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處理盤狀制品的設備及操作其的方法

文檔序號:7209634閱讀:245來源:國知局
專利名稱:處理盤狀制品的設備及操作其的方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種支撐并轉動盤狀制品的設備,其具有包括支撐盤狀制品的支撐件的轉子,其中轉子位于處理室內。
背景技術
WO 2007/101764A1披露了一種板狀制品流體處理的裝置,包括抓持并圍繞轉軸轉動板狀制品的旋轉頭,無接觸懸掛和驅動旋轉頭的驅動工具,驅動工具圍繞旋轉頭徑向布置,基本圓筒形的壁,該壁與轉軸基本同心,其中圓筒壁排列于旋轉頭和驅動工具之間。US專利6,485,531描述了一種合適的驅動結構。在此披露的主動磁浮軸承和驅動結構、定子到轉子的距離是有限的。這導致了低壁厚度。此外這種主動軸承和驅動結構可導致盤狀制品集成電路的非預期電流感應。本發(fā)明的目的是提供完善的驅動結構。本發(fā)明的另一目的是提供允許使用較厚壁的系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明通過提供一種支撐并轉動盤狀制品的設備解決所述問題,所述設備包括 包括支撐盤狀制品的支撐件的第一轉子,其中第一轉子位于處理室內;
連接到轉動第二轉子的驅動結構的第二轉子,其中第二轉子通過磁力耦合到第一轉子而不接觸第一轉子,以及第二轉子位于處理室外,第一轉子和第二轉子之間有壁;
以及至少一個磁偶,其中偶包括第一偶件和第二偶件,其中第一偶件包括安裝于第一轉子的耦合磁體(例如永磁體),第二偶件包括高溫超導材料(HTQ,其中磁偶通過排列和 /或成形使得第一轉子和第二轉子之間無自由度從而導致第一轉子與第二轉子一起移動。第一轉子可位于第二轉子的上方?;蛘叩谝晦D子在第二轉子內同軸排列。在這兩種情況下,第一轉子位于處理室內,因此可稱為內轉子,而第二轉子可稱為外轉子。壁可具有形狀,可選自球體、平面、圓柱、圓錐以及其他旋轉對稱形狀的幾何形狀組合。如果壁為圓柱,第一轉子和第二轉子呈徑向排列。第一轉子和第二轉子可關于所述壁同時提升和降低。例如,如果HTS為圓環(huán),那么至少兩個偶可共用包括HTS的第二偶件。因為磁偶與盤狀制品(例如半導體晶片)一起轉動,盤狀制品上可能的電路中不會感應電流,這是US 5,439,519所提出相較主動磁浮軸承的一個顯著優(yōu)點。Werfel,Fl0gel -Delor,ffippich, “YBaCuO Large Scale Melt Texturing in a Temperature Gradient,,,Inst. Phys. Conf. Ser. No. 158,S. 821 ff.,1997披露了熔融織構的HTS的生產。通過上述裝配,第一轉子和第二轉子之間的磁偶提供了第二轉子到第一轉子的所有移動的一對一傳遞,尤其是旋轉運動。當處理室是化學或氣體介質封閉室,可使用本布置。優(yōu)選安裝于第一轉子的耦合磁體為永磁體。然而,或者可使用電磁體或甚至HTS。通過這種裝配,可在高溫(例如20°C -200°C )處理晶片,雖然HTS保持冷卻(低于90K)。通過這種裝配,還可以將第一轉子放置于真空容器(低至IOOmPa至IOOnPa)或壓力容器OOOkPa-lOMPa)中。因此,這種裝配可用于真空處理,如CVD或等離子體蝕刻,
4以及用于壓力處理,如熱液體(例如150°C的液態(tài)水)和超臨界流體。這種裝配可用于WO 2007/101764A1所披露的裝置。在一實施方式中,提供兩個磁偶,其中每個磁偶包括至少一個耦合磁體。如果使用永磁體作為耦合磁體,所述永磁體有利地選自包括鐵磁磁鐵(包括Fe、Ni、Co)、稀土磁體 (例如 Nd2Fe14B (NIB)以及 SmCo 磁體(SmCo (SmCo5、Sm2Co17)的組。由于 SmCo 具有 700-800°C 的高居里溫度,其可用于高達350°C的高溫應用。在另一實施方式中,HTS位于通過添加液氮或用超低溫冷卻器冷卻的真空絕熱低溫恒溫箱中。超低溫冷卻器是能夠產生低于IOOK的極低溫度的冷卻器。這種超低溫冷卻器的范例有斯特林冷卻器、吉福特麥克馬洪冷卻器以及脈沖管冷卻器。在一實施方式中,至少一個磁偶包括具有磁場的耦合磁體,所述磁場不遵循轉子環(huán)形軌道的弧對稱,或換而言之并非圓柱對稱。這種并非圓柱對稱的磁場,將導致HTS中的磁場分布也不對稱。因此,HTS和耦合磁體將以二者之間不留有自由度的方式相互耦合?;蛘咛峁┚哂写艌龅膬蓚€耦合磁體,通過耦合磁體的排列使得它們的磁場的磁軸不等同,從而導致第一轉子和第二轉子之間無自由度。這種不等同軸為平行軸、斜軸、或交叉軸。在這種情況下,耦合磁體所提供的磁場相對一個磁體更高,磁場梯度更強,磁場可為均勻旋轉對稱。第二偶件裝配在單晶結構或晶塊環(huán)中。在一實施方式中,第二偶件包括晶塊形式的高溫超導材料,其裝配在晶體c軸指向第一偶件的環(huán)形幾何結構中。通過這種裝配,增加耦合力。在另一實施方式中,高溫超導材料是熔融織構的高溫超導(HTS)材料。其顯著提高了 HTS和耦合磁體之間的釘扎力。優(yōu)選熔融織構的高溫超導(HTS)材料包括組合物 RE1+xBa2Cu30" (RE 選自 Y、Sm、Nd、Dy、Gd),其中 χ 在 0. 1 至 0. 8 的范圍內(優(yōu)選 0. 2 至 0. 6), δ在0至0.5的范圍內(優(yōu)選0.03至0.25)。這樣進一步提高了釘扎力。在一實施方式中,HTS集成到操作過程中確保絕熱和維持必要低溫的真空低溫恒溫箱中。優(yōu)選真空低溫恒溫箱通過冷卻元件或通過保持制冷劑庫冷卻,其中制冷劑在IOOkPa下的沸點低于HTS的臨界超導溫度(Tc)。適用制冷劑是在IOOkPa下沸點為 77K(-196°C )的液氮。其他可能的冷卻相位是液態(tài)氧(90K)、液態(tài)氖(27K)、液體氫(20K) 以及液態(tài)氦(4. 2K)。在一實施方式中,第二轉子包括HTS單片環(huán),該HTS單片環(huán)布置于真空低溫恒溫箱中、靠近半導體處理室底部并通過軸向耦合特性與該室內硅片的磁轉子相互作用。在這種情況下,HTS單片環(huán)同時為兩個磁偶的元件——例如兩個單獨的永磁體耦合于同一單片環(huán)。在一實施方式中,由于永磁體的最佳幾何縱橫比為高比寬為1或更大(優(yōu)選0.8 至1. 5),所以第一偶件包括具有長距離的場分布的永磁體。對給定質量的永磁體,最佳幾何結構具有長距離最大磁通密度。有利地,耦合磁體磁場的對稱軸通過HTS。如果采用了多個環(huán)狀排列的耦合磁體, 要是在圓周方向上的第一偶件的耦合磁體示出交替磁極化矢量會很有利。 在一實施方式中,耦合磁體排列成一配置從而產生具有垂直于轉子運動方向的矢量的磁場梯度(磁通密度的梯度dB/dx)。在另一實施方式中,轉子晶片載體采用具有磁力的雙銷結構夾持晶片,以10至3000rpm的速度旋轉。具有磁力的銷結構由低銷環(huán)和高銷環(huán)組成,憑借具有小邊緣偏移的鄰近垂直錐形銷對通過磁力夾緊晶片。有利地,低溫恒溫箱直接耦合到集成超低溫冷卻器,超低溫冷卻器提供冷卻功率并與低溫恒溫箱平行運行。通過集成超低溫冷卻器,輪流電壓和電流饋電提供必要的電源。有利地,仔細平衡第一轉子和第二轉子的質量,這有利于150rpm以上的轉速和減少不對稱離心力以及轉子動力學問題。在一實施方式中,HTS和耦合磁體的向對面之間有寬度在0. 5_60mm范圍內的空隙。在另一實施方式中,第一轉子和第二轉子包括徑向移動使得第一耦合元件可改變到轉軸的距離從而導致第一轉子的部分可抓持或松開盤狀制品的磁偶。因此,第二轉子由至少徑向可移動平臺上的兩個獨立低溫恒溫箱組成。獨立低溫恒溫箱可為弧形。在一實施方式中,第一轉子包括不直接相連的至少兩段。在這方面不直接相連意味著每個第一耦合元件是磁耦合到相應的第二耦合元件,并可相對轉軸徑向移動。第二耦合元件可徑向移動固定于第二轉子。因此,通過磁力和第二轉子,不直接相連的第一耦合元件間接相連?;蛘叩谝获詈显蓮较蛞苿拥匕惭b在第一轉子上。在這種實施方式中,第一耦合元件一方面驅動轉子,另一方面可夾持和松開盤狀制品。在一實施方式中,(通過可徑向移動的磁耦合元件)根據第一轉子的轉速控制第二耦合元件的徑向位置從而抵消作用在第一耦合元件上的離心力。或者(甚至累計)提供輔助磁體從而抵消作用在第一耦合元件上的離心力。另外, 提供工具改變輔助磁體的徑向位置。這種輔助磁體可為螺線管,通過依靠第一轉子轉速的螺線管電流改變磁力。發(fā)明的另一方面是運行上述設備的方法。此處當HTS具有高于臨界溫度(Tc)的第一溫度Tl時,保持第一轉子靠近第二轉子并與其同軸。冷卻HTS到低于臨界溫度Tc的第二溫度T2的過程中,第一轉子到第二轉子的間隙保持在0.5-60mm的固定寬度內。此后松開第一轉子,第一轉子懸浮而不接觸壁。在HTS冷卻的過程中,通過輔助抓持工具抓持第一轉子,一旦T2達到低于Tc可去除抓持工具。然后第一轉子自由懸浮而不接觸室壁,并通過磁力固定于第二轉子。在一實施方式中,HTS被源自輔助磁體的磁場磁化,所述輔助磁體不同于耦合磁體,所述耦合磁體是第一偶件的元件。輔助磁體的磁場的形狀接近耦合磁體的形狀(例如偶極狀磁場),使得當被放入位置,場矢量的方向偏差不超過10° (優(yōu)選不超過2° ),場矢量的定向一致,以及中心點偏離永磁體中心點不超過2mm。但是,輔助磁體的磁場將強于耦合磁體,所述耦合磁體是第一轉子的元件。輔助磁體為電磁體(螺線管),在HTS的溫度達到臨界溫度Tc之前提供電磁場,以及維持電磁場直到HTS的溫度低于Tc。通過這種方法可以充分增加釘扎力。超導高磁梯度耦合裝置利用與第二磁性部件(被驅動轉子、第二轉子)間隔開的第一緊湊超導部件(驅動轉子、第一轉子)。優(yōu)選兩部件都為大直徑至少300mm的環(huán)或柱形,并能夠旋轉。鄰近兩部件的基本功能幾何結構可為軸向或徑向。超導第一部件包含銅氧化物型高Tc超導體,所述高Tc超導體集成到操作過程中確保絕熱和維持必要低溫的真空低溫恒溫箱中。第一部件在單晶結構中或裝配在環(huán)中的多個晶塊中。優(yōu)選晶塊的晶向與磁體極化矢量平行,所述塊具有垂直于頂面的c軸。偏差范圍在+/-30°內以產生高耦合力。第二磁體激發(fā)部件(包括在被驅動轉子中)被間隔開并集成到具有夾住并支承大直徑硅片(直徑100-450mm)的銷的晶片載體中。其位于最靠近容器或處理室的底部(軸向耦合)或外壁(徑向耦合)允許磁體配置和超導體之間的強磁作用。場冷卻(fc)步驟后,通過磁力將第一超導體懸浮在距離磁裝配晶片載體一定距離處。通過冷卻HTS到低于 HTS臨界溫度Tc的溫度以及同時俘獲外部磁通密度的大部分,進行FC??稍O想超導體配置的各種磁鐵,根據應用它們的單獨特性可大不相同。耦合力極度依賴耦合磁體激發(fā)。為了獲得大量的電磁可考慮設計磁鐵配置。另外,磁性材料的質量和幾何排列決定了耦合力。為了有效耦合,磁鐵配置應表現出高通量密度和高通量梯度使得場矢量應具有防止任何移動自由度的偏離磁道取向。通常,如果永磁體到超導體的間隙g超過IOmm(g > IOmm)距離的差距,操作單一磁體在離磁表面較遠的距離處產生最高磁通量/磁質量。單一磁體表現出無任何磁通壓縮或擴張的經典偶極場。超導磁性聯(lián)軸器的關鍵參數在于源于超導體和磁體(例如永磁體)相互作用所獲得的電磁力。最突出的和最先進的基體材料是熔融織構的YBC0,其具有以下化學組成 RE.^.eBa^O^s (RE =選自Y、Sm、Nd、Dy、Gd的稀土 )。所述材料的重要組成部分是提供釘扎中心的一個或多個非超導相。最突出的釘扎相是綠色相的RE2BaCuO5Oll相),其驅使熔融織構的YBCO到達臨界電流密度Jc從而導致77K時50-100kA/cm2以及零應用磁場。YBCO 中最大俘獲磁場77K時超過1特斯拉,在30K左右的較低溫度下可高達16特斯拉。在< 40K 的較低溫度下,最大俘獲磁場受到材料抗拉強度等的材料機械性質限制。HTS材料的重要電性質是釘扎中心的有效性,其導致了高內在臨界電流Jc以及能夠維持高俘獲磁場。因此,本發(fā)明的優(yōu)選形式采用晶體粒度34cm以及更大的單顆粒高Tc材料,所述單顆粒高Tc材料具有> 104A/cm2的臨界電流Jc值并以鏡面樣變換產生對應于永磁體排列的單獨俘獲磁通量分布。在此晶體粒度被定義為晶面中的線性延伸。除了 HTS耦合的兩個主要元件磁體和超導體外,完整裝置設備的整個結構更為復雜。優(yōu)選驅動轉子側的超導體裝配在Cu外殼中,并固定于冷臺;或通過液氮冷卻或接入超低溫冷卻器的冷卻頭(斯特林、吉福特麥克馬洪以及脈沖管)。為了在操作過程中維持低溫穩(wěn)定,或將整個耦合置于電子管(< I(T2Pa)中或通過不銹鋼或者玻璃纖維薄壁管隔離驅動轉子冷卻側。被驅動轉子磁體和驅動轉子HTS環(huán)間的壁尤為敏感。材料必須是薄、非磁性的、機械穩(wěn)定并高真空兼容的。為了獲得HTS材料的理想絕熱,開發(fā)和測試了溫度梯度高達200K/mm的高梯度熱超隔離技術。高緊湊絕緣結構降低了低溫作用并允許短距離高耦合力。集成深冷泵系統(tǒng)提供必要的真空絕熱?;蛘?,使用超低溫冷卻器能夠允許相對液態(tài)氮更低的溫度G0-70K)以及允許較高的磁力。根據磁相互作用,耦合設備可抓持或轉動部分開放容器或封閉室中的晶片。由于非接觸作用,可實現高壓晶片處理。因為磁性部件的同質性和開環(huán)幾何結構,晶片在轉動時可處理晶片雙側。
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可實現200°C的較高處理溫度。如果磁性晶片載體表面涂覆有PFA (全氟乙烯醚) 或ECTFE (氯三氟乙烯)保護層,還可使用極具腐蝕性的化學制劑或氣態(tài)溶液如氟酸等。


圖Ia示出第一實施方式的橫截面透視圖。圖Ib示出第一實施方式的橫截面視圖。圖Ic示出容納第一實施方式HTS的低溫恒溫箱的橫截面細節(jié)視圖。圖2為第二實施方式的橫截面透視圖。圖3a示出第三實施方式的橫截面透視圖。圖北示出關閉位置的第三實施方式的橫截面細節(jié)視圖。圖3c示出開放位置的第三實施方式的橫截面細節(jié)視圖。圖如和4b示出開放位置的第四實施方式的俯視和側視截面圖。圖如和4d示出關閉位置的第四實施方式的橫截面俯視和側視圖。
具體實施例方式參照圖la、lb以及Ic對本發(fā)明的第一實施方式進行描述。磁懸浮系統(tǒng)100通過半導體處理室121的底部103進行操作。晶片W固定在磁晶片載體112上,在密封處理室 121中無任何機械接觸旋轉。處理室121包括Klo印per底部形狀的底部103來承受最低壁厚的機械力以防源自處理室121內的高壓或真空的力。處理室121由不銹鋼或非金屬復合材料制成。HTS磁耦合以室下徑向對稱超導驅動轉子101和其上室內軸向間隔的被驅動大轉子102為特征。驅動轉子101和被驅動轉子102通過非磁性室壁103隔開,由電磁力橋接。驅動轉子101通過集成環(huán)形排列的永磁體105(耦合磁體)具有環(huán)形結構。永磁體105 的排列可為垂直或形成一個角度。單獨放置的永磁體105正對朝向或來自超導體104的它們極化矢量Pi (i = 1-n ;例如η = 48)。被驅動轉子102支撐具有抓持硅片的銷的晶片載體112。驅動轉子101和被驅動轉子102圍繞垂直軸旋轉,從而平衡所有旋轉部件的重量。 為了安全操作驅動轉子101,被驅動轉子和晶片必須圍繞共同的中心線旋轉,而不機械接觸外或內室壁。旋轉部件和靜態(tài)底部之間的空隙應> 0. 5mm。具有低溫恒溫箱的超導驅動轉子101懸浮和耦合被驅動轉子102。驅動轉子101 的每次移動都引起轉子102的等效反應。驅動轉子101低溫恒溫箱的實施方式取決于三個因素(1)低溫恒溫箱外殼106 具有高機械穩(wěn)定性以承受較大軸向和徑向受力;( 外殼內冷超導體的絕熱140、141 ;(3) 連接到旋轉驅動單元的底凸緣123。圖Ic詳細示出用于液氮冷卻的HTS 104的密封結構。驅動轉子101包括真空低溫冷卻箱,所述低溫冷卻箱由三重殼體結構組成以最小化環(huán)境溫度對液氮冷卻超導體104 的熱傳導。它包括了由非磁性復合材料(G-10、玻璃纖維增強材料)組成的圓柱形外殼106 以及大概Imm厚玻璃和石墨纖維復合內環(huán)107。兩個管都需機械地承受空氣壓力并真空密封。通過底部的環(huán)形下盤109(厚G-IO板)和頂部不銹鋼薄蓋110連接兩個環(huán)。頂蓋110 被制成盡可能薄(0. Imm)以維持被驅動轉子的永磁體105和驅動轉子101的HTS104之間的短距離磁相互作用。本部件由非磁性不銹鋼以預期幾何結構制成。
下部182用于液氮儲存、上部181用于容納HTS 104的銅環(huán)108放置在內環(huán)壁107 和外環(huán)壁106之間的空隙中。經銅環(huán)108傳導冷卻,間接實現低溫恒溫箱中超導體的低溫。銅環(huán)108的上部包含機加工成特定形狀并用膠水固定到銅底座上的HTS塊104,所述HTS塊104具有高熱導率。使用液氮儲存容器182通過傳導冷卻實現超導體104低溫。 為了最佳低溫恒溫箱功能,熔融織構的YBCO超導體的熱傳遞系數在50和300K之間被確定為λ =5W/Km,幾乎與溫度無關。在均衡的狀態(tài)下,提供熱導性以獲得液氮和HTS 上表面之間溫度差異少于1開爾文。頂蓋110方向的圓柱形HTS驅動轉子101的絕熱尤其關鍵,因為此處空間有限。冷卻HTS表面到上述低溫恒溫箱和處理室之間的溫暖間隙的距離僅有2mm,由蓋110的Imm厚度和HTS104和蓋110之間的Imm真空間隔142組成。沿著低導熱路徑并確保優(yōu)越低熱管理的幾何結構141構建了冷部件穩(wěn)定和支撐。 玻璃纖維材料具有低導熱率(0. 2ff/Km)下的高機械強度。迷宮結構141由小截面高耐熱纖維組成,在內壁107和下盤109之間形成了多個墊片。本設計能確保來自內部冷銅環(huán)108 到外部低溫恒溫箱壁的低熱傳遞,所述內部冷銅環(huán)108容納冷HTS104。另外,圍繞冷部件具有多層絕緣的超過10-3mbar的真空絕熱140最小化熱傳遞。內部冷部件104、108和外部室溫低溫恒溫箱壁106之間的唯一直接連接為供應液氮進入銅容器182的兩根導管113。液體進口和氣態(tài)出口導管113如圖Ia所示。線113由低熱導率材料制成,如不銹鋼,以及同時由薄壁管材料幾何地構成。銅容器的液氮儲存容量應具有最佳尺寸,一方面限制重量,另一方面保證低溫恒溫箱有較長的作業(yè)時間。在本發(fā)明中,液氮容量為約1800cm3。在本優(yōu)選實施方式中,由于集成深冷泵固定于冷銅部件從而改進了真空絕緣。泵熱連接到冷銅容器108。采用沸石或活性炭作為直接放置到銅容器的材料。深冷泵采用吸附氣體分子和幾乎尚未被涂覆的冷表面之間吸引力較大的物理化學效應。為了能夠有效吸收大量氣體,相應擴張的大表面是必要的。因為這個原因,使用了多孔性材料,如活性炭?;钚蕴颗渲糜刑囟ǘ嗫捉Y構能夠產生500-1000m2/g的內表面。一段時間后,通過外部加熱和同時排空可再生深冷泵材料。真空改進使得具有超導體的低溫恒溫箱具有在10_2至IO3Pa的絕緣區(qū)域,預防熱傳導。因為外部容器由具有潛在小泄漏的復合材料制成,并且在低溫恒溫箱內還有其他不同材料,尤其是在焊接和粘結接頭,所以本領域技術人員可以預期低溫恒溫箱的小穩(wěn)態(tài)泄漏。通常,所測得的泄漏率為每秒單位面積10- !公升。因此,深冷泵是真空低溫恒溫箱的基本前提?;蛘?,外殼可由不銹鋼制成以降低泄漏率到較低的水平。通過低溫恒溫箱101提供冷部件108的絕熱和隔離,使得超導體104能夠放置得非??拷幚硎疑媳?。通過這樣,有利地,可顯著降低超導體和磁體元件之間的距離從而允許大的磁耦合力。如圖la、Ib以及Ic所示,上部低溫恒溫箱蓋適應處理室121下部Klo印per底部 103(碟形封頭)的角幾何。該幾何適應示出低溫恒溫箱的優(yōu)選方式以實現低溫恒溫箱與轉子之間的窄間隙并允許強磁相互作用。永磁體105(例如NdFeB或SmCo)與非磁性晶片載體112直接相連。由于每
9個矢量Pi (Pl和P25如圖Ib所示)不同于下一個矢量Pi+Ι,每一對磁體105和超導體104產生無任何自由度的磁耦合元件。在優(yōu)選實施方式中,鄰近矢量的定向是交替的
(NS-SN-NS-......)。在磁體交替極化(NS-SN-NS-......)安裝的情況下,鄰近距離應大于
0. 5倍磁體寬度,優(yōu)選大于磁體寬度。在可能的實施方式的范例中,在直徑12英寸(307mm)的載體上提供12個磁極。單個極點4的數量確定懸浮力以及在圓周方向的導向力。高導向力能夠加快晶片加速和減速并確定加工吞吐量。圖Ia中磁晶片載體102為環(huán)形。在圖la,通過永磁體(未顯示)的吸引力,晶片 W被夾持在銷和上環(huán)112之間。在邊緣上磁固定以及夾持晶片允許底側和頂側的自由空間處理。處理室121可通過蓋部件115密封閉合、通過彈性環(huán)密封,用于高壓處理。使用連到馬達驅動單元的圓柱形連接件123,驅動轉子101 (半導體低溫恒溫箱)僅通過磁力轉動在封閉室內的晶片載體102而無任何機械接觸。圖Ia中封閉處理室115具有用于導管和管的中央導線122。凸緣123連接具有低溫恒溫箱的驅動轉子101和用于轉動的馬達驅動。值得注意的是,由于磁耦合,通過小角度轉動一個偶件,此時另一偶件是固定的, 被驅動轉子102能夠很容易地從超導驅動轉子101上移出。作為示例,當在兩個磁體之間以半弧距離轉動定子時,具有晶片的轉子必須用例如機械臂固定在一定位置,所述兩個磁體釋放磁力并去耦磁單元。圖2中晶片載體221在圓周方向具有12個磁極。因此,兩個極點相對中心形成30°的角,轉子和定子之間15°的捻角打開磁耦合。對于固定定子上5° -8°的較小捻角,轉子傾向轉回初始位置。這種回縮力對于施加的導向力構成限制以加速或剎住轉子。甚至,如果被驅動轉子移出開放處理室,超導體中的釘扎力允許轉子參照驅動轉子的位置重定位。只要超導體在選定的低溫條件下,就可重復這種轉子變換。在圖2另一耦合幾何結構中,超導體低溫恒溫箱216小距離圍繞處理室221,并為被驅動轉子221提供徑向磁力。通過外部同心室218提供液氮冷卻傳遞低溫到超導體204。 所有冷部件絕熱,近似軸向配置。具有軸的馬達驅動單元219和馬達耦合220支撐和驅動驅動轉子216。通過經(非磁性)室壁的磁力,被驅動轉子22連同晶片載體隨著低溫恒溫箱移動。接下來,將描述根據第一實施方式操作設備的方法。在開放狀態(tài)(移開蓋115)提供根據第一實施方式的設備,其中環(huán)形銅容器108未填充液氮,因此HTS 104為室溫(遠高于Tc)。此外,被驅動轉子102未放置于工作位置中。當0. 5mm厚的墊片被放置在底壁103的內表面和被驅動轉子102的下表面之間時,將被驅動轉子102放置在工作位置中。由此,被驅動轉子位于相對驅動轉子同心排列的墊片上。此后通過一根導管113將液氮填充到環(huán)形銅108中。通過相反的導管113從環(huán)形銅容器108中排出多余氣體。當HTS 104達到低于TC的溫度,源自被驅動轉子102的永磁體105的磁場被俘獲,并被鎖進HTS。此后,可去除墊片,被驅動轉子102懸浮在室壁103之上而不接觸它。不過,被驅動轉子被耦合(鎖住)到驅動轉子101而不接觸它。當被驅動轉子102耦合到驅動轉子101時,可開始處理盤狀制品W的工藝。盤狀制品被加載到吸盤112,室121封閉,選擇預期壓強(真空加壓),以及從上方和/或從下方應用處理流體(氣體或液體)到盤狀制品W。圖3a示出第三實施方式的橫截面透視圖。圖北示出放大的細節(jié)北(虛線圈)。 設備包括室320、驅動轉子310、以及被驅動轉子305。室320包括具有基本垂直圓柱形側壁的碗322。進料管327供應流體(液體和/或氣體)到碗322,排氣管3 收集用過的流體。驅動轉子310包括位于碗322之下的轉盤314。驅動轉子310連接到空心軸馬達 313的空心軸。導管327穿過空心軸。三個L形載體桿317徑向滑動地安裝到轉盤——在垂直旋轉運動轉軸的方向可移動。線性模塊315驅動載體桿317的線性運動R。L形載體桿 317 一起圍繞碗322使得L形載體桿317的遠端排列在距離碗322的圓柱形外壁5至60mm 范圍內。立方形低溫恒溫箱318安裝于載體桿317的遠端。低溫恒溫箱318內的HTS元件 (未示出)靠近(0. 1至5mm)低溫恒溫箱318里側壁。因此,線性組件315可驅動低溫恒溫箱318徑向移動。低溫恒溫箱318具有類似第一實施方式中所述的雙重密封實施方式。被驅動轉子(內轉子)包括三個夾持元件305。每個夾持元件305容納一永磁體, 在HTS具有低于Tc的溫度時所述永磁體磁性鎖定到HTS元件。因此,如圖北(開放位置) 和圖3c (關閉位置)所述,每個夾持元件305隨著其在低溫恒溫箱318中相應的HTS徑向移動。夾持元件305的里側面具有接觸盤狀制品邊緣的V形槽用于固定夾緊盤狀制品。以下根據本第三實施方式描述該設備的操作。開始使用設備之前,低溫恒溫箱 (處于高于Tc的溫度,例如室溫)移入開放位置,夾持元件318被送入預期位置——每個夾持元件靠近各自相應的低溫恒溫箱器件。夾持元件318的V形槽朝向里側并水平。在開放位置,夾持元件305可接觸碗322圓柱形側壁的內表面。放置了夾持元件305后,通過填充液氮到低溫恒溫箱,HTS冷卻到低于Tc的溫度并被磁化?,F在,夾持元件鎖定到HTS并隨著HTS而移動(夾持和松開盤狀制品的徑向運動,抬高和降低盤狀制品的垂直運動,以及轉動)。當夾持元件在開放位置時(圖3c),它們提供足夠的間隙使得盤狀制品能夠被加載到室。此后,線性模塊315向內移動載體桿317以及低溫恒溫箱318,使得夾持元件305 緊壓著盤狀制品W的邊緣(圖北)。由于磁力,相比機械力元件,壓緊和夾持是溫和的,允許盤狀制品的智能處理。通過固定到非旋轉進料管327的收集系統(tǒng),提供電能驅動線性模塊。 在夾持元件305接觸盤狀制品后,低溫恒溫箱進一步朝里移動Imm從而提供必要的夾持力。 轉速提高時(例如高于500rpm),有必要進一步朝里移動低溫恒溫箱以提供更大的力,從而抵消作用在夾持元件上的離心力。圖如和4b示出開放位置的第四實施方式的俯視和側視截面圖。圖如和4b同樣示出關閉位置。根據第四實施方式的設備的布置基于第三實施方式。室(碗、蓋以及室的圓柱形側壁)仍是相同的。因此只示出圓柱形側壁422。室被包括HTS的四個低溫恒溫箱 415所圍繞。如第三實施方式中所述,低溫恒溫箱415是旋轉的、可徑向移動的。在室中,變形環(huán)401相對于圓柱形側壁422同心懸浮。永磁體410對應低溫恒溫箱415中的HTS放置。永磁體410如上所述被鎖定到HTS。因此,如圖如和4d所示(開放位置),當低溫恒溫箱向外移動時,變形環(huán)401變形。臨近永磁體410,夾持元件405安裝于變形環(huán)401?;蛘?,夾持元件405和變形環(huán)401由一塊材料形成。適用材料為聚四氟乙烯(PTFE)。其他合適材料為含氟彈性體(FKM和FEPM))如Viton, Tecnoflon, Fluorel、 Aflas 以及 Dai-El,或者全氟彈性體(FFKM)Tecnoflon PFR、Kalrez、Chemraz、Perlast?;蛘?,可使用不銹鋼彈簧,該永磁體安裝于不銹鋼彈簧。彈簧連同永磁體被涂覆以PTFE(聚四氟乙烯)、PFA (全氟乙烯醚),或者ECTFE (氯三氟乙烯)。 本實施方式帶來的優(yōu)勢體現在變形環(huán)401連同其永磁體410和夾持元件405可構造為質量平衡使得其旋轉時不變形。因此不需要抵消任何作用在夾持元件上的離心力。
權利要求
1.一種支撐并轉動盤狀制品的設備,包括包括支撐所述盤狀制品的支撐件的第一轉子,其中所述第一轉子位于處理室內,連接到轉動第二轉子的驅動結構的第二轉子,其中所述第二轉子通過磁力耦合到所述第一轉子而不接觸所述第一轉子,所述第二轉子位于所述處理室外,所述第一轉子和第二轉子之間有壁,以及至少一個磁偶,其中所述磁偶包括第一偶件和第二偶件,其中所述第一偶件包括安裝于所述第一轉子的耦合磁體,所述第二偶件包括高溫超導材料(HTS),其中所述磁偶通過排列和/或成形使得所述第一轉子和所述第二轉子之間無自由度從而導致所述第一轉子與所述第二轉子一起移動。
2.根據權利要求1所述的設備,其中提供至少兩個磁偶,其中每個磁偶包括至少一個耦合磁體。
3.根據權利要求1所述的設備,其中所述HTS位于通過添加液氮或用超低溫冷卻器冷卻的真空絕熱低溫恒溫箱中。
4.根據權利要求1所述的設備,其中至少一個磁偶包括具有磁場的耦合磁體,所述磁場不遵循所述轉子環(huán)形軌道的弧對稱。
5.根據權利要求2所述的設備,其中至少兩個耦合磁體具有(均勻轉動對稱的)磁場, 通過耦合磁體的排列使得磁場的磁軸不等同(平行軸、斜軸、交叉),從而導致所述第一轉子和所述第二轉子之間無自由度。
6.根據權利要求1所述的設備,其中所述第二偶件裝配在單晶結構或環(huán)形晶塊中。
7.根據權利要求1所述的設備,其中所述第二偶件包括晶塊形式的所述高溫超導材料,其裝配在晶體c軸指向所述第一偶件的環(huán)形幾何結構中。
8.根據權利要求1所述的設備,其中所述高溫超導的是熔融織構的高溫超導材料。
9.根據權利要求8所述的設備,其中所述熔融織構的高溫超導材料包括組合物 1^1+力&201307_3(1 選自¥、5111、而、07、6(1),其中1在0.1至0.8的范圍內,δ在0至0. 5的范圍內。
10.根據權利要求1所述的設備,其中所述HTS集成到操作過程中確保絕熱和維持必要低溫的真空低溫恒溫箱中。
11.根據權利要求10所述的設備,其中,所述真空低溫恒溫箱通過冷卻元件或通過保持制冷劑庫冷卻,其中制冷劑在IOOkPa的沸點低于所述HTS的臨界超導溫度(Tc)。
12.根據權利要求1所述的設備,其中所述第一轉子和所述第二轉子包括磁偶,所述磁偶徑向移動使得第一耦合元件可改變到轉軸的距離從而導致所述第一轉子的部分可抓持或松開盤狀制品。
13.根據權利要求12所述的設備,其中根據所述第一轉子的轉速控制第二耦合元件的徑向位置從而抵消作用在所述第一耦合元件上的離心力。
14.根據權利要求12所述的設備,其中提供輔助磁體從而抵消作用在所述第一耦合元件上的所述離心力。
15.根據權利要求13所述的設備,帶有改變所述輔助磁體的徑向位置的工具。
16.根據權利要求13所述的設備,其中所述輔助磁體為螺線管,依靠所述第一轉子的轉速改變所述磁力。
17.運行根據前述權利要求中任一項所述設備的方法,按照時間順序包括以下步驟 當所述HTS具有高于所述臨界溫度(Tc)的第一溫度Tl時,保持所述第一轉子靠近所述第二轉子并與其同軸,其中所述第一轉子到所述第二轉子的間隙在0. 5-40mm的范圍內, 冷卻所述HTS到低于所述臨界溫度Tc的第二溫度T2,松開所述第一轉子。
18.根據權利要求17所述的方法,其中所述HTS被源自輔助磁體的磁場磁化,所述輔助磁體不同于所述耦合磁體,所述耦合磁體是所述第一偶件的元件。
19.根據權利要求18所述的方法,其中所述輔助磁體的磁場的形狀接近所述耦合磁體的形狀,使得當被放入位置,場矢量的方向偏差不超過10°,場矢量的定向一致,以及中心點偏離永磁體中心點不超過2mm,所述輔助磁體的磁場將強于所述耦合磁體,所述耦合磁體是所述第一轉子的元件。
20.根據權利要求18所述的方法,其中所述輔助磁體為電磁體,在所述HTS的溫度達到所述臨界溫度Tc之前提供電磁場,并且維持電磁場直到所述HTS的溫度低于Tc。
全文摘要
披露了一種支撐并轉動盤狀制品的設備,包括包括支撐所述盤狀制品的支撐件的第一轉子,其中所述第一轉子位于處理室內,連接到轉動第二轉子驅動結構的第二轉子,其中所述第二轉子通過磁力耦合到所述第一轉子而不接觸所述第一轉子,以及所述第二轉子位于所述處理室外,所述第一轉子和第二轉子之間有壁,以及至少一個磁偶,其中所述偶包括第一偶件和第二偶件,其中所述第一偶件包括安裝于所述第一轉子的耦合磁體(例如永磁體),所述第二偶件包括高溫超導材料(HTS),其中所述磁偶通過排列和/或形成使得所述第一轉子和所述第二轉子之間無自由度從而導致所述第一轉子與所述第二轉子一起移動。此外披露了操作這種設備的方法。
文檔編號H01L21/683GK102292806SQ200980149146
公開日2011年12月21日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2008年12月19日
發(fā)明者弗蘭克·威爾非, 賴納·奧博威格 申請人:朗姆研究公司
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