JP2018508125A - 歪んだウェハをチャッキングするための装置および方法 - Google Patents

Abstract

ウェハを固定するための装置であって、表面を有するチャックと、チャックの表面を貫通して延在する複数の貫通孔と、固定型真空ベローズと、複数のフローティングエアベアリングを含み、固定型真空ベローズおよび複数のフローティングエアベアリングのうちそれぞれの１つのフローティングエアベアリングは、複数の貫通孔のうちの個々の貫通孔内にそれぞれ個別に、チャックの表面の上方に持ち上げられて配置される。

Description

本発明は、半導体製造に用いられるウェハをチャックに固定するための装置および方法に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年３月１２日に出願された、米国仮特許出願第６２／１３２，４７３号の優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の下で主張し、該出願の全てを参照により本明細書に援用する。

先進ウェハレベルパッケージング（ａＷＬＰ）に用いられるウェハは、種々のサイズとフォーマットで得られる。例えば、ａＷＬＰウェハの厚さは数十ミクロンから数ミリメートルにわたる。その上、ウェハはフィルムフレームに取り付けられる、キャリアウェハに接合される、またはパッケージング材もしくはその他のウェハに再構築される可能性がある。この多様性は、ウェハの剛性と歪みにかなりのばらつきをもたらし、それらは両方とも、ウェハを従来型チャックに固定させる能力に悪影響を与える。

従来型チャックは、真空を用いてウェハをチャックに固定する。この固定方法は、ウェハの歪んだ部分の横断方向延長部にわたり平坦化する機会なくウェハがチャックの表面に引き寄せられるため、ウェハ上の歪みを保持しがちになる。したがって、このようにしてチャックに固定されたウェハは、チャックの表面幾何形状に適合しないことがある。ウェハをチャックに直接締結する物理的エッジクランプは、ウェハを強制的にチャックの表面幾何形状に適合させることでチャックへのウェハの固定を改善できるが、ウェハを物理的に締結すると、デブリ粒子またはその他の汚染物が生じる可能性がある。

米国特許出願公開第２０１２／０３１１８４８号

ウェハの光学的検査は、高精度でフォーカス面を確立することを要求するため、ウェハの歪みはウェハの一部を望ましいフォーカス面から外れさせる可能性がある。さらに、物理的な締結により生じたデブリ粒子はダイを汚染する可能性があり、するとそれが歩留まりに悪影響を与える可能性がある。

本明細書に例証される態様により、ウェハを固定するための装置が提供され、装置は、表面を有するチャックと、チャックの表面を貫通して延在する複数の貫通孔と、固定型真空ベローズと、複数のフローティングエアベアリングを含み、固定型真空ベローズと、複数のフローティングエアベアリングのうちそれぞれの１つのフローティングエアベアリングは、複数の貫通孔のうちの個々の貫通孔内にそれぞれ個別に、チャックの表面の上方に持ち上げられて配置される。

本明細書に例証される態様により、ウェハをチャックに固定する方法が提供され、方法は、ウェハをチャックの表面付近の位置に下降させ、第１の負の気圧を用いて、ウェハを、チャックの表面の真空貫通孔内にチャックの表面の上方に持ち上げられて配置された固定型真空ベローズにカップリングし、複数のフローティングエアベアリングによって供給される正の気圧を用いてウェハを懸架し、複数のフローティングエアベアリングのうちそれぞれのフローティングエアベアリングは、チャックの表面の上方に持ち上げられて配置され、それぞれチャックの複数の貫通孔のうち個々の貫通孔内に個別に配置され、さらに、第２の負の気圧を用いてウェハを複数のフローティングエアベアリングにカップリングし、固定型真空ベローズと複数のフローティングエアベアリングをチャック内部に退縮することによってウェハをチャックの表面に締結することを含む。

本明細書に例証される態様により、ウェハを固定するための装置が提供され、装置は、表面を有するチャックと、チャックの表面を貫通して延在する複数の貫通孔と、チャックの表面に対して実質的に直角な少なくとも１つの方向に、チャックの表面の縁の周りに配置された少なくとも２つの位置決めピンと、複数の貫通孔のうち第１の貫通孔内に配置された第１のフローティングエアベアリングと、複数の貫通孔のうち第２の貫通孔内に配置された第２のフローティングエアベアリングと、複数の貫通孔のうち第３の貫通孔内に配置された固定型真空ベローズを含む。

添付の模式図を参照して、種々の実施形態が例としてのみ開示される。

ウェハをチャッキングする装置の平面図である。 図１の装置の、２−２線における断面図である。 図１の装置の、２−２線における、ウェハを含む断面図である。 図１の装置の、２−２線における、装置に部分的に固定された、すなわち単一の位置で固定されたウェハを含む断面図である。 図１の装置の、２−２線における、ウェハがチャックの表面に固定されている断面図である。

始めに、クレームされる開示は、開示される態様に限定されないことを理解すべきである。

さらに、本開示は説明された特定の方法、材料および変形に限定されず、そのため、勿論多様であり得ることを理解すべきである。本明細書で用いられる用語は特定の態様を説明するためのみであり、本開示の範囲を限定する意図はないことも理解すべきである。

別途規定しない限り、本明細書で用いられる全ての技術的および科学的用語は、本開示が属する技術分野の当業者には普遍的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に説明されるのと同様または同等の任意の方法、デバイスまたは材料は、本開示の実施または検査に用いられ得ることを理解すべきである。本明細書で用いられる場合、「真空」は、一般に負の気圧の領域または状態、例えば、隣接する環境よりも低い気圧を有する領域または状態を意味する。

図１は、ウェハをチャッキングする装置１００の平面図である。装置１００は、表面１０２を有するチャック１０１を含む。一例の実施形態において、チャック１０１は円形平面に同等な表面幾何形状を有する。縁１０３は表面１０２の外縁であり、一例の実施形態において、縁１０３は、表面１０２の環状の境界線であるが、表面１０２は平面である。位置決めピン１２０、１２１、１２２および１２３は、表面１０２に対して実質的に直角な少なくとも１つの方向に、縁１０３の周囲に且つ縁１０３に隣接して配置され、例えば、表面１０２に対して実質的に直角な表面と平行である。一例の実施形態において、チャック１０１の表面１０２の縁１０３の周囲に配置された少なくとも２つの位置決めピンがあり、これらの少なくとも２つの位置決めピンは、チャック１０１の表面１０２に対して実質的に直角な少なくとも１つの方向に配置されている。

装置１００はフローティングエアベアリング１１０および１１２と固定型真空ベローズ１１１を含む。フローティングエアベアリング１１０および１１２と固定型真空ベローズ１１１はそれぞれ、チャック１０１内の個々の貫通孔内に個別に配置されている。これらの貫通孔は表面１０２を貫通して延在する。さらに、フローティングエアベアリング１１０および１１２と固定型真空ベローズ１１１は最初に、表面１０２の上方に持ち上げられて配置される。フローティングエアベアリング１１０および１１２と固定型真空ベローズ１１１の機能と運動に関しては、以下に詳述する。いくつかの例としての実施形態では、装置１００は２を超えるフローティングエアベアリングを含む。

図２は、図１の装置１００の、２−２線における断面図である。チャック１０１は貫通孔１４０および１４１を含み、そこにそれぞれ固定型真空ベローズ１１１とフローティングエアベアリング１１２が配置される。固定型真空ベローズ１１１は、貫通孔１３１を備えた真空パッド１３０と、真空パッド１３０に接続されたベローズ１３３と、ベローズ１３３内に配置された真空ライン１３４を含み、真空ライン１３４は、真空ライン１３４が真空パッド１３０内の貫通孔１３１と流体連通するように、真空パッド１３０に接続されている。一例の実施形態において、ベローズ１３３、したがって、組立体としての固定型真空ベローズ１１１は、チャック１０１の表面１０２に対して直角な方向、すなわち、貫通孔１４０の縦軸と同軸方向に、展開と退縮の両方が可能である。

フローティングエアベアリング１１２は、貫通孔１３６を含むエアベアリングパッド１３５と、エアベアリングパッド１３５に接続されたベローズ１３８と、エアベアリングパッド１３５の表面の少なくとも１つのエアベアリング開口１３７と、少なくとも１つのエアベアリング開口１３７と流体連通するエアラインと、ベローズ１３８内に配置され、エアベアリングパッド１３５に接続された真空ライン１３９を含み、真空ライン１３９はエアベアリングパッド１３５内の貫通孔１３６と流体連通する。一例の実施形態において、ベローズ１３８、したがって組立体としてのフローティングエアベアリング１１２は、チャック１０１の表面１０２に対して直角な方向、すなわち貫通孔１４１の長軸と同軸方向に展開と退縮の両方が可能である。一例の実施形態において、ベローズ１３８は、少なくとも１つのエアベアリング開口１３７と流体連通するエアラインとして機能する。一例の実施形態において、少なくとも１つのエアベアリング開口１３７が配置されたエアベアリングパッド１３５の表面は、チャック１０１の表面１０２に対して平行な表面である。一例の実施形態において、少なくとも１つのエアベアリング開口１３７は、エアベアリングパッド１３５の表面内の環状開口である。一例の実施形態において、少なくとも１つのエアベアリング開口１３７は多孔性媒体である、例えば多孔性金属または焼結金属粒子である。

一例の実施形態において、固定型真空ベローズ１１１は、フローティングエアベアリング１１２と同じ構成要素を含む、すなわち、固定型真空ベローズ１１１は複数のフローティングエアベアリングのうち１つである。真空ベローズ１１１と、フローティングエアベアリング１１２等のフローティングエアベアリングとの構造におけるこの類似性は、装置１００の複雑性と、交換部品の別個のセットを維持する必要を減らす。

図３は、図２に示した装置１００の、装置１００に部分的に固定されたウェハ１５０を含む断面図である。ウェハ１５０は、チャック１０１の表面１０２付近の位置まで下降されている。一例の実施形態において、ウェハ１５０は、チャック１０１の表面１０２の縁１０３周辺に配置された少なくとも２つの位置決めピンによって画定される周長内に下降される。

図４は、ウェハ１５０を含む、図２に示した装置１００の断面図である。ウェハ１５０と真空パッド１３０の間に第１の負の気圧が供給される。一例の実施形態において、この第１の負の気圧は、真空ライン１３４と貫通孔１３１に流体連通する真空ポンプ（図示せず）によって生じる。この第１の負の気圧は、空気を貫通孔１３１に引き寄せ、さらに真空ライン１３４を通って真空ポンプへと導く傾向がある。この第１の負の気圧は、物体を貫通孔１３１のほうに、よって、真空パッド１３０のほうに引き寄せる。ウェハ１５０は、ウェハ１５０と真空パッド１３０の間の第１の負の気圧の結果として真空パッド１３０と接触するようになる。ウェハ１５０が真空パッド１３０と接触すると、ウェハ１５０と真空パッド１３０の間の第１の負の気圧はウェハ１５０を真空パッド１３０にカップリングし、よって、組立体としての固定型真空ベローズ１１１にカップリングする。固定型真空ベローズ１１１が貫通孔１４０内に配置されているため、固定型真空ベローズ１１１はチャック１０１の表面１０２に対して横方向に移動できない。したがって、ウェハ１５０は、固定型真空ベローズ１１１へのカップリングの後では、チャック１０１の表面１０２に対して横方向に移動できない。

ウェハ１５０とエアベアリングパッド１３５の間に正の気圧が供給される。一例の実施形態において、この正の気圧は、エアラインと少なくとも１つのエアベアリング開口１３７に流体連通するエアポンプ（図示せず）によって生じる。この正の気圧は、空気を少なくとも１つのエアベアリング開口１３７から排気する傾向がある。一例の実施形態において、フローティングエアベアリング１１２および複数のエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングから排気された空気は、大気環境に直接排出される。正の気圧は、物体を少なくとも１つのエアベアリング開口１３７から遠ざける、したがって、エアベアリングパッド１３５から遠ざける傾向がある。このように、フローティングエアベアリング１１２は、エアベアリング、すなわち、正の気圧を用いて２つの表面間の低摩擦の負荷支持界面を提供する装置を提供する。ウェハ１５０がフローティングエアベアリング１１２から遠ざけられるが固定型真空ベローズ１１１にカップリングされるため、フローティングエアベアリング１１２から概ね上方にあるウェハ１５０の部分は、正の気圧によりフローティングエアベアリング１１２の上方に持ち上げられて懸架される。

一例の実施形態において、ウェハ１５０とエアベアリングパッド１３５の間に第２の負の気圧が供給される。この第２の負の気圧は、真空ライン１３９と貫通孔１３６に流体連通する真空ポンプ（図示せず）によって生じる。この第２の負の気圧は、空気を貫通孔１３６に引き寄せ、さらに真空ライン１３９を通って真空ポンプへと導く傾向がある。この第２の負の気圧は、物体を貫通孔１３６のほうに、よって、エアベアリングパッド１３５のほうに引き寄せる傾向がある。一例の実施形態において、ウェハ１５０とフローティングエアベアリング１１２との間に生じる正の気圧と第２の負の気圧の効果は平衡化され、その結果、ウェハ１５０はフローティングエアベアリング１１２のほうに引き寄せられるが、ウェハ１５０はフローティングエアベアリング１１２に接触できない、すなわち、フローティングエアベアリング１１２に対してすぐ上のウェハ１５０の部分は、正の気圧によって懸架された状態を保つ。

フローティングエアベアリング１１２によってもたらされる正の気圧と第２の負の気圧の影響が相まって、フローティングエアベアリング１１２とウェハ１５０の間に低摩擦の負荷支持界面を提供しながら、ウェハ１５０をフローティングエアベアリング１１２のほうに引き寄せる。ウェハ１５０がフローティングエアベアリング１１２に引き寄せられるにつれ、その自然な傾向は平らになることであり、ウェハ１５０の歪みを取り去る。ウェハ１５０の歪みが取り去られると、ウェハ１５０の寸法が変わる。一例の実施形態において、これらの寸法変化は一般に、ウェハ１５０の高さ減少と、長さと幅の増加の性質にある。ウェハ１５０とフローティングエアベアリング１１２の間の低摩擦界面は、フローティングエアベアリング１１２よりも概ね上にあるウェハ１５０の部分が、フローティングエアベアリング１１２の上方に持ち上げられて懸架されながら、チャック１０１の表面１０２に対して横方向に移動することを可能にする。フローティングエアベアリング１１２および複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングの、ウェハ１５０を平坦化する能力は、固定型真空ベローズ１１１へのウェハ１５０のカップリングによってさらに増強され、そのカップリングは、ウェハ１５０を単一の位置でしっかり繋留するように働く。この繋留効果は、フローティングエアベアリング１１２および複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングが、ウェハ１５０全体がチャック１０１の表面１０２に対して横方向に移動することを防止しながら、ウェハ１５０の歪みをより有効に平坦化することを可能にする。

ウェハ１５０の歪みが望ましい分量だけ取り除かれた後で、ウェハ１５０とフローティングエアベアリング１１２の間に生じる正の気圧と第２の負の気圧の平衡は、ウェハ１５０をエアベアリングパッド１３５に、したがって組立体としてのフローティングエアベアリング１１２にカップリングするために、調整され得る。一例の実施形態において、ウェハ１５０は、複数のフローティングエアベアリングのうちの全てのフローティングエアベアリングにカップリングされる。そのようなカップリングは、全てのフローティングエアベアリングで同時に発生してもよいし、逐次またはランダムな順で個々に発生してもよい。

図５は、図２に示した装置１００の、ウェハ１５０がチャック１０１の表面１０２に固定された状態の断面図である。ウェハ１５０が、固定型真空ベローズ１１１、フローティングエアベアリング１１２および、複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングにカップリングした後で、ベローズ１３３および１３８と、複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングに関連するベローズは、直角な方向にチャック１０１内に退縮し、また、対応する接続された固定型真空ベローズ１１１、フローティングエアベアリング１１２および複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングも、直角な方向にチャック１０１内に退縮させる。この固定型真空ベローズ１１１、フローティングエアベアリング１１２および複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングの退縮は、ウェハ１５０が退縮された固定型真空ベローズ１１１および複数のフローティングエアベアリングにカップリングされるため、ウェハ１５０をチャック１０１の表面１０２に締結する。ウェハ１５０の歪みを平坦化しウェハをチャック１０１の表面１０２に締結することによって、チャック１０１の表面幾何形状がウェハ１５０に付与される。一例の実施形態において、この締結が発生した後で、フローティングエアベアリング１１２および複数のフローティングエアベアリングのうちのその他のフローティングエアベアリングによって供給された正の気圧は中止されてもよい。

上記で開示の、またその他の、様々な特徴、およびその機能または代替形態は、多くの別のシステムまたはアプリケーションに所望に組み合わされてもよいことが理解される。種々の、現在では予測できないまたは想定できないその代替形態、変形形態、変更形態または改良が、当業者によって後から行われる可能性があり、それらも、以下の特許請求の範囲に包含されることを意図している。

Claims (15)

1. ウェハを固定するための装置であって、
   表面を備えたチャックと、
   チャックの表面を貫通して延在する複数の貫通孔と、
   固定型真空ベローズと、
   複数のフローティングエアベアリングを備え、前記固定型真空ベローズと、前記複数のフローティングエアベアリングのうちそれぞれの１つのフローティングエアベアリングは、複数の貫通孔のうちの個々の貫通孔内にそれぞれ個別に、チャックの表面の上方に持ち上げられて配置される、ウェハを固定するための装置。
2. 前記複数のフローティングエアベアリングが、
   複数の貫通孔のうち第１の貫通孔内に配置された第１のフローティングエアベアリングと、
   複数の貫通孔のうち第２の貫通孔内に配置された第２のフローティングエアベアリングとを備え、前記固定型真空ベローズは複数の貫通孔のうちの第３の貫通孔に配置されている、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記固定型真空ベローズが、
   貫通孔を備えた真空パッドと、
   チャックの表面に対して直角な方向に展開と退縮の両方が可能である、前記真空パッドに接続されたベローズと、
   前記ベローズ内に配置され、前記真空パッドに接続された真空ラインを備え、前記真空ラインは前記真空パッド内の前記貫通孔と流体連通する、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記複数のフローティングエアベアリングのうちそれぞれの１つのフローティングエアベアリングが、
   貫通孔を備えたエアベアリングパッドと、
   チャックの表面に対して直角な方向に展開と退縮の両方が可能である、前記エアベアリングパッドに接続されたベローズと、
   前記エアベアリングパッドの表面内の少なくとも１つのエアベアリング開口と、
   前記少なくとも１つのエアベアリング開口に流体連通するエアラインと、
   前記ベローズ内に配置され、前記エアベアリングパッドに接続された真空ラインを備え、前記真空ラインは前記エアベアリングパッド内の貫通孔と流体連通する、請求項１に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つのエアベアリング開口は、前記エアベアリングパッドの表面の環状開口である、請求項４に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのエアベアリング開口は多孔性媒体である、請求項４に記載の装置。
7. 前記チャックの表面の縁の周りに、前記チャックの表面に対して実質的に直角な少なくとも１つの方向に配置された少なくとも２つの位置決めピンをさらに備える請求項１に記載の装置。
8. 前記複数のフローティングエアベアリングは大気環境に直接排出する、請求項１に記載の装置。
9. 前記固定型真空ベローズは、複数のフローティングエアベアリングのうち１つを含む、請求項１に記載の装置。
10. ウェハをチャックに固定する方法であって、
    前記ウェハを前記チャックの表面付近の位置に下降させ、
    第１の負の気圧を用いて、前記ウェハを、前記チャックの表面の真空貫通孔内に前記チャックの表面の上方に持ち上げられて配置された固定型真空ベローズにカップリングし、
    複数のフローティングエアベアリングによって供給される正の気圧を用いて前記ウェハを懸架し、複数のフローティングエアベアリングのうちそれぞれのフローティングエアベアリングは、前記チャックの表面の上方に持ち上げられて配置され、それぞれチャック内の複数の貫通孔のうち個々の貫通孔内に個別に配置され、
    さらに、第２の負の気圧を用いて前記ウェハを前記複数のフローティングエアベアリングにカップリングし、
    前記固定型真空ベローズと前記複数のフローティングエアベアリングを前記チャック内部に退縮することによって前記ウェハを前記チャックの表面に締結する、
    ことを含む方法。
11. 前記複数のフローティングエアベアリングが、
    前記チャック内の複数の貫通孔のうち第１の貫通孔内に配置された第１のフローティングエアベアリングと、
    前記チャック内の複数の貫通孔のうち第２の貫通孔内に配置された第２のフローティングエアベアリングとを備えている、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記ウェハを前記チャックの表面に締結するステップの後で、前記複数のフローティングエアベアリングの正の気圧を中止するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記チャックは表面幾何形状を備え、前記方法がさらに、
    前記ウェハに前記チャックの表面幾何形状を付与することを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記ウェハを下降させるステップ中に、前記ウェハは、前記チャックの表面の縁の周りに配置された少なくとも２つの位置決めピンによって画定される周長内に、前記チャックの表面に対して実質的に直角な少なくとも１つの方向に下降される、請求項１０に記載の方法。
15. ウェハを固定するための装置であって、
    表面を備えたチャックと、
    前記チャックの表面を貫通して延在する複数の貫通孔と、
    前記チャックの表面の縁の周りに、前記チャックの表面に対して実質的に直角な少なくとも１つの方向に配置された少なくとも２つの位置決めピンと、
    前記複数の貫通孔のうち第１の貫通孔内に配置された第１のフローティングエアベアリングと、
    前記複数の貫通孔のうち第２の貫通孔内に配置された第２のフローティングエアベアリングと、
    前記複数の貫通孔のうち第３の貫通孔内に配置された固定型真空ベローズと、
    を備えた、ウェハを固定するための装置。

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