JP2013531131A - 内部遊星駆動装置を具備すると共に多数のウェハを回転させるディスクリアクタ - Google Patents
内部遊星駆動装置を具備すると共に多数のウェハを回転させるディスクリアクタ Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、ウェハをリアクタ内に移動させるためのウェハキャリア及びその方法に関する。ウェハキャリア（２２０）は、複数のコンパートメント及び複数のウェハプラットフォーム（２１０）を具備するプラテン（２１５）を含んでいる。プラテン（２１５）は、第１の軸線を中心として回転するように構成されている。ウェハプラットフォーム（２１０）それぞれが、一のコンパートメントに関連しており、コンパートメント（７７０）それぞれに対して相対的に第２の軸線それぞれを中心として回転するように構成されている。プラテン（２１５）及びウェハプラットフォーム（２１０）は、それらの間で遊星運動を生成するように異なる角速度で回転する。当該方法は、第１の回転軸線を中心としてプラテン（２１５）を回転させることを含んでいる。当該方法は、プラテン（２１５）に装着された複数のウェハプラットフォーム（２１０）それぞれを回転させること、及び、ウェハ（２００）とプラテン（２１５）との間において遊星運動を生成するようにプラテン（２１５）と異なる角速度で第２の回転軸線それぞれを中心としてウェハ（２００）を移動させることを含んでいる。
Description
［関連する出願の相互参照］
本出願は、参照により本明細書にすべてが組み込まれている米国仮出願第６１／３５１９６６号明細書に基づく優先権を主張するものである。
本出願は、参照により本明細書にすべてが組み込まれている米国仮出願第６１／３５１９６６号明細書に基づく優先権を主張するものである。
本発明は、一般に真空処理システム及びその方法に関し、具体的には化学的蒸着システム及び物理的蒸着システムにおいて材料の均一性を改善するための機構及び方法に関する。
ＬＥＤ市場及びＯＬＥＤ市場における現在の成長に起因して、効率的で生産性が高い製造方法及びシステムについての要求が絶えず高まっている。現在における生産性が高い製造システムは、幾つかのウェハ基板上に材料を蒸着させると同時に材料の体積について生産性を最大にするために、化学的蒸着（ＣＶＤ）を利用している。ウェハ１枚当たりの生産高は、一般にウェハ上の蒸着物の均一性に関連するので、より一体的な蒸着を実現することにより、一層高い生産高を得ることができる。
現在におけるＣＶＤシステムでは、均一性の改善を実現するための手段は、ウェハキャリアを回転させることのみならず、ウェハキャリアを加熱すること、反応室の形状を変化させること、及び、シャワーヘッドの特性を改善することを含んでいる。これら方法のすべてが、成功の程度を変更することによって利用されているが、さらなる改善を依然として必要する。特に多数のウェハ基板を収容しているウェハキャリアを回転させる場合には、ウェハキャリアをウェハの回転速度と異なる回転速度で回転させることによって、遊星運動を発生させることが望ましい。これにより、蒸着プロファイル全体に亘って制御を向上させること、及び、蒸着の均一性の様々な欠陥をリアルタイムで訂正することが可能になる。
ウェハキャリア上においてウェハの遊星運動を発生させるために現在利用可能な方法は、連続的に駆動される遊星歯車システム、基板の下方に循環ガスを適用すること、及び、ウェハの回転を誘導するためのウェハキャリアの振動を含んでいる。これらシステムそれぞれが、固有の欠点を有している。一般的な連続的に駆動される遊星歯車システムは、複数のウェハプラットフォーム及びウェハキャリアの両方を連続的に駆動する一連の歯車から成る。当該機構の歯車は、ウェハキャリアの質量と複数のウェハプラットフォームの質量との両方から負荷を連続的に受ける。高い動作中の温度に起因する熱応力が、当該機構の機械的応力に加えられ、その結果として、信頼性が低下すると共に粒子の発生が高められる。循環ガスの適用を通じた遊星運動は、反応ガスと干渉すると共に、システムのポンプに対するガスの供給全体を増加させることによって、遊星運動を維持するために、及び、ＣＶＤプロセスの性能を低下させるために、ウェハキャリアの動作を低回転数範囲に制限する。遊星運動を発生させるために振動を利用することによって、ウェハキャリア上におけるすべてのウェハの同じ大きさの回転を保証する訳ではなく、ウェハキャリアの実現可能な回転速度を制限する。
従って、ウェハキャリアのメンテナンス及び動作回転数に悪影響を与えることなく、蒸着の均一性を改善する機構に対するニーズが存在する。また、当該機構は、ウェハキャリア上におけるすべてのウェハの回転の大きさを確実に等しくしなければならない。
一の実施例では、蒸着システムは、蒸着源と、反応室と、反応室内で所定の軸線を中心として回転するために反応室内に取り付けられている駆動シャフトと、駆動シャフトの頂部に位置決めされているウェハキャリアとを含んでいる。駆動シャフトは、駆動シャフトに直接結合されているモータによって回転される。ウェハキャリアは、プラテンと、複数のウェハプラットフォームと、ウェハプラットフォームそれぞれとプラテンとの間に結合されている摩擦低減用継手と、駆動シャフトとプラテンとの間に結合されている摩擦低減用継手とを含んでいる。駆動シャフトの回転が、ウェハプラットフォームと駆動シャフトとの間に配設された継手を介して、複数のウェハプラットフォームに伝達され、これにより遊星運動が実施される。
一の実施例では、ウェハを回転させるための方法は、設定された回転速度で駆動シャフトを回転させるステップと、継手を介して複数のウェハプラットフォームに回転を伝達させるステップとを含んでいる。複数のウェハプラットフォームの回転が、ウェハキャリアのプラテンに回転を伝達する。複数のウェハプラットフォームとプラテンが自身の初期慣性を越えると、平衡状態に到達する。平衡状態の際には、ウェハプラットフォームがプラテンに対して相対的に静止状態を維持しており、より低い動作負荷が駆動機構に作用する。
初始動の際には（すなわち、静止位置から始動する際には）、平衡状態に到達する前に、ウェハプラットフォームの最大回転速度が、駆動シャフトの加速度を制限することによって調整可能とされる。また、運転停止のシーケンスの際には（すなわち、静止位置に復帰する際には）、ウェハプラットフォームの最大回転速度が、駆動シャフトの減速度を制限することによって制御可能とされる。
平衡状態に到達した場合には、駆動シャフトの回転速度が変化することによって、プラットフォームの質量とウェハプラットフォームの質量とが相違することに起因して、プラットフォームとウェハプラットフォームとの間における平衡状態から逸脱する。平衡状態から逸脱することによって、プラットフォームの回転周期が開始される。再び平衡状態になる前に、ウェハプラットフォームはプラテンと相違する回転速度に到達する一方、駆動機構に作用する動作負荷が大きくなる。再び平行状態になることは、プラットフォームの回転周期の終了を示している。すべてのウェハプラットフォームの回転速度は等しく、プラテンの回転速度の変化に比例している。また、ウェハキャリアのプラテンにおける回転速度の変化が、ウェハプラットフォームそれぞれの回転周期の間におけるウェハプラットフォームの回転方向を決定するので、多数の動作モードをサポートすることができる。
一の動作モードでは、ウェハプラットフォームは、連続するウェハプラットフォームの回転周期それぞれの間において、一の方向のみに、例えば時計回りのみに又は反時計回りのみに回転可能とされる。代替的な動作モードでは、ウェハプラットフォームは、ウェハプラットフォームの回転周期それぞれの間において、代替的な方向に回転可能とされる。これら動作モードの組み合わせを他の動作モードとしても良い。
大きくなった動作負荷が、駆動機構に動作期間の一部のみに亘って作用するので、駆動機構は、典型的な動作周期の間において粒子発生源ではない。高温環境になっている反応室内で駆動機構の性能を最適化するために、例えば歯車のような構成部品と、ウェハプラットフォームと、ウェハキャリアのプラテンとが、高い耐熱性を有している材料から構成されている場合がある。一の実施例では、動作中に熱膨張及び熱応力を最小限度に抑えるために、軸受がセラミック材料から構成されている一方、ウェハキャリアのプラテンとウェハプラットフォームとが炭化ケイ素コーティングされたグラファイト材料から構成されている。
上述の実施例は、蒸着の均一性の改善のみならず、遊星運動を実現するための従来技術に基づく方法に対する改善を提供する。慣性駆動機構は、従来技術に基づく機構とは異なり、制御及び同期された方法によって、ウェハプラットフォームのための遊星運動を発生させる。慣性駆動機構によって実現される遊星運動では、ウェハキャリアが高速で回転している際に著しく性能低下せず、劣悪な動作環境に起因して著しく機械的に劣化せず、慣性駆動機構が、反応室内において、粒子の発生源又は反応気体の汚染源になることもない。基材が蒸着源に対して一貫して一定に曝露されることによって、慣性駆動機構の機械的性能の上述の進歩に対応して、蒸着の均一性が改善される。
さらに、遊星運動機構は、遊星運動機構及びウェハキャリアを清浄し、反応室から取り外すための幾つかの方法を提供することによって、ツールの運用性を改善する。このような方法のうち一の方法が、ウェハキャリア及びウェハプラットフォームが共に依然として結合されている際にウェハキャリアをウェハプラットフォームと同時に取り外すことである。ウェハキャリア及びウェハプラットフォームが取り外された遊星運動機構には、必要な清浄作業が実施され、その後に反応室内に戻される。代替的な方法としては、ウェハキャリアをウェハプラットフォームから結合解除した後に、ウェハキャリア及びウェハプラットフォームに必要な清浄作業を実施することが挙げられる。清浄後に、ウェハプラットフォーム及びウェハキャリアが再び組み付けられ、反応室に戻される。
一の実施例では、ウェハキャリアは、複数のコンパートメント及び複数のウェハプラットフォームを具備するプラテンを含んでいる。プラテンは、所定の中心軸線を中心として回転するように構成されている。ウェハプラットフォームそれぞれが、複数のコンパートメントのうち一のコンパートメントに関連しており、コンパートメントそれぞれに対して相対的に回転するように構成されている。プラテン及びウェハプラットフォームは、プラテンとウェハプラットフォームとの間に遊星運動を発生させるように、相違する角速度で回転する。
ウェハキャリアは、駆動シャフトと、複数の第１の歯車と、第１の歯車それぞれと咬合している第２の歯車とを含んでいる。第１の歯車それぞれが、複数のウェハプラットフォームのうち一のウェハプラットフォームに取り付けられている。第２の歯車は、駆動シャフトによって回転されるように駆動シャフトと結合されており、ウェハプラットフォームの回転の数倍の回転を発生させるように第１の歯車に回転を伝達する。
ウェハキャリアのウェハプラットフォームは、グラファイト（例えばグレードＳＴ−８１）から構成されており、ウェハキャリアは、ウェハプラットフォームそれぞれに装着されている複数のネジ付インサートと、複数の第１の歯車のうち一の第１の歯車をネジ付インサートと固定するために利用される複数の固定具とを含んでいる。ネジ付インサートは、モリブテンから、又は例えばモリブテン合金３６４のようなモリブテン合金から構成されている。
ウェハキャリアのプラテンは、駆動シャフトによって第１の軸線を中心として回転するように駆動される場合がある。
ウェハキャリアは、プラテンに結合されている駆動シャフトと、複数のベルト継手とを含んでいる場合がある。ベルト継手それぞれが、複数のウェハプラットフォームのうち一のウェハプラットフォームを駆動シャフトに接続している。
ウェハキャリアは、プラテンに接続されている内部スピンドル及び外部スピンドルを有している駆動シャフトと、複数の第１の歯車と、第１の歯車それぞれと咬合している第２の歯車とを含んでいる。第１の歯車それぞれが、複数のウェハプラットフォームのうち一のウェハプラットフォームに取り付けられている。第２の歯車は外部スピンドルと接続されている。第２の歯車は、第１の歯車を回転させるために、内部スピンドルによって駆動される場合がある。第１の歯車は、第１の歯車を回転させるために、外部スピンドルによって駆動される場合がある。
ウェハキャリアは、複数の摩擦低減用軸受を含んでいる。複数の摩擦低減用軸受のうち一の摩擦低減用軸受が、ウェハプラットフォームそれぞれとプラテンとの間に配置されている。
プラテンとウェハキャリアのウェハプラットフォームとが、相違する角速度で回転するように構成されている。複数のコンパートメントは、プラテン上に円状に配置されている。コンパートメントは、プラテン上において、相違する直径を有している第１の円及び第２の円内に分散配置されている。
ウェハキャリアは、プラテンに結合されていると共に第１の角速度でプラテンを回転させるように構成されている、駆動シャフトを含んでいる。ウェハプラットフォームは、駆動シャフトと機械的に直接接続されていない場合があり、この場合には、プラテンンが第１の角速度で回転することによって、ウェハプラテンそれぞれが、第２の角速度でコンパートメントそれぞれに対して相対的に自由に回転することができる。
一の実施例では、ウェハをリアクタ内で移動させるための方法が提供される。当該方法は、第１の回転軸線を中心としてプラテンを回転させることを含んでいる。さらに、当該方法は、プラテン上において、コンパートメント内に装着された複数のウェハプラットフォームそれぞれを回転させること、及び、プラテンとウェハとの間において遊星運動を発生させるために、プラテンの角速度と相違する角速度で第２の回転軸線を中心としてウェハを移動させることを含んでいる。
ウェハプラットフォームを回転させることによって、トルクが駆動シャフトからウェハプラットフォームそれぞれに伝達される。トルクを発生させるために、駆動シャフトと接続された第１の歯車を第１の角速度で回転させ、当該トルクを第１の歯車からウェハプラットフォームそれぞれに取り付けられた第２の歯車に当該トルクを伝達させ、これによりウェハプラットフォームを回転させることによって、当該トルク伝達が実現する。代替的には、トルクを発生させるために第１の角速度で駆動シャフトを回転させ、ベルト継手によって当該トルクを駆動シャフトからウェハプラットフォームそれぞれに伝達させ、これによりウェハプラットフォームを回転させることによって、トルク伝達が実現される。
第１の回転軸線を中心としてプラテンを回転させることには、第１の角速度で第１の軸線を中心として回転させるためにトルクを駆動シャフトからプラテンに伝達させることが含まれている。ウェハプラットフォームは、駆動シャフトと機械的に直接接続されていない場合があり、この場合には、プラテンが第１の角速度で回転することによって、ウェハプラットフォームそれぞれが第２の角速度でコンパートメントそれぞれに対して相対的に自由に回転する。駆動シャフトの角速度は、プラテンの角速度とウェハプラットフォームの角速度との差を発生させるために時間変化プロファイルによって調節される場合がある。
図１は、多数のウェハを回転させるためのディスクリアクタの実施例の概略図である。反応室１１０は、ウェハキャリア２２０と、ウェハキャリア２２０に内蔵されているフランジ１００とを含んでいる。ウェハキャリア２２０は、プラテン２１５と複数のウェハプラットフォーム２１０とを含んでおり、ウェハプラットフォーム２１０上には、複数のウェハ２００が載置されている。ウェハキャリア２２０は、ウェハ２００を反応室１１０の内側に位置決めすること、及び、ウェハ２００を反応室１１０内外に移送する際にウェハ２００を支持することという２つの目的のために機能する。ウェハキャリア２２０のプラテン２１５は、モータ１２０によって回転される駆動シャフト１４０の上方に載置されている。
フランジ１００は、１つ以上の前駆体ガス（precursor gas）を反応室１１０に供給するように構成されている前駆体源と結合されているシャワーヘッドとされる場合がある。典型的なＭＯＣＶＤシステムでは、前駆体ガスは、有機金属ガスと化学反応のために必要な対応する反応種とから成る。複数の基板又はウェハ２００が、ウェハプラットフォーム２１０上に且つ反応室１１０の内側に配置されており、化学反応及びその後のエピタキシャル成長のために利用される。化学反応のために必要な熱が、加熱要素１３１によって供給される。化学反応の副生成物は有機ガスであり、当該有機ガスは排出口１３０を通じて解放される。
熱を供給することによってウェハ２００上で蒸散させる化学反応を起こすために利用される加熱要素は多様である。一の実施例では、輻射加熱要素が、ウェハ２００を所望の処理温度（process temperature）に至るまで加熱するためにウェハキャリア２００の近傍に位置決めされている。他の実施例では、ＲＦ誘導コイルが、ＲＦ誘導コイルからのエネルギがウェハ２００を加熱するようにウェハキャリア２２０の近傍に位置決めされている。さらなる他の実施例では、化学反応に必要な熱が、例えば赤外加熱要素から成る蛇行状加熱要素によって供給される。当業者であれば理解可能なように、他のタイプの加熱要素が、ウェハ２００を加熱するために利用される場合もある。さらに、当業者であれば理解可能なように、複数の加熱要素が、ウェハ２００を加熱するために利用される場合もある。
図２は、本発明と共に利用するためのウェハキャリアの実施例のうち一の実施例における側面の斜視図である。モータ１２０（図１参照）は、第１の回転速度（λ）で駆動シャフト１４０の中心軸線（α）を中心として駆動シャフト１４０を回転させる。このことを第１の回転と呼称する。当該回転は回転機構を通じて複数のウェハプラットフォーム２１０に伝達され、ウェハプラットフォーム２１０が第２の回転速度（γ）で回転される。ウェハプラットフォーム２１０の回転に誘導されて、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５が第３の回転速度（β）で回転される。
図３は、本発明と共に利用するための動作機構の一の実施例の底面図である。駆動シャフト１４０が中央歯車２５０に固定されているので、中央歯車２５０は第１の回転速度（λ）で回転される。中央歯車２５０は、歯の咬合によってプラットフォーム歯車２４０に接続されている。中央歯車２５０とウェハプラットフォーム２１０それぞれのプラットフォーム歯車２４０との歯数比（gearing ratio）によって、第２の回転速度（γ）が決定される。回転速度は、所定の時間周期当たりに歯車が完全に回転した回数に対応する。歯車の周縁が、所定の時間周期内に歯車が移動する角距離（angular distance）、ひいては歯車の対応する角速度を決定する。歯車が他の物体（例えばウェハプラットフォーム２１０）に結合した場合には、同様に、歯車の回転速度に対する当該他の物体の角速度は当該歯車の周縁に関連している。
図４は、本発明と共に利用するためのウェハキャリアのためのウェハプラットフォームの一の実施例の断面図である。ウェハプラットフォーム２１０は、摩擦低減用軸受２３０の上方に且つ摩擦低減用軸受２３０と同軸に配置されている。プラットフォーム歯車２４０はウェハプラットフォーム２１０に固定されている。ウェハプラットフォーム２１０に対するプラットフォーム歯車２４０の直径の大きさを変更可能であるが、その最大直径は、ウェハプラットフォーム２１０同士の間隔と中央歯車２４１の配置とによって制限されている。プラットフォーム歯車２４０及びウェハプラットフォーム２１０の基材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はグラファイトである場合には、プラットフォーム歯車２４０の直径が、接触点においてウェハプラットフォーム２１０の直径と適合するように構成されているので、ウェハプラットフォーム２１０を容易に脱着することができる。ウェハプラットフォーム２１０及び摩擦低減用軸受２３０が、ウェハキャリア２２０内に形成されているコンパートメント（参照符号を付さないが、コンパートメント７７０に類似している（図１３〜図１５参照））の内側に配置されている。ウェハプラットフォーム２１０は、ウェハプラットフォーム２１０の重量とウェハキャリア２２０のプラテン２１５内部の区画化との組み合わせに従って、ウェハキャリア２２０の内側において所定位置に保持されている。ウェハプラットフォーム２１０それぞれが、回転軸線εを中心として回転するように構成されており、プラテン２１５が、回転軸線αを中心として回転するように構成されている。一の実施例では、回転軸線ε，αそれぞれが、円板状のプラテン２１５及びウェハプラットフォーム２１０の中心に配置されている。
図５は、本発明と共に利用するためのウェハキャリアの駆動シャフトのコンパートメントの一の実施例の断面図である。中間部材２６０は駆動シャフト１４０の上方に位置決めされている。同期ピンによって、駆動シャフト１４０の回転が中間部材２６０の回転と連動される。中央歯車２４１が、中間部材２６０に固定されており、中間部材２６０と同一の速度で回転する。摩擦低減用軸受２３１は、中間部材２６０の上方に位置決めされており、中間部材２６０と同軸に位置合わせされている。ウェハキャリア２２０のプラテン２１５は、摩擦低減用軸受２３１の上方に位置決めされている。
図６は、図４及び図５で図解した構造の組み合わせから成るウェハキャリア組立体の一の実施例の断面図である。駆動シャフト１４０は、中央歯車２４１とプラットフォーム歯車２４０のうち一のプラットフォーム歯車との歯車結合それぞれを通じて、ウェハプラットフォーム２１０それぞれに回転を伝達させる。ウェハキャリア２２０のプラテン２１５は、摩擦低減用軸受２３１を介して駆動シャフト１４０の上方に位置決めされている。ウェハプラットフォーム２１０は、摩擦低減用軸受２３０それぞれを介してウェハキャリア２２０の上方に位置決めされている。ウェハプラットフォーム２１０が駆動シャフト１４０の内部軸線を中心として回転することによって、回転がウェハプラットフォーム２２０のプラテン２１５に伝達される。
図７は、本発明における動作機構の代替的な実施例を表わす。図７において、類似する参照符号は、図１〜図６に表わす類似する形体を示すものである。当該実施例では、駆動シャフト１４０がウェハキャリア２２０に結合されている。ウェハプラットフォーム２１０は駆動シャフト１４０に直接結合されている訳ではない。駆動シャフト１４０の第３の回転速度（β）は、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５の回転速度と同一である。ウェハキャリア２２０が回転している際に発生する求心力によって、ウェハプラットフォーム２１０それぞれが、回転速度（φ）で回転される。
図８は、本発明における動作機構の代替的な実施例を表わす。図８において、類似する参照符号は、図１〜図６に表わす類似する形体を示すものである。当該実施例では、駆動シャフト１４０がウェハキャリア２２０のプラテン２１５に結合されている。ウェハプラットフォーム２１０は、ウェハプラットフォーム２１０に固定されているピンそれぞれと結合しているベルト継手２８０を介して、駆動シャフト１４０に結合されている。ウェハキャリア２２０のプラテン２１５の第３の回転速度（β）は、駆動シャフト１４０の回転速度と同一である。ウェハプラットフォーム２１０の回転速度（τ）は、ウェハプラットフォーム２１０の外周と駆動シャフト１４０の外周との比を通じて、駆動シャフト１４０の第３の回転速度（β）に関連している。
図９は、図６に表わすウェハキャリア組立体の代替的な実施例を表わす。図９において、類似する参照符号は、図１〜図８に表わす類似する形体を示すものである。ウェハキャリア２２０のプラテン２１５は、シャフト１４０の内部スピンドル１４３の上方に位置決めされており、シャフト１４０の内部スピンドル１４３に固定されている。中央歯車２４１は駆動シャフト１４０の外部スピンドル１４１に固定されている。摩擦低減部材１４２は、内部スピンドル１４３の回転を外部スピンドル１４１から分離させる。当該実施例では、幾つかの動作モードが、すなわち、内部スピンドル１４３のみが駆動するモード、外部スピンドル１４１のみが駆動するモード、及び、内部スピンドル１４３及び外部スピンドル１４１の両方が駆動するモードが存在する。内部スピンドル１４３が駆動する動作モードでは、回転は、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５に伝達された後に、ウェハプラットフォーム２１０に伝達され、その後に外部スピンドル１４１に伝達される。外部スピンドル１４１が駆動する動作モードでは、回転は、ウェハプラットフォーム２１０に伝達された後に、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５に伝達され、その後に内部スピンドル１４３に伝達される。代替的な動作モードは、内部スピンドル１４３がウェハキャリア２２０のプラテン２１５を駆動させること、及び、外部スピンドル１４１がウェハプラットフォーム２１０を駆動させることを含んでいる。
外部スピンドル１４１及び内部スピンドル１４３は、協調運転する２つの駆動シャフトを具備する共通のモータによって駆動される場合がある。代替的には、改良された継手によって、２つのシャフトを具備する構成が、単一のシャフトによる慣性駆動モードで利用される。
図１０は、図１に表わすウェハキャリア組立体の代替的な実施例を表わす。図１０において、類似する参照符号は、図１〜図９に表わす類似する形体を示すものである。当該実施例では、複数の内部ウェハプラットフォーム２１１と複数の外部ウェハプラットフォーム２１２とが設けられており、ウェハ２００は、ウェハキャリア２２０の内部軸線を中心として環状に配置されている。内側環６０１は、内側ウェハプラットフォーム２１１の中心それぞれに配置されている。外側環６００は外側ウェハプラットフォーム２１２の中心それぞれに配置されている。内側ウェハプラットフォーム２１１と外側ウェハプラットフォーム２１２とが、駆動シャフト１４０の回転軸線を中心として同心に配置されている。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図１０に表わすウェハキャリア組立体の底面図である。図１０Ａは、外側環６００上に配置されている外側ウェハプラットフォーム２１２のためのプラットフォーム歯車２４０と対応する駆動機構との底面図である。駆動シャフト１４０が、大きい中央歯車２４６に結合されており、大きな中央歯車２４６が、歯の咬合によってプラットフォーム歯車２４０に結合されている。駆動シャフト１４０の回転が、大きい中央歯車２４６を介して、外側ウェハプラットフォーム２１２に取り付けられているプラットフォーム歯車２４０に伝達される。図１０Ｂは、内側環６０１上に配置されている内側ウェハプラットフォーム２１１のためのプラットフォーム歯車２４０と対応する駆動機構との底面図である。駆動シャフト１４０は、大きい（比較的小さい）中央歯車２４５に結合されており、中央歯車２４５は、歯の咬合によって、内側ウェハプラットフォーム２１１に取り付けられているプラットフォーム歯車２４０に結合されている。駆動シャフト１４０の回転が、比較的小さい中央歯車２４５を介して、プラットフォーム歯車２４０に伝達される。
図１０Ｃは、図１０に表わすウェハプラットフォーム組立体の断面図である。ウェハキャリア２２０のプラテン２１５は、摩擦低減用軸受２３１の頂部に、摩擦低減用軸受２３１と同軸に位置決めされている。摩擦低減用軸受２３１は、中間部材２６０の頂部に、中間部材２６０と同軸に位置決めされている。中間部材２６０は、駆動シャフト１４０の上方に、駆動シャフト１４０と同軸に位置決めされている。比較的小さい中央歯車２４５と比較的大きい中央歯車２４６とは、駆動シャフト１４０に結合されている。小さい中央歯車２４５と大きい中央歯車２４６とは、共に結合されている２つの別々の部品、又は、単一部品の２つの異なる形体として設けられている。比較的小さい中央歯車２４５は、付着又は固定によって、内側環６０１上に配置されているプラットフォーム歯車２４０それぞれに結合されている。内側環６０１上に設けられているプラットフォーム歯車２４０それぞれが、ウェハプラットフォーム２１１のうち一のウェハプラットフォームに結合されている。比較的大きい中央歯車２４６は、外側環６００上に配置されているプラットフォーム歯車２４０に結合されている。プラットフォーム歯車２４０は、外側環６００上に設けられている外側ウェハプラットフォーム２１２に固定されている。外側ウェハプラットフォーム２１２それぞれが、ウェハキャリア２２０の内側に形成されたウェハプラットフォームの切欠部分又はコンパートメントに配置されており、ウェハキャリア２２０は、摩擦低減用軸受２３０の頂部に、摩擦低減用軸受２３０と同軸に位置決めされている。摩擦低減用軸受２３０は、対応するウェハプラットフォームの切欠部分と同軸に、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５の内側に位置決めされているので、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５から独立して、ウェハプラットフォーム２１２それぞれを回転させることができる。内側ウェハプラットフォーム２１１は、内側環６０１に対応するラジアル方向位置に配置されていることを除いて、外側ウェハプラットフォーム２１２と同様に、ウェハキャリア２２０のプラテン２１５のコンパートメントの内側に位置決めされている。
結果として、遊星運動が、遊星プラットフォームから成る多数の環に拡張される。例えば、外側環及び内側環は、１２インチに対して４インチ又は１４インチに対して４インチの構成とされる。多数の遊星リングを具備する実施例は、内側の遊星プラットフォームを駆動する太陽歯車の上側の位置（すなわち、小さい中央歯車２４５）と外側の遊星プラットフォームを駆動する下側の位置（すなわち、中央歯車２４６）とを具備する、段付の太陽歯車とされる場合がある。多数の遊星リングを具備する代替的な実施例では、太陽歯車が、内側遊星プラットフォームと、内側遊星プラットフォーム同士の間に位置する伝達歯車とを駆動し、外側遊星を回転させるために、１つ以上の外側遊星に設けられている歯車に咬合される。この場合には、外側遊星が、互いに結合されており、回転方向は、遊星の組それぞれについて異なり、偶数個の外側遊星を必要とする。
図１１は、動作モードのうち一の動作モードを表わすグラフである。当該グラフは、ハブ（すなわち、駆動シャフト）、ウェハキャリアのプラテン（すなわち、キャリア）、及び遊星（すなわち、ウェハプラットフォーム）の角速度を示している。ハブが０ＲＰＭから３００ＲＰＭに加速されると、これに対応して、遊星及びキャリアの角速度が変化する。ハブの速度が一定を維持すると、遊星の角速度が０ＲＰＭ近傍まで減速される一方、キャリアは、当該キャリアの角速度がハブの角速度に到達するまで加速を継続する。その後に、ハブの角速度が正弦振動することによって、その結果として、キャリア及び遊星の角速度が振動する。遊星の角速度は、ハブの角速度とキャリアの角速度との差に等しい。
代替的には、慣性駆動モードにおける正弦プロファイルの代わりに、例えば鋸刃駆動プロファイルのような他のタイプの時間ベースのプロファイルが利用される。時間ベースのプロファイルの周期それぞれにが加速微動／減速微動から成り、これにより、遊星それぞれが所定の方向において一回転の一部について回転され、これにより遊星の単方向回転が実現される。
制御装置が、１つ以上の駆動シャフトを回転させる駆動プロファイルをモータに付与するために利用される場合がある。制御装置は、１つ以上のユーザ入力に基づいて、１つ以上の変数を制御するように構成されている任意の電気制御装置である。当該ユーザ入力は、ユーザによって、例えばキーボード、マウス、ディスプレイ、タッチスクリーンのようなユーザインタフェースを介して実施される。制御装置は、例えばマイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、マイクロコンピュータ、デジタルシグナルプロセッサ、中央処理演算ユニット、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラム可能論理回路、状態機械、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、メモリに格納された演算命令に基づいて（アナログ及び／又はデジタル）信号を操作する他の装置のような、少なくとも１つのプロセッサを利用することによって動作可能とされる。メモリは、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、デジタル情報を格納可能な任意の他の装置のような、単一の記憶装置又は複数の記憶装置とされる。特に、制御装置は、１つ以上のハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）、又はリムーバブルディスクドライブ、直接アクセス記憶装置（ＤＡＳＤ）、光学式ドライブ（例えばＣＤドライブやＤＶＤドライブ等）、及び／又は、テープドライブを含んでいる大容量記憶装置とされる場合がある。
オペレーティングシステムの制御の下、制御装置のプロセッサは動作し、コンピュータプログラムコードを実行するか、さもなければコンピュータプログラムコードに依存する。当該コンピュータプログラムコードは、様々なコンピュータソフトウェアアプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、データ構造体等において具体化されている。また、メモリに常駐し且つ大容量記憶装置に格納されているコンピュータプログラムコードは、プロセッサ上で実行した場合に駆動プロファイルを提供するための制御信号を１つ以上のモータに電流パルスとして供給する、制御プログラムコードを含んでいる。コンピュータプログラムコードは、一般に、何度もメモリに常駐する命令であって、プロセッサによって読み込まれ実行された場合に、本発明の様々な実施例及び実施態様を実現するステップ又は要素を実行するために必要なステップを制御装置に実行させる当該命令を備えている。
本明細書で説明する様々なプログラムコードは、当該プログラムコードが本発明の特定の実施例で実施されるアプリケーションに基づいて識別される場合がある。しかしながら、以下の任意のプログラム用語が単に便宜上利用されるので、本発明がこのようなプログラム用語によって特定及び／又は指示される任意の用途で単に利用することに限定される訳ではないことに留意すべきである。さらに、プログラムが一般的なコンピュータに常駐している様々なソフトウェア層（例えばオペレーティングシステム、ライブラリ、ＡＰＩ、アプリケーション、アプレット等）内に機能的に配置されている場合がある様々な態様と同様に、コンピュータプログラムがルーチン、プロシージャ、メソッド、モジュール、オブジェクト、及びこれらに類するものによって構成されている場合がある無数の態様を前提として、本発明は、本明細書で説明するプログラム機能の特定の組織及び配置に限定される訳ではないことに留意すべきである。
図１２は、図１１に表わす動作モードの代替的なグラフである。当該グラフは、スピンドル（駆動シャフトとも呼称される）の角速度及びキャリアの角速度の振動に基づく遊星プラットフォームの回転数を表わす。
図１３〜図１５において、類似する参照符号は、図１〜図１２に表わす類似する形体を示すものである。本発明の代替的な実施例では、ウェハキャリア７２０は、プラテン７１５と、プラテン７１５を中心として周囲に配置されているウェハプラットフォーム７１０と、中央歯車７５０と、プラットフォーム歯車７４０とを含んでいる。ウェハプラットフォーム７１０は、ウェハ２００を支持するように構成されている（図１参照）。ウェハキャリア７２０のプラテン７１５は駆動シャフト１４０の上方に載置されており、駆動シャフト１４０はモータ１２０によって回転され（図１参照）、摩擦低減用軸受７５５に囲まれている。中央歯車７５０の歯は、歯の咬合を介してプラットフォーム歯車７４０と接続されている。駆動シャフト１４０が回転した場合に、中央歯車７５０が回転し、ウェハプラットフォーム７１０それぞれが自身の中心軸線を中心として回転されるようにプラットフォーム歯車７４０を回転させる。特に、中央歯車７５０は、駆動シャフト１４０の回転をプラットフォーム歯車７４０に数倍の回転運動として伝達する。結論として、取り付けられたウェハプラットフォーム７１０それぞれが、プラテン７１５の回転方向の反対又は逆の方向に回転する。平衡状態では、ウェハプラットフォーム７１０それぞれが、中央歯車７５０の回転毎に一回転する。プラットフォーム歯車７４０それぞれが、外方に面していると共に周方向に配置されている歯を有しており、当該歯は、中央歯車７５０の外方に面していると共に周方向に配置されている歯と咬合する。
ウェハプラットフォーム７１０は、プラテン７１５上に円状に配置されている。特に、ウェハプラットフォーム７１０それぞれに関連する基準点が、プラテン７１５の中心を有している基準円の周上に円として配置されている場合がある。ウェハプラットフォーム７１０それぞれは、プラテン７１５内の類似する大きさのコンパートメント７７０内に配置されており、摩擦低減用軸受７６５に囲まれている。ウェハプラットフォーム７１０は丸みを帯びた形状のディスクであり、同様に、プラテン７１５はウェハプラットフォーム７１０より大きな直径の丸いディスクである。
プラテン７１５及びウェハプラットフォーム７１０は、グラファイトから構成されている場合がある。固定具７８５は、セラミック材料から構成されており、中央歯車７５０をプラテン７１５に固定するために、及び、プラットフォーム歯車７４０それぞれを対応するウェハプラットフォーム７１０に固定するために利用される。グラファイトの相対的な軟らかさ及び脆性に起因して、ウェハプラットフォーム７１０と同様に、固定具７８５の固定取付点においてプラテン７１５を補剛するための対策が採られる。このために、ネジ付インサート７９０は、類似する大きさのプラテン７１５及びウェハプラットフォーム７１０それぞれのキャビティ内に固定される。ネジ付インサート７９０は、グラファイト製スレッドより高い機械強度を有しているスレッドによってネジ付開口部を形成するために、機械加工可能なモリブテンから構成されている。開口部のネジ部分は、固定具７８５のネジ部分に適合するように機械加工される。
本明細書で利用する用語は、特定の実施例を説明することを目的とするにすぎず、本発明を限定することを意図する訳ではない。本明細書で利用するように、単一の形式「一の（“ａ”，“ａｎ”、及び“ｔｈｅ”）」は、そうでないことを内容的に示していない限り、複数の形式も含むことを意図する。「備えている（“comprises”及び／又は“comprising”）」との記載は、本明細書で利用する場合に、説明する特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成部材の存在を特定するが、１つ以上の他の徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部材、及び／又はこれらから成る群の存在又は付加を前提とする訳ではないことに留意すべきである。さらに、「含んでいる（“includes”）」、「有している（“having”及び“has”）」、「具備する（“with”）」、「成る（“composed of”）」、又はこれらの様々な変形が発明の詳細な説明又は特許請求の範囲で利用される程度において、このような用語は、「備えている（“comprising”）」との用語に類似する態様を含むことを意図する。
本発明は様々な実施例の説明によって解説されていると共に、当該実施例が非常に詳細に説明されている一方、このような詳細に特許請求の範囲を制限又は限定することは意図していない。付加的な利点及び改善については、当業者であれば容易に想到することができる。従って、広義の態様における本発明は、特定の詳細な構成、代表的な方法、及び図示された例示に限定される訳ではない。従って、出願人の一般的な発明の概念の思想及び範囲から逸脱することなく、このような詳細な構成を変更することができる。
１００ フランジ
１１０ 反応室
１２０ モータ
１３０ 排出口
１４０ 駆動シャフト
１４１ 外部スピンドル
１４２ 摩擦低減部材
１４３ 内部スピンドル
２００ ウェハ
２１０ ウェハプラットフォーム
２１１ 内部ウェハプラットフォーム
２１２ 外部ウェハプラットフォーム
２１５ プラテン
２２０ ウェハキャリア
２３０ 摩擦低減用軸受
２３１ 摩擦低減用軸受
２４０ プラットフォーム歯車
２４１ 中央歯車
２４５ 小さい中央歯車
２４６ 大きい中央歯車
２５０ 中央歯車
２６０ 中間部材
２７０
２８０ ベルト継手
６００ 外側環
６０１ 内側環
７１０ ウェハプラットフォーム
７１５ プラテン
７２０ ウェハキャリア
７４０ プラットフォーム歯車
７５０ 中央歯車
７８５ 固定具
７９０ ネジ付インサート
λ 第１の回転速度
γ 第２の回転速度
β 第３の回転速度
α 回転軸線
ε 回転軸線
１１０ 反応室
１２０ モータ
１３０ 排出口
１４０ 駆動シャフト
１４１ 外部スピンドル
１４２ 摩擦低減部材
１４３ 内部スピンドル
２００ ウェハ
２１０ ウェハプラットフォーム
２１１ 内部ウェハプラットフォーム
２１２ 外部ウェハプラットフォーム
２１５ プラテン
２２０ ウェハキャリア
２３０ 摩擦低減用軸受
２３１ 摩擦低減用軸受
２４０ プラットフォーム歯車
２４１ 中央歯車
２４５ 小さい中央歯車
２４６ 大きい中央歯車
２５０ 中央歯車
２６０ 中間部材
２７０
２８０ ベルト継手
６００ 外側環
６０１ 内側環
７１０ ウェハプラットフォーム
７１５ プラテン
７２０ ウェハキャリア
７４０ プラットフォーム歯車
７５０ 中央歯車
７８５ 固定具
７９０ ネジ付インサート
λ 第１の回転速度
γ 第２の回転速度
β 第３の回転速度
α 回転軸線
ε 回転軸線
Claims (20)
- 複数のウェハのためのウェハキャリアであって、
複数のコンパートメントを具備するプラテンであって、第１の軸線を中心として回転するように構成されている前記プラテンと、
複数のウェハプラットフォームであって、前記ウェハプラットフォームそれぞれが、前記コンパートメントのうち一のコンパートメントに関連しており、前記コンパートメントそれぞれに対して第２の軸線それぞれを中心として回転するように構成されている、複数の前記ウェハプラットフォームと、
を備えている前記ウェハキャリアにおいて、
前記プラテン及び前記ウェハプラットフォームが、前記プラテンと前記ウェハプラットフォームとの間において遊星運動を生成するように、異なる角速度で回転することを特徴とするウェハプラットフォーム。 - 駆動シャフトと、
複数の第１の歯車であって、前記第１の歯車それぞれが、前記ウェハプラットフォームのうち一のウェハプラットフォームに取り付けられている、複数の前記第１の歯車と、
前記第１の歯車それぞれと咬合する第２の歯車であって、前記第２の歯車が、前記駆動シャフトによって回転されるために、及び、回転を前記第１の歯車に伝達させることによって、前記回転の数倍の回転を前記ウェハプラットフォームに発生させるために、前記駆動シャフトと結合している、前記第２の歯車と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。 - 前記ウェハキャリアが、グラファイトから成り、
前記ウェハキャリアが、
前記ウェハプラットフォームそれぞれに装着されている複数のネジ付インサートと、
前記第１の歯車のうち一の第１の歯車を前記ネジ付インサートと固定するために利用される複数の固定具と、
を備えていることを特徴とする請求項２に記載のウェハキャリア。 - 前記ネジ付インサートが、モリブテン又はモリブテン合金から成ることを特徴とする請求項３に記載のウェハキャリア。
- 前記駆動シャフトの回転によって、前記第１の軸線を中心として前記駆動シャフトの回転の数倍の回転を前記プラテンに発生させるように、前記プラテンが、前記駆動シャフトと結合されていることを特徴とする請求項２に記載のウェハキャリア。
- 前記プラテンに結合されている駆動シャフトと、
複数のベルト継手であって、前記ベルト継手それぞれが、前記ウェハプラットフォームのうち一のウェハプラットフォームを前記駆動シャフトに接続している、複数の前記ベルト継手と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。 - 前記プラテンに接続されている内部スピンドルと外部スピンドルとを有している駆動シャフトと、
複数の第１の歯車であって、前記第１の歯車それぞれが、前記ウェハプラットフォームのうち一のウェハプラットフォームに取り付けられている、複数の前記第１の歯車と、
前記第１の歯車それぞれと咬合されている第２の歯車であって、前記第２の歯車が、前記外部スピンドルと接続されている、前記第２の歯車と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。 - 前記第２の歯車が、前記第１の歯車を回転させるために、前記内部スピンドルによって駆動されることを特徴とする請求項７に記載のウェハキャリア。
- 前記第１の歯車が、前記第１の歯車を回転させるために、前記外部スピンドルによって駆動されることを特徴とする請求項７に記載のウェハキャリア。
- 複数の摩擦低減用軸受であって、前記摩擦低減用軸受のうち一の摩擦低減用軸受が、前記ウェハプラットフォームそれぞれと前記プラテンとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハプラットフォーム。
- 前記プラテン及び前記ウェハプラットフォームが、異なる角速度で回転するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。
- 前記コンパートメントが、前記プラテン上に円状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。
- 前記コンパートメントが、前記プラテン上に、異なる直径の第１の同心円及び第２の同心円内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。
- 前記ウェハキャリアが、前記プラテンに結合されている駆動シャフトであって、第１の角速度で前記プラテンを回転させるように構成されている前記駆動シャフトを備えており、
前記ウェハプラットフォームが、前記駆動シャフトと機械的に直接接続されておらず、前記プラテンが前記第１の角速度で回転することによって、前記ウェハプラットフォームそれぞれが、第２の角速度で前記コンパートメントそれぞれに対して相対的に自由に回転されることを特徴とする請求項１に記載のウェハキャリア。 - ウェハをリアクタ内に移動させる方法において、
プラテンを第１の回転軸線を中心として回転させるステップと、
前記プラテンのコンパートメント内に装着されている複数のウェハプラットフォームそれぞれを回転させるステップと、
前記ウェハと前記プラテンとの間において遊星運動を生成するために、前記プラテンの角速度と異なる角速度で第２の回転軸線それぞれを中心として前記ウェハを運搬させるステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 前記ウェハプラットフォームそれぞれを回転させるステップが、駆動シャフトからのトルクを前記ウェハプラットフォームそれぞれに伝達させることを含んでいることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 前記トルクを伝達させることが、
前記トルクを発生させるために、前記第１のシャフトに結合されている第１の歯車を第１の角速度で回転させることと、
前記第１の歯車から前記ウェハプラットフォームそれぞれに取り付けられている第２の歯車に前記トルクを伝達させ、これにより前記ウェハプラットフォームを回転させることと、
を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 前記トルクを伝達させることが、
前記トルクを発生させるために第１の角速度で前記駆動シャフトを回転させることと、
ベルト継手を介して、前記駆動シャフトから前記ウェハプラットフォームそれぞれに前記トルクを伝達させ、これにより前記ウェハプラットフォームを回転させることと、
を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 前記プラテンを前記第１の回転軸線を中心として回転させるステップが、第１の角速度で前記第１の回転軸線を中心として回転させるために、前記駆動シャフトからのトルクを前記プラテンに伝達させることを含んでおり、
前記ウェハプラットフォームが、前記駆動シャフトと機械的に直接接続しておらず、前記プラテンが前記第１の角速度で回転することによって、前記ウェハプラットフォームそれぞれが、第２の角速度で前記コンパートメントそれぞれに対して相対的に自由に回転されることを特徴とする請求項１６に記載のウェハキャリア。 - 前記方法が、前記プラテン及び前記ウェハプラットフォームの異なる角速度についての時間変化プロファイルで前記駆動シャフトの角速度を調節するステップを備えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
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