磁気浮上型回転導入機
【課題】磁性流体シールを使用する必要がない磁気浮上型を採用し、しかも装置としてのアキシャル方向の長さを極力短くすることができるようにする。
【解決手段】回転動力を出力する回転子１２を備え、回転子１２は、回転子１２のラジアル方向に配置されて該回転子１２のラジアル方向変位を非接触で制御する２組以上のラジアル磁気軸受４０と、回転子１２の周囲に３組以上に分割配置されて該回転子１２のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受５０によって、所定の位置に非接触で回転支承され、ラジアル磁気軸受４０のラジアル電磁石４４とアキシャル磁気軸受５０のアキシャル電磁石５４は、略同一平面上に配置されてケーシング部１４に固定されている。
【解決手段】回転動力を出力する回転子１２を備え、回転子１２は、回転子１２のラジアル方向に配置されて該回転子１２のラジアル方向変位を非接触で制御する２組以上のラジアル磁気軸受４０と、回転子１２の周囲に３組以上に分割配置されて該回転子１２のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受５０によって、所定の位置に非接触で回転支承され、ラジアル磁気軸受４０のラジアル電磁石４４とアキシャル磁気軸受５０のアキシャル電磁石５４は、略同一平面上に配置されてケーシング部１４に固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板の表面に薄膜を形成したり、基板の表面に形成されている薄膜に対してエッチング処理を施したりする時に、基板を保持してプロセスチャンバ内に収容した基板搭載台等を回転させるのに使用される磁気浮上型回転導入機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般産業や半導体産業において、基板等の母材の表面に金属材料の蒸着を行う蒸着装置では、蒸着工程が行われるプロセスチャンバの内部に配置した多数の母材に対して金属材料の蒸着をより均一に行うため、複数の母材をプロセスチャンバ内で回転させることが広く行われている。また、半導体産業において、蒸着工程後に母材（ウェハ）の表面をエッチングするエッチング工程においても、エッチングガスが充満されたプロセスチャンバ内で母材表面に対するエッチング反応が均等に行えるよう、母材を回転させることも広く行われている。
【０００３】
プロセスチャンバの内部に収納したウェハ等の基板を回転させるための手段として、プロセスチャンバの内部にモータを配置し、このプロセスチャンバ内に配置したモータで、多数の基板を搭載してプロセスチャンバ内に収容した基板搭載台を回転させることが知られている。
【０００４】
しかし、プロセスチャンバの内部にモータを設置すると、プロセスチャンバ内部に充填される蒸着ガスやエッチングガス等のプロセスガスにモータその物が晒されてしまう。このため、モータは、プロセスチャンバの内部雰囲気に大きな影響を受ける。特に、モータには、駆動軸を回転自在に支承する、ボールベアリング等の接触型軸受が備えられており、この軸受の内部にプロセスガスが侵入すると、軸受内部に生成物が発生して軸受が故障する原因となる。このため、軸受の外方に磁性流体シールなどの軸封機構を設置し、軸受の内部、更には軸受の内部を通過してモータの内部にプロセスガスが侵入しないようにした構造が広く採用されている。
【０００５】
図１は、プロセスチャンバ１００の外部に設置される外部モータ１０２を有し、外部モータ１０２の回転力を、マグネットカップリング１０４の結合力を介して、プロセスチャンバ１００の内部に伝達するようにした回転導入機を備えた基板処理装置の一例を示す。回転導入機は、昇降シャフト１０６の昇降アーム１０８上に載置され、上面にプロセスチャンバ１００を保持するフランジ部１１０を有するケーシング部１１２と、上面に保温筒１１４を保持する回転台テーブル部１１６を有する回転子１１８を備えている。保温筒１１４の上部に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台１２０が載置され、保温筒１１４及び基板搭載台１２０は、プロセスチャンバ１００内に配置される。
【０００６】
回転子１１８は、上端に回転台テーブル部１１６を連結して下方に延びる軸部１２２を有しており、この軸部１２２の下部に下方に開口する中空部が設けられている。そして、外部モータ１０２の駆動軸１２４の上端は、軸部１２２の中空部の内部に達しており、駆動軸１２４の外周面に、マグネットカップリング１０４の駆動側インナーマグネット１２６が、軸部１２２の中空部内周面の駆動側インナーマグネット１２６に対向する位置に、マグネットカップリング１０４の従動側アウターマグネット１２８がそれぞれ取付けられている。これにより、外部モータ１０２の駆動に伴う駆動軸１２４の回転によって、回転子１１８が回転する。
【０００７】
ケーシング部１１２は、上端にフランジ部１１０を連結して下方に延びる円筒部１３０を有しており、この円筒部１３０と回転子１１８の軸部１２２との間に、軸部１２２を回転自在に支承する一対の軸受１３２，１３４が上下に配置されている。この軸受１３２，１３４は、ボールベアリングなどの接触型軸受からなる。更に、上方に位置する軸受１３２の上方に位置して、ケーシング部１１２の円筒部１３０と回転子１１８の軸部１２２との間には、軸受１３２，１３４の内部にプロセスガスが侵入するのを防止する、例えば磁性流体シールからなる軸封機構１３６が配置されている。
【０００８】
この基板処理装置によれば、外部モータ１０２の駆動に伴って、回転子１１８を回転させて、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台１２０を回転させる。同時に、プロセスチャンバ１００の内部にプロセスガスを導入することで、基板Ｗに対するより均一な処理が行われる。
【０００９】
近年、蒸着技術やエッチング技術においては、プロセスを行うプロセスチャンバの内部雰囲気のより高い純粋度が求められており、プロセスガスが導入されるプロセスチャンバの内部で異物が発生することを極力阻止することが望まれている。
【００１０】
しかしながら、図１に示すように、プロセスチャンバの内部に導入されるプロセスガスの軸受内への侵入を防止するため、該プロセスガスに晒される位置に磁性流体シール等の軸封機構を設けると、シール剤に使用されている磁性流体の油分の分解ガス化や、磁性流体に混入している物質を原因とするコンタミネーションの発生を避けることができず、また磁性流体の寿命にも問題があった。このことは、モータを圧力装置の内部に配置するようにした場合においても同様である。
【００１１】
このため、磁性流体シール等の軸封機構を必要とするボールベアリングなどの接触型軸受を使用することなく、プロセスチャンバ内に配置されるロータをラジアル磁気軸受やアキシャル磁気軸受によって非接触で支持することで、プロセスチャンバの内部に軸受や軸封機構による異物の発生がないようにしたものが提案されている（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００５／０３９０１９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／０９８５００号パンフレット
【特許文献３】特開平８−１３９１７１号公報
【特許文献４】特開平１０−４６３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述のように、ボールベアリングなどの接触型軸受を使用してロータを回転自在に支承すると、磁性流体シール等の軸封機構が必要となり、シール剤に使用されている磁性流体の油分の分解ガス化や、磁性流体に混入している物質を原因とするコンタミネーションの発生を避けることができない。
【００１４】
また、例えば特許文献４に記載の発明のように、鉛直方向に配置された回転軸（ロータ）を、上下に所定間隔離間して配置された上下ラジアル磁気軸受と、上下ラジアル磁気軸受間に配置されたアキシャル磁気軸受で浮上支持するようにすると、回転軸の軸方向に沿って、上下ラジアル磁気軸受とアキシャル軸が並列に配置されて、アキシャル方向にかなり長くなってしまい、基板処理装置等への組込みが困難になってしまう。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、磁性流体シールを使用する必要がない磁気浮上型を採用し、しかも装置としてのアキシャル方向の長さを極力短くすることができるようにした磁気浮上型回転導入機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、回転動力を出力する回転子を備え、前記回転子は、前記回転子のラジアル方向に配置されて該回転子のラジアル方向変位を非接触で制御する２組以上のラジアル磁気軸受と、前記回転子の周囲に３組以上に分割配置されて該回転子のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受によって、所定の位置に非接触で回転支承され、前記ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石と前記アキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石は、略同一平面上に配置されてケーシング部に固定されていることを特徴とする磁気浮上型回転導入機である。
【００１７】
このように、磁気軸受を使用することで、磁性流体シールを使用する必要がない回転子の非接触支持を実現し、しかもラジアル磁気軸受のラジアル電磁石とアキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石を略同一平面上に配置してケーシング部に固定することで、アキシャル方向の長さを極力短くして、基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記回転子と一体で構成されるモータ回転子鉄心と、前記モータ回転子鉄心と対向して配置され、該モータ回転子鉄心を回転させるモータ固定子磁極鉄心とを有するモータ回転子部を備え、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心は、略同一平面上に配置されて前記ケーシング部に固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機である。
【００１９】
このように、回転子を回転させるモータ回転子部を一体に組込んだ場合にあっても、モータ回転子部のモータ固定子磁極鉄心を、ラジアル電磁石及びアキシャル電磁石と略同一平面上に配置することで、アキシャル方向の長さを極力短くして、基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、ケーシング部をプロセスチャンバの蓋体として機能させることで、プロセスチャンバ内の導入されたプロセスガスをプロセスチャンバ内に封入させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ回転子部の前記モータ固定子磁極鉄心は、その表面が外部に露出しないよう金属隔壁で覆われているか、または各磁極全体が保護皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機である。
これにより、ラジアル電磁石の表面が腐食性ガスに晒される場合に、ラジアル電磁石が腐食性ガスで腐食されることを防止することができる。このことは、アキシャル電磁石及びモータ固定子磁極鉄心にあっても同様である。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記ケーシング部は、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心を収納する空間にパージガスを導入するパージガス導入部を有することを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、ラジアル電磁石、アキシャル電磁石及びモータ固定子磁極鉄心を収納する空間にパージガスを導入することによっても、ラジアル電磁石、アキシャル電磁石及びモータ固定子磁極鉄心が腐食性ガスで腐食されることを防止することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部の前記モータ回転子鉄心は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に、前記モータ回転子部のモータ固定子磁極鉄心は、前記空間の外部にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、モータ固定子磁極鉄心をプロセスチャンバとケーシング部で区画される空間の外部に配置することで、モータ固定子磁極鉄心が腐食性ガスに晒されないようにすることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、外部モータを有し、該外部モータの駆動軸と前記回転子とは、マグネットカップリングを介して互いに結合され、前記マグネットカップリングの駆動側インナーカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記外部モータ側に、従動側アウターカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記回転子側にそれぞれ配置されており、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石、前記駆動側インナーカップリング及び前記従動側アウターカップリングは、略同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、外部モータとマグネットカップリングを使用して回転子を回転させるようにした場合にあっても、マグネットカップリングをラジアル電磁石及びアキシャル電磁石と略同一平面上に配置することで、アキシャル方向の長さを極力短くして、基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、磁性流体シール等を必要とするボールベアリングなどの接触型軸受を使用せず、プロセスチャンバ内に配置される回転子を非接触で支承する磁気軸受装置を用いた回転機構を使用することで、プロセスチャンバの内部に異物が発生することを理論上無くすることが可能となる。しかも、アキシャル方向の長さを極力短くすることができ、これによって、基板処理装置等への組込みを容易となすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の回転導入機を備えた基板処理装置の概要を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【図３】図２に示す磁気浮上型回転導入機における、モータ、ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石、ラジアル変位センサ及びアキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石の配置状態を示す平面図である。
【図４】図２及び図４に示す磁気浮上型回転導入機を組込んだ基板処理装置の概要を示す縦断正面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、図２乃至図７を参照して説明する。なお、図２乃至図７において、同一または相当部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図で、図３は、図２に示す磁気浮上型回転導入機における、モータ、ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石、ラジアル変位センサ及びアキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石の配置状態を示す平面図である。図２及び図３に示すように、磁気浮上型回転導入機１０は、回転動力を出力する回転子１２と、該回転子１２の外周及び下方を包囲する上方に開口したケーシング部１４とを有している。ケーシング部１４は、例えば図４に示すように、磁気浮上型回転導入機１０を基板処理装置に組込んだ時に、プロセスチャンバ６８の下端開口部を閉塞する蓋体として機能する。
【００２９】
回転子１２は、平板状の回転台テーブル部１６と、該回転台テーブル部１６を上端に連結して同心円状に下方に延びる内側軸部１８及び外側軸部２０を有している。回転台テーブル部１６の上面には、例えば図４に示すように、保温筒６４が載置され、この保温筒６４の上面に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６が乗せられる。これによって、回転台テーブル部１６の回転に伴って、保温筒６４及び基板搭載台６６が一体に回転する。
【００３０】
ケーシング部１４は、平板状の底板（塞板）２２と、この底板２２の周囲に一体に連接された円筒部２４と、この円筒部２４の上端から外方に延出するフランジ部２６を有している。底板２２のほぼ中央には、内部にパージガスを導入するパージガス導入口２２ａが設けられている。このパージガス導入口２２ａは，回転体部分と固定側部分との隙間にプロセスチャンバ内部のプロセスガスが侵入し、構造体表面に腐食などが発生する可能性がある場合に、回転体部分と固定側部分との隙間にプロセスガスの侵入を防ぐためパージガスを導入するために使用するポートである。なお、このパージガス導入口２２ａは、下記の図５乃至図７に示す例では設けられていないが、図５乃至図７に示す例に設けても良いことは勿論である。
【００３１】
フランジ部２６の外周部には、例えば図４に示すように、フランジ部２６の上面にプロセスチャンバ６８をセットした時に、プロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａに圧接して、ケーシング部１４のフランジ部２６とプロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａとの間をシールするシールリング２８が装着されている。このように構成することによって、プロセスチャンバ６８を密閉空間とすることができる。
【００３２】
この例は、回転子１２を回転駆動させるモータ回転子部３０が一体に組込まれている。すなわち、回転子１２の内側軸部１８の外周面にはモータ回転子鉄心３２が設けられ、このモータ回転子鉄心３２に対向する位置に、この例では、合計３個のモータ固定子磁極鉄心３４がケーシング部１４の底板２２に固定されて配置されている。このモータ回転子鉄心３２及びモータ固定子磁極鉄心３４によってモータ回転子部３０が構成されている。この例では、モータ回転子鉄心３２は、鉄心３２ａにコイル３２ｂを巻回して構成され、モータ固定子磁極鉄心３４は、鉄心３４ａにコイル３４ｂを巻回して構成されている。これにより、モータ回転子鉄心３２のコイル３２ｂとモータ固定子磁極鉄心３４のコイル３４ｂに電流を流すことで、モータ回転子鉄心３２が回転子１２と一体に回転する。
【００３３】
回転子１２の外側軸部２０とケーシング部１４の底板２２との間には、回転子１２のラジアル方向変位を非接触で制御する、この例では合計４組のラジアル磁気軸受４０が配置されている。すなわち、回転子１２の外側軸部２０の内周面にはラジアル電磁石ターゲット４２が取付けられ、このラジアル電磁石ターゲット４２と対向する位置に、合計４個のラジアル電磁石４４がケーシング部１４の底板２２に固定されて配置されている。このラジアル電磁石ターゲット４２と１つのラジアル電磁石４４で１組のラジアル磁気軸受４０が構成されている。ラジアル電磁石４４は、鉄心４４ａにコイル４４ｂを巻回して構成されている。ラジアル磁気軸受４０を２組以上設けることで、回転子１２を２軸制御することができる。
【００３４】
各ラジアル電磁石４４の間に位置して、回転子１２の外側軸部２０のラジアル方向変位を検知するラジアル変位センサ４６が、該外側軸部２０の内周面に取付けたラジアル電磁石ターゲット４２に対向して、ケーシング部１４の底板２２に固定されて配置されている。ラジアル変位センサ４６は、鉄心４６ａにコイル４６ｂを巻回して構成されている。ラジアル変位センサ４６を備えることによってラジアル磁気軸受４０の制御が容易となるが、ラジアル変位センサ４６は、必ずしも必要ではない。
【００３５】
回転子１２の外側軸部２０とケーシング部１４の円筒部２４との間に位置して、回転子１２のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受５０が、この例では合計４組に分割されて配置されている。すなわち、回転子１２の外側軸部２０の外周面には、リング状のアキシャルディスク５２の内周面が固定されており、このアキシャルディスク５２を挟んだ上下位置に、上下一対のアキシャル電磁石５４がケーシング部１４の底板２２乃至円筒部２４の内周面に固定されて配置されている。このアキシャルディスク５２と上下一対のアキシャル電磁石５４で１組のアキシャル磁気軸受５０が構成され、この例では、上下一対のアキシャル電磁石５４は、４つに分割されている。アキシャル電磁石５４は、鉄心５４ａに設けた凹部内にコイル５４ｂを装着して構成されている。アキシャル磁気軸受５０を３組以上に分割配置することで、回転子１２を３軸制御することができる。
【００３６】
アキシャル電磁石５４を３組以上配置することで、アキシャルディスク５２自身の平面度、すなわち回転子１２の外側軸部２０を水平に保つように制御することが可能となる。通常，ラジアル電磁石は、（回転子）周囲に配置された２組４個の電磁石で構成されるため、アキシャル電磁石が３を基調とする奇数組である場合、ラジアル電磁石の配置とアキシャル電磁石の配置方向が同等位置に配置されず、全体の制御を困難にする場合がある。このようなとき、アキシャル電磁石を４を基調とする偶数組で配置すると、ラジアル電磁石と同等位置に配置されるため、ラジアル電磁石との連携した制御が容易に実施可能になる。３組のアキシャル電磁石を選択するか、４組のアキシャル電磁石を選択するかについては，構造体の重量・制御回路の特性・全体のコストを考慮して、適時選択すればよい。
【００３７】
この例では、ラジアル磁気軸受４０及びアキシャル磁気軸受５０を使用することで、磁性流体シールを使用する必要がない、回転子１２の非接触支持を実現している。しかも、モータ回転子部３０のモータ固定子磁極鉄心３４、ラジアル磁気軸受４０のラジアル電磁石４４、及びアキシャル磁気軸受５０のアキシャル電磁石５４、更にはラジアル変位センサ４６をケーシング部１４の底板２０乃至円筒部２２に固定して略同一平面上に配置することで、磁気浮上型回転導入機１０のアキシャル方向の長さを極力短くして、磁気浮上型回転導入機１０の基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【００３８】
磁気浮上型回転導入機１０は、例えば図４に示すように、基板処理装置に組込まれて使用され、ケーシング部１４は、プロセスチャンバ６８の開口部を閉塞する蓋体として機能する。このため、プロセスチャンバ６８内にプロセスガスが導入されると、プロセスチャンバ６８とケーシング部１４で囲まれたプロセス領域内にプロセスガスが充満し、このプロセス領域内に位置するモータ回転子部３０、ラジアル磁気軸受４０、ラジアル変位センサ４６及びアキシャル磁気軸受５０は、プロセスガス雰囲気に晒される。そして、プロセスガスが腐食性ガスの場合、例えばモータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａが鉄製である場合、鉄心３４ａは、腐食性ガスで腐食するおそれがある。このことは、モータ回転子鉄心３２の鉄心３２ａ、ラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ、ラジアル変位センサ４６の鉄心４６ａ及びアキシャル電磁石５４の鉄心５４ａにあっても同様である。
【００３９】
このため、この例では、モータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａとして、例えば鉄の表面を、ポリイミド等の耐腐食性に優れた樹脂からなる保護皮膜で被覆したものを使用して、モータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａの耐腐食性を高めるようにしている。このことは、モータ回転子鉄心３２の鉄心３２ａ、ラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ、ラジアル変位センサ４６の鉄心４６ａ及びアキシャル電磁石５４の鉄心５４ａにあっても同様である。
【００４０】
モータステータのコイルや電磁石のコイルとして、導線の周りをエナメルで被覆した、いわゆるエナメル線が一般に使用される。エナメル線は、腐食性ガスに晒されると腐食する虞がある。このため、この例では、モータ固定子磁極鉄心３４のコイル３４ｂとして、導線の周りを、ポリイミド等の耐腐食性に優れた樹脂からなる保護皮膜で被覆したものを使用して、モータ固定子磁極鉄心３４のコイル３４ｂの耐腐食性を高めるようにしている。このことは、モータ回転子鉄心３２のコイル３２ｂ、ラジアル電磁石４４のコイル４４ｂ、ラジアル変位センサ４６のコイル４６ｂ及びアキシャル電磁石５４のコイル５４ｂにあっても同様である。
【００４１】
更に、この例では、ケーシング部１４の底板２２のほぼ中央にパージガス導入口２２ａを設け、このパージガス導入口２２ａからプロセスチャンバ６８とケーシング部１４で囲まれたプロセス領域内にパージガスを導入することで、腐食性ガスがモータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａやラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ等の表面に滞留することを防止し、これによって、モータス固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａやラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ等の耐腐食性を更に高めるようにしている。
【００４２】
上記の例では、ポリイミド等の耐腐食性に優れた樹脂をコーティングすることで、モータ固定子磁極鉄心３４やラジアル電磁石４４等の耐腐食性を高めるようにしているが、図２及び図３に仮想線で示すように、ラジアル電磁石４４が外部に外部に露出しないように、ラジアル電磁石４４の表面（ラジアル電磁石ターゲット４２との対向面）を金属隔壁５６で覆うことによって、ラジアル電磁石４４の耐腐食性を高めるようにしてもよい。このことは、モータ回転子鉄心３２、モータ固定子磁極鉄心３４、ラジアル変位センサ４６及びアキシャル電磁石５４にあっても同様である。
【００４３】
図４は、図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０を組込んだ基板処理装置の概略を示す縦断面図である。図４に示すように、基板処理装置には、昇降シャフト６０に沿って昇降する昇降アーム６２が備えられ、この昇降アーム６２の上面に磁気浮上型回転導入機１０が設置されている。そして、磁気浮上型回転導入機１０の回転台テーブル部１６の上面に保温筒６４が載置され、この保温筒６４の上面に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６が乗せられる。
【００４４】
昇降アーム６２の上方に位置して、下方に開口する円筒状のプロセスチャンバ６８が配置されている。このプロセスチャンバ６８の下端開口部は、昇降アーム６２を磁気浮上型回転導入機１０と共に上昇させることによって、磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４によって閉じられる。この時、磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４の外周部に装着したシールリング２８がプロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａに圧接して、磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４とプロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａとの間がシールされる。これによって、プロセスチャンバ６８と磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４で気密に包囲されたプロセス領域が形成される。
【００４５】
この基板処理装置によれば、昇降アーム６２を下降させた状態で、回転台テーブル部１６の上面に載置した保温筒６４の上に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６を乗せる。そして、昇降アーム６２を上昇させて、プロセスチャンバ６８の下端開口部を磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４で塞ぐ。
【００４６】
この状態で、モータ回転子部３０を駆動して、回転子１２をラジアル磁気軸受４０及びアキシャル磁気軸受５０によって非接触で５軸制御しながら回転させ、この回転子１２の回転に伴って、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６を所定速度で回転させる。同時に、プロセスチャンバ６８の内部にプロセスガスを導入し、これによって、基板Ｗを回転させながら、基板Ｗに対する所定の処理を行う。
【００４７】
図５は、本発明の他の実施形態の磁気浮上型回転導入機１０ａの概要を示す縦断正面図である。この例の図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０と異なる点は、ケーシング部１４の底板２２の中央に円筒状に上方に立上る凹部２２ｂを設け、この凹部２２ｂ内に、モータ回転子部３０、ラジアル磁気軸受４０及びアキシャル磁気軸受５０等を制御する制御部７０を収納した点にある。
【００４８】
この例によれば、磁気浮上型回転導入機１０ａに制御部７０を一体化して、磁気浮上型回転導入機１０ａのよりコンパクト化を図ることができる。
【００４９】
図６は、本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機１０ｂの概要を示す縦断正面図である。この例の図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０と異なる点は、以下の通りである。すなわち、ケーシング部１４の底板２２の中央には、上方に円筒状に立上る隔壁部２２ｃを有する凹部２２ｂが設けられている。そして、モータ回転子部３０のモータ回転子鉄心３２とモータ固定子磁極鉄心３４は、隔壁部２２ｃを挟んで互いに対向する位置に配置され、モータ回転子鉄心３２は、隔壁部２２ｃの外側に位置して、回転子１２の内側軸部１８の内周面に固定され、モータ固定子磁極鉄心３４は、隔壁部２２ｃの内側に位置して該隔壁部２２ｃに固定されている。
【００５０】
この例によれば、モータ回転子部３０のモータ固定子磁極鉄心３４を、前述のプロセスチャンバ６８と磁気浮上型回転導入機１０ｂのケーシング部１４との間に形成されるプロセス領域の外に置くことで、モータ固定子磁極鉄心３４の不活性ガスによる腐食を考慮する必要をなくすことができる。
【００５１】
図７は、本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機１０ｃの概要を示す縦断正面図である。この例は、モータを一体に組込むことなく、外部モータ８０を備え、マグネットカップリング８２の結合力を介して、外部モータ８０の回転力を回転子１２に伝達するようにしており、図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０と異なる点は、以下の通りである。
【００５２】
すなわち、ケーシング部１４の底板２２の中央には、上方に円筒状に立上る隔壁部２２ｃを有する凹部２２ｂが設けられている。そして、外部モータ８０の駆動軸８４の上端は、底板２２の凹部２２ｂの内部に達しており、駆動軸８４の外周面に、マグネットカップリング８２の駆動側インナーマグネット８６を取付けた駆動ホイール８８が固定されている。一方、底板２２の隔壁部２２ｃを挟んで、駆動側インナーマグネット８６と対向する位置に、マグネットカップリング８２の従動側アウターマグネット９０が、回転子１２の内側軸部１８の内周面に固定した従動リング９２の内周面に固定されて配置されている。これにより、外部モータ８０の駆動に伴う駆動軸８４の回転によって、回転子１２が回転する。
【００５３】
この例によれば、前述のプロセスチャンバ６８と磁気浮上型回転導入機１０ｃのケーシング部１４との間に形成されるプロセス領域の外に外部モータ８０を置くことで、外部モータ８０の不活性ガスによる腐食を考慮する必要をなくすことができる。
【００５４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 磁気浮上型回転導入機
１２ 回転子
１４ ケーシング部
１６ 回転台テーブル部
１８ 内側軸部
２０ 外側軸部
２２ 底板
２２ａ パージガス導入口
２２ｃ 隔壁部
２６ フランジ部
２８ シールリング
３０ モータ回転子部
３２ モータ回転子鉄心
３４ モータ固定子磁極鉄心
４０ ラジアル磁気軸受
４２ ラジアル電磁石ターゲット
４４ ラジアル電磁石
４６ ラジアル変位センサ
５０ アキシャル磁気軸受
５２ アキシャルディスク
５４ アキシャル電磁石
５６ 金属隔壁
６２ 昇降アーム
６４ 保温筒
６６ 基板搭載台
６８ プロセスチャンバ
８０ 外部モータ
８２ マグネットカップリング
８４ 駆動軸
８６ 駆動側インナーマグメット
９０ 従動側アウターマグネット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板の表面に薄膜を形成したり、基板の表面に形成されている薄膜に対してエッチング処理を施したりする時に、基板を保持してプロセスチャンバ内に収容した基板搭載台等を回転させるのに使用される磁気浮上型回転導入機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般産業や半導体産業において、基板等の母材の表面に金属材料の蒸着を行う蒸着装置では、蒸着工程が行われるプロセスチャンバの内部に配置した多数の母材に対して金属材料の蒸着をより均一に行うため、複数の母材をプロセスチャンバ内で回転させることが広く行われている。また、半導体産業において、蒸着工程後に母材（ウェハ）の表面をエッチングするエッチング工程においても、エッチングガスが充満されたプロセスチャンバ内で母材表面に対するエッチング反応が均等に行えるよう、母材を回転させることも広く行われている。
【０００３】
プロセスチャンバの内部に収納したウェハ等の基板を回転させるための手段として、プロセスチャンバの内部にモータを配置し、このプロセスチャンバ内に配置したモータで、多数の基板を搭載してプロセスチャンバ内に収容した基板搭載台を回転させることが知られている。
【０００４】
しかし、プロセスチャンバの内部にモータを設置すると、プロセスチャンバ内部に充填される蒸着ガスやエッチングガス等のプロセスガスにモータその物が晒されてしまう。このため、モータは、プロセスチャンバの内部雰囲気に大きな影響を受ける。特に、モータには、駆動軸を回転自在に支承する、ボールベアリング等の接触型軸受が備えられており、この軸受の内部にプロセスガスが侵入すると、軸受内部に生成物が発生して軸受が故障する原因となる。このため、軸受の外方に磁性流体シールなどの軸封機構を設置し、軸受の内部、更には軸受の内部を通過してモータの内部にプロセスガスが侵入しないようにした構造が広く採用されている。
【０００５】
図１は、プロセスチャンバ１００の外部に設置される外部モータ１０２を有し、外部モータ１０２の回転力を、マグネットカップリング１０４の結合力を介して、プロセスチャンバ１００の内部に伝達するようにした回転導入機を備えた基板処理装置の一例を示す。回転導入機は、昇降シャフト１０６の昇降アーム１０８上に載置され、上面にプロセスチャンバ１００を保持するフランジ部１１０を有するケーシング部１１２と、上面に保温筒１１４を保持する回転台テーブル部１１６を有する回転子１１８を備えている。保温筒１１４の上部に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台１２０が載置され、保温筒１１４及び基板搭載台１２０は、プロセスチャンバ１００内に配置される。
【０００６】
回転子１１８は、上端に回転台テーブル部１１６を連結して下方に延びる軸部１２２を有しており、この軸部１２２の下部に下方に開口する中空部が設けられている。そして、外部モータ１０２の駆動軸１２４の上端は、軸部１２２の中空部の内部に達しており、駆動軸１２４の外周面に、マグネットカップリング１０４の駆動側インナーマグネット１２６が、軸部１２２の中空部内周面の駆動側インナーマグネット１２６に対向する位置に、マグネットカップリング１０４の従動側アウターマグネット１２８がそれぞれ取付けられている。これにより、外部モータ１０２の駆動に伴う駆動軸１２４の回転によって、回転子１１８が回転する。
【０００７】
ケーシング部１１２は、上端にフランジ部１１０を連結して下方に延びる円筒部１３０を有しており、この円筒部１３０と回転子１１８の軸部１２２との間に、軸部１２２を回転自在に支承する一対の軸受１３２，１３４が上下に配置されている。この軸受１３２，１３４は、ボールベアリングなどの接触型軸受からなる。更に、上方に位置する軸受１３２の上方に位置して、ケーシング部１１２の円筒部１３０と回転子１１８の軸部１２２との間には、軸受１３２，１３４の内部にプロセスガスが侵入するのを防止する、例えば磁性流体シールからなる軸封機構１３６が配置されている。
【０００８】
この基板処理装置によれば、外部モータ１０２の駆動に伴って、回転子１１８を回転させて、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台１２０を回転させる。同時に、プロセスチャンバ１００の内部にプロセスガスを導入することで、基板Ｗに対するより均一な処理が行われる。
【０００９】
近年、蒸着技術やエッチング技術においては、プロセスを行うプロセスチャンバの内部雰囲気のより高い純粋度が求められており、プロセスガスが導入されるプロセスチャンバの内部で異物が発生することを極力阻止することが望まれている。
【００１０】
しかしながら、図１に示すように、プロセスチャンバの内部に導入されるプロセスガスの軸受内への侵入を防止するため、該プロセスガスに晒される位置に磁性流体シール等の軸封機構を設けると、シール剤に使用されている磁性流体の油分の分解ガス化や、磁性流体に混入している物質を原因とするコンタミネーションの発生を避けることができず、また磁性流体の寿命にも問題があった。このことは、モータを圧力装置の内部に配置するようにした場合においても同様である。
【００１１】
このため、磁性流体シール等の軸封機構を必要とするボールベアリングなどの接触型軸受を使用することなく、プロセスチャンバ内に配置されるロータをラジアル磁気軸受やアキシャル磁気軸受によって非接触で支持することで、プロセスチャンバの内部に軸受や軸封機構による異物の発生がないようにしたものが提案されている（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００５／０３９０１９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／０９８５００号パンフレット
【特許文献３】特開平８−１３９１７１号公報
【特許文献４】特開平１０−４６３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述のように、ボールベアリングなどの接触型軸受を使用してロータを回転自在に支承すると、磁性流体シール等の軸封機構が必要となり、シール剤に使用されている磁性流体の油分の分解ガス化や、磁性流体に混入している物質を原因とするコンタミネーションの発生を避けることができない。
【００１４】
また、例えば特許文献４に記載の発明のように、鉛直方向に配置された回転軸（ロータ）を、上下に所定間隔離間して配置された上下ラジアル磁気軸受と、上下ラジアル磁気軸受間に配置されたアキシャル磁気軸受で浮上支持するようにすると、回転軸の軸方向に沿って、上下ラジアル磁気軸受とアキシャル軸が並列に配置されて、アキシャル方向にかなり長くなってしまい、基板処理装置等への組込みが困難になってしまう。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、磁性流体シールを使用する必要がない磁気浮上型を採用し、しかも装置としてのアキシャル方向の長さを極力短くすることができるようにした磁気浮上型回転導入機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、回転動力を出力する回転子を備え、前記回転子は、前記回転子のラジアル方向に配置されて該回転子のラジアル方向変位を非接触で制御する２組以上のラジアル磁気軸受と、前記回転子の周囲に３組以上に分割配置されて該回転子のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受によって、所定の位置に非接触で回転支承され、前記ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石と前記アキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石は、略同一平面上に配置されてケーシング部に固定されていることを特徴とする磁気浮上型回転導入機である。
【００１７】
このように、磁気軸受を使用することで、磁性流体シールを使用する必要がない回転子の非接触支持を実現し、しかもラジアル磁気軸受のラジアル電磁石とアキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石を略同一平面上に配置してケーシング部に固定することで、アキシャル方向の長さを極力短くして、基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記回転子と一体で構成されるモータ回転子鉄心と、前記モータ回転子鉄心と対向して配置され、該モータ回転子鉄心を回転させるモータ固定子磁極鉄心とを有するモータ回転子部を備え、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心は、略同一平面上に配置されて前記ケーシング部に固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機である。
【００１９】
このように、回転子を回転させるモータ回転子部を一体に組込んだ場合にあっても、モータ回転子部のモータ固定子磁極鉄心を、ラジアル電磁石及びアキシャル電磁石と略同一平面上に配置することで、アキシャル方向の長さを極力短くして、基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、ケーシング部をプロセスチャンバの蓋体として機能させることで、プロセスチャンバ内の導入されたプロセスガスをプロセスチャンバ内に封入させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ回転子部の前記モータ固定子磁極鉄心は、その表面が外部に露出しないよう金属隔壁で覆われているか、または各磁極全体が保護皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機である。
これにより、ラジアル電磁石の表面が腐食性ガスに晒される場合に、ラジアル電磁石が腐食性ガスで腐食されることを防止することができる。このことは、アキシャル電磁石及びモータ固定子磁極鉄心にあっても同様である。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記ケーシング部は、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心を収納する空間にパージガスを導入するパージガス導入部を有することを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、ラジアル電磁石、アキシャル電磁石及びモータ固定子磁極鉄心を収納する空間にパージガスを導入することによっても、ラジアル電磁石、アキシャル電磁石及びモータ固定子磁極鉄心が腐食性ガスで腐食されることを防止することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部の前記モータ回転子鉄心は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に、前記モータ回転子部のモータ固定子磁極鉄心は、前記空間の外部にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、モータ固定子磁極鉄心をプロセスチャンバとケーシング部で区画される空間の外部に配置することで、モータ固定子磁極鉄心が腐食性ガスに晒されないようにすることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、外部モータを有し、該外部モータの駆動軸と前記回転子とは、マグネットカップリングを介して互いに結合され、前記マグネットカップリングの駆動側インナーカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記外部モータ側に、従動側アウターカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記回転子側にそれぞれ配置されており、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石、前記駆動側インナーカップリング及び前記従動側アウターカップリングは、略同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機である。
このように、外部モータとマグネットカップリングを使用して回転子を回転させるようにした場合にあっても、マグネットカップリングをラジアル電磁石及びアキシャル電磁石と略同一平面上に配置することで、アキシャル方向の長さを極力短くして、基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、磁性流体シール等を必要とするボールベアリングなどの接触型軸受を使用せず、プロセスチャンバ内に配置される回転子を非接触で支承する磁気軸受装置を用いた回転機構を使用することで、プロセスチャンバの内部に異物が発生することを理論上無くすることが可能となる。しかも、アキシャル方向の長さを極力短くすることができ、これによって、基板処理装置等への組込みを容易となすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の回転導入機を備えた基板処理装置の概要を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【図３】図２に示す磁気浮上型回転導入機における、モータ、ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石、ラジアル変位センサ及びアキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石の配置状態を示す平面図である。
【図４】図２及び図４に示す磁気浮上型回転導入機を組込んだ基板処理装置の概要を示す縦断正面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、図２乃至図７を参照して説明する。なお、図２乃至図７において、同一または相当部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態の磁気浮上型回転導入機の概要を示す縦断正面図で、図３は、図２に示す磁気浮上型回転導入機における、モータ、ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石、ラジアル変位センサ及びアキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石の配置状態を示す平面図である。図２及び図３に示すように、磁気浮上型回転導入機１０は、回転動力を出力する回転子１２と、該回転子１２の外周及び下方を包囲する上方に開口したケーシング部１４とを有している。ケーシング部１４は、例えば図４に示すように、磁気浮上型回転導入機１０を基板処理装置に組込んだ時に、プロセスチャンバ６８の下端開口部を閉塞する蓋体として機能する。
【００２９】
回転子１２は、平板状の回転台テーブル部１６と、該回転台テーブル部１６を上端に連結して同心円状に下方に延びる内側軸部１８及び外側軸部２０を有している。回転台テーブル部１６の上面には、例えば図４に示すように、保温筒６４が載置され、この保温筒６４の上面に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６が乗せられる。これによって、回転台テーブル部１６の回転に伴って、保温筒６４及び基板搭載台６６が一体に回転する。
【００３０】
ケーシング部１４は、平板状の底板（塞板）２２と、この底板２２の周囲に一体に連接された円筒部２４と、この円筒部２４の上端から外方に延出するフランジ部２６を有している。底板２２のほぼ中央には、内部にパージガスを導入するパージガス導入口２２ａが設けられている。このパージガス導入口２２ａは，回転体部分と固定側部分との隙間にプロセスチャンバ内部のプロセスガスが侵入し、構造体表面に腐食などが発生する可能性がある場合に、回転体部分と固定側部分との隙間にプロセスガスの侵入を防ぐためパージガスを導入するために使用するポートである。なお、このパージガス導入口２２ａは、下記の図５乃至図７に示す例では設けられていないが、図５乃至図７に示す例に設けても良いことは勿論である。
【００３１】
フランジ部２６の外周部には、例えば図４に示すように、フランジ部２６の上面にプロセスチャンバ６８をセットした時に、プロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａに圧接して、ケーシング部１４のフランジ部２６とプロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａとの間をシールするシールリング２８が装着されている。このように構成することによって、プロセスチャンバ６８を密閉空間とすることができる。
【００３２】
この例は、回転子１２を回転駆動させるモータ回転子部３０が一体に組込まれている。すなわち、回転子１２の内側軸部１８の外周面にはモータ回転子鉄心３２が設けられ、このモータ回転子鉄心３２に対向する位置に、この例では、合計３個のモータ固定子磁極鉄心３４がケーシング部１４の底板２２に固定されて配置されている。このモータ回転子鉄心３２及びモータ固定子磁極鉄心３４によってモータ回転子部３０が構成されている。この例では、モータ回転子鉄心３２は、鉄心３２ａにコイル３２ｂを巻回して構成され、モータ固定子磁極鉄心３４は、鉄心３４ａにコイル３４ｂを巻回して構成されている。これにより、モータ回転子鉄心３２のコイル３２ｂとモータ固定子磁極鉄心３４のコイル３４ｂに電流を流すことで、モータ回転子鉄心３２が回転子１２と一体に回転する。
【００３３】
回転子１２の外側軸部２０とケーシング部１４の底板２２との間には、回転子１２のラジアル方向変位を非接触で制御する、この例では合計４組のラジアル磁気軸受４０が配置されている。すなわち、回転子１２の外側軸部２０の内周面にはラジアル電磁石ターゲット４２が取付けられ、このラジアル電磁石ターゲット４２と対向する位置に、合計４個のラジアル電磁石４４がケーシング部１４の底板２２に固定されて配置されている。このラジアル電磁石ターゲット４２と１つのラジアル電磁石４４で１組のラジアル磁気軸受４０が構成されている。ラジアル電磁石４４は、鉄心４４ａにコイル４４ｂを巻回して構成されている。ラジアル磁気軸受４０を２組以上設けることで、回転子１２を２軸制御することができる。
【００３４】
各ラジアル電磁石４４の間に位置して、回転子１２の外側軸部２０のラジアル方向変位を検知するラジアル変位センサ４６が、該外側軸部２０の内周面に取付けたラジアル電磁石ターゲット４２に対向して、ケーシング部１４の底板２２に固定されて配置されている。ラジアル変位センサ４６は、鉄心４６ａにコイル４６ｂを巻回して構成されている。ラジアル変位センサ４６を備えることによってラジアル磁気軸受４０の制御が容易となるが、ラジアル変位センサ４６は、必ずしも必要ではない。
【００３５】
回転子１２の外側軸部２０とケーシング部１４の円筒部２４との間に位置して、回転子１２のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受５０が、この例では合計４組に分割されて配置されている。すなわち、回転子１２の外側軸部２０の外周面には、リング状のアキシャルディスク５２の内周面が固定されており、このアキシャルディスク５２を挟んだ上下位置に、上下一対のアキシャル電磁石５４がケーシング部１４の底板２２乃至円筒部２４の内周面に固定されて配置されている。このアキシャルディスク５２と上下一対のアキシャル電磁石５４で１組のアキシャル磁気軸受５０が構成され、この例では、上下一対のアキシャル電磁石５４は、４つに分割されている。アキシャル電磁石５４は、鉄心５４ａに設けた凹部内にコイル５４ｂを装着して構成されている。アキシャル磁気軸受５０を３組以上に分割配置することで、回転子１２を３軸制御することができる。
【００３６】
アキシャル電磁石５４を３組以上配置することで、アキシャルディスク５２自身の平面度、すなわち回転子１２の外側軸部２０を水平に保つように制御することが可能となる。通常，ラジアル電磁石は、（回転子）周囲に配置された２組４個の電磁石で構成されるため、アキシャル電磁石が３を基調とする奇数組である場合、ラジアル電磁石の配置とアキシャル電磁石の配置方向が同等位置に配置されず、全体の制御を困難にする場合がある。このようなとき、アキシャル電磁石を４を基調とする偶数組で配置すると、ラジアル電磁石と同等位置に配置されるため、ラジアル電磁石との連携した制御が容易に実施可能になる。３組のアキシャル電磁石を選択するか、４組のアキシャル電磁石を選択するかについては，構造体の重量・制御回路の特性・全体のコストを考慮して、適時選択すればよい。
【００３７】
この例では、ラジアル磁気軸受４０及びアキシャル磁気軸受５０を使用することで、磁性流体シールを使用する必要がない、回転子１２の非接触支持を実現している。しかも、モータ回転子部３０のモータ固定子磁極鉄心３４、ラジアル磁気軸受４０のラジアル電磁石４４、及びアキシャル磁気軸受５０のアキシャル電磁石５４、更にはラジアル変位センサ４６をケーシング部１４の底板２０乃至円筒部２２に固定して略同一平面上に配置することで、磁気浮上型回転導入機１０のアキシャル方向の長さを極力短くして、磁気浮上型回転導入機１０の基板処理装置等への組込みを容易に行うことができる。
【００３８】
磁気浮上型回転導入機１０は、例えば図４に示すように、基板処理装置に組込まれて使用され、ケーシング部１４は、プロセスチャンバ６８の開口部を閉塞する蓋体として機能する。このため、プロセスチャンバ６８内にプロセスガスが導入されると、プロセスチャンバ６８とケーシング部１４で囲まれたプロセス領域内にプロセスガスが充満し、このプロセス領域内に位置するモータ回転子部３０、ラジアル磁気軸受４０、ラジアル変位センサ４６及びアキシャル磁気軸受５０は、プロセスガス雰囲気に晒される。そして、プロセスガスが腐食性ガスの場合、例えばモータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａが鉄製である場合、鉄心３４ａは、腐食性ガスで腐食するおそれがある。このことは、モータ回転子鉄心３２の鉄心３２ａ、ラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ、ラジアル変位センサ４６の鉄心４６ａ及びアキシャル電磁石５４の鉄心５４ａにあっても同様である。
【００３９】
このため、この例では、モータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａとして、例えば鉄の表面を、ポリイミド等の耐腐食性に優れた樹脂からなる保護皮膜で被覆したものを使用して、モータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａの耐腐食性を高めるようにしている。このことは、モータ回転子鉄心３２の鉄心３２ａ、ラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ、ラジアル変位センサ４６の鉄心４６ａ及びアキシャル電磁石５４の鉄心５４ａにあっても同様である。
【００４０】
モータステータのコイルや電磁石のコイルとして、導線の周りをエナメルで被覆した、いわゆるエナメル線が一般に使用される。エナメル線は、腐食性ガスに晒されると腐食する虞がある。このため、この例では、モータ固定子磁極鉄心３４のコイル３４ｂとして、導線の周りを、ポリイミド等の耐腐食性に優れた樹脂からなる保護皮膜で被覆したものを使用して、モータ固定子磁極鉄心３４のコイル３４ｂの耐腐食性を高めるようにしている。このことは、モータ回転子鉄心３２のコイル３２ｂ、ラジアル電磁石４４のコイル４４ｂ、ラジアル変位センサ４６のコイル４６ｂ及びアキシャル電磁石５４のコイル５４ｂにあっても同様である。
【００４１】
更に、この例では、ケーシング部１４の底板２２のほぼ中央にパージガス導入口２２ａを設け、このパージガス導入口２２ａからプロセスチャンバ６８とケーシング部１４で囲まれたプロセス領域内にパージガスを導入することで、腐食性ガスがモータ固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａやラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ等の表面に滞留することを防止し、これによって、モータス固定子磁極鉄心３４の鉄心３４ａやラジアル電磁石４４の鉄心４４ａ等の耐腐食性を更に高めるようにしている。
【００４２】
上記の例では、ポリイミド等の耐腐食性に優れた樹脂をコーティングすることで、モータ固定子磁極鉄心３４やラジアル電磁石４４等の耐腐食性を高めるようにしているが、図２及び図３に仮想線で示すように、ラジアル電磁石４４が外部に外部に露出しないように、ラジアル電磁石４４の表面（ラジアル電磁石ターゲット４２との対向面）を金属隔壁５６で覆うことによって、ラジアル電磁石４４の耐腐食性を高めるようにしてもよい。このことは、モータ回転子鉄心３２、モータ固定子磁極鉄心３４、ラジアル変位センサ４６及びアキシャル電磁石５４にあっても同様である。
【００４３】
図４は、図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０を組込んだ基板処理装置の概略を示す縦断面図である。図４に示すように、基板処理装置には、昇降シャフト６０に沿って昇降する昇降アーム６２が備えられ、この昇降アーム６２の上面に磁気浮上型回転導入機１０が設置されている。そして、磁気浮上型回転導入機１０の回転台テーブル部１６の上面に保温筒６４が載置され、この保温筒６４の上面に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６が乗せられる。
【００４４】
昇降アーム６２の上方に位置して、下方に開口する円筒状のプロセスチャンバ６８が配置されている。このプロセスチャンバ６８の下端開口部は、昇降アーム６２を磁気浮上型回転導入機１０と共に上昇させることによって、磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４によって閉じられる。この時、磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４の外周部に装着したシールリング２８がプロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａに圧接して、磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４とプロセスチャンバ６８の下端フランジ部６８ａとの間がシールされる。これによって、プロセスチャンバ６８と磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４で気密に包囲されたプロセス領域が形成される。
【００４５】
この基板処理装置によれば、昇降アーム６２を下降させた状態で、回転台テーブル部１６の上面に載置した保温筒６４の上に、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６を乗せる。そして、昇降アーム６２を上昇させて、プロセスチャンバ６８の下端開口部を磁気浮上型回転導入機１０のケーシング部１４で塞ぐ。
【００４６】
この状態で、モータ回転子部３０を駆動して、回転子１２をラジアル磁気軸受４０及びアキシャル磁気軸受５０によって非接触で５軸制御しながら回転させ、この回転子１２の回転に伴って、内部に多数の基板Ｗを搭載した基板搭載台６６を所定速度で回転させる。同時に、プロセスチャンバ６８の内部にプロセスガスを導入し、これによって、基板Ｗを回転させながら、基板Ｗに対する所定の処理を行う。
【００４７】
図５は、本発明の他の実施形態の磁気浮上型回転導入機１０ａの概要を示す縦断正面図である。この例の図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０と異なる点は、ケーシング部１４の底板２２の中央に円筒状に上方に立上る凹部２２ｂを設け、この凹部２２ｂ内に、モータ回転子部３０、ラジアル磁気軸受４０及びアキシャル磁気軸受５０等を制御する制御部７０を収納した点にある。
【００４８】
この例によれば、磁気浮上型回転導入機１０ａに制御部７０を一体化して、磁気浮上型回転導入機１０ａのよりコンパクト化を図ることができる。
【００４９】
図６は、本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機１０ｂの概要を示す縦断正面図である。この例の図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０と異なる点は、以下の通りである。すなわち、ケーシング部１４の底板２２の中央には、上方に円筒状に立上る隔壁部２２ｃを有する凹部２２ｂが設けられている。そして、モータ回転子部３０のモータ回転子鉄心３２とモータ固定子磁極鉄心３４は、隔壁部２２ｃを挟んで互いに対向する位置に配置され、モータ回転子鉄心３２は、隔壁部２２ｃの外側に位置して、回転子１２の内側軸部１８の内周面に固定され、モータ固定子磁極鉄心３４は、隔壁部２２ｃの内側に位置して該隔壁部２２ｃに固定されている。
【００５０】
この例によれば、モータ回転子部３０のモータ固定子磁極鉄心３４を、前述のプロセスチャンバ６８と磁気浮上型回転導入機１０ｂのケーシング部１４との間に形成されるプロセス領域の外に置くことで、モータ固定子磁極鉄心３４の不活性ガスによる腐食を考慮する必要をなくすことができる。
【００５１】
図７は、本発明の更に他の実施形態の磁気浮上型回転導入機１０ｃの概要を示す縦断正面図である。この例は、モータを一体に組込むことなく、外部モータ８０を備え、マグネットカップリング８２の結合力を介して、外部モータ８０の回転力を回転子１２に伝達するようにしており、図２及び図３に示す磁気浮上型回転導入機１０と異なる点は、以下の通りである。
【００５２】
すなわち、ケーシング部１４の底板２２の中央には、上方に円筒状に立上る隔壁部２２ｃを有する凹部２２ｂが設けられている。そして、外部モータ８０の駆動軸８４の上端は、底板２２の凹部２２ｂの内部に達しており、駆動軸８４の外周面に、マグネットカップリング８２の駆動側インナーマグネット８６を取付けた駆動ホイール８８が固定されている。一方、底板２２の隔壁部２２ｃを挟んで、駆動側インナーマグネット８６と対向する位置に、マグネットカップリング８２の従動側アウターマグネット９０が、回転子１２の内側軸部１８の内周面に固定した従動リング９２の内周面に固定されて配置されている。これにより、外部モータ８０の駆動に伴う駆動軸８４の回転によって、回転子１２が回転する。
【００５３】
この例によれば、前述のプロセスチャンバ６８と磁気浮上型回転導入機１０ｃのケーシング部１４との間に形成されるプロセス領域の外に外部モータ８０を置くことで、外部モータ８０の不活性ガスによる腐食を考慮する必要をなくすことができる。
【００５４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 磁気浮上型回転導入機
１２ 回転子
１４ ケーシング部
１６ 回転台テーブル部
１８ 内側軸部
２０ 外側軸部
２２ 底板
２２ａ パージガス導入口
２２ｃ 隔壁部
２６ フランジ部
２８ シールリング
３０ モータ回転子部
３２ モータ回転子鉄心
３４ モータ固定子磁極鉄心
４０ ラジアル磁気軸受
４２ ラジアル電磁石ターゲット
４４ ラジアル電磁石
４６ ラジアル変位センサ
５０ アキシャル磁気軸受
５２ アキシャルディスク
５４ アキシャル電磁石
５６ 金属隔壁
６２ 昇降アーム
６４ 保温筒
６６ 基板搭載台
６８ プロセスチャンバ
８０ 外部モータ
８２ マグネットカップリング
８４ 駆動軸
８６ 駆動側インナーマグメット
９０ 従動側アウターマグネット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動力を出力する回転子を備え、
前記回転子は、前記回転子のラジアル方向に配置されて該回転子のラジアル方向変位を非接触で制御する２組以上のラジアル磁気軸受と、前記回転子の周囲に３組以上に分割配置されて該回転子のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受によって、所定の位置に非接触で回転支承され、
前記ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石と前記アキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石は、略同一平面上に配置されてケーシング部に固定されていることを特徴とする磁気浮上型回転導入機。
【請求項２】
前記回転子と一体で構成されるモータ回転子鉄心と、前記モータ回転子鉄心と対向して配置され、該モータ回転子鉄心を回転させるモータ固定子磁極鉄心とを有するモータ回転子部を備え、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心は、略同一平面上に配置されて前記ケーシング部に固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項３】
前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項４】
前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ回転子部の前記モータ固定子磁極鉄心は、その表面が外部に露出しないよう金属隔壁で覆われているか、または各磁極全体が保護皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項５】
前記ケーシング部は、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心を収納する空間にパージガスを導入するパージガス導入部を有することを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項６】
前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部の前記モータ回転子鉄心は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に、前記モータ回転子部のモータ固定子磁極鉄心は、前記空間の外部にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項７】
外部モータを有し、該外部モータの駆動軸と前記回転子とは、マグネットカップリングを介して互いに結合され、前記マグネットカップリングの駆動側インナーカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記外部モータ側に、従動側アウターカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記回転子側にそれぞれ配置されており、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石、前記駆動側インナーカップリング及び前記従動側アウターカップリングは、略同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項１】
回転動力を出力する回転子を備え、
前記回転子は、前記回転子のラジアル方向に配置されて該回転子のラジアル方向変位を非接触で制御する２組以上のラジアル磁気軸受と、前記回転子の周囲に３組以上に分割配置されて該回転子のアキシャル方向変位を非接触で制御するアキシャル磁気軸受によって、所定の位置に非接触で回転支承され、
前記ラジアル磁気軸受のラジアル電磁石と前記アキシャル磁気軸受のアキシャル電磁石は、略同一平面上に配置されてケーシング部に固定されていることを特徴とする磁気浮上型回転導入機。
【請求項２】
前記回転子と一体で構成されるモータ回転子鉄心と、前記モータ回転子鉄心と対向して配置され、該モータ回転子鉄心を回転させるモータ固定子磁極鉄心とを有するモータ回転子部を備え、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心は、略同一平面上に配置されて前記ケーシング部に固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項３】
前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項４】
前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ回転子部の前記モータ固定子磁極鉄心は、その表面が外部に露出しないよう金属隔壁で覆われているか、または各磁極全体が保護皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項５】
前記ケーシング部は、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石及び前記モータ固定子磁極鉄心を収納する空間にパージガスを導入するパージガス導入部を有することを特徴とする請求項３記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項６】
前記ケーシング部は、プロセスチャンバの蓋体として機能し、前記ラジアル磁気軸受、前記アキシャル磁気軸受及び前記モータ回転子部の前記モータ回転子鉄心は、前記プロセスチャンバと前記ケーシング部で密閉される空間の内部に、前記モータ回転子部のモータ固定子磁極鉄心は、前記空間の外部にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２記載の磁気浮上型回転導入機。
【請求項７】
外部モータを有し、該外部モータの駆動軸と前記回転子とは、マグネットカップリングを介して互いに結合され、前記マグネットカップリングの駆動側インナーカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記外部モータ側に、従動側アウターカップリングは前記ケーシング部を挟んで前記回転子側にそれぞれ配置されており、前記ラジアル電磁石、前記アキシャル電磁石、前記駆動側インナーカップリング及び前記従動側アウターカップリングは、略同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型回転導入機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６０７５４（Ｐ２０１２−６０７５４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００７１３（Ｐ２０１０−２００７１３）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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