(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ接合装置であって、
第１のウェーハを支持するように構成された下側チャックと、
第２のウェーハを支持するように構成された上側チャックであって、前記第２のウェーハは、前記第１のウェーハに対向して配置される、上側チャックと、
前記上側チャックと前記下側チャックとの間に形成される処理チャンバと、
上蓋の周囲に互いに離間されて配置され、かつ前記処理チャンバの外側に位置する３つの調整機構とを備え、
各調整機構は、
前記上側チャックへの接触を感知するための構成要素と、
前記上側チャックの予圧力を調整するための構成要素と、
前記上側チャックのレベリングを行うための構成要素と
を備えることを特徴とするウェーハ接合装置。
【請求項２】
各調整機構は、前記上蓋を通り抜ける貫通シャフトをさらに備え、また前記上側チャックの上面に剛性的に取り付けられた遠位端と、前記上蓋を通って突き出ている近位端とを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記貫通シャフトは、２×１０-6Ｋ-1未満の熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材料を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記貫通シャフトは、インバール材を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記貫通シャフトは、熱的な破断点を介して前記上側チャックから熱的に分離されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記上側チャックのレベリングを行うための前記構成要素は、マイクロメータ、マイクロメータシャフト、枢動アーム、および支持プレートを備え、また前記枢動アームは、前記支持プレートに枢動可能に接続され、かつ前記マイクロメータシャフトの遠位端に接続された第１の端部と、前記貫通シャフトに接続された第２の端部とを備え、前記マイクロメータが、少なくとも１つのマイクロメータの分解能を備え、かつ前記マイクロメータシャフトの近位端に取り付けられ、また前記マイクロメータの回転運動が前記マイクロメータシャフトを直線運動させ、かつ前記マイクロメータシャフトの前記直線運動が前記貫通シャフトを直線運動させ、それにより、取り付けられた前記上側チャックの高さを調整することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記上側チャックのレベリングを行うための前記構成要素は、前記マイクロメータの位置を固定するように構成されたマイクロメータ固定クランプをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
各調整機構は、前記上側チャックの予圧力を測定するためのセンサをさらに備えることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記上側チャックへの接触を感知するための前記構成要素は接触センサを含み、また前記接触センサは前記貫通シャフトの前記近位端に接続され、また前記上側チャックの底面に接触すると、前記上側チャックおよび取り付けられた前記貫通シャフトを移動させて前記接触センサが信号を示すことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記上側チャックへの接触を感知するための前記構成要素は、接触ガイド、予圧ばね、および球形軸受界面をさらに備え、また前記球形軸受界面は、前記貫通シャフトを囲むスラストワッシャに接触するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記上側チャックの前記予圧力を調整するための前記構成要素は、ねじおよび引張ばねを備え、また前記引張ばねは、前記上側チャックの前記上面に接続された遠位端と、前記ねじに接続された近位端とを備え、また前記ねじを回転することは、前記引張ばねの張力を調整し、それにより、前記上側チャックの前記予圧力を調整することを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ねじは、自在軸受捕捉部を有するプラグをさらに備え、また前記自在軸受捕捉部は、前記引張ばねの前記近位端に接続される自在軸受を保持することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記上側チャックの前記予圧力を調整するための前記構成要素は、前記引張ばねの上方への動きを制限するように構成された円形クリップをさらに備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
ディスプレイ上で前記３つの調整機構の画像および位置を用意し、かつ接触を感知するための前記構成要素を介して前記上側チャックの動きを制御し、ガイドするように構成されたコンピュータアプリケーションをさらに備え、前記上側チャックへの接触が検出されたとき、接触が生じた前記調整機構の前記画像が明るくなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記下側チャックは静電チャックを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記静電チャックは、組み込まれた電熱線を有するセラミックヒータと、前記セラミックヒータの上面の薄い誘電体層と、電気的な相互接続とを備えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記電気的な相互接続は、電極ブロック、および圧着フェルールにより囲まれた導線を備え、また前記電極ブロックは、前記セラミックヒータの底面にろう付けされ、かつ前記圧着フェルールの上に配置され、前記電極ブロック、前記圧着フェルール、および導線は、前記セラミックヒータの前記底面の縁部に形成された縁開口部内に位置することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
金属クランプディスクおよびばねワッシャをさらに備え、前記金属クランプディスクおよび前記ばねワッシャはまた前記縁開口部内に位置し、前記電極ブロックは前記圧着フェルールを押し付け、前記圧着フェルールは前記金属クランプディスクを押し付け、前記金属クランプディスクは前記ばねワッシャを押し付けることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
ウェーハ接合のための方法であって、
第１のウェーハを支持するように構成された下側チャックを提供するステップと、
第２のウェーハを支持するように構成され上側チャックを提供するステップであって、前記第２のウェーハは前記第１のウェーハに対向して配置されるステップと、
前記上側チャックと前記下側チャックとの間に形成された処理チャンバを提供するステップと、
互いに対して１２０度の角度で上蓋の周囲に配置され、かつ前記処理チャンバの外側に位置する３つの調整機構を提供するステップであって、各調整機構は、前記上側チャックへの接触を感知するための構成要素、前記上側チャックの予圧力を調整するための構成要素、および前記上側チャックのレベリングを行うための構成要素を備える、ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記上側チャックの前記予圧力および前記レベリングを手動で調整し、かつ前記上側チャックへの接触をコンピュータアプリケーションによりガイドするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記コンピュータアプリケーションは、前記３つの調整機構の画像および位置をディスプレイ上で用意し、かつ接触を感知するための前記構成要素を介して前記上側チャックの動きを制御しかつガイドするように構成され、また前記上側チャックへの接触が検出されたとき、接触が生じた前記調整機構の前記画像が明るくなることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ウェーハ接合装置であって、
第１のウェーハを支持するように構成された下側チャックと、
第２のウェーハを支持するように構成された上側チャックであって、前記第２のウェーハは、前記第１のウェーハに対向して配置される、上側チャックと、
前記上側チャックと前記下側チャックとの間に形成される処理チャンバと、
前記上側チャックに取り付けられた貫通シャフトと、
前記貫通シャフトの遠位端が前記下側チャックにより上方に移動されたとき、上側チャックに対する接触を感知する信号を示す接触センサと
を備えることを特徴とするウェーハ接合装置。
【請求項２３】
前記下側チャックは静電チャックであり、前記静電チャックは、組み込まれた電熱線を有するセラミックヒータと、前記セラミックヒータの上面の薄い誘電体層と、電気的な相互接続とを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記電気的な相互接続は、電極ブロック、および圧着フェルールにより囲まれた導線を備え、また前記電極ブロックは、前記セラミックヒータの底面でろう付けされ、かつ前記圧着フェルールの上に配置され、前記電極ブロック、前記圧着フェルール、および導線は、前記セラミックヒータの前記底面の縁部に形成された縁開口部内に位置することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
金属クランプディスクおよびばねワッシャをさらに備え、前記金属クランプディスクおよび前記ばねワッシャはまた前記縁開口部内に位置し、前記電極ブロックは前記圧着フェルールを押し付け、前記圧着フェルールは前記金属クランプディスクを押し付け、前記金属クランプディスクは前記ばねワッシャを押し付けることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ接合のための装置および方法に関し、より詳細には、チャックレベリング、力の平衡化、および基板接触感知を提供するウェーハ接合装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連する同時係属出願の相互参照
本出願は、２０１３年７月１７日に出願された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲ  ＬＥＶＥＬＩＮＧ、ＦＯＲＣＥ  ＢＡＬＡＮＣＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＳＥＮＳＩＮＧ」と題する米国特許仮出願第６１／８４７，１１８号明細書の利益を主張するものであり、その内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００３】
本出願は、２０１０年４月１５日に出願された「ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＣＥＮＴＥＲＩＮＧ  ＷＡＦＥＲＳ」と題する米国特許出願第１２／７６１，０４４号明細書の一部係属出願であり、その内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００４】
ウェーハ間（Ｗ２Ｗ）接合は、半導体デバイスを形成するための広範囲な半導体処理用途で展開されている。ウェーハ間接合が適用される半導体処理用途の例は、集積回路の基板技術および製作、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のパッケージングおよびカプセル化、ならびに純粋な超小型電子技術における多くの処理層の積層（３次元集積化）を含む。Ｗ２Ｗ接合は、２つ以上のウェーハ表面の位置合せを行い、それらを接触させ、および、それらの間に強力な接合界面を形成することを含む。そのように作製された半導体デバイスの全体的な処理の歩留まりおよび製作コスト、ならびに最終的にこれらのデバイスを組み込む電子製品のコストは、ウェーハ間接合の品質に大きく依存している。Ｗ２Ｗ接合の品質は、ウェーハの正確な位置合せ、ウェーハ接合界面にわたるウェーハ位置合せの維持、ならびにウェーハ接合界面にわたる接合強度の一様性および完全性に依存する。特に、ウェーハ表面間のレベリング、平面性、距離、および張力は、接合品質に対して重要である。したがって、ウェーハ接合装置において、半導体ウェーハ表面の、互いに対する信頼性のある高精度の反復可能な位置決めを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、チャックのレベリング、力の平衡化、および基板接触感知を含む半導体ウェーハ接合のための装置および方法を提供する。
【０００６】
概して、一態様では、本発明は、下側チャック、上側チャック、処理チャンバ、および３つの調整機構を含むウェーハ接合装置を特徴とする。下側チャックは、第１のウェーハを支持するように構成され、上側チャックは、第２のウェーハを支持するように構成され、また第２のウェーハは、第１のウェーハに対向して配置される。処理チャンバは、上側チャックと下側チャックとの間に形成される。３つの調整機構は、互いに離間されて上蓋の周囲に配置され、かつ処理チャンバの外側に位置する。各調整機構は、上側チャックへの接触を感知するための構成要素、上側チャックの予圧力を調整するための構成要素、および上側チャックのレベリングのための構成要素を含む。
【０００７】
本発明のこの態様の実装形態は、以下の１または複数のものを含む。各調整機構は、上蓋を通り抜け、かつ上側チャックの上面に剛性的に取り付けられた遠位端と、上蓋を通って突き出ている近位端とを有する貫通シャフトをさらに含む。貫通シャフトは、２×１０-6Ｋ-1未満の熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材料を含む。貫通シャフトは、インバール材を含む。貫通シャフトは、熱的な破断点（break points）を介して上側チャックから熱的に分離されている。
【０００８】
上側チャックのレベリングを行うための構成要素は、マイクロメータ、マイクロメータシャフト、枢動アーム、および支持プレートを含む。枢動アームは、支持プレートに枢動可能に接続され、かつマイクロメータシャフトの遠位端に接続された第１の端部と、貫通シャフトに接続された第２の端部とを有する。マイクロメータは、１つのマイクロメータの分解能を有しており、マイクロメータシャフトの近位端に取り付けられる。マイクロメータの回転運動が、マイクロメータシャフトの直線運動を生じ、またマイクロメータシャフトの直線運動が、貫通シャフトの直線運動を生じさせて、それにより、取り付けられた上側チャックの高さを調整する。上側チャックのレベリングを行うための構成要素は、マイクロメータの位置を固定するように構成されたマイクロメータ固定クランプをさらに含む。各調整機構は、上側チャックの予圧力を測定するためのセンサをさらに含む。
【０００９】
上側チャックに対する接触を感知するための構成要素は接触センサを含み、また接触センサは貫通シャフトの近位端に接続される。上側チャックの底面に接触すると、上側チャック、および取り付けられた貫通シャフトを移動させ、接触センサは信号を示す。上側チャックへの接触を感知するための構成要素は、接触ガイド、予圧ばね、および球形の軸受界面をさらに含み、球形の軸受界面は、貫通シャフトを囲むスラストワッシャに接触するように構成される。
【００１０】
上側チャックの予圧力を調整するための構成要素は、ねじおよび引張ばねを含む。引張ばねは、上側チャックの上面に接続された遠位端と、ねじに接続された近位端とを有する。ねじを回転させることは、ばねの張力を調整し、それにより、上側チャックの予圧力を調整する。ねじは、自在軸受捕捉部（capture）を備えるプラグをさらに含み、また自在軸受捕捉部は、引張ばねの近位端に接続される自在軸受を保持する。上側チャックの予圧力を調整するための構成要素は、引張ばねの上方運動を制限するように構成された円形クリップをさらに含む。
【００１１】
装置は、ディスプレイ上で３つの調整機構の画像および位置を用意し、かつ接触を感知するための構成要素を介して、上側チャックの運動を制御し、かつガイドするように構成されたコンピュータアプリケーションをさらに含むことができる。上側チャックへの接触が検出されたとき、接触が生じた調整機構の画像が明るくなる。
【００１２】
下側チャックは、静電チャックとすることができる。静電チャックは、組み込まれた電熱線を備えたセラミックヒータ、セラミックヒータの上面の薄い誘電体層、および電気的な相互接続を含む。電気的な相互接続は、電極ブロック、および圧着フェルールにより囲まれた導線を含む。電極ブロックは、セラミックヒータの底面でろう付けされ、かつ圧着フェルールの上に配置され、また電極ブロック、圧着フェルール、および導線は、セラミックヒータの底面の縁部に形成された縁開口部内に位置する。装置は、金属クランプディスクおよびばねワッシャをさらに含む。金属クランプディスクおよびばねワッシャはまた、縁開口部内に位置し、電極ブロックが圧着フェルールを押し付け、圧着フェルールがクランプディスクを押し付け、クランプディスクがばねワッシャを押し付ける。
【００１３】
概して、他の態様では、本発明は、以下のものを含むウェーハ接合のための方法を特徴とする。まず、第１のウェーハを支持するように構成された下側チャックを提供する。次に、第２のウェーハを支持するように構成された上側チャックを提供する。第２のウェーハは、第１のウェーハと対向して配置される。次に上側チャックと下側チャックとの間に形成された処理チャンバを提供する。次に、互いに対して１２０度の角度で上蓋の周囲に配置され、かつ処理チャンバの外側に位置する３つの調整機構を提供する。各調整機構は、上側チャックへの接触を感知するための構成要素、上側チャックの予圧力を調整するための構成要素、および上側チャックのレベリングを行うための構成要素を含む。方法は、上側チャックの予圧力およびレベリングを手動で調整し、次いで、上側チャックへの接触をコンピュータアプリケーションによりガイドするステップをさらに含む。コンピュータアプリケーションは、ディスプレイ上で３つの調整機構の画像および位置を用意し、かつ接触を感知するための構成要素を介して、上側チャックの動きを制御しかつガイドするように構成される。上側チャックへの接触が検出されたとき、接触が生じた調整機構の画像が明るくなる。
【００１４】
概して、他の態様では、本発明は、第１のウェーハを支持するように構成された下側チャックと、第２のウェーハを支持するように構成された上側チャックとを含むウェーハ接合装置を特徴とし、第２のウェーハは第１のウェーハに対向して配置される。処理チャンバは、上側チャックと下側チャックとの間に形成され、また下側チャックは静電チャックである。静電チャックは、組み込まれた電熱線を有するセラミックヒータと、セラミックヒータの上面の薄い誘電体層と、電気的な相互接続とを含む。電気的な相互接続は、電極ブロック、および圧着フェルールにより囲まれた導線を含み、電極ブロックは、セラミックヒータの底面でろう付けされ、圧着フェルールの上に配置される。電極ブロック、圧着フェルール、および導線は、セラミックヒータの底面の縁部に形成された縁開口部内に位置する。装置は、金属クランプディスクおよびばねワッシャをさらに含み、金属クランプディスクおよびばねワッシャはまた、縁開口部内に位置する。電極ブロックが圧着フェルールを押し付け、圧着フェルールがクランプディスクを押し付け、クランプディスクがばねワッシャを押し付ける。
【００１５】
本発明の１または複数の実施形態の詳細が、添付図面および以下の説明で示される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、好ましい実施形態、図面の以下の説明、および特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】暫定的な接合モジュールの概略的な横断面図である。
【図２】本発明による仮の接合モジュールの図である。
【図３】ロード方向に直角な図２の仮のウェーハ接合モジュールの横断面図である。
【図４】ロード方向と一致している図２の仮のウェーハ接合モジュールの横断面図である。
【図５Ａ】閉じた位置にある事前の位置合せアームを備えたウェーハ中心化デバイスを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａのウェーハ中心化デバイスに使用される切欠き発見機構を示す図である。
【図５Ｃ】ウェーハの切欠きに完全に係合された切欠きファインダを備える３００ｍｍウェーハを示す図である。
【図５Ｄ】ウェーハの切欠きに完全に係合されていない切欠きファインダを備える３００ｍｍウェーハを示す図である。
【図６】図２の仮のウェーハ接合モジュールの上部チャックの横断面図である。
【図７】図２の仮のウェーハ接合モジュールの上面斜視図である。
【図８】図２の仮のウェーハ接合モジュールの上蓋を示す図である。
【図９】図２の仮のウェーハ接合モジュールの上部チャックを示す図である。
【図１０Ａ】カバーが外され、かつ上蓋が定位置にある図９の上部チャックの調整構成要素を示す図である。
【図１０Ｂ】カバーおよび上蓋が外された図９の上部チャックの調整構成要素を示す図である。
【図１１Ａ】図９の上部チャックの調整構成要素の斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの調整構成要素の横断面図である。
【図１２】図１１Ａの調整構成要素の他の斜視図である。
【図１３】張力調整構成要素、チャック位置特定構成要素、および接触センサ構成要素の詳細な横断面図である。
【図１４】レベリング調整構成要素、および接触センサ構成要素の詳細な横断面図である。
【図１５】上部チャックの位置合せ構成要素の詳細な横断面図である。
【図１６】張力調整構成要素の詳細な横断面図である。
【図１７】ウェーハ調整アプリケーションのスクリーンショットを示す図である。
【図１８Ａ】図２の仮の接合モジュールの下側のヒータ／静電チャック相互接続の側面断面図である。
【図１８Ｂ】図１７の仮の接合モジュールの下側のヒータ／静電チャック領域Ａの上面図である。
【図１９Ａ】図１８Ｂの領域Ａの拡大図である。
【図１９Ｂ】図１８Ｂの領域Ａの拡大された側面断面図である。
【図２０】図１８Ｂの領域Ａの横断面図である。
【図２１】図１８Ｂの領域Ａの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図を参照すると、同様の数字は、いくつかの図を通して同様の部分を表す。
【００１８】
図１〜図６を参照すると、仮のウェーハ接合モジュール２１０は、上蓋２１２ａを有するハウジング２１２、ロードドア２１１、上側ブロック組立体２２０、および対向する下側ブロック組立体２３０を含む。上側および下側ブロック組立体２２０、２３０は、Ｚガイドポスト２４２に対して移動可能に接続される。伸縮するカーテンシール２３５が、上側ブロック組立体２２０と下側ブロック組立体２３０との間に配置される。仮の接合チャンバ２０２は、上側および下側組立体２２０、２３０と伸縮するカーテンシール２３５との間に形成される。カーテンシール２３５は、仮の接合チャンバ領域２０２の外側にある処理構成要素の多くのものを、処理チャンバの温度、圧力、真空、および環境から隔離した状態に保つ。チャンバ領域２０２の外側の処理構成要素は、特に、ガイドポスト２４２、Ｚ軸ドライブ２４３、照明源、機械的な事前の位置合せアーム４６０ａ、４６０ｂ、およびウェーハ中心化あご部４６１ａ、４６１ｂを含む。この実施形態では、チャンバ２１０はまた、接合チャンバ領域２０２の外側に位置し、かつ上蓋２１２ａの外側からアクセス可能な３つの調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを含む。調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、以下で述べられるように、基板接触を感知し、チャックの下方予圧を調整し、かつ上部チャック２２２のレベリングを行うために使用される構成要素を含む。
【００１９】
図３を参照すると、下側ブロック組立体２３０は、ウェーハ２０を支持するヒータプレート（下側チャック）２３２、隔離層２３６、水で冷却される支持フランジ２３７、移送ピンステージ２３８、移送ピン２４０、およびＺ軸ブロック２３９を含む。ヒータプレート２３２はセラミックプレートであり、抵抗性のヒータ要素２３３、および組み込まれた空気冷却２３４を含む。ヒータ要素２３３は、２つの異なる加熱ゾーンが形成されるように配置される。第１の加熱ゾーン２３３Ｂは、２００ｍｍウェーハを、または３００ｍｍウェーハの中心領域を加熱するように構成され、また第２の加熱ゾーン２３３Ａは、３００ｍｍウェーハの周辺部を加熱するように構成される。加熱ゾーン２３３Ａは、２つの積み重ねられたウェーハ間の接合界面全体を通して熱的一様性を達成し、かつウェーハ積層の縁部における熱的損失を軽減するために、加熱ゾーン２３３Ｂとは独立して制御される。ヒータプレート２３２はまた、２００ｍｍおよび３００ｍｍのウェーハをそれぞれ保持するために２つの異なる真空ゾーンを含む。水で冷却される熱的分離支持フランジ２３７は、隔離層２３６によりヒータプレートから分離される。移送ピンステージ２３８は、下側ブロック組立体２３０の下に配置され、かつ４つのポスト２４２で支持されて移動可能である。移送ピンステージ２３８は、異なるサイズのウェーハを上下できるように配置された移送ピン２４０を支持する。一例では、移送ピン２４０は、２００ｍｍおよび３００ｍｍウェーハを上下させることができるように配置される。移送ピン２４０は、真っ直ぐなシャフトであり、いくつかの実施形態では、その中心を貫通して延びる真空供給開口部を有する。移送ピン開口部を介して吸引される真空は、支持されたウェーハを移動中に移送ピン上で定位置に保持し、かつウェーハの位置合せ不良を阻止する。Ｚ軸ブロック２３９は、図４で示すように、ボールねじを備える正確なＺ軸駆動２４３、線形カム設計、サブミクロン位置制御のための線形エンコーダフィードバック２４４、および変速機を備えるサーボモータ２４６を含む。
【００２０】
図６を参照すると、上側ブロック組立体２２０は、上側セラミックチャック２２２と、カーテン２３５が封止要素２３５ａを用いて封止する上部の静的チャンバ壁２２１と、２００ｍｍ薄膜層２２４ａと、３００ｍｍ薄膜層２２４ｂとを含む。薄膜層２２４ａ、２２４ｂは、それぞれ、クランプ２１５ａ、２１５ｂを用いて、上側チャック２２２と上部ハウジング壁２１３との間にクランプされ、かつ２００ｍｍおよび３００ｍｍウェーハをそれぞれ保持するように設計された２つの別個の真空ゾーン２２３ａ、２２３ｂを形成する。薄膜層２２４ａ、２２４ｂは、エラストマー材料または金属ベローズから作られる。上側セラミックチャック２２２は、非常に平坦であり、かつ薄い。それは、積み重ねられたウェーハ２０、３０に対して一様な圧力を加えるために、低質量であり、半応従性（semi-compliant）のものである。上側チャック２２２は、３つの調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを用いて軽く予圧が加えられる。調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、１２０度で円形に配置され、またチャックの予圧力を調整し、基板の接触または取付けを検出し、かつ下側チャック２３２に対する上側チャック２２２の高さを調整するために使用される。上側チャック２２２は、下側チャック２３２に対して平行になるように、下側チャック２３２と接触している間に最初にレベリングが行われる。
【００２１】
ウェーハのロードおよび事前の位置合せは、図５Ａで示された機械的な中心化デバイス４６０を用いて容易に行われる。中心化デバイス４６０は、図５の閉じた位置で示された、２つの回転可能な事前の位置合せアーム４６０ａ、４６０ｂ、および直線的に移動する位置合せアーム４６０ｃを含む。各アーム４６０ａ、４６０ｂの端部に、機械的なあご部４６１ａ、４６１ｂがある。機械的なあご部４６１ａ、４６１ｂは、３００ｍｍウェーハおよび２００ｍｍウェーハの湾曲した縁部にそれぞれ適合するテーパの付けられた表面４６２および４６３を有する。直線的に移動するアーム４６０ｃは、これも円形のウェーハの湾曲した縁部に適合するテーパの付けられた湾曲した内側表面を備えるあご部４６１ｃを有する。あご部４６１ｃはまた、円形のウェーハの湾曲した縁部に形成される切欠き４６９の位置を特定する切欠き発見機構を含む。支持チャック４６４の中心４６５の方向への回転アーム４６０ａ、４６０ｂ、および支持チャック４６４の中心４６５の方向に直線的に移動するアーム４６０ｃは、機械的なあご部４６１ａ、４６１ｂのテーパの付けられた表面、およびあご部４６１ｃのテーパの付けられた湾曲した内側表面をウェーハの外周に接触させ、支持チャック４６４上でウェーハの中心化を行う。３つのアーム４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃは、支持チャック４６４の周囲で１２０度に配置される。他の実施形態では、中心化デバイス４６０は、３つの回転可能な事前の位置合せアームを含み、各アームの両端に機械的なあご部がある。支持チャック４６４の中心の方向にアームを回転させると、機械的なあご部のテーパの付けられた表面をウェーハの外周に接触させ、かつ支持チャック４６４上でウェーハの中心化を行う。ウェーハのロードおよび事前の位置合せのための他の実施形態は、２０１０年４月１５日に出願された「ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＣＥＮＴＥＲＩＮＧ  ＷＡＦＥＲＳ」と題する米国特許出願第１２／７６１，０４４号明細書で述べられており、その内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【００２２】
図５Ｂを参照すると、切欠き発見機構４７０は、切欠きファインダ４７２、位置センサ４７６、浮動ジョイント接続４７７、ローラノーズキャリッジ（carriage）４７８、運動カムプレート４７９、サービスループコンパートメント４８０、ピストンまたはモータ４７４、および前部プレート４８８を含む。前部プレート４８８は、ローラノーズキャリッジ４７８を支持する。切欠きファインダ４７２は、細長い構成要素４７３ａ、および三角形の構成要素４７３ｂを含む。細長い構成要素４７３ａは、三角形の構成要素４７３ｂのベースを部分的に形成する。細長い構成要素４７３ａはまた、構成要素４７３ａの前面から延び、かつウェーハ切欠き４６９の形状、またはウェーハ周辺部の平坦な形体を補うような形状をしている３つの突き出し部４７２ａ、４７２ｂ、４７２ｃを含む。ウェーハ周辺部で平坦な形体を有するウェーハに対しては、側面突き出し部４７２ａおよび４７２ｃは、中心突き出し部４７２ｂのわずかに前方に位置し、かつ基板の平坦な形体の位置を特定するために使用される。切欠きファインダ４７２は、ピストンまたはモータ４７４により前方に駆動され、また図５Ｃで示すように、構成要素４７３ａの裏面４８７と、前部プレート４８８の前面４８８ａとの間の相対距離４８６が、位置センサ４７６で測定される。一例では、位置センサ４７６は、線形の電位差計である。浮動ジョイント接続４７７は、位置センサ４７６の前部を構成要素４７３ａの裏面に接続する。ローラノーズキャリッジ４７８は、図５Ｃおよび図５Ｄで示すように、ウェーハの周囲周りで回転するローラ４７８ａ、４７８ｂを含む。相対距離４８６は、切欠き係合位置が、異なるサイズのウェーハで同じではないので、異なるサイズを有するウェーハ（すなわち、２００ｍｍおよび３００ｍｍウェーハ）に対して可能であるように、前部プレート４８８の前面４８８ａから測定される。一例では、３００ｍｍウェーハで突き出し部４７２ｂと切欠き４６９との間で完全な係合がある場合、図５Ｃで示すように、距離４８６は６．７７ｍｍである。突き出し部４７２ｂと切欠き４６９との間で完全な係合がない場合、距離４８６は、図５Ｄで示すように小さくなる（すなわち、６．０２ｍｍ）。この距離測定は、切欠きファインダ４７２と、ウェーハ２０の切欠き４６９との間で完全に係合しているかどうかを確認するために使用される。
【００２３】
図７〜図１６を参照すると、チャンバ２１０は、ねじ１０９でチャンバ２１０の上部１０９に対して取外し可能に取り付けられた上蓋２１２ａを含む。上記で述べられたように、３つの調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、処理チャンバ領域２０２の外側に位置し、かつ上蓋２１２ａの外側からアクセスすることができる。各調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、取外し可能なカバー１１１と、接触を感知するために使用される構成要素１３０、張力を調整するために使用される構成要素１４０、および上部チャック２２２のレベリングを行うために使用される構成要素１２０を含む。図１０Ａで示すように、カバー１１１が取り外され、３つの構成要素１２０、１３０、１４０それぞれの調整要素１２２、１３２、１４２が、上側チャック２２２のレベリング、接触、および張力を調整するために、上から操作され得るように露出されている。すべての調整は、チャンバ２１０が真空圧、または大気圧にある間に行われ得る。
【００２４】
図１０Ｂ〜図１２を参照すると、調整機構１１０Ａは、レベリング調整構成要素１２０、接触感知構成要素１３０、および張力調整構成要素１４０を含む。図１１Ｂで示すように、構成要素である真空封止カバー１１４を通る貫通設計１５０は、対応する調整要素およびセンサ１２２、１３２、１４２が、処理チャンバ２０２の外側に位置できるようにする。各調整機構はまた、図１１Ａで示されるように、チャック２２２の予圧力を正確に測定するためのロードセル１６０を含む。図１１Ｂで、向上された低摩擦軸受によりガイドされるチャック位置合せピン２４０がさらに示されている。
【００２５】
図１２および図１４で示されるように、レベリング構成要素１２０は、レベリング調整マイクロメータ１２２、マイクロメータシャフト１２６、およびマイクロメータ固定クランプ１２４を含む。マイクロメータ１２２は、１つのマイクロメータの分解能を有し、また固定クランプ１２４は、それが望ましい高さに設定された後、マイクロメータの位置を固定するために使用される。マイクロメータシャフト１２６は、支持プレート１１５の開口部を通り抜け、かつ枢動アーム１１６の端部１１６ａに接触する遠位端１２６ａを有する。枢動アーム１１６は、枢軸１１８を介して支持プレート１１５に枢動可能に接続される。端部１１６ａはまた、チャックの予圧力を正確に測定するために使用される力ロードセル１６０を含む。枢動アーム１１６の反対側の端部１１６ｂは、接触センサ１３２の貫通シャフト１３８に接続される。貫通シャフト１３８は、枢動アームの端部１１６ｂに形成された開口部を通り抜ける。接触感知構成要素１３０は、ケーブル１３４およびアース１３６により提供される２４Ｖ信号により電力が供給される接触センサ１３２を含む。接触センサ１３２は、ベローズ１３７により囲まれた貫通シャフト１３８に接続される。接触感知構成要素１３０はまた、接触ガイドおよび予圧ばね１３５と、球形軸受界面１３３とを含む。球形軸受界面１３３は、貫通シャフト１３８を囲んでおり、かつ枢動アーム端部１１６ｂにより支持されるスラストワッシャ１３１に接触する。貫通シャフト１３８の遠位端１３８ａは、上側チャック２２２の上面に剛性的に取り付けられる。貫通シャフト１３８は、低熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材料から作られる。一例では、貫通シャフト１３８は、インバールから作られる。上側チャック２２２と貫通シャフト１３８との間の熱的分離は、熱的破断点１６６により行われる。
【００２６】
マイクロメータ１２２を時計回りに回転させると、マイクロメータシャフト１２６を方向１２７ａに沿って下方に移動させる。上記で述べられたように、マイクロメータシャフト１２６の遠位端１２６ａは、枢軸１１８周りを枢動する枢動アーム１１６の端部１１６ａに接続されている。マイクロメータシャフト１２６を方向１２７ａに沿って下方に移動させると、枢動アーム１１６の端部１１６ａを下方に移動し、かつ端部１１６ｂを上方に移動させる。枢動アーム１１６の端部１１６ｂは、貫通シャフト１３８に接続されているので、端部１１６ｂが上方に動くと、方向１３９ａに沿って貫通シャフト１３８を上方に移動させる。マイクロメータ１２２を反時計回りに回転させると、マイクロメータシャフト１２６を方向１２７ｂに沿って上方に移動させる。方向１２７ｂに沿って上方にマイクロメータシャフト１２６を移動させると、枢動アーム１１６の端部１１６ａを上方に、かつ端部１１６ｂを下方に移動させる。端部１１６ｂを下方に移動させると、貫通シャフト１３８を方向１３９ｂに沿って下方に移動させる。上側チャック２２２、および上側チャック２２２に剛性的に取り付けられた貫通シャフト１３８の遠位端１３８ａが、近接する下側チャック、または基板を保持する下側チャックにより上方に移動されたとき、接触センサ１３２は信号を示す。
【００２７】
図１５を参照すると、各チャック位置合せピン２４０は、向上させた低摩擦軸受によりガイドされる。低摩擦軸受は、玉軸受ブッシング１７０、玉軸受ケース１７１、および移動ガイドシャフト１７４を囲むベースブロック１７２を含む。ピン２４０はまた、上側チャック位置特定ブロック１７９に接触するチャック保持ハードウェア１７６を含む。各ピン２４０はまた、ガイドピン開口部１７７を含む。
【００２８】
図１６を参照すると、張力調整構成要素１４０は、引張ばね１４４を方向１４５に沿って延ばす、または縮めることにより、チャック２２２の上向き張力を調整するように回転されるねじ１４２を含む。ねじ１４２は、貫通開口部１４２ｂ内に保持され、かつ自在軸受捕捉部１４９を有するプラグ１４８を含む。自在軸受捕捉部１４９は、自在軸受１４７を保持する。自在軸受１４７は、ばね１４４の近位端１４４ｂにおけるループを捕捉するフックを遠位端１４７ａに有する。ばね１４４の遠位端１４４ａは、上側チャック位置特定ブロック１４１に位置するばね固定具１４１ａに形成されたフックに係合するフックを有する。ねじ１４２は、それらが、ベースブロック１５２および封止カバー１１４に形成された貫通開口部１５８の内壁に形成された内側のねじ山１５８ａに係合するように位置し、かつ構成された外側のねじ山１４２ａを含む。引張ばね１４４の上方の動きは、円形クリップ１４６で制限される。
【００２９】
動作において、上部チャック２２２のレベリング、引張り、および位置決めは、３つの調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃのレベリング、張力、および接触構成要素により制御される。一実施形態では、レベリングおよび張力構成要素は、マイクロメータ１２２およびねじ１４２を回転させることにより、それぞれ、手動で調整され、また接触は、コンピュータアプリケーション５０によりガイドされる。図１７を参照すると、コンピュータアプリケーション５０の画面５１は、対応する調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃにおける３つの接触センサＡ、Ｂ、Ｃの画像５２、その位置５４、平均値５６、および差分値５７を含む。上部チャック２２２は、ブロック領域５８に設定された高さに移動するように設定され、次いで、接触が、調整機構１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃにおける接触センサによりガイドされる。２つのウェーハ２０、３０が互い接触したとき、上部チャック２２２は、上方に移動してセンサ１３２をアース１３６から分離させ、したがって、接触センサ１３２は信号を示す。センサ１３２が信号を示したとき、対応するセンサＡ、Ｂ、Ｃの画像５２は、画面５１で明るくなる。動きの速度は、上部チャックの予想される接触位置の前のユーザにより規定された距離で遅くなる。図１７の例では、上部チャック２２２は、１３４００マイクロメートルの接触位置５９へと移動するように設定されている。接着材を含む２つのウェーハの積層厚さ６２は、１７００マイクロメートルである。接触位置からウェーハ積層厚さを減算すると、１１７００マイクロメートルの最終位置６１が得られる。アプリケーション５０は、制御装置を設定可能な「接近」位置へと移動させて、次いで、それは、センサＡ、Ｂ、およびＣにより接触が検出されるまで、設定可能な低速運動を使用する。各センサに対する接触位置は列５４で示され、平均が列５６で、また差分が列５７で示される。他の実施形態では、レベリングおよび張力構成要素もコンピュータアプリケーション５０により調整される。
【００３０】
図１８Ａ〜図２１を参照すると、一実施形態では、下側ブロック組立体２３０は、静電気の下側ヒータチャック２３２を含む。静電チャック２３２は、ウェーハ２０を安全な固定された位置に保持し、振動、熱膨張、またはチャンバ内を流れる気体に起因する偶発的なウェーハの移動を阻止する。静電チャック２３２は、組み込まれた電熱線と、上部に薄い誘電体層２７０とを備えたセラミックヒータを含む。電力は、電気的な相互接続２６０により、静電チャック２３２に供給される。この実施形態では、電気的な相互接続２６０は、電極ブロック２６２、および圧着フェルール２６４で囲まれた導線２６３を含む。電極ブロック２６２は、セラミックヒータ２３２の底部にろう付けされ、かつ圧着フェルール２６４および導体２６３の上に配置される。ブロック２６２、フェルール２６４、および導体２６３は、図１９Ｂで示されるように、縁部に、かつ下側チャック表面の下に形成された開口部２６７内に収容される。ブロック２６２は導体２６３を押し付け、導体２６３が開口部２６の底部に位置する金属クランプディスク２６５を押し付ける。金属クランプディスクは、波形ばねワッシャ２６６を押し付ける。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態が述べられてきた。そうではあるが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更が実施されることが理解されよう。したがって、他の実施形態も添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
0006337108.tif 000002
【図２】
0006337108.tif 000003
【図３】
0006337108.tif 000004
【図４】
0006337108.tif 000005
【図５Ａ】
0006337108.tif 000006
【図５Ｂ】
0006337108.tif 000007
【図５Ｃ】
0006337108.tif 000008
【図５Ｄ】
0006337108.tif 000009
【図６】
0006337108.tif 000010
【図７】
0006337108.tif 000011
【図８】
0006337108.tif 000012
【図９】
0006337108.tif 000013
【図１０Ａ】
0006337108.tif 000014
【図１０Ｂ】
0006337108.tif 000015
【図１１Ａ】
0006337108.tif 000016
【図１１Ｂ】
0006337108.tif 000017
【図１２】
0006337108.tif 000018
【図１３】
0006337108.tif 000019
【図１４】
0006337108.tif 000020
【図１５】
0006337108.tif 000021
【図１６】
0006337108.tif 000022
【図１７】
0006337108.tif 000023
【図１８Ａ】
0006337108.tif 000024
【図１８Ｂ】
0006337108.tif 000025
【図１９Ａ】
0006337108.tif 000026
【図１９Ｂ】
0006337108.tif 000027
【図２０】
0006337108.tif 000028
【図２１】
0006337108.tif 000029