DE4091603C1 - Vorrichtung zur Übertragung einer mechanischen Bewegung in eine Vakuumkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung einer mechanischen Bewegung in eine Vakuumkammer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Solche Vorrichtungen dienen Vakuumbehandlung von Werkstücken und insbesondere zum mechanischen Scannen oder Verschieben einer Vielzahl von Werkstücken in zwei Dimensionen relativ zu einem Ionenstrahl, so daß die Ionen gleichmäßig über die Werkstückoberflächen verteilt werden. Die Vorrichtung zur Übertragung einer mechanischen Bewegung in eine Vakuumkammer ist im wesentlichen zur Ionenimplantation bei Halbleiterplättchen bestimmt, es ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt.

Die Ionenimplantation hat sich zu einer kommerziell anerkannten Standardmethode zur Einführung von die Leitfähigkeit ändernden Verunreinigungen in Halbleiterplättchen entwickelt. Die gewünschte Verunreinigungssubstanz wird in einer Ionenquelle ionisiert, die Ionen werden zur Bildung eines Ionenstrahls vorgegebener Energie beschleunigt und der Ionenstrahl wird auf die Oberfläche des Halbleiterplättchens gerichtet. Die energiereichen Ionen dringen in das Halbleiterinnere ein und werden in das Kristallgitter des Halbleitermaterials eingelagert, um eine Region gewünschter Leitfähigkeit zu bilden.

Bei kommerziellen Ionenimplantations-Vorrichtungen sind für eine effektive Betriebsweise mehrere Faktoren entscheidend. Ein wichtiger Faktor ist der Durchsatz an Halbleiterplättchen pro Zeiteinheit. Die Transferzeit für die Plättchen, die Implantationszeit und die Totzeit tragen alle zur Gesamtbehandlungszeit bei. Zur Reduktion der Implantationszeit werden ständig Anstrengungen unternommen, den auf das Halbleiterplättchen aufgebrachten Ionenstrahlstrom zu erhöhen, ohne das Plättchen über eine vorgegebene maximale Temperatur zu erhitzen. Andere entscheidende Faktoren bei der Ionenimplantation betreffen die Genauigkeit der Dosis und die Gleichmäßigkeit der Dosis über die Oberfläche des Halbleiterplättchens, da durch Ionenimplantation hergestellte Halbleitergeräte kontrollierbare und wiederholbare Betriebsmerkmale besitzen müssen. Außerdem ist es außerordentlich wichtig, Verunreinigungen zu minimieren, da Halbleitergeräte mit Mikrominiaturisierungseigenschaften auf solche Verunreinigungen außerordentlich schadensanfällig reagieren.

Vorrichtungen zur Ionenimplantation lassen sich generell in zwei Hauptkategorien einteilen: kontinuierlich und partienweise ("batch"). Bei kontinuierlichen Systemen werden die Halbleiterplättchen nacheinander behandelt. Da sich das Halbleiterplättchen während der Implantation kontinuierlich im Ionenstrahl befindet, ist der maximale Ionenstrahlstrom begrenzt. In Batch-Systemen werden typischerweise mehrere Halbleiterplättchen an Befestigungsstellen in einer ringförmigen Region nahe der Peripherie einer Scheibe befestigt. Die Scheibe fängt den Ionenstrahl in einem schmalen Bereich der ringförmigen Region auf, so daß die Halbleiterplättchen bei Rotation der Scheibe sukzessive den Ionenstrahl aufnehmen. Da jedes einzelne Halbleiterplättchen nur für einen Bruchteil der Rotationszeit der Scheibe den Ionenstrahl aufnimmt, ist die jedem Plättchen zugeführte durchschnittliche Energie relativ gering. Folglich können bei Batch-Systemen wesentlich höhere Ionenstrahlströme verwendet werden als bei kontinuierlichen Systemen. Da der Querschnitt des Ionenstrahls typischerweise kleiner ist als die Oberfläche des Halbleiterplättchens, muß für eine gleichmäßige Verteilung der Ionen auf der Oberfläche des Plättchens entweder eine zusätzliche Bewegung der rotierenden Scheibe oder des Strahls vorgesehen sein.

Als Stand der Technik wird in der US-PS 4 276 477 eine Vorrichtung zur Implantation von Ionen im Batch-Betrieb beschrieben, bei der der Ionenstrahl in einer Richtung magnetisch abgelenkt wird und die Rotation der Scheibe für eine Bewegung in einer zweiten Richtung sorgt. Ein Nachteil dieser magnetischen Strahlablenkung liegt darin, daß die benötigten Ablenkungsmagnete groß und schwer sind.

Bei einem zweiten Verfahren zur Ionenimplantation im Batch-Betrieb wird ein stationärer Ionenstrahl verwendet und das Halbleiterplättchen in zwei Dimensionen mechanisch bewegt. Ein zweidimensionales mechanisches Scanning im Vakuum ist jedoch schwierig, da der Antriebsmechanismus aus Funktionsgründen und zur Vermeidung von Verunreinigungen durch bewegende mechanische Teile bevorzugt außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist. Ein zweidimensionales mechanisches Scanning-System zur Ionenimplantation wird in der US-PS 3 983 402 beschrieben. Bei dem beschriebenen System werden ein Paar Bälge zur Übertragung einer Hin- und Herbewegung in die Vakuumkammer verwendet. Aus der US-PS 4 229 655 ist ein anderes, zum Stand der Technik gehörendes System bekannt, bei dem eine rotierende Scheibe und eine eine gegenüber einer festen Platte verschiebbare Platte zwischen denen Dichtungen angeordnet sind, verwendet wird, um eine Hin- und Herbewegung der rotierenden Scheibe relativ zu dem Ionenstrahl zu erzeugen.

In der EP 0 178 803 A2 wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird eine zweidimensionale Bewegung erreicht, bei der eine rotierende Scheibe auf einem sich hin- und herbewegenden Scan-Arm in einem Bogen innerhalb der Vakuumkammer bewegt wird.

Eine Komplikation bei der Ionenimplantation im Batch-Betrieb besteht darin, daß Vorkehrungen getroffen werden müssen, um die Halbleiterplättchen vor der Implantation auf die Scheibe aufzubringen und sie nach erfolgter Implantation wieder zu entfernen. Nach der EP 0 178 803 A2 muß hierfür die Vakuumkammer, in der sich die Scheibe befindet, entlüftet und jedes Halbleiterplättchen einzeln entnommen werden. Dies hat eine erhebliche Verschmutzungsgefahr der Oberflächen zur Folge.

Daher ist es wünschenswert den Austausch der Halbleiterplättchen vorzugsweise automatisch in einer Art vorzunehmen, die die Möglichkeit der Verunreinigung auf ein Minimum reduziert. Eine mögliche Beladungstechnik für die Halbleiterplättchen besteht darin, die Scheibe aus einer mehr oder weniger vertikalen Orientierung während der Implantation in eine horizontale Orientierung zum Be- und Entladen der Halbleiterplättchen umzuklappen oder umzuschwenken. Diese Technik wird in dem Varian-Modell 160-10 verwendet und ist in der der US-PS 3 983 402 und in der der US-PS 4 229 655 beschrieben.

Da die Ioneneindringtiefe eine Funktion des Auftreffwinkels (Implantionswinkels) ist, ist es außerdem wünschenswert den Auftreffwinkel des Ionenstrahls auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens während der Ionenimplantation zu kontrollieren. Die Variation der Eindringtiefe mit dem Auftreffwinkel, allgemein als "Kanaleffekt" bekannt, hängt von der Orientierung der Kristallachse des Halbleiterplättchens relativ zu dem Ionenstrahl ab. Der Kanaleffekt hängt jedoch nicht nur von dem Auftreffwinkel ab, sondern auch von der Kristallstruktur des Halbleiterplättchens. Zur Kontrolle des Kanaleffekts wird üblicherweise ein vorgegebener Einfallswinkel für eine vorgegebene Kristallstruktur und Kristallorientierung verwendet. Systeme zur Ionenimplantation müssen daher eine Möglichkeit zur Variation des Einfallswinkels besitzen.

In der EP 0 178 803 A2 wird dies durch kegelförmige Kühlblecheinsätze bewerkstelligt, die unter jedem Halbleiterplättchen angeordnet sind. Um den Einfallswinkel ändern zu können ist es nach der EP 0 178 803 A2 notwendig, die Vakuumkammer auf Atmosphärendruck zu entlüften, und die Kühlblecheinsätze an jeder der Positionen eines jeden Halbleiterplättchens auszutauschen und dann die Kammer wieder auf Hochvakuum auszupumpen. Dies ist zum einen eine sehr arbeitsaufwendige Technik, zum anderen besteht die Gefahr, daß verschiedene Halbleiterplättchen auf der Scheibe verschiedene Implantationswinkel aufweisen.

Ein weiteres Problem der EP 0 178 803 A2 stellt die Halterung der Plättchen und das Be- und Entladen der Scheibe dar. Nach dem Stand der Technik wird sowohl eine peripherische als auch eine zentrifugale Einspannung der Halbleiterplättchen während der Ionenimplantation verwendet. Ein peripherisches Einspannen mit einem Einspannring ist normalerweise ausreichend, aber ein ringförmiger Teil des Halbleiterplättchens in der Nähe seines äußeren Randes wird durch den Einspannring beschattet, so daß dieser Teil des Plättchens nutzlos ist. Beim zentrifugalen Einspannen steht zwar die gesamte Oberfläche des Halbleiterplättchens für die Behandlung zur Verfügung, die Scheibe muß jedoch so ausgelegt sein, daß ausreichende zentrifugale Kräfte zum Einspannen und zur Kühlung des Halbleiterplättchens auf das Plättchen übertragen werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der Antriebseinrichtung zur Ereugung der hin- und hergehenden Bewegung der Scan-Arm-Einrichtung außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, eine Dichteinrichtung zur Abdichtung der Scan-Arm-Einrichtung in Bezug auf den Vakuummantel anzugeben, mit der eine große Zahl von Bewegungszahlen der Scan-Arm-Einrichtung möglich ist.

Die Lösung der Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine, teilweise weggebrochen, Draufsicht eines Systems zur Ionenimplantation, bei der sich die Scheibe zum Be- und Entladen der Halbleiterplättchen in horizontaler Position befindet,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Ionenimplantationssystems nach Fig. 1, entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, bei dem sich die Scheibe in Implantationsposition befindet,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Scanning-Apparatur mit geöffneter Scheibenzugangsklappe,

Fig. 4 einen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 5-5 in Fig. 4, der die Scan-Antriebseinrichtung und die Schwenkantriebseinrichtung zeigt,

Fig. 6 einen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 6-6 in Fig. 4, der die Zugangsklappeneinrichtung und die Einstellung des Auftreffwinkels zeigt,

Fig. 7 einen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 7-7 in Fig. 5, der die Scan-Antriebseinrichtung zeigt,

Fig. 8 einen teilweisen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 8-8 in Fig. 6, der die Einstellung des Einfallswinkels zeigt,

Fig. 9 einen teilweisen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 9-9 in Fig. 8, der die Einstellung des Einfallswinkels zeigt,

Fig. 10 einen Querschnitt der Scanning-Apparatur entlang Linie 10-10 in Fig. 4, der in durchgezogenen Linien die Scheibe in Implantationsposition und in Phantomdarstellung die Scheibe in Be-/Entladeposition zeigt,

Fig. 11 einen Querschnitt der Scheibenantriebseinrichtung entlang der Linie 11-11 in Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt der Scheibenantriebseinrichtung entlang der Linie 12-12 in Fig. 11,

Fig. 13 eine schematische Darstellung der Scanning-Apparatur zur Illustration der Funktionsweise des Scan-Arms,

Fig. 14 eine schematische Darstellung zur Illustration der Beziehung zwischen den Bewegungsachsen der Scanning-Apparatur,

Fig. 15 eine schematische Darstellung der Durchbiegung des Balgs,

Fig. 16 eine Vorderansicht einer Ausführungsform des Balgs,

Fig. 17 einen Querschnitt des Balgs entlang Linie 17-17 in Fig. 16,

Fig. 18 einen Querschnitt des Balgs entlang Linie 18-18 in Fig. 16 und

Fig. 19 einen teilweisen Querschnitt des Balgs entlang der Linie 19-19 in Fig. 18, die den mittleren Flansch zeigt.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ionenimplantationssystem weist eine Ausgangsbaugruppe 10 und eine Zielbaugruppe 12 auf. Die Ausgangsbaugruppe 10 umfaßt eine Ionenquelle 14 zur Ionisierung des Ausgangsmaterials und zur Bildung eines Ionenstrahls 20, ein Massenspektrometer 16 zum Abtrennen unerwünschter Teilchen aus dem Ionenstrahl 20 und einen Beschleuniger 17 zur Beschleunigung des Ionenstrahls 20 auf Energien im Bereich zwischen 2 keV und 200 keV. Die Ionenquelle 14 vermag Ionenstrahlströme bis zu 30 mA zu erzeugen. Der in die Zielbaugruppe 12 gerichtete Ionenstrahl 20 verläuft entlang einer vorgegebenen Achse.

Die Zielbaugruppe 12 umfaßt eine Hochvakuumkammer 30. Die Vakuumkammer 30 wird durch ein Vakuumpumpensystem 34 auf Hochvakuum gehalten. Die Zielbaugruppe 12 umfaßt die Scanning-Vorrichtung 36 zur Translation oder zum Scannen von Werkstücken, üblicherweise Halbleiterplättchen, in zwei Dimensionen relativ zu dem Ionenstrahl 20. Die Zielbaugruppe 12 umfaßt ebenfalls ein Transfersystem 38 für die Halbleiterplättchen zum Beladen der Scanning-Vorrichtung 36 mit den Halbleiterplättchen 39 vor der Ionenimplantation und zum Entfernen der Plättchen aus der Scanning-Apparatur 36 nach der Ionenimplantation. Die den Ionenstrahl 20 von der Ionenquelle 14 zu den Halbleiterplättchen 39 umgebende Region wird während des Betriebs auf Hochvakuum gehalten.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Scanning-Vorrichtung 36. Die Scanning-Vorrichtung 36 umfaßt eine Scheibe 40, die in einer ringförmigen Region in der Nähe ihrer äußeren Peripherie eine Vielzahl von Befestigungsstellen 42 für Halbleiterplättchen aufweist. Die Scheibe 40 ist auf einer Scheibenantriebseinrichtung 50 befestigt. Die Scheibe 40 und die Scheibenantriebseinrichtung 50 werden durch eine Scan-Arm-Einrichtung 44 abgestützt, die an einer Zugangstür 46 befestigt ist. Die Zugangstür 46 ist auf einem Paar Schienen 48 gelagert, die sich in einer Richtung senkrecht zum Ionenstrahl 20 unter der Vakuumkammer 30 erstrecken. Die Zugangstür 46, die Scheibe 40, die Scheibenantriebseinrichtung 50 und die Scan-Arm-Einrichtung 44 können für einen Zugang zu diesen Elementen auf den Schienen 48 herausgefahren werden.

Durch die Scheibenantriebseinrichtung 50 wird die Scheibe 40 zur Rotation um eine durch ihr Zentrum verlaufende Rotationsachse A veranlaßt. Die Scheibe 40, die Scheibenantriebseinrichtung 50 und die Scan-Arm-Einrichtung 44 werden durch die Scan-Antriebseinrichtung 52 zum Hin- und Herbewegen oder Scannen entlang eines Bogens 53 um eine Scan-Achse B veranlaßt. Die Rotation von Scheibe 40 um eine Achse A und das Scannen der Scan-Arm-Einrichtung 44 um Achse B erzeugt eine zusammengesetzte zweidimensionale Bewegung relativ zu dem Ionenstrahl 20, so daß die Oberfläche jedes der auf der Scheibe 40 befestigten Halbleiterplättchen eine gleichmäßige Ionendosis erhält. Die Scheibe 40 ist zudem zwischen einer näherungsweise vertikalen Ionenimplantationsposition (dargestellt in Fig. 10 mit ausgezogenen Linien) und einer näherungsweise horizontalen Be-/Entladeposition (dargestellt in Fig. 10 als Phantombild) bewegbar. Die Scheibe 40 und die Scheibenantriebseinrichtung 50 können über eine Scheibenantriebseinrichtung 54 um die Schwenkachse C zwischen der Implantationsposition und der Be-/Entladeposition geschwenkt werden. Die Scheibe 40, die Scheibenantriebseinrichtung 50, die Scan-Arm-Einrichtung 44 und die Scan-Antriebseinrichtung 52 können zudem auch manuell um die Achse C bewegt werden, um wie nachstehend beschrieben, den Einfallswinkel zu ändern.

Die in den Fig. 3, 4 und 6 dargestellte Zugangstür 46 umfaßt eine Scheibenzugangstür 60, deren innere Oberfläche 60a vakuumdicht gegen eine Öffnung in der Vakuumkammer 30 abgedichtet ist. Zur Abdichtung der Tür 60 gegen die Vakuumkammer 30 wird ein elastischer Ring 61 verwendet. Zur Verstärkung und Stabilisierung der Zugangstür 60 ist zwischen der Außenseite der Zugangstür 60 und den Schienen 48 eine Türauflage 62 gekoppelt. Die Zugangstür 46 umfaßt ferner vertikale Justierungsschrauben 63 zur Anpassung der vertikalen Position der Tür 60 auf den Schienen 48, horizontale Justierungsschrauben 65 zur Anpassung der horizontalen Position der Tür 60 auf den Schienen 48 und einer Rotationseinstellung 67 für die Tür 60.

Wie im folgenden beschrieben, werden die Scheibe 40, die Scheibenantriebseinrichtung 50, die Scan-Arm-Einrichtung 44 und die Scan-Antriebseinrichtung 52 durch die Zugangstür 60 abgestützt. Die Zugangstür 60 umfaßt ferner eine Öffnung 64 zum Durchtreten der Scan-Arm-Einrichtung 44. Das der Scheibe zugewandte innere Ende der Scan-Arm-Einrichtung 44 befindet sich innerhalb der Vakuumkammer 30, während das äußere Antriebsende außerhalb der Vakuumkammer 30 angeordnet ist. Ein Scan-Träger 66 ist so auf der Außenseite der Zugangstür 60 befestigt, daß er, wie im folgenden beschrieben, eine Rotation der Scan-Vorrichtung 36 um Achse C gestattet.

Wie oben beschrieben, befinden sich die Befestigungsstellen für die Halbleiterplättchen 42 in einer ringförmigen Region in der Nähe der Peripherie von Scheibe 40, so wie dies in den Fig. 3, 10 und 12 dargestellt ist. Jede Befestigungsstelle 43 für Halbleiterplättchen besteht aus einer ebenen Oberfläche 42a, auf der ein Halbleiterplättchen befestigt ist und die als Kühlblech für die von dem Ionenstrahl 20 auf das Plättchen übertragene Energie wirkt. Die Befestigungsflächen 42a für die Halbleiterplättchen sind jeweils relativ zur Scheibenebene 40 um einen vorgegebenen Winkel 41, der typischerweise bei etwa 7° liegt, geneigt. Beim Rotieren der Scheibe 40 um die senkrecht zur Scheibenebene liegende Achse A werden daher die Halbleiterplättchen durch Zentrifugalkräfte gegen ihre jeweiligen Befestigungsflächen 42a gepreßt. Jede Befestigungsfläche 42 wird vorzugsweise mit Wasser gekühlt, das durch die Scan-Arm-Einrichtung 44 und die Scheibenantriebseinrichtung 50 zirkuliert.

Die Scheibe 40 ist an ihrer Nabe mit der Scheibenantriebseinrichtung 50 verbunden. Wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, umfaßt die Scheibenantriebseinrichtung 50 ein vakuumdicht abgedichtetes Scheibenantriebsgehäuse 70, so daß das Innere hiervon auf Atmosphärendruck gehalten werden kann. Das Scheibenantriebsgehäuse 70 enthält eine drehbare Vakuumdurchführung 72, z. B. vom magnetischen Fluid-Typ, welche eine Drehbewegung und Kühlwasser vom Inneren des Scheibenantriebsgehäuses 70 in die Vakuumkammer 30 überträgt. Die Nabe der Scheibe 40 ist in der Vakuumkammer 30 mit einer Welle 73 der drehbaren Vakuumdurchführung 72 in die Vakuumkammer 30 gekoppelt. Ein Scheibenantriebsmotor 74 ist innerhalb des Scheibenantriebsgehäuses 70 direkt mit der Welle 73 der drehbaren Vakuumdurchführung 72 verbunden. Bei dem Scheibenantriebsmotor 74 kann es sich um einen Wechselstromdrehmomentringmotor handeln. Mit der Welle 73 sind ferner eine Detektoreinheit 76 zur Kontrolle der Winkelstellung der Scheibe 40 und eine Drehverbindung 78 zum Ankoppeln von Kühlwasserkanälen an die Befestigungsflächen 42 für die Halbleiterplättchen verbunden. Die Kühldurchgänge durch die Scheibe 40 sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Scan-Arm-Einrichtung 44 umfaßt einen hohlen abgedichteten Raum, der das Innere des Scheibenantriebsgehäuses 70 mit der umgebenden Atmosphäre verbindet. Schläuche 77 für Kühlwasser und elektrische Kabel 79 für die Zuführung elektrischer Energie zu dem Scheibenantriebsmotor 74 und Anschlußbahnen zu der Detektoreinheit 76 verlaufen durch die Scan-Arm-Einrichtung 44. Durch die Abdichtung des Inneren des Scheibenantriebsgehäuses 70 werden Verunreinigungen, welche durch den Scheibenantriebsmotor 74 und die anderen beweglichen Teile der Scheibenantriebseinrichtung 50 erzeugt werden, davon abgehalten, in die Vakuumkammer 30 einzudringen und die Halbleiterplättchen, die implantiert werden, zu verunreinigen. Von dem Scheibenantriebsgehäuse 70 führt ein Rohr 82 zu einem wassergekühlten Überlaufbecher 80. Der Überlaufbecher 80 ist angebracht, um Teile des Ionenstrahls 20, die den Rand der Scheiben 40 umgehen, aufzunehmen.

Das Scheibenantriebsgehäuse 70 besteht auf einem ersten Hohlteil 70a, der zur Scheibenrotationsachse A koaxial ist und einem zweiten Hohlteil 70b, der sich ausgehend vom Hohlteil 70a erstreckt und koaxial zur Schwenkachse C ist. Wie in den Fig. 4 und 7 dargestellt ist, besteht die Scan-Arm-Einrichtung 44 aus einem Scan-Arm 86, der gegen den zweiten Hohlteil 70b abgedichtet ist und diesen abstützt und aus einem Scan-Arm-Gehäuse 88. Der Scan-Arm 86 ist mit Kugellagern 90, 92 so in dem Scan-Arm-Gehäuse 88 eingebaut, daß der Scan-Arm 86 um die Achse C relativ zum Scan-Arm-Gehäuse 88 rotieren kann. Der Scan-Arm 86 und das Scan-Arm-Gehäuse 88 erstrecken sich durch eine Öffnung 64 in der Scheibenzugangstür 60. Die Öffnung 64 ist durch ein Balg 102 abgedichtet, der an einem Ende mit dem Scan-Arm-Gehäuse 88 und an dem anderen Ende mit dem Scan-Träger 66 verbunden ist. Der Balg 102 erlaubt eine Bewegung der Scan-Arm-Baugruppe 44 relativ zur Zugangstür 60, während das Hochvakuum in der Kammer 30 aufrechterhalten wird. Das Scan-Arm-Gehäuse 88 ist an dem Ende außerhalb der Vakuumkammer 30 mit der Scan-Antriebsanordnung 72 verbunden.

Die Scan-Antriebsanordnung 52, wie die Fig. 4, 5 und 7 zeigen, umfaßt ein Scan-Antriebsgehäuse 104 mit einem unteren Teil, der mit dem Scan-Arm-Gehäuse 88 verbunden ist. Das Scan-Antriebsgehäuse 104 erstreckt sich von dem Scan-Arm-Gehäuse 88 nach oben und macht eine Einrichtung verfügbar zur Montage einer Kugelbolzenanordnung 106 im Abstand zum Scan-Arm-Gehäuse 88. Die Kugelbolzenanordnung 106 ist mit einer Achse D montiert, die parallel zu und im Abstand von der Schwenkachse C verläuft. Das Scan-Antriebsgehäuse 104 umfaßt weiter ein Paar ausgefluchteter V-Blöcke 108, die angeordnet sind für ein Ankoppeln an eine Scan-Welle 110, die an dem Scan-Träger 66 durch Kugellager 112 (siehe Fig. 6) montiert ist, um eine Drehung um die Scan-Achse B zu gestatten. Die Scan-Arm-Baugruppe 44 und die Scan-Antriebsbaugruppe 52 drehen sich um die Achse B auf der Scan-Welle 110 durch Betätigung der Kugelbolzenanordnung 106 wie nachfolgend beschrieben wird.

Die Kugelbolzenanordnung 106 umfaßt eine Mutter 114, die in einer Hülse 116 montiert ist. Ein Kugelbolzen bzw. eine Kugelspindel 118 erstreckt sich durch die Mutter 114. Die Mutter 114 und die Hülse 116 sind durch Lager 120, 122, die eine Drehung um die Mutter 114 um die Achse D erlauben an dem Scan-Antriebsgehäuse 104 montiert. Eine Riemenscheibe 124 ist an der Hülse 116 und eine Riemenscheibe 126 an der Welle des Scan-Motors 128 befestigt. Der Scan-Motor 128 ist an dem Antriebsgehäuse 104 montiert und die Riemenscheiben 124 und 126 sind mit einem Synchronisierungsriemen 130 verbunden. Wenn der Scan-Motor 128 betrieben wird, werden die Riemenscheibe 124, die Hülse 116 und die Mutter 114 in Drehung versetzt.

Ein Ende der Kugelspindel 118 drückt gegen eine Rolle 132, die durch einen Stift 130 drehbar an dem Scan-Träger 66 montiert ist. Die Kugelspindel 118 ist auch durch einen Anti-Rotationsbolzen 134 an den Scan-Träger 66 gekoppelt. Eine an dem Anti-Rotationsstift 134 befestigte Rolle 135 ist in einem länglichen engen Schlitz 136 im Scan-Träger 66 bewegbar. Die Rolle 132 erlaubt eine geringe Bewegung der Kugelschraube 118 quer zur Achse D, wenn der Scan-Motor 128 in Betrieb ist. Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, sind Stifte 137 an der Kugelspindel 118 befestigt. Die Stifte 137, die in länglichen Schlitzen 138 bewegbar sind, arbeiten während des normalen Betriebs nicht. Wenn die Scheibe 40 zur Wartung oder zum Austausch entfernt wird, halten die Stifte 137 die Scan-Antriebsanordnung 52 in Stellung und hindern sie aufgrund der Gewichtsveränderung an einer Drehung um die Achse B.

Das Gewicht der Scheibenantriebsbaugruppe 50 und der Scheibe 40 bewirkt, daß die Scan-Arm-Baugruppe 44 nach unten um die Achse B verschwenkt und die Kugelschraube 118 in Berührung mit der Rolle 132 bringt. Das hat zum Ergebnis, daß die Kugelschraube 118 in einer im wesentlichen stationären axialen Lage verbleibt, wenn der Scan-Motor 128 in Betrieb ist. Wird der Scan-Motor 128 eingeschaltet, rotiert die Mutter 114 auf der stationären Kugelspindel 118 und bewegt sich längs der Achse D, wodurch bewirkt wird, daß sich die Scan-Arm-Baugruppe 44, die Scheibe 40, die Scheibenantriebsbaugruppe 50 sowie die Scan-Antriebsbaugruppe 52 auf der Scan-Welle 110 drehen.

Die Drehung der Scan-Arm-Baugruppe 44 um die Scan-Welle 110 beträgt typischerweise ±12° für große Plättchen und ist geringer für kleine Plättchen. Ein an der Tür 60 montierter Anschlag 139 (Fig. 7) begrenzt die Aufwärtsbewegung der Scan-Arm-Baugruppe 44. Um eine gleichmäßige Verteilung der Ionenstrahlen 20 über die Plättchenfläche zu erreichen, wird die Scan-Geschwindigkeit so gesteuert, daß dR/dt proportional zu 1/R ist, wobei R der Abstand von der Scheibenachse A zum Strahl 20 in einer Richtung rechtwinklig zur Scheibenachse A ist.

Abtastschalter 141 (Fig. 6) tasten die Drehlage der Scan-Arm-Baugruppe 44 um die Achse B, die obere und untere Begrenzung des Scan und auch die horizontale Lage der Scan-Arm-Baugruppe 44 ab, in der die Scheibe 40 verschwenkt wird zwischen der Implantationsstellung und der Be-/Entladungsstellung.

Die Drehantriebsbaugruppe 54 ist in dem Scan-Antriebsgehäuse 104 benachbart zum äußeren Ende des Scan-Armes 86 montiert, wie in den Fig. 5 und 7 zu sehen ist. Eine Dreh-Vakuumdichtung 140, die typischerweise aus O-Ringen mit einer Öldichtung dazwischen bestehen, erlaubt eine Drehbewegung des Scan-Armes 86 um die Achse C, die in die Vakuumkammer 30 zu übertragen ist, während sichergestellt wird, daß das Hochvakuum aufrechterhalten bleibt. Ein Schneckengetriebe 142 ist nahe dem äußeren Ende des Scan-Arms 86 befestigt. Eine Getriebeschnecke 144 kommt mit einem Getrieberad 172 in Eingriff und ist durch einen Geschwindigkeitsreduzierer 146 mit der Welle eines Drehantriebsmotors 148 verbunden, der auf dem Scan-Antriebsgehäuse 104 montiert ist.

Die Drehantriebsbaugruppe 54 wird während der Beladung und Entladung der Plättchen benutzt, um die Scheibe von der annähernd vertikalen Implantationsposition in die annähernd horizontale Be-/Entladungsstellung zu verschwenken. Nach dem Austausch der Plättchen wird die Scheibe 40 in die Implantationsstellung zurückverschwenkt. Um die Plättchen der Scheibe 40 zuzuführen oder zu entnehmen, wird der Scan-Motor 128 mit der Scan-Arm-Baugruppe gestoppt, wobei die Scan-Arm-Anordnung 44 horizontal ist. Der Drehantriebsmotor 148 wird dann eingeschaltet und bewirkt die Drehung der Schnecke 144 und des Schneckenzahnrades 142. Der Scan-Arm 86 und die Scheibenantriebsbaugruppe 50 drehen sich dabei um die Achse C und bewirken, daß die Scheibe 40 in die Be-/Entladungsstellung verschwenkt (dargestellt in Fig. 10 in Phantomdarstellung). In der Be-/Entladungsstellung ist jeweils gerade eine Plättchenmontagestelle 42 benachbart zum Plättchenüberführungssystem 38 angeordnet, welches die Plättchen 39 von dieser Stelle belädt oder entlädt. Die Plättchen 39 werden dann zwischen den Kassetten 150 (Fig. 1 und 10) und der Plättchenmontierungsstelle 42 durch einen angelenkten Arm 152 bewegt. Nachdem der Plättchenaustausch an einer Plättchenmontagestelle 42 abgeschlossen ist, bewegt der Scheibenantriebsmotor 44 die Scheibe 40 zu der nächsten Plättchenmontagestelle 42 weiter und der Plättchenaustauschvorgang wird wiederholt. Nachdem die Plättchen auf jeder Montierungsstelle 42 ausgetauscht worden sind, wird der Drehantriebsmotor 148 in die entgegengesetzte Richtung betätigt, und die Scheibe 40 wird um die Achse C in die Implantierungsstellung verschwenkt. Während des Betriebs des Drehantriebsmotors 128 bleibt das Scan-Arm-Gehäuse 88 stationär und der Scan-Arm 86 dreht sich in den Kugellagern 90 und 92.

Wie oben bemerkt wurde, ist es wünschenswert, daß die Ionenimplantierungseinrichtung die Möglichkeit hat, den Implantierungswinkel und den Einfallswinkel des Ionenstrahls auf das Plättchen zu verändern. Typischerweise ist der Implantierungswinkelbereich vom senkrechten Einfallswinkel bis zu 10° entfernt. Der Implantierungswinkel kann durch eine einfache Einstellung geändert werden, die außerhalb der Vakuumkammer 30 ohne Öffnung oder Belüftung der Vakuumkammer 30 von außen erfolgt. Bevor die Implantierungswinkeleinstellung betrachtet wird, ist es sinnvoll, die Beziehung zwischen der Scheibenrotationsachse A, der Scan-Achse B und der Achse des Ionenstrahls 20 zu betrachten.

Es ist erwünscht, während des Scannens bzw. des Abtastens, den Punkt des Einfalls des Ionenstrahls 20 auf der Plättchenoberfläche längs der Ionenstrahlachse festzuhalten, um eine gleichförmige Dosis sicherzustellen. Dieser Zustand wird erreicht, indem die Scan-Achse B senkrecht zu der Ebene der Plättchenmontierungsstelle 42 gehalten wird, die den Ionenstrahl abfängt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Plättchenmontierungsstellen 42 mit einem Winkel von 7° relativ zur Ebene der Scheibe 40 ausgerichtet und die Scan-Achse B ist mit einem Winkel von 7° relativ zur Scheibendrehachse A ausgerichtet, wie Fig. 14 zeigt. In den Fig. 1 bis 13 ist der Winkel zwischen der A-Achse und der B-Achse zur Klarheit weggelassen. Die Beziehung zwischen den Achsen A und B bleibt fest, wenn der Implantierungswinkel verändert wird. Aus der Fig. 14 kann ersehen werden, daß sich, wenn sich die Scheibe 14 um die B-Achse bewegt, diese Montagestelle 42, die den Ionenstrahl 20 auffängt, in ihrer eigenen Ebene quer bewegt.

Der Winkel zwischen A- und B-Achse wird durch eine einstellbare Anschlageinrichtung 160 (Fig. 5) erzeugt, die auf dem Scan-Arm 86 und dem Scan-Antriebsgehäuse 104 montiert ist. Die einstellbare Anschlagbaugruppe 162 umfaßt einen Anschlaghebel 161, der radial in einer vorbestimmten Winkelstellung auf dem Scan-Arm 86 montiert ist und einen einstellbaren Anschlag 164, der auf dem Scan-Antriebsgehäuse 104 montiert ist. Wenn sich der Scan-Arm 86 um die Achse C dreht, berühren sich der Anschlaghebel 162 und der Anschlag 164, sobald die Scheibe 40 die Implantierungsstellung erreicht hat. Der Anschlag 164 ist eine axial einstellbare Schraube, die es erlaubt, den Winkel zwischen den Achsen A und B genau einzustellen, so daß die Scan-Achse B rechtwinklig zur Ebene des Plättchens ist, das den Ionenstrahl 20 auffängt. Der Drehantriebsmotor 148 ist vorzugsweise ein Wechselstrom-Servomotor, der eine Drehmomentabtastung verfügbar macht. Wenn sich der Anschlaghebel 162 in Kontakt mit dem Anschlag 164 bewegt, steigt das durch den Motor 148 zugeführte Drehmoment an. Das erhöhte Drehmoment wird abgetastet und der Motor abgeschaltet; mit dem Ergebnis, daß, wenn die Scheibe 40 in ihre Implantierungsstellung zurückkehrt, der gewünschte Winkel zwischen der Scheibendrehachse A und der Scan-Achse B erzeugt wird, unabhängig von der Implantierungswinkeleinstellung wie nachfolgend beschrieben werden soll.

Wie in den Fig. 4 und 10 dargestellt ist, wird die Be-/Entladeposition der Scheibe 40 durch eine Stoppeinrichtung 170 festgelegt, die an dem Scheibenantriebsgehäuse 70 und an der Zugangstür 60 befestigt ist. Einn Stopphebel 172 ist mit einer radialen Orientierung auf dem zweiten Teil 70b des Scheibenantriebsgehäuses 70 befestigt. Ein Anschlag 174 ist an der Zugangstür 60 befestigt. Der Stopphebel 172 und der Anschlag 174 sind so angeordnet, daß sie einander berühren, wenn die Scheibe 40 um Achse C in eine Position rotiert, in der die an der Spitze der Scheibe 40 befindliche Befestigungsstelle 42 für ein Halbleiterplättchen horizontal ist und auf das Transfersystem für die Plättchen ausgerichtet ist. Durch die Stoppvorrichtung 170 wird unabhängig von der Einstellung des Implantationswinkels eine feste Beziehung zwischen der Scheibe 40 und dem Transfersystem 38 für die Halbleiterplättchen hergestellt. Bei Änderung des Implantationswinkels ist daher keine Justierung des Transfersystems für die Halbleiterplättchen erforderlich. Ein Stopphebel 166 (Fig. 5) ist so auf dem Gehäuse 104 befestigt, daß er den Stopphebel 162 in einer zweiten Winkellage berührt, die der Be-/Entladeposition entspricht. Durch den Stopphebel 166 wird der Motor 148 ausgeschaltet, sobald die Scheibe 40 nahezu die Be-/Eentladeposition erreicht hat.

Der Implantationswinkel wird geändert, indem faktisch die gesamte Scanning-Vorrichtung 36 um die Achse C gedreht wird. Der Scan-Träger 66 ist durch eine Vielzahl von unter Federvorspannung stehenden Haltern 180 an der Zugangstür 60 befestigt (Fig. 6 und 8). Wenn der Implantationswinkel geändert werden soll, werden die unter Federvorspannung stehenden Halter gelöst und der Scan-Träger 66 durch Bedienung einer Schraubeneinstelleinrichtung 182 um Achse C gedreht. Die unter Federvorspannung stehenden Halter 180 bewegen sich in langgestreckten bogenförmigen Nuten 183. Das Scan-Gestell 66 führt die Scan-Antriebseinrichtung 52, die Scan-Arm-Einrichtung 44, die Scheibenantriebseinrichtung 50 und die Scheibe 40 mit sich, so daß der Winkel der Befestigungsstelle 42 für die Plättchen relativ zu dem Ionenstrahl 20 verändert wird. Der genaue Implantationswinkel wird durch Einteilungen 184 auf einem Befestigungsarm 185 bestimmt, der an der Zugangstür 60 und an dem Scan-Gestell 66 befestigt ist. Wenn der gewünschte Implantationswinkel erreicht ist, werden die unter Federvorspannung stehenden Halter 180 wieder nachgespannt. Der Implantationswinkel wird somit festgelegt, ohne daß die Vakuumkammer geöffnet und belüftet werden muß, und ohne daß die gewünschte Beziehung zwischen Scheibenrotationsachse A und Scan-Achse B verändert wird. Ein an dem Scan-Gestell 66 befestigter Neigungsmesser 187 (Fig. 7) liefert an den Computer des Ionenimplantationssystems ein dem Implantationswinkel entsprechendes Signal.

Die Einstelleinrichtung 182 ist in Fig. 9 dargestellt. Ein Bolzen 186 mit flachen Seiten ist auf dem Befestigungsarm 185 angeordnet. Eine an einer Seite des Bolzens 186 anstoßende Einstellschraube 188 ist durch einen ersten Teil 66a des Scan-Gestells 66 gedreht. Eine an die gegenüberliegende Seite des Bolzens 166 anstoßende Einstellschraube 190 ist durch einen zweiten Teil 66b des Scan-Gestells 66 gedreht. Wenn die unter Federvorspannung stehenden Halter 180 gelöst sind, wird der Implantationswinkel durch Zurückziehen einer der Einstellschrauben 188 oder 190 und Anziehen der anderen Einstellschraube eingestellt, so daß das Scan-Gestell 66 zur Drehung um die Achse C veranlaßt wird. Der Implantationswinkel kann von den Einteilungen 184 abgelesen werden. Wenn der gewünschte Implantationswinkel erreicht ist, werden beide Einstellschrauben 188, 190 gegen den Bolzen 186 und die Kontermuttern 192 werden gegen das Scan-Gestell 66 angezogen, um die Einstellschrauben 188 und 190 in der richtigen Stellung zu halten. Dann werden die unter Federvorspannung stehenden Halter 180 angezogen. Durch die Einstellung des Implantationswinkels ohne Öffnung oder Belüftung der Vakuumkammer 30 wird im Vergleich zu herkömmlichen Einstellungsmethoden eine erhebliche Zeitersparnis erreicht.

Die Übertragung mechanischer Bewegung zwischen Regionen unterschiedlichen Drucks wie z. B. zwischen der äußeren Umgebung und der Vakuumkammer stellt eine konventionelle Anwendung eines Balgs dar. Bei normalem Gebrauch werden die Faltungen eines gewöhnlichen zylindrischen Balgs gleichmäßig bzgl. einer zentralen Achse zusammengedrückt. Bei solch einem Gebrauch wird die Druckdifferenz zwischen dem Balginneren und dem Balgäußeren gleichmäßig über die Oberfläche verteilt, wenn der Balg zusammengedrückt wird, so daß der Balg durch die Druckdifferenz nicht deformiert wird.

Der Balg 102 dichtet das Scan-Arm-Gehäuse 88 so gegen das Scan-Gestell 66 ab, daß eine Bewegung der Scan-Arm-Vorrichtung 44 und der Scheibe 40 relativ zu der Vakuumkammer 30 ermöglicht wird. Der Balg 102 stellt ein kritisches Element des Systems dar. Die Scan-Arm-Einrichtung 44 und die Scheibe 40 bewegt sich entlang einer bogenförmigen Kurve um die Scan-Achse B, so daß der Balg 102 asymmetrisch zusammengedrückt wird. Da die Vakuumkammer 30 während der Ionenimplantation auf Hochvakuum gehalten wird, ist der Balg 102 einer großen Druckdifferenz zwischen seinen inneren und äußeren Oberflächen ausgesetzt. Der Rotationsbereich der Scan-Arm-Einrichtung 44 um die Scan-Achse 110 liegt für große Halbleiterplättchen bei etwa ±12°. Die Scan-Rate liegt bei etwa 10 Zyklen pro Minute. Die Scheibe 40 wird bogenförmig hin- und herbewegt. Während des Scannens wird der Balg 102 stetig zusammengedrückt, wodurch die Faltungen des Balgs beansprucht werden, so daß nach intensivem Gebrauch die Möglichkeit einer Leckbildung besteht. Selbst ein geringfügiges Leck im Balg führt zu einem Verlust des Vakuums im Inneren der Vakuumkammer 30. In diesem Fall muß die Ionenimplantation unverzüglich beendet und der Balg ersetzt werden. Die Ersetzung des Balgs 102 stellt eine teuere und zeitaufwendige Reparatur dar, deren Häufigkeit auf ein absolutes Minimum reduziert werden muß. Zudem ist Totzeit in einer Halbleiterproduktionseinrichtung sehr unerwünscht.

In den Fig. 15 bis 19 ist eine Balgeinrichtung mit einer größeren Lebensdauer dargestellt. Fig. 15 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm zum Verständnis des Betriebs der Balgeinrichtung und der Kräfte die während des symmetrischen Zusammendrückens auf den Balg einwirken. Ein stationärer Flansch 202 ist gegen das Scan-Gestell 66 und ein beweglicher Flansch 204 an dem Scan-Arm-Gehäuse 88 abgedichtet. Ein flexibler Balg 200 ist an gegenüberliegenden Enden gegen die Flansche 202 und 204 abgedichtet. Wenn sich die Scan-Arm-Einrichtung 44 in horizontaler Position befindet, wird der Balg 200 gleichmäßig zusammengedrückt und die Flansche 202 und 204 sind im wesentlichen parallel zueinander. In horizontaler Position stellt die zentrale Achse 210 des Balgs 200 eine gerade Linie mit einem Mittelpunkt 212 dar. Die Druckdifferenz ist gleichmäßig über die Oberfläche des Balgs verteilt.

Wenn die Scheibe 40 durch Drehung der Scan-Arm-Einrichtung 44 im Uhrzeigersinn um die Scan-Achse B nach oben bewegt wird, wird der Balg 200 asymmetrisch verformt. Die Position des beweglichen Flansches 204 ist als Phantombild 204′ angedeutet. Der Mittelpunkt der Achse 210 bewegt sich zum Punkt 212′. In dieser Position wird das Unterteil des Balgs 200 stärker als das Oberteil zusammengedrückt. Das Oberteil des Balgs 200 besitzt somit eine größere Obefläche als das Unterteil, so daß das Oberteil aufgrund des Atmosphärendruckes einer größeren Kraft als das Unterteil ausgesetzt ist. Die resultierende Kraft ist nach unten auf den zentralen Teil des Balgs 200 gerichtet. Die nach unten gerichtete Kraft verursacht bezogen auf seine Achse eine seitliche Deformation des Balgs nach unten, wenn die Scheibe 40 und die Scan-Arm-Einrichtung 44 aus ihrer horizontalen Position nach unten bewegt werden, wird der Balg 200 so zusammengedrückt, daß der Flansch 204 in die als Phantombild dargestellte Position 204″ bewegt wird. Der Mittelpunkt der Achse 210 rückt zum Punkt 212 ″. In dieser Position wird das Oberteil des Balgs 200 stärker zusammengedrückt als das Unterteil. Hierdurch besitzt das Unterteil des Balgs 200 eine größere Oberfläche als das Oberteil, so daß der Atmosphärendruck eine nach oben gerichtete resultierende Kraft auf den Balg 200 ausübt. Der Balg neigt daher am einen Ende des Hubs zu einer seitlichen Verformung nach oben und am anderen Ende des Hubs zu einer seitlichen Verformung nach unten. Die auch als Krümmung ("squirm") bekannte seitliche Verformung verlagert die Punkte 212′ und 212″ aus ihrer in Fig. 15 dargestellten Ausgangsposition, wenn die im folgenden dargestellte Balgeinrichtung nicht verwendet wird. Das Ergebnis der durch den Atmosphärendruck erzeugten lateralen Deformation besteht darin, daß ohne die nachfolgend beschriebene Balgeinrichtung die Auslenkung der Faltungen in der Nähe der Flansche verstärkt wird, wodurch gelegentlich frühzeitige Defekte auftreten. Es ist eine Führungseinrichtung zur Führung des Balgmittelteils vorgesehen, wenn die Scan-Arm-Einrichtung 44 und die Scheibe 40 um die Scan-Achse B gedreht werden. Die Aufgabe dieser Führungseinrichtung besteht darin, die durch den Atmosphärendruck erzeugte laterale Deformation des Balgs im wesentlichen zu unterdrücken. Die Führungseinrichtung stellt sicher, daß sich der Mittelpunkt der Balgachse 210 während des Scannens im wesentlichen zwischen den Punkten 212′ und 212″ bewegt.

Die Vorrichtung zur Führung des Balgs 200 ist in den Fig. 16 bis 19 dargestellt. Der Balg 200 ist an seinem einen Ende durch den Flansch 202 gegen das Scan-Gestell 66 und an seinem anderen Ende durch den Flansch 204 gegen das Scan-Arm-Gehäuse 88 abgedichtet. Das die Vakuumkammer 30 umfassende Scan-Gestell 66 ist Teil der stationären Vorrichtung, während das Scan-Arm-Gehäuse 88 Teil der beweglichen Vorrichtung ist, die sich um die Scan-Achse B dreht und die Scheibe 40, die Scan-Arm-Einrichtung 44 und die Scan-Antriebseinrichtung 52 umfaßt. (Obwohl die Zugangstür 46 auf Schienen 48 bewegbar ist, ist sie während des Betriebs des Systems stationär.)

Ein herkömmlicher kreisförmiger Mittelflansch 220 ist am Mittelpunkt des Balgs 200 befestigt. Der Mittelflansch 220 ist mit Schrauben 221 an einem Ring 219 befestigt, der gegen die Faltungen des Balgs 200 abgedichtet ist (siehe Fig. 18 und 19). Ein erster Schwenkarm 222 ist durch Schwenkbolzen 224 schwenkbar mit einer Tragleiste 226 gekoppelt. Die Tragleiste 226 ist fest mit dem Scan-Gestell 66 verbunden. Ein zweiter Schwenkarm 232 ist durch einen Schwenkbolzen 234 schwenkbar mit einer Tragleiste 236 gekoppelt. Die Tragleiste 236 ist fest mit dem Scan-Gestell 66 verbunden. Die Tragleisten 226 und 236 positionieren die jeweiligen Schwenkarme 222 und 232 an gegenüberliegenden Enden der Scan-Achse 110. Die Schwenkbolzen 224 und 234 gestatten eine Schwenkbewegung der jeweiligen Arme 222 und 232 um eine Achse 238, die parallel zur Scan-Achse B verläuft. Eine Rolle 240 ist auf einem Abstandshalter 242 auf dem V-Block 108 befestigt. Eine Rolle 244 ist auf einem Abstandshalter 246 auf dem V-Block 108 befestigt. Der Schwenkarm 222 ist mit einem U-förmigen Absatz 248 versehen, der mit der Rolle 240 in Wechselwirkung tritt.

Der Schwenkarm 232 ist mit einem U-förmigen Absatz 250 versehen, der mit der Rolle 244 in Wechselwirkung tritt. Ein Verbindungsarm 256 verbindet den Schwenkarm 222 und eine Auskragung 220a auf einer Seite des Mittelflansches 220 schwenkbar. Ein Verbindungsarm 258 verbindet den Schwenkarm 232 und eine Auskragung 220b auf der gegenüberliegenden Seite des Mittelflansches 220 schwenkbar. Der Schwenkarm 222 und der Verbindungsarm 256 sind durch einen Schwenkbolzen 260 verbunden, der Verbindungsarm 256 und der Mittelflansch 220 sind durch einen Gelenkbolzen 262 verbunden. Der Verbindungsarm 258 und der Schwenkarm 232 sind durch einen Schwenkbolzen 264 verbunden. Der Verbindungsarm 258 und der Mittelflansch 220 sind durch einen Schwenkbolzen 266 verbunden.

Während des Betriebs schwenken die Schwenkarme 222 bzw. 232 um die Bolzen 224 bzw. 234, wenn die Scheibe 40 und die Scan-Arm-Vorrichtung 44 sich um die Scan-Achse B bewegen. Die Befestigungsarme 226 und 236 verbleiben während des Betriebs in stationärer Position. Der V-Block 108 bewegt sich um die Scan-Achse B, so daß sich die Rollen 240 und 244 auf einem Bogen mit der Scan-Achse als Zentrum bewegen. Da die Absätze 248 bzw. 250 auf den Schwenkarmen mit den jeweiligen Rollen 240 und 244 in Wechselwirkung treten, werden die Schwenkarme 222 bzw. 232 durch die Rollen 240 bzw. 244 auf einem Bogen um die Schwenkbolzen 224 bzw. 234 bewegt. Die Bewegung der Schwenkachse 222 und 232 wird durch die Verbindungsarme 256 und 258 auf den Mittelflansch 220 übertragen. Die Bewegung des Mittelflansches 220 ist daher durch die Schwenkarme 222 und 232 und die Verbindungsarme 256 und 258 festgelegt.

Die Länge und die Lage der Schwenkarme 222, 232 und der Verbindungsarme 256, 258 werden so gewählt, daß der Balg 200 durch den Atmosphärendruck nicht seitlich verformt wird. In der hier gezeigten und beschriebenen Konfiguration ist die aus dem Atmosphärendruck resultierende Kraft entlang einer durch die Scan-Achse B verlaufenden Linie gerichtet. Bezug­ nehmend auf Fig. 15, veranlaßt die Führungseinrichtung den Mittelpunkt der Balgachse sich auf einer zwischen den Punkten 212′ und 212″ verlaufenden Kurve zu bewegen. Vorzugsweise bleiben die Verbindungsarme 256 und 258 während der Bewegung auf die Scan-Achse B gerichtet, so daß die durch die Führungseinrichtung auf den Balg ausgeübten Kräfte entlang durch die Scan-Achse verlaufenden Linien gerichtet sind und durch die Führungseinrichtung keine zusätzlichen deformierenden Kräfte auf den Balg 200 ausgeübt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Balg mit einem Durchmesser von 24,9 cm, eine Länge von 16,7 cm (in neutraler Position) und 78 Faltungen verwendet. Bezugnehmend auf Fig. 15 sind die Schwenkarme 222 und 232 in der bevorzugten Ausführungsform so dimensioniert, daß die Entfernung zwischen der Schwenkachse 238 und dem Schwenkbolzen 260 3,233 cm und die Entfernung zwischen dem Schwenkbolzen 260 und der Rolle 240 3,81 cm beträgt. Die Verbindungsarme 256 und 258 sind in der bevorzugten Ausführungsform so dimensioniert, daß die Entfernung zwischen den Schwenkbolzen 260 und 262 17,8 cm beträgt. Der Mittelflansch ist vorzugsweise in der Mitte des Balgs 200 angeordnet. In einem Lebensdauertest überlebte die oben beschriebene Balgeinrichtung 3×10⁶ Operationszyklen während Bälge ohne die beschriebene Führungseinrichtung bereits nach 3×10⁵ Operationszyklen versagten.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Übertragung einer mechanischen Bewegung in eine Vakuumkammer (30),
mit einer feststehenden Baugruppe, die einen Vakuummantel aufweist, der eine Vakuumkammer (30) bildet,
mit einer bewegbaren Baugruppe, die eine Scan-Arm-Einrichtung (44) aufweist, die sich durch den Vakuummantel erstreckt und für eine Bewegung um eine Scan-Achse (B) befestigt ist,
mit einer Antriebseinrichtung (52) zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung der Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) längs einer bogenförmig gestalteten Bahn,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Balgeinrichtung (200) zur Abdichtung der Scan-Arm-Einrichtung (44) in Bezug auf den Vakuummantel vorgesehen ist, die eine Bewegung der Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) ermöglicht, und die einer asymmetrischen Ablenkung und einer Druckdifferenz zwischen ihrer Innen- und Außenfläche während der Bewegung der Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) ausgesetzt ist, und daß eine Führungseinrichtung zum Führen eines Zwischenteils (220) der Balgeinrichtung (200) vorgesehen ist, die, wenn sich die Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) bewegt, die Balgeinrichtung (200) längs einer Bahn führt, der in Abwesenheit der Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außenfläche der Balgeinrichtung (200) gefolgt werden würde.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scan-Arm-Einrichtung (44) innerhalb der Vakuumkammer eine Werkstückmontierungseinrichtung (40) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung eine Einrichtung zur dreh- bzw. schwenkbaren Kopplung des Zwischenteils (220) der Balgeinrichtung (200) mit der feststehenden Baugruppe und mit der bewegbaren Baugruppe umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgeinrichtung (200) einen stationären Flansch (202) aufweist, der gegen die feststehende Baugruppe (66) abgedichtet ist, daß ein bewegbarer Flansch (204) an der bewegbaren Baugruppe (88) angebracht und gegenüber der bewegbaren Baugruppe (88) abgedichtet ist, daß die flexible Balgeinrichtung (200) gegen den stationären Flansch (202) und gegen den bewegbaren Flansch (204) abgedichtet ist, und daß sich ein Teil der Scan-Arm-Einrichtung (44) durch die flexible Balgeinrichtung (200) zu der Vakuumkammer (30) erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung einen Zwischenflansch (220) aufweist, der an dem Zwischenteil der flexiblen Balgeinrichtung (200) angebracht ist, daß ein Balgschwenkarm (222, 232) schwenkbar zwischen der feststehenden Baugruppe (66) und der bewegbaren Baugruppe (88) so gekoppelt ist, daß der Balgschwenkarm (222, 232) um eine Schwenkarmachse verschwenkt, wenn sich die Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) bewegt, und daß ein Verbindungsarm (256, 258) zwischen dem Zwischenflansch (220) und dem Balgschwenkarm (222, 232) so gekoppelt ist, daß der Verbindungsarm (256, 258) zu der Scan-Achse ausgerichtet bleibt, während der Bewegung der Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Führung des Zwischenflansches (220) einen ersten Balgschwenkarm (222) umfaßt, der drehbar zwischen der feststehenden Baugruppe (66) und der bewegbaren Baugruppe (88) gekoppelt ist,
einen zweiten Balgschwenkarm (232), der drehbar zwischen der feststehenden Baugruppe (66) und der bewegbaren Baugruppe (88) gekoppelt ist,
einen ersten Verbindungsarm (256) der drehbar zwischen dem ersten Balgschwenkarm (222) und einer ersten Seite des Zwischenflansches (220) gekoppelt ist, und
einen zweiten Verbindungsarm (258), der drehbar zwischen dem zweiten Balgschwenkarm (232) und einer zweiten Seite des Zwischenflansches (220) gekoppelt ist, wobei der erste (222) und der zweite Schwenkarm (232) sich um eine gemeinsame Schwenkarmachse (238) verschwenken, wenn sich die Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) bewegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (256) und der zweite (258) Verbindungsarm zur Scan-Achse (B) ausgerichtet verbleiben, während sich die Scan-Arm-Einrichtung (44) um die Scan-Achse (B) bewegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenflansch (220) aus einem Ring besteht, der gegen die flexible Balgeinrichtung (200) in deren Mitte abgedichtet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarmachse (238) parallel zu und im Abstand von der Scan-Achse (B) verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (222) und der zweite (232) Balgschwenkarm mit der feststehenden Baugruppe (66) durch Drehbolzen (224, 234) auf der Schwenkarmachse (238) verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Führen des Zwischenflansches (220) weiter eine erste Rolle (240) und eine zweite Rolle (244) umfaßt, die auf der bewegbaren Baugruppe (88) montiert sind, und daß der erste (222) und der zweite (232) Balgschwenkarm Ausnehmungen (248, 250) zum in Eingriffkommen mit der ersten (240) bzw. zweiten Rolle (244) aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (256) und der zweite (258) Verbindungsarm mit dem ersten (222) bzw. zweiten Balgschwenkarm (232) zwischen den Drehbolzen (224, 234) und den Ausnehmungen (248, 250) gekoppelt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumkammer eine Einrichtung (30) zur Erzeugung eines Ionenstrahls (20) für eine Ionenstrahlbehandlung von Werkstücken (39) auf der Werkstückmontierungseinrichtung (40) angeordnet ist.