TW201633378A - 成膜裝置 - Google Patents
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Abstract
在一實施型態之成膜裝置中,旋轉台連接有旋轉軸。在該成膜裝置中,複數晶圓被載置於相對於旋轉軸之中心軸線被配列在周方向之複數載置區域,藉由旋轉台被保持。旋轉台被收容在承載器之內部空間。在該內部空間內,氣體供給機構形成處理氣體從旋轉台之外側沿著與中心軸線正交之方向的流動。再者,隔熱材被設置在承載器之內部空間內的隔熱區域。隔熱區域係位於比起最接近於中心軸線之複數載置區域內之位置,相對於該中心軸線更外側,並且比起離中心軸線最遠之複數載置區域內之位置,相對於該中心軸線更內側。
Description
本發明之實施型態係關於成膜裝置。
近年來,如半導體功率裝置之電子裝置使用碳化矽(SiC)。在如此之電子裝置之製造中,實行在SiC基板上藉由磊晶生長將SiC膜進行成膜的處理。
在上述處理中,可以使用比起單片式之成膜裝置處理量更優之半分批式的成膜裝置。半分批式之成膜裝置例如日本特開2014-27028號公報、日本特開2008-159947號公報等之文獻中有記載。
上述文獻中,記載於日本特開2008-159947號公報之成膜裝置具備有旋轉軸、旋轉台、承載器、容器、隔熱材及氣體供給機構。旋轉台與旋轉軸結合。在該旋轉台上搭載保持器。保持器提供載置複數晶圓之複數載置區域。保持器係以複數載置區域相對於旋轉軸之中心軸線被配列在周方向之方式,載置於旋轉台上。承載器具有角筒形狀,在其內部空間收容有旋轉台。承載器係藉由感應加熱而被加熱。容器收容有承載器。在承載器和容器之
間設置有隔熱材。氣體供給機構係被構成形成處理氣體從旋轉台之外側朝向與旋轉軸正交之方向的流動。
[專利文獻1]日本特開2014-27028號公報
[專利文獻2]日本特開2008-159947號公報
SiC膜之磊晶生長中,以在該SiC膜導入p型或n型之雜質之方式進行成膜。尤其,在p型中,被導入SiC膜之雜質之濃度在晶圓面內之溫度低之區域中變高,在溫度高之區域中變低。因此,為了抑制雜質之濃度在晶圓之面內的偏差,必須降低在成膜時之晶圓之面內之溫度的偏差。但是,從降低晶圓之溫度之偏差的觀點來看,上述以往之半分批式之成膜裝置被期待著更進一步的改良。
在一態樣中,提供半分批式之成膜裝置。該成膜裝置具備旋轉軸、旋轉台、承載器、氣體供給機構、容器、第1隔熱材及第2隔熱材。旋轉台被連接於旋轉軸。旋轉台被構成保持複數晶圓。複數晶圓係載置於相對於旋轉軸之中心軸線被配列在周方向之複數之載置區域
上。承載器被構成在其內部空間收容旋轉台。氣體供給機構係被構成在上述內部空間形成處理氣體從旋轉台之外側沿著與中心軸線正交之方向的流動。容器收容有承載器。第1隔熱材係以覆蓋承載器之方式被設置在容器和承載器之間。第2隔熱材係被設置在藉由承載器而被提供之內部空間內。再者,第2隔熱材係被設置在隔熱區域,該隔熱區域係位於比起最接近於旋轉軸之中心軸線之複數載置區域內之位置,相對於該中心軸線更外側,並且比起離旋轉軸之中心軸線最遠之複數載置區域內之位置,相對於該中心軸線更內側。
在與一態樣有關之成膜裝置中,因在旋轉台連接有旋轉軸,故無法在該旋轉軸延伸之區域存在承載器。依此,在接近於中心軸線之晶圓內之區域,來自承載器之熱難以被傳達,再者,有從該區域奪取熱的傾向。再者,在該成膜裝置中,因處理氣體從旋轉台之外側被供給至與中心軸線正交之方向,故有離中心軸線遠的晶圓內之區域之熱容易被處理氣體奪取之傾向。因此,在該成膜裝置中,第2隔熱材被設置在上述隔熱區域。藉由該第2隔熱材,接近中心軸線之區域和離中心軸線遠之區域之間的中間區域中之成膜時的晶圓之溫度下降。因此,能夠降低在晶圓之面內之溫度的偏差。
在一實施型態中,旋轉台具有在其上方保持複數晶圓之第1面和與該第1面相反側之第2面,第2隔熱材即使被設置在第2面和承載器之間亦可。為了防止構
成保持晶圓之構件之物質所致之晶圓污染(尤其,朝晶圓背面之附著),使從該構件傳達至晶圓之熱量極少為佳。在該實施型態中,因第2隔熱材被設置在承載器和旋轉台之第2面之間,故傳達至保持晶圓之構件的熱量降低。因此,能夠抑制晶圓之污染。
在一實施型態中,即使第2隔熱材具有在隔熱區域延伸的環狀板形狀亦可。並且,複數第2隔熱材即使在該隔熱區域內分佈亦可。再者,即使第2隔熱材部分性地延伸出隔熱區域外亦可。
在一實施型態中,成膜裝置更具備被搭載在旋轉台上之保持器,該保持器提供上述複數載置區域亦可。
如上述說明般,在半分批式之成膜裝置中,能夠降低在晶圓之面內之溫度的偏差。
1‧‧‧成膜系統
10‧‧‧成膜裝置
12‧‧‧容器
16‧‧‧排氣裝置
20‧‧‧線圈
24‧‧‧氣體供給器
26‧‧‧控制器
30‧‧‧旋轉台
32‧‧‧承載器
34‧‧‧第1隔熱材
36‧‧‧旋轉軸
38‧‧‧驅動裝置
40‧‧‧保持器
40a‧‧‧載置區域
42‧‧‧保持構件
50‧‧‧第2隔熱材
52‧‧‧隔熱區域
GM‧‧‧氣體供給機構
Z‧‧‧中心軸線
圖1為表示與一實施型態有關之成膜系統之圖示。
圖2為概略性表示與一實施型態有關之成膜裝置之圖示。
圖3為表示圖2所示之成膜裝置之容器之內部之構造的剖面圖。
圖4為表示圖3所示之保持器及旋轉台之俯視圖。
圖5為圖3所示之承載器之立體圖。
圖6為示意性地表示圖3所示之成膜裝置之承載器、旋轉台及第2隔熱材之圖示。
圖7為表示用以進行第2隔熱材之定位之構造之例的剖面圖。
圖8為表示用以進行第2隔熱材之定位之構造之例的剖面圖。
以下,參照圖面針對各種實施型態予以詳細說明。並且,在各圖面中,針對相同或相當之部分賦予相同符號。
首先,針對具備與一實施型態有關之成膜裝置的成膜系統進行說明。圖1為表示與一實施型態有關之成膜系統之圖示。圖1所示之成膜系統1具備出入口102A~102C、裝載模組104、定位機構106、裝載鎖定室108A及108B、傳送模組110及與一實施型態有關之成膜裝置10。
在出入口102A~102C各收容有後述保持器。在保持器上如後述般載置有複數晶圓。出入口102A~102C被連接於裝載模組104。
裝載模組104具有腔室及被設置在該腔室內之搬運裝置。裝載模組104之搬運裝置取出被收容在出入
口102A~102C中之任一個的保持器,將該保持器搬運至裝載鎖定室108A及108B中之任一者。並且,即使被搬運至裝載鎖定室108A或108B之前,保持器被送至定位機構106,藉由該定位機構106進行該保持器之定位亦可。
裝載鎖定室108A及108B提供預備減壓室。藉由裝載模組104之搬運裝置被搬運之保持器,被收容在裝載鎖定室108A及108B中之任一者的預備減壓室。
傳送模組110被連接於裝載鎖定室108A及108B。傳送模組110具有能夠減壓之腔室及被設置在該腔室內之搬運裝置。傳送模組110之搬運裝置具有搬運臂。該搬運臂取出被收容在裝載鎖定室108A或108B之預備減壓室的保持器,將該保持器搬運至成膜裝置10。
以下,針對與一實施型態有關之成膜裝置10進行說明。圖2為概略性表示與一實施型態有關之成膜裝置之圖示。如圖2所示般,成膜裝置10具備有容器12。容器12係具有略長方體形狀之外形的箱形之容器,在其內部提供能夠減壓之空間S(參照圖3)。
容器12經壓力調整器14連接有排氣裝置16。排氣裝置16例如真空泵。藉由該排氣裝置16,容器12內之空間S被減壓。再者,容器12連接有壓力計18。壓力計18測量容器12內之空間的壓力。壓力調整器14係根據藉由壓力計18被測量之壓力測量值,調整容器12內之空間的壓力來動作。
在容器12之周圍設置有線圈20。線圈20被連接於高頻電源22。當來自高頻電源22之高頻電力被供給至線圈20時,後述之承載器藉由感應加熱被加熱。
再者,成膜裝置10具備有氣體供給機構GM。氣體供給機構GM具有閥V1~V6、流量控制器FC1~FC6、氣體管線GL1、氣體管線GL2及氣體供給器24。閥V1~V6分別被連接於氣體源GS1~GS6。氣體源GS1為含矽之原料氣體的來源,例如SiH4氣體之來源。氣體源GS2為含碳之氣體的來源,例如C3H8氣體之來源。氣體源GS3為載體氣體之來源,例如H2氣體之來源。氣體源GS4為含有p型之雜質的來源,例如TMA(三甲基鋁)氣體之來源。氣體源GS5為含有n型之雜質的來源,例如N2氣體之來源。再者,氣體源GS6為冷卻用之氣體之來源,例如Ar氣體的稀有氣體之來源。
閥V1~V6分別被連接於流量控制器FC1~FC6。流量控制器FC1~FC6係質量流量控制器或壓力控制式之流量控制器。流量控制器FC1~FC5被連接於共通的氣體管線GL1,該氣體管線GL1被連接於氣體供給器24。該氣體供給器24係對藉由容器12所提供之空間S中之後述成膜用之空間S1(參照圖3)供給處理氣體。
流量控制器FC6被連接於氣體管線GL2,該氣體管線GL2係對藉由容器12所提供之空間S中之後述的空間S2(參照圖3)供給冷卻用之氣體。
再者,成膜裝置10可以更具備控制器26。控
制器26可以具有CPU、記憶裝置、如鍵盤之輸入裝置、顯示部及通訊裝置。在記憶裝置中記憶有在成膜裝置10中被實行之成膜處理之各工程中控制該成膜裝置10之各部的程式,即是配方。CPU係依照該程式而動作,經通訊裝置將控制訊號送出至成膜裝置10之各部。藉由如此之控制器26之控制,控制例如閥V1~V6、流量控制器FC1~FC6、高頻電源22、壓力調整器14、排氣裝置16等。再者,也控制後述之旋轉台用之驅動裝置。
以下,參照圖3,針對成膜裝置10之容器12內部之構造進行說明。圖3為表示圖2所示之成膜裝置之容器之內部之構造的剖面圖。如圖3所示般,成膜裝置10在容器12之內部具備有旋轉台30、承載器32及第1隔熱材34。再者,成膜裝置10更具備有旋轉軸36。
旋轉台30被構成保持複數晶圓W,使該複數晶圓W繞中心軸線Z旋轉。在一實施型態中,旋轉台30具有略圓盤形狀。旋轉台30即使為例如藉由SiC被塗層的石墨製之構件亦可,或即使為多結晶SiC製之構件亦可。在該旋轉台30之中心連接旋轉軸36。旋轉軸36構成略圓柱形狀,在垂直方向,即中心軸線Z延伸的方向上延伸。中心軸線Z為該旋轉軸36之中心軸線。該旋轉軸36被連接於驅動裝置38。驅動裝置38係產生使旋轉軸36以中心軸線Z為中心旋轉的動力,使旋轉台30以中心軸線Z為中心旋轉。
旋轉台30係在一實施型態中,具有互相相向
之第1面30a及第2面30b。第1面30a為旋轉台30之上側之面,第2面30b為第1面30a之相反側之面,即是旋轉台30之下側之面。複數晶圓W被保持在第1面30a之上方。在一實施型態中,複數晶圓W被載置在保持器40上,該保持器40被搭載在旋轉台30上。
圖4為表示從上方觀看圖3所示之保持器及旋轉台之俯視圖。如圖3及圖4所示般,保持器40係略圓板形狀之構件,即使為例如藉由SiC被塗層之石墨製之構件亦可,或即使為多結晶SiC製之構件亦可。在一實施型態中,旋轉台30之第1面30a係區劃成以中心軸線Z為中心在周方向延伸的圓形狀的凹部。保持器40被嵌入至該凹部內。
保持器40之上面提供分別載置複數晶圓W之複數載置區域40a。複數載置區域40a相對於保持器40之中心被配列在周方向上。因此,在保持器40被載置在旋轉台30上之狀態下,複數載置區域40a及晶圓W被配列成相對於中心軸線Z在周方向排列。並且,在圖4中,載置區域40a之個數為8,載置區域40a之個數可為2以上之任意個數。
在一實施型態中,即使複數載置區域40a分別為區劃凹部之保持器40之面亦可。該凹部具有圓形之平面形狀,且該圓形之平面形狀具有大於晶圓W之直徑一些的直徑。在該實施型態中,複數晶圓W分別被嵌入藉由保持器40所提供之凹部內,被載置在複數載置區域
40a上。如此一來,藉由旋轉台30被保持之複數晶圓W,藉由隨著旋轉軸36之旋轉的旋轉台30之旋轉,在成膜中相對於中心軸線Z朝周方向旋轉。
旋轉台30被收容在承載器32之內部空間,即是藉由承載器32所提供之成膜用之空間S1內。圖5為圖3所示之承載器之立體圖。承載器32為略角筒形狀之構件。承載器32係在與中心軸線Z正交之X方向之兩端提供開口。承載器32係可由例如利用SiC塗層之石墨所構成。
具體而言,承載器32具有一對壁部32a及32b,以及一對壁部32c及32d。一對壁部32a及32b為略平板狀,互相相向。壁部32a面對於旋轉台30之第1面30a,壁部32b面對於旋轉台30之第2面30b。一對壁部32c及32d互相相向,在與一對壁部32a及32b交叉之方向延伸而與該一對壁部32a及32b之緣部連接。
承載器32係藉由利用線圈20之感應加熱而被加熱。當承載器32被加熱時,藉由來自該承載器32之輻射等,旋轉台30、保持器40及複數晶圓W被加熱。即是,承載器32被構成從4面加熱旋轉台30、保持器40及複數晶圓W。
承載器32藉由第1隔熱材34而被覆蓋。在一實施型態中,第1隔熱材34具有沿著承載器32之外面而延伸之略箱形之形狀,在X方向之兩端提供與承載器32之開口連續的開口。第1隔熱材34具有低於承載器32
之熱傳導率的熱傳導率。例如,第1隔熱材34可以由石墨構成。但是,構成第1隔熱材34之碳材料之密度較構成承載器32之碳材料之密度低。因此,第1隔熱材34可以由例如碳纖維所構成。第1隔熱材34介於承載器32和容器12之間,阻礙從承載器32朝向容器12之熱的傳達,使來自承載器32之熱朝向旋轉台30、保持器40及複數晶圓W傳達。依此,能夠效率佳地進行晶圓W之加熱。
第1隔熱材34藉由保持構件42被覆蓋。即是,保持構件42係提供收容旋轉台30、承載器32及第1隔熱材34之空間。該空間在X方向延伸。再者,保持構件42係提供在X方向之兩端開口,並且通往空間S1之路徑。該保持構件42可以由例如石英所構成。保持構件42係經柱狀之支撐部44而被支撐於容器12之內面。在該保持構件42和容器12之間,形成上述空間S2,在該空間S2如上述般被供給冷卻用之氣體。
再者,在保持構件42之X方向中之一方之開口端,安裝有上述氣體供給器24。氣體供給器24係在成膜用之空間S1內形成朝向X方向之處理氣體的流動。即是,氣體供給器24形成處理氣體從旋轉台30之外側朝向X方向,並且朝向沿著複數晶圓W之成膜面之方向的流動。在一實施型態中,氣體供給器24係提供被配列在與中心軸線Z延伸之方向及與X方向正交之方向的複數氣體吐出口。如圖3所示般,氣體供給器24係以面對於藉
由保持構件42所提供之開口之下側部分之方式而被配置。該開口之上側部分成為在將保持器40搬運至空間S1之時,上述傳送模組110之搬運臂通過。
並且,雖然在承載器32、第1隔熱材34及保持構件42形成有旋轉軸36通過之貫通孔,但是能以被供給至空間S1之處理氣體不會從該貫通孔漏出之方式,在旋轉軸36之周圍設置有如磁性流體密封件的密封部。再者,雖然在容器12也形成有旋轉軸36通過之孔,但是能夠以被供給至空間S2之氣體不會從該孔漏出之方式,在旋轉軸36和容器12之間,設置如磁性流體密封件之密封部。
如圖3所示般,成膜裝置10更具備第2隔熱材50。第2隔熱材50具有低於承載器32之熱傳導率的熱傳導率。例如,第2隔熱材50可以由石墨構成。但是,構成第2隔熱材50之碳材料之密度較構成承載器32之碳材料之密度低。因此,第2隔熱材50可以由例如碳纖維所構成。
第2隔熱材50設置在隔熱區域52。該隔熱區域52係承載器32之內部空間內的區域。即是,隔熱區域52位於承載器32之上側內面32f和下側內面32g之間。再者,隔熱區域52位於比起最接近於中心軸線Z之複數載置區域40a內之位置,相對於中心軸線Z更外側,並且比起離中心軸線Z最遠之複數載置區域40a內之位置,相對於中心軸線更內側。換言之,隔熱區域52位於比起複
數載置區域40a內之所有位置中具有從中心軸線Z到徑向最短距離的位置,相對於中心軸線Z更外側,並且比起複數載置區域40a內之所有位置中具有從中心軸線Z至徑向最大距離的位置,相對於中心軸線Z更內側。並且,在圖4中,以中心軸線Z為中心描劃出將上述最短距離設為半徑之圓C1,以中心軸線Z為中心描劃出將上述最大距離設為半徑之圓C2。如同圖中所示般,隔熱區域52係相對於中心軸線Z,較圓C1更外側,並且較圓C2更內側之環狀區域。
在一實施型態中,第2隔熱材50具有略環狀板形狀,被設置在旋轉台30之第2面30b和承載器32之下側內面32g之間。更具體性的例中,第2隔熱材50被設置在承載器32之下側內面32g上。
在該成膜裝置10中,於使SiC在晶圓W上磊晶生長之時,保持複數晶圓W之旋轉台30旋轉。再者,藉由利用線圈20之感應加熱,承載器32被加熱,藉由來自該承載器32之輻射,複數晶圓W被加熱。例如,複數晶圓W被加熱成1600℃左右之溫度。再者,處理氣體從氣體供給機構GM之氣體供給器24在空間S1內被供給至X方向。該處理氣體包含例如SiH4氣體、C3H8氣體及H2氣體。再者,於磊晶生長膜導入p型之雜質時,處理氣體可以更包含例如TMA氣體。或是,於磊晶生長膜導入n型之雜質時,處理氣體可以更包含例如N2氣體。藉由如此之成膜處理,在晶圓W上形成SiC之磊晶生長
膜。
在該成膜裝置10中,因旋轉台30之中心連接有旋轉軸36,故在旋轉軸36延伸之區域不存在承載器32。依此,在接近於中心軸線Z之晶圓W內之區域,來自承載器32之熱難以被傳達,再者,有從該區域奪取熱的傾向。再者,因處理氣體從旋轉台30之外側被供給至與中心軸線Z正交之方向,即是X方向,故有離中心軸線Z遠的晶圓W內之區域之熱容易被處理氣體奪取之傾向。因此,第2隔熱材50被設置在上述隔熱區域52。
圖6係示意性地表示圖3所示之成膜裝置之承載器32、旋轉台30及第2隔熱材50之圖示,僅表示承載器32、旋轉台30及第2隔熱材50之中心軸線Z之一方側的部分。如圖6所示般,第2隔熱材50阻礙接近中心軸線Z之晶圓W內之區域RN和離中心軸線Z遠之晶圓W內之區域RF之間,對晶圓W內之中間之區域RM之來自承載器32之輻射所致之熱傳達。因此,藉由第2隔熱材50,在中間之區域RM之成膜時之晶圓W之溫度下降。再者,藉由第2隔熱材50阻礙傳達之熱如圖中箭頭所示般,在承載器32內傳達。因此,在無藉由第2隔熱材50被覆蓋之部分,承載器32所致之輻射增大,比起晶圓W內之區域RM,對晶圓W內之區域RN及區域RF傳達之熱增大。其結果,在晶圓W之面內中之溫度之偏差降低。
當在成膜時之晶圓W之面內之溫度的偏差降
低時,導入SiC磊晶生長膜之雜質之濃度在晶圓W之面內的偏差降低。再者,當產生在晶圓W之面內之溫度的偏差時,雖然在晶圓W內之低溫之區域,會產生如起因於異狀核形成之三角缺陷的缺陷,但是若藉由成膜裝置10時,因被傳達至具有容易成為低溫之傾向的晶圓W內之區域RN及區域RF之熱增大,而晶圓W內之面內之溫度之偏差降低,故也抑制如此缺陷之產生。
再者,在一實施型態中,第2隔熱材50被設置在旋轉台30之第2面30b和承載器32之間。在此,為了防止構成該保持器40之物質所致之晶圓W之污染,使從保持器40傳達至晶圓W之熱量極少為佳。在該實施型態中,因第2隔熱材50被設置在旋轉台30之第2面30b和承載器32之間,故傳達至保持器40之熱量被降低。因此,能夠抑制晶圓W之污染(尤其,朝晶圓W之附著)。
以上,雖然針對各種實施型態進行說明,但是並不限定於上述實施型態,能夠構成各種變形態樣。圖7及圖8為表示用以進行第2隔熱材之定位的構造之例的剖面圖,與圖6相同,示意性地表示承載器32、旋轉台30及第2隔熱材50之中心軸線Z之一方側的部分。例如,即使採用如圖7所示般,藉由將定位構件60固定在承載器32,且使第2隔熱材50之內緣抵接於該定位構件60,定位第2隔熱材50之構造亦可。並且,定位構件60即使如圖7所示般,具有擁有與第2隔熱構件50之內緣
接觸之外緣的環狀板形狀亦可,但並不限定於此。再者,即使採用如圖8所示般,在承載器32形成凹部,且在該凹部內嵌入第2隔熱材50之構造亦可。
再者,雖然在圖3所示之例中,第2隔熱材50具有環狀板形狀,但是即使複數第2隔熱材被分佈在隔熱區域52中亦可。例如,即使複數第2隔熱材在隔熱區域52被配列在周方向亦可。再者,即使第2隔熱材部分性地延伸出隔熱區域52外亦可。
12‧‧‧容器
20‧‧‧線圈
24‧‧‧氣體供給器
30‧‧‧旋轉台
30a‧‧‧第1面
30b‧‧‧第2面
32‧‧‧承載器
32g‧‧‧下側內面
32f‧‧‧上側內面
34‧‧‧第1隔熱材
36‧‧‧旋轉軸
38‧‧‧驅動裝置
40‧‧‧保持器
42‧‧‧保持構件
44‧‧‧支撐部
50‧‧‧第2隔熱材
52‧‧‧隔熱區域
Z‧‧‧中心軸線
W‧‧‧晶圓
S、S1、S2‧‧‧空間
Claims (4)
- 一種成膜裝置,具備:旋轉軸;旋轉台,其係被連接於上述旋轉軸之旋轉台,被構成在相對於上述旋轉軸之中心軸線被配列在周方向之複數載置區域保持複數晶圓;承載器,其係被構成將上述旋轉台收容在其內部空間;氣體供給機構,其係被構成在上述內部空間形成處理氣體從上述旋轉台之外側沿著與上述中心軸線正交之方向的流動;容器,其係收容上述承載器;第1隔熱材,其係以覆蓋上述承載器之方式被設置在上述容器和上述承載器之間;及第2隔熱材,其係被設置在上述內部空間內之第2隔熱材,被設置在隔熱區域,該隔熱區域係位於比起最接近於上述中心軸線之上述複數載置區域內之位置,相對於上述中心軸線更外側,並且比起離上述中心軸線最遠之上述複數載置區域內之位置,相對於上述中心軸線更內側。
- 如請求項1所記載之成膜裝置,其中上述旋轉台具有在其上方保持上述複數晶圓之第1面和與該第1面相反側之第2面,上述第2隔熱材被設置在上述第2面和上述承載器之間。
- 如請求項1或2所記載之成膜裝置,其中上述第2隔熱材具有在上述隔熱區域延伸的環狀板形狀。
- 如請求項1或2所記載之成膜裝置,其中更具備被搭載在上述旋轉台上之保持器,上述保持器提供上述複數載置區域。
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