JP4777345B2 - 摩擦を減らすための、ローラグライドを備えたリフトピン - Google Patents

Description

発明の背景
この発明は、一般に真空チャンバにおいて用いられ、特にプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタにおいて用いられるピンシステムに取組んでいる。これらのピンは、リアクタにおいて基板を持上げたり支持したりするのに用いられる。リアクタが開いているとき、当該ピンは、ロボットフォークによって挿入される基板を受けるよう上げられる。基板が当該ピン上に配置された後、当該ピンは、基板が処理されるべき位置に到達するまで下げられる。リアクタ底部を当該ピンと相対的に上昇させるシステムも当該技術において公知である。当該ピンは、リアクタ底部に機械加工された案内穴に延びている。典型的には、リアクタの内部につながる案内穴の上方単部は、さら穴にされている。加えて、ピン頭部は、当該ピンが案内穴を通って落ちるのを防ぐよう漏斗状に広げられている。当該ピンシステムの後者の２つの特徴は、ピン頭部をリアクタ底部と同一平面になるよう近接して位置決めすることを可能にする。通常、エレベータシステムは、リフトアームおよびエレベータ機構を含み、所望の位置で当該ピンを持上げる。

現在のピンの設計、幾何学的配置および材料では、しばしば、ピンが自動的にロックしたり破損したりする。これらの問題により、堆積率が不均等になり、基板が破断し、さらにはリアクタが停止してしまう可能性がある。

ピンの自動ロックは、当該ピンに加えられる横方向の力によるものである。これらの横方向の力は、加熱されたチャンバに入れられたときの基板の熱膨張と、ピンを押すピン上昇システムが案内穴の軸に正確に位置していないこととによって引起こされる可能性がある。ピンと基板、ピンとエレベータ、およびピンと案内境界面との間における強い摩擦が、不十分な案内（不良なピンとガイド長さとの比）と組合わされて、ピン固定の問題を増幅してしまう。エレベータが自動固定したピンを押すと、ピンが破損する可能性がある。

関連技術の説明
ＵＳ ２００４／００４５５０９は、ピンとその案内穴との間の摩擦を如何に低減させるかを教示する。その解決策はピンの設計に基づいており、ピンは、当該ピンとその案内穴との間の接触面積を小さくする少なくとも１つのより大きな直径をもつ肩部を有しており、これにより、ピンのスクラッチ、粒子の発生および構成要素の摩耗を低減させる。

ピンに作用する横方向の力を低減させるための別の試みが、米国出願２００３／０２０５３２９に説明されている。ここでは、リフトアームによって引起される横方向の力を分断するピン設計が示されている。ピンシステムは、主に３つの部分、すなわち、持上げピン、アクチュエータピンおよびリフトアームを含む。持上げピンおよびアクチュエータピンは各々、２つのブッシングにおいて案内される。これらの２つのピンは、アクチュエータピンを用いて上方端部および下方端部の位置において持上げピンを移動させるように同軸に位置決めされる。コネクタが、上記ピンの間で境界面としての役割を果たす。このコネクタは、アクチュエータピンとリフトピンとの間に横方向のクリアランスを設けている。アクチュエータピン自体は、摩耗パッドを収容するリフトアームアセンブリによって動かされる。アクチュエータピンは、直径が当該アクチュエータピンよりも大きなこれらの摩耗パッド上に配置される。アクチュエータピンは、摩耗パッド上に亘って横方向に浮いていてもよい。

ＵＳ ２００４／００４５５０９および２００３／０２０５３２９において示される解
決策は、上述の技術的な問題を部分的にしか解決しない。第１の解決策は、ピン移動方向への摩擦を減らすよう設計されており、第２の解決策は、エレベータシステムによって引起されるピンシステムに対する横方向の力を減らすよう設計されている。

先行技術では、ピンシステムとその案内穴との間の摩擦、および、エレベータによって同時に引起される横方向の力を低減させる解決策が提供されていない。加えて、基板によって引起される横方向の力を分断する公知の解決策も存在しない。

発明の概要
この発明は、上昇移動中における、ピンに作用する横方向の力と案内摩擦とを減らすことを目的とする。横方向の力は、リフトアームおよび基板によって引起こされる可能性がある。エレベータシステムは、リフトアームと、当該アームに取付けられた台板とを含む。ピンは、台板上で緩んだ状態であり、リアクタ底部上に装着されたブッシングに備わっている。したがって、主に重要なのは、ピン／基板、ピン／台板およびピン／ブッシングの接触面積である。

したがって、基板を持上げ支持するためのこの発明のピンアセンブリは、上端部および底端部を有するリフトピン（１）を含み、当該上端部は、基板（４）を受け、支持するものと解釈され、底端部は、エレベータシステム（３ａ）によって作動させられるものと解釈され、当該リフトピンは、ガイドによって移動可能に支えられており、上記ガイドは、垂直軸におけるピン移動の摩擦を減らすためのローラグライドを含む。さらなる実施例においては、ローラグライドは、ブッシングに配置された６個のローラを含み、リアクタ底部上に装着されている。さらに、リフトピン（１）の底端部は、少なくとも持上げ動作中に、台板を介してエレベータシステムと接触し、当該台板は、上記エレベータシステムに対して横方向に移動可能である上板（７）を含む。台板はさらに、上記エレベータシステムに対して横方向に移動可能であり得る上板（７）を越えて配置されているボール（９）を備えたボール保持板（８）を含む。この発明のさらなる局面においては、リフトピン（１）の上端部はさらに、ボール軸受（１３）によって支持され保持リングによって固定されているローリングボール（１４）を保持するものと解釈されるクリアランスを含む。

発明の詳細な説明
図１ａはピンシステムのアセンブリを示す。ピン１は、ローラグライド２によって案内され、リフトアーム３ａに装着された台板３によって作動させられる。これらのピンシステムのうちの少なくとも３つは、基板４を支持しかつ持上げるのに適用される。当該ピンは、上昇しているピン上に基板を配置するロボットフォーク（図１には図示せず）から基板４を受けることになっている。次いで、当該ピンが基板４をリアクタ底部２ａ上に配置する（図１ｂ）。これは、コーティングプロセスが始まる前の基板の最後の位置となる。コーティングプロセスが終了した後、当該ピンが上昇位置において基板を持上げて（図１ｃ）から、ロボットフォークが当該基板をコーティングチャンバから取出す。

この発明のピンシステムは、３つの要素、すなわち、ローラグライド、ボール軸受台板、およびボール軸受ヘッドピンを含む。

示された要素のうちの第１の要素はローラグライド２である。このローラグライドは、垂直軸におけるピン移動の摩擦を減らすよう設計されている。ローラグライドは、リアクタ底部２ａ上に装着され、ピンを案内する。当該グライド（図２を参照）は、たとえば６個のローラ６、６ａ、ｂ、ｃを含み、これらは、軸およびブッシングによる摩擦および摩
耗の低減を可能にする材料でできており、プロセスガスに対し化学的に耐性があり、処理温度でその特性を維持する。ローラ自体は、このような材料でできたブッシング（５）によって保持される。

第２の要素は、ピンとエレベータとの間の境界面、すなわちボール軸受台板、を規定する（図３を参照）。この台板は、ピンに作用する可能性のある横方向の力を最小限にする。横方向の力は、ピンの垂直な移動軸と完全には一致しないリフトアームの持上げ移動のために、当該リフトアームによって引起こされる。台板は、４つの主要な要素、すなわち、底板１０上に弾性的に載せられている上板７およびボール保持板８を含む。ボール９は、上板の横方向の移動の自由を向上させ、こうして、ピンに作用する横方向の力を最小限にする。上板７およびボール保持板８の弾性軸受７ａ、８ａは、１回のピンの移動サイクルの後、上記の２つの板を中心に置き直すことを必要とする。弾性軸受、たとえば、ばね、の回復力は、ピン上で伝達され得る横方向の力についての制約要因となる。したがって、ばね定数は、上板７の浮遊移動を可能にするよう比較的低くなくてはならない。

この発明に従った第３の要素は、ピン・ボール軸受頭部である（図４）。変形されたこのピン頭部の機能は、ピンに作用する横方向の力を低減させることである。これらの力は、基板によって引起こされる可能性がある。ピン頭部は、半球状のクリアランスを備えたピン端部１１と、ボール軸受１３およびローリングボール１４を保持する保持リング１２とを含む。ローリングボール１４の回転移動の自由は、ボール軸受１３によって向上させられる。これにより、基板によって引起こされる可能性のある横方向の力が最小限にされる。保持リング（１２）は、ピンがローラグライドを通って落ちるのを防ぐために、ピンシャフトよりもわずかに厚い。

発明の利点
この発明のピン設計では、自動ロックのリスクが大幅に低減される。案内摩擦が少なくなることに加えて横方向の力が分断されるといった新しい解決策の特徴により、歩留り率が高くなり、コーティング装置のダウンタイムが短くなる。さらなる好ましい影響は、リアクタ内の粒子が減り、基板をスクラッチするリスクが減ることである。ピンの摩擦が少なくなるので、ピンとその案内との間、およびピンと基板との間における研摩力が最小限にされる。粒子の混入や、リアクタの基板をスクラッチするリスクが低減する。

これらの新しい特徴はすべて、コーティングプロセスの生産性および品質を高め、こうして、このような装置のユーザにとっての経済的価値を高める。

この発明の３つの局面を用いるこの発明の支持および持上げ装置を示す図である。 底部位置にある上記のこの発明の装置上の基板を示す図である。 上部位置にある上記のこの発明の装置上の基板を示す図である。 この発明の一局面に従ったローラ軸受ブッシングの断面図および上面図である。 この発明のさらなる局面に従ったボール軸受台板を示す図である。 この発明のさらなる局面に従ったボール軸受頭部を示す図である。

符号の説明

１ ピン、リフトピン、２ ローラグライド、２ａ リアクタ底部、３ 板、３ａ、リフトアーム、エレベータシステム、４ 基板、５ ブッシング、６ ローラ、６ａ、ｂ、ｃ ローラ、７ 上板、７ａ 弾性軸受、８ ボール保持板、８ａ 弾性軸受、９ ボール、１０ 底板、１１ ピン端部、１２ 保持リング、１３ ボール軸受、１４ ローリ
ングボール。

Claims (10)

1. 基板を持上げ、支持するためのピンアセンブリであって、
   − 上端部および底端部を有するリフトピン（１）を含み、
   − 前記上端部は基板（４）を受け、支持するように構成され、
   − 前記底端部はエレベータシステム（３ａ）によって作動させられるように構成され、
   − 前記リフトピン（１）はガイドによって移動可能に支えられ、
   前記ガイドは、垂直軸におけるピン移動の摩擦を減らすためのローラグライド（２）を含み、
   前記リフトピン（１）の底端部は、少なくとも持上げ動作中に、台板（３）を介してエレベータシステム（３ａ）と接触し、
   台板（３）は、前記エレベータシステム（３ａ）に対して横方向に移動可能である上板（７）と、前記上板（７）を越えて配置されているボール（９）を備えたボール保持板（８）とを含む、ピンアセンブリ。
2. ローラグライドは、ブッシング（５）に配置された６個のローラ（６）を含む、請求項１に記載のピンアセンブリ。
3. ローラグライド（２）は、リアクタ底部（２ａ）上に装着されている、請求項１または２に記載のピンアセンブリ。
4. ローラグライド（２）は、低摩耗および低摩擦を可能にする材料でできたローラ（６）を含む、請求項１から３に記載のピンアセンブリ。
5. ローラグライド（２）およびブッシング（５）は同じ材料でできている、請求項２に記載のピンアセンブリ。
6. ボール保持板（８）は、前記エレベータシステムに対して横方向に移動可能である、請求項１に記載のピンアセンブリ。
7. 上板（７）および保持板（８）の横方向の移動は、弾性軸受（７ａ、８ａ）によって容易にされる、請求項１または６に記載のピンアセンブリ。
8. リフトピン（１）の上端部はさらに、ローリングボール（１４）を保持するように構成されるクリアランスを含む、請求項１に記載のピンアセンブリ。
9. ローリングボール（１４）はボール軸受（１３）によって支持される、請求項８に記載のピンアセンブリ。
10. さらに、保持リング（１２）で、部分的にクリアランスを覆い、リフトピンがローラグライドを通って落ちるのを防ぐ、請求項８または９に記載のピンアセンブリ。

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