JP4329693B2 - 注入角度を調整可能にするイオンビーム注入装置用の加工物支持構造体 - Google Patents

Description

本発明は、イオンビーム注入装置の注入チャンバーに連結され、注入角度を調整可能にする加工物支持アセンブリまたは構造体に関し、特に、イオンビームに対して加工物の回転及び直線移動を与えるとともに、加工物の注入角度を選択でき、かつ加工物を選択された注入角度で直線経路に沿って加工物を移動させ、イオンビームが注入チャンバーに入る位置からイオンビームと加工物の注入表面の交点までの距離が、加工物の移動中一定に保たれるような加工物支持アセンブリまたは構造体に関する。

イオンビーム注入装置は、半導体ウエハ内に導電率を変える不純物を添加するのに広く用いられる。イオンビーム注入装置は、正に帯電したイオンの所望種からなるイオンビームを発生させる。このイオンビームは、半導体、基板、またはフラットパネル等の加工物の露出表面上に衝突し、これによって所望のイオンを加工物の表面にドーピング即ち注入を行う。

いくつかのイオン注入装置は、単一の、比較的大きなウエハ加工物を注入チャンバー内に支持するように配置して注入を行うシリアル型注入方式を用いる。この注入は、一度に１つの加工物に対して行われる。加工物がビームライン上にあり、そして、所望量のイオンを注入するためにイオンビームが加工物上を反復して走査されるように、支持体が指向される。この注入が完了すると、加工物は、支持体から取り除かれ、別の加工物が注入のために支持体上に配置される。

最近では、半導体産業の傾向として、より大きなウエハ加工物、例えば、直径３００ｍｍのウエハが用いられるようになってきた。フラットパネル等の大きなウエハ加工物または他の加工物を注入する能力がますます望まれるようになってきた。加工物を連続的に注入する１つの方法は、扇形に広がったまたはリボン型の走査されるイオンビームの前に加工物を移動させることである。このようなイオンビームは、加工物の全幅に対して均一に注入ができるように十分広くなっている。加工物全体を注入するために、イオンビームの方向すなわち長さ方向を横切る第２の動きが必要とされる。さらに、特定の加工物に対して注入角度を変えて注入できることが望ましい。この注入角度は、イオンビームと加工物の処理表面との間に形成される入射角度である。注入角度０°は、加工物の注入表面がイオンビームラインに直交することを意味する。

従来のイオンビーム注入装置における加工物支持構造体の１つの欠点は、注入角度０°以外で、イオンビームラインに垂直な移動経路に沿って加工物を移動させると、イオンビームが加工物の注入表面に衝突する前に注入チャンバー内をイオンビームが移動する距離が変わることである。別の方法で述べると、注入角度が０°でない場合、加工物は、イオンビームラインに対して傾斜しているように見える。このように傾斜した加工物がイオンビームラインに対して垂直に移動する場合、イオンビームの方に傾斜した加工物の一部分が注入されるとき、注入表面に衝突する前に注入チャンバー内をイオンビームが移動する距離は、加工物の注入表面が中央位置でのビーム距離と比較して減少することになる。一方、イオンビームから離れて傾斜した加工物の一部分が注入されると、注入表面に衝突する前に注入チャンバー内を移動する距離は、加工物の注入表面の中央でのビーム距離と比較してより大きくなるであろう。

明らかに、加工物の注入表面の一端から注入表面の他端へ注入が移動するとき、加工物が大きくなるほどかつ注入角度が０°よりも大きくなるほど、注入チャンバー内のイオンビームが横切るビーム距離における差が益々大きくなる。イオンビームはビーム経路上を拡散する傾向にあるので、一定ではないビーム距離は、加工物の注入表面の全体にわたり均一なイオン注入量を達成できなくなる。こうして、より大きなウエハを用いることにより、この一定でないビーム距離の問題を悪化させることになる。

加工物の注入表面を均一に注入するために、加工物の注入表面に衝突する前に注入チャンバー内のイオンビームが横切る距離がほぼ一定に保たれることが望ましい。望まれることは、所望の注入角度を選択する能力、および、加工物が注入処理中にイオンビームラインに対して移動している間において、注入チャンバー内へのイオンビームの入来位置と注入表面に衝突する位置との間のビーム距離をほぼ一定に維持する能力を与える加工物支持構造体を提供することである。

本発明の例示的な実施形態の１つは、真空、即ち注入チャンバー内の加工物を支持するための加工物支持構造体を有するイオンビーム注入装置にかかわる。

このイオンビーム注入装置は、１つの軸線に沿って走査される移動経路に沿って移動するイオンビームを発生させるイオン源を含んでいる。加工物は、注入チャンバー内の加工物支持構造体によって支持され、加工物がイオンビームによって加工物の注入表面に注入させるために、走査されたイオンビームの移動経路に交差するように配置される。有利なことに、加工物支持構造体は、次の特徴、
(a)所望の注入角度を選択すること、
(b)注入チャンバー内へのイオンビームの入来位置と注入表面に衝突する位置との間のビーム距離をほぼ一定に維持しながら、イオンビームを注入表面に注入するために加工物を移動すること、を有する。

加工物支持構造体は、注入チャンバーに連結され、加工物を支持する。加工物支持構造体は、注入チャンバーに回転可能に連結される第１回転部材を含み、この第１回転部材は、
イオンビームの経路に垂直な回転軸を有し、第１回転部材の幅を貫きかつ前記第１回転部材の回転軸からオフセットされた開口を形成する。加工物支持構造体は、さらに、第１回転部材に回転可能に連結され、かつ第１回転部材の回転軸からオフセットされた回転軸を有する第２回転部材を含んでいる。第２回転部材は、第１回転部材の開口の上に横たわりかつシールされる。

さらに、加工物支持構造体は、第２回転部材に固定された駆動機構を含む。この駆動機構は、第１回転部材の回転軸に一致する回転軸を有しかつ注入されるべき加工物の注入表面に整合する回転駆動部を含んでいる。加工物ホルダーが駆動機構の回転駆動部に取り付けられ、このホルダーは、第１、第２回転部材を貫通して注入チャンバー内に伸びており、また注入チャンバー内の加工物を支持する。駆動機構の回転駆動部と第１回転部材の回転は、注入チャンバー内のイオンビーム経路に関して加工物の注入角度を変化させる。第１回転部材、第２回転部材、及び駆動機構の回転駆動部の適切な回転は、選択された注入角度を維持しながらイオンビームを横切る方向に移動経路に沿って加工物の直線移動をもたらす。

有利なことに、注入チャンバー内へのイオンビームの入来位置と、イオンビームと加工物表面の交差位置との間の距離が、ビームの移動経路に沿って加工物が移動する間、ほぼ一定に維持される。

これら及び他の目的、利点、及び本発明の例示的な実施形態の特徴は、添付する図面と共に詳細に説明される。

図面を参照すると、図１において、イオン注入装置１０が示されている。この注入装置は、イオンを作り出すイオン源１２を含み、イオン源は、エンドステーションまたは注入ステーション２０へのビーム経路１６を横切るイオンビームを形成する。注入ステーションは、内部領域２２ｅを形成する真空室すなわち注入チャンバー２２を含み、その内部領域内には、イオンビーム１６によってイオン注入するための半導体ウエハまたはフラットパネルまたは基板等の加工物２４が配置される。電子制御装置（概略２６で示される）は、加工物２４によって受けいれられるイオン注入量を監視しかつ制御するために設けられている。電子制御装置２６へのオペレータ入力は、ユーザー操作盤２７を介して行われる。

イオン源１２は、加工物２４に衝突するイオンビーム１４を発生させる。イオンビーム１４内のイオンは、イオン源１２と注入チャンバー２２の間のビーム経路に沿って所定の距離をイオンビームが横切るように拡散する傾向にある。このイオン源１２は、イオン源材料が噴射される内部領域を形成するプラズマチャンバー２８を含んでいる。イオン源材料は、イオン化ガスまたは気化したイオン源材料を含むことができる。

ビーム経路１６に沿って分析磁石３０が配置されており、この分析磁石は、イオンビーム１４を偏向させ、ビームシャッタ３２を介してイオンビームを指向させる。イオンビーム１４は、ビームシャッタ３２に続いて、ビームを焦点調整する四極子レンズシステム３６を通過する。ビーム経路１６が偏向電極３８,４０を通過して伸びており、イオンビーム１４は、注入チャンバー２２内のイオンビーム１４の一部分がリボンイオンビーム１４aとなるようなリボン型イオンビームを発生させるために、反復的に偏向されまたは走査される。このリボン型イオンビーム１４aは、注入チャンバー２２の前壁２２ｂに設けた開口２２aを通って注入チャンバー２２内に入る。リボン型イオンビーム１４aは、非常に狭い略矩形状、即ち１つの方向、例えば、水平方向、即ち、ｘ方向（図５では、Ｗで示される）に伸び、直交する方向、即ち、鉛直方向であるｙ方向に非常に制限された長さを有するイオンビームである。

注入チャンバー２２内を移動するリボン型イオンビーム１４ａは、水平方向、即ち、ｘ方向（図１及び図５）に伸びており、そして、加工物２４が水平寸法で３００ｍｍ（または直径３００ｍｍ）を有する場合、一般的に、リボン型イオンビーム１４ａの長さは、加工物２４のサイズ全体を注入するのに十分である。電子制御装置２６は、注入チャンバー内で加工物２４の衝突時、リボン型イオンビームの水平長さＷが、３００ｍｍの加工物に対して３００ｍｍ以上となるように電極３８を適切に励起させる。

以下で説明するように、加工物支持構造体１００は、リボン型イオンビーム１４に対して加工物２４を支持しかつ移動させ、注入動作時に、加工物２４の全体の注入表面２５がイオンで均一に注入されるようにする。上述した走査技術に加えて、従来の技術において、注入チャンバー２２内のリボン型イオンビーム１４ａのリボン形状が複数の方法で作り出せることがわかっている。例えば、プラズマ室２８のアーク状スリットは、作り出されるイオンビームが最初からリボン形状を有するように形作られる。本発明は、イオンビームを形作るために特別の技術または構造を用いることに限定されない。

加工物を連続的にイオン注入するためのイオン注入装置についての詳細は、１９９０年１２月４日にレイ(Ray)等に付与された特許文献１及び１９８８年８月２日にマイロン(Myron)に付与された特許文献２に記載されている。これらの２つの特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに参考としてそれぞれの全体が包含される。
米国特許第４，９７５，５８６号明細書 米国特許第４，７６１，５５９号明細書

注入チャンバーの内部領域２２ｅは排気される。２つのロボットアーム４２,４４が注入チャンバー内に取り付けられ、加工物支持アセンブリまたは支持構造体１００に対して自動的にウエハ等の加工物をロード及びアンロードする。図１では、加工物２４は水平ロード位置に置かれている。従来のイオン注入では、加工物支持構造体１００は、加工物２４を注入するために垂直またはほぼ垂直位置に回転する。加工物２４が垂直位置にあると、即ち、加工物がイオンビーム１４に対して直交していると、注入角度、すなわち入射角度は、０°である。望ましくないチャネル効果を最小にするために、一般的に、ゼロではないが小さな注入角度がこれまで選択されてきた。

一般的な注入作業において、加工物２４をロボットアーム５４の近くに運ぶシャトル５２によって、ドーピングされていない加工物が第１カセット５０から引き出され、ロボットアームがこの加工物をオリエンター５６に移動し、このオリエンター上で加工物２４が特定の結晶方向に回転される。ロボットアーム５４は、指向された加工物２４を受け取ってこれを注入チャンバー２２に隣接する載置ステーション５８に移動する。載置ステーション５８は、閉じられて、所望の真空度に減圧され、そして、注入チャンバー２２を開く。注入チャンバー２２内の第１ロボットアーム４２は、加工物２４を掴み、加工物を注入チャンバー２２内に運んで、加工物支持構造体１００の静電クランプまたは静電チャック１０２上に載置する。静電クランプ１０２は、注入中、加工物を適所に保持するために励磁される。適当な静電クランプ１０２は、１９９５年７月２５日にブレイク(Blake)等に付与された特許文献３および１９９５年８月２２日にブレイク(Blake)等に付与された特許文献４に記載されている。これらの２つの特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに参考としてそれぞれの全体が包含される。
米国特許第５，４３６，７９０号明細書 米国特許第５，４４４，５９７号明細書

加工物２４のイオン注入の後で、加工物支持構造体１００は、水平位置に加工物を戻し、そして、静電クランプ１０２が加工物を解放するために消勢される。注入ステーション２２の第２ロボットアーム４２は、注入済み加工物２４を掴み、そして、これを注入チャンバー２２から荷降ろしステーション６０に移動する。荷降ろしステーション６０からロボットアーム６２が第２カセット６６に加工物を載置するシャトル６４に、注入済み加工物２４を移動する。

加工物支持構造体１００は、電子制御装置２６によって操作され、注入中、加工物２４を支持するとともに、有利なことに、注入チャンバー２２内のリボン型イオンビーム１４ａに対して加工物２４の回転及び並進移動の両方を可能にする。この回転能力によって、加工物支持構造体１００は、加工物２４の注入表面２５とイオンビーム１４との間の所望の注入角度（ＩＡ）即ち入射角度を選択することができる。

この並進移動または直線移動の能力によって、加工物支持構造体１００は、注入中、所望の注入角度（ＩＡ）に一致する平面に沿って加工物２４の注入表面を移動させることができる。これにより、所望の注入角度を維持するとともに、付加的に、リボン型イオンビーム１４ａが注入チャンバーの内部領域２２ｅへの入口位置からイオンビームが加工物２４の注入表面２５に衝突する交点（実際にはイオンビームは、リボンイオンビームなのでライン）までのほぼ一定の距離ｄ（図１参照）を保持する。このほぼ一定の距離は、注入表面２５の全体の注入中の間、維持される。すなわち、全体の注入表面が、垂直方向、即ちＹ方向に注入されるように、所望の注入角度（ＩＡ）に一致する平面において、リボン型イオンビーム１４ａに対して横切って加工物２４が移動する場合に、ほぼ一定の距離が維持される。

注入チャンバー２２内を通過して、加工物２４上にイオンビーム１４ａが衝突するまでの間におけるイオンビーム１４ａのほぼ一定の距離の維持、すなわちイオンビームの移動経路を維持することは、加工物２４の注入表面２５全体にわたって均一なイオン注入特性を得るために大いに好ましいことである。加工物支持構造体１００を見る別の方法は、イオン源１２から、イオンビームが加工物の注入表面２５に衝突する交点までのイオンビームの移動経路をほぼ一定にすることである。

生産作業中、半導体ウエハの加工物または平面パネルの加工物が連続的に注入される。すなわち、１つの加工物の注入が完了すると、静電クランプ１０２が消勢して加工物を解放する。そして、注入済み加工物が自動的に注入チャンバー２２から取り除かれ、他の加工物が静電クランプ１０２の支持表面１０４に配置され、そして、この静電クランプが適切に励磁されて支持表面１０４上に加工物を強固に保持する。

加工物支持構造体１００は、図２〜図５に最も良く示されている。静電クランプが加工物のローディング位置及びアンローディング位置(図１）にあるとき、加工物２４が静電クランプ１０２の支持表面１０４上に載置された後で、加工物支持構造体１００が、加工物２４を注入位置に回転させる。図４及び図５には、注入位置にある加工物２４を支持する静電クランプ１０２を示している。図１は、破線で注入位置にある加工物２４の位置を示し、距離ｄは、イオンビーム１４ａが注入チャンバー２２から入来して加工物に衝突するまでの距離である。

加工物２４の注入中、加工物支持構造体１００は、注入表面２５全体に所望のイオンが衝突して注入されるように、リボン型イオンビーム１４ａを横切る方向に加工物２４を移動する。図５の概略図で見られるように、加工物２４に衝突する交点でのリボン型イオンビーム１４ａは、加工物２４の直径よりも大きいＸ方向（図１及び図５に示すＸ軸で表される）における幅Ｗを有している。それゆえ、加工物の完全な注入に対して、このＸ方向における加工物の並進移動を必要としない。

図１で最も良く見られるように、加工物支持構造体１００は、注入チャンバー２２の側壁２２ｃに固定され、注入チャンバーの側壁２２ｃに設けた開口２２ｄを通って、注入チャンバー２２の内部領域２２ｅ内に伸びている。この加工物支持構造体１００は、第１回転部材１１０と、第１回転部材１１０に回転可能に取り付けた第２回転部材１５０と、第２回転部材１５０に取り付けた駆動機構２００とを含んでいる。第１回転部材１１０と第２回転部材１５０は、それぞれの円形軌道リニアモータ１４０,１９０によって駆動される（図４）。各円形軌道リニアモータ１４０,１９０は、円形パターンに配置された電磁コイル１４２，１９２を含んでいる。この円形軌道リニアモータ１４０,１９０は、さらに、対応する一組の永久磁石１４４，１９４を含み、これらの磁石は、それぞれの磁石軌道プレート１４６，１９６上に支持される。電磁コイル１４２，１９２は、注入チャンバー２２に対して第１、第２回転部材１１０,１５０の回転を正確に制御するために、電子制御装置２６によって適切に励磁される。

加工物支持構造体の第１回転部材１１０は、静止のフラット支持プレート１１２を含む。この支持プレート１１２は、注入チャンバー２２に固定され、好ましくは、注入チャンバーの側壁２２ｃに固定される。支持プレート１１２は、注入チャンバーの側壁２２ｃの開口２２ｄに整合した開口１１４を含んでいる（図１）。

第１回転部材１１０は、また、注入チャンバー２２に回転可能に連結されるハブ１２０を含み、さらに、回転部材１１０の支持プレート１１２に回転可能に連結される。ハブ１２０は、軸受アセンブリ１１６によって支持プレート１１２に取付けられる。ハブ１２０は、ハブの幅を貫通して伸びる、概略フットボール形状に貫通孔すなわち開口１２１を含んでいる。開口１２１は、異なる曲率半径を有する２つの交差する弓形状部材によって形成される。開口１２１の境界線は、図３において破線で示されて参照符号Ｏで表す。開口Ｏの長手方向長さは、図３においてＬとして表わされている。本発明の１つの実施例において、開口Ｏは、長手方向の長さが６０ｃｍである。この開口１２１は、注入チャンバーの側壁２２ｃの開口２２ｄに整合している。

第１回転部材のハブ１２０は、軸受アセンブリ１１６によって支持プレート１１２に取り付けられる。好ましくは、軸受アセンブリ１１６は、注入チャンバー２２に関して支持プレート１１２の回転を与えるために、円形軸受ケージ１１９内に配置された複数のボールまたはローラ軸受１１８を含むボールまたはローラ軸受アセンブリである。代わりに、当業者に知られた他の機械式ボールまたはローラ軸受を用いることができ、機械的軸受アセンブリの代わりに、非接触のエア軸受が従来技術の1つによって認められるように適切に使用することができる。

注入チャンバー２２の内部領域２２ｅ（図１）と、差動的に吸引される円形またはラジアル式の真空シールシステム１３０によって外部雰囲気との間で真空が維持される。この真空シールシステム１３０は、接触型の真空シールである。図４に良く示されるように、真空シールシステム１３０は、支持プレート１１２の上部表面１１２ａに加工または形成される円形チャネル１３６によって分離された２つの円形の凹部すなわち溝１３４を含んでいる。溝１３４の各々には、Ｏリング及びほぼ四角形断面を有するプラスチックシール１３８が配置される。２つのシール１３８の各上部表面は、ハブ１２０の底部表面すなわち下側表面１２０aを支持する。

チャネル１３６は、支持プレート１１２に設けたオリフィス(図示略)を介して真空ポンプ(図示略)に流体連通している。支持プレートに固定された真空ポンプは、チャネル１３６内を真空にするように作動し、これにより、外側及び中間Ｏリング１３７及びプラスチックシール１３８の組み合わせにより形成されたシールを介して外部環境から進入した空気および／または汚染物質を取り除く。さらに、作動的に吸入する円形真空シールシステムに加えて、他のリップシールまたはポリマー材料のシール構造等の他のシール構造が適当でありかつ本発明の予想される範囲内にある。

さらに、非接触真空シールシステムが、真空シールシステムとして適当である。非接触シールシステムにおいて、Ｏリング及びプラスチックシールは使用されない。代わりに、１つ以上の円形チャネル（チャネル１３６等の）支持プレート１１２の下側表面１１２ａに形成される。真空ポンプは、この円形チャネルに真空を導くように作動する。

第１回転部材１１０は、リボン型イオンビーム１４ａに対して注入チャンバー２２内で加工物２４を±９０°の範囲で回転することができる。第１回転部材１１０の中央線、即ち回転軸（図２においてＡＲ１として破線で示す）は、加工物の注入表面２５または前面に整合している。

加工物支持構造体１００は、さらに、第１回転部材１１０に回転可能に取り付けられる第２回転部材１５０を含む。第２回転部材は１５０は、支持プレート１５２を含み、この支持プレートは、軸受アセンブリ１６０によって第１回転部材のハブ１２０に取り付けられる。好ましくは、軸受アセンブリ１６０は、ボールまたはローラ軸受アセンブリであり、このアセンブリは、円形軸受ケージ１６３内に配置された複数のボール軸受またはローラ軸受１６２を含み、第１回転部材１１０に関して第２回転部材１５０の回転を与える。

ボール軸受またはローラ軸受等の機械的な軸受アセンブリの代わりに、好ましくは、従来技術の1つとして認められているように、非接触ガス軸受を使用することができる。

第２回転部材１５０は、第１回転部材の開口１２１を覆いかつシールする。第１回転部材１１０と第２回転部材１５０の間の真空は、差動的に吸引される、上述した真空シールシステム１３０と同様の円形の真空シールシステム１８０によって維持される。図４においてよく見られるように、真空シールシステム１８０は、第１回転部材のハブ１２０の上部表面１２０ｂに加工または形成された円形チャネル１８６によって分離された２つの円形凹部または溝１８４を含んでいる。２つの溝１８４の各々には、ほぼ四角形状のＯリング及びプラスチックシールが配置されている。２つのシールの各上部表面は、第２回転部材の支持プレート１５２の下部表面１５２ａに支持されている。

チャネル１８６は、第２回転部材の支持プレート１５２に設けたオリフィス(図示略)を介して真空ポンプ(図示略)に流体連通している。この真空ポンプは、ハブ１２０に固定され、チャネル１８６内に真空を導くように作動する。これにより、外側及び中間Ｏリング及プラスチックシールの組み合わせによって形成される２つのシールを介して外側大気環境から漏れるいかなる空気および／または汚染物質を取り除く。差動的に吸引される円形真空システムに加えて、リップシール、または他のポリマー材料のシール構造等の他のシールシステム構造も利用することができ、かつこれらのシール構造は、本発明の範疇に属するものである。当業者によって知られる非接触真空システムもまた、真空シールシステム１８０に適合させることができる。

第２回転部材１５０は、第１回転部材１１０に関して±１８０°の範囲で回転を可能にする。第２回転部材１５０の中心線または回転軸（図２でＡＲ２で示す）は、第１回転部材の回転軸のＡＲ１の回転軸から２５０〜３００ｍｍだけオフセットされている。

駆動機構２００は、第２回転部材１５０上に取り付けられる。この駆動機構２００は、好ましくは、モータまたは中空軸のサーボアクチュエータ（図４および図５に概略図示されている）である。駆動機構は、中空軸を含んでいる。回転可能な駆動部の回転軸は、第１回転部材１１０の回転軸ＡＲ１の回転軸または中心線と整合している。適当な中空軸サーボアクチュエータは、ニューヨーク州、11788 ホーポージ キャボット コート ８９番地のＨＤシステム社（www.hdsystemsinc.com)で製造されている。

駆動機構２００に加工物ホルダー２０４が取り付けられ、このホルダーは、第１、第２回転部材１１０，１５０を貫通し、注入チャンバーの内部領域２２ｅ内に伸びている。注入チャンバー２２内の加工物ホルダー２０４の一部分２０６は、リボン型イオンビーム１４ａによって注入のために加工物を移動させるのに用いられる。加工物ホルダー２０４と第２回転部材１５０との間の真空は、真空シールシステム２１０によって維持される。この真空シールシステム２１０は、上述した真空シールシステム１３０,１６０と同様の、差動的に吸引され、接触型の円形真空シールシステムが好ましい。

この真空シールシステム２１０は、Ｏリング及びプラスチックシールからなり、これらは、駆動機構２００の取り付け支持体２０１（図４）に設けた一対の円形凹部内に配置されている。一対の凹部２１１間には、オリフィスによって真空ポンプに連結されるチャネル２１２が配置される。この真空ポンプは、チャネル２１２内に真空を導く。

さらに、Ｏリング及びプラスチックシールに加えて、リップシール或いは他のポリマー材料によるシール構造またはフェロフルイデック(ferrofluidic)シール等の他の接触型のシールシステムが、真空シールシステム２１０のために適当であり、本発明の考慮される範囲内にある。非接触真空シールシステムもまた、真空シールシステム２１０のために適当である。

第１、第２回転部材１１０、１５０及び駆動機構２００は、加工物ホルダー２０４を０〜３６０°の間で回転することができる。これにより、加工物２４を注入における所望の注入角度（ＩＡ）に設定することができる。所望の注入角度が一旦得られると、注入表面２５への注入のために加工物２４の往復直線運動が第１、第２回転部材１１０、１５０と回転可能な駆動部２０２の同時及び調和した回転を達成させることができる。これら３つの要素１１０、１５０、２０２の適切な回転が、注入チャンバーの内部領域２２eの加工物２４の直線移動を作り出す電子制御装置２６によって制御される。

加工物２４の往復直線運動は、加工物の注入表面２５の直交ベクトルに垂直である。加工物支持構造体１００の多数の独立した自由度または動きによって、リボン型イオンビーム１４ａの前側に位置する加工物２４に対して一定の焦点距離でスキャンすることを可能にする。言い換えれば、注入チャンバー２２へのイオンビーム１４の入口から、加工物注入表面２５上のリボン型イオンビーム１４ａの衝突ラインまでの距離は、選択されたいかなる注入角度に対しても一定である。この注入角度、即ち、イオンビームと往復直線動きの軸線との間の角度は、０°〜８９°の間で変化することができる。これは、第１回転部材１１０の回転によって達成される。こうして、加工物支持構造体は、リボン型イオンビームの前側に位置する加工物２４の多数の注入角度またはスキャン角度を可能にして、一定の焦点距離、即ち、図１で示されるように一定の距離ｄを可能にする。

加工物２４は、静電クランプまたはチャック１０２によって加工物ホルダー２０４に対して保持される。静電チャック１０２は、注入中、加工物２４から移送されるエネルギーまたは熱を取り除くために冷却される。４つまたは８つの注入を可能にするために、電磁クランプ１０２は、好ましくは、クランプ１０２の加工物支持表面１０４を加工物ホルダー１５６の末端２１８内で３６０°まで回転することができるように、モータに作動連結される。

静電クランプ１０２の回転中心線または回転軸が、図５において破線のＡＲ３ラインで示され、この中心線は、加工物２４の中心線に一致している。静電クランプ１０２の回転は、電気モータ(図示略)によって達成され、このモータは、加工物ホルダーの遠方端２１８内に取り付けられ、かつ静電クランプ１０２に連結されている。また、この電気モータは、、ベルト、またはケーブル(図示略)等の間接的な駆動手段によって静電クランプに連結されるようにしてもよい。

静電クランプ１０２は、軸受アセンブリ２２０によって加工物ホルダーの遠方端２１８内に取り付けられる。軸受アセンブリ２２０は、好ましくは、ボール軸受またはローラ軸受アセンブリである。代わりに、軸受アセンブリ２２０は、非接触型のガス軸受とすることもできる。

静電クランプ１０２と加工物ホルダーの遠方端２１８との間の真空は、面真空シールシステム２３０によって維持される。加工物ホルダー２０４内は大気圧であるので、シールシステムが必要となる。この真空シールシステム２３０は、シールシステム１３０、１８０、２１０等の、差動的に吸引される円形の接触型の真空シールシステムが好ましい。真空シールシステム２３０は、Ｏリング及びプラスチックシールからなり、これらは、静電クランプ１０２に面する加工物ホルダーの遠方端２１８における端部２３６の内側円筒表面に形成した２つの各円形凹部２３４内に配置される。この凹部間にはチャネル２３６が配置され、このチャネルは、真空ポンプにオリフィスを介して連結されている。この真空ポンプは、チャネル２３６内に真空を導く。

さらに、Ｏリング及びプラスチックシールに加えて、リップシール或いは他のポリマー材料によるシール構造またはフェロフルイデック(ferrofluidic)シール等の他のシールシステムが、真空シールシステム２３０のために適当であり、本発明の考慮される範囲内にある。非接触真空シールシステムもまた、真空シールシステム２３０のために適当である。

本発明は、その特定の実施形態に関して記載してきたが、本発明は、ここに添付する特許請求の範囲で示される開示された構成からの全ての変更及び修正を含むことを意図している。

図１は、本発明のイオンビーム注入装置の概略平面図である。 図２は、加工物支持構造体がイオンビーム注入装置の注入チャンバーに固定されている、図１のイオンビーム注入装置における加工物支持構造体の概略側部平面図である。 図３は、イオンビーム注入装置の注入チャンバー内から見た、図２の加工物支持構造体の概略側面図である。 図４は、加工物支持構造体の底部から見た、即ち、イオンビーム注入装置の注入チャンバー内から見た、加工物支持構造体の断面斜視図である。 図５は、加工物支持構造体の頂部側から見た、加工物支持構造体の断面斜視図である。

符号の説明

１０ イオン注入装置
１２ イオン源
１４ イオンビーム
１６ ビーム経路
２０ 注入ステーション
２２ 注入チャンバー
２４ 加工物
２５ 注入表面
２６ 電子制御装置
１００ 加工物支持構造体
１０２ 静電クランプ
１０４ 支持表面
１１０ 第１回転部材
１１２、１５２ 支持プレート
１１６ 軸受アセンブリ
１２０ ハブ
１３０、１６０、１８０、２１０、２３０ 真空シールシステム
１３６、２１１、２３６ チャネル
１５０ 第２回転部材
１５６ 加工物ホルダー
１８５ 軸受アセンブリ
２００ 駆動機構
２２０ 軸受アセンブリ

Claims (28)

1. (a)ビームラインに沿って移動するイオンビームを発生させるためのイオンビーム源と、
   (b)加工物がイオンビームに交差するように配置されて、前記イオンビームによって加工物の注入表面にイオン注入するための注入チャンバーと、
   (c)この注入チャンバーに連結されて加工物を支持する加工物支持構造体と、を有するイオンビーム注入装置であって、
   前記加工物支持構造体が、
   1）前記注入チャンバーに回転可能に連結され、かつ前記注入チャンバーの壁に設けた開口と整合する貫通開口を有する第１回転部材と、
   2）この第１回転部材に回転可能に連結されかつ前記第１回転部材の回転軸からオフセットされた回転軸を有し、前記第１回転部材の開口の上に横たわる第２回転部材と、
   3）この第２回転部材に固定されており、かつ加工物を支持するとともに前記第１、第２回転部材に対して回転可能であって前記第２回転部材および前記第１回転部材の開口を貫通して伸びている回転駆動部を有する駆動機構とを含み、
   前記第１回転部材、前記第２回転部材、及び前記駆動機構の回転駆動部は、前記注入表面に注入するための移動経路に沿って加工物を移動させ、イオンビームが加工物の前記注入表面に衝突する前に前記注入チャンバーを通って移動する距離が一定となるように回転することを特徴とするイオンビーム注入装置。
2. 前記駆動機構の回転駆動部の回転軸は、前記第１回転部材の回転軸に一致していることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
3. 前記第１回転部材の回転軸は、加工物の注入表面に整合していることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
4. 前記第２回転部材の回転軸は、前記第１回転部材の回転軸から２５０〜３００ｍｍの距離だけ離れていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
5. 前記第１、２回転部材の各回転軸は、前記注入チャンバー内のイオンビーム部分の方向に対して垂直となっていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
6. 加工物の前記移動経路は、線形の移動経路であることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
7. 前記加工物支持構造体は、前記注入チャンバー内に伸びる前記駆動機構の回転駆動部に固定される加工物支持体をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
8. 前記加工物支持構造体は、注入中前記加工物を保持するための静電クランプをさらに含み、この静電クランプは、前記加工物支持体に固定されていることを特徴とする請求項７記載のイオンビーム注入装置。
9. 前記静電クランプは、イオンビームに対して回転可能であることを特徴とする請求項８記載のイオンビーム注入装置。
10. 前記第１回転部材は、軸受アセンブリによって注入ステーションに連結されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
11. 前記第２回転部材は、軸受アセンブリによって前記第１回転部材に連結されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
12. 前記注入チャンバーと前記第１回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
13. 前記第１回転部材と前記第２回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
14. 前記加工物支持体と前記第２回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項７記載のイオンビーム注入装置。
15. (a)ビームラインに沿って移動するイオンビームを発生させるためのイオンビーム源と、
    (b)加工物がイオンビームに交差するように配置されて、前記イオンビームによって加工物の注入表面にイオン注入するための注入チャンバーと、
    (c)この注入チャンバーに連結されて加工物を支持する加工物支持構造体と、を有するイオンビーム注入装置であって、
    前記加工物支持構造体が、
    1）前記注入チャンバーに回転可能に連結され、かつ前記注入チャンバーの壁に設けた開口と整合する貫通開口を有する第１回転部材と、
    2）この第１回転部材に回転可能に連結されかつ前記第１回転部材の開口の上に横たわる第２回転部材と、
    3）この第２回転部材に固定されており、前記第２回転部材、及び前記第１回転部材の開口を貫通して伸びるとともに、前記注入チャンバーの内部領域内の加工物を支持する回転駆動を含んでいる駆動機構とを含み、
    前記第１、第２回転部材及び前記駆動機構の回転駆動部は、加工物の注入表面が所望の注入角度で加工物の注入表面に注入され、かつ加工物が前記所望の注入角度に一致した移動経路に沿って移動して、イオンビームの焦点距離が一定となるように回転することを特徴とするイオンビーム注入装置。
16. 前記駆動機構の回転駆動部の回転軸は、前記第１回転部材の回転軸に一致していることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
17. 前記第１回転部材の回転軸は、加工物の前記注入表面に整合していることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
18. 前記第２回転部材の回転軸は、前記第１回転部材の回転軸から２５０〜３００ｍｍの距離だけ離れていることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
19. 前記第１、２回転部材の各回転軸は、前記注入チャンバー内のイオンビーム部分の方向に対して垂直となっていることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
20. 加工物の前記移動経路は、線形の移動経路であることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
21. 前記加工物支持構造体は、前記注入チャンバー内に伸びる前記駆動機構の回転駆動部に固定される加工物支持体をさらに含むことことを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
22. 前記加工物支持構造体は、注入中前記加工物を保持するための静電クランプをさらに含み、この静電クランプは、前記加工物支持体に固定されていることを特徴とする請求項２１記載のイオンビーム注入装置。
23. 前記静電クランプは、イオンビームに対して回転可能であることを特徴とする請求項２２記載のイオンビーム注入装置。
24. 前記第１回転部材は、軸受アセンブリによって注入ステーションに連結されていることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
25. 前記第２回転部材は、軸受アセンブリによって前記第１回転部材に連結されていることを特徴とする請求項１５記載のイオンビーム注入装置。
26. 前記注入チャンバーと前記第１回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項１４記載のイオンビーム注入装置。
27. 前記注入チャンバーと前記第１回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項１４記載のイオンビーム注入装置。
28. 前記加工物支持体と前記第２回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項２０記載のイオンビーム注入装置。