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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Hubstift zur Substratprozessierung und Vorrichtungen, die einen solchen Hubstift umfassen.
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STAND DER TECHNIK
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Bei der Prozessierung von Substraten, zum Beispiel Halbleiterwafern, zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, wie zum Beispiel integrierten Schaltungen, müssen die Substrate auf Substrataufnahmen, zum Beispiel sogenannten Chucks, zur Verarbeitung platziert werden. In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, dieses Platzieren von Substraten auf einer Substrataufnahme zu automatisieren, zum Beispiel um den Durchsatz des Herstellungsverfahrens zu erhöhen.
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Ein Ansatz, der in der Halbleiterindustrie verwendet wird, ist, das Substrat auf Hubstiften zu platzieren, die sich von der Substrataufnahme aus erstrecken, und dann die Hubstifte in Löcher in der Substrataufnahme zurückzuziehen, wodurch das Substrat auf die Substrataufnahme abgesenkt wird. Bei herkömmlichem Vorgehen haben die Löcher in der Substrataufnahme oft einen beträchtlich größeren Durchmesser als die Hubstifte, die verwendet werden, um z.B. Reibung des Hubstifts an der Substrataufnahme zu verhüten. Daher bleibt ein Teil des Lochs offen, wenn das Substrat auf die Substrataufnahme abgesenkt wird. In einigen Anwendungen, zum Beispiel dem Ätzen auf Plasmabasis, kann dies zu Ätzradikalen führen, die die Rückseite des Substrats an den Löchern erreichen und daher zu einer rückseitigen Ätzung des Substrats, die unter bestimmten Umständen unerwünscht sein kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Hubstift und entsprechende Vorrichtungen bereitzustellen, mit welchen die obigen Probleme gelöst oder zumindest abgemildert werden können.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Es werden eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 16 sowie ein Hubstift nach Anspruch 23 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und für weitere Ziele und Vorteile derselben wird auf die folgende Beschreibung verwiesen, die zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verwendet wird.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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2 zeigt eine Teilquerschnittsansicht entlang einer Linie 16 von 1.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines Hubstiftes gemäß einer Ausführungsform.
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4 zeigt schematisch ein Detail des Hubstiftes von 3.
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5 zeigt schematisch ein weiteres Detail des Hubstiftes von 3.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ILLUSTRIERENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen detailliert beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen lediglich erläuternden Zwecken dienen und nicht als Einschränkung für den Geltungsbereich der vorliegenden Anmeldung in irgendeiner Weise ausgelegt werden dürfen. Obwohl zum Beispiel eine Ausführungsform beschrieben wird, die mehrere Merkmale aufweist, können in anderen Ausführungsformen weniger Merkmale und/oder andere Merkmale vorgesehen sein. Um zum Beispiel in einigen Fällen eine prägnante Offenbarung bereitzustellen, können mehrere Merkmale mit Bezug auf eine einzelne Ausführungsform beschrieben werden, während andere Ausführungsformen nur eines oder einige dieser Merkmale haben können.
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Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen können kombiniert werden, wenn spezifisch nichts anderes angegeben wird. Obwohl des Weiteren im Folgenden manchmal eine Verarbeitung von Halbleiterwafern, wie Siliziumwafern, zum Beispiel eine Ätzung auf Plasmabasis solcher Halbleiterwafer als beispielhafte Umgebung verwendet wird, können Ausführungsformen allgemein in Fällen verwendet werden, in denen Substrate, einschließlich Substrate, die keine Halbleiterwafer sind, auf einer Substrataufnahme unter Verwendung von einem oder mehreren Hubstiften platziert werden.
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In den Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, werden Hubstifte und ihre Anwendung in Verarbeitungsvorrichtungen im Detail diskutiert. Ein Hubstift im Kontext der vorliegenden Anmeldung ist ein Stift, auf den ein Substrat gebracht werden kann und der angehoben oder abgesenkt werden kann, insbesondere zum Absenken des Substrats auf eine Substrataufnahme, wie einen Chuck.
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Wendet man sich nun den Figuren zu, so wird in 1 eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterverarbeitungsvorrichtung gezeigt. Die Halbleiterverarbeitungsvorrichtung von 1 kann zum Beispiel eine Plasmaätzvorrichtung sein, wie ein Plasma-Resist-Ascher oder ein isotroper Plasma-Ascher. Allgemein kann jedoch jede Art von geeigneter Verarbeitung an der Vorrichtung von 1 ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtung eine Plasmaabscheidungsvorrichtung sein.
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Die Verarbeitungsvorrichtung von 1 umfasst eine Verarbeitungskammer 10, in der zwei Chucks 11A, 11B, jedes zum Aufnehmen eines Halbleitersubstrats, wie zum Beispiel eines Wafers, z.B. ein Siliziumwafer, zum Verarbeiten, auf einem Tisch 12 vorgesehen sind. Die Größe der Chucks 11A, 11B kann der Größe der Substrate entsprechen, die verarbeitet werden sollen, oder etwas größer als dieselben sein. Obwohl zwei Chucks 11A, 11B innerhalb der Verarbeitungskammer 10 vorgesehen sind, kann in anderen Ausführungsformen nur ein Chuck oder es können mehr als zwei Chucks vorgesehen sein. In anderen Ausführungsformen können andere Substrataufnahmen als Chucks zum Aufnehmen eines Substrats verwendet werden.
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Chuck 11A hat Löcher 14A, durch die Hubstifte sich erstrecken können, und analog hat Chuck 11B Löcher 14B, durch die Stifte sich zum Aufnehmen eines Substrats erstrecken können. Obwohl drei Löcher 14A und drei Löcher 14B gezeigt werden, ist die Zahl der Löcher und damit der Stifte nicht auf drei beschränkt, und es kann jede Zahl von Stiften, die zum Stützen des Substrats notwendig sind, verwendet werden.
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Für jeden der Chucks 11A, 11B wird ein paddelartiger Substratträger vorgesehen, nämlich Substratträger 13A für Chuck 11A und Substratträger 13B für Chuck 11B. Substratträger 13A ist beweglich oder drehbar, wie durch einen Pfeil 15A angezeigt, und Substratträger 13B ist beweglich oder drehbar, wie durch einen Pfeil 15B angezeigt.
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Um ein Substrat auf Chuck 11A zu platzieren, kann das Substrat auf dem Substratträger 13A platziert werden, zum Beispiel in einer Position, in der der Substratträger 13A von Chuck 11A abgewandt ist, und dann können die Substratträger 13A gedreht werden, wie durch den Pfeil 15A angezeigt, in die Position, die in 1 gezeigt wird. Als Nächstes werden Hubstifte durch die Löcher 14A derart verlängert, dass sie durch die Löcher 14A laufen und das Substrat auf den Hubstiften ruht, und der Substratträger 13A wird dann von Chuck 11A ohne das Substratwegbewegt. Und schließlich werden die Hubstifte in Chuck 11A zurückgezogen, wodurch das Substrat auf Chuck 11A abgesenkt wird.
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In ähnlicher Weise kann ein Substrat auf dem Chuck 11B platziert werden, wobei die Substrataufnahme 13B und die Hubstifte verwendet werden, die sich durch die Löcher 14B erstrecken.
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Nach dem Platzieren der Substrate auf den Chucks 11A, 11B kann die Verarbeitung innerhalb der Verarbeitungskammer 10 ausgeführt werden, zum Beispiel eine Ätzung auf Plasmabasis oder eine andere Verarbeitung, wie oben erwähnt. Zum Wiederentfernen der Substrate kann das oben beschriebene Verfahren umgekehrt werden.
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Zum Illustrieren eines möglichen Mechanismus zum Ausfahren und Anheben der Hubstifte durch die Löcher 14A und 14B wird in 2 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 16 von 1 gezeigt. In der schematischen Darstellung von 2 sind die Hubstifte 21 an einer Hubplatte 20 befestigt. Wenn die Hubplatte 20 auf- oder abbewegt wird, wie durch einen Pfeil 22 angezeigt, zum Beispiel unter Verwendung eines Elektromotors oder eines pneumatischen Antriebs (nicht dargestellt), werden die Hubstifte 21 durch die Löcher 14A in der Chuck 11A ausgefahren oder durch dieselben zurückgezogen. Es ist zu beachten, dass die Darstellung der Hubstifte 21 in 2 nur als schematisch anzusehen ist, und mögliche Implementierungen von Hubstiften gemäß Ausführungsformen werden im Detail mit Verweis auf die 3–5 beschrieben.
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In 3 wird ein Hubstift 317 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die 4 und 5 zeigen Details von Hubstift 317. Obwohl aus Gründen der kompakten Darstellung der Hubstift 317 zum Beschreiben verschiedener Merkmale verwendet wird, die zusammen in Hubstiften implementiert sein können, so können diese Merkmale auch als isolierte Merkmale ohne die übrigen Merkmale, die in anderen Ausführungsformen offenbart werden, implementiert werden.
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Hubstift 317 in 3 ist an einer Hubplatte 34 befestigt. Eine obere Fläche der Hubplatte 34 hat die Referenzzahl 35. Wie bereits mit Verweis auf 2 erläutert, kann durch Bewegen der Hubplatte 34 der Hubstift 317 durch einen Chuck 31 ausgefahren werden oder in Chuck 31 zurückgezogen werden. In 3 wird die zurückgezogene Position gezeigt, bei der ein distales Ende des Hubstifts 317, d.h. ein Ende, das von der Hubplatte 34 abgewandt ist, im Wesentlichen bündig mit einer Fläche 32 von Chuck 31 ist und im Wesentlichen ein Loch 33 schließt, durch welches sich der Hubstift 317 bewegt. Allgemein wird eine Richtung oder Position zur Hubplatte 34 hin als proximal bezeichnet, während die entgegengesetzte Richtung oder Position als distal bezeichnet wird.
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Als Nächstes werden verschiedene spezifische Merkmale des Hubstifts 317 im Detail diskutiert.
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Der Hubstift 317 in der Ausführungsform von 3 umfasst einen oberen Teil (distalen Teil) 30 und einen unteren Teil (proximalen Teil) 311. Zum Verbinden des oberen Teils 30 mit dem unteren Teil 311 umfasst der obere Teil 30 ein Außengewinde 38 an einem unteren (proximalen) Ende desselben, und der untere Teil 311 umfasst ein Innengewinde 39 an einem oberen (distalen) Ende desselben, so dass der obere Teil 30 in den unteren Teil 311 geschraubt werden kann. In anderen Ausführungsformen kann der untere Teil 311 ein Außengewinde umfassen, und der obere Teil 30 kann ein Innengewinde umfassen.
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Über solch eine Gewindeverbindung kann die Gesamtlänge oder Höhe des Hubstifts 317 leicht auch in der montierten Verarbeitungsvorrichtung eingestellt werden, wie durch einen Pfeil 310 angezeigt. In einigen Ausführungsformen kann dies hilfreich sein, da zum Beispiel im Verlauf von vielen Wiederholungen von Produktionszyklen leichte Fehlausrichtungen zwischen verschiedenen Hubstiften, die verwendet werden, auftreten können (zum Beispiel drei Hubstifte in 1), was durch solch eine Einstellung kompensiert werden kann.
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In einer Ausführungsform können der obere Teil 30 und/oder der untere Teil 311 aus eloxiertem Aluminium hergestellt sein. In anderen Ausführungsformen können nur die Gewinde (Außengewinde 38 und/oder Innengewinde 39) aus eloxiertem Aluminium hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann eines der Gewinde aus eloxiertem Aluminium hergestellt sein, und das andere Gewinde kann aus einem anderen Material hergestellt sein, z.B. Edelstahl. In einigen Ausführungsformen wird durch den Eloxierungsprozess ein bestimmtes Spiel in der Gewindeverbindung vorgesehen, so dass eine Bewegung (wie durch einen Pfeil 318 angezeigt) des oberen Teils 30 gegenüber dem unteren Teil 311 bis zu einem gewissen Grad ermöglicht wird. In anderen Ausführungsformen kann das Spiel unter Verwendung anderer Materialien eingeführt werden, wie zum Beispiel Edelstahl, oder Kunststoff, wie Teflon, und durch die Verwendung von nicht standardisierten Gewindedurchmessern. Standarddurchmesser oder -gewinde wären zum Beispiel M3, M4, M5 usw., die genormte Gewindeabmessungen darstellen. Solch ein Spiel kann dabei helfen, mechanische Toleranzen zu berücksichtigen, einschließlich Toleranzen auf Grund von kleinen Änderungen der Geometrie, die auf wiederholte Verwendung der Verarbeitungsvorrichtung zurückzuführen sind, d.h. wiederholtes Anheben und Absenken der Hubstifte. Durch das Spiel, das durch die Gewinde 38, 39 bestimmt wird, kann auch die thermische Ausdehnung des Chucks 31 in einigen Ausführungsformen kompensiert werden. Ein Spiel, das durch die Gewinde auf diese Weise ermöglicht wird, kann von der Größenordnung von 20 bis 200 µm, 30 bis 150 µm oder 30 bis 100 µm sein, zum Beispiel etwa 40 bis 60 µm.
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In einigen Ausführungsformen kann auch das Eloxieren die Rauigkeit erhöhen und kann daher eine unerwünschte Einschraub-(Herausschraub-)Bewegung oder Lockerung der Gewinde 38, 39 gegeneinander verhindern. In anderen Ausführungsformen können andere Materialien verwendet werden, und das oben erwähnte Spiel kann zum Beispiel durch das dementsprechende Konstruieren der Abmessungen erreicht werden, und das Lockern der Gewindeverbindungen kann mit anderen herkömmlichen Mitteln verhindert werden.
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Des Weiteren umfasst in der Ausführungsform von 3 der Hubstift 317, in diesem Fall der obere Teil 30, eine Stufe 37, wo der Durchmesser des oberen Teils 30 sich ändert, d.h. der Teil unterhalb der Stufe 37 hat einen kleineren Durchmesser als der Teil oberhalb der Stufe 37. Dies kann dazu dienen, ein Winkelspiel zu erhöhen, und kann in einigen Ausführungsformen helfen, das Hineinfallen von Schmutzteilchen in die Gewinde 38, 39 zu verhindern. In anderen Ausführungsformen jedoch kann die Stufe 37 weggelassen werden. Ein Teil 319 mit reduziertem Durchmesser unterhalb der Stufe 37 kann einen kleineren Durchmesser haben als das Außengewinde 38, was bei der Sicherung eines gewünschten Spiels helfen kann.
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In der Ausführungsform von 3 umfasst der obere Teil 30 ferner einen verjüngten Teil 36 an seinem distalen Ende.
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Dieser verjüngte Teil 36 wird detaillierter in 5 gezeigt. Wie zu erkennen ist, ist ein Durchmesser des Hubstifts am distalen Ende desselben am größten und dann verringert sich der Durchmesser allmählich. Ein Verjüngungswinkel α zwischen der Seite des verjüngten Teils 36 und der Längsrichtung 50 des Hubstifts (vertikale Richtung von 5) kann zwischen 0° und 20° liegen, zum Beispiel zwischen 0° und 10°. Ein solcher relativ kleiner Verjüngungswinkel kann helfen, den Verschleiß und die Reibung zwischen dem Hubstift und dem Chuck in einigen Ausführungsformen zu reduzieren, obwohl größere Winkel in anderen Ausführungsformen verwendet werden können.
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Durch Bereitstellen des verjüngten Teils 36 kann in einigen Ausführungsformen eine relativ gute Abdichtung des Lochs 33 erhalten werden, wenn der Hubstift 317 in der zurückgezogenen Position ist (wie in 3 gezeigt), während weiterhin eine problemlose Bewegung von Hubstift 317 gewährleistet ist.
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Um das zu erreichen, kann ein Durchmesser des distalen Endes von Hubstift 317, d.h. der Teil des verjüngten Teils 36 mit dem größten Durchmesser, im Wesentlichen dem Durchmesser von Loch 33 entsprechen, kann zum Beispiel einige Prozent, zum Beispiel weniger als 15 % oder weniger als 5 %, kleiner sein als der Durchmesser von Loch 33.
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In der Ausführungsform von 3 wird ein unterer Teil 311 an der Hubplatte 34 lose befestigt, d.h. es wird ein gewisses Spiel zugelassen, was sowohl eine Drehbewegung ermöglicht, wie durch einen Pfeil 315 angezeigt, als auch eine seitliche Bewegung, wie durch einen Pfeil 316 angezeigt.
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Zu diesem Zweck hat ein Teil des unteren Teils 311, das sich durch ein Loch 314 in der Hubplatte 34 erstreckt, einen kleineren Durchmesser als Loch 314, zum Beispiel einen Durchmesser, der zwischen 10 % und 40 % kleiner ist, zum Beispiel zwischen 25 % und 35 % kleiner. Zum Beispiel kann Loch 314 einen Durchmesser von etwa 7 mm haben, während der Teil des unteren Teils 311, der sich durch Loch 314 erstreckt, einen Durchmesser von ca. 4,7 mm haben kann. Diese numerischen Werte dienen jedoch nur zur Erläuterung, und andere Werte können ebenfalls verwendet werden. Durch dieses Spiel kann eine problemlose Bewegung des Stiftes durch den Chuck 31 gesichert werden, und grobe mechanische Toleranzen, Bewegung, Verschleiß und auch thermische Ausdehnung können kompensiert werden, zum Beispiel auch, wenn man die Verarbeitungsvorrichtung montiert. Insbesondere kann auf diesem Weg eine Selbsteinstellung des Hubstifts in einigen Ausführungsformen derart bereitgestellt werden, dass zum Beispiel nach einer oder ein paar Hub-/Absenkbewegungen der Hubstift 317 sich durch der Chuck 31 mit reduzierter oder minimierter Reibung bewegt.
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Zur Sicherung des Hubstifts 317 in Loch 314 in 3 über Loch 314 hat der Hubstift 317 eine rechteckige, zum Beispiel quadratische Platte 312, die größer als Loch 314 ist. Auf einer unteren Seite ist ein Sicherungsring 313 vorgesehen. Es ist zu bemerken, dass in anderen Ausführungsformen eine rechteckige oder andere Platte statt eines Sicherungsrings 313 vorgesehen sein kann, und/oder ein Sicherungsring kann anstelle der Platte 312 vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsform wird eine rechteckige Platte 312 in einer rechteckigen Vertiefung in der Hubplatte 34 vorgesehen. Dies wird in einer schematischen Draufsicht in 4 gezeigt, wo die Bezugszahl 40 eine rechteckige Vertiefung in der Fläche 35 der Hubplatte 34 bezeichnet. In einer Ausführungsform wie der gezeigten Ausführungsform ist die rechteckige Vertiefung 40 so dimensioniert, dass die Platte 312 keine volle Umdrehung innerhalb der Vertiefung 40 ausführen kann, sondern nach einer gewissen Drehung trifft eine Ecke von Platte 312 auf eine Wand der Vertiefung 40, wie in den Punktlinien gezeigt, die die Bezugszahl 312' tragen. Auf diese Weise kann die Größe der Drehung, wie durch Pfeil 315 angezeigt, beschränkt werden, und so steht ein rotationsbegrenzender Mechanismus zur Verfügung. Das kann in einigen Fällen hilfreich sein, um eine Höheneinstellung des Hubstifts 317 durch die Gewinde 38, 39 zu ermöglichen, indem einfach ein distaler Endabschnitt des Hubstifts 317 gedreht wird. In anderen Ausführungsformen kann die Rotation auf andere Weise beschränkt werden. In noch anderen Ausführungsformen kann eine volle Umdrehung von 360° möglich sein. In anderen Ausführungsformen können andere Plattenformen und/oder Vertiefungsformen verwendet werden, zum Beispiel dreieckige Formen, fünfeckige Formen, andere polygonale Formen oder elliptische Formen.
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Wie bereits oben erwähnt, können in anderen Ausführungsformen weniger Merkmale vorgesehen sein, obwohl die Ausführungsform von 3 mehrere verschiedene Merkmale aufweist. Zum Beispiel können einige Ausführungsformen nur den verjüngten Teil 36 haben oder nur eine lose Kopplung, die ein Spiel zwischen dem Hubstift und der Hubplatte 34 ermöglicht, oder nur eine Gewindeverbindung, wie die Gewinde 38, 39. In anderen Ausführungsformen können nur einige dieser Merkmale, aber nicht alle diese Merkmale implementiert sein. Die Gewinde 38, 39 können mit oder ohne Stufe 37 vorgesehen sein.
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Wie zu erkennen ist, sind mehrere Modifizierungen und Variationen möglich, und die Ausführungsformen, die beschrieben werden, dienen nur als Beispiele. Daher dürfen diese Ausführungsformen nicht als Einschränkungen für den Geltungsbereich der vorliegenden Patentschrift ausgelegt werden.
