(57)【要約】【課題】  半導体ウエハ等の保持対象物の往復運動方向の位置精度を高めることができる保持アームを提供する。【解決手段】  第１の腕要素(20)が、第１の回転中心(10)を中心として、回転可能に支持され、先端に第２の回転中心(11)を画定する。第２の腕要素(60)が、第２の回転中心を中心として、第１の腕要素に対して回転可能に支持され、先端に第３の回転中心(12)を画定する。伸縮用駆動力発生機構(57)が、第１の腕要素に対して第２の腕要素を回転させる。伸縮用駆動力発生機構によって、第２の腕要素が第１の角度だけ回転したとき、第１の腕要素が、第２の腕要素の回転方向とは反対方向に、第１の角度の１／２の角度だけ回転する。保持部材(80)が、第３の回転中心を中心として、第２の腕要素に対して回転可能に支持される。第１及び第２の腕要素の姿勢を変化させたとき、保持部材が並進移動する。【選択図】  図２
2008188718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘｙｚ直交座標系を定義したとき、ｚ軸に平行な第１の回転中心(10)を中心として、ｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、該第１の回転中心から長手方向に離れた位置に第２の回転中心(11)を画定する第１の腕要素(20)と、
前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、前記第１の回転中心から第２の回転中心までの距離と同じ距離だけ、前記第２の回転中心から長手方向に離れた位置に第３の回転中心(12)を画定する第２の腕要素(60)と、
前記第１の腕要素に対して第２の腕要素を、前記第２の回転中心を中心として回転させる伸縮用駆動力発生機構(57)と、
前記伸縮用駆動力発生機構によって、前記第２の腕要素が第１の腕要素に対して、第１の角度だけ回転したとき、前記第１の回転中心を中心として、前記第１の腕要素が、該第２の腕要素の回転方向とは反対方向に、該第１の角度の１／２の角度だけ回転するように、該第１の腕要素に前記伸縮用駆動力発生機構の回転力を伝達する回転力伝達機構と、
前記第３の回転中心を中心として、前記第２の腕要素に対してｘｙ面内に平行な方向に回転可能に支持され、処理対象物を保持する保持部材(80)と、
前記伸縮用駆動力発生機構を動作させて前記第１の腕要素及び第２の腕要素の姿勢を変化させたとき、前記保持部材が並進移動するように該保持部材の姿勢を保持する姿勢保持機構(21,61)と
を有する対象物保持アーム。
【請求項２】
前記姿勢保持機構は、
ｘｙ面内で変形する平行四辺形を画定する第１の平行リンク機構(21)であって、相互に平行な２つの辺に対応するリンクの一方が、前記第１の回転中心(10)を中心として回転し、他方が、前記第２の回転中心(11)を中心として回転する第１の平行リンク機構と、
ｘｙ面内で変形する平行四辺形を画定する第２の平行リンク機構(61)であって、相互に平行な２つの辺に対応するリンクの一方が、前記第２の回転中心を中心として回転し、他方が、前記第３の回転中心(13)を中心として回転し、該第２の回転中心を中心として回転するリンクが、前記第１の平行リンク機構の、該第２の回転中心を中心として回転するリンクに固定的に取り付けられている前記第２の平行リンク機構と
を有し、
前記保持部材は、前記第２の平行リンク機構の、前記第３の回転中心を中心として回転するリンクに固定的に取り付けられている請求項１に記載の対象物保持アーム。
【請求項３】
前記回転力伝達機構は、
ｘｙ面内で変形する平行四辺形を画定する第１の平行リンク機構(21)であって、相互に平行な２つの辺に対応するリンクの一方が、前記第１の回転中心(10)を中心として回転し、他方が、前記第２の回転中心(11)を中心として回転する第１の平行リンク機構(21)と、
ｘｙ面内で変形する平行四辺形を画定する第３の平行リンク機構(41)であって、１つのリンクが、前記第１の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を中心として回転するリンクと共有されており、該共有リンクに平行な辺に対応するリンクが、前記第１の平行リンク機構の、前記共有リンクに連結された２本のリンクに連結されている第３の平行リンク機構(41)と、
ｘｙ面内で変形する平行四辺形を画定する第４の平行リンク機構(42)であって、１つのリンクが、前記第１の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を中心として回転するリンクと共有されており、前記共有リンクに平行な辺に対応するリンクが前記第３の平行リンク機構とは反対側に配置されており、前記共有リンクに連結されたリンクの長さが、前記第３の平行リンク機構の、前記共有リンクに連結されたリンクの長さと等しい第４の平行リンク機構(42)と、
前記第３の平行リンク機構の、前記共有リンクに連結されたリンクと、前記第４の平行リンク機構の、前記共有リンクに連結されたリンクとが、前記共有リンクの長手方向に関して、同じ向きに、同じ角度だけ傾くように、該第３及び第４の平行リンク機構の形状を拘束する第１の拘束機構(50)と
を含み、前記伸縮用駆動力発生機構は、前記第２の腕要素の長手方向と、前記第４の平行リンク機構の、前記共有リンクに連結されたリンクの長手方向とが平行になるように、前記第４の平行リンク機構の形状を変化させる請求項１に記載の対象物保持アーム。
【請求項４】
前記回転力伝達機構は、
前記第１の回転中心を中心として回転する第１のプーリ(46)と、
前記第２の回転中心を中心として、前記第２の腕要素との相対位置関係を保った状態で回転し、前記第１のプーリの半径の１／２の半径を持つ第２のプーリ(45)と、
前記第１のプーリと第２のプーリとに架け渡されたベルト(47)と
を含む請求項１に記載の対象物保持アーム。
【請求項５】
前記伸縮用駆動力発生機構は、本体に対して回転軸が回転する伸縮用モータを含み、本体と回転軸との一方が、前記第１の腕要素に固定的に取り付けられ、他方が、前記第２の腕要素に固定的に取り付けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対象物保持アーム。
【請求項６】
さらに、
前記第１の腕要素に対する第２の腕要素の相対位置を固定した状態で、前記第１の腕要素を前記第１の回転中心を中心として回転させる回転用駆動力発生機構(91)を有し、
前記保持部材が処理対象物を保持した状態で、前記伸縮用駆動力発生機構を動作させたとき、前記第３の回転中心の軌跡(B)を挟んで、前記第２の回転中心とは反対側に処理対象物が保持され、該処理対象物の被処理表面が、該第３の回転中心の軌跡と平行になり、かつ該被処理表面が、該軌跡とは反対側を向く請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対象物保持アーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物保持アームに関し、特にイオン注入装置において、イオン注入すべき半導体ウエハを保持して、イオンビームの経路と交差するように半導体ウエハを移動させてイオン注入を行うイオン注入装置に適した対象物保持アームに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に、下記の特許文献１に開示されているイオン注入装置に用いられる半導体ウエハ保持アームの斜視図を示す。水平回転機構１２０が、水平回転軸１２１とモータ１２２を含んで構成される。水平回転軸１２１とモータ１２２の駆動軸との間にタイミングベルト１２３が懸架されている。モータ１２２が駆動されて水平回転軸１２１が回転する。
【０００３】
アーム駆動機構１３０が水平回転軸１２１の上端に取り付けられている。モータ１２２を駆動することにより、アーム駆動機構１３０を水平回転軸１２１を中心として回転させることができる。アーム駆動機構１３０は、二軸構造を有するアーム駆動軸１３１、モータ１３４及び１３５を含んで構成される。アーム駆動軸１３１は、中軸１３２と外軸１３３から構成され、水平に保持されている。
【０００４】
中軸１３２とモータ１３４の駆動軸との間にタイミングベルト１３６が懸架されており、モータ１３４により中軸１３２が回転する。外軸１３３とモータ１３５の駆動軸との間にタイミングベルト１３７が懸架されており、モータ１３５により外軸１３３が回転する。
【０００５】
伸縮アーム１４０が、外軸１３３に取り付けられた第１の腕要素１４１と、その先端に回転可能に取り付けられた第２の腕要素１４２を含んで構成される。第２の腕要素１４２の先端に、ウエハ保持台１５０が回転可能に取り付けられている。
【０００６】
中軸１３２と外軸１３３を同時に回転させると、伸縮アーム１４０が第１の腕要素１４１、第２の腕要素１４２、及びウエハ保持台１５０の相対位置を変化させることなく回転する。中軸１３２を固定して外軸１３３のみを回転させると、第１の腕要素１４１と第２の腕要素１４２とがその挟角を変化させ、伸縮アーム１４０が伸縮する。中軸１３２を固定していることによる拘束力は、プーリとベルトによって第２の腕要素１４２に伝達される。このとき、ウエハ保持台１５０がウエハ載置面と第２の腕要素１４２との角度を伸縮アーム１４０の伸縮に対応して変化させる。このため、伸縮アーム１４０を伸縮させてもウエハ載置面の向きは変化しない。伸縮アーム１４０を伸縮させることにより、ウエハを往復運動させることができる。
【０００７】
中軸１３２を固定し、外軸１３３を回転させることにより、ウエハ保持台１５０を並進移動させることができる。中軸１３２と外軸１３３とを同時に回転させることにより、ウエハ保持台１５０のウエハ載置面の向きを変化させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１３４７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１３に示した従来例においては、中軸１３２を固定することによる拘束力が、プーリとベルトによって第２の腕要素１４２に伝達される。このため、ベルトの伸びやスリップ等により、第１の腕要素１４１と第２の腕要素１４２との間の角度の精度が低下する。この角度が変動すると、アーム駆動軸１３１からウエハ保持台１５０までの距離が変動してしまう。これにより、往復運動する方向に関して、半導体ウエハの位置精度が低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、半導体ウエハ等の保持対象物の往復運動方向の位置精度を高めることができる保持アームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によると、
ｘｙｚ直交座標系を定義したとき、ｚ軸に平行な第１の回転中心(10)を中心として、ｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、該第１の回転中心から長手方向に離れた位置に第２の回転中心(11)を画定する第１の腕要素(20)と、
前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、前記第１の回転中心から第２の回転中心までの距離と同じ距離だけ、前記第２の回転中心から長手方向に離れた位置に第３の回転中心(12)を画定する第２の腕要素(60)と、
前記第１の腕要素に対して第２の腕要素を、前記第２の回転中心を中心として回転させる伸縮用駆動力発生機構(57)と、
前記伸縮用駆動力発生機構によって、前記第２の腕要素が第１の腕要素に対して、第１の角度だけ回転したとき、前記第１の回転中心を中心として、前記第１の腕要素が、該第２の腕要素の回転方向とは反対方向に、該第１の角度の１／２の角度だけ回転するように、該第１の腕要素に前記伸縮用駆動力発生機構の回転力を伝達する回転力伝達機構と、
前記第３の回転中心を中心として、前記第２の腕要素に対してｘｙ面内に平行な方向に回転可能に支持され、処理対象物を保持する保持部材(80)と、
前記伸縮用駆動力発生機構を動作させて前記第１の腕要素及び第２の腕要素の姿勢を変化させたとき、前記保持部材が並進移動するように該保持部材の姿勢を保持する姿勢保持機構(21,61)と
を有する対象物保持アームが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
伸縮用駆動力発生機構が、第１の腕要素に対して第２の腕要素を回転させるため、両者のなす角度を高精度に制御することが可能である。両者の角度が高精度に制御されると、第１の回転中心から第３の回転中心までの距離の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに、それぞれ実施例による対象物保持アームの側面図、正面図、及び平面図を示す。実施例による対象物保持アームは、例えば、イオン注入装置に用いられる。イオンビーム１００の進行方向をｘ軸、鉛直方向をｙ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。
【００１４】
基台９０に、ｚ軸に平行な第１の回転中心１０が画定されている。第１の腕要素２０が、基台９０に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。第１の腕要素２０は、第１の回転中心１０から、第１の腕要素２０の長手方向に離れた位置に、ｚ軸に平行な第２の回転中心１１を画定する。
【００１５】
第２の腕要素６０が、第１の腕要素２０に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。第２の腕要素６０は、第２の回転中心１１から、第２の腕要素６０の長手方向に離れた位置に、ｚ軸に平行な第３の回転中心１２を画定する。第２の回転中心１１から第３の回転中心１２までの距離は、第１の回転中心１０から第２の回転中心１１までの距離と等しい。
【００１６】
保持部材８０が、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。保持部材８０は、処理対象物、例えば半導体ウエハ８１を、その表面がｚ軸に平行になるように保持する。
【００１７】
第１の腕要素２０の長手方向（ｘｙ面内において、第１の回転中心１０と第２の回転中心１１とを結ぶ直線の方向）と、第２の腕要素６０の長手方向（ｘｙ面内において、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ直線の方向）とのなす角度を変化させることにより、保持アームを伸縮させることができる。保持アームを周期的に伸縮させることにより、保持部材８０に保持した半導体ウエハ８１を往復運動させることができる。イオンビーム１００の経路と交差するように半導体ウエハ８１を往復運動させることにより、半導体ウエハ８１にイオン注入が行われる。
【００１８】
図２に、対象物保持アームの、より詳細な側面図を示す。第１の腕要素２０は、端部近傍（基部）に取り付けられた回転軸９２を介して、基台９０（図１Ａ〜図１Ｃ）に支持されており、回転軸９２の中心を通る第１の回転中心１０を中心として、ｘｙ面内で回転可能である。第１の腕要素２０の、第１の回転中心１０から離れた位置（先端の近傍）に、ｚ軸に平行な第２の回転中心１１が画定されている。
【００１９】
第１の腕要素２０内に、第１の平行リンク機構２１が収容されている。第１の平行リンク機構２１は、４本のリンク２１Ａ〜２１Ｄを持ち、ｘｙ面内に平行な面内で変形する平行四辺形を画定する。一対のリンク２１Ａと２１Ｂとが、相互に平行な一対の辺に対応し、他の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄが、相互に平行な他の一対の辺に対応する。リンク２１Ａに対応する辺は、第１の回転中心１０を通過すると共に、第１の回転中心１０を中心として回転可能であり、リンク２１Ｂに対応する辺は、第２の回転中心１１を通過すると共に、第２の回転中心１１を中心として回転可能である。リンク２１Ａに、連結軸２５を介して、第１の回転中心１０を中心として回転する方向の駆動力が印加される。第１の腕要素２０を支持する回転軸９２には、回転方向の駆動力が印加されない。第１の腕要素２０及びリンク２１Ａの支持部の構造については、図５を参照して後述する。
【００２０】
第２の腕要素６０は、その一方の端部近傍（基部）において、第２の回転中心１１を中心として、第１の腕要素２０に対して回転可能に支持されている。第２の腕要素６０の、第２の回転中心１１から離れた端部（先端）に、ｚ軸に平行な第３の回転中心１２が画定されている。
【００２１】
第２の腕要素６０内に、第２の平行リンク機構６１が収容されている。第２の平行リンク機構６１は、４本のリンク６１Ａ〜６１Ｄを持ち、ｘｙ面内に平行な面内で変形する平行四辺形を画定する。一対のリンク６１Ａと６１Ｂとが、相互に平行な一対の辺に対応し、他の一対のリンク６１Ｃ及び６１Ｄが、相互に平行な他の一対の辺に対応する。リンク６１Ａに対応する辺は、第２の回転中心１１を通過すると共に、第２の回転中心１１を中心として回転可能であり、リンク６１Ｂに対応する辺は、第３の回転中心１２を通過すると共に、第３の回転中心１２を中心として回転可能である。
【００２２】
第１の腕要素２０と第２の腕要素６０との連結部分に、関節機構４０が設置されている。関節機構４０は、第１の平行リンク機構２１を構成するリンク２１Ｂと、第２の平行リンク機構を構成するリンク６１Ａとの相対位置関係を固定する。このため、第１の平行リンク機構２０を構成する基部側のリンク２１Ａの長手方向を固定（例えば、ｙ軸に平行に）すると、第２の平行リンク機構６０の先端側のリンク６１Ｂの長手方向も固定される（例えば、ｙ軸に平行になる）。なお、「リンクの長手方向」とは、１つのリンクと、その両端にそれぞれ連結される他のリンクとの回転中心を含む平面と、回転中心に直交する平面との交線の方向を意味する。
【００２３】
保持部材８０は、第３の回転中心１２を中心として回転可能に、第２の腕要素６０に支持されている。さらに、保持部材８０は、支軸６２を介して、第２のリンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂに固定されている。このため、保持部材８０は、リンク６１Ｂの回転に連動する。リンク２１Ａを固定した状態で、保持アームを伸縮させたとき、保持部材８０は、その姿勢を維持したまま並進移動する。すなわち、第１の平行リンク機構２１及び第２の平行リンク機構６１は、保持部材８０の姿勢を保持するための姿勢保持機構として作用する。
【００２４】
図３に、関節機構４０の側面図を示す。関節機構４０は、第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、形状拘束機構５０、及び伸縮用駆動力発生機構５７を含む。
【００２５】
第３の平行リンク機構４１は、第１の平行リンク機構２１と、共有リンク２１Ｂ、リンク２１Ｃの一部、及びリンク２１Ｄの一部を共有する。これらのリンクと、リンク４１Ａにより、第３の平行リンク機構４１が構成される。リンク４１Ａは、第１の平行リンク機構の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄに連結されている。第３の平行リンク機構４１は、これら４本のリンクにより、ｘｙ面に平行な平行四辺形を画定している。
【００２６】
第４の平行リンク機構４２は、共有リンク２１Ｂに関して、第３の平行リンク機構４１とは反対側に配置されており、第１の平行リンク機構２１と、共有リンク２１Ｂの一部を共有する。第４の平行リンク機構４２は、さらに、リンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄを含む。これら４本のリンクにより、ｘｙ面に平行な平行四辺形を画定している。リンク４２Ｂは、共有リンク２１Ｂに対応する辺と平行な辺を画定し、リンク４２Ｃ及び４２Ｄの各々は、共有リンク２１Ｂとリンク４２Ｂとを連結する。
【００２７】
第３の平行リンク機構４１の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク２１Ｃ、２１Ｄの長さが、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃ、４２Ｄの長さと等しい。なお、「リンクの長さ」とは、１つのリンクと、その両端にそれぞれ連結された他のリンクとの回転中心間の間隔を意味する。
【００２８】
形状拘束機構５０は、分岐部５０Ａと、一対のローラ５０Ｂ、５０Ｃで構成される。分岐部５０Ａは、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂから分岐して、共有リンク２１Ｂと交差し、さらに第３の平行リンク機構４１のリンク４１Ａと交差する。ｘｙ面内において、リンク４１Ａと、分岐部５０Ａとは直交する。ローラ５０Ｂ及び５０Ｃは、第３の平行リンク機構のリンク４１Ａに取り付けられており、リンク４１Ａと分岐部５０Ａとの交差箇所において、分岐部５０Ａを挟むように配置されている。ローラ５０Ｂ及び５０Ｃは、リンク４１Ａに対して、分岐部５０Ａの、共有リンク２１Ｂの長手方向に関する位置を拘束し、長手方向に直交する方向への移動を許容する。これにより、共有リンク２１Ｂの長手方向に関し、第３の平行リンク機構４１のリンク４１Ａに対して、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂの位置が拘束される。すなわち、第３の平行リンク機構４１の形状と、第４の平行リンク機構４２の形状との関係を拘束する。
【００２９】
伸縮用駆動力発生機構５７は、レバー５７Ａと連結部材５７Ｂとを含む。さらに、図４に示す伸縮用モータ５７Ｄ及びレバー５７Ｃを含む。レバー５７Ａは、支軸５５から、その半径方向に伸びる。支軸５５は、第２の腕要素６０に固定されており、第２の回転中心１１に沿って軸方向に延在する。連結部材５７Ｂは、レバー５７Ａの先端から、第２の回転中心１１と平行な方向に延在して、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに連結されている。この連結部において、連結部材５７Ｂは、第２の回転中心１１に平行な第４の回転中心１３を中心として、リンク４２Ｂに対して回転可能である。第４の回転中心１３は、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに対応する辺と直交する。さらに、ｘｙ面内において、第４の回転中心１３と第２の回転中心１１とを結ぶ直線が、第４の平行リンク機構４２の一対のリンク４２Ｃ、４２Ｄの長手方向と平行である。
【００３０】
第２の回転中心１１と第４の回転中心１３とを結ぶ直線を、第２の回転中心１１側に延長した直線上に、図１に示した第３の回転中心１２が位置するように、第２の腕要素６０が、支軸５５に取り付けられている。このため、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ仮想直線が、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃ、４２Ｄの長手方向と平行になる。
【００３１】
図４に、図２及び図３の一点鎖線Ｌ４−Ｌ４における断面図を示す。第１の腕要素２０及び第２の腕要素６０内に空洞が形成されている。第１の腕要素２０の側面の、第２の回転中心１１に対応する位置に、開口が形成されている。第２の腕要素６０の側面から第２の回転中心１１に沿って支軸５５が伸びる。支軸５５は、第１の腕要素２０の側面に形成された開口を通って、第１の腕要素２０内に挿入されている。支軸５５は、軸受けにより、第１の腕要素２０に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。支軸５５内に、軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、第１の腕要素２０内の空洞と、第２の腕要素６０内の空洞とが、この貫通孔を通して相互に繋がっている。
【００３２】
連結軸２２が、支軸５５に形成された貫通孔に挿入されており、その両端が、それぞれ第１の腕要素２０内の空洞、及び第２の腕要素６０内の空洞まで挿入されている。連結軸２２は、軸受けにより、支軸５５に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。
【００３３】
第１の腕要素２０内に配置された共有リンク２１Ｂが、連結軸２２の端部に固定され、第２の腕要素６０内に配置されたリンク６１Ａが、連結軸２２の他端に固定されている。このため、共有リンク２１Ｂが第２の回転中心１１を中心として回転すると、第２の腕要素６０内のリンク６１Ａも、第２の回転中心１１を中心として、共有リンク２１Ｂと同じ方向に、同じ角度だけ回転する。
【００３４】
共有リンク２１Ｂに、第１の平行リンク機構２０を構成するリンク２１Ｃ、２１Ｄ、及び第４の平行リンク機構４２を構成するリンク４２Ｃ、４２Ｄが連結している。これらのリンク２１Ｃ、２１Ｄ、４２Ｃ、４２Ｄの各々は、共有リンク２１Ｂに対して、第２の回転中心１１と平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。リンク４２Ｃ及び４２Ｄは、それぞれリンク２１Ｃ及び２１Ｄの取り付け位置よりもやや内側に取り付けられている。
【００３５】
リンク４２Ｃ、４２Ｄは、リンク２１Ｃ、２１Ｄと、共有リンク２１Ｂを挟んで反対側に配置される。
【００３６】
リンク４２Ｃ及びリンク４２Ｄの、図４の断面よりも奥側の端部同士を、リンク４２Ｂが連結する。形状拘束機構５０の分岐部５０Ａが、リンク４２Ｂの中央から紙面の手前方向に伸びる。
【００３７】
第２の腕要素６０内に配置された第２の平行リンク機構６１のリンク６１Ｃ及び６１Ｄが、それぞれリンク６１Ａの両端に連結されている。リンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄの各々は、リンク６１Ａに対して、第２の回転中心１１に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００３８】
伸縮用モータ５７Ｄが、第１の腕要素２０に固定されている。伸縮用モータ５７Ｄの回転軸は、第２の回転中心１１を中心として回転する。この回転軸から半径方向にレバー５７Ｃが伸びる。レバー５７Ｃの先端に、連結部材５７Ｂが連結している。伸縮用モータ５７Ｄの回転軸を回転させると、レバー５７Ｃ、連結部材５７Ｂ、及びレバー５７Ａを介して、支軸５５に回転力が伝達され、第２の腕要素６０が回転する。すなわち、第１の腕要素２０の長手方向と、第２の腕要素６０の長手方向とのなす角度が変化する。このように、伸縮用モータ５７Ｄ、レバー５７Ｃ、連結部材５７Ｂ、及びレバー５７Ａは、保持アームを伸縮させるための伸縮用駆動力発生機構５７として作用する。
【００３９】
図５に、図２の一点鎖線Ｌ５−Ｌ５における断面図を示す。第１の腕要素２０の側面から、支軸９２が、第１の回転中心１０に沿って伸びる。支軸９２は、基台９０に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。支軸９２内に、第１の回転中心１０に沿う貫通孔が形成されている。この貫通孔に、連結軸２５が挿入されている。連結軸２５は、支軸９２に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。
【００４０】
連結軸２５の、第１の腕要素２０内の端部に、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ａが固定的に取り付けられている。リンク２１Ａの両端に、それぞれリンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄが連結している。リンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄの各々は、リンク２１Ａに対して、第１の回転中心１０に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００４１】
連結軸２５の、他方の端部（基台９０内の端部）は、回転用モータ９１に連結されている。回転用モータ９１は、連結軸２５に、第１の回転中心１０と中心として回転する回転力を付与する。回転用モータ９１と連結軸９２とは、ベルトとプーリとを介して連結してもよいし、平行リンク機構を介して連結してもよい。回転用モータ９１を停止させておくと、リンク２１Ａの姿勢が保持される。
【００４２】
連結軸２５に、第１の回転中心１０に沿う貫通孔が形成されている。この貫通孔内には、図４に示した伸縮用モータ５７Ｄへの電源供給ケーブル等が配置される。
【００４３】
図６に、図２の一点鎖線Ｌ６−Ｌ６における断面図を示す。第２の腕要素６０の側面に開口が形成されている。この開口を、第２の腕要素６０の内側から外側まで、支軸６２が貫通している。支軸６２は、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。第２の腕要素６０内の支軸６２の先端に、リンク６１Ｂが固定的に取り付けられている。第２の腕要素６０の外側の、支軸６２の端部に、図１Ａ〜図１Ｃに示した保持部材８０が固定的に取り付けられている。
【００４４】
リンク６１Ｂの両端に、それぞれリンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄが連結している。リンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄの各々は、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。
【００４５】
図７に、第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、及び伸縮用駆動力発生機構５７を模式的に示す。
【００４６】
リンク４１Ａ、２１Ｃ、２１Ｄ、及び共有リンク２１Ｂにより、第３の平行リンク機構４１の平行四辺形が画定される。リンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、及び共有リンク２１Ｂの一部により、第４の平行リンク機構４２の平行四辺形が画定される。伸縮用駆動力発生機構５７のレバー５７Ａに対応する直線が、第２の回転中心１１と第４の回転中心１３とを接続している。
【００４７】
第３の平行リンク機構４１の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク２１Ｃと、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃとが、共有リンク２１Ｂの長さ方向に関して同一の向きに、同じ角度だけ傾くように、図３に示した形状拘束機構５０により、第３の平行リンク機構４１と第４の平行リンク機構４２との形状が定まる。すなわち、図７において、角度θ１とθ２とが等しくなる。
【００４８】
第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｃに対応する辺と、レバー５７Ａに対応する直線とが常に平行であるため、共有リンク２１Ｂに対応する辺と、レバー５７Ａに対応する直線とのなす角θ３は、角θ２と等しい。角θ１は、第１の回転中心１０と第２の回転中心１１とを結ぶ直線（第１の腕要素２０の長手方向）と、共有リンク２１Ｂの長手方向とのなす角に等しい。角θ３は、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ直線（第２の腕要素６０の長手方向）と、共有リンク２１Ｂの長手方向とのなす角に等しい。
【００４９】
図５に示した回転用モータ９１を停止させて、図４に示した伸縮用モータ５７Ｄを動作させる場合を考える。回転用モータ９１が停止しているため、図２に示した第１の平行リンク機構２１の基部側のリンク２１Ａの姿勢が保持される。このため、共有リンク２１Ｂの長手方向も固定される。伸縮用モータ５７Ｄを動作させると、図７に示した伸縮用駆動力発生機構５７のレバー５７Ａに対応する直線が、第２の回転中心１１を中心として回転する。共有リンク２１Ｂの長手方向が固定されているため、角度θ３が変化する。
【００５０】
角度θ３が大きくなると、角度θ１も同じ大きさだけ大きくなる。このため、第１の腕要素２０の長手方向と、第２の腕要素６０の長手方向とのなす角度は、角度θ１の増分の２倍の大きさだけ小さくなる。言い換えると、第１の腕要素２０に対して、第２の腕要素６０が第１の角度だけ回転すると、第１の腕要素２０は、第１の回転中心１０を中心として、第２の腕要素６０とは反対方向に、第１の角度の１／２の角度だけ回転する。
【００５１】
図２に示すように、第１の回転中心１０から第２の回転中心１１までの距離と、第２の回転中心１１から第３の回転中心１２までの距離とが等しいため、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線の向きは変化しない。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とで構成される対象物保持アームは、回転することなく、その長さのみが変化する。このとき、第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂの長手方向は変化しない。このため、対象物保持アームを伸縮させても、保持部材８０の姿勢は変化しない。
【００５２】
次に、伸縮用モータ５７Ｄを停止させた状態で、回転用モータ９１を回転させる場合を考える。伸縮用モータ５７Ｄが停止しているため、図２において、第１の腕要素２０の長手方向と、第２の腕要素６０の長手方向とのなす角度は不変である。この状態で、第１の平行リンク機構２１の基部側のリンク２１Ａが第１の回転中心１０を中心として回転するため、保持アームは、その形状を保持したまま回転する。
【００５３】
上記実施例では、プーリとベルトが用いられていないため、ベルトの伸びやスリップに起因する動作精度の低下を防止することができる。また、第１の腕要素２０の長手方向と第２の腕要素６０の長手方向とのなす角度が、伸縮用モータ５７Ｄの回転角により直接的に制御される。このため、両者のなす角度の精度を高めることができる。
【００５４】
上記実施例において、図３に示した第４の平行リンク機構４２の一対のリンク４２Ｃ及び４２Ｄの一方を省略することも、原理的には可能である。例えば、リンク４２Ｄを省略した場合、リンク４２Ｄの機能が、伸縮用駆動力発生機構５７のレバー５７Ａ及び連結部材５７Ｂで代替されることになる。すなわち、伸縮用駆動力発生機構５７のレバー５７Ａと連結部材５７Ｂ、共有リンク２１Ｂ、リンク４２Ｃ、及びリンク４２Ｂが、第４の平行リンク機構４２を構成すると考えることができる。
【００５５】
同様に、第１の平行リンク機構２１の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄの一方を省略してもよい。このとき、第１の腕要素２０を構成する剛性体が、第１の平行リンク機構２１の一つのリンクとして機能する。また、同様に、第２の平行リンク機構６１の一対のリンク６１Ｃ及び６１Ｄの一方を省略してもよい。このとき、第２の腕要素２０を形成する剛性体が、第２の平行リンク機構２１の一つのリンクとして機能する。
【００５６】
次に、図８〜図１１を参照して、第２の実施例による保持アームについて説明する。
【００５７】
図８に、第２の実施例による保持アームの概略側面図を示す。第１の平行リンク機構２１及び第２の平行リンク機構６１は、図２に示した第１の実施例による保持アームのものと同一の構成を有する。第２の実施例では、図３に示した第１の実施例による保持アームの第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、形状拘束機構５０に代えて、第１のプーリ４６、第２のプーリ４５、及びベルト４７を含む。ベルト４７は、第１のプーリ４６と第２のプーリ４５とに架け渡されている。第２のプーリ４５の半径は、第１のプーリ４６の半径の１／２である。
【００５８】
図９に、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０との連結部分の、より詳細な側面図を示す。第２のプーリ４５が、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。
【００５９】
図１０に、図８及び図９に示した一点鎖線Ｌ１０−Ｌ１０における断面図を示す。以下、図４に示した第１の実施例による保持アームの構成との相違点に着目して説明する。
【００６０】
第２の実施例では、第４の平行リンク機構４２を構成するリンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄが配置されていない。その代わりに、伸縮用モータ５７Ｄの回転軸に、第２のプーリ４５が固定的に取り付けられている。第２のプーリ４５にベルト４７が架け渡されている。なお、第２の実施例では、図１０において、第１の平行リンク機構２１を構成するリンク２１Ｃ及び２１Ｄが、共有リンク２１Ｂの下側に配置されている。ただし、第１の実施例の場合と同様に、リンク２１Ｃ及び２１Ｄを、共有リンク２１Ｂの上側に配置してもよい。
【００６１】
図１１に、図８に示した一点鎖線Ｌ１１−Ｌ１１における断面図を示す。以下、図５に示した第１の実施例による保持アームの構成との相違点に着目して説明する。
【００６２】
第２の実施例では、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ａに代えて、第１のプーリ４６が配置されている。第１のプーリ４６にベルト４７が架け渡されている。さらに、第１のプーリ４６に、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ｃ及び２１Ｄが連結している。第１のプーリ４６は、第１の平行リンク機構２１の１つのリンクとしての機能を有する。回転用モータ９１を動作させることにより、連結軸２５を介して第１のプーリ４６を、第１の回転中心１０を中心として回転させることができる。
【００６３】
第２の実施例において、回転用モータ９１を停止させて、伸縮用モータ５７Ｄを動作させる場合を考える。伸縮用モータ５７Ｄを動作させると、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とのなす角度が変化する。すなわち、図８において、第１の第１の回転中心１０と第２の回転中心１１とを結ぶ直線と、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ直線とのなす角度が変化する。
【００６４】
第２のプーリ４５が、伸縮用モータ４５の回転軸に固定されているため、第２のプーリ４５も回転する。回転用モータ９１が停止しているため、第１のプーリ４６は回転しない。このため、第２のプーリ４５が第１のプーリ４６の回りを公転する。公転の向きは、第１の腕要素２０に対して第２の腕要素６０を回転させた向きと反対である。
【００６５】
また、第２のプーリ４５の半径が第１のプーリ４６の半径の１／２であるため、第２のプーリ４５が第１のプーリ４６の回りを公転する角度は、第１の腕要素２０に対して第２の腕要素６０を回転させた角度の１／２である。このため、第１の実施例の場合と同様に、第２の腕要素６０を第１の腕要素２０に対して、第１の角度だけ回転させると、第１の腕要素２０は、第２の腕要素６０とは反対向きに、第１の角度の１／２の角度だけ回転する。
【００６６】
このとき、第１のプーリ４６が兼ねる第１の平行リンク機構２１Ａの基部側のリンク２１Ａが固定されているため、保持部材８０の姿勢が保持される。
【００６７】
第２の実施例においても、第１の腕要素２０の長手方向と、第２の腕要素６０の長手方向とのなす角度は、伸縮用モータ５７Ｄの回転によって直接的に制御されるため、その精度は高い。このため、第１の回転中心１０から第３の回転中心１２までの距離は、第１の実施例の場合と同様に、高精度に制御される。
【００６８】
ベルト４７の伸びやスリップが生じると、第１の腕要素２０の回転方向の位置に誤差が生じ得る。ただし、この誤差は僅かであるため、図１Ａにおいて、保持機構８０の姿勢には、ほとんど誤差が生じない。第１の回転中心１０から第３の回転中心１２までの距離が長い場合に、第１の腕要素２０の回転方向の位置の誤差により、保持部材８０のｘ軸方向の位置に、誤差が生じる。ところが、イオン注入において、このｘ軸方向の位置の誤差は大きな問題にはならない。
【００６９】
図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して、保持部材８０に保持された半導体ウエハの軌跡と、イオンビームとの関係について説明する。
【００７０】
図１２Ａに示すように、イオンビーム１００がｘ軸の正の向きに進行する。一般的に、イオンビーム１００は、進行するに従って徐々に広がる。イオンビーム１００の中心線と交差する位置に、第１の回転中心１０が配置される。第２の回転中心１１は、第１の回転中心１０よりも下流側に配置される。
【００７１】
保持アーム１０を伸縮させたときの第３の回転中心１２の軌跡を、直線Ｂで表す。図１２Ａは、軌跡Ｂが、イオンビーム１００の進行方向と直交する場合を示している。直線Ｂは、第１の回転中心１０を通過し、かつイオンビーム１００の中心線に直交する。半導体ウエハ８１が、第３の回転中心１２を含む位置に保持されていると、半導体ウエハ８１の軌跡Ａは、第３の回転中心１２の軌跡Ｂと一致する。
【００７２】
ｘｙ面内において、イオンビーム１００の両端と、軌跡Ａとの交点を、それぞれＰ１及びＱ１とし、と第１の回転中心１０をＯとする。このとき、線分Ｐ１Ｏと線分Ｑ１Ｏとの長さは等しい。
【００７３】
図１２Ｂに、保持アームを第１の回転中心１０を中心として回転させた場合の、第３の回転中心１２の軌跡Ｂと、半導体ウエハ８１の軌跡Ａとを示す。軌跡Ａ及びＢは、ｘ軸に対して斜めになる。ｘｙ面内において、イオンビーム１００の両端と、軌跡Ａとの交点のうち、イオンビーム１００の上流側の交点をＰ２とし、下流側の交点をＱ２とする。イオンビーム１００が徐々に広がっているため、線分Ｑ２Ｏが線分Ｐ２Ｏよりも長くなる。従って、半導体ウエハ８１を交点Ｑ２側へ振るときには、交点Ｐ２側へ振るときよりも振り幅を大きくしなければならない。
【００７４】
図１２Ｃに示す実施例においては、半導体ウエハ８１が、第１の回転中心１０よりもイオンビーム１００の上流側に保持される。具体的には、半導体ウエハ８１が、第３の回転中心１２の軌跡Ｂを挟んで、第２の回転中心１１とは反対側に保持される。半導体ウエハの被処理表面（イオン注入を行うべき表面）は、第３の回転中心１２の軌跡Ｂと平行になり、かつ軌跡Ｂとは反対側（イオンビーム１００の上流側）を向く。半導体ウエハ８１の軌跡Ａは、軌跡Ｂよりもやや上流側に位置することになる。軌跡Ａと軌跡Ｂとの間隔を、オフセット量と呼ぶこととする。
【００７５】
イオンビーム１００の両側の縁と、半導体ウエハ８１の軌跡Ａとの交点のうち、イオンビーム１００の上流側の交点をＰ３とし、下流側の交点をＱ３とする。ｘｙ面において、第３の回転中心１２が第１の回転中心１０と一致したときの、半導体ウエハの中心位置をＣとすると、オフセット量（線分ＯＣの長さ）を適切に選択することにより、線分Ｐ３Ｃと線分Ｑ３Ｃとの長さを等しくすることができる。
【００７６】
なお、線分Ｐ３Ｃと線分Ｑ３Ｃとの長さは、イオンビーム１００の広がりの程度、イオンビーム１００の進行方向に対する軌跡Ａの傾きの大きさに依存する。オフセット量は、実際のイオンビーム１００の広がりの程度、及び実際にイオン注入を行うときの軌跡Ａの傾け角等に基づいて、線分Ｐ３Ｃと線分Ｑ３Ｃとの長さの差がなるべく小さくなるように選択することが好ましい。
【００７７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１の実施例による保持アームの側面図、正面図、及び平面図である。
【図２】第１の実施例による保持アームの側面図である。
【図３】第１の実施例による保持アームの関節部分の詳細な側面図である。
【図４】第１の実施例による保持アームの関節部分の断面図である。
【図５】第１の実施例による保持アームの基部の断面図である。
【図６】第１の実施例による保持アームの先端部の断面図である。
【図７】第１の実施例による保持アームの関節部分の平行リンク機構を模式的に示す線図である。
【図８】第２の実施例による保持アームの側面図である。
【図９】第２の実施例による保持アームの関節部分の詳細な側面図である。
【図１０】第２の実施例による保持アームの関節部分の断面図である。
【図１１】第２の実施例による保持アームの基部の断面図である。
【図１２】イオンビームと、半導体ウエハの軌跡との関係を示す線図である。
【図１３】従来のイオン注入装置に用いられている保持アームの斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  第１の回転中心
１１  第２の回転中心
１２  第３の回転中心
１３  第４の回転中心
２０  第１の腕要素
２１  第１の平行リンク機構
２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｄ  リンク
２１Ｂ  共有リンク
２２  連結軸
２５  連結軸
４０  関節機構
４１  第３の平行リンク機構
４１Ａ  リンク
４２  第４の平行リンク機構
４２Ｂ〜４２Ｄ  リンク
５０  形状拘束機構
５０Ａ  分岐部
５０Ｂ、５０Ｃ  ローラ
５５  支軸
５７  伸縮用駆動力発生機構
５７Ａ  レバー
５７Ｂ  連結部材
５７Ｃ  レバー
５７Ｄ  伸縮用モータ
６０  第２の腕要素
６１  第２の平行リンク機構
６１Ａ〜６１Ｄ  リンク
６２  支軸
８０  保持部材
８１  半導体ウエハ
９０  基台
９１  回転用
９２  回転軸
【図１】
2008188718.tif 000003
【図２】
2008188718.tif 000004
【図３】
2008188718.tif 000005
【図４】
2008188718.tif 000006
【図５】
2008188718.tif 000007
【図６】
2008188718.tif 000008
【図７】
2008188718.tif 000009
【図８】
2008188718.tif 000010
【図９】
2008188718.tif 000011
【図１０】
2008188718.tif 000012
【図１１】
2008188718.tif 000013
【図１２】
2008188718.tif 000014
【図１３】
2008188718.tif 000015