ピン昇降機およびこれを用いたプレートチャック装置
【課題】最近の半導体製造では、装置の更なる薄型化によるコンパクト化とともに、配線パターンの更なる細密化、立体化が進み、プレートの昇降量についても制御可能なプレートチャック装置構造の要求が高まっていた。
【解決手段】傾斜通路が形成されたスロープ部を可動する可動体と、該スロープ部の傾斜面上に当接するとともに、上記可動体の駆動により傾斜面上を摺動または転動して鉛直方向に昇降し、プレートを持ち上げるピン部を有した昇降部と、該昇降部の鉛直方向の上昇に抗した弾性力を与え、かつ、上記昇降部の水平方向の可動を規制する規制手段とからなることを特徴とするピン昇降機とこれを用いたプレートチャック装置とする。
【解決手段】傾斜通路が形成されたスロープ部を可動する可動体と、該スロープ部の傾斜面上に当接するとともに、上記可動体の駆動により傾斜面上を摺動または転動して鉛直方向に昇降し、プレートを持ち上げるピン部を有した昇降部と、該昇降部の鉛直方向の上昇に抗した弾性力を与え、かつ、上記昇降部の水平方向の可動を規制する規制手段とからなることを特徴とするピン昇降機とこれを用いたプレートチャック装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造に用いられる半導体ウエハや液晶製造に用いられる液晶プレートの製造工程で、それらを持ち上げるためのピン昇降機、並びにこのピン昇降機を搭載したプレートチャック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、半導体製造プロセスのドライ処理化や、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の大口径化に伴い均一性の高い加工が要求されており、そのためにはウエハを確実にウエハ載置台に固定・保持することが必要となる。これは液晶ディスプレイ等の製造も同様であり、配線パターンのマスク等も同様に載置台への確実な固定、保持を行わなければならない。
【０００３】
例えば、高周波印加電極上にウエハを置いてドライエッチングする反応性イオンエッチング（以下、ＲＩＥという）装置において、ウエハはプラズマによって容易に加熱され、ウエハ温度が上昇してエッチングマスクのフォトレジストが熱損傷を受けたり、エッチング形状が悪化したりするため、エッチング中はウエハを所定の温度に冷却する必要がある。そのために、所定の温度に制御された高周波印加電極上にウエハを密着・保持させる必要がある。
【０００４】
このウエハのような各種プレート、マスクの保持手段としては、機械式、真空式のものの他に、例えばプレート載置部の下方に誘電体を介して直流電極を埋め込み、プレートを静電力によって高周波印加電極のプレート載置面に密着させる静電チャックが用いられている。
【０００５】
静電チャックは、プレートの平坦度を良くする真空室内での使用が可能でありプレート表面全面の処理ができるという利点がある。
【０００６】
ところが、強い吸着力によりプレートは効率よく冷却できるものの、エッチング終了後にプレートをプレート載置面より脱離する際に、誘電体膜に残留する電荷により残留吸着力が働き、プレートを簡単に脱離できないため、脱離のためにリフトピンを昇降させて離脱させる技術が実用化されていた（特許文献１〜３参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の方法では、リフトピンを駆動させるのにプレート吸着面よりも下の装置構造が複雑に構成されたものであり、装置自体が巨大化してしまう。このように巨大化してしまうような装置構造では、より製造の効率化をはかるためにプレート吸着構造を上下方向に多段化することができないばかりか、自動化を進めた場合に、非常に大きな設置面積を要するために、限られた設置空間では装置数を減らさなければならないものであった。
【０００８】
これに対して、特許文献４に記載の方法は、プレート吸着面よりも下に配置する装置構造を簡略化したものである。すなわち、斜面を有する可動体がプレート吸着面の両側に配置され、可動体を電磁モータで移動させることでリフトピンが接続されたスライド部材が斜面を上昇し、これにより、リフトピンが上昇してプレートの昇降を行える構造が開示され、装置の薄型化、コンパクト化を実現できるものであった。
【特許文献１】特開平２−１５９７４４号公報
【特許文献２】特開平４−２７１２８６号公報
【特許文献３】特開平５−２９１１９４号公報
【特許文献４】特開２００２−２３１７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、最近の半導体、液晶製造工程等では、プレート吸着装置等の設置面積を少なくして効率化を図るために、装置を従来構造よりも更に薄型化、簡略化する要求が高まっていた。
【００１０】
また、例えば、ウエハに形成する配線パターンの更なる細密化、立体化により、プレートの昇降量や昇降速度についても精密制御可能な装置の要求が高まっており、このような要求には上記特許文献４に記載しているように、両端にスライド部材を用いた装置構造では、設置精度が要求される結果、対応することが非常に困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では上記課題に鑑み、傾斜通路が形成されたスロープ部を移動する可動体と、該スロープ部の傾斜面上に当接するとともに、上記可動体の駆動により傾斜面上を摺動または転動して鉛直方向に昇降し、プレートを持ち上げるピン部を有した昇降部と、該昇降部の鉛直方向の上昇に抗した弾性力を与え、かつ、上記昇降部の水平方向の移動を規制する規制手段とからなるピン昇降機としたことを特徴とする。
【００１２】
上記可動体は、回転軸に接続した円板が回転する回転体であり、上記スロープ部は上記円板の円周に沿って形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
上記規制手段は、先端に上記昇降部が接続可能なアーム部材であって、昇降部の鉛直方向の昇降に対して弾性力を与え、かつ、水平方向への移動は規制する平行ヒンジを有するとともに、上記回転体の回転中心方向に向けて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記ピン部に設置されたリフトピンが、裏面側から挿通可能な貫通孔を有したプレートチャックを有し、該プレートチャックの下側に、ベース盤上に設置された上記可動体、昇降部、規制手段を配置してなることを特徴とする。
【００１５】
上記昇降部には、スロープ部の傾斜面を転動するローラが接続されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のピン昇降機は、回転軸を中心に円周方向に回転する可動体と、該可動体と接続して前記可動体の回転運動を径方向の直線運動に変換する変換機構と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材を有し、該係合部材により鉛直方向にプレートを昇降するピン部を備えた昇降部とからなることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記変換機構がクランク部材からなることを特徴とする。
【００１８】
上記可動体を移動させる駆動源として超音波モータを用いたことを特徴とする。
【００１９】
上記ピン昇降機を搭載したプレートチャック装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、プレートチャック（例えば静電チャック等）機構より下側の装置構造が複雑化することがないので、従来の装置よりもさらに薄型化が可能となる。
【００２１】
すなわち、上記規制手段により、プレートを持ち上げるためのピン部を水平方向の動きを規制しながら鉛直方向に上昇させるという機構を、上記可動体のスロープ部が形成される領域内に設置した構造とできるために、特許文献４に示されるような、傾斜面の両側に規制手段を配置していた構造と比較して省スペース化ができるものである。
【００２２】
また、上記可動体を回転体とし、この回転体の円板の円周方向に沿ってスロープ部を配置したことにより、従来の特許文献４に記載されたプレート吸着面の両側の２箇所以上に可動体を設置する装置構造としたものと比較して、１つの昇降部でリフトピンを昇降させることが可能であるため、装置全体をよりコンパクト化することが可能である。
【００２３】
さらに、上記規制手段を昇降部と接続可能な平行ヒンジを有するアーム部材として、これを上記回転体の回転中心に向けて配置した構造とすることにより、特許文献４に記載されているような可動体の横に規制手段を配置した構造と比較して、装置内の省スペース化が図れ、よりいっそう装置のコンパクト化が実現できる。
【００２４】
あるいは、本発明のピン昇降機を回転軸を中心に円周方向に回転する可動体と、該可動体と接続して前記可動体の回転運動を径方向の直線運動に変換するクランク部材等変換機構と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材を有し、該係合部材により鉛直方向にプレートを昇降するピン部を備えた昇降部とから構成することによってもプレートチャック（例えば静電チャック等）機構より下側の装置構造を複雑にしないので、従来の装置より薄くしかもコンパクトにすることができる。
【００２５】
また、上記可動体を移動させる駆動源として超音波モータを用いたために、可動体の移動速度、移動量の制御が可能となり、これにより可動体に接続された昇降部の昇降速度、昇降量、すなわちプレートの昇降速度、昇降量の制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図５に概略断面図を示すように、本発明のプレートチャック装置３０は、静電チャック等からなるプレートチャック機構２６とその下面側に設置されたピン昇降機１とにより構成される。
【００２８】
上記プレートチャック機構２６については、従来から半導体、液晶製造工程等で使用されているものを用いることが可能である。すなわちプレートを持ち上げるためのリフトピンを挿通させる貫通孔を有したプレートチャック機構を用いれば良く、静電チャックや、その他に吸着面に吸着穴を設けこの穴から排気ポンプ等により排気しながらプレートを吸着させる方式等を設置可能である。
【００２９】
図１に本発明のピン昇降機１の一例を示す。（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図を示す。
【００３０】
上記ピン昇降機１は主にベース盤２０と、回転体である可動体２と、傾斜通路が形成され可動体２と接続されたスロープ６と、可動体２を移動させる駆動源である超音波モータ１１と、可動体２のスロープ６の傾斜面上を摺動あるいは転動し、可動体２の移動から生じる運動をリフトピン３へ昇降運動として伝達するローラ７を備えた昇降部４と、昇降部４の水平方向の移動を規制する規制手段である平行ヒンジ５を備えたアーム部材８とから構成される。
【００３１】
ここで、可動体２としてはスロープ６を設置できればどのような形状であってもよい。例えば直線運動が可能なＬＭガイドを用いたり、本発明の一例として示した回転軸１５に接続した円板２００が回転する回転体を用いたりしてもよく、その他にも様々な形態が考えられる。より装置のコンパクト化を実現する場合には回転体を用いるのが好適である。
【００３２】
ピン昇降機１の構成により、これを含むプレートチャック装置３０を大幅に薄型化することが可能となる。このように薄型化することは従来から実施されてきたが、本発明では昇降部４、可動体２並びに平行ヒンジ５を備えたアーム部材８からなる規制手段を１つのスロープ６が形成された領域、すなわちスロープ６の傾斜を中心に左右のいずれか一方にまとめて配置することで、よりプレートチャック装置３０の薄型化に寄与することができる。
【００３３】
なお、具体的にはプレートチャック装置３０の厚みを５０ｍｍ以下と非常に薄くすることが可能であり、３０ｍｍ以下にすることがより好適である。
【００３４】
また、可動体２は、ナノオーダーの位置制御ができる超音波モータ１１からなる駆動源により回転させることが可能であり、可動体２の移動量、移動速度が反映される上記リフトピン３の昇降速度、昇降量を精密に制御することが可能となる。
【００３５】
以下、図１のピン昇降機１各部の詳細について説明する。
【００３６】
まず、回転体からなる可動体２はローラ７と接続されるスロープ６を備えており、図１（ｂ）に示すように、ベース盤２０に回転軸１５を中心にベアリング１９、支持部材１６を介して円板２００が接続され、回転軸１５を中心に円板２００が回転させる事が可能である。また、可動体２の上面側には、回転軸１５の緩み防止、ベアリング１９へのパーティクルのかみ込み防止のために上蓋９が可動体２にネジ止めされている。
【００３７】
ここで、可動体２の円板２００の材質としては金属あるいはセラミックスが適用可能であり、特にセラミックスであれば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、炭化チタンのうちの１種以上もしくはそれら２種以上の複合体材料を用いることが可能である。より好適にはコスト面を考慮すればアルミナを用いるのが良く、後述する駆動源である超音波モータ１１との摩擦駆動性能を考慮すると、アルミナと炭化チタンの複合焼結体を用いるのが良い。
【００３８】
またベアリング１９には転がり軸受け、滑り軸受け等が適用可能であるが、コスト面を考慮すると様々な種類の規格が設定され市販されている転がり軸受けを用いるのが良い。
【００３９】
さらに、上記スロープ６は可動体２の表面である２ａ面に設けられ、２ａ面に対して所定の角度、高さの傾斜を有している。このスロープ６の傾斜角度、高さについては様々に調整可能であり、リフトピン３の昇降速度や昇降距離はこのスロープ６の角度、長さ、高さの組み合わせによっても調節可能である。特に可動体２の移動速度が一定である場合、リフトピン３の昇降速度、昇降距離はこのスロープ６の形状の影響が大きい。本発明では可動体２の駆動源として超音波モータ１１を用いており、この超音波モータ１１により様々に可動体２の移動方向、移動速度、移動距離を調節可能である。すなわち、例えばスロープ６の傾斜を角度３０°、高さ３ｍｍとしても、超音波モータ１１によって可動体２の可動速度を調整することで、様々なリフトピン３の昇降速度、昇降距離の設定を実施できる。
【００４０】
また、スロープ６にはローラ７が傾斜を越えて可動体２の２ａ面に落下しないように、スロープ６の最大高さと平行な平行面２ｃが設けられている。
【００４１】
次に上記可動体２の駆動としては、超音波モータ１１を用いるのが好適である。この超音波モータは図３（ａ）、（ｂ）に一例を示すように、圧電セラミック板２１の一方の主面に４分割された電極膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有し、対角に位置する電極膜２２ａと電極膜２２ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜２２ｂと電極膜２２ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜２３を形成した振動体２４と、上記圧電セラミック板２１の端面に設けた押圧部材１２とからなり、上記一方の主面に形成した電極膜２２ａと電極膜２２ｂにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加するとともに、他方の主面に形成した電極膜２３を接地することにより、圧電セラミック板２１に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合成によって押圧部材１２を楕円運動させるようになっている。図１では１つの超音波モータに２つの振動体２４、押圧部材１２を用いた超音波モータを一例として示した。そして上記超音波モータ１１の押圧部材１２を可動体２の側面に当接させ、超音波モータ１１を駆動させることで可動体２を移動させることが可能となる。なお、上記超音波モータ１１は入力電圧を制御することで、可動体２の移動方向を変えることや、種々の移動速度を与えることが可能であり、可動体２の移動を様々に調節することができる。また、超音波モータ１１とベース盤２０との間に高さ調節のためにスペーサ１３を設置することができる。
【００４２】
なお、図１では可動体２の駆動源として超音波モータ１１を使用したが、従来から用いられている電磁モータを駆動源として、クランク機構等の駆動力伝達手段を介して可動体２を移動させることも可能である。
【００４３】
また、上記超音波モータ１１の押圧部材２５の材質としては、種々のセラミックスを用いることが可能であるが、アルミナやアルミナと炭化チタンの複合焼結体を用いるのがより好適である。特にアルミナと炭化チタンの複合焼結体を用いれば、熱伝導率が良好なため、可動体２との摩擦駆動により発する熱が系外へ放出し易く、局部的に発熱する当接面とそれ以外の部分の熱応力差が原因で生じる押圧部材当接面の微少クラックの発生を防止することが可能であり、長期間の使用においても押圧部材の劣化が少なく良好な可動体２の移動を長期間にわたって維持することができる。
【００４４】
次に、上記スロープ６の表面に当接するローラ７を有した昇降部４は、その両端にプレートをリフトアップするリフトピン３を備えており、さらに平行ヒンジ５を介してアーム部材８と接続される。そしてアーム部材８はベース盤２０に固定された支持部材１４に固定ネジ１０によって固定されている。この構成により、図２（ａ）に示すように上記可動体２の移動とともに動作したスロープ６表面に当接されているローラ７は、スロープ６傾斜面上を移動するため、その位置が鉛直方向に図の矢印の分だけ上下動する。ローラ７は昇降部４に接続されており、ローラ７の鉛直方向への上下動により昇降部４も上下する。これに伴って昇降部４両端に取り付けられているリフトピン３も鉛直方向に上下動することとなり、この動作によりプレートはリフトアップされる。
【００４５】
ここで、上記ローラ７はスロープ６表面に押圧される形で接している。この押圧力は昇降部４とアーム部材８を接続する平行ヒンジ５の弾性力によって生み出されている。このようにローラ７に平行ヒンジの弾性力によって昇降部４の鉛直方向の上昇に抗した押圧力を与えることにより、ローラ７がスロープ６の傾斜面上を途中まで上り停止した場合、押圧力によりローラ７を傾斜面上から自動的にスロープ６の平面部まで下ろすことが可能で、これにより昇降部４を下降させることができる。すなわち、駆動源である超音波モータ１１により、可動体２を可動させスロープ６傾斜面の途中までローラ７を上昇させて、昇降部４のピン部のリフトピン３を必要量リフトアップさせた後、例えば、超音波モータ１１を可動体２より離脱させ、超音波モータを可動体より引き離すことにより可動体２を超音波モータ１１により逆方向に可動させることなく自動的にリフトピン３をダウンさせることができる。
【００４６】
なお、ローラ７表面は滑り防止のために摩擦係数の高い樹脂を被覆したり、ゴム製のカバーを取り付けたり或いはローラ７表面およびスロープ６表面の粗さを粗くする等、滑り防止機能が付与されている。
【００４７】
また、昇降部４の両端部に取り付けられたリフトピン３の取り付け構造は図２（ｂ）に示すとおりで、ベース盤２０側方向に厚肉とされた昇降部４端部に、図のようにベース盤側孔径を大きく、プレートチャック機構２６側孔径を小さくした形状のピン差し込み孔３ｂを機械加工により施し、そこに終端部をベース盤２０孔径にほぼ合わせて加工されたリフトピン３を挿入した後、スプリング１７を介して封止部材１８によりピン差し込み孔３ｂを封止している。この構造により、リフトピン３の昇降速度を早くしてその先端が勢いよくウエハ裏側表面に衝突した場合にも、スプリング１７が伸縮して衝撃を吸収するため、リフトピン３先端がウエハを傷つけることがない。
【００４８】
また、上記昇降部４は傾斜したスロープ６上を移動するローラ７に接続されているため上下動するが、水平方向の規制手段である平行ヒンジ５なしではローラ７側のみ上下動するため、昇降部４は傾いた状態となる。よってこれに取り付けられたリフトピン３は昇降部４と同じ方向に傾くのみで上下動しない。本発明では平行ヒンジ５を介してアーム部材８と昇降部４を接続することによって、図４に示すように、昇降部４は点線のように平行移動する動作が可能となり、これに伴いリフトピン３は鉛直方向に上下動することができる。
【００４９】
ここで、昇降部４は図の点線で示すようにローラ７軸方向のアーム部材８側に平行移動するため、リフトピン３も同様のずれを生じるが、実際には非常に少ない距離であるため、リフトピン孔３ａに一定のクリアランスを設定すればプレートのリフトアップやダウンには影響しない。
【００５０】
さらに、図４では昇降部４とアーム部材８間に１箇所の規制手段しか設置していないが、２箇所以上設置することも可能である。このように規制手段である平行ヒンジ５の数を増すことで、上記の昇降部４の平行移動に伴うローラ７の軸方向へのずれをより少なくできるために好適である。また、平行ヒンジ５の数を増すことで、昇降部４の平行移動に伴う各平行ヒンジの変位量が少なくなり、昇降部４の平行移動の指向性が高められる為、好適である。
【００５１】
なお、昇降部４、アーム部材８、支持部材１４は金属製のものを用いるのが良く、特に軽材質の金属を用いたり、中空のものを用いたりするのが装置の軽量化のためには好適である。また、平行ヒンジ５はローラ７に押圧力を与えるためにも充分な弾性力を有した金属を用いるのが良く、例えば平行ヒンジ５を１ｍｍ変形させるのに１００ｇｆ程度の力を要する弾性力を有した金属を用いるのが好適である。
【００５２】
さらに、リフトピン３は導電性を有している。これにより、リフトアップされてプレートに接触した際に、静電チャック等からなるプレートチャック機構２６とした場合のプレート吸着面に残留する電荷を、プレートを介してリフトピン３により除去することが可能となり、残留吸着力をなくし良好なプレート脱離を実施することができる。リフトピン３に導電性を付与する方法としては、リフトピン３自体を導電性を有する金属やセラミックスで製造すれば良い。
【００５３】
また、リフトピン３の先端は、プレートが酸化膜に覆われた状態のものでもその酸化膜を破り、プレート内に残留する電荷をリフトピン３を通じて逃がすために、直角形状または鋭角形状としても良い
以上のような構造のピン昇降機１として、図５に全体概略断面図を示すように、ピン昇降機１上に、静電チャック等からなるプレートチャック機構２６をベース盤２０に接続される支柱２７等を介して設置することにより、本発明のプレートチャック装置３０となる。このようなプレートチャック装置３０は、従来の装置よりもより薄型化することが可能であり、装置のコンパクト化が可能で設置スペースの確保が容易である。また、超音波モータ１１の駆動制御によりリフトピン３の昇降速度、昇降量の微細制御が可能となり、より高精度な配線パターンを有した半導体の製造が可能となる。
【００５４】
次に、図６を用いて本発明に係るピン昇降機の他の実施形態を示す。（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図、（ｃ）がＢＢ’断面図である。
【００５５】
このピン昇降機１は、主に回転軸を中心に円周方向に回転する可動体２と、可動体２と接続して可動体２の回転運動を径方向の直線運動に変換する変換機構であるクランプ部材３６と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部６２と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材３７を有し、係合部材３７により鉛直方向にプレート（不図示）を昇降するピン部６４を備えた昇降部４２とから構成される。ピン部３９は、プレートに接して、プレートを直接昇降するリフトピン３と、一端を昇降部４２に固定され、回転軸中心から円周に向かって放射状に伸び、先端でリフトピン３を支持するピン支持板３８とからなる。また、昇降部４２は、係合部材３７に接触するとともにピン部３９を備える昇降板４３と、昇降板４３に下向きに固定されるとともに、ベース盤２０の鉛直方向に穿設されたガイド４５に挿入することで、昇降板４３の水平方向の移動を規制するガイドピン４４とから構成される。
【００５６】
可動体２は、可動体２を回転させる駆動源である超音波モータ１１によって円周方向に回転し、クランプ部材３６はこの回転運動を径方向の直線運動に変換する。図５に示すピン昇降機では、可動体２が時計方向に回転すると、クランプ部材３６はこの回転運動を径方向の直線運動に変換し、変換機構に連結されたスロープ部６２は、回転軸から円周に向かって移動する。スロープ部６２の傾斜面は変換機構と接続した部分から反対方向に向かって高くなるように形成されているため、係合部材３７はこの傾斜面上を斜め上向きに摺動または転動する。係合部材３７と接触する昇降部４２は、図６（ｃ）に示されるように
水平方向の移動をガイド４５及びこのガイド４５に挿入されるガイドピン４５によって規制されるとともに、ピン部３９を鉛直方向に押し上げることで、プレートを持ち上げることができる。
【００５７】
一方、可動体２が反時計方向に回転すると、クランプ部材３６はこの回転運動を径方向の直線運動に変換し、変換機構に連結されたスロープ部６２は、円周から回転軸に向かって移動する。スロープ部６２の傾斜面はクランプ部材３６と接続した部分から反対に向かって高くなるように形成されているため、係合部材３７はこの傾斜面上を斜め下向きに摺動または転動する。係合部材３７と接触する昇降部４２は、図６（ｃ）に示されるように
水平方向の移動をガイド４５及びこのガイド４５に挿入されるガイドピン４５によって規制されるとともに、ピン部３９を鉛直方向に押し下げるので、プレートチャック機構の所定位置にプレートを配置することができる。
【００５８】
なお、図６ではスロープ部６２の傾斜面を変換機構と接続した部分から反対に向かって高くなるように形成した場合で示したが、前記傾斜面は変換機構と接続した部分から反対に向かって低くなるように形成してもよい。この場合、可動体２が時計方向に回転すると
プレートチャック機構の所定位置にプレートを配置することが可能となり、可動体２が反時計方向に回転するとプレートを持ち上げることができる。
【００５９】
さらに、スロープ部６２の傾斜面は平面であっても曲面であってもよい。
【００６０】
なお、変換機構は、省スペース化の観点から上述の通りクランク部材が選択されることが好ましいが、可動体２の回転運動を径方向の直線運動に変換できるものであれば、この限りではない。
【００６１】
図６に示すピン昇降機も図５に示すプレートチャック装置に搭載することで、本発明のプレートチャック装置３０とすることができる。このようなプレートチャック装置３０は、従来の装置よりも薄型化及びコンパクト化が可能で設置スペースの確保が容易である。また、超音波モータ１１の駆動制御によりリフトピン３の昇降速度、昇降量の微細制御が可能となり、より高精度な配線パターンを有した半導体の製造が可能となる。
【００６２】
更には、超音波モータ１１の駆動制御（例えば、昇降部４又はリフトピン３の昇降動作）を自動化することも可能である。自動化には、事前に超音波モータ１１への入力電圧の設定と、電圧印加時間の設定、又は、昇降部４の上限及び下限位置に対応した可動体２の回転角度へのリミットスイッチ等による信号出力の設定し、上昇及び下降命令信号に伴い、上述の条件の入力電圧を上記設定時間又は上限や下限への到達信号検出まで超音波モータ１１に印加する回路に接続することで実現可能である。
【００６３】
また、上記ピン昇降機１に、可動体２の速度を計測するための光学センサを取り付け、その速度情報を基に次の超音波モータへの入力電圧を決定するようなフィードバック制御を実施することもできる。
【００６４】
例えば図６（ａ）に本発明のピン昇降機１に、光学センサからなる速度検出装置を取り付けた概略図を示す。図では速度検出装置の取り付け位置をわかりやすくするために、昇降部４やアーム部材８等の記載は省略してある。
【００６５】
図６（ａ）に示すように可動体２の円周方向に規則正しく配列された複数の窓部３３を有する扇形の金属板からなるシャッタ３１を取り付け、該シャッタ３１を間に挟んで発光素子３４からの光を受光可能な受光素子３５からなる光学センサ３２をベース盤２０に固定する。このとき、光学センサ３２は図６（ｂ）にＢＢ’断面図を示すように、可動体２が定位置に停止した状態で窓部３３から発光素子３４の光を受光素子３５により受光可能な位置に取り付ける。上記光学センサは発光素子３４からの光を受光素子３５で受光すると受光素子３５に入射する光量によって、受光素子３５から出力される信号（電圧、電流値）が変化する。従って、シャッタ３１が可動体２の移動とともに動くと、発光素子３４からの光はシャッタ３１の窓部３３間の遮蔽部によって遮られたり、次の窓部３３から再び受光素子によって受光される。このとき、発光素子３４より発せられた光は、シャッタ３１に遮られた分を除き、開口部より受光素子３５に入る。
【００６６】
この場合、受光素子３５への入射光量＝K×受光部面積（Ｋは比例定数）という関係が成り立ち、入射光量は受光部面積に比例する。そして移動体２の移動に伴いシャッタ３１が動き、遮蔽、受光を行うため、受光素子３５の受光面積が変化し、同時に受光素子３５への入射光量が変化する。今、受光素子３５のシャッタ３１移動方向に対し、垂直方向の幅が一定であるならば、受光素子３５への入射光量よりシャッタ３１遮光部の受光素子３５に対する位置が判明するため、この位置信号を微分することによりシャッタ３１の速度が算出できることになる。当然、更にこれを微分すれば、可動体２の加速度をも求めることが可能となる。
【００６７】
上記のように可動体２の速度を求めこれを基に超音波モータ１１の速度制御を実施することによって、より高精度にリフトピン３の昇降速度を制御することが可能である。
【００６８】
なお、上記発光素子３４としては発光ダイオードまたは、レーザダイオード等が、受光素子３５としてはフォトダイオードやフォトトランジスタ等が用いられる。
【００６９】
なお、本発明のプレートチャック装置においては、その要旨を逸脱しない範囲であれば、種々改良や変更したものにも適用できることはいう迄もない。
【実施例】
【００７０】
以下本発明の実施例を示す。
【００７１】
図１に記載の本発明のプレートチャック装置のピン昇降機１を製作し、その後静電チャックからなるプレートチャック機構と組み合わせて半導体製造工程で使用されるダミーウエハの昇降試験を実施した。
【００７２】
まず外径５０ｍｍの可動体２を金属材料により作製し、これをφ１５０ｍｍのベース盤２０にベアリング１９、金属製の支持部材１６を介して先端がネジ構造の回転軸１５を用いて固定する。なお、可動体２の２ａ面には傾斜角３０°、高さ５ｍｍのスロープ６を可動体２の円周方向に左右対称に設置している。
【００７３】
次にベース盤２０の一端に金属からなる支持部材１４をベース盤２０の裏側からネジ止めして固定し、この支持部材１４に更に図１（ａ）のように回転体の中心線とアーム部材８の幅方向中心を一致させるように固定する。そして、アーム部材８と同材質の平行ヒンジ５を介してリフトピン３を両端に、先端にローラ７を備えた昇降部４を一体となるようにネジ止めにより接続した。
【００７４】
なお、ローラ７は表面にゴム製のカバーを装着させ、その表面が可動体２に設置されたスロープ６表面上を転動するよう予め設計しておく。そして可動体２が可動すればスロープ６の傾斜面上を昇降部４が水平を保ちながら上下動するように動作確認する。
【００７５】
その後、上記昇降部４の対向に、可動体２の外周表面に押圧部材１２が当接するように、図３に示す構造の超音波モータ１１をスペーサ１３を介して高さ調節した後固定する。そして、超音波モータ１１を駆動させ、昇降部４並びにリフトピン３が鉛直方向へ問題なく動作することを確認し、ピン昇降機１を組み立てた。
【００７６】
そして上記ピン昇降機１の上部に静電チャックからなるプレートチャック機構２６をベース盤２０にネジ止め固定した支柱２７を介して設置して本発明のプレートチャック装置３０を作製した。
【００７７】
上記のように作製したプレートチャック装置３０は、ベース盤２０裏面から静電チャックからなるプレートチャック機構２６の上面までの厚さが３０ｍｍと非常に薄型であった。
【００７８】
次に、このプレートチャック装置を用いて実際にダミーウエハを使って昇降試験を行ったところ問題無くウエハのリフトアップ、ダウンが実施できることが確認された。
【００７９】
更に、超音波モータ１１への入力電圧を変化させたところ、ウエハの昇降速度も様々に設定できることが確認された。また、可動体２に設置したスロープ６の傾斜面の任意の位置で超音波モータ１１により可動体２を逆回転させることによりウエハの昇降距離を任意の位置に設定することも可能であり、この応用によりウエハの昇降距離の調整も自由に実施できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のピン昇降機を示す概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図を示す。
【図２】本発明のリフトピンの動作を示す概略図であり、（ａ）が昇降部と接続されたローラの駆動概略図、（ｂ）が昇降部の端部に設置されたリフトピンの構造概略図を示す。
【図３】本発明のピン昇降機に用いる超音波モータの構造概略図であり（ａ）が正面図、（ｂ）がその裏面図を示す。
【図４】本発明のピン昇降機の昇降部の動作を示す概略図である。
【図５】本発明のプレートチャック装置の概略断面図を示す。
【図６】本発明の他の実施形態を示すピン昇降機を示す概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図、（ｃ）がＢＢ’断面図を示す。
【図７】本発明のプレートチャック装置に光学センサからなる速度検出装置を取り付けた場合の概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＢＢ’断面図を示す。
【符号の説明】
【００８１】
１：ピン昇降機
２：可動体
２ａ：可動体表面
２ｃ：平行面
３：リフトピン
３ａ：リフトピン穴
３ｂ：ピン差し込み穴
４１，４２：昇降部
５：平行ヒンジ
６１，６２：スロープ部
７：ローラ
８：アーム部材
９：上蓋
１０：固定ネジ
１１：超音波モータ
１２：押圧部材
１３：スペーサ
１４，１６：支持部材
１５：回転軸
１７：スプリング
１８：封止部材
１９：ベアリング
２０：ベース盤
２１：圧電セラミック板
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２３：電極膜
２４：振動体
２５：押圧部材
２６：プレートチャック機構
２７：支柱
３０：プレートチャック装置
３１：シャッタ
３２：光学センサ
３３：窓部
３４：発光素子
３５：受光素子
３６：クランプ部材
３７：係合部材
３８：ピン支持板
３９：ピン部
４３：昇降板
４４：ガイドピン
４５：ガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造に用いられる半導体ウエハや液晶製造に用いられる液晶プレートの製造工程で、それらを持ち上げるためのピン昇降機、並びにこのピン昇降機を搭載したプレートチャック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、半導体製造プロセスのドライ処理化や、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の大口径化に伴い均一性の高い加工が要求されており、そのためにはウエハを確実にウエハ載置台に固定・保持することが必要となる。これは液晶ディスプレイ等の製造も同様であり、配線パターンのマスク等も同様に載置台への確実な固定、保持を行わなければならない。
【０００３】
例えば、高周波印加電極上にウエハを置いてドライエッチングする反応性イオンエッチング（以下、ＲＩＥという）装置において、ウエハはプラズマによって容易に加熱され、ウエハ温度が上昇してエッチングマスクのフォトレジストが熱損傷を受けたり、エッチング形状が悪化したりするため、エッチング中はウエハを所定の温度に冷却する必要がある。そのために、所定の温度に制御された高周波印加電極上にウエハを密着・保持させる必要がある。
【０００４】
このウエハのような各種プレート、マスクの保持手段としては、機械式、真空式のものの他に、例えばプレート載置部の下方に誘電体を介して直流電極を埋め込み、プレートを静電力によって高周波印加電極のプレート載置面に密着させる静電チャックが用いられている。
【０００５】
静電チャックは、プレートの平坦度を良くする真空室内での使用が可能でありプレート表面全面の処理ができるという利点がある。
【０００６】
ところが、強い吸着力によりプレートは効率よく冷却できるものの、エッチング終了後にプレートをプレート載置面より脱離する際に、誘電体膜に残留する電荷により残留吸着力が働き、プレートを簡単に脱離できないため、脱離のためにリフトピンを昇降させて離脱させる技術が実用化されていた（特許文献１〜３参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の方法では、リフトピンを駆動させるのにプレート吸着面よりも下の装置構造が複雑に構成されたものであり、装置自体が巨大化してしまう。このように巨大化してしまうような装置構造では、より製造の効率化をはかるためにプレート吸着構造を上下方向に多段化することができないばかりか、自動化を進めた場合に、非常に大きな設置面積を要するために、限られた設置空間では装置数を減らさなければならないものであった。
【０００８】
これに対して、特許文献４に記載の方法は、プレート吸着面よりも下に配置する装置構造を簡略化したものである。すなわち、斜面を有する可動体がプレート吸着面の両側に配置され、可動体を電磁モータで移動させることでリフトピンが接続されたスライド部材が斜面を上昇し、これにより、リフトピンが上昇してプレートの昇降を行える構造が開示され、装置の薄型化、コンパクト化を実現できるものであった。
【特許文献１】特開平２−１５９７４４号公報
【特許文献２】特開平４−２７１２８６号公報
【特許文献３】特開平５−２９１１９４号公報
【特許文献４】特開２００２−２３１７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、最近の半導体、液晶製造工程等では、プレート吸着装置等の設置面積を少なくして効率化を図るために、装置を従来構造よりも更に薄型化、簡略化する要求が高まっていた。
【００１０】
また、例えば、ウエハに形成する配線パターンの更なる細密化、立体化により、プレートの昇降量や昇降速度についても精密制御可能な装置の要求が高まっており、このような要求には上記特許文献４に記載しているように、両端にスライド部材を用いた装置構造では、設置精度が要求される結果、対応することが非常に困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では上記課題に鑑み、傾斜通路が形成されたスロープ部を移動する可動体と、該スロープ部の傾斜面上に当接するとともに、上記可動体の駆動により傾斜面上を摺動または転動して鉛直方向に昇降し、プレートを持ち上げるピン部を有した昇降部と、該昇降部の鉛直方向の上昇に抗した弾性力を与え、かつ、上記昇降部の水平方向の移動を規制する規制手段とからなるピン昇降機としたことを特徴とする。
【００１２】
上記可動体は、回転軸に接続した円板が回転する回転体であり、上記スロープ部は上記円板の円周に沿って形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
上記規制手段は、先端に上記昇降部が接続可能なアーム部材であって、昇降部の鉛直方向の昇降に対して弾性力を与え、かつ、水平方向への移動は規制する平行ヒンジを有するとともに、上記回転体の回転中心方向に向けて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記ピン部に設置されたリフトピンが、裏面側から挿通可能な貫通孔を有したプレートチャックを有し、該プレートチャックの下側に、ベース盤上に設置された上記可動体、昇降部、規制手段を配置してなることを特徴とする。
【００１５】
上記昇降部には、スロープ部の傾斜面を転動するローラが接続されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のピン昇降機は、回転軸を中心に円周方向に回転する可動体と、該可動体と接続して前記可動体の回転運動を径方向の直線運動に変換する変換機構と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材を有し、該係合部材により鉛直方向にプレートを昇降するピン部を備えた昇降部とからなることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記変換機構がクランク部材からなることを特徴とする。
【００１８】
上記可動体を移動させる駆動源として超音波モータを用いたことを特徴とする。
【００１９】
上記ピン昇降機を搭載したプレートチャック装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、プレートチャック（例えば静電チャック等）機構より下側の装置構造が複雑化することがないので、従来の装置よりもさらに薄型化が可能となる。
【００２１】
すなわち、上記規制手段により、プレートを持ち上げるためのピン部を水平方向の動きを規制しながら鉛直方向に上昇させるという機構を、上記可動体のスロープ部が形成される領域内に設置した構造とできるために、特許文献４に示されるような、傾斜面の両側に規制手段を配置していた構造と比較して省スペース化ができるものである。
【００２２】
また、上記可動体を回転体とし、この回転体の円板の円周方向に沿ってスロープ部を配置したことにより、従来の特許文献４に記載されたプレート吸着面の両側の２箇所以上に可動体を設置する装置構造としたものと比較して、１つの昇降部でリフトピンを昇降させることが可能であるため、装置全体をよりコンパクト化することが可能である。
【００２３】
さらに、上記規制手段を昇降部と接続可能な平行ヒンジを有するアーム部材として、これを上記回転体の回転中心に向けて配置した構造とすることにより、特許文献４に記載されているような可動体の横に規制手段を配置した構造と比較して、装置内の省スペース化が図れ、よりいっそう装置のコンパクト化が実現できる。
【００２４】
あるいは、本発明のピン昇降機を回転軸を中心に円周方向に回転する可動体と、該可動体と接続して前記可動体の回転運動を径方向の直線運動に変換するクランク部材等変換機構と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材を有し、該係合部材により鉛直方向にプレートを昇降するピン部を備えた昇降部とから構成することによってもプレートチャック（例えば静電チャック等）機構より下側の装置構造を複雑にしないので、従来の装置より薄くしかもコンパクトにすることができる。
【００２５】
また、上記可動体を移動させる駆動源として超音波モータを用いたために、可動体の移動速度、移動量の制御が可能となり、これにより可動体に接続された昇降部の昇降速度、昇降量、すなわちプレートの昇降速度、昇降量の制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図５に概略断面図を示すように、本発明のプレートチャック装置３０は、静電チャック等からなるプレートチャック機構２６とその下面側に設置されたピン昇降機１とにより構成される。
【００２８】
上記プレートチャック機構２６については、従来から半導体、液晶製造工程等で使用されているものを用いることが可能である。すなわちプレートを持ち上げるためのリフトピンを挿通させる貫通孔を有したプレートチャック機構を用いれば良く、静電チャックや、その他に吸着面に吸着穴を設けこの穴から排気ポンプ等により排気しながらプレートを吸着させる方式等を設置可能である。
【００２９】
図１に本発明のピン昇降機１の一例を示す。（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図を示す。
【００３０】
上記ピン昇降機１は主にベース盤２０と、回転体である可動体２と、傾斜通路が形成され可動体２と接続されたスロープ６と、可動体２を移動させる駆動源である超音波モータ１１と、可動体２のスロープ６の傾斜面上を摺動あるいは転動し、可動体２の移動から生じる運動をリフトピン３へ昇降運動として伝達するローラ７を備えた昇降部４と、昇降部４の水平方向の移動を規制する規制手段である平行ヒンジ５を備えたアーム部材８とから構成される。
【００３１】
ここで、可動体２としてはスロープ６を設置できればどのような形状であってもよい。例えば直線運動が可能なＬＭガイドを用いたり、本発明の一例として示した回転軸１５に接続した円板２００が回転する回転体を用いたりしてもよく、その他にも様々な形態が考えられる。より装置のコンパクト化を実現する場合には回転体を用いるのが好適である。
【００３２】
ピン昇降機１の構成により、これを含むプレートチャック装置３０を大幅に薄型化することが可能となる。このように薄型化することは従来から実施されてきたが、本発明では昇降部４、可動体２並びに平行ヒンジ５を備えたアーム部材８からなる規制手段を１つのスロープ６が形成された領域、すなわちスロープ６の傾斜を中心に左右のいずれか一方にまとめて配置することで、よりプレートチャック装置３０の薄型化に寄与することができる。
【００３３】
なお、具体的にはプレートチャック装置３０の厚みを５０ｍｍ以下と非常に薄くすることが可能であり、３０ｍｍ以下にすることがより好適である。
【００３４】
また、可動体２は、ナノオーダーの位置制御ができる超音波モータ１１からなる駆動源により回転させることが可能であり、可動体２の移動量、移動速度が反映される上記リフトピン３の昇降速度、昇降量を精密に制御することが可能となる。
【００３５】
以下、図１のピン昇降機１各部の詳細について説明する。
【００３６】
まず、回転体からなる可動体２はローラ７と接続されるスロープ６を備えており、図１（ｂ）に示すように、ベース盤２０に回転軸１５を中心にベアリング１９、支持部材１６を介して円板２００が接続され、回転軸１５を中心に円板２００が回転させる事が可能である。また、可動体２の上面側には、回転軸１５の緩み防止、ベアリング１９へのパーティクルのかみ込み防止のために上蓋９が可動体２にネジ止めされている。
【００３７】
ここで、可動体２の円板２００の材質としては金属あるいはセラミックスが適用可能であり、特にセラミックスであれば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、炭化チタンのうちの１種以上もしくはそれら２種以上の複合体材料を用いることが可能である。より好適にはコスト面を考慮すればアルミナを用いるのが良く、後述する駆動源である超音波モータ１１との摩擦駆動性能を考慮すると、アルミナと炭化チタンの複合焼結体を用いるのが良い。
【００３８】
またベアリング１９には転がり軸受け、滑り軸受け等が適用可能であるが、コスト面を考慮すると様々な種類の規格が設定され市販されている転がり軸受けを用いるのが良い。
【００３９】
さらに、上記スロープ６は可動体２の表面である２ａ面に設けられ、２ａ面に対して所定の角度、高さの傾斜を有している。このスロープ６の傾斜角度、高さについては様々に調整可能であり、リフトピン３の昇降速度や昇降距離はこのスロープ６の角度、長さ、高さの組み合わせによっても調節可能である。特に可動体２の移動速度が一定である場合、リフトピン３の昇降速度、昇降距離はこのスロープ６の形状の影響が大きい。本発明では可動体２の駆動源として超音波モータ１１を用いており、この超音波モータ１１により様々に可動体２の移動方向、移動速度、移動距離を調節可能である。すなわち、例えばスロープ６の傾斜を角度３０°、高さ３ｍｍとしても、超音波モータ１１によって可動体２の可動速度を調整することで、様々なリフトピン３の昇降速度、昇降距離の設定を実施できる。
【００４０】
また、スロープ６にはローラ７が傾斜を越えて可動体２の２ａ面に落下しないように、スロープ６の最大高さと平行な平行面２ｃが設けられている。
【００４１】
次に上記可動体２の駆動としては、超音波モータ１１を用いるのが好適である。この超音波モータは図３（ａ）、（ｂ）に一例を示すように、圧電セラミック板２１の一方の主面に４分割された電極膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有し、対角に位置する電極膜２２ａと電極膜２２ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜２２ｂと電極膜２２ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜２３を形成した振動体２４と、上記圧電セラミック板２１の端面に設けた押圧部材１２とからなり、上記一方の主面に形成した電極膜２２ａと電極膜２２ｂにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加するとともに、他方の主面に形成した電極膜２３を接地することにより、圧電セラミック板２１に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合成によって押圧部材１２を楕円運動させるようになっている。図１では１つの超音波モータに２つの振動体２４、押圧部材１２を用いた超音波モータを一例として示した。そして上記超音波モータ１１の押圧部材１２を可動体２の側面に当接させ、超音波モータ１１を駆動させることで可動体２を移動させることが可能となる。なお、上記超音波モータ１１は入力電圧を制御することで、可動体２の移動方向を変えることや、種々の移動速度を与えることが可能であり、可動体２の移動を様々に調節することができる。また、超音波モータ１１とベース盤２０との間に高さ調節のためにスペーサ１３を設置することができる。
【００４２】
なお、図１では可動体２の駆動源として超音波モータ１１を使用したが、従来から用いられている電磁モータを駆動源として、クランク機構等の駆動力伝達手段を介して可動体２を移動させることも可能である。
【００４３】
また、上記超音波モータ１１の押圧部材２５の材質としては、種々のセラミックスを用いることが可能であるが、アルミナやアルミナと炭化チタンの複合焼結体を用いるのがより好適である。特にアルミナと炭化チタンの複合焼結体を用いれば、熱伝導率が良好なため、可動体２との摩擦駆動により発する熱が系外へ放出し易く、局部的に発熱する当接面とそれ以外の部分の熱応力差が原因で生じる押圧部材当接面の微少クラックの発生を防止することが可能であり、長期間の使用においても押圧部材の劣化が少なく良好な可動体２の移動を長期間にわたって維持することができる。
【００４４】
次に、上記スロープ６の表面に当接するローラ７を有した昇降部４は、その両端にプレートをリフトアップするリフトピン３を備えており、さらに平行ヒンジ５を介してアーム部材８と接続される。そしてアーム部材８はベース盤２０に固定された支持部材１４に固定ネジ１０によって固定されている。この構成により、図２（ａ）に示すように上記可動体２の移動とともに動作したスロープ６表面に当接されているローラ７は、スロープ６傾斜面上を移動するため、その位置が鉛直方向に図の矢印の分だけ上下動する。ローラ７は昇降部４に接続されており、ローラ７の鉛直方向への上下動により昇降部４も上下する。これに伴って昇降部４両端に取り付けられているリフトピン３も鉛直方向に上下動することとなり、この動作によりプレートはリフトアップされる。
【００４５】
ここで、上記ローラ７はスロープ６表面に押圧される形で接している。この押圧力は昇降部４とアーム部材８を接続する平行ヒンジ５の弾性力によって生み出されている。このようにローラ７に平行ヒンジの弾性力によって昇降部４の鉛直方向の上昇に抗した押圧力を与えることにより、ローラ７がスロープ６の傾斜面上を途中まで上り停止した場合、押圧力によりローラ７を傾斜面上から自動的にスロープ６の平面部まで下ろすことが可能で、これにより昇降部４を下降させることができる。すなわち、駆動源である超音波モータ１１により、可動体２を可動させスロープ６傾斜面の途中までローラ７を上昇させて、昇降部４のピン部のリフトピン３を必要量リフトアップさせた後、例えば、超音波モータ１１を可動体２より離脱させ、超音波モータを可動体より引き離すことにより可動体２を超音波モータ１１により逆方向に可動させることなく自動的にリフトピン３をダウンさせることができる。
【００４６】
なお、ローラ７表面は滑り防止のために摩擦係数の高い樹脂を被覆したり、ゴム製のカバーを取り付けたり或いはローラ７表面およびスロープ６表面の粗さを粗くする等、滑り防止機能が付与されている。
【００４７】
また、昇降部４の両端部に取り付けられたリフトピン３の取り付け構造は図２（ｂ）に示すとおりで、ベース盤２０側方向に厚肉とされた昇降部４端部に、図のようにベース盤側孔径を大きく、プレートチャック機構２６側孔径を小さくした形状のピン差し込み孔３ｂを機械加工により施し、そこに終端部をベース盤２０孔径にほぼ合わせて加工されたリフトピン３を挿入した後、スプリング１７を介して封止部材１８によりピン差し込み孔３ｂを封止している。この構造により、リフトピン３の昇降速度を早くしてその先端が勢いよくウエハ裏側表面に衝突した場合にも、スプリング１７が伸縮して衝撃を吸収するため、リフトピン３先端がウエハを傷つけることがない。
【００４８】
また、上記昇降部４は傾斜したスロープ６上を移動するローラ７に接続されているため上下動するが、水平方向の規制手段である平行ヒンジ５なしではローラ７側のみ上下動するため、昇降部４は傾いた状態となる。よってこれに取り付けられたリフトピン３は昇降部４と同じ方向に傾くのみで上下動しない。本発明では平行ヒンジ５を介してアーム部材８と昇降部４を接続することによって、図４に示すように、昇降部４は点線のように平行移動する動作が可能となり、これに伴いリフトピン３は鉛直方向に上下動することができる。
【００４９】
ここで、昇降部４は図の点線で示すようにローラ７軸方向のアーム部材８側に平行移動するため、リフトピン３も同様のずれを生じるが、実際には非常に少ない距離であるため、リフトピン孔３ａに一定のクリアランスを設定すればプレートのリフトアップやダウンには影響しない。
【００５０】
さらに、図４では昇降部４とアーム部材８間に１箇所の規制手段しか設置していないが、２箇所以上設置することも可能である。このように規制手段である平行ヒンジ５の数を増すことで、上記の昇降部４の平行移動に伴うローラ７の軸方向へのずれをより少なくできるために好適である。また、平行ヒンジ５の数を増すことで、昇降部４の平行移動に伴う各平行ヒンジの変位量が少なくなり、昇降部４の平行移動の指向性が高められる為、好適である。
【００５１】
なお、昇降部４、アーム部材８、支持部材１４は金属製のものを用いるのが良く、特に軽材質の金属を用いたり、中空のものを用いたりするのが装置の軽量化のためには好適である。また、平行ヒンジ５はローラ７に押圧力を与えるためにも充分な弾性力を有した金属を用いるのが良く、例えば平行ヒンジ５を１ｍｍ変形させるのに１００ｇｆ程度の力を要する弾性力を有した金属を用いるのが好適である。
【００５２】
さらに、リフトピン３は導電性を有している。これにより、リフトアップされてプレートに接触した際に、静電チャック等からなるプレートチャック機構２６とした場合のプレート吸着面に残留する電荷を、プレートを介してリフトピン３により除去することが可能となり、残留吸着力をなくし良好なプレート脱離を実施することができる。リフトピン３に導電性を付与する方法としては、リフトピン３自体を導電性を有する金属やセラミックスで製造すれば良い。
【００５３】
また、リフトピン３の先端は、プレートが酸化膜に覆われた状態のものでもその酸化膜を破り、プレート内に残留する電荷をリフトピン３を通じて逃がすために、直角形状または鋭角形状としても良い
以上のような構造のピン昇降機１として、図５に全体概略断面図を示すように、ピン昇降機１上に、静電チャック等からなるプレートチャック機構２６をベース盤２０に接続される支柱２７等を介して設置することにより、本発明のプレートチャック装置３０となる。このようなプレートチャック装置３０は、従来の装置よりもより薄型化することが可能であり、装置のコンパクト化が可能で設置スペースの確保が容易である。また、超音波モータ１１の駆動制御によりリフトピン３の昇降速度、昇降量の微細制御が可能となり、より高精度な配線パターンを有した半導体の製造が可能となる。
【００５４】
次に、図６を用いて本発明に係るピン昇降機の他の実施形態を示す。（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図、（ｃ）がＢＢ’断面図である。
【００５５】
このピン昇降機１は、主に回転軸を中心に円周方向に回転する可動体２と、可動体２と接続して可動体２の回転運動を径方向の直線運動に変換する変換機構であるクランプ部材３６と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部６２と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材３７を有し、係合部材３７により鉛直方向にプレート（不図示）を昇降するピン部６４を備えた昇降部４２とから構成される。ピン部３９は、プレートに接して、プレートを直接昇降するリフトピン３と、一端を昇降部４２に固定され、回転軸中心から円周に向かって放射状に伸び、先端でリフトピン３を支持するピン支持板３８とからなる。また、昇降部４２は、係合部材３７に接触するとともにピン部３９を備える昇降板４３と、昇降板４３に下向きに固定されるとともに、ベース盤２０の鉛直方向に穿設されたガイド４５に挿入することで、昇降板４３の水平方向の移動を規制するガイドピン４４とから構成される。
【００５６】
可動体２は、可動体２を回転させる駆動源である超音波モータ１１によって円周方向に回転し、クランプ部材３６はこの回転運動を径方向の直線運動に変換する。図５に示すピン昇降機では、可動体２が時計方向に回転すると、クランプ部材３６はこの回転運動を径方向の直線運動に変換し、変換機構に連結されたスロープ部６２は、回転軸から円周に向かって移動する。スロープ部６２の傾斜面は変換機構と接続した部分から反対方向に向かって高くなるように形成されているため、係合部材３７はこの傾斜面上を斜め上向きに摺動または転動する。係合部材３７と接触する昇降部４２は、図６（ｃ）に示されるように
水平方向の移動をガイド４５及びこのガイド４５に挿入されるガイドピン４５によって規制されるとともに、ピン部３９を鉛直方向に押し上げることで、プレートを持ち上げることができる。
【００５７】
一方、可動体２が反時計方向に回転すると、クランプ部材３６はこの回転運動を径方向の直線運動に変換し、変換機構に連結されたスロープ部６２は、円周から回転軸に向かって移動する。スロープ部６２の傾斜面はクランプ部材３６と接続した部分から反対に向かって高くなるように形成されているため、係合部材３７はこの傾斜面上を斜め下向きに摺動または転動する。係合部材３７と接触する昇降部４２は、図６（ｃ）に示されるように
水平方向の移動をガイド４５及びこのガイド４５に挿入されるガイドピン４５によって規制されるとともに、ピン部３９を鉛直方向に押し下げるので、プレートチャック機構の所定位置にプレートを配置することができる。
【００５８】
なお、図６ではスロープ部６２の傾斜面を変換機構と接続した部分から反対に向かって高くなるように形成した場合で示したが、前記傾斜面は変換機構と接続した部分から反対に向かって低くなるように形成してもよい。この場合、可動体２が時計方向に回転すると
プレートチャック機構の所定位置にプレートを配置することが可能となり、可動体２が反時計方向に回転するとプレートを持ち上げることができる。
【００５９】
さらに、スロープ部６２の傾斜面は平面であっても曲面であってもよい。
【００６０】
なお、変換機構は、省スペース化の観点から上述の通りクランク部材が選択されることが好ましいが、可動体２の回転運動を径方向の直線運動に変換できるものであれば、この限りではない。
【００６１】
図６に示すピン昇降機も図５に示すプレートチャック装置に搭載することで、本発明のプレートチャック装置３０とすることができる。このようなプレートチャック装置３０は、従来の装置よりも薄型化及びコンパクト化が可能で設置スペースの確保が容易である。また、超音波モータ１１の駆動制御によりリフトピン３の昇降速度、昇降量の微細制御が可能となり、より高精度な配線パターンを有した半導体の製造が可能となる。
【００６２】
更には、超音波モータ１１の駆動制御（例えば、昇降部４又はリフトピン３の昇降動作）を自動化することも可能である。自動化には、事前に超音波モータ１１への入力電圧の設定と、電圧印加時間の設定、又は、昇降部４の上限及び下限位置に対応した可動体２の回転角度へのリミットスイッチ等による信号出力の設定し、上昇及び下降命令信号に伴い、上述の条件の入力電圧を上記設定時間又は上限や下限への到達信号検出まで超音波モータ１１に印加する回路に接続することで実現可能である。
【００６３】
また、上記ピン昇降機１に、可動体２の速度を計測するための光学センサを取り付け、その速度情報を基に次の超音波モータへの入力電圧を決定するようなフィードバック制御を実施することもできる。
【００６４】
例えば図６（ａ）に本発明のピン昇降機１に、光学センサからなる速度検出装置を取り付けた概略図を示す。図では速度検出装置の取り付け位置をわかりやすくするために、昇降部４やアーム部材８等の記載は省略してある。
【００６５】
図６（ａ）に示すように可動体２の円周方向に規則正しく配列された複数の窓部３３を有する扇形の金属板からなるシャッタ３１を取り付け、該シャッタ３１を間に挟んで発光素子３４からの光を受光可能な受光素子３５からなる光学センサ３２をベース盤２０に固定する。このとき、光学センサ３２は図６（ｂ）にＢＢ’断面図を示すように、可動体２が定位置に停止した状態で窓部３３から発光素子３４の光を受光素子３５により受光可能な位置に取り付ける。上記光学センサは発光素子３４からの光を受光素子３５で受光すると受光素子３５に入射する光量によって、受光素子３５から出力される信号（電圧、電流値）が変化する。従って、シャッタ３１が可動体２の移動とともに動くと、発光素子３４からの光はシャッタ３１の窓部３３間の遮蔽部によって遮られたり、次の窓部３３から再び受光素子によって受光される。このとき、発光素子３４より発せられた光は、シャッタ３１に遮られた分を除き、開口部より受光素子３５に入る。
【００６６】
この場合、受光素子３５への入射光量＝K×受光部面積（Ｋは比例定数）という関係が成り立ち、入射光量は受光部面積に比例する。そして移動体２の移動に伴いシャッタ３１が動き、遮蔽、受光を行うため、受光素子３５の受光面積が変化し、同時に受光素子３５への入射光量が変化する。今、受光素子３５のシャッタ３１移動方向に対し、垂直方向の幅が一定であるならば、受光素子３５への入射光量よりシャッタ３１遮光部の受光素子３５に対する位置が判明するため、この位置信号を微分することによりシャッタ３１の速度が算出できることになる。当然、更にこれを微分すれば、可動体２の加速度をも求めることが可能となる。
【００６７】
上記のように可動体２の速度を求めこれを基に超音波モータ１１の速度制御を実施することによって、より高精度にリフトピン３の昇降速度を制御することが可能である。
【００６８】
なお、上記発光素子３４としては発光ダイオードまたは、レーザダイオード等が、受光素子３５としてはフォトダイオードやフォトトランジスタ等が用いられる。
【００６９】
なお、本発明のプレートチャック装置においては、その要旨を逸脱しない範囲であれば、種々改良や変更したものにも適用できることはいう迄もない。
【実施例】
【００７０】
以下本発明の実施例を示す。
【００７１】
図１に記載の本発明のプレートチャック装置のピン昇降機１を製作し、その後静電チャックからなるプレートチャック機構と組み合わせて半導体製造工程で使用されるダミーウエハの昇降試験を実施した。
【００７２】
まず外径５０ｍｍの可動体２を金属材料により作製し、これをφ１５０ｍｍのベース盤２０にベアリング１９、金属製の支持部材１６を介して先端がネジ構造の回転軸１５を用いて固定する。なお、可動体２の２ａ面には傾斜角３０°、高さ５ｍｍのスロープ６を可動体２の円周方向に左右対称に設置している。
【００７３】
次にベース盤２０の一端に金属からなる支持部材１４をベース盤２０の裏側からネジ止めして固定し、この支持部材１４に更に図１（ａ）のように回転体の中心線とアーム部材８の幅方向中心を一致させるように固定する。そして、アーム部材８と同材質の平行ヒンジ５を介してリフトピン３を両端に、先端にローラ７を備えた昇降部４を一体となるようにネジ止めにより接続した。
【００７４】
なお、ローラ７は表面にゴム製のカバーを装着させ、その表面が可動体２に設置されたスロープ６表面上を転動するよう予め設計しておく。そして可動体２が可動すればスロープ６の傾斜面上を昇降部４が水平を保ちながら上下動するように動作確認する。
【００７５】
その後、上記昇降部４の対向に、可動体２の外周表面に押圧部材１２が当接するように、図３に示す構造の超音波モータ１１をスペーサ１３を介して高さ調節した後固定する。そして、超音波モータ１１を駆動させ、昇降部４並びにリフトピン３が鉛直方向へ問題なく動作することを確認し、ピン昇降機１を組み立てた。
【００７６】
そして上記ピン昇降機１の上部に静電チャックからなるプレートチャック機構２６をベース盤２０にネジ止め固定した支柱２７を介して設置して本発明のプレートチャック装置３０を作製した。
【００７７】
上記のように作製したプレートチャック装置３０は、ベース盤２０裏面から静電チャックからなるプレートチャック機構２６の上面までの厚さが３０ｍｍと非常に薄型であった。
【００７８】
次に、このプレートチャック装置を用いて実際にダミーウエハを使って昇降試験を行ったところ問題無くウエハのリフトアップ、ダウンが実施できることが確認された。
【００７９】
更に、超音波モータ１１への入力電圧を変化させたところ、ウエハの昇降速度も様々に設定できることが確認された。また、可動体２に設置したスロープ６の傾斜面の任意の位置で超音波モータ１１により可動体２を逆回転させることによりウエハの昇降距離を任意の位置に設定することも可能であり、この応用によりウエハの昇降距離の調整も自由に実施できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のピン昇降機を示す概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図を示す。
【図２】本発明のリフトピンの動作を示す概略図であり、（ａ）が昇降部と接続されたローラの駆動概略図、（ｂ）が昇降部の端部に設置されたリフトピンの構造概略図を示す。
【図３】本発明のピン昇降機に用いる超音波モータの構造概略図であり（ａ）が正面図、（ｂ）がその裏面図を示す。
【図４】本発明のピン昇降機の昇降部の動作を示す概略図である。
【図５】本発明のプレートチャック装置の概略断面図を示す。
【図６】本発明の他の実施形態を示すピン昇降機を示す概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡＡ’断面図、（ｃ）がＢＢ’断面図を示す。
【図７】本発明のプレートチャック装置に光学センサからなる速度検出装置を取り付けた場合の概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＢＢ’断面図を示す。
【符号の説明】
【００８１】
１：ピン昇降機
２：可動体
２ａ：可動体表面
２ｃ：平行面
３：リフトピン
３ａ：リフトピン穴
３ｂ：ピン差し込み穴
４１，４２：昇降部
５：平行ヒンジ
６１，６２：スロープ部
７：ローラ
８：アーム部材
９：上蓋
１０：固定ネジ
１１：超音波モータ
１２：押圧部材
１３：スペーサ
１４，１６：支持部材
１５：回転軸
１７：スプリング
１８：封止部材
１９：ベアリング
２０：ベース盤
２１：圧電セラミック板
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２３：電極膜
２４：振動体
２５：押圧部材
２６：プレートチャック機構
２７：支柱
３０：プレートチャック装置
３１：シャッタ
３２：光学センサ
３３：窓部
３４：発光素子
３５：受光素子
３６：クランプ部材
３７：係合部材
３８：ピン支持板
３９：ピン部
４３：昇降板
４４：ガイドピン
４５：ガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜通路が形成されたスロープ部を設置した可動体と、
該スロープ部の傾斜面上に当接するとともに、上記可動体の駆動により傾斜面上を摺動または転動して鉛直方向に昇降し、プレートを持ち上げるピン部を有した昇降部と、
該昇降部の鉛直方向の上昇に抗した弾性力を与え、かつ、上記昇降部の水平方向の移動を規制する規制手段とからなることを特徴とするピン昇降機。
【請求項２】
上記可動体は、回転軸に接続した円板が回転する回転体であり、上記スロープ部は上記円板の円周に沿って形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のピン昇降機。
【請求項３】
上記規制手段は、先端に上記昇降部が接続可能なアーム部材であって、昇降部の鉛直方向の昇降に対して弾性力を与え、かつ、水平方向への移動は規制する平行ヒンジを有するとともに、上記回転体の回転中心方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項２に記載のピン昇降機。
【請求項４】
上記ピン部を構成するリフトピンが相通可能な貫通孔を有したプレートチャックを介してプレートを持ち上げるとともに、該プレートチャックの所定間隔下側に設置されたベース盤上に上記可動体、昇降部、規制手段を配置してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のピン昇降機。
【請求項５】
上記昇降部には、スロープ部の傾斜面を転動するローラが接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のピン昇降機。
【請求項６】
回転軸を中心に円周方向に回転する可動体と、該可動体と接続して前記可動体の回転運動を径方向の直線運動に変換する変換機構と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材を有し、該係合部材により鉛直方向にプレートを昇降するピン部を備えた昇降部とからなることを特徴とするピン昇降機。
【請求項７】
前記変換機構がクランク部材からなることを特徴とする請求項６に記載の
ピン昇降機。
【請求項８】
上記可動体を移動させる駆動源として超音波モータを用いたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のピン昇降機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のピン昇降機を搭載したことを特徴とするプレートチャック装置。
【請求項１】
傾斜通路が形成されたスロープ部を設置した可動体と、
該スロープ部の傾斜面上に当接するとともに、上記可動体の駆動により傾斜面上を摺動または転動して鉛直方向に昇降し、プレートを持ち上げるピン部を有した昇降部と、
該昇降部の鉛直方向の上昇に抗した弾性力を与え、かつ、上記昇降部の水平方向の移動を規制する規制手段とからなることを特徴とするピン昇降機。
【請求項２】
上記可動体は、回転軸に接続した円板が回転する回転体であり、上記スロープ部は上記円板の円周に沿って形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のピン昇降機。
【請求項３】
上記規制手段は、先端に上記昇降部が接続可能なアーム部材であって、昇降部の鉛直方向の昇降に対して弾性力を与え、かつ、水平方向への移動は規制する平行ヒンジを有するとともに、上記回転体の回転中心方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項２に記載のピン昇降機。
【請求項４】
上記ピン部を構成するリフトピンが相通可能な貫通孔を有したプレートチャックを介してプレートを持ち上げるとともに、該プレートチャックの所定間隔下側に設置されたベース盤上に上記可動体、昇降部、規制手段を配置してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のピン昇降機。
【請求項５】
上記昇降部には、スロープ部の傾斜面を転動するローラが接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のピン昇降機。
【請求項６】
回転軸を中心に円周方向に回転する可動体と、該可動体と接続して前記可動体の回転運動を径方向の直線運動に変換する変換機構と、径方向に沿って傾斜面が形成されるとともに、上記変換機構に連結して径方向に往復運動するスロープ部と、前記傾斜面上を摺動または転動する係合部材を有し、該係合部材により鉛直方向にプレートを昇降するピン部を備えた昇降部とからなることを特徴とするピン昇降機。
【請求項７】
前記変換機構がクランク部材からなることを特徴とする請求項６に記載の
ピン昇降機。
【請求項８】
上記可動体を移動させる駆動源として超音波モータを用いたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のピン昇降機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のピン昇降機を搭載したことを特徴とするプレートチャック装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−６６８５０（Ｐ２００６−６６８５０Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８１６９７（Ｐ２００４−２８１６９７）
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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