KR20220069084A - 기판 회전 장치 - Google Patents

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KR20220069084A
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노보루 우에하라
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산텍 가부시키가이샤
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Abstract

기판 회전 장치는, 주회전 기구와, 부회전 기구와, 가이드 구조를 구비한다. 주회전 기구는 제1 회전 축을 중심으로 회전한다. 주회전 기구는 부회전 기구를 구비한다. 부회전 기구는, 주회전 기구의 회전에 수반하여 제1 회전 축의 주위를 공전하고, 제2 회전 축을 중심으로 자전한다. 제2 회전 축은 제1 회전 축에 대한 반경 방향으로 변위한다. 가이드 구조는 제1 회전 축에 대한 둘레 방향으로 뻗어 있는 접촉면을 갖는다. 가이드 구조는, 반경 방향에 있어서의 제2 회전 축의 변위를 제어하여, 접촉면과 부회전 기구가 접촉할 때, 부회전 기구를 접촉면을 따르는 궤도로 공전 운동시킨다.

Description

기판 회전 장치
본 발명은 성막용 기판 회전 장치에 관한 것이다.
<관련 출원의 상호 인용>
본 국제출원은 2019년 10월 15일에 일본 특허청에 출원된 일본특허출원 제2019-188681호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 일본특허출원 제2019-188681호의 전체 내용을 본 국제출원에 참조에 의해 원용한다.
복수의 렌즈에 균일한 두께의 박막을 형성하기 위하여, 복수의 렌즈를 각각 회전 가능하게 유지하는 렌즈 홀더를 구비하는 박막 증착 장치가 이미 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 상기 박막 증착 장치에서는, 렌즈 홀더가 회전할 때, 렌즈가 유성 기어 기구에 의해 렌즈 홀더 상에서 회전한다. 이로써 렌즈는 자전하면서 렌즈 홀더의 회전에 맞추어 공전한다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평6-192835호
광학 및 반도체 분야에서 이용되는 성막 장치에 있어서는, 통상 기판 상에 균일하게 박막이 형성된다. 큰 기판에 균일한 막두께로 박막을 형성할 수 있으면, 성막에 관한 비용을 저하시켜 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 증착원 등의 막재료원으로부터 비산 입자로서 발생되는 막재료의, 기판에 대한 공간 분포는 불균일하다. 불균일성은 기판의 넓은 면적에 박막을 형성하려고 할수록 악화된다.
이로 인하여, 기판 상에 형성된 불균일한 두께의 박막을 막두께 보정판으로 평균화하는 것에 의해 막두께를 균일화하는 것이 종래 이루어지고 있었다. 그러나, 막두께 보정판을 이용하여 막두께를 균일화하는 방법으로는, 막두께 보정판을 고정밀도로 기판 상에 장착하지 않으면 안 되고, 나아가서는 비산 입자의 공간 분포에 맞추어 막두께 보정판을 다시 만들 필요가 있었다.
인용문헌 1과 같이, 렌즈 등의 성막 대상의 기판을 성막 시에 공전 및 자전시키는 기술에 의해서도 불균일한 비산 입자의 공간 분포의 영향을 억제하여, 기판 상에 대략 균일한 박막을 형성할 수 있다. 그러나 이러한 기술로도 박막의 균일성에는 개선의 여지가 있었다.
따라서, 본 발명의 몇 가지 실시형태에 의하면, 종래보다 기판 상에 균일한 두께의 막을 형성하기 적합한 기술을 제공할 수 있는 것이 바람직하다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 성막용 기판 회전 장치가 제공된다. 기판 회전 장치는 주회전 기구와, 부회전 기구와, 가이드 구조를 구비한다. 주회전 기구는 제1 회전 축을 중심으로 회전한다.
주회전 기구는 부회전 기구를 구비한다. 부회전 기구는 주회전 기구의 회전에 수반하여 제1 회전 축의 주위를 공전하고, 제2 회전 축을 중심으로 자전한다. 부회전 기구는 성막 대상의 기판을 지지하는 지지 구조를 갖는다. 지지 구조는 제2 회전 축을 중심으로 회전한다. 제2 회전 축은 제1 회전 축에 대한 반경 방향으로 변위한다.
가이드 구조는 제1 회전 축의 주위에 설치되어, 부회전 기구의 공전 운동을 제어한다. 가이드 구조는 제1 회전 축에 대한 둘레 방향으로 뻗어 있는 접촉면을 갖는다. 가이드 구조는 반경 방향에 있어서의 제2 회전 축의 변위를 제어하여, 접촉면과 부회전 기구가 접촉할 때, 부회전 기구를 접촉면을 따르는 궤도로 공전 운동시킨다.
종래와 같이, 유성 기어 기구를 이용하여 성막 대상의 기판의 지지 구조를 공전 및 자전하는 방법에서는 공전 궤도가 진원(perfect circle)의 원 궤도가 된다. 본 개시자는 상기 원 궤도가 기판 상에 균일한 막두께를 고정밀도로 형성하는 것을 방해한다는 것을 이해했다.
상기 설명한 몇 가지 실시형태에 관한 기판 회전 장치에 의하면, 가이드 구조에 의해 지지 구조의 공전 궤도를 제어할 수 있으므로, 유성 기어 기구와 같이 지지 구조의 공전 궤도가 기어의 형상에 대응하는 진원으로 한정되지 않는다. 즉, 몇 가지 실시형태에 관한 기판 회전 장치에 의하면, 가이드 구조를 진원 이외의 형상으로 함으로써, 진원 이외의 공전 궤도를 실현할 수 있다.
이와 같이, 몇 가지 실시형태에 의하면, 지지 구조 및 기판의 회전 운동의 설계 자유도를 높일 수 있다. 이러한 설계 자유도는, 막재료의 공간 분포의 불균일성을 없애도록, 성막 대상의 기판 내의 각 점의 위치를 상기 공간 분포에 대해서 변위시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 몇 가지 실시형태에 의하면, 기판 상에 고정밀도로 균일한 박막을 형성 가능한 성막용 기판 회전 장치를 제공할 수 있다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 접촉면은, 가이드 구조가 구비하는 제1 회전 축을 향하는 내주면이어도 된다. 내주면은 부회전 기구의 반경 방향 외측으로의 변위를 규제해도 된다.
부회전 기구에는 주회전 기구의 회전계에 있어서 반경 방향 외측에 원심력이 작용한다. 즉, 부회전 기구는 반경 방향 외측으로 변위하려고 한다. 가이드 구조의 내주면에서의 부회전 기구와의 접촉에 의해, 원심력에 의한 변위를 규제하면, 부회전 기구를 안정적으로 가이드 구조의 내주면을 따르는 궤도로 공전시킬 수 있어, 지지 구조의 공전 운동을 고정밀도로 제어할 수 있다. 이러한 고정밀 제어는 균일한 막두께의 형성에 공헌한다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 주회전 기구는 제1 회전 축을 중심으로 회전하는 회전 판을 가져도 된다. 회전 판은 반경 방향을 따르는 슬릿을 가져도 된다. 부회전 기구는 슬릿을 관통하는 제2 회전 축을 갖고 있어도 된다.
부회전 기구는, 제2 회전 축의 제1 단부에, 지지 구조를 갖는 회전 대를 갖고 있어도 된다. 부회전 기구는, 제2 회전 축의 제1 단부와는 반대측인 제2 단부에, 가이드 구조의 접촉면 상을 주행하는 차륜을 갖고 있어도 된다. 공전 운동에 수반하여 차륜이 접촉면 상을 주행하고 있는 동안, 차륜과 제2 회전 축을 통하여 연결된 회전 대가 자전해도 된다.
이러한 기판 회전 장치에 의하면, 부회전 기구의 가이드 구조를 따르는 공전 및 자전을 비교적 간단한 기계 구조에 의해 실현할 수 있다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 부회전 기구는, 접촉면에 압접하는 방향으로 부회전 기구를 부세하는 스프링을 개재하여 주회전 기구와 연결되어도 된다. 이러한 부세는, 부회전 기구를 가이드 구조의 접촉면을 따라 안정적으로 또한 정확하게 공전시키는 것을 가능하게 하여, 결과적으로 막두께의 균일성을 향상시킨다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 기판 회전 장치는, 부회전 기구가 타원 궤도로 제1 회전 축의 주위를 공전 운동하도록 구성되어도 된다. 몇 가지 실시형태에 의하면, 가이드 구조의 접촉면은 둘레 방향에 있어서 타원형으로 배치되어도 된다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 가이드 구조의 접촉면은 둘레 방향에 있어서 점대칭이 아닌 환형으로 배치되어도 된다. 부회전 기구는, 비점대칭의 궤도로 제1 회전 축의 주위를 공전 운동해도 된다. 이러한 공전 궤도는 균일한 막두께의 형성에 유리하다. 왜냐하면, 막재료의 공간 분포는 대부분의 경우 점대칭의 분포를 나타내기 때문이다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 가이드 구조는, 접촉면의 적어도 일부를 반경 방향으로 이동시키기 위한 슬라이드 기구를 구비해도 된다. 슬라이드 기구를 구비하는 기판 회전 장치에 의하면, 이용자는 슬라이드 기구를 통하여 공전 궤도를 조정할 수 있어, 보다 고정밀도로 균일한 막두께를 기판 상에 형성할 수 있다.
도 1은 몇 가지 실시형태에 있어서의 기판 회전 장치를 구비하는 유전체막 증착 장치의 개념도이다.
도 2는 몇 가지 실시형태에 있어서의 기판 회전 장치의 개략 평면도이다.
도 3은 몇 가지 실시형태에 있어서의 안내 장치의 개략 평면도이다.
도 4는 몇 가지 실시형태에 있어서의 기판 회전 장치의 회전 축 방향을 따르는 개략 단면도이다.
도 5는 몇 가지 실시형태에 있어서의 부회전 장치가 장착된 주회전 장치의 개략 배면도이다.
도 6은 몇 가지 실시형태에 있어서의 슬릿의 긴 방향과 직교하는 단면에 있어서의 부회전 장치의 개략 단면도이다.
도 7A는 몇 가지 실시형태에 있어서의 공전 및 자전 운동을 설명한 도면이다.
도 7B는 몇 가지 실시형태에 있어서의 공전 및 자전 운동을 설명한 도면이다.
도 8은 막두께에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 몇 가지 실시형태에 있어서의 가이드 레일의 둘레 방향의 외형을 나타낸 도면이다.
도 10은 몇 가지 실시형태에 있어서의 슬라이드 기구를 구비하는 가이드 레일의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에 몇 가지 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)는, 유전체막 증착 또는 결정 성장에 이용되는 성막용 기판 회전 장치(100)이다. 기판 회전 장치(100)는, 기판(200) 상으로의 균일한 박막 형성을 지원하기 위하여, 모터(110)로부터의 동력을 받아 성막 대상인 기판(200)을 공전 및 자전시킨다.
기판(200)의 예에는 광학 기판 외에, 반도체 장치의 제조에 이용되는 기판이 포함된다. 광학 기판에 대한 박막 형성은, 예를 들면, 광학 기판에 대해서 소정의 광학 특성을 부여하기 위해서 이루어진다. 광학 기판의 예에는 평면 기판 외에, 볼록면 또는 오목면을 갖는 기판이 포함된다.
기판 회전 장치(100)는, 예를 들면 도 1에 나타내듯이, 복수의 증착원(10)을 갖는 유전체막 증착 장치(1)의 용기(15) 내에 배치된다. 기판 회전 장치(100)에서는, 기판(200)의 성막 대상면이 증착원(10)과 대향한다.
기판 회전 장치(100)는, 모터(110)로부터의 동력을 받아 용기(15) 내에서 기판(200)을 공전 및 자전시킨다. 용기(15)는 진공 상태로 유지된다. 이러한 상태에서, 증착원(10)으로부터는 막재료가 기화되어, 기화된 막재료가 비산 입자로서 용기(15) 내에 비산한다. 도 1에 있어서의 파선은 비산 입자의 확대를 개념적으로 나타내고, 화살표는 비산 방향을 개념적으로 나타낸다.
비산 입자가 기판(200)에 부착하는 것에 의해 기판(200) 상에는 박막이 형성된다. 복수의 증착원(10)은 다른 종류의 박막을 기판(200) 상에 적층할 때, 순서대로 동작한다. 각 증착원(10)은 동작 시에 대응하는 종류의 박막이 기판(200) 상에 형성되도록, 대응하는 막재료를 기화 및 비산시킨다.
각 증착원(10)으로부터 기판(200) 상에 비산하는 막재료의 공간 분포는 대략 점대칭의 기하학 형상을 나타낸다. 중심에 가까울수록 막재료의 비산량은 많고, 중심으로부터 멀어질수록 막재료의 비산량은 적다.
따라서, 기판(200)에 형성되는 박막의 막두께 λ는, 통상 함수 λ=T(r)=T0+k1·r+k2·r2+k3·r3+ ...를 따르는 분포, 즉, 중심으로부터의 거리 r을 변수로서 갖는 일변 다수항식를 따르는 분포를 나타낸다. 기판(200)이 회전 운동하지 않고 정지하고 있는 상태로 박막 형성이 이루어지는 경우, 계수 k1, k2, k3, ...은, 막재료의 비산 분포에 따른다.
몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)에서는, 기판(200)을, 공전 및 자전시키는 것에 의해, 기판(200) 상의 각 점을 막재료의 비산 분포에 대해서 변위시킨다. 이로써, 계수 k1, k2, k3, ...을 제로에 가깝게 하여, 정수항 T0만의, 거리 r에 의존하지 않는 균일한 막두께 λ의 분포 T(r)를 나타내는, 일정한 박막을 기판(200)의 넓은 면적에 대해서 형성한다.
기판 회전 장치(100)는, 타원 등의 진원이 아닌 비점대칭의 공전 궤도를 실현하는 것에 의해, 종래보다 균일한 박막 형성을 실현한다. 이러한 공전 궤도를 위해, 기판 회전 장치(100)는 도 2에 나타내듯이 구성된다.
도 2에 나타내는 기판 회전 장치(100)는, 안내 장치(130)와, 안내 장치(130) 상에 장착되는 주회전 장치(150)와, 주회전 장치(150)에 장착되는 복수의 부회전 장치(170)를 구비한다.
도 2에 있어서의 파선은 기판 회전 장치(100)의 표면으로부터 이측에 위치하는 부위의 일부를 투과해 나타낸다. 도 2에 있어서의 화살표는, 주회전 장치(150)가 회전 운동하는 것, 부회전 장치(170)가 부분적으로 회전 운동 및 직선 운동하는 것을 나타내고 있다.
안내 장치(130)는, 도 3 및 도 4에 나타내듯이, 기초 판(131)과, 기초 판(131)에 볼 베어링(133)을 개재하여 회전 가능하게 유지되는 샤프트(135)와, 가이드 부재(137)를 구비한다.
가이드 부재(137)는, 가이드 레일(137A)과, 가이드 레일(137A)의 윤곽과 동일한 형상의 주연을 갖는 저 판(137C)을 구비한다. 도 4에 나타내듯이, 가이드 레일(137A)은 저 판(137C)의 주연으로부터 돌출되어 형성된다.
저 판(137C)은 샤프트(135)를 통과시키기 위한 구멍(137D)을 갖는다. 가이드 부재(137)는, 구멍(137D)에 샤프트(135)가 관통한 상태에서, 기초 판(131)에 예를 들면 나사 고정에 의해 고정된다.
가이드 레일(137A)은, 가이드 부재(137)가 기초 판(131)에 고정된 상태에서, 샤프트(135)의 주위에 있어서, 비점대칭의 환형으로 배치된다. 도 3에 나타내는 예에 의하면, 가이드 레일(137A)은 둘레 방향으로 타원형의 윤곽을 갖는다.
주회전 장치(150)는, 안내 장치(130)에 대해 회전 가능하게 유지된다. 주회전 장치(150)는, 도 2 및 도 4에 나타내듯이, 주회전 판(151)과 샤프트(155)를 구비한다. 샤프트(155)는, 주회전 판(151)의 중심으로부터 안내 장치(130)를 향해 주회전 판(151)의 법선 방향으로 연장되어 있다. 샤프트(155)는 주회전 판(151)에 연결되며, 나아가서는 안내 장치(130)의 샤프트(135)의 제1 단에 연결된다.
샤프트(135)의 제2 단은 안내 장치(130)의 이면으로 돌출된다. 샤프트(135)의 제2 단에는 모터(110)가 연결된다. 이로써, 주회전 장치(150)는, 주회전 판(151)이 모터(110)로부터의 동력을 받아 샤프트(155)를 중심으로 회전하도록 안내 장치(130) 상에 배치된다.
도 2에 나타내듯이, 주회전 판(151)은 90도 간격으로 반경 방향으로 연장되는 긴 슬릿(159)을 구비한다. 부회전 장치(170)의 수는 슬릿(159)과 동일하다. 부회전 장치(170)의 각각은 대응하는 슬릿(159)을 관통한다.
부회전 장치(170)의 각각은 도 2, 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내듯이, 회전 대(171), 샤프트(175), 차륜(179), 1축 슬라이드 스테이지(180), 스프링 구조(185)를 구비한다. 1축 슬라이드 스테이지(180)는, 도 4에 있어서 파선에 대응하는 위치에 배치된다. 도 4에 있어서 1축 슬라이드 스테이지(180)의 상세는 생략된다.
샤프트(175)는 슬릿(159) 및 1축 슬라이드 스테이지(180)를 관통한다. 1축 슬라이드 스테이지(180)는 슬릿(159)을 따라 형성되어, 주회전 판(151)의 이면에 고정된다.
1축 슬라이드 스테이지(180)는 샤프트(175)를, 슬릿(159)을 따라 주회전 판(151)의 반경 방향으로 이동 가능하게 유지한다. 1축 슬라이드 스테이지(180)는, 샤프트(175)를 회전 가능하게 유지하기 위한 볼 베어링(181A)을 포함하는 스테이지 본체(181)를 구비한다. 스테이지 본체(181)는 슬릿(159)을 따라 주회전 판(151)의 반경 방향으로 슬라이드한다.
샤프트(175)의 제1 단은 주회전 판(151)의 표면으로부터 돌출된다. 샤프트(175)의 제1 단은, 회전 대(171)의 이측에서 회전 대(171)의 중심에 연결된다. 이로써 회전 대(171)는, 샤프트(175)를 중심으로 회전 가능한 상태, 또한, 샤프트(175)의 이동에 수반하여 주회전 판(151)의 반경 방향으로 직선 운동 가능한 상태로 주회전 판(151)의 표측에 배치된다.
회전 대(171)는 원형의 윤곽을 갖고, 표측에 직사각 형상의 기판(200)을 지지하는 지지 구조를 갖는다. 구체적으로는, 회전 대(171)는 표측에 기판(200)의 형상에 대응한 직사각 형상의 오목부(171A)를 갖고, 오목부(171A)에 끼워넣어진 기판(200)을 지지한다.
회전 대(171)는, 도 4 및 도 6에 나타내듯이 중공의 내부 구조를 갖고, 기판(200)의 가장자리를 기판(200)의 이측으로부터 지지한다. 회전 대(171)에 연결되는 샤프트(175)는 중공의 통형 부재이다. 회전 대(171)의 공동부(171B)는 샤프트(175)의 제1 단과는 반대측인 제2 단까지 연통한다.
샤프트(175)의 제2 단은 주회전 판(151)의 이측에 위치한다. 샤프트(175)의 제2 단에는 샤프트(175)의 개구부를 덮도록 수광 센서(RS)가 설치된다. 수광 센서(RS)는, 기판(200) 상으로부터 조사되어, 기판(200) 및 상기 공동부(171B)를 통과하여 전파되어 오는 측정광을 수광하고, 그 수광한 측정광의 수광 강도에 대응하는 신호를 출력한다. 수광 센서(RS)에 의해 출력된 신호는 기판(200)에 형성된 박막의 두께를 계측하기 위해서 이용된다.
샤프트(175)의 제2 단은 차륜(179)의 중심에 연결된다. 이와 같이 하여 샤프트(175)의 제1 단에 회전 대(171)가 연결되고, 샤프트(175)의 제2 단에 차륜(179)이 연결되는 것에 의해, 회전 대(171)는 차륜(179)의 회전에 맞추어 샤프트(175)를 중심으로 회전(즉, 자전)한다.
차륜(179)의 구성에 있어서, 원형의 윤곽을 갖는 차륜 본체(179A)의 측벽에 O링(179B)이 장착된다. 차륜(179)은 가이드 레일(137A)의 내주면(137B) 상을 주행하도록, 가이드 레일(137A)의 내주면(137B)에 O링(179B)이 접촉하는 높이에 배치된다.
즉, 차륜(179)은, 주회전 판(151)이 회전할 때, 주회전 판(151)의 회전에 의해 발생하는 회전 대(171)의 공전 운동에 맞추어 가이드 레일(137A)의 내주면(137B) 상을 주행한다.
스프링 구조(185)는, 차륜(179)이 가이드 레일(137A)의 내주면(137B)으로부터 멀어지는 일 없이, 나아가서는 슬립하는 일없이, 가이드 레일(137A)의 내주면(137B) 상을 안정 주행하는 거동을 실현하기 위해 형성된다.
스프링 구조(185)는, 슬릿(159)을 사이에 두고 슬릿(159)의 긴 방향을 따라 배치된 2개의 스프링(185A)을 구비한다. 2개의 스프링(185A)의 제1 단은, 슬릿(159)보다 주회전 판(151)의 반경 방향 외측에서 스프링 고정부(185B)에 연결된다. 스프링 고정부(185B)는 주회전 판(151)의 이면에 고정된다.
2개의 스프링(185A)의 제1 단과는 반대측인 제2 단은, 1축 슬라이드 스테이지(180)의 스테이지 본체(181)에 연결된다. 스프링(185A)의 길이는 장력이 작용하지 않은 상태에서 슬릿(159)보다 충분히 짧다.
상기 스프링 구조(185)에 의해, 차륜(179)은 스테이지 본체(181) 및 샤프트(175)를 통하여, 주회전 판(151)의 반경 방향 외측을 향하는 장력을 스프링(185A)으로부터 받아, 가이드 레일(137A)의 내주면(137B)에 압접된다.
즉, 차륜(179)은, 스프링(185A)으로부터 반경 방향 외측으로의 부세력을 받아 가이드 레일(137A)의 내주면(137B)에 압접된다. 이로써, 차륜(179)은, 가이드 레일(137A)의 내주면(137B)에서 슬립하거나 가이드 레일(137A)로부터 이간하는 일이 거의 없는 상태로 자전하면서 가이드 레일(137A)을 따르는 궤도상을 공전한다.
도 3에 나타내듯이 가이드 레일(137A)이 타원형일 때, 부회전 장치(170)의 차륜(179) 및 그에 연동하는 회전 대(171)는, 도 7A 및 도 7B에 나타내듯이 타원 궤도로 공전하면서 자전한다. 도 7A에 나타내듯이 차륜(179)이 배치된 상태로부터, 주회전 판(151)이 화살표 방향으로 각도 α 회전하면, 차륜(179)은 타원 궤도를 그리면서 도 7B에 나타내는 위치로 이동한다. 도 7A 및 도 7B에 있어서 주회전 판(151)은 파선으로 나타난다.
주회전 판(151)의 회전 시, 주회전 판(151)의 반경 방향에 있어서의 회전 대(171) 및 차륜(179)의 위치는, 원심력, 스프링 구조(185)에 의한 부세력, 및 가이드 레일(137A)로부터 차륜(179)으로의 항력을 수반하는 역학적 작용에 의해, 가이드 레일(137A)을 따르는 위치로 제어된다. 즉, 가이드 레일(137A)은, 부회전 장치(170)의 차륜(179)과의 접촉에 의해 상기 반경 방향에 있어서의 차륜(179) 및 샤프트(175)의 위치를 제어하여, 그것에 의해 회전 대(171)의 공전 운동을 제어한다.
몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)는, 가이드 레일(137A)을 이용한 공전 궤도의 제어에 의해, 기판(200)을 지지하는 회전 대(171)를, 비점대칭의 타원 궤도를 따라 공전시키면서 회전 대(171)를 자전시킨다. 이러한 공전 및 자전에 의해, 기판(200) 상의 각 점을, 증착원(10)으로부터의 막재료의 불균일한 공간 분포를 횡단하도록 복잡하게 변위시켜, 기판(200)의 표면에 균일한 두께의 박막이 형성되도록 한다.
도 8에 나타내는 그래프는, 비교 실험을 위하여, 주회전 판(151) 상에서 인접하는 2개의 부회전 장치(170)의 사이에 주회전 판(151)에 대해서 움직이지 않게 고정한 기판 유지 대를 설치한 상태에서, 기판 회전 장치(100)를 회전시키면서 박막 형성을 실시했을 때의, 회전 대(171)에 유지된 기판(200)의 막두께 λ와, 기판 유지 대에 유지된 기판(200)의 막두께 λ를 계측한 결과를 나타낸다.
그래프에 있어서의 가로 축은, 기판(200) 표면의 위치를 나타낸다. 그래프에 있어서의 세로 축은, 기판(200)의 표면에 형성된 박막의 막두께 λ를 나타낸다. 실선으로 나타난 그래프가, 기판 유지 대에 재치된 기판(200) 상의 막두께 λ의 공간 분포를 나타내고, 점선으로 나타난 그래프가, 몇 가지 실시형태의 회전 대(171)에 재치된 기판(200) 상의 막두께 λ의 공간 분포를 나타낸다. 이와 같이, 몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)에서는, 매우 높은 정밀도로 기판(200) 상에 균일한 두께(λ)의 박막을 형성할 수 있는 것을 이해할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)에서는, 주회전 기구에 대응하는 주회전 장치(150)가 제1 회전 축(샤프트(135, 155))을 중심으로 회전한다.
부회전 기구에 대응하는 부회전 장치(170)의 회전 대(171), 샤프트(175) 및 차륜(179)이, 주회전 판(151)의 회전에 수반하여 제1 회전 축(샤프트(135, 155))의 주위를 공전하고, 제2 회전 축(샤프트(175))을 중심으로 자전한다. 회전 대(171), 샤프트(175), 및 차륜(179)은 주회전 판(151)에 설치된다.
부회전 장치(170)에 있어서는, 기판(200)의 지지 구조(오목부(171A))를 구비하는 회전 대(171)가 제2 회전 축(샤프트(175))을 중심으로 회전하고, 나아가서는, 제2 회전 축(샤프트(175))이 주회전 판(151)의 반경 방향으로 변위한다.
가이드 구조를 구성하는 가이드 레일(137A)은, 부회전 장치(170)의 공전 운동을 제어하기 위해서 이용되는 내주면(137B)을 갖는다. 내주면(137B)은, 제1 회전 축(샤프트(135, 155))에 대한 둘레 방향으로 연장되어, 비점대칭의 환형의 윤곽을 갖고, 제1 회전 축을 향한다.
가이드 레일(137A)은, 내주면(137B)을 부회전 장치(170)의 차륜(179)과 접촉시키고, 주회전 판(151)의 반경 방향 외측으로의 차륜(179)의 변위를 규제한다. 이러한 규제에 의해, 가이드 레일(137A)은, 제2 회전 축(샤프트(175)) 및 회전 대(171)의 슬릿(159)을 따르는 반경 방향으로의 변위를, 부회전 장치(170)가 내주면(137B)에 대응하는 궤도(내주면(137B)을 따르는 궤도)로 공전 운동하도록 제어한다.
이와 같이 몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)는, 막두께 보정 판이나 유성 기어 기구를 이용하지 않고, 회전 대(171)의 자전을 수반하는, 비점대칭의 공전 운동을 실현하고, 기판(200)의 각 점을, 증착원(10)으로부터 비산하는 막재료의 공간 분포에 대해서 변위시킨다. 따라서, 실험 결과로부터도 이해할 수 있듯이, 고정밀도로 균일한 박막을 기판(200)의 표면 상에 형성할 수 있다.
유성 기어 기구를 이용한 성막에서는, 공전 궤도가 진원이기 때문에, 함수 T(r)의 우함수항, 즉 차수 n이 짝수인 rn항의 영향을, 그 계수를 제로에 가깝게 하여 제거하는 것이 어렵다. 이에 대해, 몇 가지 실시형태에서는, 비점대칭의 타원형의 공전 궤도로 회전 대(171)를 공전시킬 수 있으므로, 우함수항의 영향을 제거할 수 있어, 균일한 막두께 λ를 실현할 수 있다.
또한, 유성 기어 기구를 이용한 성막에서는, 공전 궤도가 진원이기 때문에, 비산 입자의 공간 분포가 상이한 복수의 증착원(10)을 이용하는 경우에, 증착원(10)의 각각에 형성되는 박막을 전부 균일하게 형성하는 것이 어려웠다. 몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)에 의하면, 이러한 불균일성도 억제할 수 있다. 즉, 기판 회전 장치(100)에 의하면, 복수의 증착원(10)의 각각을 이용하여 형성되는 박막을 종래보다 균일하게 형성할 수 있다.
다시 설명하면, 유성 기어 기구에서는, 회전 시에 진동이 발생하기 쉽지만, 몇 가지 실시형태의 기판 회전 장치(100)에 의하면, 회전 시의 진동도 억제할 수 있다. 이러한 진동 억제는 고정밀의 막두께의 형성에 공헌한다.
몇 가지 실시형태에서는, 기어가 아닌 가이드 레일(137A)을 이용하여 공전 궤도를 제어하기 때문에, 비교적 대규모 기판 회전 장치(100)를 제조하기 쉬워, 큰 기판(200)에 균일한 막두께를 형성 가능한 시스템을 구축할 수 있다. 따라서, 몇 가지 실시형태에 의하면, 성막에 관한 비용을 저하시켜 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
몇 가지 실시형태에서는, 스프링 구조(185)에 의한 부세력 및 원심력을 이용하여, 부회전 장치(170)의 차륜(179)을 가이드 레일(137A)의 내주면(137B)에 대해 이간하지 않도록, 나아가서는 슬립하지 않도록 압접한다. 그리고, 차륜(179)의 회전을 이용하여 회전 대(171)를 제2 회전 축(샤프트(175))을 중심으로 회전시킨다. 이는 기판(200)의 회전 운동의 고정밀 제어를 가능하게 하여, 고정밀의 박막 형성을 가능하게 한다.
몇 가지 실시형태에 의하면, 가이드 레일(137A)의 둘레 방향의 형상을 변경함으로써, 도 3에 나타나는 타원 궤도 이외의 다양한 공전 궤도도 용이하게 실현할 수 있다. 타원율은 도 3에 나타나는 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 공전 궤도는 타원율 a/b가 0.99 이하인 임의의 타원일 수 있다. 여기에서 a는 타원의 최단 거리이며, b는 타원의 최장 거리이다.
가이드 레일(137A)은, 도 9에 나타내듯이, 타원형 이외의 비점대칭의 환형의 윤곽을 갖는 가이드 레일(139A)로 변경되어도 된다. 가이드 레일(139A)은 기초 판(131) 상에 있어서, 둘레 방향으로 사행하도록 배치되어도 된다.
가이드 레일의 형상이 다른 복수의 가이드 부재(137)를 준비하고, 이들 가이드 부재(137)를 기초 판(131)에 대해서 새로 장착하는 것에 의해, 기판 회전 장치(100)에서는 매우 다양한 공전 운동을 실현할 수 있다.
기판 회전 장치(100)에는, 가이드 레일(137A, 139A)을 가동하기 위한 기구가 설치되어도 된다. 도 10에 나타내듯이, 기판 회전 장치(190)는, 제1 슬라이드 기구(141)와 제2 슬라이드 기구(142)를 구비한다. 제1 슬라이드 기구(141)는, 가이드 레일(139A)의 제1 부분(1391)을 제1 회전 축에 대한 반경 방향으로 슬라이드시킨다. 제2 슬라이드 기구(142)는, 가이드 레일(139A)의 제2 부분(1392)을 제1 회전 축에 대한 반경 방향으로 슬라이드시킨다. 제1 슬라이드 기구(141)와 제2 슬라이드 기구(142)는 안내 장치(130)의 기초 판(131) 상에 배치된다. 가이드 레일(139A)의 제1 부분(1391) 및 제2 부분(1392)은, 저 판 및 가이드 레일(139A)의 다른 부분으로부터 분리된다.
기판 회전 장치(190)는, 가이드 레일(139A)의 일부가 이동 가능하게 구성되는 것, 제1 및 제2 슬라이드 기구(141, 142)를 구비하는 것을 제외하면, 상기 설명한 실시형태의 기판 회전 장치(100)와 동일하게 구성될 수 있다. 기판 회전 장치(190)에 의하면, 막두께의 균일화를 위하여, 회전 대(171)의 공전 궤도를 조정할 수 있으므로, 보다 고정밀의 박막 형성을 실현할 수 있다.
상기의 몇 가지 실시형태에 있어서의 기판 회전 장치를 예시적으로 설명했지만, 기판 회전 장치가 상기 설명한 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 양태를 채용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 기판 회전 장치에 있어서 스프링 구조(185)는 형성되지 않아도 된다. 스프링 구조(185) 없이도 원심력에 의해 충분히 차륜(179)이 가이드 레일(137A) 상에 압입되는 경우도 있을 수 있다. 이 외에, 도면에 나타나는 기판 회전 장치(100)는 개념적인 것이며, 기판 회전 장치(100)의 각부의 치수나 형상은 도시되는 것으로 한정되지 않는다.
상기 실시형태에 있어서의 1개의 구성요소가 갖는 기능은 복수의 구성요소에 분산되어 형성되어도 된다. 복수의 구성요소가 갖는 기능은 1개의 구성요소에 통합되어도 된다. 상기 실시형태의 구성의 일부는 생략되어도 된다. 청구범위에 기재된 문언으로부터 특정되는 기술 사상에 포함되는 모든 양태가 본 개시의 실시형태이다.
1: 유전체막 증착 장치, 10: 증착원,
15: 용기, 100: 기판 회전 장치,
110: 모터, 130: 안내 장치,
131: 기초 판, 133: 볼 베어링,
135: 샤프트, 137: 가이드 부재,
137A: 가이드 레일, 137B: 내주면,
137C: 저 판, 137D: 구멍,
139A: 가이드 레일, 141: 제1 슬라이드 기구,
142: 제2 슬라이드 기구, 150: 주회전 장치,
151: 주회전 판, 155: 샤프트,
159: 슬릿, 170: 부회전 장치,
171: 회전 대, 171A: 오목부,
171B: 공동부(空洞部), 175: 샤프트,
179: 차륜, 179A: 차륜 본체,
179B: O링, 180: 1축 슬라이드 스테이지,
181: 스테이지 본체, 181A: 볼 베어링,
185: 스프링 구조, 185A: 스프링,
185B: 스프링 고정부, 190: 기판 회전 장치,
200: 기판, RS: 수광 센서.

Claims (8)

  1. 성막용 기판 회전 장치로서,
    제1 회전 축을 중심으로 회전하는 주회전 기구;
    상기 주회전 기구의 회전에 수반하여 상기 제1 회전 축의 주위를 공전하고, 제2 회전 축을 중심으로 자전하는 부회전 기구; 및
    상기 제1 회전 축의 주위에 형성되어, 상기 부회전 기구의 공전 운동을 제어하는 가이드 구조;
    를 구비하고,
    상기 주회전 기구가 상기 부회전 기구를 구비하고,
    상기 제2 회전 축이 상기 제1 회전 축에 대한 반경 방향으로 변위하고,
    상기 부회전 기구는 성막 대상의 기판을 지지하는 지지 구조를 구비하고,
    상기 지지 구조는 상기 제2 회전 축을 중심으로 회전하고,
    상기 가이드 구조는 상기 제1 회전 축에 대한 둘레 방향으로 연장되는 접촉면을 갖고,
    상기 가이드 구조는 상기 반경 방향에 있어서의 상기 제2 회전 축의 변위를 제어하여, 상기 접촉면과 상기 부회전 기구가 접촉할 때, 상기 부회전 기구를 상기 접촉면을 따르는 궤도로 공전 운동시키는,
    기판 회전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉면은, 상기 가이드 구조가 구비하는 상기 제1 회전 축을 향하는 내주면이며,
    상기 내주면은, 상기 부회전 기구의 상기 반경 방향 외측으로의 변위를 규제하는,
    기판 회전 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주회전 기구는 상기 제1 회전 축을 중심으로 회전하는 회전 판을 갖고,
    상기 회전 판은 상기 반경 방향을 따르는 슬릿을 갖고,
    상기 부회전 기구는,
    상기 슬릿을 관통하는 상기 제2 회전 축과,
    상기 제2 회전 축의 제1 단부에 배치되어, 상기 지지 구조를 갖는 회전 대와,
    상기 제1 단부와는 반대측인 제2 단부에 배치되어, 상기 접촉면 상을 주행하는 차륜을 갖고,
    상기 공전 운동에 수반하여 상기 차륜이 상기 접촉면 상을 주행하고 있는 동안, 상기 차륜과 상기 제2 회전 축을 통하여 연결된 상기 회전 대가 자전하는,
    기판 회전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부회전 기구는, 상기 접촉면에 압접하는 방향으로 상기 부회전 기구를 부세하는 스프링을 개재하여 상기 주회전 기구와 연결되는,
    기판 회전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부회전 기구가 타원 궤도로 상기 제1 회전 축의 주위를 공전 운동하는,
    기판 회전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 접촉면이 상기 둘레 방향에 있어서 타원형으로 배치되는,
    기판 회전 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉면은, 상기 둘레 방향에 있어서 점대칭이 아닌 환형으로 배치되고,
    상기 부회전 기구는, 비점대칭의 궤도로 상기 제1 회전 축의 주위를 공전 운동하는,
    기판 회전 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 구조는, 상기 접촉면의 적어도 일부를 상기 반경 방향으로 이동시키기 위한 슬라이드 기구를 구비하는,
    기판 회전 장치.
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