JP2001524259A - マイクロエレクトロニクス製造装置用プログラマブル超クリーン電磁サブストレート回転装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マイクロエレクトロニクス製造装置におけるウエハ回転用の装置と方法が示されている。本発明は、複数個の電磁アクチュエータコイル（２７）を有する外部ステータアセンブリ（２９）と、複数個の多極永久磁石または強磁性結合片を有する内部ロータアセンブリ（２４）とからなる。ロータアセンブリ（２４）はプロセスチャンバ内において半導体ウエハまたは他のサブストレートを支持する。ステータアセンブリ（２９）の電磁アクチュエータコイル（２７）は、多相の制御された周波数の電流の供給により、前記アクチュエータコイル（２７）の回りに磁界を形成し、ロータアセンブリ（２４）の多極永久磁石または強磁性結合片（２６）にロータアセンブリを回転させるような回転力を付与するように作用させ、これにより、プロセスチャンバ内において半導体ウエハまたは他のサブストレート（３０）を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 マイクロエレクトロニクス製造装置用プログラマブル 超クリーン電磁サブストレート回転装置及び方法 発明の技術分野 本発明は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造装置用方法及びシステムに 関し、特に、半導体製造装置においてウエーファを回転させる装置及び方法に関 する。 発明の背景 半導体集積回路製造技術は、チップ製造プロセスの流れを通して、多くのシン グルウエーファ熱蒸着、及びプラズマエッチクリーンプロセスを利用する。半導 体ウエーファ温度及びプロセス全体の一様性は、デバイス製造生産を最大にする ために半導体製造装置における重要な要求である。特に、正確なウエーファ温度 一様性及び反復性は、急速熱処理（ＲＴＰ）システムを含む熱処理装置における 本質的な要求である。例えば、急速熱アニール（ＲＴＡ）、急速熱酸化（ＲＴＯ ）、及び急速熱化学蒸着（ＲＴＣＶＤ）プロセスは、半ミクロン以下の半導体Ｉ Ｃ生産のための大部分の熱プロセスにおいて±５℃以下の、ウエーファ内温度非 一様性及びウエーファ間温度変動で、動的に一様かつ反復可能なウエーファ温度 を提供しなければならない。さらに、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスは、一様かつ 反復可能性ある材質層厚さで、（ポリシリコン、アモルファスシリコン、エピタ キシャルシリコン、シリコン窒化物、シリコン二酸化物等のような）高品質材質 層を提供しなければならない。これは、ウエーファ温度一様性及び反復可能性制 御だけでなく、半導体ウエーファ又は（例えば、薄膜ヘッド、フラットパネルデ ィスプレイ等の）他のサブストレートを通して、反応剤大量配送一様性を要求す る。 シングルウエーファ製造装置において、ウエーファ温度一様性の改善、及び反 応剤大量配送一様性の改善を確立する一つの効果的な方法は、ウエーファ製造中 のウエーファ回転である。例えば、ＲＴＰ装置におけるウエーファ回転は、温度 一様性を改善し、かつ反復可能性を高めると共に、ウエーファ温度分布を軸対称 にすることができる。さらに、ＲＴＣＶＤ及びシングルウエーファプラズマ増強 ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）システムにおけるウエーファ回転は、一様な材質層厚さ分 布を含む、蒸着プロセス一様性を改善したウエーファ上の軸対称反応剤大量配送 分布プロフィールを確立するのに有効である。 半導体製造装置におけるウエーファ回転の別の応用は、ＣＶＤ回転ディスクリ アクタ（ＲＤＲ）システムにおける蒸着率増強である。温度及びプロセス一様性 改善のための典型的ウエーファ回転速度は、２０ＲＰＭ〜２００ＲＰＭ（回転数 ／分）の範囲にある。しかしながら、ＲＤＲ・ＣＶＤシステムは、ずっと高いウ エーファ回転速度を使用し、典型的には、５００から、１５００ＲＰＭを越える 範囲にある。これらの比較的に高い回転速度は、特に大量配送の制限された蒸着 プロセスに対して、境界層（沈滞層）厚さを減らすことによりあるＣＶＤプロセ ス応用において材質蒸着率を増すために要求される。 シングルウエーファ製造装置におけるウエーファ回転方法は、典型的には、強 磁性流体貫通接続と共に、外部回転モータを使用する。強磁性流体貫通接続は、 回転可能のシャフトを提供し、かつこのシャフトの一端は、プロセスチャンバ（ 例えば、真空プロセスチャンバ）内に位置させることができる一方、該シャフト の他端は、プロセスチャンバ外側の大気側に位置させることができる。電気モー タが、製造装置プロセスチャンバ外側の強磁性貫通シャフトに回転を加える。こ の回転は、製造装置プロセスチャンバ内側に位置した強磁性貫通接続シャフト末 端にまで、直接機械的伝達を通して実行される。強磁性シャフトは、ウエーファ ホルダ、又はウエーファサスセプタ、若しくは任意のウエーファサポート構成に 接続されて、ウエーファ回転を生じる。このウエーファ回転構成は、装置信頼性 及び性能の観点でいくつかの欠点を有している。 一般的に、強磁性流体貫通接続は、動作寿命の制限による問題を示す。強磁性 貫通接続によるウエーファ回転機構は、またプロセスチャンバ内に微粒子を発生 して、チップ欠陥密度の増加による生産高の減少を生じることがある。 真空又は低圧ＣＶＤ応用において、強磁性貫通接続は、また真空保全性問題、 及び動作延長につれて真空ベース圧力退化を生じることがある。 ＲＴＰシステムにおいて、ウエーファ回転のための強磁性流体貫通接続の使用 はまた、いくつかの明白な欠点及び制限を有している。例えば、典型的強磁性流 体回転アセンブリは、ウエーファ後側下方に大きなスペースを必要とするであろ う。結果として、このタイプのウエーファ回転は、ウエーファ後側に面するアク セスポートの利用可能性をなくして、装置設計に重大な制限を課す。 ウエーファ回転のための別の方法は、ＲＴＰシステムにおいて使用するために 、テキサスインスツルメントインコーポレーテッドでのマイクロエレクトロニク ス・マニファクチャリング・サイエンス・アンド・テクノロジ（ＭＭＳＴ）プロ グラムにおいて開発された。本発明の両方の発明者、ミールダッドＭ．モスリー 及びヨング・ジン・リーは、向上真空プロセッサＲＴＰ又はＡＶＰ・ＲＴＰシス テムを開発したＭＭＳＴチームのメンバーであった。ＭＭＳＴ・ＲＴＰ回転アセ ンブリは、図１に示されるような、２つの多極磁気ホイールの使用に基づいて設 計された。内部多極磁界は、交互の磁極を持つ、好ましくは半径方向に磁化され た偶数の磁石を包含している。これらの磁石は、ニッケルメッキ鉄、４００シリ ーズステンレス鋼、又は１０１８鋼のような透磁性材料から構成された軟磁性材 料リング上に取り付けられる。内部多極磁石ホイールは、円形又はリング形状の 機械的支持アセンブリ上に支持されたウエーファホルダ及びクオーツ又は金属の ライナー（或いはウエーファサポート構成）に取り付けられる。回転モータは、 ギア結合機構を通して外部磁石ホイールを回転する。外部磁石ホイールの回転は 、プロセスチャンバを通して２セットの多極永久磁石間を結合する強磁界により 内部磁石ホイールを回転させる。内部多極磁石ホイールの回転は、ウエーファサ ポートアセンブリの回転を通してウエーファを回転させる。 多極磁石回転は、強磁性流体貫通接続を使用しないので、強磁性貫通接続回転 よりも重要な利点を有している。結果として、多極回転アセンブリは、シングル ウエーファ真空及び大気製造装置を含めて、半導体製造装置においてウエーファ 回転のより信頼性ある方法である。多極回転設計の別の利点は、それが、半導体 ウエーファのすぐ上又は下のスペースを占める必要がないという事実である。こ のように、ウエーファのすぐ上又は下の領域は、他の製造装置要素と共に、プロ セスエネルギー源の実装のために使用することができる。 しかしながら、この多極回転設計は、他の従来のウエーファ回転方法及び装置 と同様に、依然として、製造クリーンルーム内の製造プロセスチャンバ外側に機 械的可動部品を有する欠点を示している。モータ、モータシャフト、及び回転ギ アのようなこれらの機械的部品は、微粒子発生源になりうると共に装置信頼性及 びダウンタイム問題の発生源になり得る。外部機械動作及び回転摩擦による微粒 子の発生は、製造装置まわりのクリーンルーム清浄さ及びクラスを低下させるこ とがある。 発明の概要 それ故、製造装置プロセスチャンバ外側に、回転貫通接続及び回転モータのよ うな機械的回転部品の必要性を無くするウエーファ回転装置及び方法に対する必 要性が生じた。 さらに、可動機械的部品から微粒子発生を実質上無くするウエーファ回転装置 及び方法に対する別の必要性が存在する。 さらに、急速熱ＣＶＤ（ＲＴＣＶＤ）及びプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ） 装置のような真空及び低圧製造装置システムの超高真空（ＵＨＶ）ベース圧力要 求と両立するウエーファ回転装置及び方法に対する別の必要性が存在する。 さらに、半導体製造装置の厳密動作信頼性及び使用可能時間要求に合致する能 力を有するウエーファ回転装置及び方法に対する別の必要性が存在する。 本発明によると、以前に開発されたウエーファ回転装置及び方法と関連した欠 点及び問題を実質上無くし、或いは減少させるウエーファ回転装置及び方法が提 供される。 特に、半導体製造装置において半導体ウエーファを回転させるウエーファ回転 システムいわゆるギアレス回転システムが提供される。本発明のシステムは、複 数の電磁アクチュエータコイルを有する外部ステータアセンブリを、複数の多極 永久磁石を有する内部ロータアセンブリと組み合わせる。永久磁石は、強磁性材 質磁極片のアレイと取り替えることができる。内部ロータアセンブリは、製造装 置プロセスチャンバ内に半導体ウエーファ又は他の任意のサブストレートを支持 する。外部アクチュエータアセンブリの電磁アクチュエータコイルは、周波数及 び位相を制御した電流を受け取って、ロータアセンブリの多極永久磁石の磁界（ 又は透磁性強磁性磁極片）と相互作用するアクチュエータコイルまわりに時間変 動磁界を発生して、内部ロータアセンブリを回転させる回転力及びトルクを提供 し、そしてそれ故、前記プロセスチャンバ内の半導体ウエーファ又は任意の他の サブストレートを回転させる。 また、外部ステータアセンブリ及び内部ロータアセンブリを有するマイクロエ レクトロニック製造装置において、半導体ウエーファ又はいかなる他のサブスト レートも回転させるウエーファ回転方法が提供される。本発明の方法は、内部ロ ータアセンブリに半導体ウエーファ又は他のどのようなサブストレートも固定し 、複数の多極永久磁石（又は複数の透磁性強磁性片）をロータアセンブリに結合 し、複数のアクチュエータコイルを外部ステータアセンブリに結合し、アクチュ エータコイルのそれぞれのまわりの時間変動磁界を発生させるためにアクチュエ ータコイルに複数の電流を印加し、そして、ロータアセンブリに関して近接位置 に外部ステータアセンブリを位置決めして、アクチュエータコイルの磁界を多極 磁石の磁界（又はロータアセンブリ上の透磁性強磁性磁極片）と相互作用させて 、ロータアセンブリを回転させる。強磁性材質磁極片とステータコイルの相互作 用はまた、回転をさせるために使用することができる。 本発明の重要な技術的利点は、製造装置プロセスチャンバ外側の、回転貫通接 続、回転モータ、及び回転ギアのような、機械的可動及び回転部品の必要性を無 くする点にある。 本発明は、製造クリーンルーム内側の可動機械部品から発生した微粒子を取り 除くことにより別の技術的利点を提供する。 本発明は、真空及び低圧製造装置システムの超高真空（ＵＨＶ）ベース圧力要 求と両立し得るような別の技術的利点を提供する。 本発明のさらに別の技術的利点は、半導体製造装置の厳密な信頼性及び使用可 能時間要求に合致する能力を高めることにある。 本発明のさらに別の技術的利点は、ウエーファのすぐ上又は下のスペースを占 めることなく製造装置に容易に一体化し、それによって、これらのスペースを、 ウエーファ後側加熱のためのＲＴＰシステム用のマルチゾーンイルミネータのよ うな、他のプロセスエネルギー源要素の実装のために利用可能にする能力にある 。 本発明及びその利点のより完全な理解のために、同じ参照数字が同じ特徴を示 す添付図面と関連してなされる以下の説明を今参照する。 図１は、回転ウエーファのための従来技術の多極回転構成の概略図を示してい る。 図２はロータ上に永久磁石を持つ本発明の一具体例の断面図を示している。 図３は、ロータ上に複数の透磁性又は強磁性タブ若しくは磁極片を持つ本発明 の別の具体例の断面図を示している。 図４は、ＲＴＰシステムにおいてＲＴＰイルミネータ及びウエーファに関して 本発明の回転アセンブリの相対位置を示す、本発明の一具体例の側面図を示して いる。 図５は、本発明と関連してステータコイルに印加される電流の波形の一具体例 を示している。 図６は、マルチゾーンＲＴＰ装置における本発明の回転アセンブリの一具体例 の断面アセンブリ図を示している。 発明の詳細な説明 本発明の好適具体例は、種々の図面において同一及び相当する部品を参照する ために同一の数字を使用する図に例示されている。 本発明は、ウェーファ回転のための能力を確立するために、多極永久磁石ロー タアセンブリ、又は永久磁石の代わりに複数の透磁性又は強磁性タブを持つロー タアセンブリと共に、外部電磁ステータアセンブリを使用する。このウエーファ 回転装置及び方法は、半導体、データ記憶、フラットパネルディスプレイ及び光 電池デバイス製造装置を含む多数の製造応用において使用することができる。 図２及び３は、本発明の少し異なる２つの具体例を示しており、その両方が、 複数コイル電磁ステータを使用するが、ロータ構成は少し異なっている。 図２及び３に示されるように、本発明の回転装置２０は、内部ロータアセンブ リ２２と、外部ステータアセンブリ２９とから構成することができる。図２に示 されるように、内部ロータアセンブリ２２はさらに、ロータセクション２４に結 合された複数の多極永久磁石２６を備えている。図３に示されるように、強磁性 タブを使ってまた、回転させることができる。ロータセクション２４は好適には 、保護ロータハウジング２１内に包含されている。ロータハウジング２１はさら に、ロータハウジング内側要素２３に結合された外側ロータハウジング外側要素 ２５を備えている。ロータハウジングは好適には、３００シリーズステンレス鋼 又はアルミニウムを含む多様な非磁性材質から製造することができる。ロータセ クション２４は好適には、２つの少し異なる具体例に対して図２及び３に示され るように、全体的に円形の断面形状を有している。ロータセクション２４は、軟 鉄又は４００シリーズ磁性鋼を含む多様な磁気材料から製造することができる。 或いは、ロータセクション２４は、円形断面形状で、ロータセクション２４にぴ ったり適合するよう構成されている磁気バンドに結合することができる。図２に 示されるように、磁石２６は、該磁石２６とロータセクション２４の金属の間の 磁気力によってロータセクション２４に結合する。或いは、磁石２６は、ネジ、 ファスナー、接着剤、又はブラケットを使ってロータに機械的に取り付けること ができる。磁石２６は、ロータセクション２４に結合されて、該磁石２６がステ ータ２８に面する好適には半径方向の磁化を持つ交互磁化極を有するようにして いる。図２に示されるように例示するために、Ｍ₁と表示された磁石２６は、ス テータアセンブリ２８に面する磁石Ｍ₁のサイドにＮ磁極を有し、かつＭ₂及びＭ₁₆ と表示された磁石２６は、それぞれステータ２８に面する磁石のサイドにＳ磁 極を有している。このように、永久磁石２６は、ロータセクション２４上に交互 の磁極パターンを有している（図２）。強磁性結合チューブの場合に、ステータ コイルにより発生した磁界は、ロータのための力を発生する（図３）。 ロータセクション２４は、図４に示されるように回転ベアリング３５上に支持 されている。図２の上面図から見られるように、円形ロータ断面の表面は、ロー タリング支持コンタクト３９を形成することができ、かつこの上に、支持リング ３１及び延長支持リング３８が載置されている。ロータ延長支持リング３８コン タクトに相対する円形ロータ断面は、ロータセクション２４を機械的回転ベアリ ング３５と接触させるためのロータベアリングコンタクトを形成している。 図２及び図３に示されるように、この装置のプロセスチャンバ外側に位置した ステータアセンブリ２８は、全体的に円形断面形状を有し、かつステータハウジ ング又は支持構成２９と、該ステータハウジング又は支持構成２９に結合された 一連のステータアクチュエータコイル２７とから構成される。ステータハウジン グは好適には、電磁コイルの一端に磁束のためのパスを形成するために、ニッケ ルコーティングした鉄又は磁性鋼、例えば１０１８鋼又は４００シリーズステン レス鋼のような高透磁率磁気材料から構成されるべきである。図２及び図３に示 されたステータアセンブリ２８は好適には、ロータアセンブリ外側ハウジング２ ５のまわりに置かれ、かつこれは好適には、円筒金属ハウジングである。別の具 体例において、ステータアセンブリ２８は、内側ハウジング２５内に置くことが できる。いずれかの具体例において、（ロータハウジング壁の厚さを含む）磁石 とコイルの間の距離は、回転トルクを最大にするために最小化されるべきである 。ステータアセンブリ２８は、動作中固定位置に留まる。ステータコイル２７は 、ロータアセンブリ２２の磁石２６（図２参照）又は強磁性タブ（図３参照）に 面するステータハウジング又は支持構成２９のサイドに（機械的ファスナーを使 って）固定される。図２又は図３のステータコイルは、回転トルクを最大にする ためにロータアセンブリ２２のロータ外側ハウジング２５に接触する。（或いは 、ステータコイル２７は、もしステータ２８がロータ内側ハウジング２３内にあ るならば、ロータ内側ハウジング２３壁に接触するであろう）。好適には、ロー タ外側ハウジング壁２５は、製造及び機械的強度制限がロータ外側ハウジング２ ５上の位置でステータコイル２７と接触させるほどに小さな厚さを有しているで あろう。２〜４ミリメータのロータハウジング厚さは、ウエーファ回転の大部分 の用途に対して正常に動作するであろう。ステータコイル２７は、高磁気透磁率 及び低渦電流損失を持つ適当なコア材料上に適当な寸法の電線を巻くことにより 構成することができる。一例として、１６ゲージの銅線が、ステータコイル２７ のために使用することができる。 ステータ２８は好適には、ロータアセンブリ２２上に永久磁石２６（図２参照 ）の数の２倍のアクチュエータコイル２７を包含するよう構成すべきである。強 磁性タブ当たりに、より多数のコイルを選択することができる。ＣＶＣのシング ルウエーファ装置製品と共に使用されるべき回転アセンブリの好適具体例は、３ ２のステータコイル２７及び図２に示されるように半径方向に磁化された１６の 多極永久磁石を使用する。 図４に示されるように、ロータセクション２４は、該ロータセクション２４の ロータベアリングコンタクト部分４０で回転機械的ベアリング３５上に載置して いる。回転ベアリング３５が、動作中上下に回転ベアリングを動かすためのアク チュエータ３６を含むことができる。ロータセクション２４はまた、ウエーファ 支持リング３１、及びシリコンウエーファ又はいかなる他のサブストレート３０ も支持する延長支持リング３８（又はウエーファチャック）を支持することがで きる。好適には、ロータハウジング２１は全体的に、ウエーファ回転面の下方に あり、かつ清浄ガス出口３７を通して連続的に清浄化されて、不活性ガスが下方 に流れて、プロセスチャンバ内及びウエーファまわりの微粒子汚染の可能性を取 り除き或いは最小にする。ロータハウジング２１は、ロータハウジングが、外側 環境から、そしてプロセス環境から（この後者は内部清浄ガスを通して）分離さ れている不活性清浄ガスの制御環境を包含しているように構成することができる 。ロータハウジング２１また、プロセスチャンバに外側及び内側ハウジングのた めの接続フランジ４１及び４２を提供することができる。清浄ガス、分離回転環 境、及びロータ２４とベアリング３５以外の機械的可動部品の除去の組み合わせ により、ウエーファ３０近くの微粒子集結の可能性を大いに減少させる。さらに 、本発明は、強磁性流体貫通接続のような回転貫通接続及びクリーンルーム内の 関連するギア又は部品のための必要性を無くする。これは、本発明の超クリーン 特徴を提供する。 動作において、多相同期化電流源が、ステータアセンブリ２８上のアクチュエ ータコイル２７のそれぞれに加えられる。ステータコイル２７が、それらの電力 源ドライバ（電流又は電圧源）に接続されるとき、ステータハウジング２９は、 磁気回路、及びステータアクチュエータコイル２７を中心とする外側面上の磁束 線を閉じる。磁化ステータコイルは、ロータアセンブリ上に取り付けられた永久 磁石２６と相互作用するステータ周辺まわりに時間変動磁界を発生する。ステー タコイルにより発生した磁界は、ステータロータシステムの最低エネルギー状態 が一方向に回転するようにされる。この回転の速度及び方向は、コイルに供給さ れる波形によって決定される。この相互作用は、強磁性タブの磁石の全てに対し て同じ方向に力を提供する。この力は、強磁性タブの磁石から、ベアリング３５ 上に位置したロータ２４に移され、そしてロータ２４をベアリング３５上で回転 させる。ロータ上に固定された半導体ウエーファは、ステータアセンブリとロー タアセンブリの間のこの磁気力相互作用により同様に回転するであろう。 本発明の回転アセンブリ２０は、動作中ウエーファを回転させる力又はトルク を提供するために直接的機械貫通接続装置は使用しない。ロータ２４の回転を駆 動する力は、電磁エネルギー及び外部ステータアセンブリと内部ロータアセンブ リの間の磁気相互作用から得られる。回転強磁性流体貫通接続及び製造装置プロ セスチャンバ外側の回転ギア又はホイールのような、外部可動機械部品及び回転 貫通接続をなくすことにより、本発明は、回転機械部品（ギア又はホイール）及 び関連貫通接続から発生する外部（クリーンルーム）及び内部（プロセスチャン バ）微粒子を無くする。これは、急速熱ＣＶＤシステムのような真空及び低圧製 造装置システムの超高真空（ＵＨＶ）ベース圧力要求と、本発明の両立性を増す 。さらに、機械的ギア又は回転力の回転貫通接続源を取り除くことにより、本発 明は、装置全体の信頼性及び使用可能時間を増加させる。 制御された周波数の制御された値の多相電流を加えることにより、ロータアセ ンブリ２８は、制御された回転速度で回転させることができる。任意の時の回転 速度は、多相電流源の周波数により制御することができる。回転トルクの値は、 ステータコイル２７を通って流れる電流の値を調整することにより制御すること ができる。最大回転トルクの発生のために、ステータコイル２７は、それらが、 磁気空隙を最小化するためにロータアセンブリの外側ハウジング壁に接触するよ うに取り付けられる。好適には、ロータ外側ハウジング２５壁は、ステータコイ ル２７がロータ外側ハウジング２５に接触する位置で、２から４ミリメータの厚 さを有している。ロータ外側壁厚さを小さくすることにより、ステータコイル２ ７に印加された所定のアンペアターンに対してロータアセンブリ上のトルク値が 増加するであろう。アンペアターンは、巻線に印加された電流と、各ステータコ イル２７に対して巻線まわりの巻数との積である。ＲＴＰ製造装置における典型 的動作中、完全に装荷されたロータ重量は、１０〜５０ポンドであり、その回転 速度は数百回転／分（ＲＰＭ）にまで上昇し、そして加速／減速値は、略３ＲＰ Ｍ／秒から略５０ＲＰＭ／秒の範囲にある。これらの典型的動作条件の下で、各 ステータアクチュエータコイル２７は、過熱することなく、数百アンペアターン を提供することができなければならない。ステータコイル２７をロータアセンブ リ外側ハウジング２５と接触させて取り付けることにより、回転システムの回転 ドライブ能力が改善されるだけでなく、アクチュエータコイル２７上のロータ外 側ハウジング２５の追加放熱効果によりステータアセンブリ２８の熱管理が改善 される。 好適具体例において、本発明のステータアクチュエータコイル２７は、四極ド ライブシステムに接続されている。四極電力ドライバは、次の形態で電流（又は 電圧）を提供する。 ｉ₁＝Ｉ₀₁Ｓｉｎ（ωｔ）;ｉ₂＝Ｉ₀₂Ｃｏｓ（ωｔ） ｉ₃＝−Ｉ₀₃Ｓｉｎ（ωｔ）；ｉ₄＝−Ｉ₀₄Ｃｏｓ（ωｔ） ここで、我々は、全てのチャンネルに対してピーク電流レベルとして、Ｉ₀＝Ｉ_{0 1} ＝Ｉ₀₂＝Ｉ₀₃=Ｉ₀₄を使用することができる。この場合に、ステータドライブ信 号は、正弦波であると仮定している。しかしながら、他のタイプの波形をまた使 用することができる。これらは、三角波形、矩形波形などを含んでいる。フェー ズ１における分離数は、また変数（３、４、５など）にすることができる。ステ ータアクチュエータコイルは、４つのグループに分割され、かつ各グループは、 四極電流ドライバの一つに、（パラレル、シリーズ、又はパラレルとシリーズの 組み合わせで）接続される。例えば、 ｉ₁=Ｉ₀Sinωｔは、Ｓ₁₁、Ｓ₂₁、Ｓ₃₁、Ｓ₄₁、Ｓ₅₁、Ｓ₆₁、Ｓ₇₁、Ｓ₈₁に ｉ₂=Ｉ₀Cosωｔは、Ｓ₁₂、Ｓ₂₂、Ｓ₃₂、Ｓ₄₂、Ｓ₅₂、Ｓ₆₂、Ｓ₇₂、Ｓ₈₂に ｉ₃=-Ｉ₀Sinωｔは、Ｓ₁₃、Ｓ₂₃、Ｓ₃₃、Ｓ₄₃、Ｓ₅₃、Ｓ₆₃、Ｓ₇₃、Ｓ₈₃に ｉ₄=-Ｉ₀Cosωｔは、Ｓ₁₄、Ｓ₂₄、Ｓ₃₄、Ｓ₄₄、Ｓ₅₄、Ｓ₆₄、Ｓ₇₄、Ｓ₈₄に 図５は、ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃、及びｉ₄のための典型的波形を例示している。図５のグ ラフは、時間に対する電流波形をプロットしている。１周期のドライブ信号によ り、１／８ターンだけロータは回転する。結果として、ドライブ信号周波数の関 数としての回転周波数は、次のようになる。 ＲＰＭ＝（ｆ／８）×６０ 例えば、２４Ｈｚのドライブ信号周波数は、１８０ＲＰＭのロータ回転速度とな る。回転方向は、位相制御を通して印加される電源により右回りと左回りの間で 変化させることができるということに注目すべきである。 ロータシステムは、規定された角度座標或いはロータ２４に関して規定された 位置に、ロータアセンブリ２２を、そしてそれ故、ウエーファ３０を停止させる ために、光又は磁気ホームセンサ５５を使用することができる。一つの具体例に おいて、本発明は、ロータアセンブリ外側ハウジング２５（又はもしステータア センブリはロータ内側ハウジングに隣接して位置していたならばロータ内側ハウ ジング２３）に取り付けられた光ビューポート、及びロータ２４上に位置した光 マーカを組み込むことができる。あらかじめ規定されたホーム位置にロータ２４ をロックするために、４組のコイルに、Ｉ₀、０（ゼロ），−ｉ₀、及び０（ゼロ ）電流を印加することができる。これは、多極磁石２６を、あらかじめ規定され た角度のホーム位置にロックするであろう。 静止状態からの回転立ち上げは、ゼロから定常状態回転周波数値に四極ドライ ブ周波数を徐々に立ち上げることにより始めることができる。例えば、１２０Ｒ ＰＭ回転を確立するために、四極信号周波数は、約５秒で、０から１６Ｈｚまで 立ち上げることができる。この回転を停止させるために、四極ドライブ周波数は 、その定常状態値から、ホーム位置が検出されるまで比較的に低い値（例えば、 １Ｈｚ）にまで立ち下げることができる。ホーム位置が検出されるとすぐに、プ ロセス制御コンピュータは、ＤＣ電流レベル（Ｉ₀、０、−Ｉ₀、０）をステータ コイルの４つのグループに印加することにより、ロータをその静止ホーム位置に ロックすることができる。 図２〜図５に記載された具体例は、本発明の超クリーン回転アセンブリを、後 側ウエーファ加熱を使う改良ＲＴＰシステムに適用する例を示している。本発明 の回転アセンブリ２０は、ウエーファ３０のすぐ上又は下に多くのスペースを占 める必要もなく、周辺アセンブリとして実施することができる。結果として、こ れらのスペースは、プロセスエネルギー源及び装置アセンブリの実装のために利 用可能に残される。例えば、本発明の回転アセンブリ２０は、図４に示され、か つ図６により詳細に示されるように、ウエーファ後側加熱のためのマルチゾーン イルミネータと関連して使用することができる。図６は、急速熱処理（ＲＴＰ） 装置６０内に実施される本発明の電磁回転アセンブリの好適具体例の詳細な図を 示している。種々のシステム要素及びサブアセンブリは、回転アセンブリ７０、 マルチゾーンイルミネータ８０、ＲＴＰプロセスチャンバ８５、及びマルチゾー ンシャワーヘッドアセンブリ９０のように、識別することができる。回転アセン ブリ７０は、ステータ７１、ロータ外側ハウジング７２、ロータ内側ハウジング ７３、及びロータセクション７４を含んでいる。外部ステータは、ステータコイ ル７５（この構成において３２コイルがある）を支持する。ロータ外側ハウジン グ７２及びロータ内側ハウジング７３は、個々のコンタクトフランジ７６及び７ ７を通してＴＲＰプロセスチャンバ８５に接続する。ロータセクションは、ロー タチャンバ７９の底部で機械的ベアリング７８上に支持されている。外部ステー タ７１及び内部ロータ７４は、ウエーファを上方及び下方に移動させて、ウエー ファ取り扱いを可能にするために、上方及び下方に動かすことができる。 さらに、高い反射性のシャワーヘッドは、パターン無関係のＲＴＰ一様性制御 及びプロセスガス注入のためにウエーファ３０上方に位置させることができる。 このタイプの装置構成は、クオーツウインドーのすぐ下のロータアセンブリ内側 ハウジング２３により取り囲まれた容積内に（ＲＴＰ）マルチゾーンイルミネー タを、そしてプロセスチャンバ内に水を収容することのできる回転アセンブリ２ ０の環状構成により可能である。 要するに、本発明は、半導体デバイス製造用のＲＴＰ及びＣＶＤ装置のような マイクロエレクトロニクス製造装置においてウエーファを回転させるための装置 及び方法を提供する。本発明は、複数の電磁アクチュエータコイルを持つ外部ス テータアセンブリを、複数の多極永久磁石（又は強磁性タブ又は磁極片）を持つ ロータアセンブリと組み合わせる。ロータアセンブリは、プロセスチャンバ内に 半導体ウエーファ又は他のいずれかのサブストレートを支持する。ステータアセ ンブリの電磁アクチュエータコイルは、多相同期化電流を受け取って、ロータア センブリを回転させる回転力を提供し、そしてそれ故、製造プロセスチャンバ内 側のウエーファを回転させるために、ロータアセンブリの多極永久磁石の磁界（ 又は強磁性タブ）と相互作用するアクチュエータコイルのまわりに磁界を発生さ せる。 本発明を詳細に説明したけれども、特許請求の範囲によって限定されるような 本発明の精神及び範囲から離れることなく、種々の変化、代換え、及び変更をな すことができるということを理解すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ステータ支持構造と、このステータ支持構造と結合された複数個の電磁アク チュエータコイルとからなるステータアセンブリであって、前記電磁アクチュエ ータコイルは電流を受け取ることにより前記アクチュエータコイルの回りに時間 的に変化する磁界を形成するように動作できるようにして成るステータアセンブ リと、 回転可能に形成されかつサブストレートを支持するロータ部と、このロータ部 を収容するロータアセンブリハウジングと、前記ロータ部の上に配設された複数 個の多極永久磁石とからなるロータアセンブリであって、前記多極永久磁石が前 記アクチュエータコイルの磁界との相互作用により前記ロータアセンブリおよび 前記サブストレートを回転させる回転力を付与するように動作できる磁界を有す るようにして成るロータアセンブリと、 によって構成されたデバイス製造装置におけるサブストレート回転装置。 ２．前記ステータアセンブリがさらに少なくとも４個の電磁アクチュエータコイ ルからなる請求項１記載の装置。 ３．電磁アクチュエータコイルの数が４の整数倍である請求項２記載の装置。 ４．電磁アクチュエータコイルの数が使用される相の整数倍である請求項２記載 の装置。 ５．夫々の電磁アクチュエータコイルが高透磁率磁性コアの外周面に巻回された コイルである請求項２記載の装置。 ６．ステータアセンブリの支持構造がさらに高透磁率材料からなる少なくとも１ 個の磁性バンドからなり、かつ電磁アクチュエータコイルがその磁性コア部分の 外表面と支持バンドとが接触するように支持バンドと結合された請求項５記載の 装置。 ７．磁性バンドが前記磁性コア部分の外表面から漏洩する磁束を効果的に閉塞す るための低磁気抵抗パスを形成する請求項６記載の装置。 ８．ロータ部が前記アクチュエータコイルの磁界と前記多極磁石の磁界との相互 作用によって前記ロータ部の回転を許容するようにベアリング上に載置された請 求項１記載の装置。 ９．ロータハウジングがさらに内部ロータハウジングと外部ロータハウジングと からなり、かつ内部ロータハウジングがラピッド・サーマル・プロセス装置用の プロセスチャンバ窓を支持可能に形成された請求項１記載の装置。 １０．ロータが、前記デバイス製造装置におけるプロセスチャンバ内においてサ ブストレートを支持可能に形成されたサブストレート支持モジュールと結合可能 なコンタクトインタフェースからなる請求項１記載の装置。 １１．多極永久磁石の数が交流磁化用極を構成する永久磁石の数と等しい請求項 １記載の装置。 １２．前記多極永久磁石が前記ロータ部の周囲に夫々実質的に等間隔に配置され ている請求項１１記載の装置。 １３．前記多極永久磁石が透磁性バンドの上に配置され、かつこの透磁性バンド がロータ部と結合されている請求項１２記載の装置。 １４．ロータ部が透磁性の材料によって形成された請求項１３記載の装置。 １５．ロータ部が、実質的に円筒形である請求項１記載の装置。 １６．前記マイクロエレクトロニクス製造装置がシングルウエハ製造装置である 請求項１記載の装置。 １７．前記シングルウエハ製造装置が急速熱処理装置である請求項１６記載の装 置。 １８．前記シングルウエハ製造装置が化学蒸着装置である請求項１６記載の装置 。 １９．電磁アクチュエータコイルの数が多極永久磁石の数の２倍である請求項１ 記載の装置。 ２０．電磁アクチュエータコイルの数が多極永久磁石の数と等しい請求項１記載 の装置。 ２１．電磁アクチュエータコイルの数が多極永久磁石の数の半分である請求項１ 記載の装置。 ２２．電磁アクチュエータコイルの数が多極永久磁石の数の１／４である請求項 １記載の装置。 ２３．コンピュータシステムがステータアセンブリと結合されており、更にこの コンピュータシステムがアクチュエータコイルに制御された量の電流を供給する 少なくとも１つの電源を指令するように形成されている請求項１記載の装置。 ２４．強磁性結合片の数が電磁アクチュエータコイルの数の半分である請求項１ 記載の装置。 ２５．強磁性結合片の数が電磁アクチュエータコイルの数の３倍である請求項１ 記載の装置。 ２６．強磁性結合片の数が電磁アクチュエータコイルの数の４倍である請求項１ 記載の装置。 ２７．強磁性結合片の数が電磁アクチュエータコイルの数の６倍である請求項１ 記載の装置。 ２８．強磁性結合片の数が電磁アクチュエータコイルの数の８倍である請求項１ 記載の装置。 ２９．半導体ウエハをロータアセンブリ上に確実に載置し、複数個のアクチュエ ータコイルをステータアセンブリに結合し、前記アクチュエータコイルに電流を 供給して各アクチュエータコイルの回りに磁界を形成し、複数個の多極永久磁石 をロータアセンブリと結合し、前記ロータアセンブリを前記ステータアセンブリ の最も近くに位置決めし、前記アクチュエータコイルの磁界と前記多極永久磁石 の磁界との相互作用によって、前記ロータアセンブリを回転させることから成る 、ステータアセンブリとロータアセンブリとを使用する製造プロセスにおける半 導体ウエハワーク片の回転方法。 ３０．前記複数個のアクチュエータのステータアセンブリへの結合は、少なくと も４個の電磁アクチュエータコイルを含む請求項２９記載の方法。 ３１．前記複数個のアクチュエータのステータアセンブリへの結合は、４の整数 倍の電磁アクチュエータコイルを含む請求項２９記載の方法。 ３２．複数個のアクチュエータコイルの結合は、高透磁性コア部材の外表面の巻 線の被覆を含む請求項２９記載の方法。 ３３．ロータアセンブリをベアリング上に載置し、ロータ部がベアリング上で回 転可能とした請求項２９記載の方法。 ３４．ウエハ支持構造をロータに結合し、かつ半導体ウエハをロータアセンブリ 上に確実に載置し、更に半導体ウエハをロータに結合されたウエハ支持構造上に 確実に載置した請求項２９記載の方法。 ３５．複数個の多極永久磁石をロータアセンブリに結合し、更に同数の永久磁石 を交流磁化極を有するロータアセンブリに結合した請求項２９記載の方法。 ３６．同数の永久磁石を交流磁化極を有するロータアセンブリに結合し、更にロ ータアセンブリの回りに調整磁石との間に実質的に等間隔を保持する磁石を配設 した請求項３５記載の方法。 ３７．製造装置内において半導体ウエハワーク片を回転させ、更にシングルウエ ハ製造プロセスにおいて半導体ウエハを回転させる請求項２９記載の方法。 ３８．製造装置内において半導体ウエハを回転させ、更に半導体ウエハを急速熱 処理装置内において回転させる請求項２９記載の方法。 ３９．製造装置内において半導体ウエハを回転させ、更に半導体ウエハを化学蒸 着・プロセスにおいて回転させる請求項２９記載の方法。 ４０．複数個のアクチュエータコイルをステータアセンブリに結合し、更に多極 永久磁石の数の２倍の数のアクチュエータコイルをステータアセンブリに結合し た請求項２９記載の方法。 ４１．複数個のアクチュエータコイルをステータアセンブリに結合し、更にロー タアセンブリに結合された多極永久磁石の数と同数のアクチュエータコイルをス テータアセンブリに結合した請求項２９記載の方法。 ４２．複数個のアクチュエータコイルをステータアセンブリに結合し、更にロー タアセンブリに結合された多極永久磁石の数の１／２の数のアクチュエータコイ ルをステータアセンブリに結合した請求項２９記載の方法。 ４３．複数個のアクチュエータコイルをステータアセンブリに結合し、更にロー タアセンブリに結合された多極永久磁石の数の１／４の数のアクチュエータコイ ルをステータアセンブリに結合した請求項２９記載の方法。 ４４．アクチュエータコイルに電流を供給し、更にアクチュエータコイルとコン ピュータシステムとの間に少なくとも１個の電源を接続し、アクチュエータコイ ルに制御された量の電流を供給するようにコンピュータプログラムを実行する請 求項２９記載の方法。 ４５．複数個の電磁アクチベータコイルを有する外部ステータアセンブリと、複 数個の磁石成分を有するロータアセンブリと、前記電磁アクチベータコイルを駆 動するための多相交流電源とによって構成されたマイクロエレクトロニクス製造 装置におけるサブストレート回転装置。 ４６．前記磁石成分が多相永久磁石である請求項４５記載の装置。 ４７．前記磁石成分が、強磁性片である請求項４５記載の装置。 ４８．前記マイクロエレクトロニクス製造装置が半導体製造装置である請求項４ ５記載の装置。 ４９．前記半導体製造装置が急速熱処理装置である請求項４８記載の装置。 ５０．前記半導体製造装置が化学蒸着装置である請求項４５記載の装置。 ５１．複数個の電磁アクチベーションコイルを有する実質的に円筒のロータアセ ンブリと、ロータ部分に複数個の磁石成分を有する実質的に円筒のロータアセン ブリと、前記電磁アクチベーションコイルを駆動するための多相制御周波数電源 とによって構成された半導体製造装置における電磁回転装置。 ５２．前記ロータアセンブリが環状構造である請求項５１記載の装置。 ５３．前記半導体製造装置が急速熱処理装置である請求項５２記載の装置。 ５４．前記急速熱処理装置が、前記電磁回転装置によって囲まれたウエハ後側加 熱用のマルチゾーン・イルミネータである請求項５３記載の装置。 ５５．ステータ支持構造と、このステータ支持構造に結合された複数個の電磁ア クチュエータコイルとから成るステータアセンブリであって、前記電磁アクチュ エータコイルが電流を受け取ることにより、前記アクチュエータコイルの回りに 時間的に変化する磁界を形成するように動作できるようにして成るステータアセ ンブリと、 回転可能に形成されサブストレートを支持するロータ部と、このロータ部を収 容するロータアセンブリハウジングと、前記ロータ部上に配置され磁界と作用す るように設計された複数個の電磁結合片とを有するロータアセンブリと、 から構成されたデバイス製造装置におけるサブストレート回転装置。 ５６．電磁結合片が前記ロータ部の回りに実質的に等間隔に配置されたクレーム ５５記載の装置。 ５７．前記電磁片がロータ部に結合された磁気的透明バンドであるクレーム５５ 記載の装置。