(57)【要約】【解決手段】半導体ウエハなどのウエハ状物品を保持するための装置は、一般的なギアリング又は一体的に動作される一連のギアセクタによる制御下でウエハ状物品の周縁に接触される一連のピンを備えている。ピンアセンブリに係合するギアリング又はギアセクタ領域では、これらの要素は、ピンアセンブリの付近におけるチャック部品の熱膨張差に適応するために、その他のギアリング又はギアセクタ領域よりも容易に屈するように設計されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ状物品を保持するための装置であって、
ウエハ状物品に接触するための突き出し部分と前記装置のボディに収まる取り付け部分とを有する複数の可動接触要素と、
前記装置上に位置決めされたウエハ状物品に前記接触要素が接触する第１の位置と第２の非接触位置との間で、前記接触要素を一斉に駆動するギアメカニズムと、を備え、
前記ギアメカニズムは、前記複数の接触要素の１つに係合する少なくとも一領域において、前記少なくとも一領域に隣接する前記ギアメカニズムのその他の領域よりも容易に前記複数の接触要素の横移動に屈する構造を有する、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記接触要素は、前記第２の位置から前記第１の位置に一体的に移動可能である一連のピンである、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記装置の前記ボディは、プラスチックで作成される、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記装置は、枚葉式湿式処理のためのプロセスモジュール内のスピンチャックである、装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置であって、
前記ピンは、円形に並ぶように配置され、
各ピンは、それぞれの枢動ベースの枢動軸に平行で尚且つ該枢動軸からずれた軸に沿って、前記枢動ベースから上向きに突き出している、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記ギアメカニズムは、その半径方向内側の縁に歯を有するギアリングであり、
前記歯は、前記接触要素上の対応する歯と噛み合い係合している、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
前記ギアメカニズムは、その半径方向外側の縁に歯を有するギアリングであり、
前記歯は、前記接触要素上の対応する歯と噛み合い係合している、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、
前記構造は、前記ギアメカニズムが前記接触要素上に対して最大で５から２０Ｎまでの範囲で作用するように構成される、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、
前記構造は、前記その他の領域よりもヤング率が小さい狭められた領域を画定する前記ギアメカニズム内の切り出しである、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記切り出しは、前記ギアメカニズムの外縁表面が割り込まれることのないように、囲まれている、装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置であって、
前記切り出しは、前記狭められた領域が片持ち梁の形態をとるように、前記ギアメカニズムの縁表面に割り込んでいる、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、
前記構造は、前記ギアメカニズムの空洞に収まる挿入物であり、
前記挿入物は、前記少なくとも１つの接触要素の対応する歯と噛み合い係合するギア歯を含み、
前記挿入物は、少なくとも１つの弾性要素によって、前記対応する歯と噛み合い係合するように促され、
前記バネは、前記空洞に向かう方向への前記少なくとも１つの接触要素の変位に屈する、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの弾性要素は、少なくとも１つのバネである、装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの弾性要素は、前記空洞に収まるエラストマ材料のボディである、装置。
【請求項１５】
ウエハ状物品を保持するための装置であって、
ウエハ状物品に接触するための突き出し部分と前記装置のボディに収まる取り付け部分とをそれぞれ有する複数の可動ピンアセンブリと、
前記接触要素が前記装置上に位置決めされたウエハ状物品に接触する第１の位置と第２の非接触位置との間で、前記接触要素を一斉に駆動するギアメカニズムと、を備え、
前記ギアメカニズムは、前記複数の接触要素の１つに係合する少なくとも一領域において、前記少なくとも一領域に隣接する前記ギアメカニズムのその他の領域におけるよりも容易に前記複数の接触要素の横移動に適応するための手段を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどのウエハ状物品を保持するための装置に関するものである。
【０００２】
半導体ウエハは、エッチング、洗浄、研磨、及び材料蒸着などの様々な表面処理プロセスを経る。このようなプロセスに適応するためには、１枚のウエハを、例えば米国特許第４，９０３，７１７号及び第５，５１３，６６８号で説明されるように、回転式キャリアに関連付けられたチャックによって１つ以上の処理流体ノズルに関係付けて支えることができる。
【０００３】
上で言及された特許は、ベルヌーイの定理に基づいて動作するので、ウエハは、チャックとの接触によってではなく、ガスクッションからの下からの支えを受ける。このようなチャックは、それでもやはり、チャック上に位置決めされるウエハの半径方向外側に円形に並ぶ一連のピンを含むのが通常である。これらのピンは、チャックに相対的なウエハの横移動を阻止する。
【０００４】
米国特許第４，９０３，７１７号で説明されるように、各ピンは、それぞれの枢動ベースから上向きに突き出している。ベースの枢動によって、該ベースに関連付けられたピンが円弧に沿って移動し、したがってその半径方向の位置を調整可能であるように、ピン及びベースの軸は、垂直ではあるが、互いにずらされている。枢動ベースは、それぞれ、チャックの回転軸と同軸である一般的なギアリングの歯と噛み合うギア歯を備えている。チャックに相対的なギアリングの回転は、したがって、全てのピンを一体的に尚且つ同程度に移動させる。
【０００５】
この構成は、ウエハの配置又は取り出しのためにピンが半径方向外側に移動され、次いで、ウエハの周縁に接触するために半径方向内側に移動されることを可能にする。このような接触は、チャックに相対的なウエハの横移動のみならず、チャックのスピンに伴うウエハとチャックとの間の相対的回転をも阻止する。
【０００６】
その他のスピンチャックは、例えば米国特許第６，４８５，５３１号で説明されるように、チャックボディを周囲の環状磁気ステータ内に同軸に位置決めされる磁気ロータとして形作ることによって、磁場の制御下で動作する。このようなチャックでは、回転ヘッドがウエハを支える。本出願人は、上述されたのと共通する特性を有するがこの状況でウエハの重量を支える働きもするピンを用いるようなチャックを設計した。
【０００７】
スピンチャックは、使用に際して極端な温度及び高酸性のエッチング溶液に見舞われる。或る一連の処理条件下で問題なく振る舞える設計は、異なる処理条件下ではあまり一貫性をもって振る舞えない恐れがある。
【発明の概要】
【０００８】
本発明者らは、上述されたタイプのチャックにおいて、ピンが、極端な処理条件下で常に高い信頼性で開閉するとは限らないことを発見した。本発明にしたがうと、半導体ウエハなどのウエハ状物品を保持するための装置は、一般的なギアリング又は一体的に動作される一連のギアセクタによる制御下でウエハ状物品の周縁に接触される一連のピンを備えている。ピンアセンブリに係合するギアリング又はギアセクタ領域では、これらの要素は、ピンアセンブリの付近におけるチャック部品の熱膨張差に適応するために、その他のギアリング又はギアセクタ領域よりも容易に屈するように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面を参照にして与えられる本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによって、本発明のその他の目的、特徴、及び利点が明らかになる。
【図１ａ】本発明の一実施形態にしたがった装置を示した部分断面斜視図である。
【図１ｂ】図１ａの細部Ｄ１ｂを示したやはり部分断面斜視図である。
【図１ｃ】図１ｂに対応した図であり、図中、ステータは、及びそれゆえにチャックも、プロセスチャンバの円筒壁に相対的に上昇されている。
【図１ｄ】図１ｃに対応した図であり、図中、チャックは、ピンアセンブリを露出させるために、異なる角度方向を向いている。
【図２】ギアリングと、ピンアセンブリと、チャックとの間の接続、並びにギアリングと、該ギアリンに関連付けられた制御メカニズムとの相互作用を示した部分切り欠き平面図である。
【図３】本発明にしたがったギアリング又はギアセクタの第１の例を示した放射断面図である。
【図４】本発明にしたがったギアリング又はギアセクタの第２の例を示した放射断面図である。
【図５】本発明にしたがったギアリング又はギアセクタの第３の例を示した放射断面図である。
【図６】本発明にしたがったギアリング又はギアセクタの第４の例を示した放射断面図である。
【図７】本発明にしたがったギアリング又はギアセクタの第５の例を示した放射断面図である。
【図８】本発明にしたがったギアリング又はギアセクタの第６の例を示した放射断面図である。
【図９】本発明にしたがったチャックの第２の実施形態を上から見た斜視図である。
【図１０ａ】図９の実施形態を下から見た斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａの細部Ｄ１０ｂにおけるギアリング３０’の一例を示した概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ａの装置１００は、チャンバと、ウエハ（円盤状物品）を把持する及び回転させるための環状チャック２０と、ステータ８０とを含む。チャンバは、円筒壁６０と、底板６５と、上板（不図示）とを含む。上板には上方分配管６３が通され、底板６５には下方分配管６７が通される。
【００１１】
ステータ８０は、ステータベース板５に取り付けられ、円筒壁６０と同心円状である。ステータベース板５は、例えば空気圧式の持ち上げ装置によって、円筒壁６０の軸に沿って軸方向に移動可能である。ステータベース板５及び該板に取り付けられステータ８０は、円筒壁６０の外径よりも直径が大きい中央開口を有する。上板もまた、チャンバを開くために軸方向に移動可能である。上板は、その閉位置では、円筒壁６０に対して密着される。
【００１２】
ステータ８０は、環状チャックの一部であるロータ８５を軸方向及び半径方向に方向付けるための並びに駆動するための、幾つかのコイル８４を含む。このような構成は、米国特許第６，４８５，５３１号で更に説明されている。環状チャック２０の直径は、環状チャック２０が円筒壁６０内で自由に浮揚可能且つ回転可能であるように、円筒壁の内径未満である。環状チャック２０は、内側チャックベースボディ２１を含み、該内側チャックベースボディ２１は、その外側を環状溝が取り巻いており、該環状溝は、ギアリング３０を受け入れる。ギアリング３０は、好ましくは、ＰＥＥＫ、アルミニウム、又はステンレス鋼で作成される。
【００１３】
ギアリング３０は、内向きの歯３１を含む。そして、内向きの歯３１は、ピンシャフト２７の歯を駆動する（図１ｃを参照せよ）。
【００１４】
この実施形態は、６本の下向きのピンシャフト２７を有し、各シャフトは、ギアリング３０によって駆動される小ギアを有する。ピンシャフト２７は、環状チャックの回転軸に平行な軸Ａを中心に回ることができる。
【００１５】
ピン２８は、ピンシャフト２７の回転軸Ａに対して偏心した位置でピンシャフト２７に取り付けられる又はピンシャフト２７と一体的に形成される。したがって、ギアリング３０によってピンシャフト２７が回されるときに、ピン２８は、チャックから半径方向に変位される。ピン及びギアリング３０は、ともに、チャックベースボディ２１に載せられるので、ピンシャフト２７は、ギアリング３０がチャックベースボディに相対的に回転するときにのみ、ギアリング３０によって回転される。
【００１６】
ピン２８は、ウエハＷの周縁でウエハＷに接触するように位置決めされる。ピン２８は、ウエハＷの重量も支えるので、ウエハが把持されているときの、ピン２８に相対的なウエハＷの軸方向変位を阻止するために、形状が円筒状であるか、又はウエハの縁に接触する半径方向内側の側面に陥凹部分を有するか、のいずれかであってよい。
【００１７】
ギアリング３０をチャックベースボディ２１の環状溝に嵌め込むために、ギアリング３０は、環状溝に挿入されたときに合わさって固定される２つの別々のパーツからなる。チャックベースボディ２１及びギアリング３０は、ギアリング３０がピン２８を、ウエハの把持に対応するそれらの半径方向最奥位置に促すように、１つ以上のつる巻きバネ４０（図２を参照せよ）を通じてつながれる。
【００１８】
永久磁石３３（図１ｂを参照せよ）が、歯ギアリング３０に取り付けられる。チャックベースボディ２１の外周には、永久磁石である少なくとも２４個の複数のロータ磁石８５が、等間隔で配置される。これらのロータ磁石８５は、駆動・位置決めユニットの一部である、すなわち、チャックベースボディ２１に取り付けられるロータ（能動軸受けの構成要素）の一部である。
【００１９】
複数のロータ磁石８５、及び永久磁石３３を載せているギアリング３０は、チャックベースボディ２１と、外側の下方チャックカバー２２と、ロータ磁石カバー２９とによって提供される中空の環状空間に封じ込められる。このようなロータ磁石カバー２９は、ステンレス鋼製のジャケットであってよい。カバー２２及び２９は、環状であり、チャックベースボディ２１と同心円状である。
【００２０】
チャック２０を組み立てるときは、ピンシャフト２７は、図１ｃに示されるようにチャックベースボディ２１に対してしっかり密着されるように、上方からそれぞれのシートに挿入される。各ピンシャフト２７は、ネジ２４によって適所に固定される。また、各ピンシャフトは、そのシートに、ピンシャフトとネジとの間のつる巻きバネによって押し込めることができる。
【００２１】
ステータベース板５に取り付けられるのは、円筒壁６０に対して同心円状に配置されるステータ及び能動位置決めユニット８０である。位置決めユニット８０は、ロータ磁石８５に連絡しており、そうしてチャック２０を浮揚させる、位置決めする、及び回転させる。
【００２２】
能動位置決めユニット８０の下方には、ステータベース板５に取り付けられた２つの空気圧シリンダ５０がある。空気圧シリンダ５０のロッドの末端側の端に、ロック磁石５５（永久磁石）が配置される。ロック磁石は、ギアリング３０の永久磁石３３に対応している。空気圧シリンダ５０は、ロック磁石５５が円筒壁６０の軸に対して半径方向に移動可能であるように配置される。
【００２３】
例えばウエハを解放するなどのために、ピンが開かれるときは、以下の手順が実施される。ロック磁石５５と浮揚チャック２０との間の隙間から円筒壁６０が無くなるように（図１ｃを参照せよ）、ステータベース板５、及びそれとともに浮揚チャック２０が持ち上げられる。その後、空気圧シリンダ５０は、ロック磁石５５をチャック２０のごく近くに移動させ、チャックは、永久磁石３３、及びそれとともにギアリング３０がロック磁石によってロックされるように、回される。次いで、チャックは、ギアリングが静止している状態で回され、そうして、ピン２８は、開かれる。或いは、空気圧シリンダが移動される間、チャックベースボディが静止していることによって、ロック磁石が接線方向に（チャックの外周に沿って）回り、それによってギアリングが回されることも考えられる。
【００２４】
しかしながら、上述されたように、本発明者らは、高めのプロセス温度では、説明されたようなチャックのピンが、処理の完了に際して又は処理中にウエハを移動させたいときに開けない恐れがあることを発見した。処理チャンバは、熱硫酸又は１２０℃程度の温度に過熱された水を内包していると考えられるので、ピン、及びそれらに関連付けられた作動メカニズムは、チャックが使用されている間は観察不可能である。更に、本実施形態のギアリング３０は、チャックボディ２１の溝に収まっている。
【００２５】
それでも尚、本発明者らは、この問題の原因が、好ましくはステンレス鋼で作成されるリングギア２３０が、好ましくはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）又はＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン）などのプラスチックで作成されるチャックベースボディ２１よりも、高温で見舞われる熱膨張の程度が少ないことにあることを、突き止めた。ピンシャフト２７は、チャックベースボディ２１に嵌め込まれるので、相対的に大きいチャックベースボディ２１の膨張は、ピンアセンブリを、対応するギアリング３０の変位を伴うことなく半径方向外側に変位させると考えられ、それゆえに、ピン２８は、ギアリング３０を行き詰まらせるのに十分な力をもって、ギアリング３０の歯に押し付けられるだろう。この現象は、ギアリング３０が、ピンアセンブリを半径方向内側に促し、それゆえに、ピンシャフト２７が、膨張されたチャックベースボディ２１内に捕らわれる状態としても、理解することができる。ピンアセンブリは、ギアリング３０と噛み合い係合しているので、結果は同じである、すなわち、ギアリング３０が捕らわれることになる。
【００２６】
問題の原因を突き止めた発明者らは、チャックベースボディの熱膨張によって引き起こされるピンアセンブリの高温変位に適応するために、ギアリングを少なくともそれがそれぞれのピンアセンブリに接触する領域で弱めるなどのような、様々な解決策を考え出した。
【００２７】
図３〜８は、本発明を実施するように設計された幾つかの構造例を示している。これらの各図は、リングギア３０の、それぞれのピンアセンブリに接触する領域を含む一部分を、放射断面図で示している。したがって、本実施形態では、これらの各図に示された構造は、ギアリング３０の外周に沿って６回にわたって繰り返されと考えられ、これら６つの区分は、ギアリング３０の、図に示されるようにおおよそ同じ幅を有する中実のすなわち未変更の領域によって、相互につながれている。
【００２８】
その問題に対する解決策は、歯ギア（３０）がピンシャフト（２７）に触れる区域（３１）を、弱めの形態で具現化することであった。これは、ヤング率を低くされた区域を有することを意味する。
【００２９】
図３では、歯３１の後ろ側に、狭めであってそれゆえに大幅に弱められた領域３３、３４を画定する囲まれた切り出し３２がある。リングギア３０の材料は、狭めの領域３３が、チャックベースボディ２１の熱膨張及びそれに関連したピンアセンブリ２７の変位を受けて半径方向外側に撓む一方で、尚も、チャックベースボディ２１の冷却及び収縮に伴ってその初期位置に戻るような、十分な弾性を有する。
【００３０】
図４では、切り出し３２’は、完全には囲まれておらず、したがって、弱められた領域３３’は、片持ち梁の構成をとっている。
【００３１】
図５では、歯３１は、ギアリング３０内に形成された空洞３６に嵌め込まれる別個のブロック３５に形成されている。コイルバネ３７は、ブロック３５を、ピンアセンブリ２７と噛み合い係合するように半径方向内側に促す一方で、尚も、ピンアセンブリ２７の、チャックベースボディ２１の熱膨張に際した半径方向外側の変位にも適応している。
【００３２】
図６〜８の例は、基本的に図５と同じ原理に基づいて動作する。図６では、図５のコイルバネ３７が、板バネ３８に置き換わっている。図７では、先述の例におけるバネが、やはり同様にピンアセンブリの外向き変位に適応するような圧縮弾性を有するエラストマ材料のボディ３９に置き換わっている。最後に、図８は、空洞３６’に嵌め込まれているのではなくストリップバネ４１を通じて空洞の縁につながれたブロック３５’を示している。
【００３３】
図３〜８の各例に共通しているのは、ピンを開閉するときにピンシャフトを駆動する歯区域が、リングギアの、隣接する領域における半径方向の全幅と比べて大幅に弱められていることである。したがって、弱められた領域は、弱められていない隣接する領域よりも、低い有効ヤング率を有していると見なすことができる。
【００３４】
これらのどの実施形態でも、ピンシャフトの各小ギアに加えられる最大の力は、これらの「弱められた」区域によって制限され、好ましくは、５から２０Ｎまでの範囲の値に制限される。
【００３５】
図９は、ベルヌーイの定理に基づいて動作するスピンチャック１０’を、ウエハＷが適所にある状態で示している。ピンアセンブリ２７’は、上方チャックボディ１１に取り付けられ、ウエハの縁に係合する偏心ピン２８’は、上方チャックボディ１１から上向きに突き出している。上方チャックボディ１１は、下方チャックボディ１２と合わせられ、そして、下方チャックボディ１２は、シャフト（不図示）を通じて機械的に駆動される。
【００３６】
図１０ａでは、チャック１０’は、下方ベースボディ１２を取り外された状態で、下方から示されている。これは、この実施形態の、幾分異なるギアリング３０’を明らかにしており、ここでは、先の実施形態とは対照的に、ギアリングの半径方向外側の縁に歯３１が設けられている。円を描いた矢印は、チャックの時計回りの回転を示している。ただし、この図では、チャックが下方から示されているので、矢印自体は反時計回りを向いている。
【００３７】
ピンアセンブリ２７’のボディが、上方ベースボディ１１に収まっている一方で、歯３１は、ピンアセンブリ２７’上の対応する歯と噛み合っている。ギアリング３０’と上方ベースボディ１１との間につながれたコイルバネ４３は、ギアリングを、上方ベースボディ１１に相対的に或る角度方向に向くように促し、この向きでは、上方ベースボディ１１の上面から突き出したピン２８’は、チャックの使用に際したウエハＷの把持に対応するそれらの半径方向最奥位置にある。
【００３８】
図１０ａの細部Ｄ１０ｂは、図１０ｂの概略断面図に示されており、ここでは、理解を容易にするために、ギアリングのみが描かれている。図１０ｂは、図３に類似しているが、この実施形態のピンアセンブリ２７が、ギアリング３０’の半径方向外側に位置しているゆえに、歯３１を、半径方向外側の狭い領域４４にあるものとして示している。更なる図解を伴わなくても、図４〜８の例は、この実施形態にも同様に適応可能であることがわかる。
【００３９】
本発明は、スピンチャックとの関連で説明されてきたが、非回転チャックにも使用することが可能である。更に、本発明は、湿式化学処理に使用されるチャックとの関連で説明されてきたが、乾式処理にも使用することが可能である。
【００４０】
本発明は、その様々な好ましい実施形態との関連で説明されてきたが、これらの実施形態は、本発明を単に例示するために提供されたものであり、添付の特許請求の範囲の真の範囲及び趣旨によって与えられる保護の範囲を制限する口実として使用されるべきでない。
【図１ａ】
2013535821.tif 000003
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
2013535821.tif 000005
【図１ｄ】
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【図２】
2013535821.tif 000007
【図３】
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【図４】
2013535821.tif 000009
【図５】
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【図６】
2013535821.tif 000011
【図７】
2013535821.tif 000012
【図８】
2013535821.tif 000013
【図９】
2013535821.tif 000014
【図１０ａ】
2013535821.tif 000015
【図１０ｂ】
2013535821.tif 000016
【国際調査報告】
2013535821.tif 000017
2013535821.tif 000018