JP3592075B2 - 円板形状体の位置決め装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円板形状体を所定の位置および向きに位置決めする円板形状体の位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウエハの表面にプラズマドライエッチングにより電極パターンなどを形成するのに反応室が用いられる。この加工は、反応室内でウエハを電極上に静電的に吸着するなどして保持し、反応室内を真空にしてプラズマガスを発生させるとともに、ウエハの前記電極と対面する裏面に伝熱ガスである例えばＨｅガスを供給して温度維持を図って行う、微細で高精度な加工となる。
【０００３】
このような加工が必要な精度で達成されるには、ウエハを前記電極の上に高い位置精度で載置する必要がある。ウエハは多くの場合円板形状体であって、その中心の位置が問題となる。また、ウエハは単結晶体であって、結晶の向きに対応して電極パターンなどを形成しなければならない。従って、前記加工に必要な位置決めはウエハの中心位置と、この中心まわりの向きとである。
【０００４】
このような円板形状体の中心位置と向きとに関して位置決めするため、図６に示すように円板形状体ａの方向性を示すオリエンテーションフラット（直線的な切り取り部）や切り欠きであるノッチｂが、円板形状体ａの外周に形成されている。この円板形状体ａを回転ステージｃの上に載置して、回転ステージｃをその回転機構ｄとともに、Ｘ方向移動テーブルｅとＹ方向移動テーブルｆとによって互いに直交するＸＹ２方向に移動させて、円板形状体ａの中心位置を所定の位置に位置決めする。この位置決めされた中心位置まわりの円板形状体ａの向きについてはこれに形成された前記ノッチｂが所定の向きになるように回転ステージｃをモータなどの回転機構ｄにより回転させて位置決めする。
【０００５】
これらの位置決めの際、円板形状体ａの中心位置は測距センサｇにより円板形状体ａの外周位置を３点程度検出して判定し、判定された中心位置が所定位置になるように回転ステージｃを移動させる。位置決めされた円板形状体ａの向きの判定はノッチｂがある向きを測距センサｇにて検出し、検出された向きが所定の方向に向くように回転ステージｃを回転させる。
【０００６】
これらの位置決め機構は通常ユニットに構成され、大気中での位置決めではこのユニットをダウンフローの気流中に配置し、機構部分ｈを円板形状体ａの下に置いて、機構部分ｈで発生するダストの舞い上がりを防止し、ダストが高精度な加工に影響したり、品質を損なったりしないようにしている。
【０００７】
これが、反応室につながった図７に示すような真空容器ｉ内で行うことになると、機構部分ｈは真空容器ｉの下に配置させ、回転ステージｃを真空容器ｈ内に下方から臨ませる。真空容器ｉは反応室を真空にするときに漏れが生じないように回転ステージｃの回転軸ｊが貫通する部分をシールする必要がある。そこで、真空容器ｉの回転軸ｊが貫通する部分をベローズｋで覆うようにしている。具体的には、真空容器ｉの回転軸ｊが貫通する開口ｌのまわりにベローズｋの一端を接続し、ベローズｋの他端に接続した真空シールｍと回転軸ｊとが気密性を保って摺動接触する構造としている。これによって、真空時に漏れを生じるようなことなく回転軸ｊを回転および軸直角方向に移動させて前記必要な位置決めを行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、真空容器内での位置決めでの上記従来の図７に示すようなベローズｋおよび真空シールｍによる密封構造では、真空領域内に前記回転軸ｊとの間の摺動接触部ｎが臨んでいて、ここで発生するダストがウエハに付着して、高精度な加工に影響したり、品質を損なったりする。
【０００９】
また、このような摺動部は損傷しやすく物理的寿命が低いし、何らかのトラブル時に真空破壊を引き起し、ウエハ位置決め機構としての信頼性を低下させる。
【００１０】
さらに、ベローズｋは真空によって真っ直ぐになろうとする求心力と、回転軸ｊの前記位置決めのための軸直角方向の移動に追随するときの変形とに対応する剛性が必要であるし、このベローズｋの追随は回転ステージｃを位置決めのために軸直角方向に移動させるときの負荷になるので、これに対応する位置決め剛性を満足する設計が必要となり、装置が重量化および大型化しコスト高にもなる。
【００１１】
本発明の目的は、ベローズによるシール部の寿命の向上と、ダストの発生およびその影響の防止とが図れる円板形状体の位置決め装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の円板形状体の位置決め装置は、真空容器と、この真空容器内に円板形状体を支持し、回転、昇降、および前記回転の軸線に直角な軸直角方向に移動する支持体と、真空容器の支持体が接触なく前記移動ができるように貫通する開口のまわりに一端が接続され前記支持体との間に遊びを持ったベローズと、このベローズの他端に接続されて前記ベローズの他端を閉じて外気と遮断する容器形の隔壁を持ち、かつ、この隔壁内で前記支持体を転がり軸受によって軸受した軸受体と、前記真空容器ないしはそれと同体な固定側に対し第１のリニアガイド上に第２のリニアガイドによって支持されて前記軸受体を軸線方向、軸直角方向に移動できるようにする移動部と、内外磁気カップリングを介して前記隔壁内の支持体を外から回転駆動する第１の駆動手段と、前記軸受体を真空容器に対して軸線方向に移動させる第２の駆動手段と、前記支持体を真空容器に対し軸直角方向に移動させる第３の駆動手段とを備えている。
【００１８】
このような構成では、真空容器内で、回転、この回転の軸線に直角な軸直角方向の移動ができる支持体により円板形状体を支持し、支持体を真空容器外から動かして円板形状体を位置決めする円板形状体の位置決めをするのに、支持体を、真空容器の開口と、この開口のまわりに一端を接続したベローズを通じ、これら開口およびベローズとの間に接触なく前記動きができる遊びを持って真空容器外に延ばすとともに、ベローズの他端に接続された軸受体のベローズの他端を閉じて外気と遮断する隔壁部内で支持体を転がり軸受により前記回転ができるように軸受しておくので、真空容器の支持体が貫通する開口をベローズと支持体外まわりの隔壁とによって、真空シールとしてのベローズと支持体との摺動構造なく密封状態にシールして真空時の漏れを防止しながら、この隔壁および転がり軸受によって従来のような前記真空領域に臨む真空シールとの摺動部分なく、つまり転がり接触部だけが臨んで支持体を回転できるように支持することができ、シール部分での真空シールとの摺動部による寿命の低下、ダストの発生、このダストが位置決め対象物に付着するといったことを回避することができる。
しかも、前記支持体とベローズとの前記遊びを持った状態で、支持体の隔壁外から一対の内外磁気カップリングを介し支持体に必要な回転を与え、また、支持体を外部から真空容器との間で軸直角方向に移動させることにより支持体に必要な軸直角な動きを与えるので、前記シール状態、および支持体とベローズとの非接触状態、を確保したまま、位置決めに必要な動きを達成して、円板形状体の位置決めを行うことができる。
また、前記第１、第２、第３の各駆動手段によって、内外磁気カップリングや第１、第２各支持体を通じ、支持体を回転、昇降、および軸直角方向の移動を適時に行うことによって、前記のような特徴ある位置決めを、支持体の軸受体への転がり軸受による案内と、第１、第２の各支持体のリニアガイドの案内との基に、自動的にかつ高精度に実現することができる。
【００１９】
本発明の円板形状体の位置決め装置は、特に、第１の駆動手段は軸受体上のモータの回転を外磁気カップリングに伝達し、第３の駆動手段は外磁気カップリングの回転を軸受体上に設けられた軸直角方向移動用のカムに電磁クラッチを介して伝達することを特徴としている。これにより、モータを第１、第３の各駆動手段の駆動源に共用することができ、駆動源の必要数が減少する分だけトラブルや動作誤差の発生がすくなくなり信頼性が向上するし、装置が簡単かつ軽量になり、コストも低減する。また、カムおよびカムフォロアにより回転を軸直角方向の移動に変換するようにすることにより、機構がコンパクトでかつ高精度に移動を制御できる利点がある。
【００２０】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態についてその実施例とともに図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００２２】
本実施の形態の円板形状体の位置決め方法およびその装置は、半導体のウエハ３２を円板形状体の位置決め対象とした場合の一例である。しかし、これに限られることはなく、方向性を持ったどのような円板形状体にも本発明は同様に適用することができるし、場合によってはこれらと同様な位置決めを必要とし、あるいは同様な位置決めができる他の形状の板部材にも本発明は適用でき、いずれの場合も本発明の範疇に属する。
【００２３】
本実施の形態の位置決め方法につき、図１〜図５に示す位置決め装置を参照しながら説明する。図１に示すように、真空容器１内で、回転、この回転の軸線Ｚに直角な軸直角方向Ｘに移動できる軸状の支持体５によりウエハ３２を支持し、支持体５の前記動きによりウエハ３２を位置決めする。しかし、支持体５の具体的形状は位置決めができる限りどのような形状にも設計できる。
【００２４】
まず図１、図３に示すように、支持体５を、真空容器１の開口１ａと、この開口１ａのまわりに一端を接続したベローズ２を通じ、これら開口１ａおよびベローズ２との間に接触なく前記動きができる遊びＳを持って真空容器１外に延ばすとともに、ベローズ２の他端に接続された軸受体１１８のベローズ２の他端を閉じて外気と遮断する隔壁部１１８ａ内で支持体５を転がり軸受３３、８、９により軸受しておく。支持体５は細い軸状であることにより、ウエハ３２を支持するのに従来通り支持体５よりも大径の回転ステージ４を用いている。しかし、これに限られることはなく、支持体５の形態は自由に設計することができ、支持体５の上端で直接支持するなど種々な方法を採ることができる。
【００２５】
このような支持体５の軸受、支持方法では、真空容器１の支持体５が貫通する開口１ａをベローズ２と軸受体１１８の隔壁１１８ａとによって、ベローズ２がなす真空シールと支持体５との摺動構造なく密封状態にシールして真空時の漏れを防止しながら、このシール部分Ｃで隔壁１１８ａおよび転がり軸受３３、８、９によって、従来のように前記真空領域Ｖに臨む真空シールと支持体５との摺動部分なしに、つまり転がり接触部だけが臨んで支持体５を回転できるように支持することができ、シール部分Ｃの摺動部による寿命の低下、ダストの発生、このダストが位置決め対象物に付着するといったことを回避することができる。
【００２６】
上記支持体５の軸受、支持状態で、軸受体１１８の隔壁１１８ａ外から隔壁１１８ａの内外で対向し合う一対の内外磁気カップリング３ａ、３ｂを介し支持体５に必要な回転を与え、また、軸受体１１８を外部から真空容器１との間で軸直角方向、例えばＸ方向に移動させることにより支持体５に必要な軸直角な動きを与えるので、前記シール部分Ｃの状態、および支持体５とベローズ２との非接触状態、を確保したまま、位置決めに必要な動きを達成して、ウエハ３２の位置決めを行うことなできる。この軸直角方向の移動は前記Ｘ方向に加え、これに直交するＹ方向に移動させて従来のように位置決めしてもよいのは勿論である。
【００２７】
ところで、円板形状体であるウエハ３２を位置決めするのに、図１、図３に示すように、真空容器１外から透光性の窓２６、２７を通じて、ウエハ３２の向きや位置をセンサ２４、２５などにより光学的に検出する。これにより、検出機構であるセンサ２４、２５などは真空容器１を貫通しなくてよく貫通のためのシールが不要となるので、検出機構が検出のために移動するような場合、特に好適である。本実施の形態では光学機構として一対の投受光器を組み合わせた透過形レーザ測長センサ２４、２５を用いており、図１に示す実線の位置と仮想線の位置との間で移動でき、小径のウエハ３２から大径のウエハ３２まで位置検出できるようにしている。１つの実施例として各移動位置でのレーザ測長センサ２４、２５による検査幅は約１０ｍｍ程度であり、この１０ｍｍ幅内でウエハ３２を回転させたときの必要箇所の外周位置を検出し、ウエハ３２の中心位置が判定でき、この検出した中心位置が所定の位置にくるように上記の位置決め動作を行えばよい。
【００２８】
円板形状体であるウエハ３２の中心位置は、少なくとも３点、径の情報、つまり直径や半径についての情報がある場合は少なくとも２点の位置を検出すれば、ウエハ３２の中心位置を検出することができる。検出された位置決めのための軸直角方向の移動は前記１つの軸直角方向Ｘだけでもよい。しかし、ウエハ３２の外周位置の検出において、オリエンテーションフラットや図３に示すようなノッチ３２ａが検出されると、中心位置検出情報としてのノイズになる。そこで、これの影響をなくすには、前記最小必要位置よりも１つ多い外周位置を検出して、ノイズ位置信号があるときはそれを除外し中心位置を検出するようにする。
【００２９】
前記検出した中心位置が前記軸直角方向におけるウエハ３２の直径線から外れていなければ、後はそのまま前記Ｘ方向の位置ずれ分だけそのＸ方向に移動させれば位置決めできる。検出された中心位置が前記の移動に関したＸ方向の直径線から外れていても、検出した中心位置が直径線上にくるようにウエハ３２を回転させてから、同じ操作をすれば位置決めできる。また、Ｘ方向から外れている中心位置を直径線上に移動させた後、ウエハ３２の向きを所定の向きにするため、その中心位置を支持体５で支持して回転させたい場合でも、中心位置の位置決め後のウエハ３２の中心に支持体５を位置させられるように、支持体５によるウエハ３２の支持をやり直せばよいので問題はない。
【００３０】
このように、位置決めのための軸直角方向の移動が１つに減少することによって、位置決めのためのトラブルや動作誤差が少なくなり信頼性が向上する。また、ベローズ２が変形しながら位置決めに追随する方向および頻度も共に少なくなり、位置決め機構Ｄとともに必要剛性が小さくなるので、信頼性および寿命のさらなる向上が図れる。また、これを実現する装置が簡略化し、小型化し、低コスト化する。
【００３１】
本実施の形態では、前記支持体５によるウエハ３２の支持のやり直しをするのに、ウエハ３２を支持して位置決めした後の支持体５を下降させることにより、支持体５が支持していたウエハ３２を真空容器１内の底部やこの底部に設けられた本実施の形態の図１、図３に示すような補助トレー１０１の上などに一旦載置して、支持体５をウエハ３２から下方に離し、このウエハ３２から離れた状態の支持体５をウエハ３２の位置決めされた中心の位置まで移動させる。次いで、移動後の支持体５を上昇させることによりウエハ３２をその位置決めされた中心位置で下方より持ち上げて支持し、支持体５を回転させれば、ウエハ３２をその中心位置を中心に回転させて所定の向きに位置決めするようにしてある。ウエハ３２の中心位置から外れた位置を回転中心として向きを調整する場合のようにウエハ３２の中心位置が変化するようなことがなく、そのような変化に対応するための複雑な操作が不要となる。
【００３２】
このように、支持体５によるウエハ３２の支持をやり直すために本実施の形態では、支持体５を軸受、支持する前記軸受体１１８を、真空容器１との間で前記軸線Ｚ方向に移動させることにより、支持体５に前記支持のやり直しのために必要な昇降を行わせる。
【００３３】
本実施の形態の円板形状体の位置決め装置は、上記のような位置決めのため図１〜図３に示すように、上記した真空容器１と、この真空容器１内に外部から臨んでウエハ３２を支持し、回転、昇降、および前記回転の軸線Ｚに直角な軸直角方向Ｘの移動で、ウエハ３２の位置決めを行う支持体５と、真空容器１の支持体５が接触なく前記移動ができるように貫通する開口１ａの外部まわりに一端が接続されるとともに、支持体５が接触なく前記移動ができる遊びＳを持ったベローズ２と、ベローズ２の他端に接続されてそのベローズ２の他端を閉じる下方に延びた容器形の隔壁１１８ａを持ち、この隔壁１１８ａ内で支持体５を転がり軸受３３、８、９によって軸受した軸受体１１８を備えているのに加え次のような構成も有している。
【００３４】
真空容器１ないしはこれと同体の固定側である例えば、図１、図２に示すように真空容器１に取付けられたブラケット３０に対して軸直角方向に移動できるように図１に示すリニアガイド２８、２９よって支持され、かつ軸受体１１８を前記軸線Ｚの方向に移動できるように図１、図３に示すリニアガイド１２によって支持した移動基台１８と、図１〜図６に示すように軸受体１１８上で隔壁１１
８ａの内外で対向し合う前記した内外磁気カップリング３ａ、３ｂを介して支持体５を回転駆動する第１の駆動手段Ｅと、図１〜図３に示すように軸受体１１８を移動基台１８上で真空容器１に対して軸線Ｚ方向に移動させる第２の駆動手段Ｆと、図１〜図３に示すように移動基台１８をブラケット３０上で真空容器１に対し軸直角方向Ｘに移動させる第３の駆動手段Ｇとを備えている。
【００３５】
ところで、前記検出機構であるレーザ測長センサ２４、２５の検出幅は１０ｍｍでありウエハ３２の外周位置を検出できる範囲は±５ｍｍの幅である。しかし、回転ステージ４がウエハ３２を受け取ったときの位置が大きくずれていると、ウエハ３２の外周が前記検出範囲を外れることがあり、位置決めのための位置検出ができない。そこで、回転ステージ４が受け取ったウエハ３２の外周が検出範囲内から外れないようにラフな位置決めを予備的に行うために、前記した補助トレー１０１を真空容器１内に設けている。この補助トレー１０１は図１、図３に示すように受載面１０１ａから上方に広がるテーパ面１０１ｂを有し、このテーパ面１０１ｂでウエハ３２を案内しながら受載面１０１ａへ落とし込むことにより前記検出範囲内に入るように予備的に位置決めする。１つの実施例として、図１、図３に示す大小２つのウエハ３２に対応するように、これら受載面１０１ａおよびテーパ面１０１ｂの組を大小２段に設けてある。
【００３６】
このウエハ３２の予備的な位置決めのために、支持体５はウエハ３２が受載されるように下降して待つか、上昇して受け取ったウエハ３２を下降して受載面１０１ａに落とし込ませるかし、その後上昇して、ラフに予備的な位置決めがされたウエハ３２を持ち上げて、本来の位置決め動作に移行する必要がある。
【００３７】
本実施の形態では、このようなウエハ３２の予備的な位置決めのために、また、上記ウエハ３２の支持体５による支持のやり直しのために、支持体５の昇降は必須となっている。しかし、上記のような予備的な位置決めを行わないときや、従来のように直交する２方向に軸直角方向の位置決め移動を行うなどにより支持体５によるウエハ３２の支持のやり直しが不要なときは、ウエハ３２を位置決めするのに支持体５の昇降は特に必須とならず、これも本発明の範疇に属する。もっとも、支持体５の昇降は真空容器１にウエハ３２が搬入され、搬出される動きとの干渉を避けたりするのに有効で、位置決めに必須でなくても用いることはできる。
【００３８】
上記第１、第２、第３の各駆動手段Ｅ、Ｆ、Ｇによって、内外磁気カップリング３ａ、３ｂや軸受体１１８、移動基台１８を通じ、支持体５を回転、昇降、および軸直角方向Ｘの移動を適時に行うことによって、前記のような特徴ある位置決め方法を、支持体５の軸受体１１８への転がり軸受３３、８、９による案内と、移動基台１８、軸受体１１８のリニアガイド１２、２８、２９の案内との基に、自動的にかつ高精度に実現することができる。
【００３９】
ここで図１〜図５に示す本実施の形態の実施例構造では、隔壁１１８ａは、支持体５のまわりの複雑な支持構造および磁気カップリング３ａ、３ｂの配置などに対応して必要となる複雑な形状に適応するため、図１〜図５に示すようにブロック６、連結リング３５、磁気カップリング３ａ、３ｂの間の透磁性隔壁部３４ａを持った有底の容器形部材３４を連結した組合せ体に形成してある。この容器形部材３４の外周の透磁性隔壁部３４ａを避けた上下の部分で、図１に示すように転がり軸受１０、１１によって軸受して回転できるように外筒７を嵌め付け、図４、図５に示すように前記透磁性隔壁部３４ａの外側に位置する外磁気カップリング３ｂを外筒７の内周に固定し、透磁性隔壁部３４ａの内側に位置する内磁気カップリング３ａは支持体５の外周に固定している。
【００４０】
図１、図４、図５に示すように内外磁気カップリング３ａ、３ｂが透磁性隔壁部３４ａを介して対向し合っているのを利用して、第１の駆動手段Ｅは軸受体１１８上のモータ１５の回転を外磁気カップリング３ｂを持った外筒７に図１〜図３に示すギヤ１３、１４を介して伝達し、外筒７の回転を図１〜図３に示すように外磁気カップリング３ｂから内磁気カップリング３ａに透磁性隔壁部３４ａを介し磁気により伝達して、支持体５を回転駆動する。位置決めのための回転は一方向でもよいが、場合によっては正逆方向に回転駆動して、位置決め時間が短くなる方の回転方向を採用するようにもできる。
【００４１】
第３の駆動手段Ｇは、図１、図２に示すように前記軸受体１１８から外筒７の下方に突出するように設けられた軸４１上に転がり軸受３１によって回転できるように嵌め付けたハートカム２０を有し、このハートカム２０に図１〜図３に示すように外筒７の回転を電磁クラッチ１９を介し適時に伝達できるようにしている。軸４１上のハートカム２０に対向して移動基台１８上の所定位置にカムフォロア２２が設けられ、ハートカム２０が回転駆動されながらこのカムフォロア２２と接触し合うことにより、カムフォロア２２に対して軸４１を軸４１の回転量に応じて押し離すように協働し、移動基台１８、軸受体１１８および支持体５が一体になって軸直角方向Ｘに移動させられるようにする。ハートカム２０がカムフォロア２２と接触し続けるための軸直角方向Ｘに移動に対する復元力は、ベローズ２の復元力で十分であるが、不足な場合は復元ようのばねを、ベローズ２自体に設け、あるいは別途働かせてもよい。
【００４２】
これにより、モータ１５を第１、第３の各駆動手段Ｄ、Ｅの駆動源に共用することができ、駆動源の必要数が減少する分だけトラブルや動作誤差の発生がすくなくなり信頼性が向上するし、装置が簡単かつ軽量になり、コストも低減する。
【００４３】
また、ハートカム２０およびカムフォロア２２により、回転を軸直角方向Ｘの移動に変換するようにすると、機構がコンパクトでかつ高精度に移動を制御できる利点がある。ハートカム２０は支持体５の昇降に伴い上下動されるが、カムフォロア２２は移動基台１８に取り付けた図２、図３に示すようなフレーム５１上のストローク軸受２３に上下動および回転できるように軸受されていることにより、ハートカム２０の回転および上下動に無理なく従動する。
【００４４】
第２の駆動手段Ｆは、移動基台１８上に取り付けた昇降シリンダ２１を前記軸４１に連結し、この軸４１を介して支持体５を移動基台１８上で軸受体１１８を伴い昇降させるようにしている。
【００４５】
しかし、第１〜第３の各駆動手段Ｄ〜Ｆの具体的な構成は、図示した実施例構造に限定されることはなく、どのように設計されてもよい。
【００４６】
本実施の形態ではさらに、ウエハ３２の位置決めのための位置および向きを光学的に検出するために、支持体５に必要な動きの量と、現在位置などの情報が必要で、これの情報を得るため、支持体５の回転量を検出するセンサを備え、このセンサは１つの実施例としてモータ１５の回転量を光学的に検出するエンコーダ１６を用いている。また、移動基台１８の真空容器１側に対する移動量を検出するセンサを備え、このセンサは１つの実施例として移動基台１８のブラケット３０に対する移動量を光学的に検出する直線的なエンコーダ５２を用いている。また、支持体５の昇降の位置は昇降シリンダ２１のストローク設定によって、その移動位置や現在位置を特に検出しなくてよい。しかし、必要に応じてそのような検出のためのセンサを設けることもできる。さらに、１つの実施例としてハートカム２０の原点位置をセンサによって光学的に検出するようにもしてあり、図２に示すようなフォトカプラ５３を採用している。なお、これらのためのセンサは、既に知られる種々のものを採用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の円板形状体の位置決め装置によれば、真空容器の支持体が貫通する開口をベローズと支持体の隔壁とによって密封状態にシールして真空時の漏れを防止しながら、このシール部分で隔壁および転がり軸受によって前記真空領域に臨む摺動部分なく転がり接触部のみが臨んで支持体を回転できるように支持することができ、シール部分でのベローズがなす真空シールとの摺動部による寿命の低下、ダストの発生、このダストが位置決め対象物に付着するといったことを回避することができ、しかも、前記シール状態、および支持体とベローズとの非接触状態、を確保したまま、位置決めに必要な動きを達成して、円板形状体の位置決めを行うことができる。また、第１、第２、第３の各駆動手段によって、内外磁気カップリングや第１、第２各支持体を通じ、支持体を回転、昇降、および軸直角方向の移動を適時に行うことによって、前記のような特徴ある位置決めを、支持体の軸受体への転がり軸受による案内と、第１、第２の各支持体のリニアガイドの案内との基に、自動的にかつ高精度に実現することができる。特に、モータを第１、第３の各駆動手段の駆動源に共用することができ、駆動源の必要数が減少する分だけトラブルや動作誤差の発生がすくなくなり信頼性が向上するし、装置が簡単かつ軽量になり、コストも低減する。また、カムおよびカムフォロアにより回転を軸直角方向の移動に変換するようにすることにより、機構がコンパクトでかつ高精度に移動を制御できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る円板形状体の位置決め方法およびその装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の装置の縦断面図である。
【図３】図１の装置の図２とは向きを変えて一部を断面して見た側面図である。
【図４】図１の装置の磁気カップリング部分の縦断面図である。
【図５】図１の装置の磁気カップリング部分の横断面図である。
【図６】従来の大気中での位置決め装置を示す斜視図である。
【図７】図６の装置を真空容器内での位置決めに用いた場合の斜視図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ ベローズ
３ａ 内磁気カップリング
３ｂ 外磁気カップリング
４ 回転ステージ
５ 支持体
８、９、１０、１１、３１、３３ 転がり軸受
１２、２８、２９ リニアガイド
１３、１４ ギヤ
１５ モータ
１６、５２ エンコーダ
１８ 移動基台
１９ 電磁クラッチ
２０ ハートカム
２１ 昇降シリンダ
２２ カムフォロア
２４、２５ 透過形レーザ測長センサ
２６、２７ 窓
３０ ブラケット
３２ ウエハ
３４ａ 透磁性隔壁部
Ｃ シール部分
Ｄ 位置決め機構
Ｅ 第１の駆動手段
Ｆ 第２の駆動手段
Ｇ 第３の駆動手段
Ｓ 遊び
【発明の属する技術分野】
本発明は、円板形状体を所定の位置および向きに位置決めする円板形状体の位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウエハの表面にプラズマドライエッチングにより電極パターンなどを形成するのに反応室が用いられる。この加工は、反応室内でウエハを電極上に静電的に吸着するなどして保持し、反応室内を真空にしてプラズマガスを発生させるとともに、ウエハの前記電極と対面する裏面に伝熱ガスである例えばＨｅガスを供給して温度維持を図って行う、微細で高精度な加工となる。
【０００３】
このような加工が必要な精度で達成されるには、ウエハを前記電極の上に高い位置精度で載置する必要がある。ウエハは多くの場合円板形状体であって、その中心の位置が問題となる。また、ウエハは単結晶体であって、結晶の向きに対応して電極パターンなどを形成しなければならない。従って、前記加工に必要な位置決めはウエハの中心位置と、この中心まわりの向きとである。
【０００４】
このような円板形状体の中心位置と向きとに関して位置決めするため、図６に示すように円板形状体ａの方向性を示すオリエンテーションフラット（直線的な切り取り部）や切り欠きであるノッチｂが、円板形状体ａの外周に形成されている。この円板形状体ａを回転ステージｃの上に載置して、回転ステージｃをその回転機構ｄとともに、Ｘ方向移動テーブルｅとＹ方向移動テーブルｆとによって互いに直交するＸＹ２方向に移動させて、円板形状体ａの中心位置を所定の位置に位置決めする。この位置決めされた中心位置まわりの円板形状体ａの向きについてはこれに形成された前記ノッチｂが所定の向きになるように回転ステージｃをモータなどの回転機構ｄにより回転させて位置決めする。
【０００５】
これらの位置決めの際、円板形状体ａの中心位置は測距センサｇにより円板形状体ａの外周位置を３点程度検出して判定し、判定された中心位置が所定位置になるように回転ステージｃを移動させる。位置決めされた円板形状体ａの向きの判定はノッチｂがある向きを測距センサｇにて検出し、検出された向きが所定の方向に向くように回転ステージｃを回転させる。
【０００６】
これらの位置決め機構は通常ユニットに構成され、大気中での位置決めではこのユニットをダウンフローの気流中に配置し、機構部分ｈを円板形状体ａの下に置いて、機構部分ｈで発生するダストの舞い上がりを防止し、ダストが高精度な加工に影響したり、品質を損なったりしないようにしている。
【０００７】
これが、反応室につながった図７に示すような真空容器ｉ内で行うことになると、機構部分ｈは真空容器ｉの下に配置させ、回転ステージｃを真空容器ｈ内に下方から臨ませる。真空容器ｉは反応室を真空にするときに漏れが生じないように回転ステージｃの回転軸ｊが貫通する部分をシールする必要がある。そこで、真空容器ｉの回転軸ｊが貫通する部分をベローズｋで覆うようにしている。具体的には、真空容器ｉの回転軸ｊが貫通する開口ｌのまわりにベローズｋの一端を接続し、ベローズｋの他端に接続した真空シールｍと回転軸ｊとが気密性を保って摺動接触する構造としている。これによって、真空時に漏れを生じるようなことなく回転軸ｊを回転および軸直角方向に移動させて前記必要な位置決めを行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、真空容器内での位置決めでの上記従来の図７に示すようなベローズｋおよび真空シールｍによる密封構造では、真空領域内に前記回転軸ｊとの間の摺動接触部ｎが臨んでいて、ここで発生するダストがウエハに付着して、高精度な加工に影響したり、品質を損なったりする。
【０００９】
また、このような摺動部は損傷しやすく物理的寿命が低いし、何らかのトラブル時に真空破壊を引き起し、ウエハ位置決め機構としての信頼性を低下させる。
【００１０】
さらに、ベローズｋは真空によって真っ直ぐになろうとする求心力と、回転軸ｊの前記位置決めのための軸直角方向の移動に追随するときの変形とに対応する剛性が必要であるし、このベローズｋの追随は回転ステージｃを位置決めのために軸直角方向に移動させるときの負荷になるので、これに対応する位置決め剛性を満足する設計が必要となり、装置が重量化および大型化しコスト高にもなる。
【００１１】
本発明の目的は、ベローズによるシール部の寿命の向上と、ダストの発生およびその影響の防止とが図れる円板形状体の位置決め装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の円板形状体の位置決め装置は、真空容器と、この真空容器内に円板形状体を支持し、回転、昇降、および前記回転の軸線に直角な軸直角方向に移動する支持体と、真空容器の支持体が接触なく前記移動ができるように貫通する開口のまわりに一端が接続され前記支持体との間に遊びを持ったベローズと、このベローズの他端に接続されて前記ベローズの他端を閉じて外気と遮断する容器形の隔壁を持ち、かつ、この隔壁内で前記支持体を転がり軸受によって軸受した軸受体と、前記真空容器ないしはそれと同体な固定側に対し第１のリニアガイド上に第２のリニアガイドによって支持されて前記軸受体を軸線方向、軸直角方向に移動できるようにする移動部と、内外磁気カップリングを介して前記隔壁内の支持体を外から回転駆動する第１の駆動手段と、前記軸受体を真空容器に対して軸線方向に移動させる第２の駆動手段と、前記支持体を真空容器に対し軸直角方向に移動させる第３の駆動手段とを備えている。
【００１８】
このような構成では、真空容器内で、回転、この回転の軸線に直角な軸直角方向の移動ができる支持体により円板形状体を支持し、支持体を真空容器外から動かして円板形状体を位置決めする円板形状体の位置決めをするのに、支持体を、真空容器の開口と、この開口のまわりに一端を接続したベローズを通じ、これら開口およびベローズとの間に接触なく前記動きができる遊びを持って真空容器外に延ばすとともに、ベローズの他端に接続された軸受体のベローズの他端を閉じて外気と遮断する隔壁部内で支持体を転がり軸受により前記回転ができるように軸受しておくので、真空容器の支持体が貫通する開口をベローズと支持体外まわりの隔壁とによって、真空シールとしてのベローズと支持体との摺動構造なく密封状態にシールして真空時の漏れを防止しながら、この隔壁および転がり軸受によって従来のような前記真空領域に臨む真空シールとの摺動部分なく、つまり転がり接触部だけが臨んで支持体を回転できるように支持することができ、シール部分での真空シールとの摺動部による寿命の低下、ダストの発生、このダストが位置決め対象物に付着するといったことを回避することができる。
しかも、前記支持体とベローズとの前記遊びを持った状態で、支持体の隔壁外から一対の内外磁気カップリングを介し支持体に必要な回転を与え、また、支持体を外部から真空容器との間で軸直角方向に移動させることにより支持体に必要な軸直角な動きを与えるので、前記シール状態、および支持体とベローズとの非接触状態、を確保したまま、位置決めに必要な動きを達成して、円板形状体の位置決めを行うことができる。
また、前記第１、第２、第３の各駆動手段によって、内外磁気カップリングや第１、第２各支持体を通じ、支持体を回転、昇降、および軸直角方向の移動を適時に行うことによって、前記のような特徴ある位置決めを、支持体の軸受体への転がり軸受による案内と、第１、第２の各支持体のリニアガイドの案内との基に、自動的にかつ高精度に実現することができる。
【００１９】
本発明の円板形状体の位置決め装置は、特に、第１の駆動手段は軸受体上のモータの回転を外磁気カップリングに伝達し、第３の駆動手段は外磁気カップリングの回転を軸受体上に設けられた軸直角方向移動用のカムに電磁クラッチを介して伝達することを特徴としている。これにより、モータを第１、第３の各駆動手段の駆動源に共用することができ、駆動源の必要数が減少する分だけトラブルや動作誤差の発生がすくなくなり信頼性が向上するし、装置が簡単かつ軽量になり、コストも低減する。また、カムおよびカムフォロアにより回転を軸直角方向の移動に変換するようにすることにより、機構がコンパクトでかつ高精度に移動を制御できる利点がある。
【００２０】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態についてその実施例とともに図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００２２】
本実施の形態の円板形状体の位置決め方法およびその装置は、半導体のウエハ３２を円板形状体の位置決め対象とした場合の一例である。しかし、これに限られることはなく、方向性を持ったどのような円板形状体にも本発明は同様に適用することができるし、場合によってはこれらと同様な位置決めを必要とし、あるいは同様な位置決めができる他の形状の板部材にも本発明は適用でき、いずれの場合も本発明の範疇に属する。
【００２３】
本実施の形態の位置決め方法につき、図１〜図５に示す位置決め装置を参照しながら説明する。図１に示すように、真空容器１内で、回転、この回転の軸線Ｚに直角な軸直角方向Ｘに移動できる軸状の支持体５によりウエハ３２を支持し、支持体５の前記動きによりウエハ３２を位置決めする。しかし、支持体５の具体的形状は位置決めができる限りどのような形状にも設計できる。
【００２４】
まず図１、図３に示すように、支持体５を、真空容器１の開口１ａと、この開口１ａのまわりに一端を接続したベローズ２を通じ、これら開口１ａおよびベローズ２との間に接触なく前記動きができる遊びＳを持って真空容器１外に延ばすとともに、ベローズ２の他端に接続された軸受体１１８のベローズ２の他端を閉じて外気と遮断する隔壁部１１８ａ内で支持体５を転がり軸受３３、８、９により軸受しておく。支持体５は細い軸状であることにより、ウエハ３２を支持するのに従来通り支持体５よりも大径の回転ステージ４を用いている。しかし、これに限られることはなく、支持体５の形態は自由に設計することができ、支持体５の上端で直接支持するなど種々な方法を採ることができる。
【００２５】
このような支持体５の軸受、支持方法では、真空容器１の支持体５が貫通する開口１ａをベローズ２と軸受体１１８の隔壁１１８ａとによって、ベローズ２がなす真空シールと支持体５との摺動構造なく密封状態にシールして真空時の漏れを防止しながら、このシール部分Ｃで隔壁１１８ａおよび転がり軸受３３、８、９によって、従来のように前記真空領域Ｖに臨む真空シールと支持体５との摺動部分なしに、つまり転がり接触部だけが臨んで支持体５を回転できるように支持することができ、シール部分Ｃの摺動部による寿命の低下、ダストの発生、このダストが位置決め対象物に付着するといったことを回避することができる。
【００２６】
上記支持体５の軸受、支持状態で、軸受体１１８の隔壁１１８ａ外から隔壁１１８ａの内外で対向し合う一対の内外磁気カップリング３ａ、３ｂを介し支持体５に必要な回転を与え、また、軸受体１１８を外部から真空容器１との間で軸直角方向、例えばＸ方向に移動させることにより支持体５に必要な軸直角な動きを与えるので、前記シール部分Ｃの状態、および支持体５とベローズ２との非接触状態、を確保したまま、位置決めに必要な動きを達成して、ウエハ３２の位置決めを行うことなできる。この軸直角方向の移動は前記Ｘ方向に加え、これに直交するＹ方向に移動させて従来のように位置決めしてもよいのは勿論である。
【００２７】
ところで、円板形状体であるウエハ３２を位置決めするのに、図１、図３に示すように、真空容器１外から透光性の窓２６、２７を通じて、ウエハ３２の向きや位置をセンサ２４、２５などにより光学的に検出する。これにより、検出機構であるセンサ２４、２５などは真空容器１を貫通しなくてよく貫通のためのシールが不要となるので、検出機構が検出のために移動するような場合、特に好適である。本実施の形態では光学機構として一対の投受光器を組み合わせた透過形レーザ測長センサ２４、２５を用いており、図１に示す実線の位置と仮想線の位置との間で移動でき、小径のウエハ３２から大径のウエハ３２まで位置検出できるようにしている。１つの実施例として各移動位置でのレーザ測長センサ２４、２５による検査幅は約１０ｍｍ程度であり、この１０ｍｍ幅内でウエハ３２を回転させたときの必要箇所の外周位置を検出し、ウエハ３２の中心位置が判定でき、この検出した中心位置が所定の位置にくるように上記の位置決め動作を行えばよい。
【００２８】
円板形状体であるウエハ３２の中心位置は、少なくとも３点、径の情報、つまり直径や半径についての情報がある場合は少なくとも２点の位置を検出すれば、ウエハ３２の中心位置を検出することができる。検出された位置決めのための軸直角方向の移動は前記１つの軸直角方向Ｘだけでもよい。しかし、ウエハ３２の外周位置の検出において、オリエンテーションフラットや図３に示すようなノッチ３２ａが検出されると、中心位置検出情報としてのノイズになる。そこで、これの影響をなくすには、前記最小必要位置よりも１つ多い外周位置を検出して、ノイズ位置信号があるときはそれを除外し中心位置を検出するようにする。
【００２９】
前記検出した中心位置が前記軸直角方向におけるウエハ３２の直径線から外れていなければ、後はそのまま前記Ｘ方向の位置ずれ分だけそのＸ方向に移動させれば位置決めできる。検出された中心位置が前記の移動に関したＸ方向の直径線から外れていても、検出した中心位置が直径線上にくるようにウエハ３２を回転させてから、同じ操作をすれば位置決めできる。また、Ｘ方向から外れている中心位置を直径線上に移動させた後、ウエハ３２の向きを所定の向きにするため、その中心位置を支持体５で支持して回転させたい場合でも、中心位置の位置決め後のウエハ３２の中心に支持体５を位置させられるように、支持体５によるウエハ３２の支持をやり直せばよいので問題はない。
【００３０】
このように、位置決めのための軸直角方向の移動が１つに減少することによって、位置決めのためのトラブルや動作誤差が少なくなり信頼性が向上する。また、ベローズ２が変形しながら位置決めに追随する方向および頻度も共に少なくなり、位置決め機構Ｄとともに必要剛性が小さくなるので、信頼性および寿命のさらなる向上が図れる。また、これを実現する装置が簡略化し、小型化し、低コスト化する。
【００３１】
本実施の形態では、前記支持体５によるウエハ３２の支持のやり直しをするのに、ウエハ３２を支持して位置決めした後の支持体５を下降させることにより、支持体５が支持していたウエハ３２を真空容器１内の底部やこの底部に設けられた本実施の形態の図１、図３に示すような補助トレー１０１の上などに一旦載置して、支持体５をウエハ３２から下方に離し、このウエハ３２から離れた状態の支持体５をウエハ３２の位置決めされた中心の位置まで移動させる。次いで、移動後の支持体５を上昇させることによりウエハ３２をその位置決めされた中心位置で下方より持ち上げて支持し、支持体５を回転させれば、ウエハ３２をその中心位置を中心に回転させて所定の向きに位置決めするようにしてある。ウエハ３２の中心位置から外れた位置を回転中心として向きを調整する場合のようにウエハ３２の中心位置が変化するようなことがなく、そのような変化に対応するための複雑な操作が不要となる。
【００３２】
このように、支持体５によるウエハ３２の支持をやり直すために本実施の形態では、支持体５を軸受、支持する前記軸受体１１８を、真空容器１との間で前記軸線Ｚ方向に移動させることにより、支持体５に前記支持のやり直しのために必要な昇降を行わせる。
【００３３】
本実施の形態の円板形状体の位置決め装置は、上記のような位置決めのため図１〜図３に示すように、上記した真空容器１と、この真空容器１内に外部から臨んでウエハ３２を支持し、回転、昇降、および前記回転の軸線Ｚに直角な軸直角方向Ｘの移動で、ウエハ３２の位置決めを行う支持体５と、真空容器１の支持体５が接触なく前記移動ができるように貫通する開口１ａの外部まわりに一端が接続されるとともに、支持体５が接触なく前記移動ができる遊びＳを持ったベローズ２と、ベローズ２の他端に接続されてそのベローズ２の他端を閉じる下方に延びた容器形の隔壁１１８ａを持ち、この隔壁１１８ａ内で支持体５を転がり軸受３３、８、９によって軸受した軸受体１１８を備えているのに加え次のような構成も有している。
【００３４】
真空容器１ないしはこれと同体の固定側である例えば、図１、図２に示すように真空容器１に取付けられたブラケット３０に対して軸直角方向に移動できるように図１に示すリニアガイド２８、２９よって支持され、かつ軸受体１１８を前記軸線Ｚの方向に移動できるように図１、図３に示すリニアガイド１２によって支持した移動基台１８と、図１〜図６に示すように軸受体１１８上で隔壁１１
８ａの内外で対向し合う前記した内外磁気カップリング３ａ、３ｂを介して支持体５を回転駆動する第１の駆動手段Ｅと、図１〜図３に示すように軸受体１１８を移動基台１８上で真空容器１に対して軸線Ｚ方向に移動させる第２の駆動手段Ｆと、図１〜図３に示すように移動基台１８をブラケット３０上で真空容器１に対し軸直角方向Ｘに移動させる第３の駆動手段Ｇとを備えている。
【００３５】
ところで、前記検出機構であるレーザ測長センサ２４、２５の検出幅は１０ｍｍでありウエハ３２の外周位置を検出できる範囲は±５ｍｍの幅である。しかし、回転ステージ４がウエハ３２を受け取ったときの位置が大きくずれていると、ウエハ３２の外周が前記検出範囲を外れることがあり、位置決めのための位置検出ができない。そこで、回転ステージ４が受け取ったウエハ３２の外周が検出範囲内から外れないようにラフな位置決めを予備的に行うために、前記した補助トレー１０１を真空容器１内に設けている。この補助トレー１０１は図１、図３に示すように受載面１０１ａから上方に広がるテーパ面１０１ｂを有し、このテーパ面１０１ｂでウエハ３２を案内しながら受載面１０１ａへ落とし込むことにより前記検出範囲内に入るように予備的に位置決めする。１つの実施例として、図１、図３に示す大小２つのウエハ３２に対応するように、これら受載面１０１ａおよびテーパ面１０１ｂの組を大小２段に設けてある。
【００３６】
このウエハ３２の予備的な位置決めのために、支持体５はウエハ３２が受載されるように下降して待つか、上昇して受け取ったウエハ３２を下降して受載面１０１ａに落とし込ませるかし、その後上昇して、ラフに予備的な位置決めがされたウエハ３２を持ち上げて、本来の位置決め動作に移行する必要がある。
【００３７】
本実施の形態では、このようなウエハ３２の予備的な位置決めのために、また、上記ウエハ３２の支持体５による支持のやり直しのために、支持体５の昇降は必須となっている。しかし、上記のような予備的な位置決めを行わないときや、従来のように直交する２方向に軸直角方向の位置決め移動を行うなどにより支持体５によるウエハ３２の支持のやり直しが不要なときは、ウエハ３２を位置決めするのに支持体５の昇降は特に必須とならず、これも本発明の範疇に属する。もっとも、支持体５の昇降は真空容器１にウエハ３２が搬入され、搬出される動きとの干渉を避けたりするのに有効で、位置決めに必須でなくても用いることはできる。
【００３８】
上記第１、第２、第３の各駆動手段Ｅ、Ｆ、Ｇによって、内外磁気カップリング３ａ、３ｂや軸受体１１８、移動基台１８を通じ、支持体５を回転、昇降、および軸直角方向Ｘの移動を適時に行うことによって、前記のような特徴ある位置決め方法を、支持体５の軸受体１１８への転がり軸受３３、８、９による案内と、移動基台１８、軸受体１１８のリニアガイド１２、２８、２９の案内との基に、自動的にかつ高精度に実現することができる。
【００３９】
ここで図１〜図５に示す本実施の形態の実施例構造では、隔壁１１８ａは、支持体５のまわりの複雑な支持構造および磁気カップリング３ａ、３ｂの配置などに対応して必要となる複雑な形状に適応するため、図１〜図５に示すようにブロック６、連結リング３５、磁気カップリング３ａ、３ｂの間の透磁性隔壁部３４ａを持った有底の容器形部材３４を連結した組合せ体に形成してある。この容器形部材３４の外周の透磁性隔壁部３４ａを避けた上下の部分で、図１に示すように転がり軸受１０、１１によって軸受して回転できるように外筒７を嵌め付け、図４、図５に示すように前記透磁性隔壁部３４ａの外側に位置する外磁気カップリング３ｂを外筒７の内周に固定し、透磁性隔壁部３４ａの内側に位置する内磁気カップリング３ａは支持体５の外周に固定している。
【００４０】
図１、図４、図５に示すように内外磁気カップリング３ａ、３ｂが透磁性隔壁部３４ａを介して対向し合っているのを利用して、第１の駆動手段Ｅは軸受体１１８上のモータ１５の回転を外磁気カップリング３ｂを持った外筒７に図１〜図３に示すギヤ１３、１４を介して伝達し、外筒７の回転を図１〜図３に示すように外磁気カップリング３ｂから内磁気カップリング３ａに透磁性隔壁部３４ａを介し磁気により伝達して、支持体５を回転駆動する。位置決めのための回転は一方向でもよいが、場合によっては正逆方向に回転駆動して、位置決め時間が短くなる方の回転方向を採用するようにもできる。
【００４１】
第３の駆動手段Ｇは、図１、図２に示すように前記軸受体１１８から外筒７の下方に突出するように設けられた軸４１上に転がり軸受３１によって回転できるように嵌め付けたハートカム２０を有し、このハートカム２０に図１〜図３に示すように外筒７の回転を電磁クラッチ１９を介し適時に伝達できるようにしている。軸４１上のハートカム２０に対向して移動基台１８上の所定位置にカムフォロア２２が設けられ、ハートカム２０が回転駆動されながらこのカムフォロア２２と接触し合うことにより、カムフォロア２２に対して軸４１を軸４１の回転量に応じて押し離すように協働し、移動基台１８、軸受体１１８および支持体５が一体になって軸直角方向Ｘに移動させられるようにする。ハートカム２０がカムフォロア２２と接触し続けるための軸直角方向Ｘに移動に対する復元力は、ベローズ２の復元力で十分であるが、不足な場合は復元ようのばねを、ベローズ２自体に設け、あるいは別途働かせてもよい。
【００４２】
これにより、モータ１５を第１、第３の各駆動手段Ｄ、Ｅの駆動源に共用することができ、駆動源の必要数が減少する分だけトラブルや動作誤差の発生がすくなくなり信頼性が向上するし、装置が簡単かつ軽量になり、コストも低減する。
【００４３】
また、ハートカム２０およびカムフォロア２２により、回転を軸直角方向Ｘの移動に変換するようにすると、機構がコンパクトでかつ高精度に移動を制御できる利点がある。ハートカム２０は支持体５の昇降に伴い上下動されるが、カムフォロア２２は移動基台１８に取り付けた図２、図３に示すようなフレーム５１上のストローク軸受２３に上下動および回転できるように軸受されていることにより、ハートカム２０の回転および上下動に無理なく従動する。
【００４４】
第２の駆動手段Ｆは、移動基台１８上に取り付けた昇降シリンダ２１を前記軸４１に連結し、この軸４１を介して支持体５を移動基台１８上で軸受体１１８を伴い昇降させるようにしている。
【００４５】
しかし、第１〜第３の各駆動手段Ｄ〜Ｆの具体的な構成は、図示した実施例構造に限定されることはなく、どのように設計されてもよい。
【００４６】
本実施の形態ではさらに、ウエハ３２の位置決めのための位置および向きを光学的に検出するために、支持体５に必要な動きの量と、現在位置などの情報が必要で、これの情報を得るため、支持体５の回転量を検出するセンサを備え、このセンサは１つの実施例としてモータ１５の回転量を光学的に検出するエンコーダ１６を用いている。また、移動基台１８の真空容器１側に対する移動量を検出するセンサを備え、このセンサは１つの実施例として移動基台１８のブラケット３０に対する移動量を光学的に検出する直線的なエンコーダ５２を用いている。また、支持体５の昇降の位置は昇降シリンダ２１のストローク設定によって、その移動位置や現在位置を特に検出しなくてよい。しかし、必要に応じてそのような検出のためのセンサを設けることもできる。さらに、１つの実施例としてハートカム２０の原点位置をセンサによって光学的に検出するようにもしてあり、図２に示すようなフォトカプラ５３を採用している。なお、これらのためのセンサは、既に知られる種々のものを採用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の円板形状体の位置決め装置によれば、真空容器の支持体が貫通する開口をベローズと支持体の隔壁とによって密封状態にシールして真空時の漏れを防止しながら、このシール部分で隔壁および転がり軸受によって前記真空領域に臨む摺動部分なく転がり接触部のみが臨んで支持体を回転できるように支持することができ、シール部分でのベローズがなす真空シールとの摺動部による寿命の低下、ダストの発生、このダストが位置決め対象物に付着するといったことを回避することができ、しかも、前記シール状態、および支持体とベローズとの非接触状態、を確保したまま、位置決めに必要な動きを達成して、円板形状体の位置決めを行うことができる。また、第１、第２、第３の各駆動手段によって、内外磁気カップリングや第１、第２各支持体を通じ、支持体を回転、昇降、および軸直角方向の移動を適時に行うことによって、前記のような特徴ある位置決めを、支持体の軸受体への転がり軸受による案内と、第１、第２の各支持体のリニアガイドの案内との基に、自動的にかつ高精度に実現することができる。特に、モータを第１、第３の各駆動手段の駆動源に共用することができ、駆動源の必要数が減少する分だけトラブルや動作誤差の発生がすくなくなり信頼性が向上するし、装置が簡単かつ軽量になり、コストも低減する。また、カムおよびカムフォロアにより回転を軸直角方向の移動に変換するようにすることにより、機構がコンパクトでかつ高精度に移動を制御できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る円板形状体の位置決め方法およびその装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の装置の縦断面図である。
【図３】図１の装置の図２とは向きを変えて一部を断面して見た側面図である。
【図４】図１の装置の磁気カップリング部分の縦断面図である。
【図５】図１の装置の磁気カップリング部分の横断面図である。
【図６】従来の大気中での位置決め装置を示す斜視図である。
【図７】図６の装置を真空容器内での位置決めに用いた場合の斜視図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ ベローズ
３ａ 内磁気カップリング
３ｂ 外磁気カップリング
４ 回転ステージ
５ 支持体
８、９、１０、１１、３１、３３ 転がり軸受
１２、２８、２９ リニアガイド
１３、１４ ギヤ
１５ モータ
１６、５２ エンコーダ
１８ 移動基台
１９ 電磁クラッチ
２０ ハートカム
２１ 昇降シリンダ
２２ カムフォロア
２４、２５ 透過形レーザ測長センサ
２６、２７ 窓
３０ ブラケット
３２ ウエハ
３４ａ 透磁性隔壁部
Ｃ シール部分
Ｄ 位置決め機構
Ｅ 第１の駆動手段
Ｆ 第２の駆動手段
Ｇ 第３の駆動手段
Ｓ 遊び
Claims (1)
- 真空容器と、この真空容器内に円板形状体を支持し、回転、昇降、および前記回転の軸線に直角な軸直角方向に移動する支持体と、真空容器の支持体が接触なく前記移動ができるように貫通する開口のまわりに一端が接続され前記支持体との間に遊びを持ったベローズと、このベローズの他端に接続されて前記ベローズの他端を閉じて外気と遮断する容器形の隔壁を持ち、かつ、この隔壁内で前記支持体を転がり軸受によって軸受した軸受体と、前記真空容器ないしこの真空容器と同体な固定側に対し第１のリニアガイド上に第２のリニアガイドによって支持されて前記軸受体を軸線方向、軸直角方向に移動できるようにする移動部と、内外磁気カップリングを介して前記隔壁内の支持体を外から回転駆動する第１の駆動手段と、前記軸受体を真空容器に対して軸線方向に移動させる第２の駆動手段と、前記支持体を真空容器に対し軸直角方向に移動させる第３の駆動手段とを備え、第１の駆動手段は前記軸受体上のモータの回転を外磁気カップリングに伝達し、第３の駆動手段は外磁気カップリングの回転を前記軸受体上に設けられた軸直角方向移動用のカムに電磁クラッチを介して伝達することを特徴とする円板形状体の位置決め装置。
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-
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