JP3672416B2

JP3672416B2 - スピン処理装置

Info

Publication number: JP3672416B2
Application number: JP18768297A
Authority: JP
Inventors: 弘行篠崎; 潤一郎吉岡; 和昭前田; 明久本郷
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1126424A; TW420749B; EP0996144A1; US6269548B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、洗浄等の処理が終わった半導体ウエハ等のワークを脱水し、乾燥させるための処理を行なうスピン処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスや液晶装置の製造工程等においては、円板状のウエハを迅速に乾燥させる必要が生じる。このための装置として、チャンバ内においてワークを回転させ、遠心力で液体を飛散させるようにした、いわゆるスピン乾燥装置が用いられている。このような乾燥装置のうち、回転軸を縦にした縦型の装置は床面積が小さくて済み、一方、横型の装置はワークの出し入れを上から行なうことができて便利であるという利点がある。
【０００３】
この種の乾燥装置には、チャンバ内でワークを保持しつつ回転する回転体が備えられ、この回転体に該回転体の回転中心に沿って外方に延びる回転軸が設けられている。そして、この回転軸と回転手段としての駆動モータの駆動軸とがカップリング等を介して一体に回転するように連結されているとともに、この回転軸をボールベアリング等の接触式の軸受を用いて回転自在に支持することが広く行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような接触式の軸受を用いて回転体の回転軸を支持する処理装置においては、軸受部の摩擦に伴いパーティクルが発生し、せっかく清浄化した被処理物を汚染してしまう問題があった。また、摩耗により軸受部の長期の寿命を維持することができず、メンテナンスのために稼働率が低下したり、騒音の発生源となって作業環境を悪化させるという問題もあった。
【０００５】
従って、この発明は、パーティクルの発生による被処理物の汚染を防止し、かつ、騒音を低減させつつ高い稼働率でワークの乾燥処理を行なうことができるスピン処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、チャンバ内に収容した回転体を回転させて該回転体で保持したワークをスピンさせて処理を行なうようにしたスピン処理装置において、前記回転体の回転中心に沿って延びる回転軸を、磁気力を用いた機構を介して非接触状態で回転自在に支持する非接触支持手段と、コイルを有し前記回転体の回転に追随して移動自在な電磁石を備え、該電磁石の運動情報を基に前記コイルに供給する電流を制御して、前記回転体の回転位置決め時に発生する前記回転軸の回転微動を制振する位置決め制振器を備えたことを特徴とするスピン処理装置である。
【０００７】
これにより、回転体の回転中心に沿って延びる回転軸を、磁気力を用いた機構を介して非接触状態で回転自在に支持するので、パーティクルの発生を防止することができる。回転体支持部における摩耗による寿命の低下や騒音の発生も防止することができる。更に、回転体の停止時等の回転位置決め時に回転軸に発生する回転微動を位置決め制振器によって速やかに制止させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記磁気力を用いた機構として、前記回転軸を回転自在に支持するラジアル磁気軸受とアキシャル磁気軸受とを使用したことを特徴とする請求項１に記載のスピン処理装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記回転軸と該回転軸を回転させる回転手段の駆動軸とを磁気継手を介して非接触状態で作動的に連結したことを特徴とする請求項１または２に記載のスピン処理装置である。磁気継手を用いてチャンバ内を駆動側と区画することができ、チャンバ内の清浄度を高めることができるとともに、それによって生じる回転体の停止等の回転位置決め時の回転微動を、前述の位置決め制振器によって速やかに制止させることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記チャンバ内に気体または液体を供給し排出する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスピン処理装置である。これにより、処理対象物をスピンさせつつ、洗浄、乾燥等の種々の処理を効率的に行うことができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記チャンバ内の圧力を大気圧から高真空に変化させる手段と、このチャンバ内の圧力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスピン処理装置である。これにより、回転体が位置するチャンバ内の圧力を制御し、高真空度あるいは圧力変化を利用した種々の処理を行なうことができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記磁気力を用いた機構に清浄なガスを供給して該機構におけるパーティクルの滞留を排除するガス供給手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載のスピン処理装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１及び図２は、この発明の第１の実施の形態のスピン処理装置を示すもので、これは半導体ウエハ等のワークＷをスピン乾燥させる乾燥装置である。この装置は、内部にほぼ円筒状の空間Ｒが形成されたチャンバ１０と、空間Ｒ内においてワークＷを保持する枠状の回転体１２と、該回転体を駆動する駆動モータ４０を有している。回転体１２は、両側端板１２ａとこれを連絡するロッド１２ｂとからなり、両側に回転軸１４ａ，１４ｂが突出して設けられている。チャンバ１０の下方側には、被乾燥物に付着した液体及び吸い込んだ気体を外部に排出する排出口１０ａが設けられている。
【００１４】
チャンバ１０内には、開口側に第１ブロック２６が、駆動モータ側（密閉側）に第２ブロック３０が設けられ、第１ブロック２６の内部には、チャンバ１０の空間Ｒを外部空間に連絡する断面Ｙ字状の吸込流路２６ａが設けられている。開口側の回転軸１４ａと第１ブロック２６との間にはラジアル磁気軸受１６ａが設けられ、回転軸１４ｂと第２ブロック３０の間にラジアル磁気軸受１６ｂ、アキシャル磁気軸受１８、及び磁気継手５０がそれぞれ構成され、これによって、回転体１２が非接触状態で回転自在に支持されている。
【００１５】
すなわち、一方の回転軸１４ａの周囲には、これと一体に回転するスリーブ２０が取り付けられ、このスリーブ２０の外周面に回転（ロータ）側磁性体２２ａが、第１ブロックの該回転側磁性体２２ａに対向する内面には固定（ステータ）側磁性体２４ａがそれぞれ取り付けられている。この実施の形態では、これらの磁性体２２ａ，２４ａはいずれも永久磁石であり、制御を行わない受動型のラジアル磁気軸受１６ａが構成されている。
【００１６】
密閉側の回転軸１４ｂには、小径部２８ａ、拡径部２８ｂ、大径部２８ｃを有する回転筒状体２８が一体に回転するように取り付けられ、この小径部２８ａと第２ブロック３０との間に、開口側と同様の受動型のラジアル磁気軸受１６ｂが構成されている。すなわち、この回転筒状体２８の基端部の外周面に回転（ロータ）側磁性体２２ｂが、第２ブロック３０の回転磁性体２２ｂに対向する内面に固定（ステータ）側磁性体２４ｂがそれぞれ配置されている。これらのラジアル磁気軸受１６ａ，１６ｂは、稼動設定位置においては対向する磁極どうしが軸方向に微小にずれるように設定され、これにより回転体１２が密閉側に押されるようになっている。
【００１７】
更に、回転筒状体２８の拡径部２８ｂには、中空円板状の磁性体からなるターゲットディスク３６が設けられ、第２ブロック３０の内部には、このターゲットディスク３６と対面する位置にコイル３２を備えた電磁石３４が取り付けられている。この電磁石３４の吸引力と上述したラジアル磁気軸受１６ａ，１６ｂのずれによるアキシャル力とをバランスさせることにより、アキシャル方向の変位を制御する能動型のアキシャル磁気軸受１８が構成されている。
【００１８】
駆動モータ４０の駆動軸４２と駆動側の回転軸１４ｂの間には両者を着脱可能に連結する磁気継手５０が設けられている。すなわち、駆動軸４２の突出端部には、これと一体に回転するスリーブ５２が取り付けられ、このスリーブ５２の外周面に駆動側磁性体５４が、大径部２８ｃの駆動側磁性体５４に対向する内面に従動側磁性体５６がそれぞれ配置されて磁気継手５０が構成されている。この両磁性体の磁気結合によって、駆動モータ４０の駆動に伴って駆動側磁性体５４が回転し、回転筒状体２８及びこれと一体の回転体１２が回転するようになっている。
【００１９】
チャンバ１０の駆動側内壁には、スリーブ５２と第２ブロック３０の間に突出するカップ状の区画部材５８が設けられている。これは、駆動モータ側とチャンバ室内とを気密に区画するとともに、その先端面に取り付けたタッチダウン軸受５９により非常時等の回転軸１４ｂの過大な振れを防止する機能を有する。区画部材５８の円筒状部は駆動側磁性体５４と従動側磁性体５６の磁気的結合を阻害しないような素材及び厚さになっている。
【００２０】
この装置には、回転体１２が停止する場合等の位置決め時に発生する回転微動を速やかに制止するためのダンパ装置６０と位置決め制振器６２が備えられている。ダンパ装置６０は、ターゲットディスク３６の外周端面にコイル６４を有する電磁石６６が配置されて構成されている。また、位置決め制振器６２は、ターゲットディスク３６の密閉側の表面に対向してコイル６８を有する電磁石７０が設けられ、これはその基部のガイド７２が接線方向に延びるレール７４に摺動自在に取り付けられて構成されている。位置決め制振器６２には、電磁石７０の運動情報（変位、速度）を検出するセンサ（図示せず）が備えられ、図示しない制御回路を経て電流増幅器により増幅された電流が該位置決め制振器６２のコイル６８に供給されるようになっている。
【００２１】
位置決め制振器６２の部分を拡大して図３（ａ）及び（ｂ）に、また、その制御部の構造を図４のブロック線図で示す。これらの図において、Ｉp は回転部の慣性モーメント、θは回転体１２の回転角、Ｔ₁ は磁気継手５０の磁気結合トルクを、Ｔ₂ は位置決め制振器６２における磁気結合トルクを、Ｃ₂ は位置決め制振器６２の減衰剛性を、Ｍ₂ は位置決め制振器６２における可動部質量をそれぞれ示している。
【００２２】
この実施の形態の乾燥装置においては、回転体１２の内部にワークＷを同軸状に並べて保持し、駆動モータ４０を駆動させて回転体１２を回転させ、同時に、排出口１０ａに接続した図示しない排気手段により、吸気口より清浄な空気を吸気して、ワークＷを迅速に乾燥させる。回転体１２はラジアル磁気軸受１６ａ，１６ｂ及びアキシャル磁気軸受１８により非接触で安定に支持され、高速でも円滑に回転する。
【００２３】
処理が終了して駆動モータ４０を停止させる場合には、ダンパ装置６０及び位置決め制振器６２を動作させ、ダンパ装置６０により回転を制止して迅速な停止と確実な位置決めを行い、また、位置決め制振器６２によりターゲットディスク３６の回転方向の変位に対抗する磁気エネルギーを消費して振動を抑制する。いずれも、稼働率の向上と安定な操業の維持に寄与する。
【００２４】
駆動モータ４０とチャンバ１０内の空間は区画部材５８により気密に区画されているので、チャンバ１０内が高真空になった場合でも駆動モータ４０側のオイル等がチャンバ１０内を汚染することがない。なお、チャンバ１０の駆動モータ４０側の端壁には、空間Ｒの内部にパージガス（Ｎ₂ ガス）を導入するパージガス導入孔１０ｂが設けられ、区画部材５８のチャンバ側を正圧に保ってモータ側からの流入をさらに防止するようにしている。なお、７６は、チャンバ１０及び第２ブロック３０に設けられたケーブル通路である。
【００２５】
この実施の形態では、ラジアル磁気軸受１６ａ，１６ｂとして電磁石を用いない受動型の磁気軸受を採用しているので、回転体１２を軸方向両端部で安定に支持しつつ、装置を小型なものとし、かつ、制御手段も簡単な構成とすることができる。また、ラジアル磁気軸受１６ａ，１６ｂのオフセットと組み合わせて一方側の電磁石３４でアキシャル磁気軸受１８を構成しており、これによってもコンパクト化が図られている。
【００２６】
なお、上記の実施の形態では、受動型のラジアル磁気軸受を用いて構造や制御を簡単化したが、能動型のラジアル磁気軸受を用いても良いことは言うまでもない。この場合、制御のためのセンサが増えるなど、構造がやや複雑となるが、より高い制御精度を得ることができる。
【００２７】
また、図３（ｂ）においては、位置決め制振器６２の電磁石７０が作用する磁極７１をターゲットディスク３６の周方向所定位置に設けて、特定の回転位置でのみ位置決め制振器６２を動作させるようにしているが、例えば、ターゲットディスク３６に周方向に沿って所定のピッチで複数の凹凸や放射状の溝を形成し、任意の位置で位置決め制振器６２を動作させるようにしてもよい。これにより、特定の位置に磁極７１を設けることによるアンバランスを解消することもできる。
【００２８】
図５は、この発明の第２の実施の形態を示すもので、図１の実施の形態において、駆動側の磁気軸受をチャンバ１０の外部に設けた軸受ケーシング１１に収容したものである。駆動側の軸受の固定側を構成する第２ブロック３０はこのケーシングのチャンバ１０側を被覆するように構成され、その筒状部３０ｂがチャンバ１０の駆動側壁を挿通するように取り付けられている。
【００２９】
磁気軸受１６ａ，１６ｂ，１８、位置決め制振器６２等の構造は基本的に図１と同様であるので説明を略する。この実施の形態では、軸受ケーシング１１を取り外すことにより、駆動側の磁気軸受のメンテナンスを容易に行うことができる。なお、この実施の形態では、吸込流路及び排出孔（いずれも図示略）がチャンバ１０の筒状壁に設けられており、従って、第１のブロック２６には吸込流路が形成されていない。
【００３０】
図６は、第３の実施の形態を示すもので、この実施の形態は、回転体１２を一端のみで支持するいわゆる片持ち形式である。支持及び回転手段として、磁気軸受と駆動モータが一体となった磁気軸受一体モータ８０を採用している。磁気軸受モータ８０はチャンバ１０の外に配置され、その駆動軸８２を回転体１２に直接連結している。
【００３１】
磁気軸受モータ８０の内部には、駆動軸８２を回転させるモータ部８４が備えられ、このモータ部８４を挟んだ両側に配置されたラジアル磁気軸受８６ａ，８６ｂと、駆動軸８２のチャンバ８０の反対側の端部に配置されたアキシャル磁気軸受８８を介して、駆動軸８２が５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【００３２】
この実施の形態では、チャンバ１０内にはタッチダウン軸受を含む摺動部分が一切なく、従って、高い清浄度を維持することができる。しかしながら、回転体１２を片持ちで支持しているため、回転体１２の回転中心のずれを防止するため、軸受部の長いスパンが必要となり、また容量の大きなモータを使用する必要がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のスピン処理装置によれば、磁気力を用いた機構で回転体を非接触状態で回転自在に支持することによって、支持部の摩耗によるパーティクルの発生を防止し、例えば、洗浄装置や乾燥装置等の清浄度が要求される処理においても装置に起因する汚染を防止して高い処理性能を発揮させることができる。また、支持部の摩耗による寿命の低下や保守点検の必要正が軽減され、高い稼働率を維持することができ、騒音の発生源となって作業環境を悪化させることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の全体の構成を示す断面図である。
【図２】図１のアキシャル軸受部分の断面図である。
【図３】位置決め制振器を模式的に示す図である。
【図４】位置決め制振器の制御部を示すブロック図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態の全体の構成を示す断面図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態の全体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０チャンバ
１２回転体
１４ａ，１４ｂ回転軸
１６ａ，１６ｂ，８６ａ，８６ｂ，９０ａ，９０ｂラジアル磁気軸受
１８，８８アキシャル磁気軸受
２２ａ，２２ｂ回転側磁性体
２４ａ，２４ｂ固定側磁性体
３４，６６，７０電磁石
３６ターゲットディスク
４０，８０，９２モータ（回転手段）
４２，８２駆動軸
５０磁気継手
５４駆動側磁性体
５６従動側磁性体
５８真空シール板
６０ダンパ装置
６２位置決め制振器
Ｗワーク

Claims

チャンバ内に収容した回転体を回転させて該回転体で保持したワークをスピンさせて処理を行なうようにしたスピン処理装置において、
前記回転体の回転中心に沿って延びる回転軸を、磁気力を用いた機構を介して非接触状態で回転自在に支持する非接触支持手段と、
コイルを有し前記回転体の回転に追随して移動自在な電磁石を備え、該電磁石の運動情報を基に前記コイルに供給する電流を制御して、前記回転体の回転位置決め時に発生する前記回転軸の回転微動を制振する位置決め制振器を備えたことを特徴とするスピン処理装置。
前記磁気力を用いた機構として、前記回転軸を回転自在に支持するラジアル磁気軸受とアキシャル磁気軸受とを使用したことを特徴とする請求項１に記載のスピン処理装置。
前記回転軸と該回転軸を回転させる回転手段の駆動軸とを磁気継手を介して非接触状態で作動的に連結したことを特徴とする請求項１または２に記載のスピン乾燥装置。
前記チャンバ内に気体または液体を供給し排出する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスピン処理装置。
前記チャンバ内の圧力を大気圧から高真空に変化させる手段と、このチャンバ内の圧力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスピン処理装置。
前記磁気力を用いた機構に清浄なガスを供給して該機構におけるパーティクルの滞留を排除するガス供給手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載のスピン処理装置。