(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置用ウエハホルダであって：
中心軸を有する剛性環状ハウジング；
背面および前面およびその背面の内縁上の環状ウエハ係合面を有し、前記軸を中心とし、このハウジングと滑り接触することなくこのハウジングの方へおよびそれから離れる方へ移動するようにその背面でこのハウジングの周りの複数の点でこのハウジングに弾性的に取付けられたウエハ取付けリング；
各々前記軸の周りでこの取付けリングの背面に枢着された、少なくとも三つの、複数のラッチ組立体で、各々：
前記取付けリングの背面に固定され、それに垂直な取付け支柱；
前記取付けリングの方へ押付けられ且つラッチ位置と非ラッチ位置の間を約９０°にわたって回転するように、該取付け支柱でこの取付けリングに枢動するようにおよび弾性的に取付けられた非金属ラッチ本体；
前記ラッチ組立体をそのラッチ位置へ回転したときこの取付けリングのウエハ係合面に隣接して位置する把持外面およびこのウエハ取付けリングの背面上でこの取付け支柱の周りの円形経路上にある転動外面を有し、この取付け支柱に垂直でそれと交差する軸線周りにこの本体上で回転可能な非金属前部ローラ；並びに
前記取付け支柱に垂直でそれと交差する軸線周りに前記本体上で回転可能であり、この円形経路上にある転動外面を有する、少なくとも一つの非金属後部ローラ；
を有するラッチ組立体；並びに
このラッチ組立体が非ラッチ位置およびラッチ位置にあるとき、これらのローラの転動外面を受けるために上記円形経路上に位置する、このウエハ取付けリングの背面にある複数の回り止め；
を含むウエハホルダ。
【請求項２】
請求項１のウエハホルダに於いて：
このウエハ取付けリングがこの軸を中心とし、その背面でこのハウジングの周りにほぼ等間隔に離間した六つの複数の点でこのハウジングに弾性的に取付けられたウエハホルダ。
【請求項３】
請求項２のウエハホルダであって、更に：
１組の三つのほぼ等間隔の板ばねおよび１組の三つのほぼ等間隔のコイルばねを含み、このリングをこのハウジングの方へ押付けるためにこれらの六つの点の各々に一つのばねが取付けられているウエハホルダ。
【請求項４】
請求項１のウエハホルダに於いて、各取付け支柱が：
このラッチ組立体をこの取付けリングの方へ押付け且つこの取付け支柱の周りに回転するためにこのラッチ組立体をこの取付けリングに回転可能に結合する、ばね掛け玉軸受継手を含むウエハホルダ。
【請求項５】
請求項１のウエハホルダに於いて：
このラッチ組立体をこの取付けリングからユニットとして取外すために各取付け支柱が解放可能であるウエハホルダ。
【請求項６】
請求項１のウエハホルダに於いて：
各ラッチ組立体がこの取付け支柱の周りに等間隔に離間した複数のアクチュエータピン受けスロットを有する非金属ラッチ本体を有するウエハホルダ。
【請求項７】
請求項１のウエハホルダに於いて：
この把持外面が縁の丸まった外方に発散する円錐軸断面を有するウエハホルダ。
【請求項８】
請求項１のウエハホルダに於いて：
この転動外面がこの把持外面より大きいウエハホルダ。
【請求項９】
請求項１のウエハホルダに於いて：
この後部ローラがこの前部ローラの軸線周りに回転可能なウエハホルダ。
【請求項１０】
請求項１のウエハホルダに於いて：
この後部ローラの転動外面がこの前部ローラの転動外面とほぼ等しいウエハホルダ。
【請求項１１】
請求項１のウエハホルダに於いて：
このウエハ取付けリングの背面にある複数の回り止めは、このラッチ組立体が非ラッチ位置にあるとき、この前部および後部ローラの転動外面を受けるために上記取付け支柱の対向する側にある１対の側面回り止め、並びにこのラッチ組立体がラッチ位置にあるとき、それぞれ、この前部および後部ローラの転動外面を受けるようにされた前面および背面回り止めを含むウエハホルダ。
【請求項１２】
請求項１のウエハホルダに於いて：
この後部ローラの転動外面がこの前部ローラの転動外面とほぼ等しく；並びに
このウエハ取付けリングの背面にある複数の回り止めは、このラッチ組立体が非ラッチ位置にあるとき、この前部および後部ローラの転動外面を受けるために上記取付け支柱の対向する側にある１対の側面回り止め、並びにこのラッチ組立体がラッチ位置にあるとき、それぞれ、この前部および後部ローラの転動外面を受けるようにされた前面および背面回り止めを含み、これらの側面および後面回り止めが同じ深さを有し、この前面回り止めが大きい深さを有して、それでこのホルダにウエハがなく、このラッチ組立体がラッチ位置にあるときだけ、この前部ローラの転動外面がこの前面回り止めに嵌まるウエハホルダ。
【請求項１３】
中に請求項１によるウエハホルダを有する真空室を含む半導体ウエハ処理装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置であって、更に：
ウエハチャックを担持し、前記平面に垂直にこのホルダの中心を通る経路でロード室外部のこのホルダの裏側の後方位置と、このチャックで保持するウエハがクランプ部材と接触し且つこの平面の前方に離間した距離にあり、およびこのクランプ部材がこのホルダの前方に離間し且つこのウエハに対して後方に弾性的に押付けられる前方位置との間を相対的に動き得るロードアーム；
前記取付け支柱周りでアクチュエータピン受け構造を担持する、本体；並びに
前記ロードアームに支持された複数のラッチアクチュエータで、一つがこれらのラッチの各々に対応且つ整列し、前記ロードアームがその前方位置へ動くとラッチ本体上の前記アクチュエータピン受け構造と係合するように形作られ且つ位置付けられた複数の面を有し、このロードアームがそれぞれその前方および後方位置へ動くとき、これらのラッチと結合係合に入りおよびそれから外れるように相対的に動き得るアクチュエータ；
を含み、
これらのラッチ組立体の本体に結合されたとき、これらのアクチュエータが、これらのラッチ組立体をそれらのラッチ位置と非ラッチ位置の間に回転するために、回転可能である装置。
【請求項１５】
半導体処理装置用ウエハホルダであって：
中心軸を有する剛性環状ハウジング；
背面および前面およびその背面の内縁上の環状ウエハ係合面を有し、前記軸を中心とし、前記ハウジングと滑り接触することなく該ハウジングの方へおよびそれから離れる方へ移動するようにその背面で該ハウジングの周りにほぼ等間隔に離間した六つの複数の点で該ハウジングに弾性的に取付けられたウエハ取付けリング；
１組の三つのほぼ等間隔の板ばねおよび１組の三つのほぼ等間隔のコイルばねで、前記リングをこのハウジングの方へ押付けるためにこれらの六つの点の各々に一つが取付けられているばね；
各々前記取付けリングの背面に枢着され且つこの軸の周りに等間隔に離間した１組の三つのラッチ組立体で、各ラッチ組立体がこの取付けリングの背面に固定され、それに垂直で、該ラッチ組立体をこの取付けリングの方へ押付け且つこの取付け支柱の周りに回転するために該ラッチ組立体を該取付けリングに回転可能に結合するばね掛け玉軸受継手を有する取付け支柱を有し、該ラッチ組立体を該取付けリングからユニットとして取外すために各取付け支柱が解放可能であり、ラッチ位置と非ラッチ位置の間を約９０°にわたって回転可能であるラッチ組立体であって：
各ラッチ組立体が：
前記取付け支柱の周りに等間隔に離間した複数のアクチュエータピン受けスロットをそこに有する非金属ラッチ本体；
前記取付け支柱に垂直でそれと交差する軸線周りに前記本体上で回転可能な非金属前部ローラで：
前記ラッチ組立体をそのラッチ位置へ回転したとき前記取付けリングのウエハ係合面に隣接して位置し、縁の丸まった外方に発散する円錐軸断面を有する把持外面；および
転動外面であってその周面が前記把持外面の周面より大きく、前記ウエハ取付けリングの背面上で前記取付け支柱の周りの円形経路に隣接して位置する転動外面；
を有する前部ローラ；並びに
前記取付け支柱に垂直でそれと交差する前記前部ローラの軸線周りに前記本体上で回転可能であり、前記前部ローラの転動外面とほぼ等しく且つこのウエハ取付けリングの背面上の前記取付け支柱の周りの同じ円形経路に隣接して位置する転動外面を有する、非金属後部ローラ；
を含むラッチ組立体；並びに
上記円形経路上に位置する、前記ウエハ取付けリングの背面にある複数の回り止めで、前記ラッチ組立体が非ラッチ位置にあるとき、前記前部および後部ローラの転動外面を受けるために上記取付け支柱の対向する側にある１対の側面回り止め、並びに前記ラッチ組立体がラッチ位置にあるとき、それぞれ、前記前部および後部ローラの転動外面を受けるようにされた前面および背面回り止めを含み、これらの側面および後面回り止めが同じ深さを有し、前記前面回り止めが大きい深さを有して、それで前記ホルダにウエハがなく、前記ラッチ組立体がラッチ位置にあるときだけ、前記前部ローラの転動外面が前記前面回り止めに嵌まる回り止め；
を含むウエハホルダ。
【請求項１６】
請求項１５のウエハホルダであって、更に：
前記ハウジングの軸上に中心があり、前記ハウジングを介してこれらのラッチとこのウエハ取付けリングの間に保持されたウエハの背面に極めて接近して嵌まる寸法の円形バックプレイン；および
一つは前記ハウジング上に、一つはこのバックプレイン上にあって、前記ウエハの背面と前記バックプレインの間の所定の間隔を設ける、１対の間隔制御面；
を含むウエハホルダ。
【請求項１７】
半導体ウエハ処理装置であって：
ロード室；
前記室内のウエハホルダであって：
中心軸を有する剛性環状ハウジング；
背面および前面およびその背面の内縁上の環状ウエハ係合面を有し、前記軸を中心とし、このハウジングと滑り接触することなくこのハウジングの方へおよびそれから離れる方へ移動するようにその背面でこのハウジングの周りの複数の点でこのハウジングに弾性的に取付けられたウエハ取付けリング；
各々前記軸の周りでこの取付けリングの背面に枢着された、少なくとも三つの、複数のラッチ組立体で、各々：
前記取付けリングの背面に垂直な取付け支柱；
前記取付けリングの方へ押付けられ且つラッチ位置と非ラッチ位置の間を約９０°にわたって回転するように、前記取付け支柱で前記取付けリングに枢動するようにおよび弾性的に取付けられ、前記取付け支柱の周りに等間隔に離間した複数のアクチュエータピン受けスロットをそこに有する非金属ラッチ本体；
前記ラッチ組立体をそのラッチ位置へ回転したとき前記取付けリングのウエハ係合面に隣接して位置する把持外面および前記ウエハ取付けリングの背面上で前記取付け支柱の周りの円形経路上にある転動外面を有する非金属前部ローラ；並びに
前記取付け支柱に垂直でそれと交差する軸線周りに前記本体上で回転可能であり、前記前部ローラの転動外面とほぼ等しく且つ上記円形経路上にある転動外面を有る少なくとも一つの非金属後部ローラ；
を有するラッチ組立体；並びに
前記ラッチ組立体が非ラッチ位置およびラッチ位置にあるとき、これらのローラの転動外面を受けるために上記円形経路上に位置する、前記ウエハ取付けリングの背面にある複数の回り止め；
ウエハチャックを担持し、前記平面に垂直に前記ホルダの中心を通る経路で前記ロード室外部の前記ホルダの裏側の後方位置と、前記チャックで保持するウエハがクランプ部材と接触し且つこの平面の前方に離間した距離にあり、および前記クランプ部材が前記ホルダの前方に離間し且つ前記ウエハに対して後方に弾性的に押付けられる前方位置の間を相対的に動き得るロードアーム；並びに
前記ロードアームに支持された複数のラッチアクチュエータで、一つがこれらのラッチの各々に対応且つ整列し、上に該ロードアームがその前方位置へ動くとラッチ本体のくぼみに緩く嵌まるように形作られ且つ位置付けられた複数のピンを有し、該ロードアームがそれぞれその前方および後方位置へ動くとき、これらのラッチと結合係合に入りおよびそれから外れるように相対的に動き得るアクチュエータ；
を含み、
これらのラッチ組立体の本体に結合されたとき、これらのアクチュエータが、これらのラッチ組立体をそれらのラッチ位置と非ラッチ位置の間に回転するために、回転可能である装置。
【請求項１８】
半導体処理装置用ウエハホルダであって：
中心軸を有する剛性環状ハウジング；
背面および前面およびその背面の内縁上の環状ウエハ係合面を有し、前記軸を中心とし、前記ハウジングと滑り接触することなく前記ハウジングの方へおよびそれから離れる方へ移動するようにその背面で前記ハウジングの周りの複数の点でこのハウジングに弾性的に取付けられたウエハ取付けリング；
前記取付けリングの背面に取付けられた枢動するラッチ手段で：
非金属ラッチ本体；
前記ラッチ手段をラッチ位置へ回転したとき前記取付けリングのウエハ係合面に隣接して位置する把持外面および前記ウエハ取付けリングの背面と転がり接触している転動外面を有し、前記本体上で回転可能な非金属前部ローラ；並びに
前記ウエハ取付けリングの背面と転がり接触して前記本体上で回転可能な少なくとも一つの非金属後部ローラ；
を含むラッチ手段；並びに
前記ラッチ手段をそのラッチ位置または非ラッチ位置に維持するための手段；
を含み、前記後部ローラと前記前部ローラは前記ラッチ本体上の同じ軸の周りを回転可能であるウエハホルダ。
【請求項１９】
処理装置で半導体ウエハを支持する方法であって：
真空室にウエハ取付けリングを上に弾性的に取付けたウエハホルダを用意する工程；
前記ウエハ取付けリングに取付けた回転可能な複数のラッチを用意する工程；
移送アーム上のウエハを前記取付けリングに向けて動かす工程；
次に、これらのラッチの第１転動面を前記ウエハと転がり接触させて前記ウエハをこれらのローラと取付けリングの間で掴むために、これらのラッチをこの移送アーム上のアクチュエータで回転する工程；および
次に、前記ウエハを前記移送アームから前記ホルダへ解放する工程；
を含み、
前記ラッチ回転工程がこれらのラッチの各々を前記リング上の安定な非ラッチ位置から前記リング上の安定なラッチ位置へ同時に動かしながら、これらのラッチの第２転動面と前記取付けリングの間の転がり接触を維持する工程を含む方法。
【請求項２０】
その内縁に環状ウエハ係合面を備えたウエハ取付けリングを有するウエハホルダ用ラッチ組立体であって：
前記取付けリングにそれに垂直な取付け軸で枢着するように形作られた非金属ラッチ本体；
前記ラッチ組立体をラッチ位置へ回転したとき前記取付けリングのウエハ係合面に隣接して位置する把持外面および前記ウエハ取付けリングと転がり接触するように位置する転動外面を有し、前記本体上で回転可能な非金属前部ローラ；および
前記ウエハ取付けリングの背面と転がり接触して前記本体上で回転可能な少なくとも一つの非金属後部ローラ；
を含み、後部ローラと前部ローラは前記取付け軸を挟んで互いに反対側においてラッチ本体に設けられている
ラッチ組立体。
【請求項２１】
請求項２０のラッチ組立体であって、更に：
軸線を形成し、前記ラッチ本体組立体を前記取付けリングに取外し可能に枢着するように構成された取付け支柱；および
前記ラッチ組立体を前記取付けリングの方へ押付け且つ前記取付け支柱の周りに回転するために前記ラッチ組立体を前記取付けリングに回転可能に結合する、ばね掛け玉軸受継手；
を含むラッチ組立体。
【請求項２２】
請求項２０のラッチ組立体に於いて：
前記非金属前部ローラが前記取付け軸に垂直でそれと交差する横軸線周りに前記本体上で回転可能であり；および
前記少なくとも一つの非金属後部ローラがこの横軸線周りに前記本体上で回転可能であるラッチ組立体。
【請求項２３】
請求項２０のラッチ組立体に於いて：
前記把持外面が縁の丸まった外方に発散する円錐軸断面を有するラッチ組立体。
【請求項２４】
請求項２０のラッチ組立体に於いて：
前記転動外面が前記把持外面より大きいラッチ組立体。
【請求項２５】
請求項２０のラッチ組立体に於いて：
前記後部ローラの転動外面が前記前部ローラの転動外面とほぼ等しいラッチ組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
この発明は、高真空処理、特にそのような高真空処理のためのウエハ、特に半導体ウエハの取扱いおよび保持に関する。更に詳しくは、この発明は、ウエハ損傷、特に半導体ウエハ処理装置で半導体ウエハを取扱いおよび保持する際に半導体デバイス製造プロセスで起る粒子汚染およびその他の問題の回避に関する。
【０００２】
（発明の背景）
例えば、シリコンまたはガリウム砒酸塩ウエハのような基板上に薄膜をスパッタリングするような、半導体製造プロセスでは、通常ウエハを異なる処理室の間で移送することが必要である。あるシステムでは、ウエハを水平面で移送し、その場合ウエハを典型的にはパドルに似た移送アームに載せる。このウエハに対する重力およびその結果このウエハと下に横たわる支持要素との間に生ずる摩擦がこの支持要素上のウエハの制御した加速と組合さって、クランプのないウエハ移送の使用を可能にする。しかし、あるシステムでは、プロセス関連およびその他の理由のために、処理中ウエハを非水平位置で動かし、または非水平位置で保持する。そのようなシステムでは、ウエハをホルダ上の然るべき位置に保持するためにクランプ構造またはその他のロック要素を備えた、ウエハホルダと呼ぶ装置にウエハをロックし、それによって運搬する。
【０００３】
ウエハホルダのロック装置は、典型的にはラッチと称する。このラッチは、ウエハをホルダ上の固定位置にロックするためにウエハに圧力を掛ける。例えば、あるばねでバイアスを掛けるラッチでは、ラッチが多数の独立タブによって、またはウエハ取付けリングによって支持するウエハに対して圧力を掛ける。そのような要素とウエハの間の摩擦力が、ウエハホルダの運動中にウエハが滑るのを防ぐ。
【０００４】
半導体を作るあるウエハは、厚さが薄いためか、またはそれらを作る基板材料の性質のために非常に脆く、例えば、ガリウム砒酸塩は、特に脆い。しかし、デバイス製造の最終段階では、ウエハ上の多数のほぼ完成した半導体デバイスが基本ウエハにかなりの価値を付加し、そのようなウエハを非常に高価にする。そのような製造の後期でのウエハの破損は、かなりの経済的損失を意味し、半導体デバイス製造がかなりのコスト高となる。ウエハをホルダに保持するラッチの機能や信頼性が低いと、装置の休止時間の増加および装置のスループットの減少は勿論、上記破損を生ずることがある。更に、ラッチの乱暴な操作が真空室内で微粒子を発生させ、ウエハの汚染を生ずることがあり、それが半導体デバイスの製造を妨げ、欠陥デバイスを生産する結果となることがある。
【０００５】
高真空システムは、空気および浮遊汚染物質のないところで特定のプロセスを実行する必要がある、半導体デバイス製造プロセスのような技術的および商業的用途で広く使われている。そのようなプロセスの例は、集積回路チップの製造に於けるシリコンウエハまたは基板上への薄膜のスパッタ被着である。デバイス形態を現在サブミクロン寸法に想定している半導体製造でのデバイス小型化の方向へ進行する傾向および機能サイズ、複雑さおよび価格が上昇している集積回路で、半導体製造に於いてこれまで許容できた粒子サイズおよび量が今や高価なデバイスを全く台無しにすることがある損傷を生じかねず、従って、もはや許容できない。
【０００６】
その上更に、シリコンウエハ上に半導体デバイスを製造するプロセスでは、屡々ウエハの背面にスパッタリングする必要がある用途がある。例えば、チップからの熱の除去を容易にするために、金を時々ウエハの背面に付ける。前面スパッタリングを行うとき、ウエハの背面は、典型的にはウエハホルダに組込んだ加熱面に当接して封止する。しかし、背面スパッタリング中、製造したデバイスを含む、ウエハの前面がバックプレインに触れてはならない。
【０００７】
ウエハホルダラッチがこのウエハホルダの取付け面を形成する物理的要素と接触して作用し、このウエハホルダ上にウエハを置いてこれらのラッチとウエハホルダのこれらの要素の間にクランプする。そのようなラッチは、例えば、柔軟なタブまたは適当なウエハ取付けリングを含んでもよい。これらのホルダは、適当なウエハ露出開口を含み、このウエハのエッチングまたはスパッタリングができるようにする。従来技術のウエハホルダでは、ラッチと取付け面構造の相互作用が上に議論した多くの問題を生じている。
【０００８】
ウエハクランプ装置のホルダは、典型的には多数の柔軟なタブ、およびウエハホルダハウジングに取付けた複数、例えば三つ、のラッチから成る。これらの柔軟なタブは、ウエハを載せるウエハ取付け面を形成する。ウエハをこのウエハホルダに載せるとき、ロボットのロードアームが典型的にはこのシリコンウエハをこれらのタブに対して、欠けを最小にし、ウエハの確実なラッチをもたらすように、精確且つ反復可能な方法で配置する。例えば、このウエハを二つの隣接するタブに対して押付けるばね掛けローラによって発生する摩擦で、このウエハをホルダ上の適所に保持する。そのようなローラによって加える力がこのウエハを局部的にこのウエハの厚さに従って少量撓める。薄く且つより柔軟なウエハは、タブに対して発生する摩擦が少ない傾向があり、加速中に滑る傾向が大きい。もし、そのような滑りがたまたまタブをウエハの縁またはその近くに位置付けると、特にウエハをバックプレインに対して封止するとき、ウエハの欠けが生ずることがある。
【０００９】
ラッチそれ自体が問題を起すことがある。典型的なラッチ組立体の主な部品は、前部ローラおよびこの前部ローラと対向してまたはその両側に取付けた一つ以上の後部ローラを備えたラッチ本体である。“前部”ローラという用語は、ここではウエハをホルダにラッチするためにウエハに接して転動するローラを指し、“後部”ローラおよび“背部”ローラという用語は、ここではこのラッチをホルダ上の回り止めと整合して案内または配置するためにホルダと接触したままであるローラを指す。このラッチ組立体は、習慣的にウエハホルダに据付けてしっかりと固定した支柱の周りに旋回し、この組立体を通常つる巻ばねによって結合する。このラッチ本体は、典型的にはローディングアーム上のアクチュエータピンと係合するスロットを含む。これらのアクチュエータピンは、これらのラッチ組立体をラッチおよびラッチ解除してこの前部ロータをウエハに当る位置またはウエハから引込んだ位置へ動かすために通常９０°の円弧にわたってラッチを回転するように動作する。前部ローラをウエハに押付けることによってウエハを然るべき位置に保持するために力を加えることの他に、このつる巻きばねは、アクチュエータピンがラッチのスロットと妨害されずに係合できるように、ラッチ組立体をホルダに垂直な直立位置に維持する。
【００１０】
これらのラッチを回転するとき、それらは、このラッチばねの力によって片寄せられる静止摩耗シムに対して摺動する。典型的ラッチのラッチ位置および非ラッチ位置は、９０°離れた三つの回り止めによって決る。典型的には三つの同じ深さの回り止めをホルダの表面に設け、その中にこのラッチ組立体のローラがばねの力によって押込まれ、更に深い第４の回り止めをウエハの縁に最も近く設ける。この深い回り止めは、前部ローラのウエハ係合部をウエハ上で更に下げ、これらのラッチがラッチ位置にあるとき、これらのタブに対してウエハの正圧を加える。このラッチ本体は、典型的には金属、通常ステンレス鋼、で作る。これらのローラは、ローラの牽引抵抗を最小にするために、通常断面半径が回り止めの球面半径よりかなり小さい。全ての相互に動く要素も典型的にはステンレス鋼のような金属で作り、種々の程度の摩擦抵抗を有する滑り対偶を使用する。
【００１１】
使用する際、ラッチを作動する前にウエハをウエハホルダ上に装填し、それをタブで支持する。同時に、移送アーム上のアクチュエータピンがこれらのラッチの各々のスロットと係合し、これらのローラは完全に回り止め内にあり、これらのラッチは開放または非ラッチ位置にあることが期待される。ウエハを真空チャックの吸引でまたは移送アーム上のその他のクランプ機構によって保持しながら、ラッチアクチュエータピンがこれらのラッチをピボットの周りに回転する。ラッチの両ローラが回り止めの浅い対から上がり且つ下り、この様にしてこれらのラッチを所望の向きに引込み且つ維持する。しかし、前部ローラをウエハ上にラッチするとき、この機能は後部ローラしか果さない。ピンとスロットの間の隙間が緩いのは、典型的には係合中にピンがスロットを擦り、屡繰り返しウエハの欠けを生ずるのを防ぐためである。そのような過大スロットのために、ラッチの回転は、常にアクチュエータピンのそれの１００％未満である。これらの摺動要素の摩擦抵抗に打克ち、ローラを完全に回り止めに引込むためにばねの力を働かせ、それによって１００％の回転を完成する。
【００１２】
移送アームのアクチュエータピンが位置ずれしたスロットの縁にぶつかる度毎に、その衝撃が前部ローラに伝えられ、それがウエハを圧迫するローラによってウエハの一片を欠き取らせることがある。これは、デバイスがかなりの浪費され、清掃のための休止時間を生ずる。高真空では、ピンより広いスロットを使うことが必ずしも有効ではない。多くの場合、ラッチ内の高摩擦がこのラッチスロットをアクチュエータピンの中心と整列して維持することを妨げる。しかし、スロットの位置ずれは、薄いウエハによって生ずるラッチの傾斜のような単純な何かによるかも知れない。しかし、回り止めへのローラの不完全な配置がスロットの位置ずれの原因となることは屡々である。
【００１３】
ラッチの設計での多くの滑り継手がこのラッチ機構内で高摩擦ヒステリシスを生じ、それがこのスロット位置およびそれのその後の係合を予測不可能および不安定にする。多くの相互作用する面の間の摩擦が、これらのラッチを完全にそれらのラッチ位置および非ラッチ位置へもたらすために必要な、ローラの回り止めへの収りの完全性および反復可能性に影響する要因である。例えば、ローラとラッチ本体の間の残留摩擦がラッチの傾斜に繋がることがある。ローラからの摩擦が、この本体とばねの間の捻り摩擦と組合さって、ラッチばねがローラを回り止めに完全に押込めるように克服できない捻り抵抗の一因となる。従って、ラッチの回転が完全でなく、特に非常に薄いウエハの、クランプを不十分にし、それらをホルダ上で滑らせ且つアクチュエータピンのそれらのスロットとの位置ずれをもたらし、それによってそれらがスロットに入らずにラッチ本体に当るようにする。もし、そのような不完全なラッチ回転を克服するため強いばねを使うと、より多くの摩耗が発生し、前部ローラがウエハを咬むようになり、それが薄いウエハを破損することがある。
【００１４】
更に、材料の摩擦係数は、多くの場合真空中で増加し、大抵の材料の摩耗は、６００℃以上の温度でかなり増して、非金属はすり減らし、金属は摩滅させ、非常に望ましくない粒子を発生させ、それが半導体デバイスの欠陥製作の原因となり事によるとラッチの整列不良を生じてウエハが欠ける結果となる。
従来技術のローラも問題を提起する。通常同じ前部ローラおよび後部ローラの小さい断面半径が、特に高温で摩耗の一因となり、それが前部ローラの軌跡を変える。もし、ローラの断面半径が回り止めの球面半径のそれと同じでなければ、ロータが回り止めに出入りするときの接触応力が増す。例えば、１．３３μＰａ以上の高真空では、金属軸上に設けた金属ローラが、“冷間圧接”として知られる現象を免れず、それが金属対金属の対偶を互いにくっつけさせる。前部ローラが転動せずに、摺動する場合、それらはベースの転動面をえぐり、ウエハも擦り、ウエハに切り傷を付けるか整列をずらす。
【００１５】
所謂軟質セラミックス、例えば、ＭＡＣＯＲの従来技術の使用法は、低摩擦にするが、摩耗特性が非常に悪く、接触応力が高い場合に必要な構造保全性がなく、それでそれらを粒子意識の強い用途で高度に移動する部品として不適当にしている。これらの材料で作ったローラは、回り止めへの僅かな嵌まり込みで容易に傷つき、その結果として軸とローラ面の過度の摩耗並びに把持面に凹みおよび平らな部分を作るためにそれらを頻繁に替えねばならない。前部ローラ表面および回り止め側面の過度の摩耗は、前部ローラの軌跡を変えて、この前部ローラを、ウエハの上にそっと下りるのではなくて、ウエハの縁に乗り上がらせる。ウエハの縁への乗上げがウエハ移動の主な原因である。
【００１６】
前部ローラを作り、ウエハと接触するようになる材料は、プロセスの観点からこの技術で最高に重要であった。ナトリウムの僅かな痕跡しかない硬質セラミックスが一般的に入手可能であるが、ＭＡＣＯＲのような軟質の機械加工可能なセラミックスは、高含量のナトリウムの他に、半導体デバイスの幾つかの重要なプロセスに全く許容できない元素である、カリウムおよび弗素を含む。
前部ローラのウエハ接触部の断面形状がウエハの欠けおよび粒子発生に直接影響することも分った。縁を丸めたローラで、ウエハ接触の接点がウエハの縁近くに動くことがあり、そこはウエハをより欠けやすくする。他方、円筒形ローラは、ローラを縁に乗上げさせることがあり、それもウエハの縁またはローラを崩すことによって粒子を発生することがある。
【００１７】
冷間圧接の現象は、金属ばねの集中力を高真空で薄い金属シムにおよび金属ラッチに加えるときときにも起り、非常に高い摩擦係数を生ずる結果となる。この摩擦力に打克つためには強いばね力を使わねばならず、高い残留ラッチトルクのために、継手の過度の摩耗、粒子の発生および正確な回り止めの維持ミスを生ずる。更に、その結果のばねの捻れがコイルの内側を支柱に擦らせ、摩耗を増し、ばね破損の可能性に繋がる。
【００１８】
タブウエハホルダ上で使用する金属ラッチの一部である前部金属ローラは、コーティングプロセスで直接被着に曝される。ある被着材料（ＴｉＮ、Ｗ、ＴｉＷ）は、剥離してローラを動かなくしがちであり、タブウエハホルダを使うシステムで粒子数を低く保つために頻繁な酸洗いを要し、背面ガスがウエハの周りの隙間およびラッチ空洞に容易に溢れ、それがエッチングまたはＲＦバイアススパッタリング中に頻繁に２次プラズマを点火することがある。この状況は、大量の粒子を発生するだけでなく、望まない材料がウエハ上に再スパッタリングする原因でもある。
【００１９】
背面スパッタリング、即ち、ウエハのデバイス側と反対の側に膜をスパッタし、半導体デバイスをバックプレインに向けたままにすることが必要な場合、ウエハとこのバックプレインの間の隙間は、ウエハとバックプレインの間の熱結合をまだ良くするために十分小さくなければならないが、同時に、半導体デバイスがバックプレインと接触するようになるのを避けるために十分大きくなければならない。ウエハホルダハウジングにしっかりと取付けたタブリングにラッチしたウエハでは、ウエハホルダとバックプレインの両方を同じ基準面に対して封止し、これにより熱膨張によりバックプレインが“成長”することがなくなる。バックプレインの温度によって、このウエハ隙間がかなり変って衝撃を生じ、プロセス結果に影響し、または完全に閉じて、ウエハ上のデバイスを損傷するかも知れない。
上述の理由およびその他の理由のために、処理のためにウエハを保持し、並びにウエハホルダにウエハをラッチおよび解放するためのより良い方法および装置に対する要求が依然としてある。
【００２０】
（発明の概要）
本発明の目的は、処理室でウエハのクランプを改良した、高真空処理装置を提供することである。本発明のもう一つの目的は、半導体ウエハ真空処理で、特に真空処理室内での移送アームとウエハホルダの間のウエハの移送で、基板汚染に繋がることがある、粒子の発生を減らすことである。この発明の特別な目的は、高温でウエハをクランプするウエハホルダを提供することである。
【００２１】
本発明の原理によれば、その背面の内縁に環状ウエハ係合面を有するウエハ取付けリングを備えた、剛性環状ハウジングの形状のウエハホルダを有する半導体ウエハ処理装置が提供される。このリングは、このハウジングと滑り接触することなくこのハウジングの方へおよびそれから離れる方へ移動するようにその背面でこのハウジングの周りの複数の点でこのハウジングに弾性的に取付ける。このホルダは、少なくとも三つの、複数のラッチ組立体を含み各ラッチ組立体は取付けリングの方へ押付けるように、取付けリングに枢動可能に弾性的に取付けた非金属ラッチ本体を有する。この本体は、作動するとき、この取付けリングの背面に固定し且つそれに垂直な取付け支柱上でラッチ位置と非ラッチ位置の間を約９０°にわたって回転するように、この取付けリングの背面に枢動するようにおよび弾性的に取付ける。
【００２２】
この発明の好適実施例で、各ラッチ組立体は、この取付け支柱に垂直でそれと交差する軸線周りにこの本体上で回転可能な非金属前部ローラを有する。この前部ローラは、このラッチ組立体をそのラッチ位置へ回転したときこの取付けリングのウエハ係合面に隣接して位置する把持外面をその外端に、およびこのウエハ取付けリングの背面上でこの取付け支柱の周りの円形経路を転動する転動外面をその内端に有する。この取付け支柱に垂直でそれと交差する軸線周りにこの本体上で回転可能である、少なくとも一つの非金属後部ローラも備える。この後部ローラは、この前部ローラの転動外面と同じ円形経路上を転動する、好ましくはこの前部ローラの転動外面とほぼ等しい、転動外面を有する。複数の回り止めをこれらのローラの転動外面が動くこの円形経路上でこのウエハ取付けリングの背面に設ける。これらの回り止めは、好ましくはこれらのローラの転動外面と同じ直径であり、このラッチ組立体が非ラッチ位置またはラッチ位置にあるとき、これらのラッチ組立体をそれぞれの位置に維持するためにこれらのローラの転動外面を受ける。
【００２３】
好ましくは、このウエハ取付けリングを、その背面でこのハウジングの周りにほぼ等間隔に離間した六つの複数の点で、このリングをこのハウジング上に支持する１組の三つのほぼ等間隔の板ばねおよび１組の三つのほぼ等間隔のコイルばねで、このリングをこのハウジングの方へ押付けるためにこれらの六つの点の各々に一つのばねを取付けて、このハウジングに弾性的に取付ける。やはり好ましくは、このラッチ組立体をこの取付けリングの方へ押付け且つこのラッチ組立体をこの取付け支柱の周りに回転するためにこのラッチ組立体をこの取付けリングに回転可能に結合するために、ばね掛け玉軸受継手を各取付け支柱に設ける。このラッチ組立体をこの取付けリングからユニットとして取外すために、各取付け支柱が取外し可能である。
【００２４】
更に、この前部ローラの把持外面は、縁の丸まった外方に発散する円錐軸断面を備えるのが好ましい。この前部ローラの転動外面は、その把持外面より大きいのも好ましく、この後部ローラがこの前部ローラと同じ軸線周りにこの取付け支柱を介して回転可能であり、この後部ローラの転動外面がこの前部ローラの転動外面とほぼ等しいのが好ましい。このウエハ取付けリングの背面にある複数の回り止めは、このラッチ組立体が非ラッチ位置にあるとき、この前部および後部ローラの転動外面を受けるためにこの取付け支柱の対向する側にある１対の側面回り止め、並びにこのラッチ組立体がラッチ位置にあるとき、それぞれ、この前部および後部ローラの転動外面を受けるようにされた前面および背面回り止めを含むのが好ましい。これらの側面および後面回り止めが同じ深さを有し、この前面回り止めが大きい深さを有して、それでこのホルダにウエハがなく、このラッチ組立体がラッチ位置にあるときだけ、この前部ローラの転動外面がこの前面回り止めに嵌まるのが好ましい。
【００２５】
この装置は、このハウジングの軸上に中心があり、ラッチとウエハ取付けリングとの間に保持されたウエハの背面に極めて接近してハウジングに嵌まる寸法の円形バックプレインも含むのが好ましい。この取付けリングと共に、このウエハの背面とこのバックプレインの間の所定の間隔をもたらす、ストッパとして機能するために係合する１対の間隔制御面を形成するために、好ましくはこのバックプレイン上に、スペーサも設ける。
【００２６】
この装置は、このウエハホルダの平面に垂直にこのホルダの中心を通る経路でこの室の外部のこのホルダの裏側の後方位置と、このチャックで保持するウエハがクランプ部材と接触してる前方位置の間を相対的に動き得る、ウエハチャックを担持するロードアームも有する。このロードアームに支持された複数のラッチアクチュエータを設け、各アクチュエータはこれらの各ラッチ組立体のそれぞれに対応且つ整列する。これらのアクチュエータは複数のピンを有し、ラッチ本体はこの複数のピンが緩く嵌るようなくぼみ例えばスロットを備え、アクチュエータのピンは、各々ロードアームがその前方位置への移動時このラッチ本体のくぼみに緩く嵌るように形作られ且つ位置付けられていて、アクチュエータは、このロードアームがそれぞれその前方および後方位置へ動くとき、これらのラッチと結合係合に入りおよびそれから外れるように相対的に動き得る。これらのアクチュエータは、これらのラッチ組立体の本体に結合されたとき、これらのラッチ組立体をそれらのラッチ位置と非ラッチ位置の間に回転するために、回転可能である。
【００２７】
本発明で、高真空および高温で確実に機能するラッチ組立体を備えるウエハホルダが提供される。そのようなホルダは、ウエハの破損を減少し、低保守しか要さずおよび処理装置の休止時間を減少することによって半導体ウエハ製造プロセスにかなりの経済的インパクトを有する。ラッチの滑らかな、摩擦のない動作により、更にウエハの汚染の原因となる粒子の数を低下することによって歩留りが改善される。
本発明のこれらおよびその他の目的は、この発明の以下の詳細な説明からより容易に明白となろう。
【００２８】
（好適実施例の詳細な説明）
ウエハを垂直位置で処理するためのウエハ取扱いおよび保持機構の例が、参考までにここに特に援用する、米国特許第４，９１５，５６４号に記載されている。そのシステムでは、個々のウエハの背面を移送アーム上の真空チャックによって掴んで、処理装置のロードロック室のドアからデバイス側を先に移送する。このアームは、ウエハをこのロードロックでウエハホルダが坦持するクランプリング上のタブに向けて動かし、これによりこのホルダの周辺に等間隔に離間する３個の複数のラッチがこのウエハの後ろでこのウエハをこれらのラッチとクランプリングのタブの間でクランプするために動く。ウエハの背面を横切るラッチの滑り摩擦を避けるため、これらのラッチは先端にローラを有し、それらは、クランプリングタブが抗する力をウエハに加えながら、ウエハ背面をラッチ位置へ転動する。球状ばねを掛けた回り止めによってこれらのラッチをそれらのラッチ位置に保持して、ローディングアームチャックがウエハを解放し、このローディングアームがロードロックから引込んだ後に、これらのラッチがそれらのラッチ位置から動かないようにする。これらの回り止めは、ローディングアームがウエハを処理後に取り出すためにロードロック室に戻ったときに、これらのラッチがこのアーム上のラッチアクチュエータと係合する位置になければならないという付加的理由で、ラッチを然るべき位置に保持する。
【００２９】
図１を参照すると、本発明によるウエハホルダ１０の一好適実施例が示されている。このウエハホルダ１０は、環状ハウジング１１を含み、それにウエハ取付けリング１２が、１組の三つの等間隔の板ばね１３および１組の三つの等間隔の円錐コイルばね１４を含み、これらの板ばねおよびコイルばねがウエハホルダ１０の周りに交互するように配置されたばねのアレイによって弾性的に取付けられている。ばね１３および１４は、取付けリング１２をハウジング１１の方に均一に押付ける機能を有する。
【００３０】
ウエハホルダ１０の周りに等間隔に取付けリング１２に枢着されているのは、三つのラッチ組立体２０である。これらのラッチ組立体２０は、ラッチ位置と非ラッチ位置の間を約９０°にわたって回転するように構成され、図１にラッチ組立体２０の二つをラッチ位置で、他の一つを非ラッチ位置で示す。ラッチ組立体２０は、ハウジング１１の切欠きに置かれ、取付けリング１２がラッチ組立体２０をプラズマから隔離してこれらのラッチ空洞内およびウエハの周りでの２次プラズマの点火を防ぐためにこのバックプレインと共にシールを形成する。
【００３１】
ラッチ組立体２０を図１に異なる位置で示すが、それらの運動の理解を容易にするためにそのように提示する。実際には、三つのラッチがラッチアクチュエータ機構（図示せず）によってラッチ位置と非ラッチ位置の間を一斉に動く。このラッチアクチュエータ機構の構造は、参考までにここに特に援用する、１９９７年４月１０日提出の、同一出願人に譲渡された同時係属米国特許出願ＯＳ／８２７，６９０および上に引用した米国特許第４，９１５，５６４号に更に詳しく記載されている。
【００３２】
処理装置では、ウエハホルダ１０をこの処理機械の処理ステーションの間に位置付けるキャリヤまたはインデックス板にこのウエハホルダ１０を取付ける。このウエハホルダ１０は、このインデックス板が坦持する１本の固定ピンおよび、図２に更に詳しく示す、このウエハホルダ１０のハウジング１１が坦持する２本のばね掛けピン２２によってこのインデックス板に保持する。この板の固定ピンは、ハウジング１１の切欠き２３が受け、一方ばね掛けピンは、このインデックス板の開口の縁にある半径方向くぼみが受ける。
【００３３】
ウエハ取付けリング１２は、それに、処理するためにウエハホルダ１０が保持すべきウエハ１７より僅かに小さい円形開口２４を有する。その結果、取付けリング１２が内環状面２５を有し、ウエハホルダ１０がウエハ１７を保持するとき、その縁がその面２５に支えられる。ハウジング１１は、その中央に、処理するためにウエハホルダ１０に保持すべきウエハ１７より大きい開口１５を有する。そのようなウエハ１７を、チャック、例えば真空チャックによってこのウエハ１７を保持するウエハ移送アームによって、その外縁が面２５と接触するまで開口１５を通して挿入する。面２５に当るウエハ１７の運動は、取付けリング１２をばね１３および１４が働かせる力に抗してハウジング１１から僅かに離して動かすかも知れない。
【００３４】
図３に更に詳しく示すように、アクチュエータによってラッチ位置へ動かされるとき、ラッチ組立体２０は、ウエハ１７の縁を取付けリング１２の開口２４の周りの環状面２５に当ててクランプする。各ラッチ組立体２０は、取付けリング１２に固定された取付け支柱３０で取付けリング１２に枢着されている。この取付け支柱３０は、ラッチ組立体２０を取付けリング１２から集合ユニットして除去できるように、取付けリング１２に付着し且つ離脱するように構成されている。ラッチ組立体２０は、高純度ジルコニアのような材料で作った非金属ラッチ本体３１を含む。この本体３１は、タングステンカーバイト玉軸受３２を介して取付け支柱３０に枢着され、取付け支柱３０を囲む円錐ばね３３によって取付けリング１２に押付けられている。ラッチ本体３１は、各々、移送アーム上のアクチュエータ機構のアクチュエータピンを受けるために取付け支柱３０から等間隔に離間した１対のアクチュエータ受けスロットを有する。これらのスロットは、アクチュエータピンによる係合を保証するためにサイズが大きくなっている。ラッチ本体３１の対向する端に、共に取付けリング１２に平行で取付け支柱３０の中心線とほぼ直角に交差する軸線６８周りに回転可能な、前部ローラ３５および後部ローラ３６を含む、１対の非金属ローラが回転可能に取付けられている。
【００３５】
この後部ローラ（背部ローラ）３６は、ラッチ組立体がラッチアクチュエータによって旋回されるときに、この後部ローラ３６が取付け支柱３０周りの円形経路３８上を転動するローラ直径３７を有する。このローラ直径３７は、表面が球面上にある。前部ローラ３５も後部ローラ３６のローラ直径と同じ直径でやはり球形であるローラ直径３９を有する。後部ローラ３６のローラ直径３７は、本体３１上で取付け支柱３０から前部ローラ３５のローラ直径３９と同じ距離離間し、それでローラ３５、３６のローラ直径３７、３９が取付けリング１２の背面の同じ円形経路３８上を動く。
【００３６】
各ラッチ組立体２０の前部ローラ３５は、このローラ３５の外端に取付け支柱３０からローラ３６、３５の転動外面３７、３９より更に離間した把持外面４０を有する。この把持外面４０は、転動外面３７、３９より直径が小さく、その結果として、ラッチ本体３１がアクチュエータによってラッチ位置へ回転されるとき、取付けリング１２の背面と接触しない。もし、取付けリング１２の裏側の環状面２５にウエハ１７が載っていれば、把持外面４０は、図３に示すように、このウエハ１７の裏側と接触して、このウエハ１７を前部ローラ３５の把持外面４０と取付けリング１２の環状面２５の間にラッチするような寸法になっている。前部ローラ３５の把持外面４０は、ウエハ１７の厚さに関係なく、外縁だけがウエハ１７と接触するようにテーパが付いた、外方に朝顔形に開いた円錐面であり、それで取付けリング表面からウエハ１７へおよびこのウエハからリング方面への、この前部ローラ３５の把持外面４０の反復可能な軌跡を維持する。把持外面４０の内縁および外縁は丸められ、この前部ローラ３５と接触したときのウエハ１７の集中負荷を避ける。
【００３７】
アクチュエータがラッチ本体３１と係合していないときに、ラッチ組立体２０をラッチ位置および非ラッチ位置に安定して保持するために、１組の四つの回り止め４２、４３、４３、４４を取付けリング１２の裏側上の円形経路３８の周りに設ける。これらの回り止めの背面回り止め４２および１対の側面回り止め４３を含む三つは、後部および前部ローラ３６、３５の転動外面３７、３９と同じ深さおよびサイズ、並びに同じ球形および直径である。第４の回り止めは、前面回り止め４４であり、それは転動外面３７、３９と同じ球形および直径であるが、深さおよびサイズが大きい。それで、取付けリング１２の取付け面２５にウエハ１７がなければ、前部ローラ３５の転動外面３９だけが前面回り止め４４に完全に嵌まる。もし、面２５上にウエハ１７があれば、ラッチの前部ローラ３５の把持外面４０がウエハ１７の背面に乗上げ、この前部ローラ３５が回り止め４４上に位置するとき、転動外面３９が回り止め４４に落込むのを防ぐ。もし、ラッチ本体３１をラッチ位置から僅かに回転するとしても、前部ローラ３５の転動外面３９がそれにも拘らず前面回り止め４４の側壁４５と係合し、それによって後部ローラ３６が、ラッチ本体３１がそのラッチ位置から更に回転するのを防ぐのを助ける。
【００３８】
ウエハ１７の裏側を処理するためにこのウエハホルダ１０を使うとき、ウエハ１７の部分的に作ったデバイスがあるかも知れない前側がバックプレイン５０を向く。そのようなウエハ１７のデバイスとこのバックプレイン５０の間の接触を防ぐため、図３Ａに示すように、１対の突き当て接触面４７、４８を設ける。好ましくは、一つの面を取付けリング１２からかバックプレイン５０から伸びるストッパ５２が坦持して取付けリング１２をバックプレイン５０から離して保持し、ウエハ１７とバックプレイン５０の間に隙間５４を維持できるようにする。
【００３９】
当業者には、本発明のここでの用途が変ること、およびこの発明を好適実施例で説明することが分るだろう。従って、付加および修正がこの発明の原理から逸脱することなく為し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理を具体化したウエハホルダの背面図である。
【図１Ａ】  図１の１Ａで示す部分の拡大詳細図である。
【図２】  図１のウエハホルダの分解透視図である。
【図３】  図１および図２のウエハホルダのラッチ組立体の、図１の線３−３による断面図である。
【図３Ａ】  裏側処理に特に有用な、図１ないし図３のウエハホルダの実施例の断面図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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