JP2015517192A5 - 電極調整アセンブリ及び電極を調整する方法 - Google Patents
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Description
上述したように、イオン注入装置100は、電極を用いてイオン・エネルギーを操作する(即ち、イオンビーム中のイオンを誘導し、加速または減速させる)。例えば、複数の電極を用いて、イオンビームをイオン源から抽出して形成することができる。イオンビーム・エネルギーまたはイオンビーム電流の変化をもたらすためには、これらの電極の位置を調整する必要がある。機械的な位置ずれ(ミスアライメント)を修正するために、あるいは、イオンビーム方向を変化させるためには、これらの電極104の向きも調整する必要があり得る。電極104がより大きくなるに連れて、あるいは、イオンビーム10のサイズが増加するに連れて、これらの電極を単一端で支持することが、より挑戦的になる。従って、イオン注入装置内で大型電極の位置を調整して、所望の均一なイオンビームを維持するための改良された装置の必要性が存在する。
図2及び図3に、好適なソースチャンバ・アセンブリ120を示し、ソースチャンバ・アセンブリ120は、チャンバ部122、及び抑制/接地電極アセンブリ(「電極アセンブリ」)124を含むことができる。明らかなように、チャンバ部122の内部及び電極アセンブリ124は、動作中に高真空状態に晒されるのに対し、チャンバ部122の外側は、周囲環境条件に晒される。電極アセンブリ124は、チャンバ部122の外側に配置された第1及び第2マニピュレータ130、132に結合された第1及び第2端126、128を有する。後により詳細に説明するように、マニピュレータ130、132を用いて、電極アセンブリ124の第1及び第2端126、128を調整して、矢印「Z」の向きに電極アセンブリ124を通過するイオンビーム10(図1)の1つ以上の特性を調整することができる。
図4に、電極アセンブリ124、及び(図2及び図3に示す)チャンバ部122から切り離された第1及び第2マニピュレータ130、132を示す。この図には、第1及び第2作動アーム・アセンブリ134、136が見られ、それぞれが、第1及び第2マニピュレータ130、132を、電極アセンブリ124のそれぞれ第1及び第2端126、128に結合する。前述したように、電極アセンブリ124は、チャンバ部122の内部に配置されて高真空状態に晒される。第1及び第2マニピュレータ130、132は、チャンバ部122の外側にあり、周囲環境条件に晒される。第1及び第2作動アーム・アセンブリ134、136は、チャンバ部122を貫通しなければならないので、第1及び第2シールプレート(密閉板)138、140が、マニピュレータ130、132とチャンバ部122の外表面との間に配置されて、動作中に、周囲大気または他の汚染物質が貫通部を通してチャンバ部122の内部に入ることを防止する。
図5に、第1マニピュレータ130と電極アセンブリ124の第1端126との相互接続をより詳細に示す。説明は電極アセンブリ124の第1端126に関して進めるが、この説明は、第2マニピュレータ132と電極アセンブリ124の第2端128との相互接続にも同等に当てはまる。図に示すように、第1マニピュレータ130は、第1作動アーム・アセンブリ134を介して電極アセンブリ124の第1端126に結合されている。第1作動アーム・アセンブリ134は、第1マニピュレータ130と係合するように構成されたマニピュレータ・ロッド142を含むことができる。マニピュレータ・ロッド142はカラー144に結合することができ、カラー144は、マニピュレータ・ロッド142をスライド可能に受け入れることができる。カラー144はアーム部146に結合することができ、図示する実施形態では、アーム部146が曲線形状を有して、このアーム部146が電極アセンブリ124の遠端126aの周りに延びて、イオンビーム10(図3)が入射する側とは反対側で、電極アセンブリ124に接続されることができる。このようにして、第1作動アーム・アセンブリ134の一部分を、電極アセンブリ124の第1端126によってイオンビーム10から遮蔽することができる。
アーム部146は、第1軸ブロック148に固定することができる。第1軸ブロック148は、第1ピン接続部152を介して第2軸ブロック150に枢着することができ、これにより、第1及び第2軸ブロック148、150は、軸「X−X」の周りに、互いに対して回転可能である。一実施形態では、軸「X−X」は、イオンビーム10の短軸方向と同一直線上に整列させることができる。第2軸ブロック150は、第2ピン接続部156を介して装着ブラケット154に枢着することができ、これにより、第2軸ブロック150及び装着ブラケット154は、軸「Z−Z」の周りに、互いに対して回転可能である。一実施形態では、軸「Z−Z」が、イオンビーム10の進行方向(図3の矢印Z)と同一直線上に整列し、かつ軸「X−X」と直交する。このように配置された電極アセンブリ124と第1マニピュレータ130とは、互いに直交する2軸の周りに、互いに対して回転可能である。この配置は限定的ではなく、これらの軸ブロック148、150は、より少数またはより多数の自由度を与えるように配置することができることは明らかである。さらに、複数の自由度を与える場合、これらの軸ブロックは直交する関係である必要はない。
電極アセンブリ124の抑制電極は、動作中に高電圧に維持することができるのに対し、第1マニピュレータ130は接地電位に保持することができることは明らかである。このため、複数の絶縁体を、装着ブラケット154と電極アセンブリ124の第1端126との間に結合することができる。
上述したように、電極アセンブリ124は、「X−X」及び「Z−Z」軸の周りに、第1マニピュレータ130に対して旋回(枢動)させることができる。電極アセンブリ124は、第1作動アーム・アセンブリ134のマニピュレータ・ロッド142とカラー144との間のスライド(摺動)によって、「Y−Y」軸(図7)に沿って調整することもできる。一実施形態では、「Y−Y」軸が、イオンビーム10の長軸方向と同一直線上に整列する。設定ネジ160をカラー144の開口内に配置して、この設定ネジ160の先端がマニピュレータ・ロッド142と係合して、一旦、電極アセンブリ124の所望の「Y」位置が得られると、これら2者を定位置にロックすることができる。このことは、初期の手動調整ステップにおいて行うことができ、このステップでは、ユーザが電極アセンブリ124の「Y」位置を物理的に操作して、イオンビーム10に対する電極アセンブリ124の所望位置を得ることができる。しかし、適切な調整メカニズムを第1マニピュレータ130の一部として設けることによって、電極アセンブリ124の「Y」位置を自動制御することができることは明らかである。
動作中には、電極アセンブリ124は「Y−Y」方向に熱膨張する。従って、第1マニピュレータ130に関連する設定ネジ160を用いて、マニピュレータ・ロッド142とカラー144とを一緒にロックすることができるのに対し、第2マニピュレータ132に関連する設定ネジ160をなくして(あるいは、マニピュレータ・ロッド142と係合させないで)、マニピュレータ・ロッド142をカラー144内でスライド可能にして、動作中の電極アセンブリ124の膨張を受け入れることができる。
図6及び図7に、第1及び第2ピン接続部152、156を介した電極アセンブリの好適な移動モードを示す。図6は、電極アセンブリ124の第1端126が、第2ピン接続部156を介してZ−Z軸の周りに回転する様子を例示する。この動きは、マニピュレータ・ロッド142の矢印「A」の向きの移動によって生じさせることができ、矢印「A」は「X−X」軸(図5)と同一直線上に整列する。図7には、電極アセンブリ124の第1端126が、第1接続部154を介して「X−X」軸の周りに回転する様子を例示する。この動きは、マニピュレータ・ロッド142の矢印「B」の向きの移動によって生じさせることができ、矢印「B」は「Z−Z」軸(図5)と同一直線上に整列する。
明らかなように、第1及び第2マニピュレータ130、132、及び第1及び第2ピン接続部152、156を用いた電極アセンブリ124の第1及び第2端126、128の相対移動によって、電極アセンブリ124の広範囲の位置を実現することができる。電極アセンブリ124をこうした様式で移動させることによって、ビーム電流レベル、ビーム電流の均一性、等のようなイオンビーム10の1つ以上の特性の調整を行うことができる。注入プロセス前、注入プロセス中、または注入プロセス後にビーム電流パラメータを測定する場合、及び1つ以上のパラメータが所定範囲外に出た場合、第1マニピュレータ130を用いて電極アセンブリ124の位置を調整することによって、イオンビーム10を再調整することができる。
図8に、第1マニピュレータ130の構成要素を示す。以下の説明は、第1及び第2マニピュレータ130、132に同等に当てはまることは明らかである。第1マニピュレータ130はベースプレート161を含むことができ、ベースプレート161上にスライドテーブル162を装着して移動させることができる。スライドテーブル162は、マニピュレータ・ロッド142の端部を受け入れるための開口166を有するカラー164を受けるロッドを含むことができ、これにより、所望の動きをこのロッド、及び電極アセンブリ124の第1端126にも与えることができる。スライドテーブル162は、ベースプレート161に対して、矢印「A」及び「B」で示す互いに直交する2方向に移動するように配置することができる。図示する実施形態では、矢印「A」に沿ったスライドテーブル162の移動が、第1端126の「X−X」軸(図6)に平行な方向に移動を生じさせるのに対し、矢印「B」に沿った移動は、第1端126の、「Z−Z」軸(図5)に平行な方向の移動を生じさせる。
スライドテーブル162は、第1及び第2アクチュエータ168、170によってベースプレート161上を往復運動させることができる。図示する実施形態では、第1及び第2アクチュエータ168、170が、それぞれネジ176、178に結合された第1及び第2サーボモータ172、174を具えている。ネジ176、178は、スライドテーブル162に接続された第1及び第2フランジ180、182内の対応するようにネジ切りされた開口によって受け入れられる。明らかなように、サーボモータ172、174の起動によって、それぞれのベルト/プーリー構成184、186が、関連するネジ176、178を回転させる。ネジ176、178は、それぞれのモータ・ブラケット187、188(それ自体は、ベースプレート161に固定されている)に対して軸が固定されているので、ネジ176、178の回転は、ネジ山とフランジ開口内のネジ切りとのネジ回転の相互作用によって、それぞれのフランジ180、182の移動を生じさせる。フランジ180、182の移動は、ベースプレート161上でのスライドテーブル162移動を生じさせ、ベースプレート161は、マニピュレータ・ロッド142を所望量だけ移動させることができる。第1及び第2アクチュエータ168、170は、「A」及び「B」方向の移動の座標を入力することによって制御することができ、このことが、イオンビーム10の1つ以上の状態または特性を改善するか劣化させる。イオンビーム10の仕様を達成するまで、増分的調整を両軸方向に行うことができる。第1及び第2アクチュエータ168、170は、マニピュレータ・ロッド142の所望の移動をもたらすように独立して調整可能である。
図9及び10に、第1シールプレート138の具体例を示し、第1シールプレート138は、関連する第1マニピュレータ130を、電極アセンブリ124のチャンバ部122に対して密閉する。ここでも、この説明は、第2シールプレート140にも同等に当てはまる。第1シールプレート138は、マニピュレータ・ロッド142を通して受け入れるための開口185を有する。複数の溝190a、190b、及び190cが開口185を包囲して、動作中に、空気または他の気体のチャンバ部122内への進入に対する密閉を提供する。図示する具体例では、溝190a、190b、190cが、開口185の周りに対称ではない。こうした異なる間隔のギャップは、隣接するプレート及びそれらの開口どうしの相対運動を可能にして、大気圧とチャンバ部122内の高真空状態との間の、2段階の差動ポンピングを可能にする。図示していないが、エラストマーのO(オー)リングを、各溝190a、190b、190c内に配置することができる。
溝190a、190b、190cが一緒になって、差動ポンピング領域を構成することができ、この領域内で、溝190a、190b、190cが、第1マニピュレータ130のベースプレート161内の開口(図示せず)、あるいは中間プレート(図示せず)内の開口に結合される。これらの開口を、接続部192、194(図8参照)を介して吸引源に接続して、溝190a、190b、190cを通して気体を引き出すことができる。従って、周囲環境から進入する、及び/または、第1シールプレート138とチャンバ部122の間を通るあらゆる空気または他の気体が、チャンバ部の内部に達する前に、溝190a、190b、190cまたはシール間で引き出され、これにより、空気軸受または環境大気からチャンバ部122への気体の進入が、最小にされるか解消される。
中間シールプレート193を、第1シールプレート138とベースプレート161との間に設けることもできる。この中間シールプレート193は、図10中で最も良く見ることができる。中間シールプレート193は、マニピュレータ・ロッド142を通して受け入れるための開口195を有することもできる。図示していないが、中間シールプレート193は、第1シールプレート138に関して前に説明したものと同様の複数のポンプ溝を含んで、動作中に空気または他の汚染物質がチャンバ部122内に進入する機会を最小にすることができる。これらのポンプ溝を(例えば、接続部192、194を介して)吸引源に接続して、空気または他の気体を、これらがチャンバ部122の内部に到達する前に、これらの溝を通して引き出すことができる。
ここで図11〜15を参照すれば、電極124の種々の位置決めが示されている。これらの位置決めは、マニピュレータ130、132を用いて実現することができることは明らかである。これに加えて、電極アセンブリ124のこれら別個の位置決めを示しているが、開示する構成を用いて、他の幅広い種類の位置決めを実現することもできることは明らかである。これらの図は、電極アセンブリ124の断面を、第2調整アーム・アセンブリ136を見下ろす形で示す。図11は、接地電極196、抑制電極198、及び抽出電極200の相対位置を示す。前述したように、接地及び抑制電極196、198が一緒になって電極アセンブリ124を構成し、従って、これらの電極の位置は、抽出電極200及びイオンビーム10に対して操作することができ、イオンビーム10は、ギャップスロット202を通過するように示している。この図には、イオンが電極アセンブリ124に向かって流れ戻ることを防止するように構成された磁気抑制プレート204も示している。図に示すように、電極アセンブリ124は、接地及び抑制電極196、198のスロット206、208が、抽出電極200のギャップスロット202に対して中心が少しずれるように調整されている。図12は、図5に示す「X−X」軸に平行な矢印「A」の向きにシフトした電極アセンブリ124を示す。この位置で、電極アセンブリ124のこの部分のスロット206、208が、抽出電極200のギャップスロット202と整列する。図13は、矢印「B」の向きにシフトした電極アセンブリ124を示し、矢印「B」は、イオンビーム10の向き及び軸Z−Z(図5)の方向に平行かつ逆向きであり、従って、電極アセンブリ124の図示する部分は、抽出電極200のより近くにもって来られる。図14は、電極アセンブリ124を矢印「B」の向きにさらに調整した様子を示し、電極アセンブリ124は抽出電極200のさらに近くにもって来られる。
励起、抑制、及び接地電極200、196、198を、種々の適切な備品のいずれかを用いて事前位置合わせして、両マニピュレータ130、132のすべての軸についての「0位置」を取得することができる。その目的は、マニピュレータが始動し、電源を喪失するか意図的に遮断された際に戻る2方向のホームポジション(定位置)を提供することにある。
一部の実施形態では、X−X軸に沿った±7.5mmの移動、及びZ−Z軸に沿った±18mmの移動が促進されるが、他の移動量も可能である。マニピュレータ130、132は、電極アセンブリ124の重量を支持するように構成することができ、こうした電極アセンブリ124は、フラットパネルのような大型ワークピース用のイオンビーム10を収容する重量及び寸法を有する。
明らかなように、一対のマニピュレータ130、132の使用は、複数の移動モードを可能にする。まず、第1及び第2マニピュレータ130、132が一緒に同方向に移動して、電極アセンブリ124の全体をX−X及び/またはZ−Z軸に沿って調整することができる。一部の実施形態では、システムの設定または較正中に、あるいはレシピ作成及びビーム調整中に、X−X及び/またはZ−Z軸に沿った動きを調整することができる。より高いイオンビーム電流を抽出する際、あるいは、イオンビームのエネルギーがより低い際には、Z−Z軸方向の移動(即ち、抑制及び接地電極をイオン源の前面プレートのより近くに移動させる)の小さい値が一般に望ましい。ビーム位置ずれ(ミスアライメント)に対しては、X−X軸に沿った調整が一般に適正であり得る。
マニピュレータ130、132は、逆向きに移動させることもでき、このことは、電極アセンブリ124の中心を静止したままにしつつ、電極アセンブリ124の第1及び第2端126、128を、この中心に対して互いに逆向きに移動させる。こうした移動は、電極アセンブリ124の位置ずれを修正することができる。
さらに、マニピュレータ130、132の一方または両方を、X−X及び/またはZ−Z軸に沿って調整することができ、このことを、ΔXまたはΔZを調整すると称することができる。ΔX及びΔZをビーム調整中に用いて、位置ずれを調整することができる。この位置ずれは、抑制電極の電源上の高電流、システムを通って伝達されるより低い全イオンビーム電流として、あるいは、リボン・イオンビームに沿った位置の関数としての不均一なイオンビーム電流として現れることがある。機械的な位置ずれは、一般に、アセンブリ(組み立て)誤差、製造精度の限界に起因して、あるいは、注入装置の動作中に上昇する温度に起因した熱膨張により発生する。ΔX及びΔZを用いて、イオンビーム10の状態を調整することもできる。このことは、イオンビーム電流を上昇させることを含み、このことは、イオン源に向かうZ−Z軸に沿って行うこと、あるいはイオンビーム・エネルギーを変化させることを必要とし得る。より低いイオンビーム・エネルギーは、一般に、Z−Z軸に沿ったより小さい値を有する。X−X軸に沿った電極アセンブリ124の位置は、分析磁石と相互作用し、かつ、イオン注入装置を通るイオンビーム10の軌跡を決定し得る。
ここでは、マニピュレータに接続された電極アセンブリ124を具体的に開示したが、代案実施形態では、マニピュレータを、イオン注入装置内の個別電極に接続することができる。このことは、電極位置を調整するために使用するマニピュレータの数を増加させるが、より微細な位置決めも可能にする。明らかなように、本明細書に開示する実施形態の使用は、長尺または大型電極の動的な位置決めを可能にする。この位置決めは、大きな範囲の異なるイオンビーム10のエネルギーまたは抽出されるイオンビーム10の電流を反映することができる。
図15を参照すれば、電極アセンブリを調整する方法が記載されている。ステップ1000では、第1及び第2マニピュレータ130、132を、電極アセンブリ124の第1及び第2端126、128に用意する。第1及び第2マニピュレータ130、132は、電極アセンブリの第1及び第2端の位置を独立して調整するように構成することができる。ステップ1100では、第1及び/または第2マニピュレータ130.132を作動させて、電極アセンブリ124の第1及び/または第2端126、128を調整し、これにより、電極内の開口を通して受け入れたイオンビーム10のパラメータを調整する。ステップ1200では、イオンビーム10のパラメータを測定することができる。ステップ1300では、測定したパラメータが所定範囲外であるか否かについての判定を行う。ステップ1400では、第1及び/または第2アクチュエータ168、170を作動させて、電極アセンブリ124の第1及び/または第2端126、128を調整して、イオンビーム10のパラメータを、所定範囲内になるように調整することができる。
一部の実施形態では、電極の第1及び第2端126、128を調整するステップが、第1及び第2端126、128の一方を、互いに直交する2方向の少なくとも一方に移動させることを含む。他の実施形態では、電極の第1及び第2端126、128を調整するステップが、第1及び第2端126、128を、互いに直交する2方向の少なくとも一方に移動させることを含む。追加的な実施形態では、互いに直交する2方向のうち第1の方向を、イオンビーム10の進行方向と同一直線上に整列させる。他の実施形態では、第1及び第2端126、128の少なくとも一方を、互いに直交する2方向の少なくとも一方に移動させることが、第1及び第2端126、128に関連する第1及び第2マニピュレータ・アセンブリに、それぞれの力を加えることを含む。それぞれの力を加えることは、第1及び第2マニピュレータ・アセンブリ168、170に結合された第1及び第2アクチュエータの位置を調整することを含むことができる。上記それぞれの力は、真空チャンバ外に配置したアクチュエータを介して加えることができ、ここで、第1及び第2マニピュレータ・アセンブリは、真空チャンバ内に配置されている。
Claims (15)
- ワークピース処理用の電極調整アセンブリであって、
第1端及び第2端を有する電極と;
前記第1端に結合された第1マニピュレータ、及び前記第2端に結合された第2マニピュレータとを具え、前記第1及び第2マニピュレータは、前記電極の前記第1端及び前記第2端を選択的に移動させるように構成され、
前記第1及び第2マニピュレータは、独立して作動可能であり、これにより、前記電極の前記第1端及び前記第2端を、互いに独立して調整することができることを特徴とする電極調整アセンブリ。 - 前記第1及び第2マニピュレータが、前記電極の前記第1端及び前記第2端を独立して移動させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電極調整アセンブリ。
- 前記第1及び第2マニピュレータが、前記電極の前記第1端及び前記第2端を、互いに直交する第1及び第2軸に沿って移動させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電極調整アセンブリ。
- 前記第1及び第2マニピュレータが、第1及び第2ピン接続部を具え、前記第1及び第2マニピュレータが、真空チャンバ内の開口を通して配置された第1及び第2アクチュエータを介して作動可能であることを特徴とする請求項1に記載の電極調整アセンブリ。
- 前記第1及び第2アクチュエータが、前記真空チャンバの外側にあるそれぞれのアクチュエータと係合し、前記電極、及び前記第1及び第2マニピュレータが、前記真空チャンバ内に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の電極調整アセンブリ。
- ワークピース処理用の電極調整アセンブリであって、
第1端及び第2端を有する電極アセンブリと;
前記第1端に結合された第1マニピュレータ、及び前記第2端に結合された第2マニピュレータとを具え、
前記第1及び第2マニピュレータは、前記電極アセンブリの前記第1及び第2端を、選択的に独立して移動させるように構成されていることを特徴とする電極調整アセンブリ。 - 前記第1マニピュレータが、前記電極アセンブリの前記第1端を、互いに直交する第1及び第2軸に沿って移動させるように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の電極調整アセンブリ。
- 前記第2マニピュレータが、前記電極アセンブリの前記第2端を、前記互いに直交する第1及び第2軸に沿って移動させるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の電極調整アセンブリ。
- 前記第1及び第2マニピュレータ、及び前記電極アセンブリが真空チャンバ内に配置され、前記第1及び第2マニピュレータが、前記真空チャンバの壁面内の少なくとも1つの開口を通るそれぞれのアクチュエータを介して、前記真空チャンバ外に配置されたアクチュエータに結合されていることを特徴とする請求項6に記載の電極調整アセンブリ。
- 前記第1及び第2マニピュレータが、第1及び第2ピン接続部を具え、互いに直交する第1及び第2軸が、それぞれイオンビームの進行方向及び前記イオンビームの短軸と同一直線上に整列していることを特徴とする請求項9に記載の電極調整アセンブリ。
- ワークピース処理操作の一部として電極を調整する方法であって、
前記電極の第1及び第2端を、独立して制御可能なそれぞれ第1及び第2マニピュレータを用いて調整するステップであって、前記第1及び第2マニピュレータが、それぞれ前記第1及び第2端に関連するステップを含み、
前記第1及び第2端を調整するステップによって、前記電極内の開口を通して受け入れたイオンビームのパラメータを調整することを特徴とする方法。 - 前記電極の前記第1及び第2端を調整するステップが、前記電極の前記第1及び第2端を独立して調整して、前記イオンビームのパラメータを調整することを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記電極の前記第1及び第2端を調整するステップが、前記第1及び第2端の一方を、互いに直交する2つの方向の少なくとも一方に移動させることを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記第1及び第2端の少なくとも一方を、前記互いに直交する2つの方向の少なくとも一方に移動させることが、前記第1及び第2端に関連する第1及び第2マニピュレータ・アセンブリに、それぞれの力を加えることを含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記それぞれの力を加えることが、前記第1及び第2マニピュレータ・アセンブリに結合された第1及び第2アクチュエータの位置を調整することを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
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