JP2006179629A - 回転保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
コンパクトであり、分解が容易でありながら、適切なシールを有する回転保持装置を提供する。
【解決手段】
軸受１０７，１１１の半径方向内方に、冷却水用シール１１０，真空シール１０９を配置しているため、それらを点検・交換することが容易であり、且つ回転保持装置１００の軸線方向長を小さく抑えることができる。このような構成を有するため、回転保持装置１００はＸＹテーブルのスライダ上に載置して用いることができ、回転保持装置１００自体をスライダとすることもできる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転保持装置に関し、例えば半導体ウェハにイオン注入量の異なる複数の領域を形成するために用いられるイオン注入に用いられると好適な回転保持装置に関する。

イオン注入方法は、不純物をイオン化し、イオンビームとして電気的に加速して、シリコン（Ｓｉ）等のウェハに打ち込むものであり、微細な領域に精度良く不純物を導入することができるため、半導体の製造プロセスにおいて広く用いられている。

このイオン注入方法では、（１）電場を印加することによりイオンビームを偏向させ、ウェハ面内を走査する静電スキャン、（２）磁場を印加することによりイオンビームを偏向させ、ウェハ面内を走査する磁場スキャン、（３）ホルダに載置されたウェハ側をモータによって移動させることによりイオンビームの走査を行うメカニカルスキャンなどが行われており、これら（１）〜（３）のいずれかのスキャン方式をウェハ面内の互いに直交するＸ, Ｙ方向のそれぞれの走査に適用している。

以上のようなイオン注入方法を用いると、ウェハ全面にイオンを均一に注入することが可能となる。また、予めフォトレジストによりマスクが形成されたウェハを用いると、所望の不純物を所望の領域に選択的に精度良く注入することができる（特許文献１参照）。
特開２００３−８６５３０号公報 特開２０００−８７２３７号公報

ここで、上述の（３）メカニカルスキャンを行う回転保持装置において、イオンビーム注入は真空雰囲気で行われるのが一般的であるから、大気内外を密封する真空シールも必要となるが、回転保持装置をコンパクトに抑えるため、或いはメンテナンスを容易にするには、その配置をどうするかが問題となる。

又、ウェハにイオンビームを注入する際に加熱を防止するために、ウェハを保持するホルダ内に冷却媒体を通過させることが考えられている。ここで、回転するホルダに、どのようにして冷却媒体を伝達するかという問題がある。特許文献２には、回転する軸内に冷却水を供給する構成が開示されている。しかるに、かかる構成を用いた場合、軸の冷却を行えても、ホルダの冷却は困難であるという問題がある。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、コンパクトであり、分解が容易でありながら、適切なシールを有する回転保持装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の回転保持装置は、大気外の環境で用いられる回転保持装置において、
冷却媒体を供給される供給口及び冷却媒体を排出する排出口を備えたハウジングと、
処理対象物を保持する保持部と、保持した処理対象物を冷却する冷却部とを備えたホルダと、
前記ホルダを支持すると共に、前記ホルダの冷却部と前記ハウジングの供給部との間で冷却媒体を伝達する第１伝達通路と、前記ホルダの冷却部と前記ハウジングの排出部との間で冷却媒体を伝達する第２伝達通路とを備えた支持軸と、
前記ハウジングと前記支持軸との間に設けられ、前記支持軸を回転自在に支持する軸受と、
駆動手段と、
前記駆動手段からの動力を前記支持軸に伝達する動力伝達機構と、
前記軸受の半径方向内方に配置され、前記大気外雰囲気と、大気内雰囲気とを密封隔離する真空シールとを有することを特徴とする。

本発明の回転保持装置によれば、前記大気外雰囲気と、大気内雰囲気とを密封隔離する前記真空シールが、前記軸受の半径方向内方に配置されているので、前記回転保持装置の軸線方向寸法を小さく抑えることができる。又、メンテナンス時など、軸受を分解することなく前記真空シールの点検が行えるので、省力化を図れる。ただし、前記真空シールの少なくとも一部が、前記軸受の半径方向内方に配置されていれば、本発明に相当するものとする。

更に、前記軸受の半径方向内方であって、前記真空シールと前記第１伝達通路又は前記第２伝達通路との間に配置された冷却媒体用シールを有すると、前記回転保持装置の軸線方向寸法を小さく抑えることができる。

更に、前記支持軸と前記ハウジングの一方に形成された凸部が、他方に形成された凹部に非接触状態で挿入されていると、それにより非接触のスキマシールを形成できるので、冷却媒体の漏れを抑制できる。

更に、前記軸受に予圧を付与する予圧機構を設けると、軸受のガタが抑えられるので、前記ホルダの高精度な回転駆動を行える。

更に、前記軸受の内輪が固定され、外輪が回転すると好ましい。

更に、前記軸受の外輪が固定され、内輪が回転すると好ましい。

更に、前記動力伝達機構は、歯車対を含むと好ましいが、歯付きベルトでも良い。

更に、前記ホルダと前記支持軸との間において、前記第１伝達通路及び前記第２伝達通路との間に密封手段（例えばＯ−リング）を設けないと、部品点数が削減される。

以下、図面を参照して、比較例と、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の回転保持装置を用いたイオンビーム注入装置のウェハスキャン機構部の斜視図である。縦長の筐体Ｈの下部には、モータＭが取り付けられており、モータＭに連結されたねじ軸Ｓは、筐体Ｈ内を鉛直方向に延在し、回転保持装置１００を支持するベースＢ内に設けられたナット（不図示）に螺合している。即ち、モータＭを駆動することによりねじ軸Ｓが回転すると、ナットと共にベースＢが上下に移動し、それにより回転保持装置１００も上下に移動することとなる。

ここで、イオンビーム注入装置は、図１に示す状態で真空中でビームを水平方向に走査し、このビームに対してウェハを上下にスキャンすることでウェハ全体にイオンを注入する。このとき注入角度を調節するためにチルト軸とツイスト軸でビームに対するウェハの姿勢を決める。従って、１０^-5〜１０^-6Ｐａ程度の真空中で水平方向に照射されるイオンビームＩによってウェハを走査することができ、それにより適切なイオンビーム注入をおこなうことで、シリコンウェハにおけるＡｓ、Ｐ，Ｂ等の不純物の注入量を制御して半導体を製造することができる。

図２は、比較例にかかる回転保持装置の断面図であり、図３は、第１の実施の形態にかかる回転保持装置１００の断面図である。

まず、比較例から説明する。図２において、ベースＢに対してフランジ１ａを介して中空円筒状の第１ハウジング１が固定されている。第１ハウジング１は、ベースＢの開口Ｂａを通って下方に露出しており、その下面には円筒状の連結部２がボルトにより固定されている。連結部２の下面にはモータ３がボルトにより固定されている。即ち、連結部２を介して、モータ３と第１ハウジング１とが同軸に連結されている。

一方、第１ハウジング１の上面には、中空円筒状の第２ハウジング４がボルトにより同軸に固定されている。第１ハウジング１の内部と、第２ハウジング４の内部とは隔壁５により隔離され、更にその周囲に設けられたＯ−リングＯＲによって、両者間のスキマが密封されている。第１ハウジング１の内部空間は、半径方向に貫通する入口通路１ｂを介して外部に連通し、第２ハウジング４の内部空間は、半径方向に貫通する出口通路４ａを介して外部に連通している。

第１ハウジング１と第２ハウジング４とを貫通するようにして、支持軸６が配置されている。支持軸６は、第１ハウジング１に対しては軸受７により回転自在に支持されている。軸受７の内輪は支持軸６の外周に嵌合し、支持軸６の雄ねじ部６ａに螺合するナット８によって固定され、軸受７の外輪は第１ハウジング１の内周に嵌合し、連結部２によって固定されている。軸受７の軸線方向内方（図２で上方）には、真空シール９が設けられ、更にその内方には冷却水用シール１０が設けられている。

一方、支持軸６は、第２ハウジング４に対しては軸受１１により回転自在に支持されている。軸受１１の内輪は支持軸６の外周に嵌合し、支持軸６の台座部６ｂに当接する間座１２によって固定され、軸受１１の外輪は第２ハウジング４の内周に嵌合し、第２ハウジング４にボルト止めされた固定板１７によって固定されている。軸受１１の軸線方向内方（図２で下方）には、真空シール１３が設けられ、更にその内方には冷却水用シール１４が設けられている。冷却水用シール１０，１４は、冷却水の通路を密封するものであり、真空シール９，１３は、大気外雰囲気と大気内雰囲気とを隔離する機能を有するものであり、Ｏ−リングの他、磁性流体シールや差動排気シールも用いることができる。支持軸６の下端と、モータ３の回転軸とは、カップリング１５を介して連結されている。

支持軸６の上端に形成された円盤状の台座部６ｂは、その上面にホルダ１６をボルトにより取り付けている。不図示のウェハを静電的に吸着保持するホルダ１６は、内部に冷却水を流すための空間１６ａを有し、その下面に開口した、円孔状の供給口１６ｂと、それを取り巻く環状の排出口１６ｃとを有している。それぞれ空間１６ａにつながる供給口１６ｂと排出口１６ｃとの間には、ホルダ１６と台座部６ｂとのスキマを密封するＯ−リングＯＲが設けられており、且つ排出口１６ｃの半径方向外方において、ホルダ１６と台座部６ａとのスキマを密封するＯ−リングが設けられている。

支持軸６は、軸線方向に延在する複数の伝達通路を有する。より具体的には、支持軸６の中央に第１伝達通路６ｃが設けられ、その周囲に第２伝達通路６ｄが設けられている。第１伝達通路６ｃの一端は、第１ハウジング１の内部空間に対して開放しており、その他端は、ホルダ１６の供給口１６ｂに対して開放している。又、第２伝達通路６ｄの一端は、第２ハウジング４の内部空間に対して開放しており、その他端は、ホルダ１６の排出口１６ｃに対して開放している。

第１ハウジング１の入口通路１ｂには、不図示の冷却水供給部に連結された配管が接続され、第２ハウジング４の出口通路４ａには、不図示の冷却水排出部に連結された配管が接続されている。

不図示のウェハをホルダ１６により保持した状態で、モータ３を駆動することによって、支持軸６を介してホルダ１６ごとウェハを回転させることができる。このとき、支持軸６が回転しても、第１ハウジング１からホルダ１６に冷却水を供給し、且つホルダ１６から第２ハウジング４へと冷却水を排出することができる。

より具体的に説明すると、冷却水供給部から配管を介して供給された冷却水は、入口通路１ｂを通って第１ハウジング１の内部に侵入し、ここから支持軸６の第１伝達通路６ｃを通って、供給口１６ｂを介してホルダ１６内部の空間１６ａに侵入する。空間１６ａに侵入した冷却水は、ホルダ１６の壁面との間で熱交換を行い、ホルダ１６により保持されたウェハを冷却することができる。

空間１６内で熱交換により加熱された冷却水は、排出口１６ｂから流出した後、支持軸６の第２伝達通路６ｄを介して第２ハウジング４の内部へと移動し、更に出口通路４ａを介して外部の冷却水排出部へと流出することとなる。

次に、第１の実施の形態にかかる回転保持装置１００について説明する。図３において、不図示のベースに対して円盤状の第１ハウジング１０１が固定されている。第１ハウジング１０１の側面に取り付けられたＬ字状のブラケット１２１に、駆動手段であるモータ１０３がボルト止めされている。モータ１０３の回転軸に形成された小ギヤ１０３ａは、リングギヤ１１５に噛合している。このような構成により、モータ１０３を支持軸１０６に対して並列に配置でき、それにより回転保持装置１００の軸線方向長を短く抑えることができ、また大きな減速比を容易にとれるからモータ１０３のトルクは小さくて足りる。従って、小型のモータを用いることができる。尚、小ギヤ１０３ａとリングギヤ１１５で動力伝達機構を構成するが、動力伝達機構としては、歯付きベルトを用いることもできる。

一方、第１ハウジング１０１の上面には、径の小さい円盤状の第２ハウジング１０４が不図示のボルトにより同軸に固定されている。第２ハウジング１０４の外周にはフランジ部１０４ａが形成されている。第２ハウジング１０４の上面には、第３ハウジング１０２が、ボルトＢ１により固定されている。第３ハウジング１０２の外周にはフランジ部１０２ａが形成されている。

第３ハウジング１０２を貫通するようにして、支持軸１０６が設けられている。支持軸１０６は、上部に円盤状の台座１０６ａを形成しており、その下面外周近傍には、リングギヤ１１５がボルトＢ３により固定されている。リングギヤ１１５の上端内周にフランジ部１１５ａが形成されている。更に、リングギヤ１１５の下面には、円筒部材１１２がボルトＢ２により固定されている。円筒部材１１２の下端内周にフランジ部１１２ａが形成されている。

第３ハウジング１０２のフランジ部１０２ａと、第２ハウジング１０４のフランジ部１０４ａとの間には、間座１１８を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１の内輪が嵌合配置されている。一方、リングギヤ１１５のフランジ部１１５ａと、円筒部材１１２のフランジ部１１２ａとの間には、間座１１９を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１の外輪が嵌合配置されている。従って、支持軸１０６は、内輪固定・外輪回転のアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１により、ハウジングを構成する第１ハウジング１０１，第２ハウジング１０４，第３ハウジング１０２に対して回転自在に支持されている。

ボルトＢ１を締め付けることによって、第３ハウジング１０２のフランジ部１０２ａと、第２ハウジング１０４のフランジ部１０４ａとの間で、間座１１８を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１の内輪が押される。一方、ボルトＢ２を締め付けることによって、リングギヤ１１５のフランジ部１１５ａと、円筒部材１１２のフランジ部１１２ａとの間で、間座１１９を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１の外輪が押される。間座１１８，１１９の厚さ（軸線方向長さ）を調節することで、アンギュラコンタクト玉軸受１０７、１１１に予圧を付与することができる。リングギヤ１１５，円筒部材１１２，間座１１８，１１９、ボルトＢ１，Ｂ２が予圧機構を構成する。

アンギュラコンタクト玉軸受１０７、１１１の予圧を調整することで、回転精度が向上し、後述する支持軸１０６の凸部１０６ｅと、第２ハウジング１０４の凹部１０４ｄとで構成するスキマシールのスキマΔを極力小さく抑えることができ、冷却水の漏れ量を低く抑えることができる。又、支持軸１０６の軸剛性が向上するので、軸受間の距離を短く抑えることができ、回転保持装置１００の軸線方向長を抑え、更にθ軸としての負荷容量を上げることもできる。尚、凸部１０６ｅと凹部１０４ｄとの間に冷却水が存在するので、両者は非接触状態に維持されやすく、万が一接触した場合にも摩耗損傷が抑制される。

アンギュラコンタクト玉軸受１０７、１１１の半径方向内方であって、第３ハウジング１０２と支持軸１０６との間には、図で下方より冷却水用シール１１０と、真空シール１０９とが配置されている。冷却水用シール１１０は、冷却水の通路を密封するものであり、真空シール１０９は、大気外雰囲気と大気内雰囲気とを隔離する機能を有するものであり、Ｏ−リングの他、磁性流体シールや差動排気シールも用いることができる。

支持軸１０６の上端に形成された円盤状の台座部１０６ａは、その上面にホルダ１１６をボルトＢ４により取り付けている。処理対象物である不図示のウェハを静電的に吸着保持するホルダ１１６は、内部に冷却水を流すための空間１１６ａを有し、その下面に開口した、円孔状の供給口１１６ｂと、それを取り巻く環状の排出口１１６ｃとを有している。それぞれ空間１１６ａにつながる供給口１１６ｂと排出口１１６ｃとの間には、ホルダ１１６と台座部１０６ａとのスキマを密封するＯ−リングは設けられておらず、排出口１１６ｃの半径方向外方において、ホルダ１１６と台座部１０６ａとのスキマを密封するＯ−リングＯＲが設けられているのみである。尚、ホルダ１１６の上面が保持部を構成し、空間１１６ａが冷却部を構成する。

支持軸１０６は、軸線方向に延在する複数の伝達通路を有する。より具体的には、支持軸１０６の中央に第１伝達通路１０６ｃが設けられ、その周囲に第２伝達通路１０６ｄが設けられている。第１伝達通路１０６ｃの一端は、第２ハウジング１０４に形成された中央の第１貫通孔１０４ｂに連通し、その他端は、ホルダ１１６の供給口１１６ｂに対して開放している。又、第２伝達通路１０６ｄの一端は、第３ハウジング１０２の内部空間（冷却水用シール１１０の外方）を介して、第２ハウジング１０４の第２貫通孔１０４ｃに連通し、その他端は、ホルダ１１６の排出口１１６ｃに対して開放している。

第３ハウジング１０２と第２ハウジング１０４との間において、第１貫通孔１０４ｂと第２貫通孔１０４ｃを隔離するＯ−リングは設けられておらず、それらの周囲に、第３ハウジング１０２と第２ハウジング１０４とのスキマを密封するＯ−リングＯＲが設けられているのみである。ただし、支持軸１０６の下端は、第１伝達通路１０６ｃを囲うように突出した凸部１０６ｅとなっており、これに対向して第２ハウジング１０４の上面中央に形成された凹部１０４ｄに、所定のスキマを空けて嵌入しており、それによりスキマシールを形成している。

第２ハウジング１０４の第１貫通孔１０４ｂは、第１ハウジング１０１の入口通路（供給口ともいう）１０１ｂに連通しており、入口通路１０１ｂには、不図示の冷却水供給部に連結された配管が接続されている。一方、第２ハウジング１０４の第２貫通孔１０４ｃは、第１ハウジング１０１の出口通路（排出口ともいう）１０１ｃに連通しており、出口通路１０１ｃには、不図示の冷却水排出部に連結された配管が接続されている。

第２ハウジング１０４と第１ハウジング１０１との間において、第１貫通孔１０４ｂと第２貫通孔１０４ｃを隔離するＯ−リングは設けられておらず、それらの周囲に、第２ハウジング１０４と第１ハウジング１０１とのスキマを密封するＯ−リングＯＲが設けられているのみである。

不図示のウェハをホルダ１１６により保持した状態で、モータ１０３を駆動することによって、小ギヤ１０３ａ及びリングギヤ１１５を介して、支持軸１０６に連結されたホルダ１１６ごとウェハを回転させることができる。このとき、支持軸１０６が回転しても、第１ハウジング１０１からホルダ１１６に冷却水を供給し、且つホルダ１１６から第１ハウジング１０１へと冷却水を排出することができる。

より具体的に説明すると、冷却水供給部から配管を介して供給された冷却媒体としての冷却水は、入口通路１０１ｂを通って第２ハウジング１０４の第１貫通孔１０４ｂに侵入し、ここから支持軸１０６の第１伝達通路１０６ｃを通って、供給口１１６ｂを介してホルダ１１６内部の空間１１６ａに侵入する。空間１１６ａに侵入した冷却水は、ホルダ１１６の壁面との間で熱交換を行い、ホルダ１１６により保持されたウェハを冷却することができる。

空間１１６内で熱交換により加熱された冷却水は、排出口１１６ｃから流出した後、支持軸１０６の第２伝達通路１０６ｄを介して第３ハウジング１０２の内部へと移動し、更に第２ハウジング１０４の第２貫通孔１０４ｃを通って、第１ハウジング１０１の出口通路１０１ｃを介して外部の冷却水排出部へと流出することとなる。

図４は、回転保持装置１００の分解図である。図４を参照して、本実施の形態の回転保持装置１００の分解手順について説明する。本実施の形態において、冷却水用シール１１０，真空シール１０９を点検する場合、回転保持装置１００の動作を止めた状態で、まずホルダ１１６の上面に頭部が露出しているボルトＢ４をゆるめて、ホルダ１１６を取り外す。すると、ボルトＢ３の頭部が露出するので、これゆるめて支持軸１０６を抜き出す。更に、頭部が露出したボルトＢ１をゆるめて、第３ハウジング１０２を取り外すことができる。第３ハウジング１０２を取り外せば、冷却水用シール１１０，真空シール１０９もそれと共に外れるので、これらを点検し、必要であれば交換することができる。又、冷却水用シール１１０，真空シール１０９を点検するために、部品は上方にのみ抜き出されるので、第１ハウジング１０１はベースに取り付けたままでよい。

従って、冷却水用シール１１０，真空シール１０９を点検するために、軸受１０７，１１１を分解する必要はなく、点検後の調整は不要となる。又、モータ１０３の小ギヤ１０３ａとリングギヤ１１５も取り外す必要がないので、適切なバックラッシュの関係を維持でき、配線などの取り外しも不要である。尚、組付けは逆の順序で行うことができる。

ここで、図１に示す比較例において、特に第１ハウジング１の冷却水用シール１０と真空シール９の点検を行うには、第１ハウジング１をベースから取り外さなくてはならず、分解に手間がかかる。又、回転保持装置の軸線方向長も長くなっている。これに対し、本実施の形態によれば、軸受１０７，１１１の半径方向内方に、冷却水用シール１１０，真空シール１０９を配置しているため、それらを点検・交換することが容易であり、且つ回転保持装置１００の軸線方向長を小さく抑えることができる。又、従来技術に比べ、回転保持装置１００を小さくできるので、重心位置が低くなり揺れにくくなることから、ＸＹテーブルのスライダ上に載置して用いることができ、更に回転保持装置１００自体をスライダとすることもできる。

図５は、本実施の形態の変形例にかかる回転保持装置の部分拡大図である。本変形例は、図３に示す実施の形態に対し、第３ハウジングを、第１部分１０２Ａと第２部分１０２Ｂの２分割構成とし、ボルトＢ５により一体化している点が異なる。ただし、第３ハウジングの形状としては同様である。尚、真空シール１０９は、一対のＯ−リングＯＲと、それらに挟持された磁性流体シールＭＦとから構成されている。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。

図５において、支持軸１０６の凸部１０６ｅと、第２ハウジング１０４の凹部１０４ｄの半径方向のスキマΔは、０．１ｍｍ程度であれば、スキマシールとして機能し、第１貫通孔１０４ｂと第２貫通孔１０４ｃとの一方から他方への冷却水の漏れ量を抑えることができ、それにより冷却効率を高めることができる。かかるスキマΔは、小さくすればするほど冷却水の漏れ量をより抑えることができるが、回転する凸部１０６ｅと静止している凹部１０４ｄの干渉が生じやすくなるので、適量とすることが好ましい。又、凸部１０６ｅと凹部１０４ｄとで形成する段差により、冷却水の漏れ量を抑える効果はより高まる。

図６は、本実施の形態の更に別な変形例にかかる回転保持装置の部分拡大図である。本変形例は、図５に示す実施の形態に対し、支持軸１０６’に凸部を設けることなく、又第２ハウジング１０４’に凹部を設けることなく、両者をわずかなスキマで対峙させている点のみが異なる。ここで、支持軸１０６’の下面と、第２ハウジング１０４’の上面とのスキマΔを０．１ｍｍ程度にすれば、スキマシールとして機能し、上述した変形例と同様に第１貫通孔１０４ｂ’と第２貫通孔１０４ｃ’との一方から他方への冷却水の漏れ量を抑えることができ、それにより冷却効率を高めることができる。かかるスキマΔを調整するために、間座１１８（図５）の厚さを管理しても良い。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。

次に、第２の実施の形態にかかる回転保持装置２００について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる回転保持装置２００の図３と同様な断面図である。図７において、不図示のベースに対して円盤状の第１ハウジング２０１が固定されている。第１ハウジング２０１の上面に第２ハウジング２０４が取り付けられている。第２ハウジング２０４にボルト止めされた円筒状のステー２１２の外縁に、モータ２０３がボルト止めされている。モータ２０３の回転軸に形成された小ギヤ２０３ａは、リングギヤ２１５に噛合している。

一方、第２ハウジング２０４の上面中央には円筒部２０４ａが形成されており、その周囲に中空の支持軸２０６が配置されている。支持軸２０６は、その上端に、台座２０２をボルトで取り付けている。台座２０２の半径方向外方において、支持軸２０６にリングギヤ２１５がボルトにより固定されている。ここでは、支持軸２０６と台座２０２とで支持軸を構成する。

支持軸２０６の外周には、間座２１８を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受２０７，２１１の内輪が嵌合配置され、軸受抑え２２１により固定されている。一方、ステー２１２の外周には、間座２１９を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１の外輪が嵌合配置されている。従って、支持軸２０６は、外輪固定・内輪回転のアンギュラコンタクト玉軸受２０７，２１１により、ハウジングを構成する第１ハウジング２０１，第２ハウジング２０４，ステー２１２に対して回転自在に支持されている。

ボルトＢ１を締め付けることによって、軸受抑え２２１が、支持軸２０６のフランジｂに対して間座１１８を挟んだ状態でアンギュラコンタクト玉軸受１０７，１１１の内輪を押圧する。一方、ボルトＢ２を締め付けることによって、軸受抑え２２２と、第２ハウジング２０４との間で、間座２１９を挟んでアンギュラコンタクト玉軸受２０７，２１１の外輪が押される。間座２１８，２１９の厚さ（軸線方向長さ）を調節することで、アンギュラコンタクト玉軸受２０７、２１１に予圧を付与することができる。支持軸２０６，ベアリング抑え２２１，２２２，第２ハウジング２０４、ボルトＢ１，Ｂ２が予圧機構を構成する。

アンギュラコンタクト玉軸受２０７、２１１の半径方向内方であって、第２ハウジング２０４の円筒部２０４ａと、支持軸２０６との間には、図で上方より冷却水用シール２１０と、真空シール２０９とが配置されている。冷却水用シール２１０は、冷却水の通路を密封するものであり、真空シール２０９は、大気外雰囲気と大気内雰囲気とを隔離する機能を有するものであり、Ｏ−リングの他、磁性流体シールや差動排気シールも用いることができる。

支持軸２０６の上端に取り付けられた円盤状の台座２０２は、その上面にホルダ２１６をボルトにより取り付けている。不図示のウェハを静電的に吸着保持するホルダ２１６は、内部に冷却水を流すための空間２１６ａを有し、その下面に開口した、円孔状の供給口２１６ｂと、それを取り巻く環状の排出口２１６ｃとを有している。

支持軸の一部となる台座２０２は、軸線方向に延在する複数の伝達通路を有する。より具体的には、台座２０２の中央に第１伝達通路２０２ｃが設けられ、その周囲に第２伝達通路２０２ｄが設けられている。第１伝達通路２０２ｃの一端は、第２ハウジング２０４に形成された中央の第１貫通孔２０４ｂに連通し、その他端は、ホルダ２１６の供給口２１６ｂに対して開放している。又、第２伝達通路２０２ｄの一端は、第２ハウジング２０４に形成された第２貫通孔２０４ｃに連通し、その他端は、ホルダ２１６の排出口２１６ｃに対して開放している。

台座２０２と第２ハウジング２０４との間において、第１貫通孔２０４ｂと第２貫通孔２０４ｃを隔離するＯ−リングは設けられておらず、それらの周囲に、台座２０２と支持軸２０６とのスキマを密封するＯ−リングＯＲが設けられているのみである。ただし、第２ハウジング２０４の上端は、第１貫通孔２０４ｂを囲うように突出した凸部２０４ｄとなっており、これに対向して台座２０２の下面中央に形成された凹部２０２ｅに、所定のスキマを空けて嵌入しており、それによりスキマシールを形成している。スキマシールについては、上述したので説明を省略する。

第２ハウジング２０４の第１貫通孔２０４ｂは、第１ハウジング２０１の入口通路２０１ｂに連通しており、入口通路２０１ｂには、不図示の冷却水供給部に連結された配管が接続されている。一方、第２ハウジング２０４の第２貫通孔２０４ｃは、第１ハウジング２０１の出口通路２０１ｃに連通しており、出口通路２０１ｃには、不図示の冷却水排出部に連結された配管が接続されている。

不図示のウェハをホルダ２１６により保持した状態で、モータ２０３を駆動することによって、小ギヤ２０３ａ及びリングギヤ２１５を介して、支持軸２０６及び台座２０２に連結されたホルダ２１６ごとウェハを回転させることができる。このとき、支持軸２０６及び台座２０２が回転しても、第１ハウジング２０１からホルダ２１６に冷却水を供給し、且つホルダ２１６から第１ハウジング２０１へと冷却水を排出することができる。

より具体的に説明すると、冷却水供給部から配管を介して供給された冷却水は、入口通路２０１ｂを通って第２ハウジング２０４の第１貫通孔２０４ｂに侵入し、ここから台座２０２の第１伝達通路２０２ｃを通って、供給口２１６ｂを介してホルダ２１６内部の空間２１６ａに侵入する。空間２１６ａに侵入した冷却水は、ホルダ２１６の壁面との間で熱交換を行い、ホルダ２１６により保持されたウェハを冷却することができる。

空間２１６内で熱交換により加熱された冷却水は、排出口２１６ｃから流出した後、台座２０２の第２伝達通路２０２ｄを介して第２ハウジング２０４の第２貫通孔２０４ｃを通って、第１ハウジング２０１の出口通路２０１ｃを介して外部の冷却水排出部へと流出することとなる。

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。例えば、大気外の環境とは、真空状態のみならず、大気と異なる気体で満たされた状態も含む。

本実施の形態の回転保持装置を用いたイオンビーム注入装置のウェハスキャン機構部の斜視図である。 比較例にかかる回転保持装置の断面図である。 第１の実施の形態にかかる回転保持装置１００の断面図である。 回転保持装置１００の分解図である。 本実施の形態の変形例にかかる回転保持装置の部分拡大図である。 本実施の形態の別な変形例にかかる回転保持装置の部分拡大図である。 第２の実施の形態にかかる回転保持装置２００の断面図である。

符号の説明

１００ 回転保持装置
１０１ 第１ハウジング
１０１ｂ 入口通路
１０１ｃ 出口通路
１０２ 第３ハウジング
１０２Ａ 第１部分
１０２Ｂ 第２部分
１０２ａ フランジ部
１０３ モータ
１０３ａ 小ギヤ
１０４ 第２ハウジング
１０４ａ フランジ部
１０４ｂ 第１貫通孔
１０４ｃ 第２貫通孔
１０４ｄ 凹部
１０６ 支持軸
１０６ａ 台座
１０６ｃ 第１伝達通路
１０６ｄ 第２伝達通路
１０６ｅ 凸部
１０７ アンギュラコンタクト玉軸受
１０９ 真空シール
１１０ 冷却水用シール
１１１ アンギュラコンタクト玉軸受
１１２ 円筒部材
１１２ａ フランジ部
１１５ リングギヤ
１１５ａ フランジ部
１１６ ホルダ
１１６ａ 空間
１１６ｂ 供給口
１１６ｃ 排出口
１１８ 間座
１２１ ブラケット
２００ 回転保持装置
２０１ 第１ハウジング
２０１ｂ 入口通路
２０１ｃ 出口通路
２０２ 台座
２０２ｃ 第１伝達通路
２０２ｄ 第２伝達通路
２０２ｅ 凹部
２０３ モータ
２０３ａ 小ギヤ
２０４ 第２ハウジング
２０４ａ 円筒部
２０４ｂ 第１貫通孔
２０４ｃ 第１貫通孔
２０４ｄ 凸部
２０６ 支持軸
２０７ アンギュラコンタクト玉軸受
２０９ 真空シール
２１０ 冷却水用シール
２１２ ステー
２１５ リングギヤ
２１６ ホルダ
２１６ａ 空間
２１６ｂ 供給口
２１６ｃ 排出口
２２１ 軸受抑え
２２２ 軸受抑え
Ｂ ベース
Ｂ１ ボルト
Ｂ２ ボルト
Ｂ３ ボルト
Ｂ４ ボルト
Ｂ５ ボルト
Ｂａ 開口
Ｈ 筐体
Ｉ イオンビーム
Ｍ モータ
ＭＦ 磁性流体シール
ＯＲ Ｏ−リング
Ｓ ねじ軸

Claims (8)

1. 大気外の環境で用いられる回転保持装置において、
   冷却媒体を供給される供給口及び冷却媒体を排出する排出口を備えたハウジングと、
   処理対象物を保持する保持部と、保持した処理対象物を冷却する冷却部とを備えたホルダと、
   前記ホルダを支持すると共に、前記ホルダの冷却部と前記ハウジングの供給部との間で冷却媒体を伝達する第１伝達通路と、前記ホルダの冷却部と前記ハウジングの排出部との間で冷却媒体を伝達する第２伝達通路とを備えた支持軸と、
   前記ハウジングと前記支持軸との間に設けられ、前記支持軸を回転自在に支持する軸受と、
   駆動手段と、
   前記駆動手段からの動力を前記支持軸に伝達する動力伝達機構と、
   前記軸受の半径方向内方に配置され、前記大気外雰囲気と、大気内雰囲気とを密封隔離する真空シールとを有することを特徴とする回転保持装置。
2. 前記軸受の半径方向内方であって、前記真空シールと前記第１伝達通路又は前記第２伝達通路との間に配置された冷却媒体用シールを有することを特徴とする請求項１に記載の回転保持装置。
3. 前記支持軸と前記ハウジングの一方に形成された凸部が、他方に形成された凹部に非接触状態で挿入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転保持装置。
4. 前記軸受に予圧を付与する予圧機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転保持装置。
5. 前記軸受の内輪が固定され、外輪が回転することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転保持装置。
6. 前記軸受の外輪が固定され、内輪が回転することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転保持装置。
7. 前記動力伝達機構は、歯車対を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転保持装置
8. 前記ホルダと前記支持軸との間において、前記第１伝達通路及び前記第２伝達通路との間に密封手段を設けないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の回転保持装置。
   

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