JP2013514653A - ピンチャックで用いられる強化ピン、およびその強化ピンを用いるピンチャック - Google Patents

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Abstract

【解決手段】化学的に不活性なプラスチックのピン本体が空洞を備えており、その空洞内に、不活性プラスチックよりも大きいヤング率を有する材料から形成された挿入材が含まれている複合支持ピン構造を用いることにより、スピンチャックの耐久性および寿命の改善を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエハ状物品を処理するための装置に関し、特に、ピン構造を有する当該装置に関する。本発明は、さらに、当該装置で用いるためのピン構造に関する。
ウエハ状物品を処理するための装置は、しばしば、ウエハのエッジ周りにおいて、下方または側方のいずれかから物品を支持するピンを備える。
このような装置の例は、本願の権利者が所有する米国特許第４，９０３，７１７号、第５，５１３，６６８号、および第６，４３５，２００号に記載されており、これらの特許はすべて、参照によって明示的に本明細書に組み込まれる。
これらのような装置は、しばしば、半導体ウエハの処理、およびそのウエハ上への半導体デバイスの製造時に利用される枚葉式ウエハ湿式処理装置の処理チャンバ内に配置されるスピンチャックとして実際に利用される。これらのチャックは使用中に腐食性の高い化学物質に晒されるため、通常は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）など、化学的に比較的不活性なプラスチックから形成される。
発明者は、ウエハ状物品を処理するための装置において従来から利用されている支持ピンが、使用中にかなりの応力を受け、その応力が、装置の信頼性を低下させる、および／または、総耐用年数を短くする可能性があることを発見した。このような装置への設備投資額は大きいため、このような装置の信頼性を改善する、および／または、耐用年数を延ばす新しい構造は、かなり有用でありうる。
本発明によると、ウエハ状物品を処理するための装置には、化学的に不活性なバルク材料で形成され、バルク材料よりも大きいヤング率を有する別の材料を含む空洞を規定する本体を有する支持ピンが備えられている。
当該ピンを備える装置は、故障することなく従来の装置よりもはるかに多くの処理サイクルに耐えることができる。
添付の図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読めば、本発明の他の課題、特徴、および、利点が明らかになる。
本発明の一実施形態に従って、ウエハ状物品を処理するための装置を示す部分断面側面図。
（ａ）図１のチャックで用いるピンモジュールの一実施形態を示す部分断面斜視図、（ｂ）図２（ａ）のピンモジュールの断面図、（ｃ）図２（ａ）のピンモジュールの斜視図。
図１では、特に、ウエハ状物品が（シリコンウエハのエッチングのために）処理流体で処理される際にその物品を保持するよう構成された支持体１が、中空支持シャフト２に取り付けられ、このシャフトによって軸１１を中心に回転可能になっており、このために、回転駆動機構３が提供されている（米国特許第４，９０３，７１７号を参照）。
回転駆動機構３は、駆動モータ４を備えており、駆動モータ４の出力ピニオン５は、支持シャフト２に固定された歯車７に対して歯付ベルト６を介して結合されている。
中空支持シャフト２に対して加圧下でガスを供給するために、シャフトの下端は、ガス（例えば窒素）を供給するための圧縮ガス導管９が接続されているカップ形部材８の中に収容されており、このカップ形部材８は、支持シャフト２の下端に対してラビリンスシール１０によって密閉されている。
支持体１は、略カップ形状を有するベース部材２０と、環状部材２１と、実質的に円板状構造の中央部材２２とを備える。
環状部材２１は、その外周で環状リブ２３を介してカップ形状の部材２０の外縁に固定されている。さらに、環状部材２１は、例えば、ベース部材２０の表面２５上の円弧状突起２４によって支持されている。
中央部材２２は、環状部材２１のステップ２７上に載っているショルダ２６を有する。中央部材２２は、いくつかのクランプボルト３０によってベース部材２０に取り付けられる。環状部材２１は、ベース部材２０および中央部材２２の間の所定の場所にクランプされる。
ベース部材２０および中央部材２２の間に空間３１が提供されており、この空間３１は、下方向ではベース部材２０の表面２５によって、上方向では中央メンバ２２の表面３２によって規定されている。ギャップ状空間３３が、この空間３１から伸びており、この空間３３は、それぞれベース部材２０および環状部材２１の互いに対向する表面３４および３５によって規定されている。
空間３１およびギャップ状空間３３内には、歯車リム４０が収容されており、この歯車リム４０は、支持シャフト２の上端４１に結合され、半径方向外向きに伸びる周囲の歯４２で、環状部材２１の穴に回動可能に受け入れられたシャフト４４の歯車４３とかみ合っている。各シャフト４４は、その回転軸に対して偏心して配置されているピン４５を支える。歯車リム４０を用いてシャフト４４を回転させることにより、支持体１の回転軸１１からピン４５までの半径方向の距離が変化しうる。ピン４５は、支持体１上に保持される図示しないウエハ状物品（例えば、シリコンウエハ）の側方保持のための留め具として機能する。
歯車リム４０は、環状に分布するようにベース部材２０に挿入されている摺動ブロック６によって支持および案内される。これらの摺動ブロック４６は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンから形成される。
さらに、凹部（図示せず）が歯車リム４０内に配置されており、環状メンバ２１の突起２４、および、クランプボルト３０が、これらの凹部を通して伸びていることに注意されたい。これらの凹部は、ピン４５を望ましい程度に調節できる範囲まで環状メンバ２１ひいては支持体１に対して歯車リム４０を回転できるような寸法を有する。
シャフト４４を調節することによってピン４５を放射状に回転させる間、ベース部材２０は、詳細に図示されていないブレーキ装置によって制動され、支持シャフト２は支持体１に対して回転される。なお、ブレーキ装置は、例えば、米国特許第４，９０３，７１７号に記載されているように、すなわちホースブレーキとして設計することが可能である。支持体１およびその支持シャフト２の間のこの相対的移動によって、ピン４５のシャフト４４も、同様に回転される。
米国特許第４，９０３，７１７号で周知のホースブレーキの代わりに、ベース部材２２は、シューブレーキで制動されてもよい。
ブラインドホール５０が、支持体１の中央部材２２に配置されており、支持シャフト２は、支持シャフト２の穴５１が終了する上端で、このブラインドホール５０内に受け入れられている。支持シャフト２の上端は、ガスケット５２によって中央部材２２に対して密閉される。支持シャフト２の穴５１から出てブラインドホール５０によって形成された空間に入ったガスは、いくつかの半径方向の穴５３を通して環状空間５４に流れ込み、次いで、支持体１からガスを放出するノズル１２へと流れる。
環状空間５４は、それぞれ中央部材２２および環状部材２１の互いに対向する表面５５および５６によって規定されている。
偏心ピン４５の回転駆動機構が収納される空間３１およびギャップ状空間３３は、支持体（ブラインドホール５０、穴５３、環状空間５４）を通してノズル１２に圧縮ガスを送る流路から（ガスケット５２によって）分離および密閉されていることがわかる。
ピン４５は、ウエハ湿式処理で用いられる腐食性の高い化学物質に対して比較的不活性なバルク材料で形成されており、材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン／ポリエチルスチレン（ＰＳ／ＰＥＳ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマ（ＰＣＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、または、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）などのプラスチックであることが好ましい。ＰＴＦＥおよびＰＶＤＦが特に好ましい。
図２（ａ）、図２（ｂ）、および、図２（ｃ）に示すように、ピン４５は、ウエハのエッジに沿って下方または側方からウエハ状物品と接触するグリップ部（２１３）を含むピンモジュール２０１の形態を取ってよい。上述のピン４５の構造は、ウエハが空気のクッション上に保持されていてもなお側方変位を制限されることが好ましい場合に、ウエハ状物品のエッジと側方で接触するために用いられ、例えば、ベルヌーイの法則に基づいて動作するスピンチャックで用いられる。
本明細書に用いられているように、「ピン」という用語は、図２（ａ）、図２（ｂ）、および、図２（ｃ）に示すようなピンモジュールも含む。ピンモジュール（２０１）は、歯車（２０７）、シャフト（２０４）、および、グリップ部（２１３）を備え、それらはすべて上述の不活性バルク材料から形成されることが好ましい。グリップ部（２１３）は、完全に円筒形であってもよいし、半径方向内向きの波形の表面部分を有して、そのエッジからのウエハの持ち上げ（処理段階の合間に液体を放出するのを助けるために時々実行される）を助けてもよい。実際的には、グリップ部（２１３）の直径は、通例、約１から約５ｍｍの範囲であり、約３ｍｍであることが最も多い。ピンモジュール（２０１）を閉じると、グリップ部（２１３）は、ウエハを把持するため、応力を受ける。
しかしながら、ピンモジュール（２０１）は、さらに、シャフト（２０４）内に形成されている空洞（２０２）を備えており、その空洞は、例えば、ピンのグリップ部（２１３）によって把持された時にウエハに対して実行される液体処理中に液体連通しない側からシャフト（２０４）内にドリル穿孔された狭い穴である。
この実施形態において、空洞（２０２）は、ロッドおよびバルク材料の間にギャップがほとんど残らないように空洞（２０２）内に圧入されることが好ましい細いロッド（２１０）で満たされる。空洞（２０２）内にロッド（２１０）を固定するために、空洞（２０２）は、止めネジ（２１６）を用いて閉じられる。この実施形態では、空洞（２０２）は止まり穴であるため、ロッド（２１０）は、グリップ部（２１３）内のすべての表面でバルク不活性材料によって完全に覆われる。
細いロッド（２１０）は、かかるロッドが周りの不活性バルク材料と同じ材料で形成された場合よりも高いヤング率（Ｅ）（すなわち弾性率）を有する。ロッドの材料は、炭素繊維強化複合材料で形成されることが好ましいが、ピンで保持されたウエハに対して実行される処理によっては、その他の材料（例えば、ステンレス鋼またはチタン）も可能である。
空洞（２０２）を塞ぐ材料は、細いロッドであっても他のタイプの挿入材料または融合材料であっても、周りのバルク不活性材料よりも少なくとも１桁大きいヤング率（Ｎ／ｍｍ2で表した場合）を有することが好ましく、ヤング率をＮ／ｍｍ2で表した場合に、周りのバルク不活性材料よりも少なくとも２桁大きいヤング率を有することがより好ましい。
例えば、ＰＶＤＦは、ＡＳＴＭ Ｄ６３８標準試験法によって測定されたように約１．１ｋＮ／ｍｍ2のヤング率を有し、炭素繊維強化プラスチックは、約１２４ｋＮ／ｍｍ2〜１５２ｋＮ／ｍｍ2のヤング率を有する。
ロッド（２１０）を収容する穴（２０２）は、シャフト（２０４）の軸と平行であり、ピンのグリップ部（２１３）の中心にあることが好ましい。しかしながら、穴は、斜めに穿孔されてもよく、穴の上側部分がピンのグリップ部（２１３）内にあればよい。
本発明に従ったピンの複合構造は、それらを組み込んだチャックの耐久性および寿命を改善する。例えば、１００，０００個のウエハを把持した後にピン破損によって故障していたチャックが、１，０００，０００個のウエハに耐えられるようになる。
本発明は様々な好ましい実施形態に関連して説明されているが、それらの実施形態は、本発明の例示のために提供されているに過ぎず、添付の特許請求の範囲の真の範囲および精神によって与えられる保護範囲を限定するための根拠として用いるべきではないことを理解されたい。

Claims (15)

  1. ウエハ状物品を処理するための装置であって、
    前記物品に対して実行される処理動作中に前記ウエハ状物品を所定の位置に維持するよう構成されているホルダと、
    前記ホルダと動作可能に係合され、前記物品のエッジの下方からまたは前記エッジから前記装置上で処理される前記ウエハ状物品を支持するように構成され、前記ホルダに対して配置されている複数の支持ピンと、
    を備え、
    前記支持ピンは、化学的に不活性なバルク材料で形成され空洞を規定する本体と、前記バルク材料よりも大きいヤング率を有する材料で形成され前記空洞内に配置されている挿入材とを備える、装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、前記ホルダは、半導体デバイスの枚葉式ウエハ湿式処理のための処理チャンバによって囲まれるスピンチャックである、装置。
  3. 請求項１に記載の装置であって、前記ピンは前記ウエハ状物品が配置される前記ホルダ上における領域を囲むように円形の列に配置されており、前記ピンは前記ウエハ状物品とエッジで接触することによって前記所定の位置から外れる側方移動を制限するよう適合されている、装置。
  4. 請求項１に記載の装置であって、前記バルク材料は、化学的に不活性なプラスチックである、装置。
  5. 請求項１に記載の装置であって、前記バルク材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン／ポリエチルスチレン（ＰＳ／ＰＥＳ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマ（ＰＣＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、および、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）からなる群より選択される、装置。
  6. 請求項５に記載の装置であって、前記バルク材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）である、装置。
  7. 請求項１に記載の装置であって、前記挿入材は、炭素繊維強化複合材料である、装置。
  8. 請求項１に記載の装置であって、前記挿入材は、ステンレス鋼またはチタンである、装置。
  9. 請求項１に記載の装置であって、前記挿入材は、ヤング率をＮ／ｍｍ2で表した場合に、前記バルク材料よりも少なくとも１桁大きいヤング率を有する、装置。
  10. 請求項１に記載の装置であって、前記挿入材は、ヤング率をＮ／ｍｍ2で表した場合に、前記バルク材料よりも少なくとも２桁大きいヤング率を有する、装置。
  11. ウエハ状物品を処理するための装置で用いるピンであって、
    化学的に不活性なバルク材料で形成され空洞を規定する本体と、
    前記バルク材料よりも大きいヤング率を有する材料で形成され前記空洞内に配置されている挿入材とを備える、ピン。
  12. 請求項１１に記載のピンであって、前記バルク材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン／ポリエチルスチレン（ＰＳ／ＰＥＳ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマ（ＰＣＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、および、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）からなる群より選択される、ピン。
  13. 請求項１１に記載のピンであって、前記挿入材は、炭素繊維強化複合材料またはステンレス鋼またはチタンである、ピン。
  14. 請求項１１に記載のピンであって、前記挿入材は、ヤング率をＮ／ｍｍ2で表した場合に、前記バルク材料よりも少なくとも１桁大きいヤング率を有する、ピン。
  15. 請求項１４に記載のピンであって、前記挿入材は、ヤング率をＮ／ｍｍ2で表した場合に、前記バルク材料よりも少なくとも２桁大きいヤング率を有する、ピン。
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