JP4275427B2 - 回転軸シール機構および液処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被回転体を回転させる回転軸のシール機構と、この回転軸シール機構を備え、チャンバ内に配置された被回転体に保持された被処理体に所定の液処理を施す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と、このような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。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の観点によれば、被回転体を回転させる回転軸と、
前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに配置された筒状部材と、
前記筒状部材の内周に配置された金属製のシール部材と、
前記シール部材の内周面および前記回転軸の外周面のうち前記筒状部材が配置される部分の少なくとも前記シール部材が位置する部分に設けられ、実質的に前記回転軸と前記シール部材との間をシールする機能を有する樹脂被膜と、
を具備し、
前記シール部材の内周面に設けられた樹脂被膜と前記回転軸に設けられた樹脂被膜にはそれぞれ摩擦摩耗する際の摩耗速度が異なる材料が用いられ、前記筒状部材に前記回転軸を挿通または圧入した後に前記回転軸を所定時間回転させて前記樹脂被膜を摩擦摩耗させることによって、前記樹脂被膜どうしの間のクリアランスが調整されていることを特徴とする回転軸シール機構、が提供される。
このような回転軸シール機構によれば、回転軸周りのクリアランスを極めて狭くすることができるために高いシール性が得られる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、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、前記回転軸を保持する軸受け部材と、前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに配置された筒状部材と、前記筒状部材の内周に配置された金属製のシール部材と、前記シール部材の内周面および前記回転軸の外周面のうち前記筒状部材が配置される部分の少なくとも前記シール部材が位置する部分に設けられ、実質的に前記回転軸と前記シール部材との間をシールする機能を有する樹脂被膜と、を具備する回転機構と、
を具備し、
前記回転機構において、前記シール部材の内周面に設けられた樹脂被膜と前記回転軸に設けられた樹脂被膜には、それぞれ摩擦摩耗する際の摩耗速度が異なる材料が用いられ、前記樹脂被膜どうしの間のクリアランスは、前記筒状部材に前記回転軸を挿通または圧入した後に前記回転軸を所定時間回転させて前記樹脂被膜どうしを相互に摩擦摩耗させることによって調整されていることを特徴とする液処理装置、が提供される。
【００１１】
このような液処理装置によれば、気密性に優れる回転軸シール機構が採用されているために、回転軸周り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、回転軸周りの間隙部に処理液が浸入し難くなる。また、回転軸周りの間隙部への処理液の浸入を防止するためにこの間隙部にガスを供給する場合には、シール部材が配置されている部分において回転軸周りの間隙が極めて狭いためにこの部分をガスが通り抜け難くなり、これによって供給ガス量を低減し、液処理装置のランニングコストを低減することができる。さらに、回転軸周りの間隙部からチャンバへ流出するガス量が少なくなるために、チャンバへ排出されるパーティクルの量が減少し、これによって処理液の汚染が低減される。さらにこれに伴ってチャンバから排気されるガス量が減少するために、処理液の乾燥が抑制される。これにより処理液のライフタイムを長くすることができる。
【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を収容可能なチャンバ３０とを有しており、チャンバ３０は外側チャンバ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内に進入し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、円板９２ａと、リング部材９２ｂと、筒状体９１が設けられている。円板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、円板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１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の周りには軸受け部材１１と、筒状部材１２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、軸受け部材１１、筒状部材１２と、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、軸受け部材１１、筒状部材１２、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と円板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と円板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】
円板９２ａに設けられた純水吐出ノズル７３ａからは、ロータ３４を構成する円板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、円板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。円板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と円板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（Ｎ２）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と筒状部材１２のＸ軸に垂直な面を簡易的に示す断面図であり、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。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。なお、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。
【００２８】
ロータ３４を構成する円板３５ｂは、スピンドル５０の先端部に固定されている。軸受け部材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。筒状部材１２は軸受け部材１１にネジ止めして固定されており、筒状部材１２に蓋体３３が取り付けられている。
【００２９】
筒状部材１２の内周には、Ｘ方向に所定の間隔で３箇所にスピンドル５０に表面（外周面）に近接するリング状のシール部材１３ａ・１３ｂ・１３ｃが筒状部材１２と一体的に形成されている。後述するように、筒状部材１２の内周にはシール部材１３ａ〜１３ｃをも覆うように樹脂被膜１５が形成されている。この樹脂被膜１５を筒状部材１２の内周に均一に形成するために、シール部材１３ａ〜１３ｃはエッジの立っていない曲面で構成されている。
【００３０】
ベアリング４９とシール部材１３ａとの間に形成される空間は第１排気室１４ａとなっており、この第１排気室１４ａは軸受け部材１１に設けられた第１孔部２９ａ（図４）と連通し、第１孔部２９ａは排気装置１７と接続されている。また、シール部材１３ａとシール部材１３ｂとの間に形成される空間は第２排気室１４ｂとなっており、この第２排気室１４ｂは、軸受け部材１１と筒状部材１２を貫通して設けられた第２孔部２９ｂ（図６）と連通し、第２孔部２９ｂは排気装置１８と接続されている。さらに、シール部材１３ｂとシール部材１３ｃとの間に形成される空間はガス供給室１４ｃとなっており、このガス供給室１４ｃは軸受け部材１１と筒状部材１２を貫通して設けられた第３孔部２９ｃ（図５）と連通し、第３孔部２９ｃは窒素ガス供給装置１９と接続されている。
【００３１】
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、ガス供給室１４ｃへの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、第１排気室１４ａおよび第２排気室１４ｂからの排気量を制御する。なお、排気装置１７と排気装置１８は１台で兼用することができる。
【００３２】
筒状部材１２とシール部材１３ａ〜１３ｃはステンレス等の金属材料で構成される。図７に示されるように、筒状部材１２の内周面にはシール部材１３ａ〜１３ｃを覆うように樹脂被膜１５（図４〜図６には示さず）が形成されている。この樹脂被膜１５としては、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。これらＰＴＦＥやＰＥＥＫの単独成分からなる膜を形成することが困難である場合には、これらＰＴＦＥやＰＥＥＫに他の樹脂を混合させてもよい。また、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。
【００３３】
筒状部材１２と一体的に形成されたシール部材１３ａ〜１３ｃの内周とスピンドル５０の表面との距離は約２８０〜３２０μｍとなっている。これに対して、樹脂被膜１５の厚さは、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分においては、約２７０〜３００μｍであるが、それ以外の部分では約３５０〜４００μｍである。樹脂被膜１５のうち最もスピンドル５０の外周面に近接している部分、つまりシール部材１３ａ〜１３ｃが設けられている部分における樹脂被膜１５とスピンドル５０と間のクリアランス（間隙幅）は、約１０〜５０μｍとなっている。
【００３４】
第１排気室１４ａはシール部材１３ａとスピンドル５０との間隙を通じて第２排気室１４ｂと連通しており、第２排気室１４ｂはシール部材１３ｂとスピンドル５０との間隙を通じてガス供給室１４ｃと連通している。これにより、ガス供給室１４ｃに供給される窒素ガスの一部は、第２排気室１４ｂから第２孔部２９ｂを通して排気される。また、ガス供給室１４ｃから第２排気室１４ｂに導かれた窒素ガスの一部はさらに第１排気室１４ａに導かれた後に第１孔部２９ａを通して排気される。
【００３５】
ガス供給室１４ｃは、シール部材１３ｃ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。
【００３６】
ガス供給室１４ｃには、ガス供給室１４ｃ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１４ｃ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１４ａと第２排気室１４ｂ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１４ａまたは第２排気室１４ｂに設けてもよい。
【００３７】
チャンバ３０の内部の雰囲気がスピンドル５０と筒状部材１２との間に形成される間隙部（以下、「スピンドル５０周りの間隙部」という）に浸入することを防止するために、スピンドル５０周りの間隙部の圧力は、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１４ｃをチャンバ３０の内部よりも陽圧に保持して、シール部材１３ｃ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。
【００３８】
なお、圧力センサ２３ａの計測値が予め定められた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。
【００３９】
次に上述したシール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分における樹脂被膜１５とスピンドル５０との間のクリアランスの調整方法について説明する。まず、筒状部材１２を作製するに際しては、スピンドル５０を筒状部材１２に挿通させることができなくなることを回避するために、筒状部材１２の内径が最も短くなるシール部材１３ａ〜１３ｃの部分で、その内径がスピンドル５０の外径よりもわずかに長くなるようにする。例えば、シール部材１３ａ〜１３ｃの内周とスピンドル５０の外周面との距離を約１００μｍとする。次に筒状部材１２の内周面に全体的に、樹脂被膜１５を、例えばその厚さが約１０５μｍとなるように形成する。
【００４０】
このような寸法では、洗浄処理装置１の組立に際して筒状部材１２をスピンドル５０に挿通させたときに、樹脂被膜１５のうちシール部材１３ａ〜１３ｃを覆っている部分がスピンドル５０の外周面と接触する。しかし、スピンドル５０の外径と樹脂被膜１５の内径との差はわずかであるために、スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させることができる。
【００４１】
なお、スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させてスピンドル５０と筒状部材１２をそれぞれ所定の位置に固定した場合に、スピンドル５０と樹脂被膜１５との間に作用する摩擦力は、スピンドル５０を回転させることができる程度に小さいことが必要である。換言すれば、スピンドル５０の外径と筒状部材１２およびシール部材１３ａ〜１３ｃの内径と樹脂被膜１５の厚さは、スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させることができ、かつ、筒状部材１２を固定した場合にスピンドル５０を回転させることができるように、設定されていればよい。
【００４２】
スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させた状態で、スピンドル５０を所定時間回転させる。スピンドル５０の回転数は、最初はスピンドル５０と樹脂被膜１５との接触部（つまり、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分）の急激な発熱を防止するために低速で回転させる。これにより、樹脂被膜１５において、スピンドル５０と接触している部分が摩擦摩耗する。また、樹脂被膜１５が摩擦摩耗する際には、摩擦熱によって樹脂被膜１５が熱膨張するため、樹脂被膜１５はさらに摩耗する。
【００４３】
次に、スピンドル５０の回転数を実際にロータ３４に保持されたウエハＷの液処理を行う際の回転数と同等に設定し、回転時間を通常の液処理よりも長くする。このようにスピンドル５０を回転させることによって、スピンドル５０周りの部材温度が上昇する。これによる樹脂被膜１５の熱膨張によって樹脂被膜１５の摩擦摩耗が進み、やがて樹脂被膜１５とスピンドル５０とが非接触の状態となる（このように樹脂被膜１５を摩擦摩耗させる処理を、以下「エージング処理」という）。
【００４４】
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。
【００４５】
エージング処理後の樹脂被膜１５は、エージング処理の当初にスピンドル５０と接していたシール部材１３ａ〜１３ｃの部分で薄くなり、その他の部分では当初の厚さが保持される。このエージング処理の後に行われるウエハＷの通常の液処理においては、スピンドル５０周りの温度がエージング処理時よりも高くなることはない。このため、エージング処理でスピンドル５０に対して非接触の状態となった樹脂被膜１５は、その後のウエハＷの液処理時にスピンドル５０と接触することがない。
【００４６】
こうしたエージング処理によって、前述したように、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分において、樹脂被膜１５とスピンドル５０との間のクリアランスは１０〜５０μｍとなる。このクリアランスは、筒状部材１２の温度が低い状態（例えば、洗浄処理の開始時）では広く、筒状部材１２の温度が高い状態（例えば、洗浄処理中）で狭くなる。
【００４７】
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、以下のようにして行われる。最初に、ロータ３４が外側チャンバ７１ａから退出した状態においてロータ３４にウエハＷが搬入される。次に、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。続いてロータ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。
【００４８】
この薬液処理の際に、ガス供給室１４ｃを処理室５２よりも陽圧に保持して（（つまり、スピンドル５０周りの間隙部を処理室５２よりも陽圧に保持して）、スピンドル５０周りの間隙部への薬液の浸入を防止する。前述したように、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分における樹脂被膜１５とスピンドル５０と間のクリアランスは、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の約１００μｍの半分以下である１０μｍ〜５０μｍとなっているために、従来のシール方法と比較して少ない窒素ガス供給量でガス供給室１４ｃの内部圧力を一定に保持することができる。こうして洗浄処理のランニングコストが低減される。
【００４９】
また、ガス供給室１４ｃ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１４ｃ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に吹き出される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が低減される。さらに処理室５２に吹き出される窒素ガスの量が低減されることによって、処理室５２からの排気量を低減することができる。この処理室５２からの排気には薬液の蒸気や薬液に含まれる水分等が含まれているために、処理室５２からの排気量が低減されることによって薬液の乾燥が防止される。こうして薬液の性能が長く維持され、洗浄品質も高く維持されるという効果も得られる。
【００５０】
なお、定期的に洗浄処理装置１を分解清掃する際には、筒状部材１２をスピンドル５０から抜いて洗浄するが、筒状部材１２とシール部材１３ａ〜１３ｃと樹脂被膜１５とが一体的に形成された構造を有しているので、この洗浄処理は容易である。また、筒状部材１２そのものを洗浄のために分解する必要もなければ組み立てる必要もないために、再び洗浄処理装置１を組み立てる際の筒状部材１２の取り付けに際しては、位置調節等も容易に行うことができる。
【００５１】
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。このときにウエハ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１４ｃの内部を処理室５１よりも陽圧に保持して、スピンドル５０周りの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。こうした一連の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】
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、エージング処理の例として、エージング処理前の状態において樹脂被膜１５がスピンドル５０に接する場合について取り上げたが、樹脂被膜１５は、エージング処理前の状態においてはスピンドル５０と接触しないが、エージング処理中にスピンドル５０周りの温度上昇によって熱膨張し、スピンドル５０と接触して摩擦摩耗するような厚さに設定されていてもよい。この場合にもシール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分におけるスピンドル５０と樹脂被膜１５との間のクリアランスを、従来の金属製のシールリングを用いた場合よりも狭めることができる。
【００５３】
また、上記説明においては、筒状部材１２に樹脂被膜１５を形成した場合について説明したが、図７と同様に表した図８の断面図に示すように、筒状部材１２に樹脂被膜１５を形成することなく、スピンドル５０において筒状部材１２が取り付けられる部分の外周面に樹脂被膜１５ａを設けることもできる。この場合にも、エージング処理によってシール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分で樹脂被膜１５ａが摩擦摩耗することにより、シール部材１３ａ〜１３ｃと樹脂被膜１５ａとの間のクリアランスを狭く調整することができる。
【００５４】
さらに、図７と同様に表した図９の断面図に示すように、筒状部材１２に樹脂被膜１５を形成し、かつ、スピンドル５０において筒状部材１２が取り付けられる部分の外周面に樹脂被膜１５ａを設けてもよい。この場合にも、エージング処理によって、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分で樹脂被膜１５・１５ａどうしが摩擦摩耗することにより、樹脂被膜１５・１５ａ間のクリアランスを狭く調整することができる。このように筒状部材１２とスピンドル５０の両方に樹脂被膜１５・１５ａを設ける場合には、樹脂被膜１５・１５ａの摩耗速度がそれぞれ異なるようにすることが好ましい。樹脂被膜１５・１５ａの摩耗速度を変える方法としては、硬度の異なる樹脂材料を用いる方法や、樹脂組成が同等であってもその一方に研磨剤を添加する方法等が挙げられる。
【００５５】
上記説明においては、樹脂被膜１５を筒状部材１２の内周全面に形成した場合について説明したが、図７と同様に表した図１０の断面図に示すように、樹脂被膜１５は少なくともシール部材１３ａ〜１３ｃを覆うように形成されていればよい。同様に、樹脂被膜１５ａをスピンドル５０に形成する場合にも、樹脂被膜１５ａはシール部材１３ａ〜１３ｃに近接する部分にのみ形成されていてもよい。
【００５６】
シール部材は必ずしも筒状部材１２と一体とする必要はない。例えば、図７と同様に表した図１１の断面図に示すように、内周面に樹脂被膜１６が形成されたシール部材１３ａ´〜１３ｃ´を、筒状部材１２´に組み込むことによって、スピンドル５０に対するシールを行うようにしてもよい。この場合には、筒状部材１２´を複数のパーツ（図１１ではパーツに分割した状態を図示せず）から構成し、これらのパーツを組み立てる際にシール部材１３ａ´〜１３ｃ´を所定位置に固定する。
【００５７】
筒状部材１２に設けるシール部材は３箇所に限られない。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、少なくともシール部材１３ｃ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、少なくともシール部材１３ｂとシール部材１３ｃが設けられていればよい。これとは反対に、４箇所以上のシール部材を設けてもよい。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、回転軸周りの間隙部の幅、つまりクリアランスを極めて狭くすることができる。これにより回転軸周り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。また、回転軸周りの間隙部を所定の圧力に保持するためにこの間隙部にガスを供給する場合には、回転軸周りの間隙部の幅が狭いためにガスの使用量を低減することができる。これによって、液処理装置のランニングコストを低減することができる。さらに、被回転体が収容される処理室へ流出するガス量が減少するために、処理室からの排気量を低減することができ、これによって処理液の乾燥を抑制することができる。さらにまた、使用されるガス量が低減されることによって処理室内へ排出されるパーティクルの量を減少するために、処理室内で使用される処理液が汚染され難くなり、処理液のライフタイムが長くなるという効果が得られる。
【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】スピンドルと筒状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】シール機構の別の構造を示す断面図。
【図９】シール機構のさらに別の構造を示す断面図。
【図１０】シール機構のさらに別の構造を示す断面図。
【図１１】シール機構のさらに別の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１；洗浄処理装置
１１；軸受け部材
１２；筒状部材
１３ａ〜１３ｃ；シール部材
１４ａ；第１排気室
１４ｂ；第２排気室
１４ｃ；ガス供給室
１５・１５ａ；樹脂被膜
１７・１８；排気装置
１９；窒素ガス供給装置
２３ａ；圧力センサ
２３ｂ；チャンバ圧力センサ
２９ａ〜２９ｃ；第１孔部〜第３孔部
３４；ロータ
５０；スピンドル
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、被回転体を回転させる回転軸のシール機構と、この回転軸シール機構を備え、チャンバ内に配置された被回転体に保持された被処理体に所定の液処理を施す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と、このような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。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の観点によれば、被回転体を回転させる回転軸と、
前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに配置された筒状部材と、
前記筒状部材の内周に配置された金属製のシール部材と、
前記シール部材の内周面および前記回転軸の外周面のうち前記筒状部材が配置される部分の少なくとも前記シール部材が位置する部分に設けられ、実質的に前記回転軸と前記シール部材との間をシールする機能を有する樹脂被膜と、
を具備し、
前記シール部材の内周面に設けられた樹脂被膜と前記回転軸に設けられた樹脂被膜にはそれぞれ摩擦摩耗する際の摩耗速度が異なる材料が用いられ、前記筒状部材に前記回転軸を挿通または圧入した後に前記回転軸を所定時間回転させて前記樹脂被膜を摩擦摩耗させることによって、前記樹脂被膜どうしの間のクリアランスが調整されていることを特徴とする回転軸シール機構、が提供される。
このような回転軸シール機構によれば、回転軸周りのクリアランスを極めて狭くすることができるために高いシール性が得られる。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、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、前記回転軸を保持する軸受け部材と、前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに配置された筒状部材と、前記筒状部材の内周に配置された金属製のシール部材と、前記シール部材の内周面および前記回転軸の外周面のうち前記筒状部材が配置される部分の少なくとも前記シール部材が位置する部分に設けられ、実質的に前記回転軸と前記シール部材との間をシールする機能を有する樹脂被膜と、を具備する回転機構と、
を具備し、
前記回転機構において、前記シール部材の内周面に設けられた樹脂被膜と前記回転軸に設けられた樹脂被膜には、それぞれ摩擦摩耗する際の摩耗速度が異なる材料が用いられ、前記樹脂被膜どうしの間のクリアランスは、前記筒状部材に前記回転軸を挿通または圧入した後に前記回転軸を所定時間回転させて前記樹脂被膜どうしを相互に摩擦摩耗させることによって調整されていることを特徴とする液処理装置、が提供される。
【００１１】
このような液処理装置によれば、気密性に優れる回転軸シール機構が採用されているために、回転軸周り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、回転軸周りの間隙部に処理液が浸入し難くなる。また、回転軸周りの間隙部への処理液の浸入を防止するためにこの間隙部にガスを供給する場合には、シール部材が配置されている部分において回転軸周りの間隙が極めて狭いためにこの部分をガスが通り抜け難くなり、これによって供給ガス量を低減し、液処理装置のランニングコストを低減することができる。さらに、回転軸周りの間隙部からチャンバへ流出するガス量が少なくなるために、チャンバへ排出されるパーティクルの量が減少し、これによって処理液の汚染が低減される。さらにこれに伴ってチャンバから排気されるガス量が減少するために、処理液の乾燥が抑制される。これにより処理液のライフタイムを長くすることができる。
【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を収容可能なチャンバ３０とを有しており、チャンバ３０は外側チャンバ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内に進入し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、円板９２ａと、リング部材９２ｂと、筒状体９１が設けられている。円板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、円板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１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の周りには軸受け部材１１と、筒状部材１２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、軸受け部材１１、筒状部材１２と、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、軸受け部材１１、筒状部材１２、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と円板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と円板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】
円板９２ａに設けられた純水吐出ノズル７３ａからは、ロータ３４を構成する円板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、円板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。円板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と円板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（Ｎ２）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と筒状部材１２のＸ軸に垂直な面を簡易的に示す断面図であり、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。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。なお、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。
【００２８】
ロータ３４を構成する円板３５ｂは、スピンドル５０の先端部に固定されている。軸受け部材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。筒状部材１２は軸受け部材１１にネジ止めして固定されており、筒状部材１２に蓋体３３が取り付けられている。
【００２９】
筒状部材１２の内周には、Ｘ方向に所定の間隔で３箇所にスピンドル５０に表面（外周面）に近接するリング状のシール部材１３ａ・１３ｂ・１３ｃが筒状部材１２と一体的に形成されている。後述するように、筒状部材１２の内周にはシール部材１３ａ〜１３ｃをも覆うように樹脂被膜１５が形成されている。この樹脂被膜１５を筒状部材１２の内周に均一に形成するために、シール部材１３ａ〜１３ｃはエッジの立っていない曲面で構成されている。
【００３０】
ベアリング４９とシール部材１３ａとの間に形成される空間は第１排気室１４ａとなっており、この第１排気室１４ａは軸受け部材１１に設けられた第１孔部２９ａ（図４）と連通し、第１孔部２９ａは排気装置１７と接続されている。また、シール部材１３ａとシール部材１３ｂとの間に形成される空間は第２排気室１４ｂとなっており、この第２排気室１４ｂは、軸受け部材１１と筒状部材１２を貫通して設けられた第２孔部２９ｂ（図６）と連通し、第２孔部２９ｂは排気装置１８と接続されている。さらに、シール部材１３ｂとシール部材１３ｃとの間に形成される空間はガス供給室１４ｃとなっており、このガス供給室１４ｃは軸受け部材１１と筒状部材１２を貫通して設けられた第３孔部２９ｃ（図５）と連通し、第３孔部２９ｃは窒素ガス供給装置１９と接続されている。
【００３１】
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、ガス供給室１４ｃへの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、第１排気室１４ａおよび第２排気室１４ｂからの排気量を制御する。なお、排気装置１７と排気装置１８は１台で兼用することができる。
【００３２】
筒状部材１２とシール部材１３ａ〜１３ｃはステンレス等の金属材料で構成される。図７に示されるように、筒状部材１２の内周面にはシール部材１３ａ〜１３ｃを覆うように樹脂被膜１５（図４〜図６には示さず）が形成されている。この樹脂被膜１５としては、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。これらＰＴＦＥやＰＥＥＫの単独成分からなる膜を形成することが困難である場合には、これらＰＴＦＥやＰＥＥＫに他の樹脂を混合させてもよい。また、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。
【００３３】
筒状部材１２と一体的に形成されたシール部材１３ａ〜１３ｃの内周とスピンドル５０の表面との距離は約２８０〜３２０μｍとなっている。これに対して、樹脂被膜１５の厚さは、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分においては、約２７０〜３００μｍであるが、それ以外の部分では約３５０〜４００μｍである。樹脂被膜１５のうち最もスピンドル５０の外周面に近接している部分、つまりシール部材１３ａ〜１３ｃが設けられている部分における樹脂被膜１５とスピンドル５０と間のクリアランス（間隙幅）は、約１０〜５０μｍとなっている。
【００３４】
第１排気室１４ａはシール部材１３ａとスピンドル５０との間隙を通じて第２排気室１４ｂと連通しており、第２排気室１４ｂはシール部材１３ｂとスピンドル５０との間隙を通じてガス供給室１４ｃと連通している。これにより、ガス供給室１４ｃに供給される窒素ガスの一部は、第２排気室１４ｂから第２孔部２９ｂを通して排気される。また、ガス供給室１４ｃから第２排気室１４ｂに導かれた窒素ガスの一部はさらに第１排気室１４ａに導かれた後に第１孔部２９ａを通して排気される。
【００３５】
ガス供給室１４ｃは、シール部材１３ｃ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。
【００３６】
ガス供給室１４ｃには、ガス供給室１４ｃ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１４ｃ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１４ａと第２排気室１４ｂ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１４ａまたは第２排気室１４ｂに設けてもよい。
【００３７】
チャンバ３０の内部の雰囲気がスピンドル５０と筒状部材１２との間に形成される間隙部（以下、「スピンドル５０周りの間隙部」という）に浸入することを防止するために、スピンドル５０周りの間隙部の圧力は、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１４ｃをチャンバ３０の内部よりも陽圧に保持して、シール部材１３ｃ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。
【００３８】
なお、圧力センサ２３ａの計測値が予め定められた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。
【００３９】
次に上述したシール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分における樹脂被膜１５とスピンドル５０との間のクリアランスの調整方法について説明する。まず、筒状部材１２を作製するに際しては、スピンドル５０を筒状部材１２に挿通させることができなくなることを回避するために、筒状部材１２の内径が最も短くなるシール部材１３ａ〜１３ｃの部分で、その内径がスピンドル５０の外径よりもわずかに長くなるようにする。例えば、シール部材１３ａ〜１３ｃの内周とスピンドル５０の外周面との距離を約１００μｍとする。次に筒状部材１２の内周面に全体的に、樹脂被膜１５を、例えばその厚さが約１０５μｍとなるように形成する。
【００４０】
このような寸法では、洗浄処理装置１の組立に際して筒状部材１２をスピンドル５０に挿通させたときに、樹脂被膜１５のうちシール部材１３ａ〜１３ｃを覆っている部分がスピンドル５０の外周面と接触する。しかし、スピンドル５０の外径と樹脂被膜１５の内径との差はわずかであるために、スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させることができる。
【００４１】
なお、スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させてスピンドル５０と筒状部材１２をそれぞれ所定の位置に固定した場合に、スピンドル５０と樹脂被膜１５との間に作用する摩擦力は、スピンドル５０を回転させることができる程度に小さいことが必要である。換言すれば、スピンドル５０の外径と筒状部材１２およびシール部材１３ａ〜１３ｃの内径と樹脂被膜１５の厚さは、スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させることができ、かつ、筒状部材１２を固定した場合にスピンドル５０を回転させることができるように、設定されていればよい。
【００４２】
スピンドル５０を筒状部材１２に圧入させた状態で、スピンドル５０を所定時間回転させる。スピンドル５０の回転数は、最初はスピンドル５０と樹脂被膜１５との接触部（つまり、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分）の急激な発熱を防止するために低速で回転させる。これにより、樹脂被膜１５において、スピンドル５０と接触している部分が摩擦摩耗する。また、樹脂被膜１５が摩擦摩耗する際には、摩擦熱によって樹脂被膜１５が熱膨張するため、樹脂被膜１５はさらに摩耗する。
【００４３】
次に、スピンドル５０の回転数を実際にロータ３４に保持されたウエハＷの液処理を行う際の回転数と同等に設定し、回転時間を通常の液処理よりも長くする。このようにスピンドル５０を回転させることによって、スピンドル５０周りの部材温度が上昇する。これによる樹脂被膜１５の熱膨張によって樹脂被膜１５の摩擦摩耗が進み、やがて樹脂被膜１５とスピンドル５０とが非接触の状態となる（このように樹脂被膜１５を摩擦摩耗させる処理を、以下「エージング処理」という）。
【００４４】
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。
【００４５】
エージング処理後の樹脂被膜１５は、エージング処理の当初にスピンドル５０と接していたシール部材１３ａ〜１３ｃの部分で薄くなり、その他の部分では当初の厚さが保持される。このエージング処理の後に行われるウエハＷの通常の液処理においては、スピンドル５０周りの温度がエージング処理時よりも高くなることはない。このため、エージング処理でスピンドル５０に対して非接触の状態となった樹脂被膜１５は、その後のウエハＷの液処理時にスピンドル５０と接触することがない。
【００４６】
こうしたエージング処理によって、前述したように、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分において、樹脂被膜１５とスピンドル５０との間のクリアランスは１０〜５０μｍとなる。このクリアランスは、筒状部材１２の温度が低い状態（例えば、洗浄処理の開始時）では広く、筒状部材１２の温度が高い状態（例えば、洗浄処理中）で狭くなる。
【００４７】
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、以下のようにして行われる。最初に、ロータ３４が外側チャンバ７１ａから退出した状態においてロータ３４にウエハＷが搬入される。次に、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。続いてロータ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。
【００４８】
この薬液処理の際に、ガス供給室１４ｃを処理室５２よりも陽圧に保持して（（つまり、スピンドル５０周りの間隙部を処理室５２よりも陽圧に保持して）、スピンドル５０周りの間隙部への薬液の浸入を防止する。前述したように、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分における樹脂被膜１５とスピンドル５０と間のクリアランスは、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の約１００μｍの半分以下である１０μｍ〜５０μｍとなっているために、従来のシール方法と比較して少ない窒素ガス供給量でガス供給室１４ｃの内部圧力を一定に保持することができる。こうして洗浄処理のランニングコストが低減される。
【００４９】
また、ガス供給室１４ｃ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１４ｃ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に吹き出される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が低減される。さらに処理室５２に吹き出される窒素ガスの量が低減されることによって、処理室５２からの排気量を低減することができる。この処理室５２からの排気には薬液の蒸気や薬液に含まれる水分等が含まれているために、処理室５２からの排気量が低減されることによって薬液の乾燥が防止される。こうして薬液の性能が長く維持され、洗浄品質も高く維持されるという効果も得られる。
【００５０】
なお、定期的に洗浄処理装置１を分解清掃する際には、筒状部材１２をスピンドル５０から抜いて洗浄するが、筒状部材１２とシール部材１３ａ〜１３ｃと樹脂被膜１５とが一体的に形成された構造を有しているので、この洗浄処理は容易である。また、筒状部材１２そのものを洗浄のために分解する必要もなければ組み立てる必要もないために、再び洗浄処理装置１を組み立てる際の筒状部材１２の取り付けに際しては、位置調節等も容易に行うことができる。
【００５１】
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。このときにウエハ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１４ｃの内部を処理室５１よりも陽圧に保持して、スピンドル５０周りの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。こうした一連の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】
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、エージング処理の例として、エージング処理前の状態において樹脂被膜１５がスピンドル５０に接する場合について取り上げたが、樹脂被膜１５は、エージング処理前の状態においてはスピンドル５０と接触しないが、エージング処理中にスピンドル５０周りの温度上昇によって熱膨張し、スピンドル５０と接触して摩擦摩耗するような厚さに設定されていてもよい。この場合にもシール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分におけるスピンドル５０と樹脂被膜１５との間のクリアランスを、従来の金属製のシールリングを用いた場合よりも狭めることができる。
【００５３】
また、上記説明においては、筒状部材１２に樹脂被膜１５を形成した場合について説明したが、図７と同様に表した図８の断面図に示すように、筒状部材１２に樹脂被膜１５を形成することなく、スピンドル５０において筒状部材１２が取り付けられる部分の外周面に樹脂被膜１５ａを設けることもできる。この場合にも、エージング処理によってシール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分で樹脂被膜１５ａが摩擦摩耗することにより、シール部材１３ａ〜１３ｃと樹脂被膜１５ａとの間のクリアランスを狭く調整することができる。
【００５４】
さらに、図７と同様に表した図９の断面図に示すように、筒状部材１２に樹脂被膜１５を形成し、かつ、スピンドル５０において筒状部材１２が取り付けられる部分の外周面に樹脂被膜１５ａを設けてもよい。この場合にも、エージング処理によって、シール部材１３ａ〜１３ｃが形成されている部分で樹脂被膜１５・１５ａどうしが摩擦摩耗することにより、樹脂被膜１５・１５ａ間のクリアランスを狭く調整することができる。このように筒状部材１２とスピンドル５０の両方に樹脂被膜１５・１５ａを設ける場合には、樹脂被膜１５・１５ａの摩耗速度がそれぞれ異なるようにすることが好ましい。樹脂被膜１５・１５ａの摩耗速度を変える方法としては、硬度の異なる樹脂材料を用いる方法や、樹脂組成が同等であってもその一方に研磨剤を添加する方法等が挙げられる。
【００５５】
上記説明においては、樹脂被膜１５を筒状部材１２の内周全面に形成した場合について説明したが、図７と同様に表した図１０の断面図に示すように、樹脂被膜１５は少なくともシール部材１３ａ〜１３ｃを覆うように形成されていればよい。同様に、樹脂被膜１５ａをスピンドル５０に形成する場合にも、樹脂被膜１５ａはシール部材１３ａ〜１３ｃに近接する部分にのみ形成されていてもよい。
【００５６】
シール部材は必ずしも筒状部材１２と一体とする必要はない。例えば、図７と同様に表した図１１の断面図に示すように、内周面に樹脂被膜１６が形成されたシール部材１３ａ´〜１３ｃ´を、筒状部材１２´に組み込むことによって、スピンドル５０に対するシールを行うようにしてもよい。この場合には、筒状部材１２´を複数のパーツ（図１１ではパーツに分割した状態を図示せず）から構成し、これらのパーツを組み立てる際にシール部材１３ａ´〜１３ｃ´を所定位置に固定する。
【００５７】
筒状部材１２に設けるシール部材は３箇所に限られない。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、少なくともシール部材１３ｃ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、少なくともシール部材１３ｂとシール部材１３ｃが設けられていればよい。これとは反対に、４箇所以上のシール部材を設けてもよい。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、回転軸周りの間隙部の幅、つまりクリアランスを極めて狭くすることができる。これにより回転軸周り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。また、回転軸周りの間隙部を所定の圧力に保持するためにこの間隙部にガスを供給する場合には、回転軸周りの間隙部の幅が狭いためにガスの使用量を低減することができる。これによって、液処理装置のランニングコストを低減することができる。さらに、被回転体が収容される処理室へ流出するガス量が減少するために、処理室からの排気量を低減することができ、これによって処理液の乾燥を抑制することができる。さらにまた、使用されるガス量が低減されることによって処理室内へ排出されるパーティクルの量を減少するために、処理室内で使用される処理液が汚染され難くなり、処理液のライフタイムが長くなるという効果が得られる。
【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】スピンドルと筒状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】シール機構の別の構造を示す断面図。
【図９】シール機構のさらに別の構造を示す断面図。
【図１０】シール機構のさらに別の構造を示す断面図。
【図１１】シール機構のさらに別の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１；洗浄処理装置
１１；軸受け部材
１２；筒状部材
１３ａ〜１３ｃ；シール部材
１４ａ；第１排気室
１４ｂ；第２排気室
１４ｃ；ガス供給室
１５・１５ａ；樹脂被膜
１７・１８；排気装置
１９；窒素ガス供給装置
２３ａ；圧力センサ
２３ｂ；チャンバ圧力センサ
２９ａ〜２９ｃ；第１孔部〜第３孔部
３４；ロータ
５０；スピンドル
７１ａ；外側チャンバ
７１ｂ；内側チャンバ
Ｗ；半導体ウエハ
Claims (6)
- 被回転体を回転させる回転軸と、
前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに配置された筒状部材と、
前記筒状部材の内周に配置された金属製のシール部材と、
前記シール部材の内周面および前記回転軸の外周面のうち前記筒状部材が配置される部分の少なくとも前記シール部材が位置する部分に設けられ、実質的に前記回転軸と前記シール部材との間をシールする機能を有する樹脂被膜と、
を具備し、
前記シール部材の内周面に設けられた樹脂被膜と前記回転軸に設けられた樹脂被膜にはそれぞれ摩擦摩耗する際の摩耗速度が異なる材料が用いられ、前記筒状部材に前記回転軸を挿通または圧入した後に前記回転軸を所定時間回転させて前記樹脂被膜を摩擦摩耗させることによって、前記樹脂被膜どうしの間のクリアランスが調整されていることを特徴とする回転軸シール機構。 - 前記樹脂被膜はＰＴＦＥまたはＰＥＥＫを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転軸シール機構。
- 前記筒状部材と前記シール部材は一体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転軸シール機構。
- 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、前記回転軸を保持する軸受け部材と、前記回転軸の回転を妨げないように前記回転軸周りに配置された筒状部材と、前記筒状部材の内周に配置された金属製のシール部材と、前記シール部材の内周面および前記回転軸の外周面のうち前記筒状部材が配置される部分の少なくとも前記シール部材が位置する部分に設けられ、実質的に前記回転軸と前記シール部材との間をシールする機能を有する樹脂被膜と、を具備する回転機構と、
を具備し、
前記回転機構において、前記シール部材の内周面に設けられた樹脂被膜と前記回転軸に設けられた樹脂被膜には、それぞれ摩擦摩耗する際の摩耗速度が異なる材料が用いられ、前記樹脂被膜どうしの間のクリアランスは、前記筒状部材に前記回転軸を挿通または圧入した後に前記回転軸を所定時間回転させて前記樹脂被膜どうしを相互に摩擦摩耗させることによって調整されていることを特徴とする液処理装置。 - 前記樹脂被膜は、ＰＴＦＥまたはＰＥＥＫを含むことを特徴とする請求項４に記載の液処理装置。
- 前記筒状部材と前記シール部材とは一体であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の液処理装置。
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