JP4877555B2 - イオンビーム中を通過してワークピースをスキャンするための往復駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、半導体処理システムに関するものであり、特に、半導体処理中にワークピースの正確なスキャニングを提供するために、ワークピースの往復移動を制御するためのシステム、装置、及びその方法に関する。

半導体産業において、一般的に、ワークピース（例えば、半導体ウエハ）上に種々の成果を実現するために、種々の製造工程がワークピースに実行される。例えば、イオン注入のような工程は、特別な型のイオンを注入することによって、ワークピース上に誘電体層の拡散率を制限するような、ワークピース内あるいはワークピース上で特定の特性を得るために実行される。通常、イオン注入工程は、多数のワークピースが同時に処理されるバッチ処理か、１枚のワークピースが個別に処理されるシリアル（連続）処理かの、いずれかが実行される。例えば、従来の高エネルギー又は高電流バッチ式イオン注入機は、多くのウエハが、ホイール又はディスク上に配置され、ホイールは回転され、イオンビーム中で径方向に移送されるように、イオンビームラインを得るように操作可能である。そのようにして、工程中、さまざまの時間に、ワークピースの全ての表面をビームに曝すものである。しかし、このように、ワークピースをバッチ処理すると、概してシステムのコストが増加し、実質的にイオン注入機の規模が大きくなり、システムの柔軟性が減少する。

他方、典型的なシリアル処理では、イオンビームが、静止しているウエハを二次元的に横断してスキャンするか、又は、ウエハが、概して静止している扇形イオンビームに関して、１方向に移送されるか、のいずれかである。しかし、一様なイオンビームをスキャンする、あるいは形成する工程は、複雑なビームラインを要求するため、それは、低エネルギーでは望ましくない。さらに、イオンビーム又はウエハの一様な移送又はスキャニングが、ウエハを横断して一様なイオン注入を与えるために、一般的に必要とされる。しかし、そのような一様な移送及び／あるいは回転は、従来の装置や、処理中のスキャン装置の移送に関連して、少なくとも部分的には、慣性力により、実現することが困難である。

代わりになるものとして、米国特許公開2003／0192474に開示されるような公知のスキャニング装置において、ウエハは、静止スポットイオンビームに関して、直交二次元においてスキャンされる。ウエハは、いわゆる"ファスト（速い）スキャン"方向に素早くスキャンされ、そして、直交する"スロー（遅い）スキャン"方向に、ゆっくりとスキャンされ、それによって、通常のジグザグパターンにより、ウエハを"ペインティング"する。

しかし、この二次元スキャニング装置は、ファストスキャン方向においてウエハを線形平行移動させる直接駆動アクチュエータを使用する。ファストスキャン移送の方向が、周期的に逆になるので、ファストスキャン方向でのウエハの移送速度は、ウエハの加速、減速中のかなりの慣性力により、少なくとも部分的に制限される。従来の装置における大きな慣性力は、したがって、直接駆動アクチュエータでの大きな反力に関連し、この大きな反力は、最終的には装置のかなりの振動を導くことになり、イオン注入工程に有害な影響がある。振動は、また、通常、振動の損傷を受けやすいリソグラフィー装置のような、隣接する装置に、問題を引き起こす可能性がある。さらに、ファストスキャン方向での並進速度が、振動の問題を避けるために制限される時、工程の処理能力には、有害な影響がある。

そのため、実質的に高速でのイオンビームに関して、二次元でワークピースを相互にスキャンするための装置及びシステムが必要とされ、そこでは、大きな慣性力からの振動は、軽減され、ワークピースのスキャニングは、ワークピースを一様に処理するために制御される。

本発明は、一つの軸に沿って配置される種々の要素のワークピースを相互にスキャニングすることに関連する力を限定するシステム及び装置を提供することによって、従来技術の制限を克服するものであり、それによって、振動を実質的に制限して処理速度を増加することができる。以下は、本発明のいくつかの特徴の基本的な理解を与えるために、本発明の簡単な要約である。この要約は、本発明の広範囲の概観ではない。発明の主要な、又は重大な要素を確認するものでもなく、また、発明の範囲を線引きするものでもない。その目的は、以下に示される、より詳細な記載の序文として、簡単な形式で発明のいくつかの概念を示すことである。

本発明は、一般的に、ワークピースを相互にスキャニングするシステム、装置及びその方法を目指すものである。本発明の一つの例示的形態によれば、イオンビームと関連する処理室が与えられ、モータが処理室に操作可能に連結される。モータは、ロータとステータを含み、上記ロータとステータは、第１軸回りに、互いに関してそれぞれ動的に取り付けられ、その結果、ロータとステータは、第１軸回りに個別に回転し、逆方向に回転するように操作可能である。ステータとロータを有する典型的なモータの場合に、上記ロータとステータ間の電磁気力は、第１軸回りのロータの回転位置を一般的に決定する。しかし、ロータに関するステータの動的結合を考慮して、ステータは、特に、ロータの回転方位の周期的な逆転動作中、ロータの回転に対応する反動質量（reaction mass）として作動可能である。

本発明の一実施形態によれば、シャフトがロータに固定連結されており、このシャフトは、第１軸に沿って処理室中に伸びている。一般的に、処理室内にあるスキャンアームは、径方向に配置されて上記軸に操作可能に結合されており、スキャンアームは、その先端部でワークピースを受け取り、保持するための、一つのエンドエフェクタあるいは他のワークピース支持部材を含んでいる。そのようなものとして、シャフトの回転によって、そこに固定連結されているスキャンアームを、第１軸回りにそれ相応して回転させる。シャフトの回転は、振り子型のように、スキャンアームの揺動運動を生じさせるために、選択的に逆転され、ワークピースは、第１の、ほぼ弓形のスキャン経路に沿って、往復移動され、また、ロータの回転位置は、第１スキャン経路に沿って、イオンビームに関してワークピースの位置を決める。他の例によれば、コントローラが設けられ、このコントローラは、ロータとステータ間の電磁気力を制御することによって、第１スキャン経路に沿って、ワークピースの位置を制御するように操作可能である。

本発明の他の実施形態によれば、第１スキャン経路に沿う所定の運動範囲において、エンドエフェクタの一般的な定速度を維持することができ、一般的な静的基準点（stationary reference）に関して、エンドエフェクタの並進移動速度が制御され、また、エンドエフェクタの加速、減速は、エンドエフェクタの所定の運動範囲外で発生する。

本発明の他の実施形態によれば、慣性質量はステータに結合されており、この慣性質量は第１軸回りで回転し、さらに、スキャンアームの逆方向の回転を与え、その結果、第１経路に沿うワークピースの逆方向をもたらすものである。慣性質量は、さらに、第１軸回りで平衡を保ち、第１軸に関するトルクがほぼ最小化される。そのため、ロータとステータ間の電磁気力は、ロータの加速又は減速に対してステータを回転させるように操作可能であり、その結果、第１軸への慣性力を通常制限する。

他の例によれば、ロータ、ステータ、及びスキャンアームは、一般的に、第１軸回りで平衡を保っており、第１軸と関連するトルクは、ほぼ最小である。１以上のカウンターウエイトは、ステータ及びスキャンアームと関係してあり、１以上のカウンターウエイトが、第１軸回りの夫々の要素とほぼ平衡している。さらに、本発明の他の実施形態によれば、ステータは、それに結合される慣性質量を含み、この慣性質量は、スキャンアームの慣性質量よりも、かなり大きく、上記スキャンアームの振動により起こされるステータ上の力は、上記慣性質量及びステータの回転によってほぼ吸収される。上記ロータとステータ間の電磁気力の制御によって、第１軸回りのスキャンアームの回転制御は、明らかにロータの回転を制御するように操作可能である。

さらに他の実施形態によれば、上記モータおよび関連するスキャンアームは、通常遅いスキャン軸と呼ばれる第２スキャン経路に沿って、概して操作可能であり、例えば、第２スキャン経路は、第１スキャン経路の少なくとも一部に直交している。

上記及び関連する目的を達成するために、本発明は、以後に全て記載され、特に請求の範囲で指摘された特徴を含む。以下の記載及び付属の図面は、本発明のある実施形態を詳細に説明している。しかし、これらの実施形態は、本発明の原理が使用される種々の方法のいくつかを示している。本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、図面とともに考えられる時、発明の詳細な記載から明らかになるであろう。

本発明は、一般的に、１以上の次元でワークピースを往復平行移動させるための、往復駆動システム、装置、及び方法を目指すものである。特に、往復駆動装置は、イオンビームに関して第１及び第２の夫々のスキャン経路に沿って、ほぼ直交する二次元でワークピースを移動させるように操作可能であり、ワークピースは、イオンビームにさらされる時、通例では、一定の線速度あるいは並進速度で平行移動される。さらに、"往復駆動装置"の用語に暗示されるように、本発明の装置及び方法は、第１スキャン経路に沿ってワークピースの往復かつ選択的な逆移動を提供するものであり、そして、振動を制限するように有効に操作可能であり、また、第１スキャン経路に沿ってワークピースの往復あるいは周期的に振動する移送の制御を最大限に利用する。特に、本発明の往復駆動装置は、反動質量を含み、この反動質量は、単一軸の回りを回転することによって往復駆動装置によって装置自体に働く力を制限する。

さらに詳細に、往復駆動装置は、ロータとステータとを有するモータを含み、上記ロータとステータのそれぞれは、単一軸回りに互いに対して動的に、かつ、上記単一軸の回りに個別に回転するように操作可能に取り付けられている。上記ステータとロータとの間の動的な取付け構造及びその関係は、上記スキャン経路の反対端でワークピースの急速な加速と減速を可能にしており、ワークピースの一様な並進（例えば、一定の加速／減速または速度）は、所定範囲内に維持することができ、また、並進運動と関連する慣性力、特に上記装置の往復運動に関連してスキャン方向と逆方向に関連する特別な力は、実質的に回転軸を制限する。

したがって、本発明は、図面と関連して記載されており、同等の参照番号は、同等の要素に関係して用いられる。これらの特徴の記載は、単に説明であり、制限された意味に解釈されるべきでない、ということが理解されねばならない。以下の記述では、説明の目的のために、多くの特別の詳細例が提起されており、本発明の完全な理解を与える。しかし、本発明は、これら特別な詳細がなくても当業者であれば実施できることは明白であろう。

図面を参照すると、本発明の１つの例示的な実施形態が示されており、図１は、例示的な往復駆動装置１００の簡略化した斜視図であり、所定の第１スキャン経路１０４に沿ってワークピース１０２を往復して移動あるいは振り子のように揺動するように作動可能である。図１の往復駆動装置１００は、本発明の上位の概念を理解するために説明されており、必ずしも寸法を表すために描かれたものではない、ということに注意すべきである。したがって、種々の要素が、目的を明らかにするために、図示または図示されていない。図示された種々の特徴は、種々の形状や大きさを有するもの、あるいはそれらを無視したものであり、そして、そのような形状、大きさ、及び除外は、本発明の範囲内に含まれるものとして考えられる。

一例として、"往復駆動装置"という言葉の使用により意味している点は、本発明の駆動装置が、第１スキャン経路１０４に沿う正逆運動で、ワークピース１０２を往復して移動あるいは振り子のように振れるように操作可能であり、その結果、ワークピースは、固定のイオンビーム１０５に関して、交互に往復移動し、上記装置は、下記により詳細に論じられるように、イオン注入工程で使用できる。また、往復駆動装置１００は、例えば、（図示されない）ステップアンドリピート・リソグラフィーのような他の半導体製造工程を含む、種々の他の処理システムと連動して使用されてよい。さらに、別の代案では、装置１００は、半導体製造技術に関連しない種々の処理システムで使用されることができ、そして、全てのそのようなシステム及び実施は、本発明の範囲内に含まれるものとして意図されている。

本発明の一実施形態によれば、往復駆動装置１００は、スキャンアーム１０８に結合された操作可能なモータ１０６を含み、スキャンアームは、さらにその上のワークピース１０２を支持するように操作可能である。モータ１０６は、例えば、ロータ１１０及びステータ１１２を含み、上記ロータ及びステータは、動的に結合され、第１軸１１４の回りに独立に回転するように操作可能である。ロータ１１０は、さらにシャフト１１６に操作可能に結合され、上記シャフトは、通常、第１軸１１４に沿って伸びており、スキャンアーム１０８に操作可能に結合されている。本例において、ロータ１１０、シャフト１１６、及びスキャンアーム１０８は、通常、互いに結合されており、第１軸回りのロータの回転は、通常、上記第１軸回りのシャフト及びスキャンアームを回転駆動させ、通常、そのようにして、第１スキャン経路１０４に沿ってワークピースを移動させる。あるいは、ロータ１１０、シャフト１１６、及びスキャンアーム１０８は、さもなければ互いに結合され、上記ロータ及び／あるいはシャフトは、さらに後で論じられるように、第１軸１１４に関して上記スキャンアームを線形移動させる。

図２及び図６〜図８を参照すると、図１の往復駆動装置１００のような、例示的な往復駆動システム２００が、往復駆動装置２０１を含む断面で説明されており、この往復駆動装置は、さらに、イオン注入工程で使用することができる。図２の例示的な往復駆動システム２００は、後に詳細に議論されるように、二次元でのイオンビーム２０５を介してワークピース２０２をスキャンするように操作可能であると、理解されるであろう。本発明の一実施形態によれば、往復駆動システム２００は、図１のモータ１０６のようなモータ２０６を含み、図２の上記モータは、処理室２０８に操作可能に結合され、上記処理室は、さらにイオンビーム２０５に関連している。イオンビーム２０５は、例えば、スポットあるいはいわゆる"ペンシルビーム" （公知の図示されない適切なイオン注入システムによって形成される。ここでは詳細に議論されない。）の形式をとる、近接し、実質的に平行な軌道に沿って走行する一群のイオンを含む。

本発明によれば、処理室２０８は、通常、閉じた真空室２１０を含み、処理室内の内部環境２１２は、処理室外の外部環境２１４から分離されて、操作可能である。例えば、真空室２１０は、実質的に低圧（例、真空）で内部環境２１２を維持するために、配置され、備えられる。処理室２０８は、さらに１以上のロードロック室（図示されない）に結合され、ワークピースは、実質的に上記処理室内の真空を開放することなしに、上記処理室の内部環境２１２と外部環境２１４の間で移動される。処理室２０８は、代わりに、一般的な非密閉処理空間（図示されない）から構成してもよく、上記処理空間は、通常、外部環境２１４に関連している。

一例として、処理室２０８は、静的基準点（stationary reference）216の役目を果たし、上記処理室は、通常、外部環境２１４に関して固定されている。他の例では、イオンビーム２０５のような処理媒体２１８も、静的基準点２１６の役目を果たし、処理室２０８が、上記処理媒体に関して移動するように操作可能である。例えば、処理媒体２１８は、他の半導体処理技術と交互に関係してもよい。例えば、処理媒体２１８は、リソグラフィー工程と関係する光源（図示されていない）を含んでもよい。したがって、本発明は、ワークピース２０２を処理するのに使用可能な任意の処理室２０８や、処理媒体２１８を予期しており、上記処理室は、密閉、非密閉、固定、あるいは一時的であり、そして、全てのそのような処理室や処理媒体は、本発明の範囲内にあるものと考えられている。

本発明の他の例によれば、モータ２０６は、ロータ２２０とステータ２２２を含み、これらのロータとステータは、第１軸の回りで個別に回転するように操作可能であり、また、ロータとステータ間の電磁気力（図示されていない）は、通常、上記第１軸回りにロータを回転駆動させる。例えば、ロータ２２０とステータ２２２間の電磁気力の制御は、下記に論じられるように、第１軸２２４の回りで時計方向又は反時計方向に、上記ロータを選択的に回転駆動させるように操作可能である。他の例では、モータ２０６は、さらに、モータハウジング２２６を含み、上記モータハウジングは、第１軸２２４に関して静止している。本例におけるモータハウジング２２６は、ロータ２２０及びステータ２２２を収納しており、さらに、通常、上記ロータ及びステータのための、静的基準点として役目を果たしている。少なくとも、ロータ２２０及びステータ２２２の部分は、通常、モータハウジング内にあるが、しかしながら、モータハウジングは、上記ロータ及びステータを取り囲む必要はない。したがって、ロータ２２０及びステータ２２２は、モータハウジング２２６に関して、個別に回転するように操作可能であり、上記モータハウジングは、さらに、その中で、上記ロータ及びステータを、通常、支持可能にすることができる。この例は、一般的な静的基準点２１６としてモータハウジング２２６を記述しているが、他の一般的な静的基準点を代わりに規定してもよいことは、注意すべきであろう。

一例では、モータ２０６は、三相ブラシレスＤＣモータのような、ブラシレスＤＣモータを含む。例えば、モータ２０６は、モータの実質的に大きな径（例えば、ステータ２２２及び／あるいはロータ２２０それぞれの径）が、実質的に大きなトルクを与えるように寸法付けられ、そして、慣性モーメントを維持しながら、ロータ回転の急速制御を与えるように操作可能である。往復駆動システム２００は、さらに、モータに結合されて操作可能なシャフト２２８を含んでおり、一例では、上記シャフトは、ロータに固定結合されており、通常、処理室２０８内に第１軸２２４に沿って伸びている。好ましくは、（図示されない）１以上のギヤにより結合されるものとは対照的に、ロータ２２０は、シャフト２２８に、直接結合されており、そのような直接結合は、ロータに関して実質的に低い慣性モーメントを維持し、さらに１以上のギヤと関係する磨耗や振動を最小にする。

他の例によれば、処理室２０８は、それを通る開口２２９を含み、シャフト２２８は、上記開口を通って外部環境２１４から内部環境２１２へ伸びており、モータ２０６は、通常、外部環境にある。したがって、シャフト２２８は、ロータ２２０の回転と同時に第１軸２２４の回りに回転するように操作可能であり、反対方向に、交互に、ロータによって駆動されて回転可能である。この例では、シャフト２２８は、実質的に中空であり、それによって、実質的に慣性質量を小さくしている。同様に、ロータ２２０は、実質的に中空でもよく、さらに、実質的に低い回転可能な慣性質量を与える。

例えば、１つ以上の低摩擦軸受は、モータ２０６及びシャフト２２８に関連しており、この１つ以上の低摩擦軸受は、ロータ２２０、ステータ２２２、及びシャフトの１つ以上を、ハウジング２２６、または処理室２０８等の静的基準点に対して回転可能に結合する。

例えば、１つ以上の低摩擦軸受２３０は、通常、ロータ２２０、ステータ２２２、シャフト２２８、及びモータハウジング２２６のそれぞれとの間に、低摩擦係数を与える。他の例では、少なくとも１つ以上の低摩擦軸受２３０は、空気軸受（図示されない）、液状環境（liquid field environment）用軸受、あるいは他の公知の軸受を含んでもよい。

本発明の他の実施形態によれば、往復駆動装置２０１は、処理室２０８から区分されており、そのため、内部環境２１２内での磨耗や汚染は最小である。例えば、シャフト２２８は、上記シャフト及び処理室に関連する回転シールによって処理室２０８と外部環境２１４の間で、ほぼシールされており、上記処理室内の内部環境２１２は、一般的に外部環境から隔離されている。

往復駆動装置２００は、さらに、シャフトに結合されて操作可能なスキャンアーム２３２を含み、このスキャンアームは、そこにワークピース２０２を支持するように操作可能である。他の例によれば、スキャンアーム２３２は、第１軸２２４から径方向に伸びる伸長アーム２３４を含み、この伸長アームは、シャフト２２８に通常結合されており、第１軸回りのシャフト回転は、通常、第１軸に関してワークピース２０２を移動する。一例では、スキャンアーム２３２は、スキャンアームの重力中心でシャフト２２８に結合され、スキャンアームは、実質的に、第１軸回りで回転して釣り合っている。他の例では、スキャンアーム２３２は、マグネシウムあるいはアルミニウムのような軽量材料からなる。

スキャンアーム２３２は、さらに、そこに操作可能に結合されるエンドエフェクタ２３６を含んでもよく、その上に、ワークピース２０２が、通常支持される。例えば、電磁チャック（ＥＳＣ）あるいは他のワークピース締結装置を含むエンドエフェクタ２３６は、このエンドエフェクタに関して、ワークピースを選択的にクランプあるいは維持するように操作可能である。エンドエフェクタ２３６は、ワークピースの把握を維持するための、公知である機械的クランプあるいは種々の他の保持装置（図示されていない）他の種々の装置を含んでよく、そして、全てのそのような装置は、本発明の範囲内に含まれるものと考えられている。

他の例では、スキャンアーム２３２は、さらに、そこに操作可能に結合されるカウンターウエイト２３８を含んでよく、このカウンターウエイトは、通常、スキャンアーム、エンドエフェクタ２３６の質量と、第１軸２２４回りのワークピース２０２とをバランスさせる。そのようなカウンターウエイト２３８は、第１軸２２４回りでスキャンアーム２３２の内部質量モーメントのセンタリングを支援するのに有利であり、そのようにして、第1軸回りで動的にバランスさせる。したがって、スキャンアーム２３２、シャフト２２８、ロータ２２０、及びステータ２２２は、通常、第１軸２２４回りに動的にバランスしており、それによって、通常、重力以外の側面の負荷力を除去している。カウンターウエイト２３８は、例えば、スチールのような、スキャンアーム２３２より重い金属から構成することができる。

本発明の往復駆動装置がイオン注入システムに用いられる場合、この往復駆動装置２０１は、更に、処理室２０８に関連したロードロック室(図示略)を含み、スキャンアーム１３２を操作して、処理室に又は処理室からワークピースを収入又は取り除くために、ロードロック室内にエンドエフェクタ２３６を回転および／または並進移動させる。さらに、ファラデーカップ２３７が、処理室２０８内に設けられ、イオンビーム２０５の経路内に配置される。このファラデーカップは、イオンビームに関連したビーム電流を感知するように操作される。従って、感知されたビーム電流は、次に続く処理制御のために利用することができる。

別の例示によれば、エンドエフェクタ２３６は、スキャンアーム２３２に結合して第２軸２４０の回りに回転できるように操作可能である。エンドエフェクタアクチュエータ２４２が、スキャンアーム２３２およびエンドエフェクタ２３６に結合されて操作できる。エンドエフェクタアクチュエータは、第２軸２４０回りにエンドエフェクタを回転することができる。第２軸２４０は、例えば、第１軸に対してほぼ平行であり、エンドエフェクタアクチュエータ２４０は、所謂イオン注入技術における当業者によって理解されるようにイオン注入の"ねじれ角"を変えるために、イオンビームに対してワークピースを選択的に回転させることができる。代わりに、スキャンアーム２３２に対するエンドエフェクタ２３６の回転可能な結合を用いれば、エンドエフェクタ２３６を第２軸２４０回りに連続して回転させることにより、イオンビーム２０５に対するワークピースの回転方位（例えば、図３の回転方位２５０）を維持することができる。図２のエンドエフェクタ２４２は、モータ(図示略)、またはイオンビーム２０５に対してワークピース２０２の回転方位を維持するために、スキャンアーム２３２に関連した機械的リンク機構(図示略)を含む。代わりに、エンドエフェクタ２４２は、第２軸２４０に関連したピボット取付け(図示略)を含むこともできる。この場合、ワークピース２０２に関連する慣性力が、イオンビーム２０５に対するワークピース２０２の回転方位を維持するように作動する。イオンビーム２０５に対するワークピース２０２の回転方位を維持することは、イオンビームがワークピース上に非直角(図示略)で衝突するとき、および／またはワークピースに関連した結晶構造又は他の構造（例えば、半導体基板または他のそこに形成された構造を有する基板）がイオン注入の均一性に役立つとき、有利となる。

次に、図３を参照すると、図２の第１軸２２４回りに回転するシャフト２２８の回転２４４が図示され、さらに、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２が第１軸回りに回転する。従って、ワークピース２０２は、イオンビーム２０５（例えば、第１軸２２４回りに回転するシャフト２２８の１回以上の周期的な回転による）に対して第１スキャン経路２４６に沿って往復移動することができる。ここで、図２のイオンビームは、図３の紙面内に向かうように示されている。第１軸２２４回りのシャフト２２８の回転（逆回転）は、以下で説明するように、均等なやり方で第１スキャン経路２４６に沿ってエンドエフェクタ２３６を揺動又は往復動作させるために有効に制御される。図３は、さらに、上述したように、第２軸２４０回りに回転するエンドエフェクタ２３６の回転を示している。ここで、第２軸回りのワークピース２０２がさらに制御され、その結果、第１軸２２４またはイオンビーム２０５（例えば、イオンビームに対してワークピースの回転方位が、ワークピースに対して固定される三角形２５２によって示されている。）に対してワークピースの回転方位２５０が維持される。

イオンビーム２０５からワークピース内にイオンの均等注入を与えるように、ワークピース２０２を均等に処理するため、ワークピースが、第１スキャン経路２４６に沿って移動しながらイオンビーム２０５に晒されるとき、エンドエフェクタ２３６のほぼ一定の並進速度を維持することが重要である。ワークピース２０２がイオンビーム２０５を通過している間、エンドエフェクタ２３６のほぼ一定の速度を維持することにより、ワークピースに均一なイオンの投与量が与えられ、その結果、ワークピースが、振り子型の動きで第１スキャン経路２４６に沿って移動するとき、均等に処理される。

それゆえ、１つの実施形態では、イオンビーム２０５を通過するワークピース２０２の移動に関連した所定のスキャン範囲２５４に対して、ほぼ一定速度が望ましい。この所定のスキャン範囲２５４は、一般的にワークピース２０２の物理的寸法（例えば、ワークピースの直径Ｄよりも大きい）に関連している。本発明の例では、この所定のスキャン範囲２５４は、ワークピースの直径Ｄにイオンビーム２０５の幅を加えたものより大きい距離を移動するワークピース２０２によって定められる。ここで、ワークピースは、第１スキャン経路２４６に沿ってイオンビームを通過して移動し、イオンビームは、ワークピースの両端部２５６の間で相対的にスキャンされる。

別の実施形態によれば、所定のスキャン範囲２５４内でワークピース２０２用の所望の速度プロフィルを定めることができ、この所望の速度プロフィルは、往復駆動装置２０１の形状による。例えば、ワークピース２０２が、スキャンアーム２３２に対して固定であるか又は回転可能であるかにより、スキャンアームの回転２４４が、それぞれ、一定の速度又は可変速度であることが望ましい（また、第１スキャン経路２４６に沿うワークピースが、一定速度または可変速度となることが望ましい）。例えば、第１スキャン経路２４６に沿う回転方位２５０を維持するために、ワークピース２０２がスキャンアーム２３２に対して回転する場合、第１軸２２４回りのスキャンアームの回転速度は、イオンビーム２０５が上記所定のスキャン範囲２５４の両端近くにあるとき、変えることができる（例えば、所定のスキャン範囲の両端近くでは、約１０％だけ速度が増加する）。その結果、曲線形の経路に沿うワークピースに対してほぼ均一なイオン投与量を与えることができる。別の例としては、即ち、スキャンアーム２３２の速度を変えるため、イオンビーム電流等のイオンビーム２０５の特性を変えることができ、その結果、ワークピース２０２に対してイオンの均一な投与量を生じさせる。

上記実施形態の１つで示したように、ワークピース２０２をイオンビーム２０５に対して均等に晒すために、ワークピース２０２を、第１スキャン経路２４６に沿う所定のスキャン範囲２５４内でほぼ一定速度を維持することが望ましい。しかし、第１スキャン経路２４６に沿って、ワークピース２０２を往復運動、交互に逆転移動の動きによる、ワークピースの加速及び減速は、第１軸２２４回りに回転するシャフト２２８の時計方向及び反時計方向（例えば、逆方向回転）の回転間のように、避けることができない。それゆえ、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の加速及び減速に適応させるために、第１スキャン経路２４６２に沿う最大位置２６０,２６２の間で、ワークピース２０２の両端２５６によって移動される最大スキャン距離２５８を定めることができる。この加速及び減速は、オーバーシュート領域２６４において、イオンビーム２０５がワークピースに接触しないとき、又はイオンビームの少なくとも一部がワークピースに接触しないときのいずれかにおいて生じることができる。

従来の二次元的なスキャンシステムにおいて、ワークピースの逆転方向での加速及び減速の許容可能な大きさは、従来のスキャンシステムの残りの部分に伝達される慣性力およびこれに関連した反力を最小にするために、制限される点に注目することが重要である。しかし、本発明は、上記で詳細に説明したように、慣性力が第１軸２２４に制限去れているので、このような制限を取り除く。

本発明によれば、オーバーシュート領域２６４内のワークピース２０２の急速な加速及び減速は、第１軸２２４に対して、ワークピース、エンドエフェクタ２３６、スキャンアーム２３２、シャフト２２８、ロータ２２０、スタータ２２２の１つまたは複数に関連した慣性力を制限することによって達成される。本発明の第１実施形態によれば、図２のスタータ２２２は、第１軸２２４回りに回転するように作動でき、図３に示すスキャンアーム２３２の回転２４４に対して反動質量２６６として作用するように働く。例えば、図２の反動質量２６６は、ロータ２２０、シャフト２２８、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の急速な加速及び減速を与えるように作動可能であり、ロータ、シャフト、スキャンアーム、エンドエフェクタ、及びワークピースの回転および／または並進に関連した慣性力は、ロータとステータとの間の電磁気力によって第１軸２２４回りにステータ２２２の回転に変換される。そして、慣性力は、第１軸に対してバランスしかつ制限される。従って、ステータ−２２２の回転に関連したトルクは、第１軸２２４にほぼ制限され、その結果、静的基準点２１６から第１スキャン経路２４６に沿って、ワークピース２０２の往復動作に関連したこの力を、振動により分離又は減衰される。

このような第１軸２２４に対する慣性力の制限は、従来のスキャンシステムに見られる振動を減少させる。従って、反動質量２６６として作用するステータ２２２は、図３のオーバーシュート領域２６４において、スキャンアーム２３２を加速及び減速するように作動可能である。ここで、モータ２０６のステータとロータ２２０との間の電磁気力は、第１軸回りのそれぞれのロータとステータの回転位置を決定する。従って、第１軸２２４回りのロータ２２０の回転位置は、第１軸回りのシャフト２２８、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の回転位置を決定し、ロータの回転位置は、ロータとステータ間の電磁気力を制御することによって有効に制御される。

本発明の別の例示に従って、ステータ２２２（例えば、ステータは反動質量２６６として作用する。）は、ロータ２２０、シャフト２２８、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の１つまたはそれ以上の慣性モーメントよりも大きい慣性モーメントを有する。別の例では、慣性質量２６８（例えば、フライホイール）は、ステータ２２２に結合されて作動し、第１軸２２４回りのロータ２２０、シャフト２２８、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の回転に対する反作用（反力）としてステータの回転を制限する。例えば、慣性質量２６８は、ロータ２２０、シャフト２２８、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の１つまたはそれ以上の全体の慣性モーメントよりも大きいか等しくなる。一例として、反動質量２６６に関連した慣性モーメントは、ロータ２２０、シャフト２２８、スキャンアーム２３２（及びカウンターウエイト２３８）、エンドエフェクタ２３６、及びワークピース２０２の全体の慣性モーメントよりも約１０倍大きい。ロータの１０°ごとの回転に対して、ステータ２２２は、第１軸２２４回りに１°だけ回転することが必要となる。例えば、より大きい慣性質量２６８が与えられると、ステータ２２２に対してロータ２２０の速度に関連した逆起電力(back‐EMF)を有効に減少させる。その結果、モータ２０６を駆動するために必要なエネルギー量を減少させる。

本発明の更に別の実施形態によれば、図２のモータ２６６は、例えば、ステータ２２２に対するロータ２２０の回転位置に従ってシャフト２２８の回転速度（また、ワークピース２０２の並進速度）を変えるように操作可能である。別の例では、往復駆動装置２０１は、さらに、１つまたはそれ以上のセンサ要素２７０を含み、このセンサ要素は、第１スキャン経路２４６に沿ってワークピース２０２の回転位置２４４をさらに決定することができる。例えば、図２の１つ以上のセンサ要素２７０は、第１軸２２４回りのスキャンアーム２３２、シャフト２２８、ロータ２２０、及びワークピース２０２の１つまたはそれ以上の回転位置を感知することができる。感知された回転位置は、それぞれ、後述するようにワークピース２０２の並進位置のフードバック制御に対して利用することができる。例えば、１つ以上のセンサ要素２７０は、第１軸回りのそれぞれの回転位置を連続的又は繰り返しフィードバック制御するように作動可能な１つ以上の高分解能のエンコーダを含むことができる。別の例では、１つ以上のセンサ要素２７０は、ステータ２２２に対してロータ２２０の回転方位を感知するように操作可能な第１エンコーダと、静的基準点２１６に対してロータの回転方位を感知するように操作可能な第２エンコーダとを含む。静的基準点は、処理室２０８、モータハウジング２２６、イオンビーム２０５、またはロータに対する他の静的基準点等である。

別の実施形態によれば、往復駆動装置２０１は、さらに、１つ以上のストップ２７６を含み、この１つ以上のストップは、モータハウジング２２６に対してステータ２２２の回転を制限する。１つ以上のストップ２７６は、ステータ２２２の回転に変化量を与えて、ステータを制御できなくなるような、付随的な"暴走"を防ぐ。例えば、１つ以上のストップ２７６は、モータハウジング２２６に結合して作動する１つ以上の調整可能な機械的または電気的な制限を含んでおり、ステータ２２２の回転量は、ストップ間で拘束される。

本発明の別の構成によれば、往復駆動装置２０１は、さらに、第２スキャン経路２７８に沿ってワークピース２０２を並進させるように作動し、第２スキャン経路は、図３の第１スキャン経路２４６の少なくとも一部分に対してほぼ直交している。例えば、第２スキャン経路２７８は、図３に示された第１スキャン経路２４６の中間点に直交している。第２スキャン経路２７０は、スロースキャンアクチュエータ２８０によって達成することができ、このアクチュエータは、更に、モータ２０６に結合して作動可能であり、スロースキャンアクチュエータは、静的基準点２１６に対して第３軸２８２に沿って１つ以上のモータ及び処理室２０８を移動するように操作可能である。第３軸２８２は、例えば、第１軸２２４に対してほぼ直交し、かつイオンビーム２０５に対してワークピース２０２の第２スキャン経路２７８にほぼ平行である。

この結果、本発明の１つの例示的な構成によれば、第１スキャン経路２４６は、ワークピース２０２の「第１スキャン」に関連し、第２スキャン経路２７８は、ワークピースの「スロースキャン」に関連しており、ワークピースが第１スキャン経路に沿って往復移動するとき、第２スキャン経路に沿って連続的にワークピースが輸送されることになることが理解されるであろう。代わりに、ワークピース２０２は、第１スキャン経路（例えば、図３に示すように）に沿って最大位置２６０,２６２間でワークピースを移動ごとに第２スキャン経路２７８に沿って所定長さの増分だけを連続的にスライドさせることができる。例えば、第１スキャン経路２４６に沿ってワークピース２０２の十分な前後揺動サイクル即ち往復動作に対して、スロースキャンアクチュエータ２８０は、ワークピースを第２スキャン経路２７８に沿って所定長さの２増分だけ移動させる。第２スキャン経路２７８に沿うモータ２０６の全体の移動量は、例えば、図３のワークピース２０２の直径Ｄにイオンビーム２０５の高さを加えたものにほぼ等しい。

図２のスロースキャンアクチュエータ２８０は、例えば、サーボモータ、ボールスクリュ、または他のシステム(図示略)を含むことができ、モータハウジング２２６及び関連したモータ２０６、更に、ワークピース２０２は、第２スキャン経路２７８に沿ってスムーズに移動することができる。このようなスロースキャンアクチュエータ２８０は、例えば、イオンビーム２０５を固定させることができ、イオンビーム２０５をワークピースに貫通させることによって、エンドエフェクタ２３６上にあるワークピース２０２をスキャンさせることができ、このエンドエフェクタは、周期的な逆回転（例えば、揺動）で弓状のスキャン経路に沿って移動し、その結果、ワークピース全体をイオンが横切って均一に注入される。

往復駆動装置２０１は、動的な滑動シール２８４（例えば、滑動軸受シール）を更に含み、この滑動シールは、処理室２０８の内部環境２１２を外部環境２１４（例えば、大気）から密閉する。たとえば、処理室２０８は、第３軸２８２とほぼ平行に伸びて貫通するスロット形状の開口２８６を形成し、この開口を通してシャフト２２８が伸びている。たとえば、１つ以上のリニア軸受２８８は、モータハウジング２２６を処理室２０８に摺動可能に結合できるように用いられる。従って、シャフト２２８は、第３軸２８２に沿ってモータ２０６を並進移動させながら、スロット２８６内を並進移動させることができる。滑動シール２８４は、スロット形状の開口２８６を取り囲み、更に、処理室２０８内の内部環境２１２を外部環境２１４から分離させる。このような滑動シール２８４は、例えば、スキャンアーム２３２及びエンドエフェクタ２３６を分離し、第２スキャン経路２７８に沿って処理室２０８内でエンドエフェクタを並進移動させ、モータ２０６に関連したコンポーネントを動かすことによって電位的に有害な作用を制限する。代わりに、いくつかのまたは全ての往復駆動装置２０１は、処理室２０８内に設けることができる。

本発明の別の例示的な構成によれば、フレーム２９０が設けられ、このフレームは、イオンビーム２０５に対して固定されている。例えば、フレーム２９０は、更に、静的基準点２１６と見なすことができる。本発明の例では、処理室２０８は、フレーム２９０に対して、イオンビーム２０５にほぼ直交する第４軸２９２の回りに旋回可能に連結することができ、この第４軸回りの処理室の回転位置は、イオンビームとワークピース２０２の表面２９４との間の傾斜角度(図示略)を形成する。別の例では、スキャンアーム２３２は、ハブ２９５を介してシャフト２２８に回転可能に連結され、スキャンアームは、第５軸２９６回りに回転可能である。第５軸２９６は、更に、第１軸２２４にほぼ直交しており、スキャンアーム２３２の第５軸回りの回転は、上述したように傾斜角度(図示略)を与える。

スキャンアーム２３２を第１軸２２４回りに回転させながら、第２軸２４０回りのワークピース２０２の回転を組み合わせて、処理室２０８に位置決めるために第４軸２９２を用いる効果は、イオンビームに対してワークピースの傾斜角度及びねじれ角度を固定状態に維持しながら、イオンビーム２０５を介してワークピースを全体的に掃引することである。さらに、このような組み合わせは、空間内に大雑把に固定されているワークピース２０２に対してイオンビーム２０５の衝突点を維持し、その結果、ワークピースの全ての点において、同一のビームサイズで同一の角度でイオンビームが注入される。

本発明の別の例示的な構成によれば、第１の駆動アクチュエータ(図示略)は、シャフト２２８に結合して作動可能であり、この第１の駆動アクチュエータは、シャフトに対して第１の回転力を与えるように作動可能である。例えば、第１の駆動アクチュエータは、モータ２０６に関連して、シャフト２２８の回転速度を更に変えるように作動でき、第１スキャン経路２４６に沿ってワークピースの位置を更に制御することができる。従って、モータ２０６は、図３の所定のスキャン範囲内でワークピース２０２の並進移動を制御するように動作させることなく、シャフト２２８の回転に対する加速器または減速器として作用することができる。

本発明の別の構成によれば、コントローラ２９８が設けられており、このコントローラは、ロータ２２０とステータ２２２との間の電気磁気力を制御することによって第１スキャン経路２４６に沿ってワークピース２０２の位置を制御するように作動可能である。コントローラ２９８は、例えば、エンドエフェクタアクチュエータ２４２を制御することによって、第２軸回りにワークピース２０２の回転を制御するようにさらに作動可能である。さらに、このコントローラ２９８は、スロースキャンアクチュエータ２８０を制御することによって第３軸２８２に沿ってモータ２０６の位置を制御するように作動可能である。例えば、コントローラ２９８は、第１スキャン経路及び第２スキャン経路に沿ってワークピース２０２の回転および／または並進位置を制御するように作動可能であり、この制御の少なくとも一部は、１つ以上のセンサ要素２７０からのフィードバックに基づいている。さらに、本発明の別の例示的な構成によれば、コントローラ２９８（例えば、モーションコントローラ）が、モータ２０１、１つ以上のセンサ要素２７０、エンドエフェクタアクチュエータ２４２及びスロースキャンアクチュエータ２８０等の往復スキャン装置２０１に関連した、１つ以上の電源、ドライバ、および／または増幅器(図示略)に結合されて作動し、このコントローラは、往復スキャン装置を有効に制御する。

本発明の別の例示的な構成によれば、本発明に開示されたモーション制御の一般的な構成は、エンドエフェクタ２３６（例えば、図３の所定のスキャンニング範囲２５４内の一定速度）の動きに滑らかさを与え、また、それに関連して速度誤差を最小化することができる。別の例によれば、図２のコントローラ２９８は、これによって利用できる比例積分微分（ＰＩＤ）制御装置からなる。

図１〜３に開示された構造及びシステムは、振り子型運動に関するが、本発明は、線形運動システムとして、第１スキャン経路に沿って直線的にワークピースが移動する場合にも適用可能である。例えば、直線の第１スキャン経路３０４に沿ってワークピース３０２を往復移動または揺動するように操作可能である。１つの例では、往復駆動装置３００は、ほぼ固定のイオンビーム３０５に対して直線の第１スキャン経路に沿ってワークピース３０２を往復移動または揺動するように操作可能であり、この装置は、イオン注入処理において利用することができる。代わりに、往復駆動装置３００は、例えば、ステップアンドリピートリソグラフィーシステム(図示略)等の種々の他の半導体処理システムと共に利用可能である。さらに別の代替物として、装置３００は、半導体技術に関係しない処理システムにも利用することができ、また、このような全てのシステム及び実現したものが、本発明範囲内に入るものと考えられる。

本発明の１つの構成によれば、往復駆動装置３００は、スキャンアーム３０８に結合して操作されるモータ３０６を含み、このスキャンアームは、さらに、ワークピース３０２を支持するように動作する。モータ３０６は、例えば、ロータ３１０及びステータ３１２を含み、これらのロータ及びステータは、上述したと同様に、第１軸回りに個々に回転させることができる。ロータ３１０は、さらに、シャフト３１６に結合して作動され、このシャフトは、第１軸に沿って伸び、スキャンアーム３０８に結合して作動可能である。本発明の例では、ロータ３１０及びシャフト３１６は、互いに固定連結され、シャフトとスキャンアーム３０８は、互いに噛み合い連結し、シャフトの回転は、スキャンアームの線形移動を駆動するように操作される。ここで、第１スキャン経路３０４は、ほぼ線形である。一例によれば、スキャンアーム３０８は、係合部分３２０を含み、シャフト３１６は、駆動部分３２２を有し、また、スキャンアームの係合部分は、シャフトの駆動部分に結合されて作動可能である。例えば、係合部分３２０は、ラック３２４からなり、駆動部分３２２は、ピニオン３２６からなる。他の構造では、係合部分３２０は、ほぼ平坦な表面(図示略)からなり、駆動部分３２２は、係合部分に係合して作動するロータ(図示略)から構成することができる。スキャンアーム３０８を直線移動するように作動可能な、どんな係合部分３２０及び駆動部分３２２でも利用できることが理解できよう。また、全てのこのような係合部分及び駆動部分は、本発明の範囲内に入るものと考えられる。

本発明の別の例示的な構成によれば、往復駆動装置３００は、さらに、釣り合いアーム３２８を含み、このシャフト３１６及び釣り合いアームは、互いに噛み合い結合する。例えば、釣り合いアーム３２８は、シャフト３１６回りにスキャンアーム３０８に対抗配置することができ、シャフトの回転により、スキャンアームの直線移動と反対の方向に釣り合いアームを直線移動させることができる。このような釣り合いアーム３２８は、例えば、慣性質量３３０を含み、さらに、第１軸３１４に対する慣性力を制限する。別の例によれば、往復駆動装置は、さらに、１つ以上の直線移動用軸受(図示略)を含み、この１つ以上の軸受は、直線経路に対して、スキャンアーム３０８及び釣り合いアーム３２８の並進移動を制限する。

本発明の別の例示的な構成によれば、図５は、例示的な方法４００の概略ブロック図であり、図１〜４の例示的な往復駆動装置の集積化及び作動を説明するものである。この例示的な方法は、以下に、一連の作用又は事象として図示されかつ説明されているが、本発明は、このような作用および事象の説明された順序によって制限されるものではなく、ここで示されかつ記載された本発明のいくつかのステップと離れた他のステップと異なる順序および／または同時に並行して発生することができる。さらに、説明されていないステップが、本発明の方法を実現するために必要とすることができる。さらに、本発明の方法は、説明されていない他のシステムと関連すると同様に、ここで説明されかつ記載されたシステムと関連して実行できることが理解されるであろう。

図５に示すように、方法４００は、図２のスキャンアーム２３２等の動作３０５において、スキャンアーム上にワークピースを設けるステップから始める。このスキャンアームは、ロータとステータとを有するモータに連結して作動する。ここで、ロータとステータは、第１軸回りに個別に回転及び逆回転するように作動できる。動作３１０において、電磁気力が、ロータとステータとの間に加えられ、ここで、ワークピースを第１スキャン経路に沿うイオンビームを通過して並進移動させる。動作３１５において、ワークピースの位置が、シャフト、ロータ、及びステータの１つまたはそれ以上の回転位置を感知することにより、感知される。動作３２０では、ロータとステータとの間の電磁気力が制御され、又は第１スキャン経路に沿って選択的に変えられる。そして、ステータは、ワークピースの往復運動に抗して第１軸回りに回転または逆回転する。動作３２０における制御の少なくとも一部は、例えば、ワークピースの感知された位置に基づいている。

本発明の別の例示的な構成によれば、往復駆動装置は、潤滑された軸受又はアクチュエータ等の機械的コンポーネントが、環境に直接晒されることなく、高真空の状態にある処理室(図示略)内で利用することができる。このような目的を達成するために、本装置の複数の継手は、例えば、強磁性流体シール等の真空シールを備えている。完全な処理の清浄性を与える移動可能などのような形式の真空シールでも、本発明の範囲内に入るものと考えられる。それゆえ、本発明は、クリーンな真空環境において、動きの発生及びウエハのスキャンニングを達成するように作動可能である。

本発明を或る好ましい実施形態または他の実施形態に対して図示して説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、本発明のここで図示された例示的な実施形態において、その機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。
更に、本発明の特定の特徴は、幾つかの実施形態の内のただ一つに対して開示することができるが、このような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。

本発明の一実施形態による例示的な往復駆動装置の簡略化した斜視図である。 本発明の一実施形態による例示的な往復駆動装置の側部断面図である。 本発明の他の例示的実施形態による例示的スキャンアームの部分側面図である。 本発明の他の実施形態による他の往復駆動装置の簡略化した斜視図である。 本発明の他の例示的実施形態によるワークピースを往復する方法のブロックダイヤグラムである。 本発明のさらに他の例示的実施形態による例示的な往復駆動装置の図である。 本発明のさらに他の例示的実施形態による例示的な往復駆動装置の図である。 本発明のさらに他の例示的実施形態による例示的な往復駆動装置の図である。

Claims (63)

1. イオンビーム中を通過してワークピースをスキャンするための往復駆動システムであって、
   イオンビームに関連した処理室と、
   ロータとステータから構成され、前記処理室に連結されて作動可能であり、前記ロータとステータが、第１軸回りに個々に回転するように作動でき、前記ロータとステータとの間の電磁気力が、前記第１軸回りに前記ロータの回転位置を決定し、さらに前記ステータが、前記ロータの回転に対して反動質量として作用するように動作するモータと、
   このモータに固定され、前記処理室内に第１軸に沿って伸びているシャフトと、
   前記処理室内に存在し、前記シャフトに連結して作動可能になり、かつワークピースを支持するエンドエフェクタを含み、前記ロータの回転位置により、前記イオンビームに対して第１スキャン経路に沿うワークピースの位置を決定するためのスキャンアームと、
   前記ロータとステータとの間の電磁気力を制御することによって、前記第１スキャン経路に沿うワークピースの位置を制御するためのコントローラと、
   を含む往復駆動システム。
2. 前記スキャンアームは、第１軸から放射状に伸びる伸長アームを含み、前記エンドエフェクタが、前記伸長アームの遠方端に配置されることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
3. 前記スキャンアームは、このアームの重心で前記シャフトに連結され、前記スキャンアームは、前記第１軸回りに回転可能に釣り合っていることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
4. 前記スキャンアームは、カウンターウエイトをさらに含み、このカウンターウエイトは、前記第１軸回りの前記スキャンアーム、エンドエフェクタ及びワークピースの質量と釣り合うことを特徴とする請求項３記載の往復駆動システム。
5. 前記エンドエフェクタは、電磁チャックを含んでいることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
6. 前記モータは前記処理室の外側にあり、前記処理室は貫通する１つの開口を形成し、前記シャフトは前記開口を貫通し、前記シャフトと前記開口に関連した回転シールが、前記処理室内の内部環境から処理室の外側の外部環境を分離することを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
7. 前記エンドエフェクタは、前記スキャンアームに連結されて第２軸回りに回転可能であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
8. 前記スキャンアームとエンドエフェクタに結合して作動するエンドエフェクタアクチュエータをさらに含み、このエンドエフェクタアクチュエータは、第２軸回りにエンドエフェクタを回転させ、前記コントローラは、さらに、前記エンドエフェクタアクチュエータを制御することによって、前記処理室に対してワークピースの回転方位を維持するように作動可能であることを特徴とする請求項７記載の往復駆動システム。
9. 前記エンドエフェクタアクチュエータの電源をさらに含み、前記エンドエフェクタアクチュエータはサーボモータを含み、前記コントローラは、前記エンドエフェクタの電源から前記エンドエフェクタアクチュエータに供給される電力量を制御することによって、前記処理室に対するワークピースの回転方位を制御できることを特徴とする請求項８記載の往復駆動システム。
10. 前記第２軸は、前記第１軸にほぼ平行であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
11. 前記モータ及び処理室に連結して作動可能なスロースキャンアクチュエータをさらに含み、このスロースキャンアクチュエータは、前記第１軸に対してほぼ直交する第３軸に沿って前記処理室に対して前記モータを並進移動するように作動可能であり、これにより、イオンビームに対する、スロースキャン経路に沿うワークピースの位置を決定し、前記コントローラは、さらに、前記スロースキャンアクチュエータを制御することによって、前記スロースキャン経路に沿うワークピースの位置を制御するように作動可能であることを特徴とする請求項７記載の往復駆動システム。
12. スロースキャンアクチュエータの電源をさらに含み、前記スロースキャンアクチュエータは、サーボモータを含み、前記コントローラは、前記スロースキャンアクチュエータの電源から前記スロースキャンアクチュエータに供給される電力量を制御することによって、前記スロースキャン経路に沿うワークピースの位置を制御できることを特徴とする請求項１１記載の往復駆動システム。
13. １つまたは複数の線形軸受をさらに含み、該線形軸受によって、処理室に対して前記モータを滑動可能に連結することを特徴とする請求項１１記載の往復駆動システム。
14. 前記処理室とモータとの間に配置された滑動シールをさらに含み、前記処理室は、前記第３軸にほぼ平行に伸びる貫通スロットを形成し、前記シャフトは、前記スロットを貫通し、かつ前記スロット内で直線移動するように作動可能であり、前記滑動シールは、前記スロットの回りを取り囲み、前記処理室外の外部環境から前記処理室内の内部環境を分離することを特徴とする請求項１１記載の往復駆動システム。
15. イオンビームに対して固定されたフレームをさらに含み、前記処理室は、イオンビームにほぼ直交する第４軸回りに前記フレームに対して旋回可能に連結され、前記処理室の第４軸回りの回転位置は、前記イオンビームとワークピースの表面間の傾斜角度を形成することを特徴とする請求項１１記載の往復駆動システム。
16. １つまたは複数の前記ロータとステータの少なくとも一部が、モータハウジング内に存在し、このモータハウジングは、前記第１軸に固定されていることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
17. 前記モータとシャフトに関連した１つまたは複数の低摩擦軸受をさらに含み、これらの低摩擦軸受は、ロータ、ステータ及びシャフトの１つ以上を静的基準点に対して、回転可能に連結し、さらに、１つ以上の低摩擦軸受は、それぞれのロータ、ステータ、シャフト及び静的基準点の間に低い摩擦係数を与えることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
18. １つ以上の低摩擦軸受の少なくとも一部は、空気軸受からなることを特徴とする請求項１７記載の往復駆動システム。
19. 前記処理室は、処理室内の内部環境を実質的に低圧力に維持するように作動する真空室からなることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
20. 前記ステータに固定連結された慣性質量をさらに含み、前記慣性質量の慣性モーメントは、前記スキャンアーム、エンドエフェクタ及びワークピースの慣性モーメントの全体に関連しており、前記慣性モーメントは、前記スキャンアームの前記第１軸回りの回転に対抗して作動可能であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
21. 前記慣性質量の慣性モーメントは、前記スキャンアーム、エンドエフェクタ及びワークピースの慣性モーメントの全体よりも大きいかまたは等しいことを特徴とする請求項２０記載の往復駆動システム。
22. 前記シャフトに結合して作動可能な第１駆動アクチュエータをさらに含み、この第１駆動アクチュエータは、前記シャフトに第１の回転力を与えるように作動可能であり、前記コントローラは、さらに、前記第１駆動アクチュエータによって第１スキャン経路に沿うワークピースの位置を制御するように作動可能であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
23. 前記第１駆動アクチュエータは、前記第１スキャン経路に沿うワークピースの位置に従って前記シャフトの回転速度を変化できることを特徴とする請求項２１記載の往復駆動システム。
24. 第１軸回りのロータの回転位置及び第１軸回りのステータの回転位置を感知できる１つまたは複数のセンサ要素をさらに含み、前記第１スキャン経路に沿うワークピースの位置制御の少なくとも一部は、前記ロータとステータのそれぞれの感知された回転位置に基づいていることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
25. １つまたは複数のセンサ要素は、シャフト、ロータ及びステータの１つ以上に関連した１つ以上の高解像度エンコーダを含むことを特徴とする請求項２４記載の往復駆動システム。
26. １つまたは複数のセンサ要素は、前記ステータに対して前記ロータの回転方位を感知するように作動可能な第１エンコーダと、前記処理室に対して前記ロータの回転方位を感知するように作動可能な第２エンコーダとを含むことを特徴とする請求項２４記載の往復駆動システム。
27. 前記エンドエフェクタの回転速度は、第１スキャン経路に沿って予め決められたスキャンニング範囲内でほぼ一定であり、前記スキャンニング範囲は、ワークピースの大きさに関連していることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
28. 前記モータは、正転及び逆転の方向にシャフトを回転できることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
29. 第１スキャン経路は、曲線形であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
30. イオンビームの経路に関係し、かつ前記処理室内に配置されるファラデーカップをさらに含み、このファラデーカップは、前記イオンビームに関連したビーム電流を感知するように作動可能であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
31. 前記スキャンアームは、ハブによって前記シャフトに回転可能に連結され、前記スキャンアームは、前記第１軸にほぼ直交する第５軸の上方で回転するように作動可能であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
32. 前記シャフトは、実質的に中空であることを特徴とする請求項１記載の往復駆動システム。
33. イオンビーム中を通過するワークピースをスキャンするための往復駆動装置であって、
    第１軸回りに個々に回転可能なロータとステータを含むモータと、
    前記ロータによって回転駆動され、かつ前記第１軸に沿って伸びるシャフトと、
    このシャフトに連結されて作動可能なスキャンアームとを含み、
    このスキャンアームは、ワークピースを支持し、さらに前記シャフトの周期的な逆回転により、前記スキャンアームを回転させて、これにより、ワークピースをイオンビーム中に通過させて第１スキャン経路に沿ってスキャンし、前記ステータは、前記ロータの回転に対して反動質量として作用するように作動可能であることを特徴とする往復駆動システム。
34. 前記ステータに結合された慣性質量をさらに含み、この慣性質量は、前記第１軸回りの前記スキャンアームの回転に反対に作用することを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
35. 前記慣性質量の慣性モーメントは、前記スキャンアーム及びワークピースの慣性モーメントの全体に関係することを特徴とする請求項３４記載の往復駆動システム。
36. 前記スキャンアームは、エンドエフェクタを含み、このエンドエフェクタに前記ワークピースが支持されることを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
37. 前記エンドエフェクタは、電磁チャックからなることを特徴とする請求項３６記載の往復駆動システム。
38. 前記エンドエフェクタは、前記スキャンアームに回転可能に取り付けられ、かつ前記第１軸にほぼ平行な第２軸回りに回転するように作動可能であることを特徴とする請求項３６記載の往復駆動システム。
39. 前記エンドエフェクタ及びスキャンアームに結合して作動可能なエンドエフェクタアクチュエータをさらに含み、このエンドエフェクタは、前記第２軸回りに前記エンドエフェクタを回転できることを特徴とする請求項３８記載の往復駆動システム。
40. 前記モータに結合して作動可能なスロースキャンアクチュエータをさらに含み、このスロースキャンアクチュエータは、前記第１軸に対してほぼ直交する第３軸に沿って、前記モータを直線移動することができ、これにより、第２スキャン経路に沿ってイオンビーム中を通過するワークピースをスキャンすることを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
41. 前記モータは、ほぼ一定速度で、前記シャフトの逆回転を駆動するように作動可能であることを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
42. 前記ステータは、ロータ、スキャンアーム及びワークピースの回転に対して反動質量として作動可能であることを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
43. 処理室をさらに含み、前記シャフトは、前記処理室に設けた開口を貫通して伸び、前記スキャンアームは、前記処理室内に存在し、前記モータは、前記処理室の外側にあることを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
44. １つまたは複数のセンサ要素をさらに含み、このセンサ要素は、前記シャフト、ロータ及びステータの１つ以上の前記第１軸回りの回転位置を感知できることを特徴とする請求項３３記載の往復駆動システム。
45. １つまたは複数のセンサ要素は、前記ステータに対して前記ロータの回転方位を感知するように作動可能な第１エンコーダと、前記イオンビームに対して前記ロータの回転方位を感知するように作動可能な第２エンコーダとを含むことを特徴とする請求項４４記載の往復駆動システム。
46. １つまたは複数のセンサ要素は、シャフト、ロータ及びステータの１つ以上に関連した１つ以上の高解像度エンコーダを含むことを特徴とする請求項４４記載の往復駆動システム。
47. イオンビーム中を通過するワークピースをスキャンするための往復駆動装置であって、
    前記イオンビームに関連した処理室と、
    第１軸回りに個々に回転できるロータとステータを有するモータと、
    前記ロータによって回転駆動され、かつ前記処理室に設けた開口を通過して前記第１軸に沿って伸びているシャフトと、
    前記処理室内で前記シャフトに連結されて作動可能となり、ワークピースを支持できるエンドエフェクタを含み、かつ前記シャフトの周期的逆回転により、回転するように作動し、イオンビーム中を通過してワークピースを第１スキャン経路に沿ってスキャンし、前記ステータが前記ロータの回転に対して反動質量として作動可能となっているスキャンアームと、
    前記ロータとステータ間の電磁気力を制御することによって、前記第１スキャン経路に沿うワークピースの位置を制御するように作動可能なコントローラと、を含んでいることを特徴とする往復駆動システム。
48. 前記スキャンアームは、このアームの重心に前記シャフトに対して連結されるとともに、さらに、カウンターウエイトを含んでおり、このカウンターウエイトが、前記第１軸回りの前記スキャンアーム、エンドエフェクタ及びワークピースの質量とほぼ釣り合うことを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
49. 前記エンドエフェクタは、電磁チャックからなることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
50. 前記シャフトと前記処理室の開口に関連した回転シールをさらに含み、この回転シールは、前記処理室外の外部環境を前記処理室内の内部環境から分離することを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
51. 前記スキャンアームとエンドエフェクタに結合して作動するエンドエフェクタアクチュエータをさらに含み、このエンドエフェクタアクチュエータは、前記第１軸にほぼ平行な第２軸回りにエンドエフェクタを回転させ、前記コントローラは、さらに、前記エンドエフェクタアクチュエータを制御することによって、前記処理室に対してワークピースの回転方位を維持するように作動可能であることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
52. 前記モータ及び処理室に連結して作動可能なスロースキャンアクチュエータをさらに含み、このスロースキャンアクチュエータは、第３軸に沿って前記処理室に対して前記モータを並進移動するように作動可能であり、これにより、イオンビームに対する、第２スキャン経路に沿うワークピースの位置を決定し、前記コントローラは、さらに、前記スロースキャンアクチュエータを制御することによって、前記第２スキャン経路に沿うワークピースの位置を制御するように作動可能であることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
53. 前記処理室とモータとの間に配置された滑動シールをさらに含み、前記モータは、１つ以上の線形軸受によって前記処理室に連結して滑動可能であり、前記処理室は、伸長する貫通スロットを含み、前記シャフトは、前記スロットを貫通し、かつ前記スロット内で直線移動するように作動可能であり、前記滑動シールは、前記スロットの回りを取り囲み、前記処理室外の外部環境から前記処理室内の内部環境を分離することを特徴とする請求項５２記載の往復駆動システム。
54. イオンビームに対して固定されたフレームをさらに含み、前記処理室は、第４軸回りに前記フレームに対して旋回可能に連結され、前記処理室の第４軸回りの回転位置は、前記イオンビームとワークピースの表面間のねじれ角度を形成することを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
55. 前記モータとシャフトに関連した１つまたは複数の低摩擦軸受をさらに含み、これらの低摩擦軸受は、静的基準点に対して、ロータ、ステータ及びシャフトの１つ以上を回転可能に連結し、さらに、１つ以上の低摩擦軸受は、それぞれのロータ、ステータ、シャフト及び静的基準点の間に低い摩擦係数を与えることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
56. 前記ステータに結合された慣性質量をさらに含み、前記慣性質量の慣性モーメントは、前記スキャンアーム、エンドエフェクタ及びワークピースの慣性モーメントの全体より大きく、前記慣性質量は、前記スキャンアームの前記第１軸回りの回転に対抗して作動可能であることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
57. 前記シャフトに結合して作動可能な第１駆動アクチュエータをさらに含み、この第１駆動アクチュエータは、前記シャフトに第１の回転力を与えるように作動可能であり、前記コントローラは、さらに、前記第１駆動アクチュエータを制御することによって第１スキャン経路に沿うワークピースの位置を制御するように作動可能であり、前記モータは、前記シャフトに対して加速器及び減速器として作用することを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
58. 前記シャフト、ロータ及びステータの１つ以上の第１軸回りのロータの回転位置を感知できる１つまたは複数のセンサ要素をさらに含み、前記第１スキャン経路に沿うワークピースの位置制御の少なくとも一部は、前記シャフト、ロータ及びステータのそれぞれの感知された回転位置に基づいていることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
59. １つまたは複数のセンサ要素は、前記ステータに対して前記ロータの回転方位を感知するように作動可能な第１エンコーダと、前記イオンビームに対して前記ロータの回転方位を感知するように作動可能な第２エンコーダとを含むことことを特徴とする請求項５８記載の往復駆動システム。
60. １つまたは複数のセンサ要素は、シャフト、ロータ及びステータの１つ以上に関連した１つ以上の高解像度エンコーダを含むことを特徴とする請求項５８記載の往復駆動システム。
61. イオンビームの経路に関係し、かつ前記処理室内に配置されるファラデーカップをさらに含み、このファラデーカップは、前記イオンビームに関連したビーム電流を感知するように作動可能であることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
62. 前記スキャンアームは、ハブによって前記シャフトに回転可能に連結され、前記スキャンアームは、第５軸の上方で回転するように作動可能であることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。
63. 前記シャフトは、実質的に中空であることを特徴とする請求項４７記載の往復駆動システム。

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