JP2023553742A

JP2023553742A - 基板保持装置のカップ型チャックおよび基板保持装置

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Publication number: JP2023553742A
Application number: JP2023537175A
Authority: JP
Inventors: ホイワン; ジェンワン; ジャオウェイジャア; イーヌオジン; ホンチャオヤン
Original assignee: エーシーエムリサーチ（シャンハイ）インコーポレーテッド
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-12-25
Also published as: WO2022127515A1; CN114645311A; US20240035189A1; TW202226448A; EP4265825A1; KR20230121870A

Abstract

基板保持装置のカップ型チャックを開示する。カップ型チャックは、内側圧力リングと、ミドルフレームと、シール部と、外側圧力リングと、接触リングとを有する。内側圧力リングは、ミドルフレームの内周面に固定されている。シール部は、外端部と、底部と、内端部とを有する。シール部の外端部は、ミドルフレームの少なくとも一部の外周面を覆う。シール部の底部は、ミドルフレームの底部を覆い、カップ型チャックの外側に露出している。シール部の内端部は、ミドルフレームの少なくとも一部の内周面を覆い、内側圧力リングによって内側圧力リングとミドルフレームとの間に押圧されている。外側圧力リングは、絶縁材料によって形成され、ミドルフレームの外周面に固定され、シール部の外端部が外側圧力リングにより外側圧力リングとミドルフレームとの間に押圧されている。接触リングは、シール部の上方に位置し、内側圧力リングとミドルフレームとの間に押圧され、シールリングが内側圧力リングと接触リングとの間に配置されている。

Description

本発明は、半導体電解メッキの技術分野、より詳細には、電解メッキ中に基板を保持するためのカップ型チャックおよび基板保持装置に関する。

基板を保持する電解メッキチャックは、半導体電解メッキ設備の重要な部分である。電解メッキチャックは、通常、接触リングとシール部とを有する。接触リングとシード層との接触不良によって電解メッキ膜が不均一にならないようにするために、シール部が、電解メッキ溶液を接触リングから隔離するために用いられる。したがって、シール部の性能は電解メッキ処理の正常な動作を確保するために重要な要素である。

現在、電解メッキチャックのシール部の長期間の使用には依然として多くの問題が存在する。例えば：１）図１８に示すように、電解メッキチャックは、全巻タイプのシール部２３を採用しており、シール部２３の露出領域が大きすぎる。そのため、シール部２３の外側面２３１と底面２３３とが損傷しやすく、特に底の曲がった部分２３２が損傷しやすい。シール部２３が損傷すると、電解メッキ溶液が、シール部２３を通して浸透して、内部の金属基材２２の接触し、電流の部分的な損失が生じる。その結果、基板上の電解メッキ層の厚みが目標値よりも小さくなり、製品の歩留まりに影響を及ぼす。２）シール部２３は比較的硬い金属基材２２を覆う。金属基材２２の底部は上方に曲げられて支持部２２１を形成しており、支持部２２１の厚みはわずか１ｍｍと非常に鋭利である。シール部２３は、支持部２２１を覆ってシールリップ部２３４を形成している。電解メッキ処理中、基板の縁部および裏面におけるシールを行うために、シールリップ２３４は圧力によって基板と密着される。しかしながら、シールリップ部２３４は、長期間応力が加わると、容易に劣化して亀裂が生じる。３）電解メッキチャックがメンテナンスされるときに、接触リング２５とシール部２３とを洗浄する必要がある。しかしながら、既存の電解メッキチャックの内側圧力リング２４と接触リング２５とは直接導通しており、外側金属基材２２との間にシールがない。オンラインスプレー洗浄または浸漬洗浄を用いる場合、洗浄液または電解メッキ溶液が、図１８の矢印に沿って電解メッキチャックの内部層に浸透し、高速での洗浄およびメンテナンスを達成することができない。メンテナンスのために、分解する必要がある。

本発明の目的は、シール部の露出領域を減らすことによってシール部の損傷の危険性を効果的に低減し、接触リングの取り付けシール性能を改善することによって接触リングおよびシール部のオンライン洗浄が可能となった基板保持装置のカップ型チャックを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によって提供される基板支持装置のカップ型チャックは、基板を保持するためのカップ型チャックを含み、前記カップ型チャックは、
内側圧力リングと、
内周面に前記内側圧力リングが固定されたミドルフレームと、
前記ミドルフレームの少なくとも一部の外周面を覆う外端部、前記ミドルフレームの底部を覆い前記カップ型チャックの外側に露出する底部、および、前記ミドルフレームの少なくとも一部の内周面を覆い前記内側圧力リングによって前記内側圧力リングと前記ミドルフレームとの間で押圧される内端部、を有するシール部と、
絶縁材料により形成され、前記ミドルフレームの外周面に固定された外側圧力リングであって、前記シール部の前記外端部が、前記外側圧力リングを介して前記外側圧力リングと前記ミドルフレームとの間に押圧される前記外側圧力リングと、
前記シール部の上方に位置し、前記内側圧力リングと前記ミドルフレームとの間で押圧され、内側圧力リングとの間にシールリングが配置された接触リングと、を含む。

絶縁性を有しシール部に固定された外側圧力リング、および、シール部の底部のみが露出する構成を採用することにより、シール部の露出する領域および損傷の危険性を減らすことができる。シールリングを内側圧力リングとミドルフレームとの間に設置することにより、カップ型チャックの全体のシール性を向上させ、電解メッキ溶液または洗浄液がカップ型チャックの内部層に浸透するのを防止することができる。

好ましくは、前記基板保持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記ミドルフレームの底部が径方向および水平方向の内側に向けて水平支持部を形成し、前記シール部の前記底部が前記水平支持部を覆う。前記水平支持部の端部が上方に突出してシールリップ部を形成し、前記シールリップ部の数が１つまたは２つ以上であり、前記シールリップ部が前記基板の縁部と接触してシールするように構成される。

シールリップ部の内側に硬い材料の支持体がないため、シールシップ部が押圧されたときに、内側の硬い材料の支持体がシールリップ部を損傷させることを防止することができ、シール部の耐用年数を長くすることができる。同時に、この後のより狭いエッジ除去処理の要件を満たすために、シールリップ部の半径方向の幅を１ｍｍ未満とすることができる。２つ以上のシールリップ部が設けられる場合には、シール部と基板の縁部との間に、より高いシール効果を得るための、多段シールを形成することができる。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部の数が２つ以上の場合に、これら２つ以上の前記シールリップ部の高さが同じである。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部の数が２つ以上の場合に、少なくとも２つの前記シールリップ部の高さが異なる。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部の高さは、径方向の内側に向かって徐々に高くなる。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部の高さは、径方向の内側に向かって徐々に低くなる。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部の高さは、径方向において高低が交互に並ぶ。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部が１つの場合に、前記１つのシールリップ部の径方向の幅が１ｍｍ以下であり、前記シールリップ部が２つ以上の場合に、前記２つ以上のシールリップ部の径方向の幅の合計が１ｍｍ以下である。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シールリップ部が１つの場合に、前記１つのシールリップ部の径方向の幅が０．４ｍｍ～０．８ｍｍであり、前記シールリップ部が２つ以上の場合に、前記２つ以上のシールリップ部の径方向の幅の合計が０．４ｍｍ～０．８ｍｍである。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、別部品としての前記シール部が前記ミドルフレームから取り外し可能である。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シール部が、接着剤によって前記ミドルフレームに接着されている。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シール部と前記ミドルフレームとの接触面に複数の内側シール突起が形成され、これに対応して、前記ミドルフレームの表面に、複数の内側シール突起と適合する複数のシール溝が形成されている。

内側シール突起は、シール部とミドルフレームとの間の多段シールを形成することができる。シール部のある部分が損傷しても、多段シールが電解メッキ溶液のカップ型チャックの内部層への拡散を低減することができ、電解メッキ溶液のデバイスの腐食への影響が低減される。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シール部と前記外側圧力リングとの接触面に複数の外側シール突起が形成されている。

外側シール突起は、外側圧力リングと、ミドルフレームと、シール部との間のシールを向上させることができる。さらに、内側シール突起および外側シール突起は、組み付け時のシール部とミドルフレームとの位置決めにも貢献し、これら２つの部品の組み付けがより正確になる。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記シール部は疎水性を有する。

シール部の疎水処理により、シール部の表面への液体の付着を低減することができる。シール部の疎水処理には、疎水性材料、ドープされた疎水性材料、または、疎水膜の表面コーティングまたはスパッタリング、または、表面粗さの低減を用いることができる。好ましくは、シール部の表面粗さＲａが１０ｎｍ未満である。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記外側圧力リングの外側表面がブロック部を有する。

外側圧力リングの外側表面にブロック部を形成することにより、外側圧力リングの外側の表面に沿って上昇してくる液体に対する抵抗を増加させ、液体をその流れ方向が変わるように誘導して、液体を電解メッキチャンパー内に配置された液体収集部に斜め下向きに投入させることができる。これにより、電解メッキチャンバーの外側に液体が飛び出して、処理環境が汚染されてしまうことが防止される。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記ブロック部は、少なくとも上ブロック部および／または下ブロック部を備える。前記上ブロック部の数は１つ以上で、前記下ブロック部の数は１つ以上である。前記上ブロック部は、前記外側圧力リングの上部に形成された下方に吐出した環状の突起であり、前記下ブロック部は、外側圧力リングの中間部と下部に形成された外向きに突出した環状の突起である。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記外側圧力リングの表面は疎水性を有する。

外側圧力リングの疎水処理により、外側圧力リングの表面への液体の付着を低減することができる。具体的には、外側圧力リングが、疎水性材料またはドープされた疎水性材料で形成される。または、外側圧力リングの表面疎水膜が形成される。または、外圧リングの表面粗さＲａが１０ｎｍ未満である。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記外側圧力リングと前記シール部との接触面に複数のバンプが形成され、前記内側圧力リングと前記シール部との接触面に複数のバンプが形成される。

外側圧力リングおよび内側圧力リングとシール部との接触面にバンプを設けることにより、互いに接触する部材間のシール性能を向上させることができる。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記外側圧力リングの底部に複数のバンプが設けられている。

外側リングの底部に設けられた複数のバンプは、装置のメンテナンス中にサポートする役割を果たし、シール部と作業台とをある一定の距離に保ち、シール部の損傷または汚染を低減する。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記内側圧力リングの材料が導電性と耐食性とを有する金属であり、前記接触リングが前記内側圧力リングを介して電解メッキ電源に電気的に接続されている。

好ましくは、前記基板支持装置の前記カップ型チャックにおいて、前記内側圧力リングが絶縁材料によって形成され、前記ミドルフレームが導電性を有する金属によって形成され、前記接触リングが前記ミドルフレームを介して電解メッキ電源と電気的に接続されている。

ミドルフレームが接触リングと電解メッキ電源とを電気的に接続する構成を採用することにより、内側圧力リングは、導電性と耐食性の両方を満たす必要がなく、耐食性のみを満たせばよい、すなわち、内側圧力リングを（ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ等のような）絶縁性材料からなるものとすることができる。これにより、内側圧力リングの材料の選択の幅が広がり、カップ型チャックのオンライン洗浄のコストの低減と実現性に有利である。

本発明において、基板保持装置は、また、
基板を保持するための前記カップ型チャックと、
前記基板が前記カップ型チャックの前記シール部に押し付けられるように前記基板の裏側を押圧するチャックプレートと、
前記チャックプレートを前記基板の裏面に接触させるまたは基板から離すように駆動させるチャックプレート駆動装置と、
前記カップ型チャックと前記チャックプレートとによって挟持された前記基板の角度を調整するための角度駆動装置と、
前記カップ型チャックと前記チャックプレートとに挟持された前記基板を回転駆動させるための回転駆動装置と、
前記カップ型チャックと前記チャックプレートとによって挟持された前記基板を上昇または降下させる垂直駆動装置と、を含む。

好ましくは、前記基板保持装置において、前記チャックプレートが基材を有する。前記基材は、前記基板の裏面と接触する下面を有する。前記基材の下面に複数の排気溝が形成され、前記基材の表面に排気溝と連通する複数の排気孔が形成されている。

チャックプレート上の排気溝と排気孔により、基板が取り外されるときに、チャックプレートと基板との分離が容易になる。

好ましくは、前記基板保持装置において、前記基材の下面に、前記チャックプレートと前記基板との接触領域を小さくするように前記基板に対して突出した接触部が形成されている。

本発明の基板保持装置のカップ型チャックは、絶縁性の外側圧力リングを採用しており、外側圧力リングは、シール部に覆われたミドルフレームにきつく固定されており、シール部材の底部のみが露出する。これにより、シール部の電解メッキ溶液に露出する領域を大きく低減することができ、シール部の損傷の危険性を低減し、装置の動作の信頼性が向上する。さらに、内側圧力リングと接触リングとの間にシールリングが配置され、接触リングの上下が確実にシールされる。装置のメンテナンス中、特に接触リングとシール部の洗浄中に、処理液がカップ型チャックの内部層に浸透するのを効果的に防止することができ、各部品を１つずつ分解してメンテナンスを行う必要がない。これにより、オンライン洗浄を実現でき、装置のメンテナンスの利便性と効率性とを向上させ、メンテナンスのコストを低減することができる。

本発明の特徴および性能は、以下の実施形態および添付の図面によってさらに説明される。
図１は、本発明の基板保持装置の斜視図を示す。図２は、本発明の基板保持装置の別の斜視図を示す。図３は、本発明の基板保持装置の断面図を示す。図４は、本発明の基板保持装置の別の断面図を示す。図５は、図４のＡ部の拡大図を示す。図６は、図５の構成要素の拡大図を示す。図７は、本発明のカップ型チャックの斜視図を示す。図８は、本発明のカップ型チャックの分解図を示す。図９は、本発明のミドルフレームの部分断面図を示す。図１０は、本発明のシール部の部分断面図を示す。図１１は、本発明の外側圧力リングの斜視図を示す。図１２は、本発明のチャックプレートの斜視図を示す。図１３は、本発明のチャックプレートの別の斜視図を示す。図１４は、本発明のチャックプレートの断面図を示す。図１５は、図１４のＢ部の拡大図を示す。図１６ａは、外側圧力リングのある形態の概略図を示す。図１６ｂは、外側圧力リングの別の形態の概略図を示す。図１６ｃは、外側圧力リングのさらに別の形態の概略図を示す。図１６ｄは、外側圧力リングのさらに別の形態の概略図を示す。図１７ａは、シール部のある形態の部分概略図を示す。図１７ｂは、シール部の別の形態の部分概略図を示す。図１７ｃは、シール部のさらに別の形態の部分概略図を示す。図１８は、既存の電解メッキチャックの構成要素の拡大図を示す。

本発明の技術的内容、構造的特徴、目的および効果を詳細に説明するために、以下、実施形態および図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２は、本発明の実施形態における基板保持装置を示している。基板保持装置は、カップ型チャック１１、チャックプレート１２、チャックプレート駆動装置１３、角度駆動装置１４、回転駆動装置１６、垂直駆動装置などを備えている。カップ型チャック１１の中央部に、基板１０を収容するために使用される収容空間１１０が設けられている。チャックプレート駆動装置１３はユニバーサルシャフト１５を介してチャックプレート１２に接続されており、チャックプレート１２を昇降駆動する。具体的には、図３に示すように、チャックプレート１２は、チャックプレート駆動装置１３によって、カップ型チャック１１から離れた基板取付／取外位置に上昇される。搬送ロボットにより基板１０が収容空間１１０が搬入された後、図４および図５に示すように、チャックプレート１２はチャックプレート駆動装置１３によって降下されて基板１０の裏面に隣接し、カップ型チャック１１とチャックプレート１２との間に基板１０を挟持する。一般に、基板保持装置は、垂直駆動装置（図示しない）にサポートプレート１７を介して接続され、垂直駆動装置は、カップ型チャック１１とチャックプレート１２とに挟持された基板１０を昇降駆動させる。角度駆動装置１４は、電解メッキ処理における気泡の影響を低減するために、電解メッキ溶液を導入する処理中の、カップ型チャック１１とチャックプレート１２とに挟持された基板１０の角度を調整するために用いられる。回転駆動装置１６は、電解メッキ処理中に、カップ型チャック１１とチャックプレート１２とに挟持された基板１０を回転駆動させるために用いられる。カップ型チャック１１を洗浄するためにチャックプレート１２がチャックプレート駆動装置１３によってカップ型チャック１１から離れるときに、回転駆動装置１６がカップ型チャック１１を回転駆動させることが理解できる。

図５および図６を参照すると、カップ型チャック１１は、内側圧力リング１１１と、ミドルフレーム１１２と、外側圧力リング１１３とを含む。内側圧力リング１１１は、ミドルフレーム１１２の内周面に固定されている。外側圧力リング１１３は、ミドルフレーム１１２の外周面に固定されている。外側圧力リング１１３は、絶縁材料により形成されており、電解メッキ処理中に、電解メッキ溶液に直接接触でき、リークの問題がない。さらに、外側圧力リング１１３は他の構成要素を支持できるようなある程度の硬度を有する。具体的には、外側圧力リング１１３は、ＰＥＥＫ、ＰＶＣ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＣＰＶＣ、ＰＥ、ＰＣ、その他の材料によって形成することができる。

図９は、ミドルフレームの部分断面図を示す。ミドルフレーム１１２は、側壁１１２１を有し、側壁１１２１の上端部が径方向の外側に延びて第１取付台１１２２を形成する。側壁１１２１の下端部は径方向内側に延びて第２取付台１１２３を形成する。第２取付台１１２３の端は斜め内側に延びてミドルフレーム１１２の底部を形成し、ミドルフレーム１１２の底部の端は、径方向および水平方向の内側に延び、水平支持部１１２４を形成している。第２取付台１１２３、ミドルフレーム１１２の底部および水平支持部１１２４は、ミドルフレーム１１２の頭部として機能し、以下に詳細に説明するように、ミドルフレーム１２の頭部の表面はシール部１１４で覆われている。図５および図６を参照すると、外側圧力リング１１３の内側壁の上端部に第１段部１１３１が形成され、外側圧力リング１１３の内側壁の下端部に第２段部１１３２が形成されている。ミドルフレーム１１２が外側圧力リング１１３に取り付けられるときに、ミドルフレーム１１２の第１取付台１１２２が外側圧力リング１１３の第１段部１１３１に押し付けられ、ミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３が外側圧力リング１１３の第２段部１１３２に押し付けられる。図９に示すように、複数の第１位置決め溝１１２５がミドルフレーム１１２の第１取付台１１２２の上面に間隔をあけて形成されている。内側圧力リング１１の上部は（図８に示すように）複数の第１位置決めブロック１１１１を有する。内側圧力リング１１１がミドルフレーム１１２に取り付けられるときに、内側圧力リング１１１の複数の第１位置決めブロック１１１１がミドルフレーム１１２の複数の第１位置決め溝１１２５に圧入され、内側圧力リング１１１の下端部がミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３に押し付けられる。

外側圧力リング１１３の外面には、カップ型チャックの回転中に電解メッキ溶液のような処理液が外側圧力リング１１３の外面に沿って上方に飛散するのを防ぐためのブロック部が設けられている。ブロック部は、少なくとも上ブロック部および／または下ブロック部を有する。上ブロック部の数は１つ以上であり、下ブロック部の数は１つ以上である。上ブロック部は外側圧力リング１１３の上部に形成された下向きの環状の突起であり、下ブロック部は、外側圧力リング１１３の中部および下部に形成された外向きの環状の突起である。

図１６ａに示すように、外側圧力リング１１３は、下ブロック部１１３３を有する。下ブロック部１１３３は、外側圧力リング１１３の中部および下部に形成された外向きの環状の突起である。下ブロック部１１３３の断面の形状は、液体が外側圧力リング１１３の外表面に沿って上昇してくるまたは流れ落ちるように案内されるのを防ぐことができるような、円弧、楕円弧、放物線、長方形等任意の形状とすることができる。図１６ａにおいて、下ブロック部１１３３は、外側圧力リング１１３の最下部、すなわち、外側圧力リング１１３の底面と同一面上に位置する。もちろん、他の実施形態では、図１６ｂに示すように、下ブロック部１１３３は外側圧力リング１１３の底面よりも高い位置にあり、下ブロック部１１３３が外側圧力リング１１３の中部および下部に位置していると理解される。カップ型チャック１１が回転するときに、下ブロック部１１３３は、外側圧力リング１１３の外側壁に沿って上昇する液体に対する抵抗を増大させる。具体的には、液体がカップ型チャック１１とともに回転するときに、液体は、外側圧力リング１１３の外側壁に沿って上昇し、図１６ａに破線で示すように電解メッキ室外に向けて斜め上に飛ばされて処理環境を汚染させる代わりに、図１６ａに実線の矢印で示すように、電解メッキ室に設けられた液体回収部に向けて斜め下に飛ばされる。

別の実施形態において、カップ型チャックが回転するときに、液体が、外側圧力リングの外側壁に沿って斜め上に飛ばされるのをより効果的に防止することができるように、外側圧力リングは２つ以上の下ブロック部を有することができる。図１６ｃは、外側圧力リング１１３の下部が２つの下ブロック部１１３３を有し、２つの下ブロック部１１３３が外側圧力リング１１３の外表面に沿って上下に並んでいることを示している。もちろん、別の実施形態においては、下ブロック部１１３３の数は、特定の処理条件に基づいて決定することができ、下ブロック部１１３３は３つまたは４つ以上とすることもできることが理解できる。２つ以上の下ブロック部の１１３３の外側への突出幅は、同じであっても異なっていてもよい。例えば、２つ以上の下ブロック部１１３３の外側への突出幅は、下から上に向かって徐々に増加してもよいし、下から上に向かって徐々に減少してもよい。

図１６ｄは、別の外側圧力リングの概略図を示す。外側圧力リング１１３は、外側圧力リング１１３の上部に形成された下向きの環状の突起である上ブロック部１１３４を有する。上ブロック部１１３４は、外側圧力リング１１３の外側壁に沿って斜め上に流れる液体が上ブロック部１１３４を通るときに、液体が下向きに突出した上ブロック部１１３４に沿って斜め下に流れるように液体の流れ方向を変えるために用いられる。カップ型チャック１１が回転するときに、液体の一部が下ブロック部１１３３を越えて上昇して外側圧力リング１１３の上部に到達しても、外側圧力リング１１３の上部に形成された上ブロック部１１３４により遮断される。そして、図１６ｄに実線の矢印で示すように、液体は、遠心力の作用により、電解メッキ室に設けられた液体回収部に向けて斜め下に飛ばされ、液体が電解メッキ室の外に飛び散って処理環境を汚染してしまうのを防止することができる。本実施形態において、上ブロック部１１３４と外側圧力リング１１３の外周面との間の角度θは、８０°と１２０°との間、好ましくは９０°である。

別の実施形態において、上ブロック部１１３４の数は、２つ、３つ、４つなど２つ以上（図示しない）であってもよい。そして、２つ以上の上ブロック部１１３４は内側から外側に径方向に並んでいる。２つ以上の上ブロック部１１３４下方への突出高さは同じであってもよいし異なっていてもよい。例えば、２つ以上の上ブロック部１１３４の下方への突出高さは、内側から外側に向かって徐々に増大してもよいし、内側から外側に向かって徐々に減少してもよい。

電解メッキ溶液の外側圧力リング１１３の表面への付着を低減するために、外側圧力リング１１３の表面は、外側圧力リング１１３の表面粗さを小さくする等、疎水処理されている。本実施形態において、外側圧力リング１１３の表面粗さＲａは１０ｎｍ未満である。好ましくは、外側圧力リング１１３の表面粗さＲａは２ｎｍ未満である、あるいは、外側圧力リング１１３の表面が（ＰＴＦＥコーティングのような）疎水性膜のコーティングまたスパッタリングがされている、あるいは、外側圧力リング１１３が疎水性材料によって形成されているか、外側圧力リング１１３に疎水性材料が混ぜられている。

基板保持装置は、さらにシール部１１４と接触リング１１５とを含む。接触リング１１５は、一般に、取付部と、指部とを有する。取付部は、内側圧力リング１１１とミドルフレーム１１２との間で押圧される。接触リング１１５は、カップ型チャック１１に取り付けられて固定されている。指部の先端は、電解メッキ処理中、基板に電気を導くために基板１０のエッジシード層に接触している。図５および図６に示すように、シール部１１４は、ミドルフレーム１１２の内周面、底部および外周面を覆っており、接触リング１１５およびシールリング１１６がシール部１１４に順に取り付けられ、内側圧力リング１１１によってミドルフレーム１１２に押し付けられている。カップ型チャック１１の内側の空間はシールリング１１６によってシールされ、同時に、シール部１１４とシールリング１１６とによって接触リング１１５の上部及び下部にもシールが形成される。これにより、オンライン洗浄中または電解メッキ後のカップ型チャック１１の浸漬中に、洗浄溶液または浸漬溶液がカップ型チャック１１の内部に浸透するのを防止することができる、すなわち、洗浄溶液または浸漬溶液が内側圧力リング１１１とミドルフレーム１１２との間に入り込むのを防止することができる。ここで、シールリング１１６は、Ｏリングシールリングであってもよい。

本実施形態において、独立した部品として、シール部１１４は、型開きまたは射出成型によって一体成型することができ、ミドルフレーム１１２に取り外し可能に取り付けることができる。具体的には、シール部１１４は、ミドルフレーム１１２の頭部を一体的に覆っている。そして、シール部１１４の２つの端が内側圧力リング１１１と外側圧力リング１１３とによってミドルフレーム１１２に固定されてる。シール部１１４が、複数回の使用により、摩耗してシール性能が低下したときに、損傷したシール部は、単にカップ型チャック１１を分解するだけで、取り外すことができる。それから、新しいシール部に交換することによって装置を再利用することができる。これにより、シール部の交換の困難性とコストを減らすことができる。別の実施形態において、シール部１１４とミドルフレーム１１２とのより強固な取付を確実にするために、シール部１１４は接着剤によってミドルフレーム１１２に接着されてもよい。

シール部１１４は、（過フッ素ゴムまたはフッ素含有ゴム等の）フッ素ゴム、シリコンゴム等によって形成することができ、硬度範囲を、デュロメーターで測定して５０～９０とすることができる。具体的には、シール部１１４は、処理装置に応じて異なる材料で形成することができる。例えば、銅を電解メッキするときには、シール性能がよく硬度が低い（バイトン（登録商標）フッ素ゴムのような）半フッ化ゴムを使用することができる。一方、ニッケル、金等の高温電解メッキ処理においては、過フッ化ゴムを使用することができる。別の実施形態において、シール部１１４に疎水性を持たせる処理を行うことによって、シール部１１４の表面への電解メッキ溶液の付着を低減することができる。シール部１１４の疎水処理のために以下のような様々な方法を採用可能である。１）シール部１１４を形成する材料に疎水性材料（例えばテフロン（登録商標））を用いる、２）シール部１１４の表面を疎水性コーティング（例えばテフロン（登録商標）コーティング）する、３）シール部１１４に疎水性材料をドーピングする（例えば、テフロン（登録商標）ドーピング）、４）シール部１１４の表面粗さを低減させる、例えば、シール部の表面粗さを１０ｎｍ未満、好ましくは２ｎｍ未満にする。

図１０は、シール部の部分断面図を示している。シール部１１４は、内端部１１４１と、外端部１１４２と、底部１１４３とを有する。図６を参照すると、内端部１１４１は、ミドルフレーム１１２の内周面を覆っており、内側圧力リング１１１によって、ミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３の上面に押し付けられている。外端部１１４２はミドルフレーム１１２の外周面を覆っており、外側圧力リング１１３の第２段部１１３２によりミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３の下面に固定されている。シール部１１４の底部１１４３は、ミドルフレーム１１２の底部を覆っており、上方に曲げられてミドルフレーム１１２の水平支持部１１２４を覆っている。図１０を参照すると、シール部１１４は水平支持部１１２４の端部において上方に突出し、シールリップ部１１４４を形成している。シールリップ部１１４４の厚みはシール部１１４の他の部分の厚みよりも大きい。基板１０がカップ型チャック１１に取り付けられた後、基板１０の縁をシールリップ部１１４４にしっかりと取り付けて、基板１０の縁と裏面とをシールするために、チャックプレート１２が基板１０の裏面を押圧する。本実施形態において、シールリップ部１１４４内に金属の支持体がなく、シールリップ部１１４４の厚みが大きくされていることにより、シール部１１４の耐用年数を効果的に長くすることができる。さらに、シールリップ部１１４４内に金属の支持体がないため、シールリップ部の径方向の幅は、シールリップ部１１４４自身の幅によってのみ決まり、１ｍｍ以下とすることができる。好ましくは、シールリップ部１１４４の径方向の厚みは、０．４ｍｍ～０．８ｍｍである、より好ましくは、シールリップ部１１４４の径方向の幅は０．８ｍｍである。シールリップ部１１４４は、１ｍｍ以下の径方向の幅を有し、これにより、シール部１１４が基板１０と接触してシールするときにエッジプレス幅を低減することができ、次のより狭くなるエッジ除去処理の要求にこたえることができる。

別の実施形態において、シール部は２つ以上のシールリップ部を有する。シールリップ部は一定の弾性を有し、チャックプレートの圧力下でわずかに変形可能である。そのため、シール部の２つ以上のシールリップ部は基板に同時に接触してシールし、カップ型チャックと基板との間に多段シールを実現して、より高いエッジシール効果を実現する。２つ以上のシールリップ部は径方向の内外に分布し、シールリップ部は同じ高さを有する、あるいは、少なくとも２つのシールリップ部が高さの差を有する。具体的には、複数のシールリップ部の高さは、径方向に内側に向かって徐々に高くなる、あるいは、径方向に内側に向かって徐々に低くなる、あるいは、径方向において高低が交互に並ぶ。さらに、２つ以上のシールリップ部の径方向の幅の合計は１ｍｍ以下である。好ましくは、２つ以上のシールリップ部の径方向の幅の合計は０．４ｍｍ～０．８ｍｍである。

図１７ａ～図１７ｃは、径方向の内側および外側に分布するシール部であって、それぞれが、内側シールリップ部１１４４ａおよび外側シールリップ部１１４４ｂである２つのシールリップ部を有するシール部の、部分概略図を示す。図１７ａを参照すると、内側シールリップ部１１４４ａの高さと、外側シールリップ部１１４４ｂの高さとは同じであり、高さｈが０．３ｍｍ～０．５ｍｍである。図１７ｂを参照すると、内側シールリップ部１１４４ａの高さｈ２が外側シールリップ部１１４４ｂの高さｈ１よりも高い。例えば、内側シールリップ部１１４４ａの高さｈ２が０．４ｍｍであり、外側シールリップ部１１４４ｂの高さｈ１が０．３５ｍｍである。図１７ｃを参照すると、内側シールリップ部１１４４ａの高さｈ２が外側シールリップ部１１４４ｂの高さｈ１よりも低い。例えば、内側シールリップ部１１４４ａの高さｈ２が０．３５ｍｍであり、外側シールリップ部１１４４ｂの高さｈ１が０．４ｍｍである。

図１７ａ～図１７ｃにおける、内側シールリップ部１１４４ａと外側シールリップ部１１４４ｂの径方向の幅の合計は１ｍｍ以下である。すなわち、ａ＋ｂ≦１ｍｍである。内側シールリップ部１１４４ａの径方向の幅ａと外側リールリップ部１１４４ｂの径方向の幅ｂとは同じであっても異なっていてもよい。好ましくは、内側シールリップ部１１４４ａの径方向の幅ａは、外側リールリップ部１１４４ｂの径方向の幅ｂよりも小さい。具体的には、図１７ｃに示すように、外側シールリップ部１１４４ｂの径方向の幅ｂが０．６ｍｍであり、内側リールリップ部１１４４ａの径方向の幅ａが０．２ｍｍである。

本実施形態において、外側圧力リング１１３は絶縁材料により形成されており、具体的には、外側圧力リング１１３の側壁および底部全体が絶縁材料により形成されている。シール部１１４の露出する領域が十分に低減されるように、外側圧力リング１１３は外側からシール部１１４に固定されシールされている。したがって、処理中に、底部１１４３のみが電解メッキ溶液に露出し、シール部１１４の損傷の危険性が効果的に低減される。

図１０を再度参照すると、シール部１１４の外側圧力リング１１３と接触する接触面が、シール部１１４と外側シールリング１１３との間のシールを強化するための複数の外側シール突起１１４６を形成する。シール部１１４のミドルフレーム１１２と接触する接触面は、複数のシール突起１１４５を形成する。シール部１１４がミドルフレーム１１２を覆い、内側圧力リング１１１と外側圧力リング１１３とによって固定されるときに、内側シール突起１１４５が、ミドルフレーム１１２の表面に配置されたシール溝１１２８にはめ込まれる。一方で、シール部１１４とミドルフレーム１１２とを強固に組み付けることができ、他方で、シール部１１４の内側にシール部１１４とミドルフレーム１１２との間のシール効果を強化するための多段シールを形成することができる。シール部１１４の底部１１４３が損傷したときに、複数の円形の内側シール突起１１４５により、浸透した電解メッキ溶液がカップ型チャック１１の内側に拡散するのを防止することができ、電解メッキ溶液のカップ型チャック１１の内部への浸食が低減される。したがって、基板保持装置は、単にシール部１１４を交換するだけで通常の動作を再開することができ、これは、装置のメンテナンスの時間および費用を低減することに役に立つ。

２つの平面を押圧することによって完全なシールを達成することは難しいため、内側圧力リング１１１、外側圧力リング１１３およびシール部１１４の押圧面には複数のバンプ（図示しない）が設けられている。これらのバンプにより、内側圧力リング１１１と側圧力リング１１３とを、固定時に、シール部１１４の接触面に完全に取り付けることができる。これにより、これらの部品間のシール性能が向上する。

図１１を参照すると、外側圧力リング１１３の底部は複数のバンプ１１３７を有する。カップ型チャック１１を修理する必要があるときに、外側圧力リング１１３の底部のバンプ１１３７が、シール部１１４が浮かされた状態に維持されメンテナンス作業台と接触しないように支持する役割を果たすことができる。これにより、シール部１１４が損傷すること、または、シール部１１４の表面が汚染されることを防止することができる。本実施形態において、外側圧力リング１１３の底部のバンプ１１３７の高さは１ｍｍ程度である。

本実施形態において、内側圧力リング１１１は導電性材料、通常は導電性金属によって形成されている。そして、接触リング１１５は、内側圧力リング１１１を介して電解メッキ電源と電気的に接続されている。別の実施形態において、内側圧力リング１１１およびミドルフレーム１１２の両方が導電性材料、通常は導電性金属によって形成されており、電解メッキ電源が直接ミドルフレーム１１２に接続されている。そして、ミドルフレーム１１２は内側圧力リング１１１を介して接触リング１１５と電気的に接続されている。複数の処理サイクルの後、カップ型チャック１１をメンテナンスする必要があるため、硫酸、硝酸、錫銀メッキ溶液、様々な界面活性剤等の処理液がよく使用される。このとき、内側圧力リング１１１が必然的に処理液と接触する。そのため、内側圧力リング１１１は導電性が要求されるだけでなく、耐食性も要求される。内側圧力リング１１１の材料選択に対する要求が高く、チタン、チタン合金、ステンレスおよびその他貴金属材料のような導電性と耐食性を有する金属を使用する必要がある。これにより、製造およびメンテナンスのコストが増大する。

別の実施形態において、好ましくは、ミドルフレーム１１２が導電性材料、一般に導電性金属により形成されており、接触リング１１５がミドルフレーム１１２を介して電解メッキ電源と電気的に接続されている。ミドルフレーム１１２がシール部１１４とシールリング１１６とによりシールされているため、電解メッキ処理または装置の洗浄処理に関係なく、ミドルフレーム１１２が処理液に接触せず、処理液による浸食の危険性がない。ミドルフレーム１１２の材料は、導電性のみが要求される。電気的接続部分としての内側圧力リング１１１と比較すると、ミドルフレーム１１２の材料の選択に対する要求は低減され、通常の導電性金属を使用することができ、これにより、製造およびメンテナンスのコストを効果的に低減することができる。そして、内側圧力リング１１１は耐食性を有していればよく、耐食性を有する導電性材料に限定する代わりに、耐食性を有する絶縁性材料を使用することができる。これにより、内側圧力リング１１１材料の選択の幅を広げ、コストを低減し、カップ型チャック１１のオンライン洗浄を実現することに役立つ。本実施形態において、内側圧力リング１１１はＰＶＣ、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ等によって形成することができる。

図７および図８を参照すると、カップ型チャック１１の組み付けは以下の通りである。

ステップ１:シール部１１４でミドルフレーム１１２の頭部を覆う。すなわち、シール部１１４で、ミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３、底部および水平支持部１１２４を覆う。

ステップ２:シール部１１４に覆われたミドルフレーム１１２を外側圧力リング１１３に組み付ける。外側圧力リング１１３とミドルフレーム１１２との接触面には、複数の位置決め部を配置することができる。図８に示すように、外側圧力リング１１３の内側壁は第２位置決め溝１１３５を有し、ミドルフレーム１１２の外側壁は第２位置決め溝１１３５と適合する第２位置決めブロック１１２０を有する。

ステップ３:接触リング１１５をミドルフレーム１１２に組み付け、接触リングの１１５の指部がシード層を基板の縁部に接触させて電気的に接続するために用いられる。組み立てを簡単にするために、図９に示すように、ミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３に複数の位置決め円柱１１２９が設けられており、接触リング１１５が位置決め円柱１１２９に沿ってミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３に取り付けられ、シール部１１４上に位置するようになっている。

ステップ４:接触リング１１５が取り付けられた後、内側圧力リング１１１をミドルフレーム１１２に取り付け、接触リング１１５を押圧する。内側圧力リング１１１の表面に形成された第１位置決めブロック１１１１が、ミドルフレーム１１２の上部の第１位置決め溝１１２５内に配置され、シールリング１１６が内側圧力リング１１１の下面に取り付けられる。内側圧力リング１１１とミドルフレーム１１２が固定されるときに、シールリング１１６が内側圧力リング１１１と接触リング１１５との間に固定される。

ステップ５:複数のネジ１１７を、内側圧力リング１１１の第１ネジ孔１１１２とミドルフレーム１１２の第２ネジ孔１１２６とに通して、内側圧力リング１１１をミドルフレーム１１２の内周面に固定し、内側圧力リング１１１の底部に、シールリング１１６、接触リング１１５および、ミドルフレーム１１２の第２取付台１１２３上のシール部１１４の内端部１１４１を上から下に順に押圧させる。複数のネジ１１８をミドルフレーム１１２の第３ネジ孔１１２７と外側圧力リング１１３の第４ネジ孔１１３６とに挿通させて、外側圧力リング１１３をミドルフレーム１１２の外周面に固定し、シール部１１４の外端部１１４２を、外側圧力リング１１３とミドルフレーム１１２との間に押圧する。

図１２および図１３は、本実施形態のチャックプレートの斜視図を示す。チャックプレート１２は基材１２１を含み、基材１２１は基板１０と接触する下面を有する。基材１２１の下面に複数の排気溝１２２が形成され、排気溝１２２と連通する複数の排気孔１２５が、基材１２１の表面に開口している。チャックプレート１２が基板１０の裏面に押圧されるときに、基板の裏面の圧力は、チャックプレート１２の表面に形成された排気孔１２５を通じて周囲の圧力と等しくなる。これにより、チャックプレート１２と基板１０との間にわずかな負圧が生じて基板１０がチャックプレート１２に吸着されることにより基板１０の取り外し操作に影響を与えてしまうことが防止され、電解メッキ処理が完了した後の基板１０とチャックプレート１２との分離が容易になる。

再度図１３を参照すると、基材１２１の下面には、さらに、基板１０に向かって突出した複数の接触部が設けられている。具体的には、複数の接触部は、基材１２１の下面から突出した複数のコンタクトバンプ１２３、および、基材１２１の下面に形成されたコンタクト環状突起１２４であってもよい。図１４および図１５に示すように、コンタクトバンプ１２３とコンタクト環状突起１２４とは突出高さが同じである。チャックプレート１２が基板１０に接触するときに、コンタクトバンプ１２３とコンタクト環状突起１２４のみが基板１０の裏面に接触し、基材１２１の下面の残りの部分は基板１０と接触しない。一方で、チャックプレート１２と基板１０との接触領域を低減することができ、基板１０の裏面の傷および汚染を低減させることができる。他方で、基板１０の裏面の圧力を周囲の圧力を同じにして、取り外し時に、基板１０をチャックプレート１２から取り外しやすくすることができる。

上述したように、本発明は上述の実施形態および関連する図面を通じて詳細に説明されており、当業者であればこれに応じて実施することができる。上述の実施形態は本発明を説明するためだけに用いられ、本発明を限定するものではなく、本発明の権利範囲は、本発明の請求項によって定められる。ここに記載されている構成要素の数を変更したもの、あるいは、ここに記載されている構成要素を同等の要素へ置換したものも、本発明の範囲に含まれる。

Claims

基板を保持する基板保持装置のカップ型チャックであって、
内側圧力リングと、
内周面に前記内側圧力リングが固定されたミドルフレームと、
前記ミドルフレームの少なくとも一部の外周面を覆う外端部、前記ミドルフレームの底部を覆い前記カップ型チャックの外側に露出した底部、および、前記ミドルフレームの少なくとも一部の内周面を覆い前記内側圧力リングによって前記内側圧力リングと前記ミドルフレームとの間で押圧される内端部、を有するシール部と、
絶縁材料により形成され、前記ミドルフレームの外周面に固定された外側圧力リングであって、前記シール部の前記外端部が、前記外側圧力リングを介して前記外側圧力リングと前記ミドルフレームとの間に押圧される前記外側圧力リングと、
前記シール部の上方に位置し、前記内側圧力リングと前記ミドルフレームとの間に押圧され、前記内側圧力リングとの間にシールリングが配置された接触リングと、を備えていることを特徴とする基板保持装置のカップ型チャック。
前記ミドルフレームの底部が径方向及び水平方向の内側に向けて水平支持部を形成し、前記シール部の前記底部が、前記水平支持部を覆い、前記水平支持部の端部が上方に突出してシールリップ部を形成し、前記シールリップ部の数が１つまたは２つ以上であり、前記シールリップ部が前記基板の縁と接触してシールするように構成されることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シールリップ部の数が２つ以上の場合に、前記２つ以上のシールリップ部の高さが同じであることを特徴とする請求項２に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シールリップ部の数が２つ以上の場合に、少なくとも２つのシールリップ部において高さに差があることを特徴とする請求項２に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記複数のシールリップ部の高さが前記径方向の内側に向かって徐々に高くなることを特徴とする請求項４に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記複数のシールリップ部の高さが前記径方向の内側に向かって徐々に低くなることを特徴とする請求項４に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記径方向に前記複数のシールリップ部の高さの高低が交互に並ぶことを特徴とする請求項４に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シールリップ部が１つだけある場合に、１つの前記シールリップの径方向の幅が１ｍｍ以下であり、前記シールリップ部が２つ以上ある場合に、これら２つ以上の前記シールリップ部の径方向の幅の合計が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シールリップ部が１つの場合に、１つの前記シールリップの径方向の幅が０．４ｍｍ～０．８ｍｍであり、前記シールリップ部が２つ以上ある場合に、これら２つ以上の前記シールリップ部の径方向の幅の合計が０．４ｍｍ～０．８ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
別部品としての前記シール部が、前記ミドルフレームから取り外し可能であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シール部が、接着剤によって前記ミドルフレームに接着されていることを特徴とする請求項１０に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シール部と前記ミドルフレームとの接触面に複数の内側シール突起が形成され、これに対応して、前記ミドルフレームの表面に、前記複数の内側シール突起と適合する複数のシール溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シール部と前記外側圧力リングとの接触面に複数の外側シール突起が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記シール部が疎水性を有することを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記外側圧力リングの外表面がブロック部を有することを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記ブロック部は、少なくとも上ブロック部および／または下ブロック部を備え、前記上ブロック部の数が１つ以上で、前記下ブロック部の数が１つ以上で、前記上ブロック部は、前記外側圧力リングの上部に形成され下方に突出した環状の突出部であり、前記下ブロック部は、前記外側圧力リングの中部および下部に形成され外向きに突出した環状の突出部であることを特徴とする請求項１５に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記外側圧力リングの表面が疎水性を有することを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記外側圧力リングと前記シール部との接触面に複数のバンプが形成され、前記内側圧力リングと前記シール部との接触面に複数のバンプが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記外側圧力リングの底部に複数のバンプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記内側圧力リングの材料が導電性および耐食性を有する金属であり、前記接触リングが前記内側圧力リングを介して電解メッキ電源と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
前記内側圧力リングが絶縁性材料によって形成され、前記ミドルフレームが導電性金属によって形成され、前記接触リングが前記ミドルフレームを介して前記電解メッキ電源と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置のカップ型チャック。
請求項１～２１のいずれかに記載の基板を保持するためのカップ型チャックと、
前記基板が前記カップ型チャックの前記シール部に押し付けられるように前記基板の裏面を押圧するチャックプレートと、
前記チャックプレートを前記基板の裏面に接触させるまたは基板から離すように駆動させるチャックプレート駆動装置と、
前記カップ型チャックと前記チャックプレートとによって挟持された前記基板の角度を調整するための角度駆動装置と、
前記カップ型チャックと前記チャックプレートとに挟持された前記基板を回転駆動させるための回転駆動装置と、
前記カップ型チャックと前記チャックプレートとによって挟持された前記基板を上昇または降下させる垂直駆動装置と、を含む。
前記チャックプレートが基材を有し、前記基材が前記基板の裏面に接触する下面を有し、前記基材の下面に複数の排気溝が形成され、前記基材の表面に前記複数の排気溝と連通する複数の排気孔が形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の基板保持装置。
前記基材の下面に、前記チャックプレートと前記基板との接触領域を小さくするように前記基板に向かって突出した複数の接触部が形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の基板保持装置。