JP4586162B2 - 基板処理装置用回転部材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置等の分野において、半導体ウエハやマスク、その他、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板等に所定の処理、加工を施すために回転器内に設置して用いる基板処理装置用回転部材に関するものである。

近年、液晶ディスプレイの大型化により、液晶ディスプレイ用ガラス基板は、２ｍ角を越えるようなサイズのものが主流となっている。このような液晶ディスプレイの製造工程では、液晶製造装置に設けられている回転器（回転カップ）内にガラス基板等を収容し、固定し、基板ごとその回転器および該回転部材を高速で回転させることにより、基板保持用プレートである回転部材（以下、単に「回転プレート」ということもある）上に、ガラス基板等を保持し、たとえば、その基板表面にレジストを塗布することによって、ガラス基板等の表面に対してレジスト膜を均一に形成する作業がある。このような回転部材は、従来、軽量化を図るため、主としてアルミニウムおよびアルミニウム合金からなるものが用いられ、前記ガラス基板等を該回転部材の真空吸着面に真空吸着して、保持（固定）する構造のものが広く採用されている。

しかしながら、従来の回転部材は、保持するガラス基板等の大型化に伴い、基板の重量を受けて大きな撓みが発生し、その撓みが生じた回転部材に吸着保持された基板もまた、撓むこととなり、その結果として基板上に塗布されたレジストの膜厚を、板面全体に均一に形成することが困難になるという問題があった。

このような問題点に対し、一般的に回転プレートの真空吸着面側と裏面との中間部に補強金具を介挿させて、撓みの発生を防止する技術が採用されている。さらに、特許文献１では、回転プレートの外周付近を裏面側から支持部材により支持することにより、撓みの発生を防止する技術が提案されている。しかしながら、これらの技術はいずれも、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなる回転体を用いているため、基板の重量を受けて大きな撓みが発生すると共に、吸着精度の点において制限があった。
特開２００５−５６２３号公報

本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した問題点を解決するためになされたものであり、回転部材自体の重量増加を招くことなく、軽量化を実現し、しかも高弾性質材料にて構成することによって、回転部材の撓み変形を最少限に抑えて、基板の平坦度を確保し、そのことによって、例えばレジスト液塗布精度を向上させるのに有効に用いられる基板処理装置用回転部材を提供することにある。

本発明の他の目的は、各種基板を回転部材上に瞬時に精度よく吸着保持すると共に、基板処理後において、吸着面からの基板のリリースを容易にすることにより、基板処理効率の向上に寄与する基板処理装置用回転部材を提供することにある。

上記目的を実現するために有効な手段として、本発明は、基板を保持する部材本体が、表・裏両面板の間に配したスペーサーまたはリブにより構成され、かつ、炭素繊維複合プラスチック材料にて構成された中空構造からなり、少なくともその真空吸着面側に、セラミックス、サーメット、金属・合金のうちから選ばれるいずれか一種以上からなる表面粗さが算術平均粗さＲａで１．２〜３．０μｍの溶射皮膜を被覆してなることを特徴とする基板処理装置用回転部材を提案するものである。

なお、本発明においては、前記部材本体は、その中空内部に真空排気流路を設けると共に、この真空排気流路の真空吸着面側には、多数の真空吸引孔を開孔してなること、前記炭素繊維複合プラスチック材料は、炭素繊維と熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂との複合材料からなること、および半導体製造装置または液晶製造装置の基板回転器に取付けて用いられるものであることが好ましい。

本発明によれば、回転部材を中空構造とすることで軽量化を図ることができ、また素材に高剛性の炭素繊維複合プラスチックを用いることで、回転部材自体の重み等による撓みを低減できる。また、回転部材を中空体構造とし、その内部に真空排気流路を設けると共に、真空吸着面全体に真空吸引孔を均一に配設することで、基板の真空吸着精度が上がるため、基板処理精度と作業効率が向上して、品質の良好なガラス基板やウエハ等を作製するのに有効に寄与する。さらに、本発明の回転部材は、慣性モーメントにより短時間で所定の回転数まで昇速することが可能になるため、ガラス基板等の生産性に優れ、かつ高精度の製品の製造に寄与することができる。

本発明が対象としている回転部材に求められる条件として、代表的なものは、（１）部材本体が軽量で高い剛性を有すること、（２）部材本体は高い平面度を有し、ひいてはこれに取付ける基板の平坦度も保障されること、（３）被処理基板を短時間で真空吸着できること、（４）真空吸着面、即ち基板の真空吸着面が、耐摩耗性を有し長寿命であること、（５）処理後の基板のリリースが容易であること、等が挙げられる。

そこで、本発明は、上記の要求（１）〜（５）を満足させるため、基板を保持する板状の回転部材を中空構造体とし、かつその素材を炭素繊維複合プラスチック材料を用いることとした。即ち、まず軽量化するために、部材本体を中空構造とする一方で、一定の剛性を付与するために、素材として炭素繊維複合プラスチックを用いることにしたのである。このような構成にすることにより、回転部材の軽量化が実現し、このことによって回転部材の自重による撓みをも防ぐことができると共に、回転部材および回転器（カップ）を高速で、しかも安定した状態で回転させることができ、ひいては被処理基板の安定した高速回転状態をもたらして高品質の製品を製造するのに役立つのである。

上記炭素繊維複合プラスチックとしては、たとえば、パン系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維と、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、またはナイロン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂との複合材料を用いることが好ましく、炭素繊維および樹脂の種類、および配合比率については、回転部材の大きさと撓み量を考慮して選定することができる。

また、本発明では、炭素繊維複合プラスチックからなる回転部材本体を、内部に互いに連通する複数の真空排気流路を設けてなる中空構造体とすることが有効である。この中空構造は、基板吸着面側の板と、その裏面側に当たる真空排気側の板との間に、スペーサやリブを使って中空構造体とするか、セルとセル壁からなるハニカム構造体としたものであることが好ましい。回転部材本体をこのような中空構造とすることにより、軽量化を図ることができると共に、基板の大型化に対応して安定した回転を確保することができる。その他、この部材本体の中空構造化によって、真空排気流路の真空吸着面に対し、全面に均一な吸着能を与えるという効果も生ずる。

本発明では、前記部材本体の中空部の内部に、たとえば金属製の角パイプ等からなる真空排気流路を設ける。そして、この真空排気流路に沿って一定の間隔で、基板を該部材に吸着保持するために機能する真空吸引孔を、部材本体の真空吸着面上に均一に分散して穿孔配設し、基板の安定した吸引（固定）保持を図る。なお、前記金属製の角パイプは、ステンレス鋼あるいはアルミニウム系材料などを用いることができる他、セラミックスやサーメットの使用も可能である。なお、この真空排気流路の数、大きさおよび真空吸引孔の数等は、吸着保持する基板の大きさ等に応じて、適宜に決定される。また、回転部材の炭素繊維複合プラスチック材と金属製の角パイプは、エポキシ樹脂などの樹脂接着剤で接合されることが好ましい。

また、該回転部材の基板を吸着保持する真空吸着面は、被処理材であるガラス基板等との接触等による摩耗が激しく起こる部分であり、この接触によって発生するパーティクルによるガラス基板等の汚染を防ぐため、該基板吸着保持面には、セラミックス、サーメット、金属（合金等を含む）の材料を溶射してこれらの皮膜を形成する。そのためには、耐摩耗性に優れた材料が好ましく、例えば、セラミックスとしては、アルミナやクロミアなどの酸化物、炭化珪素のような炭化物、窒化硼素のような硼化物またはこれらの複合系セラミックスが、サーメットとしては、炭化物系、硼化物系等が、金属・合金としては、Alやその合金、Cuやその合金、またはステンレス鋼等が好適に用いられるが、とくにこれらの金属に限定されない。

また、上記材料を溶射被覆する手段としては、とくにプラズマ溶射法が好ましく、その他溶射材料に応じて高速ガス炎溶射、ガス溶線式溶射等を選択して被覆することもできる。

上記溶射皮膜は、その表面粗さを、算術平均粗さＲａで１．２〜３．０μｍ程度とすることが望ましい。その理由は、溶射皮膜に適度な粗さを付与することによって、基板処理後において該回転部材上のガラス基板等を容易に取り外すことができるようになるためである。即ち、この表面粗さＲａが１．２μｍ未満の場合、回転部材の表面が鏡面に近いものとなり、表面処理後の真空排気停止後において、回転部材内への大気導入に時間がかかり、基板のリリースが遅れて生産性が悪くなってしまう。一方、Ｒａが３．０μｍ超の場合には、基板を真空吸着するのに長時間がかかると共に、確実で十分な吸着がなされず、高速回転での基板保持性も劣化するため好ましくない。また、溶射皮膜の表面粗さは、ブラスト処理、酸洗、グライダー研磨、エメリ研磨などによりＲａ：１．２〜３．０μｍ程度に調整するが、なかでもＲａ：１．２〜２．０μｍが好ましい。

また、上記溶射皮膜の膜厚は、0.05〜0.5mmが好適である。これは、膜厚が小さすぎると（0.05mm未満）、溶射皮膜を被覆形成することの効果が不十分となり、しかも、溶射皮膜を平面研削して平面度と表面粗さを調整するのに不都合であり、一方、膜厚の上限（0.5mm超）については、技術的にも品質的にも、とくには問題はないが、厚膜とするほど経済性の面から制約される。

回転部材の基板吸着面側の表面に開口させる真空吸引孔の数および位置は、基板の大きさや厚さ、回転部材内部に設ける真空排気流路の位置・数等により決定され、その開口形状は、円形が好ましい。また、その形成方法は、回転部材表面に前記溶射材料を被覆する前に回転部材内部に配置した金属製流路および該流路直上の基板吸着面側プレート（炭素繊維複合プラスチック）に、キリもみ等により穿孔するか、皮膜形成後に真空排気流路、該流路直上の基板吸着面および溶射皮膜に同時に穿孔加工することによる。

以下、本発明の構造の詳細について、図面を用いて説明する。
図１および図２は、本発明の基板処理装置用回転部材の真空排気側および基板吸着側の平面図であり、図３は、回転部材の部分断面図（図１のＡ−Ａ断面）であり、図４は、真空排気側に設けられた排気用ヘッド部の部分断面図である。

図１は、回転部材を真空排気側（裏面）から見た平面図であり、部材本体１の中央部には、並列している各真空排気流路を集約する真空排気用ヘッド２が取り付けられている。この排気用ヘッド２は、炭素繊維複合プラスチックまたは金属により構成され、図４に示すように、部材本体１に所望の手段、たとえば、ネジ６止めされる。また、この排気用ヘッド２の中央には、排気穴７が１ヶ所設けてあり、この排気穴７より、真空排気がなされる。

部材本体１は、図３に示すように、例えばピッチ系炭素繊維とエポキシ樹脂およびポリカーボネートからなる炭素繊維複合プラスチックよりなる一対の基板吸着側プレート１ａと真空排気側プレート１ｂとの間隔が、これらの外周縁部に配設したスペーサー３によって一定に保持され、中空構造を形成している。これらの両プレート１ａ、１ｂとスぺ−サー３（または必要に応じてリブ）はすべて、前記炭素繊維複合プラスチックで形成されている。この例示の他、両プレート１ａ、１ｂの間に形成される中空構造は、多数のセルとセル壁からなるハニカム構造体であってもよい。なお、両プレート１ａ、１ｂとスペーサー３との接合には、基本的には炭素繊維複合プラスチック成形時に使用した樹脂接着剤を使用することが好ましい。

図２は、部材本体１を基板真空吸着面側から見た図であり、たとえば図３に示すように、角形断面の金属パイプを前記中空構造内に配設することによって、破線で示す真空排気流路４を設けると共に、この真空排気流路４に沿って多数の真空吸引孔５が、被処理基板に面する基板吸着側プレート１ａに開口されている。この真空吸引孔５の数および位置は、対象とする被処理基板の形状、サイズおよび吸引時間等により決定する。この場合において、真空吸着を速くし、基板の平面度をより均一にするためは、中央部に比較的多くの開口を設け、外周部に向かうにつれて開口の数を少なくするなどの工夫を施すことが有効である。

真空排気流路４は、図１および図２に示すように、回転部材全面に規則的に配置され、ステンレス鋼あるいはアルミニウム系材料などの金属製の角パイプから形成される。このように、真空排気流路４を規則的に配置することにより、被処理基板を回転部材の基板吸着面プレート１ａに、均一に吸着できるようになる。また、真空排気流路４は、基板吸着側プレート１ａおよび真空排気側プレート１ｂの双方と樹脂接着剤により接着される。

なお、回転部材の基板吸着側プレート１ａには、真空吸引孔穴５部を除く全面に、プラズマ溶射法等によって溶射皮膜８が被覆形成される。この溶射皮膜８の表面は、ブラスト処理、酸洗、グライダー研磨、エメリ研磨などにより、その表面粗さがＲａ：１．２〜３．０μｍになるように調整される。

図４に示すように、真空排気用ヘッド２は、たとえば部材本体１にネジ６により固定されている。真空排気用ヘッド２を、部材本体１にネジ６止めする際には、部材本体１と真空排気用ヘッド２との間の隙間から真空排気漏れが発生するのを防止するため、部材本体１と真空排気用ヘッド２の接触面に接着樹脂等を塗布して接着することが好ましい。

（実施例１）
まず、部材本体1の基板吸着側プレート１ａおよび真空排気側プレート１ｂとして、ピッチ系炭素繊維とエポキシ樹脂との複合材からなる炭素繊維複合プラスチック材を、プリプレグ方式によって約2.5mm厚の積層板とし、オートクレーブ内で焼成して硬化させ、ヤング率24GPaの強度を有する複合材（ＦＲＰ）を得た。そして、中空部分を形造るためのスぺ−サー３として、部材本体１と同様の製法により、厚さ約2.5mmに成形したものを用いた。さらに、部材本体１には、板厚0.5mmのSUS304製角パイプを用いて、事前に真空排気流路４を形成した。

このようにして作製した各プレート１ａ、１ｂ、スぺ−サー３および前記真空排気流路４を、所定の位置に組み付け、エポキシ系樹脂接着剤を塗布して接着し、硬化処理して部材本体１を作製した（本発明１−１）。なお、比較例として、部材本体１の素材としてアルミニウム合金を用いた場合（比較例１−１）と、部材本体１の素材としてＦＲＰを用いるが、基板吸着側プレート１ａと真空排気側プレート１ｂとの間に中空構造を形成しない場合（比較例１−２）のものを準備した。

その後、真空排気側プレート１ｂ表面に、排気用ヘッド２を取り付け、一方、基板吸着側プレート１ａ表面には、真空吸引孔５を、キリもみにより118箇所穿孔形成した。この時、内部に配置されているSUS304製角パイプの排気流路４にも同時に開孔した。

このようにして成形された部材本体１の基板吸着側プレート１ａ面の平面度を、三次元形状測定器にて計測した結果、本発明１−１の平面度は、最大で0.08mmの撓みを発生した。しかし、比較例１−１では、平面度は、自重により最大で約３mmの撓みを発生し、比較例１−２では、最大で約1.5mmの撓みを発生した。
なお、前記平面度は、JIS B0021（1998）規定に従って測定した値である。

（実施例２）
次に、上記のとおり作製した部材本体１の基板吸着側プレート１ａの表面を、平面度が0.1mm以下になるように平面研削して調整した後、プラズマ溶射法により酸化クロムを、膜厚約0.5mmで溶射被覆した。その後、基板吸着側プレート１ａ表面の平面度を調整すると共に、表面粗さをRa：1.2〜1.5μmに調整した（本発明２−１）。
なお、試作した部材本体１の大きさは、最終的に650mm×850mm×6mm厚さとした。

また、比較例として、部材本体１の素材としてアルミニウム合金を用いた場合のもの（比較例２−１）、部材本体１の素材としてＦＲＰを用いるが、基板吸着側プレート１ａと真空排気側プレート１ｂとの間に中空構造を形成しない場合（比較例２−２）のもの、基板吸着側プレート１ａ表面に溶射皮膜を形成しないもの（比較例２−３）、基板吸着側プレート１ａの表面粗さRaが0.4μmまたは3.1μmのもの（比較例２−４、２−５）を準備した。

このように作製した各部材本体１の平面度および耐久性を測定した結果を表１に示す。なお、耐久性は、基板処理後の基板吸着側プレート１ａ表面の、基板との接触による摩耗を、表面粗さ(Ra)の増大により表わしたものである。
その結果、本発明２−１では、最大で0.05mm以内の精度を確保し、基板との接触による摩耗は認められなかった。

一方、比較例２−１では、最大平面度が3.0mmと大きい撓みを示した。また、比較例２−２では、最終平面度が0.15mmと大きいため、真空吸着能力が低下し、立ち上がりに長時間を有して生産性が低下した。さらに、比較例２−３では、基板吸着側プレート１ａ表面に溶射皮膜を形成していないため、該プレート表面が基板との接触により摩耗してしまった。

また、溶射皮膜の表面粗さが0.4μmの場合（比較例２−４）では、基板との接触による摩耗は認められなかったが、基板が真空吸着面側プレートの表面に緊密に密着してしまい、真空吸引停止後に該プレートから基板をリリースするのに時間がかかってしまった。一方、表面粗さが3.1μmの場合（比較例２−５）では、部材本体１への基板の吸着に長時間を要すると共に、十分な吸着ができず、高速回転によって基板が部材本体１から外れてしまった。

本発明にかかる基板処理装置用回転部材は、軽量でかつ高剛性を有し、また、耐久性に優れるものであり、半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ製造装置等の分野での適用が可能である。

本発明にかかる回転部材（真空排気側）を示す平面図である。 本発明にかかる回転部材（基板吸着側）を示す平面図である。 回転部材の部分断面図である。 真空排気側に設けられた排気用ヘッド部の部分断面図である。

符号の説明

１ 部材本体
１ａ 基板吸着側プレート
１ｂ 真空排気側プレート
２ 真空排気用ヘッド
３ スぺ−サー
４ 真空排気流路
５ 真空吸引孔
６ ネジ
７ 排気穴
８ 溶射皮膜
９ 回転器
１０ 基板

Claims (4)

1. 基板を保持する部材本体が、表・裏両面板の間に配したスペーサーまたはリブにより構成され、かつ、炭素繊維複合プラスチック材料にて構成された中空構造からなり、少なくともその真空吸着面側に、セラミックス、サーメット、金属・合金のうちから選ばれるいずれか一種以上からなる表面粗さが算術平均粗さＲａで１．２〜３．０μｍの溶射皮膜を被覆してなることを特徴とする基板処理装置用回転部材。
2. 前記部材本体は、その中空内部に真空排気流路を設けると共に、この真空排気流路の真空吸着面側には、多数の真空吸引孔を開孔してなることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置用回転部材。
3. 前記炭素繊維複合プラスチック材料は、炭素繊維と熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂との複合材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置用回転部材。
4. 半導体製造装置または液晶製造装置の基板回転器に取付けて用いられるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置用回転部材。

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