JP2017108115A - ウエハ形状物品の表面を処理するための装置 - Google Patents

ウエハ形状物品の表面を処理するための装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェハの周囲い領域の上にチャック本体がなく、装置のサイズおよび複雑さを減少させるウェハ支持のための回転チャックを提供する。【解決手段】ウエハ形状物品Ｗを処理するための回転チャック２００が、一連のグリップピンを有するチャック本体を備えている。一連のグリップピンは、グリップピンが相対的にチャック本体内に後退した第１位置から、グリップピンが相対的にチャック本体から突き出して、所定の直径のウエハ形状物品を支持するように配置される第２位置へ、水平方向に、チャック本体と協調的に移動可能である。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、一般に、半導体ウエハなどのウエハ形状物品の表面を処理するための装置に関する。
半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、および、材料蒸着などの様々な表面処理プロセスを受ける。かかるプロセスを行う際には、米国特許第４，９０３，７１７号および５，５１３，６６８号に例として記載されているように、単一のウエハが、回転可能なキャリアに関連するチャックによって１または複数の処理流体ノズルに対して支持されうる。
あるいは、例えば、米国特許第８，４９０，６３４号に記載されているように、ウエハを支持するよう適合されたリングロータの形状のチャックが、閉じた処理チャンバ内に配置され、アクティブ磁気ベアリングを通して物理的接触なしに駆動されてもよい。
米国特許第８，４９０，６３４号に記載されたタイプのチャックについては、チャック本体が、ウエハの周囲領域の上にあるので、その結果、一部のプロセスでは、この領域を十分に処理できない。米国特許第５，８４５，６６２号は、支持されたウエハに著しく重なることがないリング形状チャックを開示しているが、旋回可能または柔軟なフィンガのバスケット様の構成が必要であり、これは、リング形状チャックからウエハを軸方向に離間させ、装置のサイズおよび複雑さを増大させる。
一態様において、本発明は、ウエハ形状物品を処理するための回転チャックであって、一連のグリップピンを有するチャック本体を備え、一連のグリップピンは、グリップピンが相対的にチャック本体内に後退した第１位置から、グリップピンが相対的にチャック本体から突き出して、所定の直径のウエハ形状物品を支持するように配置される第２位置へ、水平方向に、チャック本体と協調的に移動可能である、回転チャックに関する。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、グリップピンの各々は、チャック本体内に取り付けられた近位部分と、チャック本体から外向きに突出した遠位部分とを備え、遠位部分は、第１位置および第２位置の間で移動する際にチャック本体のそれぞれの開口部を通して摺動する。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、遠位部分は、第１位置から第２位置へ移動する際に、チャック本体の中心に向かってそれぞれの開口部を通して水平方向に摺動する。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、遠位部分の各々は、ウエハ形状物品が回転チャックによって保持された時にウエハ形状物品の周縁部に接触して支持するように構成されたそれぞれの遠位端を備え、遠位端は、一連のグリップピンの第１および第２位置で互いに向かい合う。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、遠位端の各々は、水平ノッチを備える。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、チャック本体は、リング形状であり、回転中心軸に関して回転されるように適合されている。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、リング形状のチャック本体は、所定の直径以上の内径を有する。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、グリップピンの各々は、チャック本体内に取り付けられた近位部分と、チャック本体から外向きに突出した遠位部分とを備え、遠位部分は、第１位置から第２位置へ移動する際に回転中心軸に向かってチャック本体のそれぞれの開口部を通して水平方向に摺動する。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、駆動リングが、チャック本体と相対的に制限された回転をするようにチャック本体内に同軸で取り付けられており、駆動リングは、一連のカム面を備え、一連のカム面の各々は、駆動リングとチャック本体との相対回転中に一連のグリップピンのそれぞれと係合して、一連のグリップピンを第２位置から第１位置へ移動させる。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、一連のカム面の各々は、駆動リングに形成された対応するスロットに含まれ、各スロットは、回転中心軸に向かって斜めに伸びており、一連のグリップピンの各々の近位部分が、スロットの内の対応するスロット内に配置されている。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、駆動リングは、駆動リングがチャック本体の回転に関して静止して保持されることを可能にすることにより、一連のグリップピンを第２位置から第１位置へ移動させるために、少なくとも１つの永久磁石を取り付けられている。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、回転チャックは、所定の直径Ｄ２のウエハ形状物品を保持するように構成され、チャック本体は、直径Ｄ１を有する中央開口部を規定し、Ｄ１≧Ｄ２−１０ｍｍであることにより、直径Ｄ２のウエハ形状物品の周囲領域と回転チャックとの重なりが最大５ｍｍである。
本発明に従った回転チャックの好ましい実施形態において、チャック本体は、周りの磁気ステータによって接触なしに回転駆動されるように適合された磁気リングロータである。
別の態様において、本発明は、ウエハ形状物品を処理するための装置であって、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された回転チャックと、を備え、回転チャックは、一連のグリップピンを有するチャック本体を備え、一連のグリップピンは、グリップピンが相対的にチャック本体内に後退した第１位置から、グリップピンが相対的にチャック本体から突き出して、所定の直径のウエハ形状物品を支持するように配置される第２位置へ、水平方向に、チャック本体と協調的に移動可能である、装置に関する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、グリップピンの各々は、チャック本体内に取り付けられた近位部分と、チャック本体から外向きに突出した遠位部分とを備え、遠位部分は、第１位置および第２位置の間で移動する際にチャック本体のそれぞれの開口部を通して摺動する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、遠位部分は、第１位置から第２位置へ移動する際に、チャック本体の中心に向かってそれぞれの開口部を通して水平方向に摺動する。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、遠位部分の各々は、ウエハ形状物品が回転チャックによって保持された時にウエハ形状物品の周縁部に接触して支持するように構成されたそれぞれの遠位端を備え、遠位端は、一連のグリップピンの第１および第２位置で互いに向かい合う。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、チャック本体は、リング形状であり、回転中心軸に関して回転されるように適合されており、装置は、さらに、チャック本体と相対的に制限された回転をするようにチャック本体内に同軸で取り付けられた駆動リングを備え、駆動リングは、一連のカム面を備え、一連のカム面の各々は、駆動リングとチャック本体との相対回転中に一連のグリップピンのそれぞれと係合して、一連のグリップピンを第２位置から第１位置へ移動させる。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、一連のカム面の各々は、駆動リングに形成された対応するスロットに含まれ、各スロットは、回転中心軸に向かって斜めに伸びており、一連のグリップピンの各々の近位部分が、スロットの内の対応するスロット内に配置されている。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、駆動リングは、駆動リングがチャック本体の回転に関して静止して保持されることを可能にすることにより、一連のグリップピンを第２位置から第１位置へ移動させるために、少なくとも１つの永久磁石を取り付けられている。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、回転チャックは、所定の直径Ｄ２のウエハ形状物品を保持するように構成され、チャック本体は、直径Ｄ１を有する中央開口部を規定し、Ｄ１≧Ｄ２−１０ｍｍであることにより、直径Ｄ２のウエハ形状物品の周囲領域と回転チャックとの重なりが最大５ｍｍである。
本発明に従った装置の好ましい実施形態において、チャック本体は、磁気リングロータであり、処理チャンバは、処理チャンバの外面に取り付けられて磁気リングロータを取り囲む磁気ステータを備え、処理チャンバの円筒壁が磁気ステータと磁気リングロータとの間に配置される。
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。
本発明の好ましい実施形態に従って、ウエハ形状物品を処理するための回転チャックおよび装置を示す断面斜視図。
図１ａの細部Ｉｂの拡大図。
図１ａのチャックの好ましい駆動構成を示す部分断面図。
図２ｂの線分ＩＩａ−ＩＩａに沿った部分平面図。
図１ａのチャックのグリップピン機構のための好ましい構成を示す部分断面図。
ウエハＷを回転チャックからアンロードまたは回転チャック上にロードできる第１位置すなわち後退位置にあるピンを示す図２ｂと同様の図。
図１ａの装置２００は、チャンバと、ウエハ（ディスク状物品）を把持および回転させるための環状チャック２２０と、ステータハウジング２９０内に配置されたステータ２８０（図１ｂ）と、を備える。
チャンバは、円筒壁２６０と、底部プレート２６５と、上部プレート（図示せず）と、を備える。上側供給管２６３が上部プレートに通され、下側供給管２６７が底部プレート２６５に通されている。
ステータ２８０は、円筒壁２６０と同心のステータベースプレート２０５に取り付けられている。ステータベースプレート２０５は、例えば、空気圧式ジャック（図示せず）で、円筒壁２６０の円筒軸に関して軸方向に移動できる。ステータベースプレート２０５およびそれに取り付けられたステータ２８０は、中央開口部を有しており、開口部の直径は、円筒壁２６０の外径よりも大きい。上部プレートも、チャンバを開くために軸方向に移動できる。閉位置で、上部プレートは、円筒壁に対して密閉される。
ステータ２８０は、環状チャックの一部であるロータ２８５を軸方向および半径方向に支えて駆動するためのいくつかのコイルを備える。かかる構成は、アクティブベアリングと呼ばれており、米国特許第６，４８５，５３１号で詳述されている。
環状チャック２２０の直径は、円筒壁２６０内で自由に浮上して回転できるように、円筒壁の内径より小さい。環状チャック２２０は、内側チャックベース本体２２１を備えており、環状の溝が、内側チャックベース本体２２１の外側周囲を取り巻き、駆動リング２３０のためのベアリングとして機能する。
駆動リング２３０は、斜めに向けられたスロット２３２を備えたカムリング２３０として具体化される。スロット２３２は、グリップピン２２６の上方に突出した近位端部２２７を受け入れる（図２ａ）。
この実施形態は、６本のグリップピン２２６を有しており、各グリップピンは、駆動リング２３０の対応するスロット２３２に受け入れられる近位端２２７を有する。ウエハＷをしっかりと把持するために、各グリップピン２２６は、その遠位端２２８に水平ノッチを備える（図２ｂおよび図２ｃ）。
駆動リング２３０は、図２ｂの断面ＩＩａ−ＩＩａで接合する２つの部分でチャックベース本体２２１を形成し、グリップピン２２６および駆動リング２３０をチャックベース本体２２１の下半分に配置し、次いで、チャックベース本体２２１の２つの部分を固定することによって、チャックベース本体２２１の環状溝に取り付けられてよい。したがって、駆動リング２３０は、ワンピースで形成されてよく、必要に応じて、チャックベース本体２２１の組み立てられた上側および下側の部分によって完全に包まれてよい。
あるいは、駆動リング２３０は、２つの別個の部分で形成されてもよく、それらは、環状溝に挿入された時に一緒に固定される。チャックベース２２１および駆動リング２３０は、駆動リング２３０が、環状チャック２２０の中心に比較的近い位置に向かってピン２２６を付勢するように、らせんバネ２４０を介して接続される。
２つの永久磁石２３３が、駆動リング２３０に取り付けられる。少なくとも２４個の複数のロータ磁石２８５（永久磁石）が、チャックベース本体２２１の周囲に均等に配置される。これらのロータ磁石２８５は、駆動／ベアリングユニットの一部すなわちロータの一部（アクティブベアリングの要素）であり、チャックベース本体２２１に取り付けられる。
複数のロータ磁石２８５と、永久磁石２３３を有する駆動リング２３０は、チャックベース本体２２１、外下側のチャックカバー２２２、および、ロータ磁石カバー２２９によって提供された空洞の環状空間に包含されている。かかるロータ磁石カバー２２９は、ステンレス鋼ジャケットであってよい。カバー２２２および２２９は、環状であり、チャックベース本体２２１と同心である。
ステータベースプレート２０５には、円筒壁２６０に関して同心に配置されたステータ／アクティブベアリングユニット２８０が取り付けられている。ベアリングユニット２８０は、ロータ磁石２８５に対応しているため、チャック２２０を浮上させて支え回転させる。
アクティブベアリングユニット２８０の下には、ステータベースプレート２０５に取り付けられた２つの空気圧シリンダ２５０がある。空気圧シリンダ２５０のロッドの遠位端上に、ロッキング磁石２５５（永久磁石）が配置されている。ロッキング磁石は、駆動リング２３０の永久磁石２３３に対応する。空気圧シリンダ２５０は、ロッキング磁石２５５を円筒壁２６０の軸に関して半径方向に動かせるように配置される。
ピン２２６が、例えばウエハを解放するために開かれる時、以下の手順が実行される。永久磁石２３３およびそれと共に駆動リング２３０がロッキング磁石によって固定されるように、空気圧シリンダ２５０がチャック２２０の近くにロッキング磁石２５５を移動させ、チャックが回転される。ロボット移動送アームが、チャンバの側面開口部（図示せず）を通してチャンバに挿入され、移動アームのエンドエフェクタが、グリップピン２２６の遠位端２２８の間の領域にウエハＷの周縁部を把持する位置まで上方に移動される。次に、チャックは、駆動リングが静止している状態で回転され、したがって、図２ｃに示すように、ピン２２６が開かれ、その結果、ウエハＷは、ロボット移動アームのエンドエフェクタによって完全に支持され、その後、ロボット移動アームは、チャンバからウエハを取り出してよい。あるいは、チャックベース本体２２１は、ロッキング磁石２５５が接線方向に（チャックの外周に沿って）回転することにより、駆動リング２３０が回転されるように、空気圧シリンダ２５０が移動される間に静止していてもよい。
特に、チャック２２０が駆動リング２３０に対して回転される時、グリップ２２６の近位端２２７は、駆動リング２３０に形成されたスロット２３２によって半径方向内向きに移動され、その結果、図２ｃに示すように、グリップピン２２６の遠位端２２８をチャックベース本体２２１内へ相対的に後退した位置へ水平に摺動させる。グリップピン２２６の移動を容易にするために、さらなるスリーブが、チャックベース本体２２１に挿入されてもよい。かかるスリーブは、液体および／または気体がチャックベース本体に漏れることを防ぐために、ベアリングをさらに備えてよい。
ウエハＷが、チャックへのロードに向けて配置されると、ロッキング磁石が引き抜かれ、バネ２４０が駆動リング２３０およびチャックベース本体２２１を反対方向へ互いに回転させることを可能にする。それにより、スロット２３２は、それによって、グリップピン２２６の近位端２２７をチャックベース本体の半径方向内向きに駆動し、その結果、グリップピン２２６の遠位端２２８は、チャックの半径方向内向きに移動して、図２ｂに示す相対的に突き出した位置を取り、そこで、ピン２２６はウエハＷの周縁部に接触して支持する。
グリップピン２２６の新規な構成、および、それらがチャックベース本体２２１に取り付けられる方法は、米国特許第８，４９０，６３４号に示された構成を超える改善を示す。特に、ピン２２６の遠位端２２８が水平方向に向いていることと、駆動リング２３０が、チャックベース本体２２１に対する遠位端の水平摺動によって、図２ｂおよび図２ｃに示した相対的に後退した位置および相対的に突き出した位置の間で遠位端を移動できることにより、ウエハＷのより大きい部分を処理中に露出できるようにチャックを設計することが可能になる。
ピンの遠位端が垂直または略垂直に向けられた米国特許第８，４９０，６３４号のチャックにおいて、チャックベース本体は、必然的に、本明細書に記載の新規のチャック設計で必要なよりも大きい程度でウエハＷと重なる。特に、米国特許第８，４９０，６３４号に記載されたチャックでは、チャックベース本体は、しばしば、約１０ｍｍの幅のウエハＷの環状周囲領域の上にあり、その領域は、直径が３００ｍｍであるウエハの場合、ウエハ面積の約１３％である。
対照的に、本明細書に記載の新規のグリップピン／駆動構成は、ウエハおよびチャックベース本体の間のかかる重なりを必要としない。半導体ウエハを処理するためのチャックは、所定の直径のウエハを保持するように設計される。その直径をＤ２として、本発明の好ましい実施形態のチャックベース本体の中央開口部をＤ１とすると、チャックは、Ｄ１≧Ｄ２−１０ｍｍとなるようなサイズであってよく、つまり、直径Ｄ２のウエハの周囲領域と回転チャックとの間の重なりが、最大５ｍｍであることが好ましい。しかしながら、Ｄ２との関連で直径Ｄ１、および、グリップピンの遠位端の長さを適切に選択することにより、より小さい重なり（例えば、２ｍｍ）が選択されてもよいし、全く重複がなくてもよい。
本明細書に示された上述の説明および具体的な実施形態は、単に本発明およびその原理の例示であり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者によって変形および追加が容易になさうるため、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。

Claims (20)

  1. ウエハ形状物品を処理するための回転チャックであって、
    一連のグリップピンを有するチャック本体を備え、前記一連のグリップピンは、前記グリップピンが相対的に前記チャック本体内に後退した第１位置から、前記グリップピンが相対的に前記チャック本体から突き出して、所定の直径のウエハ形状物品を支持するように配置される第２位置へ、水平方向に、前記チャック本体と協調的に移動可能である、
    回転チャック。
  2. 請求項１に記載の回転チャックであって、
    前記グリップピンの各々は、前記チャック本体内に取り付けられた近位部分と、前記チャック本体から外向きに突出した遠位部分とを備え、前記遠位部分は、前記第１位置および前記第２位置の間で移動する際に前記チャック本体のそれぞれの開口部を通して摺動する、回転チャック。
  3. 請求項２に記載の回転チャックであって、
    前記遠位部分は、前記第１位置から前記第２位置へ移動する際に、前記チャック本体の中心に向かって前記それぞれの開口部を通して水平方向に摺動する、回転チャック。
  4. 請求項２に記載の回転チャックであって、
    前記遠位部分の各々は、ウエハ形状物品が前記回転チャックによって保持された時に前記ウエハ形状物品の周縁部に接触して支持するように構成されたそれぞれの遠位端を備え、前記遠位端は、前記一連のグリップピンの前記第１および第２位置で互いに向かい合う、回転チャック。
  5. 請求項４に記載の回転チャックであって、
    前記遠位端の各々は、水平ノッチを備える、回転チャック。
  6. 請求項１に記載の回転チャックであって、
    前記チャック本体は、リング形状であり、回転中心軸に関して回転されるように適合されている、回転チャック。
  7. 請求項６に記載の回転チャックであって、
    前記リング形状のチャック本体は、前記所定の直径以上の内径を有する、回転チャック。
  8. 請求項６に記載の回転チャックであって、
    前記グリップピンの各々は、前記チャック本体内に取り付けられた近位部分と、前記チャック本体から外向きに突出した遠位部分とを備え、前記遠位部分は、前記第１位置から前記第２位置へ移動する際に前記回転中心軸に向かって前記チャック本体のそれぞれの開口部を通して水平方向に摺動する、回転チャック。
  9. 請求項６に記載の回転チャックであって、
    さらに、前記チャック本体と相対的に制限された回転をするように前記チャック本体内に同軸で取り付けられた駆動リングを備え、前記駆動リングは、一連のカム面を備え、前記一連のカム面の各々は、前記駆動リングと前記チャック本体との相対回転中に前記一連のグリップピンのそれぞれと係合して、前記一連のグリップピンを前記第２位置から前記第１位置へ移動させる、回転チャック。
  10. 請求項９に記載の回転チャックであって、
    前記一連のカム面の各々は、前記駆動リングに形成された対応するスロットに含まれ、各前記スロットは、前記回転中心軸に向かって斜めに伸びており、前記一連のグリップピンの各々の近位部分が、前記スロットの内の対応するスロット内に配置されている、回転チャック。
  11. 請求項９に記載の回転チャックであって、
    前記駆動リングは、前記駆動リングが前記チャック本体の回転に関して静止して保持されることを可能にすることにより、前記一連のグリップピンを前記第２位置から前記第１位置へ移動させるために、少なくとも１つの永久磁石を取り付けられている、回転チャック。
  12. 請求項１に記載の回転チャックであって、
    前記回転チャックは、所定の直径Ｄ２のウエハ形状物品を保持するように構成され、前記チャック本体は、直径Ｄ１を有する中央開口部を規定し、Ｄ１≧Ｄ２−１０ｍｍであることにより、直径Ｄ２のウエハ形状物品の周囲領域と前記回転チャックとの重なりが最大５ｍｍである、回転チャック。
  13. 請求項１に記載の回転チャックであって、
    前記チャック本体は、周りの磁気ステータによって接触なしに回転駆動されるように適合された磁気リングロータである、回転チャック。
  14. ウエハ形状物品を処理するための装置であって、
    処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配置された回転チャックと、を備え、前記回転チャックは、一連のグリップピンを有するチャック本体を備え、前記一連のグリップピンは、前記グリップピンが相対的に前記チャック本体内に後退した第１位置から、前記グリップピンが相対的に前記チャック本体から突き出して、所定の直径のウエハ形状物品を支持するように配置される第２位置へ、水平方向に、前記チャック本体と協調的に移動可能である、
    装置。
  15. 請求項１４に記載の装置であって、
    前記グリップピンの各々は、前記チャック本体内に取り付けられた近位部分と、前記チャック本体から外向きに突出した遠位部分とを備え、前記遠位部分は、前記第１位置および前記第２位置の間で移動する際に前記チャック本体のそれぞれの開口部を通して摺動する、装置。
  16. 請求項１５に記載の装置であって、
    前記遠位部分は、前記第１位置から前記第２位置へ移動する際に、前記チャック本体の中心に向かって前記それぞれの開口部を通して水平方向に摺動する、装置。
  17. 請求項１５に記載の装置であって、
    前記遠位部分の各々は、ウエハ形状物品が前記回転チャックによって保持された時に前記ウエハ形状物品の周縁部に接触して支持するように構成されたそれぞれの遠位端を備え、前記遠位端は、前記一連のグリップピンの前記第１および第２位置で互いに向かい合う、装置。
  18. 請求項１４に記載の装置であって、
    前記チャック本体は、リング形状であり、回転中心軸に関して回転されるように適合されており、前記装置は、さらに、前記チャック本体と相対的に制限された回転をするように前記チャック本体内に同軸で取り付けられた駆動リングを備え、前記駆動リングは、一連のカム面を備え、前記一連のカム面の各々は、前記駆動リングと前記チャック本体との相対回転中に前記一連のグリップピンのそれぞれと係合して、前記一連のグリップピンを前記第２位置から前記第１位置へ移動させる、装置。
  19. 請求項１８に記載の装置であって、
    前記駆動リングは、前記駆動リングが前記チャック本体の回転に関して静止して保持されることを可能にすることにより、前記一連のグリップピンを前記第２位置から前記第１位置へ移動させるために、少なくとも１つの永久磁石を取り付けられている、装置。
  20. 請求項１４に記載の装置であって、
    前記チャック本体は、磁気リングロータであり、前記処理チャンバは、前記処理チャンバの外面に取り付けられて前記磁気リングロータを取り囲む磁気ステータを備え、前記処理チャンバの円筒壁が前記磁気ステータと前記磁気リングロータとの間に配置される、装置。
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