专利名称：处理盘状制品的设备及操作其的方法
技术领域：
本发明涉及一种支撑并转动盘状制品的设备，其具有包括支撑盘状制品的支撑件的转子，其中转子位于处理室内。
背景技术：
WO 2007/101764A1披露了一种板状制品流体处理的装置，包括抓持并围绕转轴转动板状制品的旋转头，无接触悬挂和驱动旋转头的驱动工具，驱动工具围绕旋转头径向布置，基本圆筒形的壁，该壁与转轴基本同心，其中圆筒壁排列于旋转头和驱动工具之间。US专利6，485，531描述了一种合适的驱动结构。在此披露的主动磁浮轴承和驱动结构、定子到转子的距离是有限的。这导致了低壁厚度。此外这种主动轴承和驱动结构可导致盘状制品集成电路的非预期电流感应。本发明的目的是提供完善的驱动结构。本发明的另一目的是提供允许使用较厚壁的系统。
发明内容
本发明通过提供一种支撑并转动盘状制品的设备解决所述问题，所述设备包括 包括支撑盘状制品的支撑件的第一转子，其中第一转子位于处理室内；
连接到转动第二转子的驱动结构的第二转子，其中第二转子通过磁力耦合到第一转子而不接触第一转子，以及第二转子位于处理室外，第一转子和第二转子之间有壁；
以及至少一个磁偶，其中偶包括第一偶件和第二偶件，其中第一偶件包括安装于第一转子的耦合磁体(例如永磁体)，第二偶件包括高温超导材料(HTQ，其中磁偶通过排列和 /或成形使得第一转子和第二转子之间无自由度从而导致第一转子与第二转子一起移动。第一转子可位于第二转子的上方。或者第一转子在第二转子内同轴排列。在这两种情况下，第一转子位于处理室内，因此可称为内转子，而第二转子可称为外转子。壁可具有形状，可选自球体、平面、圆柱、圆锥以及其他旋转对称形状的几何形状组合。如果壁为圆柱，第一转子和第二转子呈径向排列。第一转子和第二转子可关于所述壁同时提升和降低。例如，如果HTS为圆环，那么至少两个偶可共用包括HTS的第二偶件。因为磁偶与盘状制品(例如半导体晶片)一起转动，盘状制品上可能的电路中不会感应电流，这是US 5，439，519所提出相较主动磁浮轴承的一个显著优点。Werfel，Fl0gel -Delor，ffippich, “YBaCuO Large Scale Melt Texturing in a Temperature Gradient，，，Inst. Phys. Conf. Ser. No. 158，S. 821 ff.，1997披露了熔融织构的HTS的生产。通过上述装配，第一转子和第二转子之间的磁偶提供了第二转子到第一转子的所有移动的一对一传递，尤其是旋转运动。当处理室是化学或气体介质封闭室，可使用本布置。优选安装于第一转子的耦合磁体为永磁体。然而，或者可使用电磁体或甚至HTS。通过这种装配，可在高温(例如20°C -200°C )处理晶片，虽然HTS保持冷却(低于90K)。通过这种装配，还可以将第一转子放置于真空容器(低至IOOmPa至IOOnPa)或压力容器OOOkPa-lOMPa)中。因此，这种装配可用于真空处理，如CVD或等离子体蚀刻，
4以及用于压力处理，如热液体(例如150°C的液态水)和超临界流体。这种装配可用于WO 2007/101764A1所披露的装置。在一实施方式中，提供两个磁偶，其中每个磁偶包括至少一个耦合磁体。如果使用永磁体作为耦合磁体，所述永磁体有利地选自包括铁磁磁铁(包括Fe、Ni、Co)、稀土磁体 (例如 Nd2Fe14B (NIB)以及 SmCo 磁体(SmCo (SmCo5、Sm2Co17)的组。由于 SmCo 具有 700-800°C 的高居里温度，其可用于高达350°C的高温应用。在另一实施方式中，HTS位于通过添加液氮或用超低温冷却器冷却的真空绝热低温恒温箱中。超低温冷却器是能够产生低于IOOK的极低温度的冷却器。这种超低温冷却器的范例有斯特林冷却器、吉福特麦克马洪冷却器以及脉冲管冷却器。在一实施方式中，至少一个磁偶包括具有磁场的耦合磁体，所述磁场不遵循转子环形轨道的弧对称，或换而言之并非圆柱对称。这种并非圆柱对称的磁场，将导致HTS中的磁场分布也不对称。因此，HTS和耦合磁体将以二者之间不留有自由度的方式相互耦合。或者提供具有磁场的两个耦合磁体，通过耦合磁体的排列使得它们的磁场的磁轴不等同，从而导致第一转子和第二转子之间无自由度。这种不等同轴为平行轴、斜轴、或交叉轴。在这种情况下，耦合磁体所提供的磁场相对一个磁体更高，磁场梯度更强，磁场可为均勻旋转对称。第二偶件装配在单晶结构或晶块环中。在一实施方式中，第二偶件包括晶块形式的高温超导材料，其装配在晶体c轴指向第一偶件的环形几何结构中。通过这种装配，增加耦合力。在另一实施方式中，高温超导材料是熔融织构的高温超导(HTS)材料。其显著提高了 HTS和耦合磁体之间的钉扎力。优选熔融织构的高温超导(HTS)材料包括组合物 RE1+xBa2Cu30" (RE 选自 Y、Sm、Nd、Dy、Gd)，其中 χ 在 0. 1 至 0. 8 的范围内(优选 0. 2 至 0. 6)， δ在0至0.5的范围内(优选0.03至0.25)。这样进一步提高了钉扎力。在一实施方式中，HTS集成到操作过程中确保绝热和维持必要低温的真空低温恒温箱中。优选真空低温恒温箱通过冷却元件或通过保持制冷剂库冷却，其中制冷剂在IOOkPa下的沸点低于HTS的临界超导温度(Tc)。适用制冷剂是在IOOkPa下沸点为 77K(-196°C )的液氮。其他可能的冷却相位是液态氧(90K)、液态氖(27K)、液体氢(20K) 以及液态氦(4. 2K)。在一实施方式中，第二转子包括HTS单片环，该HTS单片环布置于真空低温恒温箱中、靠近半导体处理室底部并通过轴向耦合特性与该室内硅片的磁转子相互作用。在这种情况下，HTS单片环同时为两个磁偶的元件——例如两个单独的永磁体耦合于同一单片环。在一实施方式中，由于永磁体的最佳几何纵横比为高比宽为1或更大(优选0.8 至1. 5)，所以第一偶件包括具有长距离的场分布的永磁体。对给定质量的永磁体，最佳几何结构具有长距离最大磁通密度。有利地，耦合磁体磁场的对称轴通过HTS。如果采用了多个环状排列的耦合磁体， 要是在圆周方向上的第一偶件的耦合磁体示出交替磁极化矢量会很有利。 在一实施方式中，耦合磁体排列成一配置从而产生具有垂直于转子运动方向的矢量的磁场梯度(磁通密度的梯度dB/dx)。在另一实施方式中，转子晶片载体采用具有磁力的双销结构夹持晶片，以10至3000rpm的速度旋转。具有磁力的销结构由低销环和高销环组成，凭借具有小边缘偏移的邻近垂直锥形销对通过磁力夹紧晶片。有利地，低温恒温箱直接耦合到集成超低温冷却器，超低温冷却器提供冷却功率并与低温恒温箱平行运行。通过集成超低温冷却器，轮流电压和电流馈电提供必要的电源。有利地，仔细平衡第一转子和第二转子的质量，这有利于150rpm以上的转速和减少不对称离心力以及转子动力学问题。在一实施方式中，HTS和耦合磁体的向对面之间有宽度在0. 5_60mm范围内的空隙。在另一实施方式中，第一转子和第二转子包括径向移动使得第一耦合元件可改变到转轴的距离从而导致第一转子的部分可抓持或松开盘状制品的磁偶。因此，第二转子由至少径向可移动平台上的两个独立低温恒温箱组成。独立低温恒温箱可为弧形。在一实施方式中，第一转子包括不直接相连的至少两段。在这方面不直接相连意味着每个第一耦合元件是磁耦合到相应的第二耦合元件，并可相对转轴径向移动。第二耦合元件可径向移动固定于第二转子。因此，通过磁力和第二转子，不直接相连的第一耦合元件间接相连。或者第一耦合元件可径向移动地安装在第一转子上。在这种实施方式中，第一耦合元件一方面驱动转子，另一方面可夹持和松开盘状制品。在一实施方式中，(通过可径向移动的磁耦合元件)根据第一转子的转速控制第二耦合元件的径向位置从而抵消作用在第一耦合元件上的离心力。或者(甚至累计)提供辅助磁体从而抵消作用在第一耦合元件上的离心力。另外， 提供工具改变辅助磁体的径向位置。这种辅助磁体可为螺线管，通过依靠第一转子转速的螺线管电流改变磁力。发明的另一方面是运行上述设备的方法。此处当HTS具有高于临界温度(Tc)的第一温度Tl时，保持第一转子靠近第二转子并与其同轴。冷却HTS到低于临界温度Tc的第二温度T2的过程中，第一转子到第二转子的间隙保持在0.5-60mm的固定宽度内。此后松开第一转子，第一转子悬浮而不接触壁。在HTS冷却的过程中，通过辅助抓持工具抓持第一转子，一旦T2达到低于Tc可去除抓持工具。然后第一转子自由悬浮而不接触室壁，并通过磁力固定于第二转子。在一实施方式中，HTS被源自辅助磁体的磁场磁化，所述辅助磁体不同于耦合磁体，所述耦合磁体是第一偶件的元件。辅助磁体的磁场的形状接近耦合磁体的形状(例如偶极状磁场)，使得当被放入位置，场矢量的方向偏差不超过10° (优选不超过2° )，场矢量的定向一致，以及中心点偏离永磁体中心点不超过2mm。但是，辅助磁体的磁场将强于耦合磁体，所述耦合磁体是第一转子的元件。辅助磁体为电磁体(螺线管)，在HTS的温度达到临界温度Tc之前提供电磁场，以及维持电磁场直到HTS的温度低于Tc。通过这种方法可以充分增加钉扎力。超导高磁梯度耦合装置利用与第二磁性部件(被驱动转子、第二转子)间隔开的第一紧凑超导部件(驱动转子、第一转子)。优选两部件都为大直径至少300mm的环或柱形，并能够旋转。邻近两部件的基本功能几何结构可为轴向或径向。超导第一部件包含铜氧化物型高Tc超导体，所述高Tc超导体集成到操作过程中确保绝热和维持必要低温的真空低温恒温箱中。第一部件在单晶结构中或装配在环中的多个晶块中。优选晶块的晶向与磁体极化矢量平行，所述块具有垂直于顶面的c轴。偏差范围在+/-30°内以产生高耦合力。第二磁体激发部件(包括在被驱动转子中)被间隔开并集成到具有夹住并支承大直径硅片(直径100-450mm)的销的晶片载体中。其位于最靠近容器或处理室的底部(轴向耦合)或外壁(径向耦合)允许磁体配置和超导体之间的强磁作用。场冷却(fc)步骤后，通过磁力将第一超导体悬浮在距离磁装配晶片载体一定距离处。通过冷却HTS到低于 HTS临界温度Tc的温度以及同时俘获外部磁通密度的大部分，进行FC。可设想超导体配置的各种磁铁，根据应用它们的单独特性可大不相同。耦合力极度依赖耦合磁体激发。为了获得大量的电磁可考虑设计磁铁配置。另外，磁性材料的质量和几何排列决定了耦合力。为了有效耦合，磁铁配置应表现出高通量密度和高通量梯度使得场矢量应具有防止任何移动自由度的偏离磁道取向。通常，如果永磁体到超导体的间隙g超过IOmm(g > IOmm)距离的差距，操作单一磁体在离磁表面较远的距离处产生最高磁通量/磁质量。单一磁体表现出无任何磁通压缩或扩张的经典偶极场。超导磁性联轴器的关键参数在于源于超导体和磁体(例如永磁体)相互作用所获得的电磁力。最突出的和最先进的基体材料是熔融织构的YBC0，其具有以下化学组成 RE.^.eBa^O^s (RE =选自Y、Sm、Nd、Dy、Gd的稀土 )。所述材料的重要组成部分是提供钉扎中心的一个或多个非超导相。最突出的钉扎相是绿色相的RE2BaCuO5Oll相)，其驱使熔融织构的YBCO到达临界电流密度Jc从而导致77K时50-100kA/cm2以及零应用磁场。YBCO 中最大俘获磁场77K时超过1特斯拉，在30K左右的较低温度下可高达16特斯拉。在< 40K 的较低温度下，最大俘获磁场受到材料抗拉强度等的材料机械性质限制。HTS材料的重要电性质是钉扎中心的有效性，其导致了高内在临界电流Jc以及能够维持高俘获磁场。因此，本发明的优选形式采用晶体粒度34cm以及更大的单颗粒高Tc材料，所述单颗粒高Tc材料具有> 104A/cm2的临界电流Jc值并以镜面样变换产生对应于永磁体排列的单独俘获磁通量分布。在此晶体粒度被定义为晶面中的线性延伸。除了 HTS耦合的两个主要元件磁体和超导体外，完整装置设备的整个结构更为复杂。优选驱动转子侧的超导体装配在Cu外壳中，并固定于冷台；或通过液氮冷却或接入超低温冷却器的冷却头(斯特林、吉福特麦克马洪以及脉冲管)。为了在操作过程中维持低温稳定，或将整个耦合置于电子管(< I(T2Pa)中或通过不锈钢或者玻璃纤维薄壁管隔离驱动转子冷却侧。被驱动转子磁体和驱动转子HTS环间的壁尤为敏感。材料必须是薄、非磁性的、机械稳定并高真空兼容的。为了获得HTS材料的理想绝热，开发和测试了温度梯度高达200K/mm的高梯度热超隔离技术。高紧凑绝缘结构降低了低温作用并允许短距离高耦合力。集成深冷泵系统提供必要的真空绝热。或者，使用超低温冷却器能够允许相对液态氮更低的温度G0-70K)以及允许较高的磁力。根据磁相互作用，耦合设备可抓持或转动部分开放容器或封闭室中的晶片。由于非接触作用，可实现高压晶片处理。因为磁性部件的同质性和开环几何结构，晶片在转动时可处理晶片双侧。
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可实现200°C的较高处理温度。如果磁性晶片载体表面涂覆有PFA (全氟乙烯醚) 或ECTFE (氯三氟乙烯)保护层，还可使用极具腐蚀性的化学制剂或气态溶液如氟酸等。
图Ia示出第一实施方式的横截面透视图。图Ib示出第一实施方式的横截面视图。图Ic示出容纳第一实施方式HTS的低温恒温箱的横截面细节视图。图2为第二实施方式的横截面透视图。图3a示出第三实施方式的横截面透视图。图北示出关闭位置的第三实施方式的横截面细节视图。图3c示出开放位置的第三实施方式的横截面细节视图。图如和4b示出开放位置的第四实施方式的俯视和侧视截面图。图如和4d示出关闭位置的第四实施方式的横截面俯视和侧视图。
具体实施例方式参照图la、lb以及Ic对本发明的第一实施方式进行描述。磁悬浮系统100通过半导体处理室121的底部103进行操作。晶片W固定在磁晶片载体112上，在密封处理室 121中无任何机械接触旋转。处理室121包括Klo印per底部形状的底部103来承受最低壁厚的机械力以防源自处理室121内的高压或真空的力。处理室121由不锈钢或非金属复合材料制成。HTS磁耦合以室下径向对称超导驱动转子101和其上室内轴向间隔的被驱动大转子102为特征。驱动转子101和被驱动转子102通过非磁性室壁103隔开，由电磁力桥接。驱动转子101通过集成环形排列的永磁体105(耦合磁体)具有环形结构。永磁体105 的排列可为垂直或形成一个角度。单独放置的永磁体105正对朝向或来自超导体104的它们极化矢量Pi (i = 1-n ；例如η = 48)。被驱动转子102支撑具有抓持硅片的销的晶片载体112。驱动转子101和被驱动转子102围绕垂直轴旋转，从而平衡所有旋转部件的重量。 为了安全操作驱动转子101，被驱动转子和晶片必须围绕共同的中心线旋转，而不机械接触外或内室壁。旋转部件和静态底部之间的空隙应> 0. 5mm。具有低温恒温箱的超导驱动转子101悬浮和耦合被驱动转子102。驱动转子101 的每次移动都引起转子102的等效反应。驱动转子101低温恒温箱的实施方式取决于三个因素(1)低温恒温箱外壳106 具有高机械稳定性以承受较大轴向和径向受力；( 外壳内冷超导体的绝热140、141 ;(3) 连接到旋转驱动单元的底凸缘123。图Ic详细示出用于液氮冷却的HTS 104的密封结构。驱动转子101包括真空低温冷却箱，所述低温冷却箱由三重壳体结构组成以最小化环境温度对液氮冷却超导体104 的热传导。它包括了由非磁性复合材料(G-10、玻璃纤维增强材料)组成的圆柱形外壳106 以及大概Imm厚玻璃和石墨纤维复合内环107。两个管都需机械地承受空气压力并真空密封。通过底部的环形下盘109(厚G-IO板)和顶部不锈钢薄盖110连接两个环。顶盖110 被制成尽可能薄(0. Imm)以维持被驱动转子的永磁体105和驱动转子101的HTS104之间的短距离磁相互作用。本部件由非磁性不锈钢以预期几何结构制成。
下部182用于液氮储存、上部181用于容纳HTS 104的铜环108放置在内环壁107 和外环壁106之间的空隙中。经铜环108传导冷却，间接实现低温恒温箱中超导体的低温。铜环108的上部包含机加工成特定形状并用胶水固定到铜底座上的HTS块104，所述HTS块104具有高热导率。使用液氮储存容器182通过传导冷却实现超导体104低温。 为了最佳低温恒温箱功能，熔融织构的YBCO超导体的热传递系数在50和300K之间被确定为λ =5W/Km，几乎与温度无关。在均衡的状态下，提供热导性以获得液氮和HTS 上表面之间温度差异少于1开尔文。顶盖110方向的圆柱形HTS驱动转子101的绝热尤其关键，因为此处空间有限。冷却HTS表面到上述低温恒温箱和处理室之间的温暖间隙的距离仅有2mm，由盖110的Imm厚度和HTS104和盖110之间的Imm真空间隔142组成。沿着低导热路径并确保优越低热管理的几何结构141构建了冷部件稳定和支撑。 玻璃纤维材料具有低导热率(0. 2ff/Km)下的高机械强度。迷宫结构141由小截面高耐热纤维组成，在内壁107和下盘109之间形成了多个垫片。本设计能确保来自内部冷铜环108 到外部低温恒温箱壁的低热传递，所述内部冷铜环108容纳冷HTS104。另外，围绕冷部件具有多层绝缘的超过10-3mbar的真空绝热140最小化热传递。内部冷部件104、108和外部室温低温恒温箱壁106之间的唯一直接连接为供应液氮进入铜容器182的两根导管113。液体进口和气态出口导管113如图Ia所示。线113由低热导率材料制成，如不锈钢，以及同时由薄壁管材料几何地构成。铜容器的液氮储存容量应具有最佳尺寸，一方面限制重量，另一方面保证低温恒温箱有较长的作业时间。在本发明中，液氮容量为约1800cm3。在本优选实施方式中，由于集成深冷泵固定于冷铜部件从而改进了真空绝缘。泵热连接到冷铜容器108。采用沸石或活性炭作为直接放置到铜容器的材料。深冷泵采用吸附气体分子和几乎尚未被涂覆的冷表面之间吸引力较大的物理化学效应。为了能够有效吸收大量气体，相应扩张的大表面是必要的。因为这个原因，使用了多孔性材料，如活性炭。活性炭配置有特定多孔结构能够产生500-1000m2/g的内表面。一段时间后，通过外部加热和同时排空可再生深冷泵材料。真空改进使得具有超导体的低温恒温箱具有在10_2至IO3Pa的绝缘区域，预防热传导。因为外部容器由具有潜在小泄漏的复合材料制成，并且在低温恒温箱内还有其他不同材料，尤其是在焊接和粘结接头，所以本领域技术人员可以预期低温恒温箱的小稳态泄漏。通常，所测得的泄漏率为每秒单位面积10- !公升。因此，深冷泵是真空低温恒温箱的基本前提。或者，外壳可由不锈钢制成以降低泄漏率到较低的水平。通过低温恒温箱101提供冷部件108的绝热和隔离，使得超导体104能够放置得非常靠近处理室上壁。通过这样，有利地，可显著降低超导体和磁体元件之间的距离从而允许大的磁耦合力。如图la、Ib以及Ic所示，上部低温恒温箱盖适应处理室121下部Klo印per底部 103(碟形封头)的角几何。该几何适应示出低温恒温箱的优选方式以实现低温恒温箱与转子之间的窄间隙并允许强磁相互作用。永磁体105(例如NdFeB或SmCo)与非磁性晶片载体112直接相连。由于每
9个矢量Pi (Pl和P25如图Ib所示)不同于下一个矢量Pi+Ι，每一对磁体105和超导体104产生无任何自由度的磁耦合元件。在优选实施方式中，邻近矢量的定向是交替的
(NS-SN-NS-......)。在磁体交替极化(NS-SN-NS-......)安装的情况下，邻近距离应大于
0. 5倍磁体宽度，优选大于磁体宽度。在可能的实施方式的范例中，在直径12英寸(307mm)的载体上提供12个磁极。单个极点4的数量确定悬浮力以及在圆周方向的导向力。高导向力能够加快晶片加速和减速并确定加工吞吐量。图Ia中磁晶片载体102为环形。在图la，通过永磁体(未显示)的吸引力，晶片 W被夹持在销和上环112之间。在边缘上磁固定以及夹持晶片允许底侧和顶侧的自由空间处理。处理室121可通过盖部件115密封闭合、通过弹性环密封，用于高压处理。使用连到马达驱动单元的圆柱形连接件123，驱动转子101 (半导体低温恒温箱)仅通过磁力转动在封闭室内的晶片载体102而无任何机械接触。图Ia中封闭处理室115具有用于导管和管的中央导线122。凸缘123连接具有低温恒温箱的驱动转子101和用于转动的马达驱动。值得注意的是，由于磁耦合，通过小角度转动一个偶件，此时另一偶件是固定的， 被驱动转子102能够很容易地从超导驱动转子101上移出。作为示例，当在两个磁体之间以半弧距离转动定子时，具有晶片的转子必须用例如机械臂固定在一定位置，所述两个磁体释放磁力并去耦磁单元。图2中晶片载体221在圆周方向具有12个磁极。因此，两个极点相对中心形成30°的角，转子和定子之间15°的捻角打开磁耦合。对于固定定子上5° -8°的较小捻角，转子倾向转回初始位置。这种回缩力对于施加的导向力构成限制以加速或刹住转子。甚至，如果被驱动转子移出开放处理室，超导体中的钉扎力允许转子参照驱动转子的位置重定位。只要超导体在选定的低温条件下，就可重复这种转子变换。在图2另一耦合几何结构中，超导体低温恒温箱216小距离围绕处理室221，并为被驱动转子221提供径向磁力。通过外部同心室218提供液氮冷却传递低温到超导体204。 所有冷部件绝热，近似轴向配置。具有轴的马达驱动单元219和马达耦合220支撑和驱动驱动转子216。通过经(非磁性)室壁的磁力，被驱动转子22连同晶片载体随着低温恒温箱移动。接下来，将描述根据第一实施方式操作设备的方法。在开放状态(移开盖115)提供根据第一实施方式的设备，其中环形铜容器108未填充液氮，因此HTS 104为室温(远高于Tc)。此外，被驱动转子102未放置于工作位置中。当0. 5mm厚的垫片被放置在底壁103的内表面和被驱动转子102的下表面之间时，将被驱动转子102放置在工作位置中。由此，被驱动转子位于相对驱动转子同心排列的垫片上。此后通过一根导管113将液氮填充到环形铜108中。通过相反的导管113从环形铜容器108中排出多余气体。当HTS 104达到低于TC的温度，源自被驱动转子102的永磁体105的磁场被俘获，并被锁进HTS。此后，可去除垫片，被驱动转子102悬浮在室壁103之上而不接触它。不过，被驱动转子被耦合(锁住)到驱动转子101而不接触它。当被驱动转子102耦合到驱动转子101时，可开始处理盘状制品W的工艺。盘状制品被加载到吸盘112，室121封闭，选择预期压强(真空加压)，以及从上方和/或从下方应用处理流体(气体或液体)到盘状制品W。图3a示出第三实施方式的横截面透视图。图北示出放大的细节北(虚线圈)。 设备包括室320、驱动转子310、以及被驱动转子305。室320包括具有基本垂直圆柱形侧壁的碗322。进料管327供应流体(液体和/或气体)到碗322，排气管3 收集用过的流体。驱动转子310包括位于碗322之下的转盘314。驱动转子310连接到空心轴马达 313的空心轴。导管327穿过空心轴。三个L形载体杆317径向滑动地安装到转盘——在垂直旋转运动转轴的方向可移动。线性模块315驱动载体杆317的线性运动R。L形载体杆 317 一起围绕碗322使得L形载体杆317的远端排列在距离碗322的圆柱形外壁5至60mm 范围内。立方形低温恒温箱318安装于载体杆317的远端。低温恒温箱318内的HTS元件 (未示出)靠近(0. 1至5mm)低温恒温箱318里侧壁。因此，线性组件315可驱动低温恒温箱318径向移动。低温恒温箱318具有类似第一实施方式中所述的双重密封实施方式。被驱动转子(内转子)包括三个夹持元件305。每个夹持元件305容纳一永磁体， 在HTS具有低于Tc的温度时所述永磁体磁性锁定到HTS元件。因此，如图北(开放位置) 和图3c (关闭位置)所述，每个夹持元件305随着其在低温恒温箱318中相应的HTS径向移动。夹持元件305的里侧面具有接触盘状制品边缘的V形槽用于固定夹紧盘状制品。以下根据本第三实施方式描述该设备的操作。开始使用设备之前，低温恒温箱 (处于高于Tc的温度，例如室温)移入开放位置，夹持元件318被送入预期位置——每个夹持元件靠近各自相应的低温恒温箱器件。夹持元件318的V形槽朝向里侧并水平。在开放位置，夹持元件305可接触碗322圆柱形侧壁的内表面。放置了夹持元件305后，通过填充液氮到低温恒温箱，HTS冷却到低于Tc的温度并被磁化。现在，夹持元件锁定到HTS并随着HTS而移动(夹持和松开盘状制品的径向运动，抬高和降低盘状制品的垂直运动，以及转动)。当夹持元件在开放位置时(图3c)，它们提供足够的间隙使得盘状制品能够被加载到室。此后，线性模块315向内移动载体杆317以及低温恒温箱318，使得夹持元件305 紧压着盘状制品W的边缘(图北)。由于磁力，相比机械力元件，压紧和夹持是温和的，允许盘状制品的智能处理。通过固定到非旋转进料管327的收集系统，提供电能驱动线性模块。 在夹持元件305接触盘状制品后，低温恒温箱进一步朝里移动Imm从而提供必要的夹持力。 转速提高时(例如高于500rpm)，有必要进一步朝里移动低温恒温箱以提供更大的力，从而抵消作用在夹持元件上的离心力。图如和4b示出开放位置的第四实施方式的俯视和侧视截面图。图如和4b同样示出关闭位置。根据第四实施方式的设备的布置基于第三实施方式。室(碗、盖以及室的圆柱形侧壁)仍是相同的。因此只示出圆柱形侧壁422。室被包括HTS的四个低温恒温箱 415所围绕。如第三实施方式中所述，低温恒温箱415是旋转的、可径向移动的。在室中，变形环401相对于圆柱形侧壁422同心悬浮。永磁体410对应低温恒温箱415中的HTS放置。永磁体410如上所述被锁定到HTS。因此，如图如和4d所示(开放位置)，当低温恒温箱向外移动时，变形环401变形。临近永磁体410，夹持元件405安装于变形环401。或者，夹持元件405和变形环401由一块材料形成。适用材料为聚四氟乙烯(PTFE)。其他合适材料为含氟弹性体(FKM和FEPM))如Viton, Tecnoflon, Fluorel、 Aflas 以及 Dai-El，或者全氟弹性体(FFKM)Tecnoflon PFR、Kalrez、Chemraz、Perlast。或者，可使用不锈钢弹簧，该永磁体安装于不锈钢弹簧。弹簧连同永磁体被涂覆以PTFE(聚四氟乙烯)、PFA (全氟乙烯醚)，或者ECTFE (氯三氟乙烯)。 本实施方式带来的优势体现在变形环401连同其永磁体410和夹持元件405可构造为质量平衡使得其旋转时不变形。因此不需要抵消任何作用在夹持元件上的离心力。
权利要求
1.一种支撑并转动盘状制品的设备，包括包括支撑所述盘状制品的支撑件的第一转子，其中所述第一转子位于处理室内，连接到转动第二转子的驱动结构的第二转子，其中所述第二转子通过磁力耦合到所述第一转子而不接触所述第一转子，所述第二转子位于所述处理室外，所述第一转子和第二转子之间有壁，以及至少一个磁偶，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装于所述第一转子的耦合磁体，所述第二偶件包括高温超导材料(HTS)，其中所述磁偶通过排列和/或成形使得所述第一转子和所述第二转子之间无自由度从而导致所述第一转子与所述第二转子一起移动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中提供至少两个磁偶，其中每个磁偶包括至少一个耦合磁体。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述HTS位于通过添加液氮或用超低温冷却器冷却的真空绝热低温恒温箱中。
4.根据权利要求1所述的设备，其中至少一个磁偶包括具有磁场的耦合磁体，所述磁场不遵循所述转子环形轨道的弧对称。
5.根据权利要求2所述的设备，其中至少两个耦合磁体具有(均勻转动对称的)磁场， 通过耦合磁体的排列使得磁场的磁轴不等同(平行轴、斜轴、交叉)，从而导致所述第一转子和所述第二转子之间无自由度。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二偶件装配在单晶结构或环形晶块中。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二偶件包括晶块形式的所述高温超导材料，其装配在晶体c轴指向所述第一偶件的环形几何结构中。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述高温超导的是熔融织构的高温超导材料。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述熔融织构的高温超导材料包括组合物 1^1+力&201307_3(1 选自￥、5111、而、07、6(1)，其中1在0.1至0.8的范围内，δ在0至0. 5的范围内。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述HTS集成到操作过程中确保绝热和维持必要低温的真空低温恒温箱中。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述真空低温恒温箱通过冷却元件或通过保持制冷剂库冷却，其中制冷剂在IOOkPa的沸点低于所述HTS的临界超导温度(Tc)。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一转子和所述第二转子包括磁偶，所述磁偶径向移动使得第一耦合元件可改变到转轴的距离从而导致所述第一转子的部分可抓持或松开盘状制品。
13.根据权利要求12所述的设备，其中根据所述第一转子的转速控制第二耦合元件的径向位置从而抵消作用在所述第一耦合元件上的离心力。
14.根据权利要求12所述的设备，其中提供辅助磁体从而抵消作用在所述第一耦合元件上的所述离心力。
15.根据权利要求13所述的设备，带有改变所述辅助磁体的径向位置的工具。
16.根据权利要求13所述的设备，其中所述辅助磁体为螺线管，依靠所述第一转子的转速改变所述磁力。
17.运行根据前述权利要求中任一项所述设备的方法，按照时间顺序包括以下步骤 当所述HTS具有高于所述临界温度(Tc)的第一温度Tl时，保持所述第一转子靠近所述第二转子并与其同轴，其中所述第一转子到所述第二转子的间隙在0. 5-40mm的范围内， 冷却所述HTS到低于所述临界温度Tc的第二温度T2，松开所述第一转子。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述HTS被源自辅助磁体的磁场磁化，所述辅助磁体不同于所述耦合磁体，所述耦合磁体是所述第一偶件的元件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述辅助磁体的磁场的形状接近所述耦合磁体的形状，使得当被放入位置，场矢量的方向偏差不超过10°，场矢量的定向一致，以及中心点偏离永磁体中心点不超过2mm，所述辅助磁体的磁场将强于所述耦合磁体，所述耦合磁体是所述第一转子的元件。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述辅助磁体为电磁体，在所述HTS的温度达到所述临界温度Tc之前提供电磁场，并且维持电磁场直到所述HTS的温度低于Tc。
全文摘要
披露了一种支撑并转动盘状制品的设备，包括包括支撑所述盘状制品的支撑件的第一转子，其中所述第一转子位于处理室内，连接到转动第二转子驱动结构的第二转子，其中所述第二转子通过磁力耦合到所述第一转子而不接触所述第一转子，以及所述第二转子位于所述处理室外，所述第一转子和第二转子之间有壁，以及至少一个磁偶，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装于所述第一转子的耦合磁体(例如永磁体)，所述第二偶件包括高温超导材料(HTS)，其中所述磁偶通过排列和/或形成使得所述第一转子和所述第二转子之间无自由度从而导致所述第一转子与所述第二转子一起移动。此外披露了操作这种设备的方法。
文档编号H01L21/683GK102292806SQ200980149146
公开日2011年12月21日 申请日期2009年12月11日 优先权日2008年12月19日
发明者弗兰克·威尔非, 赖纳·奥博威格 申请人:朗姆研究公司