JP4255706B2 - 液処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャンバ内に配置された被回転体を回転させる回転軸のシール機構を用いた液処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）を所定の薬液や純水等の処理液によって処理し、ウエハからパーティクル、有機汚染物、金属不純物等のコンタミネーションや有機物、酸化膜を除去する洗浄処理装置が使用されている。
【０００３】
このような洗浄処理装置として、例えば、特開昭６１−４２９１９号公報（特許文献１）には、ハウジングの底壁を貫通して回転自在に配置された駆動軸（回転軸）と、ハウジング内においてこの駆動軸にターンテーブル取り付けリングを介して取り付けられたターンテーブルと、このターンテーブルに保持され、複数のウエハを略平行に支持するキャリアと、ウエハに処理液を吹き付ける吹き付けポストと、を有する吹き付け処理機、が開示されている。この吹き付け処理機では、回転軸に処理液が入り込まないように、対向するターンテーブル取り付けリングの下面とハウジングの底壁の上面との間は、同心円状に形成されたリブと溝が組み合わされたラビリンスシール構造となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−４２９１９号公報（第３項〜第５項、第１、３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラビリンスシール構造では、処理液が回転軸へと浸入する際の方向が転換されるために、処理液が回転軸へと浸入し難くなるが、ターンテーブル取り付けリングとハウジングの底壁とが接触しないように、リブと溝が組み合わされる部分においては広い隙間が形成されてしまうために、処理液の回転軸への浸入を完全に防ぐことは困難である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、シール性能の高い回転軸シール機構を備えた液処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被回転体に保持された被処理体に所定の処理液による液処理を施す液処理装置であって、
前記被回転体を収容するチャンバと、
前記被回転体に保持された被処理体に所定の処理液を供給する処理液供給手段と、
回転モータと、前記回転モータと前記被回転体とを連結する回転軸と、前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに設けられた外筒部材と、前記回転軸が挿通するように前記外筒部材に保持された樹脂製のシールリングと、を有する回転機構と、
を具備し、
前記回転軸と前記シールリングとの間のクリアランスは、前記回転軸に前記シールリングを圧入させた後に前記回転軸を所定時間回転させて前記シールリングを摩耗させることによって調整されており、
前記シールリングは、前記チャンバ側の内径が前記回転軸との摩耗によって調整され、前記回転モータ側の内径は予め前記回転軸の外径よりも長く構成されていることを特徴とする液処理装置、が提供される。
【０００９】
このような回転軸シール機構によれば、回転軸とシールリングは非接触でありながら、そのクリアランスを極めて狭くすることができるために、シールリングと回転軸との間を流体が通り抜け難くなり、高いシール性能が発揮される。こうして、このような回転軸シール機構を備えた液処理装置においては、回転軸と外筒部材との間に形成される間隙部と被回転体が設けられる処理室との間の遮断性が高められ、回転軸と外筒部材の間の間隙部に処理液が浸入し難くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは、本発明を半導体ウエハ（ウエハ）の洗浄処理をバッチ式に行う洗浄処理装置に適用した場合について説明することとする。
【００１３】
図１および図２は、ウエハＷの洗浄処理を行う洗浄処理装置１の断面図である。洗浄処理装置１は、ウエハＷを保持するロータ３４と、ロータ３４を収容可能な外側チャンバ７１ａと、外側チャンバ７１ａに対して進入退出可能であり、外側チャンバ７１ａ内に保持された状態でその内部にロータ３４を収容可能な内側チャンバ７１ｂと、を有している。
【００１４】
外側チャンバ７１ａは、例えば洗浄処理装置１のハウジングフレーム等の図示しない固定部材によって固定されている。図１は内側チャンバ７１ｂを外側チャンバ７１ａの外側に退避させた状態（以下、図１に示す内側チャンバ７１ｂの位置を「退避位置」という）を示しており、図２は内側チャンバ７１ｂが外側チャンバ７１ａに収容された状態（以下、図２に示す内側チャンバ７１ｂの位置を「処理位置」という）を示している。内側チャンバ７１ｂの退避位置には、円盤９２ａと、リング部材９２ｂと、筒状体９１が設けられている。円盤９２ａには純水吐出ノズル７３ａと排気管７３ｃが設けられ、筒状体９１にはガス供給ノズル９３と排気管９４が設けられている。
【００１５】
ロータ３４は、円盤３５ａ・３５ｂ間に係止部材８２と開閉可能なホルダー８３が設けられた構造を有している。また、係止部材８２とホルダー８３にはウエハＷを保持するための図示しない溝が一定のピッチで形成されている。ロータ３４は、例えば、２５枚のウエハＷを略垂直姿勢で水平方向（Ｘ方向）に一列に保持することができる。
【００１６】
ロータ３４にはスピンドル（回転軸）５０が連結されており、スピンドル５０の他端には回転モータ３１が取り付けられている。また、スピンドル５０の周りには外筒部材３２と、外側チャンバ７１ａの端面を閉塞する蓋体３３と、が設けられている。これらロータ３４、スピンドル５０、回転モータ３１、外筒部材３２、蓋体３３は、スライド機構（図示せず）によって一体的にＸ方向にスライドできるようになっている。ロータ３４はこのスライド機構を動作させることによって、外側チャンバ７１ａに対して進入／退出することができる。なお、図１および図２においては、外筒部材３２と蓋体３３とスピンドル５０の構造は簡略的に示されている。スピンドル５０周りの構造については後に詳細に説明する。
【００１７】
外側チャンバ７１ａは、筒状体６１ａと、筒状体６１ａの端面に設けられたリング部材６２ａ・６２ｂと、リング部材６２ａの内周面に設けられたシール機構６３ａと、リング部材６２ｂの内周面に設けられたシール機構６３ｂと、ロータ３４に保持されたウエハＷに純水等を供給する洗浄液吐出ノズル５３とを有している。洗浄液吐出ノズル５３は筒状体６１ａに取り付けられており、外側チャンバ７１ａの下側には洗浄液の排出と外側チャンバ７１ａ内のガスの排気を行う排気／排液管６５ａが設けられている。
【００１８】
内側チャンバ７１ｂは、筒状体６１ｂと、筒状体６１ｂの端面に設けられたリング部材６６ａ・６６ｂと、リング部材６６ａ・６６ｂの内周面にそれぞれ２箇所ずつ設けられたシール機構６７ａ・６７ｂと、ロータ３４に保持されたウエハＷに薬液等を供給する洗浄液吐出ノズル５５とを有している。洗浄液吐出ノズル５５は筒状体６１ｂに取り付けられており、内側チャンバ７１ｂの下側には、洗浄液の排出と内側チャンバ７１ｂ内のガスの排気を行う排気／排液管６５ｂが設けられている。
【００１９】
リング部材６２ａの内孔６２ｃを通して、ロータ３４は進入／退出する。ロータ３４が外側チャンバ７１ａに進入した状態では、内孔６２ｃが蓋体３３によって閉塞され、蓋体３３の外周面と内孔６２ｃとの隙間がシール機構６３ａによりシールされる。なお、リング部材６２ａの下部には、ロータ３４を外側チャンバ７１ａから退出させた際に、蓋体３３やシール機構６３ａ等に付着していた純水等が床面（図示せず）にこぼれ落ちることを防止するために、液受け６２ｅが設けられている。
【００２０】
内側チャンバ７１ｂが退避位置にある図１に示した状態では、リング部材６６ａとリング部材６２ｂとの間がシール機構６３ｂによってシールされ、リング部材６６ａと円盤９２ａとの間がシール機構６７ａによってシールされる。また、ロータ進入退出口６２ｃは蓋体３３とシール機構６３ａによって閉塞されている。こうして、内側チャンバ７１ｂが退避位置にあるときには、処理室５１が形成される。
【００２１】
筒状体６１ａは、リング部材６２ｂ側の外径がリング部材６２ａ側の外径よりも長く、リング部材６２ａ側の下端よりもリング部材６２ｂ側の下端が低く位置するように勾配を設けて配置されている。こうして処理室５１が形成された状態において、洗浄液吐出ノズル５３からウエハＷに向けて吐出された純水等は、自然に筒状体６１ａの底面をリング部材６２ａ側からリング部材６２ｂ側に流れて、排気／排液管６５ａを通して外部に排出される。
【００２２】
内側チャンバ７１ｂが処理位置にある図２に示した状態では、リング部材６６ａの内周面と蓋体３３との間がシール機構６７ａによってシールされ、リング部材６６ｂとリング部材６２ｂとの間がシール機構６３ｂによってシールされる。さらにリング部材６６ｂと円盤９２ａとの間がシール機構６７ｂによってシールされる。こうして、内側チャンバ７１ｂが処理位置にあるときには、処理室５２が形成される。
【００２３】
内側チャンバ７１ｂを構成する筒状体６１ｂは円筒状に形成されているが、その下部には洗浄液を外部に排出することを容易ならしめるために、筒状体６１ｂから突出し、所定の勾配を有する溝部６９が形成されている。例えば、内側チャンバ７１ｂによって処理室５２が形成された状態において、洗浄液吐出ノズル５５からウエハＷに向かって吐出された薬液等は、溝部６９を流れて排気／排液管６５ｂを通して外部に排出される。
【００２４】
洗浄液吐出ノズル５３には、純水やＩＰＡ、窒素（Ｎ２）ガス等の乾燥ガスが供給されて、ロータ３４に保持されたウエハＷに向かってこれら純水等を吐出できるようになっている。同様に、洗浄液吐出ノズル５５には、各種薬液や純水、ＩＰＡ等の洗浄液が供給されて、ロータ３４に保持されたウエハＷに向かってこれら薬液等を吐出できるようになっている。図１および図２においては、洗浄液吐出ノズル５３・５５はそれぞれ１本のみ示されているが、これらは複数本設けることも可能である。また、洗浄液吐出ノズル５３・５５はそれぞれ、必ずしも筒状体６１ａ・６１ｂの真上に設けなければならないものでもない。
【００２５】
円盤９２ａに設けられた純水吐出ノズル７３ａからは、ロータ３４を構成する円盤３５ａを洗浄、乾燥するための純水や乾燥ガスが吐出可能となっている。また、蓋体３３には純水吐出ノズル７３ｂが設けられており、円盤３５ｂを洗浄、乾燥することができるようになっている。なお、処理室５１・５２を所定のガス雰囲気とするために、純水吐出ノズル７３ａからは、例えば、酸素（Ｏ２）ガスや二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を吐出させることも可能である。円盤９２ａに設けられた排気管７３ｃは、処理室５１・５２の排気を行う。
【００２６】
内側チャンバ７１ｂが退避位置にある状態では、リング部材６６ａと円盤９２ａとの間がシールされ、かつ、リング部材６６ｂとリング部材９２ｂとの間がシール機構６７ｂによってシールされることによって、筒状体９１の外周と筒状体６１ｂの内周との間に狭い環状空間７２が形成される。この環状空間７２に洗浄液吐出ノズル５５から純水を吐出して筒状体６１ｂの内面をリンス処理し、その後に筒状体９１に複数設けられたガス供給ノズル９３と洗浄液吐出ノズル５５から窒素ガス等の乾燥ガスを噴射する。これにより内側チャンバ７１ｂの内周面の洗浄を行うことができる。なお、ガス供給ノズル９３から純水を吐出するようにしてもよい。
【００２７】
次にスピンドル５０周りの構造について詳細に説明する。図３はスピンドル５０と外筒部材３２の簡易断面図であり、図４は図３中のＡＡ断面図であり、図５は図３中のＢＢ断面図であり、図６は図３中のＣＣ断面図である。これら図４、図５、図６では、外筒部材３２と蓋体３３とスピンドル５０の構造が詳細に示されている。さらに図７は図４の断面図の一部を拡大して示した断面図である。
【００２８】
図４〜図６に示すように、ロータ３４を構成する円板部材３５ｂは、スピンドル５０の先端部に嵌め込まれて固定されている。図４〜図６では円板３５ｂ以外のロータ３４の構成部材の図示を省略している。
【００２９】
外筒部材３２は、円筒部材１１とリング部材１２とを有している。円筒部材１１とスピンドル５０との間には、スピンドル５０の回転を妨げないようにベアリング４９が配置されている。リング部材１２は円筒部材１１にネジ止めして固定されており、リング部材１２には、第１シールリング１３と、第２シールリング１４と、第３シールリング１５が保持されている。リング部材１２は複数のパーツから構成されており、第１シールリング１３、第２シールリング１４、第３シールリング１５は、これらのパーツを組み立てる際にＸ方向に所定の力で押さえつけられて組み立てられたリング部材１２に保持される。
【００３０】
円筒部材１１とリング部材１２は複雑な形状を有しているが、例えば、円筒部材１１とスピンドル５０との間で最も接近している部分のクリアランス（間隙幅）は約１００μｍである。このようなクリアランスは、リング部材１２についても同様である。これに対して、第１シールリング１３、第２シールリング１４、第３シールリング１５とスピンドル５０との間のクリアランスは、約１０〜５０μｍである。これは後に詳細に説明するように、第１シールリング１３は樹脂材料で構成され、しかも第１シールリング１３は、元来その内径がスピンドル５０よりも短いものをスピンドル５０に圧入してスピンドル５０を回転させることによって摩耗させ、内径を拡げているためである。このようなクリアランスは第２シールリング１４と第３シールリング１５についても同様である。
【００３１】
スピンドル５０周りに略リング状の第１排気室２１ａと、第２排気室２１ｂと、ガス供給室２２とが形成されるように、円筒部材１１とスピンドル５０とリング部材１２の形状が設計されている。第１排気室２１ａは円筒部材１１に設けられた第１孔部２９ａ（図４）と連通しており、第１孔部２９ａは排気装置１７と接続されている。また、第２排気室２１ｂは、円筒部材１１とリング部材１２を貫通して設けられた第２孔部２９ｂ（図６）と連通しており、第２孔部２９ｂは排気装置１８と接続されている。さらに、ガス供給室２２は、円筒部材１１とリング部材１２を貫通して設けられた第３孔部２９ｃ（図５）と連通しており、第３孔部２９ｃは窒素ガス供給装置１９と接続されている。
【００３２】
なお、排気装置１７と排気装置１８は１台で兼用することもできる。また、窒素ガス供給装置１９は、洗浄処理装置１の動作制御を行う制御部２４との間で制御信号の送受信を行い、窒素供給量を制御する。同様に、排気装置１７・１８は制御部２４との間で制御信号の送受信を行い、排気量を制御する。
【００３３】
第１排気室２１ａは第１シールリング１３とスピンドル５０との間隙を通じて第２排気室２１ｂと連通しており、第２排気室２１ｂは第２シールリング１４とスピンドル５０との間隙を通じてガス供給室２２と連通している。こうして、ガス供給室２２に供給される窒素ガス（Ｎ２）の一部は、第２孔部２９ｂを通して第２排気室２１ｂから排気され、第２排気室２１ｂに導かれた窒素ガス（Ｎ２）の一部はさらに、第２排気室２１ｂを通って第１排気室２１ａに導かれた後に第１孔部２９ａを通して排気される。
【００３４】
ガス供給室２２は、第３シールリング１５とスピンドル５０の間の間隙を通じてチャンバ３０の内部と連通している。ここで「チャンバ３０の内部」は、ロータ３４が外側チャンバ７１ａ内に進入し、内側チャンバ７１ｂが退避位置にある状態では外側チャンバ７１ａの内部（すなわち、処理室５１）を指し、ロータ３４が外側チャンバ７１ａ内に進入して内側チャンバ７１ｂが処理位置にある状態では内側チャンバ７１ｂの内部（すなわち、処理室５２）を指す。
【００３５】
ガス供給室２２へ窒素ガスを供給することによって、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部を所定の圧力に保持することができる。ガス供給室２２には、ガス供給室２２の圧力を測定する圧力センサ２３ａが取り付けられており、この圧力センサ２３ａは洗浄処理装置１の動作制御を行う制御部２４に接続されている。この圧力センサ２３ａが一定値を示すように、窒素ガス供給装置１９はガス供給室２２への窒素ガス供給量を制御し、排気装置１７・１８は第１排気室２１ａと第２排気室２１ｂからの窒素ガスの排気量を制御する。なお、圧力センサ２３ａは、第１排気室２１ａまたは第２排気室２１ｂに設けてもよい。
【００３６】
チャンバ３０の内部の雰囲気がスピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部に浸入することを防止するために、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部の圧力は、チャンバ３０の内部よりも陽圧となるように設定する。具体的には、ガス供給室２２をチャンバ３０の内部よりも陽圧に保持して、第３シールリング１５とスピンドル５０の間の間隙を通じてチャンバ３０の内部へ窒素ガスを吹き出させる。このためにチャンバ３０内にチャンバ圧力センサ２３ｂが設けられており、制御部２４は、圧力センサ２３ａとチャンバ圧力センサ２３ｂのそれぞれの計測値を比較して、窒素ガス供給装置１９と排気装置１７・１８の動作制御を行う。
【００３７】
なお、圧力センサ２３ａの計測値が一定値を下回ったときに、警報が発令されるようにしてもよい。また、圧力センサ２３ａの計測値がチャンバ圧力センサ２３ｂの計測値よりも小さい状態が所定時間継続した場合には、制御部２４がチャンバ３０における液処理を中止するようにしてもよい。
【００３８】
次に、第１シールリング１３と第２シールリング１４と第３シールリング１５（以下「第１シールリング１３等」という）について説明する。第１シールリング１３等は樹脂材料からなる。チャンバ３０に形成される処理室５１・５２の雰囲気に最も近い第３シールリング１５では、特に、ウエハＷの処理に供される薬液に対する耐薬品性を重視する場合にはＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）が好適に用いられ、耐熱性を重視する場合にはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が好適に用いられる。第１シールリング１３や第２シールリング１４についても、同様の観点から材料が選択することができる。
【００３９】
第１シールリング１３等とスピンドル５０との間のクリアランスは、先にも述べたように、約１０〜５０μｍである。このような狭いクリアランスを実現するために、元来はその内径がスピンドル５０の外径よりも短いシールリング部材を準備してこれをリング部材１２に保持させ、スピンドル５０をこのシールリング部材の内孔に圧入して挿通させ、その後にスピンドル５０を所定時間回転させて、シールリング部材を摩擦摩耗させる（以下、このような処理を「エージング処理」という）。こうしてシールリング部材の内孔が拡がることにより、第１シールリング１３等が得られる。
【００４０】
エージング処理の初期には、シールリング部材がスピンドル５０と接触しているために、スピンドル５０を回転させると、スピンドル５０とシールリング部材との間に摩擦熱が生じ、シールリング部材の温度が上昇する。また、スピンドル５０の回転によって外筒部材３２の温度が上昇するために、これによってもシールリング部材の温度が上昇する。さらに、このエージング処理は、洗浄処理装置１の通常の運転時間よりも長い時間行い、かつ、シールリング部材がスピンドル５０に接しなくなるまで行われる。なお、このエージング処理においては多量のパーティクルが発生するために、ロータ３４にウエハＷを保持させて実際にウエハＷの洗浄処理が行われるのは、エージング処理の終了後である。
【００４１】
こうしてエージング処理では、シールリング部材の温度がその後に行われる洗浄処理装置１の通常の運転時よりも高い温度となるために、エージング処理におけるシールリング部材の熱膨張は、洗浄処理装置１の通常の運転時の熱膨張よりも大きくなる。このとき、シールリング部材の外周はリング部材１２によって押さえられているために、シールリング部材はその外径が長くなるように膨張することができずにその内径が短くなるように膨張するために、この内孔の壁面が削られる。こうしてエージング処理においてスピンドル５０とシールリング部材とが接触しない状態となれば、その後に洗浄処理を行った際に第１シールリング１３等が温度上昇しても、第１シールリング１３等はスピンドル５０には接触しない。
【００４２】
第１シールリング１３等は、図７に明確に示されているように、ロータ３４側の内径が摩耗によって調整されているために短く、モータ３１側の内径がスピンドル５０の外径よりも長い構造を有している。このような構造を有する第１シールリング１３等は、例えば、元来は一方の表面側では内径がスピンドル５０の外径よりも短く、他方の表面側では内径がスピンドル５０の外径よりも長い円錐曲面状の内孔が形成されたシールリング部材をスピンドル５０に圧入してエージング処理を行うことによって得ることができる。内孔が円錐曲面状に形成されたシールリング部材を使用した場合には、内孔へのスピンドル５０の挿通が容易となり、また、シールリング部材の摩耗量を低減することができる。
【００４３】
第３シールリング１５を図７に示すように内径の長い方がロータ３４側となるように配置することにより、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部へのチャンバ３０の内部からの雰囲気ガスの浸入を効果的に抑制することができる。一方で、ガス供給室２２からチャンバ３０へのパーティクルの排出が容易となる。第２シールリング１４は、図７に示すように、内径の長い方をロータ３４側となるように配置すると、ガス供給室２２にチャンバ３０の雰囲気ガスが浸入した場合にも、この雰囲気ガスがさらに第２排気室２１ｂへ浸入することが抑制される。逆に、第２シールリング１４の向きをＸ方向で逆にすることによって、ガス供給室２２から第２排気室２１ｂへのパーティクルの排出が容易となる。第１シールリング１３は、第２シールリング１４と同様の効果が得られるように配置することができる。
【００４４】
上述した構造を有する洗浄処理装置１によるウエハＷの処理は、概略、以下の通りに行われる。最初に、ロータ３４が外側チャンバ７１ａの外側にある状態で、ロータ３４にウエハＷが搬入される。ウエハＷを保持したロータ３４を外側チャンバ７１ａ内に進入させ、また内側チャンバ７１ｂを外側チャンバ７１ａ内に進入させて、処理室５２を形成する。次いで、ロータ３４を回転させながら、ロータ３４に保持されたウエハＷに洗浄液吐出ノズル５５から薬液（例えば、パーティクル除去のための薬液）を吐出する。
【００４５】
この薬液処理の際に、ガス供給室２２の内部を処理室５２よりも陽圧に保持して、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部への薬液の浸入を防止する。前述したように、第１シールリング１３〜第３シールリング１５とスピンドル５０の間のクリアランスは、例えば従来の金属製のシールリングを用いた場合のクリアランス約１００μｍの半分以下（１０μｍ〜５０μｍ）となっているために、従来のシール方法に比べて少ない窒素ガス供給量でガス供給室２２の内部圧力を一定に保持することができる。
【００４６】
図８は、内側チャンバ７１ｂにウエハＷを保持したロータ３４を収容し、アミン系の薬液を１５Ｌ／分の流量でウエハＷに供給して所定時間薬液処理したときの薬液中の水分減少度（乾燥度）を示すグラフである。ここで、比較例は第１シールリング１３等として従来の金属製シールリングを用いた場合を示しており、実施例は第１シールリング１３等として樹脂製シールリングを用いた場合を示している。
【００４７】
比較例の場合には、内側チャンバ７１ｂによって形成される処理室５２よりもガス供給室２２を所定圧力高く保持するために、ガス供給室２２へ７０Ｌ／分の流量で窒素ガスを供給しなければならなかった。これに対し、実施例の場合にはガス供給室２２を比較例の場合と同じ圧力に保持するために必要だった窒素ガス供給量は３０Ｌ／分であった。このことから、第１シールリング１３等とスピンドル５０の間のクリアランスを狭くすることによって、洗浄処理に使用する窒素ガスの消費量を低減することができ、これにより洗浄処理のランニングコストを下げることができることが確認された。
【００４８】
また、図８に示されるように、一定の時間が経過したときに薬液をサンプリングしてその水分減少量を調べた結果、実施例では比較例よりも水分減少が抑えられていることが確認された。薬液に含まれる水分量が低下すると、薬液性能が低下することが知られている。したがって、図８は、本発明に係る洗浄処理装置１では薬液の劣化が抑制されることを示している。これにより処理品質を高く保持することができる。
【００４９】
なお、ガス供給室２２から処理室５２に吹き出す窒素ガスには、スピンドル５０の回転によって生ずるパーティクルが含まれているために、ガス供給室２２に供給される窒素ガス量が低減されることによって、処理室５２に吹き出す窒素ガスの量を低減することができる。これによって薬液のパーティクルによる汚染が抑制される。このようなパーティクルによる薬液の汚染が抑制されて薬液のライフタイムが延長されることによっても、洗浄処理のランニングコストを低減することができる。
【００５０】
薬液処理が終了したら、内側チャンバ７１ｂを退避位置へ移動させて、処理室５１を形成し、ロータ３４を回転させながら、ロータ３４に保持されたウエハＷに洗浄液吐出ノズル５３や純水吐出ノズル７３ａ・７３ｂから純水を吐出して、薬液を洗い流す。この水洗処理が終了したら、ロータ３４を回転させてウエハＷに付着した水滴を振り切る。このとき、ウエハＷに洗浄液吐出ノズル５３から窒素ガスを吹き付けることも好ましい。このような処理室５１における処理が行われている間も、ガス供給室２２の内部を処理室５２よりも陽圧に保持して、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部への純水の浸入を防止する。なお、内側チャンバ７１ｂは退避位置においてリンス処理される。
【００５１】
このような洗浄処理が終了したら、ロータ３４を外側チャンバ７１ａの外部へ退出させて、ロータ３４に保持されたウエハＷを、次の処理を行う装置へと搬送する。
【００５２】
次に、第１シールリング１３等の別の実施形態について説明する。図９に示す第１シールリング１３等は、熱膨張率の異なる２種類の樹脂製のＯリング２５ａ（高熱膨張率）とＯリング２５ｂ（低熱膨張率）を互いに接触させた構成を有している。なお、ここでの高熱膨張率と低熱膨張率は、２個のＯリング２５ａ・２５ｂの相対的な熱膨張率の関係を表すものであって、その絶対値を示すものではない。具体的な組合せとしては、Ｏリング２５ａとしてＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）製のものが用いられ、Ｏリング２５ｂとしてＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）製のものが用いられている場合が挙げられる。
【００５３】
Ｏリング２５ａの外周はリング部材１２によって押さえられている。また、Ｏリング２５ａには、内径が異なる段差部が形成されており、Ｏリング２５ｂはＯリング２５ａのこの段差部（窪み部分）に収容されている。つまり、Ｏリング２５ｂの外周はＯリング２５ａによって押さえられている。エージング処理によって形成される、Ｏリング２５ａの内周とスピンドル５０との間のクリアランスは約１０μｍ〜５０μｍであり、Ｏリング２５ｂの内周とスピンドル５０との間のクリアランスは約１０μｍ〜３０μｍである。低熱膨張率の材料からなるＯリング２５ｂでは、エージング処理時の温度上昇による体積変化が小さいために、摩耗量がＯリング２５ａよりも小さくなり、これによってＯリング２５ａよりも狭いクリアランスが実現される。
【００５４】
Ｏリング２５ａの硬度は、Ｏリング２５ｂの硬度よりも小さいことことが好ましい。これにより、外筒部材３２をメンテナンス等のために解体し、再び組み立てる際のＯリング２５ａとＯリング２５ｂの位置決めが容易となる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、３箇所に本発明に係る回転軸シール機構、つまり第１シールリング１３〜第３シールリング１５を設けた場合について説明したが、例えば、チャンバ３０の内部への窒素ガスの吹き出し量を低減する観点からは、少なくとも第３シールリング１５が設けられていればよい。また、窒素ガスの使用量を低減する観点からは、少なくとも第２シールリング１４と第３シールリング１５が設けられていればよい。
【００５６】
図１０は第１シールリング１３の別の実施形態を示す断面図である。第１シールリング１３としては、スピンドル５０と接触するリップシール部材２７を用いることもできる。スピンドル５０の回転によってリップシール部材２７から発生するパーティクルは、第２排気室２１ｂから第１排気室２１ａへ流れ込む窒素ガスとともに、第１排気室２１ａから排気される。
【００５７】
さらに第１シールリング１３等は、図７や図９に示した形状に限定されるものではない。図１１は第１シールリング１３等の他の形態を示す断面図である。この図１１に示されるように、第１シールリング１３等として、略Ｖ字型の凸部２８がスピンドル５０の長手方向に連ねられた形態を有するものを用いることもできる。この場合には、凸部２８の先端はエージング処理時の摩耗によって削られ、スピンドル５０の長手方向に平行な平らな面が形成される。
【００５８】
第１シールリング１３等を複数の部材から構成する場合には、図９に示したように２個のＯリング２５ａ・２５ｂからなるものに限定されずに、例えば、熱膨張率の小さいＯリングを熱膨張率の大きいＯリングで挟んだ構造のものを用いることもできる。また、第１シールリング１３を２個のＯリング２５ａ・２５ｂから構成した場合において、使用される材料の組合せはＰＴＦＥとＰＥＥＫに限定されない。例えば、ＰＴＦＥに代えて、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂）やＰＰ（ポリプロピレン）等を用いることもできる。
【００５９】
上記説明においては複数のウエハＷを一度に処理する洗浄処理装置について説明したが、本発明は基板等の被処理体を保持して回転させる処理を行う装置に広く適用することができる。例えば、１枚の基板を水平に保持して基板の表面の洗浄処理を行う枚葉式洗浄処理装置や、フォトリソグラフィー工程において用いられる液処理装置、例えば、露光処理後の基板の現像処理を行う現像処理装置にも、本発明を適用することができる。また、基板は半導体ウエハに限定されるものではない。被処理体が基板の場合には、その他の基板として、ＬＣＤ基板等のガラス基板やセラミックス基板、金属基板を挙げることができる。
【００６０】
被処理体が処理される処理室は密閉空間である必要はなく、チャンバは二重構造である必要もない。例えば、処理室は、１個のチャンバや１つの側面が開口している箱形容器によって形成されてもよく、３重構造のチャンバを用いてもよい。本発明の回転軸シール機構は、液体を取り扱う処理装置に限定して適用されるものではなく、被処理体が所定のガス雰囲気で処理されるものにも適用することができる。また、被処理体は基板に限定されるものでもない。
【００６１】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、回転軸とシールリングは非接触でありながら、そのクリアランスを極めて狭くすることが可能となる。これにより回転軸と外筒部材の間の間隙部と被回転体が設けられる処理室との遮断性が高められる。このため、このような回転軸シール機構を備えた液処理装置では、回転軸周りへの処理液や雰囲気ガスの浸入が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】洗浄処理装置にロータを進入させた状態を示す断面図。
【図２】洗浄処理装置にロータを進入させた状態を示す別の断面図。
【図３】スピンドルと外筒部材の簡易的な断面図。
【図４】図３中のＡＡ断面図。
【図５】図３中のＢＢ断面図。
【図６】図３中のＣＣ断面図。
【図７】図４、図５、図６に示すシール機構の詳細な構造を示す断面図。
【図８】シール機構が具備するガス供給室への窒素供給量を変えた場合における、薬液の水分減少量と処理時間との関係を示すグラフ。
【図９】シール機構の別の実施形態を示す断面図。
【図１０】シール機構のさらに別の実施形態を示す断面図。
【図１１】シール機構のさらに別の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１；洗浄処理装置
１１；円筒部材
１２；リング部材
１３；第１シールリング
１４；第２シールリング
１５；第３シールリング
２１ａ；第１排気室
２１ｂ；第２排気室
２２；ガス供給室
２３ａ；圧力センサ
２５ａ・２５ｂ；Ｏリング
２９ａ〜２９ｃ；第１孔部〜第３孔部
３２；外筒部材
３４；ロータ
５０；スピンドル
５３・５５；洗浄液吐出ノズル
７１ａ；外側チャンバ
７１ｂ；内側チャンバ
Ｗ；半導体ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャンバ内に配置された被回転体を回転させる回転軸のシール機構を用いた液処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）を所定の薬液や純水等の処理液によって処理し、ウエハからパーティクル、有機汚染物、金属不純物等のコンタミネーションや有機物、酸化膜を除去する洗浄処理装置が使用されている。
【０００３】
このような洗浄処理装置として、例えば、特開昭６１−４２９１９号公報（特許文献１）には、ハウジングの底壁を貫通して回転自在に配置された駆動軸（回転軸）と、ハウジング内においてこの駆動軸にターンテーブル取り付けリングを介して取り付けられたターンテーブルと、このターンテーブルに保持され、複数のウエハを略平行に支持するキャリアと、ウエハに処理液を吹き付ける吹き付けポストと、を有する吹き付け処理機、が開示されている。この吹き付け処理機では、回転軸に処理液が入り込まないように、対向するターンテーブル取り付けリングの下面とハウジングの底壁の上面との間は、同心円状に形成されたリブと溝が組み合わされたラビリンスシール構造となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−４２９１９号公報（第３項〜第５項、第１、３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラビリンスシール構造では、処理液が回転軸へと浸入する際の方向が転換されるために、処理液が回転軸へと浸入し難くなるが、ターンテーブル取り付けリングとハウジングの底壁とが接触しないように、リブと溝が組み合わされる部分においては広い隙間が形成されてしまうために、処理液の回転軸への浸入を完全に防ぐことは困難である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、シール性能の高い回転軸シール機構を備えた液処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被回転体に保持された被処理体に所定の処理液による液処理を施す液処理装置であって、
前記被回転体を収容するチャンバと、
前記被回転体に保持された被処理体に所定の処理液を供給する処理液供給手段と、
回転モータと、前記回転モータと前記被回転体とを連結する回転軸と、前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに設けられた外筒部材と、前記回転軸が挿通するように前記外筒部材に保持された樹脂製のシールリングと、を有する回転機構と、
を具備し、
前記回転軸と前記シールリングとの間のクリアランスは、前記回転軸に前記シールリングを圧入させた後に前記回転軸を所定時間回転させて前記シールリングを摩耗させることによって調整されており、
前記シールリングは、前記チャンバ側の内径が前記回転軸との摩耗によって調整され、前記回転モータ側の内径は予め前記回転軸の外径よりも長く構成されていることを特徴とする液処理装置、が提供される。
【０００９】
このような回転軸シール機構によれば、回転軸とシールリングは非接触でありながら、そのクリアランスを極めて狭くすることができるために、シールリングと回転軸との間を流体が通り抜け難くなり、高いシール性能が発揮される。こうして、このような回転軸シール機構を備えた液処理装置においては、回転軸と外筒部材との間に形成される間隙部と被回転体が設けられる処理室との間の遮断性が高められ、回転軸と外筒部材の間の間隙部に処理液が浸入し難くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは、本発明を半導体ウエハ（ウエハ）の洗浄処理をバッチ式に行う洗浄処理装置に適用した場合について説明することとする。
【００１３】
図１および図２は、ウエハＷの洗浄処理を行う洗浄処理装置１の断面図である。洗浄処理装置１は、ウエハＷを保持するロータ３４と、ロータ３４を収容可能な外側チャンバ７１ａと、外側チャンバ７１ａに対して進入退出可能であり、外側チャンバ７１ａ内に保持された状態でその内部にロータ３４を収容可能な内側チャンバ７１ｂと、を有している。
【００１４】
外側チャンバ７１ａは、例えば洗浄処理装置１のハウジングフレーム等の図示しない固定部材によって固定されている。図１は内側チャンバ７１ｂを外側チャンバ７１ａの外側に退避させた状態（以下、図１に示す内側チャンバ７１ｂの位置を「退避位置」という）を示しており、図２は内側チャンバ７１ｂが外側チャンバ７１ａに収容された状態（以下、図２に示す内側チャンバ７１ｂの位置を「処理位置」という）を示している。内側チャンバ７１ｂの退避位置には、円盤９２ａと、リング部材９２ｂと、筒状体９１が設けられている。円盤９２ａには純水吐出ノズル７３ａと排気管７３ｃが設けられ、筒状体９１にはガス供給ノズル９３と排気管９４が設けられている。
【００１５】
ロータ３４は、円盤３５ａ・３５ｂ間に係止部材８２と開閉可能なホルダー８３が設けられた構造を有している。また、係止部材８２とホルダー８３にはウエハＷを保持するための図示しない溝が一定のピッチで形成されている。ロータ３４は、例えば、２５枚のウエハＷを略垂直姿勢で水平方向（Ｘ方向）に一列に保持することができる。
【００１６】
ロータ３４にはスピンドル（回転軸）５０が連結されており、スピンドル５０の他端には回転モータ３１が取り付けられている。また、スピンドル５０の周りには外筒部材３２と、外側チャンバ７１ａの端面を閉塞する蓋体３３と、が設けられている。これらロータ３４、スピンドル５０、回転モータ３１、外筒部材３２、蓋体３３は、スライド機構（図示せず）によって一体的にＸ方向にスライドできるようになっている。ロータ３４はこのスライド機構を動作させることによって、外側チャンバ７１ａに対して進入／退出することができる。なお、図１および図２においては、外筒部材３２と蓋体３３とスピンドル５０の構造は簡略的に示されている。スピンドル５０周りの構造については後に詳細に説明する。
【００１７】
外側チャンバ７１ａは、筒状体６１ａと、筒状体６１ａの端面に設けられたリング部材６２ａ・６２ｂと、リング部材６２ａの内周面に設けられたシール機構６３ａと、リング部材６２ｂの内周面に設けられたシール機構６３ｂと、ロータ３４に保持されたウエハＷに純水等を供給する洗浄液吐出ノズル５３とを有している。洗浄液吐出ノズル５３は筒状体６１ａに取り付けられており、外側チャンバ７１ａの下側には洗浄液の排出と外側チャンバ７１ａ内のガスの排気を行う排気／排液管６５ａが設けられている。
【００１８】
内側チャンバ７１ｂは、筒状体６１ｂと、筒状体６１ｂの端面に設けられたリング部材６６ａ・６６ｂと、リング部材６６ａ・６６ｂの内周面にそれぞれ２箇所ずつ設けられたシール機構６７ａ・６７ｂと、ロータ３４に保持されたウエハＷに薬液等を供給する洗浄液吐出ノズル５５とを有している。洗浄液吐出ノズル５５は筒状体６１ｂに取り付けられており、内側チャンバ７１ｂの下側には、洗浄液の排出と内側チャンバ７１ｂ内のガスの排気を行う排気／排液管６５ｂが設けられている。
【００１９】
リング部材６２ａの内孔６２ｃを通して、ロータ３４は進入／退出する。ロータ３４が外側チャンバ７１ａに進入した状態では、内孔６２ｃが蓋体３３によって閉塞され、蓋体３３の外周面と内孔６２ｃとの隙間がシール機構６３ａによりシールされる。なお、リング部材６２ａの下部には、ロータ３４を外側チャンバ７１ａから退出させた際に、蓋体３３やシール機構６３ａ等に付着していた純水等が床面（図示せず）にこぼれ落ちることを防止するために、液受け６２ｅが設けられている。
【００２０】
内側チャンバ７１ｂが退避位置にある図１に示した状態では、リング部材６６ａとリング部材６２ｂとの間がシール機構６３ｂによってシールされ、リング部材６６ａと円盤９２ａとの間がシール機構６７ａによってシールされる。また、ロータ進入退出口６２ｃは蓋体３３とシール機構６３ａによって閉塞されている。こうして、内側チャンバ７１ｂが退避位置にあるときには、処理室５１が形成される。
【００２１】
筒状体６１ａは、リング部材６２ｂ側の外径がリング部材６２ａ側の外径よりも長く、リング部材６２ａ側の下端よりもリング部材６２ｂ側の下端が低く位置するように勾配を設けて配置されている。こうして処理室５１が形成された状態において、洗浄液吐出ノズル５３からウエハＷに向けて吐出された純水等は、自然に筒状体６１ａの底面をリング部材６２ａ側からリング部材６２ｂ側に流れて、排気／排液管６５ａを通して外部に排出される。
【００２２】
内側チャンバ７１ｂが処理位置にある図２に示した状態では、リング部材６６ａの内周面と蓋体３３との間がシール機構６７ａによってシールされ、リング部材６６ｂとリング部材６２ｂとの間がシール機構６３ｂによってシールされる。さらにリング部材６６ｂと円盤９２ａとの間がシール機構６７ｂによってシールされる。こうして、内側チャンバ７１ｂが処理位置にあるときには、処理室５２が形成される。
【００２３】
内側チャンバ７１ｂを構成する筒状体６１ｂは円筒状に形成されているが、その下部には洗浄液を外部に排出することを容易ならしめるために、筒状体６１ｂから突出し、所定の勾配を有する溝部６９が形成されている。例えば、内側チャンバ７１ｂによって処理室５２が形成された状態において、洗浄液吐出ノズル５５からウエハＷに向かって吐出された薬液等は、溝部６９を流れて排気／排液管６５ｂを通して外部に排出される。
【００２４】
洗浄液吐出ノズル５３には、純水やＩＰＡ、窒素（Ｎ２）ガス等の乾燥ガスが供給されて、ロータ３４に保持されたウエハＷに向かってこれら純水等を吐出できるようになっている。同様に、洗浄液吐出ノズル５５には、各種薬液や純水、ＩＰＡ等の洗浄液が供給されて、ロータ３４に保持されたウエハＷに向かってこれら薬液等を吐出できるようになっている。図１および図２においては、洗浄液吐出ノズル５３・５５はそれぞれ１本のみ示されているが、これらは複数本設けることも可能である。また、洗浄液吐出ノズル５３・５５はそれぞれ、必ずしも筒状体６１ａ・６１ｂの真上に設けなければならないものでもない。
【００２５】
円盤９２ａに設けられた純水吐出ノズル７３ａからは、ロータ３４を構成する円盤３５ａを洗浄、乾燥するための純水や乾燥ガスが吐出可能となっている。また、蓋体３３には純水吐出ノズル７３ｂが設けられており、円盤３５ｂを洗浄、乾燥することができるようになっている。なお、処理室５１・５２を所定のガス雰囲気とするために、純水吐出ノズル７３ａからは、例えば、酸素（Ｏ２）ガスや二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を吐出させることも可能である。円盤９２ａに設けられた排気管７３ｃは、処理室５１・５２の排気を行う。
【００２６】
内側チャンバ７１ｂが退避位置にある状態では、リング部材６６ａと円盤９２ａとの間がシールされ、かつ、リング部材６６ｂとリング部材９２ｂとの間がシール機構６７ｂによってシールされることによって、筒状体９１の外周と筒状体６１ｂの内周との間に狭い環状空間７２が形成される。この環状空間７２に洗浄液吐出ノズル５５から純水を吐出して筒状体６１ｂの内面をリンス処理し、その後に筒状体９１に複数設けられたガス供給ノズル９３と洗浄液吐出ノズル５５から窒素ガス等の乾燥ガスを噴射する。これにより内側チャンバ７１ｂの内周面の洗浄を行うことができる。なお、ガス供給ノズル９３から純水を吐出するようにしてもよい。
【００２７】
次にスピンドル５０周りの構造について詳細に説明する。図３はスピンドル５０と外筒部材３２の簡易断面図であり、図４は図３中のＡＡ断面図であり、図５は図３中のＢＢ断面図であり、図６は図３中のＣＣ断面図である。これら図４、図５、図６では、外筒部材３２と蓋体３３とスピンドル５０の構造が詳細に示されている。さらに図７は図４の断面図の一部を拡大して示した断面図である。
【００２８】
図４〜図６に示すように、ロータ３４を構成する円板部材３５ｂは、スピンドル５０の先端部に嵌め込まれて固定されている。図４〜図６では円板３５ｂ以外のロータ３４の構成部材の図示を省略している。
【００２９】
外筒部材３２は、円筒部材１１とリング部材１２とを有している。円筒部材１１とスピンドル５０との間には、スピンドル５０の回転を妨げないようにベアリング４９が配置されている。リング部材１２は円筒部材１１にネジ止めして固定されており、リング部材１２には、第１シールリング１３と、第２シールリング１４と、第３シールリング１５が保持されている。リング部材１２は複数のパーツから構成されており、第１シールリング１３、第２シールリング１４、第３シールリング１５は、これらのパーツを組み立てる際にＸ方向に所定の力で押さえつけられて組み立てられたリング部材１２に保持される。
【００３０】
円筒部材１１とリング部材１２は複雑な形状を有しているが、例えば、円筒部材１１とスピンドル５０との間で最も接近している部分のクリアランス（間隙幅）は約１００μｍである。このようなクリアランスは、リング部材１２についても同様である。これに対して、第１シールリング１３、第２シールリング１４、第３シールリング１５とスピンドル５０との間のクリアランスは、約１０〜５０μｍである。これは後に詳細に説明するように、第１シールリング１３は樹脂材料で構成され、しかも第１シールリング１３は、元来その内径がスピンドル５０よりも短いものをスピンドル５０に圧入してスピンドル５０を回転させることによって摩耗させ、内径を拡げているためである。このようなクリアランスは第２シールリング１４と第３シールリング１５についても同様である。
【００３１】
スピンドル５０周りに略リング状の第１排気室２１ａと、第２排気室２１ｂと、ガス供給室２２とが形成されるように、円筒部材１１とスピンドル５０とリング部材１２の形状が設計されている。第１排気室２１ａは円筒部材１１に設けられた第１孔部２９ａ（図４）と連通しており、第１孔部２９ａは排気装置１７と接続されている。また、第２排気室２１ｂは、円筒部材１１とリング部材１２を貫通して設けられた第２孔部２９ｂ（図６）と連通しており、第２孔部２９ｂは排気装置１８と接続されている。さらに、ガス供給室２２は、円筒部材１１とリング部材１２を貫通して設けられた第３孔部２９ｃ（図５）と連通しており、第３孔部２９ｃは窒素ガス供給装置１９と接続されている。
【００３２】
なお、排気装置１７と排気装置１８は１台で兼用することもできる。また、窒素ガス供給装置１９は、洗浄処理装置１の動作制御を行う制御部２４との間で制御信号の送受信を行い、窒素供給量を制御する。同様に、排気装置１７・１８は制御部２４との間で制御信号の送受信を行い、排気量を制御する。
【００３３】
第１排気室２１ａは第１シールリング１３とスピンドル５０との間隙を通じて第２排気室２１ｂと連通しており、第２排気室２１ｂは第２シールリング１４とスピンドル５０との間隙を通じてガス供給室２２と連通している。こうして、ガス供給室２２に供給される窒素ガス（Ｎ２）の一部は、第２孔部２９ｂを通して第２排気室２１ｂから排気され、第２排気室２１ｂに導かれた窒素ガス（Ｎ２）の一部はさらに、第２排気室２１ｂを通って第１排気室２１ａに導かれた後に第１孔部２９ａを通して排気される。
【００３４】
ガス供給室２２は、第３シールリング１５とスピンドル５０の間の間隙を通じてチャンバ３０の内部と連通している。ここで「チャンバ３０の内部」は、ロータ３４が外側チャンバ７１ａ内に進入し、内側チャンバ７１ｂが退避位置にある状態では外側チャンバ７１ａの内部（すなわち、処理室５１）を指し、ロータ３４が外側チャンバ７１ａ内に進入して内側チャンバ７１ｂが処理位置にある状態では内側チャンバ７１ｂの内部（すなわち、処理室５２）を指す。
【００３５】
ガス供給室２２へ窒素ガスを供給することによって、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部を所定の圧力に保持することができる。ガス供給室２２には、ガス供給室２２の圧力を測定する圧力センサ２３ａが取り付けられており、この圧力センサ２３ａは洗浄処理装置１の動作制御を行う制御部２４に接続されている。この圧力センサ２３ａが一定値を示すように、窒素ガス供給装置１９はガス供給室２２への窒素ガス供給量を制御し、排気装置１７・１８は第１排気室２１ａと第２排気室２１ｂからの窒素ガスの排気量を制御する。なお、圧力センサ２３ａは、第１排気室２１ａまたは第２排気室２１ｂに設けてもよい。
【００３６】
チャンバ３０の内部の雰囲気がスピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部に浸入することを防止するために、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部の圧力は、チャンバ３０の内部よりも陽圧となるように設定する。具体的には、ガス供給室２２をチャンバ３０の内部よりも陽圧に保持して、第３シールリング１５とスピンドル５０の間の間隙を通じてチャンバ３０の内部へ窒素ガスを吹き出させる。このためにチャンバ３０内にチャンバ圧力センサ２３ｂが設けられており、制御部２４は、圧力センサ２３ａとチャンバ圧力センサ２３ｂのそれぞれの計測値を比較して、窒素ガス供給装置１９と排気装置１７・１８の動作制御を行う。
【００３７】
なお、圧力センサ２３ａの計測値が一定値を下回ったときに、警報が発令されるようにしてもよい。また、圧力センサ２３ａの計測値がチャンバ圧力センサ２３ｂの計測値よりも小さい状態が所定時間継続した場合には、制御部２４がチャンバ３０における液処理を中止するようにしてもよい。
【００３８】
次に、第１シールリング１３と第２シールリング１４と第３シールリング１５（以下「第１シールリング１３等」という）について説明する。第１シールリング１３等は樹脂材料からなる。チャンバ３０に形成される処理室５１・５２の雰囲気に最も近い第３シールリング１５では、特に、ウエハＷの処理に供される薬液に対する耐薬品性を重視する場合にはＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）が好適に用いられ、耐熱性を重視する場合にはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が好適に用いられる。第１シールリング１３や第２シールリング１４についても、同様の観点から材料が選択することができる。
【００３９】
第１シールリング１３等とスピンドル５０との間のクリアランスは、先にも述べたように、約１０〜５０μｍである。このような狭いクリアランスを実現するために、元来はその内径がスピンドル５０の外径よりも短いシールリング部材を準備してこれをリング部材１２に保持させ、スピンドル５０をこのシールリング部材の内孔に圧入して挿通させ、その後にスピンドル５０を所定時間回転させて、シールリング部材を摩擦摩耗させる（以下、このような処理を「エージング処理」という）。こうしてシールリング部材の内孔が拡がることにより、第１シールリング１３等が得られる。
【００４０】
エージング処理の初期には、シールリング部材がスピンドル５０と接触しているために、スピンドル５０を回転させると、スピンドル５０とシールリング部材との間に摩擦熱が生じ、シールリング部材の温度が上昇する。また、スピンドル５０の回転によって外筒部材３２の温度が上昇するために、これによってもシールリング部材の温度が上昇する。さらに、このエージング処理は、洗浄処理装置１の通常の運転時間よりも長い時間行い、かつ、シールリング部材がスピンドル５０に接しなくなるまで行われる。なお、このエージング処理においては多量のパーティクルが発生するために、ロータ３４にウエハＷを保持させて実際にウエハＷの洗浄処理が行われるのは、エージング処理の終了後である。
【００４１】
こうしてエージング処理では、シールリング部材の温度がその後に行われる洗浄処理装置１の通常の運転時よりも高い温度となるために、エージング処理におけるシールリング部材の熱膨張は、洗浄処理装置１の通常の運転時の熱膨張よりも大きくなる。このとき、シールリング部材の外周はリング部材１２によって押さえられているために、シールリング部材はその外径が長くなるように膨張することができずにその内径が短くなるように膨張するために、この内孔の壁面が削られる。こうしてエージング処理においてスピンドル５０とシールリング部材とが接触しない状態となれば、その後に洗浄処理を行った際に第１シールリング１３等が温度上昇しても、第１シールリング１３等はスピンドル５０には接触しない。
【００４２】
第１シールリング１３等は、図７に明確に示されているように、ロータ３４側の内径が摩耗によって調整されているために短く、モータ３１側の内径がスピンドル５０の外径よりも長い構造を有している。このような構造を有する第１シールリング１３等は、例えば、元来は一方の表面側では内径がスピンドル５０の外径よりも短く、他方の表面側では内径がスピンドル５０の外径よりも長い円錐曲面状の内孔が形成されたシールリング部材をスピンドル５０に圧入してエージング処理を行うことによって得ることができる。内孔が円錐曲面状に形成されたシールリング部材を使用した場合には、内孔へのスピンドル５０の挿通が容易となり、また、シールリング部材の摩耗量を低減することができる。
【００４３】
第３シールリング１５を図７に示すように内径の長い方がロータ３４側となるように配置することにより、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部へのチャンバ３０の内部からの雰囲気ガスの浸入を効果的に抑制することができる。一方で、ガス供給室２２からチャンバ３０へのパーティクルの排出が容易となる。第２シールリング１４は、図７に示すように、内径の長い方をロータ３４側となるように配置すると、ガス供給室２２にチャンバ３０の雰囲気ガスが浸入した場合にも、この雰囲気ガスがさらに第２排気室２１ｂへ浸入することが抑制される。逆に、第２シールリング１４の向きをＸ方向で逆にすることによって、ガス供給室２２から第２排気室２１ｂへのパーティクルの排出が容易となる。第１シールリング１３は、第２シールリング１４と同様の効果が得られるように配置することができる。
【００４４】
上述した構造を有する洗浄処理装置１によるウエハＷの処理は、概略、以下の通りに行われる。最初に、ロータ３４が外側チャンバ７１ａの外側にある状態で、ロータ３４にウエハＷが搬入される。ウエハＷを保持したロータ３４を外側チャンバ７１ａ内に進入させ、また内側チャンバ７１ｂを外側チャンバ７１ａ内に進入させて、処理室５２を形成する。次いで、ロータ３４を回転させながら、ロータ３４に保持されたウエハＷに洗浄液吐出ノズル５５から薬液（例えば、パーティクル除去のための薬液）を吐出する。
【００４５】
この薬液処理の際に、ガス供給室２２の内部を処理室５２よりも陽圧に保持して、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部への薬液の浸入を防止する。前述したように、第１シールリング１３〜第３シールリング１５とスピンドル５０の間のクリアランスは、例えば従来の金属製のシールリングを用いた場合のクリアランス約１００μｍの半分以下（１０μｍ〜５０μｍ）となっているために、従来のシール方法に比べて少ない窒素ガス供給量でガス供給室２２の内部圧力を一定に保持することができる。
【００４６】
図８は、内側チャンバ７１ｂにウエハＷを保持したロータ３４を収容し、アミン系の薬液を１５Ｌ／分の流量でウエハＷに供給して所定時間薬液処理したときの薬液中の水分減少度（乾燥度）を示すグラフである。ここで、比較例は第１シールリング１３等として従来の金属製シールリングを用いた場合を示しており、実施例は第１シールリング１３等として樹脂製シールリングを用いた場合を示している。
【００４７】
比較例の場合には、内側チャンバ７１ｂによって形成される処理室５２よりもガス供給室２２を所定圧力高く保持するために、ガス供給室２２へ７０Ｌ／分の流量で窒素ガスを供給しなければならなかった。これに対し、実施例の場合にはガス供給室２２を比較例の場合と同じ圧力に保持するために必要だった窒素ガス供給量は３０Ｌ／分であった。このことから、第１シールリング１３等とスピンドル５０の間のクリアランスを狭くすることによって、洗浄処理に使用する窒素ガスの消費量を低減することができ、これにより洗浄処理のランニングコストを下げることができることが確認された。
【００４８】
また、図８に示されるように、一定の時間が経過したときに薬液をサンプリングしてその水分減少量を調べた結果、実施例では比較例よりも水分減少が抑えられていることが確認された。薬液に含まれる水分量が低下すると、薬液性能が低下することが知られている。したがって、図８は、本発明に係る洗浄処理装置１では薬液の劣化が抑制されることを示している。これにより処理品質を高く保持することができる。
【００４９】
なお、ガス供給室２２から処理室５２に吹き出す窒素ガスには、スピンドル５０の回転によって生ずるパーティクルが含まれているために、ガス供給室２２に供給される窒素ガス量が低減されることによって、処理室５２に吹き出す窒素ガスの量を低減することができる。これによって薬液のパーティクルによる汚染が抑制される。このようなパーティクルによる薬液の汚染が抑制されて薬液のライフタイムが延長されることによっても、洗浄処理のランニングコストを低減することができる。
【００５０】
薬液処理が終了したら、内側チャンバ７１ｂを退避位置へ移動させて、処理室５１を形成し、ロータ３４を回転させながら、ロータ３４に保持されたウエハＷに洗浄液吐出ノズル５３や純水吐出ノズル７３ａ・７３ｂから純水を吐出して、薬液を洗い流す。この水洗処理が終了したら、ロータ３４を回転させてウエハＷに付着した水滴を振り切る。このとき、ウエハＷに洗浄液吐出ノズル５３から窒素ガスを吹き付けることも好ましい。このような処理室５１における処理が行われている間も、ガス供給室２２の内部を処理室５２よりも陽圧に保持して、スピンドル５０と外筒部材３２との間に形成される間隙部への純水の浸入を防止する。なお、内側チャンバ７１ｂは退避位置においてリンス処理される。
【００５１】
このような洗浄処理が終了したら、ロータ３４を外側チャンバ７１ａの外部へ退出させて、ロータ３４に保持されたウエハＷを、次の処理を行う装置へと搬送する。
【００５２】
次に、第１シールリング１３等の別の実施形態について説明する。図９に示す第１シールリング１３等は、熱膨張率の異なる２種類の樹脂製のＯリング２５ａ（高熱膨張率）とＯリング２５ｂ（低熱膨張率）を互いに接触させた構成を有している。なお、ここでの高熱膨張率と低熱膨張率は、２個のＯリング２５ａ・２５ｂの相対的な熱膨張率の関係を表すものであって、その絶対値を示すものではない。具体的な組合せとしては、Ｏリング２５ａとしてＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）製のものが用いられ、Ｏリング２５ｂとしてＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）製のものが用いられている場合が挙げられる。
【００５３】
Ｏリング２５ａの外周はリング部材１２によって押さえられている。また、Ｏリング２５ａには、内径が異なる段差部が形成されており、Ｏリング２５ｂはＯリング２５ａのこの段差部（窪み部分）に収容されている。つまり、Ｏリング２５ｂの外周はＯリング２５ａによって押さえられている。エージング処理によって形成される、Ｏリング２５ａの内周とスピンドル５０との間のクリアランスは約１０μｍ〜５０μｍであり、Ｏリング２５ｂの内周とスピンドル５０との間のクリアランスは約１０μｍ〜３０μｍである。低熱膨張率の材料からなるＯリング２５ｂでは、エージング処理時の温度上昇による体積変化が小さいために、摩耗量がＯリング２５ａよりも小さくなり、これによってＯリング２５ａよりも狭いクリアランスが実現される。
【００５４】
Ｏリング２５ａの硬度は、Ｏリング２５ｂの硬度よりも小さいことことが好ましい。これにより、外筒部材３２をメンテナンス等のために解体し、再び組み立てる際のＯリング２５ａとＯリング２５ｂの位置決めが容易となる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、３箇所に本発明に係る回転軸シール機構、つまり第１シールリング１３〜第３シールリング１５を設けた場合について説明したが、例えば、チャンバ３０の内部への窒素ガスの吹き出し量を低減する観点からは、少なくとも第３シールリング１５が設けられていればよい。また、窒素ガスの使用量を低減する観点からは、少なくとも第２シールリング１４と第３シールリング１５が設けられていればよい。
【００５６】
図１０は第１シールリング１３の別の実施形態を示す断面図である。第１シールリング１３としては、スピンドル５０と接触するリップシール部材２７を用いることもできる。スピンドル５０の回転によってリップシール部材２７から発生するパーティクルは、第２排気室２１ｂから第１排気室２１ａへ流れ込む窒素ガスとともに、第１排気室２１ａから排気される。
【００５７】
さらに第１シールリング１３等は、図７や図９に示した形状に限定されるものではない。図１１は第１シールリング１３等の他の形態を示す断面図である。この図１１に示されるように、第１シールリング１３等として、略Ｖ字型の凸部２８がスピンドル５０の長手方向に連ねられた形態を有するものを用いることもできる。この場合には、凸部２８の先端はエージング処理時の摩耗によって削られ、スピンドル５０の長手方向に平行な平らな面が形成される。
【００５８】
第１シールリング１３等を複数の部材から構成する場合には、図９に示したように２個のＯリング２５ａ・２５ｂからなるものに限定されずに、例えば、熱膨張率の小さいＯリングを熱膨張率の大きいＯリングで挟んだ構造のものを用いることもできる。また、第１シールリング１３を２個のＯリング２５ａ・２５ｂから構成した場合において、使用される材料の組合せはＰＴＦＥとＰＥＥＫに限定されない。例えば、ＰＴＦＥに代えて、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂）やＰＰ（ポリプロピレン）等を用いることもできる。
【００５９】
上記説明においては複数のウエハＷを一度に処理する洗浄処理装置について説明したが、本発明は基板等の被処理体を保持して回転させる処理を行う装置に広く適用することができる。例えば、１枚の基板を水平に保持して基板の表面の洗浄処理を行う枚葉式洗浄処理装置や、フォトリソグラフィー工程において用いられる液処理装置、例えば、露光処理後の基板の現像処理を行う現像処理装置にも、本発明を適用することができる。また、基板は半導体ウエハに限定されるものではない。被処理体が基板の場合には、その他の基板として、ＬＣＤ基板等のガラス基板やセラミックス基板、金属基板を挙げることができる。
【００６０】
被処理体が処理される処理室は密閉空間である必要はなく、チャンバは二重構造である必要もない。例えば、処理室は、１個のチャンバや１つの側面が開口している箱形容器によって形成されてもよく、３重構造のチャンバを用いてもよい。本発明の回転軸シール機構は、液体を取り扱う処理装置に限定して適用されるものではなく、被処理体が所定のガス雰囲気で処理されるものにも適用することができる。また、被処理体は基板に限定されるものでもない。
【００６１】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、回転軸とシールリングは非接触でありながら、そのクリアランスを極めて狭くすることが可能となる。これにより回転軸と外筒部材の間の間隙部と被回転体が設けられる処理室との遮断性が高められる。このため、このような回転軸シール機構を備えた液処理装置では、回転軸周りへの処理液や雰囲気ガスの浸入が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】洗浄処理装置にロータを進入させた状態を示す断面図。
【図２】洗浄処理装置にロータを進入させた状態を示す別の断面図。
【図３】スピンドルと外筒部材の簡易的な断面図。
【図４】図３中のＡＡ断面図。
【図５】図３中のＢＢ断面図。
【図６】図３中のＣＣ断面図。
【図７】図４、図５、図６に示すシール機構の詳細な構造を示す断面図。
【図８】シール機構が具備するガス供給室への窒素供給量を変えた場合における、薬液の水分減少量と処理時間との関係を示すグラフ。
【図９】シール機構の別の実施形態を示す断面図。
【図１０】シール機構のさらに別の実施形態を示す断面図。
【図１１】シール機構のさらに別の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１；洗浄処理装置
１１；円筒部材
１２；リング部材
１３；第１シールリング
１４；第２シールリング
１５；第３シールリング
２１ａ；第１排気室
２１ｂ；第２排気室
２２；ガス供給室
２３ａ；圧力センサ
２５ａ・２５ｂ；Ｏリング
２９ａ〜２９ｃ；第１孔部〜第３孔部
３２；外筒部材
３４；ロータ
５０；スピンドル
５３・５５；洗浄液吐出ノズル
７１ａ；外側チャンバ
７１ｂ；内側チャンバ
Ｗ；半導体ウエハ
Claims (2)
- 被回転体に保持された被処理体に所定の処理液による液処理を施す液処理装置であって、
前記被回転体を収容するチャンバと、
前記被回転体に保持された被処理体に所定の処理液を供給する処理液供給手段と、
回転モータと、前記回転モータと前記被回転体とを連結する回転軸と、前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに設けられた外筒部材と、前記回転軸が挿通するように前記外筒部材に保持された樹脂製のシールリングと、を有する回転機構と、
を具備し、
前記回転軸と前記シールリングとの間のクリアランスは、前記回転軸に前記シールリングを圧入させた後に前記回転軸を所定時間回転させて前記シールリングを摩耗させることによって調整されており、
前記シールリングは、前記チャンバ側の内径が前記回転軸との摩耗によって調整され、前記回転モータ側の内径は予め前記回転軸の外径よりも長く構成されていることを特徴とする液処理装置。 - 前記シールリングの配設位置よりも前記回転モータ側において、前記外筒部材を略径方向に貫通して設けられた孔部と、
前記外筒部材と前記回転軸の間の間隙部の圧力が前記チャンバの圧力よりも高く保持されるように、前記孔部を通して前記間隙部に所定のガスを供給するガス供給手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の液処理装置。
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