WO2005006409A1

WO2005006409A1 - Vorrichtung zur reinigung von wafern nach dem cmp-prozess

Info

Publication number: WO2005006409A1
Application number: PCT/EP2003/007373
Authority: WO
Inventors: Martin Weber; Norbert BÜRGER
Original assignee: Rena Sondermaschinen Gmbh
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-20
Also published as: US20060219275A1; JP2007507078A; AU2003250002A1; DE10394095D2

Abstract

Vorrichtung zur Reinigung von Wafern nach dem CMP-Prozess mit den folgenden Merkmalen: - eine Transportvorrichtung einer Eingabestation am Anfang einer Reinigungsstrecke, die mehrere quer zur Transportrichtung angeordnete und angetriebene Transportwalzen aufweist, welche die polierten Wafer in -eine Hauptreinigungsstation transportieren, die mehrere Transportwalzenpaare zum Transport der Wafer durch die Hauptreinigungsstation und mehrere Reinigungswalzenpaare zum Reinigen der Wafer aufweist, wobei in der Hauptreinigungsstation eine Zufuhr von Reinigungsmedium zu den Reinigungswalzenpaaren vorgesehen ist, - eine Entnahmestation am Ende der Reinigungsstrecke, in der ein Roboter einen Wafer ergreift und in eine Trocknungsstation transportiert, wobei die Entnahmestation einen ersten Detektor aufweist, - eine Wasserkissentransportstrecke zwischen der Hauptreinigungsstation und der Entnahmestation - eine Stoppstation zwischen der Hauptreinigungsstation und der Entnahmestation, der ein zweiter Detektor zugeordnet ist und - eine Steuervorrichtung, die ein vorgegebenes Verhältnis der Drehzahl der Transportwalzen der Transportvorrichtung und der Transportwalzenpaare der Hauptreinigungsstation vorgibt und den Transport in der Eingabestation erst freigibt, wenn an der Stoppstation kein Wafer ist und einen Wafer zur Entnahmestation nur freigibt, wenn in dieser kein Wafer ist.

Description

Vorrichtung zur Reinigung von Wafern nach dem CMP-Prozeß

Die Erfindung bezieht sich auf eine Norrichtung zur Reinigung von Wafern nach dem CMP-Prozeß.

Nach jeder Beschichtung eines Halbleiterwafers, beispielsweise mit einer Oxidschicht, einer Wolframschicht oder anderen Metallschichten, muß eine Bearbeitung erfolgen, um die gewünschte Planarität herzustellen. Ist diese nicht gegeben, treten z. B. Probleme bei lithographischen Prozessen auf, etwa in Form von Fokusfehlern oder in Form von Leiterbahnnssen. Ein Verfahren in der Halbleiterindustrie zur Planarisierung verwendet den sogenannten CMP-Prozeß. Hierbei handelt es sich um eine chemisch-mechanische Bearbeitung mit Hilfe eines Fluids (Slurry), wobei der chemisch-reaktive Teil der Slurry die Aufgabe hat, das Material in einen polierbaren Zustand umzuwandeln. Dieser Slurry enthält ein Schleifmittel in Form von kolloidalen Abrasivpartikeln. Die DE 197 19 503 AI beschreibt eine Vorrichtung für den CMP-Prozeß mit mindestens einem Polierteller und einem Carrier, der den Halbleiterwafer hält und um seine Achse rotierend gegen den rotierenden Polierteller andrückt. Der Carrier sorgt für ein homogenes Druckfeld.

Nach dem Poliervorgang befinden sich Slurry-Reste und Partikel auf der Waferoberfläche. Ein Antrocknen der Slurry-Reste und Partikel würde die Schaltkreise auf dem Wafer zerstören. Die Wafer müssen daher nach dem Polierprozeß gereinigt und getrocknet werden, bevor sie weiteren Prozessen zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reinigung von Wafern nach dem CMP-Prozeß zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine hohe Wirksamkeit aufweist und eine schonende Behandlung während der Reinigung und des Transports gewährleistet. Sie soll außerdem die Möglichkeit einer chemischen Behandlung eröffnen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung enthält eine Eingabestation mit einer ersten Transportvorrichtung, welche den polierten Wafer aufnimmt und zu einer Hauptreinigungsstation fördert. Hierzu sind Transportwalzen vorgesehen, auf welchen die Wafer transportiert werden. Die Hauptreinigungsstation weist ebenfalls Walzen auf und zwar paarweise, wobei bestimmte Walzenpaare dem Transport dienen und andere Walzenpaare der Reinigung. Zu diesem Zweck wird den Reinigungswalzenpaaren eine Reinigungsflüssigkeit zugeführt. Am Ende der Förderstrecke der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ist eine Entnahmestation vorgesehen, aus der die gereinigten, jedoch noch feuchten Wafer in eine Trocknungsstation gebracht werden können. Zwischen der Hauptreinigungsstation und der Entnahmestation ist eine Stoppstation vorgesehen, die dafür sorgt, daß der Wafer angehalten wird, wenn sich noch ein Wafer in der Entnahmestation befindet. Außerdem sorgt ein in der Stoppstation angeordneter Anwesenheitsdetektor dafür, daß ein Wafer von der ersten Transportvomchtung nicht in die Hauptreinigungsstation transportiert wird, solange ein Wafer an der Stoppstation ist. Eine Steuervorrichtung sorgt für die Verarbeitung der Detektorsignale an der Stoppstation und der Entnahmestation sowie ggf. an der Eingabestation und für die Ansteuerung der Funktionen in den einzelnen Stationen. Sie sorgt außerdem dafür, daß die Transportgeschwindigkeit in der ersten Transportvorrichtung und in der Hauptreinigungsstation mit Hilfe der Transportwalzen abgestimmt erfolgt, so daß ein Wafer schonend in die Hauptreinigungsstation hinein transportiert wird. Nach dem Patentanspruch 2 sind eine Hauptreinigungsstation, eine der Hauptreinigungsstation vorgeordnete Startposition und eine Trocknungsstation sowie eine Stoppstation zwischen Hauptreinigungsstation und Trocknungsstation entlang einer Transportbahn angeordnet, die V-förmig gestaltet ist, wobei die Hauptreinigungsstation dem ersten Schenkel und die Trocknungsstation dem zweiten Schenkel der V-förmigen Bahn zugeordnet ist. Befindet sich die Vorrichtung in einem Reinraum, in dem auch die vorangehenden Prozesse mit Hilfe entsprechender mechanischer Vorkehrungen erfolgen, ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, wenn der zweite Schenkel der V- förmigen Bahn annähernd parallel zu einer Seitenwand des Reinraums verläuft. Die Stoppstation liegt vorzugsweise im Scheitelbereich der V-förmigen Bahn.

Die Eingabestation der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit einer stationären Ablagemöglichkeit für die Wafer versehen, wobei z. B. mit Hilfe eines Roboters der polierte Wafer auf die Ablage abgesenkt wird. Diese kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung von höhenverstellbaren Ablagestiften gebildet werden, die zwischen Transportwalzen angeordnet sind, um einen Wafer auf die Transportwalzen abzusenken. Die Transportwalzen werden vorzugsweise mit gleicher Drehzahl angetrieben. Ihre Steuerung ist so ausgelegt, daß ihre Drehzahl relativ zur Drehzahl der Transportwalzen in der Hauptreinigungsstation geregelt wird.

In der Hauptreinigungsstation der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Walzenpaare angeordnet, wobei ein Teil der Walzenpaare zum Transport der Wafer und ein anderer Teil zum Reinigen vorgesehen sind. Letztere werden vorzugsweise entgegengesetzt der Transportrichtung angetrieben, um eine verbesserte Reinigungswirkung zu erzielen. Es versteht sich, daß trotz der entgegengesetzten Drehrichtung der Reinigungswalzen ein wirksamer Transport der Wafer in der Hauptreinigungsstation erfolgt. Die Walzenpaare können innerhalb eines geschlossenen Gehäuses angeordnet sein, das seitliche Zufuhr- und Abführöffnungen für die Wafer aufweist und eine gezielte Luftführung im Gehäuse ermöglicht. Im unteren Teil des Gehäuses ist eine Auffangwanne angeordnet für die Reinigungsflüssigkeit, die den Reinigungswalzen zugeführt wird. Außerdem kann der untere Teil des Gehäuses an Abluft angeschlossen werden. Durch die Wahl der verwendeten Flüssigkeiten ist ein Einsatz von Säuren und Laugen als Reinigungslösung im pH-Bereich zwischen 1 und 13 im Dauerbetrieb möglich. Die Antriebe für die Walzen können so ausgebildet sein, daß die Reinigungstrans- portwalzen mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Walzen der Walzenpaare mit einem vorgegebenen Druck gegen den Wafer angedrückt werden, um unabhängig von der Dicke der Wafer und von Abnutzungseffekten einen gleichen Anpreßdruck zu gewährleisten. Hierfür können die oberen und unteren Walzen auf unabhängigen Rahmen gelagert sein, die pneumatisch oder hydraulisch geregelt gegeneinander gedrückt werden. Für die Hauptreinigungsstation ist es auch denkbar, am Anfang und am Ende eine Spülstrecke zu legen, die eine Schleusen- und Spülfunktion gewährleistet.

Um einen geringen Chemikalienverbrauch zu erzielen, ist eine tropfenweise Beaufschlagung der Reinigungswalzen vorteilhaft. Zur gleichmäßigen Beaufschlagung der Reinigungswalzen über ihre volle Länge ist ein in Längsrichtung der Walzen bewegbarer Tropfenverteiler vorgesehen, dessen Bewegung so ausgelegt ist, daß die Aufenthaltsdauer über jedem Walzenabschnitt gleich lang ist.

Die Medienzufuhr zum Tropfenverteiler wird durch eine geeignete Medienaufbereitung mit Mischtank, Pumptank, Durchflußsensoren, Durchflußregler und Dosierpumpen konstant gehalten. Durch die -Anordnung von Durchflußmengen- reglern in den Zuführungsleitungen können beliebige Mischlings- und Verdünnungsverhältnisse für Prozeßchemikalien eingestellt werden.

Nach der Hauptreinigungsstation kann eine Endreinigung stattfinden, die in verschiedener Weise erfolgen kann. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Reinigungsstation zu verwenden, wie sie für die Hauptreinigungsstation eingesetzt wird, nämlich die Anordnung von Walzenpaaren, bestehend aus Transport- und Reinigungswalzenpaaren. Die Anordnung und das Betreiben dieser Walzenpaare kann in gleicher Weise vor sich gehen, wie dies in Verbindung mit der Hauptreinigungsstation beschrieben wurde. Eine derartige zweite Reinigungsstation kann auch dazu verwendet werden, gezielte Ätzprozesse durchzuführen. Statt einer Reinigungsflüssigkeit kann dann eine Ätzchemikalie auf die Reinigungs- bzw. Behandlungswalzen gegeben werden.

Damit bei Verwendung von unterschiedlichen Chemikalien in der Hauptreinigungsund in der Endreinigungsstation diese miteinander nicht in Kontakt treten, kann erfindungsgemäß eine Spülschleuse zwischen den Stationen angeordnet werden. Diese ist vorzugsweise von einer Länge, die kleiner ist als der Durchmesser der Wafer. Dadurch kann der Transport durch die Spülschleuse ausschließlich durch die Transportwalzen der Hauptreinigungs- und der Endreinigungsstation stattfinden. In der Spülschleuse kann ein Reinigungswalzenpaar angeordnet werden, das vorzugsweise entgegen der Transportrichtung angetrieben ist, um eine Reinigungswirkung zu erzeugen. Außerdem kann eine entsprechende Zufuhr von Spülmitteln auf den Wafer vorgenommen werden, um noch vorhandene Rückstände am Wafer zu beseitigen, bevor er in die Endreinigungsstation eintritt.

Alternativ oder zusätzlich zu einer zweiten Walzenreinigungsstation kann auch eine Megasonic-Station vorgesehen werden zur Abreinigung von Kleinpartikeln <0,5 m. Hierfür bieten sich drei verschiedene Möglichkeiten an. Bei einem Einzelkammersystem kann der Wafer von Haltestiften oder dergleichen am Rand gehalten werden und in eine Koppelflüssigkeit eingetaucht werden zwecks Reinigung mit Hilfe von Transducem oberhalb und unterhalb des Wafers. Neben einer Reinigungsflüssigkeit können auch Chemikalien im pH-Bereich von 2 bis 11 eingesetzt werden. Außerdem kann die Reinigungskammer mit einem Wasserkissentransportsystem versehen werden, um den Wafer aus der Station zu entfernen und weiter zu transportieren.

Die andere Möglichkeit einer Megasonic-Reinigung ist während des Transports des Wafers, indem mehrere Transducer oberhalb und unterhalb des Transportweges angeordnet sind. Zwischen den Transducem können Einströmöffhungen für die Reinigungsflüssigkeit vorgesehen werden. Die Reinigungsflüssigkeit dient auch dazu, die Flüssigkeitsbrücke zwischen den Transducem und dem Werkstück zu gewährleisten. Zwischen den Megasonic-Feldern kann sich auch ein Flüssigkeitsablauf befinden, der Partikelfracht mit der Reinigungsflüssigkeit abführt.

Schließlich kann auch ein Megasonic-Düsensystem verwendet werden, in dem ein Wafer vom Rand erfaßt auf einem Rotor gehalten wird, der während des Reinigungsprozesses in Drehung versetzt wird. Während der Drehung des Wafers wird eine Megasonic-Düseneinheit über die Oberfläche des Wafers radial verfahren. Die Reinigungsflüssigkeit wird durch die Megasonic-Düse zugeführt. Hierdurch ergibt sich automatisch die Schallankopplung zwischen Transducer und Werkstück.

Zwischen der Hauptreinigungsstation und ggf. der Endreinigungsstation und der Entnahmestation, aus der die Wafer in die Trocknungsstation transportiert werden, ist vorzugsweise eine Transports-recke mit Hilfe von Wasserkissen vorgesehen. Der Wasserkissentransport kann in einem geschlossenen Kanalsystem durchgeführt werden. Innerhalb des Kanals bewegt sich das Werkstück auf einem geschlossenen Flüssigkeitsfilm, wobei der Vorwärtstransport durch die gerichtete Wasserströmung erfolgt. Durch das Wasserlassen und eine zusätzliche Spülung der Oberfläche über ein Sprühdüsensystem kann eine permanente Spülung an beiden Seiten des Wafers während des Transportes stattfinden. Als Spülflüssigkeit wird typischerweise DI- Wasser (entionisiertes Wasser) eingesetzt werden. Für besondere Anwendungen können auch verdünnte Chemikalien eingesetzt werden. Der Hauptablauf für die Spülflüssigkeit befindet sich am Kanalende, wobei jedoch weitere Abläufe zwischengeschaltet werden können, um eine bessere Partikel- und Chemikalienableitung zu gewährleisten.

Während des Transports findet ein Stopp des Wafers statt zur Bildung einer Pufferfunktion. Hierfür kann z. B. eine Mehrzahl von Haltestiften in den Transportweg angehoben werden, wobei ein Werkstückerkennungssystem feststellt, ob sich ein Wafer in der Stopposition befindet. Erst wenn der Wafer aus der Stopposition freigegeben wird, kann eine Zufuhr eines weiteren Wafers zur Hauptreinigungsstation stattfinden. Ebenso wird ein Wafer aus der Stopposition erst freigegeben, wenn die Entnahmestation frei ist.

Auch hinter der Stoppstation findet vorzugsweise ein Wasserkissentransport statt in eine Hubeinheit hinein. In dieser läuft der Wafer z. B. gegen einen Haltestift und wird von weiteren Haltestiften am Rand erfaßt, die dann gemeinsam den Wafer anheben, damit er etwa von einem Roboter erfaßt werden kann zwecks Transports in die Trocknungsstation.

Die Trocknungsstation wird vorzugsweise von einer Spül- und Trockenschleuder gebildet, wobei ein Rotor den Wafer mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht. In einer ersten Phase wird ein Spülmittel, ein Gas, ein Dampf oder eine Flüssigkeit gegen den Wafer gerichtet. In der zweiten Phase erfolgt ein Trocknen mit einem Gas oder einem Gemisch aus inertem und Trägergas, wie Stickstoff oder einem Dampf eines wasserlöslichen, Oberflächenspannungsreduzierenden Stoffes, vorzugsweise eines kurzkettigen Alkohols, wie Isopropanol.

Die Erfindung wird nachfolgend anliand von in Zeichnungen dargestellten Aus-führungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Vorrichtung zum Transportieren, Polieren, Waschen und Trocknen von Wafem.

Fig. 2 zeigt schematisch eine erste Aus-führungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch eine zweite Ausfüh ngsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 5 zeigt schematisch eine vierte Ausf hrungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 6 zeigt schematisch die Seitenansicht einer Eingabestation der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 7 zeigt schematisch eine Hauptreinigungsstation der Vorrichtung nach der Erfindung. Fig. 8 zeigt einen Tropfenverteiler für die Hauptreinigungsstation nach Fig. 7.

Fig. 9 zeigt angedeutet eine Haupt- und eine Endreinigungsstation und eine Spülschleuse zwischen den Stationen.

Fig. 10 zeigt schematisch ein Flußbild für die Zufuhr von Reinigungs- bzw. Behandlungsflüssigkeit zu einer Reinigungsstation.

Fig. 11 zeigt schematisch eine Entnahmestation der Vorrichtung nach der Erfindung.

hi Fig. 1 ist ein im Grundriß rechteckiger Reinraum 100 andeutet, in dem einzelne Aggregate und Vorrichtungen zum Bearbeiten von Wafem untergebracht sind. Sie sind in Fig. 1 schematisch angedeutet. Mit 102 ist eine Be- und Entladestation bezeichnet, die drei Plattformen 104 aufweist für mit Wafem bestückte Kassetten 106. Auf die Be- und Entladestation soll im einzelnen nicht eingegangen werden. Ein erster Roboter 108 dient zur Entnahme der Wafer aus den Kassetten 106, wobei der Roboter jeden Wafer zunächst auf eine Kassettenidentifikationsvorrichtung 110 ablegt oder in dieser hält.

Der Roboter 108 ist für die Handhabung trockener Wafer ausgelegt. Er entnimmt die Wafer aus den Ablagefächem der Kassetten und transferiert diese zu der Identifikationsvorrichtung 110 (ein Wafer 112 ist in der Erkennungsvorrichtung 110 dargestellt). Der Roboter 108 fördert den Wafer 112 anschließend zu einer Übergabestelle 114, an der auch ein Schichtdickenmeßgerät 116 angeordnet ist.

Annähernd mittig im Reinraum 100 ist ein weiterer Roboter 118 angeordnet, mit dessen Hilfe der Wafer von der Übergabestelle 114 zu einer Zwischenstation 120 gefördert wird. Die Zwischenstation 120 weist die Ablageflächen 122 bis 128 auf, die auf einem drehbaren Träger angeordnet sind. Auf den dem Träger gegenüberliegenden Seiten sind jeweils Polierteller 130 bzw. 132 drehend angetrieben. Zu jedem Polierteller 130 gehören zwei Polierköpfe 134, 136 bzw. 138, 140. Die Polierköpfe sind linear zwischen den gezeigten Positionen in Fig. 1 in einer Position oberhalb einer Ablagefläche 122 bis 128 verfahrbar. Sie sind vertikal verstellbar angeordnet und dienen dazu, die Wafer zu transportieren und sie gegen die Polierteller 130, 132 zu halten, damit sie dort nach dem CMP- Verfahren poliert werden.

Zwischen dem Polierteller 130 und der Zwischenstation 120 sind zwei Bearbeitungs- und Reinigungsstationen 142, 144 angeordnet. Ähnliche Reinigungsstationen 146, 148 sind zwischen der Zwischenstation 120 und dem Polierteller 132 angeordnet. Die Bearbeitungs- und Reinigungsstationen sind zwischen einer Position, wie sie in Fig. 1 eingezeichnet ist, und einer Position in der sie zu einer Ablagefläche ausgerichtet sind, verschwenkbar. Räumlich sind daher die Stationen 142 bis 148 oberhalb der Ablageflächen 122 bis 128 angeordnet, können aber von den Polierköpfen 134 bis 140 überfahren werden.

Jedem Polierteller 130, 132 ist eine Abrichtvorrichtung 150 bzw. 152 zugeordnet.

Man erkennt, daß die gesamte Poliervorrichtung einschließlich der Zwischenstation 120 und der Abrichtvorrichtung 150 bzw. 152 in einem gesonderten Abteil innerhalb des Reinraums 100 angeordnet ist.

In einem anderen Abteil des Reinraums 100 ist eine Reinigungs- und Trocknungsvorrichtung angeordnet. Sie enthält eine Hauptreinigungsstation 154 und eine Endreinigungsstation 156, in welche die Wafer von einer Eingabestation 158 aus gelangen. Die Wafer werden vom Roboter 118 in die Eingabestation gegeben und von dort über einen V-förmigen Transportweg 160, der vorzugsweise ein Wassertransport ist, durch Reinigungsvorkehrungen gefördert. Auf die einzelnen Stationen wird nachfolgend im einzelnen eingegangen. Die gereinigten Wafer gelangen zu einer Stoppstelle 162, die annähernd im gerundeten Scheitel der V- förmigen Bahn angeordnet ist, bevor sie zu einer Spül- und Trockenschleuder 162a mit Hilfe eines bei 164 angeordneten Roboters gefördert werden. Aus der Spül- und Trockenschleuder 162a wird der gereinigte Wafer dann mit Hilfe des Roboters 108 in eine bereitgehaltene Kassette zurücktransportiert. Man erkennt, daß der Roboter 108 lediglich trockene Wafer, während der Roboter 118 nur nasse Wafer angreift und transportiert.

Die Schenkel der V-förmigen Bahn sind derart, daß der zweite Schenkel annähernd parallel zur Wand des Reinraums 100 verläuft, während der erste Schenkel mit der Haupt- und Endreinigungsstation 154, 156 schräg nach innen in den Reinraum hinein gerichtet ist. Dadurch wird eine äußerst platzsparende Anordnung erhalten. Die V-Form hat ferner den Vorteil, daß die einmalige Umlenkung bezüglich der Wafer äußerst kantenschonend ist.

In Fig. 2 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen für eine Vorrichtung zur Reinigung von Wafem schematisch dargestellt. Sie sollen nachfolgend kurz erörtert werden.

In den Fig. 2 bis 5 ist die Eingabestation 158 identisch aufgebaut. Sie weist fünf Transportwalzen 10 auf. Eine Hub Vorrichtung 12 nimmt einen Wafer 112 auf, nachdem er poliert worden ist und senkt ihn auf die Walzen 10 ab zum Transport in die Hauptreinigungsstation 154. Aus der Hauptreinigungsstation gelangt der Wafer über eine Spülschleuse 14 zur Endreinigungsstation 156 und von dort zu einer Megasonic-Station 16 (in Fig. 2). In Fig. 3 gelangt der Wafer von der Endreinigungsstation 156 zu einer Stoppstation 18 und anschließend zu einer Entnahmestation 20, um von dort mit dem Roboter 164 zur Trocknungsstation 162a gebracht zu werden. Zwischen der Endreinigungsstation 156 bzw. der Megasonic- Station 16 und der Entnahmestation 20 ist eine Wasserkissentransportstrecke 22 vorgesehen. In den Fig. 4 und 5 fehlt die Endreinigungsstation 156, und in der Fig. 4 ist statt dessen die Megasonic-Station 16 vorgesehen. In Fig. 5 ist lediglich die Hauptreinigungsstation 154 vorgesehen.

Bis auf die Trocknungsstation 162a sind die beschriebenen Teile innerhalb eines langgestreckten Gehäuses 24 angeordnet, an dessen Decke zum Teil Sprühdüsen 26 angebracht sind. In jedem Fall sind die Wafer auf allen Transport- und Haltestrecken befeuchtet. Auf den Aufbau und die Funktion der in den Fign. 2 bis 5 schematisch dargestellten Vorrichtungsteile wird nachfolgend eingegangen.

Die Eingabestation 158 ist in Fig. 6 näher dargestellt. Die Walzen 10, die aus weichem saugfähigem Kunststoffmaterial bestehen, das auf einem harten Walzenkern aufgebracht ist, werden gemeinsam mit einer vorgegebenen Drehzahl von einer Antriebsvorrichtung angetrieben, auf die im einzelnen nicht eingegangen wird. Die Steuerung der Antriebsvorrichtung erfolgt von einer nicht gezeigten Steuervorrichtung. Die Lagerung der Walzen wird ebenfalls nicht beschrieben. Zwischen den Walzen 10 erstrecken sich drei Haltestifte, die dazu ausgelegt sind, einen Wafer 112 am Rand zu erfassen und zu halten. Die Haltestifte 28 sind an einer Plattform 30 angebracht, die mit Hilfe einer Hubvorrichtung 32 in der Höhe verstellt werden kann. Durch Absenken der Haltestifte 28 läßt sich daher der Wafer 112 auf die Walzen 10 absenken. Die Walzen werden so angetrieben, daß der Wafer in Richtung Pfeil 34 transportiert wird. Zur Verhinderung von Antrocknungen an den Haltestiften 28 wird mit Hilfe der Düsen 26 Flüssigkeit auf die Anordnung gesprüht, vorzugsweise DI- Wasser. Ein Detektor 36 stellt fest, ob in der Eingabestation 158 sich ein Wafer befindet. Der Detektor 36 ist mit der nicht gezeigten Steuervorrichtung verbunden.

Wie aus den Fign. 2 bis 5 und 7 hervorgeht, weist die Hauptreinigungsstation 154 sieben Walzenpaare auf, wobei jedes Paar eine obere und eine untere Walze hat. Wie aus den Fign. 2 bis 5 zu erkennen, wird das erste, dritte, fünfte und siebte Walzenpaar in einer Drehrichtung angetrieben, daß ein dazwischen geführter Wafer in Förderrichtung transportiert wird. Die übrigen Walzenpaare, die insgesamt mit 38 bezeichnet werden, werden in entgegengesetzter Richtung angetrieben. Die Walzen sind wie die Walzen 10 aus flüssigkeitsaufnehmendem weichem Kunststoffmaterial.

In Fig. 7 ist zu erkennen, daß die unteren und die oberen Walzen jeweils in getrennten Rahmen 40, 42 gelagert sind. Der Rahmen 40 enthält eine obere Platte 44, die mittels weicher elastischer Elemente 46 an einer stationären Platte 48 aufgehängt ist. Zwischen der Platte 48 und der Platte 44 wirken Verstellzylinder 50, um den Rahmen 40 mit einem vorgegebenen Preßdruck gegen den aufgenommenen Wafer 112 anzudrücken. Der -Anpreßdruck ist dabei unabhängig von der Dicke des Wafers 112. Unterhalb der Walzenpaare befindet sich eine Auffangwanne 52 für die Flüssigkeit, die auf die Walzen geträufelt wird. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen. Außerdem befindet sich ein Abluftkanal 54 am unteren Ende des Gehäuses 56, in dem die beschriebenen Teile untergebracht sind. Das Gehäuse ist im wesentlichen geschlossen und weist eine seitliche Einführöffnung 58 und eine seitliche Austrittsöffnung 60 für den Wafer auf. Nicht gezeigte elektrische Antriebsmotoren und Getriebe sind so ausgelegt, daß sich die Walzen der Walzenpaare 38 mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen in unterschiedliche Richtungen drehen können, wobei die Mehrzahl der Walzenpaare als Transportwalzen den Transport des Wafers bewerkstelligen, während die restlichen Walzenpaare als Reinigungswalzen sich entgegen der Transportrichtung drehen, um eine optimale Reinigungswirkung zu erzielen. Die Transport- und Reinigungswalzen können mit gleicher oder mit unterschiedlicher Umdrehungszahl angetrieben werden.

Jeder Reinigungswalze ist ein Medienverteiler zugeordnet, der in Fig. 8 perspektivisch dargestellt ist. Er ist allgemein mit 62 bezeiclmet und weist eine Düse 64 auf, die an eine Medienzufuhr angeschlossen ist. Die Düse 64 ist mit einem Pendel 66 gekoppelt, das von einer Herzkurve 68 betätigt wird. Die Herzkurve 68 wird von einem nicht gezeigten Antrieb in Drehung versetzt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Bewegung der Düse 64 oberhalb der Walzen in ihrer Längsrichtung gleichmäßig ist. Die Aufenthaltsdauer der Düse 64 über jeden Walzenabschnitt ist gleich groß. Dadurch wird ein geringer Chemikalien- bzw. Reinigungsmittelverbrauch erzielt.

In Fig. 10 ist schematisch angedeutet, wie die Zufuhr von verschiedenen Chemikalien bzw. Medien gleichzeitig im gewünschten Mischungsverhältnis erfolgen kann. In Fig. 10 sind drei Quellen für Medien dargestellt bei 70, 72 bzw. 74. Sie sind über einen Volumenstrommesser 72 und ein Regelventil 74 an einem statischen Mischer 76 angeschlossen, von dem die Zufuhr dann z. B. zur Düse 64 erfolgt, etwa über eine Dosierpumpe. Der Durchflußmengenmesser 72 ist zugleich Regler, so daß die gewünschte vorgegebene Medienmenge von den Medienquellen 70 bis 74 zum Mischer 76 gelangt.

Aufbau und Wirkung der Hauptreinigungsstation 154 und der Endreinigungsstation 156 sind gleich, so daß letztere nicht mehr im einzelnen beschrieben werden soll. In Fig. 9 ist detaillierter der Bereich zwischen den Reinigungsstationen 154, 156 dargestellt mit der Spülschleuse 14 zwischen den Stationen. Die Spülschleuse 14 weist ein Walzenpaar 80 auf, das von einer geeigneten Antriebsvorrichtung so angetrieben ist, daß sich die Walzen entgegengesetzt der Transportrichtung des Wafers 112 bewegen, die in Fig. 9 von rechts nach links ist. Dadurch erzeugen diese eine Reinigungswirkung wie die Reinigungswalzenpaare 38 der Hauptreinigungsstation 154. Auch die Walzen des Walzenpaares 80 sind aus weichem flüssigkeitsaufnehmendem Kunststoffmaterial. Düsen 82 oberhalb und unterhalb des Wafers 112 dienen zunächst zum Spülen des Wafers und Entfernen des Materials, das nach der Reinigung oder Behandlung sich noch auf den Wafem 112 befindet. Die Walzen 80 sorgen dann für eine endgültige Reinigung. Dadurch wird eine Übertragung des in der Hauptreinigungsstation 154 verwendeten Mediums zur Endreinigungsstation 156 vermieden. Die Länge der Spülschleuse 14 ist kleiner als die Länge des Wafers 112. Dadurch erfolgt der Transport des Wafers 112 durch die Spülschleuse 14 allein durch die Transportwalzen von Haupt- und Endreinigungsstation. Die Spülschleuse beinhaltet auch eine Bodenwanne (nicht im einzelnen gezeigt) sowie einen Ablaufanschluß 84.

Wie aus den Fign. 2 und 4 zu erkennen, kann eine Megasonic-Station 16 zusätzlich oder alternativ zu einer Endreinigung eingesetzt werden. In der Megasonic-Station 16 erfolgt eine Reinigung der Wafer von sehr kleinen Partikeln (z. B. < 0,5 μm).

Als Reinigungsflüssigkeit kann in der Megasonic-Station 16 DI- Wasser oder eine Reinigungslösung eingesetzt werden. In Fig. 11 ist eine Einzelkammeranordnung einer Megasonic-Station 16 dargestellt. Sie weist Haltestifte 86 auf, welche den ankommenden Wafer 112 (in Fig. 11 von links) anhalten und anschließend an mindestens drei Randpunkten halten. Der Transport erfolgt in Fig. 2 über die Transportwalzen der Endreinigungsstation 156 und bei der Ausführungsform nach Fig. 4 durch die Transportwalzen der Hauptreinigungsstation 154. In der Megasonic- Station 16 ist ein Rohr 90 angeordnet mit Austrittsöffhungen, deren Richtung schräg nach linlcs gerichtet ist, so daß ein Wafer 112 mit Hilfe eines gerichteten Flüssigkeitsfilms nach links weitertransportiert werden kann, wenn er von den heb- und senkbaren Haltestiften 86 freigegeben wird. In Fig. 11 ist auch eine Wanne 92 dargestellt, die mittels einer Hubvorrichtung 94 anhebbar ist und eine Kopplungsflüssigkeit aufnimmt zur Ultraschallbehandlung des Wafers 112. Nach dem Fluten befindet sich der Wafer in horizontaler Position in einem flüssigkeitsgefüllten Bereich, wobei die Höhe der Flüssigkeit unterhalb und oberhalb des Wafers 112 etwa gleich groß ist. Es sind ein oberer und ein unterer Megasonic- Transducer vorgesehen (nicht im einzelnen gezeigt), die an fest stehenden Beckenwänden angebracht sein können.

Alternativ zur stationären Reinigung eines Wafers 112 in einer Megasonic-Station 16, die gleichzeitig bezüglich des Transports Pufferwirkung hat, und einen Detektor 96 aufweist zur Detektierung der Anwesenheit eines Wafers 112, kann eine Reinigung während des Transports des Wafers erfolgen, wobei die Vorrichtung hierfür nicht dargestellt ist. Bei der Megasonic-Station nach dem Durchlaufprinzip sind mehrere obere und untere senkrecht zur Transportrichtung des Wafers orientierte Megasonic-Transducer vorgesehen, wobei sich zwischen den Transducem Einströmöffhungen für Reinigungsflüssigkeit befinden. Die Reinigungsflüssigkeit dient als Flüssigkeitsbrücke zwischen den Transducem und dem Wafer. Die Flüssigkeitsströmung in der Station ist von der Eingabe zur Ausgabe gerichtet, da die Strömung gleichzeitig den Transport des Wafers unterstützen soll. Zwischen den Megasonic-Feldern kann sich ein Flüssigkeitsablauf befinden, damit die Partikelfracht mit der Reinigungsflüssigkeit abgeführt werden kann. Schließlich kann auch ein Megasonic-Düsensystem vorgesehen werden. In dieser Station wird das Werkstück am Rand auf einem Rotor gehalten. Während der Rotation des Wafers wird er radial von einer Megasonic-Düseneinheit überfahren, wodurch die gesamte Oberfläche des Werkstücks erreicht wird. Die Reinigungsflüssigkeit wird durch die Megasonic-Düse zugeführt, wodurch sich automatisch die Schallankopplung zwischen Transducer und Werkstück ergibt.

Innerhalb und im Anschluß an die Endreinigung der Wafer erfolgt der Transport über ein Wasserkissen in dem Kanalgehäuse 24. Der Vorwärtstransport findet allein durch eine gerichtete Wassereinströmung statt. Die hierbei verwendeten Düsen sind z. B. durch gerichtete Einströmkanäle realisiert. Durch das Wasserkissen und die zusätzliche Spülung findet eine permanente Spülung beider Seiten des Wafers während des Transports statt. Als Spülflüssigkeit wird typischerweise DI- Wasser eingesetzt. Für besondere Anwendungen können auch verdünnte Chemikalien eingesetzt werden. Der Hauptablauf für die Spülflüssigkeit befindet sich vorzugsweise am Ende des Kanals 24. Es können jedoch auch Abläufe dazwischen geschaltet sein, um eine verbesserte Partikel- und Chemikalienableitung zu gewährleisten (nicht gezeigt).

In den Fign. 3, 4 und 5 ist eine Stoppstation 18 vorgesehen, die sich in der Wasserkissentransportstrecke 22 befindet. In der Stoppstation 18 wird der zuvor gereinigte Wafer angehalten. Dadurch wird eine Pufferfunktion erzielt. Die Stoppstation kann z. B. von Haltestiften verwirklicht werden, die durch eine nicht näher bezeichnete Hubvorrichtung in den Transportweg des Wafers gefahren wird. Im Bereich der Stoppstation 18 ist ein nicht gezeigter Detektor vorgesehen, der prüft, ob sich an dieser Stelle ein Wafer befindet. Der Transport eines Wafers 112 aus der Eingabestation 158 wird erst freigegeben, wenn die Stoppstation 18 nicht von einem Wafer besetzt ist. Wie schon erwähnt, erfolgt die Steuerung dieser Vorgänge über die nicht gezeigte Steuervorrichtung. In der Vorrichtung nach Fig. 2 übernimmt die Megasonic-Einheit 16 die Pufferfunktion, so daß eine separate Stoppstation nicht erforderlich ist.

Der Wafer wird im Anschluß an die Stoppstation 18 von Haltestiften einer Entnahmestation 20 angehalten und gehalten, wobei die Haltestifte mit Hilfe einer Hubvorrichtung 98 angehoben werden können, um den Wafer 112 zur Entnahme bereitzuhalten. Die Entnahme erfolgt mit Hilfe des Roboters 164, der den Wafer anheben und gleichzeitig zur Trockenstation 162a transportieren kann. Auch der Entnahmestation 20 ist ein Detektor für Wafer 112 zugeordnet. Die Stoppstation 18 ermöglicht den Weitertransport eines Wafers nur, wenn in der Entnahmestation 20 kein Wafer aufgenommen ist.

Die Trocknungsstation 162a enthält ein turmartiges Gehäuse, in das ein Wafer über eine nicht gezeigte Schleuse vom Roboter 164 bewegt wird. In der Trocknungsstation 162a ist eine Spül-Trockenschleuder angeordnet, mit dem der Wafer in Rotation versetzt wird mit Umdrehungszahlen bis 2000 U/min. Der Antrieb geschieht über einen Elektromotor. In der Trocknungsstation werden zwei Phasen gefahren, nämlich die Prozeßschritte Spülschleudern und Trockenschleudern. Hierbei können unterschiedliche Drehzahl gefahren werden. Die Wafer werden mit Hilfe von Haltestiften am Rotor gehalten. Durch Medienzufuhrleitungen können auf die Werkstückoberseite und auch auf die Werkstückunterseite Spülflüssigkeiten, Gase oder Dämpfe aufgebracht werden. Typische Spülflüssigkeit ist DI- Wasser. Typische Gase sind Gemische aus einem inerten Trägergas wie z. B. Stickstoff und einem Dampf eines wasserlöslichen, Oberflächenspannungsreduzierenden Stoffes, vorzugsweise eines kurzkettigen Alkohols wie Isopropanol.

Claims

A n s p r ü c h e :

1. Vorrichtung zur Reinigung von Wafem nach dem CMP-Prozeß mit den folgenden Merkmalen:

- eine Transportvorrichtung einer Eingabestation (158) am Anfang einer Reinigungsstrecke, die mehrere quer zur Transportrichtung angeordnete und angetriebene Transportwalzen (10) aufweist, welche die polierten Wafer (112) in eine Hauptreinigungsstation (154) transportieren, die mehrere Transportwalzenpaare zum Transport der Wafer (112) durch die Hauptreinigungsstation und mehrere Reinigungswalzenpaare zum Reimgen der Wafer (112) aufweist, wobei in der Hauptreinigungsstation eine Zufuhr von Reinigungsmedium zu den Reinigungswalzenpaaren vorgesehen ist, - eine Entnahmestation (20) am Ende der Reinigungsstrecke, in der ein Roboter (164) einen Wafer (112) ergreift und in eine Trocknungsstation (162a) transportiert, wobei die Entnahmestation (20) einen ersten Detektor aufweist, - eine Wasserkissentransportstrecke (22) zwischen der Hauptreinigungsstation (154) und der Entnahmestation (20) - eine Stoppstation (18) zwischen der Hauptreinigungsstation (154) und der Entnahmestation (20), der ein zweiter Detektor zugeordnet ist und eine Steuervorrichtung, die ein vorgegebenes Verhältnis der Drehzahl der Transportwalzen (10) der Transportvorrichtung und der Transportwalzenpaare der Hauptreinigungsstation (154) vorgibt und den Transport in der Eingabestation (158) erst freigibt, wenn an der Stoppstation kein Wafer ist und einen Wafer zur Entnahmestation (20) nur freigibt, wenn in dieser kein Wafer ist.

2. Vorrichtung zum CMP-Polieren und Reinigen von Wafem, in der die Wafer nach dem Polieren auf einem Polierteller mit Hilfe eines ersten Roboters zu einer Startposition einer Reinigungsvorrichtung transportiert werden und die Reinigungsvorrichtung mindestens eine Hauptreinigungsstation und eine Trocknungsstation und zwischen Hauptreinigungsstation und Trocknungsstation eine Stoppstation aufweist, wobei die Förderstrecke zwischen der Startposition und der Trocknungsstation eine V-förmige Bahn ist und wobei die Hauptreinigungsstation einem ersten Schenkel und die Trocknungsstation dem zweiten Schenkel der V-förmigen Bahn zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Reinraum (100) mit rechteckigem Grundriß angeordnet ist und der zweite Schenkel der V-förmigen Bahn annähernd parallel zu einer Seite des Reinraums (100) verläuft.

4. Vorrichtung nach -Ansprach 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppstation im Scheitelbereich der V-förmigen Bahn angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach -Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung, die Hauptreinigungsstation, die Trocknungsstation und die Stoppstation sowie die Entnahmestation entlang einer V-förmigen Transportbahn für einen Wafer angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Transportwalzen (10) der Eingabestation (158) höhenverstellbare Haltestifte (28) angeordnet sind zur Aufnahme eines polierten Wafers (112) am Rand.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingabestation ein dritter Detektor zugeordnet ist, der die Anwesenheit eines Wafers detektiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Transportwalzen (10) eine Sprühvorrichtung (26) zugeordnet ist zur Anfeuchtung des aufgenommenen Wafers (112).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreinigungsstation (154) eine Endreinigungsstation oder eine Behandlungsstation (158) nachgeordnet ist mit Transportwalzenpaaren und Reinigungswalzenpaaren, denen eine Zuführvorrichtung für Reinigungsund/oder Behandlungsflüssigkeit zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der -Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenpaare in einem geschlossenen Gehäuse mit seitlicher Zufuhr- und Abfuhröffhung (58, 60) angeordnet sind mit einer Auffangwanne im unteren Teil und einem Abluftanschluß (54) und daß femer Mittel im Gehäuse (56) vorgesehen sind zur gezielten Luft-führung.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (38) mit einem vorgegebenen Druck gegen den Wafer (112) gedrückt werden unabhängig von der Dicke des Wafers.

12. Vorrichtung nach -Ansprach 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungs- und/oder Behandlungswalzenpaare in entgegengesetzter Drehrichtung wie die Transportwalzenpaare angetrieben werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Reinigungswalzenpaaren ein Tropfenverteiler (64) zugeordnet ist, der entlang einer Walze eines Walzenpaares bewegt wird, wobei die Bewegung des Tropfenverteilers (64) so gewählt ist, daß seine Aufenthaltsdauer über jedem Walzenabschnitt gleich groß ist.

14. Vorrichtung, nach -Ansprach 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tropfenverteiler (64) ein Mischer vorgeschaltet ist und in den Zuleitungen zum Mischer (76) Durchflußregler (72, 74), Dosierpumpen oder dergleichen angeordnet sind zur Einstellung eines gewünschten Mischungsverhältnisses einer Reinigungs- und/oder Behandlungsflüssigkeit.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spülschleuse (14) zwischen der Hauptreinigungsstation (154) und der Endreinigungs- oder Behandlungsstation (156) angeordnet ist, deren Länge kleiner ist als die Länge eines Wafers (112) und in der Spülschleuse ein Walzenpaar (80) angeordnet ist, dessen Drehrichtung entgegengesetzt zur Transportrichtung des Wafers (112) ist und dem eine Zufuhr (82) für Spülflüssigkeit zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (10, 38, 80) einen weichen flüssigkeitsaufhehmenden Mantel aus Kunststoff auf einem harten Kern aus Kunststoff aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreinigungsstation (154) eine Megasonic-Reinigungsstation (16) nachgeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer in der Megasonic-Station (16) stationär am Rand gehalten wird und in eine Kammer (92) eingetaucht werden kann, wobei die Megasonic-Transducer an Wänden der Kammer (92) angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Megasonic- Station (16) eine Wasserkissentransportstrecke zugeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Ansprach 17, dadurch gekennzeichnet, daß entlang einer Transportstrecke mehrere obere und untere Megasonic-Transducer angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Transducem eine Zufuhr für Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Ansprach 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Transducem ein Flüssigkeitsablauf vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach Ansprach 17, dadurch gekennzeiclmet, daß sie einen den Wafer am Rand erfassenden Rotor aufweist sowie eine den rotierenden Wafer radial überfahrende Megasonic-Düseneinheit.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkissentransportstrecke in einem geschlossenen Kanal (24) angeordnet ist, in dem gerichtete Düsen einen gerichteten Flüssigkeitstransport bewirken.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkissentransportstrecke Sprühdüsen (26) zugeordnet sind zum Besprühen der transportierten Wafer (112) mit Reinigungs- und/oder Chemikalienflüssigkeit.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß höhenverstellbare Haltestifte in der Wasserkissentransportstrecke (22) die Stoppstation (18) bilden.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmestation (20) eine Hubeinheit aufweist, welche den auf der Transportstrecke zugeführten Wafer (112) am Rand erfaßt und anhebt zwecks Übergabe des Wafers (112) mittels eines Roboters (184) in die Trocknungsstation (20).

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsstation (162a) eine Spül-Trockenschleuder aufweist mit Haltestiften an einem Rotor zur Rotation des Wafers mit dem Rotor und einer Zufuhr für Spülflüssigkeit und/oder von Gasen oder Dämpfen.