DE602005002860T2

DE602005002860T2 - Vorrichtung zum Scannen von Wafern

Info

Publication number: DE602005002860T2
Application number: DE602005002860T
Authority: DE
Inventors: Masahumi Mori
Original assignee: SEN Corp
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: US20050218336A1; TWI428952B; US7217934B2; EP1583133A2; KR101096862B1; EP1583133B1; DE602005002860D1; JP4560321B2; JP2005294331A; EP1583133A3; KR20060044679A; TW200537547A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wafertranslationsvorrichtung, die einen Wafer veranlasst, sich in einer Vakuumkammer linear translatorisch hin- und herzubewegen, insbesondere eine Wafertranslationsvorrichtung, die einen Halbleiterwafer zur Ionenimplantation linear gegenüber einem Ionenstrahl bewegt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer Ionenimplantationsvorrichtung wird allgemein ein Wafer veranlasst, sich in der speziellen geraden Richtung translatorisch hin- und herzubewegen, so dass jeder Abschnitt der Waferoberfläche gleichmäßig mit Ionen implantiert werden kann.
Eine der herkömmlichen allgemeinen Wafertranslationsvorrichtungen, die einen Wafer veranlasst, sich translatorisch hin- und herzubewegen, wird wie folgt unter Verweis auf 13 beschrieben. 13 zeigt den innerer. Aufbau der Vakuumkammer, in der ein Waferhalter und weitere Komponenten platziert sind. In der Vorrichtung von 13 ist eine Antriebswelle 81a mit einem Arm 81 und einem weiteren Arm 82 verbunden, die verwendet werden, um einen Waferhalter 85 zu veranlassen, sich linear hin- und herzubewegen.
Es folgen die Einzelheiten der Vorrichtung. Der erste Arm 81 ist hohl und enthält sowohl eine Antriebswelle 81a als auch eine Abtriebswelle 81b. Die Wellen 81a und 81b sind mit einem Riemen 81c verbunden. Der zweite Arm 82 hat eine Stangenform und ist an seinem Basisabschnitt mit der Abtriebswelle 81b verbunden. Wenn die Antriebswelle 81a im ersten Arm 81 mittels einer Antriebsquelle, wie beispielsweise einem Motor (nicht abgebildet), gedreht wird, dreht sich die Abtriebswelle 81b, während sie zusammen mit dem ersten Arm 81 dreht, um die Stellung und den Winkel des zweiten Arms 82 zu ändern. Der obere Abschnitt des zweiten Arms 82 ist mit dem Gleiterglied 83 verbunden, das sich entlang dem Führungsglied 84 bewegt. Das Gleiterglied 83 ist mit einem Waferhalter 85 befestigt. Dementsprechend kann sich der Waferhalter 85 durch die Drehung der Antriebswelle 81a linear bewegen.
Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in der Offenbarung der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. H10-326590 zu sehen (siehe 4 im entsprechenden Mitteilungsblatt).
US-A-5 406088 offenbart eine weitere Wafertranslationsvorrichtung mit einer Lineartranslationsstruktur und einem Übertragungsmechanismus im Inneren der Vakuumkammer und einen Motor außerhalb der Vakuumkammer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der Translationsvorrichtung von 13 überträgt der Riemen 81c die Antriebsleistung von dem ersten Arm 81 an den zweiten Arm 82, daher ist die Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Übertragung nicht ausreichend. Anders ausgedrückt, da sich der Riemen 81c leicht ausdehnt und zusammenzieht und das Trägheitsmoment der Arme 81 und 82 in Bezug auf die Translationsbewegung groß ist, kann die Translationsgeschwindigkeit die Genauigkeit der Steuerung beeinflussen. Darüber hinaus ist aufgrund der Verwendung des Riemens 81c möglicherweise die Starrheit in der Translationsrichtung nicht gesichert und bei niedrigen Frequenzen besteht die Tendenz zur Entstehung von Eigenvibrationen. Unter diesem Einfluss ist es möglicherweise schwierig eine gleichmäßige Translationsgeschwindigkeit aufrecht zu halten.
Statt der Vorrichtung von 13 wird in der vorangehenden Anmeldung Nr. H10-326590 eine andere Art von Wafertranslationsvorrichtung, die keinen Riemen aufweist, vorgeschlagen. Aber selbst die vorgeschlagene Vorrichtung kann nicht all die erwarteten technischen Probleme lösen. Es gibt keine Beschreibung angemessener Mittel zum Lösen der folgenden Probleme: Ein Problem mit der Anordnung eines Motors oder anderer Übertragungsgeräte, die recht leicht Partikel erzeugen (Staubbildung) oder ausgasen (molekulare Verunreinigungen) können, in einer Vakuumkammer zum Bearbeiten eines Halbleiterwafers oder dergleichen; und ein Problem der Art und Weise, wie ein Wafer vorzugsweise geneigt werden soll, um den Winkel der Ionenimplantation zu ändern.
Darüber hinaus entstehen dadurch, dass die Geräte für Übertragung bzw. Antrieb im Vakuum positioniert sind, Probleme mit Schmierung, Wärmestrahlung (Kühlung) und dergleichen.
Wenn die Geräte für Übertragung bzw. Antrieb im Vakuum installiert sind, ist herkömmlich Festschmierung oder Spezialschmierung zum Schmieren erforderlich und für die Wärmestrahlung bzw. Kühlung wird eine Umlaufkühlvorrichtung benötigt. Die Kosten für den Schmierstoff bzw. die Geräte und der Platz für die Geräte müssen jedoch verbessert werden und es wurde eine Anstrengung unternommen, diese Probleme zu lösen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorangehend erwähnten Probleme zu lösen und ihre Aufgabe besteht darin, eine Wafertranslationsvorrichtung bereitzustellen, die die Gleichmäßigkeit der Translationsgeschwindigkeit verbessert, indem sie die Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Translationsgeschwindigkeitssteuerung verbessert, die die Anordnung eines Motors oder dergleichen optimiert, die einen Wafer auf korrekt Weise neigt und die kein Problem mit Schmierung oder Wärmestrahlung hat.
Eine Wafertranslationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die einen Wafer veranlasst, sich in einer Vakuumkammer translatorisch hin- und herzubewegen, die Folgendes umfasst:
einen Halter, der einen Wafer halten kann;
eine Lineartranslationsstruktur, die den Halter veranlasst, sich translatorisch zu bewegen;
einen Übertragungsmechanismus und einen Motor, die die Lineartranslationsstruktur antreiben; und
einen integrierten (oder integral montierten) Tragrahmen, der den Halter, die Lineartranslationsstruktur und den Motor trägt,
wobei der Halter und die Lineartranslationsstruktur in einer Vakuumkammer installiert sind;
der Übertragungsmechanismus einen ersten Übertragungsmechanismus auf einer Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur und einen gegenüber der genannten Bewegungslinie versetzten zweiten Übertragungsmechanismus umfasst; und
der zweite Übertragungsmechanismus, der gegenüber der Bewegungslinie versetzt ist, und der Motor in der Atmosphäre installiert sind.
In der vorangehenden Beschreibung umfasst „eine Lineartranslationsstruktur" eine Kugelumlaufspindel, eine Schiebemutter, eine Planetenrollenmutter, ein Zahnstangengetriebe usw. und „eine Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur" bedeutet eine lineare Linie entlang der Richtung der Linearbewegung der Struktur.
Eine Wafertranslationsvorrichtung von 5 ist einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Wand 2 der Vakuumkammer sind integral mit dem Tragrahmen 60 geformt. Der Halter 10 und die Kugelumlaufspindel 20 sind in einem Vakuumbereich innerhalb der Wand 2 positioniert und der Motor 50 ist in der Atmosphäre, außerhalb der Wand 2 positioniert.
Derart aufgebaut, hat die Wafertranslationsvorrichtung die folgenden Funktionsmerkmale: Da die Lineartranslationsstruktur, wie beispielsweise eine Kugelumlaufspindel usw. den Waferhalter linear bewegt, weist die Vorrichtung eine hohe Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Translationsgeschwindigkeitssteuerung und ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Translationsgeschwindigkeit auf. Das liegt daran, dass die Lineartranslationsstruktur, wie beispielsweise eine Kugelumlaufspindel oder dergleichen, im Gegensatz zum Riemen 81c der herkömmlichen Vorrichtung von 13 keine Komponente hat, die sich in hohem Maß ausdehnen oder zusammenziehen kann, und weiter eine hohe Starrheit hat, die die Erzeugung von Eigenvibrationen im niedrigen Frequenzbereich verhindert.
Der Motor, der nicht im Vakuum, sondern in der Atmosphäre platziert ist, verursacht keine Probleme mit Partikeln oder Ausgasungen, die von seinem gleitenden Abschnitt oder dergleichen erzeugt werden. Folglich ist es möglich, einen Motor allgemeiner Art zu verwenden (bei niedrigen Kosten). Weiter muss die Schmierung für den gleitenden Abschnitt des Motors oder dergleichen keine spezielle Art sein, die teuer wäre.
Da der gegenüber der Bewegungslinie versetzte Übertragungsmechanismus sowie der Motor in der Atmosphäre positioniert sind, enthält die Vakuumkammer nur die Lineartranslationsstruktur und einige Komponenten auf der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur. Daher hat die Vorrichtung nur einige wenige Mechanismen bzw. Komponenten, die bezüglich der Erzeugung von Partikeln und Ausgasungen berücksichtigt werden müssen. Daher hat die Vorrichtung den Vorteil, dass sie zu geringen Kosten hergestellt und leicht geschmiert werden kann.
Da sowohl der Waferhalter als auch die Lineartranslationsstruktur zum linearen Bewegen (translatorischen Bewegen) des Halters im Vakuumbereich platziert sind, wird es möglich den Wafer auf eine bevorzugte Weise zu neigen, wenn der Halter und die Lineartranslationsstruktur im korrekten Verhältnis zueinander positioniert sind und ein entsprechender Neigemechanismus an der Lineartranslationsstruktur installiert ist. Anders ausgedrückt, wenn, wie in 7(b) gezeigt, beispielsweise der Wafer A geneigt wird, indem nur der Halter 10 schräg gestellt wird, während die Translationsrichtung s konstant gehalten wird, verändert sich die Entfernung vom Wafer A zur Ionenstrahl-Bestrahlungsquelle, je nach Abschnitt des Wafers A. Wenn im Gegensatz dazu, wie in 7(a) gezeigt, der Wafer A geneigt wird, indem der Halter 10 zusammen mit der durch die Lineartranslationsstruktur bestimmten Translationsrichtung s (das heißt dem Pfad der Bewegung des Halters 10) schräg gestellt wird, ist es möglich, die Ungleichmäßigkeit der Entfernung im Wafer A zu beseitigen (und so die Strahldichte zu vereinheitlichen). Um das letztere Neigen zu realisieren (7(a)) müssen sowohl der Waferhalter als auch die Lineartranslationsstruktur, die den Pfad der Translation bestimmt, im Vakuumbereich positioniert werden, wie vorangehend beschrieben.
Da der Waferhalter, die Lineartranslationsstruktur und der Motor am integrierten Tragrahmen befestigt sind, ist es einfach den Wafer auf die bevorzugte Weise, wie vorangehend erwähnt, zu neigen. In der Ausführungsform von 5 wäre es möglicherweise schwierig, den Wafer zu neigen, da die Wand 2 der Vakuumkammer, die mit dem Tragrahmen 60 integriert ist, nicht bewegt werden kann. Wenn jedoch, wie in 6 gezeigt, der Teil 2a der Wand 2 drehbar mit dem Tragrahmen 60 integriert ist, ist es einfach, den Wafer auf die bevorzugte Weise, wie vorangehend erwähnt, zu neigen.
Der Tragrahmen ist vorzugsweise derart auf einer Seite der Vakuumkammer gelagert, dass sich der Tragrahmen um eine Achse in der Vakuumkammer drehen kann.
Die Vorrichtung von beispielsweise 2 oder 6 ist eine der Ausführungsformen einer derartigen Vorrichtung.
Bei dieser Vorrichtung kann sich der Tragrahmen, der den Waferhalter, die Lineartranslationsstruktur und den Motor trägt, um eine Achse drehen. Daher ist es möglich, den Wafer auf eine bevorzugte Weise zu neigen, wie beispielsweise in 7(a) gezeigt.
Die vorliegende Erfindung hat weiter die folgenden Merkmale:
Der Tragrahmen ist zusammen mit dem Halter, der Lineartranslationsstruktur, dem Übertragungsmechanismus und dem Motor in der Vakuumkammer positioniert;
der Tragrahmen hat eine luftdichte Abdeckung, die über ein Entlüftungsrohr zur Umgebung außerhalb der Vakuumkammer (das heißt zur Atmosphäre) offen ist und mit einem Dichtungsglied entlang der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur ausgestattet ist, um das Innere der Vakuumkammer von der Atmosphäre abzutrennen; und
der (gesamte) zweite Übertragungsmechanismus, der gegenüber der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur versetzt ist, und der Motor sind in der luftdichten Abdeckung platziert, die zur Atmosphäre offen ist.
1–4 zeigen ebenfalls eine der Ausführungsformen der Vorrichtung.
Wie in 2 zu sehen, ist der Tragrahmen 60 innerhalb der Wand 2 der Vakuumkammer positioniert. Die luftdichte Abdeckung 70 (der schraffierte Teil von 2) ist über das Entlüftungsrohr 71 zur Umgebung außerhalb der Vakuumkammer offen und mit dem Dichtungsglied 72 ausgestattet, das zwischen dem Motor 50 und der Kugelumlaufspindel 20 positioniert ist, in das der Motor 50 platziert ist.
Dementsprechend ist die gesamte Translationsantriebsgruppe einschließlich einem Motor in der Vakuumkammer positioniert und das bringt die Vorteile bezüglich Aufbau und Positionierung der Translationsantriebsgruppe. Das bedeutet, dass die Translationsantriebsgruppe kompakt aufgebaut und leicht an der Vorrichtung angebracht werden kann.
Darüber hinaus ist es durch die Verwendung der vorangehend erwähnten luftdichten Abdeckung möglich, den Motor unter Atmosphärendruck zu verwenden, obwohl der Motor in der Vakuumkammer installiert ist. Das liegt daran, dass die luftdichte Abdeckung luftdicht ist, mit dem vorangehend erwähnten Dichtungsglied ausgestattet ist, das den Vakuumbereich von der Atmosphäre abtrennt, und über ein Entlüftungsrohr zur Atmosphäre offen ist. Wenn ein Motor unter Atmosphärendruck verwendet wird, wird das Problem der Bildung von Partikeln und Ausgasungen eliminiert. Dadurch wird es möglich, einen Motor mit allgemeinen technischen Daten einzusetzen.
Der Tragrahmen wird vorzugsweise über eine hohle Rotationswelle, die das Entlüftungsrohr darin enthält, von einer Wand der Vakuumkammer getragen (derart, dass sich der Tragrahmen drehen kann) und ändert seinen Winkel (zum Neigen) durch die Drehung der hohlen Rotationswelle.
Wenn der Tragrahmen zusammen mit dem Halter, der Lineartranslationsstruktur und dem Motor in der Vakuumkammer positioniert ist und weiter die luftdichte Abdeckung mit dem Entlüftungsrohr so eingesetzt wird, dass der Motor in der Atmosphäre platziert werden kann, könnte in Betracht gezogen werden, dass der Tragrahmen drehbar installiert wird und das Entlüftungsrohr aus einem biegsamen Schlauch besteht, der sich vom Inneren der luftdichten Abdeckung zur Umgebung außerhalb der Vakuumkammer erstreckt. Es würde jedoch möglicherweise ein längerer Schlauch benötigt und es könnten verschiedene Einschränkungen entstehen, wie beispielsweise, dass der Schlauch so angeordnet werden muss, dass er den Tragrahmen nicht daran hindert, ungehindert seinen Winkel zu verändern. Dadurch könnte die Vorrichtung nachteilhaft kompliziert und groß werden. Wenn andererseits der Tragrahmen über die hohle Rotationswelle installiert wird, die das Entlüftungsrohr darin enthält, wie im vorangehenden Abschnitt beschrieben, kann das Entlüftungsrohr kompakt in der Rotationswelle enthalten sein und der Tragrahmen kann seinen Winkel ungehindert ändern. Dementsprechend kann der Tragrahmen seinen Winkel ungehindert ändern, indem die Rotationswelle gedreht wird, während das Entlüftungsrohr in der Rotationswelle verbleibt und ohne Durchhängen oder Biegen seine Form behält.
Der Übertragungsmechanismus umfasst vorzugsweise einen Übertragungsriemen, der den ersten Übertragungsmechanismus auf der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur und den zweiten Übertragungsmechanismus, der gegenüber der Bewegungslinie versetzt ist, verbindet und der Übertragungsriemen ist in der luftdichten Abdeckung installiert (das heißt in der Atmosphäre).
Bei einer derartigen Vorrichtung sind der Übertragungsriemen, der leicht Partikel oder Abgasungen bildet, sowie der Motor in der luftdichten Abdeckung positioniert. Das verhindert die Bildung von Partikeln oder dergleichen in der Vakuumkammer und sichert so die bevorzugte Vakuumumgebung, in der ein Wafer zur Translation veranlasst wird.
Desweiteren weist die Wafertranslationsvorrichtung die folgenden Merkmale auf:
Eine Oberfläche des vom Halter gehaltenen Wafers ist parallel zum durch die Lineartranslationsstruktur bestimmten Bewegungspfad des Halters (beispielsweise der Richtung einer Achse einer Kugelumlaufspindel);
der Tragrahmen ist derart angeordnet, dass er seinen Winkel ändern kann, (d.h. der Rahmen kann geneigt oder gedreht werden) und den Halter veranlassen kann, sich unter Einhaltung dieser Bedingung (das heißt, die Oberfläche eines Wafers ist parallel zum Bewegungspfads des Halters) zu neigen (auf eine in 7(a) gezeigte Weise); und
die Mittellinie zum Ändern des Winkels des Tragrahmens liegt in (oder sehr nah bei) einer Ebene, die die Oberfläche des vom Halter gehaltenen Wafers enthält.
Derart aufgebaut, stellt die Wafertranslationsvorrichtung die Lineartranslationsstruktur korrekt schräg und halt dabei den Halter in einer korrekten Stellung zur Lineartranslationsstruktur, so dass der Wafer auf eine bevorzugte Weise, wie vorangehend erwähnt, geneigt wird. Anders ausgedrückt, wird während des translatorischen Hin- und Herbewegungsvorgangs die Entfernung von einer Bestrahlungsquelle eines Ionenstrahls oder dergleichen zum Wafer für jeden Abschnitt des Wafers grundsätzlich konstant gehalten und als Folge wird die Vereinheitlichung der Strahldichte erreicht.
Bei einer derartigen Vorrichtung liegt außerdem die Mittellinie der Winkeländerung des Tragrahmens in der Ebene, die die Oberfläche des Wafers enthält, wenn daher Halter und Wafer geneigt werden, indem der Winkel des Tragrahmens geändert wird, bleibt die Entfernung von der Strahlbestrahlungsquelle zur Oberfläche des Wafers unverändert. Wenn beispielsweise, wie in 7(c) gezeigt, die Mittellinie der Winkeländerung (das heißt der Neigungsmittelpunkt) O_t des Halterrahmens gegenüber der Oberfläche des Wafers versetzt ist, ändert sich die Lage des Wafers zur Richtung des Strahleinfalls infolge des Neigens. Wenn im Gegensatz dazu, wie in 7(a) gezeigt, die Mittellinie der Winkeländerung O_t in der Oberfläche des Wafers liegt, findet eine derartige Änderung grundsätzlich nicht statt. Das Konstanthalten der Entfernung von der Bestrahlungsquelle eines Strahls oder dergleichen zur Oberfläche des Wafers bringt den Vorteil, dass die Ionenimplantationsdichte einfach vereinheitlicht werden kann.
Der Tragrahmen ist vorzugsweise mit einem Riemen und einer Riemenscheibe ausgestattet, um die Antriebsleistung des Motors auf die Lineartranslationsstruktur zu übertragen und ist weiter mit einem Linearführungsglied (mit einer linearen Bahn und einer Gleitkomponente, die sich gleichmäßig entlang der Bahn bewegen kann) ausgestattet, um die Bewegung des Halters zu führen.
Durch die Verwendung des Linearführungsglieds wird die Linearbewegung des Halters, die einen Wafer veranlasst, sich translatorisch hin- und herzubewegen, besonders gleichmäßig. Darüber hinaus ist eine Abtriebswelle des Motors nicht direkt, sondern über den Riemen und die Riemenscheibe mit der Lineartranslationsstruktur, wie beispielsweise einer Kugelumlaufspindel, verbunden, es ist daher möglich den Motor ungehindert in der korrekten Stellung zur Lineartranslationsstruktur zu platzieren. Dementsprechend ist es möglich, die Wafertranslationsvorrichtung, die eine kompakte Größe hat und sehr gleichmäßig arbeitet, aufzubauen und dabei die Einschränkungen, beispielsweise, der Platzierung des Motors in der Atmosphäre einzuhalten. Darüber hinaus ist das Trägheitsmoment um die Drehung der Lineartranslationsstruktur (wie beispielsweise einer Kugelumlaufspindel) sehr klein verglichen mit dem des Arms der Ausführungsform von 13, so dass die Möglichkeit des Ausdehnens des Riemens zu klein ist, um die Steuerung der Translationsgeschwindigkeit zu verhindern. Es ist jedoch wünschenswert, die Starrheit des Übertragungsriemens zu erhöhen, indem der Riemen beispielsweise verkürzt wird.
Bei der Dichtung zum Abtrennen des Inneren des Vakuumbereichs von der Atmosphäre kann es sich um eine Magnetflüssigkeitsdichtung handeln, die auf einer direkt mit der Lineartranslationsstruktur verbundenen Rotationswelle installiert ist.
Eine Rotationswelle, die direkt mit der Lineartranslationsstruktur verbunden ist, bedeutet beispielsweise eine Welle, die mit dem Abschnitt in der Nähe des Endes der Schraube der Kugelumlaufspindel (das heißt einem zylindrischen Abschnitt ohne Gewinde) verbunden ist oder eine Welle, die nah bei der Schraube positioniert und konzentrisch damit verbunden ist.
In diesem Fall, da sie mit einer Magnetflüssigkeitsdichtung als Dichtungsglied zum Abtrennen des Vakuumbereichs von der Atmosphäre ausgestattet ist, erzeugt die Vorrichtung weniger Partikel im Vergleich zu dem Fall, in dem andere Dichtungsmittel verwendet werden. Dadurch werden die Unannehmlichkeiten des Prozesses oder der Arbeit im Vakuum, beispielsweise der Ionenimplantation, reduziert. Außerdem reduziert die Installation eines derartigen Dichtungsglieds an der recht nah an der Lineartranslationsstruktur liegenden Stelle die Zahl der im Vakuumbereich positionierten Mechanismen bzw. Komponenten. Ein im Vakuum platzierter Mechanismus muss so aufgebaut werden, dass er weniger Partikel oder Ausgasungen erzeugt und erfordert allgemein die Bereitstellung einer speziellen Schmierung an seinem Gleitabschnitt oder einen gekapselten Aufbau, was speziell und teuer ist. Dementsprechend bedeutet die Verwendung von weniger Mechanismen im Vakuum, dass der Aufbau einer einfach anzuwendenden kostengünstigeren Wafertranslationsvorrichtung möglich wird. Darüber hinaus fehlt der Magnetflüssigkeitsdichtung, die an der Rotationswelle bereitgestellt ist, selten Schmierstoff und sie hat eine stabile Dichtungsfunktion.
Die Lineartranslationsstruktur und andere Bestandteile, die eine Rollfläche oder eine Gleitfläche haben und in der Vakuumkammer installiert sind, sind vorzugsweise derart montiert, dass es möglich ist, sie als Einheit auszutauschen.
Bezüglich der mit einem Linearführungsglied ausgestatteten Vorrichtung, wie vorangehend erwähnt, wird es bevorzugt, das Linearführungsglied (einschließlich einer Rollfläche oder einer Gleitfläche) ebenfalls in der Einheit zu montieren.
Bei einem Mechanismus oder einer Komponente, wie einer Kugelumlaufspindel, die eine Rollfläche oder eine Gleitfläche hat und in einem Vakuumbereich platziert ist, können keine allgemeinen Schmiermittel angewandt werden, da bei der Rollfläche bzw. der Gleitfläche das Problem der Erzeugung von Stäuben oder dergleichen auftritt. Folglich benötigt die Lineartranslationsstruktur usw. eine Spezialschmierung und spezielle Wartung dafür.
Bei der Wafertranslationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind die Komponenten, die spezielle Behandlung im Vakuum benötigten, derart montiert, dass sie als Einheit ausgetauscht werden können, so dass die Wartung zum Schmieren oder dergleichen recht einfach wie folgt ausgeführt werden kann: Die Einheit aus der Wafertranslationsvorrichtung ausbauen, dann die Einheit einbauen, die bereits gewartet wurde (oder eine neue Einheit). So wird die Funktion der Vorrichtung, einschließlich der Translationsantriebsgruppe gleichmäßig gehalten. Es ist für die nächste Wartung praktisch, wenn die aus der Vorrichtung ausgebaute Komponente, beispielsweise eine Kugelumlaufspindel, durch eine neue oder wiederaufbereitete ersetzt wird.
Es wird bei der Vorrichtung außerdem bevorzugt, dass der im Halter befestigte Wafer mittels der Lineartranslationsstruktur veranlasst wird, sich translatorisch hin- und herzubewegen, während ein Ionenstrahl auf den Wafer gestrahlt wird.
Bei einer derartigen Vorrichtung erfolgt die Ionenstrahlbestrahlung eines Halbleiterwafers auf erwünschte Weise und die Ionenimplantation des Wafers wird korrekt ausgeführt.
Die Wafertranslationsvorrichtung hat vorzugsweise eine erste Übertragungskupplung, die zwischen dem Übertragungsmechanismus und dem Motor zum Antreiben der Lineartranslationsstruktur angeschlossen ist.
Durch Verwendung einer Übertragungskupplung, wie vorangehend erwähnt, ist die Anordnung des Übertragungsmechanismus und des Motors im Wesentlichen frei und Montage und Demontage sind einfach. Anders ausgedrückt, ist es im Gegensatz zum Fall, in dem der Übertragungsmechanismus und der Motor direkt miteinander verbunden sind, einfach, die relative Stellung zwischen den Wellen zu bestimmen und sie ungehindert zu montieren, selbst wenn geringfügige Fehler zwischen den Wellen vorliegen (Abweichungen der Mitten der Wellen voneinander).
Bei der Lineartranslationsstruktur, die den Halter veranlasst, sich translatorisch hin- und herzubewegen kann es sich um eine in der Vakuumkammer positionierte Kugelumlaufspindel handeln.
Im Allgemeinen kann es sich bei der Lineartranslationsstruktur um eine Schiebemutter, eine Planetenrollenmutter oder ein Zahnstangengetriebe usw. handeln, wie vorangehend erwähnt. Eine Kugelumlaufspindel hat jedoch die Vorteile, dass sie sich gleichmäßig bewegt und geringere mechanische Verluste erzeugt. Sie ist außerdem dahingehend vorteilhaft, dass die Kosten einer Allzweck-Kugelumlaufspindel annehmbar sind. Weiter sorgt eine Kugelumlaufspindel für eine bessere Ansprechempfindlichkeit der Geschwindigkeitssteuerung. Dementsprechend kann die Vorrichtung, wenn die Kugelumlaufspindel als Lineartranslationsstruktur installiert ist, die gleichmäßige translatorische Hin- und Herbewegung des Halters effizient und genau ausführen.
Eine Rollfläche (die sich rollend bewegt) und eine Gleitfläche (die sich gleitend bewegt) der Kugelumlaufspindel sind vorzugsweise mit einem diamantähnlichen Kohlenstofffilm (DLC-Film) beschichtet und sind weiter mit einem Backfilm aus Fluoröl bedeckt (DFO-Beschichtung).
Wenn die Vorrichtung das vorangehend erwähnte Linearführungsglied aufweist, wird es ebenfalls bevorzugt, dass dies mit einem diamantähnlichen Kohlenstofffilm und einem Backfilm aus Fluoröl beschichtet ist (an seiner Rollfläche und seiner Gleitfläche).
Bei einer derartigen Vorrichtung werden, da eine im Vakuumbereich platzierte Kugelumlaufspindel mit einem diamantähnlichen Kohlenstofffilm und einem Backfilm aus Fluoröl beschichtet ist, recht wenige Partikel oder Ausgasungen gebildet und die Schmierung bleibt über lange Zeit stabil. Der diamantähnliche Kohlenstofffilm (DLC-Film) ist ein Film aus Kohlenstoff mit hoher Härte, wie ein Diamant, der durch ein Ionenplattierungsverfahren usw. hergestellt wird und aufgrund seiner amorphen Zusammensetzung mit einer Diamantbindung oder Graphitbindung eine Schmierebene aufweist, so dass er die ausgezeichneten Eigenschaften geringer Reibung und geringen Abriebs aufweist. Der Backfilm aus Fluoröl (DFO-Beschichtung) ist ein viskoser und schmierender Film, der durch Backen von Fluoröl hergestellt wird, wenig Stäube erzeugt und eine Medieneigenschaft zwischen trocken und nass hat und außerdem sehr haltbar ist.
Bei der Kugelumlaufspindel kann es sich um eine in einen Kugelkäfig eingebettete Kugelumlaufspindel handeln.
Manche Kugelumlaufspindeln haben Distanzkugeln mit kleinerem Durchmesser als Mittel zum Verhindern der Kollision zwischen benachbarten Kugeln, die Zahl der belasteten Kugeln wird jedoch reduziert und das könnte die Haltbarkeit verringern. An dieser Stelle kann eine in einem Kugelkäfig eingebettete Kugelumlaufspindel die Kollision zwischen benachbarten Kugeln verhindern und die Zahl der belasteten Kugeln erhöhen, so dass sie den Vorteil der Haltbarkeit hat. Wenn die Kugelumlaufspindel eine gute Haltbarkeit aufweist, findet der Abrieb langsam statt und die Bildung von Partikeln oder Ausgasungen nimmt über lange Zeit ab und das ist zum Antreiben eines Wafers, so dass er sich in einem Vakuum translatorisch hin- und herbewegt besonders erwünscht.
Die Kugelumlaufspindel ist vorzugsweise über eine zweite Übertragungskupplung mit dem Übertragungsmechanismus verbunden.
Bei Verwendung der zweiten Übertragungskupplung wird die Anordnung der Kugelumlaufspindel bzw. des Übertragungsmechanismus im Wesentlichen frei und Montage und Demontage werden einfach. Anders ausgedrückt, lässt sich, im Gegensatz zum Fall, in dem die Kugelumlaufspindel und der Übertragungsmechanismus direkt miteinander verbunden sind, die relative Stellung zwischen den Wellen einfach und frei bestimmen und sie lassen sich auch einfach ungehindert montieren, selbst wenn geringfügige Fehler zwischen den Wellen vorliegen (Abweichungen der Mitten der Wellen voneinander).
Die Kugelumlaufspindel wird vorzugsweise über ein Radiallager an einem ihrer Enden vom Tragrahmen getragen und weiter über ein vorbelastetes Drucklager (ein vorbelastetes Drucklager, das Schrägkugellager oder andere Präzisionslager kombiniert) an ihrem Ende, das dem Übertragungsmechanismus näher ist, vom Tragrahmen getragen.
Das Drucklager hat die Funktion, das Spiel in der axialen Richtung der Kugelumlaufspindel zu beseitigen und das trägt dazu bei, dass der Wafer die translatorische Hin- und Herbewegung genau ausführt. Da das Drucklager in der Nähe des Endes der Kugelumlaufspindel, auf der dem Übertragungsmechanismus näheren Seite, platziert ist, entsteht, falls die Kugelumlaufspindel durch Wärme oder dergleichen verlängert wird, kein Problem mit der Verbindung zum Übertragungsmechanismus.
Die Wafertranslationsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Durchgang für Flüssigkeit (wie beispielsweise Kühlwasser), der die Kugelumlaufspindel kühlt und so ausgebildet ist, dass er in der Nähe des Drucklagers des Tragrahmens verläuft.
Da die Flüssigkeit die Kugelumlaufspindel kühlt und in der Nähe des Drucklagers fließt, wird das Drucklager ebenfalls gekühlt. Obwohl während der translatorischen Hin- und Herbewegung des Wafers infolge des Rollen der Kugel Wärme in der Kugelumlaufspindel und im Drucklager entsteht, kann ein derartiger Kühldurchgang die Unannehmlichkeit der Erwärmung selbst in einem Vakuumbereich, in dem Wärme isoliert ist, beseitigen. Anders ausgedrückt, verbessert die korrekte Kühlung durch Flüssigkeit die Lebensdauer jeder Komponente und reduziert die Bildung von Partikeln und Ausgasungen.
Die Wafertranslationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Auswirkungen:
Der Waferhalter, der mittels der Lineartranslationsstruktur, wie beispielsweise einer Kugelumlaufspindel usw., linear bewegt wird, weist eine bessere Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Translationsgeschwindigkeitssteuerung auf und kann sich mit konstanter Geschwindigkeit translatorisch hin- und herbewegen.
Da der Motor in der Atmosphäre platziert ist und nur wenige Mechanismen oder Komponenten in der Vakuumkammer exponiert sind, lässt sich die Vorrichtung einfacher bei geringen Kosten schmieren.
Da sowohl der Waferhalter als auch die Lineartranslationsstruktur im Vakuumbereich platziert sind, ist es möglich, den Wafer auf eine bevorzugte Weise zu neigen.
Da die gesamte Translationsantriebsgruppe, einschließlich einem Motor, in der Vakuumkammer positioniert ist, kann die Translationsantriebsgruppe mit kompakter Größe aufgebaut und einfach an die Vorrichtung bereitgestellt werden, außerdem bleibt der Vorteil infolge des Positionieren des Motors in der Atmosphäre bestehen.
Da vorgesehen ist, dass der Tragrahmen der Vorrichtung über die hohle Rotationswelle installiert ist, die das Entlüftungsrohr darin enthält, kann das Entlüftungsrohr kompakt in der Rotationswelle enthalten sein und der Tragrahmen kann seinen Winkel stets ungehindert ändern.
Da der Übertragungsriemen in der luftdichten Abdeckung positioniert ist, ist die bevorzugte Vakuumumgebung gesichert.
Der Wafer wird während der translatorischen Hin- und Herbewegung auf eine derartige bevorzugte Weise geneigt, dass die Entfernung von einer Bestrahlungsquelle eines Ionenstrahls oder dergleichen zum Wafer an jedem Abschnitt des Wafers stets konstant ist und daher kann die Strahldichte an den Wafer vereinheitlicht werden und außerdem wird die Entfernung von einer Strahlbestrahlungsquelle zur Oberfläche des Wafers durch das Neigen nicht beeinflusst.
Durch die Verwendung des Linearführungsglieds wird die Linearbewegung des Halters sehr gleichmäßig und die Verwendung des Riemens und der Riemenscheibe macht es möglich, den Motor ungehindert in der korrekten Stellung in Bezug auf die Lineartranslationsstruktur zu platzieren.
Aufgrund der Funktion einer Magnetflüssigkeitsdichtung ist die Bildung von Partikeln eingeschränkt und daher wird der Prozess oder die Arbeit in einem Vakuumbereich, wie beispielsweise eine Ionenimplantation, vorteilhaft ausgeführt und da sich weniger Mechanismen oder Komponenten im Vakuumbereich befinden ist es außerdem möglich eine Vorrichtung aufzubauen, die bei geringen Kosten leicht zu handhaben ist.
Da die Komponenten im Vakuum, die Spezialbehandlung erfordern, derart montiert sind, dass sie als Einheit ausgetauscht werden können, lassen sich die Wartungsarbeiten zum Erhalten der Funktion der Schmierung recht einfach ausführen.
Die Ionenstrahlbestrahlung und -implantation eines Halbleiterwafers erfolgt auf korrekte Weise.
Da eine Übertragungskupplung verwendet wird, ist die Anordnung des Übertragungsmechanismus und des Motors im Wesentlichen frei und es ist einfach, die Vorrichtung zu montieren und zu demontieren.
Da eine Kugelumlaufspindel als die Lineartranslationsstruktur verwendet wird, kann die gleichmäßige und genaue translatorische Hin- und Herbewegung des Halters effizient erreicht werden.
Die Verwendung einer Kugelumlaufspindel, die mit einem diamantartigen Kohlenstofffilm und einem Backfilm aus Fluoröl beschichtet ist, schränkt die Bildung von Partikeln oder Ausgasungen ein und hält die Schmierung für lange Zeit stabil.
Die Verwendung einer in einem Kugelkäfig eingebetteten Kugelumlaufspindel verbessert die Haltbarkeit der Kugelumlaufspindel und erzeugt eine erwünschte Vakuumumgebung, in der wenige Partikel oder Ausgasungen gebildet werden.
Die Verwendung einer Übertragungskupplung macht die Anordnung der Kugelumlaufspindel oder des Übertragungsmechanismus nahezu frei und macht es einfach, die Vorrichtung zu montieren oder zu demontieren.
Die Verwendung eines Drucklagers beseitigt das Spiel der Kugelumlaufspindel und sorgt für die genaue translatorische Hin- und Herbewegung des Wafers.
Da die Kugelumlaufspindel oder das Drucklager durch Flüssigkeit gekühlt wird, ist die Lebensdauer jeder Komponente verlängert und die Bildung von Partikeln oder Ausgasungen ist eingeschränkt und das hält die Vakuumumgebung wünschenswert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die eine Translationsantriebsgruppe 1 in der ersten Ausführungsform der Ionenimplantationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
1(b) ist eine auseinandergezogene Ansicht der Translationsantriebsgruppe 1;
2 ist eine Schnittansicht, die den wesentlichen Teil des Antriebsmechanismus der Translationsantriebsgruppe 1 von 1 zeigt;
3 ist eine Seitenansicht des in 2 gezeigten Antriebsmechanismus entlang der Linie III-III;
4(a) ist eine schematische Ansicht, die den typischen Aufbau und die Bewegung der Translationsantriebsgruppe 1 zeigt;
4(b) ist eine Seitenansicht der in 4(a) gezeigten Translationsantriebsgruppe 1 entlang der Linie b-b in Pfeilrichtung;
5(a) ist eine Vorderansicht der Translationsantriebsgruppe 4 einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
5(b) ist eine Seitenansicht der Translationsantriebsgruppe 4;
5(c) ist eine weitere Seitenansicht der Translationsantriebsgruppe 4;
6 ist eine Draufsicht der Translationsantriebsgruppe 4', bei der es sich um eine Abänderung der Translationsantriebsgruppe 4 handelt;
7(a)–7(c) sind schematische Ansichten zur Erklärung der Beziehung zwischen der Translationsrichtung s des Wafers A, der Neigungsrichtung des Wafers A und der Richtung eines Ionenstrahls;
8 ist eine Längsschnittansicht, die den implantierenden Abschnitt der Ionenimplantationsvorrichtung komplett zeigt;
9(a) ist eine Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Wafertranslationsvorrichtung zeigt;
9(b) ist eine Ansicht von hinten der in 9(a) gezeigten Wafertranslationsvorrichtung entlang der Linie b-b in Pfeilrichtung;
10 ist eine Schnittansicht einer Abänderung der Translationsantriebsgruppe 1 der Wafertranslationsvorrichtung;
11 ist eine Schnittansicht einer weiteren Abänderung der Translationsantriebsgruppe 1 der Wafertranslationsvorrichtung;
12 ist eine Schnittansicht noch einer weiteren Abänderung der Translationsantriebsgruppe 1 der Wafertranslationsvorrichtung; und
13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der herkömmlichen und allgemeinen Translationsantriebsgruppe zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Verweis auf 1-4 und 8 wird nachfolgend die erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Die Translationsantriebsgruppe 1 ist, wie in 8 und 1(a) gezeigt, innerhalb der Wand 2 positioniert, die eine Vakuumkammer der Ionenimplantationsvorrichtung bildet, und bildet eine Wafertranslationsvorrichtung zusammen mit einer Neigungsantriebsgruppe (Bezugszeichen 3 in 4(b); umfasst einen Motor und andere Antriebsquelle und einen Übertragungsmechanismus für Antriebsleistung). Ein Wafer (Bezugszeichen A in 4) wird von einer Spannplatte 11 eines Halters 10 gehalten, der mittels einer Kugelumlaufspindel 20 (siehe 1(b) oder 2 usw.) bewegt wird und so den Wafer veranlasst, sich gegenüber einem Ionenstrahl translatorisch hin- und herzubewegen (siehe 4). Im Allgemeinen wird, während sich ein Ionenstrahl mit hoher Frequenz translatorisch in einer festen Richtung (Richtung x) hin- und herbewegt, der Wafer bewegt, um sich in der Richtung senkrecht zum Strahl (Richtung y, die Längsrichtung der Kugelumlaufspindel 20) translatorisch hin- und herzubewegen. Durch die Verwendung der Kugelumlaufspindel 20 ist der Wafer in der translatorischen Hin- und Herbewegung leicht, so dass die translatorische Hin- und Herbewegung eine gute Ansprechempfindlichkeit und sogar eine gute Geschwindigkeit aufweist.
Die ausführliche Beschreibung der Translationsantriebsgruppe 1 lautet wie folgt. Wie in 1 gezeigt, umfasst sie die folgenden Hauptfunktionsteile: den Halter 10 eines Wafers; die Kugelumlaufspindel 20, die ihn in der Translationsrichtung (der vorangehend erwähnten Richtung y) bewegt; einen Motor 50, der die Kugelumlaufspindel 20 dreht; und einen Tragrahmen 60. Der Tragrahmen 60 trägt den Halter 10, den Motor 50 und andere Geräte des Aufbaus der Translationsantriebsgruppe 1 zusammen. Der Tragrahmen 60 wird drehbar von der Wand 2 getragen und kann sich durch die Kraft des Rotationsantriebs, der von der Neigungsantriebsgruppe (Bezugszeichen 3 in 4(b)) erzeugt wird, neigen.
Die Kugelumlaufspindel 20 wird, wie in 2 gezeigt, vom Tragrahmen 60 über Radiallager 20a, 20b an ihren beiden Enden getragen. Außerdem wird die Kugelumlaufspindel 20 über ein Präzisionsdrucklager 20c an ihrem einem Riemen 40 oder anderen Übertragungsmechanismen näher liegenden Ende (der Leistungsübertragung vorgeschaltet) vom Tragrahmen getragen. Das Präzisionsdrucklager 20c, bei dem es sich beispielsweise um ein aus Schrägkugellagern bestehendes vorbelastetes Drucklager handelt, verhindert, dass die Kugelumlaufspindel 20 in der axialen Richtung Spiel hat.
Der Halter 10 umfasst die Spannplatte 11, einen Spannkörper 12 und eine Gleitplatte 13, wie in 1(a) gezeigt. Die Gleitplatte 13 ist mit einer Mutter 21 der Kugelumlaufspindel 20 verbunden. Wie in 1(b) zu sehen, sind Linearführungsglieder 30 parallel zu beiden Seiten der Kugelumlaufspindel 20 angeordnet und mit einem Gleitglied 31 ausgestattet, das sich entlang der Bahn der Glieder 30 bewegen kann und mit der Gleitplatte 13 des Halters 10 verbunden ist. Die Spannplatte 11 ist derart positioniert; dass die Oberfläche eines an der Platte 11 befestigten Wafers parallel zur Längsrichtung der Kugelumlaufspindel 20 ist. Der Motor 50 ist derart platziert, dass die Abtriebsachse (Bezugszeichen 51a in 2) parallel zu und gerade von der Schraube der Kugelumlaufspindel 20 entfernt ist. Die Leistung vom Motor 50 an die Kugelumlaufspindel 20 wird von Übertragungsmechanismen, wie beispielsweise einem Gummiübertragungsriemen 40 (einem Steuerriemen mit Zähnen), einer Antriebsriemenscheibe 41, einer angetriebenen Riemenscheibe 42 und einer Spannrolle 43 usw., wie in 1(a) und 3 gezeigt, übertragen. Manche Übertragungsmechanismen befinden sich auf der Bewegungslinie der Kugelumlaufspindel 20 und andere sind gegenüber der Linie versetzt.
Da sie im Vakuum eingesetzt werden, sind die Kugelumlaufspindel 20, das Linearführungsglied 30 und andere Komponenten nach den speziellen Vorgaben hergestellt, die für das Beseitigen des Problems von Staub oder Ausgasungen sorgen, die von den Abschnitten gebildet werden, an denen sich zwei Elemente berühren und relativ zueinander bewegen: sie sind mit einem diamantähnlichen Kohlenstofffilm (DLC-Film) und einem Backfilm aus Fluoröl (DFO-Film) beschichtet, bei denen es sich um spezielle Mittel handelt, um die Schmierleistung und die Abriebsbeständigkeit zu erhöhen. Die Abschnitte, an denen sich zwei Elemente berühren und relativ zueinander bewegen, sind die Oberflächen eines Gewindes der Kugelumlaufspindel 20 oder der Mutter 21, Stahlkugeln der Kugelumlaufspindel 20, Rillen oder Stahlkugeln der Lager 20a, 20b und 20c, die die Kugelumlaufspindel 20 tragen, die Bahn des Linearführungsglieds 30 und Stahlkugeln des Gleitglieds 31 usw., wo jedes Element rollt und gleitet. Um derartige, nach speziellen Vorgaben hergestellte Komponenten leicht zu warten und zu kontrollieren und im Fall, dass die Beschichtungen abgerieben und beschädigt sind, die Schmierleistung und Abriebsbeständigkeit einfach wieder zu verbessern, sind die Kugelumlaufspindel 20 und das Linearführungsglied 31 usw. (einschließlich der Gleitplatte 13 und der Riemenscheibe 42 usw.) so aufgebaut, dass sie integral aus der Translationsantriebsgruppe 1 ausgebaut werden können, wie in 1(b) gezeigt. Anders ausgedrückt, die Komponenten, wie beispielsweise die Kugelumlaufspindel 20 sind in einem kompakten Rahmen 63 montiert, der ausbaubar mit dem Tragrahmen 60 verbunden ist.
Der Tragrahmen 60 und die vom Tragrahmen 60 getragenen Geräte oder Komponenten, wie beispielsweise der Halter 10, die Kugelumlaufspindel 20 und der Motor 50, sind innerhalb der Wand 2 der Vakuumkammer angeordnet, wie vorangehend beschrieben. Die abgebildete Translationsantriebsgruppe 1 ist jedoch derart aufgebaut, dass viele Gegenstände, einschließlich des Motors 50 in der Atmosphäre verwendet werden können. Der Grund dafür ist, dass wenn die Geräte oder Komponenten in der Atmosphäre verwendet werden, die von ihnen erzeugten Partikel oder Ausgasungen keine Probleme verursachen. Das bedeutet außerdem, dass es möglich ist, preisgünstige Geräte oder Komponenten mit allgemeiner Spezifikation zu verwenden.
Um den Motor 50 und dergleichen in der Atmosphäre verwenden zu können, sind sie wie folgt aufgebaut. Wie in 2 (und 3) zu sehen, sind der Motor 50, der Riemen 40, die Riemenscheiben 41, 42, 43, die kurzen Wellen 53, 22 und dergleichen von einer luftdichten Abdeckung 70 abgedeckt (dem schraffierten Teil in 2), die zur Atmosphäre, der Umgebung außerhalb der Wand 2, offen ist. Die luftdichte Abdeckung 70 ist ein hohles Gehäuse, das aus einer Vielzahl von kastenartigen oder zylindrischen hohlen Komponenten besteht, die durch eine Manschette oder dergleichen dicht miteinander verbunden sind, und das ein Entlüftungsrohr 71 aufweist, das an dem Abschnitt in der Nähe des Motors 50 befestigt ist und zur Atmosphäre führt. Im so gebildeten abgedichteten Raum in der luftdichten Abdeckung 70 ist Folgendes enthalten, wie in 2 gezeigt: der Motor 50; eine Kupplung 52, die mit der Abtriebsachse 51a des Motors 50 verbunden ist; die kurze Welle 53, die mit der Kupplung 52 verbunden ist; der Riemen 40 (diese werden hierin nachfolgend als gegenüber der Bewegungslinie der Kugelumlaufspindel 20 versetzter Übertragungsmechanismus bezeichnet); die Riemenscheiben 41, 42, 43; die kurze Welle 22, die mit der Riemenscheibe 42 befestigt ist; und daran angebrachte Lager. Zwischen der luftdichten Abdeckung 70 und der Umfangsoberfläche der kurzen Welle 22 ist eine Magnetflüssigkeitsdichtung 72 vorgesehen.
Um die Gesamtheit der Translationsantriebsgruppe 1 drehbar zu lagern, ist der Tragrahmen 60 mit einer hohlen Rotationswelle 61 integriert, die in eine Tragöffnung 2a der Wand 2 eingesetzt und davon getragen wird. Am eingesetzten Abschnitt der Welle 61 ist ein Dichtungsglied 2b (wie beispielsweise eine Magnetflüssigkeitsdichtung) vorgesehen. Durch Einsetzen des Entlüftungsrohrs 71 der luftdichten Abdeckung 70 in die hohle Rotationswelle 61 (mit einem Dichtungsglied am eingesetzten Abschnitt befestigt) kann das Rohr 71 zur Atmosphäre führen. Luft kann über das Innere des Entlüftungsrohrs 71, wo auch eine Stromzufuhrleitung, eine Steuerleitung, eine Signalleitung oder dergleichen verlaufen kann, zwischen dem Inneren der luftdichten Abdeckung 70 und der Umgebung außerhalb der Wand 2 herein und heraus strömen. Die vorangehend erwähnte Neigungsantriebsgruppe (Bezugszeichen 3 in 4(b)) überträgt die Rotationsleistung an die hohle Rotationswelle 61 und veranlasst so die gesamte Translationsantriebsgruppe 1, sich zusammen mit dem Tragrahmen 60 zu neigen.
Da die Dichtung 72 zwischen der luftdichten Abdeckung 70 und der kurzen Welle 22 vorgesehen ist, sind die darüber platzierten Gegenstände, wie beispielsweise die Kupplung 23, die Kugelumlaufspindel 20, die Lager 20a, 20b, 20c, die Mutter 21 und das Linearführungsglied 30 usw., dem Inneren der Vakuumkammer ausgesetzt. Um dies zu berücksichtigen, sind die Rollfläche bzw. die Gleitfläche der Kugelumlaufspindel 20 und des Linearführungsglieds 30 mit einem DLC-Film oder einem DFO-Film beschichtet, wie vorangehend erwähnt. Darüber hinaus wird als Kugelumlaufspindel 20 eine in einem Kugelkäfig eingebettete Kugelumlaufspindel verwendet, die eine lange Lebensdauer hat, selbst in der speziellen Umgebung eines Vakuums.
Der typische Aufbau des wesentlichen beweglichen Teils der Translationsantriebsgruppe 1 ist in 4(a) und (b) gezeigt, die wie nachfolgend unter a) und b) beschrieben funktioniert, wenn sie als Wafertranslationsvorrichtung in einer Ionenimplantationsvorrichtung dient.

a) Wenn ein Wafer A an der Spannplatte 11 des Halters 10 angebracht ist, veranlasst die Drehung der Kugelumlaufspindel 20 durch den Motor 50 den Wafer A, sich mit dem Halter 10 entlang der Kugelumlaufspindel 20 (translatorisch hin und her) zu bewegen (in der Längsrichtung deren Schraube). Wie vorangehend beschrieben, bewegt sich ein Ionenstrahl an der speziellen Position wiederholt translatorisch in der Richtung x (parallel zur Blattoberfläche in 4(a); die Rechts- und Linksrichtung in 4(b)) und die Kugelumlaufspindel 20 wird in der Richtung y positioniert, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bestrahlungsstelle ist, bei der es sich um den Schnittpunkt des Strahls und des Wafers A handelt. Die Richtung y ist als eine Translationsrichtung s des Wafers A definiert. Während der translatorischen Hin- und Herbewegung ist der Wafer A auf der Spannplatte 11 fixiert, so dass seine Oberfläche bei Betrachtung entlang der Mitte der Achse der Kugelumlaufspindel senkrecht zur Richtung des Ionenstrahls ist, wie in 4(b) gezeigt.
b) Es ist möglich den Winkel der Ionenimplantation gegenüber der Oberfläche des Wafers (Neigungswinkel) zu ändern, indem die gesamte Translationsantriebsgruppe 1 über den Tragrahmen 60 schräg gestellt wird. Wie vorangehend beschrieben, wird der Tragrahmen 60 über die hohle Rotationswelle 61 von der Wand 2 der Ionenimplantationsvorrichtung getragen. Wenn daher die Welle 61 mittels der außerhalb der Wand 2 positionierten Neigungsantriebsgruppe 3 rotiert, ändert der Tragrahmen 60 seine Winkelstellung um die Achse der Welle 61 gemäß der in 4(a) gezeigten Neigungsrichtung t. Da der Tragrahmen 60 die gesamte Translationsantriebsgruppe 1 einschließlich der Kugelumlaufspindel 20 hält, neigt sich der Halter 10 mit der Kugelumlaufspindel 20, wenn der Tragrahmen 60 so seinen Winkel ändert und dadurch können der Winkel des Wafers A und die Translationsrichtung s im selben Maß geändert werden. Das heißt, die Oberfläche des Wafers A und die Längsrichtung der Kugelumlaufspindel 20, die die Translationsrichtung s des Wafers A bestimmt, neigen sich in der Richtung t und bleiben dabei parallel zueinander. Darüber hinaus ist die hohle Rotationswelle 61 korrekt positioniert, so dass der Neigungsmittelpunkt auf der Oberfläche des Wafers A auf dem Halter 10 liegt und daher bewegt sich die Oberfläche des Wafers A mit der Neigung weder auf die Ionenbestrahlungsquelle zu noch von ihr weg. Das bedeutet, dass die Entfernung von der Ionenstrahlbestrahlungsquelle zu jeder Stelle auf dem Wafer A unabhängig konstant ist, ganz gleich wie groß der Neigungswinkel des Wafers A ist.

5(a), 5(b) und 5(c) zeigen die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ISO-Darstellungen). Das Element, das ebenso in der ersten Ausführungsform von 1–4 verwendet wird, hat das selbe Bezugszeichen und wird nicht ausführlich beschrieben.
In einer Translationsantriebsgruppe 4, beispielhaft in 5 dargestellt, ist der Tragrahmen 60, der die Kugelumlaufspindel 20 zum Bewegen des Wafers A (des Halters 10) trägt, integral an der Wand 2 der Ionenimplantationsvorrichtung angebracht und der Motor 50, der die Kugelumlaufspindel 20 antreibt, ist außerhalb der Wand 2, und zwar in der Atmosphäre positioniert. Die Antriebskraft vom Motor 50 wird über einen Gummiriemen 40 und Riemenscheiben 41, 42, die mit einer dichtungsartigen Abdeckung 75 in der Vakuumkammer abgedeckt sind, an die Kugelumlaufspindel 20 übertragen. Darüber hinaus ist ein Dichtungsglied 76 im Inneren der ausgedehnten Abdeckung 75 in der Nähe des Endes der Schraube der Kugelumlaufspindel 20, an dem die angetriebene Riemenscheibe angebracht ist, vorgesehen. So trennen die Abdeckung 75 und das Dichtungsglied 76 die Atmosphäre, die sich bis zur Außenseite der Wand 2 erstreckt, von dem Vakuumbereich im Inneren der Wand 2 ab. Das Dichtungsglied 76 kann beginnen, eine Magnetflüssigkeitsdichtung zu verwenden, um zu verhindern, dass Stäube oder dergleichen im Vakuumbereich gebildet werden.
Außerdem bewegt sich in der Translationsantriebsgruppe 4 von 5 der Wafer A mit hoher Ansprechempfindlichkeit und äußerst stabiler Geschwindigkeit, basierend auf der Starrheit der Kugelumlaufspindel 20, translatorisch hin und her. Da der Motor 50, der Riemen 40 und die Riemenscheiben 41, 42 in der Atmosphäre positioniert sind, verursacht darüber hinaus der durch ihre beweglichen Abschnitte erzeugte Staub keine Bewegung. Daher sind vorteilhafterweise Motoren, Riemen und Riemenscheiben allgemeiner Art dafür erhältlich.
6 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform (eine Translationsantriebsgruppe 4'), die eine Abänderung der Translationsantriebsgruppe 4 von 5 ist. In der Ausführungsform von 5 ist der Tragrahmen 60 integral mit der Wand 2 der Vakuumkammer geformt und lasst sich schwer drehen, daher ist es schwierig, den Wafer A zu neigen. Durch teilweises Ändern des Aufbaus wie folgt, wird es jedoch möglich, den Wafer A korrekt zu neigen: bei der Translationsantriebsgruppe 4' von 6 ist beispielsweise ein Teil 2a der Wand 2, das mit dem Tragrahmen 60 integriert ist (oder der Tragrahmen 60 selbst) derart am anderen Teil der Wand 2 montiert, dass sich der Teil 2a frei drehen kann. Zwischen der Wand 2 und dem Teil 2a der Wand 2 ist ein kreisförmiges Tragglied 66 mit einem Lager und einer Dichtung (beispielsweise einer Magnetflüssigkeitsdichtung) vorgesehen.
Die Translationsantriebsgruppe 4' von 6 hat außerdem Vorteile bezüglich der Translationsgeschwindigkeit, der Ansprechempfindlichkeit und des Typs des Motors 50 usw. Außerdem gibt es einen Vorteil infolge der vorangehend erwähnten Neigung: wenn die Kugelumlaufspindel 20, die die Translationsrichtung bestimmt, veranlasst wird, sich mit dem Wafer A (dem Halter 10) zu neigen, wird die bevorzugte Neigung auf eine in 7 gezeigte Weise erreicht.
9(a) und 9(b) zeigen eine weitere Ausführungsform der Wafertranslationsvorrichtung. Das Element mit dem selben Bezugszeichen wie in 1–8 hat die selbe Funktion. Wie in 9(a) und 9(b) gezeigt, kann der Winkel des Tragrahmens 60 mittels manueller Steuerung mit einem Anschlag oder dergleichen eingestellt (geändert oder fixiert) werden, nicht mittels eines Motors oder dergleichen.
10 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der Translationsantriebsgruppe 1 der Wafertranslationsvorrichtung zeigt. Die Kugelumlaufspindel 20, das Lager 20c oder dergleichen, die in der Vakuumkammer platziert sind und hoffnungslos durch Wärmeübertragung über die Luft gekühlt werden, werden durch das Kühlwasser gekühlt, das durch den Kühldurchgang A und den Kühldurchgang B fließt; die im Tragrahmen 60 oder dergleichen vorgesehen sind, wie in 10 gezeigt. Wenn die Belastung der Kugelumlaufspindel 20 oder ihres Lagers groß ist, ist es bevorzugt, sie auf eine derartige Weise zu kühlen. In 2 und 10 hat das gleiche Element oder ein Element mit der selben Funktion das selbe Bezugszeichen (ebenso in den nachfolgenden Zeichnungen).
11 ist eine Schnittansicht, die noch eine weitere Ausführungsform der Translationsantriebsgruppe 1 der Wafertranslationsvorrichtung zeigt. Die vom Motor, der außerhalb der Vakuumkammer platziert ist, erzeugte Antriebskraft, wird über ein Kegelrad an die Kugelumlaufspindel 20 übertragen.
12 ist eine Schnittansicht, die noch eine weitere Ausführungsform der Translationsantriebsgruppe 1 der Wafertranslationsvorrichtung zeigt. Die vom Motor, der außerhalb der Vakuumkammer platziert ist, erzeugte Antriebskraft wird über einen Übertragungsriemen an die Kugelumlaufspindel 20 übertragen.
Obwohl nur einige beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung vorangehend im Einzelnen beschrieben wurden, wird der Fachmann ohne weiteres einsehen, dass viele Abwandlungen in den beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen dieser Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist es daher beabsichtigt, dass alle derartigen Abwandlungen im Umfang dieser Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist, enthalten sind.

Claims

Wafertranslationsvorrichtung (1), die einen Wafer veranlasst, sich in einer Vakuumkammer translatorisch hin- und herzubewegen, die Folgendes umfasst: einen Halter (10), der einen Wafer halten kann; eine Lineartranslationsstruktur (20), die den Halter veranlasst, sich translatorisch zu bewegen; einen Übertragungsmechanismus und einen Motor (50), die die Lineartranslationsstruktur antreiben; und einen integrierten oder integral montierten Tragrahmen (60), der den Halter, die Lineartranslationsstruktur und den Motor trägt, wobei der genannte Halter und die genannte Lineartranslationsstruktur in einer Vakuumkammer installiert sind; der genannte Übertragungsmechanismus einen ersten Übertragungsmechanismus (22) auf einer Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur und einen gegenüber der genannten Bewegungslinie versetzten zweiten Übertragungsmechanismus (53) umfasst; und der genannte zweite Übertragungsmechanismus, der gegenüber der Bewegungslinie versetzt ist, und der genannte Motor in der Atmosphäre installiert sind.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Tragrahmen derart an einer Seite (2) der Vakuumkammer getragen wird, dass sich der Tragrahmen um eine Achse (61) in der Vakuumkammer drehen kann.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Tragrahmen zusammen mit dem Halter, der Lineartranslationsstruktur, dem Übertragungsmechanismus und dem Motor in der Vakuumkammer positioniert ist; der Tragrahmen eine luftdichte Abdeckung (70) hat, die über ein Entlüftungsrohr (71) zur Umgebung außerhalb des Vakuums offen ist und mit einem Dichtungsglied (72) entlang der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur ausgestattet ist, um das Innere der Vakuumkammer von der Atmosphäre abzutrennen; und der zweite Übertragungsmechanismus, der gegenüber der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur versetzt ist, und der genannte Motor in der luftdichten Abdeckung platziert sind, die zur Atmosphäre offen ist.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der genannte Tragrahmen über eine hohle Rotationswelle (61), die das genannte Entlüftungsrohr darin enthält, von einer Wand der Vakuumkammer getragen wird und seinen Winkel durch die Drehung der genannten hohlen Rotationswelle ändert.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der genannte Übertragungsmechanismus einen Übertragungsriemen (40) umfasst, der den ersten Übertragungsmechanismus auf der Bewegungslinie der Lineartranslationsstruktur und den zweiten Übertragungsmechanismus, der gegenüber der Bewegungslinie versetzt ist, verbindet und wobei der genannte Übertragungsriemen in der genannten luftdichten Abdeckung installiert ist.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche eines vom genannten Halter gehaltenen Wafers parallel zum durch die Lineartranslationsstruktur bestimmen Bewegungspfad des Halters ist, der genannte Tragrahmen derart angeordnet ist, dass er seinen Winkel ändern kann und den Halter veranlassen kann, sich unter Einhaltung dieser Bedingung zu neigen, und die Mittellinie zum Ändern des Winkels des Tragrahmens in einer Ebene liegt, die die Oberfläche des vom Halter gehaltenen Wafers enthält.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der genannte Tragrahmen mit einem Riemen und einer Riemenscheibe (41) ausgestattet ist, um die Antriebsleistung des Motors an die Lineartranslationsstruktur zu übertragen und weiter mit einem Linearführungsglied (30) ausgestattet ist, um die Bewegung des Halters zu führen.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei es sich bei der genannten Dichtung zum Abtrennen des Inneren der Vakuumkammer von der Atmosphäre um eine Magnetflüssigkeitsdichtung handeln kann, die auf einer direkt mit der Lineartranslationsstruktur verbundenen Rotationswelle installiert ist.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten Lineartranslationsstruktur und andere Bestandteile, die eine Rollfläche oder eine Gleitfläche haben und in der Vakuumkammer installiert sind, derart montiert sind, dass es möglich ist, sie als Einheit auszutauschen.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der am Halter befestigte Wafer veranlasst wird, sich mittels der Lineartranslationsstruktur translatorisch hin- und herzubewegen, während ein Ionenstrahl auf den Wafer gestrahlt wird.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine erste Übertragungskupplung zwischen dem genannten Übertragungsmechanismus und dem genannten Motor angeschlossen ist, um die Lineartranslationsstruktur anzutreiben.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der genannten Lineartranslationsstruktur, die den Halter veranlasst, sich translatorisch hin- und herzubewegen, um eine in der Vakuumkammer positionierte Kugelumlaufspindel handelt.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Rollfläche und eine Gleitfläche der genannten Kugelumlaufspindel mit einem diamantartigen Kohlenstofffilm beschichtet sind und weiter mit einem Backfilm aus Fluoröl bedeckt sind.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei es sich bei der genannten Kugelumlaufspindel um eine in einen Kugelkäfig eingebettete Kugelumlaufspindel handelt.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die genannte Kugelumlaufspindel über eine zweite Übertragungskupplung mit dem Übertragungsmechanismus verbunden ist.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die genannte Kugelumlaufspindel über ein Radiallager an einem ihrer Enden vom Tragrahmen getragen wird und weiter über ein vorbelastetes Drucklager an ihrem Ende, das dem Übertragungsmechanismus näher ist, vom Tragrahmen getragen wird.
Wafertranslationsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Flüssigkeitsdurchgang, der die Kugelumlaufspindel kühlt, so ausgebildet ist, dass er in der Nähe des genannten Drucklagers des Tragrahmens verläuft.