KR20200081199A - 기판 유지 장치 - Google Patents

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이페이 니시무라
마사토시 오노다
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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 장치 전체를 대규모의 고가의 것으로 하지 않고, 기판을 기판 홀더로부터 들어올릴 수 있도록 한다.
기판(W)을 유지하는 기판 홀더(3)와, 기판 홀더(3)를 회전시키는 회전 기구(10)와, 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)보다도 아래쪽에 위치하는 후퇴 위치(x), 및 상기 기판 배치면(3a)으로부터 돌출되는 돌출 위치(y) 사이를 승강 이동하는 복수의 승강핀(P)과, 회전 기구(10) 및 승강핀(P) 사이에 개재하여 설치되고, 회전 기구(10)의 기판 홀더(3)를 회전시키는 동력을, 승강핀(P)을 후퇴 위치(x) 및 돌출 위치(y) 사이에서 이동시키는 동력으로 변환하여 승강핀(P)에 전달하는 동력 전달 기구(20)를 구비하도록 하였다.

Description

기판 유지 장치{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS}
본 발명은, 이온 빔 조사 장치 등에 이용되는 기판 유지 장치에 관한 것이다.
예컨대 이온 빔 조사 후의 기판을 플래튼이라 불리는 기판 홀더로부터 들어올릴 때, 특허문헌 1에 나타낸 바와 같이, 기판의 아래쪽으로부터 복수의 핀을 상승시킴으로써, 기판의 복수 개소를 들어올리도록 구성된 것이 이용되고 있다.
그러나, 전술한 구성에 있어서, 복수의 핀을 상승시키기 위해 예컨대 모터 등의 동력원을 설치하면, 장치 전체가 대형화된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공표 제2012-524417호 공보
그래서 본 발명은, 전술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 기판 홀더로부터 기판을 들어올릴 수 있도록 하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉 본 발명에 따른 기판 유지 장치는, 기판을 유지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더를 회전시키는 회전 기구와, 상기 기판 홀더의 기판 배치면보다도 아래쪽에 위치하는 후퇴 위치, 및 상기 기판 배치면으로부터 돌출되는 돌출 위치 사이를 승강 이동하는 복수의 승강핀과, 상기 회전 기구 및 상기 승강핀 사이에 개재하여 설치되고, 상기 회전 기구의 상기 기판 홀더를 회전시키는 동력을, 상기 승강핀을 상기 후퇴 위치 및 상기 돌출 위치 사이에서 이동시키는 동력으로 변환하여 상기 승강핀에 전달하는 동력 전달 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같이 구성된 기판 유지 장치에 따르면, 동력 전달 기구에 의해 예컨대 트위스트각 등을 조정하기 위한 기존의 회전 기구의 동력을 승강핀을 이동시키는 동력으로 변환시킬 수 있다.
이것에 의해, 승강핀을 이동시키기 위한 모터 등의 동력원을 불필요하게 할 수 있어, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 기판 홀더로부터 기판을 들어올릴 수 있게 된다.
상기 동력 전달 기구가, 상기 기판 홀더에 부착되어, 상기 기판 홀더와 함께 회전하는 일체 회전 부재와, 상기 일체 회전 부재의 회전축 주위로, 상기 일체 회전 부재에 대하여 상대적으로 회전 가능한 상대 회전 부재와, 상기 일체 회전 부재 또는 상기 상대 회전 부재 중 한쪽에 설치된 경사홈과, 상기 일체 회전 부재 또는 상기 상대 회전 부재 중 다른 쪽에 설치되어 상기 경사홈에서 슬라이딩함과 더불어, 상기 승강핀과 일체적으로 설치된 슬라이더를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 경사홈 내에서 슬라이딩하는 슬라이더가 승강핀과 일체적으로 설치되어 있기 때문에, 이 동력 전달 기구를 내장함으로써, 회전 기구의 동력을 간단하게 승강핀을 이동시키는 동력으로 변환하여 전달시킬 수 있다.
상기 기판 홀더가 눕힌 상태와 기립 상태 사이를 이동 가능하게 구성된 것이며, 상기 동력 전달 기구에 의한 상기 승강핀으로의 동력 전달을 가능하게 하는 전달 상태와, 상기 동력 전달 기구에 의한 상기 승강핀으로의 동력 전달을 불가능하게 하는 비전달 상태로 전환되는 전달 상태 전환 기구를 더 포함하고, 상기 기판 홀더가 상기 눕힌 상태에서 상기 기립 상태로 이동한 경우에, 상기 전달 상태 전환 기구가 상기 전달 상태에서 상기 비전달 상태로 전환되고, 상기 기판 홀더가 상기 기립 상태에서 상기 눕힌 상태로 이동한 경우에, 상기 전달 상태 전환 기구가 상기 비전달 상태에서 상기 전달 상태로 전환되는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 기판을 기판 홀더로부터 분리할 때에는, 동력 전달 기구에 의한 승강핀으로의 동력 전달을 가능하게 하면서, 기판에 이온 빔을 조사하는 등의 처리를 행할 때에는, 승강핀에 동력을 전달시키지 않고, 지금까지와 같은 기판 처리를 행할 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 따르면, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 기판 홀더로부터 기판을 들어올릴 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 이온 빔 조사 장치의 전체 구성을 나타낸 모식도.
도 2는 동 실시형태의 기판 홀더의 움직임을 나타낸 모식도.
도 3은 동 실시형태의 후퇴 위치에 있는 승강핀을 나타낸 모식도.
도 4는 동 실시형태의 돌출 위치에 있는 승강핀을 나타낸 모식도.
도 5는 동 실시형태의 동력 전달 기구의 외관을 나타낸 모식도.
도 6은 동 실시형태의 동력 전달 기구의 내부 구조를 나타낸 모식도.
도 7은 동 실시형태의 동력 전달 기구의 동작을 나타낸 모식도.
도 8은 동 실시형태의 동력 전달 기구의 압박 부재를 나타낸 모식도.
도 9는 동 실시형태의 전달 상태 전환 기구의 동작을 나타낸 모식도.
도 10은 동 실시형태의 제어 장치의 동작을 나타낸 흐름도.
이하에 본 발명에 따른 기판 유지 장치의 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 기판 유지 장치는, 예컨대 이온 주입 장치 등의 이온 빔 조사 장치에 이용되는 것으로 이온 빔 조사시 등의 여러 가지 타이밍에 기판을 원하는 자세로 유지하는 것이다.
우선, 이온 빔 조사 장치에 대해서 간단히 설명한다.
이온 빔 조사 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이온원(1)으로부터 인출된 이온 빔(IB)을, 질량 분석기(2)에 의해 질량 분석한 후, 플래튼이라 불리는 기판 홀더(3)에 유지되어 있는 기판(W)에 조사하여 원하는 이온종을 주입하는 것이다.
보다 구체적으로는, 이온 빔 조사 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반송 아암(4)에 의해 기판(W)을 기판 홀더(3)의 위쪽으로 이송하여 배치하고, 그 기판(W)을 정전 척 등에 의해 기판 홀더(3)에 유지시켜, 기판 홀더(3)를 주사시키면서, 기판(W)에 이온 빔(IB)을 조사하도록 구성되어 있다. 또한, 기판(W)은, 여기서는 기판 홀더(3)의 기판 배치면인 상면보다도 큰 것으로서, 예컨대 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼 등이다. 또한, 도 1에서는 이해를 쉽게 하기 위해, 기판 홀더(3)에 기판(W)이 배치되었을 때의 상태와, 기판(W)에 이온 빔(IB)이 조사될 때의 상태를 도시하고 있다. 또한, 기판 홀더(3)의 주사 방향은, 본 실시형태에서는 가로 방향이지만, 세로 방향이어도 좋다.
본 실시형태의 이온 빔 조사 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(3)를 복수의 축 주위로 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 제1 회전 기구로서, 기판 홀더(3)의 주사 방향을 따른 축(도 2에 있어서의 Y 방향을 따른 축) 주위로 기판 홀더(3)를 회전시키는 로드각 조정 기구를 구비하고 있다. 이 로드각 조정 기구는, 기판 홀더(3)를 눕힌 상태와 기립 상태 사이에서 회전시키는 것이다. 눕힌 상태는, 기판(W)을 배치하거나 혹은 배치되어 있는 기판(W)을 들어올릴 때의 기판 홀더(3)의 상태로서, 예컨대 수평한 자세이다. 또한, 기립 상태는, 기판(W)에 이온 빔(IB)이 조사될 때의 기판 홀더(3)의 상태로서, 예컨대 수직 방향을 따라 기립한 자세이다.
또한, 이온 빔 조사 장치(100)는, 제2 회전 기구로서, 기판 배치면(3a)과 직교하는 축(도 2에 있어서의 Z 방향을 따른 축) 주위로 기판 홀더(3)를 회전시키는 트위스트각 조정 기구를 구비하고 있다. 이 트위스트각 조정 기구는, 기판의 결정축과 이온 빔의 조사 방향을 정해진 각도로 설정하기 위한 것이며, 기판이 이온 빔의 비조사 위치에 있을 때에 기립 상태에 있는 기판 홀더(3)를 회전시키는 것이다.
또한, 이온 빔 조사 장치(100)는, 제3 회전 기구로서, 기판 홀더(3)를 트위스트각 조정 기구의 회전축 및 로드각 조정 기구의 회전축과 직교하는 축(도 2에 있어서의 X축 방향을 따른 축) 주위로 기판 홀더(3)를 회전시키는 틸트각 조정 기구를 구비하고 있다.
이어서, 기판 유지 장치(200)에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는 설명의 편의상, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 눕힌 상태에 있는 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a) 측을 위쪽으로 하고, 그 반대측을 아래쪽으로 한다.
기판 유지 장치(200)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(3)와, 기판 홀더(3)를 기판 배치면(3a)과 직교하는 축(S) 주위로 회전시키는 회전 기구(10)와, 기판 홀더(3)에 형성된 관통 구멍(3h) 내를 승강 이동하는 복수의 승강핀(P)을 구비하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 도 3 및 도 4에 있어서 기판(W)은 도시하지 않는다.
회전 기구(10)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(3)에 접속된 샤프트(11)와, 샤프트(11)에 접속된 동력원인 모터(12)를 구비한 것이다. 이 회전 기구(10)는, 기판 홀더(3)를 기판 배치면(3a)과 직교하는 축(S) 주위로 회전시키기 위한 기존의 기구를 이용한 것으로서, 여기서는 전술한 제2 회전 기구인 트위스트각 조정 기구이다. 즉, 트위스트각 조정 기구의 동력원인 모터(12)가, 기판 유지 장치(200)의 동력원으로서 이용되게 된다.
승강핀(P)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(W)을 기판 홀더(3)로부터 들어올리기 위한 막대형의 것으로서, 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)보다도 아래쪽에 위치하는 후퇴 위치(x)(도 3에 도시된 승강핀(P)의 위치)와, 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)으로부터 돌출되는 돌출 위치(y)(도 4에 도시된 승강핀(P)의 위치) 사이를 승강 이동한다. 구체적으로 승강핀(P)은, 후퇴 위치(x)에 있어서, 상단이 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)보다도 아래쪽에 위치하고, 여기서는 기판 홀더(3)에 형성된 관통 구멍(3h)에 매몰된다. 한편, 승강핀(P)은, 돌출 위치(y)에서, 상단이 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)보다도 위쪽에 위치한다. 여기서는, 복수의 승강핀(P)이, 예컨대 회전 기구(10)의 회전축을 중심으로 한 원주 상에 등간격으로 배치되어 있지만, 승강핀(P)의 수나 배치는 도시한 것에 한정되지 않고, 적절하게 변경하여도 상관없다.
그리고, 본 실시형태의 기판 유지 장치(200)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 기구(10) 및 승강핀(P) 사이에 개재하여 설치된 동력 전달 기구(20)와, 동력 전달 기구(20)의 동력 전달 상태를 전환하는 전달 상태 전환 기구(30)를 더 구비하여 이루어진다.
동력 전달 기구(20)는, 회전 기구(10)의 기판 홀더(3)를 회전시키는 동력을, 승강핀(P)을 후퇴 위치(x) 및 돌출 위치(y) 사이에서 이동시키는 동력으로 변환하여 승강핀(P)에 전달하는 것으로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)과는 반대측, 즉 기판 홀더(3)의 아래쪽에 부착되어, 전술한 샤프트(11)가 관통하는 환형의 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 동력 전달 기구(20)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(3)에 부착되어 기판 홀더(3)와 함께 회전하는 환형의 일체 회전 부재(21)와, 일체 회전 부재(21)의 내측에 설치되어, 일체 회전 부재(21)의 회전축(S) 주위로, 일체 회전 부재(21)에 대하여 상대적으로 회전 가능한 환형의 상대 회전 부재(22)를 갖고 있다. 즉, 일체 회전 부재(21) 및 상대 회전 부재(22)는, 회전축이 동축이 되도록 설치되어 있다. 또한, 도 6에서는, 설명의 편의상, 일체 회전 부재(21)의 일부(둘레벽부 및 상벽부)의 기재를 생략하고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일체 회전 부재(21)와 상대 회전 부재(22)는 1 또는 복수의 스프링 등의 압박 부재(28)에 의해 연결되어 있고, 상대 회전 부재(22)는 일체 회전 부재(21)에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 구성되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 일체 회전 부재(21)는 기판 홀더(3)에 부착되어 있기 때문에, 회전 기구(10)로부터 구동력이 발생된 경우에는, 일체 회전 부재(21)는 기판 홀더(3)와 일체가 되어 회전 운동을 한다. 즉, 일체 회전 부재(21)는 샤프트(11)의 회전 운동과 항상 연동한 회전 운동을 행한다.
이에 반해, 상대 회전 부재(22)는 일체 회전 부재(21)에 대하여 압박 부재(28)에 의해 서로 끌어당기는 방향(즉, 일체 회전 부재(21) 및 상대 회전 부재(22)가 서로 반대 방향으로 회전하는 방향)으로 압박되게 연결되어 있기 때문에, 후술하는 전달 상태 전환 기구(30)가 비전달 상태(B)로 전환된 경우에 있어서는, 상대 회전 부재(22)는 일체 회전 부재(21)와 함께 축(S) 주위로 동축으로 회전할 수 있다.
한편, 후술하는 전달 상태 전환 기구(30)가 전달 상태(A)로 전환된 경우에 있어서는, 상대 회전 부재(22)는 후술하는 스토퍼부(31)에 의해 회전 불능이 되기 때문에, 일체 회전 부재(21)가 구동원(10)으로부터 받는 구동력이 압박 부재(28)의 압박력을 상회한 경우에는 일체 회전 부재는 회전하고, 일체 회전 부재(21)가 구동원(10)으로부터 받는 구동력이 압박 부재(28)의 압박력과 거의 같은 경우에는 그 위치에서 정지한다.
그리고, 동력 전달 기구(20)는, 일체 회전 부재(21) 또는 상대 회전 부재(22) 중 한쪽에 설치된 경사홈(2h)과, 일체 회전 부재(21) 또는 상대 회전 부재(22) 중 다른 쪽에 설치되어 경사홈(2h) 내에서 슬라이딩하는 슬라이더(23)로 구성되어 있다. 여기서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 경사홈(2h)이 상대 회전 부재(22)에 형성되어 있고, 슬라이더(23)가 일체 회전 부재(21)에 설치되어 있다.
경사홈(2h)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상대 회전 부재(22)의 외주면에 형성되어 있고, 둘레 방향에 대하여 비스듬히 연장되는 경사부(2ha)와, 경사부(2ha)의 일단부(하단부)로부터 둘레 방향을 따라 연장되는 제1 평단부(2hb)와, 경사부(2ha)의 타단부(상단부)로부터 둘레 방향을 따라 제1 평단부(2hb)와 반대 방향으로 연장되는 제2 평단부(2hc)로 이루어진다.
여기서는, 복수의 경사홈(2h)이 둘레 방향을 따라 예컨대 등간격으로 설치되어 있다. 여기서는 승강핀(P)과 동수인 6개의 경사홈(2h)이 둘레 방향을 따라 등간격으로 설치되어 있지만, 경사홈(2h)의 수나 배치는 도시한 것에 한정되지 않고, 적절하게 변경하여도 상관없다.
또한, 경사홈은 오목한 단면 형상에 한정되지 않고, 일부 또는 전체가 외주면에서 내주면으로 관통한 형상을 전부 포함한다.
슬라이더(23)는, 도 6의 확대도나 도 7에 도시된 바와 같이, 경사홈(2h) 내에서 슬라이딩 가능하게 설치되고, 지지체(24)로부터 경사홈(2h)을 향해 직경 방향 내측으로 연장된 막대형의 것이다. 이 슬라이더(23)는, 일단부가 경사홈(2h) 내에 설치되고, 타단부가 승강 이동 가능한 지지체(24)에 지지되어 있다.
여기서, 일체 회전 부재(23)와 상대 회전 부재(22)가 동축(S)으로 상대적으로 회전 가능하기 때문에, 경사홈(2h)과 슬라이더(23) 모두 서로 동축(S)으로 상대적으로 회전 가능하다. 따라서, 경사홈(2h)과 경사홈(2h) 내에 배치된 슬라이더(23)의 회전 궤적은 일치하기 때문에, 일체 회전 부재(23)와 상대 회전 부재(22)가 어떠한 회전 운동을 하여도 슬라이더(23)가 경사홈(2h)으로부터 빠지는 일은 없다.
지지체(24)의 둘레 방향 양측에는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 지지체(24)의 승강 이동을 가이드하는 가이드 부재(25)가 설치되어 있다. 여기서는, 지지체(24)와 가이드 부재(25) 사이에는, 지지체(24)를 지지함과 더불어, 가이드 부재(25)를 따라 구름 운동 가능한 복수의 가이드 롤러(26)가 설치되어 있다. 또한, 가이드 부재(25)나 가이드 롤러(26)는, 반드시 지지체(24)의 둘레 방향 양측에 설치할 필요는 없고, 예컨대 둘레 방향 한쪽에만 설치되어 있어도 좋으며, 가이드 롤러(26)의 개수는 적절하게 변경하여도 상관없다.
지지체(24)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 승강핀(P)이 일체적으로 승강 이동하도록 접속된 것이다. 구체적으로는, 도 6의 확대도에 도시된 지지체(24)의 상부에 설치한 훅부(241)를, 도 7에 도시된 승강핀(P)에 부착된 통체(27)의 잘록한 부분(271)에 후킹함으로써, 지지체(24)를 승강핀(P)에 부착하고 있다. 또한, 지지체(24)와 승강핀(P)의 부착 방법은, 예컨대 지지체(24)에 승강핀(P)을 나사 결합시키는 등, 적절하게 변경하여도 상관없다.
이러한 구성에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이, 일체 회전 부재(21)가 상대 회전 부재(22)에 대하여 정회전(도 3∼도 6에 있어서는 위쪽에서 보아 시계 방향)함으로써, 일체 회전 부재(21)에 설치된 슬라이더(23)가 제1 평단부(2hb)로부터 경사부(2ha)를 올라가 제2 평단부(2hc)에 도달하고, 이 슬라이더(23)의 이동에 연동하여 지지체(24)에 부착된 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)로부터 돌출 위치(y)로 상승한다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 일체 회전 부재(21)가 상대 회전 부재(22)에 대하여 역회전(도 3∼도 6에 있어서는 위쪽에서 보아 반시계 방향)함으로써, 일체 회전 부재(21)에 설치된 슬라이더(23)가 제2 평단부(2hc)로부터 경사부(2ha)를 내려와 제1 평단부(2hb)에 도달하고, 이 슬라이더(23)의 이동에 연동하여 지지체(24)에 부착된 승강핀(P)이 돌출 위치(y)에서 후퇴 위치(x)로 하강한다.
여기서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 1 또는 복수의 스프링 등의 압박 부재(28)에 의해, 일체 회전 부재(21)가 상대 회전 부재(22)에 대하여, 역회전 방향으로 압박되어 있다. 또한, 도 8에서는, 설명의 편의상, 일체 회전 부재(21)의 일부나 승강핀(P) 등의 기재를 생략하고 있다.
전술한 구성에 의해, 회전 기구(10)가 기판 홀더(3)와 함께 일체 회전 부재(21)를 압박 부재(28)의 압박력에 대항하여 정회전시킴으로써, 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)에서 돌출 위치(y)로 상승하고, 회전 기구(10)의 동력을 끊거나 또는 약하게 함으로써, 압박 부재(28)의 압박력에 의해 일체 회전 부재(21)가 역회전하여, 승강핀(P)이 돌출 위치(y)에서 후퇴 위치(x)로 강하한다.
다음에, 전달 상태 전환 기구(30)에 대해서 설명한다.
전달 상태 전환 기구(30)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 동력 전달 기구(20)에 의한 승강핀(P)으로의 동력 전달을 가능하게 하는 전달 상태(A)와, 동력 전달 기구(20)에 의한 승강핀(P)으로의 동력 전달을 불가능하게 하는 비전달 상태(B)로 전환되는 것이다.
보다 상세하게 설명하면, 전달 상태 전환 기구(30)는, 기판 홀더(3)가 눕힌 상태에 있는 상태에서 전달 상태(A)가 되고, 이 전달 상태(A)에서 회전 기구(10)의 회전 동력이 승강핀(P)의 승강 동력으로 변환되어 전달된다.
한편, 전달 상태 전환 기구(30)는, 기판 홀더(3)가 기립 상태에 있는 상태에서 비전달 상태(B)가 되고, 이 비전달 상태(B)에서 승강핀(P)으로의 동력 전달이 차단된다.
구체적으로 전달 상태 전환 기구(30)는, 도 3, 도 4, 도 6, 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상대 회전 부재(22)의 회전을 정지시키는 스토퍼부(31)와, 상대 회전 부재(22)에 설치되어 스토퍼부(31)에 접촉하는 접촉부(32)로 구성되어 있다.
스토퍼부(31)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상대 회전 부재(22)의 정회전 및 역회전을 정지시키는 것으로, 서로 대향하는 한 쌍의 스토퍼면(311)을 갖는다. 여기서의 스토퍼부(31)는, 기판 홀더(3)의 회전에 상관없이 정지 상태에 있는 부재(Z)에 설치된 예컨대 상향으로 개구된 U자형을 이루는 것이지만, 스토퍼부(31)의 형상은 다양하게 변경하여도 상관없다.
접촉부(32)는, 도 3, 도 4, 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상대 회전 부재(22)의 외주면으로부터 직경 방향 외측으로 돌출되어 있고, 일체 회전 부재(21)의 둘레벽에 설치된 관통 창(3w)을 관통하여, 일체 회전 부재(21)의 외주면보다도 더욱 직경 방향 외측으로 돌출되어 있다. 또한, 관통 창(3w)은, 둘레 방향을 따라 어느 정도의 폭을 가진 긴 구멍 형상을 이룬다.
이 접촉부(32)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 스토퍼부(31)의 서로 대향하는 한쌍의 스토퍼면(311) 사이에 수용되어, 이들 스토퍼면(311)에 접촉하는 것으로, 구체적으로는, 전술한 로드각 조정 기구가 기립 상태에 있는 기판 홀더(3)를 눕힌 상태로 이동시킴으로써, 접촉부(32)가 스토퍼부(31)의 위쪽으로부터 한 쌍의 스토퍼면(311) 사이로 들어간다.
이와 같이, 기판 홀더(3)가 눕힌 상태가 되고, 접촉부(32)가 한 쌍의 스토퍼면(311) 사이로 들어가 스토퍼부(31)에 접촉한 상태가, 전술한 전달 상태(A)이다. 이 전달 상태(A)에 있어서, 상대 회전 부재(22)는 회전이 규제되어 고정된다. 이것에 의해, 일체 회전 부재(21)를 회전시킴으로써, 일체 회전 부재(21)가 상대 회전 부재(22)에 대하여 상대적으로 회전하고, 전술한 바와 같이, 슬라이더(23)가 경사홈(2h) 내에서 슬라이딩하여, 승강핀(P)이 승강 이동한다.
한편, 기판 홀더(3)가 기립 상태가 되고, 접촉부(320가 스토퍼부(31)에 비접촉인 상태가, 전술한 비전달 상태(B)이다. 이 비전달 상태(B)에 있어서, 상대 회전 부재(22)는 회전이 허용되고, 일체 회전 부재(21)와 함께 일체적으로 회전한다. 이것에 의해, 일체 회전 부재(21)가 회전했다고 해도, 슬라이더(23)가 경사홈(2h) 내에서 슬라이딩하지 않아, 승강핀(P)은 승강 이동하지 않는다.
이어서, 전술한 반송 아암(4)이나 회전 기구(10) 등을 제어하는 제어 장치(C)(도 1 참조)에 대해서 설명한다.
제어 장치(C)는, CPU, 메모리, 디스플레이, 입력 수단 등을 갖는 것으로서, 그 메모리에 기억된 프로그램에 따라서, 예컨대 이하에 나타내는 제어를 행하는 것이다.
우선, 제어 장치(C)는, 반송 아암(4)을 제어하여, 기판(W)을 눕힌 상태에 있는 기판 홀더(3)의 위쪽으로 이송하여, 상기 기판 홀더(3)에 배치한다(S1).
다음에, 제어 장치(C)는, 기판 홀더(3)에 배치된 기판(W)을 정전 척에 의해 유지시킨 후, 로드각 조정 기구를 제어하여, 기판 홀더(3)를 눕힌 상태에서 기립 상태로 회전시킨다(S2).
그 후, 이온 빔 조사시에 있어서, 제어 장치(C)는, 트위스트각 조정 기구를 제어하여, 기판 홀더(3)를 기판(W)과 직교하는 축 주위로 회전시켜, 기판(W)의 결정축과 이온 빔의 조사 방향을 소정의 형성 각도로 설정하고, 그 후, 기판 홀더(3)를 소정 방향을 따라 주사 이동시킨다(S3).
이 때, 기판 홀더(3)가 기립 상태에 있기 때문에, 전달 상태 전환 기구(30)는, 비전달 상태(B)이므로, 트위스트각 조정 기구에 의한 회전 동력은, 승강핀(P)에는 전달되지 않고, 기판 홀더(3), 일체 회전 부재(21), 및 상대 회전 부재(22)가 일체적으로 회전한다.
기판(W)에의 이온 빔 조사가 종료되면, 다시 로드각 조정 기구를 제어하여, 기판 홀더(3)를 기립 상태에서 눕힌 상태로 회전시키고, 기판 홀더(3)를 기립 상태에서 눕힌 상태로 회전시킴으로써, 전술한 접촉부(32)가 한 쌍의 스토퍼면(311) 사이로 들어가는 상태로 한다.
계속해서, 제어 장치(C)는, 로드각 조정 기구를 제어하여, 기판 홀더(3)를 기립 상태에서 눕힌 상태로 회전시킨다. 이것에 의해, 접촉부(32)가 한 쌍의 스토퍼면(311) 사이로 들어가 스토퍼부(31)에 접촉하고, 전달 상태 전환 기구(30)가, 비전달 상태(B)에서 전달 상태(A)로 전환된다(S4).
그 후, 제어 장치(C)는, 기판 홀더(3)에 의한 정전 척을 오프한다(S5).
그리고, 제어 장치(C)는, 회전 기구(10)인 트위스트각 조정 기구를 다시 제어하여, 눕힌 상태에 있는 기판 홀더(3)를 기판(W)과 직교하는 축 주위로 정회전시킨다(S6).
이 때, 상대 회전 부재(22)가 고정되어 있기 때문에, 일체 회전 부재(21)가 상대 회전 부재(22)에 대하여 상대적으로 회전하고, 슬라이더(23)가 제2 평단부(2hc)에서 경사부(2ha)를 올라가 제1 평단부(2hb)에 도달하고, 이 슬라이더(23)의 이동에 연동하여 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)에서 돌출 위치(y)로 상승하며, 기판(W)은 복수의 승강핀(P)에 의해 들어올려진다(S7).
여기서, 본 실시형태의 동력 전달 기구(200)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 승강핀(P)이 돌출 위치(y)에 도달했을 때에, 전술한 슬라이더(23)가, 경사홈(2h)의 일부를 이루는 제2 평단부(2hc)의 단부 내면과는 접촉하지 않도록 해 둔다. 즉, 이 실시형태에 있어서의 제2 평단부(2hc)는, 승강핀(P)이 돌출 위치(y)에 있는 상태에 있어서, 그 단부 내면과 슬라이더(23)가 비접촉인 상태가 되는 길이로 설계되어 있다.
또한, 제1 평단부(2hb)에 있어서도 동일하고, 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)에 있는 상태에서, 그 단부 내면과 슬라이더(23)가 비접촉인 상태가 되도록 설계되어 있다.
이와 같이, 여기서의 승강핀(P)의 상승은 기계적으로 정지되지 않고, 제어 장치(C)가, 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)에서 돌출 위치(y)에 도달한 시점에서, 회전 기구(10)에 의한 회전을 정지시키도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일체 회전 부재(21)의 외주면에, 직경 방향 외측으로 돌출되는 피검출부(5)가 설치되어 있고, 이 피검출부(5)의 위치를 검출하는 예컨대 적외선 센서 등의 위치 센서(6)가, 일체 회전 부재(21)의 회전에 상관없이 정지 상태에 있는 부재(Z)에 설치되어 있다.
이들 피검출부(5) 및 위치 센서(6)는, 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)에서 돌출 위치(y)에 도달했을 때에, 위치 센서(6)에 의해 피검출부(5)가 검출되도록 배치되어 있다.
이것에 의해, 제어 장치(C)는, 승강핀(P)이 돌출 위치(y)에 도달하여 위치 센서(6)가 피검출부(5)를 검출하면, 회전 기구(10)에 의한 회전을 정지시킨다(S8).
이상이, 승강핀(P)을 후퇴 위치(x)에서 돌출 위치(y)로 이동시킬 때까지의 제어 내용이다.
여기서, 본 실시형태의 제어 장치(C)는, 전술한 S6의 제어시에, 즉 트위스트각 조정 기구를 제어하여 눕힌 상태에 있는 기판 홀더(3)를 정회전시킬 때, 제3 회전 기구인 틸트각 조정 기구를 제어하여 기판 홀더(3)를 역회전시키도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 기판 홀더(3)가 눕힌 상태에 있는 경우, 트위스트각 조정 기구에 의한 기판 홀더(3)의 회전축과, 틸트각 조정 기구에 의한 기판 홀더(3)의 회전축은 동축 상에 있고, 트위스트각 조정 기구 및 틸트각 조정 기구가, 기판 홀더(3)를 서로 반대 방향으로 서로 동일한 각속도로 회전시키려고 함으로써, 기판 홀더(3) 및 상기 기판 홀더(3)에 배치된 기판(W)은 무회전 상태가 된다.
또한, 제어 장치(C)는, 전술한 S7의 제어시에, 즉 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)로부터 상승할 때, 기판 홀더(3)에 배치된 기판(W)의 외주부의 아래쪽으로 반송 아암(4)을 삽입하여, 그 반송 아암(4)을 들어올리도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 의해, 승강핀(P) 및 반송 아암(4)이 동시에 기판(W)을 들어올리도록, 기판 유지 장치(200) 및 반송 아암(4)이 제어되게 된다. 또한, 여기서 말하는 동시에 들어올린다고 하는 것은, 승강핀(P)이 상승하여 기판(W)에 접촉하는 타이밍과, 반송 아암(4)이 들어올릴 기판(W)에 접촉하는 타이밍이 반드시 일치하고 있을 필요는 없고, 한쪽이 먼저 접촉한 후에 다른 쪽이 접촉하는 경우도 포함한다.
이 반송 아암(4)에 의해 기판(W)를 들어올릴 때, 전술한 바와 같이, 기판(W)을 무회전 상태로 하고 있기 때문에, 반송 아암(4)과 기판(W)의 이면이 마찰되는 것을 막을 수 있어, 파티클의 발생이나 기판(W)의 손상 등을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여, 기판(W)은, 복수의 승강핀(P)에 의해 밀어 올려짐과 더불어, 반송 아암(4)에 의해 들어 올려져, 기판 홀더(3)로부터 분리된다.
이상과 같이 구성된 기판 유지 장치(200)에 따르면, 회전 기구(10)로서 기존의 트위스트각 조정 기구를 이용하고 있고, 그 회전 동력을, 동력 전달 기구(20)에 의해 승강핀(P)을 승강 이동시키는 승강 동력으로 변환하여 승강핀(P)에 전달시키기 때문에, 승강핀(P)을 승강 이동시키기 위한 모터 등의 동력을 별도로 이용하지 않고, 복수의 승강핀(P)에 의해 기판(W)의 복수 개소를 들어올릴 수 있다.
이것에 의해, 장치 전체를 대규모의 고가의 것으로 하지 않고, 기판(W)을 기판 홀더(3)로부터 들어올리는 것이 가능해진다.
또한, 전달 상태 전환 기구(30)가 전달 상태(A) 및 비전달 상태(B)로 전환되도록 구성되어 있기 때문에, 기판(W)을 기판 홀더(3)로부터 분리할 때에는, 동력 전달 기구(20)에 의한 승강핀(P)에의 동력 전달을 가능하게 하면서, 기판(W)에 이온 빔(IB)을 조사할 때에는, 승강핀(P)에 동력을 전달시키지 않고, 지금까지와 같은 기판 처리를 행할 수 있다.
덧붙여, 승강핀(P) 및 반송 아암(4)이 동시에 기판(W)을 들어올리기 때문에, 반송 아암(4)에 의해 기판(W)을 들어올리는 것을, 승강핀(P)에 의해 어시스트하게 할 수 있어, 기판(W)을 보다 안정한 자세로 기판 홀더(3)로부터 들어올릴 수 있다.
게다가, 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)로부터 돌출 위치(y)에 도달하여 위치 센서(6)가 피검출부(5)를 검출했을 때에, 트위스트각 조정 기구에 의한 기판 홀더(3)의 회전을 정지시키기 때문에, 기판 홀더(3)의 회전을 기계적으로 정지시키는 경우에 비하여, 슬라이더(23)가 경사홈(2h)의 단부 내면과 접촉하는 일이 없게 됨으로써, 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 더불어, 슬라이더(23)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 기판 유지 장치(200)를 구성하는 회전 기구(10)는, 상기 실시형태에서는 제2 회전 기구인 트위스트각 조정 기구를 이용하여 구성되어 있지만, 제3 회전 기구인 틸트각 조정 기구를 이용하여 구성된 것이어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 승강핀(P) 및 반송 아암(4)이 동시에 기판(W)을 들어올리도록 하였지만, 승강핀(P)이 후퇴 위치(x)로부터 돌출 위치(y)에 도달한 후, 즉 승강핀(P)이 기판 홀더(3)로부터 기판(W)을 분리한 후, 그 기판(W)을 반송 아암(4)이 더 들어올리도록 하여도 좋다.
상기 실시형태에서는, 경사홈(2h)이 상대 회전 부재(22)의 외주면에 형성되어 있고, 슬라이더(23)가 일체 회전 부재(21)에 설치되어 있었지만, 경사홈(2h)이 일체 회전 부재(21)의 내주면에 형성되어 있고, 슬라이더(23)가 상대 회전 부재(22)에 설치되어 있어도 좋다.
기판(W)은, 상기 실시형태에서는 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)보다도 큰 것이었지만, 기판 홀더(3)의 기판 배치면(3a)과 동일하거나 혹은 작은 사이즈의 것이어도 좋다.
이 경우, 승강핀(P)을 이용하여 기판(W)을 들어올린 후, 반송 아암(4)을 기판(W)의 외주부의 아래쪽으로 삽입하여 들어올려, 기판 홀더(3)로부터 분리하도록 하면 좋다.
또한, 승강핀(P)은, 반드시 기판 홀더(3)에 형성된 관통 구멍(3h) 내를 승강 이동하는 것일 필요는 없고, 기판 홀더(3)의 외측에 있어서, 기판 배치면(3a)보다도 아래쪽의 후퇴 위치(x)와 기판 배치면(3a)보다도 위쪽의 돌출 위치(y) 사이를 이동하도록 하여도 좋다.
그 밖에, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
100 : 이온 빔 조사 장치 W : 기판
IB : 이온 빔 3 : 기판 홀더
4 : 반송 아암 200 : 기판 유지 장치
10 : 회전 기구(트위스트각 조정 기구) P : 승강핀
3h : 관통 구멍 20 : 동력 전달 기구
30 : 전달 상태 전환 기구

Claims (3)

  1. 기판을 유지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더를 회전시키는 회전 기구와,
    상기 기판 홀더의 기판 배치면보다도 아래쪽에 위치하는 후퇴 위치, 및 상기 기판 배치면으로부터 돌출되는 돌출 위치 사이를 승강 이동하는 복수의 승강핀과,
    상기 회전 기구 및 상기 승강핀 사이에 개재하여 설치되고, 상기 회전 기구의 상기 기판 홀더를 회전시키는 동력을, 상기 승강핀을 상기 후퇴 위치 및 상기 돌출 위치 사이에서 이동시키는 동력으로 변환하여 상기 승강핀에 전달하는 동력 전달 기구
    를 포함하는 기판 유지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동력 전달 기구가,
    상기 기판 홀더에 부착되어, 상기 기판 홀더와 함께 회전하는 일체 회전 부재와,
    상기 일체 회전 부재의 회전축 주위로, 상기 일체 회전 부재에 대하여 상대적으로 회전 가능한 상대 회전 부재와,
    상기 일체 회전 부재 또는 상기 상대 회전 부재 중 한쪽에 설치된 경사홈과,
    상기 일체 회전 부재 또는 상기 상대 회전 부재 중 다른 쪽에 설치되어 상기 경사홈에서 슬라이딩함과 더불어, 상기 승강핀과 일체적으로 설치된 슬라이더
    를 포함하는 기판 유지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더가 눕힌 상태와 기립 상태 사이를 이동 가능하게 구성된 것이며,
    상기 동력 전달 기구에 의한 상기 승강핀에의 동력 전달을 가능하게 하는 전달 상태와, 상기 동력 전달 기구에 의한 상기 승강핀에의 동력 전달을 불가능하게 하는 비전달 상태로 전환되는 전달 상태 전환 기구를 더 포함하고,
    상기 기판 홀더가 상기 눕힌 상태에서 상기 기립 상태로 이동한 경우에, 상기 전달 상태 전환 기구가 상기 전달 상태에서 상기 비전달 상태로 전환되고, 상기 기판 홀더가 상기 기립 상태에서 상기 눕힌 상태로 이동한 경우에, 상기 전달 상태 전환 기구가 상기 비전달 상태에서 상기 전달 상태로 전환되는 기판 유지 장치.
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