KR20010111030A - 기판 회전장치 - Google Patents

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KR20010111030A
KR20010111030A KR1020010031877A KR20010031877A KR20010111030A KR 20010111030 A KR20010111030 A KR 20010111030A KR 1020010031877 A KR1020010031877 A KR 1020010031877A KR 20010031877 A KR20010031877 A KR 20010031877A KR 20010111030 A KR20010111030 A KR 20010111030A
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시노자키히로유키
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

반도체기판을 회전시키는 장치가 제공되고 상기 장치는 그 위에 상기 기판을 지지하는 기판홀더, 상기 기판홀더를 직접 또는 간접적으로 지지하는 회전자, 비접촉상태에서 상기 회전자를 자기적으로 부상 및 지지시키는 자기부상기구, 및 상기 회전자를 자기적으로 회전시키는 자기회전기구를 포함한다. 상기 자기부상기구와 자기회전기구는 단일 일체형 유닛구조체로서 형성된다. 상기 유닛구조체는 상기 회전자에 회전력을 제공하기 위해 자기장을 발생시키는 제1세트의 배선과 소정 위치에 상기 회전자를 부상 및 지지하기 위해 자기장을 발생시키는 제2세트의 배선을 포함한다. 제1 및 제2세트의 배선은 자성재료로 만들어진 단일의 요크판상에 배치된다.

Description

기판 회전장치{SUBSTRATE ROTATING APPARATUS}
본 발명은 기판 회전장치에 관한 것이고, 더욱 상세히, 반도체 기판의 퇴적, 어닐링, 산화확산, 스퍼터링, 및 에칭등의 공정이 수행되는 반도체 디바이스 처리 스테이션에서 반도체 기판을 회전시키는 장치에 관한 것이다.
기판 회전장치의 분야에서, 대략 5-70 RPM 으로 반도체 기판을 회전할 수 있는 장치가 종래에 공지되어 있고, 기판을 가로지르는 온도분포를 개선시키기 위해 어닐링 처리 스테이션에서 사용된다. 예를 들어, 미국특허 제 5,965,047호는 이러한 장치를 설명하고, 반도체 기판과 기판 홀더는 원통형 중공 회전자위에 장착된다. 중공 회전자는 상대적으로 큰 직경을 갖고 볼 베이링에 의해 지지되고, 회전력은 기어방식에 의해 결합된 주회전 샤프트를 통해 중공 회전자에 전달된다. 회전자의 직경이 비교적 크더라도 회전자의 회전속도가 비교적 낮고 회전자 지지부재의 원주속도가 비교적 낮기 때문에, 접촉형 베어링이 사용되더라도 장치의 동작이 실행가능하다.
그러나, 최근에, 반도체 디바이스 제조에 사용되는 반도체 기판상에 형성된 회로패턴이 더욱더 협소해지고 있고, 그 결과, 입자와 다른 오염물질의 발생으로 인해 접촉형 베어링들이 이용되는 선행 기술의 기판 회전 장치는 더 이상 사용하기에 적합하지 않다. 반도체 기판 제조에 필연적인 환경적 비판들을 만족시키기 위해서, 비접촉 상태로 중공 회전자를 자기적으로 부상 및 지지하기 위해 자기베어링이 이용되는 기판회전장치를 이용하는 것이 요구된다.
미국특허 제 6,022,413은 접촉형 베어링이 이용되지 않는 기판처리 스테이션에서 사용하는 기판회전장치를 설명한다. 미국특허 제 6,022,413의 장치는 자기 베어링에 의해 발생된 자기력에 의해 부상되는 회전성분으로서 중공 회전자를 포함한다. 부상된 회전자는 모터에 의해 자기적으로 회전된다.
그러나, 미국특허 제 6,022,413의 장치는 그것의 수직 또는 회전축의 방향으로 연장하는 그것의 구조가 지나치게 길다는 점에서 설계장애를 겪는다. 또한, 중공 회전자의 직경은 상기 중공 회전자의 중심부를 통해 연장하는 장치의 구성요소들에 충분한 공간을 제공하기 위해 비교적 크게 만들어져야 한다. 또한, 수직축의 방향으로 긴 공간을 차지하는 구조는 상기 장치의 유지보수면에서 바람직하지 않다.
따라서, 기판회전장치의 설계요구사항과 유지보수를 고려하여, 자기 베어링과 모터를 포함하는 유닛은 가능한한 평편하게 만들어져야 한다. 미국특허 제 5,818,137은 자기 베어링 및 모터가 평편한 유닛으로 결합되거나 일체화되는 장치를 설명한다. 그러나, 이러한 비교적 평편한 유닛조차도 자기 베어링과 모터의 각각의 기능에 의해 부여되는 제약으로 인해 높이가 아직 충분히 감소되지 않는다. 상세히 말하자면, 미국특허 제 5,818,137의 장치에서는 적어도 두 개의 고정자 요크판이 요구되기 때문에, 충분히 평편한 유닛이 실현될 수 없다.
본 발명은 상술한 문제를 고려하여 행해졌다. 결과적으로, 본 발명의 목적은 0.1㎛ 이하의 배선너비(설계표준)를 갖는 차세대 반도체 디바이스를 제조하는데 필요한 장치 성능을 충족시킬 수 있고, 자기 회전자를 회전 및 지지하는 힘을 발생시키는데 필요한 구성요소들을 서로 일체화시킴으로써 상기 장치의 높이와 크기를 감소시킬 수 있는, 반도체 기판을 회전시키는 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 회전 장치를 사용하는 기판 처리스테이션의 예시 구조를 도시하는 측단면도,
도 2는 상기 장치의 수평 직교축(X,Y)과 함께 본 발명에 따른 기판회전장치의 제1 실시예의 주성분을 도시하는 도 1의 A-A라인을 따르는 수평 단면도,
도 3은 도 2의 단면도상에, 본 발명에 따른 기판회전장치의 회전 구동배선의 좌표축(U,V,W)과 위치제어배선의 좌표축(α, β)을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 기판회전장치의 회전 구동배선의 전기접속구성을 도시하는 다이어그램,
도 5는 본 발명에 따른 기판회전장치의 위치제어배선의 전기접속구성을 도시하는 다이어그램,
도 6은 본 발명에 따른 기판회전장치의 고정자요크판과 배리어벽 사이의 관계를 설명하는 다이어그램,
도 7은 본 발명에 따른 기판회전장치에서 링형상 회전자, 직교 3차원 좌표 및 자유도가 6인 강체 사이의 관계를 도시하는 도면,
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명에 따른 기판회전장치에서 사용하는 링형상 회전자의 제1 예시 구조의 평면도 및 측면도,
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명에 따른 기판회전장치에서 사용하는 링형상 회전자의 제2 예시 구조 평면도 및 측면도,
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명에 따른 기판회전장치에서 사용하는 링형상 회전자의 제3 예시 구조 평면도 및 측면도,
도 11은 본 발명에 따른 기판회전장치의 제2 실시예의 주성분들을 도시하는 수평단면도,
도 12는 본 발명에 따른 기판회전장치의 수동제어축의 강성을 개선시키기 위한 예시 구조를 도시하는 다이어그램이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 반도체 기판을 회전시키는 장치는 그위에 기판을 지지하는 기판홀더, 기판홀더를 직접 또는 간접적으로 지지하는 회전자, 비접촉상태로 회전자를 자기적으로 부상시키고 지지하는 자기 부상 기구 및 회전자를 자기적으로 회전시키는 자기 회전 기구를 포함하여 이루어지고 자기 부상기구와 자기 회전기구는 일체 유닛구조로서 형성되고,
상기 유닛 구조는 회전자에 회전력을 제공하는 자기장을 발생시키는 제1 세트의 배선과, 소정 위치에 회전자를 부상시키고 지지하기 위해 자기장을 발생시키는 제2세트의 배선을 포함하고,
제1 및 제2세트의 배선들은 자성재료로 만들어진 단일의 요크판상에 배치된다.
상술된 장치에서, 회전자가 링형상을 갖도록 형성되고 그 링형상 회전자가 지지부재에 의해 기판홀더를 간접적으로 지지하는 것이 바람직하다. 이러한 링형상 회전자를 활용함으로써, 전체적으로 상기 장치는 평편한 구조를 갖도록 형성될 수 있어, 큰 직경을 갖는 기판이 처리될 수 있게 한다.
또한, 상기 장치는 회전자의 외부면과 요크판의 내부면 사이에 배치되고 요크판에만 접촉하는 배리어벽을 포함하고, 배선의 제1 및 제2 세트가 배리어벽의 외측의 요크판상에 위치되는 것이 바람직하다. 배선 세트가 배리어벽에 의해 기판이 처리되는 공간으로부터 분리되기 때문에, 그들은 그렇지 않으면 상기 공간내에서 발생할 수 있는 부식으로부터 보호된다.
본 발명에 따른 장치에서, 배리어벽 부분에 매설된 자성재료로 이루어진 비드를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이들 부분은 제1 및 제2 배선 세트로부터 발생된 자속이 통과하는 자속 경로에 위치된다. 자속 경로에 자기비드를 이용함으로서, 비교적 큰 갭이 배리어와 링형상 회전자 사이에 형성될 수 있고, 큰 오브젝트-프리 마진(large object-free margin)이 회전자의 선회를 위해 제공된다.
더욱더, 본 발명에 따른 장치가 회전자 근처의 요크판의 상부 표면상에 또는 요크판 근처의 회전자의 상부 표면상에 배치된 자석을 포함하여 자속이 회전자의 상부표면에 직교 방향으로 발생되는 것이 바람직하다. 이러한 자석을 이용하여, 수동 안정성축의 강성을 개선시킬 수 있다.
(바람직한 실시예의 설명)
본 발명의 실시예가 첨부도면을 참조로 다음에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 기판을 회전하는 장치를 이용하는 기판 처리스테이션을 도시하는 측단면도이다. 도 2는 도 1의 A-A 라인 또는 상기 장치의 X-Y평면을 따라 취해진 수평 단면도이다. 기판 처리스테이션은 챔버(1)내부 공간의 상부에 배치된 다수의 램프 히터(2)가 차례차례로 제공된 챔버(1)를 포함한다. 챔버 (1)는 또한 처리될 타겟기판(3)을 지지하도록 그것의 내부 공간에 배치된 기판홀 더(4)가 제공된다. 기판홀더(4)는 링형상 회전자(7)상의 지지부재(5)를 통해 지지된다.
링형상 회전자(7)의 외주측 표면상에, 배리어벽(8)이 그 사이에 소정 갭을 가지고 배치되고, 상기 배리어벽의 외주와 접촉하여 고정자 요크판(6)이 배치된다. 즉, 배리어벽(8)은 고정자 요크판(6)의 내주변과 접촉한다. 회전구동배선(12)과 위치제어배선(13)은 도 2에 나타난 바와 같이 원주 방향으로 동일한 간격을 가지고 고정자 요크판(6)에 고정된다. X축 방향으로의 링형상 회전자(7)의 변위는 변위센서(9)에 의해 검출되는 반면 Y축 방향에서 그것의 변위는 변위센서(10)에 의해 검출된다. 또한 기판 처리스테이션은 회전자(7)의 회전속도를 검출하는 회전센서 (11), 램프 히터(2)로부터 방사된 열을 반사하는 반사기판(14), 기판(3)을 밀어 올리는 기판 푸시업 핀(15), 그것을 통해 냉각수등의 냉각제를 통과시키는 냉각제 라인(16), 및 게이트 밸브(17)를 포함한다.
기판홀더(4), 지지부재(5), 고정자 요크판(6), 링형상 회전자(7), 센서(9-11), 및 판(6)상의 배선(12 및 13)의 세트는 기본적으로 본 발명에 따른 기판회전장치를 형성한다. 그러나, 기판홀더는 또한 지지부재(5)를 사용하지 않고, 링형상 회전자(7)에 의해 직접 지지될 수 있다.
상술된 바와 같은, 기판 처리스테이션에서, 3차원 직교좌표는 Z축으로 정해진 수직축이 제공된다. 타겟기판(3)은 챔버(1)의 중심부에 삽입되고 기판홀더(4)상에 장착된 후 소정의 처리가 행해진다. 처리시 기판(3)이 회전되어야만 한다면, 기판(3)은 기판회전장치에 의해 Z축 주위를 회전한다. 상기 기판(3)위에 배치된 램프히터(2)는 처리에 요구되는 열에너지를 기판(3)에 공급한다. 링형상 회전자(7)는 자기적으로 고정자 요크판(6)에 결합되고 그것에 의해 지지된다. 고정자 요크판(6)은 상술된 바와같은 배리어벽(8)에 의해 챔버(1)의 기판처리공간으로부터 격리된다. 즉, 고정자 요크판(6), 회전자 구동배선(12) 및 위치제어배선(13)은 기판(3)이 위치되는 공간의 외측에 배치된다.
타겟기판(3)은 실리콘 기판, 석영기판, 게르마늄 기판 등이 될 수 있다. 기판홀더(4)는 석영, 실리콘카바이드(SiC), 스테아타이트(MgO ·SiO2), 물라이트 (3Al2O3·2SiO2)등의 재료로 이루어질 수 있다. 지지부재(5)는 석영, 실리콘카바이드(SiC), 스테아타이트(MgO ·SiO2), 물라이트(3Al2O3·2SiO2), 스테인레스강등의 재료로 이루어질 수 있다. 링형상회전자(7)는 퍼멀로이(PB, PC), 전자기 스테인레스강, Fe-Si 강, 전자기 연철(SUY-B , SUY-P)등의 자성재료로 이루어질 수 있다.영구자석이 회전자(7)로 사용될 때, 사마륨/코발트계 자석 또는 철/네오디뮴/붕소계 자석이 적용가능하다. 또한, 내식성을 증가시키기 위해서, 니켈도금등의 코팅이 회전자(7)에 적용된다.
배리어벽(8)이 원통형상을 갖도록 형성된 비자성재료로 이루어질 수 있고, 도 6에 명확히 도시된 바와 같이, 고정자 요크판(6)의 내주면에 접촉된다. 배리어벽(8)에 알맞는 비자성재료는 오스테나이트계 스테인리스강(SUS3 16 ,SUS304), 폴리에테르/에테르 케톤(PEEK)재료, 알루미늄 합금등이 될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고정자 요크판(6)은 요크판(6-1), 회전구동배선 (12) 및 위치제어배선(13)으로 이루어져 있다. 배선(12)은 각각 U, V 및 W상을 위한 세 가지 형태의 배선(12-1, 12-2, 12-3)으로 분류된다. 배선(12-1)은 + U 및 -U 상 배선 구성요소를 포함하고, 배선(12-2)은 +V 및 -V상 배선 구성요소를 포함하고, 배선(12-3)은 +W 및 -W상 배선 구성요소를 포함한다. 이들 배선 구성요소는 도 3에 도시된 바와 같이 위치된다. 배선(13)은 두 가지 형태의 배선(13-1, 13-2)으로 분류된다. 배선(13-1)은 +α및 -α축 배선 구성요소를 포함하고, 배선(13-2)은 +β및 -β축 배선 구성요소를 포함한다. 이들 배선 구성요소는 도 3에 도시된 바와 같이 위치된다. 자성재료로 이루어진 요크판(6-1)은 고체 퍼멀로이(PB , PC), 전자기 스테인리스강판 또는 Fe-Si강판등의 적층된 실리콘 강판 구조로 이루어질 수 있을 것이다. 와전류 손실을 가능한 가장 적게 발생시킬 수 있는 구조가 요크판으로서 바람직하다. 상세히 말하자면, 박판의 적층 및 고저항성을 갖는 재료가 판(6-1)으로서 사용되어야만 한다. 도 3은 또한 회전 구동 배선(12)의 좌표축(U,V,W), 위치제어배선(13)의 좌표축(α,β) 및 수평 직교 좌표(X, Y) 사이의 관계를 나타낸다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 위치제어배선(13)의 좌표축(α,β)은 수평직교좌표(Y 및 X)와 각각 일치한다.
각각의 회전구동배선(12)은 종래의 모터의 배선과 동등한 구조를 갖고 통상의 배선재료로 만들어질 수 있다. 이는 각각의 위치제어배선(13)에도 동일하게 적용된다.
도 4는 배선 구성요소(12-1, 12-2, 12-3)로 분류된 회전구동배선(12)의 전기접속을 도시하고, 도 5는 배선 구성요소(13-1,13-2)로 분류된 위치제어배선(13)의 전기접속을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, + U 및 -U 상 배선 구성요소(12-1), +V 및 -V상 배선 구성요소(12-2) 및 +W 및 -W상 배선 구성요소(12-3)는 스타 구조로 접속된다. U상 전류(iu), V상 전류(iv), 및 W상 전류(iw)는 각각 지능 전력 모듈(IPM)(18)로부터 공급된다. 세가지 전류 검출 성분을 갖는 상전류 검출기(19)는 각각의 상전류 (iu,iv,iw)를 검출하기 위해 제공된다. 여기서, IPM(18)는 일반적으로 종래의 모터 제어기로서 사용되는 것일 수 있고, 상전류 검출기(19)는 상업적으로 이용가능한 것일 수 있다. 상전류 검출기(19)에 의해 검출된 상전류는 모터와 위치 제어 배선 (13)용 벡터 제어 드라이브(vector control drive)에 공급되는 제어신호를 생성하기 위해 사용된다.
한편, 도 3 뿐만 아니라 도 5에 나타난 바와 같이, 배선 구성요소(13-1,13-2)의 좌표축(α,β)은 회전자(7)의 수평면 운동 좌표축(X,Y)에 대응(정렬)하여 위치되고, 배선 구성요소(13-1,13-2)에는 각각 IPM20-1, IPM20-2로부터 전류(iα, iβ)가 공급된다. 전류는 검출기(20-1, 20-2)에 의해 각각 검출된다. 도 5에 도시된 구성에서, 배선 구성요소(13-1,13-2)의 좌표축(α,β)이 수평면 운동 좌표축(X,Y)에 대응하여(정렬하여) 위치되기 때문에, (도 5에서 α축 및 β축 제어입력으로서 도시된)제어신호는 X축 및 Y축용 변위센서(9 및 10)로부터 방출된 신호를 기초로 제어기(도시안됨)에서 처리된다. 따라서, IPM(20-1,20-2)는 제어신호에 의해 제어되고, 각각 전류(iα, iβ)를 배선 구성요소(13-1,13-2)에 공급할 수 있다. 이것은 배선전류를 조절하는 전력 유닛 제어 신호에 대한 상변환의 제거를 초래한다.
제어기(도시안됨)에서 위치제어신호를 처리하기 위해서, 회전센서(11)의 출력 및 회전구동배선(12)의 구성요소(12-1-12-3)의 각각의 상전류값과 위치제어배선 (13)의 구성요소(13-1,13-2)의 각각의 상전류값이 변위센서(9,10)의 출력에 더하여 활용될 수도 있다는 것을 주목해야 한다.
도 7은 강체로서 링형상 회전자(7)의 6개의 자유도를 나타내는 설명도이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 회전자의 6개의 자유도는 (1)수평방향에서 X 축을 따르는 병진운동, (2)수평방향에서 Y축을 따르는 병진운동,(3)수직방향에서 Z축을 따르는 병진운동,(4)X축에 대한 기울기 운동(θy), (5)Y축에 대한 기울기 운동(θX) 및 (6)회전운동(ω)을 포함한다.
도 8a 및 도 8b는 각각 링형상 회전자(7)의 제1 실시 구조의 평면도 및 측면도이다. 링형상 회전자(7)는 영구자석형이고, 링(7-1) 및 상기 링(7-1)의 외주상에 고정된 영구자석(7-2)을 포함한다. 상기 링(7-1)은 예를 들어, PB, PC, Fe-Si,SUY-B, 전자기 스테인리스등의 고체 자성재료로 이루어진다. 영구자석(7-2)은 4구획, 즉, N극으로 자화되는 마주보는 또는 대향하는 한쌍의 자석 및 S극으로 자화되는 다른 쌍의 자석으로 나뉘어진다. 영구자석(7-2)은 Sm-Co계(사마늄-코발트계) 자석, Nd-Fe-B계(네오디뮴-철-붕소계)자석 등으로 만들어진다. 링형상 회전자(7)의 구조는 수동제어축(수동안정성축)의 강성 및 높은 모터 효율을 쉽게 보장할 수 있다. 일반적으로, 이러한 구조는 브러시리스 DC 모터로 언급된다.
도 9a 및 도 9b는 각각 링형상 회전자(7)의 제2 실시 구조의 평면도 및 측면도이다. 제2링형상 회전자는 상기 링형상 회전자(7)에서 2차 전류경로로서 작용하는 케이지 회로를 필수적으로 요구하는 유도형이다. 그러나, 케이지회로 대신, 본 실시예의 링형상 회전자(7)는 그 크기를 감소시키기 위해서, 예를 들어, PB, PC, Fe-Si, 전자기 스테인리스, SuY-B 등의 고체 자성재료로 이루어진다.
도 10a 및 도 10b는 각각 링형상 회전자(7)의 제3 실시구조의 평면도 및 측면도이다. 제3링형상 회전자(7)는 전자저항모터가 사용될 때 이용되는 역전 돌출극형이다.
일반적으로, 링형상 회전자(7)의 6개의 자유도가 도 7에 나타난 바와 같이 직교 좌표계(X,Y,Z)에 나타나고, Z축이 회전축으로 정해질 때, 직교하는 X축 및 Y축 방향에서의 병진운동, X축 및 Y축 방향에 대한 기울기 운동(θy, θx) 및 Z축 방향에서의 병진 운동을 포함하여 전체 5개의 자유도가 지지되어야 한다. 이러한 이유로, 두 반지름 방향 자기 베어링 또는 무베어링 모터가 요구되며, 이들은 4개의자유도 즉, X 축 및 Y축을 따른 병진운동 및 X축 및 Y축에 대한 기울기 운동을 안정적으로 지지하기 위해 회전축(Z)의 방향에 배치된다: 또한 Z축을 따르는 병진운동을 위해 다른 자기베어링이 필요하다. 따라서, 배선으로 감긴 복수의 요크판이 요구된다.
그러나, 특히, 본 발명에 따른, 큰 직경을 갖는 반도체 기판을 회전시키는 장치에 있어서, (회전축에 대한 강체의 운동을 제외한) 5개의 자유도 대신, Z축을 따르는 병진운동과 X축 및 Y축에 대한 기울기 운동을 포함하는 세 개의 자유도가 수동 제어(수동 안정성)에 의해 지지되는 반면, 반지름 방향으로 X축 및 Y축을 따르는 병진 운동만은 "특이성"을 기초로 능동제어에 의해 지지된다. 따라서, 회전 자(7)의 완전한 비접촉 지지체가 달성될 수 있다. 다음에서, 완전한 비접촉기능이 달성될 수 있는 방법을 증명하기 위한 특이성이 열거될 것이다.
A) 링형상 회전자(중공 회전자)(7)의 직경 크기는 예를들어 대략 300 내지 450 mm의 범위안에 있다.
따라서, 고정자 요크판(6)은 긴 내주길이를 갖는다. 이러한 이유로, 단위 주변 길이당 Z축 방향의 작은 복원력만이 고정자 요크판(6)과 링형상 회전자(7)사이에서 작용하는 자기흡입력으로부터 생기더라도, 전체 내주에 걸친 총복원력이 얻어질 수 있다.
B)수직축(Z축)의 방향에서의 정적하중이 작다.
링형상 회전자(7)상에 작용하는 중력은 타겟기판(3), 기판홀더(4), 및 링형상 회전자(7)의 무게의 합과 같다. 기판(3)은 최대 100g의 무게를 갖고, 따라서 기판 홀더(4)와 링형상 회전자(7)의 무게가 감소하면, 중력이 대응하여 감소하게 될 것이다.
C)수직축(Z축)의 방향에서의 동적하중은 실질적으로 0이다.
따라서, B) 와 C)에서 설명한 이유들로 인해 Z축을 적극적으로 제어하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.
D)회전자는 평편하다.
따라서, 회전자의 기울기 운동은 회전자(7)의 자이로 효과에 의해 안정화된다. 따라서, 수평축선(X 및 Y)에 대해 기울기 운동을 능동적으로 제어할 필요는 없다.
본 발명에서, 상술한 특이성 A) - D)를 고려하여, 단일 고정자 요크판(6)이 두 세트의 배선으로 제공되고, 이중 한 세트의 배선은 회전 구동 자기장을 발생시키는 회전구동배선(12)으로서 사용되고 다른 세트의 배선은 회전자(7)의 위치를 제어하기 위한 위치제어배선(13)으로서 사용된다. 이러한 방식으로, 회전구동과 회전자(7)의 지지와 관련된 각각의 힘들이 일체로 결합되어, 기판 회전 장치의 높이와 크기의 감소를 가능하게 한다.
도 11은 본 발명에 따른 기판회전장치의 제2 실시예의 주요 구성요소를 나타내는 수평단면도이다. 제2실시예는 배리어벽(8)의 구조에서 도 2에 도시된 제1실시예와 다르다. 상세히 말하자면, 제1실시예에서는, 고정자 요크판(6)에 부착된 배리어벽(8)과 링형상 회전자(7)에 사이에 개재된 갭 또는 비자성 공간이 있다. 이러한 갭은 제1실시예에서 자기 회로상의 주저항의 기능을 한다.
도 11에 도시된 제2실시예에서 자기저항을 감소시키기 위해서, 자기비드(8-1)가 비자성재료로 이루어진 배리어벽(8) 부분에 매설된다. 매설된 비드(8-1)는 배선(12 및 13)으로부터 발생된 자속이 통과하는 배리어벽의 자로에 위치된다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 비드(8-1)는 배선(12 및 13) 세트에 대응하는 위치에 놓이게 된다.
상세히 말하자면, 고정자 요크판(6)의 내표면과 링형상 회전자(7)의 외표면 사이의 간격이 제1 및 제2실시예에서 동일하다면, 제2실시예에서 자기 회로상의 주저항은 제1실시예의 주저항보다 더 낮아질 것이다. 이것은 비드(8-1)가 자기저항을 낮추는 효과를 갖기 때문이다. 따라서, 제2실시예에서는 자기력의 효율을 증가키시킬 수 있다. 대안적으로, 배리어벽(8)의 내표면과 링형상 회전자(7)의 외표면 사이의 갭의 간격이 제1 및 제2 실시예에서 동일하다면, 제1실시예와 비교하여 제2실시예에서 폭이 더 넓은 갭이 형성될 수 있다. 이것의 이점은 더 큰 마진이 링형상 회전자(7)의 선회를 위해 확보될 있다는 것이다.
양실시예에서, 배리어벽(8)의 비자기 영역에서 발생된 제2전류를 고려하는 것이 필요하다. 즉, 제2전류경로의 전기저항을 가능한한 크게 설정하는 것이 바람직하다. 이것을 위해, 높은 전기저항을 갖는 재료가 배리어벽(8)에 사용될 수 있다. 대안적으로, 배리어벽내의 제2전류경로에 슬릿등을 만드는 것이 가능하다.
도 12는 수동제어축(수동 안정성축)의 강성 즉, Z축 방향 병진, θy경사, 및 θx경사를 개선하기 위한 예시적인 구조를 도시한다. 여기서, 영구자석(22)은 이영구자석(22)의 극이 Z축 방향에 위치되도록 고정자 요크판(6)의 상부 표면의 내주단부에 배치된다. 고정자 요크판(6)의 상부 표면상의 내측선단(inner leading end)에 영구자석(22)을 배치함으로써, 자속( Ф1)이 링형상 회전자(7)의 상부 표면으로부터 위쪽으로 흐르고, 흡입력이 회전자(7)에 대해 Z축 방향으로 작용하도록 한다. 이러한 방식으로, 수동 안정성축의 강성 즉, Z축 방향의 병진, X축에 대한 θy경사, 및 Y축에 대한 θx경사를 개선시킬 수 있다. 대안적으로, 영구자석(22)은 회전자(7)의 상부 표면으로부터 위쪽으로 자속이 흐르도록 링형상 회전자(7)의 상부표면상에 배치될 수 있다. 참조로, 도 12에서, Ф0는 회전구동 및 위치제어용 자속을 나타낸다.
상술된 바와 같은 본 발명의 기판회전장치에 따르면 다음의 이점들이 달성될 수 있다.
기판회전장치에 있어서, 회전자에 회전력을 제공하기 위하여 회전자계를 발생시키는 일 세트의 코일 또는 배선과 소정위치에 회전자를 부상 및 지지하기 위해서 위치제어 자기장을 발생시키는 일 세트의 코일 또는 배선이 자성재료로 이루어진 단일 요크판상에 설치되어 상기 장치를 단순화하고 그것의 높이와 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 종래의 기술에 비해 장치의 비용을 줄일 수 있는 한편 동시에 장치를 설계하는데 있어서 더 큰 자유도를 제공한다.
상기 장치에서 링형상 회전자를 이용함으로써, 더 큰 직경을 갖는 기판이 회전 장치를 이용하는 기판 처리 스테이션에서 처리될 수 있다. 또한 이것은 상기 장치의 높이를 감소시킬 수 있다.
배리어벽이 회전자와 요크판 사이에 배치될 때, 회전자계를 발생시키는 배선 세트와 위치 제어 자기장을 발생시키는 배선 세트가 배리어벽의 외측에 위치된다. 따라서, 상기 배선세트들은 상기 기판이 로딩되는 처리 공간의 외측에 위치되고, 따라서, 그렇지 않으면 부식가스 등이 그 공간에서 이용될 때 초래할 수 있는 부식으로부터 코일세트가 보호될 수 있다.
자기재료로 만들어진 비드가 자속이 통과하는 자로를 형성하도록 배리어벽부에 매설되면, 더 넓은 갭이 배리어벽의 내부면과 링형상 회전자의 외부면 사이에 형성될 수 있어, 링형상 회전자의 선회를 위한 더 큰 마진을 확보할 수 있다. 또한, 자기회로상의 주자기저항이 감소되어 자기력의 효율을 증가시킬 수 있다.
더 나아가, 자석이 회전자 근처의 요크판의 상부 표면상에 배치되거나 요크판 근처의 회전자의 상부 표면상에 배치되어 요크판의 상부 표면에 수직인 방향으로 자속을 발생시키기 때문에 수동 안정성축의 강성이 개선될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만 다양한 변형들이 본 발명내에서 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이고, 본 발명의 사상과 범위내에 있는 이러한 모든 변형들을 첨부된 청구항에 포함하도록 한다.
본 발명에 따라서, 0.1㎛ 이하의 배선너비(설계표준)를 갖는 차세대 반도체 디바이스를 제조하는데 필요한 장치 성능을 충족시킬 수 있고, 자기 회전자를 회전 및 지지하는 힘을 발생시키는데 필요한 구성요소들을 서로 일체화시킴으로써 상기장치의 높이와 크기를 감소시킬 수 있는, 반도체 기판을 회전시키는 장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 기판을 회전하는 장치에 있어서,
    기판을 그 위에 지지하는 기판홀더,
    상기 기판홀더를 직접 또는 간접적으로 지지하는 회전자,
    비접촉 상태에서 상기 회전자를 자기적으로 부상시키고 지지하는 자기부상 기구, 및
    상기 회전자를 자기적으로 회전시키는 자기회전기구를 포함하고,
    자기부상기구와 자기회전기구는 단일 일체 유닛 구조체로서 형성되고, 상기 유닛구조체는 상기 회전자에 회전력을 제공하는 자기장을 발생시키는 제1세트의 배선과 소정 위치로 상기 회전자를 부상시키고 지지시키는 자기장을 발생시키는 제2세트의 배선을 포함하고, 상기 제1 및 제2세트의 배선이 자성재료로 만들어진 단일 요크판상에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 링형상 회전자이고, 상기 링형상 회전자는 지지부재 방식에 의해 상기 기판홀더를 간접적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    요크판에만 접촉하고 상기 회전자의 외부면과 상기 요크판의 내부면 사이에 배치된 배리어벽을 더욱 포함하여, 상기 제1 및 제2세트의 배선이 상기 배리어벽 외측의 상기 요크판상에 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2세트의 배선에 의해 발생된 자속이 통과하는 자기 경로에 놓여진 상기 배리어벽 부분에 매설된 자성재료로 만들어진 비드를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 근처의 상기 요크판의 상부 표면상에 배치되거나 상기 요크판 근처의 상기 회전자의 상부 표면상에 배치되어 상기 회전자의 상부 표면에 직교하는 방향으로 자속을 발생시켜 수동 안정성축의 강성을 개선시키는 자석을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제1세트의 배선은 + U, -U, +V, -V, +W 및 -W상 배선 구성요소를 포함하고, 제2세트의 배선 구성요소는 α 및 β축 배선 구성요소를 포함하고, 제1세트의 배선 각각의 구성요소가 제2세트의 배선 각각의 구성요소에 대응하여 위치되고, 제1 및 제2세트의 배선 구성요소의 쌍이 요크판상에 그것의 내부표면 근처 및 그것의 원주방향에서 동일한 간격으로 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 α 및 β축이 수평면 운동좌표의 X 및 Y축에 일치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체기판 회전장치.
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