JPH06241231A

JPH06241231A - スライド軸受

Info

Publication number: JPH06241231A
Application number: JP5473393A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Komino; 光明小美野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1994-08-30
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JP3045431B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超低温状態においても潤滑性を損なわず、し
かも摩耗粉がパーティクルとなって飛散することのない
スライド軸受を提供する。【構成】挿通部８８に挿通されたシャフト７２を移動
可能に支持するスライド軸受において、挿通部の開口部
９０の内壁９２に、拡大された曲面部９４を形成すると
共に潤滑剤として固体被膜潤滑剤９６を塗布する。これ
により、超低温状態における潤滑性を確保すると共に発
生する摩耗粉９８を上記曲面部に滞留させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプラズマエッチ
ング装置等のプッシャピンを支持するスライド軸受に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程においては、被
処理体である例えば半導体ウエハは各種の処理装置によ
りスパッタリング処理やエッチング処理等が繰り返して
施される。例えばエッチング装置を例にとると、処理容
器内には静電チャックが設けられており、ウエハはクー
ロン力によりこのチャックが取り付けられたサセプタ側
へ吸着保持されるようになっている。

【０００３】また、このウエハをハンドリングアームか
らチャック上に載置したり、或いはチャック上に載置さ
れているウエハをハンドリングアームに渡すために上記
チャックやサセプタを貫通して上下方向へ出没可能にな
された複数のプッシャピンがスライド軸受を介して設け
られている。そして、ウエハをハンドリングアームより
チャック上に載置する時は、プッシャピンを上昇させる
ことによりハンドリングアームに支持されているウエハ
を押し上げてこのピン上にウエハを受け渡し、アームが
退避した後にプッシャピンを降下させることによりウエ
ハをチャック上に載置する。また、チャック上に載置さ
れているウエハをハンドリングアームに移載するために
は上記したと逆の操作を行う。また、サセプタの下面に
は、例えばプラズマ等により加熱されるウエハの温度を
所定の処理温度まで冷却して温度制御するための冷媒等
を流通させる冷媒通路を備えた冷却ブロックが設けられ
ており、これからの冷熱をウエハに供給するようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、ウエ
ハを例えば液体窒素を用いて−１５０℃程度の超低温に
冷却保持しておき、この状態で減圧状態にてエッチング
処理を施す、いわゆる低温エッチング処理法が開発され
るに至っており、この低温エッチング処理によれば、例
えばポリシリコンやシリコン酸化膜のエッチングを行う
場合には、下地との間の選択比を従来方法と比較して大
きくすることができ、しかも異方性も十分に確保するこ
とができる。

【０００５】しかしながら、プッシャピンを上下方向へ
スライド可能に支持するスライド軸受は、一般的には図
４に示すように中空円筒体状に成形されたケーシング１
００の内壁面にプッシャピンを支持するシャフト７２の
スライド方向へ転動して循環可能になされた多数のボー
ル体１０２を設けて構成されており、この中空の挿通部
１０４にシャフト７２を挿通してスライド可能に支持す
るのであるが、使用する潤滑剤が例えばフッ素系のグリ
ースや鉱物油であるために、次のような改善点を有して
いた。すなわち、潤滑剤としてのフッ素系のグリース
は、このガラス転移温度が−１００℃程度と低いのであ
るが、前述のような−１５０℃程度の超低温のエッチン
グ処理を行う場合には、このグリースがガラス化して固
化してしまい摩擦抵抗が急激に増大して潤滑剤の機能を
果たさなくなるという改善点を有していた。

【０００６】また、ウエハの処理に際しては、微細加工
を行うことから歩留まり低下の原因となるパーティクル
等の発生を極力抑制しなければならないが、上述のよう
に摩擦抵抗が大きくなると摩耗粉が発生してしまい、特
に、ウエハと直接接触することになるプッシャピンに摩
耗粉が付着することは大きな問題点となっていた。ま
た、エッチング処理は腐食性ガスを使用するが、上記し
た鉱物油は耐腐食性が低いためにこのガスにより変質し
てしまったり、−１５０℃もの低温状態において潤滑性
が劣化するという改善点を有していた。

【０００７】そこで、潤滑剤として超低温においても潤
滑性を損なわない固体被膜潤滑剤を用いることも考えら
れるが、この潤滑剤は微視的には積層されたウロコ状の
薄膜を摩擦時に削り取ることにより潤滑性を維持してい
ることからある程度の摩耗粉が発生することは避けられ
ず、これがパーティクルとなる恐れがある。本発明は、
以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく
創案されたものである。本発明の目的は、超低温状態に
おいても潤滑性を損なわず、しかも摩耗粉がパーティク
ルとなって飛散することのないスライド軸受を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために支持されるべきシャフトを挿通させるた
めの挿通部を有する中空円筒状のケーシングを有するス
ライド軸受において、前記ケーシングの挿通部の開口部
の内壁には、前記ケーシング内より外側に向かうに従っ
てその開口径が順次拡大された曲面部が形成されると共
に潤滑剤として固体被膜潤滑剤を塗布したものである。

【０００９】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、ケーシ
ングの挿通部に挿通されたシャフトがスライドすると潤
滑剤として使用される固体被膜潤滑剤は摩擦によって摩
耗粉を発生するが、この摩耗粉がケーシング挿通部の開
口部に形成された曲面部に滞留し、外部に飛散されるこ
とが抑制されるのみならず、潤滑剤として機能すること
になる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明のスライド軸受の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るスラ
イド軸受を適用したプラズマエッチング装置を示す断面
図、図２は本発明に係るスライド軸受を示す断面図、図
３は図２中のＡ部の拡大図である。

【００１１】まず、本発明のスライド軸受の説明に先立
ってこれを適用したプラズマエッチング装置を説明す
る。図示するようにこのエッチング装置２は、導電性材
料、例えばアルミニウム等により円筒或いは矩形状に成
形された処理容器４を有しており、この容器４内の底部
にはセラミックス等の例えばリング状の絶縁板６を介し
て被処理体、例えば半導体ウエハＷを載置するための略
円柱状の載置台８が収容されている。この載置台８は、
アルミニウム等により円柱状に成形されたサセプタ支持
台１０と、この上にボルト１２により着脱自在に設けら
れたアルミニウム等よりなるサセプタ１４とにより主に
構成されている。

【００１２】上記サセプタ支持台１０には、冷却手段、
例えば冷却ジャケット１６が設けられており、このジャ
ケット１６には例えば液体窒素等の冷媒が冷媒導入管１
８を介して導入されてジャケット内を循環し、冷媒排出
管２０より容器外へ排出される。上記サセプタ１４は、
中央部が突状になされた円板状に成形され、その中央の
ウエハ載置部にはチャック部として、例えば静電チャッ
ク２２がウエハ面積と略同じ面積で形成されている。こ
の静電チャック２２は、例えば２枚の高分子ポリイミド
フィルム間に銅箔等の導電膜２４を絶縁状態で挟み込む
ことにより形成され、この導電膜２４は電圧供給リード
２６により途中高周波をカットするフィルタ２８を介し
て直流高電圧源２７に接続されている。従って、この導
電膜２４に高電圧を印加することにより、チャック２２
の上面にウエハＷをクーロン力により吸引保持し得るよ
うに構成される。そして、サセプタ支持台１０及びサセ
プタ１４には、Ｈｅ等の伝熱促進ガスをウエハＷの裏面
に供給するためのガス通路３０が形成されている。尚、
上記静電チャック２２にも伝熱促進ガスを通過させる多
数の通気孔（図示せず）が形成される。

【００１３】また、サセプタ１４の上端周縁部には、ウ
エハＷを囲むように環状のフォーカスリング３２が配置
されている。このフォーカスリング３２は反応性イオン
を引き寄せない絶縁性の材質からなり、反応性イオンを
内側の半導体ウエハＷにだけ効果的に入射せしめる。そ
して、このサセプタ１４には、中空に成形された導体よ
りなるパイプリード３４がサセプタ支持台１０を貫通し
て設けられており、このパイプリード３４には配線３６
を介して例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高
周波電源３８に接続されている。従って、上記サセプタ
１４は下部電極として構成されることになる。そして、
この配線３６には、マッチング用のコンデンサ４０が介
設される。

【００１４】上記サセプタ１４の上方には、これより約
１５〜２０ｍｍ程度離間させて、接地された上部電極４
２が配設されており、この上部電極４２にはガス供給管
４４を介してプロセスガス、例えばＣＦ₄ 等のエッチン
グガスが供給され、上部電極４２の電極表面に形成され
た多数の小孔４６よりエッチングガスを下方の処理空間
に吹き出すように構成されている。また、処理容器４の
下部側壁には、排気管４８が接続されており、処理容器
４内の雰囲気を図示しない排気ポンプにより排出し得る
ように構成される。

【００１５】そして、上記静電チャック２２と冷却ジャ
ケット１６との間には、温度調整用ヒータ５０が設けら
れる。このヒータ５０は厚さ数ｍｍ程度の板状に成形さ
れており、内部には、例えばタングステン、カーボン或
いはリバーライト或いはフェクラロイ（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌベースにＬａ、Ｙを微量添加したもの）（商品名）よ
りなる線状或いは帯状の抵抗発熱体５２が全体に渡って
例えば蛇行状或いは一筆書き状に配設されている。そし
て、この抵抗発熱体５２の全体は、焼結したＡｌＮ（窒
化アルミニウム）よりなる絶縁体５４により被われてお
り、このヒータ５０を取り付けた時に内部の発熱体５２
を外部の基台側から電気的に絶縁し得るように構成され
る。このヒータ５０には、電力供給リード５３が接続さ
れると共にこのリード５３には電力源５５が接続され
る。ヒータ５０は、サセプタ支持台１０の上面に設けら
れるヒータ固定台５６の上部に形成されたヒータ収容溝
内にその上面を同一レベルにして完全に収容される。ヒ
ータ固定台５６は、熱伝導性の良好な材料例えばアルミ
ニウムにより構成される。このヒータ５０の大きさは、
好ましくはウエハ面積と略同一面積或いはそれ以上にな
るように設定されるのが良く、この下方に位置する冷却
ジャケット１６からの冷熱がウエハＷに伝達するのを制
御してウエハＷの温度調整を行い得るように構成され
る。上記ヒータ固定台５６には、ヒータ５０の上面とサ
セプタ１４の下面との境界部にＨｅ等の伝熱促進媒体を
供給するために、前記ガス通路３０に接続された分岐路
５８が形成される。

【００１６】また、前記静電チャック２２には、ウエハ
温度を検出するために温度に依存して光の往復時間が変
化することを利用した温度計、例えばフロロプチック・
サーモメトリ（ＦｌｕｏｒｏｐｔｉｃＴｈｅｒｍｏｍ
ｅｔｒｙ）（商標）や熱電対等よりなる温度検出器６０
が設けられている。そして、この温度検出器６０には、
検出値を伝達する温度検出リード６２が接続される。こ
の温度検出リード６２は、温度検出器６０としてフロロ
プチック・サーモメトリを用いた場合には光ファイバに
より構成されるが、熱電対を用いた場合には通常の導体
が使用され、この場合には高周波ノイズを除去するフィ
ルタ６４を途中に介設して、この装置全体を制御する、
例えばコンピュータ等よりなる制御部（図示せず）へ入
力される。この制御部は、上述のように所定のプログラ
ムにより装置全体を制御するものであり、例えば前記高
周波電源３８、ヒータ５０への電力源５５、静電チャッ
ク２２への直流高電圧源２７の給配を制御する。また、
上記パイプリード３４の処理容器底部の貫通部には絶縁
体６６が介設されて、容器側との電気的絶縁を図ってい
る。尚、載置台８の所定の接合箇所には、処理室内へ不
要なガスが流入することを防止するシール部材が多数設
けられている。

【００１７】そして、上記サセプタ１４や静電チャック
２２には、図中上下方向へ貫通された複数の貫通孔６８
が形成されており、この中には上下方向へ昇降可能にな
されたプッシャピン７０が収容されている。このプッシ
ャピン７０はその先端でウエハＷを支持できるようにチ
ャック面内全体で複数、例えば４つ均等に配置されてい
る。図示例においては代表として２つのプッシャピンを
示し、その内の一方は上部のみを示す。このプッシャピ
ン７０の下端にはシャフト７２が接続されると共にこの
下方の容器外には上記プッシャピン７０を上下移動させ
るためにプッシャピン駆動モータ７４が設けられてい
る。そして、このモータ７４の駆動軸７６は上記シャフ
ト７２に例えばラックとピニオンのような伝達機構を介
して連結されており、必要に応じて上記プッシャピン７
０をチャック２２の上面より上方へ出没自在としてい
る。

【００１８】（スライド軸受の説明）このようなプッシ
ャピン７０の接続されたシャフト７２をスライド可能に
支持するために本発明に係るスライド軸受７８が設けら
れる。具体的には、このスライド軸受７８はサセプタ支
持台１０に形成された軸受収容空間部８０内に収容され
ており、その下端部をサセプタ支持台１０側に固定する
ことにより起立させて設置されている。そして、上記シ
ャフト７２と軸受収容空間部８０の底面との間には上記
スライド軸受７８を被うようにベローズ８２が介設され
ており、パーティクルの飛散を抑制するために軸受７８
と接触する気体が直接処理空間側へ流出しないように構
成されている。尚、この軸受収容空間部８０の底部には
上記ベローズ８２内の気体の給排を確保するための通気
孔（図示せず）が設けられる。

【００１９】上記スライド軸受７８は、図２及び図３に
も示すように全体としては公知のすべり軸受のように形
成されており、異なる点はケーシング８６の開口部の両
端の内壁が拡開された曲面形状に形成された点にある。
すなわち、このスライド軸受７８は、その中心に上記シ
ャフト７２を挿通させるための挿通部８８を有する中空
円筒状のケーシング８６を有している。

【００２０】そして、上記挿通部８８の両端の開口部９
０の内壁９２には、ケーシング内より軸方向外側に向か
うに従ってその開口径が順次拡大された曲面部９４が形
成されている。この時の寸法は、例えば図３に示すよう
にシャフト７２の直径Ｄ１が５ｍｍ程度の時は曲面部９
４の深さＤ２を２〜１０ｍｍ程度とし、幅Ｄ３を５ｍｍ
程度に設定する。そして、この曲面部９４の曲率Ｒは６
５０ｍｍ程度に設定する。また、深さＤ２は、好ましく
はプッシャピンの上下方向のストロークよりも大きく設
定し、摩耗粉の系外への飛散をできるだけ抑制する。
尚、具体的数値は、これらの値に限定されるものではな
い。そして、上記ケーシング８６の挿通部８８の内壁９
２の全面及びシャフト７２の外周面またはこれらの一方
には潤滑剤として固体被膜潤滑剤が塗布されて被膜９６
が例えば数μｍから数１０μｍの厚さで形成されてい
る。図示例においてはケーシング側の内壁９２のみに被
膜９６を形成した場合を示す。

【００２１】この固体被膜潤滑剤は、周期律表のＶＩ族
元素であるＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ等のカルコゲンと
金属との化合物である金属カルコゲナイド、例えば二硫
化モリブデン、二硫化タングステン、二セレン化タング
ステン等をＰＴＦＥ（フッ素樹脂）等によりバインドし
て作成されたものであり、ウロコ状の積層構造を呈す。
そして、摩擦によりこの潤滑剤が摩耗粉として発生して
例えば−１５０℃程度の超低温状態においても十分な潤
滑性を確保することが可能となる。この場合、後述する
ように発生した摩耗粉はケーシング８６の曲面部９４の
壁面に付着して外部への飛散は抑制される。

【００２２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないロードロック
室より所定の圧力、例えば、１×１０^-4〜数Ｔｏｒｒ程
度に減圧された処理容器４内に図示されないハンドリン
グアームに支持されたウエハＷを搬入し、これをプッシ
ャピン７０側へ渡して降下させることによりサセプタ１
４の上部にウエハＷを載置し、これを静電チャック２２
によりクーロン力によりサセプタ１４側へ吸着保持す
る。そして、上部電極４２と下部電極（サセプタ）１４
との間にパイプリード３４を介して高周波を印加するこ
とによりプラズマを発生せしめ、これと同時に上部電極
４２側からプロセスガスを処理空間に流し、エッチング
処理を行う。

【００２３】また、低温エッチングを行うためにサセプ
タ支持台１０の冷却ジャケット１６に冷媒、例えば液体
窒素を流通させてこの部分を−１９６℃に維持し、これ
からの冷熱をこの上部のサセプタ１４を介してウエハＷ
に供給し、これを冷却するようになっている。この場
合、冷却ジャケット１６とウエハＷとの間に温度調整用
ヒータ５０を設けて、この部分の発熱量を調整すること
によりウエハＷを冷却する温度を調整し、ウエハＷを所
定の温度、例えば−１５０℃〜−１８０℃程度に維持す
る。従来装置にあっては、冷却媒体自体の温度を制御す
ることによってウエハ温度を制御しており、しかも冷却
ジャケットとウエハとの間の距離が長く、部材界面も多
いので熱応答性が非常に悪かった。これに対して、本実
施例においては、上述のように冷却ジャケット１６は一
定の低温、例えば−１９６℃に固定され、これに対して
ヒータ５０はウエハＷに例えば１５〜２０ｍｍまでの距
離に接近させて設けられているので、このヒータ５０の
発熱量の変化は迅速にウエハＷの温度変化となって表
れ、従って熱応答性が良く、迅速にウエハ温度を制御す
ることが可能となる。従って、ヒータ５０をオフしたと
きの液体窒素だけによるウエハ冷却温度、例えば−１６
０℃（液体窒素（−１９６℃）との間の温度差３６℃は
サセプタ等の各部材の固有の熱抵抗により発生する温度
差を最低温度値としてそれ以上、常温までの温度範囲内
で迅速に且つ直線的にウエハ温度を制御することが可能
となる。

【００２４】また、ヒータ５０とサセプタ１４との界面
部及びウエハＷの下面には、ガス通路３０を介してＨｅ
等の伝熱促進ガスが導入されているので上下間の伝熱効
率が劣化することもなく、上記した熱応答性を一層向上
させることができる。そして、プラズマ処理が終了する
と、プッシャピン７０を上昇させることにより静電チャ
ック２２の上面に吸着保持されていたウエハＷは上方へ
押し上げられ、この状態で水平方向から図示しないハン
ドリングアームをプッシャピン７０と交叉させるように
侵入させる。そして、このプッシャピン７０を降下させ
ることによりウエハＷはハンドリングアームへ渡される
ことになり、処理済みのウエハが搬出された後、未処理
のウエハが前述したと同様に処理容器４内に搬入され、
上記した操作が繰り返し行われる。

【００２５】このように、ウエハＷの処理容器４に対す
る搬入・搬出が行われる度にプッシャピン駆動モータ７
４が回転駆動してプシッャピン７０に接続されたシャフ
ト７２を頻繁に上下動させる。この時、このシャフト７
２を支持するスライド軸受７８が上記シャフト７２の上
下動を許容する。ここで、本実施例においては、ウエハ
に対して超低温エッチング処理を施していることから冷
却ジャケット１６からの冷熱によりこのスライド軸受７
８が例えば−１１０℃以下に冷却されてしまうが、ケー
シング８６の内壁、シャフト７２の外周面などに必要に
応じて固体被膜潤滑剤の被膜９６（図３においてはケー
シング内壁のみに形成される）が形成されていることか
ら、これが次第に剥離して摩耗粉となり、上記した超低
温状態においてもこの摩耗粉が潤滑機能を発揮するので
プッシャピン７０の上下移動が阻害されることはなく、
円滑な上下動を保証することが可能となる。

【００２６】このように、固体被膜潤滑剤は、せん断の
生じ易さから、いわば自己犠牲形の潤滑剤であり、超低
温においても潤滑性を維持できる反面、脱落した摩耗粉
が系外へ排出され易い。しかしながら、本実施例におい
ては、ケーシング開口部９０が順次拡大されて曲面部９
４が形成されているので、生じた摩耗粉９８が系外に排
出されることなく曲面部９４の内壁９２に付着滞留する
ことになる。従って、摩耗粉９８が発生してもこれがパ
ーティクルとなって飛散して処理容器４内に流入するこ
とを阻止することができる。

【００２７】このように軸受の潤滑剤として固体被膜潤
滑剤を用いて、更にシャフト挿通部８８の開口部に拡開
された曲面部９４を形成するようにしたので、超低温状
態においても摩擦係数を小さくして高い潤滑性を維持し
つつ発生した摩耗粉９８が系外へ飛散することを防止す
ることができる。また、開口部９０の内壁９２に付着滞
留した摩耗粉９８は、シャフト７２が逆方向に移動する
時には挿通部内側へ付随して移動し、潤滑剤として繰り
返して利用できるので全体の寿命を延ばすことができる
のみならず、発生する摩耗粉９８の量も抑制することが
できる。

【００２８】上記固体被膜潤滑剤をケーシング８６の内
壁９２のみに形成した場合には、全体の摩擦係数が小さ
くなるが、潤滑剤をケーシング８６の内壁９２のみなら
ず、シャフト７２の外周面にも形成すると、全体の寿命
を長くすることができ、用途に応じて選択することがで
きる。本実施例において、固体被膜潤滑剤の被膜９６を
片側施工の場合は厚さ１３μｍ程度、両側施工の場合は
厚さ５〜７μｍ程度形成し、温度−１９６℃〜＋５００
℃の範囲で摩擦係数を測定したところ、この値は０．０
５〜０．２という低い値となり、良好な結果を得ること
ができた。この時、シャフトはステンレス系の材料を用
い、ケーシングには銅系の砲金を用いた。尚、上記実施
例においては、スライド軸受をプラズマエッチング装置
に適用した場合について説明したが、ウエハを移載する
プッシャピン等を必要とする装置、例えばＣＶＤ装置、
アッシング装置、スパッタ装置等どのような装置にも適
用し得るのは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスライド
軸受によれば次のように優れた作用効果を発揮すること
ができる。潤滑剤として固体被膜潤滑剤を用い、しかも
発生する摩耗粉を滞留させる曲面部を形成したので、超
低温状態においても高い潤滑性を維持しつつ発生した摩
耗粉が系外へ飛散することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスライド軸受を適用したプラズマ
エッチング装置を示す断面図である。

【図２】本発明にかかるスライド軸受を示す断面図であ
る。

【図３】図２中のＡ部の拡大図である。

【図４】プッシャピンの従来の支持構造を説明するため
のリニアモーションベアリングを示す断面図である。

【符号の説明】

２プラズマエッチング装置４処理容器１４サセプタ１６冷却ジャケット２２静電チャック５０温度調整用ヒータ７２シャフト７８スライド軸受８０軸受収容空間部８２ベローズ８６ケーシング８８挿通部９０開口部９２内壁９４曲面部９６被膜（固体被膜潤滑剤）９８摩耗粉Ｗ半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持されるべきシャフトを挿通させるた
めの挿通部を有する中空円筒状のケーシングを有するス
ライド軸受において、前記ケーシングの挿通部の開口部
の内壁には、前記ケーシング内より外側に向かうに従っ
てその開口径が順次拡大された曲面部が形成されると共
に潤滑剤として固体被膜潤滑剤を塗布したことを特徴と
するスライド軸受。