JP2019537273A - 半導体デバイスを製造するためのウェハエッジ・リフトピンの設計 - Google Patents

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Abstract

半導体デバイスを製造するための装置のウェハエッジ・リフトピンについて説明する。ウェハエッジ・リフトピンは、ウェハを支持するための水平方向上向き面とウェハの横方向閉じ込めのための垂直方向傾斜面とを有するノッチ部分を含む頂部であって、ノッチ部分は、半径に沿ってウェハから離れる方向に水平方向に広がる、頂部と；頂部の下の基部であって、ノッチ部分を横切る頂部の直径より大きい直径を有する基部と；基部の直径より小さい直径を有する底部と；を含む。この装置は、ウェハが処理される処理チャンバと；ウェハがロードされるチャックアセンブリと；ウェハを上下動させるための複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンと；を含む。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１６年１２月７日に出願された米国仮特許出願番号第６２／４３１，１７５号に関連し、その優先権を主張するものであり、この文献の全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、半導体デバイスを製造するための装置に関し、より具体的には、処理チャンバ内でウェハを上下動させるウェハエッジ・リフトピンに関する。
ウェハエッジ・リフトピンは、半導体産業で、チャックアセンブリから／チャックアセンブリへウェハを持ち上げ／降ろし、エンドエフェクタ（例えばロボットアーム）がウェハを摘む／配置するためのクリアランスを得るために使用される。エッジリフトピンの設計に関する問題は、ウェハリフト機構がウェハを落下させないことを確実にする必要性があり、ウェハの縁部に対するエッジリフトピンの横方向の位置は重要である。ウェハが落下しないようにするために、エッジリフトピンは、チャックアセンブリの縁部に対して１０００分の１インチ以内に位置付けされる。関連する処理システム要素（すなわち、リフトプレート、リフトピン、及びチャックアセンブリ）の公差解析は、干渉の可能性を明らかにする。
半導体デバイスを製造するための装置のウェハエッジ・リフトピンについて説明する。ウェハエッジ・リフトピンは、ウェハを支持するための水平方向上向き面とウェハの横方向閉じ込めのための垂直方向傾斜面とを有するノッチ部分を含む頂部を含み、ノッチ部分は、半径方向に沿ってウェハから離れる方向に水平方向に広がる（swept）。ウェハエッジ・リフトピンは、さらに、頂部の下の基部であって、ノッチ部分を横切って頂部の直径より大きい直径を有する基部と、基部の直径より小さい直径を有する底部と、を含む。
ウェハを用いて半導体デバイスを製造するための装置について説明する。この装置は、ウェハが処理される処理チャンバと、ウェハがロードされるチャックアセンブリと、ウェハを上下動させるための複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンとを含む。複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンのそれぞれは、ウェハを支持するための水平方向上向き面とウェハの横方向閉じ込めのための垂直方向傾斜面とを有するノッチ部分を含む頂部であって、ノッチ部分は、半径方向に沿ってウェハから離れる方向に水平方向に広がる、頂部と；頂部の下の基部であって、ノッチ部分を横切る頂部の直径より大きい直径を有する基部と；基部の直径より小さい水平方向の直径を有する底部と；を含む。
本発明及びその付随する多くの利点のより完全な理解は、添付の図面と関連して考慮するときに以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるにつれて容易に得られるであろう。
本発明の一実施形態によるウェハエッジ・リフトピンの側面図である。 本発明の一実施形態によるウェハエッジ・リフトピンの別の側面図である。 本発明の一実施形態によるリフトプレート及びウェハエッジ・リフトピンを示す図である。 本発明の一実施形態による、リフトプレートと、ウェハエッジ・リフトピンによって支持されたウェハとを示す図である。 本発明の一実施形態による、チャックアセンブリと、リフトプレートと、ウェハエッジ・リフトピンによってチャックアセンブリの上方に持ち上げられたウェハとを示す図である。 ウェハエッジ・リフトピンによって支持されたウェハの上面図である。 ウェハエッジ・リフトピンによって支持されたウェハの上面図である。
本発明の一実施形態は、処理システムの処理チャンバ内に位置付けされたウェハを支持するための３つのウェハエッジ・リフトピンシステムについて記載している。各ウェハエッジ・リフトピンの横方向位置は、ウェハ及びチャックアセンブリに対して容易に調整することができ、他の全ての組立作業が完了した後に処理チャンバ内で位置調整を行うことができる。ウェハエッジ・リフトピンシステムは、ウェハの縁部におけるウェハ整列ノッチに対するウェハの位置に関係なくウェハを保持することができる。調整可能なエッジリフトピンシステムは、一般的な機械加工プロセスを用いて容易に製造することができる。
図１Ａは、本発明の一実施形態によるウェハエッジ・リフトピン１０の側面図を示す。一例では、ウェハエッジ・リフトピン１０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫＴＭ）プラスチックから製造され得る。ウェハエッジ・リフトピン１０は、頂部１７、円形の基部１６、及び円形の底部１５を有する。頂部１７は、ウェハ（図示せず）を支持するための水平方向上向き面１１とウェハを横方向に閉じ込めるための垂直方向傾斜面１４とを有するノッチ部分１２を有する。垂直方向傾斜面１４と水平方向上向き面１１との交差部が、９０°を超える角度を有する。ノッチ部分１２は、ウェハから大きな半径方向に沿って離れる方向に水平方向に広がる（swept）。ノッチ部分１２の掃引（swept）プロファイルによって、ウェハエッジ・リフトピン１０がその基部１６の周りで水平方向に回転されるときに、ウェハエッジ・リフトピン１０がウェハ閉じ込め窓を増減させることを可能にする。また、ノッチ部分１２の掃引プロファイルは、ウェハの縁部のウェハ整列ノッチがノッチの傾斜の周りに着座するのを防止するように十分に大きい半径を有する。
図１Ｂは、本発明の一実施形態によるウェハエッジ・リフトピン１０の一部の別の側面図を示す。頂部１７の下の基部１６は、ノッチ部分１２を横切る頂部１７の直径３４よりも大きい直径３２を有する。また、底部１５は、基部１６の直径３２よりも小さい直径３６を有する。一実施形態では、頂部１７及び基部１６の垂直中心線１７ａは、底部１５の垂直中心線１５ａと一直線に整列しておらず、オフセット距離１９だけ分離されている。一実施形態では、オフセット距離１９は、約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）〜約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の間であり得る。しかしながら、他の例では、オフセット距離１９は、約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）より大きくても、又は約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）より小さくてもよい。一実施形態によれば、頂部１７及び基部１６の垂直中心線１７ａと、底部１５の垂直中心線１５ａとが一直線に整列しており、従ってオフセット距離１９はゼロである。
ウェハエッジ・リフトピン１０の剛性を高め、且つ図２に示されるリフトプレート２０に取り付けられたときにウェハエッジ・リフトピン１０が直角／垂直であることを確実にするために、基部１６の直径３２は、ノッチ部分１２を横切る頂部１７の直径３４よりも大きい。ウェハエッジ・リフトピン１０は、基部１６の下に締り嵌めされた底部１５（例えば、ボス機構）を用いてリフトプレート２０上の円形の窪み機構（図示せず）に取り付けられる。ウェハエッジ・リフトピン１０の底部１５をリフトプレート２０に固定するために、ねじ（図示せず）が使用され得る。図１Ａを再び参照すると、処理チャンバ内の真空環境における仮想漏れを防止するために、底部１５、基部１６、及び頂部１７のタップ穴（図示せず）の端部に、ウェハエッジ・リフトピン１０の側壁２１を貫通する小さな通気孔１３が穿孔される。基部１６は、ウェハエッジ・リフトピン１０をリフトプレート２０上で容易に回転させることを可能にするレンチ平面１８も有する。レンチ平面１８は、処理チャンバ内等の意図された機器に設置される間に、横方向ウェハ閉じ込め窓の調整に適応する。動作温度、ウェハ直径、製造及び組立公差の変動を補償するように調整を完了させることができる。オフセット距離１９の存在によって、ウェハエッジ・リフトピン１０をリフトプレート２０上で回転させるときに、横方向ウェハ閉じ込め窓の調整を増大させるのを可能にする。リフトプレート２０の中心合せ部分２２が、リフトプレート２０の中心を図４で後述するチャックアセンブリ４０の中心と整列させるために使用され得る。
図３は、本発明の一実施形態による、リフトプレート２０と、３つのウェハエッジ・リフトピン１０によって支持されるウェハ３０とを示す。ウェハ３０は、集積回路を製造するための電子機器及び従来のウェハベースの太陽電池のための光発電に使用される、結晶シリコン等の半導体材料の薄いスライスとすることができる。ウェハ３０は、ウェハ３０内及びウェハ３０上に組み込まれたマイクロ電子デバイスのための基板として機能することができ、ウェハ３０は、ドーピング又はイオン注入、エッチング、様々な材料の堆積、及びフォトリソグラフィ・パターニング等の多くの微細加工処理ステップを経る。いくつかの例では、ウェハ３０は、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍの直径を有し得る。
本発明の一実施形態によれば、ウェハを用いて半導体デバイスを製造するための装置が提供される。この装置は、ウェハが処理される処理チャンバと、ウェハがロードされるチャックアセンブリと、ウェハを上下動させるための複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンとを含む。
図４は、本発明の一実施形態による、チャックアセンブリ４０と、リフトプレート２０と、３つのウェハエッジ・リフトピン１０によってチャックアセンブリ４０の上方に持ち上げられたウェハ３０とを示す。組立て中に、ウェハエッジ・リフトピン１０は処理チャンバの外側でリフトプレート２０に接続され得る。各ウェハエッジ・リフトピン１０の回転位置が適切に行われ、それらウェハエッジ・リフトピン１０が、チャックアセンブリ４０の外縁のクリアランス・スロット４２を確実に通過するのを十分に良好にすることができる。リフトプレート２０及びチャックアセンブリ４０が設置されると、ウェハエッジ・リフトピン１０を持上げ位置／移送位置まで上昇させることができる。この点で、ウェハエッジ・リフトピン１０とチャックアセンブリ４０との間に所望のクリアランスを達成するために、ウェハエッジ・リフトピン１０を回転させることができる。クリアランスは、隙間ゲージを用いて測定され得る。
依然として図４を参照すると、ウェハ３０は、ウェハ３０の縁部の下面に接触してウェハ３０を横方向に閉じ込める３つのウェハエッジ・リフトピン１０を含むリフトプレート２０を用いて、チャックアセンブリ４０から昇降させることができる。ウェハ３０の下面に接触するウェハ・エンドエフェクタ又はロボットアーム（図示せず）を使用して、ウェハ３０を処理チャンバ内に入れ、ウェハ３０を３つのウェハエッジ・リフトピン１０上に位置付けすることができる。その後、３つのウェハエッジ・リフトピン１０によってウェハ３０が支持される際に、ウェハ・エンドエフェクタを処理チャンバから下降及び後退させることができる。次に、３つのウェハエッジ・リフトピン１０を用いてウェハ３０をチャックアセンブリ４０の上に下降させることができる。さらに、ウェハ３０を処理した後に、３つのウェハエッジ・リフトピン１０を用いてウェハ３０がチャックアセンブリ４０から持ち上げられると、ウェハ・エンドエフェクタを用いてウェハ３０を取り外すことができる。
図５Ａ及び図５Ｂは、ウェハエッジ・リフトピン１０によって支持されたウェハ３０の上面図を示す。ウェハエッジ・リフトピン１０の設計によって、一貫した横方向閉じ込めクリアランスを維持しながら垂直方向のウェハ支持が可能になる。図５Ａのウェハエッジ・リフトピン１０及び図５Ｂの回転したウェハエッジ・リフトピン１０から分かるように、ウェハ縁部汚染を乱す可能性がある能動的なグリップは、この設計では使用されていない。調整可能な設計は、垂直方向の支持領域を損なうことなく、一貫した横方向閉じ込め窓を維持する（すなわち、ウェハ３０は、一方向に揃えられる場合に、ウェハエッジ・リフトピン１０から落下しない）。ノッチ部分１２の掃引プロファイルがウェハ整列ノッチ３８よりも大きいので、調整可能な設計はまた、ウェハ３０のウェハ整列ノッチ３８の整列とは無関係に機能する。ノッチ部分１２の掃引プロファイルは、ウェハ整列ノッチ３８がノッチ部分１２の傾斜の周りに着座するのを防止するように十分に大きい半径のものである。比較のために、他のいくつかのウェハ縁部支持ピンの設計は、ウェハ整列ノッチの位置に適応するために３対のリフトピンを利用する。
マイクロ電子デバイスを製造するために使用されるウェハを支持するためのウェハエッジ・リフトピンの設計を様々な実施形態において開示してきた。本発明の実施形態の前述した説明は、例示及び説明を目的として提示している。網羅的であること、又は本発明を開示した正にその形態に限定することを意図していない。この説明及び以下の特許請求の範囲は、説明目的のみのために使用され、限定として解釈すべきではない用語を含む。当業者は、上記の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が可能であることを理解することができる。当業者であれば、図面に示されている様々な構成要素に対する様々な同等の組合せ及び置換えを認識するであろう。従って、本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されるのではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって限定されることが意図される。

Claims (20)

  1. 半導体デバイスを製造するための装置のウェハエッジ・リフトピンであって、当該ウェハエッジ・リフトピンは、
    ウェハを支持するための水平方向上向き面と前記ウェハの横方向閉じ込めのための垂直方向傾斜面とを有するノッチ部分を含む頂部であって、前記ノッチ部分は、半径に沿って前記ウェハから離れる方向に水平方向に広がる、頂部と、
    該頂部の下の基部であって、前記ノッチ部分を横切る前記頂部の直径よりも大きい直径を有する基部と、
    該基部の前記直径よりも小さい直径を有する底部と、を含む、
    ウェハエッジ・リフトピン。
  2. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、水平方向にずれている、請求項１に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  3. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）〜約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の間で水平方向にずれている、請求項１に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  4. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、一直線に整列している、請求項１に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  5. 前記ノッチ部分の掃引プロファイルによって、前記ウェハ上のウェハ整列ノッチが前記ノッチ部分の周りに着座するのを防止する、請求項１に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  6. 前記垂直方向傾斜面と前記水平方向上向き面との交差部が、９０°を超える角度を有する、請求項１に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  7. 前記半径は、前記ウェハ上のウェハ整列ノッチが前記ノッチ部分の傾斜の周りに着座するのを防止するように十分に大きい、請求項１に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  8. 半導体デバイスを製造するための装置のウェハエッジ・リフトピンであって、当該ウェハエッジ・リフトピンは、
    ウェハを支持するための水平方向上向き面と前記ウェハの横方向閉じ込めのための垂直方向傾斜面とを有するノッチ部分を含む頂部であって、前記ノッチ部分は、半径に沿って前記ウェハから離れる方向に水平方向に広がり、前記垂直方向傾斜面と前記水平方向上向き面との交差部が９０°を超える角度を有し、前記ノッチ部分の掃引プロファイルによって、前記ウェハ上のウェハ整列ノッチが前記ノッチ部分の周りに着座するのを防止する、頂部と、
    該頂部の下の基部であって、前記ノッチ部分を横切る前記頂部の直径よりも大きい直径を有する基部と、
    該基部の前記直径よりも小さい直径を有する底部であって、前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが水平方向にずれている、底部と、を含む、
    ウェハエッジ・リフトピン。
  9. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）〜約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の間で水平方向にずれている、請求項８に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  10. 前記半径は、前記ウェハ上のウェハ整列ノッチが前記ノッチ部分の傾斜の周りに着座するのを防止するように十分に大きい、請求項８に記載のウェハエッジ・リフトピン。
  11. ウェハを用いて半導体デバイスを製造するための装置であって、当該装置は、
    前記ウェハが処理される処理チャンバと、
    前記ウェハがロードされるチャックアセンブリと、
    前記ウェハを上下動させるための複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンと、を有しており、
    前記複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンのそれぞれは、
    ウェハを支持するための水平方向上向き面と前記ウェハの横方向閉じ込めのための垂直方向傾斜面とを有するノッチ部分を含む頂部であって、前記ノッチ部分は、半径に沿ってウェハから離れる方向に水平方向に広がる、頂部と、
    該頂部の下の基部であって、前記ノッチ部分を横切る前記頂部の直径よりも大きい直径を有する基部と、
    該基部の直径よりも小さい水平方向の直径を有する底部と、を含む、
    装置。
  12. 前記複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンを支持するリフトプレートをさらに有する、請求項１１に記載の装置。
  13. リフトプレートは、該リフトプレートの中心を前記チャックアセンブリの中心と位置合わせするための中心合せ部分を含む、請求項１１に記載の装置。
  14. 前記チャックアセンブリの外縁が、前記ウェハを上下動させるとき、前記複数の少なくとも３つのウェハエッジ・リフトピンが通過するクリアランス・スロットを含む、請求項１１に記載の装置。
  15. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、水平方向にずれている、請求項１１に記載の装置。
  16. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）〜約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の間で水平方向にずれている、請求項１１に記載の装置。
  17. 前記基部の垂直中心線と前記底部の垂直中心線とが、一直線に整列している、請求項１１に記載の装置。
  18. 前記ノッチ部分の掃引プロファイルによって、ウェハ整列ノッチが前記ノッチ部分の周りに着座するのを防止する、請求項１１に記載の装置。
  19. 前記垂直方向傾斜面と前記水平方向上向き面との交差部が、９０°を超える角度を有する、請求項１１に記載の装置。
  20. 前記半径は、前記ウェハ上のウェハ整列ノッチが前記ノッチ部分の傾斜の周りに着座するのを防止するように十分に大きい、請求項１１に記載の装置。
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