JPH0973873A - ホルダ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定速度回転でしかも容量の小さなモータで、
揺動アームに取り付けられたホルダを、そのＹ方向の速
度成分が一定になるように機械的に走査することができ
るホルダ駆動装置を提供する。 【解決手段】 このホルダ駆動装置３０は、駆動モータ
の回転をボールねじ３８およびボールナット４０によっ
てスライダー４４の直線運動に変換し、それを連結機構
５０によって駆動アーム３６の揺動回転に変換し、この
揺動回転によって駆動アーム３６と同一のアーム軸３２
に取り付けられた揺動アーム１２を揺動回転させる構成
である。揺動アーム１２の先端部付近には、ウェーハ６
保持用のホルダ８が取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、イオン注入装
置、より具体的には、イオンビームをＸ方向に電気的に
走査すると共に、ウェーハをＸ方向と直交するＹ方向に
機械的に走査するいわゆるハイブリッドスキャン方式の
イオン注入装置に用いられるものであって、揺動アーム
を用いて、ウェーハ保持用のホルダを、そのＹ方向の速
度成分が一定になるように機械的に往復走査するホルダ
駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のホルダ駆動装置を備える
イオン注入装置の一例の要部を示す平面図である。図６
は、図５の装置をイオンビーム進行方向に見た正面図で
ある。

【０００３】このイオン注入装置は、いわゆるハイブリ
ッドスキャン方式のものであって、特開平３−４６７４
２号公報に開示されている装置と基本構成は同じであ
り、イオンビーム２をＸ方向（例えば水平方向。以下同
じ）に電気的に（即ち電界または磁場で）走査すると共
に、真空容器４内において、揺動アーム１２を有するホ
ルダ駆動装置２０によって、ホルダ８およびそれに保持
されたウェーハ６を、実質的に、Ｘ方向と直交するＹ方
向（例えば垂直方向。以下同じ）に機械的に走査し、そ
れによってウェーハ６の全面に均一にイオンビーム２を
照射するよう構成されている。

【０００４】ホルダ駆動装置２０は、真空容器４に固定
された支持部材１６と、出力軸がイオンビーム２の進行
方向にほぼ平行になるようにこの支持部材１６に固定さ
れた可逆転式の揺動モータ１４と、この揺動モータ１４
の出力軸にほぼ直交するように直結された揺動アーム１
２と、出力軸がイオンビーム２の進行方向にほぼ平行に
なるようにこの揺動アーム１２の先端部付近に固定され
た可逆転式のホルダ回転モータ１０と、このホルダ回転
モータ１０の出力軸にほぼ直交するようにイオンビーム
２に向かって直結されたホルダ８とを備えている。

【０００５】揺動モータ１４を矢印Ｂで示すように正転
および逆転させて、揺動アーム１２を矢印Ｃで示すよう
に所定角度範囲内で往復旋回（即ち揺動回転）させる
と、その先端部付近に取り付けられたホルダ８は、そこ
に保持したウェーハ６をイオンビーム２に向けた状態
で、円弧を描くような形で、実質的にＹ方向に機械的に
往復走査される。

【０００６】ホルダ回転モータ１０は、必須ではない
が、それを設けておき、それを矢印Ａで示すように揺動
モータ１４と同時に同一方向（各モータの出力軸側より
見て）かつ同一角度を回転させると、ホルダ８が円弧を
描くように走査されても、当該ホルダ８の絶対回転角は
０度であってその姿勢は不変であり、従ってこのホルダ
８に装着されたウェーハ６の姿勢を不変に保つことがで
きる。

【０００７】上記装置において、ウェーハ６に対する注
入均一性を確保する等の要求から、ウェーハ６のＹ方向
の速度成分ｖ_y を一定に保つ必要があり、そのために従
来は、揺動モータ１４の回転速度を連続的に変速制御し
ていた。

【０００８】より具体的には、図４も参照して、揺動ア
ーム１２の長さをＬ₁ 、揺動アーム１２の揺動回転時の
Ｘ方向からの角度をθ、揺動アーム１２の揺動回転の
（即ちこの例では揺動モータ１４の）角速度をωとする
と、ｖ_y は次式で表されるので、それが一定になるよう
にωをθに依存して変える制御を行っていた。

【０００９】

【数１】ｖ_y ＝ωＬ₁ ｃｏｓθ

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記ホルダ駆動装置２
０では、揺動モータ１４の上記のような変速制御を行う
必要があるため、定速制御に比べてその制御および制御
系が複雑になる。

【００１１】また、揺動アーム１２をその根本において
揺動モータ１４によって直接駆動する構造であるため、
大きな駆動トルクが必要になり、揺動モータ１４の容量
が大きくならざるを得ない。

【００１２】そこでこの発明は、定速度回転でしかも容
量の小さなモータで、揺動アームに取り付けられたホル
ダを、そのＹ方向の速度成分が一定になるように機械的
に走査することができるホルダ駆動装置を提供すること
を主たる目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明のホルダ駆動装
置は、前記真空容器を貫通していて前記揺動アームの他
端部付近にほぼ直交するように取り付けられたアーム軸
と、このアーム軸が真空容器を貫通する部分を真空シー
ルする真空シール軸受と、前記真空容器外において前記
アーム軸にほぼ直交するように取り付けられた駆動アー
ムと、前記真空容器外にあって前記駆動アームとの間の
角度が、その時の前記揺動アームと前記Ｙ方向との間の
角度と同一になるように配置されたボールねじと、この
ボールねじに接続されていてそれを一定速度で回転させ
る可逆転式の駆動モータと、前記ボールねじと螺合する
ボールナットと、このボールナットに接続されていて前
記ボールねじに平行に往復直線運動可能なスライダー
と、このスライダーと前記駆動アームの先端部付近とを
連結していて、スライダーの往復直線運動を駆動アーム
の往復旋回運動に変換する連結機構とを備えることを特
徴とする。

【００１４】上記構成によれば、駆動モータを正転およ
び逆転させると、それに接続されたボールねじが正転お
よび逆転し、それに螺合しているボールナットおよびそ
れに接続されているスライダーがボールねじに平行に往
復直線運動する。そしてスライダーのこの運動は、連結
機構によって揺動アームの所定角度範囲内での往復旋回
運動に変換され、それがアーム軸を介して揺動アームに
伝えられ、揺動アームも所定角度範囲内で往復旋回す
る。

【００１５】このように、駆動アームと揺動アームとは
同一のアーム軸に取り付けられているので、前者の先端
部付近をボールねじ等によって等速度直線運動させる
と、後者の先端部付近に取り付けられたホルダは、その
Ｙ方向の速度成分が一定になるように機械的に走査され
る。従って、駆動モータは定速度回転で良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るホルダ駆
動装置を備えるイオン注入装置の一例の要部を示す平面
図である。図２は、図１の装置の真空容器外部分の正面
図である。図５および図６の従来例と同一または相当す
る部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例
との相違点を主に説明する。

【００１７】この実施例においては、ホルダ駆動装置３
０は、前述したホルダ８、ホルダ回転モータ１０および
揺動アーム１２の他に、アーム軸３２、真空シール軸受
３４、駆動アーム３６、ボールねじ３８、ボールナット
４０、駆動モータ４２、スライダー４４および連結機構
５０を備えている。

【００１８】アーム軸３２は、真空容器４を貫通してお
り、その真空容器４内側の端部に、揺動アーム１２の他
端部付近がほぼ直交するように取り付けられており、真
空容器４外側の端部に、駆動アーム３６の一端部付近が
ほぼ直交するように取り付けられている。このアーム軸
３２が真空容器４を貫通する部分は、真空シール軸受３
４によって真空シールされている。

【００１９】この実施例では、一例として、揺動アーム
１２と駆動アーム３６とは、互いに平行になるようにア
ーム軸３２に取り付けられている。また、揺動アーム１
２の長さＬ₁ （これは厳密に言えば、アーム軸３２の中
心からホルダ８の中心までの長さ）と駆動アーム３６の
長さＬ₂ （これは厳密に言えば、アーム軸３２の中心か
ら、駆動アーム３６が水平状態にある時の後述するロー
ラ５４の中心までの長さ）とは、互いに等しくしてい
る。従って、この実施例では、揺動アーム１２と駆動ア
ーム３６とは、真空容器４を挟んであたかも一方が他方
の写像のような関係にある。

【００２０】ボールねじ３８は、真空容器４の外側に、
この実施例では前記Ｙ方向に配置されており、その一端
部に、それを一定速度で回転させる可逆転式の駆動モー
タ４２が接続されている。４８および４９は、真空容器
４に取り付けられた支持板である。

【００２１】ボールねじ３８にはボールナット４０が螺
合されており、このボールナット４０にはスライダー４
４が接続されている。スライダー４４は、この例では２
本のガイド軸４６にガイドされて、矢印Ｄで示すよう
に、ボールねじ３８に平行に往復直線運動が可能であ
る。

【００２２】このスライダー４４と駆動アーム３６の先
端部付近とは、連結機構５０で連結されており、それに
よって、スライダー４４の矢印Ｄで示すような往復直線
運動を、駆動アーム３６の矢印Ｅで示すような往復旋回
運動に変換する。

【００２３】連結機構５０は、この実施例ではより具体
的には、駆動アーム３６の先端部付近に当該駆動アーム
３６に平行に設けられた長穴５２と、スライダー４４に
回転自在に軸支されていてこの長穴５２内に位置するロ
ーラ５４とから成る。長穴５２は、駆動アーム３６の旋
回時に、その中でローラ５４が矢印Ｇで示すように往復
移動するのを許容する。

【００２４】このホルダ駆動装置３０においては、駆動
モータ４２を正転および逆転させると、それに接続され
たボールねじ３８が正転および逆転し、それに螺合して
いるボールナット４０およびそれに接続されているスラ
イダー４４が矢印Ｄで示すようにボールねじ３８に平行
に、即ちこの実施例ではＹ方向に往復直線運動する。そ
してスライダー４４のこの運動は、連結機構５０によっ
て駆動アーム３６の矢印Ｅで示すような所定角度範囲内
での往復旋回運動に変換され、それがアーム軸３２を介
して真空容器４内の揺動アーム１２に伝えられ、揺動ア
ーム１２もアーム軸３２を中心にして矢印Ｆで示すよう
に所定角度範囲内で往復旋回する。

【００２５】このように、駆動アーム３６と揺動アーム
１２とは、同一のアーム軸３２に取り付けられているの
で、しかもこの実施例では、アーム軸３２の両端部に互
いに写像のような関係で取り付けられているので、駆動
アーム３６の先端部付近をボールねじ３８等によって等
速度直線運動させると、揺動アーム１２の先端部付近に
取り付けられたホルダ８は、そのＹ方向の速度成分ｖ_y
が一定になるように機械的に往復走査される。従って、
駆動モータ４２は定速度回転で良い。

【００２６】その場合、スライダー４４等のＹ方向の移
動速度をｖ₀ とすると、この実施例では前述したように
両アーム１２、３６の長さＬ₁ ＝Ｌ₂ であるから、ｖ_y
＝ｖ₀ となる。

【００２７】このようにこのホルダ駆動装置３０では、
駆動モータ４２は定速度回転で良いので、従来例の数１
に示したような変速度制御を行う場合に比べて、駆動モ
ータ４２の制御およびその制御系構成が簡単になる。

【００２８】しかも、駆動モータ４２は、駆動アーム３
６をその先端部で駆動するため、従来例のように揺動ア
ーム１２をその根本において直接駆動する場合に比べ
て、駆動モータ４２に必要とされる駆動トルクは小さく
て済む。また、ボールねじ３８とボールナット４０とに
よる減速を利用しているため、従来例のように揺動アー
ム１２を直接駆動する場合に比べて、駆動モータ４２に
必要とされる駆動トルクは小さくて済む。これらの理由
から、駆動モータ４２の容量を小さくすることができ、
その低コスト化を図ることができる。

【００２９】なお、連結機構５０は、図３に示す例のよ
うな、いわゆるリンク機構としても良い。即ちこの例で
は、スライダー４４に立設された軸５６と、駆動アーム
３６の先端部付近に軸５６に平行に立設された軸５８
と、両軸５６、５８間を回転可能に連結するリンク板６
０とで連結機構５０を構成している。

【００３０】この例の場合も、スライダー４４を矢印Ｄ
で示すように往復直線運動させると、その運動は連結機
構５０によって、駆動アーム３６の矢印Ｅで示すような
往復旋回運動に変換される。その際、リンク板６０は軸
５６を中心にして矢印Ｈで示すように左右に首を振る。

【００３１】また、駆動アーム３６と揺動アーム１２と
は、アーム軸３２の両端部に、必ずしも前述したように
互いに写像のような関係で取り付ける必要はない。即
ち、両アーム１２、３６は必ずしも互いに平行である必
要はなく、また両アーム１２、３６の長さＬ₁ 、Ｌ₂ は
必ずしも互いに等しい必要はない。ただし、駆動アーム
３６とボールねじ３８との間の角度α₂ （図４参照）
が、その時の揺動アーム１２とＹ方向との間の角度α₁
と同一になる関係は必要である。即ち、揺動アーム１２
がＹ方向に直交する時は、駆動アーム３６もボールねじ
３８に直交するという関係である。

【００３２】これを図４を参照して説明すると、上記角
度α₁ ＝α₂ の関係にあると、両アーム１２、３６は互
いに同一のアーム軸３２に取り付けられていて互いに同
一の角度だけ旋回するから、揺動回転時の駆動アーム３
６のボールねじ３８に直交する方向（即ちこの例ではＹ
方向）からの角度と、揺動アーム１２のＹ方向に直交す
る方向（即ちこの例ではＸ方向）からの角度とは、互い
に同一の角度θとなる。

【００３３】従って、駆動アーム３６の先端部付近を速
度ｖ₀ で直線運動させた場合、駆動アーム３６の旋回の
角速度ωは次式で表される。

【００３４】

【数２】ω＝ｖ₀ ／Ｌ₂ ｃｏｓθ

【００３５】その場合、両アーム１２、３６は互いに同
一のアーム軸３２に取り付けられているから、互いに同
一の角速度ωで旋回する。即ち、揺動アーム１２も角速
度ωで旋回する。その時の揺動アーム１２の先端部付近
に取り付けられたホルダ８のＹ方向の速度成分ｖ_y は、
先に数１に示したとおりになる。

【００３６】従って、数１に数２のωを代入すると次式
が得られる。

【００３７】

【数３】ｖ_y ＝（Ｌ₁ ／Ｌ₂ ）ｖ₀

【００３８】この数３から分かるように、ホルダ８のＹ
方向の速度成分ｖ_y は、両アーム１２、３６の長さＬ₁
とＬ₂ との比を比例定数として、スライダー４４等の直
線運動速度ｖ₀ に比例する。従ってこの速度ｖ₀ を定速
度にすれば、即ち駆動モータ４２を定速度回転させれ
ば、上記速度成分ｖ_y も一定になる。

【００３９】なお、ホルダ回転モータ１０は前述したよ
うに必須ではないので、それを設けずに、揺動アーム１
２の先端部付近にホルダ８を直接または間接的に取り付
けても良い。

【００４０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、駆動モ
ータの回転をボールねじ等によってスライダーの直線運
動に変換し、それを連結機構によって駆動アームの揺動
回転に変換し、この揺動回転によって駆動アームと同一
のアーム軸に取り付けられた揺動アームを揺動回転させ
るように構成しているので、定速度回転の駆動モータ
で、ホルダのＹ方向の速度成分を一定にすることができ
る。

【００４１】その結果、駆動モータは定速度回転で良い
ので、従来例のような変速度制御を行う場合に比べて、
駆動モータの制御およびその制御系構成が簡単になる。

【００４２】しかも、駆動モータは駆動アームをその先
端部で駆動するため、従来例のように揺動アームをその
根本において直接駆動する場合に比べて、駆動モータに
必要とされる駆動トルクは小さくて済む。また、ボール
ねじとボールナットによる減速を利用しているため、従
来例のように揺動アームを直接駆動する場合に比べて、
駆動モータに必要とされる駆動トルクは小さくて済む。
これらの理由から、駆動モータの容量を小さくすること
ができ、その低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るホルダ駆動装置を備えるイオン
注入装置の一例の要部を示す平面図である。

【図２】図１の装置の真空容器外部分の正面図である。

【図３】連結機構の他の例を示す正面図である。

【図４】揺動アームと駆動アームとの関係の例を示す概
略図である。

【図５】従来のホルダ駆動装置を備えるイオン注入装置
の一例の要部を示す平面図である。

【図６】図５の装置をイオンビーム進行方向に見た正面
図である。

【符号の説明】

２ イオンビーム ４ 真空容器 ６ ウェーハ ８ ホルダ １２ 揺動アーム ３０ ホルダ駆動装置 ３２ アーム軸 ３４ 真空シール軸受 ３６ 駆動アーム ３８ ボールねじ ４０ ボールナット ４２ 駆動モータ ４４ スライダー ５０ 連結機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内において、揺動アームを所定
   角度範囲内で往復旋回させて、当該揺動アームの一端部
   付近に取り付けられたウェーハ保持用のホルダを、その
   Ｙ方向の速度成分が一定になるように機械的に往復走査
   するホルダ駆動装置において、前記真空容器を貫通して
   いて前記揺動アームの他端部付近にほぼ直交するように
   取り付けられたアーム軸と、このアーム軸が真空容器を
   貫通する部分を真空シールする真空シール軸受と、前記
   真空容器外において前記アーム軸にほぼ直交するように
   取り付けられた駆動アームと、前記真空容器外にあって
   前記駆動アームとの間の角度が、その時の前記揺動アー
   ムと前記Ｙ方向との間の角度と同一になるように配置さ
   れたボールねじと、このボールねじに接続されていてそ
   れを一定速度で回転させる可逆転式の駆動モータと、前
   記ボールねじと螺合するボールナットと、このボールナ
   ットに接続されていて前記ボールねじに平行に往復直線
   運動可能なスライダーと、このスライダーと前記駆動ア
   ームの先端部付近とを連結していて、スライダーの往復
   直線運動を駆動アームの往復旋回運動に変換する連結機
   構とを備えることを特徴とするホルダ駆動装置。