während die Oberfläche mit dem erwähnten zweiten abreibenden Glied geschrubbt wird, wobei die Oberfläche gegen das zweite abreibende Glied unter einem vorbestimmten Druck gedrückt wird, während das abreibende Glied sich um seine eigene Achse dreht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ebene Werkstück und/oder das zweite abreibende Glied um ihre eigene Achse gedreht werden, mit einer Periode, die größer ist als die Periode der umlaufenden Translationsbewegung, während die erwähnte Oberfläche mit dem zweiten abreibenden Glied geschrubbt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Reinigungslösung auf die erwähnte Oberfläche aufgebracht wird, während die erwähnte Oberfläche mit dem zweiten abreibenden Glied geschrubbt wird, wobei die Reinigungslösung reines Wasser und/oder Chemikalien und/oder Aufschlämmung umfaßt.

5. Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werkstücks, wobei folgendes vorgesehen ist:

eine Poliereinheit mit einem ersten abreibenden Glied, welches um seine eigene Achse drehbar ist, und zwar entlang einer Polieroberfläche davon, und mit Andruck- bzw. Preßmitteln zum Pressen einer Oberfläche des planaren Werkstücks gegen die erwähnte Polieroberfläche an einer exzentrischen Position darauf, und zwar unter einem vorbestimmten Druck;

eine Reinigungseinheit mit einem zweiten abreibenden Glied aus einem nichtgewebten Tuch, einem Tuch, das sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidet, oder einem Wischtuch aus ultrafeinen Fasern, wobei das zweite abreibende Glied gegen die Oberfläche des planaren Werkstücks zum Schrubben der erwähnten Oberfläche gehalten werden kann, und wobei das zweite abreibende Glied in der Lage ist, eine umlaufende Translationsbewegung entlang eines vorbestimmten Pfades auszuführen, wobei die Reinigungseinheit ferner Preßmittel aufweist, um die erwähnte Oberfläche gegen das zweite abreibende Glied unter einem vorbestimmten Druck zu drücken.

6. Vorrichtung zum Polieren und Reinigen eines planaren Werksstücks, wobei folgendes vorgesehen ist:

eine Poliereinheit mit einem ersten abreibenden Glied, drehbar um seine eigene Achse entlang einer Polieroberfläche davon, und Preßmittel zum Pressen der Oberfläche des planaren Werkstücks gegen die Polieroberfläche an einer exzentrischen Position darauf, und zwar unter vorbestimmtem Druck; und

eine Reinigungseinheit mit einem zweiten abreibenden Glied aus einem nichtgewebten Tuch, einem sich von einem nichtgewebten Tuch unterscheidenden Tuch, oder einem Wischtuch aus ultrafeinen Fasern, welches gegen die Oberfläche des planaren Werkstücks gehalten werden kann, um die Oberfläche zu schrubben, wobei das zweite abreibende Glied um seine eigene Achse drehbar ist, und wobei die Reinigungseinheit ferner Preßmittel aufweist, um die erwähnte Oberfläche gegen die Polieroberfläche des zweiten abreibenden Glieds an einer exzentrischen Position darauf unter einem vorbestimmten Druck zu pressen.