JP4004496B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板、液晶表示器のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板等（以下、単に基板と称する）を回転させて、基板に洗浄処理や塗布液の塗布処理などの所定の処理を施す基板処理装置に関する。

従来のこの種の基板処理装置として、例えば、特開平１０−１１２４５３号公報に示すようなものがある。

この装置は、中空部を有する回転子と、この回転子と同芯状に設けられ、中空部を有するステータとを備えた回転モータと、回転子に設けられ、基板を支持する支持部材とを備えている。回転子には複数個の永久磁石を一定の間隔で極性を反転させた状態でリング状に埋設してあり、ステータにはリング状に複数個のコイルが配置されている。これらのコイルは、各々に流す電流の方向を切り換えて極性を反転可能に構成されているとともに、ある個数ごとにブロック化されており、各コイルブロックごとに極性が反転されるようになっている。

上記のように構成されている装置によって基板を処理する際には、支持部材に基板を支持させ、各コイルブロックの極性を一定の順序で切り換える。すると回転子の永久磁石が各コイルブロックと反発・吸引するため、極性の切り換え順序の方向に回転子が回転されて基板がその方向に回転されるようになっている。

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、ステータとの反発・吸引力を大きくするために回転子には十分な磁束が得られる永久磁石などの強磁性体を配設する必要があるので、回転子の重量が重くなり、装置自体が大きくなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転子の軽量化を図って装置の小型化を図ることができる基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、基板を回転させてその基板に所定の処理を施す基板処理装置において、円板状に形成され、周縁部には外側面が開口した凹部を有するガイドリングが形成され、この凹部に円周側の全周にわたってタービン翼を有する回転体と、前記回転体と同芯状に設けられ、前記回転体の周方向を囲い、周面にタービン翼が位置する凹部が形成され、前記タービン翼に流体を供給するノズルを有するケーシングとを備えた流体モータと、前記回転体に設けられて基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段により水平姿勢で支持された基板の上方にて、液を基板に供給するためのノズルと、を備え、さらに、前記流体モータのケーシングは、前記回転体のガイドリングの凹部に対して前記回転体を静圧気体軸受けにより軸受けした状態で、前記流体モータを回転し、回転する基板に前記ノズルから液を供給することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、流体モータのケーシングにノズルから流体を供給すると、ガイドリングの凹部に形成されたタービン翼には衝撃・反動作用が与えられ、その結果として、ガイドリングの凹部に対して静圧気体軸受けにより軸受けされた回転体に回転力が与えられる。したがって、回転体の基板保持手段に保持させた基板を回転させることができ、ノズルから液を供給して基板に対して処理を行なうことができる。回転体は、流体による回転力が付与されればよく、永久磁石などの強磁性体を必要とせず、単に全周にタービン翼を設けておけばよい。また、ケーシングに対する回転体の軸受けを静圧気体軸受けにすることで、回転体が回転する際のケーシングに対する摩擦抵抗を小さくすることができ、高速に回転させることができ、回転体とケーシングの隙間に洗浄液や塗布液が入り込むことを防止できる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記回転体の周縁部に、回転中心から外周部に向かう放射状のフィンを備えたことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、周縁部に放射状のフィンを備えた回転体が回転すると排気ファンとして作動する。したがって、所定の処理のために基板に供給された洗浄液や塗布液を周囲に排出することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置において、前記流体は、気体であることを特徴とするものである。気体を供給することにより、回転体を回転させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、基板を回転させてその基板に所定の処理を施す基板処理装置において、円板状に形成され、円周側の全周にわたってタービン翼を有する回転体と、前記回転体と同芯状に設けられ、前記回転体の周方向を囲い、前記タービン翼に流体として気体を供給するノズルを有するケーシングを備えた流体モータと、前記回転体に設けられて基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段により水平姿勢で支持された基板の上方にて、液を基板に供給するためのノズルと、を備え、さらに、前記流体モータのケーシングは、前記回転体を静圧気体軸受けにより軸受けした状態で、前記流体モータを回転し、回転する基板に前記ノズルから液を供給することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項４に記載の発明によれば、流体モータのケーシングにノズルから流体を供給すると、タービン翼には衝撃・反動作用が与えられ、その結果として、気体軸受けにより軸受けされた回転体に回転力が与えられる。したがって、回転体の基板保持手段に保持させた基板を回転させることができ、ノズルから液を供給して基板に対して処理を行なうことができる。回転体は、流体による回転力が付与されればよく、永久磁石などの強磁性体を必要とせず、単に全周にタービン翼を設けておけばよい。また、ケーシングに対する回転体の軸受けを静圧気体軸受けにすることで、回転体が回転する際のケーシングに対する摩擦抵抗を小さくすることができ、高速に回転させることができ、回転体とケーシングの隙間に洗浄液や塗布液が入り込むことを防止できる。

本発明に係る基板処理装置によれば、流体モータのケーシングにノズルから流体を供給すると、ガイドリングの凹部に形成されたタービン翼には衝撃・反動作用が与えられて、ガイドリングの凹部に対して静圧気体軸受けにより軸受けされた回転体に回転力を付与することができ、基板を回転させることができ、ノズルから液を供給して基板に対して処理を行なうことができる。回転体は流体による回転力が付与されればよく、永久磁石などの強磁性体を必要とせず、単に全周にタービン翼を配備した回転体でよい。その結果、回転体を軽量化することができ、この流体モータを用いることにより基板処理装置の小型化を図ることができる。また、ケーシングに対する回転体の軸受けを静圧気体軸受けにすることで、回転体が回転する際のケーシングに対する摩擦抵抗を小さくすることができ、高速に回転させることができ、回転体とケーシングの隙間に洗浄液や塗布液が入り込むことを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
＜参考例＞
図１は参考例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図であり、図２は誘導回転モータの要部を示す縦断面図、図３は回転子に設けられた誘導コイルの配置を示す平面図、図４は保持機構の動作説明図である。

この基板処理装置は、平面視環状の誘導回転モータ１によって基板Ｗを回転可能に保持している。この誘導回転モータ１は、回転子３と固定子５とを備えており、回転子３の中空部３ａ内側に配設された保持機構７（基板保持手段）により基板Ｗを水平姿勢に支持した状態で回転中心Ｐ周りに回転させる。

回転子３は、導電性の材料（例えば、アルミニウム）を円板状に形成したものであり、その中央部には中空部３ａが形成されているとともに、周縁部には側方に開口した凹部３ｂを有するガイドリング３ｃが形成されている。また、ガイドリング３ｃの上下面には、回転中心Ｐから外周部に向かう放射状のフィン４が複数個配設されている。

固定子５は、回転子３の外側に回転子３と同芯状に配設され、その内側部分が回転子３の凹部３ｂに緩挿されている。また、固定子５の内側部分には、複数個の誘導コイル９が、発生した磁界がガイドリング３ｃの上下面を横切るように埋設されている。さらに複数個の誘導コイル９は、多相交流を供給されることにより発生する磁界が回転子３の円周に沿って回転するようにグループ化されて配設されており、例えば、図３に示すように二個おきに同一位相の交流電源に接続されるようにグループ化されている。つまり、第１の誘導コイル群９ａと、第２の誘導コイル群９ｂと、第３の誘導コイル群９ｃがそれぞれ三相交流電源（図示省略）から異なる位相の交流を供給されるようになっている。本参考例では、第１のコイル群９ａに印加される交流の位相が最も進んでおり、次に第２のコイル群９ｂ、その次に第３のコイル群９ｃとなっており、平面視で反時計周りに回転磁界が発生するようになっている。

このような回転磁界が発生すると、導電性の材料からなる回転子３のガイドリング３ｃを磁束が移動することになり、磁束の変化を妨げる方向に誘導起電力が生じて回転子３のガイドリング３ｃに渦電流が発生する（フレミングの右手の法則）。この渦電流は、誘導コイル９の磁束と作用して回転子３に反時計方向に回転力を与える（フレミングの左手の法則）。したがって、回転子３の回転速度は磁束の周方向への移動速度に依存するため、各コイル９の配置間隔と交流電源の周波数とによって決定される。したがって、基板Ｗの処理のために回転数を可変する必要がある場合には、三相交流電源からの出力をファンクションジェネレータに与え、ここで周波数を調節して誘導回転モータ１に与えるようにすればよい。

また、図２に示すように固定子５には、空気や不活性ガス（例えば、窒素ガス）などの気体を供給する気体供給源１１（図１）に連通接続された気体バッファ部１３が形成されており、ここから気体供給路１５を経て、回転子３のガイドリング３ｃ外側の凹部３ｂと、固定子５の内側部分との隙間に気体を供給して固定子５に対して回転子３を静圧気体軸受けで軸受けするように構成されている。

なお、軸受けとしては、ベアリングなどの動圧軸受けを採用してもよいが、この場合には、固定子５に対する回転子３の摩擦抵抗が大きくなるので、高速回転が困難となる。また、処理液がそれらの隙間に入り込むことがあるので、動圧軸受けに耐蝕性をもたせる必要がある。その一方、本参考例のように静圧気体軸受けを採用すると、ベアリングなどの部材で不要となるとともに、隙間から気体が外部に吹き出すので、処理液が入り込むことを防止することもできる。したがって、高速回転や処理液を使用する場合には、本参考例のように静圧気体軸受けを採用することが好ましい。

保持機構７は、回転子３の中空部３ａ側に突出するように、平面視でほぼ均等な角度となるように回転子３の内側に少なくとも３個取り付けられている。回転子３の内側には、図２および図４に示すように中空部３ａ側に突出した舌片状の取付け凸部３ｄが形成されており、この部分に、縦断面凹状の係止部１７ａで基板Ｗの端縁を係止する係止片１７が回転中心Ｐ１で回転自在に取り付けられている。また、係止片１７の外周面のうち尾部１７ｃと、回転子３の中空部３ａに臨む内周面との間には、引張コイルバネ１７ｂが取付けられている。したがって、通常時には、図４（ａ）に示すように引張コイルバネ１７ｂが作用して係止部１７ａが回転中心Ｐ側に突出し、基板の受け渡し時には、図４（ｂ）に示すように係止片１７の尾部１７ｃを図示しない駆動ピンで回転中心Ｐ側に移動することにより係止部１７ａが外側に移動するようになっている。

上記のように構成されている誘導回転モータ１は、固定子５の上方と下方をダクト１９で囲われている。このうち下部のダクト１９には、排出口１９ａが形成されており、基板Ｗに供給された処理液などを排液したり、フィン４からの空気や静圧気体軸受けからの気体などを排気するようになっている。

また、誘導回転モータ１の上方には、基板Ｗの回転中心Ｐの上方（図１中の実線）と側方（図１中の二点鎖線）とを移動自在で、洗浄液を供給するためのノズル２１が配備されているとともに、誘導回転モータ１の下方には位置固定で回転中心Ｐに向けて洗浄液を供給するノズル２２が配備されている。

次に、上記のように構成されている装置の動作について説明する。

まず、基板Ｗを保持機構７に保持させる。
図４（ａ）に示すように係止部１７ａが回転中心Ｐ側に移動している保持機構７を、図示しない駆動ピンにより係止片１７の尾部１７ｃを回転中心Ｐ側に移動して、係止部１７ａを外方に揺動させる（図４（ｂ））。この状態で、図示しない基板搬送機構に支持された基板Ｗを保持機構７の高さ位置にまで移動した後、図示しない駆動ピンを退避させることにより係止部１７ａを基板Ｗの周縁部に当接させて係止する（図４（ａ））。

次に、ノズル２１を図１中の二点鎖線で示した退避位置から、図１中に実線で示した供給位置にまで移動する。

そして、この状態で上述したように三相交流電源から複数個のコイル９に所定周波数の三相交流を供給する。これにより、上述したような原理により回転子３に回転力が発生して、誘導回転モータ１が回転し、基板Ｗが所定の速度で回転する。このように誘導回転モータ１が回転を始めると、周縁部に放射状のフィン４を備えた回転子３が回転するため遠心力による排気ファンとして作動し、上方から基板Ｗの上面に流下してきたダウンフローの空気が回転子３の周囲に向けて排出され、排気口１９ａを通して排気される。

所定の速度に達したら、ノズル２１とノズル２２から洗浄液を供給し、基板Ｗの両面に洗浄処理を施す。次いで、ノズル２１とノズル２２から純水を供給し、基板Ｗの両面に対してリンス洗浄を施す。このようにして供給された洗浄液も純水も、上述した排気ファンの効果により回転子３の周囲に排出され、排気口１９ａから排液される。

所定時間が経過すると、ノズル２１，２２からの純水の供給を停止するとともに、三相交流の周波数を高めて回転数を上げる。これにより基板Ｗに付着している洗浄液や純水などを振り切って基板Ｗを乾燥させる。

乾燥時間が経過して基板Ｗが乾燥すると、三相交流電源から複数個のコイル９に対する三相交流の供給を停止し、誘導回転モータ１の回転を停止させ、基板Ｗの回転を停止させる。そして、ノズル２１を退避位置に移動し、図示しない基板搬送機構で基板Ｗを支持させた後、図示しない駆動ピンにより保持機構７の保持を解除する。その後、基板搬送機構により基板Ｗを搬出する。

上記のような構成の基板処理装置によれば、誘導回転モータ１の固定子５に三相交流によって回転磁界を発生させ、電磁誘導によって回転子３に回転力を発生させているので、回転子３を強磁性体でなく単なる導電性の材料で構成することができる。したがって、回転子３を軽量化することができ、基板処理装置の小型化を図ることができる。

また、上記の誘導回転モータ１は、回転子３に中空部３ａを形成してこれと同芯に固定子５を配置し、この固定子５も中央部を中空に形成してあるので、基板Ｗの両面を上下方向から同時に処理することができる。したがって、これを用いた基板処理装置では基板Ｗの両面を洗浄する処理を短時間で効率的に行うことができる。

なお、誘導回転モータ１は、三相交流により駆動するようにしているが、二相交流により駆動するようにしてもよい。その場合には、複数個のコイル９を一つおきにグループ化し、各グループごとに異なる位相の交流を印加するようにすればよい。

また、上述した保持機構７は一例であり、特開平１０−１１２４５３号公報に開示されているような基板保持部材を採用してもよく、その他、基板を保持することができる機構であればどのようなものでもよい。

＜実施例＞
次に、図５ないし図７を参照して本発明の一実施例について説明する。

図５は本実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図であり、図６は流体モータの要部を示す縦断面図、図７はタービン翼およびノズルの配置を示す平面図である。なお、参考例装置と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明については省略する。

この実施例に係る基板処理装置は、平面視環状の流体モータ３１により基板Ｗを回転可能に保持しており、この流体モータ３１は回転体３３とケーシング３５とを備えている。

回転体３３は、軽量で高い剛性を有する材料を円板状に形成してなり、その中央部に中空部３３ａが形成され、かつ、周縁部には外側面が開口した凹部３３ｂを有するガイドリング３３ｃが形成されている。この凹部３３ｂには、高剛性・軽量の材料からなるタービン翼３４が所定の間隔で全周にわたって取り付けられている。また、中空部３３ａ内面の取付け凸部３３ｄには、参考例装置と同様の保持機構７が配備されており、これにより基板Ｗを水平姿勢に保持するようになっている。

ケーシング３５は、内周面に凹部３５ａを形成されており、上記の回転体３３の周方向を囲うように配設され、回転体３３のタービン翼３４が凹部３５ａ内に位置するように配設されている。また、ケーシング３５には、上記参考例装置と同様に気体供給源１１に連通接続された気体バッファ部１３と気体供給路１５が形成されており、回転体３３を静圧気体軸受けで軸受けする。

また、ケーシング３５には、図７に示すように回転体３３のタービン翼３４に対して気体を噴射して回転力を与えるためのノズル３７が平面視で９０°ごとに四箇所に配設されている。また、各ノズル３７の気体噴射方向には、気体を排出するための排出口３９が形成されている。各ノズル３７には、流速を調節して気体を供給可能な供給源（図示省略）が連通接続されており、図示しない制御部が処理内容に応じて流速を調節するようになっている。

次に、このように構成されている装置の動作について説明する。

まず、上述した参考例装置と同様にして、保持機構７に基板Ｗを保持させる。そして、ノズル２１を図５中の二点鎖線で示した退避位置から、図５中に実線で示した供給位置にまで移動する。

この状態で、全ノズル３７から回転速度に応じた流速の気体を噴射する。するとタービン翼３４には気体による衝撃・反動作用が与えられるので、回転体３３に反時計方向の回転力が与えられる。したがって、基板Ｗは反時計方向に回転する。この流体モータ３１が回転を始めると、フィン４を備えた回転体３３が回転して遠心排気ファンとして作動し、上方から基板Ｗの上面に流下してきたダウンフローの空気が回転子３３の周囲に向けて排出され、排気口１９ａから排気される。

所定の速度に達したら、ノズル２１とノズル２２から洗浄液を供給して基板Ｗの両面に洗浄処理を施し、次にノズル２１とノズル２２から純水を供給して基板Ｗの両面に対してリンス洗浄を施す。これらの洗浄液も純水も、上述した排気ファンの効果により排気口１９ａから排液される。

所定時間が経過すると、純水の供給を停止するとともに、ノズル３７に供給する気体の流速を高めて回転数を上げる。これにより基板Ｗに付着している洗浄液や純水などを振り切って基板Ｗを乾燥させる。

乾燥時間が経過して基板Ｗが乾燥すると、ノズル３７への気体の供給を停止するとともに排出口３９からの排気を停止して流体モータ１の回転を停止させ、基板Ｗの回転を停止させる。そして、ノズル２１を退避させた後に基板Ｗを搬出する。

本実施例のような構成の基板処理装置によれば、流体モータ３１に気体を供給すると、タービン翼３４には衝撃・反動作用が与えられて回転体３３に回転力を付与することができ、基板Ｗを回転させることができる。したがって、回転体３３は気体による回転力が付与されればよく、永久磁石などの強磁性体を必要とせず、単に全周にタービン翼３４を配備した回転体３３でよい。その結果、回転体３３を軽量化することができ、この流体モータ３１を用いることにより基板処理装置の小型化を図ることができる。

なお、本実施例では、気体を供給して回転体３３に回転力を付与したが、気体に代えて液体を供給して回転させるようにしてもよい。

また、上記の実施例では、基板を洗浄液を供給して洗浄処理する装置を例に採って説明したが、塗布液を供給して塗布処理する装置などであっても本発明を適用することができる。

参考例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 誘導回転モータの要部を示す縦断面図である。 回転子に設けられた誘導コイルの配置を示す平面図である。 保持機構の動作を示す図である。 実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 流体モータの要部を示す縦断面図である。 タービン翼およびノズルの配置を示す平面図である。

符号の説明

Ｗ … 基板
１ … 誘導回転モータ
３ … 回転子
４ … フィン
５ … 固定子
７ … 保持機構
９ … 誘導コイル
１１ … 気体供給源
１３ … 気体バッファ部
１５ … 気体供給路
１９ … ダクト
２１，２２ … ノズル
３１ … 流体モータ
３３ … 回転体
３４ … タービン翼
３５ … ケーシング
３７ … ノズル

Claims (4)

1. 基板を回転させてその基板に所定の処理を施す基板処理装置において、
   円板状に形成され、周縁部には外側面が開口した凹部を有するガイドリングが形成され、この凹部に円周側の全周にわたってタービン翼を有する回転体と、前記回転体と同芯状に設けられ、前記回転体の周方向を囲い、周面にタービン翼が位置する凹部が形成され、前記タービン翼に流体を供給するノズルを有するケーシングとを備えた流体モータと、
   前記回転体に設けられて基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段により水平姿勢で支持された基板の上方にて、液を基板に供給するためのノズルと、
   を備え、
   さらに、前記流体モータのケーシングは、前記回転体のガイドリングの凹部に対して前記回転体を静圧気体軸受けにより軸受けした状態で、前記流体モータを回転し、回転する基板に前記ノズルから液を供給することを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記回転体の周縁部に、回転中心から外周部に向かう放射状のフィンを備えたことを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置において、
   前記流体は、気体であることを特徴とする基板処理装置。
4. 基板を回転させてその基板に所定の処理を施す基板処理装置において、
   円板状に形成され、円周側の全周にわたってタービン翼を有する回転体と、前記回転体と同芯状に設けられ、前記回転体の周方向を囲い、前記タービン翼に流体として気体を供給するノズルを有するケーシングを備えた流体モータと、
   前記回転体に設けられて基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段により水平姿勢で支持された基板の上方にて、液を基板に供給するためのノズルと、
   を備え、
   さらに、前記流体モータのケーシングは、前記回転体を静圧気体軸受けにより軸受けした状態で、前記流体モータを回転し、回転する基板に前記ノズルから液を供給することを特徴とする基板処理装置。

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