ピン持ち上げシステム
【解決手段】本発明の一態様は、上面および下面を有する静電チャックと共に用いる装置であって、前記上面は幅の分だけ前記下面から離れており、前記静電チャックは、さらに、前記上面に第１の幅を有すると共に前記下面に第２の幅を有する穴を備え、前記第１の幅は前記第２の幅よりも小さく、前記上面はその上にウエハを配置することが可能である、装置に関する。その装置は、ピンと、シャフトと、ネック部と、外側ハウジング部と、を備える。ピンは、第１の幅よりも小さいピン幅を有する。シャフトは、ピン保持部と、端部と、ピン保持部および端部の間に位置する中央部と、を有する。中央部は、第１のベアリング部を有する。外側ハウジング部は、第１の端部および第２の端部を有し、第２のベアリング部を備える。シャフトは、外側ハウジング部の中に配置され、外側ハウジング部に対して移動可能である。ネック部は、第１の端部に配置される。第２のベアリング部は、ネック部に対して移動しない。第１のベアリング部は、第２のベアリング部に対して移動可能である。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体ウエハは、ウエハ処理システム内で処理される。ここで、従来のウエハ処理システムの一例を、図１および図２を参照して説明する。
【０００２】
図１および図２は、従来のウエハ処理システムを示す。図において、ウエハ処理システム１００は、閉じ込めチャンバ部１０２と、電極１０４と、静電チャック（ＥＳＣ）１０６と、電極駆動源１１２と、ＥＳＣ駆動部源１１４と、ピン持ち上げシステム１１６と、を備える。閉じ込めチャンバ部１０２は、入力部１０８および出力部１１０を有する。ピン持ち上げシステム１１６は、持ち上げピン１１８を備える。閉じ込めチャンバ部１０２は、半導体ウエハ１２０を処理するために用いられる処理空間１２２を取り囲む。
【０００３】
動作中、図１に示すように、半導体ウエハ１２０は、ＥＳＣ１０６上に配置される。ＥＳＣ駆動源１１４は、ＥＳＣ１０６に電圧を印加することによって電場を生成し、その電場が、半導体ウエハ１２０をＥＳＣ１０６上に保持するクーロン力を生み出す。半導体ウエハ１２０がＥＳＣ１０６によって所定の位置に保持されると、複数の材料が入力部１０８を介して処理空間１２２に供給されてよく、電圧が、処理空間１２２内でプラズマを生成するために電極駆動源１１２を介して電極１０４に印加される。処理空間内で生成されたプラズマは、半導体ウエハ１２０の部分をエッチングすることにより、または、半導体ウエハ１２０上に材料を蒸着することにより、半導体ウエハ１２０と相互作用する。処理が完了すると、処理空間１２２内に残留した材料が、出力部１１０を介して除去される。次いで、第２の駆動源１１４は、ＥＳＣ１０６への電圧の印加を停止し、それによってクーロン力が消失して、半導体ウエハ１２０が解放される。次に、図２に示すように、ピン持ち上げシステム１１６は、半導体ウエハ１２０を押し上げて表面の張力を緩和し、ＥＳＣ１０６から半導体ウエハ１２０の一端を持ち上げる。次いで、半導体ウエハ１２０は、ウエハ処理システム１００から取り出される。
【０００４】
半導体ウエハ処理のすべての側面において必要とされる精密さを維持するには、ウエハ処理システム１００の構成および利用に細心の注意を払わなければならない。特に、ＥＳＣ１０６は、ウエハ処理システム１００の中でも非常に高価な部分である。ＥＳＣ１０６の動作パラメータは、半導体ウエハを正確に保持および解放するために、精密に維持される必要がある。ＥＳＣ１０６の動作パラメータの例としては、表面抵抗、表面静電容量、および、全体インピーダンスが挙げられるが、それらに限定されず、各パラメータは、ＥＳＣ１０６の物理的な健全性の変化すなわち損傷の結果として変化しうる。そのため、物理的な健全性が損なわれた場合、ＥＳＣ１０６は、効率的に機能しない、また、さらには全く機能しない場合がある。
【０００５】
ＥＳＣ１０６は、図３および図４に関して以下で説明するように、持ち上げピン１１８からの損傷を特に受けやすい。
【０００６】
図３は、図１の部分Ａを示す拡大図である。図３において、持ち上げピン１１８は、半径方向距離３０２だけＥＳＣ１０６の内壁から分離されている。その分離は、持ち上げピン１１８とＥＳＣ１０６との間の接触を防止するために必要であり、それにより、持ち上げピン１１８からＥＳＣ１０６への損傷が防止される。
【０００７】
図４は、持ち上げピン１１８が半導体ウエハ１２０の近くに移動された時の部分Ａの状況の一例を示す拡大図である。図４において、持ち上げピン１１８の縦軸は、ライン４０２に沿ってＥＳＣ１０６と垂直になることが好ましい。しかしながら、この例の状況では、持ち上げピン１１８の縦軸は、実際にはライン４０４に沿っており、角度θだけライン４０２に沿った軸から離れている。持ち上げピン１１８の縦軸がライン４０４に沿っているため、持ち上げピン１１８は、半導体ウエハ１２０に近づくと、ポイント４０６でＥＳＣ１０６に接触する。持ち上げピン１１８は、半導体ウエハ１２０に向かって上がり続ける際に、ＥＳＣ１０６をこすり続ける。このようにこすることでＥＳＣ１０６が損傷する場合があり、その損傷は、ＥＳＣ１０６の物理的健全性を変化させ、ＥＳＣ１０６の動作パラメータを変化させ、結果として、ＥＳＣ１０６の機能が非効率的または不適切になる場合がある。かかる場合、ＥＳＣ１０６の修理または交換が必要になり、いずれにしてもコストが掛かる。
【０００８】
ここで、図５および図６を参照して、従来のピン持ち上げシステムについてさらに詳しく説明する。
【０００９】
図５は、第１の状態にある従来のピン持ち上げシステム１１６を示す。図に示すように、ピン持ち上げシステム１１６は、持ち上げピン１１８と、ピン保持シャフト５０４と、ハウジングネック５０６と、ハウジング外側部５０８と、第１のベアリング５１０と、ベアリング分離部５１２と、第２のベアリング５１４と、ベローズ部５１６と、を備える。ベアリング分離部５１２は、第１のベアリング５１０を第２のベアリング５１４から分離しており、さらに、そこに切り込まれたウィンドウ５１８を有する。ウィンドウ５１８は、持ち上げアーム（図示せず）がノッチ５２０を介してピン保持シャフト５０４を持ち上げることを可能にする。ピン保持シャフト５０４は、ピン保持部５２２と、中間部５２４と、シート部５２６と、ノッチ５２０を有する端部５２８と、を備える。ハウジングネック５０６は、シャフトガイド部５３２と、キャップ部５３４と、内側部５３６と、を備える。ハウジング外側部５０８は、リップ部５３０を備える。
【００１０】
ピン持ち上げシステム１１６は、ＥＳＣ１０６の取り付け穴５４０に取り付け可能である。取り付け穴５４０は、ネック部５４２と、ピン部５４４と、ＥＳＣ１０６の上面にあるピン開口部５４６と、を備える。ネック部５４２は、持ち上げピン１１８を通すと共に、シャフトガイド部５３２を保持するよう設計されている。ピン部５４４は、持ち上げピン１１８を通すよう機能し、ピン開口部５４６は、持ち上げピン１１８の先端を通すよう設計されている。固定プレート５４８は、マウント穴５４０内部にピン持ち上げシステム１１６を保持する。
【００１１】
キャップ部５３４は、ハウジング外側部５０８に結合されている。ベローズ部５１６の一端は、ハウジングネック５０６の内側部５３６に結合されており、ベローズ部５１６の他端は、シート部５２６に結合されている。第１のベアリング５１０は、ハウジング外側部５０８のリップ部５３０に結合されており、さらに、ベアリング分離部５１２に結合されている。ベアリング分離部５１２は、さらに、第２のベアリング５１４に結合されている。したがって、第１のベアリング５１０は、第２のベアリング５１４から一定の距離ｄを保っている。
【００１２】
この状態では、持ち上げピン１１８は、ＥＳＣ１０６の上面よりも下に位置する。したがって、ピン保持部５２２の上端とシャフトガイド部５３２との間には空間５３８がある。
【００１３】
ここで、ピン持ち上げシステム１１６の第２の状態、すなわち、ウエハ持ち上げ状態について、図６を参照しつつ説明する。
【００１４】
ＥＳＣ１０６のピン開口部５４６を通して持ち上げピン１１８を持ち上げるために、持ち上げアーム（図示せず）が、ウィンドウ５１８を通してノッチ５０２でピン保持シャフト５０４に係合する。ピン保持シャフト５０４は、シート部５２６が第１のベアリング５１０から離されて、ピン保持部５２２の上端がシャフトガイド部５３２の上端に到達するまで、連続的に持ち上げられる。
【００１５】
ここで、例えば、図４に関して上述したように、持ち上げピンがＥＳＣを損傷する問題について、図７〜図１０を参照しつつ、ピン持ち上げシステム１１６に当てはめて説明する。
【００１６】
図７は、図５の部分Ｂの拡大図である。図に示すように、ピン保持シャフト５０４の端部５２８は、実際には第１のベアリング５１０と接触していない。端部５２８は、第１のベアリング５１０から距離７０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１６は、このように、ピン保持シャフト５０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。
【００１７】
図８は、図５の部分Ｃの拡大図である。図に示すように、ピン保持シャフト５０４の端部５２８は、実際にはベアリング分離部５１２と接触していない。端部５２８は、ベアリング分離部５１２から距離８０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１６は、このように、ピン保持シャフト５０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。
【００１８】
ピン保持シャフト５０４の外径は、ピン保持シャフト５０４の側方移動を制限するために、第１のベアリング５１０およびベアリング分離部５１２の各々の内径に近づけて、従来は設計されている。しかしながら、それでも、上述のように、ピン保持シャフト５０４を摩擦なく移動させるためにギャップが存在する。これらのギャップは、以下で図９および図１０に関して説明するように、持ち上げピン１１８の傾斜を引き起こしうる。
【００１９】
図９の矢印９０２がピン保持シャフト５０４の理想的な縦軸を表していると仮定する。その時、持ち上げピン１１８の縦軸は、ＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、図５に示したように、端部５２８が点５５０においてベアリング分離部５１２に接触し、さらに、点５５２において第１のベアリング５１０に接触するように、ピン保持シャフト５０４が実際に傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト５０４の縦軸は、実際に図９の矢印９０４に平行になる。したがって、この例では、ピン保持シャフト５０４は、角度φだけ傾いている。
【００２０】
上述のように、距離ｄは、第１のベアリング５１０と第２のベアリング５１４との間の距離である。間隔Δ1９０６は、端部５２８と第１のベアリング５１０との間の間隔であり、図７では距離７０２として示されている。そうすると、図９において、距離ｄおよび間隔Δ1９０６は、角度φと以下の関係を満たす：
ｃｏｓφ＝Δ1／ｄ （１）
したがって、距離ｄおよび間隔Δ1９０６がわかれば、ピン保持シャフト５０４の最大傾斜角φを算出できる。
【００２１】
ピン保持シャフト５０４の最大傾斜角φが算出されると、持ち上げピン１１８の望ましくない最大側方変位を決定できる。図５に戻ると、距離Ｄは、ＥＳＣ１０６の上面から、端部５２８がベアリング分離部５１２に接触する点５５０までの距離である。ピン保持シャフト５０４の最大傾斜角φと距離Ｄを用いると、持ち上げピン１１８の最大側方変位を決定できる。
【００２２】
図１０に示すように、矢印１００２がピン保持シャフト５０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、持ち上げピン１１８の縦軸は、ＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、ピン保持シャフト５０４が、最大傾斜角φだけ傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト５０４の縦軸は、実際に図１０の矢印１００４に平行になる。さらに、持ち上げピン１１８の最大側方変位はΔ2１００６である。そうすると、距離Ｄおよび最大傾斜角φは、Δ2１００６と以下の関係を満たす：
Δ2＝Ｄｃｏｓφ （２）
したがって、距離Ｄおよび最大傾斜角φがわかれば、間隔Δ2１００６を算出できる。
【００２３】
式（１）を式（２）に代入すると、以下の式が得られる：
Δ2＝（Ｄ／ｄ）Δ1 （３）
したがって、持ち上げピン１１８の最大側方変位Δ2は、ＥＳＣ１０６の上面から点５５０までの距離Ｄと、第１のベアリング５１０および第２のベアリング５１４の間の距離ｄとの比に直接関係している。
【００２４】
一例として、従来のピン持ち上げシステムにおいて、第１のベアリング５１０および第２のベアリング５１４の間の距離ｄを１．２ｃｍ、ＥＳＣ１０６の上面から点５５０までの距離Ｄを４．４ｃｍ、そして、端部５２８および第１のベアリング５１０の間の間隔Δ1を１．４ｍｍとする。かかる例では、第１のベアリング５１０および第２のベアリング５１４の間の距離ｄに対するＥＳＣ１０６の上面から点５５０までの距離Ｄの比は、３．６である。式（３）を用いると、持ち上げピン１１８の最大側方変位Δ2は、５．１ｍｍと算出される。換言すると、持ち上げピン１１８は、５．１ｍｍの望ましくない側方の遊びを有しており、それにより、持ち上げピン１１８は、ＥＳＣ１０６と接触して損傷しうる。
【００２５】
したがって、ピンの側方変位を低減するピン持ち上げシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【００２６】
本発明の課題は、ピンの側方変位を低減するピン持ち上げシステムを提供することである。
【００２７】
本発明の一態様は、上面および下面を有する静電チャックと共に用いる装置であって、前記上面は幅の分だけ前記下面から離れており、前記静電チャックは、さらに、前記上面に第１の幅を有すると共に前記下面に第２の幅を有する穴を備え、前記第１の幅は前記第２の幅よりも小さく、前記上面はその上にウエハを配置することが可能である、装置に関する。その装置は、ピンと、シャフトと、ネック部と、外側ハウジング部と、を備える。ピンは、第１の幅よりも小さいピン幅を有する。シャフトは、ピン保持部と、端部と、ピン保持部および端部の間に位置する中央部と、を有する。中央部は、第１のベアリング部を有する。外側ハウジング部は、第１の端部および第２の端部を有し、第２のベアリング部を備える。シャフトは、外側ハウジング部の中に配置され、外側ハウジング部に対して移動可能である。ネック部は、第１の端部に配置される。第２のベアリング部は、ネック部に対して移動しない。第１のベアリング部は、第２のベアリング部に対して移動可能である。
【００２８】
本発明のさらなる課題、利点、および、新規の特徴については、以下の記載において部分的に説明されており、以下を検討することで当業者にとって部分的に明らかになり、また、本発明の実施によって学習されうる。本発明の課題および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された手段および組み合わせによって達成および実現されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を図示しており、本明細書の記載と共に本発明の原理を説明するものである。
【００３０】
【図１】ウエハ持ち上げピンがＥＳＣの表面よりも下にある第１の状態の従来のウエハ処理システムを示す図。
【００３１】
【図２】ウエハ持ち上げピンがＥＳＣの表面よりも上にある第２の状態の従来のウエハ処理システムを示す図。
【００３２】
【図３】図１の部分Ａを示す拡大図。
【００３３】
【図４】ピンが半導体ウエハの近くに移動された時の部分Ａの状況の一例を示す拡大図。
【００３４】
【図５】第１の状態にある従来のピン持ち上げシステムを示す図。
【００３５】
【図６】第２の状態にある従来のピン持ち上げシステムを示す図。
【００３６】
【図７】図５の部分Ｂの拡大図。
【００３７】
【図８】図５の部分Ｃの拡大図。
【００３８】
【図９】第１の状態にある図５の従来のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な向きと、第１の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の向きとの間の関係を示す図。
【００３９】
【図１０】第２の状態にある図６の従来のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な向きと、第２の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の向きとの間の関係を示す図。
【００４０】
【図１１】本発明の一態様に従って、第１の状態にあるピン持ち上げシステムの一例を示す図。
【００４１】
【図１２】本発明の一態様に従って、第２の状態にある図１１のピン持ち上げシステムの一例を示す図。
【００４２】
【図１３】図１１の部分Ｄの拡大図。
【００４３】
【図１４】図１１の部分Ｅの拡大図。
【００４４】
【図１５】第１の状態にある図１１のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な縦軸と、第１の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の縦軸との間の関係を示す図。
【００４５】
【図１６】第２の状態にある図１２のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な縦軸と、第２の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の縦軸との間の関係を示す図。
【００４６】
【図１７】第２の状態にある図１２のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な縦軸と、第２の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の縦軸との間の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
ここで、本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムの一実施形態について、図１１および図１２を参照して説明する。
【００４８】
図１１は、本発明の一態様に従って、第１の状態にある一例のピン持ち上げシステム１１００を示す。図に示すように、ピン持ち上げシステム１１００は、ピン１１０２と、ピン保持バネ１１３６と、ピン保持シャフト１１０４と、ハウジングネック１１０６と、第２のベアリング部１１１２、第１のベアリング１１１０、および、ベローズ部１１１６を備えたハウジング外側部１１０８と、を備える。ハウジング外側部１１０８には、ウィンドウ１１１４が切り込まれている。ウィンドウ１１１４は、持ち上げアーム（図示せず）がノッチ１１１８を介してピン保持シャフト１１０４を持ち上げることを可能にする。ピン保持シャフト１１０４は、ピン保持部１１２０と、テーパ部１４４６を備えた中間部１１２２と、刻み目１１２６およびノッチ１１１８を備えた端部１１２４と、を備える。ハウジングネック１１０６は、シャフトガイド部１１２８と、キャップ部１１３０と、空洞１１４８を有するよう形成された内側部１１３２と、を有する。ハウジング外側部１１０８は、リップ部１１３４を備える。
【００４９】
ピン持ち上げシステム１１００は、取り付け穴５４０でＥＳＣ１０６内に取り付け可能である。ネック部５４２は、ピン１１０２を通すと共に、シャフトガイド部１１２８を保持するよう設計されている。ピン部５４４は、ピン１１０２を通すよう機能し、ピン開口部５４６は、ピン１１０２の先端を通すよう設計されている。
【００５０】
ピン保持部１１２０は、ピン１１０２を保持するための通路を内部に有する。半径方向力を提供する装置（ピン保持バネ１１３６など）が、ピン１１０２の周囲かつピン保持部１１２０の内部に環状に配置される。ピン保持バネ１１３６は、ピン１１０２の外周とピン保持部１１２０の内周との間で半径方向力を提供する。この半径方向力は、ピン保持部１１２０内部でピン１１０２を中心に配置する。
【００５１】
ピン１１０２の最下端１１３８は、雄形状を有するよう設計されてよく、ピン保持部１１２０の最下端すなわちピンシート１１４０は、対応する雌形状を有するよう設計されてよい。ピン最下端１１３８の雄形状の例としては、半球凸面の雄形状が挙げられるがそれに限定されず、ピンシート１１４０の雌形状の例としては、半球凹面の雌形状が挙げられるがそれに限定されない。ピン最下端１１３８とピンシート１１４０との間の形状の関係は、ピン１１０２のさらなる心合わせを提供する。
【００５２】
キャップ部１１３０は、ハウジング外側部１１０８に結合される。ベローズ部１１１６の一端は、ハウジングネック１１０６の内側部１１３２に結合されており、ベローズ部１１１６の他端は、第１のベアリング１１１０に結合されている。第１のベアリング１１１０は、さらに、ピン保持シャフト１１０４の中間部１１２２に結合されている。後に詳述するように、上述した従来のピン持ち上げシステムとは対照的に、第１のベアリング１１１０は、第２のベアリング部１１１２から一定の距離ｄに留まらない。本発明の一態様によると、第１のベアリング１１１０は、第２のベアリング部１１１２に対して移動可能である。
【００５３】
この状態では、ピン１１０２は、ＥＳＣ１０６の上面よりも下に配置されている。
【００５４】
ここで、ピン持ち上げシステム１１００の第２の状態、すなわち、ウエハ持ち上げ状態について、図１２を参照しつつ説明する。
【００５５】
ＥＳＣ１０６のピン開口部５４６を通してピン１１０２を持ち上げるために、持ち上げアーム（図示せず）が、ウィンドウ１１１４を通してノッチ１１１８でピン保持シャフト１１０４に係合する。ピン保持シャフト１１０４は、第１のベアリング１１１０がリップ部１１３４から離されて、ピン保持シャフト１１０４の中間部１１２２のテーパ部１１４６がネック空洞１１４８内にはまり込むまで、連続的に持ち上げられる。
【００５６】
図１３は、図１１の部分Ｄの拡大図である。図に示すように、第１のベアリング１１１０は、実際にはハウジング外側部１１０８と接触していない。第１のベアリング１１１０は、ハウジング外側部１１０８から距離１３０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１００は、このように、ピン保持シャフト１１０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。第１のベアリング１１１０は、さらに、環状空間１１４２を備えるよう設計されてよく、環状空間１１４２は、第１のベアリング１１１０がハウジング外側部１１０８に接触した場合の摩擦を低減させるために、潤滑剤で満たされてよい。
【００５７】
図１４は、図１１の部分Ｅの拡大図である。図に示すように、ピン保持シャフト１１０４の端部１１２４は、実際には第２のベアリング部１１１２と接触していない。端部１１２４は、第２のベアリング部１１１２から距離１４０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１００は、このように、ピン保持シャフト１１０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。第２のベアリング１１１２は、さらに、環状空間１１４４を備えるよう設計されてよく、環状空間１１４４は、端部１１２４が第２のベアリング部１１１２に接触した場合の摩擦を低減させるために、潤滑剤で満たされてよい。
【００５８】
ピン保持シャフト１１０４の側方移動を制限するために、ピン保持シャフト１１０４の外径は、第２のベアリング部１１１２の内径にできるだけ近い値に設計されており、第１のベアリング１１１０の外径は、ハウジング外側部１１０８の内径にできるだけ近い値に設計されている。しかしながら、それでも、上述のように、ピン保持シャフト１１０４を摩擦なく移動させるためにギャップが存在する。これらのギャップは、以下で図１５および図１６に関して説明するように、ピン１１０２の傾斜につながる。
【００５９】
第１の状態では、ピン持ち上げシステムのピンは、ＥＳＣの表面よりも下に配置される。実施形態のピン持ち上げシステム１１００に関して、図１５の矢印１５０２がピン保持シャフト１１０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、ピン１１０２の縦軸はＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、図１１に示したように、端部１１２４が点１１４６で第２のベアリング部１１１２に接触し、第１のベアリング１１１０が点１１４８でハウジング外側部１１０８に接触するように、ピン保持シャフト１１０４が傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト１１０４の縦軸は、実際に図１５の矢印１５０４に平行になる。したがって、この例では、ピン保持シャフト１１０４は、角度φ’だけ傾いている。
【００６０】
この例において、ピン持ち上げシステム１１００が第１の状態にある時、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離をｄ’とする。間隔Δ1’１５０６は、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔であり、図１３では距離１３０２として示されている。そうすると、図１５において、距離ｄ’および間隔Δ1’１５０６は、角度φ’と以下の関係を満たす：
ｃｏｓφ’＝Δ1’／ｄ’ （４）
したがって、距離ｄ’および間隔Δ1’１５０６がわかれば、ピン保持シャフト１１０４の初期最大傾斜角φ’を算出できる。
【００６１】
図５および図６に関して上述した従来のピン持ち上げシステムと異なり、本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムでは、ピン保持シャフトの傾斜角が、一定のままではない。特に、後に詳述するように、本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムでは、第１のベアリングと第２のベアリング部との間の距離が、一定のままではない。したがって、ピン保持シャフト１１０４の初期最大傾斜角φ’は、ピン持ち上げシステムの第１の状態に対応しており、ピン持ち上げシステムの第２の状態に対応するピン保持シャフト１１０４の最終最大傾斜角よりも大きくなる。
【００６２】
第２の状態では、ピン持ち上げシステムのピンは、ＥＳＣの表面よりも上に配置される。実施形態のピン持ち上げシステム１１００に関して、図１６の矢印１６０２がピン保持シャフト１１０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、ピン１１０２の縦軸はＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、図１２に示したように、端部１１２４が点１１４６で第２のベアリング部１１１２に接触し、第１のベアリング１１１０が点１２４８でハウジング外側部１１０８に接触するように、ピン保持シャフト１１０４が傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト１１０４の縦軸は、実際に図１６の矢印１６０４に平行になる。したがって、この例では、ピン保持シャフト１１０４は、角度αだけ傾いている。
【００６３】
この例において、ピン持ち上げシステム１１００が第１の状態にある時、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離をｄ’’とする。間隔Δ1’’１６０６は、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔である。そうすると、図１６において、距離ｄ’’および間隔Δ1’’１６０６は、角度αと以下の関係を満たす：
ｃｏｓα＝Δ1’’／ｄ’’ （５）
したがって、距離ｄ’’および間隔Δ1’’１６０６がわかれば、ピン保持シャフト１１０４の最終最大傾斜角αを算出できる。
【００６４】
ピン保持シャフト１１０４の最終最大傾斜角が算出されると、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時のピン１１０２の望ましくない最大側方変位を決定できる。図１２に戻ると、距離Ｄ’’は、ＥＳＣ１０６の上面から、端部１１２４が第２のベアリング部１１１２に接触する点１１４６までの距離である。ピン保持シャフト１１０４の最大傾斜角αと距離Ｄ’’を用いれば、ピン１１０２の最大側方変位を決定できる。
【００６５】
図１７に示すように、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時、矢印１７０２がピン保持シャフト１１０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、ピン１１０２の縦軸は、ＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、ピン保持シャフト１１０４が、最大傾斜角αだけ傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト１１０４の縦軸は、実際に図１７の矢印１７０４に平行になる。さらに、ピン１１０２の最大側方変位は、Δ2’’１７０６である。そうすると、距離Ｄ’’および最大傾斜角αは、Δ2’’１７０６と以下の関係を満たす：
Δ2’’＝Ｄ’’ｃｏｓα （６）
したがって、距離Ｄ’’および最大傾斜角αがわかれば、間隔Δ2’’１７０６を算出できる。
【００６６】
式（５）を式（６）に代入すると、以下の式が得られる
Δ2’’＝（Ｄ’’／ｄ’’）Δ1’’ （７）
したがって、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時、ピン１１０２の最大側方変位Δ2’’は、ＥＳＣ１０６の上面から点１１４６までの距離Ｄ’’と、第１のベアリング１１１０および第２のベアリング部１１１２の間の距離ｄ’’との比に直接関係している。
【００６７】
一例として、本発明に従った一例のピン持ち上げシステムの第１の状態において、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離ｄ’を１．２ｃｍ、そして、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔Δ1’を１．４ｍｍであると仮定する。かかる例において、式（４）を用いると、初期最大傾斜角φ’は、１．８°になる。
【００６８】
ただし、第２の状態において、最終最大傾斜角αは、初期最大傾斜角φ’よりも小さい。
【００６９】
本発明に従った一例のピン持ち上げシステムの第２の状態では、第１のベアリング１１１０が第２のベアリング部１１１２に対して移動しているために、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離ｄ’’が２．０ｃｍになっていると仮定する。さらに、ＥＳＣ１０６の上面から点１１４６までの距離Ｄ’’が４．４ｃｍであり、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔Δ1’が１．４ｍｍのままであると仮定する。かかる場合、第１のベアリング１１１０および第２のベアリング部１１１２の間の距離ｄ’’に対するＥＳＣ１０６の上面から点１１１２までの距離Ｄ’’の比は、２．２である。式（７）を用いると、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時のピン１１０２の最大側方変位Δ2’’は、３．０８ｍｍと算出される。換言すると、ピン１１０２は、３．０８ｍｍの望ましくない側方の遊びを有しており、それにより、ピン１１０２は、ＥＳＣ１０６と接触して損傷しうる。つまり、上述した従来のピン持ち上げシステムよりも側方の遊びが４０％低減される。
【００７０】
本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムは、ピンがＥＳＣの表面に近づいた状態にある時に、持ち上げピンの最大側方移動を減少させる。ピン保持シャフトのピン保持部内で半径方向力を提供する装置が、ピンのさらなる心合わせを提供する。さらに、ピン保持シャフトのピン保持部内におけるピン最下端およびピンシートの形状が協働して、ピンのさらなる心合わせを提供する。最後に、ピン持ち上げシステムの第１のベアリングおよび第２のベアリング部の間の距離を変化させることにより、持ち上げピンの最終最大側方移動が小さくなる。
【００７１】
本発明の様々な好ましい実施形態に関するこれまでの記載は、説明を目的としたものである。つまり、本発明を網羅するものでも、開示された正確な形態に本発明を限定するものでもなく、上述の教示に基づき、多くの変形例および変更例が可能であることは明らかである。上述した代表的な実施形態は、本発明の原理および実際の応用を最も良く説明することで、当業者が、様々な実施形態、および、想定される特定の利用に適した様々な変形例で、本発明を最適に利用できるようにするために、選択され記載されたものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【背景技術】
【０００１】
半導体ウエハは、ウエハ処理システム内で処理される。ここで、従来のウエハ処理システムの一例を、図１および図２を参照して説明する。
【０００２】
図１および図２は、従来のウエハ処理システムを示す。図において、ウエハ処理システム１００は、閉じ込めチャンバ部１０２と、電極１０４と、静電チャック（ＥＳＣ）１０６と、電極駆動源１１２と、ＥＳＣ駆動部源１１４と、ピン持ち上げシステム１１６と、を備える。閉じ込めチャンバ部１０２は、入力部１０８および出力部１１０を有する。ピン持ち上げシステム１１６は、持ち上げピン１１８を備える。閉じ込めチャンバ部１０２は、半導体ウエハ１２０を処理するために用いられる処理空間１２２を取り囲む。
【０００３】
動作中、図１に示すように、半導体ウエハ１２０は、ＥＳＣ１０６上に配置される。ＥＳＣ駆動源１１４は、ＥＳＣ１０６に電圧を印加することによって電場を生成し、その電場が、半導体ウエハ１２０をＥＳＣ１０６上に保持するクーロン力を生み出す。半導体ウエハ１２０がＥＳＣ１０６によって所定の位置に保持されると、複数の材料が入力部１０８を介して処理空間１２２に供給されてよく、電圧が、処理空間１２２内でプラズマを生成するために電極駆動源１１２を介して電極１０４に印加される。処理空間内で生成されたプラズマは、半導体ウエハ１２０の部分をエッチングすることにより、または、半導体ウエハ１２０上に材料を蒸着することにより、半導体ウエハ１２０と相互作用する。処理が完了すると、処理空間１２２内に残留した材料が、出力部１１０を介して除去される。次いで、第２の駆動源１１４は、ＥＳＣ１０６への電圧の印加を停止し、それによってクーロン力が消失して、半導体ウエハ１２０が解放される。次に、図２に示すように、ピン持ち上げシステム１１６は、半導体ウエハ１２０を押し上げて表面の張力を緩和し、ＥＳＣ１０６から半導体ウエハ１２０の一端を持ち上げる。次いで、半導体ウエハ１２０は、ウエハ処理システム１００から取り出される。
【０００４】
半導体ウエハ処理のすべての側面において必要とされる精密さを維持するには、ウエハ処理システム１００の構成および利用に細心の注意を払わなければならない。特に、ＥＳＣ１０６は、ウエハ処理システム１００の中でも非常に高価な部分である。ＥＳＣ１０６の動作パラメータは、半導体ウエハを正確に保持および解放するために、精密に維持される必要がある。ＥＳＣ１０６の動作パラメータの例としては、表面抵抗、表面静電容量、および、全体インピーダンスが挙げられるが、それらに限定されず、各パラメータは、ＥＳＣ１０６の物理的な健全性の変化すなわち損傷の結果として変化しうる。そのため、物理的な健全性が損なわれた場合、ＥＳＣ１０６は、効率的に機能しない、また、さらには全く機能しない場合がある。
【０００５】
ＥＳＣ１０６は、図３および図４に関して以下で説明するように、持ち上げピン１１８からの損傷を特に受けやすい。
【０００６】
図３は、図１の部分Ａを示す拡大図である。図３において、持ち上げピン１１８は、半径方向距離３０２だけＥＳＣ１０６の内壁から分離されている。その分離は、持ち上げピン１１８とＥＳＣ１０６との間の接触を防止するために必要であり、それにより、持ち上げピン１１８からＥＳＣ１０６への損傷が防止される。
【０００７】
図４は、持ち上げピン１１８が半導体ウエハ１２０の近くに移動された時の部分Ａの状況の一例を示す拡大図である。図４において、持ち上げピン１１８の縦軸は、ライン４０２に沿ってＥＳＣ１０６と垂直になることが好ましい。しかしながら、この例の状況では、持ち上げピン１１８の縦軸は、実際にはライン４０４に沿っており、角度θだけライン４０２に沿った軸から離れている。持ち上げピン１１８の縦軸がライン４０４に沿っているため、持ち上げピン１１８は、半導体ウエハ１２０に近づくと、ポイント４０６でＥＳＣ１０６に接触する。持ち上げピン１１８は、半導体ウエハ１２０に向かって上がり続ける際に、ＥＳＣ１０６をこすり続ける。このようにこすることでＥＳＣ１０６が損傷する場合があり、その損傷は、ＥＳＣ１０６の物理的健全性を変化させ、ＥＳＣ１０６の動作パラメータを変化させ、結果として、ＥＳＣ１０６の機能が非効率的または不適切になる場合がある。かかる場合、ＥＳＣ１０６の修理または交換が必要になり、いずれにしてもコストが掛かる。
【０００８】
ここで、図５および図６を参照して、従来のピン持ち上げシステムについてさらに詳しく説明する。
【０００９】
図５は、第１の状態にある従来のピン持ち上げシステム１１６を示す。図に示すように、ピン持ち上げシステム１１６は、持ち上げピン１１８と、ピン保持シャフト５０４と、ハウジングネック５０６と、ハウジング外側部５０８と、第１のベアリング５１０と、ベアリング分離部５１２と、第２のベアリング５１４と、ベローズ部５１６と、を備える。ベアリング分離部５１２は、第１のベアリング５１０を第２のベアリング５１４から分離しており、さらに、そこに切り込まれたウィンドウ５１８を有する。ウィンドウ５１８は、持ち上げアーム（図示せず）がノッチ５２０を介してピン保持シャフト５０４を持ち上げることを可能にする。ピン保持シャフト５０４は、ピン保持部５２２と、中間部５２４と、シート部５２６と、ノッチ５２０を有する端部５２８と、を備える。ハウジングネック５０６は、シャフトガイド部５３２と、キャップ部５３４と、内側部５３６と、を備える。ハウジング外側部５０８は、リップ部５３０を備える。
【００１０】
ピン持ち上げシステム１１６は、ＥＳＣ１０６の取り付け穴５４０に取り付け可能である。取り付け穴５４０は、ネック部５４２と、ピン部５４４と、ＥＳＣ１０６の上面にあるピン開口部５４６と、を備える。ネック部５４２は、持ち上げピン１１８を通すと共に、シャフトガイド部５３２を保持するよう設計されている。ピン部５４４は、持ち上げピン１１８を通すよう機能し、ピン開口部５４６は、持ち上げピン１１８の先端を通すよう設計されている。固定プレート５４８は、マウント穴５４０内部にピン持ち上げシステム１１６を保持する。
【００１１】
キャップ部５３４は、ハウジング外側部５０８に結合されている。ベローズ部５１６の一端は、ハウジングネック５０６の内側部５３６に結合されており、ベローズ部５１６の他端は、シート部５２６に結合されている。第１のベアリング５１０は、ハウジング外側部５０８のリップ部５３０に結合されており、さらに、ベアリング分離部５１２に結合されている。ベアリング分離部５１２は、さらに、第２のベアリング５１４に結合されている。したがって、第１のベアリング５１０は、第２のベアリング５１４から一定の距離ｄを保っている。
【００１２】
この状態では、持ち上げピン１１８は、ＥＳＣ１０６の上面よりも下に位置する。したがって、ピン保持部５２２の上端とシャフトガイド部５３２との間には空間５３８がある。
【００１３】
ここで、ピン持ち上げシステム１１６の第２の状態、すなわち、ウエハ持ち上げ状態について、図６を参照しつつ説明する。
【００１４】
ＥＳＣ１０６のピン開口部５４６を通して持ち上げピン１１８を持ち上げるために、持ち上げアーム（図示せず）が、ウィンドウ５１８を通してノッチ５０２でピン保持シャフト５０４に係合する。ピン保持シャフト５０４は、シート部５２６が第１のベアリング５１０から離されて、ピン保持部５２２の上端がシャフトガイド部５３２の上端に到達するまで、連続的に持ち上げられる。
【００１５】
ここで、例えば、図４に関して上述したように、持ち上げピンがＥＳＣを損傷する問題について、図７〜図１０を参照しつつ、ピン持ち上げシステム１１６に当てはめて説明する。
【００１６】
図７は、図５の部分Ｂの拡大図である。図に示すように、ピン保持シャフト５０４の端部５２８は、実際には第１のベアリング５１０と接触していない。端部５２８は、第１のベアリング５１０から距離７０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１６は、このように、ピン保持シャフト５０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。
【００１７】
図８は、図５の部分Ｃの拡大図である。図に示すように、ピン保持シャフト５０４の端部５２８は、実際にはベアリング分離部５１２と接触していない。端部５２８は、ベアリング分離部５１２から距離８０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１６は、このように、ピン保持シャフト５０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。
【００１８】
ピン保持シャフト５０４の外径は、ピン保持シャフト５０４の側方移動を制限するために、第１のベアリング５１０およびベアリング分離部５１２の各々の内径に近づけて、従来は設計されている。しかしながら、それでも、上述のように、ピン保持シャフト５０４を摩擦なく移動させるためにギャップが存在する。これらのギャップは、以下で図９および図１０に関して説明するように、持ち上げピン１１８の傾斜を引き起こしうる。
【００１９】
図９の矢印９０２がピン保持シャフト５０４の理想的な縦軸を表していると仮定する。その時、持ち上げピン１１８の縦軸は、ＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、図５に示したように、端部５２８が点５５０においてベアリング分離部５１２に接触し、さらに、点５５２において第１のベアリング５１０に接触するように、ピン保持シャフト５０４が実際に傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト５０４の縦軸は、実際に図９の矢印９０４に平行になる。したがって、この例では、ピン保持シャフト５０４は、角度φだけ傾いている。
【００２０】
上述のように、距離ｄは、第１のベアリング５１０と第２のベアリング５１４との間の距離である。間隔Δ1９０６は、端部５２８と第１のベアリング５１０との間の間隔であり、図７では距離７０２として示されている。そうすると、図９において、距離ｄおよび間隔Δ1９０６は、角度φと以下の関係を満たす：
ｃｏｓφ＝Δ1／ｄ （１）
したがって、距離ｄおよび間隔Δ1９０６がわかれば、ピン保持シャフト５０４の最大傾斜角φを算出できる。
【００２１】
ピン保持シャフト５０４の最大傾斜角φが算出されると、持ち上げピン１１８の望ましくない最大側方変位を決定できる。図５に戻ると、距離Ｄは、ＥＳＣ１０６の上面から、端部５２８がベアリング分離部５１２に接触する点５５０までの距離である。ピン保持シャフト５０４の最大傾斜角φと距離Ｄを用いると、持ち上げピン１１８の最大側方変位を決定できる。
【００２２】
図１０に示すように、矢印１００２がピン保持シャフト５０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、持ち上げピン１１８の縦軸は、ＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、ピン保持シャフト５０４が、最大傾斜角φだけ傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト５０４の縦軸は、実際に図１０の矢印１００４に平行になる。さらに、持ち上げピン１１８の最大側方変位はΔ2１００６である。そうすると、距離Ｄおよび最大傾斜角φは、Δ2１００６と以下の関係を満たす：
Δ2＝Ｄｃｏｓφ （２）
したがって、距離Ｄおよび最大傾斜角φがわかれば、間隔Δ2１００６を算出できる。
【００２３】
式（１）を式（２）に代入すると、以下の式が得られる：
Δ2＝（Ｄ／ｄ）Δ1 （３）
したがって、持ち上げピン１１８の最大側方変位Δ2は、ＥＳＣ１０６の上面から点５５０までの距離Ｄと、第１のベアリング５１０および第２のベアリング５１４の間の距離ｄとの比に直接関係している。
【００２４】
一例として、従来のピン持ち上げシステムにおいて、第１のベアリング５１０および第２のベアリング５１４の間の距離ｄを１．２ｃｍ、ＥＳＣ１０６の上面から点５５０までの距離Ｄを４．４ｃｍ、そして、端部５２８および第１のベアリング５１０の間の間隔Δ1を１．４ｍｍとする。かかる例では、第１のベアリング５１０および第２のベアリング５１４の間の距離ｄに対するＥＳＣ１０６の上面から点５５０までの距離Ｄの比は、３．６である。式（３）を用いると、持ち上げピン１１８の最大側方変位Δ2は、５．１ｍｍと算出される。換言すると、持ち上げピン１１８は、５．１ｍｍの望ましくない側方の遊びを有しており、それにより、持ち上げピン１１８は、ＥＳＣ１０６と接触して損傷しうる。
【００２５】
したがって、ピンの側方変位を低減するピン持ち上げシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【００２６】
本発明の課題は、ピンの側方変位を低減するピン持ち上げシステムを提供することである。
【００２７】
本発明の一態様は、上面および下面を有する静電チャックと共に用いる装置であって、前記上面は幅の分だけ前記下面から離れており、前記静電チャックは、さらに、前記上面に第１の幅を有すると共に前記下面に第２の幅を有する穴を備え、前記第１の幅は前記第２の幅よりも小さく、前記上面はその上にウエハを配置することが可能である、装置に関する。その装置は、ピンと、シャフトと、ネック部と、外側ハウジング部と、を備える。ピンは、第１の幅よりも小さいピン幅を有する。シャフトは、ピン保持部と、端部と、ピン保持部および端部の間に位置する中央部と、を有する。中央部は、第１のベアリング部を有する。外側ハウジング部は、第１の端部および第２の端部を有し、第２のベアリング部を備える。シャフトは、外側ハウジング部の中に配置され、外側ハウジング部に対して移動可能である。ネック部は、第１の端部に配置される。第２のベアリング部は、ネック部に対して移動しない。第１のベアリング部は、第２のベアリング部に対して移動可能である。
【００２８】
本発明のさらなる課題、利点、および、新規の特徴については、以下の記載において部分的に説明されており、以下を検討することで当業者にとって部分的に明らかになり、また、本発明の実施によって学習されうる。本発明の課題および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された手段および組み合わせによって達成および実現されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を図示しており、本明細書の記載と共に本発明の原理を説明するものである。
【００３０】
【図１】ウエハ持ち上げピンがＥＳＣの表面よりも下にある第１の状態の従来のウエハ処理システムを示す図。
【００３１】
【図２】ウエハ持ち上げピンがＥＳＣの表面よりも上にある第２の状態の従来のウエハ処理システムを示す図。
【００３２】
【図３】図１の部分Ａを示す拡大図。
【００３３】
【図４】ピンが半導体ウエハの近くに移動された時の部分Ａの状況の一例を示す拡大図。
【００３４】
【図５】第１の状態にある従来のピン持ち上げシステムを示す図。
【００３５】
【図６】第２の状態にある従来のピン持ち上げシステムを示す図。
【００３６】
【図７】図５の部分Ｂの拡大図。
【００３７】
【図８】図５の部分Ｃの拡大図。
【００３８】
【図９】第１の状態にある図５の従来のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な向きと、第１の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の向きとの間の関係を示す図。
【００３９】
【図１０】第２の状態にある図６の従来のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な向きと、第２の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の向きとの間の関係を示す図。
【００４０】
【図１１】本発明の一態様に従って、第１の状態にあるピン持ち上げシステムの一例を示す図。
【００４１】
【図１２】本発明の一態様に従って、第２の状態にある図１１のピン持ち上げシステムの一例を示す図。
【００４２】
【図１３】図１１の部分Ｄの拡大図。
【００４３】
【図１４】図１１の部分Ｅの拡大図。
【００４４】
【図１５】第１の状態にある図１１のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な縦軸と、第１の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の縦軸との間の関係を示す図。
【００４５】
【図１６】第２の状態にある図１２のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な縦軸と、第２の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の縦軸との間の関係を示す図。
【００４６】
【図１７】第２の状態にある図１２のピン持ち上げシステムのピン保持シャフトの理想的な縦軸と、第２の状態で傾いた時のピン保持シャフトの実際の縦軸との間の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
ここで、本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムの一実施形態について、図１１および図１２を参照して説明する。
【００４８】
図１１は、本発明の一態様に従って、第１の状態にある一例のピン持ち上げシステム１１００を示す。図に示すように、ピン持ち上げシステム１１００は、ピン１１０２と、ピン保持バネ１１３６と、ピン保持シャフト１１０４と、ハウジングネック１１０６と、第２のベアリング部１１１２、第１のベアリング１１１０、および、ベローズ部１１１６を備えたハウジング外側部１１０８と、を備える。ハウジング外側部１１０８には、ウィンドウ１１１４が切り込まれている。ウィンドウ１１１４は、持ち上げアーム（図示せず）がノッチ１１１８を介してピン保持シャフト１１０４を持ち上げることを可能にする。ピン保持シャフト１１０４は、ピン保持部１１２０と、テーパ部１４４６を備えた中間部１１２２と、刻み目１１２６およびノッチ１１１８を備えた端部１１２４と、を備える。ハウジングネック１１０６は、シャフトガイド部１１２８と、キャップ部１１３０と、空洞１１４８を有するよう形成された内側部１１３２と、を有する。ハウジング外側部１１０８は、リップ部１１３４を備える。
【００４９】
ピン持ち上げシステム１１００は、取り付け穴５４０でＥＳＣ１０６内に取り付け可能である。ネック部５４２は、ピン１１０２を通すと共に、シャフトガイド部１１２８を保持するよう設計されている。ピン部５４４は、ピン１１０２を通すよう機能し、ピン開口部５４６は、ピン１１０２の先端を通すよう設計されている。
【００５０】
ピン保持部１１２０は、ピン１１０２を保持するための通路を内部に有する。半径方向力を提供する装置（ピン保持バネ１１３６など）が、ピン１１０２の周囲かつピン保持部１１２０の内部に環状に配置される。ピン保持バネ１１３６は、ピン１１０２の外周とピン保持部１１２０の内周との間で半径方向力を提供する。この半径方向力は、ピン保持部１１２０内部でピン１１０２を中心に配置する。
【００５１】
ピン１１０２の最下端１１３８は、雄形状を有するよう設計されてよく、ピン保持部１１２０の最下端すなわちピンシート１１４０は、対応する雌形状を有するよう設計されてよい。ピン最下端１１３８の雄形状の例としては、半球凸面の雄形状が挙げられるがそれに限定されず、ピンシート１１４０の雌形状の例としては、半球凹面の雌形状が挙げられるがそれに限定されない。ピン最下端１１３８とピンシート１１４０との間の形状の関係は、ピン１１０２のさらなる心合わせを提供する。
【００５２】
キャップ部１１３０は、ハウジング外側部１１０８に結合される。ベローズ部１１１６の一端は、ハウジングネック１１０６の内側部１１３２に結合されており、ベローズ部１１１６の他端は、第１のベアリング１１１０に結合されている。第１のベアリング１１１０は、さらに、ピン保持シャフト１１０４の中間部１１２２に結合されている。後に詳述するように、上述した従来のピン持ち上げシステムとは対照的に、第１のベアリング１１１０は、第２のベアリング部１１１２から一定の距離ｄに留まらない。本発明の一態様によると、第１のベアリング１１１０は、第２のベアリング部１１１２に対して移動可能である。
【００５３】
この状態では、ピン１１０２は、ＥＳＣ１０６の上面よりも下に配置されている。
【００５４】
ここで、ピン持ち上げシステム１１００の第２の状態、すなわち、ウエハ持ち上げ状態について、図１２を参照しつつ説明する。
【００５５】
ＥＳＣ１０６のピン開口部５４６を通してピン１１０２を持ち上げるために、持ち上げアーム（図示せず）が、ウィンドウ１１１４を通してノッチ１１１８でピン保持シャフト１１０４に係合する。ピン保持シャフト１１０４は、第１のベアリング１１１０がリップ部１１３４から離されて、ピン保持シャフト１１０４の中間部１１２２のテーパ部１１４６がネック空洞１１４８内にはまり込むまで、連続的に持ち上げられる。
【００５６】
図１３は、図１１の部分Ｄの拡大図である。図に示すように、第１のベアリング１１１０は、実際にはハウジング外側部１１０８と接触していない。第１のベアリング１１１０は、ハウジング外側部１１０８から距離１３０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１００は、このように、ピン保持シャフト１１０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。第１のベアリング１１１０は、さらに、環状空間１１４２を備えるよう設計されてよく、環状空間１１４２は、第１のベアリング１１１０がハウジング外側部１１０８に接触した場合の摩擦を低減させるために、潤滑剤で満たされてよい。
【００５７】
図１４は、図１１の部分Ｅの拡大図である。図に示すように、ピン保持シャフト１１０４の端部１１２４は、実際には第２のベアリング部１１１２と接触していない。端部１１２４は、第２のベアリング部１１１２から距離１４０２だけ離間されている。ピン持ち上げシステム１１００は、このように、ピン保持シャフト１１０４の長さに平行な軸に沿って摩擦のない運動を提供するよう設計される。第２のベアリング１１１２は、さらに、環状空間１１４４を備えるよう設計されてよく、環状空間１１４４は、端部１１２４が第２のベアリング部１１１２に接触した場合の摩擦を低減させるために、潤滑剤で満たされてよい。
【００５８】
ピン保持シャフト１１０４の側方移動を制限するために、ピン保持シャフト１１０４の外径は、第２のベアリング部１１１２の内径にできるだけ近い値に設計されており、第１のベアリング１１１０の外径は、ハウジング外側部１１０８の内径にできるだけ近い値に設計されている。しかしながら、それでも、上述のように、ピン保持シャフト１１０４を摩擦なく移動させるためにギャップが存在する。これらのギャップは、以下で図１５および図１６に関して説明するように、ピン１１０２の傾斜につながる。
【００５９】
第１の状態では、ピン持ち上げシステムのピンは、ＥＳＣの表面よりも下に配置される。実施形態のピン持ち上げシステム１１００に関して、図１５の矢印１５０２がピン保持シャフト１１０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、ピン１１０２の縦軸はＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、図１１に示したように、端部１１２４が点１１４６で第２のベアリング部１１１２に接触し、第１のベアリング１１１０が点１１４８でハウジング外側部１１０８に接触するように、ピン保持シャフト１１０４が傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト１１０４の縦軸は、実際に図１５の矢印１５０４に平行になる。したがって、この例では、ピン保持シャフト１１０４は、角度φ’だけ傾いている。
【００６０】
この例において、ピン持ち上げシステム１１００が第１の状態にある時、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離をｄ’とする。間隔Δ1’１５０６は、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔であり、図１３では距離１３０２として示されている。そうすると、図１５において、距離ｄ’および間隔Δ1’１５０６は、角度φ’と以下の関係を満たす：
ｃｏｓφ’＝Δ1’／ｄ’ （４）
したがって、距離ｄ’および間隔Δ1’１５０６がわかれば、ピン保持シャフト１１０４の初期最大傾斜角φ’を算出できる。
【００６１】
図５および図６に関して上述した従来のピン持ち上げシステムと異なり、本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムでは、ピン保持シャフトの傾斜角が、一定のままではない。特に、後に詳述するように、本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムでは、第１のベアリングと第２のベアリング部との間の距離が、一定のままではない。したがって、ピン保持シャフト１１０４の初期最大傾斜角φ’は、ピン持ち上げシステムの第１の状態に対応しており、ピン持ち上げシステムの第２の状態に対応するピン保持シャフト１１０４の最終最大傾斜角よりも大きくなる。
【００６２】
第２の状態では、ピン持ち上げシステムのピンは、ＥＳＣの表面よりも上に配置される。実施形態のピン持ち上げシステム１１００に関して、図１６の矢印１６０２がピン保持シャフト１１０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、ピン１１０２の縦軸はＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、図１２に示したように、端部１１２４が点１１４６で第２のベアリング部１１１２に接触し、第１のベアリング１１１０が点１２４８でハウジング外側部１１０８に接触するように、ピン保持シャフト１１０４が傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト１１０４の縦軸は、実際に図１６の矢印１６０４に平行になる。したがって、この例では、ピン保持シャフト１１０４は、角度αだけ傾いている。
【００６３】
この例において、ピン持ち上げシステム１１００が第１の状態にある時、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離をｄ’’とする。間隔Δ1’’１６０６は、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔である。そうすると、図１６において、距離ｄ’’および間隔Δ1’’１６０６は、角度αと以下の関係を満たす：
ｃｏｓα＝Δ1’’／ｄ’’ （５）
したがって、距離ｄ’’および間隔Δ1’’１６０６がわかれば、ピン保持シャフト１１０４の最終最大傾斜角αを算出できる。
【００６４】
ピン保持シャフト１１０４の最終最大傾斜角が算出されると、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時のピン１１０２の望ましくない最大側方変位を決定できる。図１２に戻ると、距離Ｄ’’は、ＥＳＣ１０６の上面から、端部１１２４が第２のベアリング部１１１２に接触する点１１４６までの距離である。ピン保持シャフト１１０４の最大傾斜角αと距離Ｄ’’を用いれば、ピン１１０２の最大側方変位を決定できる。
【００６５】
図１７に示すように、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時、矢印１７０２がピン保持シャフト１１０４の理想的な縦軸を表すと仮定する。その時、ピン１１０２の縦軸は、ＥＳＣ１０６の上面に垂直になる。この例において、ピン保持シャフト１１０４が、最大傾斜角αだけ傾いているとさらに仮定する。この場合、ピン保持シャフト１１０４の縦軸は、実際に図１７の矢印１７０４に平行になる。さらに、ピン１１０２の最大側方変位は、Δ2’’１７０６である。そうすると、距離Ｄ’’および最大傾斜角αは、Δ2’’１７０６と以下の関係を満たす：
Δ2’’＝Ｄ’’ｃｏｓα （６）
したがって、距離Ｄ’’および最大傾斜角αがわかれば、間隔Δ2’’１７０６を算出できる。
【００６６】
式（５）を式（６）に代入すると、以下の式が得られる
Δ2’’＝（Ｄ’’／ｄ’’）Δ1’’ （７）
したがって、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時、ピン１１０２の最大側方変位Δ2’’は、ＥＳＣ１０６の上面から点１１４６までの距離Ｄ’’と、第１のベアリング１１１０および第２のベアリング部１１１２の間の距離ｄ’’との比に直接関係している。
【００６７】
一例として、本発明に従った一例のピン持ち上げシステムの第１の状態において、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離ｄ’を１．２ｃｍ、そして、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔Δ1’を１．４ｍｍであると仮定する。かかる例において、式（４）を用いると、初期最大傾斜角φ’は、１．８°になる。
【００６８】
ただし、第２の状態において、最終最大傾斜角αは、初期最大傾斜角φ’よりも小さい。
【００６９】
本発明に従った一例のピン持ち上げシステムの第２の状態では、第１のベアリング１１１０が第２のベアリング部１１１２に対して移動しているために、第１のベアリング１１１０と第２のベアリング部１１１２との間の距離ｄ’’が２．０ｃｍになっていると仮定する。さらに、ＥＳＣ１０６の上面から点１１４６までの距離Ｄ’’が４．４ｃｍであり、第１のベアリング１１１０とハウジング外側部１１０８との間の間隔Δ1’が１．４ｍｍのままであると仮定する。かかる場合、第１のベアリング１１１０および第２のベアリング部１１１２の間の距離ｄ’’に対するＥＳＣ１０６の上面から点１１１２までの距離Ｄ’’の比は、２．２である。式（７）を用いると、ピン持ち上げシステム１１００が第２の状態にある時のピン１１０２の最大側方変位Δ2’’は、３．０８ｍｍと算出される。換言すると、ピン１１０２は、３．０８ｍｍの望ましくない側方の遊びを有しており、それにより、ピン１１０２は、ＥＳＣ１０６と接触して損傷しうる。つまり、上述した従来のピン持ち上げシステムよりも側方の遊びが４０％低減される。
【００７０】
本発明の一態様に従ったピン持ち上げシステムは、ピンがＥＳＣの表面に近づいた状態にある時に、持ち上げピンの最大側方移動を減少させる。ピン保持シャフトのピン保持部内で半径方向力を提供する装置が、ピンのさらなる心合わせを提供する。さらに、ピン保持シャフトのピン保持部内におけるピン最下端およびピンシートの形状が協働して、ピンのさらなる心合わせを提供する。最後に、ピン持ち上げシステムの第１のベアリングおよび第２のベアリング部の間の距離を変化させることにより、持ち上げピンの最終最大側方移動が小さくなる。
【００７１】
本発明の様々な好ましい実施形態に関するこれまでの記載は、説明を目的としたものである。つまり、本発明を網羅するものでも、開示された正確な形態に本発明を限定するものでもなく、上述の教示に基づき、多くの変形例および変更例が可能であることは明らかである。上述した代表的な実施形態は、本発明の原理および実際の応用を最も良く説明することで、当業者が、様々な実施形態、および、想定される特定の利用に適した様々な変形例で、本発明を最適に利用できるようにするために、選択され記載されたものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および下面を有する静電チャックと共に用いる装置であって、前記上面は幅の分だけ前記下面から離れており、前記静電チャックは、さらに、前記上面に第１の幅を有すると共に前記下面に第２の幅を有する穴を備え、前記第１の幅は前記第２の幅よりも小さく、前記上面はその上にウエハを配置することが可能であり、前記装置は、
前記第１の幅よりも小さいピン幅を有するピンと、
ピン保持部と、端部と、前記ピン保持部および前記端部の間に位置する中央部とを有するシャフトであって、前記中央部は第１のベアリング部を備える、シャフトと、
ネック部と、
第１の端部および第２の端部を有し、第２のベアリング部を備える外側ハウジング部と、
を備え、
前記シャフトは、前記外側ハウジング部の中に配置され、前記外側ハウジング部に対して移動可能であり、
前記ネック部は、前記第１の端部に配置され、
前記第２のベアリング部は、前記ネック部に対して移動せず、
前記第１のベアリング部は、前記第２のベアリング部に対して移動可能である、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記ピンは、第１のピン端部および第２のピン端部を備え、
前記第１のピン端部は、前記第２のピン端部からピン長さの分だけ離れており、
前記第２のピン端部は、雄形状を有し、
前記ピン保持部は、開口端を有する通路と、前記開口端からピン保持長さの分だけ離れたピン保持底部とを備え、
前記ピン保持底部は、雌形状を有し、
前記ピンは、前記第２のピン端部が前記ピン保持底部の上に載るように前記ピン保持部内に配置される、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記第２のピン端部は、半球凸面の雄形状を有し、
前記ピン保持底部は、半球凹面の雌形状を有する、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、さらに、
前記ピンを囲むように前記ピン保持部内に配置された半径方向力提供装置を備え、
前記半径方向力提供装置は、前記ピン保持部と前記ピンとの間で半径方向力を提供するよう動作可能である、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記ピンは、第１のピン端部および第２のピン端部を備え、
前記第１のピン端部は、前記第２のピン端部からピン長さの分だけ離れており、
前記シャフトは、第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、
前記シャフトが前記第１の位置に配置された時、前記第１のピン端部は、前記上面と前記第２のピン端部との間に配置され、前記第１のベアリング部は、前記第２のベアリング部から第１のベアリング分離距離だけ離れて配置され、
前記シャフトが前記第２の位置に配置された時、前記上面は、前記第１のピン端部と前記第２のピン端部との間に配置され、前記第１のベアリング部は、前記第２のベアリング部から第２のベアリング分離距離だけ離れて配置され、
前記第１のベアリング分離距離は、前記第２のベアリング分離距離よりも長い、装置。
【請求項１】
上面および下面を有する静電チャックと共に用いる装置であって、前記上面は幅の分だけ前記下面から離れており、前記静電チャックは、さらに、前記上面に第１の幅を有すると共に前記下面に第２の幅を有する穴を備え、前記第１の幅は前記第２の幅よりも小さく、前記上面はその上にウエハを配置することが可能であり、前記装置は、
前記第１の幅よりも小さいピン幅を有するピンと、
ピン保持部と、端部と、前記ピン保持部および前記端部の間に位置する中央部とを有するシャフトであって、前記中央部は第１のベアリング部を備える、シャフトと、
ネック部と、
第１の端部および第２の端部を有し、第２のベアリング部を備える外側ハウジング部と、
を備え、
前記シャフトは、前記外側ハウジング部の中に配置され、前記外側ハウジング部に対して移動可能であり、
前記ネック部は、前記第１の端部に配置され、
前記第２のベアリング部は、前記ネック部に対して移動せず、
前記第１のベアリング部は、前記第２のベアリング部に対して移動可能である、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記ピンは、第１のピン端部および第２のピン端部を備え、
前記第１のピン端部は、前記第２のピン端部からピン長さの分だけ離れており、
前記第２のピン端部は、雄形状を有し、
前記ピン保持部は、開口端を有する通路と、前記開口端からピン保持長さの分だけ離れたピン保持底部とを備え、
前記ピン保持底部は、雌形状を有し、
前記ピンは、前記第２のピン端部が前記ピン保持底部の上に載るように前記ピン保持部内に配置される、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記第２のピン端部は、半球凸面の雄形状を有し、
前記ピン保持底部は、半球凹面の雌形状を有する、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、さらに、
前記ピンを囲むように前記ピン保持部内に配置された半径方向力提供装置を備え、
前記半径方向力提供装置は、前記ピン保持部と前記ピンとの間で半径方向力を提供するよう動作可能である、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記ピンは、第１のピン端部および第２のピン端部を備え、
前記第１のピン端部は、前記第２のピン端部からピン長さの分だけ離れており、
前記シャフトは、第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、
前記シャフトが前記第１の位置に配置された時、前記第１のピン端部は、前記上面と前記第２のピン端部との間に配置され、前記第１のベアリング部は、前記第２のベアリング部から第１のベアリング分離距離だけ離れて配置され、
前記シャフトが前記第２の位置に配置された時、前記上面は、前記第１のピン端部と前記第２のピン端部との間に配置され、前記第１のベアリング部は、前記第２のベアリング部から第２のベアリング分離距離だけ離れて配置され、
前記第１のベアリング分離距離は、前記第２のベアリング分離距離よりも長い、装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２０１２−５１６５６３（Ｐ２０１２−５１６５６３Ａ）
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４７０３７（Ｐ２０１１−５４７０３７）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５０３５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８６７９６
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５０３５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８６７９６
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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