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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren
einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere
eines Halbleiterwafers, mit mindestens einem Polierkopf, der eine
mittels einer Antriebseinrichtung in vertikaler Richtung verstellbare
und um eine vertikale Achse drehend antreibbare Halteeinrichtung
für das Werkstück aufweist, mit einer Eingabestation,
von der ein Werkstück durch den Polierkopf mittels der
Halteeinrichtung aufgenommen werden kann, mit mindestens einer Polierstation
mit einem mittels einer Antriebseinrichtung um eine vertikale Achse
drehend antreibbaren Polierteller, wobei das Werkstück
durch den Polierkopf von der Eingabestation zu der Polierstation transportiert
werden kann, so daß in einer Polierstellung das mit der
Halteeinrichtung des Polierkopfs drehend angetriebene Werkstück
mit gegenüberliegenden Abschnitten des drehend angetriebenen
Poliertellers zum Polieren des Werkstücks zusammenwirken
kann, wobei eine geringfügig oszillierende Polierkopfbewegung
erfolgen kann, und mit einer Ausgabestation, wobei das Werkstück
durch den Polierkopf von der Polierstation zu der Ausgabestation transportiert
und mittels der Halteeinrichtung auf der Ausgabestation abgelegt
werden kann.
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Die
Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum chemisch-mechanischen
Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere
eines Halbleiterwafers, bei dem ein Werkstück mit mindestens
einem Polierkopf, der eine in vertikaler Richtung verstellbare und
um eine vertikale Achse drehend antreibbare Halteeinrichtung für
das Werkstück aufweist, mittels der Halteeinrichtung von
einer Eingabestation aufgenommen wird, bei dem das Werkstück von
dem Polierkopf zu mindestens einer Polierstation mit einem mittels
einer Antriebseinrichtung um eine vertikale Achse drehend antreibbaren
Polierteller transportiert wird, so daß in einer Polierstellung
das mit der Halteeinrichtung des Polierkopfs drehend angetriebene
Werkstück mit gegenüberliegenden Abschnitten des
drehend angetriebenen Poliertellers zum Polieren des Werkstücks
zusammenwirkt, wobei eine geringfügig oszillierende Polierkopfbewegung erfolgen
kann, und bei dem das Werkstück durch den Polierkopf von
der Polierstation zu einer Ausgabestation transportiert und mittels
der Halteeinrichtung auf der Ausgabestation abgelegt wird.
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Derartige
Vorrichtungen und Verfahren dienen zur Werkstückbearbeitung
beispielsweise bei der Waferherstellung. Dabei findet das Polieren
der Werkstücke, beispielsweise Wafer, üblicherweise
in einem Reinstraum statt, um Verunreinigungen des Werkstücks
zu verhindern. Bei derartigen Vorrichtungen bzw. Verfahren bestehen
hohe Anforderungen an die Produktionsgeschwindigkeit, insbesondere den
Durchsatz an bearbeiteten Werkstücken. Darüber
hinaus sollen solche Vorrichtungen kompakt und kostengünstig
sein. Zum Teil sind dabei mehrstufige Bearbeitungsprozesse gewünscht,
bei denen in einer ersten Stufe beispielsweise ein Vorpolieren und
in einer zweiten Stufe ein Nachpolieren des Werkstücks erfolgt.
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Aus
WO 03/089191 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren
von Werkstücken bekannt. Dabei ist eine Zwischenstation
vorgesehen, in die ein zu bearbeitender Wafer nach einem ersten
Poliervorgang abgelegt wird. In der Zwischenstation findet eine
Reinigung bzw. chemische Behandlung des Wafers statt. Anschließend
kann der Wafer durch eine Halteeinrichtung wieder aufgenommen werden
und beispielsweise einem weiteren Poliervorgang (Nachpolieren) zugeführt
werden. Ein Nachteil der bekannten Vorgehensweise besteht darin,
daß das zu bearbeitende Werkstück mehrfach von
einer Halteeinrichtung aufgenommen und abgelegt werden muß.
Damit ist die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks
verbunden. Außerdem sind maximal zwei vollwertige Polierstationen
vorgesehen und es besteht teilweise eine eingeschränkte
Flexibilität bei der Wahl der Polierzeiten. Darüber
hinaus weist die bekannte Vorrichtung eine im Verhältnis
zu dem erreichbaren Werkstückdurchsatz große Bauform
auf und verursacht verhältnismäßig hohe
Kosten.
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Aus
DE 197 19 503 A1 ist
eine Vorrichtung zum chemisch-mechanischen Polieren einer Oberfläche
eines Objekts, insbesondere eines Halbleiterwafers, bekannt. Dabei
sind zwei Poliereinheiten zum Polieren der Objektoberfläche
vorgesehen. Die Poliereinheiten sind entlang linearer Führungen
verstellbar. Auf diese Weise können auf zwei Poliertellern gleichzeitig
zwei Werkstücke poliert werden. Ein Nachteil der bekannten
Vorrichtung liegt in der Baugröße und den Kosten
im Verhältnis zu dem erreichbaren Werkstückdurchsatz.
Wiederum sind maximal zwei vollwertige Polierstationen vorgesehen.
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Ausgehend
von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, mit denen bei hoher Flexibilität
ein großer Durchsatz von bearbeiteten Werkstücken
bei geringer Baugröße und geringen Kosten erreicht
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Patentansprüche
1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich
in den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der Zeichnung.
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Für
die eingangs genannte Vorrichtung löst die Erfindung die
Aufgabe dadurch, daß die Eingabestation, die Polierstation
und die Ausgabestation hintereinander auf einer Kreisbahn verteilt
angeordnet sind und daß der mindestens eine Polierkopf
zum Aufnehmen, Transportieren und Ablegen des Werkstücks
mittels einer Verfahreinrichtung oberhalb der Eingabestation, der
Polierstation und der Ausgabestation auf der Kreisbahn verfahren
werden kann.
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In
Bezug auf das eingangs genannte Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der Polierkopf zum Aufnehmen, Transportieren
und Ablegen des Werkstücks auf einer Kreisbahn oberhalb
der hintereinander auf der Kreisbahn verteilt angeordneten Eingabestation,
Polierstation und Ausgabestation verfahren wird.
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Der
Polierkopf gemäß der Erfindung weist in an sich
bekannter Weise eine Antriebseinrichtung auf, mit der eine Halteeinrichtung
für das Werkstück in vertikaler Richtung verstellt
und um eine vertikale Achse drehend angetrieben werden kann. Die
Halteeinrichtung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise
eine Vakuumhalteeinrichtung sein. In der Eingabestation wird ein
Werkstück bereitgestellt, das dann von der Halteeinrichtung
des Polierkopfs aufgenommen werden kann. Das Werkstück
wird anschließend in der Halteeinrichtung gehalten.
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Weiterhin
ist in an sich bekannter Weise eine Polierstation mit einem mittels
einer geeigneten Antriebseinrichtung um eine vertikale Achse drehend antreibbaren
Polierteller vorgesehen. Nachdem das Werkstück von der
Eingabestation zu der Polierstation transportiert wurde, wird die
Halteeinrichtung in ebenfalls an sich bekannter Weise mittels der
Antriebseinrichtung vertikal nach unten verstellt. In dieser Polierstellung
wird sowohl der Polierteller drehend angetrieben als auch die Halteeinrichtung
mit dem Werkstück. Die Drehrichtung von Halteeinrichtung
und Polierteller ist dabei bevorzugt gleichsinnig. Das Werkstück
wird mit der Halteeinrichtung so weit abgesenkt, bis ein Polierkontakt
zwischen der Werkstückoberfläche und dem Polierteller
bzw. einem auf dem Polierteller in an sich bekannter Weise aufgebrachten
Polierbelag (Polierpad) entsteht. Während des Poliervorgangs
kann von der Antriebseinrichtung der Halteeinrichtung in vertikaler
Richtung ein Anpreßdruck ausgeübt werden, so daß das
Werkstück auf den Polierteller gedrückt wird.
Dabei kann eine geringfügig oszillierende Bewegung des
Polierkopfes bzw. der das Werkstück haltenden Halteeinrichtung einstellbar
sein.
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Nach
Abschluß des Poliervorgangs wird die Halteeinrichtung in
vertikaler Richtung von dem Polierteller nach oben entfernt und
die Rotation der Halteeinrichtung beendet. Anschließend
wird der Polierkopf zu der Ausgabestation verfahren und durch ein Absenken
der Halteeinrichtung auf die Ausgabestation und ein Lösen
der Halteeinrichtung das bearbeitete Werkstück auf der
Ausgabestation abgelegt. Von dort kann das Werkstück zur
weiteren Behandlung entnommen werden. Nach dem Ablegen eines bearbeiteten
Werkstücks auf der Ausgabestation kann der Polierkopf wieder
zu der Eingabestation verfahren werden, wo er ein weiteres Werkstück
zur Bearbeitung aufnehmen und weitertransportieren kann. Der Halbleiterwafer
kann beispielsweise ein Siliziumwafer sein.
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Die
Erfindung sieht vor, daß die einzelnen Stationen hintereinander
auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Insbesondere sind dabei die
Zentren der Stationen und insbesondere beispielsweise die Zentren
von in Draufsicht kreisförmigen Elementen der einzelnen
Stationen, also zum Beispiel der zylindrischen Werkstückaufnahmezonen
der Ein- und Ausgabestation sowie der in Draufsicht kreisförmigen Polierteller
der Polierstation, auf der Kreisbahn angeordnet. Die Kreisbahn verläuft
dabei um das Zentrum beispielsweise einer Vorrichtungs- oder Poliererbasis.
Die mindestens eine Polierstation ist zwischen der Eingabe- und
Ausgabestation angeordnet.
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Der
Polierkopf, und insbesondere beispielsweise das Zentrum einer zylindrischen,
also in Draufsicht kreisförmigen Werkstückaufnahmezone
der Halteeinrichtung, kann erfindungsgemäß entsprechend
in einer Ebene oberhalb der Stationen auf der Kreisbahn verfahren
werden. Auf diese Weise kann der Polierkopf schrittweise, endlos
in eine Richtung oberhalb der Eingabe-, Polier- und Ausgabestationen von
Station zu Station gedreht werden. Die Drehung erfolgt dabei beispielsweise
im Uhrzeigersinn entlang der Kreisbahn.
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Es
können mehr als ein Polierkopf, insbesondere mindestens
zwei oder mehr, beispielsweise drei oder vier Polierköpfe
vorgesehen sein. In diesem Fall kann vorgesehen sein, daß die
Polierköpfe zum Aufnehmen, Transportieren und Ablegen des
Werkstücks mittels jeweils einer Verfahreinrichtung oberhalb
der Eingabestation, der Polierstation und der Ausgabestation auf
der Kreisbahn verfahren werden können.
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Durch
die kreisförmige Anordnung der Stationen und die ebenfalls
kreisförmige Verfahrbarkeit des mindestens einen Polierkopfs
wird erfindungsgemäß eine besonders kompakte Baugröße
erreicht, wodurch sich eine kostengünstige Vorrichtung
bzw. ein kostengünstiges Verfahren ergibt. Dabei muß das zu
bearbeitende Werkstück während des gesamten Bearbeitungsprozesses
nur einmal von der Halteeinrichtung des Polierkopfes aufgenommen
und abgelegt werden. Es ist insbesondere kein für eine
Beschädigung der Werkstücke kritisches Umspannen des
Werkstücks erforderlich. Zwischen den einzelnen Stationen
ergeben sich durch die kreisförmige Anordnung besonders
kurze und einfache Verfahrwege. Aufgrund der nur einmal erforderlichen
Werkstückaufnahme und – abgabe ergibt sich außerdem
eine kurze Aufenthaltszeit des Werkstücks in der Vorrichtung
und eine schnelle Abgabe des bearbeiteten Werkstücks an
die Ausgabestation. Der Werkstückdurchsatz und damit die
Produktivität werden erhöht. Außerdem
können erfindungsgemäß flexible Polierprozesse
realisiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
besitzt eine geringe Komplexität und damit eine hohe Robustheit
im Betrieb.
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Erfindungsgemäß kann
insbesondere vorgesehen sein, daß der Umfangsabstand auf
der Kreisbahn zwischen der Eingabestation und der Polierstation
sowie zwischen der Polierstation und der Ausgabestation gleich ist.
Auch kann der Umfangsabstand zwischen der Ausgabe- und der Eingabestation gleich
groß sein wie die Abstände zwischen den übrigen
Stationen. Dieser Umfangsabstand zwischen der Ausgabe- und Eingabestation
kann sich aber auch von dem Umfangsabstand zwischen den Polierstationen
unterscheiden. Der Umfangsabstand ist der Abstand der Stationen,
und insbesondere ihrer Zentren, zueinander in Umfangsrichtung auf
der Kreisbahn. Die Kreisbahn kann also durch die Stationen und insbesondere
ihre Zentren in gleichmäßige Kreisbahnabschnitte
aufgeteilt werden. Der Polierkopf kann dann in dem jeweiligen Umfangsabstand schrittweise
auf der Kreisbahn zwischen den Stationen verfahren werden, so daß er
nacheinander in Positionen oberhalb der einzelnen Stationen gebracht werden
kann.
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Zum
Steuern des Betriebs der Polierköpfe, der Polierstationen
sowie der Eingabe- und Ausgabeeinrichtung sowie weiterer Einrichtungen
der Vorrichtung kann eine geeignete Steuereinrichtung vorgesehen
sein.
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In
dem Fachmann an sich bekannter Weise kann die Polierstation eine
Konditioniervorrichtung aufweisen mit beispielsweise jeweils einem
in den Polierbereich des Poliertellers einschwenkbaren, angetriebenen,
mit einer Sprühvorrichtung, wie Sprühdüse,
versehenen und in ausgeschwenkter Stellung naß gehaltenem
Konditionierwerkzeug. Es kann auch eine Abrichtvorrichtung vorgesehen
sein, beispielsweise eine Bürste, mit der ein Aufrauhen
des Polierbelags des Poliertellers durch eine geeignete Bewegung
der Bürste auf dem Polierbelag durchführbar ist.
Mit der Konditioniervorrichtung können ungleichmäßige
Abnutzungen oder Verunreinigungen der auf dem Polierteller vorgesehenen
Poliertücher korrigiert werden. Außerdem kann
die Polierstation eine oder mehrere für das Polieren erforderliche
Medienzuführungen sowie optional jeweils eine, bei Bedarf
in den Verfahrbereich des Polierkopfes bewegbare und zur Besprühung
der Unterseite des Polierkopfes bei Stillstand der Vorrichtung dienende
Naßhaltevorrichtung aufweisen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist ein hochgenaues, verunreinigungs-, rückstands-
und schleierfreies Polieren, insbesondere Einseiten-Polieren von Werkstücken,
beispielsweise auf Siliziumbasis, insbesondere unbeschichteten,
beschichteten und/oder SOI-Wafern (Silicon-On-Insulator Wafern)
möglich.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt
werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine
Transfervorrichtung vorgesehen ist, mit der das Werkstück
aus einer Werkstückablagestation zu der Eingabestation
transportiert werden kann bzw. transportiert wird. Bei einer solchen
Transfervorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Roboter,
insbesondere einen mindestens sechsachsigen Roboter, handeln. Die
Werkstückablagestation (load Port) kann beispielsweise ein
oder mehrere Kassettenfächer zur Aufnahme von Werkstücken
aufweisen. Die Auswahl des jeweiligen Kassettenfachs durch die Transfervorrichtung
und damit die Auswahl des zu bearbeitenden Werkstücks kann
durch die Steuereinrichtung der Vorrichtung definiert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Reinigungsstation
vorgesehen sein, in der das Werkstück nach Durchlaufen
der Ausgabestation gereinigt werden kann bzw. gereinigt wird. Sie
kann eine geeignete, mit der Ausgabestation verbundene Wasserrutsche
aufweisen, so daß das bearbeitete Werkstück in
besonders schonender und schneller Weise auf einem Wasserfilm von
der Ausgabestation in die Reinigungsstation gleitet. Bei unbeschichteten
Werkstücken kann die Reinigungsstation beispielsweise eine
Hydrophilierungsstation aufweisen. Üblicherweise umfaßt
eine solche Reinigungsstation insbesondere eine Reinigungs- und eine
Trocknungsstation. Derartige Reinigungsstationen sind dem Fachmann
an sich bekannt und beispielsweise in der
WO 03/089191 A1 beschrieben. Das
Werkstück kann mit der Transfervorrichtung von der Reinigungsvorrichtung
zurück zu der Werkstückablagestation transportiert
werden.
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Es
ist aber je nach Praxisanforderung auch möglich, keine
Reinigungsstation vorzusehen. In diesem Fall kann das bearbeitete
Werkstück selbstverständlich ebenfalls von der
Ausgabestation direkt zurück in die Werkstückablagestation
transportiert werden, wobei die Werkstückablagestation
als Naßablagestation ausgeführt ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann der Polierkopf, insbesondere die
Werkstückaufnahmezone der Halteeinrichtung des Polierkopfs,
nach dem Ablegen eines und vor Aufnahme eines neuen Werkstücks
gereinigt werden. Eine entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung
sieht vor, daß die Ausgabestation eine Reinigungseinrichtung
umfasst, mit der der Polierkopf, insbesondere die Werkstückaufnahmezone
der Halteeinrichtung des Polierkopfs, gereinigt werden kann. Diese
Reinigungseinrichtung kann nach Abgabe eines Werkstücks
in die Ausgabestation durch den Polierkopf aktiviert werden. Der
Polierkopf kann also insbesondere nach dem Ablegen eines Werkstücks und
vor Aufnahme eines neuen Werkstücks mit einer Reinigungseinrichtung
der Ausgabestation gereinigt werden. Die Reinigung kann beispielsweise
durch ein Besprühen der Werkstückaufnahmezone
mit einer geeigneten Reinigungsflüssigkeit und/oder geeigneten
Bürsten erfolgen. Auch kann die Mantelfläche des
Polierkopfes durch ein Besprühen und/oder durch Bürsten
gereinigt werden. Mit dieser Ausgestaltung wird sichergestellt,
daß der Polierkopf nach Abgabe eines bearbeiteten Werkstücks
und vor dem erneuten Aufnehmen eines weiteren Werkstücks
gesäubert wird und Verunreinigungen eines zu bearbeitenden
Werkstücks ausgeschlossen sind.
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Um
sicherzustellen, daß das zu bearbeitende Werkstück
von der Halteeinrichtung problemlos aufgenommen werden kann, kann
das Werkstück in der Eingabestation für die Aufnahme
durch den Polierkopf ausgerichtet werden. Entsprechend kann die Eingabestation
mehrere radial und/oder horizontal verfahrbare Ausrichtelemente
aufweisen, mit denen das Werkstück in der Eingabestation
für die Aufnahme durch den Polierkopf ausgerichtet werden
kann. Die Ausrichtelemente können insbesondere Zentrierelemente
aufweisen, so daß das Werkstück neben einer horizontalen
Ausrichtung in einer Aufnahmefläche der Eingabestation
zentriert werden kann.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Zentrum
der Poliererbasis bzw. der Kreisbahn eine mit dem Polierkopf flexibel
verbundene und bei einem Verfahren des Polierkopfs sich mitdrehende
Drehdurchführung angeordnet ist, durch die dem Polierkopf
mindestens ein Medium (beispielsweise ein Poliermedium) und/oder
Steuersignale und/oder elektrische Energie zugeführt werden können.
Mittels solcher Drehdurchführungen oder Dreheinführungen
ist es möglich, eine Verbindung zwischen einem feststehendem
und einem rotierenden Teil einer Vorrichtung herzustellen. Über
die Drehdurchführung können dem Polierkopf die
für seine Funktion erforderlichen Medien, Signale, Energie, wie
beispielsweise elektrischer Strom etc., zugeführt werden.
Die Drehdurchführung ist dabei flexibel über geeignete
Leitungen mit den Polierköpfen verbunden. Sie kann insbesondere
im Zentrum der Kreisbahn angeordnet sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung können mindestens zwei
hintereinander auf der Kreisbahn verteilt angeordnete Polierstationen mit
jeweils einem mittels einer Antriebseinrichtung um eine vertikale
Achse drehend antreibbaren Polierteller vorgesehen sein. Bei dieser
Ausgestaltung kann das Werkstück durch den Polierkopf von
der Eingabestation zu zumindest zwei hintereinander auf der Kreisbahn
verteilt angeordneten Polierstationen transportiert werden. Es können
insbesondere drei Polierstationen vorgesehen sein. Dabei sind bevorzugt
sämtliche Polierstationen zwischen der Eingabe- und der
Ausgabestation angeordnet. Mittels des Polierkopfes kann das zu
bearbeitende Werkstück nacheinander zu den einzelnen Polierstationen transportiert
werden. Auf diese Weise ist bei besonders kompakter Baugröße
und geringen Kosten ein mehrstufiger Polierprozeß möglich,
wobei insbesondere mehr als zwei vollwertige Polierstationen integriert
sein können. Wiederum können die Umfangsabstände
zwischen einigen oder allen Stationen gleich sein.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, daß mindestens zwei Polierköpfe
vorgesehen sind, die jeweils eine mittels einer Antriebseinrichtung
in vertikaler Richtung verstellbare und um eine vertikale Achse drehend
antreibbare Halteeinrichtung für jeweils ein Werkstück
aufweisen. Die mindestens zwei Polierköpfe können
jeweils zum Aufnehmen, Transportieren und Ablegen des Werkstücks
mittels einer Verfahreinrichtung oberhalb der Eingabestation, der
Polierstation und der Ausgabestation auf der Kreisbahn verfahren
werden. Die Polierköpfe können insbesondere ebenfalls
entlang der Kreisbahn hintereinander verteilt oberhalb der Eingabe-,
Polier- und Ausgabestationen angeordnet sein. Jeder der Polierköpfe kann
mittels der Halteeinrichtung jeweils ein Werkstück aufnehmen.
Durch die eigene Antriebseinrichtung für die Halteeinrichtung
kann jeder Polierkopf den Polierprozeß gemäß den
jeweiligen Anforderungen flexibel und optimal steuern. Mittels dieser
Ausgestaltung ist es möglich, gleichzeitig einen Poliervorgang
und eine Werkstückaufnahme aus der Eingabestation und/oder
eine Werkstückablage in der Ausgabestation durchzuführen.
Dazu können insbesondere mindestens drei, bevorzugt vier
Polierköpfe vorgesehen sein.
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Es
ist besonders bevorzugt, mindestens zwei Polierstationen, insbesondere
drei Polierstationen sowie mindestens zwei Polierköpfe,
insbesondere mindestens drei, bevorzugt vier Polierköpfe,
vorzusehen. Auf diese Weise ist ein gleichzeitiges Polieren mehrerer
Werkstücke auf den unterschiedlichen Poliertellern der
Polierstation und gleichzeitig eine Werkstückaufnahme und/oder
Werkstückablage und/oder Reinigung der Werkstückhaltevorrichtung möglich.
Dabei kann zur Optimierung des Werkstückdurchsatzes insbesondere
ein Polierkopf mehr vorgesehen sein als Polierstationen in der Vorrichtung vorhanden
sind, insbesondere können drei Polierstationen und vier
Polierköpfe vorgesehen sein.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Polierteller der Polierstationen,
insbesondere die Zentren der Polierteller, zueinander den gleichen Umfangsabstand
auf der Kreisbahn aufweisen, insbesondere können die Umfangsabstände
zwischen sämtlichen der Eingabe-, Polier- und Ausgabestationen
gleich sein. Durch diese Zuordnung wird eine raumoptimierte Anordnung
erreicht, und durch ein Drehen der Polierköpfe entlang
der Kreisbahn mehrere Werkstücke gleichzeitig über
der Ein- und/oder Ausgabestation sowie mehreren Poliertellern angeordnet.
Werden beispielsweise drei Polierstationen sowie vier Polierköpfe
vorgesehen, können parallel auf drei Polierstationen drei
Werkstücke poliert werden, während der vierte
Polierkopf gleichzeitig ein neues Werkstück von der Eingabestation
aufnimmt oder ein fertig bearbeitetes Werkstück auf der
Ausgabestation ablegt. Dadurch wird ein besonders hoher Werkstückdurchsatz
erreicht.
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Es
ist insbesondere möglich, die Werkstücke mehreren
Poliervorgängen auf den Poliertellern auszusetzen, also
einen mehrstufigen Polierprozeß vorzusehen. In diesem Fall
kann beispielsweise auf dem ersten Polierteller mittels des ersten
Polierkopfes ein erster Poliervorgang durchgeführt werden,
während durch den nächsten Polierkopf ein zweites
zu bearbeitendes Werkstück aus der Eingabestation entnommen
wird. Anschließend werden die Polierköpfe einen
Schritt weitergedreht, so daß auf dem zweiten Polierteller
das erste Werkstück einem zweiten Poliervorgang ausgesetzt
wird, während auf dem ersten Polierteller das zweite Werkstück
einen ersten Poliervorgang erhält. Gleichzeitig kann von
einem dritten Polierkopf ein drittes Werkstück von der
Eingabestation aufgenommen werden usw. Nach der vollständigen
Bearbeitung der Werkstücke können diese von den
Polierköpfen wiederum sukzessive auf der Ausgabestation
abgelegt und von dieser weitertransportiert werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann jeder Polierkopf
eine selbständig betätigbare Verfahreinrichtung
aufweisen, mit der der jeweilige Polierkopf zum Aufnehmen, Transportieren
und Ablegen jeweils eines Werkstücks oberhalb der Eingabestation,
der Polierstation und der Ausgabestation auf der Kreisbahn verfahren werden
kann. Es können die normalerweise in einer Ebene angeordneten
Polierköpfe also unabhängig voneinander relativ
zueinander auf der Kreisbahn bewegt werden. Sie sind dabei insbesondere
nicht starr miteinander verbunden. Durch eine eigene Verfahreinrichtung
ist ein individuelles Verfahren der Polierköpfe und Werkstücke
möglich, so daß die Flexibilität hinsichtlich
beispielsweise der Bearbeitungszeiten auf den Poliertellern weiter
gesteigert wird. Mit einer eigenen Verfahreinrichtung ist es insbesondere
möglich, daß von einem oder mehreren, bevorzugt
drei von insgesamt vier Polierköpfen, Werkstücke
auf entsprechenden Poliertellern poliert werden, während gleichzeitig
ein weiterer Polierkopf, bevorzugt der vierte Polierkopf, unabhängig
von den übrigen Polierköpfen einen polierten Wafer
auf der Ausgabestation ablegt, anschließend dieser Polierkopf
gereinigt wird, und wiederum anschließend dieser Polierkopf
weiter zur Eingabestation verfährt und dort ein neues Werkstück
aufnimmt. Mittels der unabhängigen Verfahreinrichtung der
Polierköpfe kann also das Ablegen des Werkstücks,
das Reinigen des Polierkopfes, das Verfahren des Polierkopfes zu
der Eingabestation und die Aufnahme eines neuen zu bearbeitenden Werkstücks
unabhängig erfolgen, während gleichzeitig von
den übrigen Polierköpfen Werkstücke auf
den jeweiligen Poliertellern poliert werden. Wenn die Poliervorgänge
dieser Polierköpfe abgeschlossen sind, kann der Polierkopf
mit dem neu aufgenommenen Werkstück also unverzüglich
für eine Bearbeitung des Werkstücks zum ersten
Polierteller verfahren werden. Der Polierprozeß kann somit
gemäß den jeweiligen Anforderungen flexibel und
optimal gesteuert werden. Weiterhin erlaubt die eigene Verfahreinrichtung
der Polierköpfe auch eine geringfügige oszillierende
Bewegung des Polierkopfes und damit des Werkstücks während
des Poliervorgangs auf dem Polierteller.
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Die
Bearbeitungszeit eines Werkstücks an einer Polierstation
kann individuell gesteuert werden. Dazu kann eine Steuereinrichtung
zum individuellen Steuern der Bearbeitungszeit eines Werkstücks
an einer Polierstation vorgesehen sein. Mit dieser Ausgestaltung
kann die Bearbeitungszeit (Polierzeit) der Werkstücke an
jeder Polierstation individuell gesteuert werden. Durch eine solche
angepaßte Aufteilung der Polierzeiten ist insbesondere
bei mehreren Polierstationen und mehreren Polierköpfen
eine Optimierung der Taktzeiten möglich. Diese Steuereinrichtung
kann insbesondere dieselbe Steuereinrichtung sein, die den Betrieb
der Polierköpfe, der Polierstationen, der Eingabe- und
Ausgabestationen etc. steuert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere
dazu ausgebildet sein, das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur
zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum chemisch-mechanischen Polieren einer Oberfläche eines
Werkstücks, in dem dargestellten Beispiel eines Silizium-Halbleiterwafers.
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Es
ist eine Waferablagestation 1 in Form mehrerer Kassettenablagen 1a vorgesehen,
in die zu bearbeitende Wafer abgelegt werden können. Weiterhin
ist eine Transfervorrichtung 2, in dem dargestellten Beispiel
ein sechsachsiger Roboter vorgesehen, der zu bearbeitende Wafer
aus der Waferablagestation 1 entnehmen und zu einer Eingabestation 3 transportieren
kann. Die Eingabestation 3 weist eine im Wesentlichen zylindrische,
in Draufsicht kreisförmige Aufnahme auf, in der der zu
bearbeitende Wafer durch die Transfervorrichtung 2 abgelegt werden
kann. Die Eingabestation 3 besitzt mehrere radial und horizontal
verfahrbare Ausricht- bzw. Zentrierelemente, mit denen der zu bearbeitende
Wafer in der Aufnahme der Eingabestation 3 ausgerichtet und
zentriert werden kann.
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Die
Vorrichtung weist in dem dargestellten Beispiel vier Polierköpfe 4 auf,
die jeweils eine mittels einer Antriebseinrichtung in vertikaler
Richtung verstellbare und um eine vertikale Achse drehend antreibbare
Halteeinrichtung 4a für den Wafer aufweisen. In
dem dargestellten Beispiel sind die Halteeinrichtungen 4a als Vakuum-Halteeinrichtungen
ausgeführt. Solche Halteeinrichtungen sind dem Fachmann an
sich bekannt, so daß darauf nicht näher eingegangen
wird.
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Die
Vorrichtung weist weiterhin drei Polierstationen 5 mit
jeweils einem mittels einer Antriebseinrichtung um eine vertikale
Achse drehend antreibbaren Polierteller 6 auf. Weiterhin
weist die Vorrichtung eine Ausgabestation 7 auf, die in
dem dargestellten Beispiel eine nicht näher dargestellte
Reinigungseinrichtung umfaßt, mit der Werkstückaufnahmezonen
der Halteeinrichtungen 4a sowie Mantelflächen
der Polierköpfe 4 gereinigt werden können.
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Jede
der Polierstationen weist eine Konditioniervorrichtung 8,
eine Medienzuführung 9 sowie eine Naßhaltevorrichtung 10 auf.
Die Konditioniervorrichtung 8 besitzt ein entsprechendes
Konditionierwerkzeug 11. Derartige Einrichtungen sind dem Fachmann
an sich bekannt, so daß diese nicht näher erläutert
werden.
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Die
Ausgabestation 7 ist in dem dargestellten Beispiel über
eine Wasserrutsche mit einer Reinigungseinrichtung 12 zum
Reinigen der polierten Wafer verbunden. Insbesondere weist die Reinigungseinrichtung 12 im
dargestellten Beispiel eine Eingangs-Reinigungsstation 13,
häufig ausgeführt als Hydrophilierung, sowie eine
Trocknungsstation 14 auf. Derartige Einrichtungen sind
dem Fachmann ebenfalls an sich bekannt.
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Mittels
der Transfervorrichtung 2 kann ein gereinigtes und getrocknetes
Werkstück aus der Trocknungsstation 14 zurück
in die Werkstückablagestation 1 transportiert
werden.
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Die
Eingabe- und Ausgabestationen 3, 7 besitzen jeweils
eine im Wesentlichen zylindrische, in Draufsicht kreisförmige
Werkstückaufnahme. Die Polierteller 6 besitzen
ebenfalls eine kreisförmige Oberfläche. Die Zentren
der Eingabestation 3 (bzw. der Werkstückaufnahmezone),
der Polierstationen 5 (bzw. der Polierteller) und der Ausgabestation 7 (bzw. der
Werkstückaufnahmezone) sind auf einer schematisch dargestellten
Kreisbahn 15 um eine zentrale Poliererbasis 20 angeordnet.
Die Polierstationen 5 sind dabei in Umfangsrichtung zwischen
der Eingabestation 3 und der Ausgabestation 7 vorgesehen. Die
Umfangsabstände auf der Kreisbahn zwischen den Zentren
sämtlicher der Eingabe-, Polier- und Ausgabestationen 3, 5, 7 sind
dabei jeweils gleich. Die Kreisbahn ist also durch die Stationen 3, 5, 7 und insbesondere
die Zentren der Stationen 3, 5, 7 in äquidistante
Kreisbahnabschnitte aufgeteilt.
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Die
Polierköpfe 4 sind in einer Ebene oberhalb der
Eingabe-, Polier- und Ausgabestationen 3, 5, 7 angeordnet,
und zwar ebenfalls auf der Kreisbahn 15 verteilt hintereinander.
Insbesondere sind die Zentren der in Draufsicht kreisförmigen
Werkstückaufnahmezonen der Halteeinrichtungen 4a auf der
Kreisbahn angeordnet. In dem dargestellten Beispiel können
die Polierköpfe 4 mittels jeweils einer selbständig
betätigbaren Verfahreinrichtung 16 unabhängig
voneinander auf der Kreisbahn 15 im Uhrzeigersinn verfahren
werden. Über eine flexible Verbindung 17 werden
die Polierköpfe 4 mit den erforderlichen Medien-,
Signal- und Stromleitungen von einer mitdrehenden zentralen Dreheinführung 18 versorgt.
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Der
in der Figur über der im Uhrzeigersinn vor der Ausgabestation 7 angeordneten
Polierstation 5 dargestellte Polierkopf 4 wird
im Folgenden als erster Polierkopf bezeichnet. Der entgegen dem
Uhrzeigersinn auf der Kreisbahn 15 nächste Polierkopf 4, also
der in der Figur über der mittleren Polierstation 5 dargestellte
Polierkopf 4 wird im Folgenden als zweiter Polierkopf 4,
der entgegen dem Uhrzeigersinn nächste Polierkopf 4 als
dritter Polierkopf 4 und der entgegen dem Uhrzeigersinn
nächste Polierkopf 4, also der in der Figur über
der Eingabestation 3 gezeigte Polierkopf 4, wird
als vierter Polierkopf 4 bezeichnet.
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Die
Umfangsabstände zwischen den Zentren der Werkstückaufnahmezonen
des ersten und des zweiten, des zweiten und des dritten, sowie des dritten
und des vierten Polierkopfs 4 sind in dem dargestellten
Betriebszustand jeweils gleich. Dieser Abstand ist dabei gleich
dem Umfangsabstand zwischen den Zentren der Eingabe-, Polier- und
Ausgabestationen 3, 5, 7. In dem dargestellten
Beispiel sind insgesamt fünf äquidistant über
die Kreisbahn 15 verteilte Stationen 3, 5, 7 vorgesehen,
sowie vier Polierköpfe 4.
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Zum
Steuern der Vorrichtung ist eine nicht näher dargestellte
Steuereinrichtung vorgesehen.
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Innerhalb
der in der Figur schematisch dargestellten Wände 19 besteht
in dem dargestellten Beispiel ein Reinstraum. Die außerhalb
dieses Raums angeordnete Werkstückablagestation 1 ist
in einem Reinraum angeordnet.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung ausgehend von
einem in der Figur dargestellten Anfangszustand mit jeweils unbeladenen
Polierköpfen erläutert:
Mittels nicht näher
dargestellter Einrichtungen werden zu bearbeitende Wafer in die
Kassetten 1a der Waferablagestation 1 gelegt.
Die Transfervorrichtung 2 entnimmt der Ablage 1 einen
Wafer und legt diesen in der zylindrischen Aufnahme der Eingabestation 3 ab.
Nach einem Zentrieren und Ausrichten des Wafers in der Aufnahme
werden die Polierköpfe 4 im Uhrzeigersinn jeweils
um zwei Stationen so verfahren, daß der erste Polierkopf 4 mit
seiner Halteeinrichtung 4a über der zylindrischen
Aufnahme der Eingabestation 3 positioniert ist. Der in
der Eingabestation 3 abgelegte Wafer wird anschließend
mit der Halteeinrichtung 4a dieses Polierkopfs 4 aufgenommen. Danach
werden die Polierköpfe 4 jeweils um eine Position
im Uhrzeigersinn weiterverfahren, so daß der mit dem ersten
Wafer beladene Polierkopf 4 mit seiner Halteeinrichtung 4a über
dem Polierteller 6 der ersten Polierstation 5 (die
im Uhrzeigersinn auf die Eingabestation 3 folgende Polierstation 5)
positioniert ist und der zweite Polierkopf 4 über
der Eingabestation 3 positioniert ist. Es folgt ein erster
Poliervorgang des ersten Wafers auf dem ersten Polierteller 6,
indem der erste Polierkopf 4 den Wafer unter Absenken und
Rotieren der Halteeinrichtung in Polierkontakt mit dem rotierenden
Polierteller 6 der ersten Polierstation 5 bringt.
Während des Verdrehens der Polierköpfe 4 wurde
von der Transfervorrichtung 2 ein weiterer Wafer aus der
Waferablage 1 entnommen und in der Eingabestation 3 abgelegt
und dort ausgerichtet. Während des ersten Poliervorgangs des
ersten Wafers wird dieser Wafer nun mittels der Halteeinrichtung 4a des über
der Eingabestation 3 positionierten zweiten Polierkopfes 4 aufgenommen.
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Nach
Beendigung des ersten Poliervorgangs werden die Polierköpfe 4 wiederum
um jeweils um eine Station im Uhrzeigersinn weitergedreht, so daß der
Polierkopf 4 mit dem ersten Wafer mit seiner Halteeinrichtung 4a über
dem Polierteller 6 der mittleren Polierstation 5 positioniert
ist. Entsprechend ist der zweite Polierkopf 4 mit seiner
Halteeinrichtung 4a über dem Polierteller 6 der
ersten Polierstation 5 positioniert und der dritte Polierkopf 4 ist über
der Eingabestation 3 positioniert. In die Eingabestation 3 wurde
von der Transfervorrichtung 2 wiederum während
des Verdrehens der Polierköpfe 4 ein Wafer abgelegt.
Während der erste Wafer auf dem Polierteller 6 der
zweiten Polierstation 5 einem zweiten Poliervorgang unterzogen
wird, und der zweite Wafer auf dem Polierteller 6 der ersten
Polierstation 5 seinem ersten Poliervorgang unterzogen
wird, wird mittels der Halteeinrichtung 4a des dritten
Polierkopfes 4 ein dritter Wafer aus der Eingabestation 3 aufgenommen.
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Nach
Beendigung der beiden Poliervorgänge werden die Polierköpfe 4 wiederum
eine Position im Uhrzeigersinn weitergedreht, so daß nunmehr wiederum
die in der Figur dargestellte Position der Vorrichtung erreicht
ist. In dieser Position kann der erste Wafer seinem dritten und
abschließenden Poliervorgang an der dritten Polierstation
ausgesetzt werden, während der zweite Wafer seinem zweiten Poliervorgang
und der dritte Wafer seinem ersten Poliervorgang ausgesetzt wird.
Gleichzeitig kann mittels des vierten Polierkopfes 4 wiederum
ein von der Transfervorrichtung 2 auf der Eingabestation 3 abgelegter
Wafer aufgenommen werden.
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Nach
Abschluß der drei parallel laufenden Poliervorgänge
werden die Polierköpfe 4 wiederum eine Position
im Uhrzeigersinn weitergedreht, so daß der erste Polierkopf 4 mit
dem ersten Wafer über der Ausgabestation 7 positioniert
ist. Während die übrigen Wafer nunmehr wiederum
parallel auf den Poliertellern 6 der drei Polierstationen 5 poliert
werden, wird der erste und fertig bearbeitete Wafer mittels der Halteeinrichtung 4a des
ersten Polierkopfes 4 auf der Ausgabestation 7 abgelegt. Über
die Wasserrutsche der Ausgabestation 7 gelangt der Wafer
anschließend zu der Reinigungseinrichtung 13 sowie
Trocknungsstation 14 der Reinigungsstation 12.
Nach der Reinigung und Trocknung des Wafers wird der Wafer von der
Transfervorrichtung 2 aus der Trocknungsstation 14 entnommen
und in dieselbe Kassette 1a der Waferablagestation 1 gelegt,
aus der dieser Wafer ursprünglich entnommen wurde. Der
Polierkopf 4, der nunmehr keinen Wafer mehr hält,
wird vor Aufnahme eines neuen Wafers mittels der in die Ausgabestation 7 integrierten
Reinigungsvorrichtung gereinigt.
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Der
gereinigte Polierkopf 4 wird anschließend unabhängig
von den übrigen Polierköpfen 4, während
diese ihre Werkstücke weiter polieren, von der Ausgabestation 7 über
die Eingabestation 3 verfahren. In der Eingabestation 3 wurde
währenddessen wiederum mittels der Transfervorrichtung 2 ein neues
zu bearbeitendes Werkstück abgelegt. Dieses Werkstück
kann nunmehr von dem ersten Polierkopf 4 aufgenommen werden,
während die übrigen Werkstücke von den übrigen
drei Polierköpfen 4 weiter auf ihren jeweiligen
Poliertellern poliert werden. Das Ablegen des polierten Werkstücks,
die Reinigung des ersten Polierkopfes 4, das Verfahren
des ersten Polierkopfes 4 über die Eingabestation 3, sowie
die Aufnahme eines neuen Werkstücks von der Eingabestation
erfolgen also während durch die übrigen Polierköpfe 4 ihre
jeweiligen Werkstücke auf den Poliertellern 6 poliert
werden.
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Nach
Abschluß des Poliervorgangs der drei verbleibenden Wafer
werden die Polierköpfe 4 wiederum jeweils um eine
Station im Uhrzeigersinn weitergedreht, so daß sich der
erste Polierkopf 4 mit dem neuen zu bearbeitenden Werkstück über
dem ersten Polierteller 6 befindet. In dieser Position
kann nunmehr das neue zu bearbeitende Werkstück dem ersten
Polierprozeß auf der ersten Polierstation 5 unterzogen
werden. Gleichzeitig kann von dem durch das Verfahren der Polierköpfe 4 nunmehr über
der Ausgabestation 7 befindlichen zweiten Polierkopf 4 das von
diesem Polierkopf 4 fertig bearbeitete Werkstück auf
der Ausgabestation abgelegt werden. Wiederum während die übrigen
drei Polierköpfe 4 ihre Werkstück auf
dem jeweiligen Polierteller 6 polieren, kann der über
der Ausgabestation 7 befindliche Polierkopf 4 gereinigt
werden, unabhängig von den übrigen Polierköpfen
zu der Eingabestation 3 verfahren werden und von dieser
ein neues zu bearbeitendes Werkstück aufnehmen. Nach Abschluß der
Poliervorgänge der übrigen Polierköpfe 4 werden
die Polierköpfe 4 wieder jeweils um eine Station
im Uhrzeigersinn weitergedreht. Das beschriebene Verfahren kann nun
beliebig oft wiederholt werden, wobei die verbleibenden Wafer sukzessive
aus den Polierköpfen 4 in der Ausgabestation 7 abgelegt
und aus dieser weitertransportiert werden. Vor einer erneuten Aufnahme eines
Wafers werden die Polierköpfe 4 durch die Reinigungsvorrichtung
der Ausgabestation 7 jeweils gereinigt und dann unabhängig
von den übrigen Polierköpfen 4 für
die Aufnahme eines neuen Werkstücks in der Eingabestation
verfahren. Das Ablegen eines fertig bearbeiteten Werkstücks,
die Reinigung des entsprechenden Polierkopfes 4, das Verfahren
dieses Polierkopfes 4 über die Eingabestation 3 sowie die
Aufnahme eines neuen Werkstücks erfolgt dabei jeweils unabhängig
von den übrigen Polierköpfen 4, während
diese ihre jeweiligen Werkstücke polieren.
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Durch
das beschriebene Verfahren werden die Taktzeiten optimiert und die
Produktivität der Anlage erhöht.
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Obgleich
mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel ein Dreistufen-Polierprozeß beschrieben
wurde, kann natürlich auch ein anderer Mehrstufenprozeß vorgesehen
werden. Selbstverständlich kann das zu bearbeitende Werkstück
aber auch in einem einzigen Poliervorgang fertig bearbeitet werden.
In diesem Fall können drei der vier Polierköpfe 4 beispielsweise nacheinander
mit einem Werkstück beladen werden und über die
drei Polierteller 6 verfahren werden, so daß eine
gleichzeitige Endbearbeitung der drei Werkstücke erfolgen
kann.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist somit in kompakter und preisgünstiger Weise
eine Bearbeitung von Wafern mit einem hohen Waferdurchsatz möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/089191
A1 [0004, 0023]
- - DE 19719503 A1 [0005]