KR100704572B1 - 웨이퍼를 회전시키는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응 장치 내에 부상 상태로 배열된 웨이퍼를 회전시키기 위한 방법 및 장치이다. 상기 웨이퍼는 이러한 특성의 반응 장치 내에서 처리되고, 이러한 처리는 가능한 균일하게 실행되는 것이 중요하다. 이러한 목적을 위하여, 가스 흐름이 웨이퍼의 표면에 수직으로 나올 수 있게 하여 웨이퍼를 회전시키고, 그 후 이 가스에 웨이퍼에 대하여 접선 방향 성분을 부여하여 회전을 발생시킨다. 이러한 접선 방향 성분은 홈의 설치에 의하여 발생될 수 있고, 이 홈은 나선 또는 원형 구조가 될 수 있다.

Description

웨이퍼를 회전시키는 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR ROTATING A WAFER}

본 발명은 웨이퍼와 같은 디스크형 물체를 회전시키는 방법으로서, 상기 디스크형 물체의 일측부를 따라서 가스 흐름을 지향시키고, 상기 디스크형 물체를 회전시키며, 상기 가스 흐름에는 홈 패턴에 의하여 상기 물체에 대하여 접선 방향의 회전 발생 성분이 부여되는 것인 디스크형 물체를 회전시키는 방법에 관한 것이다.

이러한 방법은 US-A-3706475호에 공지되어 있다. 이 명세서에는 웨이퍼 운반 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 긴 궤도를 포함하고, 하부로부터 가스가 부가되어 웨이퍼에는 이행 운동 외에도 회전 운동이 부여된다.

US-A-3930684호로부터 반응 장치에 배치된 반도체 재료 웨이퍼와 같은 물체를 회전시키는 방법이 공지되어 있다. 반응 장치에서 부상하여 유지되는 단일 웨이퍼의 처리 중에, 이러한 특성의 처리를 가능한한 균일하게 실행하는 것이 중요하다. 이러한 목적으로, 종래 기술에서는 웨이퍼를 회전시키는 것이 제안되고 있다. 종래 기술에 따르면, 가스 주입구를 웨이퍼 표면에 수직으로 개방하는 것이 아니라, 웨이퍼 표면에 대하여 예각으로 종결되게 함으로써(지향성 에어 제트) 회전 운동이 부과된다. 결과적으로, 웨이퍼에는 추진 운동이 부여된다.

그러나, 이러한 방식으로 가스 주입구를 천공하는 것은 특히 복잡할 뿐만 아니라 흘러 나가는 가스가 그것의 접선 방향 흐름 성분을 신속하게 잃어버리기 때문에, 얻을 수 있는 회전 속도가 제한되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 상기 가스 주입구를 벽에 대하여 경사지게 천공해야 하기 때문에, 이러한 특성의 반응 장치의 벽을 제조하기가 복잡하다.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 피하는 한편, 그럼에도 불구하고 웨이퍼의 회전을 유지시키면서 비교적 저렴하고 간단한 방법으로 웨이퍼에 상기 특징의 회전을 부여하는 것을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼의 효과적인 처리를 실현하기 위하여 이 웨이퍼의 위치를 정밀하게 설정하는 것이다.

전술한 목적은, 상기 물체가 모든 면이 밀폐된 격실 내에 부상 상태로 수용되고, 상기 물체는 실질적으로 회전하기만 하고, 상기 물체의 타측면을 따라서 추가적인 가스 흐름이 지향되는 전술한 방법에 의하여 실현된다.

홈 패턴이 존재함으로써 가스 흐름에는 웨이퍼에 대하여 접선 방향으로 연장되는, 즉 웨이퍼에 회전 운동을 제공하는 운동 성분이 부여된다. 또한, 웨이퍼는 타측부로부터 추가적인 가스 흐름의 작용을 받아서 반응 장치 내에서 정밀하게 위치 설정된다. 또한, 가스 흐름은 웨이퍼가 실질적으로 회전만 하고 평행 이동 운동은 행하지 않도록 조절 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가스 흐름은 반응 장치의 가스 주입구 로부터 상기 물체에 대체로 수직 방향으로 취입된다.

놀랍게도, 홈 패턴을 마련함으로써 가스의 흐름 방향에 영향을 줄 수 있다는 것이 밝혀졌다. 가스는 홈 방향으로 흐르기 시작하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 최소 저항 경로이기 때문이다. 가스 흐름은 이러한 방법으로 홈이 연장되는 전체 거리에 걸쳐서 안내된다. 홈의 방향이 접선 방향 성분을 포함한다면, 가스에 도 접선 방향 흐름 성분이 부여된다. 이 접선 방향 흐름 성분은 웨이퍼가 회전 운동하게 한다. 이러한 특성의 홈은 밀링에 의하여 비교적 쉽게 형성할 수 있다. 홈의 패턴은 원하는 어떤 형상을 취해도 된다. 유리한 구조에 따르면, 홈의 패턴은 나선(螺旋)형으로 배치된다. 이 경우, 홈은 나선이 웨이퍼의 중심 근처에서 시작해서 이 웨이퍼의 원주부 근처에서 끝나게 배열되는 것이 바람직하다. 원하는 회전 속도는 나선형 홈의 형상에 의하여 설정될 수 있다. 따라서, 웨이퍼에 공급되는 가스의 총량은 원하는 회전 속도와 무관하게 선택될 수 있고, 최적의 축방향 및 반경 방향 지지와 균일한 공정 결과를 얻을 수 있도록 설정될 수 있다. 이것은 나선형 홈을 채택함으로써 달성될 수 있다. 결과적으로, 비교적 적은 양의 가스로 작동 가능한데, 이는 반응 장치 내부에 균일성을 유지하기 위하여 바람직하다.

또한, 이러한 균일성은 가스가 나오는 가스 주입구를 나선형 패턴으로 배열함으로써 더욱 향상될 수 있다. 이는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가스 주입구는 웨이퍼의 표면에 대체로 수직으로 연장하지만, 만약 이들 가스 주입구를 가상선으로 연결하면, 결과적으로 나선의 시점이 바람직하게는 웨이퍼의 원하는 중심 근처에 위치하고 나선의 종점이 웨이퍼의 외주부 근처에 위치하게 된다는 것을 의미한다. 회전 중에는 웨이퍼 상의 소정의 점이 항상 원에 배열된 동일한 가스 주입구를 "향하는 것"은 아닌데, 종래 기술에서는 이것이 환형 처리 패턴을 초래하였다.

가스 주입구의 회전과 나선형 패턴을 조합함으로써, 처리 가스를 특히 균일하게 분포시키고 웨이퍼 표면을 특히 균일하게 처리하게 된다.

홈 패턴의 다른 가능한 설계는 하나 이상의 원호부로 이 패턴을 구성하는 것이다. 이러한 경우에, 가스 주입구가 홈의 단부 중 하나 근처에 위치하는 것이 중요하다. 이 경우에도, 가스 흐름은 바람직하게 홈의 방향으로 흐르기 시작할 것이다. 홈의 방향은 완전한 접선 방향이기 때문에, 이러한 회전 구동 방법은 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다. 이러한 변형례의 또 다른 이점은 회전 구동이 실질적으로 웨이퍼의 축 방향 지탱, 즉 웨이퍼를 부상 상태로 유지하는 가스 흐름과 무관하다는 것이다. 예를 들면, 웨이퍼를 부상 상태로 유지시키기 위한 가스 흐름이 일정 수준으로 유지되는 동안, 회전 구동시키기 위한 가스 흐름을 증가시키거나 차단시키는 것이 가능하다. 결과적으로, 반응 장치 내의 다른 조건이 실질적으로 변화하지 않고 유지되는 동안, 웨이퍼의 회전 속도는 변화한다. 원호부로서 배열된 홈들을 웨이퍼의 외주부 근처에 배치하면, 회전 구동 효율과 구동 모멘트가 극대화된다. 또한, 홈의 타단부 근처에 가스 배출구를 배열하면 회전 구동 효율이 더욱 향상된다. 회전 구동 홈을 통과하는 가스의 흐름 방향을 역전시키면 회전 방향이 역전된다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 웨이퍼가 반응 장치 내부에 수평으로 배 치되는 경우에, 웨이퍼를 회전시키는 가스 흐름은 이 웨이퍼의 상부에서 주입되는 바, 즉 회전 구동은 양측면 뿐 아니라 위 아래로부터 모두 실현될 수 있다.

본 발명은 또한 반도체 웨이퍼를 부상 회전 처리하는 반응 장치로서, 상부 및 하부를 포함하고, 이 상부와 하부 사이에는 웨이퍼를 수용하는 챔버가 형성되어 있고, 상기 상부 및 하부에는 가스 주입구가 마련되어 있으며, 이들 가스 주입구는 상기 상부 및 하부 중 하나 이상에 대체로 수직으로 연장되고, 상기 가스 흐름에 상기 물체에 대하여 접선 방향 성분을 부여하는 홈 패턴이 상기 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치에 관한 것이다.

이 반응 장치에는 전술한 특별한 구조가 마련될 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 도시된 실시예와 관련하여 더욱 자세히 설명하겠다.

도 1은 내부에 웨이퍼가 부상 상태로 배치된 반응 장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 횡단면도이다.

도 3은 몇몇의 중요한 변수와 함께 나선을 개략적으로 보여준다.

도 4는 본 발명에 따른 홈의 변형예에 대한 평면도이다.

도 1에는, 반응 장치가 전체적으로 도면 부호 1로 표시되어 있다. 이 반응 장치는 단지 일부만 도시되어 있는데, 상부(2)와 하부(3)를 포함한다. 예시되지 않은 어떤 바람직한 방법으로, 상기 상부(2)와 하부(3) 사이에 형성되는 챔버 또는 처리 공간(12) 내부에 웨이퍼(10)가 수용될 수 있다. 웨이퍼용 처리 가스는 가스 주입구(4)를 거쳐 웨이퍼 상하 모든 방향에서 주입될 수 있고, 그 후 이 웨이퍼는 부상 상태로 된다. 가스는 안출 가능한 어떤 형태라도 좋은 배출구(7)를 거쳐 배출되고, 배출관(5)에 연결된 원주 채널(6)로 나온다.

웨이퍼를 회전시키기 위해서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 상부에는 다수의 홈(9)이 마련된다. 이들 홈(9)은 나선형으로서, 나선의 시점은 웨이퍼(10)의 목표 중심(11) 근처에 있다. 나선의 종점은 웨이퍼의 원주부 근처에 위치한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 대수 나선형의 홈(9)이 선택된다. 본 도면에서, 홈은 도면 부호 9로 표시되어 있고, 홈 사이에 위치한 댐으로 알려져 있는 융기부는 도면 부호 15로 표시되어 있는데, α는 홈각을 나타내고, γ_홈은 홈의 너비를 나타내며, γ_댐은 댐의 너비를 나타내고, θ는 나선 각도 좌표를 나타낸다. P1은 내경부에서의 압력이고, P2는 외경부에서의 압력이다. 대수 나선(logarithmic spiral)의 형태는 아래와 같이 표현된다.

r(θ) = r₁ e θ^tan

예를 들면, 홈의 깊이는 약 0.15 mm 이고, 10개의 홈이 있으며, 홈/댐 비율이 1:3이고, 홈각이 42°이다.

가스 주입구(4)를 통과한 가스의 상당 부분은 이들 홈(9)(최소 저항부)을 따라서 이동하고, 이에 따라 웨이퍼를 회전시키는 것으로 밝혀졌다.

이러한 특성의 홈은 경사지게 천공된 구멍과는 달리, 후속 공정에서 형성될 수 있다.

웨이퍼 표면에 대한 가스 공급의 균일성을 더욱 보장하기 위하여, 가스 주입구(4)는 가상의 나선(8)을 따라 배치된다. 나선의 시점은 마찬가지로 웨이퍼의 요망하는 중심(11) 근처에 위치한다.

홈의 형태를 결정하는 다양한 변수를 변화시키면, 회전 속도를 조절할 수 있다. 이들 인자 중 일부는 홈의 깊이, 홈의 각도, 홈/댐의 비율, 홈의 갯수 등을 포함한다. 이것은 구동 홈(9)에 대한 가스 주입구(4)의 위치를 효율적으로 설정함으로써 더 영향을 받을 수 있다.

실험해 본 결과, 가스 흐름이 연속되면 초기 상태에서 시작해서 약 10 초 후에, 해당 웨이퍼가 안정적인 회전에 도달하는 것으로 밝혀졌다. 당연히, 이것 역시 조건에 따라 다르고, 이 시간도 주어진 조건에 따라서 상당히 단축될 수 있다.

하부에도 상응하는 구조가 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이 모두는 의도된 처리에 좌우된다. 웨이퍼가 회전하는 속도는 공정에 좌우되며, 바람직하게는 2 내지 100 rmp이다

도 4는 본 발명의 변형례를 보여 주고 있다. 이러한 구조에서는, 나선형 홈은 없지만, 복수 개의 원호부(19)가 있는데, 이들 원호부는 도 4에 도시된 구조에서는 동일한 원에 배치된다. 이 도면에 도시된 구조에도, 가스 주입구(14, 16)가 있다.

전술한 구조에서와 같이, 가스 주입구는 도면의 지면(紙面)에 대해 거의 수직으로 연장된다. 도 4에 따른 구조에서는 가스가 가스 주입구(14)를 통하여 주입되면, 회전 방향은 왼쪽 방향일 것이고, 가스가 가스 주입구(16)로부터 공급되면, 회전 방향은 오른쪽 방향일 것이다. 회전 구동 홈의 위치는 웨이퍼의 원주부 근처에 있도록 선택되는데, 그 이유는 이렇게 하면 구동 모멘트와 구동 효율이 극대화 되기 때문이다. 또한, 홈의 일단부 근처에서 가스를 주입시키고, 홈의 타단부 근처에서 가스를 배출시키면 회전 구동 효율이 더욱 향상될 수 있다.

다양한 직경의 다수의 원호부를 사용할 수 있음을 이해해야 한다.

또한, 마찬가지로 원호부들 근처에 배치되는 가스 배출구와 임의로 조합하여 다양한 가스 주입구를 만드는 것이 가능하다. 또한, 후자의 경우에는 가스 주입구와 가스 배출구 사이의 흐름의 방향이 필요에 따라 주기적으로 역전될 수 있다.

나아가, 전술한 2개의 변형 구조로부터 다른 홈 패턴도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 본 발명에서 중요한 것은 홈에 의하여 발생된 국부적인 함몰부가 수직 방향으로 송풍된 가스에 회전 발생 성분을 부여하고, 웨이퍼 앞에서 수평 방향으로 전환될 수 있다는 것이다.

비록, 본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 전술하였지만, 본 명세서를 읽고 나면 첨부된 청구 범위의 보호 범위 내에 있는 변형례가 당업자에게는 자명해 질 것이다. 비록 본 발명을 반응 장치 내의 웨이퍼를 이동시키는 것과 관련하여 설명하였지만, 다른 형태의 챔버에서 다른 물체를 이동시키기 위해 동일하게 사용될 수 있다.

Claims (16)

1. 수평 상태로 부상하도록 지지되어 회전만 하는 웨이퍼와 같은 디스크형 물체(10)를 회전시키는 방법으로서,

   상기 디스크형 물체의 주면(主面)을 따라 가스 흐름을 안내하여 이 디스크형 물체를 회전시키고, 상기 가스 흐름에는 홈 패턴(9, 19)에 의하여 디스크형 물체의 외주부에 대한 접선 방향의 회전 발생 성분이 부여되는 것인 디스크형 물체를 회전시키는 방법에 있어서, 상기 디스크형 물체는 이 디스크형 물체의 위에 위치하는 수평 상부(2)와 이 디스크형 물체의 아래에 위치하는 수평 하부(3)를 포함하고 모든 면이 폐쇄되어 있는 격실 내에 수용되고, 상기 상부 및 하부 중 적어도 하나는 상기 홈 패턴을 포함하며, 상기 가스 흐름은, 상기 홈을 포함하는 상부 및 하부에 위치하고 이들 상부 및 하부의 표면에 대해 수직으로 배향되는 가스 주입구(4, 14, 16)로부터 격실 내로 주입되며, 이에 의해 상기 가스 흐름은 상기 격실 내로 주입된 후에 상기 홈에 의하여 이 홈을 따르는 방향으로 전환되어 상기 디스크형 물체를 회전시키고, 상기 디스크형 물체의 편평한 다른 표면을 따라 추가적인 가스 흐름이 지향되는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체를 회전시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 회전을 발생시키는 가스 흐름은 상기 디스크형 물체 상측의 주면으로 주입되고, 상기 추가적인 가스 흐름은 하부의 편평한 표면을 따라 지향되어 상기 디스크형 물체를 지지하는 것인 디스크형 물체를 회전시키는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디스크형 물체를 회전시키는 상기 가스 흐름은 나선형 홈(9) 패턴을 사용하여 조절되고, 이 나선형 홈 패턴의 시점은 웨이퍼의 중심(11) 근처에 위치하며, 이 나선형 패턴의 종점은 상기 디스크형 물체의 외주부 근처에 위치하는 것인 디스크형 물체를 회전시키는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디스크형 물체를 회전시키는 상기 가스 흐름은 원호부를 포함하는 홈(19) 패턴을 사용하여 조절되고, 상기 각 원호부에는 이 원호부의 일단부 근처에 하나 이상의 가스 주입구가 배치되는 것인 디스크형 물체를 회전시키는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 일단부 근처에 하나 이상의 가스 주입구가 배치된 각 원호부에는, 이 원호부의 타단부 근처에 하나 이상의 가스 배출구가 배치되는 것인 디스크형 물체를 회전시키는 방법.
6. 상부(2)와 하부(3)를 포함하고, 이 상부와 하부 사이에 웨이퍼를 수용하는 챔버(12)가 형성되며, 상기 상부 및 하부에는 가스를 상기 챔버 내로 주입하기 위한 가스 주입구(4, 14, 16)가 마련되는 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치(1)에 있어서, 상기 가스 주입구는 상부(2) 및 하부(3)에 대해 수직으로 배향되고, 상기 상부 및 하부 중 적어도 하나의 표면에는 홈(9, 19) 패턴이 배치되며, 이 홈 패턴은 상기 가스 주입구로부터 상기 챔버로 도입되는 가스에 상기 챔버 내에 유지되는 웨이퍼의 외주부에 대하여 접선 방향의 흐름 성분을 부여하도록 구성되는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 홈 패턴은 나선형 홈(9) 패턴을 포함하고, 이 나선형 홈 패턴의 시점은 웨이퍼(10)의 중심(11) 근처에 위치하고, 이 나선형 홈 패턴의 종점은 웨이퍼의 외주부 근처에 위치하는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
8. 제7항에 있어서, 표면에 홈을 포함하는 상기 상부 및 하부 중 하나 이상에는 가스 주입구(4)가 나선(8)을 따라 배치되며, 이 나선의 시점은 웨이퍼(10)의 중심(11)의 근처에 위치하고, 이 나선의 종점은 웨이퍼의 외주부 근처에 위치하는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 가스 주입구(4)는 상기 나선형 홈에 인접하게 배치되는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 나선형 홈은 흐름 방향으로 넓어지도록 구성되는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 홈 패턴은 원호부(19)를 포함하며, 각 원호부에는 그 일단부 근처에 배치되는 하나 이상의 가스 주입구가 마련되는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 일단부 근처에 배치된 하나 이상의 가스 주입구(14)가 마련된 상기 각 원호부에는 이 원호부의 타단부 근처에 배치되는 하나 이상의 가스 배출구(16)가 마련되는 것인 반도체 웨이퍼의 부상 회전 처리용 반응 장치.
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