JP2000068226A - Ion implanting device - Google Patents

Ion implanting device

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JP2000068226A
JP2000068226A JP10253245A JP25324598A JP2000068226A JP 2000068226 A JP2000068226 A JP 2000068226A JP 10253245 A JP10253245 A JP 10253245A JP 25324598 A JP25324598 A JP 25324598A JP 2000068226 A JP2000068226 A JP 2000068226A
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JP
Japan
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arm
angle
wafer
actuator
injection
Prior art date
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Pending
Application number
JP10253245A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Yuasa
智 湯浅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To further reduce fluctuations of a load on a swing motor, and to highly precisely operate the mechanical scanning of a holder and a wafer by generating a balancing torque in consideration of the angle from the level line of an arm and the injection angle of ion beams to a wafer from a counter balancer. SOLUTION: An angle from the level line of an arm 22 is α, the implanting angle for ion beams 2 is β, the total weight of the arm 22 and articles (that is, a wafer 6, holder 8, twist motor 24, and vacuum seal part 26) which rotate with this is W, and a distance from a center of gravity G of the total weight to a rotational central axis 22a of the arm 22 is L. Then, a balancing torque F expressed by F=L.Wcosβcosα or a substantially equivalent relation is generated within the angular range of the arm 22 operating ion implantation to at least the wafer 6 from a counter balancer 30a.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、イオンビームを
電気的に走査すると共に、スイングアームによってホル
ダをウェーハと共にイオンビーム走査方向と実質的に直
交する方向に機械的に走査する、いわゆるハイブリッド
スキャン方式のイオン注入装置であって、スイングモー
タに加わる負荷トルクを軽減する圧縮空気式のカウンタ
バランサを備えるイオン注入装置に関し、より具体的に
は、カウンタバランサの釣り合いをより精密に行う手段
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called hybrid scanning system in which an ion beam is electrically scanned and a holder is mechanically scanned together with a wafer by a swing arm in a direction substantially orthogonal to an ion beam scanning direction. The present invention relates to an ion implantation apparatus having a compressed air type counterbalancer for reducing a load torque applied to a swing motor, and more specifically to a means for more precisely balancing the counterbalancer.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のイオン注入装置の一例が特公平
7−123034号公報に開示されている。それを以下
に要約して説明する。
2. Description of the Related Art An example of this type of ion implantation apparatus is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-123434. It is summarized and described below.

【0003】このイオン注入装置は、図2および図3に
示すように、Z方向に進行するイオンビーム2を一定方
向(この例ではX方向)に電気的に走査して注入室4内
に導くと共に、ウェーハ6を注入室4内でイオンビーム
走査方向と実質的に直交するY方向(例えばY方向また
は図6に示すY′方向)に機械的に走査する構成の装置
であり、注入室4内においてウェーハ6を保持するホル
ダ8と、このホルダ8を注入室4内で機械的に走査する
ホルダ駆動装置10とを備えている。なお、上記X方向
は例えば水平方向であり、上記Y方向は例えば垂直方向
である。
As shown in FIGS. 2 and 3, this ion implantation apparatus electrically scans an ion beam 2 traveling in a Z direction in a certain direction (X direction in this example) and guides the ion beam 2 into an implantation chamber 4. In addition, the apparatus is configured to mechanically scan the wafer 6 in a Y direction (for example, the Y direction or the Y ′ direction shown in FIG. 6) substantially orthogonal to the ion beam scanning direction in the implantation chamber 4. And a holder driving device 10 for mechanically scanning the holder 8 in the injection chamber 4. The X direction is, for example, a horizontal direction, and the Y direction is, for example, a vertical direction.

【0004】ホルダ駆動装置10は、この例では、注入
室4の壁面をX方向に貫通する主軸14と、この主軸1
4の注入室外部に結合された可逆転式の注入角モータ1
6と、主軸14の注入室内部にほぼ直交するように取り
付けられた可逆転式のスイングモータ18と、このスイ
ングモータ18の出力軸にほぼ直交するように取り付け
られたアーム22と、このアーム22にほぼ直交するよ
うに取り付けられた可逆転式のツイストモータ24とを
備えており、このツイストモータ24の出力軸にほぼ直
交するように前記ホルダ8が取り付けられている。12
は真空シール軸受、20および26は真空シール部であ
る。
[0004] In this example, the holder driving device 10 includes a main shaft 14 penetrating the wall surface of the injection chamber 4 in the X direction, and a main shaft 1
Reversible rotary injection angle motor 1 coupled to the outside of the injection chamber 4
6, a reversible rotation type swing motor 18 mounted substantially orthogonal to the interior of the injection chamber of the main shaft 14, an arm 22 mounted substantially orthogonal to the output shaft of the swing motor 18, and an arm 22 And a reversible rotation type twist motor 24 mounted substantially orthogonally to the motor. The holder 8 is mounted substantially orthogonally to the output shaft of the twist motor 24. 12
Is a vacuum seal bearing, and 20 and 26 are vacuum seal portions.

【0005】イオン注入に際しては、図3に示すよう
に、アーム22の水平からの角度をαとすると、スイン
グモータ18によってアーム22を、α=0°を中心
に、例えばα=+35°〜α=−35°の範囲内を往復
旋回させる。それによってホルダ8に保持されたウェー
ハ6は、イオンビーム2に向いた状態で、円弧を描くよ
うな形で例えばY方向に走査される。
At the time of ion implantation, as shown in FIG. 3, assuming that the angle of the arm 22 from the horizontal is α, the arm 22 is moved by the swing motor 18 around α = 0 °, for example, α = + 35 ° to α. == − 35 °. Thus, the wafer 6 held by the holder 8 is scanned, for example, in the Y direction so as to draw an arc while facing the ion beam 2.

【0006】なお、ツイストモータ24は、アーム22
を上記のように旋回させるときに、ホルダ8およびウェ
ーハ6の姿勢を一定に保つこと等に用いられる。注入角
モータ16は、ウェーハ6に対するイオンビーム2の注
入角β(図6参照)を変えること等に用いられる。
The twist motor 24 is connected to the arm 22
Is used to keep the attitude of the holder 8 and the wafer 6 constant when the wafer is turned as described above. The implantation angle motor 16 is used for changing the implantation angle β of the ion beam 2 with respect to the wafer 6 (see FIG. 6).

【0007】ところで、アーム22を上記のように旋回
させるときのアーム22等の重さによるトルクを図5中
にカーブAで示す。このトルクはsinカーブになり、何
も対策を施さない場合は、これがそのままスイングモー
タ18にかかる負荷トルクになるため、スイングモータ
18には最大でT1 という大きな負荷トルクがかかる。
この場合、アーム22を水平(α=0°)から下降方向
(−35°の方向)に旋回させるときはスイングモータ
18に対してはマイナス負荷となり、上昇方向(+35
°の方向)に旋回させるときはプラス負荷となる。
The torque caused by the weight of the arm 22 and the like when the arm 22 is turned as described above is indicated by a curve A in FIG. The torque becomes sin curve, if none measures are taken, this is because it will load torque applied to the swing motor 18, the maximum large load torque of T 1 in takes the swing motor 18.
In this case, when the arm 22 is turned from the horizontal (α = 0 °) in the downward direction (the direction of −35 °), a negative load is applied to the swing motor 18 and the upward direction (+35)
(In the direction of °), a positive load is applied.

【0008】従ってこのままでは、スイングモータ18
にかかる負荷変動が非常に大きくてアーム22を滑らか
に旋回させることが難しいので、ホルダ8およびウェー
ハ6の機械的走査を高精度で行うのが難しく、ひいては
ウェーハ6に対するイオン注入の均一性が悪化するとい
う問題がある。
Therefore, in this state, the swing motor 18
Is very large and it is difficult to rotate the arm 22 smoothly. Therefore, it is difficult to perform the mechanical scanning of the holder 8 and the wafer 6 with high accuracy, and the uniformity of ion implantation to the wafer 6 is deteriorated. There is a problem of doing.

【0009】そこでこれを解決するために、圧縮空気式
のカウンタバランサ30を設けている。このカウンタバ
ランサ30は、スイングモータ18の反対側に設けられ
ていてアーム22の旋回中心軸22aに出力軸49が結
合されたアクチュエータ40と、これに圧縮空気を供給
する圧縮空気供給部50とを有している。
To solve this problem, a compressed air type counter balancer 30 is provided. The counter balancer 30 includes an actuator 40 provided on the opposite side of the swing motor 18 and having an output shaft 49 coupled to a turning center shaft 22a of the arm 22, and a compressed air supply unit 50 for supplying compressed air to the actuator 40. Have.

【0010】アクチュエータ40は、図4に示すよう
に、二つの互いに対向配置された空気圧シリンダ42a
および42bを有している。両空気圧シリンダ42a、
42b内のピストン44a、44bには、ラック46
a、46bがそれぞれ連結されており、かつ両ラック4
6a、46bに共通のピニオン48が噛み合わされてお
り、このピニオン48に前記出力軸49が接続されてい
る。
As shown in FIG. 4, the actuator 40 includes two opposing pneumatic cylinders 42a.
And 42b. Both pneumatic cylinders 42a,
The racks 46 are attached to the pistons 44a and 44b in the rack 42b.
a and 46b are connected to each other, and both racks 4
A common pinion 48 is meshed with 6a and 46b, and the output shaft 49 is connected to this pinion 48.

【0011】圧縮空気供給部50は、この例では圧縮空
気源52および減圧弁56を有しており、これからの圧
縮空気は、配管60を経由して、アクチュエータ40の
両空気圧シリンダ42a、42bに供給される。
The compressed air supply section 50 has a compressed air source 52 and a pressure reducing valve 56 in this example. Compressed air from the compressed air supply section 50 is supplied to both pneumatic cylinders 42 a and 42 b of the actuator 40 via a pipe 60. Supplied.

【0012】上記構成によれば、スイングモータ18に
よってアーム22を図3等で説明したように旋回させる
場合、出力軸49等を介して、アクチュエータ40の空
気圧シリンダ42aおよび42bも連動する。
According to the above configuration, when the arm 22 is turned by the swing motor 18 as described with reference to FIG. 3 and the like, the pneumatic cylinders 42a and 42b of the actuator 40 are also linked via the output shaft 49 and the like.

【0013】このとき、圧縮空気供給部50から両空気
圧シリンダ42a、42bに圧縮空気を供給しておく
と、アーム22(即ちホルダ8)が下降方向に旋回する
ときは、ピストン44a、44bの移動によって空気圧
シリンダ42a、42b内の容積が減少して内部圧力が
上昇しようとするが、減圧弁56はその二次側の圧力を
一定に保つ作用をするので、ピストン44a、44bで
圧縮した容積分だけ圧縮空気が減圧弁56から排出され
る。
At this time, if compressed air is supplied from the compressed air supply unit 50 to both the pneumatic cylinders 42a and 42b, the movement of the pistons 44a and 44b when the arm 22 (that is, the holder 8) turns downward. Due to this, the volume inside the pneumatic cylinders 42a and 42b decreases and the internal pressure tends to increase, but since the pressure reducing valve 56 operates to keep the pressure on the secondary side constant, the volume compressed by the pistons 44a and 44b Only the compressed air is discharged from the pressure reducing valve 56.

【0014】逆に、アーム22が上昇方向に旋回すると
きは、空気圧シリンダ42a、42b内の容積が増大し
て内部圧力が減少しようとするが、上記と同様に減圧弁
56はその二次側の圧力を一定に保つ作用をするので、
増大した容積分だけ減圧弁56を介して圧縮空気源52
から空気圧シリンダ42a、42b内に圧縮空気が供給
される。
Conversely, when the arm 22 pivots in the ascending direction, the volume in the pneumatic cylinders 42a and 42b increases and the internal pressure tends to decrease. Acts to keep the pressure constant.
The compressed air source 52 via the pressure reducing valve 56 is increased by the increased volume.
Compressed air is supplied into the pneumatic cylinders 42a and 42b.

【0015】このような作用によって、カウンタバラン
サ30が発生する釣り合いトルクは、理想的には一定に
なる。例えば、両空気圧シリンダ42a、42bに供給
する圧縮空気の圧力を適当に選定することにより、カウ
ンタバランサ30の釣り合いトルクを、図5中に直線B
で示すように、イオン注入動作範囲であるα=+35°
〜α=−35°の範囲内におけるアーム等によるトルク
(カーブA)の平均トルクT2 にすることができる。
By such an operation, the balancing torque generated by the counter balancer 30 becomes ideally constant. For example, by appropriately selecting the pressure of the compressed air supplied to both the pneumatic cylinders 42a and 42b, the balancing torque of the counter balancer 30 can be reduced by the straight line B in FIG.
As shown by α, the ion implantation operation range α = + 35 °
The average torque T 2 of the torque (curve A) by the arm or the like within the range of α = −35 ° can be obtained.

【0016】その結果、スイングモータ18にかかる負
荷トルク(即ちトルクカーブAとBとの差)を小さくし
てスイングモータ18を小容量化および小型化すること
ができる。また、スイングモータ18にかかる負荷変動
が小さくなってアーム22の動きが滑らかになるので、
ホルダ8およびウェーハ6の機械的走査を高精度で行う
ことができ、ひいてはウェーハ6に対するイオン注入の
均一性も向上する。
As a result, the load torque applied to the swing motor 18 (ie, the difference between the torque curves A and B) can be reduced, and the capacity and size of the swing motor 18 can be reduced. Further, since the load fluctuation applied to the swing motor 18 becomes small and the movement of the arm 22 becomes smooth,
The mechanical scanning of the holder 8 and the wafer 6 can be performed with high accuracy, and the uniformity of ion implantation on the wafer 6 can be improved.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記カウン
タバランサ30は、アーム22の水平からの角度αおよ
びウェーハ6に対する注入角βが考慮されていないとい
う点になお改善の余地がある。
However, the counter balancer 30 still has room for improvement in that the angle α of the arm 22 from the horizontal and the injection angle β with respect to the wafer 6 are not taken into account.

【0018】即ち、上記カウンタバランサ30は、それ
が発生する釣り合いトルクを、アームの角度αに応じた
トルクに追従させることはできず、図5に示したよう
に、イオン注入動作範囲内の角度αにおけるアーム等に
よるトルク(カーブA)の平均トルクT2 に固定したも
のである。
That is, the counter balancer 30 cannot make the balancing torque generated by the counter balancer 30 follow the torque corresponding to the angle α of the arm, as shown in FIG. The torque is fixed to the average torque T 2 of the torque (curve A) by the arm or the like at α.

【0019】従って、アーム22にかかる負荷変動は、
カウンタバランサ30を設けない場合よりは小さくなる
ものの、依然として存在する。従ってその分、ホルダ8
およびウェーハ6の機械的走査を高精度で行うには限界
がある。
Therefore, the load fluctuation on the arm 22 is
Although it is smaller than the case where the counter balancer 30 is not provided, it is still present. Therefore, the holder 8
In addition, there is a limit in performing mechanical scanning of the wafer 6 with high accuracy.

【0020】また、上記カウンタバランサ30は、ウェ
ーハ6に対するイオンビーム2の注入角β(図6参照)
が固定(通常はβ=0°)であることを前提としてお
り、この注入角βを可変にする場合の考慮はなされてい
ない。しかし、注入角βは、イオン注入の重要なパラメ
ータの一つであり、図2の装置でも、前述したように、
注入角モータ16によってこの注入角βを可変にしてい
る。即ち、注入角モータ16によってその中心軸16a
を中心にしてアーム22等を傾けることによって、図6
に示すように、ホルダ8およびウェーハ6を、上記Y方
向から角度βだけ傾けたY′方向に走査するようにして
いる。換言すれば、イオンビーム2を走査する面(この
例ではX方向を含む面)とホルダ8を走査する面(上記
Y′方向を含む面)との成す角γを可変にしており、こ
れによって、ウェーハ6に対するイオンビーム2の注入
角β(ウェーハ6の表面に立てた法線とイオンビーム2
との成す角)を可変にしている。注入角βは、例えば、
0度、7度、30度、45度、60度等が選ばれる。
Further, the counter balancer 30 adjusts the implantation angle β of the ion beam 2 with respect to the wafer 6 (see FIG. 6).
Is fixed (usually β = 0 °), and no consideration is given to making the injection angle β variable. However, the implantation angle β is one of the important parameters of ion implantation, and the apparatus shown in FIG.
The injection angle β is made variable by the injection angle motor 16. That is, the injection shaft motor 16 controls
6 by tilting the arm 22 and the like around the center.
As shown in (1), the holder 8 and the wafer 6 are scanned in the Y 'direction inclined at an angle β from the Y direction. In other words, the angle γ between the surface that scans the ion beam 2 (the surface including the X direction in this example) and the surface that scans the holder 8 (the surface including the Y ′ direction) is made variable. , The implantation angle β of the ion beam 2 with respect to the wafer 6 (the normal set on the surface of the wafer 6 and the ion beam 2
The angle formed by the angle is variable. The injection angle β is, for example,
0 degree, 7 degrees, 30 degrees, 45 degrees, 60 degrees and the like are selected.

【0021】β>0°の場合は、アーム22を斜めに傾
けて旋回させることになるので、アーム22等の偏荷重
によってスイングモータ18にかかる前述した負荷トル
クは、β=0°の場合よりも小さくなり、しかも注入角
βが大きくなるに従って小さくなる。簡単に言えばcos
βに比例する。
When β> 0 °, the arm 22 is turned obliquely and turned. Therefore, the above-described load torque applied to the swing motor 18 due to the eccentric load of the arm 22 or the like is larger than when β = 0 °. And also decreases as the injection angle β increases. Simply put cos
It is proportional to β.

【0022】従って、カウンタバランサ30から一つの
注入角βを前提にした固定の釣り合いトルクを発生させ
たのでは、注入角βを変化させたときに、釣り合いを精
密に行うことはできず、スイングモータ18にかかる負
荷変動を小さくすることはできない。従ってこの理由か
らも、ホルダ8およびウェーハ6の機械的走査を高精度
で行うには限界がある。
Therefore, if a fixed balancing torque is generated from the counter balancer 30 on the basis of one injection angle β, when the injection angle β is changed, the balancing cannot be performed accurately, and the swing cannot be performed. The load fluctuation on the motor 18 cannot be reduced. Therefore, also for this reason, there is a limit in performing mechanical scanning of the holder 8 and the wafer 6 with high accuracy.

【0023】そこでこの発明は、アームの水平からの角
度およびイオンビームのウェーハに対する注入角を考慮
した釣り合いトルクをカウンタバランサから発生させる
ことによって、スイングモータにかかる負荷変動をより
小さくして、ホルダおよびウェーハの機械的走査をより
高精度で行うことができるようにすることを主たる目的
とする。
Therefore, the present invention reduces the load fluctuation on the swing motor by generating a balancing torque from the counter balancer in consideration of the angle of the arm from the horizontal and the implantation angle of the ion beam with respect to the wafer. A main object is to enable mechanical scanning of a wafer to be performed with higher accuracy.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】この発明のイオン注入装
置は、前記アームの水平からの角度をα、前記イオンビ
ームの注入角をβ、前記アームおよびそれと共に旋回さ
せられる物の総重量をW、この総重量の重心点から前記
アームの旋回中心軸までの距離をLとした場合、カウン
タバランサから、少なくともウェーハにイオン注入を行
うアームの角度範囲内において、次式またはこれと実質
的に等価の関係で表される釣り合いトルクFを発生させ
るようにしている。
According to the ion implantation apparatus of the present invention, the angle of the arm from the horizontal is α, the implantation angle of the ion beam is β, and the total weight of the arm and the object to be swiveled therewith is W. When the distance from the center of gravity of the total weight to the center axis of rotation of the arm is L, at least within the angular range of the arm for performing ion implantation on the wafer from the counter balancer, the following formula or substantially equivalent thereto is obtained. The balance torque F expressed by the following relationship is generated.

【0025】[0025]

【数1】F=L・Wcosβcosα[Formula 1] F = L · Wcosβcosα

【0026】上記角度αおよび注入角β等の条件の場
合、スイングモータにかかるトルクも上記数1で表され
るので、カウンタバランサから上記数1で表される釣り
合いトルクFを発生させることによって、アームの角度
αおよび注入角βに応じた最適な釣り合い力をスイング
モータに加えることができる。従って、スイングモータ
にかかる負荷変動が殆ど無くなり、ホルダおよびウェー
ハの機械的走査をより高精度で行うことができるように
なる。その結果、ウェーハに対するイオン注入の均一性
もより向上する。
Under the conditions such as the angle α and the injection angle β, the torque applied to the swing motor is also represented by the above equation (1). Therefore, by generating the balancing torque F represented by the above equation (1) from the counter balancer, An optimum balancing force according to the arm angle α and the injection angle β can be applied to the swing motor. Therefore, the load fluctuation applied to the swing motor is almost eliminated, and the mechanical scanning of the holder and the wafer can be performed with higher accuracy. As a result, the uniformity of ion implantation on the wafer is further improved.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るイオン注
入装置の一例を示す図である。上述した従来例と同一ま
たは相当する部分には同一符号を付し、以下においては
当該従来例との相違点を主に説明する。
FIG. 1 is a view showing an example of an ion implantation apparatus according to the present invention. The same or corresponding parts as those of the above-described conventional example are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

【0028】この実施例のイオン注入装置は、従来例の
カウンタバランサ30に代わるカウンタバランサ30a
を備えている。そして、前記アーム22の水平からの角
度をα、前記イオンビーム2の注入角をβ、前記アーム
22およびそれと共に旋回させられる物(この例ではウ
ェーハ6、ホルダ8、ツイストモータ24および真空シ
ール部26)の総重量をW、その総重量の重心点Gから
前記アーム22の旋回中心軸22aまでの距離をLとし
た場合、カウンタバランサ30aから、少なくともウェ
ーハ6にイオン注入を行うアーム22の角度範囲内(例
えば前述したα=+35°〜α=−35°の範囲内)に
おいて、上記数1またはそれと実質的に等価の関係で表
される釣り合いトルクFを発生させるようにしている。
The ion implanter of this embodiment has a counter balancer 30a in place of the conventional counter balancer 30.
It has. The angle of the arm 22 from the horizontal is α, the injection angle of the ion beam 2 is β, and the arm 22 and an object that can be rotated therewith (in this example, the wafer 6, the holder 8, the twist motor 24, and the vacuum seal portion). If the total weight of 26) is W, and the distance from the center of gravity G of the total weight to the rotation center axis 22a of the arm 22 is L, the angle of the arm 22 for ion-implanting at least the wafer 6 from the counter balancer 30a. Within the range (for example, within the range of α = + 35 ° to α = −35 ° described above), the balancing torque F expressed by the above equation 1 or a relation substantially equivalent thereto is generated.

【0029】上記角度αおよび注入角β等の条件の場
合、スイングモータ18にかかるトルクも上記数1で表
されるので、カウンタバランサ30aから上記数1で表
される釣り合いトルクFを発生させることによって、ア
ーム22の角度αおよび注入角βに応じた最適な釣り合
い力をスイングモータ18に加えることができる。
Under the conditions of the angle α and the injection angle β, the torque applied to the swing motor 18 is also represented by the above equation (1). Therefore, the counterbalancer 30a generates the balancing torque F represented by the above equation (1). Thereby, an optimum balancing force according to the angle α of the arm 22 and the injection angle β can be applied to the swing motor 18.

【0030】上記カウンタバランサ30aのより具体例
を説明すると、カウンタバランサ30aは、この例で
は、前記と同じアクチュエータ40および圧縮空気源5
2と、この圧縮空気源52とアクチュエータ40との間
に接続された電空式圧力調節弁66と、この電空式圧力
調節弁66を制御する制御装置70と、アーム22の前
記角度αを検出するアーム角度検出手段とを備えてい
る。
A more specific example of the counter balancer 30a will be described. In this example, the counter balancer 30a has the same actuator 40 and compressed air source 5 as described above.
2, an electro-pneumatic pressure control valve 66 connected between the compressed air source 52 and the actuator 40, a control device 70 for controlling the electro-pneumatic pressure control valve 66, and the angle α of the arm 22. Arm angle detecting means for detecting.

【0031】まず、上記アーム角度検出手段について説
明すると、この例ではスイングモータ18駆動用の駆動
回路78が当該検出手段を兼ねている。即ち、注入角モ
ータ16およびスイングモータ18は、この例ではサー
ボモータであり、それらの駆動用の駆動回路76および
78をそれぞれ介して、この例では注入コントローラ8
0によって制御される。この駆動回路78には、アーム
22の前記角度αがスイングモータ18からフィードバ
ックされており、当該角度αがこの駆動回路78からこ
の例では注入コントローラ80および制御装置70に与
えられる。従ってこの例では、この駆動回路78が上記
アーム角度検出手段を兼ねている。
First, the arm angle detecting means will be described. In this example, the drive circuit 78 for driving the swing motor 18 also serves as the detecting means. That is, the injection angle motor 16 and the swing motor 18 are servo motors in this example, and are respectively driven by driving circuits 76 and 78 for driving the injection controller 8 in this example.
Controlled by 0. The angle α of the arm 22 is fed back to the drive circuit 78 from the swing motor 18, and the angle α is supplied from the drive circuit 78 to the injection controller 80 and the control device 70 in this example. Therefore, in this example, the drive circuit 78 also serves as the arm angle detecting means.

【0032】ちなみに注入コントローラ80からは、こ
の例では、注入レシピ(注入条件)に応じて、上記注入
角βを設定する信号が駆動回路76および制御装置70
に与えられる。更に注入コントローラ80は、スイング
モータ18を制御して、特公平7−87083号公報に
開示されているように、アーム22の往復旋回の角速度
ωが次式を満たすように制御する。これによって、ウェ
ーハ6の機械的走査速度がイオンビーム2のビーム電流
Iに比例するようになるので、ビーム電流Iの変動の影
響を受けることなく、ウェーハの全面に均一性良くイオ
ン注入を行うことができる。ここで、K0 は比例定数、
Mはアーム22の旋回中心軸22aとウェーハ6の中心
6aとの間の距離、αは前記アームの角度、Iはイオン
ビーム2のビーム電流である。
Incidentally, in this example, a signal for setting the injection angle β according to the injection recipe (injection condition) is supplied from the injection controller 80 to the drive circuit 76 and the control device 70.
Given to. Further, the injection controller 80 controls the swing motor 18 to control the angular velocity ω of the reciprocating swing of the arm 22 to satisfy the following expression, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-87083. As a result, the mechanical scanning speed of the wafer 6 becomes proportional to the beam current I of the ion beam 2, so that the ion implantation can be performed uniformly over the entire surface of the wafer without being affected by the fluctuation of the beam current I. Can be. Here, K 0 is a proportionality constant,
M is the distance between the rotation center axis 22a of the arm 22 and the center 6a of the wafer 6, α is the angle of the arm, and I is the beam current of the ion beam 2.

【0033】[0033]

【数2】ω={K0 /(M・cosα)}IΩ = {K 0 / (M · cosα)} I

【0034】電空式圧力調節弁66は、電気空気式のも
のであり、圧縮空気源52とアクチュエータ40との間
に接続されていて、そのアクチュエータ40側の空気圧
Pを、この例では制御装置70から与えられる制御電圧
Vに比例した値に調節する。
The electropneumatic pressure control valve 66 is of an electropneumatic type, is connected between the compressed air source 52 and the actuator 40, and controls the air pressure P on the actuator 40 side in this example to a control device. It is adjusted to a value proportional to the control voltage V given from 70.

【0035】制御装置70は、例えばコンピュータであ
り、この例では、記憶手段72と、上記注入コントロー
ラ80から注入角βが設定され、かつ上記駆動回路78
からアームの角度αが与えられる演算制御手段74とを
有している。
The control device 70 is, for example, a computer. In this example, the injection angle β is set from the storage means 72 and the injection controller 80, and the drive circuit 78
And an arithmetic control means 74 to which the angle α of the arm is given.

【0036】そして、アーム22の角度αが0度のとき
の数1に示した釣り合いトルクFをアクチュエータ40
が発生するのに必要な、電空式圧力調節弁66のアクチ
ュエータ40側の空気圧Pに相当する前記制御電圧V
(これを特にV0 とする)を、注入角βごとに予め実験
等によって求めておいて、それを例えば表1に示すよう
な形で記憶手段72に記憶しておく。この制御電圧V0
には、数1のcosα以外の部分、即ちL・Wcosβが反映
されている。
Then, when the angle α of the arm 22 is 0 degree, the balancing torque F shown in Expression 1 is applied to the actuator 40.
The control voltage V corresponding to the air pressure P on the actuator 40 side of the electropneumatic pressure regulating valve 66 necessary to generate
(This is referred to as V 0 in particular) is obtained in advance by experiment or the like for each injection angle β, and is stored in the storage means 72 in a form as shown in Table 1, for example. This control voltage V 0
Reflects the part other than cos α in Equation 1, that is, L · W cos β.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】演算制御手段74は、注入コントローラ8
0から設定される注入角β(これは、この場合は、0
度、7度、30度、45度、60度の内のどれかであ
る)に対応する制御電圧V0 を上記記憶手段72から取
り出し、かつ駆動回路78から与えられるアームの角度
αを用いて、次式の演算を行って、アーム22の角度α
および注入角βに応じた制御電圧Vを求め、この制御電
圧Vを上記電空式圧力調節弁66に与える。
The operation control means 74 includes the injection controller 8
Injection angle β set from 0 (this is 0 in this case
Degrees, 7 degrees, 30 degrees, 45 degrees, the control voltage V 0 corresponding to the a) any of the 60-degree removed from the storage means 72, and using the angle α of the arm given from driving circuit 78 The angle α of the arm 22 is calculated by the following equation.
And a control voltage V corresponding to the injection angle β is obtained, and the control voltage V is given to the electropneumatic pressure regulating valve 66.

【0039】[0039]

【数3】V=V0 cosαV = V 0 cosα

【0040】電空式圧力調節弁66は、前述したよう
に、そのアクチュエータ40側の空気圧Pを、この演算
制御手段74から与えられる制御電圧Vに比例した値に
調節する。
As described above, the electropneumatic pressure regulating valve 66 regulates the air pressure P on the actuator 40 side to a value proportional to the control voltage V given from the arithmetic control means 74.

【0041】これによって、圧縮空気源52から電空式
圧力調節弁66を通してアクチュエータ40に与える空
気圧Pを、次式で表される関係に制御することができ
る。
As a result, the air pressure P applied to the actuator 40 from the compressed air source 52 through the electropneumatic pressure control valve 66 can be controlled to the relationship represented by the following equation.

【0042】[0042]

【数4】P∝V=V0 cosα=L・Wcosβcosα## EQU4 ## P∝V = V 0 cosα = L · Wcosβcosα

【0043】この数4は、上記数1と実質的に等価であ
り、その結果、カウンタバランサ30aから(具体的に
はそのアクチュエータ40から)、上記数1で表される
釣り合いトルクFを発生させることができるので、アー
ム22の角度αおよび注入角βに応じた最適な釣り合い
力をスイングモータ18に加えることができる。従っ
て、スイングモータ18にかかる負荷を大幅に軽減する
ことができると共に、その負荷変動が殆ど無くなり、ホ
ルダ8およびウェーハ6の機械的走査をより高精度で行
うことができるようになる。具体的には、数2に示した
制御をより高精度で行うことができるようになる。その
結果、ウェーハ6に対するイオン注入の均一性もより向
上する。
The equation (4) is substantially equivalent to the equation (1). As a result, the counterbalancer 30a (specifically, from the actuator 40) generates the balancing torque F represented by the equation (1). Therefore, an optimum balancing force according to the angle α of the arm 22 and the injection angle β can be applied to the swing motor 18. Therefore, the load applied to the swing motor 18 can be greatly reduced, and the load fluctuation is almost eliminated, so that the mechanical scanning of the holder 8 and the wafer 6 can be performed with higher accuracy. Specifically, the control shown in Expression 2 can be performed with higher accuracy. As a result, the uniformity of ion implantation for the wafer 6 is further improved.

【0044】なお、上記例のようにする代わりに、アー
ム22の角度αが0度のときの数1に示した釣り合いト
ルクFをアクチュエータ40が発生するのに必要な、電
空式圧力調節弁66のアクチュエータ40側の空気圧P
(これを特にP0 とする)を、注入角βごとに予め実験
等によって求めておいて、それを例えば表2に示すよう
な形で記憶手段72に記憶しておいても良い。この空気
圧P0 には、上記制御電圧V0 の場合と同様、数1のco
sα以外の部分、即ちL・Wcosβが反映されている。
In place of the above-described example, an electropneumatic pressure regulating valve necessary for the actuator 40 to generate the balancing torque F shown in Equation 1 when the angle α of the arm 22 is 0 degree. 66, the air pressure P on the actuator 40 side
(This is referred to as P 0 in particular) may be obtained in advance by experiment or the like for each injection angle β, and may be stored in the storage means 72 in a form as shown in Table 2, for example. As in the case of the control voltage V 0 , the air pressure P 0 has
The portion other than sα, that is, L · Wcosβ is reflected.

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】そして、演算制御手段74によって、注入
コントローラ80から設定される注入角β(これは、こ
の場合も、0度、7度、30度、45度、60度の内の
どれかである)に対応する空気圧P0 を上記記憶手段7
2から取り出し、かつ駆動回路78から与えられるアー
ムの角度αを用いて、次式の演算を行って、アーム22
の角度αおよび注入角βに応じた空気圧Pを求め、電空
式圧力調節弁66を制御してそのアクチュエータ40側
の空気圧をこの空気圧Pにせしめても良い。
The injection angle β set by the injection controller 80 by the arithmetic control means 74 (this is also any one of 0 degree, 7 degrees, 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees). the storage means 7 the air pressure P 0 corresponding to)
2 and using the arm angle α given from the drive circuit 78, the following equation is calculated to obtain the arm 22
The air pressure P corresponding to the angle α and the injection angle β may be obtained, and the air pressure on the actuator 40 side may be controlled to the air pressure P by controlling the electropneumatic pressure control valve 66.

【0047】[0047]

【数5】P=P0 cosα## EQU5 ## P = P 0 cosα

【0048】このような手段によっても、上記例と同
様、カウンタバランサ30aから(具体的にはそのアク
チュエータ40から)、アーム22の角度αおよび注入
角βに応じた最適な釣り合い力を発生させてそれをスイ
ングモータ18に加えることができる。
Also by such means, as in the above example, the counterbalancer 30a (specifically, from the actuator 40) generates an optimum balancing force corresponding to the angle α and the injection angle β of the arm 22. It can be added to the swing motor 18.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、アーム
の水平からの角度およびイオンビームのウェーハに対す
る注入角に最適な釣り合いトルクをカウンタバランサか
ら発生させてそれをスイングモータに加えることができ
るので、スイングモータにかかる負荷を大幅に軽減する
ことができると共に、その負荷変動が殆ど無くなる。そ
の結果、ホルダおよびウェーハの機械的走査をより高精
度で行うことができるようになり、ひいてはウェーハに
対するイオン注入の均一性もより向上する。
As described above, according to the present invention, the counterbalancer can generate the optimum balancing torque for the angle of the arm from the horizontal and the implantation angle of the ion beam with respect to the wafer, and apply it to the swing motor. Therefore, the load applied to the swing motor can be significantly reduced, and the load fluctuation is almost eliminated. As a result, the mechanical scanning of the holder and the wafer can be performed with higher accuracy, and the uniformity of ion implantation on the wafer can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係るイオン注入装置の一例を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an ion implantation apparatus according to the present invention.

【図2】従来のイオン注入装置の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a conventional ion implantation apparatus.

【図3】図1および図2の装置をアームの後方側から見
た図である。
FIG. 3 is a view of the device of FIGS. 1 and 2 as viewed from the rear side of the arm.

【図4】図1および図2中のカウンタバランサの詳細例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a detailed example of a counter balancer in FIGS. 1 and 2;

【図5】各種トルクの例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing examples of various torques.

【図6】注入角を0度よりも大きくしたときのホルダの
走査の様子を、イオンビーム走査方向に平行に見て示す
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of scanning of a holder when an implantation angle is set to be larger than 0 degree, as viewed parallel to an ion beam scanning direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 イオンビーム 6 ウェーハ 8 ホルダ 10 ホルダ駆動装置 16 注入角モータ 18 スイングモータ 22 アーム 30a カウンタバランサ 40 アクチュエータ 52 圧縮空気源 66 電空式圧力調節弁 70 制御装置 72 記憶手段 74 演算制御手段 78 駆動回路 2 Ion beam 6 Wafer 8 Holder 10 Holder driving device 16 Injection angle motor 18 Swing motor 22 Arm 30a Counter balancer 40 Actuator 52 Compressed air source 66 Electropneumatic pressure control valve 70 Control device 72 Storage means 74 Operation control means 78 Drive circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオンビームを一定方向に電気的に走査
すると共に、アームを可逆転式のスイングモータで往復
旋回させることによって、アームに取り付けたウェーハ
保持用のホルダをウェーハと共にイオンビーム走査方向
と実質的に直交する方向に機械的に走査する構成のイオ
ン注入装置であって、前記アームの旋回中心軸に接続さ
れた圧縮空気式のアクチュエータおよびそれに圧縮空気
を供給する圧縮空気源を有していて釣り合い力を発生さ
せて前記スイングモータに加わる負荷トルクを軽減する
圧縮空気式のカウンタバランサを備えており、しかもイ
オンビームを走査する面とホルダを走査する面との成す
角が可変でありそれによってウェーハに対するイオンビ
ームの注入角が可変であるイオン注入装置において、 前記アームの水平からの角度をα、前記イオンビームの
注入角をβ、前記アームおよびそれと共に旋回させられ
る物の総重量をW、この総重量の重心点から前記アーム
の旋回中心軸までの距離をLとした場合、前記カウンタ
バランサは、少なくともウェーハにイオン注入を行うア
ームの角度範囲内において、 F=L・Wcosβcosα またはこれと実質的に等価の関係で表される釣り合いト
ルクFを発生させるものであることを特徴とするイオン
注入装置。
1. An ion beam is electrically scanned in a fixed direction, and an arm is reciprocated by a reversible swing motor so that a holder for holding a wafer attached to the arm is moved together with the wafer in the ion beam scanning direction. An ion implantation apparatus configured to mechanically scan in a direction substantially orthogonal to the ion implantation apparatus, comprising an actuator of a compressed air type connected to a pivot axis of the arm and a compressed air source for supplying compressed air to the actuator. A counter balancer of a compressed air type for reducing the load torque applied to the swing motor by generating a balancing force, and the angle between the surface for scanning the ion beam and the surface for scanning the holder is variable. In the ion implantation apparatus, in which the implantation angle of the ion beam with respect to the wafer is variable, Α, the implantation angle of the ion beam is β, the total weight of the arm and the object to be rotated therewith is W, and the distance from the center of gravity of the total weight to the rotation center axis of the arm is L. Wherein the counter balancer generates a balancing torque F represented by F = L · Wcosβcosα or a substantially equivalent relation at least within an angle range of an arm for implanting ions into a wafer. Ion implanter.
【請求項2】 前記アームの角度αを検出するアーム角
度検出手段と、前記圧縮空気源とアクチュエータとの間
に接続されていてアクチュエータ側の空気圧を調節する
電空式圧力調節弁と、前記アーム角度検出手段から与え
られるアームの角度αおよび外部から設定される注入角
βに応じて前記電空式圧力調節弁を制御する制御装置と
を更に備えており、 しかもこの制御装置は、アームの角度αが0度のときの
前記釣り合いトルクFを発生させるのに必要な前記アク
チュエータ側の空気圧P0 を複数の注入角βごとに求め
たものを記憶している記憶手段と、 設定された注入角βに対応する前記空気圧P0 を前記記
憶手段から取り出し、 かつアーム角度検出手段から与えられるアームの角度α
を用いて、 P=P0 cosα なる演算を行ってアームの角度αおよび注入角βに応じ
た空気圧Pを求め、前記電空式圧力調節弁を制御してそ
のアクチュエータ側の空気圧をこの空気圧Pにせしめる
演算制御手段とを有している請求項1記載のイオン注入
装置。
2. An arm angle detecting means for detecting an angle α of the arm, an electro-pneumatic pressure control valve connected between the compressed air source and an actuator for adjusting air pressure on an actuator side, and the arm A control device for controlling the electropneumatic pressure regulating valve in accordance with the arm angle α given from the angle detecting means and an injection angle β set from the outside, and the control device further comprises an arm angle storage means for storing the actuator-side air pressure P 0 required for generating the balancing torque F when α is 0 degrees, obtained for each of a plurality of injection angles β; The air pressure P 0 corresponding to β is taken out from the storage means, and the arm angle α given from the arm angle detection means
Using, P = P 0 cos [alpha] comprising calculating a go seek air pressure P corresponding to the angle α and angle of implantation β of the arm, the electro-pneumatic control pressure regulating valve the air pressure P of the air pressure of the actuator side 2. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising arithmetic control means for fading.
【請求項3】 前記アームの角度αを検出するアーム角
度検出手段と、前記圧縮空気源とアクチュエータとの間
に接続されていてアクチュエータ側の空気圧を制御電圧
に比例した値に調節する電空式圧力調節弁と、前記アー
ム角度検出手段から与えられるアームの角度αおよび外
部から設定される注入角βに応じて前記電空式圧力調節
弁を制御する制御装置とを更に備えており、 しかもこの制御装置は、アームの角度αが0度のときの
前記釣り合いトルクFを発生させるのに必要な前記アク
チュエータ側の空気圧に相当する前記制御電圧V0 を複
数の注入角βごとに求めたものを記憶している記憶手段
と、 設定された注入角βに対応する前記制御電圧V0 を前記
記憶手段から取り出し、かつアーム角度検出手段から与
えられるアームの角度αを用いて、 V=V0 cosα なる演算を行ってアームの角度αおよび注入角βに応じ
た制御電圧Vを求め、この制御電圧Vを前記電空式圧力
調節弁に与える演算制御手段とを有している請求項1記
載のイオン注入装置。
3. An electro-pneumatic type which is connected between the compressed air source and the actuator and adjusts the air pressure on the actuator side to a value proportional to a control voltage, wherein the arm angle detecting means detects the angle α of the arm. A pressure control valve, and a control device for controlling the electro-pneumatic pressure control valve in accordance with an arm angle α given from the arm angle detection means and an injection angle β set from the outside. The control device obtains the control voltage V 0 corresponding to the air pressure on the actuator side necessary to generate the balancing torque F when the angle α of the arm is 0 degree, for each of a plurality of injection angles β. a storage means for storing, the control voltage V 0 corresponding to the injection angle β which is set is taken out from the storage unit, and the α angle of the arm given from the arm angle detecting means used Obtains the control voltage V corresponding to the angle α and angle of implantation β of the arm performs V = V 0 cos [alpha] becomes operational, and a calculation control means for providing the control voltage V to the electro-pneumatic pressure regulating valve The ion implantation apparatus according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6705020B2 (en) 2001-05-10 2004-03-16 Samsung Electronics Co, Ltd. Method of and apparatus for use in orienting an object at a reference angle
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