JP2005522844A - 可動部材の多方向走査及びそのためのイオンビーム監視構成体 - Google Patents

Abstract

基板又はウェハホルダー(180)の走査アーム(60)を、少なくとも２つの概略直交する方向に移動する（いわゆるＸ−Ｙ走査する）半導体処理装置が開示される。第１方向の走査は、真空チャンバー壁のアパーチャー(55)を通して長手方向に行なわれる。アーム(60)は、１つ以上のリニアモーター(90A, 90B)により往復運動される。アーム(60)は、スライド(100)に対してアームの片持梁支持を与えるためにジンバル型エアベアリングを使用してスライド(100)に対して支持される。真空チャンバーへ入れられる、アーム(60)用のコンプライアンスのあるフィードスルー(130)は、真空シール及びガイドとして働くが、それ自体は、ベアリング支持を与える必要がない。基板ホルダー(180)付近でアーム(60)にファラディー(450)が取り付けられ、インプラント前及びインプラント中の両方にビームのプロフィール決めを行なえるようにする。それに代わって又はそれに加えて、基板ホルダーの後部付近に又はそれに対して９０°でファラディー(450)を取り付け、基板支持体を逆転するか又は水平で且つビーム線から外れた状態にして、インプラント前にビームのプロフィール決めを行なうこともできる。

Description

発明の分野

本発明は、半導体ウェハホルダのような可動部材をイオンビームに対して複数の異なる方向に走査するための方法及び装置に係る。又、本発明は、このような装置に使用するためのイオンビーム監視構成体にも係る。

発明の背景

典型的なイオンインプランテーション装置では、ドーパントイオンの比較的小断面のビームがシリコンウェハに対して走査される。これは、本質的に、３つの方法、即ち固定のウェハに対して２つの方向にビームを走査する方法；固定のビームに対して２つの方向にウェハを走査する方法；又はビームを一方向に走査しながらウェハを第２の、通常それに直交する方向に機械的に走査する混成技術、の１つで行うことができる。

各技術には、利点と欠点がある。小さなシリコンウェハでは、慣習的な解決策は、回転ホイールのスポークの端にウェハのバッチを取り付けることであった。次いで、固定方向のイオンビームを各ウェハに順に当てるようにホイールを前後に走査していた。

大きな（３００ｍｍ）ウェハへインプランテーションする場合には、現在のところ、バッチ処理は好ましくない。その１つの理由は、インプランテーション中に問題が発生した場合に各ウェハの個々のコストが著しい金銭的リスクを招くからである。固定のウェハに対して直交方向にイオンビームを静電的又は磁気的に走査する場合には、ビームのクオリティの低下を招く傾向があると共に、現在の単一ウェハ走査技術では、上述した混成の機械的／静電的走査が使用される傾向となる。これを達成するのに適した構成が、その内容を全体的に参考としてここに援用する本出願人の共通に譲渡された米国特許第５，８９８，１７９号に説明されている。ここでは、イオンインプランテーション装置のビーム線軸に垂直な第１方向にイオンビームが磁気的に走査される一方、第２の、一般的にそれに直交する軸においてウェハが機械的に移動される。

それでも、静的なビーム方向を維持する上で利点がある（ビームのプロフィール、ビームの安定性及びビーム線の長さの最小化に関して）。これは、ひいては、ウェハの二方向走査を必要とする。本発明の１つの目的は、これを達成する構成体を提供することである。

ビームプロフィール、即ちイオン密度を、所与の方向にビームを横切る距離の関数として決定することが一般的に望ましいが、それは、特に、ビームがインプランテーションチャンバーに対して固定方向のときである。これは、ビームを横切るウェハの通過速度が、混成走査の場合より低速なためである。それ故、ウェハの合理的なスループットを得るには、ラスタピッチを最小にする必要がある。従って、例えば、ビームプロフィール（即ち、ビームの領域を横切るビーム電流強度）をインプランテーション前及びインプランテーション中の両方に決定するのが有用である。インプラント前にビームのプロフィールを決定すると、インプラント中にウェハの走査を制御して、ウェハを横切る厳密な均一性を確保することができ、低又は高イオン密度の「縞」ができることはない。

ビームのプロフィールを決定する多数の異なる解決策がこの技術で知られている。例えば、本出願人の共通に譲渡されたＰＣＴ特許出願ＷＯ−Ａ−００／０５７４４号では、ビームストップ（バッチ処理ウェハホルダの下流に配置された）から出力された信号を使用して、インプランテーション中のビーム巾、高さ及び連続性に関する情報が得られる。このような信号処理は、回転ウェハホルダ上のウェハ間のギャップに依存するものであり、従って、単一ウェハには適していない。

他のビームプロフィール決定技術は、前記米国特許第５，８９８，１７９号に説明されたように、移動ファラディーと、固定位置に保持されるが、ビーム線に沿って離間された一対のファラディーとを含む。

それ故、本発明は、特に、インプラント前の設定中に使用するための改良されたイオンビームプロフィール決め構成体も提供することを探求する。

発明の概要

従って、本発明の１つの態様は、基板又はウェハホルダのアームのような細長い部材を、少なくとも２つの概略直交する方向に移動する（いわゆるＸ−Ｙ走査する）半導体処理装置を提供する。第１方向の走査は、真空チャンバー壁のアパーチャーを長手方向に通過する。細長い部材は、例えば、一対のリニアモーターのような細長い部材用駆動装置により往復運動される。好ましくは、細長い部材及び駆動装置は、各々、キャリアに取り付けられ、このキャリアは、次いで、第１方向に一般に直交する第２方向に駆動される。

細長い部材の長手方向往復運動を得るために、キャリアは、スライドを含むのが好ましい。細長い部材は、このスライドに対して支持され、このスライドは、次いで、キャリアの一部分から片持梁支持されるのが好ましい。「片持梁支持」という語は、水平方向の支持だけでなく、垂直又は他の方向の支持も指すことを理解されたい。

本発明の特に好ましい特徴において、細長い部材は、該細長い部材の第１端に向って配置された１つ以上のジンバル型ベアリングによりスライドから離間される。これらのベアリングは、細長い部材がスライドに沿って往復運動するときに細長い部材に対して片持梁支持を与える。この技術を使用すると、真空チャンバーへの細長い部材に対し、真空シール装置として働くがそれ自身ベアリング支持を与える必要のないフィードスルーを設けることができる。このフィードスルーは、コンプライアンスがあるのが好ましく、本発明の別の態様では、真空シール装置として働くと共に、キャリア又は真空チャンバー壁に対してフィードスルーのコンプライアンスを許容するために複数のエラストマガスケット等が設けられる。

又、フィードスルーは、それ自体、回転フィードスルーであるのが好ましい。これは、前記長手方向に平行な軸の周りで細長い部材が回転するのを許容する。

本発明の更に別の態様では、基板支持体の付近で細長い部材にファラディーが取り付けられる。これは、ビームプロフィール（真空チャンバーに対して固定方向を有するイオンビーム）を、インプランテーションされるべき基板の平面内で決定するのを許容する。ビームプロフィール決定をインプラント前に実行できるだけでなく、（例えば）ビーム線を「同調」するのを許容するために、基板支持体の前面付近にファラディーが存在すると、インプラントサイクルの一部分中にもビームのプロフィールを決定することができる。

それに代わって又はそれに加えて、細長い部材がそれ自身の軸の周りで回転できる場合には、ファラディーを基板支持体の後部付近に取り付けることができる。従って、ビームのプロフィール決めは、基板支持体を逆転して（即ち１８０°回転して）で行なうことができる。基板支持体の反対側に半導体材料（例えば、シリコン）を被覆することにより、基板支持体の「前部」にダミーウェハを取り付ける必要なく、ビームのプロフィール決定を行うことができる。それとは別に又はそれに加えて、ファラディーは、その入口が基板支持体の前面及び後面の平面に対して９０°となるように取り付けられてもよい。

従って、本発明は、その第１の態様において、アパーチャーが設けられたチャンバー壁を有する真空チャンバーと、チャンバー壁のアパーチャーを経て延び、チャンバー壁を通して長手方向に移動可能な細長い部材と、この細長い部材を前記長手方向に往復運動させるように構成された細長い部材用駆動装置と、真空チャンバーの外部にあって、細長い部材及び駆動装置を支持するためのキャリアと、移動可能な細長い部材の往復運動方向に概略垂直な方向にキャリアを往復運動させるように構成されたキャリア用駆動装置と、を備えた半導体処理装置を提供する。

本発明の第２の態様によれば、チャンバー壁を有する真空チャンバーと、チャンバー壁を経て水平方向に延び且つチャンバー壁を通して長手方向に移動可能な細長い部材と、この細長い部材を前記長手方向に駆動するように構成された細長い部材用駆動装置と、細長い部材及び駆動装置を支持するためのキャリアであって、真空チャンバーの外部にあり、細長い部材の外部端に片持梁支持を与えるキャリアと、真空チャンバーへのフィードスルーであって、細長い部材を受け入れ、細長い部材に対して密封するための真空シール装置を含んだフィードスルーと、を備えた半導体処理装置が提供される。

更に別の態様において、半導体処理装置の真空チャンバーへ入ったり出たりの往復運動をするように細長い部材を取り付ける方法において、（ａ）キャリアに対して細長い部材を支持するステップであって、前記細長い部材の第１端に向って配置された少なくとも１つの荷重ベアリング装置により細長い部材を支持し、上記第１端が真空チャンバーの外部にあるようなステップと、（ｂ）真空チャンバーの内部とその外部との間で真空シール装置を通して細長い部材を取り付けるステップとを備え、前記細長い部材により与えられる荷重は、上記又は各荷重ベアリング装置により実質的に支えられて、真空シール装置が往復運動中に細長い部材のための非荷重ベアリングガイドとして働くようにした方法が提供される。

更に別の態様において、半導体処理装置の、チャンバー壁部材を有する真空チャンバーへ入れられる細長い部材のフィードスルー用の回転及び線形真空シール装置において、壁部材に固定された外部マウント部であって、その長手軸がチャンバー壁部材を通る方向に延びるような外部マウント部と、この外部マウント部の半径方向内方に取り付けられた内部ベアリング部であって、外部マウント部に対して移動可能で、それを通して細長い部材を受け入れるサイズにされ、且つ同様にその長手軸がチャンバー壁を通る方向に延びるような内部ベアリング部と、この内部ベアリング部と外部マウント部との間に配置された複数のコンプライアンスのあるガスケットであって、内部ベアリング部及び外部マウント部の長手軸に沿って軸方向に離間されたコンプライアンスのあるガスケットと、を備えた真空シール装置が提供される。

本発明の更に別の特徴は、アパーチャーが設けられたチャンバー壁を有する真空チャンバーと、チャンバー壁のアパーチャーを通して延びる細長いアーム、及びこの細長いアームの第１端に取り付けられ且つ真空チャンバー内に配置された基板支持体を含む走査構成体であって、上記基板支持体が、処理されるべき基板を受け入れるように適応された前面、及び該前面とは反対の後面を含むような走査構成体と、このビーム走査構成体を、チャンバー壁を概略長手方向に通る第１方向、及び前記第１方向に概略直交する第２方向に移動するための走査構成体用駆動手段と、前記基板支持体に隣接してそれに対して固定関係で取り付けられたファラディーと、を備えた半導体処理装置を提供する。

更に別の態様において、アパーチャーが設けられたチャンバー壁を有する真空チャンバーと、チャンバー壁のアパーチャーを通して延びる細長いアーム、及びこの細長いアームの第１端に取り付けられ且つ真空チャンバー内に配置された基板支持体を含むビーム走査構成体であって、上記基板支持体が、処理されるべき基板を受け入れるように適応された前面、及び該前面とは反対の後面を含むようなビーム走査構成体とを備えた半導体処理装置におけるイオンビームのプロフィール決め方法であって、前記基板支持体に隣接して、それに対して固定関係でファラディーを取り付けるステップと、ビーム走査構成体を、チャンバー壁を概略長手方向に通る第１方向、及び該第１方向に概略直交する第２方向の一方に、イオンビームがその第１又は第２方向に各々ファラディーと概略整列されるまで移動させるステップと、ビーム走査構成体を前記第１及び第２方向の他方に走査して、イオンビームがファラディーを横切って通過するようにするステップと、ビーム走査構成体がファラディーを横切って走査されるときにファラディー出力信号を得るステップと、ファラディー出力信号から第１及び第２方向の前記他方においてイオンビームのプロフィールを得るステップと、を備えた方法が提供される。

又、本発明は、上述した半導体処理装置及び／又は真空フィードスルーを含むイオンインプランテーション装置まで拡張される。又、本発明の種々の態様の各々は、決して相互に排他的ではなく、実際に、本発明の種々の態様の組合せにより利益がもたらされる。

本発明は、多数のやり方で実施することができ、以下、添付図面を参照してその実施形態を一例として説明する。

好ましい実施形態の説明

図１ａは、イオンインプランテーション装置の概略側面図である。図１ｂは、図１ａの線ＡＡに沿った部分断面図である。図１ａに最も良く見られるように、イオンインプランテーション装置は、イオンビーム１５を発生するように構成されたイオンソース１０を備えている。イオンビーム１５は、質量分析器２０へ向けられ、そこで、希望の質量／電荷比のイオンが電磁的に選択される。このような技術は、当業者に良く知られており、ここでは詳細に説明しない。便宜上、質量分析器２０は、図１ａでは、図示されたインプランテーション装置の他の部分に関して垂直平面である図１ａの紙面の平面内でソース１０からのイオンビームを曲げるものとして示されている。実際には、分析器２０は、通常、このイオンビームを水平面内で曲げるように構成される。

質量分析器２０を出るイオンビーム１５は、インプランテーションされるべきイオンの形式及び希望のインプランテーション深さに基づいてイオンの静電加速又は減速を受けてもよい。

質量分析器の下流には、図１ｂに見られるように、インプランテーションされるべきウェハ１８０を含むプロセス又は真空チャンバー４０がある。ここに示す実施形態では、ウェハは、例えば、直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍの単一ウェハである。

質量分析器２０を出るイオンビームは、一般に、そのビーム巾及び高さが、インプランテーションされるべきウェハの直径より実質的に小さい。図１ａ及び１ｂの走査構成体（以下に詳細に説明する）は、イオンビームをインプラント中に真空チャンバー４０に対して固定軸に沿って維持するようにして、ウェハを多数の方向に走査するのを許容する。より詳細には、ウェハは、真空チャンバー４０内でウェハが取り付けられるプレートと、このプレートに接続された細長いアーム６０とで構成された基板支持体に取り付けられる。

細長いアーム６０は、プロセスチャンバーの壁を通して、イオンビームの方向に概略垂直な方向に延び出す。このアームは、プロセスチャンバー４０の側壁付近に取り付けられたロータープレート５０のスロット５５（図１ｂ）を通過する。走査アーム６０の端は、スレッジ７０を通して取り付けられる。走査アーム６０は、図１ａ及び１ｂに示すＹ方向にスレッジ７０に対して実質的に固定され、又、走査平面は、以下に説明するように、方向Ｒ（図１ａ）に回転されてもよい。スレッジ７０は、図１ａ及び１ｂに示すＹ方向にロータープレート７０に対して往復式に移動可能である。これは、プロセスチャンバー４０内で基板も往復式に移動するのを許容する。

それに直交するＸ方向（即ち、図１ａではその紙面に近付いたり離れたりする方向及び図１ｂでは左右の方向）に機械的走査を行うために、走査アーム６０は、走査アーム支持構造体３０内に取り付けられる。この走査アーム支持構造体３０は、一対のリニアモーター９０Ａ、９０Ｂを備え、これらは、走査アーム６０の長手軸から、図１ａで見て上下に離間されている。好ましくは、これらのモーターは、走査アーム支持構造体３０の質量の中心に一致する力を生じさせるために長手軸の周りに取り付けられる。しかしながら、これは重要なことではなく、当然、重量及び／又はコストを低減するために単一のモーターを使用してもよいことを理解されたい。

又、支持構造体３０は、スレッジ７０に対して固定関係で取り付けられるスライド１００も含む。図１ｂにおいて左から右へ配置されたトラック（図１ａ又は１ｂには示されていない）に沿ってリニアモーターを移動すると、走査アーム６０も同様に図１ｂで見て左から右へ往復運動させられ、即ち走査アーム６０は、一連のベアリングにおいてスライド１００に対して往復運動する。

この構成では、基板がイオンビーム１５の軸に対して２つの直交方向（Ｘ及びＹ）に移動可能であり、固定方向のイオンビームを横切って基板全体を通過させることができる。

図１ａのスレッジ７０は、ウェハの表面が入射イオンビームの軸に垂直となるように垂直位置で示されている。しかしながら、イオンビームからのイオンを基板にある角度でインプラントするのが望ましいことがある。このため、ローラープレート５０は、その中心を通して定義された軸の周りで、真空チャンバー４０の固定壁に対して回転可能である。換言すれば、ロータープレート５０は、図１ａに示す矢印Ｒの方向に回転することができる。

ロータープレート５０に対するスレッジ７０の移動は、ロータープレート５０の表面とスレッジ７０の表面との間のエアベアリングで容易にされる。プロセスチャンバー４０に対するロータープレート５０の移動も、同様に、ローター５０の表面とステーター（図示せず）の表面との間のエアベアリングで容易にされ、ステーターは、プロセスチャンバー４０の壁を貫通するアパーチャー付近でその壁から半径方向に延びるフランジに取り付けられる。ロータープレートの半径方向移動は、ロータープレート５０の周囲に配置された一連のガイドホイール８０により制限される。ロータープレートの望ましからぬ軸方向移動は、使用中に、ロータープレートの２つの表面間の圧力差で防止され、即ちその外面は大気圧にある一方、その内面は真空状態にあって、図１ａの紙面に向って著しい力が作用し、ロータープレートを位置保持する。スレッジ７０も、同様に、ロータープレート５０及びプロセスチャンバー壁を貫通するアパーチャーをカバーするところで、スレッジの外面とスレッジの内面との間の圧力差によりロータープレート５０に対して保持される。

ロータープレート５０の詳細、及びプロセスチャンバー壁上のステーター（流体ベアリングを含む）に対してそれを取り付ける方法は、全て、その内容を全体的にここに援用するＵＳ−Ａ−５，８９８，１７９号に詳細に説明されている。Ｙ方向に往復運動するようにスレッジ７０を取り付ける方法も、同様に、この特許に説明されている。ロータープレートとステーターとの間、及びスレッジとロータープレートとの間のエアベアリングであって、多孔性グラファイト材料及び差動ポンプ型真空シール装置を組み込んだ特に適したエアベアリングの詳細は、その内容を全体的にここに援用する本出願人の出願中の特許出願第ＵＳＳＮ０９／５２７，０２９号（公開されたＵＫ特許出願第ＧＢ−Ａ−２，３６０，３３２号に対応する）に示されている。環状ピストン部材を使用して、ロータープレート５０をステーターに対して支持し、これにより、ロータープレート５０の「屈曲(bowing)」又は「わん状化(dishing)」を防止してもよく、これは、共通に譲渡された米国特許第ＵＳ−Ｂ１−６，２７１，５３０号に説明されている。この特許の内容も、参考としてここに援用する。

走査アーム支持構造体は、図２及び３を参照して以下に詳細に説明する。図２は、走査アーム支持構造体３０を含む図１ａ及び１ｂの基板走査構成体の更に詳細な好ましい角度投影を示す。図３は、図２に示された特徴部の側面断面図である。

図２及び３に見られるように、走査アーム支持構造体３０は、スレッジ７０から片持梁支持される。スレッジ７０のエアベアリング１１０が図２に見られる（部分的に隠れて）。この差動ポンプ型エアベアリング１１０の更なる詳細が前記ＵＳ−Ａ−５，８９８，１７９号に開示されており、従って、基板走査構成体のこの部分の詳細な説明は、ここでは行なわない。

走査アーム６０は、水平面内で往復運動し、これは些細な重量ではないので、曲げモーメントが作用する。より詳細には、走査アーム６０が、図３に示すように、第１の引っ込められた位置にあるときには、走査アームの重量を、走査アーム支持構造体３０、スレッジ７０及びロータープレート５０により支持することができる。しかしながら、一般的に延びた位置にあるときには（即ち、走査アーム６０が図３で見て右へ再び移動された状態）、走査アーム６０の重心がチャンバー壁に対して水平方向に移動する。従って、走査アームの異なる延びに対して荷重の変化が生じる。更に、走査アーム６０は、それ自身の長手軸Ｓ−Ｓ（図３）の周りで回転できるのが望ましく、これは、必要に応じて、大気中から真空中へのフィードスルーに更に別の要求を課する。又、走査アーム６０の表面が真空フィードスルーをこすらないことも重要である。というのは、磨耗を生じるからである。更に、特に荷重の変化を考慮してこのような円筒状フィードスルーを適切な公差で製造することは困難である。

これらの問題に対処するために、走査アーム６０のための片持梁支持体が使用される。走査アーム６０は、真空チャンバー４０から離れた端６０Ａにおいて、１組の片持梁ベアリング１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ及び１２０Ｄを使用してスライド１００に対して支持される。この構成では、走査アーム６０は、コンプライアンスのある真空フィードスルー１３０を通して真空チャンバー４０へ通過することができる。フィードスルー１３０は、スレッジ７０のアパーチャー１４０内に取り付けられる。走査アーム６０の遠方端６０Ａを片持梁ベアリング１２０に取り付けることにより、フィードスルー１３０は、ベアリング支持体を設ける必要がなく、むしろ、走査アーム６０のための真空密シール装置として働くだけである。フィードスルー１３０のコンプライアンスは、フィードスルーと片持梁ベアリング１２０との間の僅かな不整列を受け入れる。

又、フィードスルーは、走査アーム６０がそれ自身の軸Ｓ−Ｓの周りで回転運動することも許容する。これは、遠方端６０Ａにおいてアーム６０を駆動するためのモーターを設けることにより達成される。アーム６０に回転運動を与える目的は、図５から７を参照して以下に説明する。

コンプライアンスのある真空フィードスルー１３０は、図４を参照して以下に更に詳細に説明する。

走査アーム６０を一般的に軸Ｓ−Ｓに沿って前後に駆動するために、一対のリニアモーター９０Ａ、９０Ｂが設けられる。図３から最も良く分かるように、これらのリニアモーターは、各々、軸Ｓ−Ｓの上下に等距離で離間されている。これらリニアモーターは、接続ブラケット１５０により走査アーム６０の端６０Ａに接続される。このような構成では、リニアモーターにより走査アームにかかる力の方向が、実質的に、軸Ｓ−Ｓに沿ったものであり、単一のオフセットリニアモータだけの場合に生じ得る曲げモーメントのおそれを最小にする。

走査アーム６０は、スレッジ７０の大気圧側では、エラストマーのゲートル１６０で包囲される。このゲートル１６０には、乾燥空気が供給され、アームが左から右へ移動されるときに大気中の汚染物が真空チャンバー４０内へ移送されるのを防止する。

走査アーム支持構造体は、著しい重量を有し、これは、この走査アーム支持構造体３０をＹ方向にスレッジ７０に対して駆動するリニアモーターの制御が困難であることを意味する。この問題に対処するために、図２に１つしか見えない真空ピストン平衡おもり１７０が設けられる。真空ピストン平衡おもり１７０の各々は、その軸がＹ方向に概略平行である。この構成は、共通に譲渡された米国特許出願第０９／２９３，９５６号、及び２００１年９月２０日に出願されたその一部継続出願に更に詳細に説明されており、その各々の内容を全体的にここに援用する。公開されたヨーロッパ特許出願第ＥＰ−Ａ−１，０４７，１０２号は、ＵＳＳＮ０９／２９３，９５６号に対応する。

又、走査アーム６０の端６０Ａが大気圧に保たれる一方、基板支持体１８０が取り付けられた走査アーム６０の軸方向反対端が真空チャンバー４０内に維持されるので、使用中に走査アーム６０の軸Ｓ−Ｓに沿って（図３において左から右への方向に）著しい力が働く。それ故、この場合も、図２に最も良く見られるように、走査アーム支持構造体３０の固定部と可動部との間に走査アーム真空ピストン平衡おもり１９０が取り付けられる。

片持梁ベアリング１２０は、スライド１００に対してこれを取り付ける方法と共に、以下に詳細に説明する。各片持梁ベアリング１２０は、ベアリングヘッドと、エラストマーのベアリング支持体２１０とを含む。下部の片持梁ベアリング１２０Ｂ、１２０Ｄのエラストマーベアリング支持体２１０は、下部のリニアモーター９０Ｂに取り付けられる。上部のエラストマーベアリング支持体２１０は、走査アーム６０の遠方端６０Ａに取り付けられるが、走査アーム６０は、接続ブラケット１５０により上部リニアモーター９０Ａと共に移動するように制約される。

下部の片持梁ベアリング１２０Ｂ、１２０Ｄのベアリングヘッド２００は、スライド１００の下面２２０に支えられるように取り付けられる。上部の片持梁ベアリング１２０Ａ、１２０Ｃのベアリングヘッド２００は、スライド１００の上面２３０に支えられる。

ベアリングヘッド２００は、グラファイト又は他の多孔性材料で作られたベアリングパッドを含むのが好ましい。前記ＵＳＳＮ０９／５２７，０２９号に説明されたように、グラファイトを使用すると、ベアリング面の領域を横切る空気の流量を概略均一なものにする。これは、ひいては、低い「乗り高さ」が得られるようにする。スライド１００は、アルミナのようなセラミック材料で作られるか又はそれが被覆され、ベアリングヘッド２００が移動中にスライド１００の表面に接触した場合にも、２つのベアリング面間の摩擦が最小にされる。

片持梁ベアリング１２０の動作中に、ベアリングヘッド２００は、スライド１００の表面２２０、２３０に向って延ばされて、やがて、そこに乗せられる。この手順は、エラストマーのベアリング支持体により作用される。片持梁ベアリング１２０の特定の構成は、ベアリングヘッドがジンバル化され、ひいては、スライド１００の表面２２０、２３０に対して自己レベリングするのを意味することが明らかであろう。

ベアリングヘッド２００がスライド１００のベアリング面２２０、２３０に対して締め付けられると、各ベアリングヘッド２００のグラファイトを通して流すように空気又は他の流体が供給される。各ベアリングヘッド２００は、グラファイトのベアリング面の付近に小さなプレナム（図示せず）を有し、このプレナムには、管路（図示せず）を経て供給される圧縮空気が送り込まれる。この管路は、プレナムから、各エラストマーベアリング支持体２１０を通り、次いで、走査アーム支持構造体２３０を出て、ケーブル及びパイプダクト２４０に沿って圧縮空気を供給する。

空気供給源からの空気の流量が増加されると、ベアリングヘッド２００がスライド１００の表面２２０、２３０から持ち上がり、走査アーム６０がスライドに対して移動するのを許容する。スライドは、走査アーム６０が移動するときにそのアームに対して少なくともＸ方向に固定され、即ちスライドは、スレッジ７０に直接取り付けられるのが好ましい。

ケーブル及びパイプダクト２４０（圧縮空気を種々のエアベアリングへ供給するためのパイプを支持する）は、柔軟性である。これは、ダクト２４０の第１端を基板走査構成体の相対的固定部に取り付け、その他端を相対的可動部に取り付けられるようにする。例えば、ケーブル及びパイプダクト２４０の端２４０Ａ（図２に最も良く見られる）は、走査アーム支持構造体３０に対して移動しないが、その他端２４０Ｂは、走査アーム６０がＸ方向に往復運動するときにそれと共にタンデムに移動する。

上述した支持構造体は、迅速な機械的Ｘ−Ｙ走査を許容する。例えば、走査アーム６０は、約４７０ｍｍのストロークを有してもよい。長手（Ｘ）方向における走査周波数は、ほぼ１．５Ｈｚでよい。長手方向走査移動の各端における７８ｍｓの転回時間は、４Ｇ程度の加速及び減速を導入する。各ストロークの主部分中の線形速度は、約２ｍ／秒である。各Ｙステップ（各長手方向ストロークの端における）は、０と３０ｃｍとの間のどこでもよく、又、加速は、ここでは約２Ｇでよい。

図３の領域Ａの拡大図である図４を参照して、コンプライアンスのある真空フィードスルー１３０の好ましい実施形態を以下に説明する。フィードスルー１３０は、概略円筒状で、特に、円筒状ボア２５０を有し、その直径は、それを通して円筒状走査アーム６０を受け入れるサイズにされる。真空フィードスルーは、２６０で一般に示された外部シースと、２７０で一般に示された内部シーストを備え、内部シース２７０は、外部シース２６０の半径方向内方にあるが、それと概略同軸的である。外部シース２６０は、スレッジ７０（図４ではその一部分が断面で示されている）のアパーチャー１４０（図３）の付近でスレッジに固定される。対照的に、内部シース２７０は、複数の環状のメンブレンシール装置２８０により固定の外部シースから懸架される。この構成は、内部シース２７０が外部シース内で浮動するのを許容する。図２及び３を参照して説明したように、これは、走査アーム６０がフィードスルー１３０の内部ベアリング面に接触することなく、若干の不整列、特に、走査アーム６０の軸Ｓ−Ｓと、フィードスルー１３０のボアの軸Ｓ’−Ｓ’との間の若干の角度を受け入れるのを許容する。

コンプライアンスのある真空フィードスルー１３０は、走査アーム６０と内部シース２７０の内面との間にエアベアリングを与えると共に、フィードスルーの大気圧側（図４の左側）とフィードスルーの真空側（図４の右側）との間に真空シールも与える。

真空フィードスルー１３０のエアベアリング部分は、２９０で一般的に示されており、これは、内部シース２７０を通して半径方向に形成された一連のスルーホール３００により設けられる。内部シース２７０それ自体は、外部円筒３１０及び内部円筒３２０で形成され、内部円筒３２０は、外部円筒３１０内に締まりばめされる。内部円筒３２０は、グラファイトのような多孔性材料で形成される。スルーホール３００は、外部円筒３１０の壁を完全に貫通し、更に、内部円筒３２０の壁へ入り込むが貫通はしないように形成される。外部円筒３１０の壁を貫通して軸方向に延びているのは、プレナムであり、これは、一端が閉じ、他端がコネクタ３４０へと開いている。圧縮空気の供給源が、使用中に、コネクタ３４０に取り付けられる。

製造を容易にするために、スルーホール３００は、内部シース２７０の外部円筒３１０の壁を完全に貫通するように加工される（内部シース２７０が外部シース２６０から懸架される前に）。プレナム３３０の半径方向外方にあるスルーホール３００の部分は、グラブスクリー等で埋められる。

走査アーム６０と、内部シース２７０の内部円筒３２０の内径は、各々、円筒状であり、且つエアベアリング２９０の周囲は、内部シース２７０内に配置されるので、プレナム３３０に圧縮空気を供給すると、走査アーム６０が使用中の内部円筒３２０の内径に対してセンタリングさせられる。

周囲に配置された大気圧通気口３５５は、走査アーム６０及び内部円筒３２０のベアリング面間の高圧ガスが大気中へと逃れるのを許容する。第１の通気口は、エアベアリング２９０の長さに沿って軸方向にほぼ中間部に配置され、第２の通気口は、エアベアリング２９０の最内端の付近に配置される。これは、大気圧より高い圧力が真空フィードスルーにおいてエアベアリング２９０の真空側に生じるのを防止する。

真空フィードスルー１３０の第２部分は、３６０で一般に示された差動ポンプ型真空シール装置である。これは、一連のポンピングリング３７０Ａ、３７０Ｂを備え、これを貫通するポンピングホールが半径方向に配置されている。メンブレンシール装置２８０は、明らかなように、内部シースと外部シースとの間で軸方向に離間される。隣接メンブレンシール装置２８０間の領域２８５ａ、２８５ｂは、コンプライアンスのある真空チャンバーを形成する。ポンピングリング３７０Ａ、３７０Ｂは、これらのプレナムチャンバーに接続される。ポンピング装置（柔軟性真空ホース及びロータリーポンプ等、図示せず）は、固定された外部シースに取り付けられると共に、フィードスルーの大気圧側でも、コンプライアンスのあるフィードスルーと共に内部シースに取り付けられる。図４には２つのポンピングリング３７０しか示されていないが、密封構成体の効率、特に、真空パイプ（ひいては、ポンピングリング）に取り付けられる真空ポンプの効率に基づいて更に多くのポンピングリングが必要になることも明らかである。他のファクター、例えば、飛行高さ（即ち、走査アーム６０のベアリング外面と内部円筒３２０の内面との間のギャップ）も、差動ポンプ型真空シール装置における差動段の数に影響を及ぼす。

差動ポンプ型真空シール装置の原理は、前記ＵＳＳＮ０９／５２７，０２９号に説明されている。

図４で見てフィードスルー１３０の右側は、真空チャンバー４０の減圧状態にある。その左側は、大気圧にある。これは、スレッジ７０にしっかり取り付けられた外部シース２６０には何の差も形成しない。しかしながら、内部シース２７０は、外部シース２６０内で浮動しており、圧力差による著しい力（図４において左から右へ）のために、内部シース２７０を軸方向に支持してメンブレンシール装置２８０の剪断を防止することが必要となる。

このような軸方向支持を与える一方で、少なくとも半径方向における内部シース２７０のコンプライアンスをまだ許容するために、フィードスルー１３０の真空端にスラストベアリングアッセンブリ３９０が設けられる。スラストベアリングアッセンブリ３９０は、環状の反作用ワッシャー４００を備え、これは、ねじ込み、リベット止め、又は他のやり方で外部シース２６０にしっかり取り付けられ、従って、移動できない。反作用ワッシャー４００の軸方向内方に一対のスラストワッシャー４１０、４２０が設けられる。第１のスラストワッシャー４１０は、内部シース２７０の真空端においてカラーに乗せられる。

第１のスラストワッシャー４１０は、その表面に取り付けられた一対の直径方向に対向するスラストボタン４３０ｂ（図４では１つしか見えない）を有する。使用中に、第１のスラストワッシャーのスラストボタン４３０ｂは、第２のスラストワッシャーの対向面に支えられる。従って、第１のスラストワッシャー４１０は、２つの直径方向に対向するスラストボタン４３０ｂにより形成されるピボット点の周りをＸ−Ｙ平面内で揺動することができる。

第２のスラストワッシャー４２０は、次いで、反作用ワッシャー４００の表面に支えられる一対の直径方向に対向するスラストボタン４３０ａを有する。スラストボタン４３０ａは、第１のスラストワッシャー４１０のスラストボタン４３０ｂに直交関係で配置され、従って、第２のスラストワッシャーを直交（Ｘ−Ｚ）平面内で揺動するのを許容する。

第１スラストワッシャー４２０の直径方向に対向するスラストボタン４３０ｂを、第２スラストワッシャー４２０の直径方向に対向するスラストボタン４３０ａと直交関係で配置することにより、内部シース２７０がスラストベアリングアッセンブリ３９０の反作用ワッシャー４００に対してジンバル構成にされる一方、スラストベアリングアッセンブリ３９０が大気圧による力に対して反作用を与える。この力は、第１及び第２のスラストワッシャーを互いに且つ反作用ワッシャー４００に対して押し付けて、それらが軸方向に位置保持されるようにし、真空チャンバーが排気されるときに更なる固定を必要としない。

スラストベアリングアッセンブリ３９０とは別に、或いはそれに加えて、例えば、真空フィードスルーの内部シース２７０の大気圧端とスレッジ７０上の固定取り付け点との間に張られたピアノ線により、内部シース２７０を、大気圧による軸方向力に抗して支持することができる。この構成は、ジンバル型スラストベアリングアッセンブリ３９０より簡単であるが、潜在的に頑丈ではない。

図５には、基板支持体１８０と、それが取り付けられた走査アーム６０の端との第三角投影が示されている。基板支持体１８０は、３００ｍｍ直径又はそれと同様の半導体ウェハを静電的に保持するチャックを備えている。このチャック４４０は、半導体ウェハをこの技術でよく知られたように静電的に保持する。チャック４４０の付近に取り付けられるのは、第１ファラディー４５０であり、その詳細は、図９を参照して以下に説明する。この第１ファラディー４５０は、概略直線的であり、その前面４５５は、ウェハが取り付けられるチャック４４０の面と一般に平行で且つ同平面である。この第１ファラディー４５０の前面４５５内にはファラディーアパーチャー４６０が形成される。通常、このアパーチャーは、約１ｃｍ^２の面積を有する。

第１ファラディー４５０は、ウェハのインプラント前にビームのプロフィール決めに使用され、即ちＸ及びＹ方向（イオンビームの方向に垂直な２つのカルテシアン方向）において入射イオンビームを横切る電流密度を測定するのに使用される。このような情報は、インプランテーションされるべきウェハの正確なドーズを確保して、インプラント中のウェハの電荷蓄積ダメージを回避するために望ましく、且つビームの横方向位置（重心）でウェハの角度整列を定義するために望ましい。

イオンビームは、上述したように、インプランテーション中に固定方向に保持される。しかしながら、イオンビームの方向及び寸法は、インプラント前に、例えば、イオンビームを発生するイオンソースの物理的及び電気的パラメータを調整することにより「同調」することができる。図５の構成を使用して、インプラント前にイオンビームの電流密度を測定するために、次の手順に従う。第１に、ダミーウェハをチャック４４０に取り付ける。これは、通常、走査アーム６０を垂直にスレッジ７０（図１−３）に沿ってＹ方向におけるその移動限界まで延ばすことにより行なわれる。チャック４４０の平面は、走査アーム６０のロータリーモーターを作動することにより垂直から水平へ回転され、従って、走査アームは、図５に示された方向Ｐにそれ自身の軸の周りを水平まで回転される。ダミーウェハは、ロボットアームによりロードロックにロードされ、このロードロックは、真空チャンバー４０を通気する必要なく大気中へと通気することができる。

ダミーウェハがロードされると、チャック４４０が垂直位置（即ちＸ−Ｙ平面）になるように基板支持体１８０を回転して戻し、次いで、固定方向のイオンビームがファラディーのアパーチャー４６０と水平になるまで走査アーム支持構造体３０をスレッジ７０に沿ってＹ方向に移動する。次いで、ビームをプロフィール決めするために、リニアモーター９０Ａ、９０Ｂを作動して、ファラディー４５０及び基板支持体１８０が一緒にＸ方向に移動するようにする。

実際に、イオン電流密度は、イオンビームの縁においてゆっくりと（即ち垂直ではなく）降下する。ビームのプロフィールが特にＹ方向においてどのようなものであるか知ることが重要である。というのは、使用中に、ウェハが通常ビームを横切るラスタ形態で走査されるからである。換言すれば、基板支持体全体がＸ方向にイオンビームを横断するまで、走査アーム支持構造体３０をスレッジ７０に対して固定位置に留まらせながら、走査アーム６０を左から右へ往復運動させる。次いで、走査アーム支持構造体３０を、Ｙ方向におけるビームの高さに関連した距離だけ垂直に、即ちＹ方向に移動させ、その際に、走査アーム支持構造体３０をスレッジ７０に対してもう一度固定状態に維持して、走査アーム６０を再び右から左へ戻すように移動する。この手順を繰り返すことにより、ウェハ全体をインプランテーションすることができる。高又は低イオン密度の縞がＹ方向に形成されないよう確保するために、インプラント前にビームプロフィールを測定することが重要である。プロフィールの測定値はプロセッサへ送られ、プロセッサは、イオンの正味インプランテーション密度がＹ方向にウェハにわたり比較的一定に維持されるようにＹ方向におけるステップサイズを制御する。

従って、ファラディー４５０は、インプラント前に、ダミーウェハを配置した状態で、ファラディー４５０のアパーチャー４６０がＹ方向にイオンビームを横切って移動するように走査アーム支持構造体３０をスレッジ７０に対して移動することにより、イオンビームを横切って走査される。ファラディーにより収集された電荷は、距離（又は時間）の関数として測定され、ここから、Ｙ方向におけるイオンビームのプロフィールを決定し、これを使用して、インプランテーションされるべきウェハの走査に対するパラメータをセットすることができる。

Ｙ方向のプロフィールが得られると、走査アーム支持構造体３０をスレッジ７０に対して固定位置に維持し、次いで、リニアモーター９０Ａ、９０Ｂを使用して走査アーム６０を延長し、イオンビームを横切ってファラディー４５０のアパーチャー４６０を移動することにより、Ｘプロフィールも得ることができる。これは、図６に概略的に示されている。通常、イオンビームの面積は、アパーチャー４６０より大きく、イオンインプランテーションエネルギーが低い（１−５ｋｅｖ程度の）場合、イオンビームがもつ比較的大きな面積は、イオンエネルギーの増加と共に減少することに注意されたい。

Ｙ方向におけるイオンビームのプロフィールは、インプラント中に正しいドーズを確保するために特に使用されるが、Ｘ及びＹ方向のプロフィールは、インプラント前のビーム同調についても有用である。Ｘ及びＹ方向の測定プロフィールがオペレータにより（又は適当にプログラムされたプロセッサにより）最適でないと考えられる場合には、インプランテーション前に上述した技術を使用して、ビーム線を調整し、プロフィールを再測定することができる。

上述した手順（ダミーウェハの取り付け及び取り外しを必要とする）とは別に、二重ファラディー構成体を使用してもよく、これは、図５の線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である図７を参照して以下に説明する。図７の構成は、上述したように使用するための第１ファラディー４５０と、この第１ファラディー４５０に直径方向に対向してこれも走査アーム６０に取り付けられた第２ファラディー４７０との両方を使用する。この第２ファラディー４７０は、それ自身のアパーチャー４８０を含む。第２ファラディー４７０及びそこに設けられたアパーチャー４８０は、チャック４４０が図５のようにイオンビームに向けられたときに「後方」を向く。しかしながら、走査アーム６０をそれ自身の軸Ｐの周りで１８０°にわたって回転することにより（図５）、第２ファラディーは、図７に見られるように、入射イオンビームに向けることができ、このとき、チャック４４０は、第１ファラディー４５０と共に後方を向く。

基板支持体１８０は、本体４９０を有し、少なくともその後部には半導体材料を被覆して半導体層５００が形成されてもよい。基板支持体１８０の付近の走査アーム６０の部分にも、同様に、半導体材料が被覆されるのが好ましい。スパッタしない他の適当な材料、又はビーム線を汚染することのないスパッタ材料を使用して、基板支持体及び／又は走査アームにグラファイトのような層を形成してもよい。この構成では、ダミーウェハが必要とされない。というのは、層５００がこの機能を果たすからである。次いで、第１ファラディー４５０に関連して上述したのと全く同様に、第２ファラディー４７０を使用してビームプロフィール決めを実行することができる。

基板支持体に１つ又は複数のファラディーを取り付ける利益を維持するために、第２ファラディーにおける電荷収集と走査アーム６０の長手軸との間の距離が、第１ファラディー４５０において電荷が収集されるポイントとその長手軸との間の距離と同じであることが望ましい。この幾何学形状が維持されるならば、第２ファラディー４７０における電荷収集部は、チャック４４０が再びイオンビームに向かって前方を向くように基板支持体１８０が回転されたときに、インプランテーションされるべきウェハが存在する同じ平面内に存在することになる。

図７には、２つの別々のファラディー４５０、４７０が示されているが、互いに反対面にアパーチャーを組み込んだ単一の物理的構造体及び共通の（又は当接する）分割部材を等しく使用できることを理解されたい。

実際に、交差汚染（即ち、以前のビーム種が後続ウェハにスパッタされる）の可能性は、実際上、基板支持体１８０の反対側に単一のファラディーしか使用せず、即ち図７の第２のファラディー４７０しかもたず、その単一ファラディーのアパーチャーがインプランテーション中にビームから隠れるようにするのが好ましいことを意味する。

基板支持体の前面から離れた方を向くファラディー（例えば、図７のファラディー４７０）が使用されたときには、基板支持体の前面は、そのファラディーがビームに向けられたときに後方を向く。このとき、前面は、基板支持体の下流にあるビームストップからのイオンの後方スパッタリングにより生じる汚染物質で被覆され得る。これを回避するために、基板支持体の前面上に落とすことのできるシールドを含ませるのが望ましい。このようなシールドは、走査アーム６０に取り付けられてもよいし、又は例えば、チャンバー壁から懸架されてもよい。

図８は、基板支持体又は走査アームファラディーの別の構成を示す。図８は、ビーム線に沿って見た図である。ここでは、ファラディー４９０は、チャック４４０の平面及び基板支持体の後面に対して９０°の角度で取り付けられる。この場合に、アパーチャー４６０がイオンビームに向けられると、チャック４４０は上方を向き、ひいては、ビーム及び後方スパッタ物質の両方から離れた方を向く。ファラディーのアパーチャーの平面とチャックの平面との間の角度は９０°であるのが好ましいが、約１２０°等の他の角度を使用してもよい（チャック４４０が入射イオンビームから若干後方を向くように）。

図９は、ファラディー４５０の好ましい実施形態の断面図である。このファラディーは、磁気のステンレススチールハウジング５１０を含み、これは、３辺で包囲されると共に、前面４５５内にアパーチャー４６０を有する。アパーチャー４６０を画成する前面４５５の縁は、以下に述べる目的でナイフエッジ５２０として形成される。

ハウジング５１０内には、電位計５３０があって、外側のステンレススチールスクリーン５４０と、内側のグラファイトカップ５５０とに接続されている。ハウジング５１０の内壁とグラファイトカップ５５０の外壁との間には一対の永久磁石５６０が配置されている。

特に図１ａ及び１ｂに見られるロータープレート５０の目的は、垂直以外の平面内でＹ方向走査を実行するのを許容するためである。図９に示すファラディー４５０のナイフエッジ５２０は、このような高いインプラント角度を受け入れる。イオンビームのプロフィールは、チャック、ひいては、ファラディーが、その後の望ましいインプラントの角度にされた状態で測定されるのが特に望ましい。

第１ファラディー４５０に関連して説明する図９の構成は、第２ファラディー４７０（図７）にも等しく適用できることを理解されたい。特に、基板支持体１８０の後部が図７に示すようにイオンビームに向けられた状態でビームのプロフィール決めが行われる場合にも、ナイフエッジ５２０が依然望ましい。

更に、走査アームに及び／又は基板支持体付近に取り付けられたファラディーの使用を、インプラント前のビームプロフィール決めに関して説明したが、ファラディー（又は１つのファラディー）のアパーチャーが前方（即ちチャックと同じ方向）を向く場合には、そのファラディーを、インプランテーション中のビームプロフィール決めにも使用できる。より詳細には、ファラディーがチャック上のウェハに接近して取り付けられて、ファラディーのアパーチャーが同様にウェハの縁に接近すると共に、インプランテーション中に入射ビームに向けられるときには、ウェハ及びファラディーの両方が、少なくとも、ファラディーのアパーチャーに一致するラスタ走査の部分にわたり（Ｙ方向に）、ビームの前方を通過するよう構成することができる。従って、全ウェハ走査（全てのＸ及び全てのＹ走査位置）当たり少なくとも一回は、完全なビームプロフィールを得ることができる。実際に、２つ以上のファラディーを、各々前方に向けて且つ各々Ｙ方向に離間して取り付けることにより、全ウェハ走査当たり２つ以上のビームプロフィールを得ることができる。

種々の特定の実施形態について説明したが、それらは例示に過ぎず、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱せずに種々の変更がなされ得ることを理解されたい。更に、本発明の種々の特徴は、一緒に利用されてもよいし、別々に利用されてもよいことが明らかである。

本発明による走査アーム支持構造体を含む基板走査構成体が取り付けられたプロセスチャンバーを備えたイオンインプランテーション装置の概略側面図である。 図１ａの線ＡＡに沿った部分断面図である。 図１ａ及び１ｂの基板走査構成体の第三角投影を詳細に示す図である。 図２の基板走査構成体の側面断面図である。 図３の領域Ａの拡大図である。 図１−４の基板走査構成体に取り付けられた、ファラディーを含む基板支持体の第三角投影を示す図である。 イオンビームを横断するときの図５のファラディーの一部分を示す概略図である。 図５の基板支持体及びファラディーの概略側面図である。 基板支持体及びファラディーの別の構成を示す概略前面図である。 図５及び８のファラディーを通る部分断面図である。

符号の説明

１０・・・イオンソース、１５・・・イオンビーム、２０・・・質量分析器、３０・・・走査アーム支持構造体、４０・・・真空チャンバー、５０・・・ロータープレート、６０・・・細長い走査アーム、７０・・・スレッジ、８０・・・ガイドホイール、９０Ａ、９０Ｂ・・・リニアモーター、１００・・・スライド、１１０・・・エアベアリング、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ・・・片持梁ベアリング、１３０・・・真空フィードスルー、１４０・・・アパーチャー、１５０・・・接続部ラケット、１６０・・・ゲートル、１７０・・・真空ピストン平衡おもり、１８０・・・基板支持体、２００・・・ベアリングヘッド、２１０・・・ベアリング支持体、２３０・・・走査アーム支持構造体、２６０・・・外部シース、２７０・・・内部シース、２８０・・・環状メンブレンシール装置、２９０・・・エアベアリング、３００・・・スルーホール、３１０・・・外部円筒、３２０・・・内部円筒、３３０・・・プレナム、３６０・・・差動ポンプ型真空シール装置、３７０Ａ、３７０Ｂ・・・ポンピングリング、３９０・・・スラストベアリングアッセンブリ、４００・・・環状反作用ワッシャー、４１０、４２０・・・スラストワッシャー、４４０・・・チャック、４５０・・・第１ファラディー、４７０・・・第２ファラディー

Claims (50)

1. アパーチャーを画成するチャンバー壁を有する真空チャンバーと、
   上記チャンバー壁の上記アパーチャーを経て延びて、上記チャンバー壁を通して長手方向に移動可能な細長い部材と、
   上記細長い部材を前記長手方向に往復運動させるように構成された細長い部材用駆動装置と、
   上記真空チャンバーの外部にあって、上記細長い部材及び上記駆動装置を支持するためのキャリアと、
   上記移動可能な細長い部材の往復運動方向に概略垂直な方向に上記キャリアを往復運動させるように構成されたキャリア用駆動装置と、
   を備えた半導体処理装置。
2. 上記細長い部材用駆動装置は、上記細長い部材が取り付けられるリニアモーターである、請求項１に記載の装置。
3. 上記キャリア用駆動装置はリニアモーターである、請求項１又は２に記載の装置。
4. 上記移動可能な細長い部材は、スライドに取り付けられ、該スライドは、前記キャリアから片持梁支持される、請求項１から３のいずれかの記載の装置。
5. 上記細長い部材を上記スライドに対して駆動するように構成されたリニアモーターを更に備えた、請求項４に記載の装置。
6. 上記チャンバー壁はアパーチャーを画成し、上記キャリアは、前記アパーチャーのための移動可能なカバーとして働き、更に、上記細長い部材は、上記キャリア及び上記チャンバー壁の上記アパーチャーを通して延びる、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. 上記キャリアは、上記細長い部材のためのフィードスルーを備え、上記細長い部材及び該フィードスルーは一緒に真空密シール装置を画成する、請求項６に記載の装置。
8. 上記フィードスルーは、コンプライアンスのあるシール構造体を備え、上記細長い部材は、上記フィードスルーから離間された少なくとも１つのベアリングにより上記キャリアに対して支持される、請求項７に記載の装置。
9. 上記コンプライアンスのあるシール構造体は流体ベアリングを含む、請求項８に記載の装置。
10. 上記移動可能な細長い部材に作用する固定の力を平衡するように構成された力補償装置を更に備えた、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
11. 上記チャンバー壁と上記キャリアとの間に配置された真空密流体ベアリングを更に備え、該流体ベアリングは上記アパーチャーの付近にある、請求項６から９のいずれかに記載の装置。
12. 上記細長い部材は、更に、前記長手方向に平行な軸の周りで回転可能である、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
13. 上記キャリアは、更に、前記長手方向に平行な軸の周りで回転可能である、請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
14. 上記チャンバー壁により支持されたベースと、
    前記ベースに回転可能に取り付けられた環状ローターと、
    を更に備え、上記環状ローターは、第１及び第２の概略平らな面を有し、上記キャリアは、上記環状ローターの上記概略平らな面の一方に取り付けられ、且つ上記環状ローターの上記概略平らな面の前記一方を横切って往復運動するように構成される、請求項１３に記載の装置。
15. チャンバー壁を有する真空チャンバーと、
    上記チャンバー壁を経て水平方向に延び且つ上記チャンバー壁を通して長手方向に移動可能な細長い部材と、
    上記細長い部材を前記長手方向に駆動するように構成された細長い部材用駆動装置と、
    上記細長い部材及び上記駆動装置を支持するキャリアであって、上記真空チャンバーの外部にあり、且つ上記細長い部材の外部端に片持梁支持を与えるキャリアと、
    上記真空チャンバーへのフィードスルーであって、上記細長い部材を受け入れ、上記細長い部材に対して密封するための真空シール装置を含むフィードスルーと、
    を備えた半導体処理装置。
16. 上記真空シール装置はコンプライアンスがある、請求項１５に記載の装置。
17. 上記キャリアはスライドを備え、これに沿って上記細長い部材が移動するように構成され、上記装置は、更に、上記細長い部材と上記スライドとの間に流体ベアリングを含む、請求項１５又は１６に記載の装置。
18. 上記流体ベアリングは、上記スライドに対して上記細長い部材を支持するように構成された支持部材と、第１の流体ベアリング面を形成するジンバル型ヘッドとを備え、上記細長い部材は、第２の流体ベアリング面を形成する、請求項１７に記載の装置。
19. 上記流体ベアリングの上記支持部材は、前記第１及び第２の流体ベアリング面に概略垂直な方向にコンプライアンスがある、請求項１８に記載の装置。
20. 上記細長い部材用駆動装置は少なくとも１つのリニアモーターを備えた、請求項１５から１９のいずれかに記載の装置。
21. 上記細長い部材は、２つのリニアモーター間に介在される、請求項２０に記載の装置。
22. 上記キャリアは、前記キャリアに対して位置が固定されたスライドを備え、上記装置は、更に、上記スライドと上記第１リニアモーターとの間に配置された第１ベアリングと、上記スライドと上記細長い部材との間の第２ベアリングとを備えた、請求項２１に記載の装置。
23. 上記第１ベアリングは、上記細長い部材をその前記端に向って支持するために配置された複数の流体ベアリング部材を備え、各流体ベアリングは、上記細長い部材の長手軸に概略垂直な方向にコンプライアンスのある支持部材と、第１の流体ベアリング面を形成するジンバル型ヘッドとを備え、上記スライドは、各流体ベアリング部材に対する第２の流体ベアリング面を形成する、請求項２２に記載の装置。
24. 前記フィードスルーは、上記細長い部材の長手軸に垂直な方向にコンプライアンスがあり、上記真空シール装置は差動ポンプ型真空シール装置である、請求項１５から２３のいずれかに記載の装置。
25. 上記細長い部材は、断面が概略円形であり、上記装置は、更に、上記細長い部材をその長手軸の周りで選択的に回転するように構成されたロータリー駆動手段を備えた、請求項１５から２４のいずれかに記載の装置。
26. 上記移動可能な細長い部材に作用する固定の力を平衡するように構成された力補償装置を更に備えた、請求項１５から２６のいずれかに記載の装置。
27. 半導体処理装置の真空チャンバーへ入ったり出たりの往復運動をするように細長い部材を取り付ける方法において、
    （ａ）キャリアに対して上記細長い部材を支持するステップであって、前記細長い部材の第１端に向って配置された少なくとも１つの荷重ベアリング装置により上記細長い部材を支持し、上記第１端が上記真空チャンバーの外部にあるようなステップと、
    （ｂ）上記真空チャンバーの内部とその外部との間で真空シール装置を通して上記細長い部材を取り付けるステップと、
    を備え、前記細長い部材により与えられる荷重は、上記又は各々の荷重ベアリング装置により実質的に支えられて、上記真空シール装置が往復運動中に上記細長い部材のための非荷重ベアリングガイドとして働くようにした方法。
28. 上記又は各々の荷重ベアリング装置は、長さを調整できるもので、その長さ調整方向にコンプライアンスのある支持体と、ジンバル型ヘッドとを備え、
    上記細長い部材を支持する上記ステップは、
    上記ジンバル型ヘッドが上記キャリアに当接するまで上記又は各々の荷重ベアリング装置の長さを調整する段階と、
    上記ジンバル型ヘッドの領域へ流体の供給を与えて、前記ジンバル型ヘッドを上記キャリアから持ち上げ、それにより、前記ジンバル型ヘッドと上記キャリアとの間に流体ベアリングを形成する段階と、
    を備えた請求項２７に記載の方法。
29. 半導体処理装置の、チャンバー壁部材を有する真空チャンバーへ入れられる細長い部材のフィードスルー用の真空シール装置において、
    上記壁部材に固定された外部マウント部であって、その長手軸が上記チャンバー壁部材を通る方向に延びるような外部マウント部と、
    上記外部マウント部の半径方向内方に取り付けられた内部ベアリング部であって、上記外部マウント部に対して移動可能で、それを通して上記細長い部材を受け入れるサイズにされ、且つ同様にその長手軸が上記チャンバー壁を通る方向に延びるような内部ベアリング部と、
    上記内部ベアリング部と上記外部マウント部との間に配置された複数のコンプライアンスのあるガスケットであって、上記内部ベアリング部及び上記外部マウント部の長手軸に沿って軸方向に離間されたコンプライアンスのあるガスケットと、
    を備えた真空シール装置。
30. 上記内部ベアリングに働く軸方向の力に対して反作用を与えるように構成された平衡おもりを更に備えた、請求項２９に記載の真空シール装置。
31. 上記平衡おもりは、上記外部マウント部に対して固定された反作用プレートを備えた、請求項３０に記載の真空シール装置。
32. 上記平衡おもりは、更に、上記反作用プレートを押し付けるジンバル型スラストプレート構成体を備えた、請求項３１に記載の真空シール装置。
33. 上記ジンバル型スラストプレート構成体は、第１及び第２のスラストプレートを含み、各スラストプレートは、２つの直径方向に対向したスラストボタンを含み、上記第１スラストプレートの上記スラストボタンは、上記第２スラストプレートのスラストボタンから直交方向にオフセットされ、上記第１スラストプレートの上記スラストボタンは、使用中に上記第２スラストプレートに対して押し付けられると共に、上記第２スラストプレートの上記スラストボタンは、次いで、使用中に上記反作用プレートに対して押し付けられる、請求項３２に記載の真空シール装置。
34. 上記平衡おもりは、上記内部ベアリング部に対して係留された高引張強度ワイヤを含む、請求項３０に記載の真空シール装置。
35. 上記内部ベアリング部は、第１の回転ベアリング面を与え、上記細長い部材は、第２の回転ベアリング面を与え、更に、上記真空シール装置には、前記第１と第２の回転ベアリング面間に流体ベアリングを形成するために流体供給源が設けられた、請求項２９から３４のいずれかに記載の真空シール装置。
36. 上記真空シール装置は、更に、上記真空シール装置の大気圧側にある上記細長い部材の第１部分と、上記真空チャンバー内にある上記細長い部材の第２部分との間に圧力差を維持するために上記内部ベアリング部内に差動ポンプ型グルーブを備えた、請求項３５に記載の真空シール装置。
37. アパーチャーが設けられたチャンバー壁を有する真空チャンバーと、
    上記チャンバー壁の上記アパーチャーを通して延びる細長いアーム、及び該細長いアームの第１端に取り付けられ且つ上記真空チャンバー内に配置された基板支持体を含む基板走査構成体であって、上記基板支持体が、処理されるべき基板を受け入れるように適応された前面、及び該前面とは反対の後面を含むような走査構成体と、
    上記基板走査構成体を、上記チャンバー壁を概略長手方向に通る第１方向、及び前記第１方向に概略直交する第２方向に移動するための走査構成体用駆動手段と、
    前記基板支持体に隣接してそれに対して固定関係で取り付けられたファラディーと、
    を備えた半導体処理装置。
38. 上記基板支持体を、上記細長いアームの前記第１移動方向に平行な軸の周りで、上記基板支持体の前記前面が入射イオンビームの方を向く第１位置と、上記基板支持体の前記後面がその入射イオンビームの方を向く第２位置との間で回転するための回転駆動手段を更に備えた、請求項３７に記載の装置。
39. 上記ファラディーは、上記基板支持体の前記前面付近に取り付けられ、上記装置は、更に、上記基板支持体が前記第２位置へ回転されたときにビームのプロフィールを決めるために上記基板支持体の後面付近でそれに固定関係で取り付けられた第２ファラディーを備えた、請求項３８に記載の装置。
40. 前記ファラディーは前部及び後部開口を有し、上記前部開口は、上記基板支持体の前面付近に配置され、更に、上記後部開口は、前記基板支持体の後面付近に配置される、請求項３８又は３９の記載の装置。
41. 上記基板支持体の後面は、半導体材料及びグラファイトを含むリストから選択された材料で形成されるか又はその材料が被覆される、請求項３８から４０のいずれかに記載の装置。
42. 上記細長いアームは、半導体材料及びグラファイトを含むリストから選択された材料が被覆される、請求項３８から４１のいずれかに記載の装置。
43. アパーチャーが設けられたチャンバー壁を有する真空チャンバーと、上記チャンバー壁の上記アパーチャーを通して延びる細長いアーム、及び該細長いアームの第１端に取り付けられ且つ上記真空チャンバー内に配置された基板支持体を含むビーム走査構成体であって、上記基板支持体が、処理されるべき基板を受け入れるように適応された前面、及び該前面とは反対の後面を含むようなビーム走査構成体とを備えた半導体処理装置においてイオンビームのプロフィールを決める方法であって、
    前記基板支持体の付近に、それに対して固定関係でファラディーを取り付けるステップと、
    上記ビーム走査構成体を、上記チャンバー壁を概略長手方向に通る第１方向、及び該第１方向に概略直交する第２方向の一方に、上記イオンビームがその第１又は第２方向に各々ファラディーと概略整列されるまで、移動させるステップと、
    上記ビーム走査構成体を前記第１及び第２方向の他方に走査して、上記イオンビームが上記ファラディーを横切って通過するようにするステップと、
    上記ビーム走査構成体が上記ファラディーを横切って走査されるときにファラディー出力信号を得るステップと、
    上記ファラディー出力信号から上記第１及び第２方向の前記他方において上記イオンビームのプロフィールを得るステップと、
    を備えた方法。
44. 上記基板走査構成体を移動する上記ステップの前に上記基板支持体にダミー基板を取り付けるステップを更に備えた、請求項４３に記載の方法。
45. 上記ファラディーは、その面にファラディーアパーチャーを有し、該ファラディーアパーチャーは、上記基板支持体の前面から離れてその後面の方を向き、上記方法は、更に、前記ファラディーアパーチャーがイオンビームの方を向くまで前記第１方向と平行な軸の周りで上記基板支持体を回転するステップを備えた、請求項４３又は４４に記載の方法。
46. 上記ビーム走査構成体は、更に、上記基板支持体の後面付近に取り付けられた第２のファラディーを備え、上記方法は、更に、上記基板支持体の前記後面が前記前面より前記イオンビームのソースに接近するまで、前記第１方向に平行な軸の周りで上記基板支持体を回転するステップを備え、
    前記ビーム走査構成体は、上記イオンビームが前記第２ファラディーと整列されるまで上記第１及び第２方向の前記一方に移動されると共に、前記第２ファラディーを横切って上記第１及び第２方向の前記他方に走査され、前記第２ファラディーの出力から上記イオンビームのプロフィールを得る、請求項４３から４５のいずれかに記載の方法。
47. 上記ビーム走査構成体を移動する上記ステップを実行する前に、上記基板支持体の前面をカバーするようにシールドを移動するステップを更に備えた、請求項４３から４６のいずれかに記載の方法。
48. 上記ファラディーは、アパーチャーを各々有する第１及び第２の互いの反対の側面を含み、上記ファラディーは、その第１側面が上記基板支持体の前面に隣接し且つその第２側面が上記基板支持体の後面に隣接するように取り付けられ、上記方法は、更に、上記ビーム走査構成体を移動する上記ステップの前に、
    上記基板支持体の前記後面が前記前面より前記イオンビームのソースに接近するまで、前記第１方向に平行な軸の周りで上記基板支持体を回転するステップを備え、
    上記イオンビームは、走査中に上記ファラディーの前記第２側面と整列されて、前記イオンビームのプロフィールを得る、請求項４３から４７のいずれかに記載の方法。
49. 請求項１から２９又は４０から４２のいずれかに記載の半導体処理装置内に取り付けられた基板へインプランテーションされるべきイオンのビームを発生するためのイオンビーム発生器を備えたイオンインプランテーション装置。
50. チャンバー壁アパーチャーを画成するチャンバー壁を有する真空チャンバーと、
    上記チャンバー壁により支持されたベースと、
    前記ベースに回転可能に取り付けられた環状ローターであって、該環状ローターは、上記チャンバー壁アパーチャーと一致するローターアパーチャーを画成し、更に、第１及び第２の概略平らな面を有している環状ローターと、
    上記ローターアパーチャー及びチャンバー壁アパーチャーを通して延びて、上記ローター及びチャンバー壁を通る長手方向に移動可能である細長い部材と、
    前記長手方向に上記細長い部材を往復運動させるように構成された細長い部材用駆動装置と、
    上記ローターの第１外面付近に取り付けられ、上記細長い部材及び上記駆動装置を支持するためのキャリアと、
    上記移動可能な細長い部材の往復運動方向に一般に垂直な方向に上記キャリアを往復運動させるように構成されたキャリア用駆動装置と、
    を備えた半導体処理装置。

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