NL1011487C2 - Werkwijze en inrichting voor het roteren van een wafer. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het roteren van een wafer.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het roteren van een schijfvormig voorwerp, zoals een wafer, waarbij langs een zijde van dat 5 voorwerp een gasstroom geleid wordt, die aan het voorwerp een rotatie geeft, waarbij aan die gasstroom door een groevenpatroon een aan dat voorwerp tangentiële die rotatie opwekkende component wordt gegeven.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit US-A-3706475.Daarin wordt een inrichting beschreven voor het transporteren van wafers. Deze bestaat uit een 10 langwerpige baan en vanaf de onderzijde wordt een gas toegevoerd op zodanige wijze dat behalve een transporterende beweging eveneens daaraan een roterende beweging gegeven wordt.

Uit US-A-3930684 is een werkwijze bekend voor het roteren van een voorwerp zoals een wafer uit half-geleidermateriaal aangebracht in een reactor. Bij het 15 behandelen van een enkele wafer die zwevend opgenomen is in een reactor is het van belang dat een dergelijke behandeling zo uniform mogelijk plaatsvindt. Daartoe is in de stand der techniek voorgesteld aan de wafer een draaiende beweging te geven. Deze draaiende beweging wordt opgelegd volgens de stand der techniek door de gasinbrengopeningen niet loodrecht op het wafervlak te laten uitmonden, maar met een 20 scherpe hoek ten opzichte van het wafervlak te laten eindigen Cdirectional air jets'). Daardoor wordt een voortstuwende beweging aan de wafer gegeven.

Het op deze wijze boren van de gasinbrengopeningen blijkt echter bijzonder gecompliceerd te zijn terwijl tevens de te bereiken rotatiesnelheid beperkt is vanwege het feit dat het uitstromende gas door zeer snel zijn tangentiële stromingscomponent 25 verliest. Bovendien is de productie van dergelijke reactorwanden gecompliceerd omdat openingen onder een hoek ten opzichte van de wand geboord moeten worden.

Het doel van de onderhavige uitvinding is deze nadelen te vermijden waarbij toch de rotatie van de wafer gehandhaafd blijft en op verhoudingsgewijs goedkope en eenvoudige wijze een dergelijke rotatie aan de wafer opgelegd kan worden.

30 Bovendien is een doel van de onderhavige uitvinding de wafer nauwkeurig te positioneren om deze op effectieve wijze te behandelen. Dit doel wordt bij de hierboven beschreven werkwijze verwezenlijkt doordat die wafer in een alzijdig 1011487 2 gesloten ruimte zwevend in hoofdzaak uitsluitend roterend wordt opgenomen en dat langs de andere zijde van dat voorwerp een verdere gasstroom geleid wordt.

Door de aanwezigheid van een groevenpatroon wordt aan de gasstroom een bewegingscomponent gegeven die zich tangentionaal aan de wafer uitstrekt, dat wil 5 zeggen daaraan een roterende beweging oplegt. Bovendien wordt de wafer vanaf de andere zijde aan een verdere gasstroom onderworpen zodat deze nauwkeurig in de reactor gepositioneerd wordt. Tevens worden de gasstromen zodanig gestuurd en wordt zodanig in gasstromen voorzien dat de wafer in hoofdzaak uitsluitend een roterende beweging beschrijft en geen translerende beweging uitvoert.

10 Volgens een van voordeel zijnde uitvoering wordt die gasstroom in hoofdzaak loodrecht op dat voorwerp gericht uit een gasinbrengopening in die reactor geblazen.

Verrassenderwijs is gebleken dat door het aanbrengen van een groevenpatroon de stromingsrichting van het gas beïnvloed kan worden. Het gas zal bij voorkeur in de richting van de groef gaan stromen omdat dit de weg van de minste weerstand is. Deze 15 sturing van de gasstroming vindt plaats over de gehele afstand waarover de groef zich uitstrekt. Wanneer de richting van de groef een tangentiële component bevat wordt aan het gas eveneens een tangentiële stromingscomponent gegeven. Deze tangentiële stromingscomponent legt een rotatie aan de wafer op. Dergelijke groeven zijn verhoudingsgewijs eenvoudig door frezen te vervaardigen. Daarbij kan het groeven-20 patroon elke gewenste vorm hebben. Volgens een van voordeel zijnde uitvoering is het groevenpatroon spiraalvormig aangebracht. Daarbij zijn de groeven bij voorkeur zodanig aangebracht dat de spiraal begint nabij het hart van de wafer en eindigt nabij de omtreksrand daarvan. De gewenste rotatiesnelheid kan worden ingesteld door middel van de vorm van de spiraalgroeven. De totale hoeveelheid gas, toegevoerd aan de 25 wafer, kan derhalve onafhankelijk van de gewenste rotatiesnelheid worden gekozen en kan zodanig worden ingesteld dat optimale axiale en radiale lagering en een uniform procesresultaat wordt verkregen. Dit kan gebeuren door aanpassing van de vorm van de spiraalgroeven. Daardoor kan met verhoudingsgewijs geringe hoeveelheden gassen gewerkt worden zoals wenselijk is om de uniformiteit in de reactor te handhaven.

30 Deze uniformiteit kan nog verder vergroot worden door de openingen waaruit de gassen treden eveneens volgens een spiraalpatroon aan te brengen. Dat wil zeggen, volgens een voorkeursuitvoering strekken de openingen zich in hoofdzaak loodrecht op het vlak van de wafer uit, maar indien deze openingen verbonden worden door een 10 1 148 7 3 imaginaire lijn ontstaat een spiraal waarvan bij voorkeur het begin eveneens ligt nabij het gewenste hart van de wafer en het einde nabij de omtreksrand daarvan. Tijdens rotatie "ziet" een punt op de wafer niet steeds dezelfde volgens een cirkel aangebrachte openingen waardoor een ringvormig behandelingspatroon in de stand der techniek 5 waargenomen is.

Door combinatie van de rotatie en het spiraalvormige patroon van gasinbrengopeningen wordt een bijzonder gelijkmatige verdeling van de behandelingsgassen en een bijzonder gelijkmatige behandeling van het waferoppervlak verwezenlijkt.

10 Een andere mogelijke uitvoering van het groevenpatroon is deze op te bouwen uit een of meer cirkelsegmenten. In dit geval is het van belang dat nabij één van de uiteinden van de groef zich een gasinbrengopening bevindt. De gasstroom zal ook hier bij voorkeur in de richting van de groef gaan stromen. Omdat de richting van de groef zuiver tangentieel is, is deze wijze van rotatieaandrijving bijzonder effectief gebleken. 15 Een ander voordeel van deze variant is dat de rotatieaandrijving vrijwel onafhankelijk is van de axiale lagering van de wafer of, in andere woorden, van gasstroom die de wafer zwevend houdt. Het is bijvoorbeeld mogelijk de gasstroom voor de rotatie aandrijving te vergroten of te onderbreken terwijl de gasstroom voor het zwevend houden van de wafer op een constant niveau blijft gehandhaafd. Hierdoor wordt de 20 rotatienelheid van de wafer veranderd terwijl de overige omstandigheden in de reactor vrijwel niet veranderen. Door de groeven, aangebracht volgens cirkelsegmenten, nabij de rand van de wafer te plaatsen is het aandrijfmoment het grootst en de rotatieaandrijving het meest effectief. Door bovendien nabij het andere uiteinde van de groef een gasafvoeropening aan te brengen wordt de effectiviteit van de rota-25 tieaandrijving verder vergroot. Door de stromingsrichting van het gas door de rota-tieaandrijfgroef om te keren wordt de rotatierichting omgekeerd.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering wordt de gasstroom die een rotatie aan de wafer oplegt, in het geval dat de wafer zich in horizontale positie in de reactor bevindt, van boven aan de wafer toegevoerd.

30 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een reactor voor het zwevend roterend behandelen van halfgeleiderwafers omvattende een bovendeel en een benedendeel waartussen een de wafer opnemende kamer begrensd wordt, waarbij dat bovendeel en benedendeel voorzien zijn van gastoevoeropeningen, waarbij de gasin- 1011487 4 brengopeningen zich in hoofdzaak loodrecht uitstrekken op resp. het bovendeel en/of benedendeel en in tenminste een van die delen een groevenpatroon is aangebracht, dat aan die gasstroom een ten opzichte van dat voorwerp tangentiële component geeft.

Deze kan voorzien zijn van de hierboven beschreven bijzondere uitvoeringen.

5 De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch in doorsnede een reactor voorzien van een daarin zwevend aangebrachte wafer;

Fig. 2 in het aanzicht de doorsnede volgens de lijn ΙΙ-Π uit fig. 1; 10 Fig. 3 schematisch een spiraal met enkele van belang zijnde parameters en

Fig. 4 een variant van het groevenpatroon volgens de uitvinding in bovenaanzicht.

In fig. 1 is een reactor in het geheel met 1 aangegeven.

Deze is slechts gedeeltelijk weergegeven en bestaat uit een bovendeel 2 en 15 benedendeel 3. Op enigerlei niet afgebeelde wijze kan in de daartussen begrensde kamer of behandelingsruimte 12 een wafer 10 opgenomen worden. Het behandelingsgas voor de wafer wordt via gasinbrengopeningen 4 zowel boven als onder de wafer ingebracht en deze wafer neemt vervolgens een zwevende toestand in. Gas wordt afgevoerd via afvoeropeningen 7 die elke voorstelbare vorm kunnen hebben 20 en uitkomen op een omtrekskanaal 6 dat verbonden is met een afvoerleiding 5.

Om de wafer een rotatie te geven, is zoals uit fig. 1 en 2 blijkt het bovendeel voorzien van een aantal groeven 9. Deze groeven 9 zijn spiraalvormig en het begin van de spiraal ligt nabij het gewenste hart 11 van de wafer 10. Het eind van de spiraal bevindt zich nabij de omtreksrand daarvan. Gekozen is voor groeven 9 met de vorm 25 van een logaritmische spiraal, zoals weergegeven in fig. 3. In deze figuur zijn de groeven met 9 aangegeven terwijl het zich tussen de groeven bevindende opstaande deel dat de dam genoemd wordt met 15 aangegeven is. α geeft de groefhoek aan, γ groef de groefbreedte terwijl γ dam de dambreedte aangeeft. Θ de spiraalhoekcoordinaat. PI is de druk bij de inwendige diameter en P2 de druk bij de uitwendige diameter. De 30 vorm van een logaritmische spiraal wordt beschreven door: r(Θ) = r i e θ'3" α.

1011487 5

Als voorbeeld hebben de groeven een diepte van ongèveer 0,15 mm en zijn tien groeven aangebracht met een groef/dam verhouding van 1/3 en een groefhoek van 42°.

Gebleken is dat van de inbrengopeningen 4 afkomstig gas voor een belangrijk deel zich volgens deze groeven 9 verplaatst (minste weerstand) en daardoor aan de 5 wafer een rotatie oplegt.

Dergelijke groeven kunnen in een later stadium aangebracht worden in tegenstelling tot de schuin geplaatste boringen.

Om de uniformiteit van de gastoevoer over het waferoppervlak verder te waarborgen, zijn de inbrengopeningen 4 volgens een imaginaire spiraallijn 8 10 aangebracht. Het begin van deze spiraal bevindt zich eveneens nabij het gewenste hart 11 van de wafer.

Door het variëren van de verschillende parameters die de vorm van de groef bepalen, kan de rotatiesnelheid beheerst worden. Enkele van die factoren zijn de diepte van de groef, de groefhoek, de 15 groef/dam verhouding, het aantal groeven, enz. Een en ander kan nog verder beïnvloed worden door het op effectieve wijze plaatsen van de inbrengopeningen 4 ten opzichte van de aandrijfgroeven 9.

Bij proeven is gebleken dat bij een continue gasstroming na ongeveer 10 seconden vanaf een beginsituatie een stabiele rotatie van de betreffende wafer bereikt 20 is. Ook dit is vanzelfsprekend afhankelijk van de omstandigheden en deze tijd kan afhankelijk van de daaraan gestelde eisen aanzienlijk teruggebracht worden.

Begrepen zal worden dat aan de onderzijde een overeenkomstige constructie aangebracht kan worden. Een en ander is afhankelijk van de beoogde behandeling. Het toerental waarmee de wafer gedraaid wordt is afhankelijk van het proces en ligt bij 25 voorkeur tussen 2 en 100 opm.

In fig. 4 is een deel van een variant van de uitvinding getoond. In deze uitvoering zijn geen spiraalvormige groeven aangebracht, maar een aantal cirkelsegmenten 19 die bij de daar getoonde uitvoering op dezelfde cirkel liggen. In de in fig. 4 getoonde uitvoering zijn gasinbrengopeningen 14 en 16 aanwezig.

30 Evenals bij de voorgaande uitvoeringen strekken de openingen zich in hoofdzaak loodrecht op het vlak van tekening uit. Indien door openingen 14 gas ingebracht wordt, zal bij de uitvoering volgens fig. 4 de rotatie linksom plaatsvinden terwijl bij het toevoeren van gas uit de openingen 16 rotatie rechtsom plaatsvindt.

101 1 487 6

De plaats van de rotatieaandrijfgroeven is gekozen nabij de rand van de wafer omdat dan het aandrijfmoment het grootst is en de aandrijving het meest effectief is. De effectiviteit van de rotatieaandrijving kan nog verder worden verhoogd door nabij het ene uiteinde van de groef gas in te blazen en nabij het andere uiteinde van de groef gas 5 af te voeren.

Begrepen dient te worden dat het mogelijk is een aantal cirkelsegmenten met verschillende straal toe te passen.

Bovendien is het mogelijk verscheidene gasinbrengopeningen aan te brengen al dan niet in combinatie met gasafvoeropeningen, die zich eveneens nabij de 10 cirkelsegmenten bevinden. Bovendien kan in het laatste geval eventueel periodiek de stroomrichting tussen gasinbrengopening en gasafvoeropening omgekeerd worden.

Bovendien zal uit de bovenstaande twee uitvoeringsvarianten begrepen worden dat andere groevenpatronen mogelijk zijn, waarbij het voor de uitvinding slechts van belang is dat door de plaatselijke verdieping veroorzaakt door de groeven, aan het gas 15 dat loodrecht ingeblazen wordt en eventueel voor de wafer in horizontale richting omgeleid wordt, een rotatie verschaffende component gegeven wordt.

Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van een voorkeursuitvoering beschreven is, zullen na het lezen van het bovenstaande direct varianten bij degenen bekwaam in de stand der techniek opkomen die liggen binnen het bereik van de 20 bijgaande conclusies. Hoewel de uitvinding beschreven is aan het wegen van een wafer in een reactor, kan deze evengoed bij het bewegen van elk ander voorwerp in elk ander soort kamer toegepast worden.

1011487

Claims (16)

1. Werkwijze voor het roteren van een schijfVormig voorwerp (10), zoals een wafer, waarbij langs een zijde van dat voorwerp een gasstroom geleid 5 wordt, die aan het voorwerp een rotatie geeft, waarbij aan die gasstroom door een groevenpatroon een aan dat voorwerp tangentiële die rotatie opwekkende component wordt gegeven, met het kenmerk, dat dat voorwerp in een alzijdig gesloten ruimte zwevend in hoofdzaak uitsluitend roterend wordt opgenomen en dat langs de andere zijde van dat voorwerp een verdere gasstroom geleid wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij dat schijfvormige voorwerp in hoofdzaak horizontaal aangebracht is en aan de bovenzijde daarvan die rotatie opwekkende gasstroom aan dat schijfvormige voorwerp wordt toegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat die ten minste ene gasstroom met een spiraalgroevenpatroon gestuurd wordt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij het beginpunt van de spiraal nabij het gewenste hart (11) van de wafer ligt en het eindpunt nabij de gewenste omtreksrand daarvan.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij die ten minste ene gasstroom met een groevenpatroon gestuurd wordt, welk groevenpatroon cirkelsegmenten omvat en 20 ten minste een gasinbrengopening nabij die cirkelsegmenten is aangebracht.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij tenminste een gasafvoeropening nabij die cirkelsegmenten is aangebracht.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de wafer met 2-100 opm geroteerd wordt.

8. Reactor (1) voor het zwevend roterend behandelen van halfgeleiderwafers omvattende een bovendeel (2) en een benedendeel (3) waartussen een de wafer opnemende kamer (12) begrensd wordt, waarbij dat bovendeel en benedendeel voorzien zijn van gastoevoeropeningen, met het kenmerk, dat in tenminste een van die delen een groevenpatroon (9,19) is aangebracht, dat aan die gasstroom een ten opzichte 30 van dat voorwerp tangentiële component geeft.

9. Reactor volgens conclusie 8, waarbij de gasinbrengopeningen (4,14,16) zich in hoofdzaak loodrecht uitstrekken op resp. het bovendeel (2) en/of benedendeel (3). 1011487

10. Reactor volgens conclusie 8 of 9, waarbij dat groevenpatroon een patroon van spiraalvormige groeven (9) omvat.

11. Reactor volgens conclusie 10, waarbij in ten minste een van die delen die gastoevoeropening (4) volgens een spiraallijn (8) zijn aangebracht.

12. Reactor volgens conclusie 10 of 11, waarbij het beginpunt van die spiraal nabij het gewenste hart (11) van de wafer (10) ligt en het eindpunt nabij de gewenste omtreksrand daarvan.

13. Reactor volgens een van de conclusies 11 of 12, waarbij die toevoeropeningen (4) naast die spiraalgroeven (9) zijn aangebracht.

14. Reactor volgens een van de conclusies 11-13, waarbij die spiraalgroeven in stromingsrichting uitlopend zijn uitgevoerd.

15. Reactor volgens conclusie 8, waarbij dat groevenpatroon cirkelsegmentenl9) omvat en tenminste een gasinbrengopening nabij die cirkelsegmenten is aangebracht.

16. Reactor volgens conclusie 15, waarbij teninste een gasafvoeropening nabij die cirkelsegmenten is aangebracht. ****** 1011467