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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Planarisierung von Halbleiter-Wafern unter Verwendung
einer chemisch-mechanischen Planarisierungs-Technik. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein verbessertes System
und ein Verfahren zum Planarisieren von Halbleiter-Wafern übereinstimmend
und effektiv über
einen einzelnen, integrierten Verarbeitungs-Pfad.
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Die
US-A-6050885 offenbart ein Verfahren zum Durchführen einer chemischmechanischen
Planarisierung einer Vielzahl von Halbleiter-Wafern durch Einrichten
eines einzelnen Bearbeitungswegs für jeden der Vielzahl der Halbleiter-Wafer,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Bereitstellen einer
Vielzahl zu planarisierender Halbleiter-Wafer;
Bereitstellen
einer Wafer-Poliervorrichtung mit einer Vielzahl von Polierstationen,
wobei jede der Vielzahl der Halbleiter-Wafer an sowohl einer ersten
als auch einer nächsten
Polierstation planarisiert wird;
Polieren jedes Wafers an einer
jeweiligen Polierstation für
eine eingestellte Zeitperiode und Weiterführen der Wafer zu einer nächsten Polierstation,
bis der Halbleiter-Wafer vollständig
planarisiert ist, wobei die eingestellte Zeitperiode gleich zu einer
vorbestimmten Gesamtpolierzeit ist, erforderlich, um vollständig den
Halbleiter-Wafer zu planarisieren, geteilt durch eine gesamte Zahl
der Vielzahl der Polierstationen.
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Weiterhin
offenbart das Dokument eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.
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Halbleiter-Wafer
werden typischerweise mit mehreren Kopien eines erwünschten
Designs einer integrierten Schaltung hergestellt, die später getrennt und
zu einzelnen Chips hergestellt werden. Eine übliche Technik zum Bilden der
Schaltung auf einem Halbleiter-Wafer ist die Fotolithographie. Ein
Teil des Fotolithographie-Prozesses erfordert, dass eine spezielle
Kamera auf den Wafer fokussiert wird, um ein Bild der Schaltung
auf den Wafer zu projizieren. Die Fähigkeit der Kamera, auf der
Oberfläche
des Wafers zu fokussieren, wird oftmals nachteilig durch eine Inkonsistent
oder Ungleichmäßigkeit
in der Wafer-Oberfläche
beeinflusst. Diese Empfindlichkeit wird noch durch die derzeitige
Tendenz zu kleineren, noch höher
integrierten Schaltungs-Design-Gestaltungen hin verstärkt. Wafer
sind auch üblicherweise in
Schichten aufgebaut, wobei ein Teil einer Schaltung auf einem ersten
Niveau erzeugt wird und leitende Durchgangslöcher hergestellt werden, um
sie mit der Schaltung auf dem nächsten
Niveau zu verbinden. Nachdem jede Schicht der Schaltung auf dem Wafer
geätzt
ist, wird eine Oxidschicht aufgebracht, die ermöglicht, dass die Durchgangslöcher hindurchführen, allerdings
den Rest der Schaltung auf dem vorherigen Niveau abdecken. Jede
Schicht der Schaltung kann eine Ungleichmäßigkeit erzeugen oder zu dem
Wafer hinzufügen,
die geglättet
werden muss, bevor die Schicht mit der nächsten Schaltung erzeugt wird.
Die Herstellung von Wafern ist ein anspruchsvoller Vorgang, der
empfindlich für
Streuteilchen ist und so typischerweise in einer hochkontrollierten
Umgebung eines "Reinraums" durchgeführt wird.
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Chemisch-mechanische
Planarisierungs-(Chemical Mechanical Planarization – CMP)-Techniken
werden verwendet, um den rohen Wafer und jede Schicht aus Material,
die danach hinzugefügt
wird, zu planarisieren. Verfügbare CMP-Systeme,
herkömmlich
bezeichnet als Wafer-Poliervorrichtungen, verwenden oftmals einen sich
drehenden Wafer-Halter, der den Wafer in Kontakt mit einem Polierkissen,
das sich in der Ebene der Oberfläche
des Wafers, die planarisiert werden soll, dreht, bringt. Ein Polierfluid,
wie beispielsweise ein chemisches Poliermittel, oder eine Schlämme, die mikroabrasive
Mittel enthält,
wird auf das Polierkissen aufgebracht, um den Wafer zu polieren.
Der Wafer-Halter
drückt
dann den Wafer gegen das sich drehende Polierkissen, und wird gedreht,
um zu polieren und zu planarisieren.
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Während dieser
primäre
Wafer-Poliervorgang für
die Wafer-Herstellung wichtig ist, ist das primäre Wafer-Polieren alleine nur
ein Teil des CMP-Verfahrens, das abgeschlossen werden muss, bevor
der Wafer zu einem Reinraum zurückgebracht werden
kann. Die Schritte des CMP-Verfahrens, das abgeschlossen werden
muss, bevor der Wafer zu dem Reinraum zurückgeführt werden kann, werden ein
Reinigen und ein Spülen
des Polierfluids und ein Abspülen
des Polierfluids von dem Wafer, gefolgt durch ein Trocknen, umfassen.
Andere Schritte vor dem Endwaschen, Spülen und Trocknen können ein zusätzliches
Polieren umfassen, unter Verwendung von unterschiedlichen und nicht
kompatiblen Chemikalien und Schlämmen
für das
anfängliche
Polierverfahren ebenso wie ein zusätzliches Polierverfahren, um
feine Kratzer, die durch die verschiedenen Polierschritte hinterlassen werden,
zu entfernen. Ein Zwischenspülen
zwischen diesen Schritten kann ebenso erforderlich sein. Existierende
Vorrichtungen zum Planarisieren von Wafern sind oftmals diskrete
Maschinen, die einen großen
Umfang an Raum einnehmen und einen manuellen oder halbautomatisierten Transport
der Wafer von einer Maschine zu der nächsten erfordern. Irgendeine
Verzögerung
bei dem Überführen der
Wafer von einer Maschine zu einer anderen kann ermöglichen,
dass die chemische Schlämme
zu trocknen beginnt, was demzufolge große Schwierigkeiten beim Polieren
oder Abreiben der Wafer hervorruft. Verzögerungen bei der Überführung der
Wafer zwischen Prozessen oder Maschinen können auch die chemische Wirkung
der chemischen Schlämme
zu lang belassen und nachteilig den Poliervorgang beeinflussen.
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Existierende
Polierer und Abreiber besitzen unterschiedliche Wafer-Behandlungszeiten.
Der Poliervorgang benötigt
gewöhnlich
eine größere Zeitdauer
als der Polier- oder Abreibvorgang. Um die Wafer-Behandlungszeit
zu optimieren und die Nutzung der Ausrüstung zu maximieren, werden
einige CMP-Verfahrens-Schemata mehrere Wafer-Poliervorrichtungen
verwenden, die jeweils nur einen einzelnen Planarisierungsschritt
abschließen.
Die Wafer von diesen gesonderten Poliervorrichtungen werden dann
jeweils an demselben Polierer oder Abreiber behandelt. Ein Problem
in Verbindung mit dieser Technik ist dasjenige, dass die Chargen
der Wafer an gesonderten Polierstationen behandelt werden und Ungleichmäßigkeiten
beim Polieren zwischen den Wafern wahrscheinlich ist. Um diese Ungleichmäßigkeiten
zu minimieren, müssen
bestehende CMP-Systeme
extrem hohe Toleranzen für
die Ausrüstung
haben und müssen
exakt die Bearbeitungs-Bedingungen an jeder Poliervorrichtung reproduzieren.
Die unterschiedlichen Wafer-Halter müssen in der Lage sein, die
Wafer unter demselben Winkel zu halten und denselben Betrag eines
Drucks auf den Wafer aufbringen, wenn der Wafer gegen die Poliervorrichtung
gehalten wird. Die Polierer müssen
sich unter derselben Geschwindigkeit drehen und müssen dieselbe
Konsistenz und Menge eines Poliermittels vorsehen. Ohne sorgfältige Toleranzen
kann eine nicht konsistente CMP-Behandlung mit potenziell schädlichen
Effekten in Bezug auf den Ertrag oder die Funktionsweise der Halbleiter-Schaltungen, hergestellt aus
dem Wafer, auftreten.
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Dementsprechend
ist ein Bedarf nach einem System und einem Verfahren zum Durchführen eines CMP
an einer Vielzahl von Halbleiter-Wafern in einer effizienten und
konsistenten Art und Weise vorhanden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für ein gleichförmiges Planarisieren
eines Halbleiter-Wafers, wie es im Anspruch 1 angegeben ist, geschaffen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
geschaffen, wie sie in Anspruch 9 angegeben ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum gleichförmigen Planarisieren
und Reinigen der Oberfläche mindestens
eines Halbleiter-Wafers über einen
einzelnen Bearbeitungsweg offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte
eines Bereitstellens eines Halbleiter-Wafers und eines Halbleiter-Wafer-Poliersystems, Befestigen
des Halbleiter-Wafers in dem Halbleiter-Wafer-Poliersystem und Transportieren
des Halbleiter-Wafers zu einer Wafer-Beladestation. Der Wafer wird
von der Wafer-Beladestation zu einer ersten, primären Polierstation
transportiert und ein erster Poliervorgang, um teilweise den Halbleiter-Wafer zu
planarisieren, wird durchgeführt.
Der Wafer wird zu einer zweiten Polierstation transportiert und
ein zweiter Poliervorgang schließt eine Planarisierung des
Halbleiter-Wafers ab. Diese Schritte werden für alle Wafer, die behandelt
werden, wiederholt. In einer alternativen Ausführungsform kann jede Polierstation ein
unterschiedliches, chemisches Poliermittel und ein unterschiedliches
Verfahren verwenden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Durchführen einer
chemisch-mechanischen Planarisierung einer Vielzahl von Halbleiter-Wafern
durch Einrichten eines einzelnen Bearbeitungswegs für jeden
der Vielzahl von Halbleiter-Wafern geschaffen, das einen ersten
Wafer-Fördermechanismus
zum Befördern
eines Halbleiter-Wafers von einer Beladestation zu einer Überführungsstation
umfasst. Ein zweiter Wafer-Fördermechanismus
ist angrenzend an die Überführungsstation
positioniert und ist so ausgelegt, um den Halbleiter-Wafer von der Überführungsstation
zu einer Halbleiter-Wafer-Beladevorrichtung zu bewegen. Die Wafer-Beladevorrichtung belädt individuelle
Wafer auf eine Wafer-Fördereinrichtung.
Die Wafer-Fördereinrichtung
besitzt eine Anzahl von Wafer-Aufnahmebereichen und ist drehbar,
um einen Halbleiter-Wafer in jeder der Vielzahl der Wafer-Aufnahmebereiche
aufzunehmen. Die Wafer-Fördereinrichtung
ist in einer Art und Weise angeordnet, um eine kontinuierliche Bewegung
in einer geschlossenen Schleife der Wafer entlang eines vorbestimmten Bearbeitungswegs
zu ermöglichen, und
ist so optimiert, um irgendein Erfordernis einer Rückführung entlang
des Prozesswegs zu vermeiden. Eine erste, primäre Polierstation, positioniert entlang
des Prozesswegs, planarisiert einen Halbleiter-Wafer über eine
vorbestimmte Zeit, um einen teilweise planarisierten Halbleiter-Wafer
herzustellen. Eine zweite, primäre
Polierstation, positioniert entlang des Prozesswegs, schließt die Planarisierung des
teilweise planarisierten Halbleiters ab. Ein Ausbesserungs-Polierer
poliert den planarisierten Wafer, um irgendwelche Spurenkratzer,
die durch die erste und die zweite, primäre Polierstation belassen sind, zu
entfernen. Vorzugsweise werden die Wafer auch in einer Wafer-Förderbeladeeinrichtung
gespült
und in einer Wafer-Abreibvorrichtung abgerieben und getrocknet,
um vollständig
Schlämme
und Teilchen zu entfernen. Jeder der Halbleiter-Wafer läuft entlang
eines einzelnen Bearbeitungswegs.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Halbleiter-Wafer-Überführungsmechanismus zum
Transportieren eines Halbleiter-Wafers zwischen einer Wafer-Fördereinrichtung
und einem Wafer-Bearbeitungspunkt offenbart. Der Überführungsmechanismus
umfasst eine drehbare, axial bewegbare Spindel. Ein Hebelarm ist
an der Spindel befestigt, der ein Ende mit einem bewegbaren Gestell
verbunden besitzt und ein Ende mit einem Feineinstellungs-Spindelantrieb,
befestigt an dem bewegbaren Gestell, verbunden besitzt. Ein Spindelantrieb
für eine
grobe Einstellung ist an einem befestigten Rahmen verbunden und
ist mit dem bewegbaren Rahmen so verbunden, dass der Spindelantrieb
für die grobe
Einstellung den bewegbaren Rahmen relativ zu dem fixierten Rahmen
in einer axialen Richtung der Spindel bewegen kann. Der Halbleiter-Wafer-Überführungsmechanismus arbeitet
vorzugsweise mit lösbaren
Wafer-Trägerköpfen und
einer drehbaren Wafer-Fördereinrichtung
zusammen, um Wafer zwischen der Wafer-Fördereinrichtung
und einer Polierstation oder einer Wafer-Fördereinrichtungs-Ladeeinrichtung zu
bewegen. Die Spindelantriebe für
die grobe und feine Einstellung führen zu einem zusätzlichen
Grad einer Kontrolle über
den Druck auf einen Wafer, der gegen ein Polierkissen an einer Polierstation
gehalten ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Halbleiter-Poliersystems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine linksseitige Aufrissansicht des Wafer-Poliersystems der 1.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Wafer-Bearbeitungs-Durchlaufwegs in
dem Wafer-Poliersystems der 1 und 2.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Index Tabelle zur
Verwendung in dem System der 1 und 2.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform
einer Index-Tabelle zur Verwendung in dem System der 1 und 2.
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6 zeigt
eine perspektivische Bodenansicht einer Wafer-Kopf-Anordnung.
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7 zeigt
eine perspektivische Draufsicht der Wafer-Kopf-Anordnung der 6.
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8 zeigt
eine Draufsicht einer Kopf-Halteanordnung und einer Kopf-Anordnung,
verwendet in dem Wafer-Poliersystem der 1.
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht der Kopf-Rückhalteanordnung und eines
Kopf-Adapters der 6, vorgenommen entlang einer
Linie 9-9 der 8.
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10 zeigt
eine Teildraufsicht der Kopf-Rückhalteeinrichtungs-Betätigungskolben,
positioniert angrenzend an einen Kopf-Rückhaltemechanismus auf einem
Indextisch der 4.
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11 zeigt
eine Oberseitendraufsicht eines zweiten, bevorzugten Kopf-Rückhaltemechanismus zur Verwendung
in Verbindung mit dem System der 1.
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12 zeigt
eine obere Draufsicht eines zweiten, bevorzugten Werkzeug-Adapter-Verbinders zur Verwendung
in Verbindung mit dem Kopf-Rückhaltemechanismus
der 11.
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13 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Kopf-Anordnung, befestigt in dem
Kopf-Rückhaltemechanismus
der 11.
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14 zeigt
eine Seitenaufrissansicht einer bevorzugten Kopf-Beladeeinrichtungs-Anordnung zur Verwendung
in dem Wafer-Poliersystem der 1.
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15 zeigt
eine rückseitige,
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Spindel-Antriebsanordnung
zur Verwendung in Verbindung mit dem Wafer-Poliersystem der 1.
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16 zeigt
eine Seitenaufrissansicht der Spindel-Antriebsanordnung der 15.
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17 zeigt
eine Querschnittsansicht der Spindel-Antriebsanordnung, vorgenommen
entlang einer Linie 17-17 der 16.
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18 zeigt
eine schematische Ansicht eines elektrischen und pneumatischen Steuerkreises einer
bevorzugten Spindel-Antriebsanordnung.
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19 zeigt
eine Aufrissansicht einer bevorzugten Kopfbeladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung
zur Verwendung in dem System der 1.
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20 zeigt
eine perspektivische Draufsicht einer bevorzugten primären Waferpoliervorrichtung zur
Verwendung in dem Waferpoliersystem der 1 und 2.
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21 zeigt
eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang einer Linie 21-21
der 20.
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22 zeigt
eine perspektivische Teilansicht der primären Wafer-Poliervorrichtung
der 20.
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23 zeigt
eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang einer Linie 23-23
der 20.
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24 zeigt
eine schematische Ansicht eines bevorzugten elektrischen und pneumatischen Steuerkreises
für die
primäre
Poliervorrichtung der 20.
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25 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ablenkrolle zur Verwendung
in Verbindung mit der primären
Poliervorrichtung der 20.
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26 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Auflageplattenanordnung
zur Verwendung in Verbindung mit der primären Poliervorrichtung der 20.
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27 zeigt
eine Explosionsansicht der Auflageplattenanordnung der 26.
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28 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Auflageplatten-Einstellungs-Hebeeinrichtung,
verwendet in der primären
Poliervorrichtung der 20.
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29 zeigt
eine Oberseitendraufsicht einer bevorzugten Nachbesserungs-Poliereinrichtung
zur Verwendung in dem Wafer-Poliersystem der 1.
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30 zeigt
eine Draufsicht einer bevorzugten Nachbesserungs-Poliereinrichtung
der 29.
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31 zeigt
ein Blockdiagramm eines Steuerkreises und von Kommunikationswegen,
verwendet in dem Wafer-Poliersystem der 1 und 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Wafer-Poliersystems 10 ist in den 1-3 dargestellt.
Das System 10 besitzt eine vordere Endrahmen-Anordnung 12 und
eine hintere Endrahmen-Anordnung 14, verbunden mit der
vorderen Endrahmen-Anordnung 12. Das System 10,
das typischerweise in einer Halbleiter-Wafer-Herstellungseinrichtung
verwendet wird, nimmt Halbleiter-Wafer von mindestens einem Wafer-Halter
auf, wie bei spielsweise einer Kassette 16 oder einem Kassettenhalter, wie
beispielsweise einer Ergo Beladeeinrichtung, erhältlich von Hine Design, Inc.,
positioniert an dem Ende der vorderen Endrahmen-Anordnung 12.
Wie in größerem Detail
nachfolgend erläutert
werden wird, werden die Halbleiter-Wafer von der Kassette 16,
vollständig
bearbeitet, aufgenommen und zu den Kassetten 16 zurückgeführt, und
zwar zu derselben oder einer vorbestimmten, unterschiedlichen Stelle, in
einem reinen, trockenen und gleichförmig planarisierten Zustand
durch das System 10.
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Die
vordere Endrahmen-Anordnung 12 ist so dimensioniert, um
die Wafer-Kassette 16 einer erwünschten Größe aufzunehmen. Jede Kassette 16 enthält mehrere
Wafer. Die Kassetten 16 können manuell an einer Eingabe/Ausgabe-Warteschlange, oder
automatisch, unter Verwendung eines Standard-Modul-Schnittstellen-(Standard
Modul Interface – SMIF)-Trägers 18,
beladen werden. Irgendeine Anzahl von Kassetten 16 kann
in Verbindung mit dem bevorzugten Wafer-Poliersystem verwendet werden und
die Kassetten können
aus Kunststoff, wie beispielsweise Polypropylen, einem Teflon-Material, oder
irgendeinem anderen Material, das dazu geeignet ist, die Wafer zu
halten, aufgebaut sein. Ein Trocken-Umgebungs-Roboter 20 ist
innerhalb der vorderen Endanordnung 12, benachbart zu den
Kassetten 16, positioniert. Der Trocken-Roboter 20 ist
vorzugsweise so ausgelegt, um Wafer von der Kassette 16 aufzunehmen
und Wafer zu dieser zurückzuführen. Ein
geeigneter Roboter 20 zur Verwendung in der vorderen Endanordnung 12 ist
ein Modell No. 04300-038, hergestellt durch Hine Design, Inc.. Eine Wafer-Überführungsstation 22,
positioniert innerhalb der vorderen Endanordnung 12 zwischen
dem Trocken-Roboter 20 und der hinteren Endanordnung 14, nimmt
Wafer von dem Trocken-Roboter während
der Bearbeitung auf. Die Überführungsstation 22 umfasst vorzugsweise
eine einen Wafer aufnehmende Plattform, die zum Aufnehmen eines
Halbleiter-Wafers von dem Trocken-Roboter 20 geeignet ist.
Die Überführungsstation 22 richtet
den Wafer zuvor aus und ist so aufgebaut, um einen Zugang zu einem Nass-Umgebungs-Roboter 24,
angeordnet an der hinteren Endanordnung 14, zu ermöglichen.
Geeignete Überführungsstationen
sind von Hine Design, Inc., erhältlich.
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Die
vordere Endanordnung 12 enthält auch eine Anzeige 26,
die die Grafik-Benutzer-Schnittstelle
(Graphik User Interface – GUI) 28 zum
Betreiben des gesamten Wafer-Poliersystems 10 darstellt.
Die GUI ist vorzugsweise benachbart zu den Kassetten 16 an
dem Bereich der vorderen Endanordnung, in den Reinraum vorstehend,
angeord net. Die GUI 28 ermöglicht vorzugsweise Benutzern,
mit dem System 10 zusammenzuarbeiten, um Behandlungs-Parameter
zu variieren und den Fortschritt zu überwachen. Die Anzeige 26 kann
eine standardmäßige Kathodenstrahlröhre, eine
Flüssigkristallanzeige
oder eine andere, geeignete, sichtbare Anzeigevorrichtung sein.
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Ein
Filter 30, vorzugsweise ein hocheffizienter Teilchendämpfungs-Einrichtungs-(High Efficiency Particulate
Attenuator – HEPA)-Filter,
ist an der vorderen Endanordnung 12 montiert, um zu verhindern, dass
Teilchen den Wafer kontaminieren. Auch ist eine Abreibanordnung 32 in
der vorderen Endanordnung 12 mit einem Ende angrenzend
an die hintere Endanordnung 14 und dem anderen Ende angrenzend
an den Trocken-Roboter 20 positioniert. Die Abreibeinrichtung
reinigt mechanisch und chemisch Wafer, die in der hinteren Endanordnung
behandelt worden sind, und spült
und trocknet dann die Wafer, bevor der Trocken-Roboter sie zu den
Kassetten 16 zurückführt. Wafer,
die von der hinteren Endanordnung austreten, erfordern oftmals ein
mechanisches Abreiben, um vollständig
die Teilchen der chemischen Schlämme,
die von dem Polier- oder Glättungs-Prozess
verbleibt, der in der hinteren Endanordnung 14 auftritt,
gründlich
zu entfernen. Eine geeignete Abreibeinrichtung ist die doppelseitige
Abreibeinrichtung (DSS®), hergestellt von On
Trak Systems, Inc.. Ein Vorteil des derzeit bevorzugten Verfahrens
und des Systems ist die Behandlung "Trocken eingebracht – Trocken herausgebracht") der Wafer, wobei
Wafer in das System in einem trockenen, teilchenfreien Zustand platziert
und davon entnommen werden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, werden die Halbleiter-Wafer von der
vorderen Endanordnung 12 zu der hinteren Endanordnung 14 über einen Nass-Roboter 24 überführt. Der
Ausdruck "Nass" bezieht sich auf
die nasse Umgebung, in der der Roboter arbeitet. Diese Nass-Umgebung
wird durch das Vorhandensein von Chemikalien, Feuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit,
verwendet und erzeugt während
des Polierens und der Glättung
der Wafer in der hinteren Endanordnung 14, erzeugt. Obwohl
ein einzelner Roboter verwendet werden könnte, um die Wafer-Überführung zwischen
den Kassetten 16 und den Bearbeitungsstationen in dem System 10 zu
handhaben, sind zwei Roboter 20, 24 bevorzugt,
um eine Isolation der chemischen Schlämme und der Teilchen von den Kassetten
und irgendwelcher behandelten Wafern zu verbessern. Ein geeigneter
Nass-Roboter 24 ist ein Modell No. 04300-25, hergestellt
von Hine Design, Inc..
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In
der hinteren Endanordnung 14 arbeitet der Nass-Roboter 24 mit
einer Kopf-Beladeeinrichtung 34 zusammen,
wie dies am besten in 3 zu sehen ist. Die Kopf-Beladeeinrichtung 34 ist
dazu geeignet, Halbleiter-Wafer auf eine Wafer-Fördereinrichtung, vorzugsweise
ein drehbarer Index-Tisch 36, wie dies in 4 dargestellt
ist, zu beladen und davon zu entladen. Der Index-Tisch 36 hält lösbar mehrere
Wafer, wobei jeder Wafer getrennt von den anderen gehalten wird.
Der Index-Tisch 36 läuft
in einer Richtung, um jeden Wafer durch den kompletten Kreis der
Bearbeitungsstationen zu tragen, bevor zu der Kopf-Beladeeinrichtung 34 zurückgekehrt
wird, wo der vollständig
polierte Halbleiter-Wafer entladen wird und zurück zu den Kassetten 16 über die
vordere Endanordnung 12 überführt wird. In der ersten und
der zweite Bearbeitungsstation entlang des Wegs des Index-Tisches 36 in
der hinteren Endanordnung 14 sind primäre Wafer-Poliervorrichtungen 38, vorzugsweise
lineare Wafer-Poliereinrichtungen, vorhanden, geeignet für eine chemisch-mechanische
Planarisierung (CMP). Obwohl lineare Poliereinrichtungen bevorzugt
sind, können
andere Typen von Poliervorrichtungen, wie beispielsweise sich drehende
Poliervorrichtungen, leicht in dem modularen Design des Wafer-Poliersystems 10 ausgeführt werden.
Für Zwecke
dieser Offenbarung beziehen sich primäre Wafer-Poliervorrichtungen
auf Poliereinrichtungen, die so aufgebaut sind, um Material von
einem Wafer unter einer Rate von mindestens 1000 Ångström pro Minute
(Å/min)
zu entfernen.
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Nachdem
der Index-Tisch ein Wafer zu jeder der primären Wafer-Poliervorrichtungen transportiert, transportiert
der Index-Tisch 36 den Wafer zu der dritten Bearbeitungsstation,
vorzugsweise eine Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40,
wie beispielsweise ein Drehpuffer. Eine geeignete Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 ist
eine orbitale Poliereinrichtung, die von Guard, Inc., erhältlich ist.
Irgendeine Anzahl von sich drehenden oder linearen Nachbesserungs-Poliervorrichtungen
kann verwendet werden. Zu Zwecken dieser Offenbarung bezieht sich
der Ausdruck Nachbesserungs-Poliervorrichtung
auf eine Wafer-Poliervorrichtung, die restliche Kratzer, die auf
der Oberfläche
des Wafers von den primären Polierschritten
verbleiben, unter einer Rate geringer als 1000 Å/min, und noch bevorzugter
unter einer Rate zwischen 50 – 500 Å/min, entfernt.
Die vorstehende, allgemeine Beschreibung der Bauteile in der hinteren
Endanordnung 14 werden in größerem Detail nachfolgend angegeben.
Der Ausdruck Bearbeitungsstation, wie er nachfolgend verwendet wird,
ist dazu vorgesehen, sich allgemein auf irgendeine Kopf-Beladeeinrichtung 34,
auf primäre
Poliervorrichtungen 48 und auf eine Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40 zu
beziehen.
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WAFER-FÖRDEREINRICHTUNG
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4 stellt
am besten eine erste, bevorzugte Ausführungsform eines Index-Tischs 36 dar,
der in der hinteren Endrahmen-Anordnung 14 über allen der
primären
und der Nachbesserungs-Poliervorrichtungen 38, 40 montiert
ist. Wie vorstehend angegeben ist, arbeitet der Index-Tisch 36 so,
um Halbleiter-Wafer zu jeder Bearbeitungsstation so zu befördern, dass
alle Halbleiter-Wafer durch dieselben Verarbeitungsschritte auf
denselben Bearbeitungsstationen gehen. Der Index-Tisch 36 besitzt
vorzugsweise eine Vielzahl von Kopf-Aufnahmebereichen 42,
die gleichmäßig um den
Index-Tisch herum beabstandet sind. Der Index-Tisch 36 besitzt
eine zentrale Nabe 44, die sich mit einer Drehwelle 46 (2) über eine mittels
Motor angetriebene Indexiereinrichtung 45, befestigt oberhalb
oder unterhalb des Index-Tischs 36, verbindet. Der Index-Tisch 36 ist
vorzugsweise unterhalb der mittels Motor angetriebenen Indexiereinrichtung 45 befestigt.
Dieser Aufbau des Index-Tisches 36 und der Indexiereinrichtung 45 ermöglicht eine
kompaktere Gruppierung von Bearbeitungsstationen unterhalb des Index-Tisches.
Dieser Aufbau verhindert auch, dass potenzielle Kontaminierungen von
dem Index-Tisch in die Indexiereinrichtung oder die Lageranordnung
herunterfallen. Der Index-Tisch 36 ist in präzisen Erhöhungs-Schritten in einer
Richtung über
kontinuierliche Drehungen von 360° durch einen
Motor, verbunden mit der mittels Motor angetriebenen Indexiereinrichtung 45,
drehbar. Der Motor 47, verbunden mit der Indexiereinrichtung 45,
treibt die Indexiereinrichtung über
Drehungen von 90° in der
Ausführungsform,
die dargestellt ist, an. In anderen Ausführungsformen können kleinere
oder größere Dreherhöhungen unter
Verwendung einer geeignet ausgewählten
Indexiereinrichtung ausgeführt werden.
Zum Beispiel sind, falls mehr als vier Wafer-Aufnahmebereiche, und
demzufolge mehr als vier Wafer, auf dem Index-Tisch 36 positioniert
sind, die Dreherhöhung
proportional so ausgelegt werden kann, um eine präzise Platzierung
jedes Wafers über eine
Bearbeitungsstation, positioniert unterhalb des Index-Tisches, sicherzustellen.
Der Index-Tisch 36 läuft
am bevorzugtesten in einer Richtung und nimmt keine Umkehrung der
Richtung während
des Wafer-Poliervorgangs vor.
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Ein
sich drehendes Rückführungssystem 49 überwacht
die Position des Index-Tisches 36.
Das sich drehende Rückführungssystem
besteht aus einem Drehcodierer 51, verbunden mit der Drehwelle 46 durch
ein Codierer-Antriebskettenrad 53 und eine Codie rer-Antriebskette 55.
Signale von dem Drehcodierer 51 werden zu einer Transport-Modul-Steuereinheit 316 (siehe 31)
transportiert, die das Fortschreiten der Wafer überwacht und die mittels Motor 47 angetriebene
Indexiereinrichtung 45 steuert. Mit Kunststoff beschichtetes
Aluminium oder rostfreier Stahl sind geeignete Materialien für den Index-Tisch. Eine mittels
Motor angetriebene Indexiereinrichtung, wie beispielsweise die Camco
902RDM4H32-330, kann verwendet werden, um akkurat den Index-Tisch zu
drehen.
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In
einer anderen, bevorzugten Ausführungsform
kann die Wafer-Fördereinrichtung
ein Index-Tisch 436 sein, aufgebaut so, um ein leichteres Gewicht
zu haben, wie dies in 5 dargestellt ist. In dieser
Ausführungsform
verwendet der Index-Tisch 436 einen Rahmen, der aus Tragearmen 448 aufgebaut
ist, die sich von der zentralen Nabe 444 erstrecken, im
Gegensatz zu einem festen Material. Die den Wafer aufnehmenden Bereiche 442 sind
an den Enden der Tragearme 448 positioniert. Umfangsmäßig beabstandete
Träger 450 tragen
zu der Festigkeit und der Steifigkeit des Index-Tisches 436 bei.
Wie für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden wird, können andere
Anordnungen eines Index-Tisches ausgeführt werden.
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KOPF-ANORDNUNG
UND KOPF-RÜCKHALTEANORDNUNG
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Die
Halbleiter-Wafer werden, wenn sie entlang des Verarbeitungswegs,
definiert durch die Index-Platte, fortschreiten, jeweils durch eine
unterschiedliche Kopf-Anordnung 52 gehalten. Jede Kopf-Anordnung 52 hält, wie
in den 6 und 7 dargestellt ist, einen Wafer. 6 stellt
die Wafer-Aufnahmeplatte 54 der Kopf-Anordnung 52 dar. Wenn
ein Wafer gehalten wird, hält
die Kopf-Anordnung 52 den Wafer gegen die den Wafer aufnehmende
Platte 54 innerhalb der Grenze, die durch den Rückhaltering 56 definiert
ist, der die Ebene der den Wafer aufnehmenden Platte 54 umgibt
und sich darüber
hinaus erstreckt. Eine Vielzahl von Perforationen, oder Fluidkanälen 58,
ist um die Wafer-Aufnahmeplatte 54 herum
verteilt. Diese Fluidkanäle 58 unterstützen die
Kopf-Anordnung 52 dabei, den Wafer entweder über eine
Oberflächenspannung
oder ein Teilvakuum, erzeugt zwischen dem Wafer und der Aufnahmeplatte 54,
zu halten. Ein äußerer Ring 60 und
ein Kopf-Adapter 66 halten den unteren Bereich der Kopf-Anordnung 52 zusammen.
Wie in 7 dargestellt ist, sind Schlitze 64 und
konzentrische, vorstehende Ringe 62 an dem Kopf-Adapter 66 positioniert.
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Die
Schlitze 64 und die Ringe 52 ermöglichen,
dass der Kopf-Adapter 66 entfernbar an einem Werkzeug-Austausch-Adapter 80 verbunden
ist. Die Zwischenverbindung des Kopf-Anordnungs-Adapters und des
Werkzeug-Austauschs-Adapters ist am besten in den 8 und 9 dargestellt.
Der Kopf-Adapter 66 ist so ausgelegt, um den Kopf zu verbinden.
Der Werkzeug-Austausch-Adapter 80 ist vorzugsweise so ausgelegt,
um zu dem Kopf-Adapter 66 an
einer Seite zu passen, und die positive Hälfte eines standardmäßigen, zweiteiligen
Werkzeug-Austausches an der anderen Seite anzupassen. Eine geeignete,
zweiteilige Werkzeug-Austauscheinrichtung ist von Robotic Accessories,
Tipp City, Ohio, erhältlich.
Ein Vorteil der vorliegenden Kopf-Anordnung 52 ist derjenige,
dass irgendeine Anzahl von herkömmlich
verfügbaren
Wafer-Halteköpfen
und Werkzeug-Austauschern verwendet werden kann, in dem eine geeignete
Kopf-Adapterplatte oder ein Werkzeug-Austausch-Adapter 80 verwendet werden.
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Wie
die 4, 8 und 9 zeigen,
verbindet sich der Werkzeug-Austausch-Adapter 80 auch lösbar mit
der Kopf-Rückhalteanordnung 68, befestigt
an jedem Kopf-Aufnahmebereich 42 an dem
Index-Tisch 36, und verbindet demzufolge die Kopf-Anordnung 52 mit
dem Index-Tisch 36. Die Kopf-Rückhalteanordnung 68 besteht
aus einer ringförmigen
Wand 70, befestigt mit Schrauben 72 an dem Index-Tisch 36.
Obwohl 4 nur eine Kopf-Rückhalteeinrichtung zu Darstellungszwecken darstellt,
ist eine Kopf-Rückhalteanordnung 68 vorzugsweise
an jedem Wafer-Aufnahmebereich 42 an dem Index-Tisch 36 montiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein geschlitzter Ring 74 fest in der ringförmigen Wand 70 positioniert,
wobei der Ring 74 aus einem Metallmaterial hergestellt
ist und die Wand 70 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist,
um das Gewicht zu verringern. Die ringförmige Wand 70 ist
mit zwei Vorsprüngen 76 verbunden,
die sich von der ringförmigen
Wand 70 aus erstrecken. Die Vorsprünge 76 sind bewegbar,
um die Wand 70 und den befestigten Ring 74 zu
drehen. Die Drehung zieht Kugellager 78, die den Werkzeug-Austausch-Adapterbereich 80 der
Kopf-Anordnung halten, zurück.
Schlitze in dem geschlitzten Ring 74 nehmen die Kugellager 78 auf
und ermöglichen,
dass die Spindel-Antriebsanordnung 108 (16)
in die Kopf-Anordnung auslaufseitig der Bearbeitungsstation eingreifen
und diese bewegen. Wenn der Wafer an dem Index-Tisch von der Bearbeitungsstation
aufgenommen ist, wird die Kopf-Anordnung 52 erneut mit
der Kopf-Rückhalteanordnung 68 verbunden. Dies
wird wiederum dadurch vorgenommen, dass auf die Vorsprünge 76 gedrückt wird,
um die ringförmige Wand 70 und
den geschlitzten Ring 74 zu drehen und die Kugellager in
Kontakt mit der ringförmigen
Nut 79 um den Werkzeug-Austausch-Adapterbereich 80 der Kopf-Anordnung 52 herum
zu bringen.
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Die
Kopf-Rückhalteanordnung 68 dient
auch für
eine DI-Wasserspülung
des Wafers und der Kopf-Anordnung während einer Drehung des Wafers auf
dem Index-Tisch. Eine DI-Wasseröffnung 69 auf der
Außenseite
der Kopf-Rückhalteanordnung
nimmt DI-Wasser
von einer Rohrleitung (nicht dargestellt) auf dem Index-Tisch 36 auf.
Wie 9 zeigt, verbindet sich die DI-Öffnung 69 mit
einem umfangsmäßigen Kanal 71,
um DI-Wasser zu
der Kopf-Anordnung zuzuführen.
Ein Kanal 73 in der Kopf-Rückhalteanordnung öffnet sich
an einem Spülspalt 75 zwischen der
Kopf-Anordnung 52 und der Kopf-Rückhalteanordnung 68.
DI-Wasser, oder ein anderes, erwünschtes
Reinigungsmittel, kann in die DI-Öffnung 69 zugeführt werden
und fließt
auf den Wafer und die Kopf-Anordnung 52 heraus, um übrig gebliebene Reinigungsmittel
zu entfernen. Der Reinigungs-Vorgang kann auftreten, während die
Wafer-Zwischen-Bearbeitungsstationen laufen, und erleichtert demzufolge
die Verwendung von chemisch nicht kompatiblen Poliermitteln an unterschiedlichen
Bearbeitungsstationen.
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Wie
in 10 dargestellt ist, arbeitet ein Paar Kopf-Rückhalte-Betätigungskolben 59 mit
den Vorsprüngen 76 an
der Kopf-Rückhalteanordnung 68 zusammen,
um die Kopf-Anordnung
an der Kopf-Rückhalteanordnung
zu verriegeln oder zu entriegeln. Ein Paar Kopf-Rückhalte-Betätigungskolben 59 ist
an dem Rahmen der hinteren Endanordnung benachbart zu jeder Bearbeitungsstation
in dem System 10 angeordnet. Die Kolben sind durch Träger 61 an
dem Rahmen befestigt und laufen nicht auf dem Index-Tisch. Die Kolben
sind so befestigt, um sich zu jedem Kopf-Rückhaltemechanismus auszurichten, wenn
die stufenweise zunehmende Drehbewegung des Index-Tischs jeden Wafer,
der momentan in dem Index-Tisch befestigt ist, zu der nächsten,
jeweiligen Bearbeitungsstation bringt. Die Kolben 59 besitzen jeweils
einen Kontaktkopf 63 an dem Ende einer Welle 65,
ausgelegt so, um gegen einen Vorsprung 76 zu drücken, und
dadurch die Kopf-Anordnung
an dem Index-Tisch 36 zu verriegeln oder von diesem zu
entriegeln. Irgendeine Anzahl von herkömmlich verfügbaren, pneumatischen oder
hydraulischen Kolben kann verwendet werden. Die Kolben 59 werden
vorzugsweise durch die Transport Modul-Steuereinheit 316 (31)
gesteuert, um die Kopf-Anordnung 52 im Zusammenwirken mit
der Spindel-Antriebsanordnung 108, 109 (siehe 15-19)
zu verriegeln oder zu entriegeln.
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Die 11-13 stellen
eine zweite, bevorzugte Ausführungsform
einer Kopf-Rückhalteanordnung 468 dar.
In dieser Ausführungsform
sind gesonderte Kopf- Rückhalte-Betätigungskolben
nicht notwendig. Wie in 11 dargestellt
ist, umfasst die Kopf-Rückhalteanordnung 468 einen
Kopf-Anordnung-Verbindungsring 469, der sich an der ringförmigen Wand 470 an
jedem Kopf-Aufnahmebereich des Index-Tisches verbindet. Der Ring 469 besitzt
einen inneren Flansch 471 mit einer Mehrzahl von Werkzeug-Austausch-Adapter-Durchgangsschlitzen 472, angeordnet
in einem asymmetrischen Muster um den inneren Flansch 471 herum.
Die Durchgangsschlitze 472 sind so ausgelegt, um Stifte 474,
die sich radial von dem äußeren Umfang
eines Werkzeug-Austausch-Adapters 480,
befestigt an der Kopf-Anordnung, erstrecken, aufzunehmen. Jeder
Durchgangsschlitz 472 ist einen vorbestimmten, umfangsmäßigen Abstand
von einer Stift-Rückhaltebucht 473 beabstandet.
Jede Stift-Rückhaltebucht
ist durch einen verzahnten Bereich an dem inneren Flansch 471 definiert.
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Wie
in größerem Detail
nachfolgend erläutert ist,
verriegelt die Spindel-Antriebsanordnung
an jeder Bearbeitungsstation die Kopf-Anordnung in dem Kopf-Rückhaltemechanismus der 11-13,
indem die Stifte 474 an dem Werkzeug-Austausch-Adapter zu den Durchgangsschlitzen 472 ausgerichtet werden,
die Kopf-Anordnung
angehoben wird, bis die Stifte 474 durch die Durchgangsschlitze 472 hindurchführen, und
dann Drehen und Herablassen der Kopf-Anordnung, bis die Stifte in
den Stift-Rückhaltebuchten 473 zur
Anlage kommen. Das asymmetrische Muster der Schlitze und der entsprechenden Stifte
dient für
eine polarisierte Passung, um sicherzustellen, dass jede Kopf-Anordnung
auf den Index-Tischen in derselben Orientierung für jede Überführung der
Kopf-Anordnung zwischen dem Index-Tisch und einer Bearbeitungsstation
angeordnet ist. Die Kopf-Rückhalteanordnung,
dargestellt in den 11-13, ist
dahingehend vorteilhaft, dass keine gesonderten Kolben erforderlich
sind, um die Kopf-Rückhalteanordnung
zu verriegeln oder zu entriegeln. Anstelle davon führen die
Spindel-Antriebsanordnungen
die notwendigen Schritte einer Ausrichtung und Verriegelung der
Kopf-Anordnung an dem Index-Tisch durch.
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KOPF-BELADEEINRICHTUNG
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14 stellt
die Kopf-Beladeeinrichtung 34 dar, die mit der Kopf-Anordnung 52 und
dem Index-Tisch 36 während
eines Belade/Entlade-Vorgangs zusammen arbeitet. Zur Vereinfachung
stellt 14 nicht die gesamte Kopf-Anordnung 52 oder die
Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 (19),
verbunden mit der Kopf-Anordnung 52,
dar. Die Kopf-Beladeeinrichtung 34 ist so ausgelegt, um
einen zuvor aus gerichteten Wafer auf die Kopf-Anordnung vor einem
Polieren zu legen und einen Wafer zu entfernen, nachdem er poliert
und nachpoliert worden ist. Zusätzlich
arbeitet die Beladeeinrichtung als eine Spülstation, um überschüssige Schlämme von
der Kopf-Anordnung und dem Wafer mit deionisiertem ("DI") Wasser, wenn der
Wafer entladen wird, zu spülen.
Andere Reinigungschemikalien, getrennt zu oder in Kombination mit
DI-Wasser, können
durch Düsen
in der Kopf-Beladeeinrichtung 34 aufgebracht werden. Die
Kopf-Beladeeinrichtung
besteht aus einem vertikal bewegbaren Spülbehälterrohr 90, das eine
Wafer-Überführungs-Anordnung 92 umgibt.
Die Überführungs-Anordnung 92 umfasst
einen zylindrischen Trägerring 94,
koaxial ausgerichtet zu einem Ausrichtungsring 96. Eine
Zylinderwelle 102, angetrieben durch einen pneumatischen
Zylinder 98, befestigt an dem Rahmen 99, verbindet
sich mit dem Rohr 90. Der Zylinder 98 hebt das
Rohr an und senkt es ab. Vorzugsweise kann der Zylinder 98 das
Rohr 90 bis zu dem Boden der Index-Platte 36 anheben,
um eine Dichtung mit der Index-Platte zu bilden. Die Dichtung ist
notwendig, um zu ermöglichen,
dass der Wafer und die Kopf-Anordnung bündig während eines Austauschs zwischen der
Kopf-Beladeeinrichtung und der Index-Platte liegen. Die Dichtung
kann ein O-Ring 91, positioniert um die Öffnung des
Rohrs 90 herum, sein.
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Innerhalb
des Rohrs sind die Kopf-Ausrichtungs- und Wafer-Trageringe 96, 94 unabhängig des Rohrs
durch eine lineare Betätigungseinrichtung 97 über einen
Anhebungsstab 101 bewegbar. Die lineare Betätigungseinrichtung 97 bewegt
sowohl den Ausrichtungsring 96 als auch den Wafer-Tragering 94.
Die lineare Betätigungseinrichtung 97 hebt
den Kopf-Ausrichtungsring 96 und den Wafer-Tragering 94 an,
bis der Kopf-Ausrichtungsring 96 in
den Wafer-Tragering 94 mit der Kopf-Anordnung 52 eingreift und
ausrichtet. Wenn einmal eine Ausrichtung mit der Kopf-Anordnung 52 erreicht
ist, hebt eine zweite Betätigungseinrichtung 212 unabhängig den
Wafer-Tragering 94 an, um den Wafer zu der Kopf-Anordnung zu überführen oder
den Wafer davon aufzunehmen. Die Wafer- und Kopf-Anordnung nimmt
eine Spülung von
den Spüldüsen 100,
positioniert an einem Träger 103,
angrenzend an die Kopf-Ausrichtungs- und Wafer-Trageringe 96, 94,
auf. Vorzugsweise sprühen
die Düsen
DI-Wasser, und zusätzliche
Reinigungschemikalien, wie beispielsweise ein oberflächenaktives
Mittel, auf, um den polierten Wafer sauber zu spülen und den Kopf zu spülen, bevor
ein nicht polierter Wafer zur Verarbeitung auf den Kopf überführt wird.
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SPINDELANTRIEBSANORDNUNGEN
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Zusätzlich zu
der Kopf-Beladeeinrichtung, die einen Wafer zu dem Index-Tisch 36 anhebt
oder ablässt,
erniedrigt eine Spindel-Antriebsanordnung die Kopf-Anordnung 52 von
dem Index-Tisch. Zwei Typen von Spindel-Antriebsanordnungen werden vorzugsweise
in dem derzeit bevorzugten System 10 verwendet. Ein erster
Typ einer Spindel-Antriebsanordnung
ist gegenüberliegend
zu der Kopf-Beladeeinrichtung 34 positioniert. Ein zweiter
Typ einer Spindel-Antriebsanordnung ist an jeder der verbleibenden
Bearbeitungsstationen entlang des Bearbeitungswegs, definiert durch
den Index-Tisch, positioniert. Beide Typen der Spindel-Antriebsanordnungen verbinden
lösbar
eine Spindel mit der Kopf-Anordnung von oberhalb des Index-Tischs
unter Verwendung eines Roboter-Werkzeug-Austauschers,
der einen steckerförmigen
Bereich 81, verbunden mit der Spindel 110, und
einen buchsenförmigen
Bereich 83, befestigt an jeder Kopf-Anordnung 52,
besitzt.
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Die 1 und 2 stellen
am besten die Lage der Spindel-Antriebsanordnungen 108 für die primäre Poliereinrichtung
und die Nachbesserungs-Poliereinrichtung, verwendet in dem Wafer-Poliersystem 10,
dar. Obwohl die Spindel-Antriebsanordnung an der Kopf-Beladeeinrichtung 34 vorzugsweise
eine vereinfachte Version der Spindel-Antriebsanordnung 108 an den
anderen Bearbeitungsstationen ist, kann die komplexere Spindel-Antriebsanordnung 108 auch
an der Kopf-Beladeeinrichtung verwendet werden. Wie vorstehend beschrieben
ist, ist die Kopf-Anordnung 52 lösbar an dem drehbaren Index-Tisch
durch eine Kopf-Rückhalteanordnung 68 befestigt.
An jeder Bearbeitungsstation entlang des Wegs des Index-Tischs greift
eine Spindel-Antriebsanordnung 108 in die Kopf-Anordnung
ein, hält
die Kopf-Anordnung 52, während sie von der Kopf-Rückhalteeinrichtungsanordnung
an dem Index-Tisch 36 entriegelt wird, und bewegt die entriegelte
Kopf-Anordnung 52 und den Wafer weiter zu der Bearbeitungsstation.
Nachdem die Bearbeitung an der Bearbeitungsstation abgeschlossen
ist, hebt die Spindel-Antriebsanordnung 108 die
Kopf-Anordnung und den Wafer zurück
zu dem Index-Tisch an, verriegelt den Wafer und die Kopf-Anordnung
in dem Kopf-Rückhaltemechanismus
und löst
sich von der Kopf-Anordnung. Der Index-Tisch kann sich dann frei zu
dem nächsten
Index-Punkt drehen, und der Vorgang eines Lösens des Wafers und der Kopf-Anordnung von dem
Index-Tisch wiederholt sich gleichzeitig an jeder Bearbeitungsstation
in dem Wafer-Poliersystem 10.
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Alternativ
kann die Spindel-Antriebsanordnung 108 die Kopf-Anordnung
direkt entriegeln oder verriegeln, falls der Kopf-Rückhaltemechanismus
der 11-13 verwendet wird. Die Spindel-Antriebsanordnung 108 dreht
die Kopf-Anordnung, bis sich die Stifte 474 zu den Durchgangsschlitzen 472 ausrichten.
Die Spindel-Antriebsanordnung kann dann die Kopf-Anordnung leicht
anheben und sie drehen, bis die Stifte in den Stiftaufnahmebuchten 473 an dem
Flansch 471 eingesetzt sind. Die Spindel-Antriebsanordnung
kann dann die Kopf-Anordnung durch Lösen von dem buchsenförmigen Bereich
der Werkzeug-Austauscheinrichtung
freigeben. Der Vorgang wird dann umgekehrt, wenn die Kopf-Anordnung erneut
durch die Spindel-Antriebsanordnung an der nächsten Bearbeitungsstation
ergriffen wird und für
eine Bearbeitung herabgelassen wird. Ein Vorteil des derzeit bevorzugten
Systems 10 ist derjenige, dass die Wafer, die bearbeitet
werden sollen, gleichzeitig zwischen Bearbeitungsstationen unter
Verwendung der lösbaren
Kopf-Anordnungen
bewegt werden können,
ohne das Erfordernis, zu trocknen, und das Gewicht und die Masse
der gesamten Spindel-Antriebsanordnung zu bewegen.
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Eine
bevorzugte Spindel-Antriebsanordnung 108 ist im Detail
in den 15-18 dargestellt. Die
Spindel-Antriebsanordnung 108 umfasst eine Spindel 110,
die sich vertikal durch die Anordnung 108 erstreckt. Die
Spindel 110 ist drehbar und gleitend in einem Paar von
Lageranordnungen 112, positioniert zu den gegenüberliegenden
Enden der Spindel 110, befestigt. Die Lageranordnungen
sind vorzugsweise Kugel-Keilwellenlager, die ermöglichen, dass die Spindel 110 entlang
ihrer Achse gleitet und sich um diese herum dreht. Ein geeignetes
Kugel-Keilwellenlager ist der Typ LTR Lager, erhältlich von THK, Inc..
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Wie
in 17 dargestellt ist, besitzt die Spindel 110 eine
hohle Bohrung 114, die sich entlang der Länge der
Spindel 110 erstreckt. Eine Vielzahl von Fluidkanälen 116 ist
in der hohlen Bohrung 114 positioniert. Die Fluidkanäle 116 können Luft
oder eine Flüssigkeit
halten, oder können
ein Vakuum halten. In Abhängigkeit
von dem Typ der Kopf-Anordnung 52, verwendet
in Verbindung mit dem System 10, werden einige oder alle
dieser Kanäle 116 verwendet.
Eine Drehkupplung 118 ist an dem Ende der Spindel 110 gegenüberliegend
der Kopf-Anordnung 52 befestigt. Eine flexible Rohrleitung
(nicht dargestellt), die irgendein Fluid oder ein Vakuum, das erwünscht ist, führt, ist
mit der Drehkupplung 118 befestigt und verbindet sich mit
den Kanälen 116 an
der Spindel 110.
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Die
Spindel 110 wird durch einen Servo-Zahnradmotor 120,
befestigt an dem Rahmen der Spindel-Antriebsanordnung 108 gedreht.
Der Servo-Zahnradmotor 120 dreht einen Riemen (nicht dargestellt),
der wiederum eine Adapter-Antriebsriemenscheibe 122, verbunden
mit der Spindel 110, dreht. Eine axiale Bewegung der Spindel 110 wird
durch einen Grobeinstell-Mechanismus 124 und einen Feineinstell-Mechanismus 126 gesteuert.
Der Grobeinstell-Mechanismus 124 ist vorzugsweise ein Spindel-Antriebsaktuator,
wie beispielsweise ein BC35 Spindel-Antriebsaktuator, erhältlich von
Axidyne. Der Grobeinstell-Mechanismus bewegt die Spindel 110, den
Feineinstell-Mechanismus 126, die Lageranordnung 112 und
den Rest der Spindel-Antriebsanordnung 108 auf Schienen 130,
befestigt an einem fixierten Rahmen 132. Der Grobeinstell-Mechanismus 124 ist
an dem befestigten Rahmen 132 befestigt und besitzt einen
Antriebsbereich, der an Gleitlagern, gleitend verbunden mit dem
Rest der Spindel-Antriebsanordnung 108 an den Schienen 130,
gleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grobeinstell-Mechanismus 124 so
ausgelegt, um die Spindel, zusammen mit dem Rest der Spindel-Antriebsanordnung 108,
ungefähr
3-4 Inch zu bewegen, so dass die Kopf-Anordnung 52 nach
unten durch den Index-Tisch, benachbart zu der primären Wafer-Poliervorrichtung 38 oder
der Nachbesserungs-Poliervorrichtung 40, gebracht wird.
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Wenn
die Kopf-Anordnung 52, über
den Grobeinstell-Mechanismus 124, ungefähr auslaufseitig an dem Bearbeitungsbereich
ankommt, bewegt der Feineinstellungs-Mechanismus 126 den Wafer um den
Rest des Abstands und steuert die nach unten gerichtete Kraft, die
auf den Wafer aufgebracht wird. Vorzugsweise wird der Feineinstell-Mechanismus 126 durch
einen Diaphragma-Doppel-Arbeitszylinder 134, befestigt
an einem Hebelarm 136, betätigt. Der Hebelarm ist an der
Zylinderwelle 138 an einem Ende befestigt und ein Schwenkpunkt 140 ist
an den Schienen 130 an dem anderen Ende befestigt. Ein
Auswurflager 142 ist mit dem Hebelarm 136 zwischen
dem Schwenkpunkt 140 und der Zylinderwelle 138 verbunden.
Das Auswurflager 142 besitzt eine axial fixierte, drehbare
Verbindung mit der Spindel 110, so dass der Zylinder 134 die
Spindel 110 nach oben oder nach unten bewegen kann, während sich
die Spindel 110 dreht. Der Hebelarm liefert Vorteile dahingehend,
dass er einen kleineren, leichteren Zylinder, oder einen anderen
Typ einer Betätigungseinrichtung,
mit geringerer Leistung, zulässt,
um verwendet zu werden, während
auch die axiale Auflösung,
oder die Fähigkeit
einer Feineinstellung, des Zylinders, erhöht wird. In einer bevorzugten
Alternativen kann eine schnell wirkende Füh rungsspindel mit hoher Auflösung den
Doppelbetätigungszylinder 134 an
dem Feineinstell-Mechanismus 126 ersetzen. Ein geeigneter
Diaphragma-Doppelwirkungszylinder ist das Modell D-12-E-BP-UM-Doppelwirkungszylinder,
erhältlich
von Bellofram.
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Aufgrund
der Wichtigkeit, eine gesteuerte, nach unten gerichtete Kraft auf
dem Wafer an der Wafer-Poliervorrichtung 38 beizubehalten,
ist der Feineinstellungs-Mechanismus
vorzugsweise auf innerhalb ein halbes Pound pro Quadratinch (p.s.i.) steuerbar
und besitzt einen Bereich von 2 bis 10 p.s.i.. Eine alternativ bevorzugte
Vorrichtung zur Verwendung als ein Feineinstellungs-Mechanismus
ist ein linearer Aktuator mit hoher Auflösung. Ein linearer Verschiebungssensor 141,
befestigt an dem befestigten Rahmen 132, liefert eine elektrische
Rückführung zu
einer Steuerschaltung, die die Bewegung und die Position des Grobeinstell-Mechanismus 124 anzeigt. Ein
Zylinder-Verlängerungssensor 143 ist
an dem Feineinstellungs-Mechanismus 126 angeordnet und liefert
ein elektrisches Signal zu einer Steuerschaltung, das die Position
des Hebelarms 136 zu dem Zylinder 134 anzeigt.
Vorzugsweise wird das elektrische Signal, das die Position des Hebelarms
und des Zylinders anzeigt, dazu verwendet, die Zylinderwelle 138 in
der Mitte ihres Bewegungsbereichs beizubehalten. Zusätzlich dreht
die Spindel den Wafer unter ungefähr 5 bis 50 U/min während der
Primär-Polier- und
Polier-(Nachbearbeitungs-Polier)-Vorgänge, während die
Spindel-Antriebsanordnung die erwünschte, nach unten gerichtete
Kraft beibehält.
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Um
eine geeignete Steuerung der Spindel und der nach unten gerichteten
Kraft, aufgebracht auf einen Wafer, an der Spindel-Antriebsanordnung 108, beizubehalten,
wird eine Steuerschaltung 144 mit geschlossener Schleife
so verwendet, wie dies in 18 dargestellt
ist. Die Steuerschaltung 144 umfasst eine Steuerschaltung 146 für eine grobe
Bewegung, eine Spindeldreh-Steuerschaltung 148 und eine
Kopf-Steuerschaltung 140 für eine nach unten gerichtete
Kraft. Die grobe Bewegungs-Steuerschaltung 146 ist elektrisch
mit dem Motor des Kopf-Einstellungs-Mechanismus 124 verbunden,
um eine Geschwindigkeit und eine Dauer einer Bewegung zu steuern.
Ein unterer Begrenzungssensor 152 und ein oberer Begrenzungssensor 154 kommunizieren
mit der Grobbewegungs-Steuerschaltung 146,
um den Grobeinstell-Mechanismus 124 abzuschalten, wenn extreme
Positionen erreicht sind. Der lineare Verschiebungssensor 141 und
der Zylinder-Verlängerungssensor 143 kommunizieren
mit der Steuerschaltung. Eine Mehrzahl von Steuerleitungen 156 kommunizieren
auch Anweisungen von einer Prozess-Modul- Steuereinheit 314 (31)
in Kommunikation mit der GUI 28 an dem System 10.
Die Spindeldreh-Steuerschaltung 148 steuert den Motor 120, verbunden
mit der Spindel 110, über
einen Antriebsriemen und einen Adapter. Eine Vielzahl von Motor-Steuerleitungen 158 ermöglicht und
weist an, dass der Motor 120 die Spindel in der erwünschten Richtung
unter der erwünschten
Geschwindigkeit dreht.
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Der
Feineinstellungs-Mechanismus 126 wird durch eine Kopf-Steuerschaltung 150 für eine nach unten
gerichtete Kraft gesteuert. Um am besten den Druck zu steuern, überwacht,
in einer bevorzugten Ausführungsform,
die Steuerschaltung 150 ein Druckdifferenzial an jeder
Seite des Diaphragmas in dem Doppelwirkungszylinder 134 an
einem Druckwandler 160 und aktiviert ein Steuerventil 162,
um Druck zu jeder Seite des Diaphragmas hinzuzufügen oder davon zu entfernen.
Vorzugsweise ist der Zylinder ein pneumatischer Zylinder, obwohl
ein hydraulischer Zylinder auch verwendet werden kann. Ein separater
Kopf-Sensor für
eine nach unten gerichtete Kraft, wie beispielsweise eine Lastzelle,
kann verwendet werden, um den absoluten Druck, aufgebracht durch
den Feineinstellungs-Mechanismus 126, zu messen. Der pneumatische
Druck, zugeführt zu
dem Steuerventil 162, wird über eine Druckleitung 164 zugeführt, die über einen
Solenoid-Schalter 166 aktiviert
wird, nachdem der Grobeinstellungs-Mechanismus seinen Lauf abschließt. Eine
Steuerleitung 168 weist die Kopf-Schaltung 150 für die nach
unten gerichtete Kraft an, die Spindel 110 anzuheben oder zu
erniedrigen, und wie viel Kraft aufgebracht werden muss, basierend
auf Anweisungen, die von dem Benutzer über die GUI 28 empfangen
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 über der
Kopf-Beladeeinrichtung 34 positioniert. Die Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 ist,
wie sie in 19 dargestellt ist, eine vereinfachte
Version der Spindel-Antriebsanordnung der 15-17.
Die Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 umfasst eine
Spindel 111, drehend in einem Lagerblock 113 befestigt.
Der Lagerblock 113 ist gleitend an einer vertikal orientierten
Schiene 115, befestigt an der Tragesäule 117, befestigt.
Die Tragesäule 117 befestigt
sich über
Befestigungseinrichtungen an dem Rahmen des Wafer-Poliersystems 10.
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Die
Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 verwendet
einen einzelnen, linearen Aktuator 119, um die Spindel 111,
den Lagerblock 113 und Befestigungen an dem Lagerblock senkrecht
zu der Ebene des Index-Tischs zu bewegen. Im Ge gensatz zu der Spindel-Antriebsanordnung 108 der 15-17 ist
kein Feineinstellungs-Mechanismus
notwendig, da kein Polieren an der Kopf-Beladeeinrichtung durchgeführt wird.
Zusätzlich
dreht die Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 nur
die Kopf-Anordnung +/– 360°. Da kontinuierliche
Umdrehungen in einer Richtung nicht an der Kopf-Beladeeinrichtung
notwendig sind, verwendet die Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 keine
Drehkupplung, um ein Fluid oder ein Vakuum nach unten entlang der
Spindel 111 zu führen.
Anstelle davon werden irgendwelche Fluid- oder Vakuumkanäle einfach
extern der Spindel 111 geführt und mit einer ausreichenden
Länge versehen,
um eine Umdrehung von bis zu +/– 360° der Spindel
zu ermöglichen.
Ein Servo-Motor 127 treibt
ein Riemen- und Riemenscheibensystem 123 über einen
Getriebekasten 125 an, um die Spindel 111 zu drehen.
Wie vorstehend beschrieben ist, dreht sich die Spindel 111,
um den Düsen
in der Kopf-Beladeeinrichtung zu ermöglichen, den Wafer und/oder
die Kopf-Anordnung zu spülen.
Die derzeit bevorzugte Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109 bietet
die Vorteile von verringerten Kosten und verringerter Komplexität im Vergleich
zu den Spindel-Antriebsanordnungen 108, die an den primären und
Nachbearbeitungs-Poliervorrichtungen 38, 40 notwendig
sind.
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PRIMÄRE WAFER-POLIERVORRICHTUNGEN
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Die
Spindel-Antriebsanordnungen 108 arbeiten mit Bearbeitungsstationen,
positioniert an jedem Punkt entlang des Bearbeitungswegs, definiert
durch den Index-Tisch, zusammen. Wein den 1-3 dargestellt
ist, sind zwei der Bearbeitungsstationen primäre Wafer-Poliervorrichtungen 38.
Vorzugsweise sind die primären
Wafer-Poliervorrichtungen 38 lineare Poliervorrichtungen,
ausgelegt für
eine CMP-Bearbeitung der Halbleiter-Wafer. Das Wafer-Poliersystem 10 kann
mit sich drehenden Poliervorrichtungen in einer alternativen Ausführungsform
zusammenarbeiten. Eine bevorzugte, lineare Wafer-Poliervorrichtung 38 ist in
den 20-25 dargestellt. Die primäre Wafer-Poliervorrichtung 38 umfasst
einen Antriebsriemen 178, positioniert um eine Antriebsrolle 180 und
eine Führungsrolle 182 herum.
Das Band ist vorzugsweise aus einem hochzugfesten Material, zum
Beispiel einem Polymer- oder Material aus rostfreiem Stahl, aufgebaut.
Das Band 178 ist ungefähr 13-14
Inch breit, wenn ein Wafer mit 12 Inch oder einem geringeren Durchmesser
poliert wird. Ein absorbierendes Kissen 179 deckt das Band 178 ab
und arbeitet mit einem Polierfluid, wie beispielsweise einem chemischen
Mittel oder einer Schlämme,
das mikroabrasive Mittel enthält,
um Material von der Oberfläche
eines Wa fers zu entfernen, zusammen. Vorzugsweise ist jede primäre Wafer-Poliervorrichtung 38, verwendet
in dem Wafer-Poliersystem, so aufgebaut, um Material von der Oberfläche eines
Wafers unter einer Rate von mindestens 1000 Ångström pro Minute (Å/min) zu
entfernen. Zusätzlich
setzt jede Poliervorrichtung 38 vorzugsweise eine Kissen-Konditioniereinrichtung
(nicht dargestellt) ein, um die Oberfläche des Kissens 179 aufzurauen,
was Mikrokanäle für einen
Schlämme-Transport
und zum Entfernen von Abrieb, erzeugt während des CMP-Vorgangs, zu schaffen.
Irgendeine Anzahl von bekannten Kissen-Konditionierern kann verwendet
werden.
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Die
Rollen 180, 182 sind in einem ausgekleideten Stahlrahmen 184 befestigt.
Der Rahmen 184 ist vorzugsweise aus Platten aus rostfreiem
Stahl hergestellt und besitzt eine Auskleidung 186, die
aus einem Kunststoff oder einem mit Kunststoff beschichteten Material
hergestellt ist. Da eine chemische Schlämme, eine abrasive Substanz,
in Verbindung mit der Wafer-Poliervorrichtung 38 verwendet
wird, wird die Poliervorrichtung so stark wie möglich auf beiden Seiten und
von außen
abgedichtet, um so zu verhindern, dass die abrasiven Mittel und
Teilchen, erzeugt während
eines Polierens, in die empfindlichen Lageranordnungen eindringen
oder die hintere Endanordnung 14 kontaminieren. Eine Schutzeinrichtung 188 deckt
die Enden der Rollen 180, 182 ab. Beide Rollen 180, 182 besitzen
einen rohrförmigen Kern 190,
der aus rostfreiem Stahl oder einem anderen, nicht korrosiven, hoch
festen Material hergestellt ist. Eine Gummibeschichtung 192 ist über dem
rohrförmigen
Kern 190 gebildet, um eine Traktion zwischen dem Band 178 und
den Rollen 180, 182 zu erreichen. Vorzugsweise
hängt das
Band 178 über
die Enden der Rollen 180, 182, um zu verhindern,
dass Wasser und chemische Schlämme
zwischen das Band 178 und die Rollen 180, 182 eindringt.
Zusätzlich
kann die Gummibeschichtung eine genutete Oberfläche haben, um einen Aufschwimm-Effekt
zu verhindern, falls Wasser oder Schlämme zwischen das Band und die
Rollen gelangt. Ein Ablass 184 für überschüssiges Wasser und Schlämme ist
an dem Boden des Rahmens 184 angeordnet.
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Ein
Rollenantriebszahnradmotor 196 ist unterhalb der Antriebsrolle 180 außerhalb
des Rahmens 184 positioniert. Der Motor 196 dreht
ein Antriebsband 198, das den Motor mit der Antriebsachse 200 der
Rolle 180 verbindet. Die Antriebsachse ist drehbar an abgedichteten
Lageranordnungen 202 in dem Rahmen 184 befestigt.
Der rohrförmige
Kern 190 der Rolle 180 ist fest an der Antriebsachse 200 befestigt.
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Im
Gegensatz zu der Antriebsrolle 180 besitzt die Führugnsrolle 182 eine
Achse 204, die sich nicht dreht. Der rohrförmige Kern 190 der
Führungsrolle 182 dreht
sich passiv um die Achse 204 auf gedichteten Lagern 206,
positioniert zwischen dem rohrförmigen
Kern 190 und der Achse 204, herum. Die Spannung
des Bands 178 auf der Führungsrolle 182 dreht
die Führungsrolle
synchron zu der Antriebsrolle 180. Jedes Ende der Achse 204 an
der Führungsrolle 182 ist
schwenkbar an Gleitstäben 206 befestigt,
die gleitend an dem Rahmen 184 befestigt sind, wie dies
in 22 dargestellt ist. Die Gleitstäbe 206 sind
Teile eines Lenk- und Spannmechanismus 208 in der Poliervorrichtung 38,
die nachfolgend beschrieben ist.
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Wie
am besten in den 21-22 dargestellt
ist, sind der Zug und die Ausrichtung des Bands 178 an
den Rollen 180, 182 automatisch mit einem Lenk-
und Spannmechanismus 208 einstellbar. Der Lenk- und Spannmechanismus 208 ist
aus einem pneumatischen Zylinder 210, wie beispielsweise
einem mehrstufigen Luftzylinder, erhältlich von STARCYL, verbunden
mit jedem Gleitbalken 206 über eine Verbindungs-Anordnung 212,
hergestellt. Die Verbindungs-Anordnung 212 nimmt vorzugsweise
eine Lastzelle 214 auf, um die Last an jeder Seite der
Führungsrolle 182 zu überwachen.
Die Gleitstäbe 206 sind
jeweils in einem Aufnahmegehäuse 216,
befestigt an jeder Seite des Rahmes 184, angrenzend an die
Enden der Führungsrollenachse 204,
gehalten. Das Aufnahmegehäuse
besteht aus zwei gedichteten, linearen Lager-Anordnungen 218,
befestigt an gegenüberliegenden
Seiten in der Öffnung
in dem Gehäuse
für die
Achsen 204. Die Lager-Anordnungen
sind vorzugsweise so ausgerichtet, um eine Bewegung der Gleitstäbe 206 in
einer linearen Richtung parallel zu der Ebene der Rollen 180, 182 zu
ermöglichen.
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Wie
in 21 dargestellt ist, arbeiten die Gleitstäbe und die
Führungsrollenachse
so zusammen, um zu ermöglichen,
dass sich die Enden der Führungsrollenachse
unabhängig
voneinander bewegen. Um die gesamte Spannung an dem Band 178 einzustellen,
können
die Kolben 210 die Gleitstäbe 206 von der Antriebsrolle 180 weg
oder zu dieser hin bewegen. Diese Einstellung kann automatisch ohne das
Erfordernis irgendwelcher Handeinstellungen oder eines Abnehmens
der Rollen erfolgen. Gleichzeitig mit der Einstellung der Spannung
kann der Lenk- und Spannmechanismus 208 die Führungsrolle
in Bezug auf die Antriebsrolle so lenken, dass das Band seine geeignete
Ausrichtung auf den Rollen beibehält und nicht von einem Ende
herunterläuft. Das
Lenken wird durch ein unabhängiges
Bewegen der Gleitstäbe
mit den Kolben 210 vorgenommen, um das Band 178 auszurichten,
wenn es sich um die Rollen dreht. Die Lenkeinstellungen werden entsprechend
zu Signalen, empfangen von den Ausrichtungssensoren 244 (24),
platziert über
eine oder beide Kanten des Bands 178, empfangen. Irgendeine
Anzahl von Sensoren kann verwendet werden, um eine Schaltung mit
geschlossener Schleife zu erstellen, die die relative Bewegung und
das Lenken der Führungsrolle
steuert.
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Wie
am besten in den 21-22 dargestellt
ist, nimmt der Schlitz 219 an jedem Ende der Führungsrollenachse 204 den
Gleitstab 206 auf und ist mit dem Gleitstab an einer drehbaren
Verbindung, vorzugsweise einem Stift 220, der durch den
Gleitbalken 206 und die Achse 204 hindurchfährt, verbunden.
Ein Zwischenraum 222 zwischen der Basis des Schlitzes 219 in
der Achse 204 und der Kante des Gleitbalkens 206 ergibt
einen Freiraum für
eine Schwenkbewegung der Führungsrollenachse 204 um
jeden Stift 220 herum, wenn der Lenk- und Spannmechanismus 208 erfordert,
dass sich die Enden der Führungsrolle 182 unabhängig voneinander bewegen.
Eine flexible, ringförmige
Dichtung 224 dichtet den Zwischenraum zwischen der Achse 204 und
der Öffnung
in dem Rahmen 184 für
die Achse. Die flexible Dichtung 224 dient auch für eine lineare Bewegung
der Achse während
der Lenk- und Spannungseinstellungen. Als eine zusätzliche
Informations-Quelle in Bezug auf die Spannung und die Lenkung des
Bands 178 umfasst der Bandspann- und Lenkmechanismus 208 einen
linearen Verschiebungssensor 226 an jedem Ende der Führungsrollenachse 204.
Ein fixierter Bereich 228 des Sensors 226 befestigt
sich vorzugsweise mit dem Aufnahmegehäuse 216, und ein bewegbarer
Bereich 230 ist an dem Gleitstab 206 befestigt.
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Elektrische
Signale, die für
jede Position des Gleitstabs 206 kennzeichnend sind, relativ
zu einem bekannten Startpunkt, werden durch jeden Sensor zu der
Lenk- und Spannungs-Steuerschaltung 232, wie dies in 24 dargestellt
ist, geschickt. Der Lenk- und
Spannungs-Steuerkreis 232 an jeder Poliervorrichtung 38 nimmt
die Verteilung von Druckluft in einer Druckluftleitung 234 vor.
Ein Solenoid-Ventil 236 wird entfernt durch ein Daten-Signal
getriggert, wenn die Poliervorrichtung aktiviert wird. Ein Druckschalter 238 überwacht
den Luftdruck, um sicherzustellen, dass ein vorbestimmter, ausreichender
Luftdruck vorhanden ist. Daten-Signale von den Lastzellen 214 an den
Verbindungs-Anordnungen 212 werden
durch den zentralen Prozessors (nicht dargestellt) verwendet, um
das Drucksteuer-Ventil 240 einzustellen. Das Drucksteuer-Ventil 240 variiert
die Spannung, die auf das Band, durch die pneumatischen Zylinder 210, aufgebracht
wird.
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Gleichzeitig
nimmt eine Bandführungs-Steuereinheit 242 Informationen
von dem Bandkanten-Positionssensor 244, vorzugsweise ein
induktiver Näherungssensor, über eine
Verstärkerschaltung 246 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform
kann der Bandkanten-Positionssensor ein optischer Sensor sein, wie
beispielsweise eine Videokamera, positioniert so, um die Bandkanten-Position
zu überwachen
und ein elektrisches Signal, das sich auf die Position des Bands
bezieht, zu der Bandführungs-Steuereinheit
zuzuführen.
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Die
Bandführungs-Steuereinheit 242 steuert elektrisch
ein Bandführungs-Steuerventil 248.
Das Steuerventil 248 wird den Luftdruck zu jedem Zylinder 210 entsprechend
den Lenkungserfordernissen, angezeigt durch die Bandführungs-Steuereinheit, verteilen.
Vorzugsweise liefert die Rückführschleife von
dem Bandkanten-Positionssensor 244 zu der Bandführungs-Steuereinheit 242 ein
Einstellsignal zu der Bandführungs-Steuereinheit in
dem Bereich von 4-20 mA, mit einem Ruhe- oder Bandmitten-Pegel, an
dem Mittelpunkt dieses Bereichs eingestellt, zu. Druckmesseinrichtungen 250 an
den pneumatischen Leitungen zwischen den Zylindern 210 und
dem Steuerventil 248 ermöglichen eine manuelle Beobachtung
der vorliegenden Druckeinstellungen.
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Zusätzlich zu
Spannungs- und Lenk-Betrachtungen muss das Band 178 so
flach wie möglich gehalten
werden, wenn der Wafer von dem Index-Tisch durch die Spindel-Antriebsanordnung 108 abgesenkt
wird. Wie zuvor erwähnt
ist, bringt die Spindel-Antriebsanordnung 108 einen
sorgfältig
gesteuerten, nach unten gerichteten Druck auf den Wafer gegen das
Band 178 auf. Dieser Druck kann zu einem Biegen des Bands
nach unten zwischen der Antriebs- und Führungsrolle 180, 182 führen. Da
es wichtig ist, eine flache Bandoberfläche über die Fläche des Wafers anzuordnen,
so dass der Poliervorgang gleichförmig ausgeführt wird, ist ein Paar Bandablenkungsrollen 252 vorzugsweise
an der den Wafer aufnehmenden Seite des Bands 178 positioniert.
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Die
Bandablenkungsrollen 252 sind, wie am besten in den 22, 23 und 25 dargestellt ist,
parallel zu und zwischen den Antriebs- und Führungsrollen 180, 182 positioniert.
Die Bandablenkungsrollen stehen leicht oberhalb der Ebene der Antriebs-
und Führungsrollen
vor. Vorzugsweise lenken die Bandablenkungsrollen das Band in dem
Bereich von 0,06-0,13 Inch oberhalb der Ebene der Antriebs- und
Führungsrollen
ab. Wie in 22 und 25 dargestellt
ist, ist jede Bandablenkungsrolle 252 an dem Rahmen 184 der
Poliervorrichtung 38 durch Rollenträger 254 befestigbar,
die die Achse 256 der Rolle 252 an jedem Ende
aufhängen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt die Rolle 252 eine fixierte Achse 256 und
eine drehbare Hülse 258,
befestigt an gedichteten Lagern um die Achse herum. Die drehbare
Hülse 258 ist
vorzugsweise breiter als das Band 178. Irgendeine Anzahl
von verfügbaren
Rollen-Anordnungen, geeignet zum Tragen von mehreren hundert Pound
eines verteilten Drucks, können
als die Ablenkungsrollen 252 verwendet werden.
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AUFLAGEPLATTEN-ANORDNUNG
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Wie
wiederum 23 zeigt, umfasst die Poliervorrichtung 38 auch
eine Auflageplatten-Anordnung 260. Die Auflageplatten-Anordnung,
in Verbindung mit einer Einstelleinrichtung 262 für die Höhe der Auflageplatte,
steuert den Zwischenraum zwischen der Rückseite des Bands 178 und
der Auflageplatte 264. Ein Vorteil der derzeit bevorzugten
Auflageplatten-Anordnung ist derjenige, dass die Auflageplatten-Anordnung
dazu geeignet ist, Höheneinstellungen
vorzunehmen, ohne das Erfordernis, die gesamte Poliervorrichtung
zu zerlegen. Die Auflageplatten-Anordnung 260 kann ihre
Höhe während eines
Polierens einstellen und eine sehr genaue Druckverteilung über den
Wafer beibehalten. Wein 23 dargestellt
ist, ist die Auflageplatten-Anordnung 260 entfernbar an
dem Rahmen 184 der Poliervorrichtung 38 zwischen
den Bandablenkungsrollen 252 befestigt.
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Wie
in den 26-27 dargestellt
ist, weist die Auflageplatten-Anordnung 260 eine ersetzbare
Disk-Auflageplatte 264, befestigt an einem Disk-Auflageplatten-Halter 266,
auf. Eine Verteiler-Anordnung 268 unterhalb des Disk-Auflageplatten-Halters 266 ist
so ausgelegt, um Fluid zu der Disk-Auflageplatte in präzisen Beträgen zu verteilen. Der
Disk-Auflageplatten-Halter 266 umfasst
vorzugsweise eine Reihe von Vorbenetzungsdüsen 267, angeordnet
entlang zumindest einer der Kanten, senkrecht zu der Bewegungsrichtung
des Bands 178. Fluid wird zu den Vorbenetzungsdüsen 267 von
einem vorbenetzten Verteiler 271 an der Verteiler-Anordnung 268 gerichtet.
Die Vorbenetzungsdüsen
reduzieren die Reibung des Bands gegen die Kanten der Disk-Auflageplatten-Halter,
indem eine kleine Menge eines Fluids vorgesehen wird, um das Band
zu schmieren, wenn es zu Anfang über
die Auflageplatten-Anordnung 260 führt. Vorzugsweise ist das Fluid, das
verwendet wird, Luft, und die Verteiler-Anordnung 268 besitzt
eine Mehrzahl von pneumatischen Schnelltrenn-Öffnungen 270, die
einen einfachen Eingriff und ein einfaches Lösen der Luftzuführungen zu
der Auflageplatten-Anordnung 160 ermöglichen. Eine Auflageplatten-Disk-Dichtung 272 bildet
eine Dichtung zwischen der Auflageplatte 264 und dem Auflageplatten-Halter 266. Ähnlich bildet
eine Auflageplatten-Halterdichtung 274 eine Dich tung zwischen
der Verteiler-Anordnung 268 und dem Auflageplatten-Halter 266.
Eine Vielzahl von Befestigungseinrichtungen 276 hält die Auflageplatten-Anordnung 260 zusammen,
und vier Verbinderlöcher 278 arbeiten
mit Befestigungseinrichtungen (nicht dargestellt) zum Installieren
oder Entfernen der Auflageplatten-Anordnung 260 von der
Poliervorrichtung 38 zusammen.
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Im
Betrieb nimmt die Auflageplatten-Anordnung 260 eine gesteuerte
Zuführung
von Luft, oder einem anderen Fluid, von der Auflageplatten-Fluid-Massendurchfluss-Steuereinrichtung 280 (1), positioniert
an der rückwärtigen Endanordnung 14 des
Systems 10, auf. Andere Fluid-Durchfluss-Steuereinheiten
können
in Verbindung mit der derzeit bevorzugten Auflageplatten-Anordnung
verwendet werden. Der kontrollierte Fluidfluss von den Massendurchfluss-Steuereinheiten 280 wird
an der Verteiler-Anordnung 268 aufgenommen und zu der Vielzahl
der Luftverteilungs-Öffnungen 282 in
der Disk-Auflageplatte 264 verteilt.
Die Luft, oder ein anderes Fluid, das von den Verteilungs-Öffnungen 282 austritt,
erzeugt ein Fluidlager, das Druck auf das Band 178 in einer
präzisen,
gesteuerten Art und Weise aufbringt, während eine Reibung gegen das
Band minimiert wird, wenn es kontinuierlich über das Luftlager läuft. In
einer anderen, bevorzugten Ausführungsform
kann die Verteiler-Anordnung weggelassen werden, und einzelne Schläuche oder
Rohre können
Fluid zu den geeigneten Düsen
oder Öffnungen
in der Auflageplatten-Anordnung verteilen.
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Ein
anderer, wichtiger Aspekt der Poliervorrichtung 38 ist
eine Auflageplatten-Höhen-Einstelleinrichtung 262 zum
Einstellen der Höhe
der Auflageplatte 260 in Bezug auf das Band 178 ebenso
wie zum Beibehalten einer parallelen Ausrichtung der Auflageplatte 260 zu
dem Band. Die Auflageplatten-Höhen-Einstellung 262 ist
vorzugsweise aus drei unabhängig
betätigbaren
Anhebe-Mechanismen 284 aufgebaut. Wie in den 21 und 23 dargestellt ist,
sind die Anhebe-Mechanismen 284 in einem dreieckigen Muster
so voneinander beabstandet, dass die Auflageplatten-Anordnung 262 auf
irgendeinen Winkel in Bezug auf das Band 178 eingestellt
werden kann. Die Anhebe-Mechanismen 284 sind zwischen den
Antriebs- und Führungsrollen 180, 182 direkt
unterhalb der Auflageplatten-Anordnung 262 in
einer abgedichteten Kammer in dem Rahmen 184 positioniert.
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28 stellt
am besten den Aufbau eines bevorzugten Anhebe-Mechanismus 284 dar.
Jeder Anhebe-Mechanismus 284 wird durch einen Motor 286,
gesteuert durch einen Codierer 288 über eine Daten-Leitung 290,
angesteuert. Der Motor 286 treibt einen Plane ten-Zahnradkopf 292 über einen
Adapter 294 an. Der Getriebekopf besitzt vorzugsweise ein sehr
hohes Übersetzungs-Verhältnis, so
dass Feineinstellungen möglich
sind. Ein geeignetes Übersetzungs-Verhältnis ist
100:1. Ein Nocken-Mechanismus 295 überträgt die Drehbewegung des Schrittmotors 286 in
eine vertikale Bewegung der Anhebe-Einrichtungswelle 296. Ein
ringförmiges
Lager 298, das positive und negative, sphärische Flächen (siehe 23)
besitzt, führt
zu mehreren Bewegungs-Graden, um den Anhebe-Mechanismen 284 auf der Auflageplatten-Höhen-Einstell-Einrichtung 262 zu
ermöglichen,
sich nach oben und nach unten zu bewegen, ohne eine übermäßige Spannung
zwischen der Auflageplatten-Befestigungsplatte 300 und
den Wellen 296 zu verursachen, wenn die Auflageplatten
an den drei Kontaktpunkten eingestellt wird. Die Wellen 296 verbinden
sich jeweils mit der Befestigungsplatte ohne eine Schraube 302 und
eine Unterlegescheibe 304. Eine Faltenbalg-Befestigung 306 und
eine Klammer 308 bilden eine abgedichtete Verbindung mit
der Befestigungsplatte 300, wenn die Auflageplatten-Höhen-Einstellung 262 mit
der Auflageplatten-Anordnung 260 über die Befestigungsplatte 300 verbunden
ist.
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NACHBEHANDLUNGS-POLIERVORRICHTUNG
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Eine
Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 ist unterhalb des
Index-Tisches ( 1) befestigt und arbeitet mit
der Spindel-Antriebsanordnung 108, befestigt in dem System 10,
auf der gegenüberliegenden
Seite des Index-Tischs 36, zusammen, um einen Endpolierschritt
an jedem Wafer, der entlang des Bearbeitungswegs fortschreitet,
vorzunehmen. Die Nachbearbeitungs-Poliervorrichtung, verwendet in Verbindung
mit dem Wafer-Poliersystem 10,
kann von irgendeiner Anzahl von bekannten Drehpoliervorrichtungen
sein, wie beispielsweise solche, die von Engis Corporation erhältlich sind.
In einer Ausführungsform
kann die Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 eine lineare
Poliervorrichtung, ähnlich
zu der primären
Wafer-Poliervorrichtung 38, beschrieben vorstehend, sein,
angepasst so, um einen planarisierten Wafer durch Entfernen von
Material von dem Wafer unter einer Rate geringer als 1000 (Å/min) zu entfernen.
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Eine
andere Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 zur Verwendung
in dem Wafer-Poliersystem 10 ist in den 29-30 dargestellt.
Diese Ausführungsform
der Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 führt ein
Design für
eine gleichzeitige Dreh- und lineare Oszillations-Bewegung einer
Polierplatte 330 aus. Die Polierplatte 330 trägt ein Polierkissen 332,
verwendet dazu, feine Kratzer und Markierungen von der Oberfläche jedes
Halbleiter-Wafers zu entfernen. Das Kissen 332 verwendet vorzugsweise
ein Polierfluid, zum Beispiel eine Zuführung einer Schlämme, die
mikroabrasive Mittel enthält,
um Material von dem Wafer unter einer Rate geringer als 1000 Ångström pro Minute
zu entfernen. Die Spindel-Antriebsanordnung dreht den Wafer, wenn
der Wafer gegen die sich drehende, linear oszillierende Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 gehalten
wird.
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Die
Drehplatte 330 verbindet sich mit einem Motor 338 über eine
Welle 336. In einer Ausführungsform wird die Drehplatte
unter einer Geschwindigkeit von 10-200 Umdrehungen pro Minute (U/min),
steuerbar auf +/–1
U/min, gedreht. Der Motor 338, die Welle 336 und
die Drehplatte 330 sind gleitend auf einer linearen Führungs-Anordnung 340,
positioniert parallel zu der Oberfläche der Drehplatte 330,
befestigt. Die lineare Führungs-Anordnung ist an
dem Rahmen 346 der Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 befestigt.
Ein linearer Aktuator 344, verbunden mit der linearen Führungs-Anordnung 340,
oszilliert die Befestigungsplatte und befestigte Komponenten so, dass
sich die Drehplatte 330 nach hinten und nach vorne in einer
linearen Richtung entlang der linearen Führungs-Anordnung 340 bewegt, während sich
die Drehplatte 330 gleichzeitig dreht. Die lineare Betätigungseinrichtung 344 ist
dazu geeignet, die Drehplatte und befestigte Komponenten entlang
der linearen Führungs-Anordnung
unter einer Rate von 60-600 Hüben
pro Minute zu oszillieren, wobei ein Hub der maximale Lauf in einer
Richtung ist. Der Hub kann zwei Inch sein, wobei sich der lineare
Aktuator +/- 1 Inch von einer Grundposition entlang der linearen
Führungs-Anordnung
bewegt.
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Der
lineare Aktuator kann von irgendeinem Typ eines linearen Aktuators
sein, geeignet für
eine lineare Bewegung der Drehplatte und von verbundenen Komponenten
unter einer vorbestimmten Rate. Ein Drehpolier-Mechanismus, wie
beispielsweise solche, die durch Engis Corporation hergestellt sind, können als
der Drehplattenbereich der bevorzugten Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 verwendet werden.
Obwohl die Ausführungsform
einer Nachbehandlungs-Poliervorrichtung, dargestellt in den 29-30,
so arbeitet, um gleichzeitig die Drehplatte zu drehen, während die
Drehplatte in einer linearen Richtung oszilliert wird, kann die
Nachbehandlungs-Poliervorrichtung so gesteuert werden, um nur die
Drehplatte in einer linearen Richtung zu bewegen, ohne die Drehplatte
zu drehen. Umgekehrt kann ein Wafer auch geeignet durch nur Drehen
der Drehplatte und ohne Oszillieren der Drehplatte in einer linearen
Richtung poliert werden.
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STEUERARCHITEKTUR
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31 stellt
ein bevorzugtes Kommunikations-Netzwerk und eine Steuerarchitektur
zum Handhaben einer Operation des Wafer-Poliersystems 10 dar.
Vorzugsweise ermöglicht
die Graphik-Benutzer-Schnittstelle 30, verwendet an der
Anzeige 28 in der vorderen Endrahmen-Anordnung 12,
eine direkte Wechselwirkung zwischen Benutzern und einer Cluster-Tool-Steuereinheit
(CTC) 310. Die CTC 310 ist der Hauptprozessor
für das
System. Eine geeignete Cluster-Tool-Steuereinheit ist ein kompakter,
auf einem PCI basierender Computer, der unter Microsoft NT 4.0 läuft. Die
Graphik-Benutzer-Schnittstelle 30 ist vorzugsweise unter
Verwendung von Wonderware In Touch Tools geschrieben. Eine SECS/GEM Schnittstelle
kann unter Verwendung von GW Associates Tools geschrieben sein,
um über
eine RS-232 Verbindung 312 zu arbeiten, und wird für Kommunikationen
mit einer anderen Ausrüstung
verwendet. Die CTC 310 kommuniziert vorzugsweise mit Prozess-Modul-Steuereinheiten
(PMC) 314 und einer Transport-Modul-Steuereinheit (TMC) 316 über ein Ethernet-Netzwerk 318.
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Jede
PMC 314 steuert die Betriebsweise einer Wafer-Bearbeitungsvorrichtung
(d.h. die primären
Poliervorrichtungen 38, die Nachbehandlungs-Poliervorrichtung 40 und
die Abreib-Anordnung 32) entsprechend zu Befehlen von der
CTC 310. Die PMCs 314 sind vorzugsweise kompakte,
auf PCI basierende Computer, die mit einer pSOS+ Software laufen
und dazu geeignet sind, mit der TMC 316 und anderen PMCs 314 über das
Ethernet-Netzwerk 318 zu kommunizieren.
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Die
TMC 316 ist auch vorzugsweise ein kompakter, auf einem
PCI basierender Computer, der mit einer pSOS+ Software läuft. Die
TMC steuert die Kopf-Beladeeinrichtung 34,
den Trocken- und Nass-Roboter 20, 24 und den Index-Tisch 36.
Die TMC 316 enthält
vorzugsweise eine Ablaufplanungs-Software zum Sicherstellen, dass
die Halbleiter-Wafer geeignet über
das System 10 verarbeitet werden.
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ALLGEMEINE
ERLÄUTERUNG
DES PROZESSES
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Bearbeiten der Wafer unter Verwendung
des Systems 10, beschrieben vorstehend, wird nachfolgend
angegeben. Kassetten 16, gefüllt mit einer Vielzahl von
Halbleiter-Wafern, sind an der vorderen Endanordnung 12 installiert,
um das Verfahren zu beginnen. Der Trocken-Roboter 20 entnimmt
einzelne Wafer und platziert jeden auf der Überführungsstation 22.
Die Überführungsstation
wird den Wafer durch Drehen des Wafers, bis eine charakteristische
Referenz-Markierung, zum Beispiel eine Kerbe oder eine Fläche, geeignet
ausgerichtet ist, ausrichten. Der Nass-Roboter 24 reicht
heraus bis zu der Überführungsstation 22, um
den Wafer zu entnehmen und umzudrehen, so dass die Seite mit der
Schaltung, falls eine vorhanden ist, nach unten weist. Der Nass-Roboter 24 trägt den Wafer
in die rückwärtige Endrahmen-Anordnung 14 und
legt ihn auf die Kopf-Beladeeinrichtung 34. Die Kopf-Beladeeinrichtung
hebt dann den Wafer bis zu der Kopf-Anordnung 52 an.
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Der
Schritt einer Überführung des
Wafers von der Kopf-Beladeeinrichtung zu der Kopf-Anordnung wird über eine
synchronisierte Aktivität
an der Kopf-Beladeeinrichtung 34 und der Kopf-Beladeeinrichtungs-Spindel-Antriebsanordnung 109,
positioniert oberhalb der Kopf-Beladeeinrichtung, durchgeführt. An
der Kopf-Beladeeinrichtung hat der Nass-Roboter gerade den Wafer auf den angehobenen
Tragering 94 eingestellt. Der Ausrichtungsring 96 bewegt
sich nach oben, um den Wafer auf dem Tragering 94 auszurichten.
Die Kopf-Beladeeinrichtung hebt als nächstes das Rohr 90 an
und befeuchtet die Rückseite
des Wafers, um die Kopf-Anordnung 52 dabei zu unterstützen, den
Wafer zu ergreifen, und zwar unter Verwendung eines Vakuums oder
der Oberflächen-Spannung
des Fluids. Da der Wafer zuvor umgedreht worden ist, weist die Rückseite
des Wafers nach oben zu der Kopf-Anordnung 52 hin. Das
Rohr 90 wird erniedrigt, nachdem die Befeuchtung abgeschlossen
ist. Die Ausrichtungs- und Trageringe bewegen sich nach oben, um
die Kopf-Anordnung zu treffen und den Wafer zu überführen.
-
Während die
Rückseite
des Wafers befeuchtet ist, bewegt sich die Spindel-Antriebsanordnung nach
unten, um die Kopf-Anordnung zu ergreifen. Die positiven und negativen
Bereiche der Werkzeug-Austausch-Einrichtung an der Spindel- und
Kopf-Anordnung werden
jeweils miteinander verriegelt. Der Kopf-Rückhaltemechanismus 68 gibt
dann die Kopf-Anordnung 52 von dem Index-Tisch 36 frei.
Die Spindel-Antriebsanordnung
erniedrigt nun die Kopf-Anordnung nach unten über den Index-Tisch, um den
Wafer zu treffen. Der Tragering 94 bewegt den befeuchteten
Wafer nach oben, bis das Ansaugen der Luft durch die Luftkanäle 58 auf
der Wafer-Aufnahmeplatte 54 den Wafer ergreift. Die Kopf-Anordnung
wird zu dem Index-Tisch, verriegelt in dem Kopf-Rückhaltemechanismus,
und freigegeben durch die Spindel, angehoben.
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Der
Index-Tisch dreht den Wafer zu der ersten, primären Wafer-Poliervorrichtung 38,
um das Polieren zu beginnen. Wie vorstehend beschrieben ist, ist
die Kopf-Anordnung,
die den Wafer hält,
mit der Spindel verbunden und wird nach unten zu der primären Wafer-Poliervorrichtung 38 gebracht.
Die Spindel-Antriebsanordnung 108 über der primären Wafer-Poliervorrichtung
bewegt den Wafer ungefähr 4
Inch nach unten von dem Index-Tisch aus, und während sich der Wafer unter
einer konstanten Geschwindigkeit dreht, drückt sie den Wafer nach unten in
das Polierkissen auf dem sich bewegenden Band 178 mit einer
gemessenen, nach unten gerichteten Kraft hinein. Die Spindel-Antriebsanordnung 108,
die Auflageplatten-Anordnung 260 und die Auflageplatten-Höhen-Einstelleinrichtung 262 nehmen
Anweisungen von der Prozess-Modul-Steuereinheit 314 auf
und arbeiten so zusammen, um den geeigneten Druck und die Ausrichtung
zwischen dem Wafer und dem Band beizubehalten. Auch wird ein chemisches Poliermittel,
wie beispielsweise eine 10% mikroabrasive Schlämme, kontinuierlich oder intermittierend auf
das Polierkissen auf dem Band zugeführt, und der Wafer-Poliervorgang
wird eingeleitet. Der Wafer wird nur teilweise poliert, vorzugsweise
bis zur Hälfte poliert,
und zwar an der ersten, primären
Poliervorrichtung 38. Die Spindel-Anordnung zieht den Wafer zurück nach
oben zu dem Index-Tisch nach einem teilweise Polieren des Wafers,
und, nachdem die Kopf-Anordnung wieder mit dem Index-Tisch verbunden
ist und sich die Spindel löst,
befördert
der Index-Tisch den Wafer zu der nächsten, primären Poliervorrichtung 38.
Die Schritte eines Entfernens und Polierens des Wafers werden wiederholt,
um das Polieren des Wafers abzuschließen.
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Der
Wafer wird wieder mit dem Index-Tisch verbunden und zu der Nachbehandlungs-Poliervorrichtung
zum Entfernen irgendwelcher Kratzer oder von Fehlern, die von den
primären
Polierschritten verbleiben, bewegt. Nach einem Polieren in der Nachbehandlungs-Poliervorrichtung
wird der Wafer erneut durch den Index-Tisch befördert und zu der Kopf-Beladeeinrichtung
zurückgeführt. Die
Kopf-Beladeeinrichtung führt
mehrere Schritte während
des Entladevorgangs durch. Das Rohr 90 hebt sich an und
dichtet sich gegen den Index-Tisch ab. Düsen in der Kopf-Beladeeinrichtung
sprühen
DI-Wasser auf die Fläche
des Wafers auf. Der Wafer-Tragering 94 hebt sich bis zu
der Kopf-Anordnung an und die Kopf-Anordnung drückt den Wafer mit einem passenden
Stoß an
Gas oder Flüssigkeit
weg. Der Ausrichtungsring 96 hebt sich um den Tragering
herum an, um den Wafer auszurichten, und dann erniedrigen die Trage-
und Ausrichtungsringe den Wafer. Mit dem Rohr noch gegen den Index-Tisch
abgedichtet, spülen
die Düsen 100 die
Rückseite
des Wafers und den Wafer-Rückhaltebereich
der Kopf-Anordnung. Das Rohr erniedrigt sich nach dem Spülen und
der Nass-Roboter entfernt den Wafer von der Kopf-Beladeeinrichtung, dreht ihn um und
platziert dann den planarisierten Wafer in die Abreib vorrichtung
für ein Endreinigen
und Trocknen. Der Nass-Roboter sucht dann unmittelbar einen nicht
polierten Wafer von der Wafer-Überführungsstation
auf und platziert ihn in die Kopf-Beladeeinrichtung. Der Trocken-Roboter
nimmt den gereinigten und getrockneten Wafer von der Abreibeinrichtung
auf und platziert ihn zurück
in die Kassette.
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Diese
Schritte werden mit jedem Wafer wiederholt, so dass alle Wafer durch
dieselben Vorrichtungen gehandhabt werden. Alle vier Kopf-Aufnahmebereiche
auf dem Index-Tisch sind mit Wafern belegt, wenn sich das System
in vollem Betrieb befindet. Nachdem die Kopf-Beladeeinrichtung einen
polierten Wafer von der Kopf-Anordnung entfernt, wird ein neuer
Wafer auf die verfügbare
Kopf-Anordnung gelegt. In einer bevorzugten Ausführungsform hält, zu jedem
Zeitpunkt, zu dem der Index-Tisch die Kopf-Anordnungen zu einer neuen Position über der nächsten Bearbeitungsstation
dreht, der Index-Tisch an und jede Spindel-Antriebsanordnung entfernt
die Kopf-Anordnung (und den befestigten Wafer), positioniert unterhalb
davon, für
eine Bearbeitung. Alle Bearbeitungsstationen führen deren jeweiligen Aufgaben
zur selben Zeit aus. Ein Vorteil des bevorzugten Systems und des
Verfahrens ist die verbesserte Übereinstimmung
durch Bearbeiten jedes Wafers über
denselben Bearbeitungsweg, um irgendwelche Diskrepanzen in der Planarisierung
zwischen Wafern zu verhindern. Auch kann das System effektiver Wafer
zum Unterteilen der Polierschritte in mehrere Schritte über zwei
oder mehr Poliervorrichtungen unterteilen. Ein erhöhter Durchsatz
wird durch Optimieren der Anzahl von Poliervorrichtungen 38, 40 entlang
des Bearbeitungswegs erhalten, so dass ein kontinuierlicher Fluss
von Wafern entlang des Bearbeitungswegs befördert wird. In der Ausführungsform,
die vorstehend diskutiert ist, wird angenommen, dass die gesamte
Zeit zum Polieren zweimal so lang wie die Abreib- und Trocknungsschritte
ist, so dass zwei Poliervorrichtungen vorgesehen worden sind, und
die Hälfte
der Polieraufgaben an jede Poliereinrichtung stattfindet. Demzufolge
kann sich der Index-Tisch von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation
unter konstanten Intervallen drehen. Wie gesehen werden kann, können anderen
Anzahlen von Poliervorrichtungen oder anderen Bearbeitungsstationen
verwendet werden, in Abhängigkeit von
den Grenzen irgendeiner Bearbeitungsstation oder dem Typ eines Polierens,
der durchgeführt
wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das derzeit bevorzugte System so modifiziert werden, um getrennte
Poliervorgänge
entlang desselben Bearbeitungswegs auszuführen. Zum Beispiel kann, falls
ein Wafer am besten unter Verwendung von zwei oder mehr chemisch
nicht kompatiblen Poliervorgängen
poliert wird, das System 10 so aufgebaut sein, um jede
Poliervorrichtung, verwendet entlang des Bearbeitungswegs, zu isolieren,
und den Wafer zwischen Polierschritten zu isolieren. In einer anderen, alternativen
Ausführungsform
kann ein Nass-Wafer-Haltebereich angrenzend an die Kopf-Beladeeinrichtung
hinzugefügt
werden, um bearbeitete, nasse Wafer zu bevorraten, falls die Abreibe-Anordnung ausfällt. Auf
diese Art und Weise werden Schlämme-Verbindungen feucht
verbleiben, bis irgendein Problem mit der Abreibeinrichtung korrigiert
ist.
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Vorstehend
sind ein verbessertes System und ein Verfahren zum Polieren von
Halbleiter-Wafern beschrieben worden. Das Verfahren umfasst die Schritte
einer Bearbeitung aller Wafer über
einen einzelnen Bearbeitungsweg und ein Unterteilen des Polierschritts
auf mindestens zwei Poliereinrichtungen, um die Übereinstimmung und den Durchsatz
zu erhöhen.
Das System umfasst integrierte Polier-Hoch-Polier- und Abreibvorrichtungen,
die entlang eines einzelnen Bearbeitungswegs zugänglich sind, unter Verwendung
einer Fördereinrichtung
mit einem Index-Tisch. Das System umfasst eine abnehmbare Kopf-Anordnung
zum Austauschen der Kopf-Anordnung zwischen dem Index-Tisch und
den Spindel-Antriebsanordnungen, positioniert an jeder Bearbeitungsstation.
Eine Kopf-Beladeeinrichtung ist so ausgelegt, um Wafer, die sich
zu und von dem Index-Tisch bewegen, zu beladen, zu entladen und
zu spülen.
Eine lineare Wafer-Poliervorrichtung umfasst eine automatische,
pneumatische Bandspannung und -lenkung. Zusätzlich umfasst die Poliervorrichtung
eine pneumatische Auflageplatte, die einen Verteiler besitzt, der
eine unnötige
Verrohrung beseitigt. Die Auflageplatte ist bewegbar an einer Auflageplatten-Höhen-Einstelleinrichtung
befestigt, die genau die Auflageplatte und das Band zu dem Wafer
während
des Polierens ausrichtet. Eine Spindel-Antriebsanordnung, die eine
zweistufige, vertikale Einstellung und eine präzise Möglichkeit einer nach unten gerichteten
Kraft verwendet, ist auch vorgesehen.
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Es
ist vorgesehen, dass die vorstehende, detaillierte Beschreibung
als erläuternd,
im Gegensatz zu einschränkend,
angesehen wird, und dass verständlich
werden sollte, dass die nachfolgenden Ansprüche den Schutzumfang dieser
Erfindung definieren.