特許 7071260 基板の能動的／受動的結合及び脱結合のための基板キャリア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-10

(45)【発行日】2022-05-18

(54)【発明の名称】基板の能動的／受動的結合及び脱結合のための基板キャリア

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20220511BHJP

   B23Q 3/15 20060101ALI20220511BHJP

   B24B 41/06 20120101ALI20220511BHJP

   B23Q 3/08 20060101ALN20220511BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/68 P

H01L21/68 R

B23Q3/15 D

B24B41/06 L

B23Q3/08 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018518634

(86)(22)【出願日】2016-10-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2018-11-08

(86)【国際出願番号】 US2016056623

(87)【国際公開番号】W WO2017066311

(87)【国際公開日】2017-04-20

【審査請求日】2019-10-07

(31)【優先権主張番号】62/240,489

(32)【優先日】2015-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】リュウ， ジェン セルン

(72)【発明者】

【氏名】ティルナヴカラス， シリスカンタラジャ

【審査官】三浦 みちる

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２１１０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５３２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４７３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４７９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０９６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２００８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３９４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｂ２３Ｑ ３／１５

Ｂ２４Ｂ ４１／０６

Ｂ２３Ｑ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を保持するための基板キャリアであって、
多孔性材料で形成されたディスクであって、当該ディスクが、中心軸の周囲で対称的に形成され、且つ実質的に平面状の上面及び露出した反対側の下面を画定し、前記多孔性材料が前記実質的に平面状の上面から前記露出した反対側の下面までにわたって存在する、ディスク、及び
前記実質的に平面状の上面に形成された、粘着性のある半多孔性表面コーティングであって、前記実質的に平面状の上面の外縁のみに形成されている半多孔性表面コーティング
を備えている基板キャリア。

【請求項2】

前記ディスクが、前記上面の前記外縁において形成された周縁段部を含み、前記半多孔性表面コーティングが前記上面と実質的に同一平面上になるように、前記半多孔性表面コーティングが前記周縁段部に配置される、請求項１に記載の基板キャリア。

【請求項3】

前記半多孔性表面コーティングが、ポリジメチルシロキサンを含む、請求項１又は２に記載の基板キャリア。

【請求項4】

前記基板キャリアが、０．７ｍｍから２ｍｍの間の厚さを有する、請求項１又は２に記載の基板キャリア。

【請求項5】

前記多孔性材料が、炭化ケイ素を含む、請求項１又は２に記載の基板キャリア。

【請求項6】

基板を基板キャリアに結合又は基板キャリアから脱結合するための結合／脱結合システムであって、
前記基板キャリアを保持するために上面に形成されたポケットを有する剛性ベース、
前記ポケットにおいて形成された真空チャネル、及び
前記ポケット内の複数の領域であって、それぞれ複数の孔クラスタを有する複数の領域
を備えており、
前記基板キャリアが、
多孔性材料で形成されたディスクであって、当該ディスクが、中心軸の周囲で対称的に形成され、且つ実質的に平面状の上面及び露出した反対側の下面を画定し、前記多孔性材料が前記実質的に平面状の上面から前記露出した反対側の下面までにわたって存在する、ディスク、及び
前記実質的に平面状の上面に形成された、粘着性のある半多孔性表面コーティングであって、前記実質的に平面状の上面の外縁のみに形成されている半多孔性表面コーティング
を備えている、
結合／脱結合システム。

【請求項7】

前記複数の孔クラスタが、それぞれ、密封リングによって周囲環境から密封される、請求項６に記載の結合／脱結合システム。

【請求項8】

前記孔クラスタの各孔が、０．２ｍｍから０．４ｍｍの直径を有する、請求項６又は７に記載の結合／脱結合システム。

【請求項9】

各密封リング内の各クラスタが、隣接するクラスタから、２ｍｍから３ｍｍ離れている、請求項６又は７に記載の結合／脱結合システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示の実施形態は、概して、半導体製造の分野に関し、より具体的には、基板処理手順における基板の取り扱いに関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］基板キャリアは、１つ又は複数の基板を支持し、１つ又は複数の基板を処理チャンバ及び／又は他の装置の中で搬送且つ保持するように使用される。キャリアは、炭化ケイ素、ケイ素、炭化ケイ素被覆黒鉛などの材料から作られることが多く、それによりウエハの処理中に昇温状態で使用されることが可能となる。発明者らは、処理（例えば、バックグラインド工程）を経た基板を単純に脱結合する必要性を認めた。剛性キャリアに接着テープを用いる従来の結合アプローチでは、脱結合の間、基板への接着があまりにも強いため、基板に機械的応力がかかる場合がある。

【0003】

［０００３］したがって、発明者らは、上述の１つ又は複数の欠点に対処するような改善された基板キャリアの実施形態を提供した。

【発明の概要】

【0004】

［０００４］基板の能動的／受動的結合及び脱結合を可能にする基板キャリアの実施形態が本明細書で提供される。幾つかの実施形態では、基板を保持するための基板キャリアは、多孔性材料で形成されたディスクであって、中心軸の周囲で対称的に形成され、且つ実質的に平面状の上面を画定するディスクを含む。

【0005】

［０００５］幾つかの実施形態では、基板を保持するための基板キャリアは、露出した上面と、露出した下面と、基板をディスクに対してクランプするよう、真空チャックからの真空圧力をディスクの上面にある基板の裏側に送ることを可能にするために、上面から下面へと延びる複数の貫通孔とを有するディスクを含む。

【0006】

［０００６］幾つかの実施形態では、基板を基板キャリアに結合又は基板キャリアから脱結合するための結合／脱結合システムは、基板キャリアを保持するために上面に形成されたポケットを有する剛性ベース、ポケットにおいて形成された真空チャネル、及びポケット内の複数の領域であって、それぞれ複数の孔クラスタ（孔群）を有する複数の領域を含む。

【0007】

［０００７］例示的な実施形態の他の及びさらなる態様、特徴、及び利点は、開示目的で提示される以下の記載から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

［０００８］上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本開示の実施形態は、添付の図面に示した本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解することができる。しかしながら、添付の図面は、本開示の例示的な実施形態のみを示しており、したがって、開示された発明原理の範囲を限定していると見なすべきではない。なぜなら、このような原理は、他の等しく有効な実施形態を許容し得るからである。

【0009】

【図1】本開示の幾つかの実施形態に係る、基板キャリアとの使用に適した処理チャンバを示す。

【図2】本開示の幾つかの実施形態に係る、基板支持ペデスタルの上に配置された基板キャリアの概略側面図である。

【図3】本開示の幾つかの実施形態に係る、基板キャリアの上面図を示す。

【図4】基準平面４－４’にわたって切り取られた、図３の基板キャリアの断面図を示す。

【図5】本開示の幾つかの実施形態に係る、結合／脱結合システムの上面図を示す。

【0010】

理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。これらの図は、縮尺どおりには描かれておらず、分かりやすくするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［００１５］能動的結合／脱結合のためのシステムの実施形態が本明細書で開示されている。本発明の基板キャリアは、例えばバックグラインドなどの処理の間に基板を確実に保持することを可能にし、その後、薄化された基板をツールから別のキャリアプラットフォームへとシームレスに移送させることを可能にし、有利には、移送中に基板にかかる機械的応力を最小限にし、ひいては、基板の潜在的損傷をも最小限にする。

【0012】

［００１６］図１は、本開示の幾つかの実施形態に係る、基板の処理に適したシステム１００を示す。幾つかの実施形態では、システム１００は、基板バックグラインドシステムである。しかしながら、システム１００は、代替的に、基板の改善された保持が望ましい任意の処理システムであってもよい。システム１００は、コントローラ１５０及び処理チャンバ１０２を含み得る。例示的な処理チャンバには、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なバックグラインドチャンバ（ｂａｃｋ－ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ）が含まれ得る。他の適切な処理チャンバも同様に使用してよい。

【0013】

［００１７］処理チャンバ１０２は、概して処理容積１０５を囲むチャンバ本体１０４及びチャンバ蓋体１０６を有する。処理容積１０５は、例えば、処理チャンバ１０２内に配置された基板支持ペデスタル１０８と基板支持ペデスタル１０８に対向して配置されたバックグラインド装置１８０との間で画定され得る。基板支持ペデスタル１０８は、基板バックグラインド作業の間、取り外し可能な基板キャリア１１５上に配置された基板１１０を支持するように構成されている。幾つかの実施形態では、基板支持ペデスタル１０８は、静電チャック、真空チャック、基板保持クランプ、又は同等物（図示せず）のような、基板支持ペデスタル１０８の表面の基板１１０及び基板キャリア１１５を保持又は支持する機構を含み得る。

【0014】

［００１８］例えば、幾つかの実施形態では、基板支持ペデスタル１０８は、チャック電極１４０を含み得る。チャック電極１４０は、１つ又は複数の電源（１つの電源１３８を図示）に連結され得る。代替的に、基板支持ペデスタル１０８は、真空源１３６に連結された複数の真空チャネルを含み得る。基板キャリア１１５上に配置される基板１１０は、処理チャンバ１０２の壁にある開口１１２を通して、処理チャンバ１０２に入ることができる。開口１１２は、スリットバルブ１１８又は開口１１２を通してチャンバ内部へのアクセスを選択的にもたらすその他の機構により、選択的に密封され得る。基板支持ペデスタル１０８は、リフト機構１３４に連結され得る。リフト機構１３４は、開口１１２を通して基板をチャンバに出入りさせる基板の移送に適した下方位置（図示されているように）と、処理に適した選択可能な上方位置との間で、基板支持ペデスタル１０８の位置を制御することができる。

【0015】

［００１９］幾つかの実施形態では、システム１００は、処理チャンバ１０２の内部から過剰な処理ガス、処理副生成物、又は同等物を除去する排気システム１２０を含み得る。排気システム１２０は、概して、ポンピングプレナム１２４、及び、例えば、１つ又は複数の入口１２２（２つの入口が示されている）を通して、ポンピングプレナム１２４を処理チャンバ１０２の内部容積（及び概して、処理容積１０５）に連結する１つ又は複数の導管を含む。真空ポンプ１２８は、処理チャンバ１０２から排気ガスを送出するポンピングポート１２６を介して、ポンピングプレナム１２４に連結され得る。真空ポンプ１２８は、必要に応じて排気を適切な排気取扱い機器に送るために、排気出口１３２に流体連結され得る。真空ポンプ１２８の動作と共に排気ガスの流量の制御を助けるために、バルブ１３０（ゲートバルブ、又は同等物等）がポンピングプレナム１２４内に配置され得る。ここではｚ運動ゲートバルブが示されているが、排気の流量を制御する任意の適切な、処理に適合するバルブを使用してもよい。

【0016】

［００２０］上述の処理チャンバ１０２の制御を促進するため、システムは、コントローラ１５０を含み得る。コントローラ１５０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために産業用設定で使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであり得る。ＣＰＵ１５２のメモリ又はコンピュータ可読媒体１５６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカルデジタルストレージ或いは遠隔デジタルストレージなどの、容易に入手可能なメモリのうちの１つ又は複数であり得る。サポート回路１５４は、従来の様態でプロセッサをサポートするためにＣＰＵ１５２に接続される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。

【0017】

［００２１］処理は、概して、ソフトウェアルーチン１５８としてメモリ１５６に記憶され得る。ソフトウェアルーチン１５８は、ＣＰＵ１５２によって実行されると、処理チャンバ１０２に本開示の処理を実行させる。さらに、ソフトウェアルーチン１５８は、ＣＰＵ１５２が制御するハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶且つ／又は実行され得る。本開示の方法の幾つか又はすべてをハードウェアで実行することもできる。したがって、処理は、ソフトウエアに実装されてもよく、且つ、例えば、ハードウェア内のコンピュータシステムを特定用途向け集積回路或いは他の種類のハードウェア実装又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせとして使用して、処理が実行されてもよい。基板１１０が基板支持ペデスタル１０８上に位置付けされた後に、ソフトウェアルーチン１５８は実行され得る。ソフトウェアルーチン１５８は、ＣＰＵ１５２によって実行されると、汎用コンピュータを、処理が実行されるようにチャンバ動作を制御する特定用途コンピュータ（コントローラ）１５０に変換する。

【0018】

［００２２］図２は、基板１１０、及び基板支持ペデスタル１０８上に配置された基板キャリア１１５の概略側面図を示す。幾つかの実施形態では、基板キャリア１１５は、多孔性材料で形成されたディスクであって、中心軸２０５の周囲で対称的に形成され、且つ実質的に平面状の上面２０１を画定するディスクであり得る。基板キャリア１１５は、実質的に平面状の上面２０１を含む第１サイド、及び反対側の第２サイドを含む。幾つかの実施形態では、基板キャリア１１５の第２サイドは、基板キャリア１１５が、基板支持ペデスタル１０８上に位置付けされ、且つ、基板支持ペデスタル１０８から取り外されるように、実質的に平面状の露出した表面である。基板キャリア１１５は、多孔性材料から形成される。この多孔性材料は、基板１１０を基板キャリア１１５にクランプするために、負の真空圧力を真空チャック（例えば、基板支持ペデスタル１０８）から基板１１０の裏側に送るのに十分な多孔性を有する。真空圧力を基板１１０に送るのに十分な多孔性を有する例示的な材料には、炭化ケイ素が含まれ得る。しかしながら、似たような材料を代替的に使用してもよい。幾つかの実施形態では、キャリアは、例えば、約９０％と１００％との間の純度、約３．０ｋｇ／ｍ^３と４ｋｇ／ｍ^３との間の密度、及び１未満の多孔度を有する窒化アルミニウムから形成されてもよい。幾つかの実施形態では、窒化アルミニウム製キャリアは、約９７％の純度、及び約３．３ｋｇ／ｍ^３の密度を有し得る。幾つかの実施形態では、基板キャリア１１５は、基板１１０の厚さの約１．２５から約１．５倍の厚さを有する。例えば、基板キャリア１１５は、約０．７ｍｍから約２ｍｍの厚さを有し得る。

【0019】

［００２３］幾つかの実施形態では、基板キャリア１１５及び基板１１０の移送中に基板１１０が動かないように、半多孔性表面コーティング２０２が、基板キャリア１１５の上面２０１に適用（例えば、噴射塗布）され、適度な接着力がもたらされ得る。表面コーティング２０２は、基板１１０が容易に動くことを防ぐ「粘着性」の表面を設ける。表面コーティング２０２は上面２０１全体を覆っているように示されているが、代替的に、表面コーティング２０２は上面２０１の外縁に限定される場合がある。表面コーティング２０２は、半多孔性材料から形成されており、それにより、基板を基板キャリア１１５に対してクランプするために、真空圧力を基板１１０の裏側に送ることが可能となる。適切な材料には、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が含まれる。しかしながら、同じ目的を達成するために、類似した材料を代替的に使用してもよい。

【0020】

［００２４］バックグラインド処理の間、基板１１０が上部に配置された基板キャリア１１５は、基板支持ペデスタル１０８によって支持される。キャリアは、真空チャック（すなわち、基板支持ペデスタル１０８）がもたらす真空圧力の伝達を可能にし、それにより、基板１１０上で７０ｋＰａを上回るクランプ圧が生成される。処理が完了した後、移送装置は、開口１１２を通って延在し、基板キャリア１１５及び基板１１０を別の場所（例えば、別のチャンバ）に移送する。

【0021】

［００２５］一般的な取扱い（すなわち、チャンバ間の基板キャリア１１５及び基板１１０の移動）においては、基板１１０は、非粘着性の接着剤として作用する表面コーティング２０２によって、基板キャリア１１５に受動的に接着し得る。幾つかの実施形態では、表面コーティング２０２が上面２０１とほぼ同一平面上に留まるように、基板キャリア１１５の外縁に周縁段部が形成され得る。表面コーティング２０２によって基板１１０が所定位置に十分に確実に保持されるように、基板キャリア１１５が真空チャック上に配置され、基板１１０が基板キャリア１１５の上に位置付けされ、基板１１０に適用された真空が基板１１０をキャリアに対してクランプさせ、且つ真空が解除される。クランプされている間、表面コーティング２０２が圧縮され、表面コーティング２０２と基板１１０の裏側との間に接触グリップが形成される。結果的に、基板１１０の一般的な取扱い／移送に十分な（すなわち、基板１１０の取扱い／移送の間に基板の運動を止めるのに十分な）機械的グリップにより、基板１１０がキャリアに受動的に接合される。

【0022】

［００２６］図３は、本開示の幾つかの実施形態に係る、基板キャリア３１５の上面図を示す。図４は、基準平面４－４’に沿って切り取られた、基板キャリア３１５の断面図を示す。基板キャリア３１５は、露出した上面と、露出した下面と、基板をディスクに対してクランプするよう、真空チャックからの真空圧力をディスクの上面にある基板の裏側に送ることを可能にするために、上面から下面へと延びる複数の貫通孔３０２とを有するディスクである。基板キャリア３１５が真空チャックの上に位置付けされている間、貫通孔３０２は、負の真空圧力が基板の裏側に送られることを可能にし、それにより、基板が基板キャリア３１５にクランプされる。幾つかの実施形態では、（且つ図３で示されているように）複数の貫通孔３０２は、基板１１０の外縁位置において又はその近傍で円形に、且つ、基板キャリア３１５の中心に配置され得る。しかしながら、基板１１０を基板キャリア３１５にクランプすることを促進するように、複数の貫通孔３０２を他の構成で配置してもよい。幾つかの実施形態では、貫通孔３０２はそれぞれ約１ｍｍの直径を有する。幾つかの実施形態では、基板キャリア３１５は、１つ又は複数の電極３０４を任意選択的に含んでもよい。１つ又は複数の電極３０４は、１つ又は複数の電極３０４を静電チャックに電気的に連結するリード３０６により、静電チャックに連結されたときに、基板に静電クランプ力を加える。このようにして、基板キャリア３１５は、有利には、真空チャックと静電チャックとの両方を使用することができる。

【0023】

［００２７］図５は、本開示の幾つかの実施形態に係る、基板を基板キャリアに結合又は基板キャリアから脱結合するための結合／脱結合システム５００を示す。結合／脱結合システム５００は、基板キャリア１１５を保持するためのポケット５０４を有する剛性ベース５０２を含む。ベース内のガス式マニホールド（図示せず）は、基板キャリア１１５の種々の領域で、負圧と正圧のいずれかを、又はその両方を同時に、制御することを可能にする。

【0024】

［００２８］脱結合の間、受動的に接合された基板が剛性ベースの上に置かれる。剛性ベース５０２のチャネル５０５を介して負の真空圧力が適用され、基板キャリア１１５が下方に押さえつけられる。正圧が選択領域５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、及び／又は５０６Ｄにおいて適用され、基板と基板キャリア１１５との間の界面にガスが排出される。図５に示す実施形態では、結合／脱結合システム５００は、４つの領域５０６Ａ，５０６Ｂ、５０６Ｃ、及び５０６Ｄを含む。しかしながら、上述の基板の結合及び脱結合を促進するために、任意の数の領域を代替的に使用してもよい。各領域は、密封リング５０８によって周囲環境から密封される複数の孔クラスタ５１０を含む。幾つかの実施形態では、孔クラスタ５１０の各孔は、約０．２ｍｍから約０．４ｍｍの直径を有し得る。幾つかの実施形態では、各密封リング５０８内の各クラスタは、隣接するクラスタから、約２ｍｍから約３ｍｍ離れている。幾つかの実施形態では、各密封リング５０８内の各クラスタは、隣接するクラスタから、約２．５ｍｍ離れている。基板が脱結合する間にキャリアがポケット５０４において確実に留まるように、キャリアに送られる全体的な負圧は、キャリアに加えられる正圧を上回る。表面コーティング２０２と基板１１０との間の受動的結合が強くないため、圧力の反転は、最小限の応力で基板１１０を脱結合する。

【0025】

［００２９］代替的に、接合された基板は、負圧によって剛性ベースに固定され得る。その後、真空／静電ワンド移送アーム（ｖａｃｕｕｍ／ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｗａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｒｍ）が基板の上面に置かれる。真空結合又は静電結合のいずれかが基板と移送アームとの間で開始され、結果的に、基板１１０と基板キャリア１１５の積層体の両側がクランプされる（すなわち、キャリア側に負圧が加えられ、基板側に負圧／静電力が加えられる）。最後に、基板１１０を基板キャリア１１５から脱結合するために、正圧ガスパージが選択領域において剛性ベース及び基板キャリア１１５を通して排出される。結果的に、最小限の機械的応力で基板１１０を基板キャリア１１５から有利に、容易に分離することができる。

【0026】

［００３０］上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案してもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】