(57)【要約】リフト機構は、複数のリフトピンを備え、これらは、チャンバーがポンプによって排気されるときに周囲大気圧を利用してチャンバーの整列面に係合するように個別に且つ独立して上方に駆動される。ここに示す実施形態では、各リフトピンがピストンを備え、このピストンは、その片側ではチャンバー内部圧力に曝され、その他側では外部周囲圧力に曝される。ポンプがチャンバーを排気するにつれて、チャンバー内部圧力が低下して、各リフトピンのピストンがその関連リフトピンを上方に駆動する。全てのリフトピンが整列面にしっかり係合されると、リフトピンは、リンク機構にクランプされ、処理運転中にモーターでリフトピンを作動することができる。
2004529490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理チャンバー内でワークピースリフトピンを整列させる方法であって、
周囲大気圧を利用して複数のリフトピンを駆動して前記チャンバー内の整列面に係合させるステップを備えた方法。
【請求項２】
各々の上記リフトピンは、垂直方向にスライド移動するピストンであって、その第１の側でチャンバー内部圧力に曝されるピストンを備え、更に、各々の上記リフトピンは、前記ピストンの第２の側を包囲するベローであって、前記処理チャンバーの外部へ通気されるピストンチャンバーを画成し、上記ピストンの第２の側を周囲大気圧に曝すようにするベローを備え、
前記駆動は、前記チャンバーを排気して、前記ピストンの前記第１の側における前記チャンバー内部圧力を前記ピストンの前記第２の側における前記周囲大気圧に対して減圧し、前記リフトピンの前記ピストンを前記チャンバーの前記係合面に向けて上方に駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理チャンバーは、複数の孔を画成する底壁を有し、各々の上記リフトピンは、上記処理チャンバーの上記底壁の孔内で垂直方向にスライド移動するシャフトに固定されたリフトフィンガーを備え、前記駆動は、上記チャンバーの上記底壁の孔を経て上方に各々の上記リフトピンシャフトを駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
各々の上記リフトピンが前記整列面に係合した後に各々の上記リフトピンをモーター駆動リンク部材に解除可能に結合するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各々の上記リフトピンを前記リンク部材に解除可能に結合する前に前記リンク部材を上方に駆動するステップを更に備えた、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記駆動は、前記モーターを制御し、該モーター制御に応答して前記リンク部材に上向きの力を加えると共に、圧力シリンダーへの圧力を制御し、該圧力制御に応答して前記リンク部材に下向きの力を加えることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記解除可能な結合は、各々の前記リフトピンを前記リンク部材にクランプすることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記クランプすることは、各々の上記リフトピンのフロートジョイントを前記リンク部材にクランプすることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記クランプすることは、各々の上記フロートジョイントの円筒形状のクランプ面にクランプ部をクランプすることを含み、前記クランプ面は、長さ対直径の比が少なくとも１である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記比は、少なくとも１．５である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記駆動は、前記リフトピンの球状係合面を駆動して前記整列面に係合させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記駆動の前記複数のリフトピンは、４本のリフトピンで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
チャンバー内部圧力を周囲大気圧より低く維持するようにされた内部を有する真空チャンバーと、
前記チャンバーに結合されて、前記チャンバー内部圧力を周囲大気圧より低い圧力に減圧するためのポンプと、
下面を有するワークピースを支持するためのワークピース支持体と、
前記ワークピース支持体の上に配置され、係合面を有している整列部材と、
複数のリフトピンであって、その各々は、前記整列面に係合するための係合面を有すると共に、ピストン手段も有し、該ピストン手段が、前記チャンバー内部圧力と前記周囲大気圧との間の差に応答して各リフトピンを第１の位置から第２の延びた位置へと上昇させ、そこで、各リフトピンの係合面を前記整列面に係合させるようなリフトピンと、
を備え、前記チャンバー内における各々の上記リフトピンの高さは、前記チャンバー内部圧力と前記周囲大気圧との間の差の関数であって、前記ポンプが前記チャンバー内部圧力を減圧するときに各々の上記リフトピンが前記第１の位置から前記第２の延びた位置へ上昇されるようにした半導体処理システム。
【請求項１４】
各々の上記リフトピンのピストン手段は、シャフトを備え、前記システムは、更に、各々の上記リフトピンの係合面が前記整列面に係合した後に前記リフトピンのピストン手段のシャフトを一緒にリンクするためのリンク手段と、前記リンク手段に結合されて、前記第１の位置と、前記第２の延びた位置より低い第３の延びた位置との間で前記リフトピンを上昇させるためのモーター手段とを備えた、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記リンク手段は、前記ピストン手段のシャフトの各々に結合された複数のフロートジョイント手段を備え、各々の上記フロートジョイント手段は、その関連ピストン手段のシャフトへの柔軟な結合を与え、前記柔軟な結合は、斜めのそり及び偏心的スライドを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ピストン手段は、上向きの力を前記リンク手段に与え、前記システムは、更に、制御可能な流体圧力で流体を供給するための流体ソース手段と、前記流体ソース手段に応答し且つ前記リンク手段に結合されて、前記制御可能な流体圧力の関数として下向きの力を与え、前記ピストン手段の力を少なくとも部分的に平衡させるための下方圧力手段とを備えた、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
半導体処理チャンバー内でワークピースを上昇させる方法であって、複数のリフトピンを駆動して、垂直方向にワークピースに係合させるステップを備え、前記駆動は、モーターを制御して、該モーター制御に応答して前記リフトピンに上向きの力及び下向きの力の一方を選択的に加えると共に、圧力シリンダーへの圧力を制御して、該圧力制御に応答して前記リフトピンに下向きの力を加えることを含む方法。
【請求項１８】
各々の上記リフトピンは、垂直方向スライド移動のために前記処理チャンバーに配置されたピストンを備え、前記駆動は、更に、各々の上記リフトピンの片側に周囲大気圧を加えると共に、各々の上記リフトピンの他側に処理チャンバーの内部圧力を加えることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記圧力シリンダーへの圧力は、前記モーターが上向きの力を加えるときには第１の値に制御され、前記モーターが下向きの力を加えるときには第２の値に制御される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の値は、前記第１の値より大きい、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の値は、約１０ポンド／平方インチであり、前記第２の値は、約２０ポンド／平方インチである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のリフトピンのピストンは、リンク部材によってリンクされ、前記モーターは、前記リンク部材に力を加えることにより前記リフトピンに力を加え、前記圧力シリンダーは、前記リンク部材に下向きの力を加えることにより前記リフトピンに下向きの力を加える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
チャンバー内部圧力を周囲大気圧より低く維持するようにされた内部を有する真空チャンバーと、
前記チャンバーに結合されて、前記チャンバー内部圧力を周囲大気圧より低い圧力に減圧するためのポンプと、
下面を有するワークピースを支持するためのワークピース支持体と、
複数のリフトピンと、
前記リフトピンを一緒にリンクするためのリンク手段であって、前記チャンバー内部圧力と前記周囲大気圧との間の差に応答して前記リンク手段に上向きの力を与えるための上方圧力手段を各々の上記リフトピンが有しているようなリンク手段と、
制御可能な流体圧力で流体を供給するための流体ソース手段と、
前記流体ソース手段に応答し且つ前記リンク手段に結合されて、前記制御可能な流体圧力の関数として下向きの力を与え、前記上向きの力を少なくとも部分的に平衡させるための下方圧力手段と、
前記リンク手段に結合されて、前記リフトピンを第１の位置と、延びた位置との間で上昇させるモーター手段と、
を備えた半導体処理システム。
【請求項２４】
前記モーター手段は、ステップモーターと、前記モーターを前記リンク手段に結合する直線ガイドとを備えた、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
各々の上記リフトピンの上方圧力手段は、シャフトを備え、前記リンク手段は、前記上方圧力手段のシャフトの各々に結合された複数のフロートジョイント手段を備え、各々の上記フロートジョイント手段は、それに関連するシャフトへの柔軟な結合を与え、前記柔軟な結合は、その関連するシャフトと前記リンク手段との間に斜めのそり及び偏心的スライドを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
チャンバー内部圧力を周囲大気圧より低く維持するようにされた内部を有する真空チャンバーと、
前記チャンバーに結合されて、前記チャンバー内部圧力を周囲大気圧より低い圧力に減圧するためのポンプと、
下面を有するワークピースを支持するためのワークピース支持体と、
前記ワークピースの下面に係合される複数のリフトピンであって、その各々が第１の位置と第２の延びた位置との間で垂直方向に移動されるリフトピンと、
各々の上記リフトピンがそれに関連した、延びた位置にあるときに前記複数のリフトピンの各々が係合するように配置された整列面を有する整列部材と、
を備え、各々の上記リフトピンは、垂直方向にスライド移動されるピストンであって、その第１の側ではチャンバー内部圧力に曝されるピストンを備え、各々の上記リフトピンは、更に、前記第１の側とは反対の、前記ピストンの第２の側を包囲するピストンチャンバーを備え、前記ピストンチャンバーは、前記処理チャンバーの外部へ通気されて、上記ピストンの第２の側が周囲大気圧に曝されるようにし、
更に、前記ポンプに結合されたコントローラであって、前記ポンプを作動して前記処理チャンバーを排気し、前記ピストンの前記第１の側の前記チャンバー内部圧力を、前記ピストンの前記第２の側の前記周囲大気圧に対して減圧して、前記リフトピンの前記ピストンの各々を前記チャンバーの前記係合面に向けて上方に駆動するようにさせるコントローラを備えた半導体処理システム。
【請求項２７】
リフトピンを組み立てる方法であって、
ピストンシャフトのフラット面を第１支持面に配置するステップと、
フランジ部材のフラット面を第２支持面に配置するステップと、
前記ピストンシャフト及び前記フランジ部材にベローを永久的に取り付けるステップと、を備えた方法。
【請求項２８】
前記取り付けは、溶接を含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【説明】
【０００１】
[0001]本発明は、半導体処理システムにおいてワークピース支持体の表面からワークピースを持ち上げる方法及び装置と、半導体処理システムにおいてリフト器具を整列させる方法及び装置とに関する。
【０００２】
[0002]従来の半導体処理システムは、処理及び移送チャンバーを含む１つ以上のチャンバーを備え、その中ではペデスタル又は他のワークピース支持体によりウェハが支持される。ペデスタルの一実施例は、アニールチャンバー内のヒータープレートであり、このヒータープレートは、該プレートに支持された半導体ウェアを加熱する。ウェハ又は他の半導体ワークピースは、通常、ペデスタル上にウェハを配置する搬送ロボットによりスリットバルブを通してチャンバーへと搬送される。多くの場合に複数のリフトフィンガーを含むリフト機構は、そのリフトフィンガーがウェハの下面に係合してロボットアームからウェハを持ち上げるまでチャンバー内を上昇される。ロボットアームがチャンバーから引っ込められた後に、リフト機構は、通常、コンピュータ制御システムの制御のもとで、ウェハがペデスタルの表面に配置されるようにリフトフィンガーをペデスタルの下に下降させる。
【０００３】
[0003]ウェハがペデスタルの支持表面に配置された後、リフトフィンガーは、通常、完全に引っ込んだ位置までペデスタルへと下降し続ける。ウェハは、通常、ウェハをペデスタルへクランプ即ち把持する機械式又は静電式チャックにより掴まれる。次いで、半導体製造プロセスの１つ以上のステップがチャンバーにおいて実行され、例えば、ウェハがアニールされたり、又はウェハに膜が付着されたりウェハの膜がエッチングされたりする。プロセスのステップが完了した後、リフト機構は、リフトフィンガーを伸ばして、ウェハをペデスタルの上に上昇させ、搬送ロボットによりウェハをチャンバーから取り出せるようにする。
【０００４】
[0004]しかしながら、アニールチャンバーを含む幾つかのチャンバーは、多くの場合に、ウェハをチャンバーから取り出す前にウェハを冷却するためにペデスタル上に配置された冷却プレートを備えている。リフト機構を使用して、ウェハを加熱するアニール又は他のプロセスの後にペデスタルからウェハを持ち上げ、そのウェハを冷却プレート付近に配置し、チャンバーからウェハを取り出す前にウェハを容易に冷却することができる。このような多くのチャンバーでは、ウェハが実際上冷却プレートに接触しないのが好ましい。というのは、接触すると、処理されたウェハの表面にダメージが及ぶからである。従って、通常、ウェハと冷却プレートとの接触を回避するようにリフトフィンガーの操作が入念に制御される。このような制御を容易にするために、リフトフィンガーは、通常、チャンバーの内面に対して整列され、リフト機構制御システムの基線即ち「ゼロ」位置を与える。
【０００５】
[0005]図７−図９は、６本のリフトフィンガー１２が輪１４の周りに配列された公知のリフト機構の上部アッセンブリ１０の一例を示す。各リフトフィンガー１２は、輪１４がリフト機構によって持ち上げられるときにウェハ（図示せず）の下面に係合するフィンガーチップ１６を有する。このように、ウェハは、持ち上げられて、ロボットブレードによりピックアップされるか、或いはロボットによりピックアップされる前に冷却するために冷却プレートの真下に配置される。リフト輪１４は、その一端がシャフト２０の上端１８に取り付けられ、シャフト２０は、次いで、フランジ２２内にジャーナル軸受けされ、シャフト２０をフランジ２２内で垂直方向にスライドさせることができる。シャフト２０の上端１８及びフランジ２２に溶接されたベロー２４は、上部アッセンブリ１０がチャンバーに設置されるときに外部の大気がチャンバーの内部に入り込むのを禁止するための柔軟な圧力密包囲体を形成する。リフト機構アッセンブリを上下逆に示した図８において明らかなように、ベロー２４及びフランジ２２の周りにはハウジング部分２６ａ及び２６ｂが固定される。
【０００６】
[0006]リフト機構をチャンバーの冷却プレート３０に整列するために、技術者がリフト機構の上部アッセンブリ１０を、図８に示すように、チャンバー蓋３２の下面に固定する。この位置では、輪１４が冷却プレート３０にセンタリングされてそれを取り巻く。次いで、上部アッセンブリ１０のシャフト２０がチャンバー４０の下壁４２の孔を経て延びるようにしてチャンバー蓋がチャンバー４０に配置される（図９）。フランジカバー４４が上部アッセンブリ１０に留められて、これをチャンバーの下壁４２に固定する。上部アッセンブリ１０のシャフト２０の下端５０は、ジンバルアッセンブリ５２に受け入れられ、これは、シャフト２０を直線ガイド６０に取り付ける。ジンバルアッセンブリ５２は、３つの次元において、シャフト２０と直線ガイド６０との間にある程度の不整列を受け入れることができる。上部アッセンブリ１０の輪１４は、次いで、チャンバー蓋３２から緩められる。この位置において、リフトフィンガー１２を支持する輪１４は、「ゼロ」の垂直位置にある。直線ガイド６０及びジンバルアッセンブリ５２を経て作用するモーター６２は、シャフト２０、ひいては、輪１４及びリフトフィンガー１２を上下に駆動する。
【０００７】
[0007]整列に続いて、チャンバー３０は、排気管路６６を経てこのチャンバー３０を排気するポンプ６４により希望の処理真空圧力まで減圧される。処理システムのポンプ６４、リフトモータ６２及び他の制御可能な要素は、通常、プログラムされたワークステーションであるシステムコントローラ７０により制御される。ウェハを冷却するために、リフトフィンガー１２は、システムコントローラ７０により、ウェハが冷却プレートから所要の間隔をもつようにゼロ位置からオフセットされた垂直位置に配置される。
【０００８】
[0008]以下、添付図面を参照して、本発明の特定の実施形態を説明する。
【０００９】
[0009]本発明の一実施形態による半導体処理システムが図１に全体的に１００で示されている。この処理システム１００は、処理チャンバー１０２を備え、この処理チャンバーは、ウェハ１０６（図２）又は他のワークピースをワークピース支持体１０８から持ち上げるリフト機構１０４を有する。ウェハを持ち上げるために、リフト機構１０４は、複数のリフトピン１１０を有し、これらリフトピンは、これが上昇されるときにウェハの下面に係合する。通常の処理運転中に、リフトピン１１０は、通常、リンク機構１１２（図３、４）により一緒にリンクされる。直線ガイド１１５を経てリンク機構に結合されたモーター１１４は、リンクされたリフトピン１１０を一緒に上下させる。しかしながら、本発明の１つの態様によれば、以下に詳細に述べるように、リフトピン１１０（図５ａ、５ｂ、６）は、初期の整列手順中にはリンク機構によって一緒にリンクされないのが好ましい。むしろ、各リフトピン１１０は、チャンバー１０２がポンプ１１８により排気されるときに周囲の大気圧を利用して別々に独立して上方に駆動され、チャンバーの整列面１１６（図６）に係合される。
【００１０】
[0010]ここに示す実施形態では、各リフトピン１１０は、ピストン１２０を含み、このピストンは、その片側ではチャンバーの内部圧力に曝され（図５ａ）、その他側では外部周囲圧力に曝される。ポンプ１１８がチャンバー４０を排気するにつれて、チャンバーの内部圧力が低下し、各リフトピンピストン１２０がその関連リフトピンを上方に駆動させる。全てのリフトピン１１０が整列面にしっかり係合されると、リフトピン１１０がリンク機構１１２にクランプされ、処理運転中にモーター１１４でリフトピン１１０を操作することができる。このように、リフト機構１０４のリフトピン１１０の各々は、その後の処理運転のために整列面１１６に独立して整列される。
【００１１】
[0011]本発明の別の態様では、各リフトピン１１０は、チャンバーの整列面１１６に係合するように配置されたカーブした係合面１２２を有する。ここに示す実施形態では、図６に最も良く示されたように、リフトピンの係合面１２２は、リフトピン１１０が斜めに変位した結果として整列面にダメージが及ぶのを防止するために球状であるのが好ましい。
【００１２】
[0012]本発明の更に別の態様では、リンク機構１１２は、複数のフロートジョイント１２４を備え、その各々は、図４、６に最も良く示されたように、リンク機構１１２のリンク部材１２６をリフトピン１１０の１つに結合する。以下で詳細に述べるように、各フロートジョイントは、リンク部材１２６の運動と種々のリフトピン１１０の各運動との間に相当程度の斜め及び偏心的な不整列を受け入れるために傾斜方向及び横方向の両方におけるストレスを緩和する。
【００１３】
[0013]本発明の更に別の態様では、リフト機構１０４は、更に、リンク機構１１２に結合された１つ以上の圧力シリンダー１２８も備えている。上述したように、リフトピン１１０の各ピストン１２０は、チャンバーの内部圧力と、チャンバー外部の周囲大気圧との間の正味圧力差の結果として上向きの力を発生する。初期の整列手順が行われ、リフトピン１１０がリンク機構１１２に結合された後に、周囲大気圧によりリフトピン１１０に発生されるこの上向きの力は、特に、モーター１１４がリフトピン１１０を下げるように指令されたときには、モーター１１４により対向される。周囲大気圧によりリフトピン１１０に発生される上向きの力と平衡するために、ポンプ１３０が空気又は他の加圧流体を圧力シリンダー１２８へ供給して、リンク機構１１２に下向きの力を発生することができる。この下向きの力の大きさは、圧力シリンダー１２８へ供給される流体の圧力を制御することにより制御できる。ここに示す実施形態では、システムコントローラ１４０により制御される圧力レギュレーター１３２は、リフトピン１１０を上昇するときには、圧力シリンダー１２８への圧力を、例えば１０ｐｓｉ（０．７キログラム力／平方センチメーター（ｋｇｆ／ｃｍ２））のような第１の値に実質的に一定に維持する。逆に、リフトピンを下降するときには、圧力は、第１の圧力値より高い例えば２０ｐｓｉ（１．４ｋｇｆ／ｃｍ２）のような第２の値に実質的に一定に維持される。
【００１４】
[0014]ここに示す実施形態では、処理チャンバー１０２は、ウェハ１０６を規定の時間中規定の温度に加熱することにより処理するアニールチャンバーである。ウェハは、チャンバー１０２内でウェハが載せられるヒータープレートを備えたペデスタル１０８により加熱される。あるウェハは、特に高い温度において酸化を受けるので、ある用途では、チャンバー内の無酸素雰囲気中でウェハをアニールするのが好ましい。例えば、銅の膜が付着されたウェハは、１００から６００℃に加熱される。アニールプロセスが完了すると、ウェハは、隣接する移送又は緩衝チャンバー１５２（図２）内のロボット１５０により処理システム１００の別の処理チャンバーへ移送される。移送チャンバー１５２又はロボット１５０が、酸素を含む周囲雰囲気のような雰囲気中でウェハを移送する場合には、あるシステムでは、ウェハを別のチャンバーへ移送する前にアニールチャンバー１０２内でウェハ１０６を最初に冷却するのが好ましい。従って、アニールチャンバー１０２は、ペデスタル加熱プレート１０８の上に配置された冷却プレート１５４を有する。ここに示す実施形態では、冷却プレート１５４は、チャンバー蓋１５６の一部分として形成される。
【００１５】
[0015]アニール処理の後にウェハを冷却するために、リフト機構１０４は、ウェハ１０６をペデスタル加熱プレート１０８から持ち上げ、そのウェハ１０６を冷却プレート１５４付近の上部位置へ移動する。多くの用途では、ウェハから冷却プレートへの熱伝達を容易にするためにウェハの上面を冷却プレートに近づけるのが適当である。しかしながら、多くの場合、ウェハの上面が実際に冷却プレートに接触しないのが好ましい。というのは、冷却プレートは、ウェハに付着された膜にかき傷をつけたりその他ダメージを及ぼしたりすることがあるためである。従って、多くの用途では、ウェハと冷却プレートとの間の間隔を厳密に制御することが望ましい。例えば、ある用途では、ウェハの上面と冷却プレートの下面との間に０．５ｍｍから１ｍｍ程度の平行な間隔があるのが適当である。以下で明らかになるように、本発明によるリフト機構及び整列手順は、ウェハと冷却プレートとの間隔の正確な制御を容易にすると考えられ、この間隔は、多数のウェハ冷却動作にわたって維持することができる。
【００１６】
[0016]ペデスタル１０８からウェハを持ち上げるために、リフト機構１０４のリフトピン１１０の各々は、各リフトピン１１０のピストン１２０により支持されたリフトフィンガー１７０を有する。各リフトフィンガー１７０は、次いで、ウェハ１０６の周囲の下面に係合するように配置されたフィンガーチップ１７２を有する。リフトピン１１０が、図１及び２に示す完全に引っ込んだ位置にあるときは、リフトフィンガーチップ１７２がペデスタル１０８のくぼみ１７４に受け入れられる。この引っ込んだ位置では、リフトフィンガーチップ１７２は、ウェハ１０６の周囲から離れてその下に配置される。リフトピン１１０が上昇されると、リフトフィンガーチップ１７２がウェハ１０６の下面に係合し、ウェハをペデスタル１０６から持ち上げる。このように、リフトピン１１０は、ウェハを冷却プレート１５４付近の冷却位置まで持ち上げるか、又は中間高さの移送位置まで持ち上げ、この位置ではロボット１５０がウェハをリフトピン１１０から持ち上げてウェハを別のチャンバーへ移送する。
【００１７】
[0017]図５ａ、図５ｂ及び図６は、リフトピン１１０のピストン１２０を詳細に示している。図示されたように、各ピストン１２０は、フランジ状のピストンヘッド１９０と、このピストンヘッド１９０の下へ延びたピストンシャフト１９２とを備えている。このピストンシャフト１９２は、処理チャンバー１０２の底床２００の孔１９８に受け入れられる胴体部分１９６を有するフランジ部材１９４内を垂直方向にスライドする。フランジ部材１９４の肩部２０２は、チャンバー床２００の上面により支持される。フランジ部材１９４は、ピストンシャフト１９２の垂直移動をガイドし、その一対のブッシング２０４は、ピストンシャフト１９２がフランジ部材内を容易にスライドできるようにする。
【００１８】
[0018]ピストン１２０のピストンヘッド１９０の上には、リフトフィンガー１７０を支持するほぼ円筒状のベース部分２０６がある。このベース部分２０６は、フラットな整列表面２０８を有し、これは、リフトフィンガー１７０の同様の形状の整列表面２１０に係合して、リフトフィンガーをピストン１２０に対して整列させ、リフトフィンガーチップ１７２が、図２に示すように、ウェハ位置に向かって半径方向内方を向くようにする。ここに示す実施形態では、リフトフィンガー１７０は、ピストン１２０のベース部分２０６に半円形クランプ２１２によりクランプされる。他の形式の解除可能なカプラーや固定具を使用してもよい。
【００１９】
[0019]リフトピン１１０は、更に、ベロー２２０を備え、このベローは、その一端がピストンヘッド１９０に溶接されてシールされ、その他端がリフトピンフランジ部材１９４に溶接されてシールされる。ベロー２２０は、ピストンヘッド１９０の下面２２２にピストンチャンバー２２４を画成する。フランジ部材１９４は、チャンネル２３０を画成し、これは、チャンバー１０２の底床２００の対応チャンネル２３２と整列される。これらのチャンネル２３０及び２３２は、ピストンチャンバー２２４をチャンバー１０２の外部へ通気し、ピストンチャンバー２２４、ひいては、ピストンヘッド１９０の下面２２２がチャンバー１０２の外部の周囲大気圧に露出されるようにする。
【００２０】
[0020]フランジ部材１９４の底から延びる整列ピン２３４は、チャンバー底床２００の対応くぼみに受け入れられて、チャンネル２３０と２３２及びリフトピン１１０の角度方向を一般的に整列させる。ベロー２２０がピストン及びフランジ部材に溶接されるときにピストン１２０と各リフトピン１１０のフランジ部材１９４との間を容易に整列させるために、フランジ部材１９４は、フラットな面２４０を有し、この面においてフランジ部材１９４が溶接作業中に支持面に載せられる。ピストン１９０のベース部分整列表面２０８は、リフトフィンガー１７０が取り外された状態で支持面に載せられる。このように、ベロー２２０がこれら部材に溶接されるときに、ピストン１２０とフランジ部材１９４との間に希望の方向が維持される。ベローをピストン及びフランジ部材に永久的に取り付けるための他の技術も使用できることが明らかであろう。
【００２１】
[0021]次いで、リフトフィンガー１７０がピストン１２０のベース部分１０６にクランプされ、リフトピン１１０が上述した斜めの整列方向でチャンバーに設置される。各リフトピンは、ネジ２４１を使用してチャンバーの底壁２００に固定され、ネジ２４１は、図３に示すように底壁２００を貫通し、リフトピンのフランジ部材１９４にねじ込まれる。リフトピン１１０は、他の形式の固定具を使用してチャンバーに固定されてもよいことが明らかである。更に、適当な真空シールを使用して、フランジ／チャンバー壁の界面、例えば、フランジ部材の肩部２０２とチャンバー底壁２００の上面との間をシールしてもよい。
【００２２】
[0022]リフト機構１０４を使用してウェハを処理及び移送のために上下させる通常の処理運転中には、リフトピン１１０は、通常、リンク機構１１２のリンク部材１２６に取り付けることにより一緒にリンクされ、モーター１１４でリフトピンを一体的に上下できるようにする。しかしながら、初期の整列手順の間には、リフトピン１１０がリンク機構１０４から切り離され、各リフトピン１１０が他のリフトピン１１０とは独立して自由に垂直方向にスライドするのが好ましい。上述したように、各リフトピンのピストンチャンバー２２４は、周囲大気圧に露出される。本発明の１つの態様によれば、各リフトピンは、周囲大気圧を利用して独立して上昇され、各リフトピンを独立して整列させることができる。これは、リフトピン１１０をチャンバー１０２に設置し、チャンバーの頂部に蓋１５６を固定し、チャンバー１０２に対して他の開口を閉じてチャンバーを圧力密包囲体とした後に、ポンプ１１８（図１）を作動してチャンバー１０２の排気を開始することにより達成される。
【００２３】
[0023]チャンバーの内部圧力は、ピストンヘッド１９０を含む各リフトピン１１０に下向きの力を作用させる。更に、重力も、リフトピン１１０に下向きの力を作用させる。これに対して、ピストンチャンバーにおける周囲大気圧は、各リフトピン１１０のピストンヘッド１９０に上向きの力を作用させる。ここに示す実施形態では、リフトピンは、最初に設置されるときに、図１及び図２に示す、引っ込んだ位置より上の初期位置にある。ポンプ１１８がチャンバー１０２の内部を排気するにつれて、チャンバーの内部圧力が低下する。周囲大気圧がピストンヘッド１９０に及ぼす上向きの圧力が、チャンバー内部圧力及び重力により作用される下向きの圧力を越えると、各個々のリフトピン１１０が上昇を開始する。あるベローは、それが膨張するときにスプリング張力を及ぼすが、このスプリング張力は、チャンバーを排気し続けてチャンバーの内部圧力を更に下げることにより克服できる。
【００２４】
[0024]このように、リフトピン１１０は、各リフトピンの係合面１２２が、図６に示すように、チャンバーの整列面１１６に係合するまで、独立して上昇される。この位置は、リフトフィンガーチップ１７２に支持されたウェハ１０６が冷却プレート１５４の下面に最も接近する位置である。この位置は、物理的な位置「０」、即ちリフトピン１１０の考えられる最高位置を表わす。ここに示す実施形態では、方向矢印２４２で示された各リフトピン１１０の垂直方向移動は、チャンバーの整列面１１６に直交するのが好ましい。しかしながら、リフトピンと整列面との間にある程度の斜めの不整列がある場合には、整列面１１６への考えられるダメージを減少するためにリフトピン１００の係合面１２２は、球形状であるのが好ましい。係合面１２２は、パラボラや他のカーブ形状を含む他の形状を有してもよいことが明らかであろう。
【００２５】
[0025]各リフトピンがその関連整列面１１６にしっかり係合すると、各リフトピン１１０をリンク機構１１２に固定し、モーター１１４でリフトピンを物理的高さ０から、図１及び２に示す完全に引っ込んだ位置及び中間の移送位置を含む他の高さへ下げられるようにする。ここに示す実施形態では、リンク機構１１２は、好ましくは、フロートジョイント１２４を備え、そのねじ切りされたステム２４６は、ピストンシャフト１９２の下端に設けられたねじ切りされた空洞２４８にねじ込まれる。又、フロートジョイント１２４は、ほぼ円筒状の本体２５０も備え、その周りで半円形クランプ２５２により図４に示すようにフロートジョイント１２４をリンク機構１１２のリンク部材１２６にクランプすることができる。フロートジョイント１２４は、種々の他の解除可能なカプラー及び固定具を使用してリフトピン１１０及びリンク部材１２６に取り付けることができる。又、シリンダージョイントとしばしば称される適当なフロートジョイントも、ＳＭＣフローティングジョイントモデルシリーズＪＡ、ＪＡＨ及びＪＢ、並びにハンプリー(Humphrey)シリンダージョイントモデルＨＣＪを含む多数のソースから商業的に入手できる。
【００２６】
[0026]リンク機構１１２のリンク部材１２６の垂直方向移動は、矢印２４２で示されたリフトピンの垂直移動と同軸的である矢印２５３で示された垂直方向にフロートジョイント１２４の円筒状本体２５０を移動させるのが好ましい。しかしながら、種々の不整列があるために、リンク部材１２６は、それがモーターにより上下されるときに横方向又は斜めにシフトすることがある。フロートジョイント１２４は、これが垂直方向に移動するときにこの横方向及び斜めのシフトをある程度受け入れることができる。というのは、円筒状本体２５０が偏心又は横方向矢印２５４で表わされたようにステム２４６に対して偏心方向にスライド移動し得ると共に、斜め方向矢印２５６で表わされたように半径方向又は斜めにそり得るからである。
【００２７】
[0027]フロートジョイントは、通常、クランプ２５２のクランプ面を形成する円筒状本体２５０内にボール部分が包囲されるボール・ソケットジョイントを含む。ここに示す実施形態では、円筒状本体２５０の円筒面の長さＬとその直径Ｄとの比Ｌ／Ｄが少なくとも１で、好ましくは、１．５より大きいのが望ましい。フロートジョイントのボールを包囲する本体２５０は、他の形状でもよいことが明らかであるが、リンク部材に固定されるジョイント本体の長さ対巾の比が少なくとも１で、好ましくは１．５より大きいのが望ましい。
【００２８】
[0028]図３及び図４に最も良く示されたように、スパイダー１２６とも称されるリンク部材１２６は、中央部分３００を備え、ここから、４つの離間された脚３０２が半径方向に延びている。各フロートジョイントの円筒状本体２５０は、クランプ２５２により各脚３０２の端にクランプされる。モーター１１４の直線ガイド１１５は、リンク部材１２６の中央部分３００の片側３０４に適当な固定具により取り付けられ、モーター１１４を作動すると、システムコントローラ１４０（図１）によりモーター１１４に送られる制御信号に基づいてリンク部材、ひいては、リフトピン１１０が上下させられる。モーター１１４は、駆動スクリューを含む従来のステップモーター、又は空気モーターを含む他の形式のモーターでよい。直線ガイド１１５も、従来のものでよい。システムコントローラ１４０は、ここに示す実施形態では、プログラムされたワークステーションである。専用回路を含む他の形式のコントローラも使用できる。
【００２９】
[0029]リンク部材１２６は、圧力シリンダー１２８が取り付けられた付加的な一対のプラットホーム脚３０６を有する。各圧力シリンダー１２８は、各プラットホーム３０６に設けられた孔３１２を通過するピストンシャフト３１０（図３）を有する。各圧力シリンダーのピストンシャフト３１０の端は、フロート又はシリンダージョイント３１４（フロートジョイント１２４と同様の）によりチャンバー下壁２００の下面に結合される。
【００３０】
[0030]上述したように、リフトピン１１０の各ピストン１２０は、チャンバーの内部圧力とチャンバー外部の周囲大気圧との間の正味圧力差によりリンク部材１２６に上向きの力を与える。周囲大気圧によりリフトピン１１０に発生されるこの上向きの力は、特に、モーター１１４がリフトピン１１０を下げるよう指令されたときには、モーター１１４により対抗される。周囲大気圧によりリフトピン１１０に発生される上向きの力と平衡するために、ポンプ１３０（図１）が空気又は他の加圧流体を圧力シリンダー１２８へ供給して、リンク機構１１２のリンク部材１２６に下向きの力を発生することができる。
【００３１】
[0031]この下向きの力の大きさは、圧力シリンダー１２８へ供給される流体の圧力を制御することにより制御できる。一実施形態では、圧力シリンダーにより発生される下向きの力は、ピン１１０を上昇するときには第１の値に比較的一定に維持され、ピン１１０を下降するときには第２のより大きなほぼ一定の値に維持される。従って、例えば、ここに示す実施形態では、システムコントローラ１４０により制御される圧力レギュレーター１３２は、リフトピン１１０を上昇するときには、圧力シリンダー１２８への圧力を、例えば１０ｐｓｉ（０．７キログラム力／平方センチメーター（ｋｇｆ／ｃｍ２））のような第１の値に実質的に一定に維持することができる。逆に、リフトピンを下降するときには、圧力は、第１の圧力値より高い例えば２０ｐｓｉ（１．４ｋｇｆ／ｃｍ２）のような第２の値に実質的に一定に維持される。圧力シリンダーは、ある用途では省略されてもよい。しかしながら、平衡をとる圧力シリンダーが使用されない場合には、大型のモーターが適当である。
【００３２】
[0032]リンク部材１２６は、アルミニウムやスチール等の強くて軽量な材料の単一の一体部片で形成される。或いは又、リンク部材は、コンポーネント断片で組み立てられてもよい。ここに示す実施形態では、リンク部材１２６は、チャンバーに取り付けられる種々の外部コンポーネントを通すことのできる大きな中央孔３２０を有する。脚３０２及び３０６は、リンク部材を容易にバランスさせるように対向対に構成されて示されている。リンク部材に結合されるモーター、ガイド、リフトピン及び圧力シリンダーの数を含む特定の用途に基づいて他の形状が使用されてもよい。
【００３３】
[0033]図４及び図６に最も良く示されたように、モーター（及びもし含まれれば圧力シリンダー）によりリンク機構を経てリフトピン１１０のシャフト１９２に加えられる駆動力は、リフトピンフィンガー１７０と整列されるのが好ましい。ここに示す実施形態では、フロートジョイント１２４、ピストンシャフト１９２及びリフトフィンガーベース部分２０６は、このような整列を与えるように実質的に同軸的に整列される。整列が同軸状態に達しないような幾つかの用途でも、満足な整列が得られることが明らかである。
【００３４】
[0034]ここに示す実施形態の処理チャンバーは、ワークピースを加熱して冷却するアニールチャンバーとして説明した。しかしながら、本発明は、種々の他の半導体製造プロセスにも適用できる。例えば、集積回路のような多数の電子的又は電気的コンポーネントの製造においては、基板のような種々のワークピースに薄膜を付着する必要がある。銅、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、窒化タンタル、コバルト及びシリカのような材料を、物理的スパッタリングプロセスのような物理的蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して、セラミック、ガラス又はシリコン誘導基板に付着することができる。基板に固体材料を付着する別の方法は、固体材料が化学反応により気相から基板上に付着される化学蒸着（ＣＶＤ）である。これに伴う付着反応は、一般に、熱分解、化学的酸化又は化学的還元である。ＣＶＤプロセスは、多数の元素、合金、並びに酸化物、窒化物及び炭化物を含む化合物を付着するのに使用できる。付着された薄膜は、その後、エッチングされるか、又は他のやり方で、回路及び／又は他の電気的コンポーネントへと製造される。ワークピースは、種々の処理ステップのための１つのチャンバーから別のチャンバーへ移送される。本発明は、上述したプロセスの各々に適用できると共に、半導体デバイスの製造に使用されてワークピースが持ち上げられる他のプロセスにも適用できる。
【００３５】
[0035]当然、上述した実施形態において種々の観点の変更が当業者に明らかであり、その幾つかは、調査研究の後にのみ明らかとなり、他のものは、日常の機械的及び電子的な設計上の事柄であることが理解されよう。又、他の実施形態も考えられ、その特定の設計は、特定の用途に依存する。従って、本発明の範囲は、上述した特定の実施形態によって限定されるものではなく、特許請求の範囲及びその等効物により規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による半導体処理システムの概略図で、図２の１−１線に沿って見た図１のシステムのチャンバー及びリフト機構の断面図も含んでいる図である。
【図２】チャンバー蓋が除去された図１のチャンバーの上面図である。
【図３】図１のチャンバー及びリフト機構の下部を示す部分斜視図である。
【図４】図３のリフト機構及びチャンバーの概略下面図である。
【図５ａ】図１のリフト機構のリフトピンサブアッセンブリの斜視図である。
【図５ｂ】ベローを追加した状態で示した図５ａのリフトピンサブアッセンブリの前面図である。
【図６】図５ｂのリフトピンサブアッセンブリを、６−６線に沿って見ると共に、図１のリフト機構の上部に設置されて示された部分断面図である。
【図７】公知のリフト機構の上部を示す分解斜視図である。
【図８】公知のリフト機構を整列する公知の手順に基づいて図７のリフト機構の上部をチャンバー蓋に取り付けた状態を示す図である。
【図９】公知の半導体処理システムの概略図で、図８に示す公知のチャンバー蓋及びリフト機構上部を含む公知のチャンバー及び公知のリフト機構の斜視図を含む図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００…半導体処理システム、１０２…処理チャンバ、１０４…リフト機構、１０６…ウエハ、１０８…ワークピース支持体、１１０…リフトピン、１１２…リンク機構、１１４…モータ、１１６…チャンバの整列面、１１８、１３０…ポンプ、１２０…ピストン、１２２…係合面、１２４…フロージョイント、１２６…リンク部材、１２８…圧力シリンダ、１５０…ロボット、１５２…移送チャンバ、１５４…冷却プレート。
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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