(57)【要約】【課題】軸受の負担を減少させ熱の影響等を回避できる低コストな処理装置を提供する。【解決手段】ステージ１０３を挟んで両側に、主筐体１０１及び副筐体１１０に対して、回転軸１０２を回転自在に支承するラジアル軸受１０５、１１２を設けることが、そのような振れ回りを防止する上で有効であり、かかる場合、比較的負荷容量の小さなラジアル軸受で、効果的に回転軸１０２の振れ回りを抑えることができる。【選択図】  図１
2005003033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有し、外部より低圧に維持されたプロセス室を有する筐体と、
前記プロセス室内にて、処理対象物を支持するステージと、
前記開口を介して前記プロセス室内へと延在し、前記ステージを支持する回転軸と、
前記筐体と前記回転軸との間に配置された第１の差動排気シールと、
前記ステージを挟んで両側に設けられた、前記筐体に対して前記回転軸を回転自在に支承するラジアル軸受と、
前記回転軸のスラスト荷重を制御する制御手段と、を有することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転軸の内方端を収容する圧力調整室と、前記圧力調整室の内圧を変化させるレギュレータとを含み、前記圧力室と前記プロセス室との間には、第２の差動排気シールが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記回転軸は、前記開口内を延在する部分が、前記プロセス室内を延在する部分より大径となっていることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記筐体に対して前記回転軸のスラスト荷重を支持するスラスト軸受を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の処理装置。
【請求項５】
前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受は非接触型の軸受であることを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
前記非接触型のエアベアリングであることを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
【請求項７】
前記回転軸は、外部の駆動源に対して磁気カップリングを介して連結されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば真空雰囲気に維持されたプロセス室内で処理を行える処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば縦型拡散炉などの半導体製造装置などにおいては、真空雰囲気に維持されたプロセス室内で、ウェハなどの処理対象物に酸化膜を成膜する処理が行われている。かかる成膜処理においては、特許文献１に示すように、処理ムラを防止するために処理対象物が支持されているステージを回転軸に取り付けて、プロセス室内で回転させるようにしている。
【０００３】
かかる成膜処理においては、回転軸とプロセス室を覆う筐体との間を通って外部から大気が侵入し真空雰囲気を損なわないように、回転軸と筐体との間をシールする必要がある。このようなシールとして、特許文献２に記載する差動排気シールが知られている。差動排気シールは、筐体と軸との間に生じた微小スキマ内の空気を吸引することで、開口を介してプロセス室内の雰囲気を維持する機能を有するものである。
【特許文献１】
特開２００１−１６８０４７号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０３３２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載の半導体製造装置においては、回転軸の先端に、多数のウェハを搭載した重量のあるウェハボートを取り付けているため、そのスラスト荷重を何らかの手段で支持する必要がある。特許文献１には記載がないが、かかる場合、スラスト軸受によって回転軸を支持するのが一般的である。しかしながら、このような重量物を支持するためには、比較的負荷容量の大きなスラスト軸受を用いなくてはならず、コストが増大する。加えて、特許文献１に示された回転軸は、片持ちであり、回転軸の振れ回りを抑えるためには、比較的負荷容量の大きなラジアル軸受を併せて用いなくてはならず、同様にコストが増大する。更に、プロセス室内にて熱処理を行う場合、回転軸を介して伝達する熱をどう処理するかも問題となる。
【０００５】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、軸受の負担を減少させ熱の影響等を回避できる低コストな処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の処理装置は、
開口を有し、外部より低圧に維持されたプロセス室を有する筐体と、
前記プロセス室内にて、処理対象物を支持するステージと、
前記開口を介して前記プロセス室内へと延在し、前記ステージを支持する回転軸と、
前記筐体と前記回転軸との間に配置された第１の差動排気シールと、
前記ステージを挟んで両側に設けられた、前記筐体に対して前記回転軸を回転自在に支承するラジアル軸受と、
前記回転軸のスラスト荷重を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
【作用】
本発明の処理装置は、前記ステージを挟んで両側に、前記筐体に対して前記回転軸を回転自在に支承するラジアル軸受を設けているので、比較的負荷容量の小さなラジアル軸受で、効果的に前記回転軸の振れ回りを抑えることができる。更に、前記回転軸のスラスト荷重を制御する制御手段を設けているので、スラスト軸受の負担を軽減し、制御の程度によってはスラスト軸受を省略することもできる。
【０００８】
更に、前記制御手段は、前記回転軸の内方端を収容する圧力調整室と、前記圧力調整室の内圧を変化させるレギュレータとを含み、前記圧力室と前記プロセス室との間には、第２の差動排気シールが設けられているので、前記レギュレータにより、前記圧力制御室の内圧を変化させることで、前記内方端へ付与する圧力を調整して、前記回転軸のスラスト荷重を制御することができる。更に、前記圧力調整室と前記プロセス室との間の気体移動は、それらの間に設けられた前記第２の差動排気シールによって阻止されるため、前記プロセス室内の負圧環境が阻害されることが抑制される。
【０００９】
更に、前記回転軸は、前記開口内を延在する部分（例えば細軸）が、前記プロセス室内を延在する部分（例えば太軸）より大径となっていると、前記プロセス室の内圧と外部の圧力との差に基づく力を、前記回転軸に付与しやすいので好ましい。
【００１０】
更に、前記筐体に対して前記回転軸のスラスト荷重を支持するスラスト軸受を有すると、前記制御手段に不具合が生じた場合などの非常時にも、前記回転軸の回転を静止させることがなく好ましい。
【００１１】
更に、前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受は非接触型の軸受であると、回転抵抗が極めて小さいので好ましい。
【００１２】
更に、前記非接触型のエアベアリングであると好ましい。
【００１３】
更に、前記回転軸は、外部の駆動源に対して（駆動源に連結された駆動軸等を介在させた場合を含む）磁気カップリングを介して連結されていると、前記プロセス室内が高熱に曝された場合でも、前記回転軸の駆動源への熱の伝達を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図１、２は、第１の実施の形態にかかる処理装置１００の正面断面図であり、図１は、回転軸の静止した状態を示し、図２は回転軸の回転している状態を示している。図３は、図１の矢印ＩＩＩで示す部分を拡大した図である。
【００１５】
図１において、内部にプロセス室Ｐと圧力調整室Ｖとを有する主筐体１０１は、図で下面に開口１０１ａを有している。開口１０１ａを貫通するようにして、外方から回転軸１０２が、鉛直方向に沿って挿通されている。回転軸１０２は、主筐体１０１内を延在する細軸１０２ａと、開口１０１ａに囲われた（細軸より大径の）太軸１０２ｂと、主筐体１０１の外方に位置するフランジ部１０２ｃとを有している。回転軸１０２の細軸１０２ａの周囲には、５層にステージ１０３が取り付けられており、その上には処理対象物であるウェハＷが多数配置されている。回転軸１０２の上端１０１ａは、圧力調整室Ｖ内に侵入している。
【００１６】
圧力調整室Ｖは、エアレギュレータ１０４に接続され、その内圧を調整されるようになっており、プロセス室Ｐは、不図示のターボ分子ポンプ等に接続され、真空状態に維持されるようになっている。
【００１７】
主筐体１０１において、プロセス室Ｐと圧力調整室Ｖとの間の通路１０１ｂには、回転軸１０２の上端近傍を回転自在に支持するラジアル軸受１０５と、（第２の）差動排気シール１０６とが設けられている。一方、開口１０１ａにも（第１の）差動排気シール１０９が設けられている。
【００１８】
差動排気シール１０６，１０９は、圧力差のある２空間（ここでは圧力制御室Ｖとプロセス室Ｐ、及びプロセス室Ｐと筐体１０１の外部）の間にある、回転軸１０２に対向する筐体１０１の隔壁内周に、全周溝１０６ａ、１０９ａ（以降、排気ステージという）を設けて、それらに排気ポンプＰ１，Ｐ２及びＰ３，Ｐ４を接続したものである。回転軸１０２の外周面と筐体１０１の内周面とのクリアランスを極力小さくすると、圧力抵抗が大きくなり、高圧空間側から流入するエアの量が少なくなる。流入する大半の量のエアを排気ステージ１０６ａ、１０９ａで捕捉し排気ポンプＰ１，Ｐ２及びＰ３，Ｐ４で排気すると、低圧空間側へはエアの流入がほとんどなくなる。したがって、回転軸１０２が回転（又は直動）自在に貫通しているにもかかわらず、隣接する空間は気密的に隔離された状態となるる。排気ステージ１０６ａ、１０９ａに接続される排気ポンプの能力に応じて、より多段の排気ステージを設ける場合もある。このような差動排気シール１０６，１０９は、非接触であるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を持つ。
【００１９】
主筐体１０１の開口１０１ａが設けられた下面に対してスキマを空けるようにして、副筐体１１０が配置されている。主筐体１０１も副筐体１１０も、不図示の定盤に固定される。副筐体１１０内には、不図示の駆動源から回転力を伝達される駆動軸１０７が、一対のラジアル軸受１０８、１０８により回転自在に支承されている。駆動軸１０７は、その上端に、回転軸１０２のフランジ部１０２ｃに対向するようにして、円盤部１０７ａを有しており、フランジ部１０２ｃと円盤部１０７ａとの間には、磁気カップリング１１８が設けられている。磁気カップリング１１８は、フランジ１０２ｃに固定された磁石と、それに対向して円盤部１０７ａに固定された磁石とを用いて、駆動軸１０７の回転力を磁気力により非接触状態で回転軸１０２へ伝達する機能を有するものであり、良く知られているので、その説明は省略する。
【００２０】
図１において、回転軸１０２のフランジ部１０２ｃの上面は、主筐体１０１の下面に設けられたスラスト軸受１１１により支持され、フランジ部１０２ｃの側面は、副筐体１１０の内周面に設けられたラジアル軸受１１２により支持され、更にフランジ部１０２ｃの下面は、副筐体１０２の底面に設けられたスラスト軸受１１３により支持されている。すなわち、回転軸１０２は、ステージ１０３を挟んで両側で、ラジアル軸受１０５，１１２により回転自在に支持されている。本実施の形態では、主筐体１０１と副筐体１１０とで筐体を構成する。
【００２１】
図３に示すように、スラスト軸受１１１と、ラジアル軸受１１２はエアベアリングである。より具体的には、スラスト軸受１１１は、主筐体１０１の下面に配置され多孔を有する吹き出し部１１１ａと、エア源１１１ｂと、吹き出し部１１１ａとエア源１１１ｂとを主筐体１０１壁内部を通して連通する連通する配管１１１ｃとを有している。エア源１１１ｂから供給されるエアを吹き出し部１１１ａから回転軸１０２のフランジ部１０２ｃ上面に向かって吐出することで、フランジ部１０２ｃのスラスト力を非接触で受けることができる。
【００２２】
一方、ラジアル軸受１１２は、副筐体１１０の内周面に配置され多孔を有する吹き出し部１１２ａと、外部のエア源１１１ｂ（スラスト軸受１１１と共有するが、別個でも良い）と、吹き出し部１１２ａとエア源１１２ｂとを副筐体１１０壁内部を通して連通する配管１１２ｃとを有している。エア源１１１ｂから供給されるエアを吹き出し部１１２ａから回転軸１０２のフランジ部１０２ｃ側面に向かって吐出することで、フランジ部１０２ｃのラジアル力を非接触で受けることができる。
【００２３】
尚、図３に示すスラスト軸受はエアベアリングに限られない。例えば変形例を示す、図４に示すごとく、フランジ部１０２ｃに接触する（図では離隔状態で示している）玉軸受からなるスラスト軸受１１１’を設けても良い。ラジアル軸受１１２は、上記実施の形態と同様にエアベアリングである。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。尚、動作前の状態では、図１に示すように、フランジ部１０２ｃがスラスト軸受１１３に接しているため、回転軸１０２のスラスト力は、全てスラスト軸受１１３で支持されることになるが、回転軸１０２が静止している限り、スラスト軸受１１３の負担は少ないため、その負荷容量に制限を受けることはなく、またプロセス室Ｐの加熱前であるため、耐熱性も不要である。従って、スラスト軸受１１３は、低コストな軸受で足りることとなる。
【００２５】
処理を行うため、ステップＳ１０１で、作業者がステージ１０３にウェハを搭載し、ステップＳ１０２で、排気ポンプＰ３，Ｐ４を駆動して第１の差動排気シール１０９を動作させた後、ステップＳ１０３で、不図示のターボ分子ポンプを駆動して、プロセス室Ｐ内を真空状態にする。かかる状態では、圧力調整室Ｖもプロセス室Ｐと同じ気圧に維持される。
【００２６】
このとき、主筐体１０１の開口１０１ａ内を延在する回転軸１０２の太軸１０２ｂが、プロセス室Ｐと外部との差圧で上方に力を受けるため、回転軸１０２は、浮上して図２に示すようになる。かかる状態では、副筐体１１０に配置されたスラスト軸受１１３より、回転軸１０２のフランジ部１０２ｃが離隔するが、エア源１１１ｂを駆動することで、吹き出し部１１１ａからエアが吹き出されるため、そのエア圧をフランジ部１０２ｃが受けることで、回転軸１０２の上昇は停止し、一定位置に維持される。尚、図４に示す変形例の場合、フランジ部１０２ｃは、スラスト軸受１１１’に当接することで回転軸１０２の上昇が停止する。
【００２７】
ここで、ステージ１０３に搭載したウェハＷの個数がロットによって規定数と異なる場合は、回転軸１０２の浮上力が不足したり、過度となったりする恐れがある。そこで、本実施の形態においては、圧力制御室Ｖの内圧を調整して、回転軸１０２の浮上力を調整している。
【００２８】
より具体的には、ステップＳ１０４で、排気ポンプＰ１，Ｐ２を駆動して第２の差動排気シール１０６を動作させて、圧力室Ｖとプロセス室Ｐとを気圧的に隔離した後、ステップＳ１０５で、レギュレータ１０４を駆動して、圧力調整室Ｖの圧力制御を行う。それにより、回転軸１０２は、細軸１０２ａの上端に気圧が付与されるため、下方に向かう力を受け、これらを釣り合わせることで、最適な位置に回転軸１０２を位置させることができる。
【００２９】
図５は、回転軸１０２の受ける力の関係を示した模式図である。図５において、回転軸１０２の自重をＦｓｆｔとし、ウェハの総重量をＦｗａｆとし、磁気カップリング１１８の吸引力をＦｍｇとし、圧力調整室Ｖの内圧により回転軸１０２が受ける降下力をＦｄとし、プロセス室Ｐの気圧と大気との差圧による回転軸１０２の浮上力をＦｕとしたときに、以下の関係が成立するように、Ｆｄを調整すれば良い。すなわち、本実施の形態によれば、圧力制御室Ｖの内圧の調整により、スラスト軸受１１１の負担を軽減できるため、スラスト軸受１１１は容量の小さなものを採用することもできる。この利点は、設置は容易だが負荷容量の増大が比較的困難という特性を有するエアベアリングにとって好都合といえる。ただし、制御の精度によってはスラスト軸受１１１を省略することも可能である。
Ｆｕ＝Ｆｓｆｔ＋Ｆｗａｆ＋Ｆｍｇ＋Ｆｄ
【００３０】
更に、図６のステップＳ１０６で、不図示の駆動源から動力供給を行うことで駆動軸１０７が回転するので、磁気カップリング１１８を介して回転軸１０２が、１分間に３〜１０回転の割合で回転する。かかる状態で、プロセス室Ｐ内を２００〜１１００℃の温度に上昇させれば、ステップＳ１０７で、ウェハＷに酸化膜を成膜するなどの処理を行うことができる。尚、回転軸１０２の浮上は、０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度と小さく設定されているため、一対の磁石が離隔することによる磁気カップリング１１８の機能低下は、最小限に抑えられることとなる。
【００３１】
処理後に、プロセス室Ｐ内の温度を低下させ、ステップＳ１０８で、不図示の駆動源からの動力を遮断すると、回転軸１０２が停止し、ステップＳ１０９で、圧力制御室Ｖへエアを導入して徐々に大気圧に戻し、回転軸１０２を静かにスラスト軸受１１３上に着地させる。ステップＳ１１０で、プロセス室Ｐ内への大気導入を許容し、ステップＳ１１１で、不要になった差動排気シール１０６，１０９を停止させる。よって、ステップＳ１１２で、作業者は処理済みのウェハＷを取り出すことができ、それにより処理作業が完了する。
【００３２】
以上の動作において、回転軸１０２には、本来的にラジアル荷重は生じないが、回転アンバランスなどにより回転軸１０２の振れ回りが生じる恐れがある。そこで、本実施の形態のように、ステージ１０３を挟んで両側に、主筐体１０１及び副筐体１１０に対して、回転軸１０２を回転自在に支承するラジアル軸受１０５、１１２を設けることが、そのような振れ回りを防止する上で有効であり、かかる場合、比較的負荷容量の小さなラジアル軸受で、効果的に回転軸１０２の振れ回りを抑えることができる。
【００３３】
又、プロセス室Ｐ内が高温に維持されると、回転軸１０２も加熱されて高温になるが、上述したように、回転軸１０２が浮上し非接触の状態で回転する限り、回転軸１０２から外部への熱伝達を効果的に抑制できる。尚、図４の変形例に示すように、接触形のスラスト軸受１１１’を設けた場合でも、圧力制御室Ｖの内圧の調整により、回転軸１０２がスラスト軸受１１１’に接触する頻度を極力するなくすることができ、熱の伝導を抑えることができる。一方、ラジアル軸受１０５，１１２を接触形の軸受にした場合であるが、上述したように回転軸１０２には、本来的にラジアル荷重は生じないため、熱の伝導は同様に抑えられる。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の処理装置は、前記ステージを挟んで両側に、前記筐体に対して前記回転軸を回転自在に支承するラジアル軸受を設けているので、比較的負荷容量の小さなラジアル軸受で、効果的に前記回転軸の振れ回りを抑えることができる。更に、前記回転軸のスラスト荷重を制御する制御手段を設けているので、スラスト軸受の負担を軽減し、制御の程度によってはスラスト軸受を省略することもできる。更に、スラスト軸受にエアベアリングを用いることで、熱伝達の遮断を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる処理装置１００の正面断面図である。
【図２】本実施の形態にかかる処理装置１００の正面断面図である。
【図３】図１の矢印ＩＩＩで示す部分を拡大した図である。
【図４】本実施の形態の変形例を示す図である。
【図５】回転軸１０２の受ける力の関係を示した模式図である。
【図６】処理工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００  処理装置
１０１  主筐体
１０２  回転軸
１０３  ステージ
１０４  エアレギュレータ
１０５  ラジアル軸受
１０６  差動排気シール
１０７  駆動軸
１０９  差動排気シール
１１０  副筐体
１１１  スラスト軸受
１１２  ラジアル軸受
１１３  スラスト軸受
１１８  磁気カップリング
Ｐ  プロセス室
Ｖ  圧力調整室
Ｐ１〜Ｐ４  排気ポンプ
Ｗ  ウェハ
【図１】
2005003033.tif 000003
【図２】
2005003033.tif 000004
【図３】
2005003033.tif 000005
【図４】
2005003033.tif 000006
【図５】
2005003033.tif 000007
【図６】
2005003033.tif 000008