JP4979472B2 - 処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ等の被処理体に処理を施すための処理装置に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するため、半導体ウエハに対して、成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返し行われる。

半導体ウエハ上の膜質、膜厚などの均一性を向上するためには、反応ガスの分布や流れの均一性、ウエハ温度の均一性、プラズマの均一性などの要因がある。

これらをウエハの円周方向に対して均一にするためには、ウエハを回転することが有効である。従来、ウエハの回転機構は、ウエハを支持する円盤と、この円盤に接触して摩擦力により円盤を回転する駆動機構とを備えている。

しかし、物体が擦れる箇所は、パーティクルの発生要因になることから、従来のウエハの回転機構では、接触・摩擦部からのパーティクルの発生が避けられない。また、ウエハを支持する円盤と、この円盤の駆動機構の回転部との間には、滑りによる位置ずれが生じるため、毎回、基準位置に戻すための復帰動作が必要であり、スループットを低下させる原因となっている。

このようなことから、特許文献１では、処理室内にそもそもパーティクルを発生させないように、ウエハを支持するロータを磁気的に浮上して回転させる構成を提案している。すなわち、特許文献１に開示された技術では、ロータは、磁力が作用してロータシステムを浮上する構成要素である。そして、浮上のための永久磁石と制御のための電磁石とを有するステータアッセンブリによって、磁界が発生される。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ロータに対して水平方向から磁気力を作用してロータを浮上しているが、この磁気力は、その方向がロータに作用する重力の垂直方向に一致しないため、これら作用力のベクトル方向が分散し、その結果、磁気浮上のための制御が複雑であって困難である。
米国特許第６，１５７，１０６号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、浮上回転により所望の面内均一性を実現しつつ、パーティクルフリーを実現し、その構造や制御の簡略化を図ることができる処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、被処理体を収容し、非磁性体からなる処理容器と、前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を支持する回転浮上体と、前記処理容器の外部に配置され、磁気吸引力を垂直方向上方に向けて作用させて、前記処理容器の内壁に非接触で吊持するように、前記回転浮上体を浮上させる浮上用電磁石アッセンブリと、前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、水平方向位置を制御する位置用電磁石アッセンブリと、前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、回転させる回転用電磁石アッセンブリと、前記回転浮上体に支持された被処理体に所定の処理を施す処理機構とを具備し、前記回転浮上体は、その側方で径方向に所定幅を有する浮上体側浮上用強磁性体を有し、前記浮上用電磁石アッセンブリは、前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の下方に、前記浮上体側浮上用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側浮上用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側浮上用強磁性体と、を有し、これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側浮上用強磁性体と、前記浮上体側浮上用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成されていることを特徴とする処理装置を提供する。

上記処理装置において、前記処理容器は、その外壁に上向きに開口し、前記処理容器の外部上方から前記電磁石を嵌合した有底穴を有し、前記電磁石側浮上用強磁性体は、前記有底穴内側の薄壁を介して、前記処理容器外部の前記電磁石に対向して設けられた構成とすることができる。

また、本発明では、被処理体を収容し、非磁性体からなる処理容器と、前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を支持する回転浮上体と、前記処理容器の外部に配置され、磁気吸引力を垂直方向上方に向けて作用させて、前記処理容器の内壁に非接触で吊持するように、前記回転浮上体を浮上させる浮上用電磁石アッセンブリと、前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、水平方向位置を制御する位置用電磁石アッセンブリと、前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、回転させる回転用電磁石アッセンブリと、前記回転浮上体に支持された被処理体に所定の処理を施す処理機構とを具備し、前記回転浮上体は、その側方で径方向に所定幅を有する浮上体側浮上用強磁性体を有し、前記浮上用電磁石アッセンブリは、前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の下方に、前記浮上体側浮上用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側浮上用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側浮上用強磁性体と、を有し、これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側浮上用強磁性体と、前記浮上体側浮上用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成されており、前記処理容器は、その外壁に垂直方向に貫通し、前記処理容器の外部上方から前記電磁石を嵌合した貫通穴を有し、前記貫通穴と前記電磁石との間に、シール部材が装着されており、前記電磁石側浮上用強磁性体は、前記処理容器外部の前記電磁石に取付けられていることを特徴とする処理装置を提供する。

本発明において、前記浮上体側浮上用強磁性体は、平板のリング状に形成されている構成とすることができる。また、前記電磁石側浮上用強磁性体は、平板のリング状に形成した前記浮上体側浮上用強磁性体に沿って、周方向に延在されている構成とすることができる。

本発明において、前記浮上用電磁石アッセンブリは、少なくとも３つ前記回転浮上体の外周囲に配置されている構成とすることができる。

また、本発明において、前記回転浮上体の垂直方向の位置情報を検出する垂直方向位置センサーをさらに具備してもよく、この場合に、前記垂直方向位置センサーにより検出した前記回転浮上体の垂直方向の位置情報に基づき、その時点での垂直方向位置、傾き、変位速度、及び加速度を演算し、次いで、これらの最適値を演算して、前記浮上用電磁石アッセンブリの電磁石に制御電流を供給する制御手段をさらに具備することができる。

さらに、本発明において、前記回転浮上体は、その側方で垂直方向に所定幅を有する浮上体側制御用強磁性体を有している構成とすることができ、この浮上体側制御用強磁性体は、円筒状に形成することができる。前記位置用電磁石アッセンブリは、前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の側方に、前記浮上体側制御用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側制御用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側位置用強磁性体と、を有し、これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側位置用強磁性体と、前記浮上体側制御用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成された構成とすることができる。 また、前記電磁石側位置用強磁性体は、円筒状に形成した前記浮上体側制御用強磁性体に沿って、周方向に延在した構成することができる。

この場合に、前記処理容器は、その外壁に水平方向に開口し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した有底穴を有し、前記電磁石側位置用強磁性体は、前記有底穴内側の薄壁を介して、前記処理容器外部の前記電磁石に対向して設けられた構成とすることができるし、また、前記処理容器は、その外壁に水平方向に貫通し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した貫通穴を有し、前記貫通穴と前記電磁石との間に、シール部材が装着されており、前記電磁石側位置用強磁性体は、前記処理容器外部の前記電磁石に取付けられている構成とすることもできる。

前記位置用電磁石アッセンブリは、少なくとも３つ前記回転浮上体の外周囲に配置されている構成とすることができる。

さらに、本発明において、前記回転浮上体の水平方向の位置情報を検出する水平方向位置センサーをさらに具備してもよく、この場合に、 前記水平方向位置センサーにより検出した前記回転浮上体の水平方向の位置情報に基づき、その時点での水平方向位置、速度、及び加速度を演算し、次いで、これらの最適値を演算して、前記位置用電磁石アッセンブリの電磁石に制御電流を供給する制御手段をさらに具備することができる。

さらにまた、本発明において、前記位置用電磁石アッセンブリと、前記回転用電磁石アッセンブリとは、略同じ水平位置に配置されている構成することができる。このような構成において、前記回転用電磁石アッセンブリは、前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の側方に、前記浮上体側制御用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側制御用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側回転用強磁性体と、を有し、これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側回転用強磁性体と、前記浮上体側制御用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成された構成とすることができる。前記浮上体側制御用強磁性体と、前記電磁石側回転用強磁性体とは、互いに対向する面にそれぞれ凹凸状の歯が形成された構成することができ、また、前記電磁石側回転用強磁性体は、円筒状に形成した前記浮上体側制御用強磁性体に沿って、周方向に延在した構成することができる。

この場合に、前記処理容器は、その外壁に水平方向に開口し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した有底穴を有し、前記電磁石側回転用強磁性体は、前記有底穴内側の薄壁を介して、前記処理容器外部の前記電磁石に対向して設けられた構成することができるし、また、前記処理容器は、その外壁に水平方向に貫通し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した貫通穴を有し、前記貫通穴と前記電磁石との間に、シール部材が装着されており、前記電磁石側回転用強磁性体は、前記処理容器外部の前記電磁石に取付けられている構成とすることもできる。

また、前記回転用電磁石アッセンブリは、二つから一組を構成し、各組二つの前記回転用電磁石アッセンブリは、径方向に互いに対向して設けられ、少なくとも二組の前記回転用電磁石アッセンブリが前記回転浮上体の外周囲に配置されている構成とすることができる。このような構成において、前記位置用電磁石アッセンブリと、前記回転用電磁石アッセンブリとは、周方向に交互に配置された構成とすることができる。

さらにまた、本発明において、前記水平方向位置センサーにより検出した前記回転浮上体の水平方向の位置情報に基づき、その時点での回転速度、及び加速度を演算し、次いで、これらの最適値を演算して、前記回転用電磁石アッセンブリの電磁石に制御電流を供給する制御手段をさらに具備する構成とすることができる。

本発明によれば、電磁石の磁気吸引力により、被処理体を支持する回転浮上体を処理容器に非接触で浮上し、回転浮上体の水平方向位置を電磁石の磁気吸引力により制御しつつ、回転浮上体を電磁石の磁気吸引力により回転させるので、安定した浮上回転により、所望の面内均一性を実現しつつ、パーティクルフリーを実現することができ、ひいては、温度均一性の高い装置を実現することができ、膜質や膜厚が均一であり、歩留まりの高い装置を実現することができる。

また、浮上用電磁石アッセンブリは、磁気吸引力を垂直方向上方に向けて作用して処理容器の内壁に非接触で吊持するように回転浮上体を浮上するように構成されているため、磁気吸引力の方向と、回転浮上体に作用する重力の方向が一致しており、水平方向に位置ずれが発生することがなく、安定した制御を実現することができる。さらに、位置用電磁石アッセンブリと、回転用電磁石アッセンブリとを、略同じ水平位置に配置することにより、制御の簡易化を図ることができる。

この場合に、被処理体の昇降に必要なだけの浮上ストロークを設定すれば、磁気浮上により、被処理体の昇降機構も実現することができ、これにより、従来の昇降機構のためのモータやエアーシリンダー等を不要にすることができ、その構造の簡略化を図ることができる。

さらに、被処理体への処理が熱処理等の場合には、処理容器の内部が高温となり、上記特許文献１のように永久磁石を配置すると、永久磁石が高温の熱の影響により劣化することが懸念され、コストも高いという問題があるが、電磁石と強磁性体の組み合わせとすることにより永久磁石に伴うデメリットを解消することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。ここでは、ウエハをアニールするためのアニール装置を例にとって説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るアニール装置の概略構成を示す断面図である。このアニール装置１００は、気密に構成され、ウエハＷが搬入される処理室１を有している。

処理室１は、ウエハＷが配置される円柱状のアニール処理部１ａとアニール処理部１ａの外側にドーナツ状に設けられたガス拡散部１ｂを有している。ガス拡散部１ｂはアニール処理部１ａよりも高さが高くなっており、処理室１の断面はＨ状をなしている。

処理室１のガス拡散部１ｂは、処理容器２により規定されている。処理容器２の上壁２ａおよび底壁２ｂにはアニール処理部１ａに対応する円形の孔３ａ（上側のみ図示）が形成されており、これら孔３ａにはそれぞれ銅等の高熱伝導性材料からなる冷却部材４ａ，４ｂが嵌め込まれている。

冷却部材４ａ，４ｂはフランジ部５ａ（上側のみ図示）を有し、フランジ部５ａと処理容器２の上壁２ａにシール部材６ａを介して密着されている。そして、この冷却部材４ａ，４ｂによりアニール処理部１ａが規定されている。

処理室１には、アニール処理部１ａ内でウエハＷを水平に支持する回転浮上体３０が設けられており、この回転浮上体３０は、後述するように、浮上用電磁石アッセンブリＦにより浮上され、回転電磁石アッセンブリＲにより回転されるようになっている。また、処理容器２の天壁には、図示しない処理ガス供給機構から所定の処理ガスが導入される処理ガス導入口８が設けられ、この処理ガス導入口８には処理ガスを供給する処理ガス配管９が接続されている。また、処理容器２の底壁には排気口１０が設けられ、この排気口１０には図示しない排気装置に繋がる排気配管１１が接続されている。

さらに、処理容器２の側壁には、処理容器２に対するウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２が設けられており、この搬入出口１２はゲートバルブ１３により開閉可能となっている。処理室１には、ウエハＷの温度を測定するための温度センサー１４が設けられている。また、温度センサー１４は処理容器２の外側の計測部１５に接続されており、この計測部１５から後述するプロセスコントローラ２００に温度検出信号が出力されるようになっている。

冷却部材４ａ，４ｂ面には、ウエハＷに対応するように、円形の凹部１６ａ，１６ｂが形成されている。この凹部１６ａ，１６ｂ内には、冷却部材４ａ，４ｂに接触するように発光ダイオード（ＬＥＤ）１７ａ，１７ｂを搭載した加熱源が配置されている。

加熱源は、絶縁性を有する高熱伝導性材料、典型的にはＡｌＮセラミックスからなる支持体１９ａ，１９ｂに多数のＬＥＤ１７ａ，１７ｂが搭載された複数のＬＥＤアレイからなる。

冷却部材４ａの上方および冷却部材４ｂの下方には、それぞれＬＥＤ１７ａ，１７ｂへの給電制御を行うための制御ボックス２４ａ，２４ｂが設けられており、これらには図示しない電源からの配線が接続され、ＬＥＤ１７ａ，１７ｂへの給電を制御するようになっている。

冷却部材４ａ，４ｂのウエハＷと対向する面には、加熱源に搭載されたＬＥＤ１７ａ，１７ｂからの光をウエハＷ側に透過する光透過部材１８ａ，１８ｂがねじ止めされている。光透過部材１８ａ，１８ｂは、ＬＥＤから射出される光を効率良く透過する材料が用いられ、例えば石英が用いられる。

また、凹部１６ａと光透過部材１８ａとで形成される空間および凹部１６ｂと光透過部材１８ｂとで形成される空間には、透明な樹脂２０ａ，２０ｂが充填されている。適用可能な透明な樹脂２０ａ，２０ｂとしては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂を挙げることができる。

冷却部材４ａ，４ｂには冷却媒体流路２１ａ，２１ｂが設けられており、その中に、冷却部材４ａ，４ｂを０℃以下、例えば−５０℃程度に冷却することができる液体状の冷却媒体、例えばフッ素系不活性液体（商品名フロリナート、ガルデン等）が通流される。冷却部材４ａ，４ｂの冷却媒体流路２１ａ，２１ｂには冷却媒体供給配管２２ａ，２２ｂと、冷却媒体排出配管２３ａ，２３ｂが接続されている。これにより、冷却媒体を冷却媒体流路２１ａ，２１ｂに循環させて冷却部材４ａ，４ｂを冷却することが可能となっている。

なお、処理容器２には冷却水流路２５が形成されており、この中に常温の冷却水が通流するようになっており、これにより処理容器２の温度が過度に上昇することを防止している。また、制御ボックス２４ａ，２４ｂと冷却部材４ａ，４ｂとの間の空間には、ガス配管２６ａ，２６ｂを介して乾燥ガスを導入するようになっている。

さらに、アニール装置１００の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ２００に接続されて制御される構成となっている。例えば、上記制御ボックス２４ａ，２４ｂの給電制御や、駆動系の制御、ガス供給制御等がこのプロセスコントローラ２００で行われる。プロセスコントローラ２００には、オペレータがアニール装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、アニール装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース２０１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ２００には、アニール装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ２００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてアニール装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピを格納することが可能な記憶部２０２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部２０２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース２０１からの指示等にて任意のレシピを記憶部２０２から呼び出してプロセスコントローラ２００に実行させることで、プロセスコントローラ２００の制御下で、アニール装置１００での所望の処理が行われる。

次に、回転浮上体３０の駆動について説明する。
本実施形態では、浮上用電磁石アッセンブリＦの磁気吸引力により、被処理体Ｗを支持する回転浮上体３０を処理容器２に非接触で浮上させ、回転浮上体３０の水平方向位置を位置用電磁石アッセンブリＨの磁気吸引力により制御しつつ、回転浮上体３０を回転電磁石アッセンブリＲの磁気吸引力により回転させるようにしている。

図２は図１に示した回転浮上体および電磁石アッセンブリの斜視図、図３は図１に示した回転浮上体および電磁石アッセンブリの側面図、図４は浮上用電磁石アッセンブリの制御フローを示すフローチャートである。

図１に示すように、アルミニウム等の非磁性体からなる処理容器２の底壁２ｂ下方には、回転浮上体３０が非接触で浮上して昇降できるように、中空に形成した浮上用壁部２ｃが形成されている。

図１および図２に示すように、回転浮上体３０は、その下部側方で径方向に所定幅を有する浮上体側浮上用強磁性体３１を有し、この浮上体側浮上用強磁性体３１は、鉄等の強磁性体からなりＮｉメッキを施した平板のリング状に形成されている。

回転浮上体３０は、また、その上部側方で垂直方向に所定幅を有する浮上体側制御用強磁性体３２を有し、この浮上体側制御用強磁性体３２は、鉄等の強磁性体からなりＮｉメッキを施した円筒状に形成されている。

これら浮上体側浮上用強磁性体３１と、浮上体側制御用強磁性体３２とは、アルミニウム等の非磁性体からなる複数本の支持部材３３により連結されている。

ウエハＷは、薄板リング部材３５に支持されており、この薄板リング部材３５は、平板リング状の支持部材３６に支持されている。この支持部材３６は、筒状部材３７に支持されており、筒状部材３７は、回転浮上体３０の上方に配置されている。なお、支持部材３６の上方には、均熱リング３８が設けられている。

図３に示すように、浮上用電磁石アッセンブリＦは、処理容器２の外部に配置され、背面側をヨーク４１により連結した一対の電磁石４２，４２と、処理容器２の内部であって、一対の電磁石４２，４２の各々の正面側の下方に、浮上体側浮上用強磁性体３１に所定隙間を介して対向して配置され、浮上体側浮上用強磁性体３１に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側浮上用強磁性体４３，４３と、を有している。これにより、一対の電磁石４２，４２と、ヨーク４１と、一対の電磁石側浮上用強磁性体４３，４３と、浮上体側浮上用強磁性体３１とから、閉じた磁気回路が形成されている。

図２および図３に示すように、電磁石側浮上用強磁性体４３，４３は、平板のリング状に形成した浮上体側浮上用強磁性体３１に沿って、周方向に長尺に延在してある。これにより、磁気回路の磁気が対向する面積が広いことから、磁気抵抗を低減して、効率的に浮上することができる。

図１に示すように、処理容器２の浮上用壁部２ｃは、その外壁に上向きに開口し、処理容器２の外部上方から電磁石４２を嵌合した有底穴４４を有し、電磁石側浮上用強磁性体４３は、有底穴内側の薄壁４５を介して、浮上用壁部２ｃの外部の電磁石４２に対向して設けられている。これにより、処理容器２に貫通穴等を設ける必要がなく、電磁石４２の真空シールを不要にすることができ、処理容器２の真空リークに対する信頼性を高くすることができる。なお、薄壁４５の厚みは、例えば、２ｍｍである。

図２に示すように、浮上用電磁石アッセンブリＦは、２つで一組を構成し、各組２つの浮上用電磁石アッセンブリＦは、径方向に互いに対向して設けられており、例えば１２０度おきに配置した三組の浮上用電磁石アッセンブリＦが回転浮上体３０の外周囲に配置されている。浮上用電磁石アッセンブリＦは、後述するように、回転浮上体３０の傾きを独立に制御する必要があり、少なくとも三組の浮上用電磁石アッセンブリＦであればよい。なお、浮上用電磁石アッセンブリＦは１つの電磁石であってもよく、少なくとも３つの浮上用電磁石アッセンブリが回転浮上体３０の外周囲に配置されていればよい。

図１に示すように、回転浮上体３０は、処理容器２の底面に接触した状態から、例えば２ｍｍ浮上した状態が定位置であり、この定位置で、後述する水平方向位置制御および回転制御が行われる。そして、この定位置から例えば１０ｍｍ上昇した位置が被処理体受け渡し位置であり、この位置で、被処理体Ｗの搬入・搬出が行われる。なお、回転浮上体３０は、予備領域として、この被処理体受け渡し位置からさらに例えば２ｍｍ上昇可能なように構成されている。

このように、被処理体Ｗの昇降に必要なだけの浮上ストロークを設定すれば、磁気浮上により、被処理体Ｗの昇降機構も実現することができ、これにより、従来の昇降機構のためのモータやエアーシリンダー等を不要にすることができ、その構造の簡略化を図ることができる。

図１に示すように、浮上体側浮上用強磁性体３１に対向して、回転浮上体３０の垂直方向の位置情報を検出する垂直方向位置センサー５０（Ｚ軸センサー）が設けられている。垂直方向位置センサー５０（Ｚ軸センサー）は、例えば１２０度間隔で３個設けられている。

浮上用電磁石アッセンブリＦは、図４に示すように、このＺ軸センサー５０の検出データに基づいて、以下のようにフィードバック制御される。

まず、浮上用電磁石アッセンブリＦの電磁石４２を励磁する（ステップ１０１）。次いで、Ｚ軸センサー５０により、回転浮上体３０の垂直方向（Ｚ軸）の位置情報を検出する（ステップ１０２）。そして、回転浮上体３０の垂直方向（Ｚ軸）の位置情報に基づき、現時点での垂直方向（Ｚ軸）位置、傾き、変位速度、及び加速度を演算する（ステップ１０３）。次いで、コンピュータにより、これら垂直方向（Ｚ軸）位置、傾き、変位速度、及び加速度の最適値を演算する（ステップ１０４）。

この演算結果に基づき、ＰＷＭ制御電流ドライバーにより、浮上用電磁石アッセンブリＦの電磁石４２に制御電流を供給して電磁石４２の励磁を制御する（ステップ１０５）。なお、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御電流ドライバーは、一定周期のパルスで電磁石４２を励磁し、パルスのデューティ比（ＯＮの時間の比率）を変化して電磁石４２の励磁を制御する。

このように、本実施の形態では、浮上用電磁石アッセンブリＦは、磁気吸引力を垂直方向上方に向けて作用させて処理容器２の内壁に非接触で吊持するように回転浮上体３０を浮上するように構成されているため、磁気吸引力の方向と、回転浮上体３０に作用する重力の方向が一致しており、水平方向に位置ずれが発生することがなく、安定した制御を実現することができる。

図５は図１に示した回転浮上体および電磁石アッセンブリの平面図、図６は図１に示した位置用電磁石アッセンブリおよび回転用電磁石アッセンブリの斜視図、図７は位置用電磁石アッセンブリの電磁石側位置用強磁性体と、浮上体側制御用強磁性体との位置関係を示す平面拡大図、図８は位置用電磁石アッセンブリの制御フローを示すフローチャートである。

図２、図５および図６に示すように、位置用電磁石アッセンブリＨは、処理容器の外部に配置され、背面側をヨーク６１により連結した一対の電磁石６２，６２と、処理容器２の内部であって、一対の電磁石６２，６２の各々の正面側の側方に、浮上体側制御用強磁性体３２に所定隙間を介して対向して配置され、浮上体側制御用強磁性体３２に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側位置用強磁性体６３，６３と、を有している。これにより、一対の電磁石６２，６２と、ヨーク６１と、一対の電磁石側位置用強磁性体６３，６３と、浮上体側制御用強磁性体３２とから、閉じた磁気回路が形成されている。

図２および図５に示すように、電磁石側位置用強磁性体６３は、円筒状に形成した浮上体側制御用強磁性体３２に沿って、周方向に延在している。これにより、磁気回路の磁気が対向する面積が広いことから、磁気抵抗を低減して、効率的に水平方向位置制御をすることができる。

また、図７に示すように、円筒状に形成した浮上体側制御用強磁性体３２の外周面には、後述するように、回転のための吸引力を発生するため、凹凸状の歯３２ａが形成してある。しかし、浮上体側制御用強磁性体３２と、電磁石側位置用強磁性体６３との間に作用する水平位置制御のための吸引力がどの箇所であっても同じになり、付所望な周方向の回転吸引力を発生させないためには、浮上体側制御用強磁性体３２の凹凸状の歯３２ａの凹凸端面と、電磁石側位置用強磁性体６３の両端面とが一致していることが好ましい。

図１に示すように、処理容器の浮上用壁部２ｃは、その外壁に水平方向に開口し、処理容器２の外部側方から電磁石６２を嵌合した有底穴６４を有し、電磁石側位置用強磁性体６３は、有底穴内側の薄壁６５を介して、処理容器外部の電磁石６２に対向して設けられている。これにより、処理容器２に貫通穴等を設ける必要がなく、電磁石６２の真空シールを不要にすることができ、処理容器２の真空リークに対する信頼性を高くすることができる。なお、薄壁６５の厚みは、例えば、２ｍｍである。

図２、図５および図６に示すように、位置用電磁石アッセンブリＨは、２つで一組（（＋Ｘ軸、−Ｘ軸）、（＋Ｙ軸、−Ｙ軸））を構成し、各組２つの位置用電磁石アッセンブリＨは、径方向に互いに対向して設けられており、例えば９０度おきに配置した二組の位置用電磁石アッセンブリＨが回転浮上体３０の外周囲に配置されている。位置用電磁石アッセンブリＨは、後述するように、回転浮上体３０を独立に制御する必要があり、少なくとも三組の位置用電磁石アッセンブリＨであればよい。なお、位置用電磁石アッセンブリＦは１つの電磁石であってもよく、少なくとも３つの位置用電磁石アッセンブリが回転浮上体３０の外周囲に配置されていればよい。

図１に示すように、浮上体側制御用強磁性体３２に対向して、回転浮上体の水平方向の位置情報を検出する水平方向位置センサー７０（Ｘ・Ｙ軸センサー）が設けられている。この水平方向位置センサー７０（Ｘ・Ｙ軸センサー）は、１２０間隔で３個設けられている。

位置用電磁石アッセンブリＨは、図８に示すように、このＸ・Ｙ軸センサー７０の検出データに基づいて、以下のようにフィードバック制御される。

まず、位置用電磁石アッセンブリＨの電磁石６２を励磁する（ステップ２０１）。次いで、Ｘ・Ｙ軸センサー７０により、回転浮上体３０の水平方向（（＋Ｘ軸、−Ｘ軸）、（＋Ｙ軸、−Ｙ軸））の位置情報を検出する（ステップ２０２）。そして、回転浮上体３０の水平方向（（＋Ｘ軸、−Ｘ軸）、（＋Ｙ軸、−Ｙ軸））の位置情報に基づき、現時点での±Ｘ軸、±Ｙ軸の位置、速度、及び加速度を演算する（ステップ２０３）。次いで、コンピュータにより、これら±Ｘ軸、±Ｙ軸の位置、速度、及び加速度の最適値を演算する（ステップ２０４）。

この演算結果に基づき、ＰＷＭ制御電流ドライバーにより、位置用電磁石アッセンブリＨの電磁石６２に制御電流を供給して電磁石６２の励磁を制御する（ステップ２０５）。

なお、上述した３個の水平方向位置センサー７０（Ｘ・Ｙ軸センサー）に代えて、回転浮上体３０の熱変形が無視できる装置では、９０度間隔で配置された２個のＸ・Ｙ軸センサーであってもよい。また、上述したＺ軸センサー５０とＸ・Ｙ軸センサー７０に代えて、９０度間隔で２段に配置したＸ１、Ｙ１、Ｘ２、Ｙ２およびＺセンサーのような構成であってもよい。

回転用電磁石アッセンブリＲは、電磁石側回転用強磁性体７３を除き、電磁石６２とヨーク６１が図６に示す位置用電磁石アッセンブリと同様に構成されている。

上述した浮上体側制御用強磁性体３２と、電磁石側回転用強磁性体７３とは、互いに対向する面に、それぞれ凹凸状の歯３２ａ，７３ａが形成されている。

回転用電磁石アッセンブリＲは、ステッピングモータと同様の原理で回転浮上体３０を回転する。すなわち、1つの相に電流を流すと、磁気吸引力により、回転側の歯３２ａの凸部と固定側の歯７３ａの凸部が互いに引き合って正対する位置に回転側を移動し、他の相では、回転側の歯３２ａと固定側の歯７３ａが１／Ｎずれた位置になっている。他の相に電流を流すと、回転側の歯３２ａが１／Ｎの角度だけ回転する。その結果、回転浮上体３０が回転する。

本実施の形態では、上述したように、永久磁石を使っておらず、反発力が作用しないため、３相以上の電磁石を用いることが効果的である。上記のようにこれらを順次励磁することにより回転力を得ることができる。

また、回転用電磁石アッセンブリＲの電磁石６２からは、回転力と同時に横方向への吸引力も発生するため、それぞれの相で、２つの回転用電磁石アッセンブリＲを一組として径方向に対向して配置することにより、横方向の吸引力を互いにキャンセルすることができる。

本実施の形態では、位相各９０度で配置した４相の電磁石アッセンブリ（Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ）が径方向に対向して設けられている。ただし、上述したように、少なくとも二組の回転用電磁石アッセンブリＲが設けられていればよい。

上記のように、位置用電磁石アッセンブリＨと、回転用電磁石アッセンブリＲとは、略同じ水平位置（Ｘ・Ｙ平面）に配置してあるため、制御の簡易化を図ることができる。また、位置用電磁石アッセンブリＨと、回転用電磁石アッセンブリＲとは、周方向に交互に配置してある。

回転用電磁石アッセンブリＲは、Ｘ・Ｙ軸センサー７０の検出データに基づいて、以下のようにフィードバック制御する。図９は、回転用電磁石アッセンブリの制御フローを示すフローチャートである。

まず、回転用電磁石アッセンブリＲの電磁石６２を励磁する（ステップ３０１）。次いで、Ｘ・Ｙ軸センサー７０により、回転浮上体３０の水平方向（（＋Ｘ軸、−Ｘ軸）、（＋Ｙ軸、−Ｙ軸））の位置情報を検出する（ステップ３０２）。そして、回転浮上体３０の水平方向（（＋Ｘ軸、−Ｘ軸）、（＋Ｙ軸、−Ｙ軸））の位置情報に基づき、現時点での回転速度、及び加速度を演算する（ステップ３０３）。次いで、コンピュータにより、これら回転速度、及び加速度の最適値を演算する（ステップ３０４）。

この演算結果に基づき、ＰＷＭ制御電流ドライバーにより、回転用電磁石アッセンブリＲの電磁石６２に、制御電流を供給して電磁石６２の励磁を制御する（ステップ３０５）。

図１０は、本発明の一実施形態の変形例に係るアニール装置の拡大部分断面図である。
本変形例では、処理容器２の浮上用壁部２ｃは、その外壁に垂直方向に貫通し、処理容器２の外部上方から浮上用電磁石アッセンブリＦの電磁石４２を嵌合した貫通穴８１を有し、貫通穴８１と電磁石４２との間に、シール部材８２が装着されており、電磁石側浮上用強磁性体４３は、処理容器外部の電磁石４２に取付けられている。

また、処理容器２の浮上用壁部２ｃは、その外壁に水平方向に貫通し、処理容器２の外部側方から、位置用・回転用電磁石アッセンブリＨ，Ｒの電磁石６２を嵌合した貫通穴９１を有し、貫通穴９１と電磁石６２との間に、シール部材９２が装着されており、電磁石側位置用強磁性体６３は、処理容器外部の電磁石に取付けられている。
シール部材８２，９２は、例えば、ロー付け、エポキシ樹脂である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、被処理体であるウエハの両側にＬＥＤを有する加熱源を設けた例について説明したが、いずれか一方に加熱源を設けたものであってもよい。また、上記実施形態では発光素子としてＬＥＤを用いた場合について示したが、半導体レーザー等他の発光素子を用いてもよい。さらに、被処理体についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他のものを対象にすることができる。

本発明の一実施形態に係るアニール装置の概略構成を示す断面図。 図１に示した回転浮上体および電磁石アッセンブリの斜視図。 図１に示した回転浮上体および電磁石アッセンブリの側面図。 浮上用電磁石アッセンブリの制御フローを示すフローチャート。 図１に示した回転浮上体および電磁石アッセンブリの平面図。 図１に示した位置用電磁石アッセンブリおよび回転用電磁石アッセンブリの斜視図。 位置用電磁石アッセンブリの電磁石側位置用強磁性体と、浮上体側制御用強磁性体との位置関係を示す平面拡大図。 位置用電磁石アッセンブリの制御フローを示すフローチャート。 回転用電磁石アッセンブリの制御フローを示すフローチャート。 本発明の一実施形態の変形例に係るアニール装置の拡大部分断面図。

符号の説明

１；処理室
１ａ；アニール処理部
１ｂ；ガス拡散部
２；処理容器
４ａ，４ｂ；冷却部材
８；処理ガス導入口
９；処理ガス配管
１０；排気口
１１；排気配管
１２；搬入出口
１６ａ，１６ｂ；凹部
１７ａ，１７ｂ；ＬＥＤ（発光素子）
１８ａ，１８ｂ；光透過部材
２０ａ，２０ｂ；透明な樹脂
２１ａ，２１ｂ；冷却媒体流路
２２ａ，２２ｂ；冷却媒体供給配管
２３ａ，２３ｂ；冷却媒体排出配管
２４ａ，２４ｂ；制御ボックス
３０；回転浮上体
３１；浮上体側浮上用強磁性体
３２；浮上体側制御用強磁性体
３３；支持部材
４１；ヨーク
４２；電磁石
４３；電磁石側浮上用強磁性体
４４；有底穴
４５；薄壁
５０；垂直方向位置センサー（Ｚ軸センサー）
６１；ヨーク
６２；電磁石
６３；電磁石側位置用強磁性体
６４；有底穴
６５；薄壁
７０；水平方向位置センサー（Ｘ・Ｙ軸センサー）
７３；電磁石側回転用強磁性体
１００；アニール装置
Ｗ；半導体基板

Claims (26)

1. 被処理体を収容し、非磁性体からなる処理容器と、
   前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を支持する回転浮上体と、
   前記処理容器の外部に配置され、磁気吸引力を垂直方向上方に向けて作用させて、前記処理容器の内壁に非接触で吊持するように、前記回転浮上体を浮上させる浮上用電磁石アッセンブリと、
   前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、水平方向位置を制御する位置用電磁石アッセンブリと、
   前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、回転させる回転用電磁石アッセンブリと、
   前記回転浮上体に支持された被処理体に所定の処理を施す処理機構と
   を具備し、
   前記回転浮上体は、その側方で径方向に所定幅を有する浮上体側浮上用強磁性体を有し、
   前記浮上用電磁石アッセンブリは、
   前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、
   前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の下方に、前記浮上体側浮上用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側浮上用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側浮上用強磁性体と、を有し、
   これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側浮上用強磁性体と、前記浮上体側浮上用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成されていることを特徴とする処理装置。
2. 前記処理容器は、その外壁に上向きに開口し、前記処理容器の外部上方から前記電磁石を嵌合した有底穴を有し、
   前記電磁石側浮上用強磁性体は、前記有底穴内側の薄壁を介して、前記処理容器外部の前記電磁石に対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 被処理体を収容し、非磁性体からなる処理容器と、
   前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を支持する回転浮上体と、
   前記処理容器の外部に配置され、磁気吸引力を垂直方向上方に向けて作用させて、前記処理容器の内壁に非接触で吊持するように、前記回転浮上体を浮上させる浮上用電磁石アッセンブリと、
   前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、水平方向位置を制御する位置用電磁石アッセンブリと、
   前記処理容器の外部に配置され、浮上した前記回転浮上体に磁気吸引力を作用させて、回転させる回転用電磁石アッセンブリと、
   前記回転浮上体に支持された被処理体に所定の処理を施す処理機構と
   を具備し、
   前記回転浮上体は、その側方で径方向に所定幅を有する浮上体側浮上用強磁性体を有し、
   前記浮上用電磁石アッセンブリは、
   前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、
   前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の下方に、前記浮上体側浮上用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側浮上用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側浮上用強磁性体と、を有し、
   これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側浮上用強磁性体と、前記浮上体側浮上用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成されており、
   前記処理容器は、その外壁に垂直方向に貫通し、前記処理容器の外部上方から前記電磁石を嵌合した貫通穴を有し、
   前記貫通穴と前記電磁石との間に、シール部材が装着されており、
   前記電磁石側浮上用強磁性体は、前記処理容器外部の前記電磁石に取付けられていることを特徴とする処理装置。
4. 前記浮上体側浮上用強磁性体は、平板のリング状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の処理装置。
5. 前記電磁石側浮上用強磁性体は、平板のリング状に形成した前記浮上体側浮上用強磁性体に沿って、周方向に延在されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の処理装置。
6. 前記浮上用電磁石アッセンブリは、少なくとも３つ前記回転浮上体の外周囲に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の処理装置。
7. 前記回転浮上体の垂直方向の位置情報を検出する垂直方向位置センサーをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の処理装置。
8. 前記垂直方向位置センサーにより検出した前記回転浮上体の垂直方向の位置情報に基づき、その時点での垂直方向位置、傾き、変位速度、及び加速度を演算し、次いで、これらの最適値を演算して、前記浮上用電磁石アッセンブリの電磁石に制御電流を供給する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
9. 前記回転浮上体は、その側方で垂直方向に所定幅を有する浮上体側制御用強磁性体を有していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の処理装置。
10. 前記浮上体側制御用強磁性体は、円筒状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の処理装置。
11. 前記位置用電磁石アッセンブリは、
    前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、
    前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の側方に、前記浮上体側制御用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側制御用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側位置用強磁性体と、を有し、
    これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側位置用強磁性体と、前記浮上体側制御用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の処理装置。
12. 前記電磁石側位置用強磁性体は、円筒状に形成した前記浮上体側制御用強磁性体に沿って、周方向に延在していることを特徴とする請求項１１に記載の処理装置。
13. 前記処理容器は、その外壁に水平方向に開口し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した有底穴を有し、
    前記電磁石側位置用強磁性体は、前記有底穴内側の薄壁を介して、前記処理容器外部の前記電磁石に対向して設けられていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の処理装置。
14. 前記処理容器は、その外壁に水平方向に貫通し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した貫通穴を有し、
    前記貫通穴と前記電磁石との間に、シール部材が装着されており、
    前記電磁石側位置用強磁性体は、前記処理容器外部の前記電磁石に取付けられていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の処理装置。
15. 前記位置用電磁石アッセンブリは、少なくとも３つ前記回転浮上体の外周囲に配置されていることを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の処理装置。
16. 前記回転浮上体の水平方向の位置情報を検出する水平方向位置センサーをさらに具備することを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の処理装置。
17. 前記水平方向位置センサーにより検出した前記回転浮上体の水平方向の位置情報に基づき、その時点での水平方向位置、速度、及び加速度を演算し、次いで、これらの最適値を演算して、前記位置用電磁石アッセンブリの電磁石に制御電流を供給する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の処理装置。
18. 前記位置用電磁石アッセンブリと、前記回転用電磁石アッセンブリとは、略同じ水平位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の処理装置。
19. 前記回転用電磁石アッセンブリは、
    前記処理容器の外部に配置され、背面側をヨークにより連結した一対の電磁石と、
    前記処理容器の内部であって、前記一対の電磁石の各々の正面側の側方に、前記浮上体側制御用強磁性体に所定隙間を介して対向して配置され、前記浮上体側制御用強磁性体に磁気吸引力を作用する一対の電磁石側回転用強磁性体と、を有し、
    これにより、前記一対の電磁石と、前記ヨークと、前記一対の電磁石側回転用強磁性体と、前記浮上体側制御用強磁性体とから、閉じた磁気回路が形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の処理装置。
20. 前記浮上体側制御用強磁性体と、前記電磁石側回転用強磁性体とは、互いに対向する面にそれぞれ凹凸状の歯が形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の処理装置。
21. 前記電磁石側回転用強磁性体は、円筒状に形成した前記浮上体側制御用強磁性体に沿って、周方向に延在していることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の処理装置。
22. 前記処理容器は、その外壁に水平方向に開口し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した有底穴を有し、
    前記電磁石側回転用強磁性体は、前記有底穴内側の薄壁を介して、前記処理容器外部の前記電磁石に対向して設けられていることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の処理装置。
23. 前記処理容器は、その外壁に水平方向に貫通し、前記処理容器の外部側方から前記電磁石を嵌合した貫通穴を有し、
    前記貫通穴と前記電磁石との間に、シール部材が装着されており、
    前記電磁石側回転用強磁性体は、前記処理容器外部の前記電磁石に取付けられていることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の処理装置。
24. 前記回転用電磁石アッセンブリは、二つで一組を構成し、
    各組二つの前記回転用電磁石アッセンブリは、径方向に互いに対向して設けられて、
    少なくとも二組の前記回転用電磁石アッセンブリが前記回転浮上体の外周囲に配置されていることを特徴とする請求項１８から請求項２３のいずれか１項に記載の処理装置。
25. 前記位置用電磁石アッセンブリと、前記回転用電磁石アッセンブリとは、周方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項２４に記載の処理装置。
26. 前記水平方向位置センサーにより検出した前記回転浮上体の水平方向の位置情報に基づき、その時点での回転速度、及び加速度を演算し、次いで、これらの最適値を演算して、前記回転用電磁石アッセンブリの電磁石に制御電流を供給する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の処理装置。

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