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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Substratverarbeitungsvorrichtung
von der Einzelsubstratverarbeitungsbauart, die bei einem Halbleiterherstellungsprozess
verwendet wird, beispielsweise ein CVD- (Chemical Vapour Deposition
= Chemische Gasphasenabscheidung) System von der Einzelsubstratverarbeitungsbauart,
zum Ausbilden einer Dünnschicht
auf einem Substrat, oder ein Ätzsystem
von der Einzelsubstratverarbeitungsbauart zum dünnen Entfernen der Oberfläche eines
Substrats.
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Eine
konventionelle Substratverarbeitungsvorrichtung der oben beschriebenen
Bauart ist erforderlich, um das Verarbeiten in einem Raum durchzuführen, der
eine minimale Menge von Staub und eine minimale Anzahl von Na-Ionen,
K-Ionen etc. enthält, die
aus dem menschlichen Körper
freigesetzt wurden und der Atmosphärenluft, weil sie verwendet
wird, um feine elektronische Schaltungen auf einem Substrat auszubilden.
Um einen Raum zu erhalten, der eine minimale Anzahl von Na-Ionen,
K-Ionen etc. enthält, umfasst
eine konventionelle Substratverarbeitungsvorrichtung eine Serie
von Kammern, wie in den 1, 2 und 3 gezeigt.
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1 ist
eine Grafik, die ein typisches Strukturbeispiel einer konventionellen
Substratverarbeitungsvorrichtung für eine Einzelsubstratverarbeitung zeigt.
In der Substratverarbeitungsvorrichtung wird zuerst ein Schieberventil 101 geöffnet, um
eine Substrat, das verarbeitet werden soll, in eine Beschickungskammer 102 zu
laden. Nach Beendigung des Ladens wird das Schieberventil 101 geschlossen
und die Beschickungskammer 102 wird evakuiert. Eine Roboterkammer 103 wird
ständig
im Vakuum gehalten. Nachdem ein Druck in der Beschickungskammer 102 ein
vorbestimmtes Vakuumniveau erreicht hat, wird ein Schieberventil 104 zwischen
der Beschickungskammer 102 und der Roboterkammer 103 geöffnet und
das Substrat wird aus der Beschickungskammer herausgenommen und
mittels eines Roboters, der in der Roboterkammer 103 installiert
ist, in die Roboterkammer 103 bewegt.
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Danach
wird das Schieberventil 104 zwischen der Roboterkammer 103 und
der Beschickungskammer 102 geschlossen. Als nächstes wird ein
Schieberventil 106, das zwischen einer Verarbeitungs- bzw.
Prozesskammer 105 und der Roboter kammer 103 vorgesehen
ist, geöffnet.
Dann wird der Arm des Roboters ausgestreckt, um das Substrat in die
Prozesskammer 105 zu laden. Eine Heizvorrichtung (z.B.
eine Lampenheizvorrichtung 108) ist als eine Reaktionsenergiequelle
unterhalb des in die Prozesskammer 105 geladenen Substrates 107 vorgesehen.
Die Lampenheizvorrichtung 108 ist derart angeordnet, dass
sie durch eine transparente Quarzplatte 109 zu dem Substrat 107 weist.
Das Substrat 107 kann, wie es sehr oft der Fall ist, direkt
auf eine Widerstandsheizvorrichtung platziert werden. Eine Verarbeitungs-
bzw. Prozessgasversorgungseinheit 112 ist über dem
Substrat 107 vorgesehen, um ein Rohmaterial zur Verarbeitung
und ein Trägergas
G zu dem Substrat 107 hin zu liefern. Die Vorrichtung ist ferner
mit Absaugsystemen 110 zur Steuerung des Drucks in der
Prozesskammer 105 ausgestattet. Es sollte klar sein, dass
das Bezugszeichen 111 eine Leistungsversorgungseinheit
bezeichnet zur Versorgung der Lampenheizvorrichtung 108 mit
elektrischer Leistung.
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2 ist
eine Grafik, die ein strukturelles Beispiel einer weiter verbesserten
konventionellen Substratverarbeitungsvorrichtung zeigt. In diesem Beispiel
ist eine Prozesskammer 105 vorgesehen, die entwickelt wurde,
um den Fluss des Rohmaterials und des Trägergases G, das von der Prozessgasversorgungseinheit 112 geliefert
wird, zu glätten.
Wenn das Substrat 107, wie gezeigt, die Verarbeitungsposition
erreicht, wird in der Mitte der Prozesskammer 105 durch
das Substrat 107, durch eine glatt gerundete Kammerwand
und die Prozessgasversorgungseinheit 112 ein Verarbeitungsraum
gebildet. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 113 einen
Faltenbalg und das Bezugszeichen 114 bezeichnet eine Anhebewelle
bzw. einen Anhebeschaft. Der Anhebeschaft 114 wird durch
einen Anhebemechanismus (nicht gezeigt) angehoben und abgesenkt,
um die Lampenheizvorrichtung 108 und die transparente Quarzplatte 109 auf-
und abwärts
zu bewegen, die an dem Oberende des Anhebeschaftes 114 angebracht
sind. Es sollte klar sein, dass die Schieberventile und andere Glieder,
die die Gasströmung
und die Temperatursteuerung der Kammerwand ungünstig beeinflussen würden, aus
der Prozesskammer 105 ausgeschlossen bzw. abgesondert sind.
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3 zeigt
ein Beispiel einer weiter verbesserten konventionellen Substratverarbeitungsvorrichtung.
In dieser Vorrichtung wird, wenn das auf einer Haltevorrichtung 115 platzierte
Substrat 107 mittels eines Haltevorrichtungsanhebemechanismus 116 eine
Verarbeitungsposition erreicht, der Innenraum der Prozesskammer 105 in
zwei Räume,
d.h. einen Verarbeitungsraum (Raum A) und einen Raum, der eine Heizquelle,
einen Transportmechanismus etc. enthält, (Raum B) geteilt. Demgemäß kann in dem
Raum A leicht ein Gasströmungssystem
entworfen werden, das primär
die Verarbeitung berücksichtigt.
Da der Raum B von dem Prozessgas isoliert ist, neigt die transparente
Quarzplatte 109 nicht zum Beschlagen und es ist daher möglich, eine
stabile Erwärmung
mit der Lampenheizvorrichtung 108 durchzuführen. Auch
dann, wenn in dem Raum B ein komplizierter Mechanismus der Vorrichtung
vorhanden ist, wird, da keine Oberfläche des Mechanismus mit dem
Prozessgas in Kontakt kommt, jede Oberfläche, die Partikel oder Ionen
erzeugen könnte,
minimiert.
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In
den oben beschriebenen Beispielen einer Substratverarbeitungsvorrichtung,
die in 1 bis 3 gezeigt werden, ist eine Prozessgasversorgungsquelle
der Prozessgasversorgungseinheit 112 auf der Oberseite
mit Bezug auf das Substrat 107 angeordnet und die Lampenheizvorrichtung 108 als eine
Wärmequelle
ist auf der Unterseite mit Bezug zu dem Substrat 107 angeordnet.
Die Vorteile und Nachteile dieser Anordnung werden unten mit Bezug auf
die 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt
ein Strukturbeispiel, in dem die Prozessgasversorgungsquelle 112 auf
der Oberseite angeordnet ist, und die Wärmequelle 117 ist
auf der Unterseite angeordnet ist. Der Vorteil dieser Substratverarbeitungsvorrichtung
ist, dass es in einem Gravitationsraum nur nötig ist, das Substrat 107 auf
einer Haltevorrichtung zu platzieren und es unnötig ist, ein spezielle Aufspannvorrichtung
vorzusehen, um das Substrat 107 auf der Haltevorrichtung
zu befestigen. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass Wärmekonvektion 118 von
der Wärmequelle 117 zu
der Prozessgasversorgungsquelle 112 hin erzeugt wird, und
daher ist es schwierig, dass das Prozessgas (Reaktionsprekursor) 119, das
von der Prozessgasversorgungsquelle 112 emittiert wird,
die Oberfläche
des Substrats 107 problemlos erreicht.
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5 zeigt
ein Strukturbeispiel, in welchem die Prozessgasversorgungsquelle 112 auf
der Unterseite angeordnet ist und die Heizquelle 117 auf
der Oberseite in positionsmäßig umgekehrter
Beziehung zu der in 4 gezeigten Anordnung angeordnet
ist. Der Vorteil dieser Substratverarbeitungsvorrichtung ist, dass,
da die zu behandelnde Oberfläche 107 nach
unten weist, es unwahrscheinlich ist, dass diese mit herabfallenden
Partikeln verunreinigt wird. Der Nachteil der Substratverarbeitungsvorrichtung
ist, dass ein Mechanismus erforderlich ist, um das Substrat mit
der Oberfläche
nach unten zu drehen, und eine Einspannvorrichtung 120 erforderlich
ist, um das Substrat 107 auf einer Haltevorrichtung zu
halten. Das Vorsehen einer Substrathalteeinspannvorrichtung 120 ist
besonders nachteilig vom Standpunkt der Verarbeitungsdurchführung, da
sie auf der Verarbeitungsseite gelegen ist.
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Um
die oben erwähnten
Probleme zu lösen, ist
eine Prozesskammerkonstruktion vorgeschlagen worden, die, wie in 6 gezeigt,
angeordnet ist. in der dargestellten Anordnung ist die Prozessgasversorgungsquelle 112 auf
der Oberseite mit Bezug zu dem Substrat 107 angeordnet,
und die Wärmequelle 117 ist
auf der Unterseite mit Bezug zu dem Substrat 107 angeordnet.
Das Substrat 107 wird einfach auf die Haltevorrichtung 115 platziert.
Bei dieser Anordnung können
die Wärmekonvektionsprobleme
durch Drehen des Substrats 107 um dessen Mittelachse herum
gelöst
werden. Das heißt,
das Drehen des Substrats 107 erzeugt eine Strömung des
Prozessgases 125, die von der Prozessgasversorgungsquelle 112 zu
dem Substrat 107 und weiter zu dessen Peripherie hin strömt. Somit
ist die Prozessgasströmung 125 von
der Wärmekonvektion
unbeeinflusst und Prozessgas wird effizient an die Oberfläche des Substrats 107 geliefert,
ebenso wird dadurch auf effiziente Art und Weise Prozessgas in jede
seitliche Richtung abgegeben.
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In 6 bezeichnet
das Bezugszeichen 115 eine Haltevorrichtung zum Halten
des Substrates 107. Die Haltevorrichtung 107 ist
an der oberen Oberfläche
eines Rotiertisches 121 befestigt. Der Rotiertisch 121 wird
drehbar auf einer stationären Seite 126 mittels
Lagern 122 getragen. Eine Drehantriebsquelle 123 ist
auf der stationären
Seite 126 vorgesehen. Ein drehendes Ziel bzw. Target 124 ist
auf der Außenumfangsoberfläche des
Drehtischs 121 vorgesehen. Der Drehtisch 121 wird
durch eine magnetische Drehkraft gedreht, die von der Drehantriebsquelle 123 auf
das drehende Target 124 übertragen wird.
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Wenn
die Substratprozesskammer, wie in 6 gezeigt,
angeordnet ist, ist der oben beschriebene Vorteil, d.h. eine glatte
bzw. reibungslose Lieferung des Prozessgases an die Oberfläche des
Substrates 107 vorgesehen. Es ist jedoch notwendig, die Vorrichtung
vorübergehend
anzuhalten und auseinanderzunehmen, um den Drehtisch 121,
der ein Drehglied ist, auf dem die Haltevorrichtung 115 angebracht
ist, auszutauschen bzw. zu ersetzen. Um das Auseinanderbauen der
Vorrichtung zu vermeiden, ist der Drehtisch 121 derart
ausgelegt, dass er eine lange Lebensdauer besitzt, und ein Säuberungsvorgang,
um eine Auflagerung von dem Drehtisch zu entfernen, wird durchgeführt, ohne
ihn auseinander zu nehmen. Jedoch wird die Schädigung bzw. der Verschleiß der Vorrichtungskomponenten,
die durch die Verwendung eines derartigen Säuberungsgases verursacht wird,
problematisch.
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Es
sollte klar sein, dass Substratverarbeitungsvorrichtungen, in denen
ein Substrat gedreht wird, in der ungeprüften Veröffentlichung der japanischen
Patentanmeldung (KOKAI) Nr.
5-152207 und
7-58036 offenbart sind. Die
Vorrichtungen leiden jedoch an Nachteilen, ähnlich denen, auf die mit Bezug auf
die in
6 gezeigte Vorrichtung hingewiesen wurde.
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U.S. 5,630,881 bezieht sich
auf eine Einrichtung zur Dünnschichtbildung,
die eine Reaktionskammer umfasst, in der ein Suszeptor zum Anbringen
eines Substrats vorgesehen ist, in der eine Düse über dem Suszeptor angeordnet
und eine Lampenheizvorrichtung unter dem Suszeptor vorgesehen ist. Der
Suszeptor ist durch Schwebemittel, die Magnetlager zum Tragen bzw.
zur Lagerung des Suszeptors ohne Kontakt umfassen, in der Reaktionskammer drehbar
angeordnet und wird drehbar angetrieben durch Antriebsmittel zum
Drehen des Suszeptors mit hoher Drehzahl.
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Verhältnisse ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung eine Substratverarbeitungsvorrichtung vorzusehen, die
den Vorteil der Anordnung nutzt, in der eine Prozessgasversorgungsquelle
auf einer Oberseite angeordnet ist und eine Heizquelle auf einer
Unterseite angeordnet ist und die es ermöglicht, dass ein Prozessgas
die Oberfläche
des Substrats glatt bzw. problemlos erreicht, indem ein Problem
beseitigt wird, durch welches es schwierig ist, dass ein Prozessgas die
Substratoberfläche
effizient erreicht, und zwar infolge des Einflusses der Wärmekonvektion,
und die ferner einen Ersatz einer Haltevorrichtung zum Halten des
Substrats und eines Drehglieds zum Tragen der Haltevorrichtung gestattet,
ohne dass es nötig
ist, die Substratverarbeitungskammer auseinanderzubauen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Substratverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch
1 vorgesehen. Weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung eine Substratverarbeitungsvorrichtung
vorgesehen, die eine Substratverarbeitungskammer, einen Mechanismus
zum Laden und Entladen eines Substrats in und aus der Substratverarbeitungskammer,
eine in der Kammer vorgesehene Substratheizquelle und eine Rohmaterialversorgungsquelle
zum Liefern eines Rohmaterials zur Verarbeitung umfasst. Während der
Verarbeitung des Substrats wird das Rohmaterial zur Verarbeitung
von einer Oberfläche
geliefert, die zu einer zu bearbeitende Oberfläche des Substrats weist. Wenn
das Substrat und eine Haltevorrichtung, auf der das Substrat platziert
ist, zu einer vorbestimmten Position zur Bearbeitung in der Substratverarbeitungskammer
bewegt werden, wird der Raum in der Substratverarbeitungskammer
durch das Substrat in einen oberen Raum, der als ein Reaktionsraum
zur Verarbeitung dient, und einen unteren Raum, wo die Substratheizquelle
etc. platziert sind, geteilt. Die Substratverarbeitungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Magnetkraftquelle umfasst
zum Halten der Haltevorrichtung in der vorbestimmten Position in
einer schwebende Art und Weise durch eine Magnetkraft während der
Verarbeitung des Substrats.
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Wie
oben festgestellt, wird, wenn ein Substrat in einem Reaktionsraum
verarbeitet wird, wo ein Prozessgas unter einem Vakuum vorhanden
ist, wie es in der Substratverarbeitungskammer herrscht, in dieser
Erfindung das Substrat während
des Verarbeitens durch eine Magnetkraft im Schwebezustand gehalten.
Folglich unterliegt die Vorrichtung keiner Partikelkontamination.
Es wird außerdem
einfach, den Vorgang des Haltens oder des Freigebens der Haltevorrichtung
durchzuführen,
da die Haltevorrichtung abhängig
davon, ob eine Magnetkraft von der Magnetkraftquelle vorhanden ist
oder nicht, gehalten oder freigegeben wird, und es wird auch einfach,
das Substrat in und aus der Substratverarbeitungskammer zu laden
und entladen. Demgemäß wird es
einfach den Ersatz der Haltevorrichtung und das Säubern auszuführen, um
eine Ablagerung auf dem Substrat zu entfernen, etc.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird in der Substratverarbeitungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Aspekt, die Haltevorrichtung durch die Magnetkraftquelle um die
Mittelachse des Substrats gedreht.
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Wie
oben festgestellt, wird die Haltevorrichtung mittels der Magnetkraftquelle
im Schwebezustand gehalten und gedreht. Folglich wird durch die Drehung
der Haltevorrichtung ein Pumpeffekt auf der Substratoberfläche bewirkt,
der zulässt,
dass das Prozessgas zu dem Substrat hin abfällt und die aufsteigenden Strömung (Wärmekonvektion),
die durch das Erwärmen
erzeugt wird, überwindet.
Folglich erreicht das Prozessgas die Substratoberfläche problemlos.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird in der Substratverarbeitungsvorrichtung
gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt die Haltevorrichtung durch ein ringförmiges Magnetlevitationsglied
getragen und das Magnetlevitationsglied ist magnetisch an die Magnetkraftquelle
gekoppelt, nur dann, wenn die Haltevorrichtung zu der vorbestimmten
Position zur Verarbeitung des Substrats bewegt wird.
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Nur
wenn, wie oben festgestellt, das Magnetlevitationsglied zur Verarbeitung
des Substrats zu der vorbestimmten Position getragen wird, wird
das Magnetlevitationsglied, das die Haltevorrichtung trägt, magnetisch
an die Magnetkraftquelle ge koppelt. Daher kann sich, wenn keine
Verarbeitung durchgeführt wird,
das Magnetlevitationsglied frei in die und aus der Substratverarbeitungskammer
heraus bewegen. Demgemäß können die
Substratbeschickung, das Säubern
und Ersetzen der Haltevorrichtung und des Levitationsgliedes alle
leicht durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung umfasst in der Substratverarbeitungsvorrichtung
gemäß dem dritten
Aspekt die Magnetkraftquelle ein Magnetlager und eine Drehantriebsquelle,
und das Magnetlevitationsglied wird auf eine schwebende Art und
Weise durch die Magnetlager getragen und durch eine Magnetkraft,
die von einer Drehantriebsquelle erzeugt wird, dazu bewegt, sich
zu drehen.
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Wie
oben festgestellt, wird das Magnetlevitationsglied in einem Schwebezustand
durch das Magnetlager getragen und durch die Drehantriebsquelle gedreht.
Daher ist es möglich,
eine stabile Schweblagersteuerung und Drehsteuerung des Magnetlevitationsglieds
durchzuführen,
auch dann, wenn letzteres einen großen Durchmesser besitzt und
sich mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit dreht.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlicher,
wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gesehen
wird, in denen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung mittels eines veranschaulichenden Beispiels gezeigt werden.
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1 ist
ein Diagramm, das ein Strukturbeispiel einer konventionellen Substratverarbeitungsvorrichtung
zeigt,
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2 ist
ein Diagramm, das ein anderes Strukturbeispiel einer konventionellen
Substratverarbeitungsvorrichtung zeigt,
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3 ist
ein Diagramm, das noch ein weiteres Strukturbeispiel einer konventionellen
Substratverarbeitungsvorrichtung zeigt,
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4 ist
ein Diagramm, das den Prozess einer Verarbeitung in einer Substratverarbeitungskammer
darstellt, in der eine Prozessgaslieferquelle auf der Oberseite
angeordnet ist und eine Wärmequelle auf
der Unterseite angeordnet ist,
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5 ist
ein Diagramm, das den Prozess einer Verarbeitung in einer Substratverarbeitungskammer
zeigt, in der eine Prozessgaslieferquelle auf der unteren Seite
angeordnet ist und eine Wärmequelle auf
der Oberseite angeordnet ist,
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6 ist
ein Diagramm, das ein weiteres Strukturbeispiel einer konventionellen
Substratverarbeitungsvorrichtung zeigt,
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7 ist
ein Diagramm oder eine Vertikalansicht, die ein teilweise geschnittenes
Strukturbeispiel der Substratverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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8 ist
eine Draufsicht der in 7 gezeigten Substratverarbeitungsvorrichtung,
und
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9 ist
ein Diagramm oder eine Vertikalansicht, die ein teilweise geschnittenes
Strukturbeispiel eines Mechanismus zum Halten und Drehen einer Haltevorrichtung
der Substratverarbeitungsvorrichtung zeigt, und zwar gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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Die 7 und 8 sind
Diagramme, die ein Strukturbeispiel der Substratverarbeitungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen. In 7 und 8 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 eine Substratverarbeitungskammer. Eine
Prozessgasliefereinheit 2 zum Liefern eines Rohmaterials
und eines anderen Gases G ist auf der Oberseite der Substratverarbeitungskammer 1 angeordnet.
Eine Lampenheizvorrichtung 4 ist an der Unterseite der
Substratverarbeitungskammer 1 angeordnet. Die Lampenheizvorrichtung 4 ist
an dem unteren Ende einer Anhebewelle bzw. Anhebeschafts 3 befestigt.
Die Lampenheizvorrichtung 4 wird nach oben und unten bewegt
durch Anheben oder Senken des Anhebeschafts 3 durch einen
Anhebemechanismus (nicht gezeigt). Eine durchsichtige Quartzplatte 5 ist
auf der Unterseite der Lampenheizvorrichtung 4 angeordnet.
Die obere Oberfläche
bzw. Oberseite der durchsichtigen Quartzplatte 5 ist mit
einer Vielzahl von Stiften 5a zum Tragen eines Substrats 6 versehen,
wenn das Substrat 6 in die Substratverarbeitungskammer 1 hinein
und aus ihr heraus geladen wird.
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Das
Bezugszeichen 7 bezeichnet eine ringförmige Haltevorrichtung auf
der das Substrat 6 platziert wird. Die Haltevorrichtung 7 wird
auf einem ringförmigen
Drehglied 8 (einem Rotor entsprechend) an dem Außenumfangsteil
der Unterseite der Haltevorrichtung 7 platziert. Ein stationäres Glied 10 wird
an dem Außenumfang
der Substratverarbeitungskammer 1 angeordnet. Das stationäre Glied 10 ist
mit einer magnetischen Drehantriebsquelle 9 (einem Stator
entsprechend) vorgesehen. Auf diese Weise können die Haltevorrichtung 7 und
das Substrat 6 an einer vorbestimmten Position (einer Position,
wo die obere Oberfläche
des stationären
Glieds 10 und die zu verarbeitende Oberfläche des
Substrats 6 miteinander bündig abschließend sind)
aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen der Drehantriebsquelle 9 und
dem Target 8a des Drehglieds 8 gehalten werden,
wobei die magnetische Kopplung durch eine statische Magnetkraft
vorgesehen wird, die durch die magnetische Drehantriebsquelle 9 erzeugt
wird. Zusätzlich
kann das Drehglied 8 durch eine magnetische Drehkraft gedreht
werden, die durch die Drehantriebsquelle 9 erzeugt wird.
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Das
Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Haltevorrichtungsanhebemechanismus
zum Anheben oder Absenken der Haltevorrichtung 7 mittels des
Drehglieds 8. Es sei bemerkt, dass eine Vielzahl von Haltevorrichtungsanhebemechanismen 11 umfangsmäßig voneinander
beabstandet vorgesehen sind (eine Darstellung der anderen Haltevorrichtungsanhebemechanismen 11 wird
weggelassen), um das Drehglied 8 an einer Vielzahl von
Punkten zu tragen. Die Haltevorrichtungsanhebemechanismen 11 werden
synchron betrieben, um die Haltevorrichtung 7 anzuheben
und abzusenken. Ein Faltenbalg 12 ist um den Außenumfang
des Anhebeschafts 3 vorgesehen. Der Faltenbalg 12 expandiert
und kontrahiert sich ansprechend auf die Auf- und Abbewegung des
Anhebeschafts 3. Auf diese Weise ermöglicht das Vorsehen des Faltenbalgs 12,
dass der Anhebeschaft 3 außerhalb der Substratverarbeitungskammer
gelegen ist. Zusätzlich
sind Abgas- bzw. Abluftsysteme 13 mit der Substratverarbeitungskammer 1 verbunden.
Es sei bemerkt, dass das Bezugszeichen 14 eine Beschickungskammer
bezeichnet, und das Bezugszeichen 15 eine Roboterkammer.
Außerdem
bezeichnet das Bezugszeichen 25 eine Spannvorrichtungsaufnahmekammer
zur Aufnahme der Haltevorrichtung 7 oder der Haltevorrichtung 7 und des
Drehglieds 8 darin, was später beschrieben werden wird.
Die Bezugszeichen 16, 17, 18, 26 und 27 bezeichnen
jeweils Schieberventile.
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Im
Betrieb wird der Anhebeschaft 3 abgesenkt, um das Substrat 6 in
die Substratverarbeitungskammer 1 zu laden, und zwar bis
die obere Oberfläche
der transparenten Quartzplatte 5 unterhalb der in der Figur
gezeigten Ebene L positioniert ist. Nachfolgend werden die Haltevorrichtung 7 und das
Drehglied 8 mit dem Haltevorrichtungsanhebemechanismus 11 abgesenkt
bis die obere Oberfläche (Substrataufnahmeoberfläche) der
Haltevorrichtung 7 die Position der Ebene L erreicht hat,
um das Substrat 6 aufzunehmen, das in die Substrataufnahmekammer 1 durch
den Roboter geladen werden soll. Zu diesem Zeitpunkt sind die entfernten
Enden der Stifte 5a, die auf der oberen Oberfläche der
transparenten Quartzplatte 5 vorgesehen sind, mit einer
vorbestimmten Entfernung oberhalb der Ebene L positioniert. Wenn
das Schieberventil 16 geöffnet wird, wird ein zu verarbeitendes
Substrat 6 in die Beschickungskammer 14 geladen.
Bei Vollendung des Beladens wird das Schieberventil 16 geschlossen
und die Beschickungskammer 14 wird evakuiert. Die Roboterkammer 15 wird
zu jeder Zeit unter einem Vakuum gehalten.
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Nachdem
ein Druck in der Beschickungskammer 14 einen vorbestimmten
Pegel erreicht hat, wird das Schieberventil 17 zwischen
der Beschickungskammer 14 und der Roboterkammer 15 geöffnet und
das Substrat wird aus der Beschickungskammer 14 entnommen
und in die Roboterkammer 15 durch den Arm eines Roboters
bewegt, der in der Roboterkammer 15 installiert ist. Danach
wird das Schieberventil 17 zwischen der Roboterkammer 15 und
der Beschickungskammer 14 geschlossen.
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Als
nächstes
wird das Schieberventil 18 zwischen der Substratverarbeitungskammer 1 und
der Roboterkammer 15 geöffnet
und der Arm des Roboters wird ausgestreckt, um das Substrat 6 in
die Substratverarbeitungskammer 1 zu laden und das Substrat 6 auf
die Stifte 5a zu platzieren, die auf der oberen Oberfläche der
transparenten Quartzplatte 5 vorgesehen sind. Dann kehrt
der Arm des Roboters zu der Roboterkammer 15 zurück und das
Schieberventil 18 wird geschlossen. In diesem Zustand werden
die Haltevorrichtung 7 und das Drehglied 8 durch
den Haltevorrichtungsanhebemechanismus 11 angehoben. Infolgedessen
wird das Substrat 6 auf der Haltevorrichtung 7 platziert
und das Substrat 6 wird gemeinsam mit der Haltevorrichtung 7 weiter
zu der Position angehoben, die in der Figur dargestellt ist. Zu
diesem Zeitpunkt wird das ringförmige
Drehglied 8 mittels der statischen Magnetkraft von der
Drehantriebsquelle 9 gehalten. Nachdem das Drehglied 8 auf
diese Art und Weise gehalten wurde, wird der Haltevorrichtungsanhebemechanismus 11 um
eine vorbestimmte Entfernung abgesenkt, um von dem Drehglied 8 getrennt zu
werden. Zusätzlich
wird die Lampenheizvorrichtung 4 zu der in der Figur dargestellten
Position angehoben und die Lampe wird beleuchtet, um das Substrat 6 zu
erwärmen.
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Dann
wird die Drehantriebsquelle 9 aktiviert, um eine magnetische
Drehkraft zu erzeugen, um das Drehglied 8 zu drehen, wodurch
bewirkt wird, dass sich das Substrat 6 um seine Mittelachse
dreht, und zwar gemeinsam mit der Haltevorrichtung 7. In
diesem Zustand werden das Rohmaterial und das andere Gas G von der
Prozessgasliefereinheit 2 geliefert. Obwohl eine ansteigende
Wärmekonvektion
durch das erwärmte
Substrat 6 und die Haltevorrichtung 7 erzeugt
wird, da sich das Substrat 6 und die Haltevorrichtung 7 drehen,
um einen Pumpeffekt auf der Oberfläche, wie oben erwähnt, zu
erzeugen, überwindet
die Strömung
des Rohmaterials und des anderen Prozessgases G, das von der Prozessgasliefereinheit 2 nach
unten zu dem Substrat 6 geliefert wird, die erzeugte Wärmekonvektion.
Infolgedessen kann das Prozessgas glatt bzw. problemlos zu der Oberfläche des
Substrats 6 geliefert werden, und das Prozessgas kann problemlos
in jeder seitlichen Richtung durch die Abluftsysteme 13 abgegeben
werden.
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Nachdem
die Verarbeitung des Substrats 6 vollendet wurde, wird
die Drehung des Drehglieds 8 mittels der Magnetkraft, die
durch die Drehantriebsquelle 9 erzeugt wird, beendet und
nachfolgend wird die Lampenheizvorrichtung 4 zu ihrer unteren
Position abgesenkt, indem der Anhebeschaft 3 abgesenkt wird.
Dann wird der Hal tevorrichtungsanhebemechanismus 11 angehoben,
um die Haltevorrichtung 7 zu tragen und die Drehantriebsquelle 9 wird
enterregt bzw. ausgeschaltet, um die Magnetkopplung zwischen dem
Drehglied 8 und der Drehantriebsquelle 9 zu lösen. Danach
wird die Haltevorrichtung 7, die das Substrat 6 trägt, mit
dem Haltevorrichtungsanhebemechanismus 11 abgesenkt, bis
die obere Oberfläche
der Haltevorrichtung 7 die Position des Niveaus L erreicht,
um das Substrat 6 von der Substratverarbeitungskammer 1 in
die Beschickungskammer 15 zu entladen.
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D.h.
das Schieberventil 18 wird geöffnet und das Substrat 6 wird
aus der Haltevorrichtung 7 herausgenommen und von der Substratverarbeitungskammer 1 zu
der Roboterkammer 15 durch den Arm des Roboters bewegt,
der in der Roboterkammer 15 installiert ist. Dann wird
das Schieberventil 18 geschlossen und die Beschickungskammer 14 wird evakuiert,
bis der Druck innerhalb der Beschickungskammer den Vakuumpegel der
Roboterkammer 15 erreicht, woraufhin das Schieberventil 17 geöffnet wird
und das Substrat 6 von der Roboterkammer 15 zu
der Beschickungskammer 14 durch den Roboter bewegt wird,
der in der Roboterkammer 15 installiert ist, und dann wird
das Schieberventil 17 geschlossen.
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Nachdem
die Verarbeitung einer vorbestimmten Anzahl von Substraten 6 in
der Substratverarbeitungskammer 1 ausgeführt wurde,
wird die Haltevorrichtung 7, die mit Ablagerungen des Prozessgases
G kontaminiert ist, ersetzt. Zu diesem Zweck werden die Substratverarbeitungskammer 1 und
die Roboterkammer 15 unter Vakuumbedingung mit einem Reingas
(inertes Gas) von einer Reingaslieferquelle (nicht gezeigt) beliefert,
um diese Kammern unter den gleichen Druck zu setzen, die mit dem
gleichen Reingas gefüllt
sind. Dann wird das Schieberventil 18 geöffnet und
die Haltevorrichtung 7 innerhalb der Substratverarbeitungskammer 1 wird
durch den Arm des Roboters, der in der Roboterkammer 15 installiert
ist, aufgenommen und von der Substratverarbeitungskammer 1 zu
der Roboterkammer 15 transferiert und dann wird das Schieberventil 18 geschlossen.
Es sei bemerkt, dass die Haltevorrichtung 7 nicht an dem
Drehglied 8 befestigt ist, sondern einfach auf diesem platziert
ist.
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Danach
wird ein Reingas (inertes Gas) an die Roboterkammer 15 und
eine Spannvorrichtungsaufnahmekammer 25 von der Reingaslieferquelle
geliefert, um diese Kammern unter den gleichen Druck zu setzen,
und zwar gefüllt
mit dem gleichen Reingas. Dann wird das Schieberventil 26 geöffnet und die
durch den Roboter in der Roboterkammer 15 gehaltene Haltevorrichtung 7 wird
von der Roboterkammer 15 zu der Spannvorrichtungsaufnahmekammer 25 transferiert
und stattdessen wird eine neue Haltevorrichtung 7 aus der
Spannvorrichtungsaufnahmekammer 25 genommen und durch den
Roboter zu der Roboterkammer 15 transferiert und dann wird das
Schieberventil 26 geschlossen.
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Als
nächstes
wird ein Reingas (inertes Gas) an die Roboterkammer 15 und
die Substratverarbeitungskammer 1 von der Reingaslieferquelle
geliefert, um diese Kammern unter den gleichen Druck zu setzen,
und zwar gefüllt
mit dem gleichen Reingas. Dann wird das Schieberventil 18 geöffnet und
die neue Haltevorrichtung 7 wird auf eine vorbestimmte Position
des Drehglieds 8 positioniert, das dann durch den Haltevorrichtungsanhebemechanismus 11 bei
seiner Beladungsposition getragen wird.
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Die
Verarbeitung des Substrats 6 in der Substratverarbeitungskammer 1 wird
wieder aufgenommen, nachdem die Substratverarbeitungskammer 1 durch
das Abluftsystem 13 auf ein bestimmtes Vakuumniveau evakuiert
wurde.
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Andererseits
wird die Haltevorrichtung 7, die in der Spannvorrichtungsaufnahmekammer 25 aufgenommen
wurde, aus der Spannvorrichtungsaufnahmekammer 25 über ein
Schieberventil 27 entnommen und wird einem Reinigungsvorgang
zur Wiederverwendung ausgesetzt.
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Es
sei bemerkt, dass das Drehglied 8 ebenfalls in die Substratverarbeitungskammer 1 geladen und
aus dieser entladen werden kann, und zwar durch den Roboter, der
in der Roboterkammer 15 installiert ist oder einen weiteren
Beschickungsmechanismus (nicht gezeigt), der separat vorgesehen
ist, um einen Reinigungsbetrieb des Drehglieds 8 auszuführen, das
aus der Substratverarbeitungskammer 1 entladen wurden.
Da das Drehglied 8 eine Ringform besitzt und die Hal tevorrichtung 7,
die einen hohlen Mittelteil besitzt, auf dem ringförmigen Drehglied 8 getragen
wird, sind die entsprechenden Mittelteile des Drehglieds 8 und
der Haltevorrichtung 7 hohl. Infolgedessen kann die Lampenheizvorrichtung 4 als eine
Wärmequelle
in dem Drehglied 8 unter dem Substrat 6 angeordnet
sein, um parallel zu der unteren Oberfläche des Substrats 6 zu
sein. Zusätzlich können die
Stifte 5a zum Tragen des Substrats 6, wenn dieses
transferiert wird, auf der transparenten Quartzplatte 5 vorgesehen
sein.
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9 ist
ein Diagramm, das ein weiteres strukturelles Beispiel eines drehbaren
Haltemechanismus zum Halten und Drehen der Haltevorrichtung 7 der
Substratverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Der drehbare Haltemechanismus besitzt ein Magnetlevitationsglied 19 (entsprechend
dem Drehglied 8 in 7), das
aus einem magnetischen Material besteht. Die Haltevorrichtung 7 wird
in den oberen Teil des Magnetlevitationsglieds 19 aufgenommen.
Das Magnetlevitationsglied 19 ist ein zylindrisches Glied
mit einem Kragenteil 19a, der bei seinem unteren Ende gebildet
ist. Der Kragenteil 19a erstreckt sich horizontal nach
außen.
Das stationäre
Glied 10 ist mit radialen Magnetlagern 21 und 22 an
oberen und unteren Positionen vorgesehen, die zu dem Außenumfang
des Magnetlevitationsglieds 19 weisen. Die magnetische
Drehantriebsquelle 9 ist zwischen den oberen und unteren
radialen Magnetlagern 21 und 22 vorgesehen. Ein
axiales Magnetlager 20 ist an einer Position vorgesehen,
die zu der oberen Oberfläche
des Kragenteils 19a weist.
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Das
radiale Magnetlager 21 weist einen Elektromagneten 21a und
einen Verschiebungssensor 21b auf. Das radiale Magnetlager 22 weist
einen Elektromagneten 22a und einen Verschiebungssensor 22b auf.
Das axiale Magnetlager 20 weist einen Elektromagneten 20a und
einen Verschiebungssensor 20b auf. Ein Becher 23,
der aus einem nicht magnetischen Material besteht, deckt die entsprechenden
Oberflächen
des Elektromagneten 21a und des Verschiebungssensors 21b des
radialen Magnetlagers 21, die Drehantriebsquelle 9,
den Elektromagneten 22a und den Verschiebungssensor 22b des
radialen Magnetlagers 22 und den Elektromagneten 20a und
den Verschiebungssensor 20b des axialen Magnetlagers 20 ab.
Infolgedessen wird verhindert, dass die Oberflächen der Elektromagneten 21a, 22a und 20a,
die Verschiebungssensoren 21b, 22b und 20b und
die Drehantriebsquelle 9 in Kontakt mit dem Verarbeitungsgas
kommen und nicht korrodieren. Die Oberfläche des stationären Glieds 10,
die in der Substratverarbeitungskammer freigelegt ist, wird mit einer
Quartzabdeckung 24 abgedeckt, um die Kontamination durch
das Rohmaterial und das andere Prozessgas G zu verhindern.
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In
dem drehbaren Haltemechanismus, der wie oben beschrieben angeordnet
ist, ist die Anordnung des Magnetlevitationsglieds 19 und
der Haltevorrichtung 7 angepasst, um durch den Haltevorrichtungsanhebemechanismus
(nicht gezeigt) wie in dem Fall der 7 angehoben
und abgesenkt zu werden. Wenn die Anordnung des Magnetlevitationsglieds 19 und
der Haltevorrichtung 7 zu einer in 8 gezeigten
Position durch die Haltevorrichtungsanhebemechanismen angehoben
wird, werden die radialen Magnetlager 21 und 22 und
das axiale Magentlager 20 aktiviert, um das Magnetlevitationsglied 19 in
einem Schwebezustand bei der Position zu tragen, die in der Figur
dargestellt ist.
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In
einer allgemeinen Verwendung des herkömmlichen, axialen Magnetlagers
sind Elektromagneten an den oberen und unteren Seiten eines Lagertargets
eines Magnetlevitationsglieds angeordnet. In dem axialen Magnetlager 20 der
Erfindung ist jedoch der Elektromagnet 20a nur an der oberen
Seite vorgesehen und das Magnetlevitationsglied 19 wird
in einem Schwebezustand durch das Gleichgewicht der Magnetkraft
des Elektromagneten 20a und der Schwerkraft, die auf die
Haltevorrichtung 7 und das Magnetlevitationsglied 19 wirkt,
getragen. Demgemäß kann,
wenn keine Magnetkraft durch die Elektromagneten 21a und 22a der
radialen Magnetlager 21 und 22 und die Drehantriebsquelle 9 ebenso
wie den Elektromagneten 20a des axialen Magnetlagers 20 erzeugt
wird, die Anordnung der Haltevorrichtung 7 und des Magnetlevitationsglieds 19 durch
den Haltevorrichtungsanhebemechanismus abgesenkt werden.
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Daher
kann das Laden und Entladen der Haltevorrichtung 7 oder
der Haltevorrichtung 7 und des Magnetlevitationsglieds 19 in
und aus der Substratverarbeitungskammer dieses Ausführungsbeispiels in
einfacher Weise ausgeführt
werden, ohne die Substratverarbeitungsvorrichtung in einer ähnlichen
Art und Weise zu zerlegen, wie sie in dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgeführt
wird.
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Der
Spalt zwischen dem stationären
Glied 10 und dem Magnetlevitationsglied 19 wird
mit den Verschiebungssensoren 21b und 22b der
radialen Magnetlager 21 und 22 und dem Verschiebungssensor 20b des
axialen Magnetlagers 20 detektiert. Mit den Ausgaben dieser
Verschiebungssensoren werden die Erregerströme der Elektromagneten 21a, 22a und 20a gesteuert,
um die Anordnung der Haltevorrichtung 7 und des Magnetlevitationsglieds 19 in
einem Schwebezustand bei einer vorbestimmten Position zu tragen,
wie in dem Fall der herkömmlichen Magnetlager.
Darüber
hinaus wird das Magnetlevitationsglied 19 durch die Magnetlager
getragen und durch eine magnetische Drehkraft gedreht, die durch die
Drehantriebsquelle 9 erzeugt wird. Infolgedessen dreht
sich die Haltevorrichtung 7 gemeinsam mit dem Substrat 6.
Das Beladen und Entladen des Substrats 6 sind gleich wie
bei der in 7 gezeigten Substratverarbeitungsvorrichtung.
Daher wir eine Beschreibung davon ausgelassen.
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Das
Ausmaß der
Wärmekonvektion,
die durch Erwärmen
mit der Lampenheizvorrichtung 4 als einer Wärmequelle
erzeugt wird, hängt
von den Prozessparametern, d.h. der Temperatur, dem Molekulargewicht
des Gases, dem Druck etc. ab. Zusätzlich unterscheiden sich die
Einheitlichkeit der verarbeiteten Oberfläche des Substrats 6 und
die Verarbeitungsgeschwindigkeit gemäß der Größe des Pumpeffekts, der durch
die Drehung des Substrats 6 und der Haltevorrichtung 7 erzeugt
wird. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit unterscheidet sich ebenfalls gemäß der Art
des Reaktionsprekursors. Demgemäß variiert
die Drehzahl bei der die oben beschriebenen Effekte durch die Drehung
des Substrats 6 und der Haltevorrichtung 7 erzeugt
werden können
in Abhängigkeit
von den oben beschriebenen Parametern. In einem Halbleiterherstellungsprozess
befinden sich jedoch die Fläche
des Substrats 6 und die Prozessgasströmungsrate in einer proportionalen
Beziehung zueinander und der Pumpeffekt, der durch die Drehung des
Substrats 6 und der Haltevorrichtung 7 erzeugt
wird, und die Größe des Substrats 6 befinden sich
in proportionaler Beziehung zueinander. Angesichts dieser Aspekte
sollte das Substrat 6 vorzugsweise mit ungefähr 50 bis
150 U/min gedreht werden, um mit dem Problem des ansteigenden Stroms
(Wärmekonvektion),
der von der oberen Oberfläche
des Substrats 6 erzeugt wird, fertig zu werden.
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In 9 ist
eine Lampenheizvorrichtung (nicht gezeigt) in dem hohlen Teil des
Magnetlevitationsglieds 19 als eine Wärmequelle angeordnet. Daher
besitzt das Magnetlevitationsglied 19 einen großen Durchmesser.
Demgemäß ist, wenn
das Magnetlevitationsglied 19 gedreht wird, die Umfangsgeschwindigkeit
bei dem Außenumfangsteil
des Magnetlevitationsglieds 19 hoch. Daher ist das Tragen des
Magnetlevitationsglieds 19, wie in 9 gezeigt (d.h.
mit den radialen Magnetlagern 21 und 22 und dem
axialen Magnetlager 20) ebenfalls aus dem Gesichtspunkt
des Verhinderns der Erzeugung von Partikeln vorteilhaft.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die vorteilhaften Wirkungen zu erzielen, die unten erwähnt sind.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird das Substrat, wenn ein Substrat
in einem Reaktionsraum verarbeitet wird, wo ein Prozessgas in einem
Vakuum vorhanden ist, wie es in einer Substratverarbeitungskammer
existiert, durch die Magnetkraftquelle während des Verarbeitens schwebend
gehalten. Infolgedessen ist die Vorrichtung frei von Problemen,
wie beispielsweise der Erzeugung von Partikeln. Da die Haltevorrichtung
gehalten und gelöst werden
kann, je nachdem ob eine magnetische Kopplungskraft von der Magnetkraftquelle
vorhanden ist, wird es einfach, den Betrieb des Haltens und Lösens der
Haltevorrichtung auszuführen
und es wird ebenfalls einfach, die Haltevorrichtung in die Substratverarbeitungskammer
zu laden und aus dieser zu entladen. Demgemäß wird es einfach, das Ersetzen der
Haltevorrichtung und das Reinigen, um eine Ablagerung zu entfernen,
die sich auf dieser gebildet hat, durchzuführen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird die Haltevorrichtung durch die
Magnetkraftquelle schwebend gehalten und gedreht. Infolgedessen ermöglicht es
ein Pumpeffekt, der durch die Drehung der Haltevorrichtung erzeugt
wird, dass ein Strom eines Prozessgases, der zu dem Substrat herabströmt, den
aufsteigenden Strom (Wärmekonvektion),
der durch das Erwärmen
erzeugt wird, zu überwinden. Demgemäß erreicht
das Prozessgas problemlos die Substratoberfläche. Auf diese Weise kann eine
effiziente Substratverarbeitung realisiert werden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung ist nur wenn das Substrat zu einer
vorbestimmten Position zur Verarbeitung bewegt wurde, das Magnetlevitationsglied,
das die Haltevorrichtung trägt,
magnetisch mit der Magnetkraftquelle gekoppelt. Daher kann sich
das Magnetlevitationsglied, wenn die Verarbeitung nicht ausgeführt wird,
frei in oder aus der Substratverarbeitungskammer heraus bewegen. Demgemäß wird es
einfach, den Substratbeschickungsbetrieb und das Reinigen ebenso
wie das Ersetzen der Haltevorrichtung und des Schwebeglieds auszuführen.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung wird das Magnetlevitationsglied in
einem Schwebezustand durch das Magnetlager getragen und durch die
magnetische Drehantriebsquelle gedreht. Daher ist es möglich, stabil
eine Schwebetragsteuerung und eine Drehsteuerung des Magnetlevitationsglieds auszuführen, selbst
wenn dieses einen großen Durchmesser
besitzt und sich mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit dreht.