JP2016531440A - 作業面クリーニングシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

半導体プロセスで用いられるクリーニングウェハの作業面から異物及び微粒子を除去するように設計されたクリーニングフィルム。これらのプロセスは、ウェハ操作機器及びウェハチャック中のクリーニングのための、プローブカードピン及びＦＥＯＬツールのクリーニングのためのウェハソート検査を含む。クリーニングウェハの作業面上に捕集されたデブリは、粒子除去フィルムによって除去され、デブリ及び異物の廃棄が可能になる。クリーニングフィルムの使用は、オペレータが、外部業者を用いずにクリーニングウェハを再生することを可能にし、クリーニング・プロセスにおける湿式洗浄及び溶剤の使用を排除する。【選択図】 図１

Description

本開示は、一般に、半導体製造及び検査中に用いられるクリーニング装置の作業面から粒子及びその他の異物を除去するための材料、装置、及び方法に関する。
（優先権主張／関連出願）
本出願は、２０１３年６月７日に出願された「Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許出願番号第１３／９１２，８４０号の一部継続出願であってこれ対するアメリカ合衆国特許法第１２０条の規定下の優先権を主張するものであり、該出願自体は、２００５年９月２７日に出願された「Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許出願番号第１１／２３７，５９６号の一部継続出願であってこれに対するアメリカ合衆国特許法第１２０条の規定下の優先権を主張するものであり、該出願自体は、２００４年９月２８日に出願された米国特許仮出願番号第６０／６１４，０７３号に対するアメリカ合衆国特許法第１１９条（ｅ）の規定下の利益を主張するものであり、これら両方の全体が、引用により本明細書に組み入れられる。

ウェハ操作機器（ロボットアーム及びエンドエフェクタなど）及びウェハステージ（ウェハチャック、ウェハテーブル、及び／又は予備位置合わせチャックなど）からデブリを除去するために用いられるプローブカード・クリーニングウェハ及び半導体ハードウェア・クリーニングウェハのために用いられる装置の作業面は、クリーニング可能であることが望ましい。プローブカード・クリーニングウェハ及びハードウェア・クリーニングウェハ上に捕集された異物及び微粒子は、プローブカード又はウェハ操作ハードウェアから捕集され除去された表面デブリを捕集し廃棄することを可能にする、粒子除去装置によって除去される。

外部業者の使用、又はクリーニング・プロセスの一部としての湿式洗浄ステップの使用を伴わずに作業面を再生する粒子除去装置の使用を可能にするクリーニング方法を提供することが望ましい。

従って、そうしたクリーニング方法及びシステムを提供することが望ましく、本開示は、この目的を達成することに向けられる。

保護ライナ及びフィルムバッキングを有するクリーニングフィルムポリマーの斜視図である。 オンプローブ・クリーニングウェハ又はチャック・クリーニングウェハにて用いられるクリーニングフィルムのためのプロセスステップを示すフローチャートである。 クリーニングフィルムの貼付及び除去の写真表示である。 クリーニングフィルムの貼付及び除去の写真表示である。 クリーニングフィルムの貼付及び除去の写真表示である。 クリーニングフィルムの貼付及び除去の写真表示である。

本開示は、半導体装置の検査中にプローブカードのクリーニングに用いられるクリーニング装置の作業面から異物及び微粒子を非破壊的かつ非侵襲的に除去するように設計された装置、材料及び方法に向けられる。このクリーニング装置及び方法は、半導体装置の製造中にフロントエンドオブライン（ＦＥＯＬ）機器内のウェハ操作ハードウェア及びウェハステージをクリーニングするのに用いられるクリーニング装置及びウェハの作業面から異物及び微粒子を除去するために用いることもできる。

従来技術で説明されるプローブカード・クリーニング材料は、デブリ除去のための研磨特性及び取り除かれたデブリを捕集するための表面粘着特性を与えるために、無充填及び粒子充填エラストマーから成るものとすることができる。

デブリは、プローブカード・クリーニング材料との接触により、ウェハ検査プローブピンから除去される。プローブカード・クリーニング材料を繰り返し使用した後では、取り除かれたデブリがクリーニング装置の作業面上に蓄積して、クリーニングされるプローブとの接触を減らし、従って、材料の効果が低減する。蓄積したデブリを除去するための従来の方法は、イソプロピルアルコールなどの溶剤を用いてクリーニング材料の作業面から異物及び微粒子を除去する湿式洗浄プロセスから成るものであった。

この粒子除去装置及び方法は、ステッパ、フォトリソグラフィ、ＰＶＤ、ＣＶＤ及びエッチツールといったその他のフロントエンドオブライン（ＦＥＯＬ）プロセスで用いられるクリーニングウェハのクリーニング及びそこからのデブリ捕集にも適用される。フロントエンドオブライン（ＦＥＯＬ）半導体装置製造ツール内のウェハ操作ハードウェア及びウェハチャックから異物及び微粒子を除去するために用いられるクリーニング装置及びウェハの場合、クリーニング・プロセスの間のデブリが、クリーニング装置又はウェハの作業面上に蓄積することになる。ひとたび粒子及び汚染物質がクリーニングウェハによってＦＥＯＬ半導体製造ツールから捕集され除去されると、捕集されたデブリがツールに再度混入する危険があるので、該クリーニングウェハを表面クリーニングせずにＦＥＯＬツールを通して再利用すべきではない。例えば、ＦＥＯＬクリーニングウェハは、リソグラフィツール内にデフォーカススポットを生じさせる微粒子を除去するために用いられ、粒子がツールから除去されると、粒子がデフォーカスを再発させる機会が排除される。粒子は、クリーニングウェハ上でツールに再度混入してはならない。粒子除去装置を用いて、ＦＥＯＬクリーニングウェハ表面からデブリを持ち上げ、使用後、この粒子除去装置は、続いて廃棄される。プローブ・クリーニングウェハと同様に、蓄積したデブリを除去するための従来の方法は、イソプロピルアルコールなどの溶剤を用いてクリーニング材料表面を湿式洗浄することから成るものであった。

本開示は、クリーニング材料表面上に捕集されたデブリを有効に除去する、非破壊的かつ溶剤を用いない方法に向けられる。この装置及び方法は、プローブカードピン及びウェハチャックの適正なクリーニングに必要な表面粘着性及び研磨性を維持しながら、クリーニング材料表面の寿命を有効に延長する。

ここで装置をより詳細に参照すると、図１には、１つ又はそれ以上の中間層で構成されたプラスチックフィルム・バッキング３０に固定され、離型表面被覆ライナフィルム２０との接触によって保護された、クリーニングポリマー又は粒子除去フィルム１０が示されている。図１において、プラスチックフィルム・バッキング２０は、製造中のクリーニングポリマーの適用を可能すると共に、クリーニング材料表面への貼付及びそこからの除去の間の撓み又は屈曲も可能にする、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はその他の材料の１つ又はそれ以上の中間層で作られる。除去可能保護層２０は、表面クリーニングパッド層を検査に関係ない汚染物質から隔離するために、コンタクト要素クリーニングのための意図される使用の前に装着されている。除去可能保護層２０は、クリーンルーム内でテスタのインタフェースをクリーニングするために用いるクリーニング装置の準備が整うまで、クリーニングパッド層２０２の作業面をデブリ／汚染物質から保護する。クリーンルーム内でテスタのインタフェースをクリーニングするために用いるクリーニング装置の準備が整ったとき、除去可能保護層２０を除去してクリーニングパッド層１０の作業面を露出させることができる。保護層は、既知の非反応性ポリマーフィルム材料で作製することができ、好ましくは、ポリエステル（ＰＥＴ）フィルムで作製される。保護層は、検査機器によるクリーニング装置の光学検出を改善するため、及び／又はクリーニング効率を改善するために、マット仕上げ又はその他の「テクスチャ加工された」特徴を有することができる。

所定の特性を有する付加的な中間材料層を、クリーニングポリマー層又は粒子除去層を支持するためのプラスチックフィルム・バッキングに用いることができる。クリーニングポリマー層１０は、接着特性を有するか、制御された表面粘着性を有するか、又は表面接着性を有する、及び材料を移さない、アクリル系ポリマー、ブタジエンエラストマー、スチレン共重合体エラストマー、シリコーンエラストマー又はその他のポリマーなどの弾性ポリマーで構成される。弾性の接着性ポリマーは、プラスチック・バッキングの表面上に形成され、連続した可撓性の平坦なフィルムを生成する。ポリマー材料は、アクリル系エラストマーであることが好ましいが、表面粘着特性が８．０ｐｓｉと５０．０ｐｓｉとの間となるように形成することができるシリコーン、ゴムベース、又はその他の任意の弾性ポリマーとすることができる。弾性ポリマー材料は、反復操作の下で表面粘着性又は表面接着性が低下することなく耐久性であるように処理される。材料は、粒子除去フィルムからクリーニング材料表面への移りが生じないように、十分に処理され及び／又は架橋されるべきである。粒子除去ポリマー層の厚さは、０．０００５インチから０．０１０インチまでであることが好ましい。ポリマーの厚さは、該材料がクリーニング材料表面上の微粒子を取り囲んで変形して、プローブカードピンがクリーニング材料表面に接触している間に蓄積したデブリを捕集することを可能にするのに十分な厚さとされる。保護離型フィルム層又はライナ３０が示されており、これはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又は類似のプラスチック材料のようなプラスチックフィルムから成るものであり、そこには、材料の移りなしでクリーニングポリマー層から保護ライナを容易に除去することを可能にするためにシリコーン又はフルオロシリコーンのような低表面エネルギーコーティングが塗布されている。

１つ又はそれ以上の中間層３０（これは、１層からＮ層までの追従性（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）支持層とすることもできる）を、クリーニングパッド層１０に、及びその下に、取り付けることができる。１つ又はそれ以上の中間層３０内の層の組合せは、個々の構成材料からは得ることができない材料特性を生じさせ、一方で、多様な基材、研磨粒子、及びジオメトリは、クリーニング性能を最大化する最適な組合せを選択しなければならない生成物又は構造を可能にする。コンタクト・ジオメトリの形又は機能を犠牲にすることなくプローブ要素の全体的な耐用寿命を延長するために、剛性クリーニング層の下に追従性又は微孔性の発泡材の下層を付加することにより、クリーニング材料の全体としての摩損特性が低減され、及び／又は、チップ成形性能が高められる。例えば、研磨粒子層を剛性ポリエステルフィルムの上に適用すると、平坦なコンタクト領域ジオメトリを有するプローブコンタクト要素を作製して維持するために用いられるストック除去特性（ｓｔｏｃｋ ｒｅｍｏｖａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）を有する、ラップ仕上げ用フィルムタイプのクリーニング材料が作製される。同じ研磨粒子層を追従性の無充填ポリマーの表面又は微孔性発泡材の「スキン」側に適用すると、丸みを帯びた（ｒａｄｉｕｓ）又は半ば丸みを帯びた（ｓｅｍｉ−ｒａｄｉｕｓ）のコンタクト領域ジオメトリを有するプローブコンタクト要素を作製して維持することを優先したストック除去特性を有する多層材料が得られる。下層の全体としての追従性が系統的に高まる（すなわち剛性が低下する）につれて、クリーニング材料の全体としての摩損特性は、平坦なチップコンタクト領域ジオメトリの作製及び維持から、丸みを帯びた又は半ば丸みを帯びたコンタクト領域ジオメトリの作製及び維持へと移行する。

１つ又はそれ以上の中間層（これは、上述のように追従性とすることもでき、後述のように剛性とすることもでき、又は後述のように追従層と剛性層との組合せとすることもできる）は、所定の機械的特性、材料特性、及び寸法特性をクリーニング材料に与えることができる。例えば、１つ又はそれ以上の中間層は、摩耗性（より詳細に後述する）、比重（例えば、０．７５から２．２７までの範囲）（ここで比重は、特定温度における水の密度に対する１つ又はそれ以上の中間層の密度の比である）、弾性（例えば、４０ＭＰａから６００ＭＰａまでの範囲）、粘着性（例えば、２０グラムから８００グラムまでの範囲）、平面性、厚さ（例えば、２５μｍと３００μｍとの間の範囲）、及び／又は、３０ショアＡと９０ショアＡとの間の硬度を与えることができる。

図２を参照すると、使用済みのプローブ・クリーニングウェハ又はチャック・クリーニングウェハからデブリを除去するために粒子除去フィルムを用いる方法１００を概説するフローチャートが示されている。図２において、デブリを除去するために用いたプローブカード・クリーニングウェハ又はＦＥＯＬツール・クリーニングウェハを運用から外し（すなわち、プローバ又はリソグラフィツールから取り外し）、真空チャック上に配置してウェハを所定位置に固定する（１０２）。粒子除去フィルム保護ライナを除去し（１０４）、好ましくは同時に、粒子除去フィルム層をクリーニングウェハの作業面に積層する。通常の処理によってクリーニングウェハの作業面上に捕集されたデブリ又は異物が、このときクリーニングフィルム表面に優先的に接着する。微粒子のデブリ及び異物は、粒子除去ポリマー材料の表面粘着性及び接着力の大きさがより大きいので、粒子除去フィルム表面に付着することになる。粒子除去フィルム表面の表面粘着性及び接着特性は、例えば２０グラムから８００グラムまでの範囲であり得るクリーニングポリマーの表面粘着性及び接着特性を超えるように、４０グラムから１６００グラムまでの範囲に予め定められる。粒子除去フィルム表面の粘着性又は表面接着性レベルは、最大５０ｐｓｉであり、又はクリーニングポリマーの粘着性又は表面接着性レベルを上回り、従って、クリーニングポリマーの作業面の粘着性又は表面接着性レベルを実質的に上回る。図２に示されるように、クリーニングフィルムは、手動ローラを用いてウェハ表面に貼付することもできる。

図３Ａ〜図３Ｄは、典型的にはプローブカード・クリーニング用又はＦＥＯＬツールからのデブリ除去用に用いられるクリーニングウェハの表面をクリーニングするための、粒子除去フィルムの使用の写真表示を示す。図３Ａにおいて、クリーニングウェハ４０が真空チャック５０上に配置され、粒子除去フィルムの貼付のためにウェハを固定する。図３Ｂに示すように、図１に示される除去フィルムの保護ライナは、粒子除去フィルムポリマー７０がクリーニングウェハの作業面に貼付されるときに除去される６０。図３Ｃに示すようにひとたびウェハ表面との完全な接触が達成されると、作業面由来のデブリが粒子除去フィルムに優先的に接着する。図３Ｄに示すようにクリーニングフィルムが除去されると８０、デブリは、クリーニングウェハ表面から持ち上げられ、フィルムと共に廃棄される。

クリーニングフィルムが除去されると、捕捉された微粒子デブリ及び異物は、クリーニングウェハ表面から持ち上げられ（１０６）、クリーニングフィルムと共に適正に廃棄される（１０８）。一例では、クリーニングウェハ面からのクリーニングフィルムの除去は、クリーニングウェハの表面エネルギーがおよそ１０ダイン／ｃｍから３０ダイン／ｃｍであり、クリーニングフィルムポリマーの表面エネルギーがおよそ４０ｄｙｎｅ／ｃｍから６０ダイン／ｃｍであるので、表面エネルギーレベルの差によって促進される。この差は、材料間の接着及び物理的接触（すなわち、表面のぬれ）を妨げ、粒子除去フィルムを手動で簡単に除去することを可能にする。作業面から粒子を除去した後、粒子除去フィルムは、捕集したデブリ及び異物と共に廃棄される。クリーニングウェハの作業面には、今や、ゆるんだデブリがなくなり、プローブカードピン又は半導体製造プロセス・チャックをクリーニングする運用に戻すことができる。

１つの実施形態において、装置は、半導体プロセス・クリーニングウェハの作業面をクリーニングする（すなわち、プローブカードのクリーニング又はリソグラフィ・ウェハチャックのクリーニング）。装置は、通常使用中にクリーニングウェハの作業面上に蓄積したデブリ及び異物を捕集する。デブリは、優先的にクリーニング装置に接着し、除去及び廃棄が可能になる。装置は、外部業者での再仕上げのためのウェハの輸送を必要とすることなく、クリーニングウェハ作業面のクリーニング及び再生を可能にする。装置はまた、ウェハクリーニング・プロセスから湿式洗浄の使用及び溶剤の使用を排除する。

本方法において、半導体加工機器（上述のプローブカード装置又はＦＥＯＬ装置など）の部品は、半導体加工機器の部品、例えばプローブカードのプローブをクリーニングするためにクリーニングウェハを用いることができる。複数回のクリーニング後、クリーニングウェハ上にデブリがある場合、クリーニングウェハは半導体加工機器の部品から取り外され、次いで上述のようにクリーニングされる。ひとたびクリーニングウェハがクリーニングフィルムを用いてクリーニングされると、クリーニングウェハは、半導体加工機器の部品をクリーニングするために用いられるべく、半導体加工機器の部品における運用に戻される。

本発明の上記の説明は、当業者が、現時点で最適な形態であると考えられるものを作製すること及び使用することを可能にするが、当業者であれば、本明細書における特定の実施形態、方法及び実施例の、変形、組合せ、及び均等物の存在を理解し認識するであろう。従って、本発明は、上述の実施形態、方法、及び実施例によってではなく、特許請求される本発明の範囲及び思想の範囲内にある全ての実施形態及び方法によって限定されるべきである。

４０：クリーニングウェハ
５０：真空チャック
６０：保護ライナの除去
７０：粒子除去フィルムポリマー
８０：クリーニングフィルムの除去

Claims (20)

1. プローブカード及びＦＥＯＬツールのウェハステージ、エンドエフェクタ、又はウェハチャックをクリーニングするために用いられるクリーニングウェハの表面をクリーニングするための粘着性ポリマーフィルム装置であって、クリーニングフィルムと前記クリーニングウェハとの間の表面粘着性及び接着力により、溶剤を用いることなく、デブリを前記プローブカード・クリーニングウェハ及びＦＥＯＬツール・クリーニングウェハから解放して前記粘着性フィルム上へ移動させ、粒子除去フィルムが、
   粘着性クリーニングパッド層と、
   前記フィルムを支持し、所定の特性の組を有し、ここで弾性率が４０ＭＰａから６００ＭＰａまでの間の範囲を有し、各層が２５μｍと３００μｍとの間の厚さを有し、各層が３０ショアＡと９０ショアＡとの間の硬度を有する、１つ又はそれ以上の中間層と、
   を含むことを特徴とする、粘着性ポリマーフィルム装置。
2. 前記１つ又はそれ以上の中間層が、１つ又はそれ以上の追従層を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のクリーニング材料。
3. 前記クリーニングパッド層を汚染から保護し隔離するための犠牲上部保護層を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のクリーニング材料。
4. クリーニングフィルム表面層を露出させるために除去される除去可能な離型ライナを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のクリーニング材料。
5. プローブカード・クリーニングウェハ及びＦＥＯＬツール・クリーニングウェハのうちの一方をクリーニングするために用いられるクリーニングウェハをクリーニングするための方法であって、
   クリーニングウェハを固定するステップと、
   クリーニングフィルムを前記クリーニングウェハに貼付して、前記クリーニングウェハのデブリを除去するステップと、
   を含み、前記クリーニングフィルムと前記クリーニングウェハとの間の表面粘着性及び接着力のうちの一方における差により、溶剤を用いることなく、前記デブリを前記クリーニングウェハから解放して前記クリーニングフィルム上へ移動させることを特徴とする、方法
6. 前記クリーニングウェハを固定するステップが、前記クリーニングウェハを真空チャック上に配置することを更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記クリーニングフィルムを貼付するステップが、前記クリーニングフィルムを前記クリーニングウェハに貼付する前に、前記クリーニングフィルムのクリーニングポリマー層を覆う保護ライナを除去することを更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
8. 前記クリーニングフィルムを貼付するステップが、手動ローラを用いて前記クリーニングフィルムを前記クリーニングウェハに貼付することを更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
9. 前記クリーニングフィルムを、埋め込まれた前記デブリと共に廃棄するステップを更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
10. 前記クリーニングウェハが前記クリーニングフィルムを用いてクリーニングされた後、前記クリーニングウェハを運用に戻すステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記クリーニングウェハを運用に戻すステップが、前記クリーニングウェハを、機器のフロントエンドオブライン部品へ戻して取り付けることを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. 前記クリーニングウェハを運用に戻すステップが、前記クリーニングウェハを、プローブカード機械へ戻して取り付けることを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
13. クリーニングフィルムを用いて機器の半導体加工部品をクリーニングしながら、前記機器の半導体加工部品を動作させるための方法であって、
    クリーニングウェハを用いて機器の半導体加工部品をクリーニングするステップと、
    前記クリーニングウェハを前記機器の半導体加工部品から取り外すステップと、
    クリーニングフィルムを前記クリーニングウェハに貼付して前記クリーニングウェハのデブリを除去するステップであって、前記クリーニングフィルムと前記クリーニングウェハとの間の表面粘着性及び接着力のうちの一方における差により、溶剤を用いることなく、前記デブリを前記クリーニングウェハから解放して前記クリーニングフィルム上へ移動させる、ステップと、
    前記クリーニングウェハを前記機器の半導体加工部品へ戻して、前記機器の半導体加工部品が前記クリーニングウェハを用いてクリーニングされるようにするステップと、
    を含むことを特徴とする、方法。
14. 前記クリーニングウェハを取り外すステップが、前記クリーニングウェハを真空チャック上に配置することを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記クリーニングフィルムを貼付するステップが、前記クリーニングフィルムを前記クリーニングウェハに貼付する前に、前記クリーニングフィルムのクリーニングポリマー層を覆う保護ライナを除去することを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
16. 前記クリーニングフィルムを貼付するステップが、手動ローラを用いて前記クリーニングフィルムを前記クリーニングウェハに貼付することを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
17. 前記クリーニングフィルムを、埋め込まれた前記デブリと共に廃棄するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
18. 前記クリーニングウェハが前記クリーニングフィルムを用いてクリーニングされた後、前記クリーニングウェハを運用に戻すステップを更に含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記クリーニングウェハを運用に戻すステップが、前記クリーニングウェハを、機器のフロントエンドオブライン部品へ戻して取り付けることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
20. 前記クリーニングウェハを運用に戻すステップが、前記クリーニングウェハを、プローブカード機械へ戻して取り付けることを更に含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

Images