JP2002016125A - 基板回転装置 - Google Patents
基板回転装置Info
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板並びに基板ホルダを積載し、支持・回転
する磁気軸受とモータを複合・集積化してユニット化
し、コンパクト化でき、且つ回転部負荷変動を許容でき
る基板回転装置を提供すること。 【解決手段】 環状のソリッドな磁性材からなるロータ
13と、ソリッドな磁性材からなるヨーク(15−1〜
3)を配置し、該ロータ13とヨークとで形成される磁
気回路に直流磁束源(永久磁石15−4、5)を設け、
ヨークには複数のアキシャル軸制御巻線及びラジアル軸
制御巻線を装着し、アキシャル軸制御巻線及びラジアル
軸制御巻線のそれぞれに交流電圧を印加するコントロー
ラを接続し、その電気回路に少なくともコンデンサを直
列に接続して自己制御型の磁気軸受を構成し、更にヨー
クには回転駆動巻線を設け直流磁束源による磁束と該回
転駆動巻線によりロータに回転駆動力を与えるモータと
を備えた基板回転装置。
する磁気軸受とモータを複合・集積化してユニット化
し、コンパクト化でき、且つ回転部負荷変動を許容でき
る基板回転装置を提供すること。 【解決手段】 環状のソリッドな磁性材からなるロータ
13と、ソリッドな磁性材からなるヨーク(15−1〜
3)を配置し、該ロータ13とヨークとで形成される磁
気回路に直流磁束源(永久磁石15−4、5)を設け、
ヨークには複数のアキシャル軸制御巻線及びラジアル軸
制御巻線を装着し、アキシャル軸制御巻線及びラジアル
軸制御巻線のそれぞれに交流電圧を印加するコントロー
ラを接続し、その電気回路に少なくともコンデンサを直
列に接続して自己制御型の磁気軸受を構成し、更にヨー
クには回転駆動巻線を設け直流磁束源による磁束と該回
転駆動巻線によりロータに回転駆動力を与えるモータと
を備えた基板回転装置。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は大口径の半導体ウエ
ハ等の基板の各種処理(成膜処理、アニール処理、酸化
拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理等)を行う基
板処理装置に使用される基板回転装置に関するものであ
る。
ハ等の基板の各種処理(成膜処理、アニール処理、酸化
拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理等)を行う基
板処理装置に使用される基板回転装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来この種の技術として、米国特許第
6,022,413号明細書にされたものがある。これ
は基板を高速に回転させ基板処理の性能を向上させる装
置である。この装置は回転体が中空ロータであって、磁
気軸受により磁気力で支持し、モータにより磁気力で回
転駆動されるようになっている。しかしながら、この装
置は構造的に鉛直軸方向に長いスぺースを占有するた
め、装置デザイン上支障になることがある。また、中空
ロータの中央を貫通する装置構成部材の配置等設計自由
度を広げるために、該中空の口径を大きくしたいという
要望もある。
6,022,413号明細書にされたものがある。これ
は基板を高速に回転させ基板処理の性能を向上させる装
置である。この装置は回転体が中空ロータであって、磁
気軸受により磁気力で支持し、モータにより磁気力で回
転駆動されるようになっている。しかしながら、この装
置は構造的に鉛直軸方向に長いスぺースを占有するた
め、装置デザイン上支障になることがある。また、中空
ロータの中央を貫通する装置構成部材の配置等設計自由
度を広げるために、該中空の口径を大きくしたいという
要望もある。
【0003】また、アニール処理装置においては、従来
より被処理基板上の温度分布を改善するために、5〜7
0〔rpm〕程度回転する構造とすることが、例えば、
米国特許第5,965,047号明細書で知られてい
る。基板並びに基板ホルダは円筒状の中空ロータに積載
され、該中空ロータはボールベアリングによって支持さ
れ、回転ギヤ連結された主回転軸によって伝達されてい
る。回転数が比較的低いため、中空ロータの口径が大き
くなったものの支持部材の周速度は低く、接触式の軸受
でも実用可能と思われていた。
より被処理基板上の温度分布を改善するために、5〜7
0〔rpm〕程度回転する構造とすることが、例えば、
米国特許第5,965,047号明細書で知られてい
る。基板並びに基板ホルダは円筒状の中空ロータに積載
され、該中空ロータはボールベアリングによって支持さ
れ、回転ギヤ連結された主回転軸によって伝達されてい
る。回転数が比較的低いため、中空ロータの口径が大き
くなったものの支持部材の周速度は低く、接触式の軸受
でも実用可能と思われていた。
【0004】しかしながら、半導体デバイスの高集積化
に伴い、配線の線幅がますます狭くなり、接触式の軸受
ではパーティクルの発生等の問題から要求性能を満たせ
なくなっている。そのため、磁気軸受を採用し中空ロー
タを非接触で支持する構造が必須となっている。磁気軸
受化によって、より高速回転が可能になり、更に長寿命
化が達成できる。
に伴い、配線の線幅がますます狭くなり、接触式の軸受
ではパーティクルの発生等の問題から要求性能を満たせ
なくなっている。そのため、磁気軸受を採用し中空ロー
タを非接触で支持する構造が必須となっている。磁気軸
受化によって、より高速回転が可能になり、更に長寿命
化が達成できる。
【0005】加えて、装置デザイン上、装置メンテナン
ス上の要請から鉛直軸方向に長く占有する構造は好まし
くない。したがって、磁気軸受とモータを備えたユニッ
トは扁平化させる必要がある。例えば特表平11−51
3880号公報には、磁気軸受とモータとを複合・集積
した扁平ユニット化された磁気浮上及び回転装置に関す
る技術が開示されている。この文献によれば、磁気支持
に基本的にフィードバック制御が不要で、パッシブコン
トロールで非接触磁気支持できるようになっている。
ス上の要請から鉛直軸方向に長く占有する構造は好まし
くない。したがって、磁気軸受とモータを備えたユニッ
トは扁平化させる必要がある。例えば特表平11−51
3880号公報には、磁気軸受とモータとを複合・集積
した扁平ユニット化された磁気浮上及び回転装置に関す
る技術が開示されている。この文献によれば、磁気支持
に基本的にフィードバック制御が不要で、パッシブコン
トロールで非接触磁気支持できるようになっている。
【0006】また、この磁気浮上及び回転装置では、励
磁コイルとコントローラ間にコンデンサが直列に接続さ
れている。励磁コイルのある磁気回路上の主磁気抵抗要
素として、ステータ磁極とロータ磁極間のギャップがあ
り、このギャップの変化によってコイルのインダクタン
スが変動する。そのため、コイルとコンデンサによる直
列共振周波数より少し高い周波数の一定振幅交流電圧を
電気回路に印加すれば、ギャップが大きくなった所のコ
イルはインダクタンスが小さくなるので、コイル電流が
増加し、吸引力が増える。これと逆にギャップの小さく
なった所のコイルには電流が減少し、吸引力も減少す
る。結果として、バランス位置に制御ができる(=パッ
シブコントロール)。
磁コイルとコントローラ間にコンデンサが直列に接続さ
れている。励磁コイルのある磁気回路上の主磁気抵抗要
素として、ステータ磁極とロータ磁極間のギャップがあ
り、このギャップの変化によってコイルのインダクタン
スが変動する。そのため、コイルとコンデンサによる直
列共振周波数より少し高い周波数の一定振幅交流電圧を
電気回路に印加すれば、ギャップが大きくなった所のコ
イルはインダクタンスが小さくなるので、コイル電流が
増加し、吸引力が増える。これと逆にギャップの小さく
なった所のコイルには電流が減少し、吸引力も減少す
る。結果として、バランス位置に制御ができる(=パッ
シブコントロール)。
【0007】但し、回転数が1200〔rpm〕ぐらい
の高速回転をする場合には、コントローラ側で切り替え
てフィードバック制御(=能動制御)する。しかし、能
動制御するには、高価な変位センサが必要であるとして
いる。
の高速回転をする場合には、コントローラ側で切り替え
てフィードバック制御(=能動制御)する。しかし、能
動制御するには、高価な変位センサが必要であるとして
いる。
【0008】上記磁気支持技術は、1960年代盛んに
研究が進められ、日本でも1970年代にロケット等の
航法系の精度を高めるために、慣性センサ(積分ジャイ
ロ、誘導用加速度計)の軸受に適用する研究報告があ
る。即ち、公知の磁気浮上原理である。しかしながら、
少なくとも日本における研究成果では静止安定性は実現
できるものの、動的安定性はさらに二次的な減衰要素を
付加する必要があると断定する論文報告もあり、以後軸
受と称する部位のみでは、完全非接触が実現できないと
理解され、磁気軸受の分類から消えていた技術である。
以下、この技術を直列共振型磁気軸受と呼ぶ。ちなみ
に、誘導反発力によって磁気支持する方式は、並列共振
型である。
研究が進められ、日本でも1970年代にロケット等の
航法系の精度を高めるために、慣性センサ(積分ジャイ
ロ、誘導用加速度計)の軸受に適用する研究報告があ
る。即ち、公知の磁気浮上原理である。しかしながら、
少なくとも日本における研究成果では静止安定性は実現
できるものの、動的安定性はさらに二次的な減衰要素を
付加する必要があると断定する論文報告もあり、以後軸
受と称する部位のみでは、完全非接触が実現できないと
理解され、磁気軸受の分類から消えていた技術である。
以下、この技術を直列共振型磁気軸受と呼ぶ。ちなみ
に、誘導反発力によって磁気支持する方式は、並列共振
型である。
【0009】上記特表平11−513880号公報に開
示されている回転装置は基板回転装置として優れた特性
を有することは明らかであるが、例えば半導体製造装置
に使用される基板回転装置では常に改良改善が図られ、
進化し続ける宿命があり、積載する基板、該基板を保持
する基板ホルダ(基板サセプタ)等の静的な質量負荷、
プロセスガス・リキッドによる動的な負荷等の磁気軸受
への負荷は変わっていく。特に鉛直軸方向に作用する負
荷の変動を容易に許容できることが望まれている。
示されている回転装置は基板回転装置として優れた特性
を有することは明らかであるが、例えば半導体製造装置
に使用される基板回転装置では常に改良改善が図られ、
進化し続ける宿命があり、積載する基板、該基板を保持
する基板ホルダ(基板サセプタ)等の静的な質量負荷、
プロセスガス・リキッドによる動的な負荷等の磁気軸受
への負荷は変わっていく。特に鉛直軸方向に作用する負
荷の変動を容易に許容できることが望まれている。
【0010】しかしながら、上記特表平11−5138
80号公報に開示された回転装置の構造は、鉛直方向の
負荷許容値が初期設計により決まってしまい、完成品を
何らかの調整によってその許容値を拡大することはでき
ない。言い換えれば、製作前に積載負荷仕様が厳密に決
まっている必要がある。
80号公報に開示された回転装置の構造は、鉛直方向の
負荷許容値が初期設計により決まってしまい、完成品を
何らかの調整によってその許容値を拡大することはでき
ない。言い換えれば、製作前に積載負荷仕様が厳密に決
まっている必要がある。
【0011】高集積度が要求される次世代の半導体デバ
イスにおいては、デザインルールで配線の線幅を0.1
μm以下にすることが要求されている。このような高集
積度の半導体デバイスの製造装置の開発においては、更
なる装置性能の改善が要求され、装置デザインの自由度
が要求される。そのため基板回転装置においても、基板
並びに基板ホルダ(基板サセプタ)を積載し、支持・回
転する磁気軸受とモータの複合・集積してユニット化す
ること、更にコンパクト化することが要望される。ま
た、回転部負荷変動を許容できることも要望される。特
に、新しい基板回転装置設計に際しては、基板ホルダ等
の基板周辺部品は、プロセス性能上の重要な要素である
ため、完成時にようやく構造が確定するという事情があ
り、回転部負荷変動を許容できることが要望される。
イスにおいては、デザインルールで配線の線幅を0.1
μm以下にすることが要求されている。このような高集
積度の半導体デバイスの製造装置の開発においては、更
なる装置性能の改善が要求され、装置デザインの自由度
が要求される。そのため基板回転装置においても、基板
並びに基板ホルダ(基板サセプタ)を積載し、支持・回
転する磁気軸受とモータの複合・集積してユニット化す
ること、更にコンパクト化することが要望される。ま
た、回転部負荷変動を許容できることも要望される。特
に、新しい基板回転装置設計に際しては、基板ホルダ等
の基板周辺部品は、プロセス性能上の重要な要素である
ため、完成時にようやく構造が確定するという事情があ
り、回転部負荷変動を許容できることが要望される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、基板並びに基板ホルダを積載し、
支持・回転する磁気軸受とモータを複合・集積化してユ
ニット化し、コンパクト化でき、且つ回転部負荷変動を
許容できる基板回転装置を提供することを目的とする。
みてなされたもので、基板並びに基板ホルダを積載し、
支持・回転する磁気軸受とモータを複合・集積化してユ
ニット化し、コンパクト化でき、且つ回転部負荷変動を
許容できる基板回転装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、環状のソリッドな磁性材から
なるロータと、該ロータの外周に配置されたソリッドな
磁性材からなるヨークを配置し、該ロータとヨークとで
形成される磁気回路に直流磁束源を設け、前記ヨークに
は複数のアキシャル軸制御巻線及びラジアル軸制御巻線
を装着し、該アキシャル軸制御巻線及びラジアル軸制御
巻線のそれぞれに交流電圧を印加するコントローラを接
続し、その電気回路に少なくともコンデンサを直列に接
続して自己制御型の磁気軸受を構成し、更に前記ヨーク
には回転駆動巻線を設け前記直流磁束源による磁束と該
回転駆動巻線により前期ロータに回転駆動力を与えるモ
ータとを備えたことを特徴とする基板回転装置にある。
請求項1に記載の発明は、環状のソリッドな磁性材から
なるロータと、該ロータの外周に配置されたソリッドな
磁性材からなるヨークを配置し、該ロータとヨークとで
形成される磁気回路に直流磁束源を設け、前記ヨークに
は複数のアキシャル軸制御巻線及びラジアル軸制御巻線
を装着し、該アキシャル軸制御巻線及びラジアル軸制御
巻線のそれぞれに交流電圧を印加するコントローラを接
続し、その電気回路に少なくともコンデンサを直列に接
続して自己制御型の磁気軸受を構成し、更に前記ヨーク
には回転駆動巻線を設け前記直流磁束源による磁束と該
回転駆動巻線により前期ロータに回転駆動力を与えるモ
ータとを備えたことを特徴とする基板回転装置にある。
【0014】上記のようにアキシャル軸制御巻線及びラ
ジアル軸制御巻線に交流電圧を印加する電気回路にコン
デンサを直列に接続して自己制御型の磁気軸受とするこ
とにより、高価な変位センサが不要で且つコントローラ
を構成の簡単なパッシブコントローラとすることができ
る。
ジアル軸制御巻線に交流電圧を印加する電気回路にコン
デンサを直列に接続して自己制御型の磁気軸受とするこ
とにより、高価な変位センサが不要で且つコントローラ
を構成の簡単なパッシブコントローラとすることができ
る。
【0015】また、アキシャル軸制御巻線により鉛直軸
方向の負荷能力を調整できる磁気回路構造とするので、
例えば半導体製造装置の進化に追従できる基板回転装置
とすることができる。
方向の負荷能力を調整できる磁気回路構造とするので、
例えば半導体製造装置の進化に追従できる基板回転装置
とすることができる。
【0016】また、ロータ及びヨークをソリッドな磁性
材で構成するので,磁気回路上のヒステリヒス損・渦電
流損によって、ロータ運動に減衰作用を与えるから、オ
イルダンパーなどの別途の減衰機構を設ける必要がな
く、クリーンな構造となる。
材で構成するので,磁気回路上のヒステリヒス損・渦電
流損によって、ロータ運動に減衰作用を与えるから、オ
イルダンパーなどの別途の減衰機構を設ける必要がな
く、クリーンな構造となる。
【0017】磁気支持のための磁気回路と回転駆動のた
めの磁気回路を複合化しているので、装置をコンパクト
な構造とすることができる。
めの磁気回路を複合化しているので、装置をコンパクト
な構造とすることができる。
【0018】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の基板回転装置において、ヨーク鉛直方向に上中下の3
段構成であり、上ヨークと中ヨークの間及び中ヨークと
下ヨークの間に直流磁束源である永久磁石を配置し、上
ヨークにアキシャル軸制御巻線、中ヨークに回転駆動巻
線、下ヨークにラジアル軸制御巻線をそれぞれ装着した
ことを特徴とする。
の基板回転装置において、ヨーク鉛直方向に上中下の3
段構成であり、上ヨークと中ヨークの間及び中ヨークと
下ヨークの間に直流磁束源である永久磁石を配置し、上
ヨークにアキシャル軸制御巻線、中ヨークに回転駆動巻
線、下ヨークにラジアル軸制御巻線をそれぞれ装着した
ことを特徴とする。
【0019】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の基板回転装置において、上ヨークの先端面とロータ上
端面の間に磁極ピースを配置したことを特徴とする。
の基板回転装置において、上ヨークの先端面とロータ上
端面の間に磁極ピースを配置したことを特徴とする。
【0020】請求項4に記載の発明は、請求項3に記載
の基板回転装置において、上ヨークの先端をロータ上端
面まで延ばしていることを特徴とする。
の基板回転装置において、上ヨークの先端をロータ上端
面まで延ばしていることを特徴とする。
【0021】請求項5に記載の発明は、請求項1又は2
に記載の基板回転装置において、ヨーク及び各巻線等か
らなるステータとロータの間に非磁性材からなる隔壁を
設け、該ステータを該ロータが位置する空間から隔絶し
たことを特徴とする。
に記載の基板回転装置において、ヨーク及び各巻線等か
らなるステータとロータの間に非磁性材からなる隔壁を
設け、該ステータを該ロータが位置する空間から隔絶し
たことを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図1は本発明に係る基板回転装
置を使用する基板処理装置の断面構成を示す図であり、
図2はその回転装置部分を示す図、図3は図1のI−I
断面矢視図、図4は図1のII−II断面矢視図、図5は図
1のIII−III断面矢視図である。
面に基づいて説明する。図1は本発明に係る基板回転装
置を使用する基板処理装置の断面構成を示す図であり、
図2はその回転装置部分を示す図、図3は図1のI−I
断面矢視図、図4は図1のII−II断面矢視図、図5は図
1のIII−III断面矢視図である。
【0023】図において、1は基板の処理を行う基板処
理室、10は基板回転装置である。基板回転装置10は
その上部が基板処理室1の中央部に位置するように配置
されている。本基板処理装置は鉛直軸をZ軸に三次元直
交座標上に置き、基板処理室1の中央部に位置する基板
回転装置10の基板ホルダ11上に被処理基板12を搬
入し、希望の処理を実施できるようになっている。3は
基板処理室1の搬出入口に設けられた仕切弁である。
理室、10は基板回転装置である。基板回転装置10は
その上部が基板処理室1の中央部に位置するように配置
されている。本基板処理装置は鉛直軸をZ軸に三次元直
交座標上に置き、基板処理室1の中央部に位置する基板
回転装置10の基板ホルダ11上に被処理基板12を搬
入し、希望の処理を実施できるようになっている。3は
基板処理室1の搬出入口に設けられた仕切弁である。
【0024】基板処理室1の上部内壁には、ランプヒー
タ2が被処理基板12に対向するように配置されてお
り、処理のためのエネルギーを熱エネルギーとして被処
理基板12へ供給する。13はリング状のロータであ
り、該ロータ13に支持部材14を介して基板ホルダ1
1が支持されるようになっている。15はステータであ
り、該ステータ15はロータ13を取り囲むようにロー
タ13の外周に配置されている。ロータ13は磁気力に
よってステータ15と結合し、支持されている。ステー
タ15は隔壁16によって基板処理室1内の空間と隔絶
されている。なお、4、5は基板処理室1の側壁に設け
られた冷却水等の冷媒を通す冷媒ライン、6はランプヒ
ータ2からの熱エネルギーを反射させる反射板、7は被
処理基板12を突き上げる基板突上げピンである。
タ2が被処理基板12に対向するように配置されてお
り、処理のためのエネルギーを熱エネルギーとして被処
理基板12へ供給する。13はリング状のロータであ
り、該ロータ13に支持部材14を介して基板ホルダ1
1が支持されるようになっている。15はステータであ
り、該ステータ15はロータ13を取り囲むようにロー
タ13の外周に配置されている。ロータ13は磁気力に
よってステータ15と結合し、支持されている。ステー
タ15は隔壁16によって基板処理室1内の空間と隔絶
されている。なお、4、5は基板処理室1の側壁に設け
られた冷却水等の冷媒を通す冷媒ライン、6はランプヒ
ータ2からの熱エネルギーを反射させる反射板、7は被
処理基板12を突き上げる基板突上げピンである。
【0025】ステータ15は、アキシャル制御巻線付ヨ
ーク15−1、回転駆動巻線付ヨーク15−2、ラジア
ル制御巻線付ヨーク15−3、永久磁石(直流磁束源
1)15−4、永久磁石(直流磁束源2)15−5で構
成されている。また、隔壁16の基板処理室1側に磁極
ピース15−6を備え、この磁極ピース15−6下面と
ロータ13上面間で磁気吸引力が作用し、鉛直方向の主
支持力を発生させる。その詳細は図2乃至図5に示す。
ーク15−1、回転駆動巻線付ヨーク15−2、ラジア
ル制御巻線付ヨーク15−3、永久磁石(直流磁束源
1)15−4、永久磁石(直流磁束源2)15−5で構
成されている。また、隔壁16の基板処理室1側に磁極
ピース15−6を備え、この磁極ピース15−6下面と
ロータ13上面間で磁気吸引力が作用し、鉛直方向の主
支持力を発生させる。その詳細は図2乃至図5に示す。
【0026】被処理基板12にはシリコン基板、石英基
板、ゲルマニウム基板が用いられる。基板ホルダ11
は、石英、炭化珪素(SiC)、ステアタイト(MgO
・SiO2)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)など
の材料で構成されている。支持部材14は、石英、炭化
珪素(SiC)、ステアタイト(MgO・SiO2)、
ムライト(3Al2O3・2SiO2)、ステンレス鋼な
どの材料で構成されている。
板、ゲルマニウム基板が用いられる。基板ホルダ11
は、石英、炭化珪素(SiC)、ステアタイト(MgO
・SiO2)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)など
の材料で構成されている。支持部材14は、石英、炭化
珪素(SiC)、ステアタイト(MgO・SiO2)、
ムライト(3Al2O3・2SiO2)、ステンレス鋼な
どの材料で構成されている。
【0027】ロータ13は、パーマロイ(PB、P
C)、電磁ステンレス鋼、Fe−Si鋼、電磁軟鉄(S
UY−B、SUY−P)等の磁性材で構成されている。
また、耐蝕性を改善する場合にはニッケルメッキ等のコ
ーティングを行っている。隔壁16は、オーステナイト
系ステンレス鋼(SUS316、SUS304)、ポリ
エーテル・エーテルケトン(PEEK)、アルミニウム
合金等の非磁性材で構成されている。
C)、電磁ステンレス鋼、Fe−Si鋼、電磁軟鉄(S
UY−B、SUY−P)等の磁性材で構成されている。
また、耐蝕性を改善する場合にはニッケルメッキ等のコ
ーティングを行っている。隔壁16は、オーステナイト
系ステンレス鋼(SUS316、SUS304)、ポリ
エーテル・エーテルケトン(PEEK)、アルミニウム
合金等の非磁性材で構成されている。
【0028】アキシャル制御巻線付ヨーク15−1、回
転駆動巻線付ヨーク15−2、ラジアル制御巻線付ヨー
ク15−3の各ヨークは、ソリッドなパーマロイ(P
B、PC)、電磁ステンレス鋼、Fe−Si鋼の磁性材
を用いる。永久磁石15−4、永久磁石15−5には、
サマリウム・コバルト系の磁石、鉄・ネオジム・ボロン
系磁石を用いる。また、耐蝕性を改善する場合にはニッ
ケルメッキなどのコーティングを行っている。
転駆動巻線付ヨーク15−2、ラジアル制御巻線付ヨー
ク15−3の各ヨークは、ソリッドなパーマロイ(P
B、PC)、電磁ステンレス鋼、Fe−Si鋼の磁性材
を用いる。永久磁石15−4、永久磁石15−5には、
サマリウム・コバルト系の磁石、鉄・ネオジム・ボロン
系磁石を用いる。また、耐蝕性を改善する場合にはニッ
ケルメッキなどのコーティングを行っている。
【0029】アキシャル制御巻線付ヨーク15−1、回
転駆動巻線付ヨーク15−2、ラジアル制御巻線付ヨー
ク15−3は、そのヨーク形状、コイル形状・数を同一
とした例を示している。このようなことが可能なため、
部品の共有化ができ、部品点数の低減によるコストメリ
ットも期待できる。
転駆動巻線付ヨーク15−2、ラジアル制御巻線付ヨー
ク15−3は、そのヨーク形状、コイル形状・数を同一
とした例を示している。このようなことが可能なため、
部品の共有化ができ、部品点数の低減によるコストメリ
ットも期待できる。
【0030】監視用変位センサ17、18、19はそれ
ぞれX軸、Y軸、Z軸の軸変位を検出し、図示しないコ
ントローラに信号を送り、該コントローラでロータ13
の位置の異常検出等に使用される。
ぞれX軸、Y軸、Z軸の軸変位を検出し、図示しないコ
ントローラに信号を送り、該コントローラでロータ13
の位置の異常検出等に使用される。
【0031】上記基板処理装置の基板回転装置10のア
キシャル制御巻線付ヨーク15−1、回転駆動巻線付ヨ
ーク15−2、ラジアル制御巻線付ヨーク15−3、ロ
ータ13及び磁極ピース15−6で形成される磁気回路
部、永久磁石15−4、15−5による磁束分布は図2
に示すようになっている。Φ1は永久磁石(直流磁束源
1)15−4による磁束で、Φ2は永久磁石(直流磁束
源2)15−5による磁束を示す。図示するように、磁
極ピース15−6下面とロータ13上面間で作用する主
支持力を発生させる磁気支持用磁気回路とロータ13を
回転駆動させる回転駆動用磁気回路とを共有化・複合化
している。
キシャル制御巻線付ヨーク15−1、回転駆動巻線付ヨ
ーク15−2、ラジアル制御巻線付ヨーク15−3、ロ
ータ13及び磁極ピース15−6で形成される磁気回路
部、永久磁石15−4、15−5による磁束分布は図2
に示すようになっている。Φ1は永久磁石(直流磁束源
1)15−4による磁束で、Φ2は永久磁石(直流磁束
源2)15−5による磁束を示す。図示するように、磁
極ピース15−6下面とロータ13上面間で作用する主
支持力を発生させる磁気支持用磁気回路とロータ13を
回転駆動させる回転駆動用磁気回路とを共有化・複合化
している。
【0032】隔壁16の内側には図3に示すように、ス
テータ磁路の一部が点在している。この構造とすること
で、ステータ15の組立性が向上する。永久磁石(直流
磁束源1)15−4による磁束Φ1はアキシャル制御巻
線付ヨーク15−1、回転駆動巻線付ヨーク15−2を
通り閉じている。また、永久磁石(直流磁束源2)15
−5による磁束Φ2は回転駆動巻線付ヨーク15−2、
ラジアル制御巻線付ヨーク15−3を通り閉じている。
テータ磁路の一部が点在している。この構造とすること
で、ステータ15の組立性が向上する。永久磁石(直流
磁束源1)15−4による磁束Φ1はアキシャル制御巻
線付ヨーク15−1、回転駆動巻線付ヨーク15−2を
通り閉じている。また、永久磁石(直流磁束源2)15
−5による磁束Φ2は回転駆動巻線付ヨーク15−2、
ラジアル制御巻線付ヨーク15−3を通り閉じている。
【0033】アキシャル制御巻線付ヨーク15−1の断
面構造は図3に示すように、円周上に等間隔で配置され
た多数(図では48個)の磁極15−1bに巻線コイル
15−1aが装着された構造である。巻線コイル15−
1aには図示しないコントローラより交流電圧が印加さ
れ、その電気回路上に直列にコンデンサを備えている。
また、巻線コイル15−1aの巻線形状は全て同じであ
るが、円周上を均等に4つのグループZ1、Z2、Z
3、Z4に分け、図示しない駆動コントローラにそれぞ
れ接続してもよい。被処理基板12の大口径化に伴い、
このグループ分けは細分化した方が好ましい。グループ
分けすることにより、ラジアルX軸、Y軸回りの傾き運
動も制御できる。
面構造は図3に示すように、円周上に等間隔で配置され
た多数(図では48個)の磁極15−1bに巻線コイル
15−1aが装着された構造である。巻線コイル15−
1aには図示しないコントローラより交流電圧が印加さ
れ、その電気回路上に直列にコンデンサを備えている。
また、巻線コイル15−1aの巻線形状は全て同じであ
るが、円周上を均等に4つのグループZ1、Z2、Z
3、Z4に分け、図示しない駆動コントローラにそれぞ
れ接続してもよい。被処理基板12の大口径化に伴い、
このグループ分けは細分化した方が好ましい。グループ
分けすることにより、ラジアルX軸、Y軸回りの傾き運
動も制御できる。
【0034】この磁気軸受の技術は、「LRC共振回路
を利用した磁気支持装置の動特性解析」、電気学会誌、
VOL.94−B,No.9、論文番号:49−B5
5、1974年や、「自己制御型八極磁気軸受方式の理
論解析」、精密機械、40巻7号、1974年等の文献
により公知の技術である。この磁気軸受は、上記のよう
に少なくとも日本における研究成果では、静的安定性は
実現できるものの、動的安定性はさらに二次的な減衰要
素を付加する必要があると断定した論文報告もあり、以
後軸受と称する部位のみでは、完全非接触が実現できな
いと理解され、磁気軸受の分類から消えた技術である。
を利用した磁気支持装置の動特性解析」、電気学会誌、
VOL.94−B,No.9、論文番号:49−B5
5、1974年や、「自己制御型八極磁気軸受方式の理
論解析」、精密機械、40巻7号、1974年等の文献
により公知の技術である。この磁気軸受は、上記のよう
に少なくとも日本における研究成果では、静的安定性は
実現できるものの、動的安定性はさらに二次的な減衰要
素を付加する必要があると断定した論文報告もあり、以
後軸受と称する部位のみでは、完全非接触が実現できな
いと理解され、磁気軸受の分類から消えた技術である。
【0035】そこで、動的安定性は、磁気回路を構成す
る磁性材をあえてソリッドな(積層化しない)ものを使
いヒステリシス損、渦電流損が発生しやすくし、永久磁
石などの直流励磁源を備え、磁気回路上の抵抗であるギ
ャップが変化する運動がある時、減衰作用が生じること
を利用して減衰要素=ダンパを併せ持つことによって、
動的安定性を得る構造としている。また、ステータ15
とロータ13を隔絶する非磁性材からなる隔壁16に発
生する二次回路も動的安定性を得ることに寄与する。
る磁性材をあえてソリッドな(積層化しない)ものを使
いヒステリシス損、渦電流損が発生しやすくし、永久磁
石などの直流励磁源を備え、磁気回路上の抵抗であるギ
ャップが変化する運動がある時、減衰作用が生じること
を利用して減衰要素=ダンパを併せ持つことによって、
動的安定性を得る構造としている。また、ステータ15
とロータ13を隔絶する非磁性材からなる隔壁16に発
生する二次回路も動的安定性を得ることに寄与する。
【0036】回転駆動巻線付ヨーク15−2の断面構造
は、図4に示すようになっており、この面には永久磁石
15−4と永久磁石15−5により磁極端はN極になっ
ている。即ち、この周上には単極しかないので、ホモポ
ーラモータに分類される。円周上に等間隔で配置された
多数(図では48個)の磁極15−2bに巻線コイル1
5−2aが装着されている。巻線コイル15−2aの巻
線形状は全て同じであるが、大きく3つのグループ(A
・A’、B・B’、C・C’)に分け、図示しない駆動
コントローラによって制御される。
は、図4に示すようになっており、この面には永久磁石
15−4と永久磁石15−5により磁極端はN極になっ
ている。即ち、この周上には単極しかないので、ホモポ
ーラモータに分類される。円周上に等間隔で配置された
多数(図では48個)の磁極15−2bに巻線コイル1
5−2aが装着されている。巻線コイル15−2aの巻
線形状は全て同じであるが、大きく3つのグループ(A
・A’、B・B’、C・C’)に分け、図示しない駆動
コントローラによって制御される。
【0037】ラジアル制御巻線付ヨークの断面構造は、
図5に示すようになっている。磁気軸受の原理は上述し
たアキシャル制御巻線付ヨーク15−1と同じである。
従って、位置制御のための高価な変位センサ、複雑な制
御回路を用いたフィードバック制御は不要になる。
図5に示すようになっている。磁気軸受の原理は上述し
たアキシャル制御巻線付ヨーク15−1と同じである。
従って、位置制御のための高価な変位センサ、複雑な制
御回路を用いたフィードバック制御は不要になる。
【0038】図6は本発明に係る基板回転装置の他の断
面構成例を示す図である。本基板回転装置が図2に示す
基板回転装置の断面構造と異なる点は、磁極ピース15
−6が無く、アキシャル制御巻線付ヨーク15−1へ一
体化している点である。このように別体の磁気ピースを
設けることなく、アキシャル制御巻線付ヨーク15−1
と一体化することにより、図2に示す構造に比べて組立
性が改善される。
面構成例を示す図である。本基板回転装置が図2に示す
基板回転装置の断面構造と異なる点は、磁極ピース15
−6が無く、アキシャル制御巻線付ヨーク15−1へ一
体化している点である。このように別体の磁気ピースを
設けることなく、アキシャル制御巻線付ヨーク15−1
と一体化することにより、図2に示す構造に比べて組立
性が改善される。
【0039】図7は本発明に係る基板回転装置の他の断
面構成例を示す図である。本基板回転装置が図6に示す
基板回転装置の断面構造と異なる点は、監視用変位セン
サ17、18、19をロータ13の外側に配置している
点である。このように監視用変位センサ17、18、1
9をロータ13の外側に配置することによって、ロータ
13の内側を基板処理装置の構成部品(例えば半導体製
造装置の構成部品)が占める空間として利用できる。
面構成例を示す図である。本基板回転装置が図6に示す
基板回転装置の断面構造と異なる点は、監視用変位セン
サ17、18、19をロータ13の外側に配置している
点である。このように監視用変位センサ17、18、1
9をロータ13の外側に配置することによって、ロータ
13の内側を基板処理装置の構成部品(例えば半導体製
造装置の構成部品)が占める空間として利用できる。
【0040】
【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0041】アキシャル軸制御巻線及びラジアル軸制
御巻線に交流電圧を印加する電気回路にコンデンサを直
列に接続して自己制御型の磁気軸受とすることにより、
高価な変位センサが不要で且つコントローラを構成の簡
単なパッシブコントローラとすることができ、基板回転
装置を低コストで提供できる。
御巻線に交流電圧を印加する電気回路にコンデンサを直
列に接続して自己制御型の磁気軸受とすることにより、
高価な変位センサが不要で且つコントローラを構成の簡
単なパッシブコントローラとすることができ、基板回転
装置を低コストで提供できる。
【0042】また、アキシャル軸制御巻線により鉛直
軸方向の負荷能力を調整できる磁気回路構造とするの
で、例えば半導体製造装置の進化に追従できる基板回転
装置を提供できる。
軸方向の負荷能力を調整できる磁気回路構造とするの
で、例えば半導体製造装置の進化に追従できる基板回転
装置を提供できる。
【0043】また、ロータ及びヨークをソリッドな磁
性材で構成するので,磁気回路上のヒステリシス損・渦
電流損によって、ロータ運動に減衰作用を与えるから、
オイルダンパーなどの別途の減衰機構を設ける必要がな
く、クリーンな構造の基板回転装置を提供できる。
性材で構成するので,磁気回路上のヒステリシス損・渦
電流損によって、ロータ運動に減衰作用を与えるから、
オイルダンパーなどの別途の減衰機構を設ける必要がな
く、クリーンな構造の基板回転装置を提供できる。
【0044】磁気支持のための磁気回路と回転駆動の
ための磁気回路を複合化しているので、コンパクトな構
造の基板回転装置を提供できる。
ための磁気回路を複合化しているので、コンパクトな構
造の基板回転装置を提供できる。
【図1】本発明に係る基板回転装置を使用する基板処理
装置の断面構成例を示す図である。
装置の断面構成例を示す図である。
【図2】本発明に係る基板回転装置の断面構成例を示す
図である。
図である。
【図3】図1のI−I断面矢視図である。
【図4】図1のII−II断面矢視図である。
【図5】図1のIII−III断面矢視図である。
【図6】本発明に係る基板回転装置の断面構成例を示す
図である。
図である。
【図7】本発明に係る基板回転装置の断面構成例を示す
図である。
図である。
1 基板処理室 2 ランプヒータ 3 仕切弁 4 冷媒ライン 5 冷媒ライン 6 反射板 7 基板突上げピン 10 基板回転装置 11 基板ホルダ 12 被処理基板 13 ロータ 14 支持部材 15 ステータ 15−1 アキシャル制御巻線付ヨーク 15−2 回転駆動巻線付ヨーク 15−3 ラジアル制御巻線付ヨーク 15−4 永久磁石(直流磁束源1) 15−5 永久磁石(直流磁束源2) 15−6 磁極ピース 16 隔壁 17 監視用変位センサ(X軸用) 18 監視用変位センサ(Y軸用) 19 監視用変位センサ(Z軸用)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/22 511 H01L 21/22 511Q 5F045 21/3065 21/324 Q 21/324 21/302 B Fターム(参考) 3J102 AA01 BA03 BA19 CA19 DA03 DA06 DA16 DA28 GA19 GA20 4K029 AA04 AA06 BD01 CA05 GA01 JA02 4K030 CA04 CA12 DA09 GA06 KA34 KA46 5F004 BD04 BD05 CA05 5F031 CA02 HA59 LA04 MA28 MA29 MA30 MA32 5F045 EM10
Claims (5)
- 【請求項1】 環状のソリッドな磁性材からなるロータ
と、該ロータの外周に配置されたソリッドな磁性材から
なるヨークを配置し、該ロータとヨークとで形成される
磁気回路に直流磁束源を設け、前記ヨークには複数のア
キシャル軸制御巻線及びラジアル軸制御巻線を装着し、
該アキシャル軸制御巻線及びラジアル軸制御巻線のそれ
ぞれに交流電圧を印加するコントローラを接続し、その
電気回路に少なくともコンデンサを直列に接続して自己
制御型の磁気軸受を構成し、更に前記ヨークには回転駆
動巻線を設け前記直流磁束源による磁束と該回転駆動巻
線により前期ロータに回転駆動力を与えるモータとを備
えたことを特徴とする基板回転装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の基板回転装置におい
て、 前記ヨーク鉛直方向に上中下の3段構成であり、上ヨー
クと中ヨークの間及び中ヨークと下ヨークの間に前記直
流磁束源である永久磁石を配置し、上ヨークにアキシャ
ル軸制御巻線、中ヨークに回転駆動巻線、下ヨークにラ
ジアル軸制御巻線をそれぞれ装着したことを特徴とする
基板回転装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の基板回転装置におい
て、 前記上ヨークの先端面と前記ロータ上端面の間に磁極ピ
ースを配置したことを特徴とする基板回転装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の基板回転装置におい
て、 前記上ヨークの先端を前記ロータ上端面まで延ばしてい
ることを特徴とする基板回転装置。 - 【請求項5】 請求項1又は2に記載の基板回転装置に
おいて、 前記ヨーク及び各巻線等からなるステータと前記ロータ
の間に非磁性材からなる隔壁を設け、該ステータを該ロ
ータが位置する空間から隔絶したことを特徴とする基板
回転装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000196435A JP2002016125A (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 基板回転装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000196435A JP2002016125A (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 基板回転装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002016125A true JP2002016125A (ja) | 2002-01-18 |
Family
ID=18694931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000196435A Pending JP2002016125A (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 基板回転装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002016125A (ja) |
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