JP4937278B2 - 板状物品の流体処理用装置 - Google Patents

Description

本発明は板状物品の流体処理用装置に関する。より特別には、本発明は、板状物品を保持しかつ回転軸線まわりにこれを回転させるための回転ヘッド及び非接触で回転ヘッドを懸架し駆動する駆動手段を備えた板状物品の流体処理用装置に関する。かかる駆動手段は回転ヘッドのまわりに放射状に配置される。

かかる板状物品は、半導体ウエーハ、又はＣＤのような円板状物品、並びにフラットパネルディスプレイ装置のような多角形の物品とすることができる。用語流体は（例えば、エッチング、洗浄用又はリンス用の）液体及び気体を含むが、超臨界液（例えば、超臨界ＣＯ_２）、又は２相又は多相のシステム（例えばエアゾール）のようなその他の流体も含む。

かかる駆動用組立体及び半導体産業におけるその使用は、例えば特許文献１より本技術において知られている。駆動用組立体は、回転ヘッド及び回転ヘッドを非接触で懸架しかつ駆動する駆動手段を備える。回転ヘッドの軸方向及び回転方向の支持及び回転速度は、円周方向に配列された複数の磁気コイルにより制御される。軸方向の支持は、永久磁石によって行うこともできる。非接触で回転ヘッドを懸架し駆動する駆動手段により駆動されるかかる回転ヘッドは、浮遊式回転ヘッドと呼ぶことができる。
米国特許第６，４８５，５３１号 明細書 米国特許第４，９０３，７１７号 明細書 米国特許第５，９８９，３４２号 明細書 米国特許第５，７８８，４５３号 明細書 米国特許第５，８４５，６６２号 明細書 欧州特許第１０６７５９０Ａ２号 明細書 米国特許第５，３７５，２９１号 明細書 米国特許第６，３５５，９９８号 明細書 米国特許第６，２４９，０６７号 明細書 米国特許第６，２２２，２９０号 明細書

板状物品を回転時に処理するための改良されたシステムを提供することが本発明の一目的である。

本発明は、板状物品の流体処理のための装置であって：板状物品を保持しかつ回転軸線まわりに回転させるための回転ヘッド；回転ヘッドを非接触に懸架しかつ駆動するための
駆動手段であって、回転ヘッドのまわりに放射状に配列された前記駆動手段；回転軸と実質的に同心な実質的円筒状の壁であって、回転ヘッドと駆動手段との間に配列されかつ回転ヘッドと駆動手段との間に間隙内に挿入された前記円筒状の壁；及び回転ヘッド及び壁を互いに回転軸線に沿って軸方向に動かすための軸方向移動手段を備えた装置を提供することによりこの目的を充たす。

かかる回転ヘッドはスピンチャックとも呼ばれる。回転ヘッドは、板状物品と縁で接触しているリングにより板状物品を保持することができる。板状物品の加速及び減速は、単に摩擦によりなされるだけである。板状物品のこの保持は、板状物品の縁において板状物品と接触するピン又は爪により支援することができる。ピンは、板状物品を握持するために可動とすることができる。かかるピンは、例えば、特許文献２に説明されるように歯車により偏心的に動かすことができる。しかし、かかる歯車は、磁気スイッテにより円筒状の壁を通して非接触な方法で切り替えることができる。特許文献３においては、偏心ピンが磁力により直接切り替えられる。別のピン運動機構が、例えば特許文献４又は５に明らかにされている。ピンを開閉させる別の方法が特許文献６に明らかにされ、これにおいては、ピンは遠心力で閉じられ、そして重力により開かれる。特許文献７においては、チャックが加速され又は減速されたとき握持用の爪が閉じられ、この爪の運動は回転可能に取り付けられた不活性質量により駆動される。

浮遊式回転ヘッドを軸方向で動かすことの利点は、部材（例えば、板材）までの板状物品の距離を変えることである。かかる部材は、例えば音波による処理又は加熱のための板材とすることができる。別の利点は、板状物品を回転チャック上に容易に置きかつ取り上げることができるように回転チャックを上昇位置に持ち上げることである。これにより、閉鎖された室内で板状物品を液体、気体又はその他の流体で処理でき、及び単に頂部のカバーで室を閉鎖することができる。

軸方向移動手段は、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、ボールスピンドル、リニアモーター、ベルト駆動のグループから選ぶことができる。かかる軸方向移動手段は駆動手段を動かし、これにより回転ヘッドを間接的に動かす。別の実施例においては、軸方向移動手段は駆動手段の部分であり、回転ヘッドの軸方向の支持は一種のリニアモーターとして提供される。これにより、回転ヘッドは、駆動手段を動かすことなしに円筒状の壁に関して軸方向で動かすことができる。

回転ヘッドと駆動手段との間の間隙は２−１０ｍｍの範囲であることが好ましい。間隙がより大きくなると、磁気駆動組立体のローターとステーターとの間の磁気相互作用が弱くなる。

一実施例においては、円筒状の壁は閉鎖可能な室の部分であり、このため、板状物品は周囲圧力とは異なった選定可能な圧力で処理することができる。周囲圧力に対するかかる圧力差は数バールまで（例えば２−１０バール、又は超臨界流体が使用される場合は１０００バールまで）の高圧又は（例えば、数ｍＰａ又はそれ以下までの）真空とすることができる。閉鎖可能な室は、円筒状の壁に対して封鎖された開口可能なカバーを備えることが好ましい。かかる開口可能なカバーは、回転ヘッド上に板状物品を置き又は取り上げるための室への容易な接近を与える。

構成を簡単にするために、開口可能なカバーを開くための手段は、軸方向移動手段と同時に作動することができる。このような場合、回転ヘッドとカバーとは、一緒に軸方向で動かされる。

別の実施例においては、開口可能なカバーを開くための手段と軸方向移動手段とは互い
に分離される。かかる分離により、回転ヘッドからカバーまでの距離を変えることができ、このことは、板状物品の処理のためにカバーに取り付けられる機能要素（例えば、超音波変換器、又は加熱用部材、又は複数の液体分配装置、又は発光用要素（例えば、紫外線光源））がある場合に特に有用である。これは、液体処理中の板状物品からカバーまでの距離が板状物品を回転ヘッド上に置き又は取り上げるときよりも恐らくは小さいため有用である。

有利な実施例においては、カバーの各側を、処理される板状物品に面するように選ぶことができるように、開口可能なカバーが反転可能に取り付けられる。かかる反転可能なカバーが使用される場合は、カバーの各側に異なった機能要素（例えば、超音波変換器、又は加熱用部材、又は複数の液体分配装置、又は発光用要素（例えば、紫外線光源））を装着することができる。例えば、一方の側に液体分配用のノズルと振動用要素（超音波変換器）を取り付け、一方、反対側に加熱用要素及びガス源を取り付けることができる。例えば液体の超音波処理は高圧下（例えば２バール）で、続いて高温下（２００−５００℃まで）で真空ガス処理を行うことができる。

板状物品の開口可能なカバーに面する側が流体で処理されるべきときは、開口可能なカバーが第１の媒体源に連結されることが好ましい。流体は、開口可能なカバーにおける１個又は複数個のノズルを経て分配される。

別の実施例においては、板状物品の第２の側に媒体を供給するために、第２の媒体供給手段が設けられる。板状物品の両面を処理すべきときはこれが有利である。

なお別の実施例においては、軸方向移動手段、壁、回転ヘッド及び駆動手段は、板状物品が円筒状側壁により囲まれた空間内でない位置に動かされるように回転ヘッドが回転軸線に沿って動けるように相互配置される。輸送手段（例えば、ロボットのエンドエフェクター）による板状物品の装填及び取出しのためのアクセスを容易にするのに有用である。これは、また、板状物品から液体を円筒状の壁内でない区域に振り落とす場合にも有用である。これは、続く乾燥工程（例えば、閉鎖された室の処理に続くスピン乾燥とマランゴニ乾燥との組合せ）に対しても有用である。

装置が、板状物品と実質的に平行でありかつ処理時に前記板状物品に面している第１の板材を備えることが有利である。前記板材はカバーの部分とすることができ、又はカバーの反対側であり従って板状物品のカバーに面していない側の面に面しているとすることができる。板状物品は、軸方向移動手段により板材の近くに置くことができ、板状物品と板材との間の距離ｄ１を数ｃｍ（例えば５ｃｍ）ないし０．１ｍｍから選ぶことができ又は板状物品と接触する０ｍｍとすることもできる。特定の距離ｄ１は、例えば、第１の板材に超音波変換器が取り付けられた場合に最適の超音波性能を有するように選定することができる。

第１の板材が底部材の部分である場合は、これは円筒状の壁とともにカップを形成する。カップが液体で充たされると、回転ヘッドと板状物品とは完全に浸漬される。これにより枚葉式ウエーハ技術と浸漬式技術との可能な組合せが導かれる。かかるカップは、開口可能なカバーあり又は無しで使うことができる。

第１の板材が振動要素と音響的に結合されることが有利である。これにおいては、第１の板材はカバーの部分とすることができ、或いはカバーと向かい合いとすることができる。後者の場合は、第１の板材は、板状物品のカバーに面していない側に面する。

第１の板材に加えて第２の板材を設けることができ、このときは、第２の板材は、板状
物品と実質的に平行であるが、処理時には板状物品に関して第１の板材とは反対側にある。従って、この２個の板材は、板状物品の両側を同時に又は交互に処理するために板状物品に隣接して配列することができる。

装置及び方法の上述の実施例の考え得る各組合せは、本発明の範囲内にあると考えられる。

本発明の更なる詳細及び利点は、好ましい実施例の詳細な説明より具体化することろができる。

図１は、開口状態にある本発明による板状物品Ｗを流体処理するための装置１の第１の実施例の図式的な断面図である。下方フレーム板４がボールスピンドル３により上方フレーム板２に連結される。ボールスピンドル３は、一方がフレーム部分であり、他方が軸方向移動手段の部分である。安定性を強化するために追加のフレーム部分（図示せず）を設けることができる。

下方フレーム板４の上方部分に室の底板７が下方フレーム板４と平行に取り付けられる。円筒状の側壁５が、その回転軸線Ａとボールスピンドル３とが実質的に平行な状態で底板７に取り付けられる。円筒状側壁５は、底板に耐圧式に連結される。これは部品を一緒に溶接することにより、或いは側壁５を底板７にねじ込み又はクランプしそしてＯリングで封鎖することにより達成することができる。或いは、円筒状側壁５と底板７とを一体部品として作ることができる。

チャックユニット１０が、軸方向で動くことができるようにボールスピンドル３に取り付けられる。チャックユニット１０は、単に円筒状側壁５を囲んでいるリングの形式を有するステーター１１、及び浮遊式の回転ヘッド１４を備える。ステーター１１は、回転チャックを駆動しかつ軸方向及び半径方向で支持するために複数の電磁コイル１２を備える。或いは、軸方向の支持のために永久磁石を使用することができる。回転ヘッド１４は、その外周に複数の永久磁石１５を円周方向に配列して形成されたリングである。ステーター１１の内径及び回転ヘッド１４の外径は、ローターとステーターとの間の間隙ｇ１が２−５ｍｍの範囲であるように選定される。そこで、側壁とローターとの間及び側壁とステーターとの間に空隙がある。側壁の厚さは、間隙ｇ１（例えば、１．５−４．５ｍｍ）より幾分か小さい。浮遊式ローターを備えているかかる駆動組立体は、無軸受式ディスクモーター又は磁気軸受と呼ばれ、その詳細は特許文献８、９又は１０から学習することができる。

ステーター１１は、ボールスピンドル駆動装置１３によりボールスピンドル３に沿って軸方向に駆動される。ステーター１１が上昇するとき、回転ヘッド１４及びこれとともに板状物品Ｗが円筒状側壁５に対して持ち上げられ、これにより回転ヘッド１４及びステーター１１は円筒状側壁５と接触しない。

回転ヘッド１４は、板状物品（ウエーハＷ）を保持するために握持ピン１８を備える。かかる握持ピンは、上に説明されたように、固定され、傾くことができ、又は偏心して動くことができる。

円筒状側壁５の上の縁と上方フレーム板２との間に、カバーユニット２０が、円筒状側壁５の回転軸線Ａと実質的に直角方向に置かれる。カバーユニット２０は、カバー２１用のフレーム及びカバー板２２を備える。カバーユニット２０は、ボールスピンドル３に連結されボールスピンドル駆動装置２３により軸方向で動くことができる。ボールスピンド
ル駆動装置２３は、カバーユニット２０をボールスピンドル３に沿って垂直方向で動かすことができる。カバーユニット２０が下向きに動かされると、これはＯリングシール１９により円筒状側壁５の上の縁に対して封鎖される。

上方のカバー板２２に複数の超音波変換器２５が配置される。しかし、かかる超音波変換器はこれらと音響的に連結されたカバー板の外側に取り付けることもできる。複数の超音波変換器２５は、板状物品のある半径又は板状物品の一部分を単に覆うだけである。従って、板状部分の１回転の時間系列で板状物品の表面全体が超音波変換器により処理される。

第１の媒体供給装置Ｍ１が室６に第１の媒体を供給する。媒体供給装置Ｍ１は、カバー板２２の（矢印で示された）中央媒体供給ノズルに連結され、カバー板に面する板状物品の表面上に流体を供給する。媒体供給装置Ｍ１は弁Ｖにより切り替えられる。或いは、かかる媒体が互いに混合することなく数種の異なった媒体を迅速に切り替えるために弁カスケードを設けることができる。かかる媒体は、例えば液体、気体又はその他の流体とすることができる。液体供給段階に乾燥段階がすぐ追従し、気体が供給され、更に再び液体供給段階が追従する。

第２の媒体供給装置Ｍ２が室６と連通している。媒体供給装置Ｍ２は底板７の（矢印で示された）媒体供給ノズルに連結され、底板に面している板状物品の表面上に流体を供給する。従って、板状物品の両面が、同時に同じ液体で又は交互に異なる液体で処理される。板状物品の両面が異なる液体で交互に処理され又は両面が同じ液体で同時に処理されるならば、液体が混合することなく集めることができ、再使用することができる。異なる液体が各面に同時に使用されるときは、これらは混合し再使用することはできない。媒体供給装置Ｍ２は弁Ｖ２により切り替えられる。

流体は吐出管Ｄを通って排出され、これは弁Ｖ４により切り替えられる。しかし、媒体供給装置Ｍ１又はＭ２の供給管に真空を適用することによりこれら供給装置を経て排出させることもできる。

図１−３を参照し、本装置の運転が説明される。室を開口するためにカバーユニット２０が持ち上げられる。同時に、ロボットのエンドエフェクター（図示せず、例えばフォーク、ウエーハグリッパー）がローターに容易に接近できるようにチャックユニット１０が図２に示されるように持ち上げられる。板状物品Ｗが回転ヘッド１４上に置かれる。その後、回転ヘッドが作動位置に下げられ、カバーが閉鎖され（図３）そして処理工程が開始される。

処理中、洗浄液が媒体供給装置Ｍ１及びＭ２を経て板状物品の両面に分配され、液体は吐出管Ｄを経て排出される。超音波処理（例えば、１．５ＭＨｚ）のために、超音波変換器２５を含んだカバー板と板状物品との間の距離ｄ１が、例えば０．１ｍｍに減らされる。距離ｄ１は、（例えば０．５と１．５との間で）周期的に変えることができる。更に、（例えば、大気圧より約０．５バール高い１．５バール）の圧力を加えることができ、更に最終的に圧力は（例えば、周波数１０Ｈｚ ±０．２バール）周期的に変えられる。或いは、このような周期的に変えられる圧力を、１バール以下又は約１バールとする（即ち、高圧から真空に周期的に切り替える）ことができる。更なるリンス段階の後、Ｄｌウオーター液が、気体（例えば１ＰＡ／Ｎ_２）により直接排出され、又は第２のリンス液（例えば２プロパノール）により直接排出される。かかる第２のリンス液は、その後、気体（例えば、Ｎ_２）により排出される。室の真空排気により乾燥を更に強化することができる。不活性気体による室の清掃の後、室が開口され、そして回転ヘッドから板状物品が取り上げられる。

図４は、本発明の第２の実施例を示す。この第２の実施例は二つの追加の特徴を備えるが、これは別個に適用することができる。

第１の追加の特徴はカバー２１用の反転可能なフレームであり、これは水平方向軸線Ｈまわりに裏返しにすることができる。第１のカバー板２２に加えて第２のカバー板２４がカバー２１のフレームに取り付けられる。加熱用要素２６は第２のカバー板の要素であり、そして媒体源Ｍ３が中央ノズルと連通する。或いは、カバー板２２又は２４を使うことができる。かかる反転可能なカバー用のフレームは頂部カバー用だけでなく底部カバー用として、又は頂部カバーと底部カバーとの両者に使用することができる。

図４に示される第２の追加の特徴は中央底部板２７であり、これは板状物品のごく近くに置き得るように形状及び寸法が選定される。距離ｄ２は０．５−２ｍｍとすることができる。底板２７には超音波変換器２８が装備される。追加の、又はこれに変わる加熱用要素を設けることができる。

開口状態における本発明の第１の実施例の図式的な断面図を示す。 板状物品を装填するために開口状態にある本発明の第１の実施例の図式的な断面図を示す。 開口状態にある本発明の第１の実施例の図式的な断面図を示す。 開口状態にある本発明の第２の実施例の図式的な断面図を示す。

Claims (12)

1. 板状物品の流体処理のための装置であって、
   板状物品を保持しかつ回転軸線まわりに回転させるための回転ヘッド、
   回転ヘッドを接触しないで懸架して駆動するため回転ヘッドのまわりに放射状に配列された駆動手段、
   板状物品の第１の面に媒体を供給するための第１の媒体供給手段、
   回転軸と同心であり、回転ヘッドと駆動手段との間に設けられかつ回転ヘッドと駆動手段との間の間隙内に挿入され、板状物品を周囲圧力とは異なった選定可能な圧力で処理することができるよう閉鎖可能な室の部分である、円筒状側壁、及び
   回転ヘッド及び円筒状側壁を互いに回転軸線に沿って軸方向に動かすための軸方向移動手段、
   を備え、
   閉鎖可能な室が、円筒状側壁に対して封鎖され回転ヘッド上に板状物品を置き又は取り上げるための接近に適した開口可能なカバーを備え、板状物品が円筒状側壁により囲まれた空間内でない位置に動かされるように回転ヘッドが回転軸線に沿って動き得るように、軸方向移動手段、円筒状側壁、回転ヘッド及び駆動手段が互いに配置される、ことを特徴とする装置。
2. 軸方向移動手段が、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、ボールスピンドル、リニアモーター、ベルト駆動装置のグループから選定される請求項1に記載の装置。
3. 回転ヘッドと駆動手段との間の間隙が２−１０ｍｍの範囲内である請求項１に記載の装置。
4. 開口可能なカバーを開くための手段が、更に軸方向移動手段である請求項1に記載の装置。
5. 開口可能なカバーを開くための手段及び軸方向移動手段が互いに分離された請求項1に記載の装置。
6. 開口可能なカバーが、カバーの各面を処理時に板状物品に面するように選ぶことができるように反転可能に取り付けられる請求項1に記載の装置。
7. 開口可能なカバーが、媒体を供給するために第１の媒体源に連結される請求項1に記載の装置。
8. 板状物品の第２の面に媒体を供給するための第２の媒体供給手段を有する請求項１に記載の装置。
9. 板状物品と平行でありかつ処理時に前記板状物品に面している第１の板材を有する請求項１に記載の装置。
10. 第１の板材が、壁とともにカップを形成している底部部品の部分である請求項９に記載の装置。
11. 第１の板材が、振動要素と音響的に結合される請求項９に記載の装置。
12. 板状物品と平行な第２の板材を有する請求項９に記載の装置。

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