JP2014212338A - 円盤状の物品を処理するための装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】円盤状の物品を確実に保持する装置を提供する。【解決手段】円盤状の物品を流体で処理する装置は、円盤状の物品に垂直な軸を中心に保持及び回転させるためのチャック１２０と、チャックベース本体１２１と、駆動リング１３０と、円盤状の物品の縁に接触するための把持部材１２８とを含み、把持部材は、円盤状の物品の中心に対して偏心して移動可能であり、把持部材の偏心移動は、駆動リングによって駆動され、駆動リングは、軸を中心にベース本体に対して回転可能であることによって把持部材を駆動するようにベース本体に取り付けられ、ベース本体に対する駆動リングの相対的回転移動は、ベース本体を保持するとともに駆動リングを回転させる、または駆動リングを保持するとともにベース本体を回転させることによって実行され、駆動リングまたはベース本体は、それぞれのパーツに触れることなく磁力によって保持される。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、円盤状の物品を支えるためのサポートを含むロータによって、円盤状の物品を支え、回転させるための装置に関し、ロータはプロセスチャンバ内に配置されている。
国際公開公報ＷＯ２００７／１０１７６４Ａ１は、回転軸を中心に円盤状の物品を保持し、回転させるための回転式ヘッドと、回転式ヘッドを円盤状の物品に接触することなく浮遊させ、駆動するための駆動手段であって、回転式ヘッドの周囲に半径方向に配置された駆動手段と、回転軸に実質的に同心である実質的に円筒状の壁であって、回転式ヘッドと駆動手段との間に配置された円筒状の壁とを含む、円盤状の物品を流体処理するための装置を開示している。
米国特許第６，４８５，５３１号には、適切な駆動のメカニズムが記載されている。ここに開示されているアクティブ磁気軸受及び駆動メカニズムによると、ステータからロータまでの距離が制限される。
米国特許第５，８４５，６６２号では、円盤状の物品を保持するための幾つかの解決策が提供されている。しかしながら、これらの保持手段は、解放が容易でなく、あるいは、円盤状の物品をしっかり保持するためには最低スピン速度を必要とする。もう１つの問題は、非常に高いスピン速度では、保持手段は、円盤状の物品を傷付けるのに十分な強さの力で保持し得ることである。
本発明の目的は、処理の間、円盤状の物品を確実に保持する装置を提供することである。
本発明は、円盤状の物品を処理するための装置を提供することによって問題を解決するものであり、装置は、円盤状の物品を該円盤状の物品に垂直な軸Ａを中心に保持し、回転させるためのチャックを含み、チャックは、ベース本体と、ベース本体に回転対称に配置された駆動リングと、円盤状の物品の縁に接触するための把持部材とを含み、把持部材は、軸Ａを中心に駆動リングをベース本体に対して相対的に捩ることによって軸Ａに対して偏心して移動させることができ、駆動リングは、磁力によって保持される。
このような構成は、チャックが磁気軸受（例えば、米国特許第６，４８５，５３１号又は国際公開公報２００７／１０１７６４Ａ１に記載されるようなアクティブ磁気軸受）によって保持及び回転される場合に特に有用である。しかしながら、このようなメカニズムは、スピンドルによって駆動される通常のチャックと組み合わせて使用することもできる。
一実施形態では、装置は、円盤状の物品の上に流体を分配するための分配手段と、円盤状の物品を円盤状の物品に垂直な軸Ａを中心に保持し、回転させるためのチャックとを含み、チャックは、ベース本体と、駆動リングと、円盤状の物品の縁に接触するための把持部材とを含み、把持部材は、円盤状の物品の中心に対して偏心して移動可能であり、把持部材の偏心移動は、駆動リングによって駆動され、駆動リングは、軸Ａを中心にベース本体に対して回転可能であることによって把持部材を駆動するように、ベース本体に回転可能に取り付けられ、ベース本体に対する駆動リングの相対的回転移動は、ベース本体を保持するとともに駆動リングを回転させること、または駆動リングを保持するとともにベース本体を回転させることによって実行され、これによって、保持対象パーツ（駆動リング又はベース本体）は、それぞれの保持対象パーツに触れることなく磁力によって保持される。この場合、回転対象パーツ（それぞれベース本体または駆動リング）は、それぞれの回転対象パーツに触れることなく磁力によって回転させることができる。
このような磁力は、通常、磁気結合の２つの構成要素間に確立される。このような結合は、例えば、以下のいずれか一方であることができる。
２つの永久磁石：第１の磁石は、駆動リングに固定され、第２の磁石は、半径方向に（軸Ａに対して半径方向に）移動させることができる移動部材に取り付けられる。このような移動部材は、例えば、空気圧シリンダまたは電気リニアモータによって駆動することができる。
１つの永久磁石および１つの電磁石：第１の磁石は駆動リングに固定され、電磁石は装置の非回転パーツ（例えばチャンバ壁）に取り付けられる。
別の実施形態では、ベース本体は、駆動リングを収容する環状チャンバを伴った中空リングとして形成される。このような中空リングは、２つまたは３つ以上のパーツを含んでよい。このようなパーツは、溶接、ネジ留め、又は糊付けによって合わせることができる。
好ましくは、チャックは、磁気的に浮揚される。これは、（米国特許第６，４８５，５３１号に記載されるように）アクティブ磁気軸受によって、又は高温超電導磁石によって支えられた軸受によってなすことができる。高温超電導磁石を含むこのような駆動メカニズムは、オーストリア特許出願第Ａ１９８７／２００８号の公開特許出願によって更に説明されている。このような構成によれば、スピンメカニズムの全てのパーツはもちろん、把持メカニズムの全てのパーツをも処理流体から遮断することが可能である。開閉メカニズムをアクティブにするためのパーツは、閉じられたプロセスチャンバの外側に配置させることができる。
一実施形態では、駆動リングは、ギアリングであり、把持部材は、ギアリングによって駆動される小ギアから偏心して突き出している（小ギアの回転軸に対して偏心している）カムである。ベース本体に対してギアリングが捩られると、小ギアは回転し、それとともに、小ギアから偏心して突き出しているカム（ピン）は、軸Ａまでのそれらの距離を変化させる。これにより、カムは、円盤状の物品の縁を把持し、または円盤状の物品を解放する。突き出しているカムは、小ギアに取り付けられてもよく、または小ギアと同じ材料片から形成されてもよいことが理解される。
好ましくは、駆動リングは、弾性部材（例えばバネ）によって待機位置に保持され、それによって、把持部材は、閉じ位置へ付勢される。駆動リングが磁力によって保持され、ベース本体が捩られると、駆動リングは、把持力に抗して広げられる。次いで、円盤状の物品が、把持部材の間に配される。その後、駆動リング及びベース本体は、再び捩り戻され、把持部材は、円盤状の物品の縁に接触する。結果として、弾性部材の力は、円盤状の物品を確実に把持する。
好ましい実施形態では、装置は、更に、チャックを取り囲む壁を含み、円盤状の物品を処理する間、チャックは、壁内で自由に浮揚される。この場合、間に磁力が確立される各構成要素は、チャックのベース本体が一定の角度（例えば１〜１０°）回転される間、駆動リングがしっかりロックされるように構成される必要がある。
好ましい実施形態では、チャックを取り囲む壁は、閉じられたチャンバの一部である。これは、チャックを駆動するための及び把持部材を開くためのメカニズムが、チャンバの外側にとどまるのに対し、チャック、及びそれとともに円盤状の物品が、チャンバ内で回転するという利点を有する。チャンバは、円盤状の物品を出し入れするためにのみ開く必要がある。
別の実施形態では、円盤状の物品の両側に妨げなく流体を分配するための分配手段が提供される。これは、分配される流体が液体を含む場合に有用である。
本発明の一実施形態にしたがった装置の動作時における概略上面図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の動作時における概略上面図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の動作時における概略上面図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の動作時における概略上面図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の動作時における概略上面図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の動作時における概略上面図である。
本発明の一実施形態にしたがう装置の異なる視点からの図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の異なる視点からの図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の異なる視点からの図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の異なる視点からの図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の異なる視点からの図である。 本発明の一実施形態にしたがう装置の異なる視点からの図である。
本発明の別の実施形態の図である。 本発明の別の実施形態の図である。 本発明の別の実施形態の図である。
図２ａ〜２ｆを参照にして、本発明の一実施形態にしたがった装置２００が説明される。
図２ａは、本発明の一実施形態にしたがった装置２００の断面斜視図を示している。
図２ｂは、（図２ａの）細部Ｄ２ｂの拡大図を示している。
図２ｃは、細部Ｄ２ｂの側面図を示している。
図２ｄは、（図２ａの）細部Ｄ２ｂの拡大図を示している。
図２ｅは、図２ｂと同じ視点から示しているが、歯車ギアリングをロックするための永久磁石２５５が、チャックの永久磁石２３３のごく近くへ持って来られている。
図２ｆは、ピンシャフト２２７及びピン２２８を通る断面斜視図を拡大した詳細を示している。
装置２００は、チャンバと、ウエハ（円盤状の物品）を把持し回転させるための環状チャック２２０と、ステータ２８０とを含む。
チャンバは、円筒状の壁２６０と、底板２６５と、上板（不図示）とを含む。上側分配管２６３が上板に通され、下側分配管２６７が底板２６５に通される。
ステータ２８０は、円筒状の壁２６０と同心に、ステータベース板２０５に取り付けられる。ステータベース板２０５は、例えば空気圧式の持ち上げ手段によって、円筒状の壁２６０の円柱軸に対して軸方向に移動させることができる。ステータベース板２０５、及びそれに取り付けられたステータ２８０は、円筒状の壁２６０の外径よりも大きい直径の中央開口を有する。上板もまた、チャンバを開くために軸方向に移動させることができる。閉じ位置では、上板は、円筒状の壁に対して封止される。
ステータ２８０は、アキシャル軸受及びラジアル軸受のための並びに環状チャックの一部であるロータ２８５を駆動するための幾つかのコイルを含む。このような構成は、アクティブ軸受と呼ばれ、米国特許第６,４８５，５３１号で更に説明されている。
環状チャック２２０の直径は、チャック２２０が円筒状の壁２６０内で自由に浮揚し、回転することができるように、円筒状の壁２６０の内径よりも小さい。環状チャック２２０は、内側チャックベース本体２２１を含み、その外側を環状の溝によって円周方向に取り巻かれ、環状の溝は、駆動リング２３０のための軸受として機能する。
駆動リング２３０は、内側を向く歯２３１を伴ったギアリング２３０として実装される。内側を向く歯２３１は、ピンシャフト２２７の歯を駆動する（図２ｆを参照）。
この実施形態は、６本の下向きのピンシャフト２２７を有し、その各自は、駆動リング２３０によって駆動される小ギアを有する。ピンシャフト２２７は、環状チャックの回転軸に平行な軸Ａを中心に回転することができるように取り付けられる。
ピンシャフト２２７には、ピンシャフトの回転軸Ａに対して偏心してピン２２８が取り付けられるので、ピンは、駆動リング２３０によってピンシャフトが回転されるときに、環状チャックの中心までのその距離を変化させる。すなわち、ピンは、駆動リング２３０がチャックベース本体２２１に対して捩られたときに、半径方向に移動される。駆動リング２３０をチャックベース本体２２１の環状溝内に取り付けるために、駆動リング２３０は、環状溝に挿入されたときに合わされて固定される２つの個別の部分からなる。チャックベース２２１及び駆動リング２３０は、環状チャック２２０の中心により近い位置へ駆動リング２３０がピン２２８を付勢するように、らせんバネ（不図示）を介して接続される。
歯車ギアリング２３０には、２つの永久磁石２３３が取り付けられる。チャックベース本体２２１の周囲には、永久磁石である少なくとも２４個の複数のロータ磁石２８５が均等に配置される。これらのロータ磁石２８５は、チャックベース本体２２１に取り付けられた駆動＆軸受ユニットの一部すなわちロータの一部（アクティブ軸受の構成要素）である。
複数のロータ磁石２８５、及び永久磁石２３３を運ぶ駆動リング２３０は、チャックベース本体２２１、外側下方のチャックカバー２２２、及びロータ磁石カバー２２９によって提供される中空の環状空間に封入される。このようなロータ磁石カバー２２９は、ステンレス鋼製の覆いであってよい。カバー２２２、２２９は、環状であり、チャックベース本体２２１と同心である。
チャック２２０を組み立てるときに、ピンシャフト２２７は、図２ｆに示されるようにチャックベース本体２２１に対して強く押し当てられるように、それぞれの座部に上方から挿入される。各ピンシャフト２２７は、ネジ２２４によって自身の場所に固定される。また、各ピンシャフトは、ピンシャフトとネジとの間のらせんバネによって自身の座部に押し込まれてもよい。
ステータベース板２０５に取り付けられるのは、円筒状の壁２６０と同心に配置されたステータ＆アクティブ軸受ユニット２８０である。軸受ユニット２８０は、ロータ磁石２８５と連携することによってチャック２２０を浮揚させ、軸を受け、回転させる。
アクティブ軸受ユニット２８０の下方には、ステータベース板２０５に取り付けられた２つの空気圧シリンダ２５０が配置されている。空気圧シリンダ２５０のロッドの末端には、ロック磁石２５５（永久磁石）が配置されている。ロック磁石は、駆動リング２３０の永久磁石２３３に対応している。空気圧シリンダ２５０は、ロック磁石２５５が円筒状の壁２６０の軸に対して半径方向に移動させられるように配置されている。
例えば、ピンがウエハを解放するために開かれるときは、以下の手順が実行される。円筒状の壁２６０がロック磁石２５５とチャック２２０との間の隙間内からなくなるように、ステータベース板２０５が持ち上げられ、それとともに浮揚チャック２２０も持ち上げられる（図２ｅを参照）。その後は、永久磁石２３３がロック磁石によってロックされ、それとともに駆動リング２３０がロック磁石によってロックされるように、空気圧シリンダ２５０は、ロック磁石２５５をチャック２２０のごく近くへ移動させ、チャックが回転される。こうすると、チャックは、駆動リングが静止している状態で回転され、この結果、ピン２２８は、開く。あるいは、ロック磁石が接線方向に（チャックの周囲に沿って）回転するように空気圧シリンダが移動されている間、チャックベース本体が静止していて、それによって駆動リングが回転されることも可能である。
図１ａ〜１ｆを参照にして、ピンを開くメカニズムの動作が説明される。図１ａ〜１ｆは、図２ｃに示された面Ｉ−Ｉに沿った断面の概略図である。
図１ａは、待機位置にある装置を示している。ここでは、装置の１２０°分の区域が示されている。チャックベース本体１２１及び外壁１２２を伴ったチャック１２０が、歯車ギアリング１３０を収容している。ギアリング１３０は、内向きの歯１３１を有する。ピン１２８を伴ったピンシャフト１２７は、その歯車がギアリング１３０（駆動リング）の歯１３１と噛み合うように配置される。ピンシャフトは、チャックベース本体１２１のそれぞれの自身の座部に着座する。
チャックベース１２１及び駆動リング１３０は、環状チャック１２０の中心に最も近い位置へ駆動リング１３０がピン１２８を付勢するように、らせんバネ１４０を介して接続されている。らせんバネ１４０の力は、図１ｂにおいて、２本の小矢印Ｓによって視覚化されている。周囲には、このようならせんバネ１４０が３つ配置され、これらは、取り付け地点１２５においてチャックベース本体１２０に、そして取り付け地点１３５においてギアリングに取り付けられている。
空気圧シリンダ１５０の先端には、ロック磁石１５５が固定されている。ロック磁石１５５は、ギアリング１３０の永久磁石１３３に対応している。
例えばウエハを把持または解放するためにピンを開きまたは閉じるには、以下の手順が実行される。円筒状の壁１６０（図１ｅに示されている）がロック磁石１５５とチャック１２０との間の隙間内からなくなるように、浮揚チャック１２０は、持ち上げられる。したがって、図１ａ〜１ｄ及び図１ｆには、円筒状の壁が示されていない。その後は、永久磁石がロック磁石１５５に面するように、チャック１２０は回転させられる（図１ａ）。
次いで、永久磁石１３３とともに駆動リング１３０がロック磁石によってロックされるように、空気圧シリンダ１５０は、ロック磁石１５５をチャック１２０のごく近くへ（図１ｂを参照せよ）、ただしチャック１２０に触れることなく移動させる（矢印Ｌを参照）。
次いで、チャック１２０は、駆動リング１３０が静止している状態で反時計回りに（Ｔｃｃｗ）に回転され、したがって、らせんバネ１４０が伸張する間に、ピンシャフトは、時計回りに（Ｔｏ）に回転し、ピン１２８は、開く（図１ｃ）。ピンの間に、ウエハＷ（破線）が配される。
次いで、ピンが中心に向かって移動してウエハＷをしっかり保持するように、チャックベース本体１２１は、時計回りに回転され（図１ｄを参照せよ）、ピンシャフトは、反時計回り（Ｔｃ）に回転する。らせんバネ１４０は、この閉じ位置を確実にする。
その後は、円筒状の壁１６０がチャックを取り囲むように（図１ｅを参照）、ロック磁石は、待避され、ステータ（不図示）は、チャック１２０とともに下降される。その後は、チャンバカバーが降ろされ、したがって、チャンバは、密閉される。そして、プロセスが開始される、すなわち、チャックが回転し、様々な液体が順番に上下から分配される。
プロセス後、チャンバは、再び開かれ、ステータは、再び持ち上げられる。ウエハを解放するために、ロック磁石１５５は、チャックのごく近くへ移動される。ピンが開く（Ｔｏ、図１ｆを参照）ように、チャックは、反時計回りに回転される（Ｔｃｃｗ）。
図３ａ及び３ｂは、本発明の別の実施形態を示している。図３ｂは、面II−II（図３ａを参照）に沿った断面図を示している。図３ａは、面III−III（図３ｂを参照）に沿った断面図を示している。図３ａでは、装置の１２０°分の区域が示されている。チャックベース本体３２１及び外壁３２２を伴ったチャック３２０は、内向きの傾斜面３３２を伴った駆動リング３３０を収容している。ピン３２８は、その一端をウエハの中心に向かわせる及びウエハの中心から離間させるために軸Ｘを中心に傾くことができるように、傾斜可能に配置される。軸Ｘは、ウエハＷの接線に平行であり、ゆえに面II−IIに垂直である。ピン軸受は、球状を有してよく、チャックベース本体３２１のそれぞれの自分の球状座部に着座する。このような座部は、封止部として機能する。ピンごとに、そのピンを閉じ位置へ付勢するためのらせん圧力バネ３２６（ピン閉じバネ）が提供される。このようにして、チャックの環状空間内に位置するピンの一部は、対応する駆動リング３３０の傾斜面３３２に接触している状態に維持される。
チャックベース３２１及び駆動リング３３０は、環状チャック３２０の中心に最も近い位置にピン３２８の先端を移動させるように、らせんバネ３４０を介して接続される。周囲には、このようならせんバネ３４０が３つ配置され、これらは、取り付け位置３２５においてチャックベース本体３２０に、そして取り付け位置３３５においてギアリングに取り付けられる。
全てのピン閉じバネ３２６の力を合わせたものは、伸張バネ３４０が省略されえるように、十分な強さに選択することができる、あるいはこのようなバネは、たとえピンがその先端でウエハをつかんでいるときでも傾斜面３３２がピンとの接触を維持しえるように、駆動リングを反対方向へ付勢するように配置されてもよい。
空気圧シリンダ３５０の末端には、ロック磁石３５５が固定される。ロック磁石３５５は、ギアリング３３０の永久磁石３３３に対応している。
例えばウエハを把持するためまたは解放するためにピンを開くまたは閉じるには、以下の手順が実行される。円筒状の壁３６０（図３ｃに示されている）がロック磁石３５５とチャック３２０との間の隙間内からなくなるように、浮揚チャック３２０が持ち上げられる。したがって、図３ａ及び図３ｃには、円筒状の壁が示されていない。その後、永久磁石がロック磁石３５５に面するように、チャック３２０が回転させられる（図３ａ及び図３ｃ）。
次いで、永久磁石３３３とともに駆動リング３０がロック磁石によってロックされるように、空気圧シリンダ３５０は、ロック磁石３５５をチャック３２０のごく近くへ、ただしチャック３２０に触れることなく移動させる。
次いで、チャック３２０は、駆動リング３３０が静止している状態で反時計回りに（Ｔｃｃｗ）に回転され、したがって、らせん引張バネ３４０が伸張されるとともにらせん圧縮バネ３２６が圧縮される間に、ピン３２８は、軸Ｘを中心に傾いて開く（図３ｃ）。ピンの間に、ウエハＷ（破線）が配される。次いで、ピンが中心に向かって移動してウエハＷをしっかり保持するように、チャックベース本体３２１は、時計回りに回転され（図１ｄを参照）、ピンが傾く。らせんピンバネ３２６は、この閉じ位置を確実にする。
更なる手順は、図１ａ〜ｆを参照にして説明されたものと同様である。

Claims (10)

  1. 流体を用いて円盤状の物品を処理するための装置であって、
    前記円盤状の物品の上に流体を分配するための分配手段と、
    円盤状の物品に垂直な軸Ａを中心に前記円盤状の物品を保持する及び回転させるためのチャックと、
    を備え、前記チャックは、ベース本体と、駆動リングと、前記円盤状の物品の縁に接触するための把持部材とを含み、前記把持部材は、前記円盤状の物品の中心に対して偏心して移動可能であり、前記把持部材の前記偏心移動は、駆動リングによって駆動され、前記駆動リングは、前記軸Ａを中心に前記ベース本体に対して回転可能であることによって前記把持部材を駆動するように、前記ベース本体に回転可能に取り付けられ、前記ベース本体に対する前記駆動リングの前記相対的回転移動は、前記ベース本体を保持するとともに前記駆動リングを回転させること、または前記駆動リングを保持するとともに前記ベース本体を回転させることによって実行され、これによって、前記保持対象パーツ（駆動リングまたはベース本体）は、前記それぞれの保持対象パーツに触れることなく磁力によって保持される、装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、
    前記回転対象パーツ（それぞれベース本体または駆動リング）は、前記それぞれの回転対象パーツに触れることなく磁力によって回転される、装置。
  3. 請求項１に記載の装置であって、
    前記ベース本体は、環状チャンバを伴う中空リングとして形成され、前記駆動リングは前記環状チャンバ内に収容される、装置。
  4. 請求項１に記載の装置であって、
    前記チャックは、磁気軸受によって自由に浮揚される、装置。
  5. 請求項１に記載の装置であって、
    前記チャックは、アクティブ磁気軸受と、高温超電導磁石によって支えられた軸受とからなる群より選択される駆動メカニズムによって浮揚および回転される、装置。
  6. 請求項１に記載の装置であって、
    前記駆動リングは、ギアリングであり、前記把持部材は、前記ギアリングによって駆動される小ギアに偏心して取り付けられた（前記小ギアの回転軸に対して偏心している）カムである、装置。
  7. 請求項１に記載の装置であって、
    前記駆動リングは、弾性部材によって待機位置に保持され、これによって、前記把持部材は、閉じ位置に位置される、装置。
  8. 請求項１に記載の装置であって、
    前記装置は、更に、前記チャックを取り囲む壁を含み、前記円盤状の物品を処理する間、前記チャックは、前記壁内で自由に浮揚される、装置。
  9. 請求項１に記載の装置であって、
    前記チャックを取り囲む前記壁は、閉じられたチャンバの一部である、装置。
  10. 請求項１に記載の装置であって、
    前記円盤状の物品の両側に妨げなく流体を分配するための分配手段が提供される装置。
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