JP2008159646A - 基板回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内に置かれた基板の加熱と回転を行うことができる装置を提供する。
【解決手段】光束導入部１２１は、チャンバ１の内部に、基板加熱用の光束を導入する。第１歯車２２と第２歯車２３と支持部２４はチャンバ１の内部に配置されている。第１歯車２２は入力軸２１により回転駆動される。第２歯車２３は、入力軸２１と偏心した位置に配置されており、かつ、第１歯車２２の回転に伴って回転駆動される。第２歯車２３は、軸方向に貫通して形成された光束通過部２３１を備えている。支持部２４は、第２歯車２３の回転に伴ってこれと同軸で回転する。支持部２４の内部には、第２歯車２３の光束通過部２３１を通過した光束を通過させる光通路２４１が形成されている。支持部２４の下端近傍には基板ホルダ３が取り付けられている。基板ホルダ３は、光通路２４１を通過した光束によって照射される位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板回転装置に関するものである。特に、本発明は、密閉されたチャンバ内に配置された基板を回転させながら加熱するために好適な装置に関するものである。

従来から、密閉されたチャンバの内部に基板を配置し、この基板を加熱しながら、イオン注入やスパッタリングなどの処理を施すことが行われている。

一般に、チャンバ内部は真空状態とされる。このため、チャンバ内部の基板を加熱する手段としては、レーザ光を用いることが広く行われている。具体的には、チャンバに窓を設け、この窓を介して、チャンバ外部から基板（具体的には基板の保持具）に向けてレーザ光を照射する。これにより、チャンバ内に配置された基板を加熱することができる。また、レーザ光を用いることにより、基板の加熱箇所を細かく制御する事が可能になる。

一方、チャンバ内の基板を回転させることができれば、基板への処理をさらに細かく制御したり、あるいは、プローブ光を用いて基板の状態を確認することが容易になる。

しかしながら、チャンバ内に置かれた基板をレーザ光で加熱でき、しかも回転させることができる装置は今まで提供されていなかった。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、チャンバ内に置かれた基板の加熱と回転とを行うことができる装置を提供することである。

本発明は、下記のいずれかの項目に記載の構成を備えている。

（項目１）
チャンバと、基板回転機構と、基板ホルダとを備えており、
前記チャンバは、その内部に前記基板ホルダを収容する構成となっており、
かつ、前記チャンバは、光束導入部を備えており、
前記光束導入部は、前記チャンバの内部に、基板加熱用の光束を導入するものであり、
前記基板回転機構は、入力軸と、第１転動体と、第２転動体と、支持部とを備えており、
前記入力軸は、回転駆動力を入力するものであり、
前記第１転動体と、前記第２転動体と、前記支持部とは、前記チャンバの内部に配置されており、
前記第１転動体は、前記入力軸に取り付けられており、
前記第２転動体は、前記入力軸と偏心した位置に配置されており、
かつ、前記第２転動体は、前記第１転動体の回転に伴って回転駆動される構成となっており、
さらに、前記第２転動体は、この第２転動体を軸方向に貫通して前記光束を通過させる光束通過部を備えており、
前記支持部は、前記第２転動体に取り付けられて、前記第２転動体の回転に伴って、この第２転動体と同軸で回転する構成となっており、
かつ、前記支持部は、一方向に延長されており、
前記支持部の内部には、前記第２転動体の光束通過部を通過した前記光束を通過させる光通路が形成されており、
前記支持部の延長方向における端部近傍には、前記基板ホルダが取り付けられており、
前記基板ホルダは、前記光通路を通過した前記光束によって照射される位置に配置されている
ことを特徴とする基板回転装置。

この発明に係る基板回転装置によれば、基板を回転させながら、当該基板を光束により加熱することができる。

（項目２）
さらに、基板変位機構を備えており、
この基板変位機構は、前記支持部を３次元方向に移動させることにより、前記基板ホルダを３次元方向に移動させるものである
ことを特徴とする項目１に記載の基板回転装置。

（項目３）
前記第１転動体及び第２転動体は歯車であることを特徴とする項目１又は２に記載の基板回転装置。

（項目４）
前記チャンバは、チャンバ本体と蓋体とを備えており、前記光束導入部は、前記蓋体に形成されていることを特徴とする項目１〜３のいずれか１項に記載の基板回転装置。

本発明によれば、チャンバ内に置かれた基板の加熱と回転とを行える装置を提供することが可能となる。

（実施形態の構成）
以下、本発明の一実施形態に係る基板回転装置を、図１〜図４に基づいて説明する。この装置は、チャンバ１と、基板回転機構２と、基板ホルダ３と、基板変位機構４とを備えている。

チャンバ１は、その内部に基板ホルダ３を収容する構成となっている。具体的には、チャンバ１は、チャンバ本体１１と蓋体１２とを備えている。

チャンバ本体１１は、上面が開口され、かつ底面が閉鎖された筒状に形成されている。チャンバ本体１１の内部には、基板ホルダ３や、後述する第１歯車２２等を収納する収納空間が形成されている。また、チャンバ本体１１の側面には、このチャンバ本体１１の内部に基板を出し入れするための開口部（図示せず）が形成されている。また、この開口部は、シャッタ（図示せず）により開閉されるようになっている。

蓋体１２は、チャンバ本体１１の上面を閉鎖して、チャンバ本体１１の密閉を保つようになっている。また、蓋体１２には、光束導入部１２１が形成されている。この光束導入部１２１は、蓋体１２を厚さ方向に貫通する穴によって構成されている。光束導入部１２１の上部には、この光束導入部１２１の上端の開口部を密閉する密閉部材１２２が取り付けられている。密閉部材１２２は、後述するレーザ光（光束）を通過させるように、レーザ光に対して透明となる材質によって構成されている。これにより、光束導入部１２１は、チャンバ１の内部に、基板加熱用の光束を導入できるようになっている。

基板回転機構２は、入力軸２１と、第１歯車（第１転動体に相当）２２と、第２歯車（第２転動体に相当）２３と、支持部２４とを備えている。

入力軸２１は、この実施形態では、鉛直方向に延長されており、その下端が、蓋体１２を貫通して、チャンバ本体１１の内部に配置されている。入力軸２１の上端は、チャンバ本体１１の外部に配置されている。入力軸２１の上端には、図示しない動力源が接続されており、正逆方向に、任意の角度及び速度で入力軸２１を回転できるようになっている。ただし、人手によって入力軸２１を回転させる構成とすることも可能である。これにより、入力軸２１は、回転駆動力を入力するものとなっている。

第１歯車２２と、第２歯車２３と、支持部２４とは、いずれも、チャンバ本体１１の内部に配置されている。

第１歯車２２は、入力軸２１の下端に取り付けられている（図１参照）。したがって、第１歯車２２は、入力軸２１と同軸で、入力軸２１の回転に従って回転するようになっている。

第２歯車２３は、入力軸２１と偏心した位置に配置されている（図１参照）。また、第２歯車２３は、第１歯車２２にかみ合っており、その回転に伴って回転駆動される構成となっている。さらに、第２歯車２３は、その軸心近傍に、この第２歯車２３の厚さ方向（軸心方向）に貫通して光束を通過させる光束通過部２３１を備えている。要するに、本実施形態の第２歯車２３は、中央に貫通穴が形成された形状となっている。

支持部２４は、この実施形態では、一方向に延長された長尺の円筒状に形成されている。支持部２４の上部は、適宜な取付具を介して、第２歯車２３に、同軸となるように取り付けられている。これにより、支持部２４は、第２歯車２３の回転に伴って、この第２歯車２３と同軸で回転する構成となっている。

支持部２４の内部には、第２歯車２３の光束通過部２３１を通過した光束を通過させる光通路２４１が形成されている。光通路２４１は、円筒形状である支持部２４の軸心に沿って延長されている。

支持部２４の下端近傍には、開口２４２が形成されており、この開口２４２を介して、支持部２４の下端部に基板ホルダ３を載置することができるようになっている。これにより、基板ホルダ３は、光通路２４１を通過した光束によって照射される位置に配置されるようになっている。

さらに、支持部２４の下端には、基板Ｓ（後述）を露出させるための孔２４３（図３参照）が形成されており、その周囲には、基板ホルダ３を支持するための立上り部２４４が形成されている。

また、支持部２４は、基板変位機構４の支持体４９（後述）によって、軸周りに回転可能な状態で支持されており、これによって、落下が防止されている。

基板変位機構４は、支持部２４を３次元方向に移動させることにより、基板ホルダ３を３次元方向に移動させるものである。具体的には、本実施形態の基板変位機構４は、固定台４１と、昇降部４２と、水平可動部４３と、調整ハンドル４４〜４６と、カバー部４７と、スリーブ４８と、支持体４９とを主な要素として備えている。

固定台４１は、天板４１１と三本の脚４１２とを備えている（図１及び２参照）。ただし、図１では、一本の脚４１２のみを示している。また、図２においては、天板４１１の記載を省略している。それぞれの脚４１２の下端は、蓋体１２の上面に取り付けられている。脚４１２の軸心は、支持部２４の軸心と平行とされている。天板４１１は、脚４１２の上端に固定されている。

昇降部４２は、昇降体４２１と、三つのスライダ４２２とを備えている。ただし、図１では、一つのスライダ４２２のみを示している。各スライダ４２２は、固定台４１の各脚４１２に、遊びを持った状態で嵌め合わされている。これにより、スライダ４２２は、脚４１２に沿って昇降可能となっている。昇降体４２１は、各スライダ４２２に取り付けられて、これらのスライダ４２２と共に昇降できるようになっている。また、昇降体４２１には、後述する可動体４３１の水平方向（例えばＸ方向）への移動を可能にする長孔４２１ａ〜ｄが形成されている（図２参照）。

水平可動部４３は、可動体４３１と、アングル材４３２とを備えている。可動体４３１は、昇降部４２の昇降体４２１によって支持されている。可動体４３１には、この可動体４３１の水平方向（例えばＹ方向）への移動を可能にする長孔４３１ａ〜ｄが形成されている（図２参照）。アングル材４３２は、可動体４３１の側部に固定されている。アングル材４３２は、Ｘ方向への調整ハンドル４５を回転可能な状態で支持している（図１参照）。なお、Ｙ方向への調整ハンドル４６も同様な構成により支持されている。

Ｚ方向調整ハンドル４４は、固定台４１の天板４１１に、回転可能な状態で取り付けられている（図１参照）。Ｚ方向調整ハンドル４４には、ねじ部４４１が設けられている。このねじ部４４１は、昇降部４２の昇降体４２１にねじ込まれている。これにより、ハンドル４４の回転操作によって、昇降体４２１を昇降させることができるようになっている。

Ｘ方向調整ハンドル４５は、水平可動部４３のアングル材４３２に、回転可能な状態で取り付けられている。Ｘ方向調整ハンドル４５には、ねじ部４５１が形成されている。このねじ部４５１は、昇降体４２１の一部をなすブロック４２１１にねじ込まれている。これにより、ハンドル４５の回転操作によって、水平可動部４３の可動体４３１を、昇降体４２１に対して、Ｘ方向に相対移動させることができるようになっている。なお、本明細書の説明においては、図２中において左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向と称する。

Ｙ方向調整ハンドル４６（図２参照）は、Ｘ方向調整ハンドル４５と同様に、水平可動部４３のアングル材（図示せず）に、回転可能な状態で取り付けられている。また、Ｙ方向調整ハンドル４６には、ねじ部４６１が形成されている。このねじ部４５１は、昇降体４２１にねじ込まれている。これにより、ハンドル４６の回転操作によって、水平可動部４３の可動体４３１を、昇降体４２１に対して、Ｙ方向に相対移動させることができるようになっている。Ｙ方向調整ハンドル４６における他の構成は、Ｘ方向調整ハンドル４５と同様なので、これ以上の説明を省略する。

カバー部４７は、この例では、筒状に形成されている。カバー部４７は、蓋体１２から上方に突出した入力軸２１及びスリーブ４８の周囲を気密状態で覆っており、これによって、チャンバ本体１１の内部の密閉状態を維持できるようになっている（図１参照）。また、カバー部４７の中間部には、ベローズ４７１が形成されており、これによって、カバー部４７による密閉を保ちながら、ベローズ４７１の変形範囲内で、入力軸２１等を変位させることが可能となっている。

スリーブ４８の上端は、可動体４３１に取り付けられており、可動体４３１の移動に伴って移動できるようになっている。また、スリーブ４８の下端は、支持体４９に取り付けられている。スリーブ４８の内部には、入力軸２１が収納されている。すなわち、入力軸２１は、スリーブ４８の内部において回転するようになっている。

支持体４９は、板状に形成されており、かつ、水平方向に延長されている（図１参照）。支持体４９は、前記したように、スリーブ４８の下端に取り付けられている。また、支持体４９は、基板回転機構２の支持部２４と第２歯車２３とを、回転可能な状態で支持している。さらに、支持体４９は、光束の通過を妨害しないよう、適宜の箇所に貫通孔が形成されている。

（実施形態の動作）
つぎに、本実施形態に係る基板回転装置の動作について説明する。

（基板ホルダの設置）
まず、前提として、回転の対象である基板Ｓ（図３及び図４参照）は、基板ホルダ３の底面に取り付けられる。取り付け手段としては、図４に示す例では、ねじ３１及び止め具３２を用いた例を示しているが、接着等の適宜な手段を用いることができる。

ついで、基板ホルダ３を、基板回転機構２の支持部２４に取り付ける作業について説明する。この作業には、フォーク６を用いる。このフォーク６は、長尺状に形成されており、先端に二つの突起６１及び６２を備えている（図３及び図４参照）。

作業者は、基板ホルダ３を、二つの突起６１及び６２の間の凹部に収納する。ついで、この状態で、フォーク６をチャンバ本体１１の内部に挿入し、支持部２４の開口２４２から支持部２４の内部に基板ホルダ３を挿入する。ついで、支持部２４の下端に形成された基板露出用の孔２４３の内部に、基板ホルダ３を配置する。この状態では、基板Ｓは、孔２４３から、支持部２４の外部に露出された状態となる（図３参照）。また、この状態では、基板ホルダ３は、孔２４３の周囲に形成された立ち上がり部２４４の上部に載置された状態となる。

この状態で、図示しない光源から、レーザ光を、基板ホルダ３に向けて照射する。照射されたレーザ光は、蓋体１２の光束導入部１２１、第２歯車２３の光束通過部２３１、支持部２４の光通路２４１を通過して、基板ホルダ３に達する。これにより、基板ホルダ３をレーザ光で加熱し、その結果、基板Ｓを加熱することができる。

（基板の回転）
つぎに、基板Ｓを回転させる動作について説明する。まず、入力軸２１を、必要な角度だけ、必要な速度で回転させる。この回転は、モータなどの動力源を用いて行うこともできるし、人力により行うこともできる。

入力軸２１が回転すると、その下端に取り付けられた第１歯車２２が回転する。すると、第１歯車２２に噛み合った第２歯車２３が回転する。第２歯車２３が回転すると、これに取り付けられた支持部２４が回転し、さらには、支持部２４の下端近傍に取り付けられた基板ホルダ３が回転する。

本実施形態によれば、このようにして、基板ホルダ３に取り付けられた状態の基板Ｓを、任意の角度及び速度で回転させることができる。また、本実施形態では、回転の角度に対する制約は原理的に存在しないという利点もある。

したがって、本実施形態によれば、レーザ光を用いた基板の加熱が可能であり、しかも、基板の任意の角度で自由に回転させることができる基板回転装置を提供することができるという利点がある。

（基板の３次元移動）
つぎに、基板Ｓを３次元方向（ＸＹＺ方向）に移動させる方法について説明する。

まず、Ｚ方向（図１中上下方向）に基板Ｓを移動させる場合には、Ｚ方向調整ハンドル４４を回転操作する。すると、昇降体４２１及びスライダ４２２が、脚４１２に案内されながら昇降する。昇降体４２１が昇降すると、これに取り付けられた水平可動部４３が昇降し、さらには、スリーブ４８、支持体４９、支持部２４、基板ホルダ３を介して基板Ｓが昇降する。

つぎに、基板ＳをＸ方向（図１中左右方向）に移動させる場合には、Ｘ方向調整ハンドル４５を回転操作する。すると、水平可動部４３が、長孔４３１ａ〜ｄ（図２参照）に沿って移動する。水平可動部４３がＸ方向に移動すると、これに取り付けられたスリーブ４８が移動し、さらには、支持体４９、支持部２４、基板ホルダ３を介して基板Ｓが移動する。

つぎに、基板ＳをＹ方向（図２中上下方向）に移動させる場合には、Ｙ方向調整ハンドル４６を回転操作する。すると、水平可動部４３が、長孔４２１ａ〜ｄ（図２参照）における長さ方向に沿って移動する。水平可動部４３がＹ方向に移動すると、これに取り付けられたスリーブ４８が移動し、さらには、支持体４９、支持部２４、基板ホルダ３を介して基板Ｓが移動する。

このようにして、基板Ｓを３次元方向に移動させることができる。これにより、チャンバ１内に固定されたイオン注入やスパッタリング用の装置に対して、基板Ｓの相対位置を適宜に調整することができるという利点がある。

ここで、本実施形態では、光束導入部１２１等の、光束を導入するための部分の径を大きめに形成しておけば、基板ホルダ３が多少移動しても、基板ホルダ３にレーザ光を照射することができ、基板Ｓを加熱することができる。

また、本実施形態では、一方向に延長された支持部２４により基板ホルダ３を支持しているので、基板ホルダ３が加熱されたとしても、第１歯車２２等の回転駆動機構の過熱のおそれを低減させることができる。すなわち、本実施形態では、支持部２４により、断熱作用を発揮することができる。回転駆動部分が過熱されると、部材の熱膨張や潤滑剤の過熱によって回転に不都合を来すおそれがあるが、本実施形態によれば、このような問題を生じにくいという利点がある。

なお、前記実施形態および実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

例えば、前記実施形態では、転動体として歯車を用いたが、ローラを用いる事も可能である。

また、前記実施形態では、基板加熱用にレーザ光を用いたが、通常の白色光をレンズや反射鏡で集光した光束を用いることも可能である。

本発明の一実施形態に係る基板回転装置の概略的な縦断面図であり、図２におけるＡ−Ａ線矢視に相当する図である。 図１の平面図である。 図１における支持部の下端近傍における拡大図である。 図３の底面図である。

符号の説明

Ｓ 基板
１ チャンバ
１１ チャンバ本体
１２ 蓋体
１２１ 光束導入部
１２２ 密閉部材
２ 基板回転機構
２１ 入力軸
２２ 第１歯車（第１転動体）
２３ 第２歯車（第２転動体）
２３１ 光束通過部
２４ 支持部
２４１ 光通路
２４２ 開口
２４３ 基板露出用の孔
２４４ 立上り部
３ 基板ホルダ
３１ ねじ
３２ 止め具
４ 基板変位機構
４１ 固定台
４１１ 天板
４１２ 脚
４２ 昇降部
４２１ 昇降体
４２１ａ〜ｄ 長孔
４２１１ ブロック
４２２ スライダ
４３ 水平可動部
４３１ 可動体
４３１ａ〜ｄ 長孔
４３２ アングル材
４４ Ｚ方向調整ハンドル
４４１ ねじ部
４５ Ｘ方向調整ハンドル
４５１ ねじ部
４６ Ｙ方向調整ハンドル
４６１ ねじ部
４７ カバー部
４７１ ベローズ
４８ スリーブ
４９ 支持体

Claims (4)

1. チャンバと、基板回転機構と、基板ホルダとを備えており、
   前記チャンバは、その内部に前記基板ホルダを収容する構成となっており、
   かつ、前記チャンバは、光束導入部を備えており、
   前記光束導入部は、前記チャンバの内部に、基板加熱用の光束を導入するものであり、
   前記基板回転機構は、入力軸と、第１転動体と、第２転動体と、支持部とを備えており、
   前記入力軸は、回転駆動力を入力するものであり、
   前記第１転動体と、前記第２転動体と、前記支持部とは、前記チャンバの内部に配置されており、
   前記第１転動体は、前記入力軸に取り付けられており、
   前記第２転動体は、前記入力軸と偏心した位置に配置されており、
   かつ、前記第２転動体は、前記第１転動体の回転に伴って回転駆動される構成となっており、
   さらに、前記第２転動体は、この第２転動体を軸方向に貫通して前記光束を通過させる光束通過部を備えており、
   前記支持部は、前記第２転動体に取り付けられて、前記第２転動体の回転に伴って、この第２転動体と同軸で回転する構成となっており、
   かつ、前記支持部は、一方向に延長されており、
   前記支持部の内部には、前記第２転動体の光束通過部を通過した前記光束を通過させる光通路が形成されており、
   前記支持部の延長方向における端部近傍には、前記基板ホルダが取り付けられており、
   前記基板ホルダは、前記光通路を通過した前記光束によって照射される位置に配置されている
   ことを特徴とする基板回転装置。
2. さらに、基板変位機構を備えており、
   この基板変位機構は、前記支持部を３次元方向に移動させることにより、前記基板ホルダを３次元方向に移動させるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板回転装置。
3. 前記第１転動体及び第２転動体は歯車であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板回転装置。
4. 前記チャンバは、チャンバ本体と蓋体とを備えており、前記光束導入部は、前記蓋体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板回転装置。
   

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