JPH0896915A

JPH0896915A - 回転部電流伝達機構

Info

Publication number: JPH0896915A
Application number: JP25285894A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Tanaka; 義啓田中
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】粉塵の発生が少なく、信頼性が高く、寿命が
長く、かつメンテナンスを殆ど必要としない回転部電流
伝達機構を提供する。【構成】この回転部電流伝達機構１は、限定された角
度内を矢印Ａのように往復回転させられるものであって
その外壁２ａが円形の回転部材２と、この回転部材２を
それとの間にリング状の空間５をあけて同心状に取り囲
むものであってその内壁４ａが円形の固定部材４と、前
記リング状の空間５に収納された薄くて弾性を有する導
体ベルト６とを備えている。導体ベルト６は、その両端
部が、回転部材２の外壁２ａおよび固定部材４の内壁４
ａに、ベルト固定部８、１０で、互いに同じ方向に向け
てそれぞれ固定されており、かつ途中で丸く折り返され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばイオン注入装
置に代表される半導体製造装置、産業用ロボット等に利
用されるものであって、限定された角度内を往復回転さ
せられる回転部材側に固定部材側から電流を伝達する回
転部電流伝達機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の回転部電流伝達機構としては、
従来は主として、摺動リングとブラシから成るスリップ
リングが使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スリップリ
ングには、回転角に制限がない代わりに、摺動リング
やブラシが摩耗することによって粉塵が発生する、接
触不良が起こりやすく信頼性が低い、寿命が短い、
メンテナンスを頻繁に行う必要がある、等の問題があ
る。特に半導体製造装置においては、粉塵が発生すると
それがウェーハに付着する恐れがあり、粉塵の発生を抑
えることが重要課題である。

【０００４】そこでこの発明は、粉塵の発生が少なく、
信頼性が高く、寿命が長く、かつメンテナンスを殆ど必
要としない回転部電流伝達機構を提供することを主たる
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の回転部電流伝達機構は、限定され
た角度内を往復回転させられるものであってその外壁が
円形の回転部材と、この回転部材をそれとの間にリング
状の空間をあけて同心状に取り囲むものであってその内
壁が円形の固定部材と、前記リング状の空間に収納され
ていて、両端部が前記回転部材の外壁および固定部材の
内壁に互いに同じ方向に向けてそれぞれ固定されてお
り、かつ途中で丸く折り返されている薄くて弾性を有す
る導体ベルトとを備えることを特徴とする。

【０００６】また、この発明の第２の回転部電流伝達機
構は、限定された角度内を往復回転させられる中空のも
のであってその内壁が円形の回転部材と、この回転部材
内にそれとの間にリング状の空間をあけて同心状に収納
されていてその外壁が円形の固定部材と、前記リング状
の空間に収納されていて、両端部が前記回転部材の内壁
および固定部材の外壁に互いに同じ方向に向けてそれぞ
れ固定されており、かつ途中で丸く折り返されている薄
くて弾性を有する導体ベルトとを備えることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】上記第１の回転部電流伝達機構によれば、回転
部材と固定部材間のリング状の空間が、導体ベルトが擦
れたり折れたりするのを防止するガイドの作用をし、回
転部材が一方の方向に回転すると、導体ベルトは回転部
材の外壁に巻き取られる格好になり、回転部材が他方の
方向に回転すると、導体部材は固定部材の内壁に張り付
く格好になり、回転部材の限定された角度内の往復回転
を許容しつつ、固定部材側から回転部材側へ導体ベルト
を経由して電流を伝達することができる。

【０００８】上記第２の回転部電流伝達機構によれば、
回転部材と固定部材間のリング状の空間が、導体ベルト
が擦れたり折れたりするのを防止するガイドの作用を
し、回転部材が一方の方向に回転すると、導体ベルトは
固定部材の外壁に巻き付く格好になり、回転部材が他方
の方向に回転すると、導体部材は回転部材の内壁に張り
付く格好になり、回転部材の限定された角度内の往復回
転を許容しつつ、固定部材側から回転部材側へ導体ベル
トを経由して電流を伝達することができる。

【０００９】

【実施例】図１は、この発明に係る回転部電流伝達機構
の一例を示す断面図である。この回転部電流伝達機構１
は、限定された角度内を矢印Ａのように往復回転させら
れるものであってその外壁２ａが円形の回転部材２と、
この回転部材２をそれとの間にリング状の空間５をあけ
て同心状に取り囲むものであってその内壁４ａが円形の
固定部材４と、前記リング状の空間５に収納された薄く
て弾性を有する導体ベルト６とを備えている。

【００１０】導体ベルト６は、その両端部が、回転部材
２の外壁２ａおよび固定部材４の内壁４ａに互いに同じ
方向（図１の例では左方向）に向けてそれぞれ固定され
ており、かつ途中で丸く折り返されている。６ａはその
折り返し部を示す。導体ベルト６は上記のように薄くて
弾性を有するので、途中で丸く折り返すことができる。

【００１１】回転部材２は、例えば回転軸自身でも良い
し、回転軸に取り付けた他のケースのようなものでも良
い。この回転部材２は、中空、中実を問わない。

【００１２】固定部材４は、その内壁４ａが円形であれ
ば良く、その外周部の形状は問わない。

【００１３】導体ベルト６は、典型的にはステンレス、
銅、鋼等の金属ベルトであるが、その他、プラスチック
フィルムに銅のような金属箔を被着したもの等でも良
い。

【００１４】導体ベルト６の幅（図１中で紙面の表裏方
向）は、原理的には制限はないが、厚さは導体ベルト６
の寿命を考慮すると、折り返し部６ａの曲率半径の１／
２００程度以下にするのが好ましい。

【００１５】回転部材２の外壁２ａおよび固定部材４の
内壁４ａには、導体ベルト６の両端部を固定するベルト
固定部８および１０がそれぞれ設けられている。両ベル
ト固定部８および１０には、回転部材２および固定部材
４が金属製の場合は、電気絶縁機能を持たせておくのが
好ましい。

【００１６】導体ベルト６の両端部には、ベルト固定部
８および１０で、配線１２および１４がそれぞれ接続さ
れている。配線１４は、固定側の電源に、配線１２は、
回転側の負荷に、それぞれ接続される。回転側の負荷の
一例に、例えば±３５０Ｖ程度の比較的高電圧で低電流
を必要とする静電チャックがあるが、これについては後
述する。

【００１７】この回転部電流伝達機構１においては、回
転部材２と固定部材４間のリング状の空間５が、導体ベ
ルト６が擦れたり折れたりするのを防止するガイドの作
用をし、回転部材２が一方の方向に（図１中で右に）回
転すると、導体ベルト６は回転部材２の外壁２ａに巻き
取られる格好になり、回転部材２が他方の方向に（図１
中で左に）回転すると、導体ベルト６は固定部材４の内
壁４ａに張り付く格好になり、回転部材２の限定された
角度内の往復回転を許容しつつ、固定部材４側から回転
部材２側へ導体ベルト６を経由して電流を伝達すること
ができる。

【００１８】回転部材２が右に回転する場合の導体ベル
ト６の連続的な動きを簡略化して図２に示す。図２中の
矢印Ｂは、回転部材２の回転方向および回転角度を示
す。図２は、回転部材２の一方向の回転を示している
が、逆方向の回転の場合は動きが図２の逆になるだけで
ある。

【００１９】なお、図１および図２において（更には後
述する他の図においても）、導体ベルト６が回転部材２
の外壁２ａおよび固定部材４の内壁４ａから浮いたよう
に図示されているが、これは導体ベルト６が分かりやす
いように表示するためであり、実際は導体ベルト６は外
壁２ａおよび内壁４ａにそれぞれ接している。

【００２０】このような回転部電流伝達機構１によれ
ば、導体ベルト６は回転部材２の外壁２ａの表面および
固定部材４の内壁４ａの表面を滑らずに転動するだけで
あるので、摺動による摩耗がなく、従って粉塵の発生が
少なく、寿命が長く、かつメンテナンスを殆ど必要とし
ない。しかも、電気的には、固定側と回転側とは摺動部
分を経由せずに導体ベルト６で常に接続されているの
で、電気的導通が確実であり、従って信頼性も高い。

【００２１】また、リング状の空間５内で導体ベルト６
がうまく転動するため、導体ベルト６に無理な力が加わ
ることはなく、通常のケーブルによる給電に比べて、導
体ベルト６が切れにくくて信頼性が高く、しかも回転部
材２の最大許容回転角を大きく取ることができる。この
最大許容回転角については後述する。

【００２２】また、回転部材２の外周部分のリング状の
空間５を主に利用した構造であるので、回転部材２が中
空、中実を問わず、従って既設の装置に後付けすること
が容易である。

【００２３】また、リング状の空間５内で、複数の導体
ベルト６を上下に重ねて配置することにより、給電回路
数を簡単に増やすことができる。

【００２４】前述した、回転部材２の最大許容回転角θ
〔度〕は、回転部材２の外壁２ａの半径をＲ₁、固定部
材４の内壁４ａの半径をＲ₂、導体ベルト６の長さをＬ
とし、導体ベルト６の厚さを無視すると、次式で表すこ
とができる。

【００２５】

【数１】θ＝（１８０／π）（Ｒ₁＋Ｒ₂）｛Ｌ−π
（Ｒ₂−Ｒ₁）／２｝Ｒ₁Ｒ₂

【００２６】この数１は、次のようにして導くことがで
きる。即ち、図７を参照して、回転部材２の回転角をＹ
₁〔ｒａｄ〕、固定部材４のベルト巻き角度をＹ₂〔ｒ
ａｄ〕とし、ベルト折り返し部６ａの曲率半径（＝（Ｒ
₂−Ｒ₁）／２）を不変とすると、図のように回転部材
２が回転しているとき、次式が成り立つ。

【００２７】

【数２】Ｙ₂Ｒ₂＝（Ｙ₁−Ｙ₂）Ｒ₁

【００２８】この式を変形すると次式が得られる。

【００２９】

【数３】Ｙ₂＝｛Ｒ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）｝Ｙ₁

【００３０】一方、図７において回転部材２が左回転の
最大位置のとき、固定部材４へのベルト巻き長さをＬ₂
とすると、ベルト折り返し部６ａの長さＬ₃＝π（Ｒ₂
−Ｒ₁）／２であるから、次式が成り立つ。

【００３１】

【数４】Ｌ₂＝Ｌ−Ｌ₃＝Ｌ−π（Ｒ₂−Ｒ₁）／２Ｙ₂Ｒ₂＝Ｌ₂ ∴Ｙ₂＝｛Ｌ−π（Ｒ₂−Ｒ₁）／２｝／Ｒ₂

【００３２】このときの回転部材２の回転角Ｙ₁は、数
３を変形すると次式となる。

【００３３】

【数５】Ｙ₁＝｛（Ｒ₁＋Ｒ₂）／Ｒ₁｝Ｙ₂

【００３４】これに数４のＹ₂を代入すると次式が得ら
れる。

【００３５】

【数６】Ｙ₁＝（Ｒ₁＋Ｒ₂）｛Ｌ−π（Ｒ₂−Ｒ₁）
／２｝／Ｒ₁Ｒ₂

【００３６】このＹ₁の単位をｒａｄから度に変換する
と、前述した数１が得られる。

【００３７】次に、上記回転部電流伝達機構１を変形し
た回転部電流伝達機構１ａを、イオン注入装置等に用い
られる静電チャック式の基板保持装置に用いた実施例を
図３ないし図６を参照して説明する。図１の例と同一ま
たは相当する部分には同一符号を付し、ここでは重複説
明を省略または簡略化する。

【００３８】この基板保持装置は、回転軸２２の上端部
に、円板状をしていて下部に円形の外壁２ａを有する回
転部材２を取り付け、その上に円板状のホルダベース２
６を取り付け、その上に円板状の静電チャック３０を取
り付け、その上に基板（例えばウェーハ）を静電気によ
って吸着する構造をしている。３８は、基板３６を、ア
ームによる搬送のために昇降させる爪である。

【００３９】静電チャック３０は、この例では双極型の
ものであり、セラミックスから成るチャック基板３２の
表層部内に、平面形状が半円形をした二つの電極３４、
３５を互いに対向させて埋め込んだ構造をしており、両
電極３４、３５間に±の直流電圧、例えば±３５０Ｖ程
度の直流電圧を印加すると、基板３６と電極３４、３５
間に電荷が溜まり、その間に働くクーロン力によって基
板３６を吸着保持することができる。その状態で、基板
３６に対して例えばイオンビームを照射する等して処理
を施すことができる。

【００４０】このような静電チャック３０を用いれば、
基板３６の上面に他の物が触れずに基板３６を保持固定
することができ、基板３６の表面へのパーティクル付着
を防止する上で有利である。

【００４１】回転軸２２の周りには固定部２４が設けら
れており、その上端部に、断面Ｌ字状をしたリング状の
ものであってその側壁部に円形をした外壁４ａを有する
固定部材４が取り付けられている。

【００４２】固定部材２４は、この例では、ダイレクト
ドライブモータの固定部であり、回転軸２２はその出力
軸である。回転軸２２をある角度内で往復回転させるこ
とによって、処理中の基板３６を往復回転させることが
でき、それによって基板３６に対する処理の均一性を向
上させたり、基板３６の表面に形成された溝部の側壁に
万遍無くイオン注入等の処理を施したりすることができ
る。

【００４３】上記のような回転部材２および固定部材４
等を備えるこの例の回転部電流伝達機構１ａは、静電チ
ャック３０に±の直流電圧を供給するために、導体ベル
ト６およびそれ用のベルト固定部８、１０を上下２段に
配置した構造をしている。

【００４４】固定側の各ベルト固定部１０には、直流電
源に接続されている配線が接続され、そこで各導体ベル
ト６の一端部にそれぞれ接続されているが、ここではそ
の配線は図示を省略している。また、回転側の各ベルト
固定部８には、静電チャック３０の各電極３４、３５に
それぞれ接続される配線が接続され、そこで各導体ベル
ト６の他端部にそれぞれ接続されているが、ここではそ
の配線は図示を省略している。

【００４５】上下二つの導体ベルト６、６間には、リン
グ状をした例えばポリアセタール樹脂製の絶縁隔壁２０
が配置され、これで上下の導体ベルト６、６間が電気的
に絶縁されている。

【００４６】回転部材２および固定部材４は、この例で
は共にアルミニウム合金製であり、それらと導体ベルト
６との間の電気絶縁のために、それらの外壁２ａおよび
内壁４ａには、例えばシリコーンゴムから成る絶縁シー
ト１６を貼っている。更に、リング状の空間５の上下面
には、例えばポリアセタール樹脂製の絶縁板１８を貼っ
ている。

【００４７】上下２本の各導体ベルト６は、この例では
ＳＵＳ３０１から成り、幅６ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの
金属ベルトである。その表面には、発塵をより確実に防
ぎ絶縁性をより確実に確保するために、フッ素樹脂のコ
ーティングを施している。

【００４８】この例では、回転部材２の外壁２ａの半径
Ｒ₁は５６．５ｍｍ、固定部材４の内壁４ａの半径Ｒ₂
は７５ｍｍ、各導体ベルト６の長さＬは４４０ｍｍであ
り、従って最大許容回転角θは数１から７３０度とな
る。また、導体ベルト６の折り返し部６ａの曲率半径は
９．２５ｍｍとなり、導体ベルト６の厚さは前述したよ
うに当該曲率半径の１／２００（即ち０．０４６ｍｍ）
程度以下にするのが好ましく、ここではそれに一番近い
０．０５ｍｍとしている。

【００４９】このような基板保持装置によれば、往復回
転させられる静電チャック３０に、回転部電流伝達機構
１ａを経由して、固定側から±の直流電圧を供給するこ
とができる。しかもこの回転部電流伝達機構１ａについ
ても、回転部電流伝達機構１について先に説明したのと
同様の効果が得られる。

【００５０】なお、固定部材と回転部材との関係は相対
的なものであるので、上記例とは逆に、中が固定部材で
外が回転部材であっても良い。その場合の例を図８に示
す。

【００５１】この例の回転部電流伝達機構１ｂは、限定
された角度内を矢印Ｇのように往復回転させられる中空
のものであってその内壁４２ａが円形の回転部材４２
と、この回転部材４２内にそれとの間にリング状の空間
４５をあけて同心状に収納されていてその外壁４４ａが
円形の固定部材４４と、前記リング状の空間４５に収納
された薄くて弾性を有する前述したような導体ベルト６
とを備えている。導体ベルト６は、その両端部が、回転
部材４２の内壁４２ａおよび固定部材４４の外壁４４ａ
に互いに同じ方向（図８の例では左方向）に向けてそれ
ぞれ固定されており、かつ途中で丸く折り返されてい
る。

【００５２】回転部材４２は、中空でその内壁４２ａが
円形であれば良く、その外周部の形状は問わない。固定
部材４４は、中空、中実を問わない。

【００５３】その他の点については、図１の実施例の場
合と同様である。

【００５４】この回転部電流伝達機構１ｂにおいては、
回転部材４２と固定部材４４間のリング状の空間４５
が、導体ベルト６が擦れたり折れたりするのを防止する
ガイドの作用をし、回転部材４２が一方の方向に（図８
中で左に）回転すると、導体ベルト６は固定部材４４の
外壁４４ａに巻き付く格好になり、回転部材４２が他方
の方向に（図８中で右に）回転すると、導体ベルト６は
回転部材４２の内壁４２ａに張り付く格好になり、回転
部材４２の限定された角度内の往復回転を許容しつつ、
固定部材４４側から回転部材４２側へ導体ベルト６を経
由して電流を伝達することができる。

【００５５】また、上記のような回転部電流伝達機構
１、１ａおよび１ｂは、基板保持装置以外にも、例えば
半導体製造装置において往復回転部分に給電する場合
や、産業用ロボットにおいて往復回転するアームに給電
する場合等にも利用することができる。

【００５６】

【発明の効果】この発明は上記のとおり構成されている
ので、次のような効果を奏する。

【００５７】請求項１の発明によれば、導体ベルトは回
転部材の外壁および固定部材の内壁の表面を滑らずに転
動するだけであるので、摺動による摩耗がなく、従って
粉塵の発生が少なく、寿命が長く、かつメンテナンスを
殆ど必要としない。しかも、電気的には、固定側と回転
側とは摺動部分を経由せずに導体ベルトで常に接続され
ているので、電気的導通が確実であり、従って信頼性も
高い。

【００５８】請求項２の発明によれば、導体ベルトは回
転部材の内壁および固定部材の外壁の表面を滑らずに転
動するだけであるので、摺動による摩耗がなく、従って
粉塵の発生が少なく、寿命が長く、かつメンテナンスを
殆ど必要としない。しかも、電気的には、固定側と回転
側とは摺動部分を経由せずに導体ベルトで常に接続され
ているので、電気的導通が確実であり、従って信頼性も
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る回転部電流伝達機構の一例を示
す断面図である。

【図２】図１の回転部電流伝達機構を簡略化してその連
続動作を示す図である。

【図３】この発明に係る回転部電流伝達機構を備える静
電チャック式の基板保持装置の一例を示す断面図であ
る。

【図４】図３中の線Ｄ−Ｄに沿う拡大詳細断面図であ
る。

【図５】図３中のＥ部の拡大詳細断面図である。

【図６】図３中のＦ部の拡大詳細断面図である。

【図７】図１の回転部電流伝達機構を簡略化して示す図
である。

【図８】この発明に係る回転部電流伝達機構の他の例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ回転部電流伝達機構２回転部材２ａ外壁４固定部材４ａ内壁５リング状の空間６導体ベルト６ａ折り返し部８，１０ベルト固定部１６絶縁シート１８絶縁板２０絶縁隔壁３０静電チャック３６基板４２回転部材４２ａ内壁４４固定部材４４ａ外壁４５リング状の空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】限定された角度内を往復回転させられる
ものであってその外壁が円形の回転部材と、この回転部
材をそれとの間にリング状の空間をあけて同心状に取り
囲むものであってその内壁が円形の固定部材と、前記リ
ング状の空間に収納されていて、両端部が前記回転部材
の外壁および固定部材の内壁に互いに同じ方向に向けて
それぞれ固定されており、かつ途中で丸く折り返されて
いる薄くて弾性を有する導体ベルトとを備えることを特
徴とする回転部電流伝達機構。
【請求項２】限定された角度内を往復回転させられる
中空のものであってその内壁が円形の回転部材と、この
回転部材内にそれとの間にリング状の空間をあけて同心
状に収納されていてその外壁が円形の固定部材と、前記
リング状の空間に収納されていて、両端部が前記回転部
材の内壁および固定部材の外壁に互いに同じ方向に向け
てそれぞれ固定されており、かつ途中で丸く折り返され
ている薄くて弾性を有する導体ベルトとを備えることを
特徴とする回転部電流伝達機構。