KR101089404B1

KR101089404B1 - 선형 주사 모터를 이용하는 이온 빔 주입기의 조정 가능한주입각 공작물 지지 구조물

Info

Publication number: KR101089404B1
Application number: KR1020057015453A
Authority: KR
Inventors: 로버트 미첼
Original assignee: 액셀리스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2011-12-07
Also published as: JP5051572B2; CN1751375B; TW200416768A; EP1611592B1; KR20060013638A; WO2004077480A2; US6740894B1; JP2006518917A; CN1751375A; TWI326888B; EP1611592A2; WO2004077480A3

Abstract

이온 빔 주입기는 이동 라인을 따라 이동하는 이온 빔을 생성하는 이온 빔원, 및 이온 빔에 의해 공작물의 표면의 이온 주입을 위해 이온 빔을 교차하도록 공작물이 배치되는 진공실 또는 주입실을 포함한다. 이온 빔 주입기는 주입실에 결합되어, 공작물을 지지하는 공작물 지지 구조물을 더 포함한다. 공작물 지지 구조물은 주입실에 회전 가능하게 부착된 회전 부재를 포함한다. 주입실에 대한 회전 부재의 회전은 주입실 내의 이온 빔 라인의 일부에 대한 공작물의 주입각을 변경시킨다. 공작물 지지 구조물은, 주입실 내에 배치되고, 회전 부재에 이동 가능하게 결합되어, 이동 경로를 따른 선형 운동을 위해 공작물을 지지하는 병진 부재를 더 포함한다. 병진 부재는 선형 모터를 포함한다.

이온 빔 주입기, 이온 빔원, 주입실, 공작물 지지 구조물, 회전 부재, 병진 부재.

Description

선형 주사 모터를 이용하는 이온 빔 주입기의 조정 가능한 주입각 공작물 지지 구조물{ADJUSTABLE IMPLANTATION ANGLE WORKPIECE SUPPORT STRUCTURE FOR AN ION BEAM IMPLANTER UTILIZING A LINEAR SCAN MOTOR}

본 발명은 이온 빔 주입기의 주입실에 결합되는 조정 가능한 주입각 공작물 지지 조립체 또는 구조물에 관한 것으로서, 특히, 공작물의 주입각이 선택되어, 공작물이 선택된 주입각에서 선형 경로를 따라 병진될 수 있도록 이온 빔에 대해 공작물의 회전 및 선형 운동을 위해 제공하는 공작물 지지 조립체 또는 구조물에 관한 것이며, 여기서, 이온 빔이 주입실로 들어가는 위치에서 이온 빔이 공작물의 주입 표면에 충돌하는 위치 및 이온 빔의 교차점까지의 거리는 공작물의 병진 동안에 일정하게 유지한다.

이온 빔 주입기는 반도체 웨이퍼를 도핑하는 공정에 널리 이용된다. 이온 빔 주입기는 정 전하 이온의 원하는 종으로 구성된 이온 빔을 생성시킨다. 이온 빔은, 반도체 웨이퍼, 기판 또는 평평한 패널과 같은 공작물의 노출면에 충돌하여, 원하는 이온에 의해 공작물 표면을 "도핑" 및 주입한다. 어떤 이온 주입기는 연속 주입을 이용하며, 여기서, 단일의 비교적 큰 웨이퍼 공작물은 주입실내의 지지물 상에 배치되어 주입된다. 주입은 한번에 하나의 공작물에 일어난다. 공작물이 이온 빔의 빔 라인에 있고, 이온 빔이 이온의 원하는 선량을 주입하도록 공작물 위에서 반복 적으로 주사되도록 지지물이 지향된다. 주입이 완료하면, 공작물은 지지물로부터 제거되고, 다른 공작물은 주입을 위해 지지물 상에 배치된다.

최근에, 반도체 산업의 동향은 점차 증대하는 보다 큰 웨이퍼 공작물, 예컨대 300 mm의 직경의 웨이퍼를 사용하여 왔다. 큰 웨이퍼 공작물 또는 평평한 패널과 같은 다른 공작물을 주입한 능력이 매우 바람직하게 되었다. 공작물을 연속적으로 주입하는 하나의 방법은, 이 공작물을 주사, 팬 또는 리본 이온 빔의 앞으로 이동시키는 것이다. 이와 같은 이온 빔은 공작물의 전체 폭이 균일하게 주입될 수 있도록 충분히 넓다. 전체 공작물을 주입하기 위해, 이온 빔의 방향 또는 지역으로 횡단하는 제 2 운동이 요구된다. 또한, 주입되는 특정 공작물에 대한 주입각을 변경할 수 있는 것이 바람직하다. 주입각은 이온 빔과 공작물의 처리 표면 간에 형성된 입사각이다. 0 도의 주입각은 공작물의 주입 표면이 이온 빔의 빔 라인에 수직이라는 것을 의미한다.

종래의 이온 빔 주입기의 공작물 지지 구조물의 하나의 결점은, 0 도의 이외의 주입각에서, 이온 빔의 빔 라인에 수직인 이동 경로를 따라 공작물을 이동시키면, 빔이 공작물 주입 표면에 충돌하는 주입실 내에서 이동하는 거리는 변화한다. 다시 말해, 주입각이 0 도가 아닐 경우, 공작물은 이온 빔의 빔 라인에 대해 경사지는 것을 관찰할 수 있다. 이와 같이 경사진 공작물이 이온 빔의 빔 라인에 대해 수직으로 이동될 경우, 이온 빔의 방향으로 경사진 공작물의 일부에 주입될 때, 이온 빔이 주입 표면에 충돌할 때 주입실 내에서 이동하는 거리는 공작물의 주입 표면의 중심에 있는 빔 거리에 비해 감소될 것이다. 다른 한편으로는, 이온 빔으로부터 더 떨어져 경사진 공작물의 일부에 주입될 때, 이온 빔이 주입 표면에 충돌할 때 주입실 내에서 이동하는 거리는 공작물의 주입 표면의 중심에서 있는 빔 거리에 비해 더 클 것이다.

명백히, 공작물이 더욱 크고, 주입각이 0 도에서 더욱 커질수록, 주입이 공작물의 주입 표면의 한 단부에서 주입 표면의 대향 단부로 이동할 시에 주입실 내에서 이온 빔에 의해 이동되는 빔 거리의 차는 더욱 커진다. 이온 빔이 그의 빔 경로를 통해 확산할 시에, 일정하지 않은 빔 거리는 공작물의 주입 표면의 전체에 걸쳐 균일한 이온 선량 주입을 달성하는데 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 더욱 큰 웨이퍼로의 기울기는 이런 일정하지 않은 빔 거리 문제를 악화시킨다.

공작물의 주입 표면의 균일한 주입을 보장하기 위하여, 공작물의 주입 표면에 충돌할 때 주입실 내에서 이온 빔에 의해 횡단하는 실질적으로 일정한 빔 거리를 유지하는 것이 바람직하다. 원하는 것은, 원하는 주입각을 선택하고, 주입실로 이온 빔이 들어가는 지점과 주입 표면에 충돌하는 지점 사이에 실질적으로 일정한 빔 거리를 유지하는 능력을 제공하는 공작물 지지 구조물이다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시예는 진공실 또는 주입실 내에 공작물을 지지하기 위한 공작물 지지 구조물을 가진 이온 빔 주입기에 관계한다. 이온 빔 주입기는 이동 경로를 따라 이동하여, 축을 따라 주사되는 이온 빔을 생성하는 이온 빔원을 포함한다. 공작물이 이온 빔에 의해 공작물의 주입 표면의 주입을 위한 주사 이온 빔의 이동 경로를 교차하기 위해 배치되도록 공작물은 주입실 내의 공작물 지지 구조물에 의해 지지된다. 이점으로, 공작물 지지 구조물은, 1) 원하는 주입각을 선택하고, 2) 이온 빔에 의해 주입 표면의 주입을 위해 공작물을 이동하면서 주입실로의 이온 빔의 입구(entry)와 주입 표면에 대한 충돌 사이에 실질적으로 일정한 빔 거리를 유지하기 위해 제공한다.

공작물 지지 구조물은 주입실에 결합되어, 공작물을 지지한다. 공작물 지지 구조물은 주입실에 회전 가능하게 결합된 회전 부재를 포함하고, 이 회전 부재는 주입실 내의 이온 빔의 경로에 수직인 회전축을 가지며, 주입실에 대한 회전 부재의 회전은 주입실 내의 이온 빔의 경로에 대한 공작물의 주입각을 변화시킨다. 공작물 지지 구조물은, 회전 부재에 이동 가능하게 결합되어, 선택된 주입각을 유지하면서 공작물을 지지하며 이온 빔으로 횡단하는 방향으로 이동 경로를 따른 선형 운동을 하는 병진 부재를 더 포함한다. 바람직하게는, 병진 부재는 주입실 내에 배치된 선형 모터이다.

이점으로, 주입실로의 이온 빔 입구와, 공작물의 주입 표면 및 이온 빔의 교차점 간의 거리는 이동 경로를 따른 공작물의 이동 동안에 실질적으로 일정하게 유지한다.

본 발명의 예시적인 실시예의 이들 및 다른 목적, 이점 및 특징은 첨부한 도면에 관련하여 상세히 기술된다.

도 1은 본 발명의 이온 빔 주입기의 개략적인 평면도이다.

도 2는 웨이퍼 지지 위치 내의 웨이퍼 지지 구조물을 가진 도 1의 이온 빔 주입기의 주입실 및 관련 공작물 지지 구조물의 개략적인 부분 상면도이다.

도 2A는 사선으로 둘러싸인 도 2의 공작물 지지 구조물의 일부의 개략적인 부분 상면도이다.

도 3은 주입 위치 내의 공작물 지지 구조물을 가진 도 2의 주입실 및 공작물 지지 구조물의 개략적인 부분 정면도이다.

도 4는 공작물 홀더 조립체가 제거된 가진 도 2의 공작물 지지 구조물의 병진 부재의 개략적인 측면도이다.

도면을 참조하면, 이온 빔 주입기는 일반적으로 도 1에서 (10)으로 도시된다. 이 주입기는, 빔 경로(16)를 횡단하는 이온 빔을 단부 또는 주입 스테이션(20)으로 형성하는 이온을 생성하는 이온원(12)을 포함한다. 주입 스테이션은 반도체 웨이퍼 또는 평평한 패널 또는 기판과 같은 공작물(24)이 이온 빔(16)에 의해 주입하기 위해 배치되는 내부 영역(22e)을 형성하는 진공실 또는 주입실(22)을 포함한다. (개략적으로 (26)으로 도시된) 제어 전자 장치는 공작물(24)에 의해 수용되는 이온 선량을 모니터하고 제어하기 위해 제공된다. 제어 전자 장치(26)으로의 조작원의 입력은 사용자 제어 콘솔(27)을 통해 실행된다.

이온원(12)은 공작물(24)에 충돌하는 이온 빔(14)을 생성시킨다. 이온 빔(14)의 이온은 빔이 빔 경로(16)를 따라 이온원(12)과 주입실(22) 간의 거리를 횡단할 시에 발산하는 경향이 있다. 이온원(12)은 이온원 재료가 분사되는 내부 영역을 형성하는 플라즈마실(28)을 포함한다. 이온원 재료는 이온화 가능 가스 또는 기 화 이온원 재료를 포함할 수 있다.

이온 빔을 만곡(bend)시켜, 빔 셔터(32)로 지향시키는 분석 자석(30)은 빔 경로(16)를 따라 배치된다. 빔 셔터(32)에 후속하여, 빔(14)은 빔(14)을 집속하는 사중극 렌즈 시스템(36)을 통과한다. 빔 경로(16)는 편향 전극(38)을 통해 연장하며, 이온 빔(14)은, 주입실(22) 내의 이온 빔(14)의 일부가 리본 이온 빔(14a)이도록 리본 이온 빔을 생성시키기 위해 반복적으로 편향되거나 주사된다. 리본 이온 빔(14a)은 주입실(22)의 전면 벽(22b)내의 개구(22a)를 통해 주입실(22)에 입력한다. 리본 이온 빔(14a)은, 본질적으로 매우 좁은 삼각형의 형상을 가진 이온 빔, 즉, 예컨대, (도 2에서 W로서 도시되는) 수평 또는 "x" 방향 범위의 한 방향으로 연장하고, 예컨대, 수직 또는 "y" 방향의 직각 방향의 매우 제한된 범위를 가진 빔이다.

일반적으로, 리본 이온 빔(14a)의 범위는 공작물(24)의 전체 주입 표면(25)을 주입하기에 충분하고, 즉, 주입실(22)을 횡단하는 리본 이온 빔(14a)이 수평 또는 x 방향(도 1)으로 연장할 경우, 공작물(24)은 300 mm의 수평 크기(또는 300 mm의 직경)을 갖는다. 제어 전자 장치(26)는, 주입실(22) 내의 공작물(24)의 주입 표면에 충돌할 시에, 리본 이온 빔(14a)의 수평 범위 W가 적어도 300 mm이도록 전극(38)을 적절히 가동할 것이다. 전극(38)은 빔(14)을 편향시키고, 평행 렌즈(40)는 빔 라인(16)을 따라 배치되어, 리본 이온 빔(14a)이 공작물(24)을 주입시킬 시에 평행하도록 전극(38)에 의해 유발된 빔 각의 편향을 보정한다.

후술하는 바와 같이, 공작물 지지 구조물(100)은, 공작물(24)의 전체 주입 표면(25)이 이온으로 균일하게 주입되도록 주입 동안에 리본 이온 빔(14)에 대해 공작물(24)을 지지하고 이동한다. 상술한 주사 기술 이외에, 당업자는 주입실(22) 내의 리본 이온 빔(14a)의 리본 형상이 많은 방식으로 생성될 수 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 플라즈마실(28)의 아크 슬릿(arc slit)은 생성된 이온 빔이 처음부터 리본 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명은 이온 빔을 형성하거나 형상을 갖도록 어떤 특정 기술 또는 구조물의 사용으로 제한되지 않는다.

공작물의 연속 주입에 적합한 이온 주입기에 대한 더욱 상세한 설명은, 1990년 12월 4일자로 레이 등에 허여된 미국 특허 제4,975,586호, 및 1988년 8월 2일자로 마이런에 허여된 미국 특허 제4,761,559호에 개시되어 있다. '586 및 '599 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되고, 이는 여기서 참조로 포함된다.

주입실의 내부 영역(22e)은 진공 상태로 되어 있다. 주입실(22) 내에 설치된 2개의 로봇 암(42,44)은 웨이퍼 공작물을 공작물 지지 조립체 또는 구조물(100)에 자동으로 적재하고, 그로부터 하적(unload)한다. 공작물(24)은 도 1에서 수평 적재 위치에 도시되어 있다. 주입 전에, 공작물 지지 구조물(100)은 공작물(24)을 주입을 위해 수직 또는 실질적으로 수직 위치로 회전시킨다. 공작물(24)이 수직이면, 즉, 이온 빔(14)에 대해 수직이면, 주입각 또는 입사각은 0 도이다. 원하지 않는 채널링 효과를 최소화하기 위해, 통상적으로, 작지만 0이 아닌 주입각이 선택됨을 알게 되었다.

종래의 주입 동작에서, 도핑되지 않은 공작물은, 공작물(24)을 오리엔터(orienter)(56)로 이동시키는 로봇 암(54)의 근처로 공작물(24)을 가져오는 서틀(52)에 의해 제 1 카세트(50)으로부터 회수되는데, 여기서 공작물(24)은 특정 결정 방향으로 회전된다. 암(54)은 지향된 공작물(24)을 회수하여, 주입실(22)에 인접한 적재 스테이션(58)으로 이동시킨다. 적재 스테이션(58)은 폐쇄되고, 원하는 진공으로 펌프 다운되어, 주입실(22)로 개방한다. 적재 스테이션(58) 내의 제 1 암(42)은 공작물(24)을 붙잡아, 주입실(22) 내로 가져와, 공작물 지지 구조물(100)의 정전기 클램프(electrostatic clamp) 또는 척(202) 상에 배치한다. 정전기 클램프(202)는 주입 동안에 공작물(24)을 적소에 유지하도록 가동된다. 적절한 정전기 클램프는, 1995년 7월 25일자로 블레이크 등에 허여된 미국 특허 제5,436,790호, 및 1995년 8월 22일자로 블레이크 등에 허여된 미국 특허 제5,444,597호에 개시되어 있으며, 이들 양자 모두는 본 발명의 양수인에게 양도되었다. '790 및 '597 특허의 양자 모두는 여기서 참조로 포함된다.

공작물(24)의 이온 주입 후에, 공작물 지지 구조물(100)은 공작물(24)을 수평 위치로 복귀시키고, 정전기 클램프(102)는 공작물을 해제하도록 가동 중단된다. 주입 스테이션(22)의 제 2 암(44)은 주입된 공작물(24)을 붙잡아, 이 공작물을 주입실(22)에서 하적 스테이션(60)으로 이동시킨다. 하적 스테이션(60)으로부터, 로봇 암(62)은, 공작물을 제 2 카세트(66)에 배치하는 서틀(64)로 주입된 공작물(24)을 이동시킨다.

공작물 지지 구조물(100)은 제어 전자 장치(26)에 의해 조작된다. 공작물 지지 구조물(100)은 주입 동안에 공작물(24)을 지지하고, 이점으로, 주입실(22) 내에서 리본 이온 빔(14a)에 대해 공작물(24)의 회전 및 병진 운동을 허용한다. 회전 능력에 의해, 공작물 지지 구조물(100)은 이점으로 이온 빔(14)과 공작물(24)의 주입 표면(25) 사이에서 원하는 주입각 또는 입사각을 선택한다.

병진 또는 선형 운동 능력에 의해, 공작물 지지 구조물(100)은 공작물(24)의 주입 표면이 주입 동안에 원하는 입사각과 일치하는 평면을 따라 이동되도록 하여, 원하는 주입각을 유지시키고, 부가적으로, 리본 이온 빔(14a)이 주입실 내부 영역(22e)으로의 입구로부터 공작물(24)의 주입 표면(25)에 충돌하는 지점(실제로, 이온 빔이 리본 이온 빔이기 때문에 한 라인)으로 이동하는 거리 d(도 2)를 실질적으로 일정하게 유지시킨다. 이와 같이 실질적으로 일정한 거리는 주입 표면(25)의 전체 주입 동안에 유지된다. 즉, 실질적으로 일정한 거리는, 전체 주입 표면이 주입 표면(25)의 한 단부(25a)로부터 대향 단부(25b)(도 2)로 주입되도록 원하는 주입각(IA)과 일치하는 평면에서, 리본 이온 빔(14a)에 대해 횡으로 이동할 시에 유지된다.

주입실(22)과 공작물(24) 상의 이온 빔(14a)의 충돌 간의 이온 빔(14a)의 이동 경로 또는 실질적으로 일정한 거리의 유지는 공작물(24)의 전체 주입 표면(25)에 걸쳐 균일한 이온 주입 특징에 대해 매우 바람직하다. 공작물 지지 구조물(100)을 고찰하는 다른 방법은, 이온원(12)으로부터 공작물 주입 표면(25)에 충돌하는 지점으로 이온 빔(14)의 이동 경로를 실질적으로 일정하게 한다는 것이다.

산업 분야에서는 일반적이듯이, 이온 빔(14)이 공작물(24)의 주입 표면(25)에 수직일 시에, 주입각(IA)은 0 도로서 설정된다. 도 2에 도시된 리본 이온 빔(14a)에 대한 공작물(24)의 위치는 0 도와 같은 주입각(IA)을 가지면, 즉, 공작물(24)의 주입 표면(25)은 이온 빔의 방향과 수직이다. 유해한 채널링 효과를 최소화하기 위해, 종종, 0이 아닌 주입각이 공작물(24)의 주입을 위해 선택될 수 있다. 0이 아닌 2개의 주입각은 도 2에 표시된 IA1 및 IA2의 점선에 의해 개략적으로 도시된다. 공작물(24)이 주입각(IA1)을 따라 지향되면, 공작물(24)의 상부는 이온 빔(14)으로부터 경사지고, 공작물(24)이 주입각(IA2)을 따라 지향되면, 공작물(24)의 하부는 이온 빔(14)으로부터 경사진다.

제작 과정 중에, 반도체 웨이퍼 공작물 또는 평평한 패널 공작물은 연속으로 주입된다. 즉, 한 공작물의 주입이 완료될 시에, 정전기 클램프(202)는 공작물을 해제하도록 가동 중지되고, 주입된 공작물은 주입실(22)로부터 자동으로 제거되며, 다른 공작물은 정전기 클램프(202)의 지지 표면(204) 상에 배치되고, 클램프는 지지 표면(204) 상에 공작물(24)을 확실히 유지하도록 적절히 가동된다.

공작물 지지 구조물(100)은 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다. 도 1은 공작물의 적재 및 하적 위치에 정전기 클램프(202)를 도시한 평면도이다. 공작물(24)이 정전기 클램프(202)의 지지 표면(204) 상에 적재된 후, 공작물 지지 구조물(100)은 도 2에 도시된 위치(IA = 0 도)와 같은 주입 위치로 공작물을 회전시킨다. 도 2는 주입 위치에서 공작물(24)을 지지하는 정전기 클램프(202)를 도시한 평면도이다. 도 1은 점선의 주입 위치에 공작물(24)을 도시한 것이다.

공작물(24)의 주입 중에, 공작물 지지 구조물(100)은, 전체 주입 표면(25)이 원하는 이온과 적절히 충돌되어 주입되도록 리본 이온 빔(14a)으로 횡단하는 방향으로 공작물(24)을 이동시킨다. 도 2에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 공작물(24)과의 충돌 지점에서의 리본 이온 빔(14a)은, 공작물(24)의 직경 보다 큰 수평 또는 "x" 방향의 폭 W을 가져, "x" 방향의 공작물의 병진은 공작물의 완전 주입을 위해 필요로 하지 않는다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공작물 지지 구조물(100)은 주입실(22)의 측벽(22c)에 부착되고, 주입실의 측벽(22c) 내의 개구(22d)를 통해 주입실(22)의 내부 영역(22e)으로 연장한다. 공작물 지지 구조물(100)은 회전 부재(110) 및 완전한 병진 부재(150)를 포함한다. 공작물 지지 구조물의 회전 부재(110)는 주입실(22)에 부착된 회전 턴테이블(turntable) 조립체를 포함한다. 바람직한 한 실시예에서, 회전 부재(110)는 주입실(22)에 부착된 스핀들 베어링 지지 하우징(112), 및 지지 하우징(112)에 회전 가능하게 부착된 회전 구동 메카니즘(120)을 포함한다. 지지 하우징(112)은 주입실(22), 바람직하게는, 주입실의 측벽(22c)에 부착되고, 주입실의 측벽(22c)의 개구(22d)로 연장한다.

회전 구동 메카니즘(120)은, 제어 전자 장치(26)로부터의 제어 신호에 응답하여, 공작물(24)을 이온 빔(14)에 대해 +/- 89 도 사이의 원하는 주입각(IA)으로 정확히 회전시킨다. 회전 부재(110)의 (도 2에서 점선으로 도시된) 중심선 C-C은 공작물의 주입 표면(25)의 전면과 정렬된다.

회전 부재(110)는, 스핀들 베어링 지지 하우징(112) 내에 배치된 스핀들 베어링 시스템(116), 및 스핀들 베어링 시스템에 의해 회전 가능하게 지지되는 중공 경사축 샤프트(123)를 더 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 경사축 샤프트(123)는 주입실의 내부 영역(22e)으로 연장한다. 회전 부재(110)는 또한 스핀들 베어링 시스템의 이격된 베어링(116a,116b)의 세트 사이에 배치된 강자성 유체(ferrofluidic) 회전 진공 밀봉 시스템(130)을 포함한다.

회전 구동 메카니즘(120)은 회전 서보모터(122)를 포함하며, 이 서보모터(122)는, 제어 전자 장치(26)로부터의 제어 신호에 응답하여, 경사축 샤프트(123)을 정확히 회전시켜, 공작물(24)을 원하는 주입각(IA)으로 회전시킨다. 샤프트(123)의 각 위치는 모니터되어, 경사축 회전 엔코더(126)에 의해 제어 전자 장치(26)로 보고된다. 서보모터(122)는 종래의 설계 방식이고, 예컨대, 직접 구동 서보모터 또는 기어 감속 서보모터일 수 있다. 중심 개구 또는 보어(bore)(124)는 경사축 샤프트(123)를 통해 연장하여, 전기 와이어링과 같은 시설물이 병진 부재(150)로 루트(route)되도록 한다. 중심 보어(124)는, 진공 주입실의 내부 영역(22e)과 달리, 대기압 상태에 있다.

경사축 샤프트(123)는 베어링 조립체(116)에 의해 지지 하우징(112) 내에 회전 가능하게 지지된다. 베어링 조립체는 2개의 이격된 베어링(116a,116b)을 포함하고, 이의 각각은, 베어링 케이지(cage) 내에 지지되고, 내부 및 외부 레이스 사이에 배치된 볼 또는 롤러 베어링과 같은 종래의 기계식 베어링 조립체를 포함한다.

선택적으로, 당업자는 알 수 있는 바와 같이, 베어링 조립체(116)는, 예컨대, 비접촉 가스 베어링 조립체 또는 다른 타입의 베어링 조립체 등의 상이한 타입의 베어링 조립체일 수 있다.

강자성 유체(ferrofluid) 밀봉 시스템(130)에 의해 주입 진공실의 내부 영역(22e)과 외부 대기(대기압은 주입 진공실의 내부 영역(22e)으로 연장하는 샤프트(123)의 중심 보어(124)에 제공됨) 간에 진공이 유지된다. 강자성 유체 밀봉 시스템(130)은 원통 형상을 이루고, 경사축 샤프트(123)가 연장하는 스루보어(throughbore) 또는 피드스루(feedthrough)를 형성한다. 강자성 유체 밀봉 시스템(130)은, 링 형상의 영구 자석, 영구 자석의 어느 한 측면 상에 배치된 2개의 링 형상의 자극편, 및 자극편의 축방향의 내부 대면 표면과 경사축 샤프트(123) 간의 각각의 방사상 갭 내에 배치된 강자성 유체를 지지하는 하우징을 포함한다. 강자성 유체는 담체액의 초현미경적 강자성 입자의 콜로이드 서스펜션이며, 자극편 또는 샤프트(123) 중 어느 하나로 머신된(machined) 축 홈에 배치된다. 강자성 유체 밀봉 시스템(130)이 적절히 동작하기 위해, 경사축 샤프트(123)는 자기적으로 투과할 수 있어야 한다.

강자성 유체 밀봉 시스템(130)에서, 자기 회로는 정지 자극편 및 샤프트(123)에 의해 완성된다. 자기 회로는 각 자극편 및 샤프트(123) 간의 방사상 갭에 자속을 집중시킨다. 각각의 방사상 갭 내의 강자성 유체는 액체 O-링의 형상을 띠고, 링 형상의 자극편 및 샤프트(123) 간에 허미틱(hermetic) 밀봉을 생성시킨다. 필요하다면, 링 형상의 영구 자석 및 링 형상의 자극편의 다단계는 강자성 유체 밀봉 시스템(130)의 압력 용량을 증대시키기 위해 이용될 수 있다.

강자성 유체 밀봉 시스템(130)의 강자성 유체 밀봉은 기체, 증기 및 다른 오염물에 대한 정적 및 동적 조건 하에 허미틱 밀봉을 제공한다. 또한, 밀봉 매체가 유체이므로, 회전 샤프트(123)와 밀봉 시스템(130)의 정지부 간에 실질적으로 마찰이 없다. 강자성 유체 밀봉 시스템(130)에 대해 적절한 중공 샤프트 카트리지 설치 진공 피드스루 및 중공 샤프트 플랜지 설치 진공 피드스루는, Ferrotec (USA) Corporation, 40 Simon Street, Nashua, NH 03060-3075(웹사이트: http://www.fero.com/usa/sealing)로부터 상업적으로 이용 가능하다. 강자성 유체 밀봉 시스템은, 1981년 10월 6일자로 에제키엘에게 허여된 미국 특허 제4,293,137호에 개시되어 있다. '137 특허는 여기서 참조로 포함된다.

선택적으로, 상이하게 펌프된 접촉 타입의 진공 밀봉 시스템은 진공 상태를 유지하기 위해 이용될 수 있고, 본 발명의 예기된 범주 내에 있다. 상이하게 펌프된 접촉 타입의 진공형의 진공 밀봉 시스템에 대한 설명은 페라라에 의해 2002년 7월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/192,344호에서 기재되어 있고, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었다. '344 출원은 여기서 참조로 포함된다.

공작물 지지 구조물(100)은 회전 부재(110)와 일체화되고, 주입실의 내부 영역(22e)과 함께 배치되는 병진 또는 왕복 부재(150)를 더 포함한다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 병진 부재(150)는, 회전 가능한 경사축 샤프트(123)에 부착된 지지 프레임(152), 및 지지 프레임(152)에 대해 선형 운동을 위한 선형 베어링 조립체(160)를 통해 지지 프레임(152)에 기계식으로 결합되는 캐리지(154)를 포함한다. 병진 부재(150)는 선택된 주입각(IA)과 일치하는 평면을 따라 공작물(24)의 선형 병진 운동을 위해 제공한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 캐리지(154)는 공작물 홀더 조립체(200)를 지지하는 플랜지(155)를 포함한다. 공작물 홀더 조립체(200)는 지지 암(206)을 포함하고, 지지 암(206)은 한 단부에서 캐리지(154)의 플랜지(155)(도 2)에 부착된다. 대향 단부에서, 지지 암(206)은 공작물 홀더 조립체(200)의 공작물 홀더(208)를 지지한다. 공작물 홀더(208)는 정전기 클램프(202)를 지지하고, 리본 이온 빔(14a)의 전면으로 이동하기 위한 공작물(24)을 지지한다.

캐리지(154)는 선형 베어링 조립체(160)에 의해 지지 프레임(152)에 대해 선형 이동을 위해 지지된다. (도 2A 및 도 4에 도시된) 베어링 조립체(160)는, 바람직하게는, 정지 지지대(152)의 외부면(166)에 부착되는 이격된 한쌍의 병렬 선형 레일 지지대(162,164), 및 캐리지(154)의 내부면(176)에 부착된 4개의 베어링 웨이(168,170,172,174)(도 4)를 포함한다. 다수의 볼 또는 롤러 베어링은 4개의 베어링 웨이(168,170,172,174)의 각각에 배치된다. 2개의 이격된 웨이(168,170)의 베어링은 레일 지지대(162)를 지탱하고, 이를 따라 롤(roll)하며, 2개의 이격된 웨이(172,174)의 베어링은 레일 지지대(164)를 지탱하고, 이를 따라 롤하여, 정지 지지대(152) 및 주입실(22)에 대해 캐리지(154)의 선형 이동을 위해 제공한다.

선택적으로, 당업자는 알 수 있는 바와 같이, 베어링 조립체(160)는, 베어링 케이지 내에 지지되고, 내부 및 외부 레이스 사이에 배치되는 볼 또는 롤러 베어링과 같은 상이한 타입의 통상의 선형 베어링 조립체일 수 있다. 게다가, 당업자는 알 수 있는 바와 같이, 베어링 조립체(160)는, 적절히 채용되는 비접촉 가스 베어링 조립체일 수 있다. 비접촉 가스 베어링 조립체는 이전에 참조로 한 '344 출원에 개시되어 있다. 이들 타입의 모든 베어링 조립체는 본 발명의 예기된 범주 내에 있다.

도 3 및 도 4에서 "주사 방향"으로서 "SD"로 표시된 수직 또는 "y" 방향인, 지지 프레임(152)에 대한 캐리지(154)의 선형 이동은 캐리지(154)의 내부 대면 스텝부(182)와 지지 프레임(152) 사이에 배치된 선형 모터(180)를 포함하는 선형 모터 조립체에 의해 달성된다. 바람직하게는, 브러시가 필요없는(brushless) 선형 모터(180)는 비자기력 코일을 구비하여, 원활한 속도 제어 및 우수한 위치 정확도를 위해 제로 클로깅(zero clogging)을 제공한다. 선택적으로, 선형 서보모터는 철심 브러시리스 타입일 수 있지만, 이런 타입의 서보모터는 본래 덜 원활한 속도 제어, 및 비자기 타입 보다 덜 정확한 위치 정확도를 갖는다.

도 2A 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선형 모터(180)는 연장된 전자기 모터 코일(184), 및 전자기 코일(184)의 어느 한 측면 상에 위치된 각각의 자석 트랙(186a,188a) 상에 배치된 2개의 병렬 세트의 영구 자석(186,188)을 포함한다. 자석 트랙(186a,188a)은 지지 프레임(152)에 의해 지지된다. 전자기 코일(184)은 제어 전자 장치(26)에 의해 적절히 가동되어, 지지 프레임(152)에 대한 캐리지(154)의 선형 이동을 정확히 제어한다.

병진 부재(150)는 캐리지(154)의 내부 대면 표면(176)에 부착된 선형 브레이크 조립체(190) 및 진공 양립 선형 리드백(readback) 엔코더(192)를 더 포함하여, 캐리지(154)의 위치, 및 이온 빔(14a)에 대한 공작물(24)의 위치의 정확한 제어를 용이하게 한다. 선형 브레이크 조립체(190)는 공기로 작동되거나 솔레노이드에 의해 작동될 수 있는 이동 가능한 피스톤 조립체를 구비함으로써, 피스톤이 지지 프레임(152)에 접촉하여, 캐리지(154)를 고정 위치에 유지하는 수단을 제공한다.

선형 모터(180)인 선형 모터 조립체는 캐리지(154)의 이동 경로가 중력 가속 방향에 대해 항상 수직이 안되도록 잠재적으로 지향될 수 있으므로, 선형 브레이크 조립체(190)의 한 목적은, 선형 모터(180)가 가동 중지될 경우, 브레이크 조립체(190)가 가동되어, 캐리지(154)가 현재의 원하는 위치에 있고, 이동 경로를 따른 최저점으로 가속화되지 않도록 고정 안정(fail-safe) 메카니즘으로서 작용을 하는 것이다. 선형 브레이크 조립체(190)의 설계는, 선형 모터(180)가 가동 중지되어, 동작이 고정 안전할 시에 캐리지(154)의 운동을 방지하는, 즉, 전력 상실 시에 캐리지(154)의 운동을 방지하는 어떤 통상의 타입일 수 있다.

병진 부재(150)는 선형 운동 하니스(harness) 시스템(194)을 더 포함한다. 하니스 시스템(194)의 한 단부는 캐리지(154)에 부차되고, 그에 의해 이동하며, 하니스 시스템의 다른 단부는 정지 상태이고, 지지 프레임(152)에 부착된다. 하니스 시스템(194)은, 선형 모터 전력선, 선형 운동 정류 정보선, 냉각수선, 브레이크 제어선(공기 또는 전기), 엔코더 리드백 신호 정보선, 정전기 클램프 제어선, 공작물 회전 모터 전력 및 제어 신호선과 공작물 지지 암 압력 통신과 같은 전기 및 냉각선을 위한 지지대를 제공하여, 공작물 지지 암(206)의 내부 영역(196)이 대기압에 유지될 수 있도록 한다.

하니스 시스템(194)의 냉각수선은, 정전기 척(202) 및 선형 모터(180)의 전자기 코일(184)에 위치된 공작물(24)을 냉각시킨다. 이점으로, 지지 암(206)의 내부 영역(196)이, 대기압에서, 쿼드(quad) 또는 8진 임플란트(implant)를 위해 배치되는 공작물(24) 및 정전기 클램프(202)를 회전시키는 공작물 홀더 조립체(200)의 직접 구동 모터(210)이므로, 직접 구동 모터는 냉각수를 필요로 하지 않는다. 게다가, 구동 모터(210)가 대기압에 있으므로, 표준 브러시리스 타입의 서보모터 및 표준 엔코더가 이용될 수 있다.

지지 프레임(152)에 부착된 하니스 시스템(194)의 단부에서, 하니스 시스템(194)의 전기 및 냉각선은, 대기압에 있는 지지 프레임(152)의 내부 영역(198)(도 2A)으로 진공 피드스루를 통과한 후에, 경사축 샤프트(123)의 (도 2 및 도 3에서 점선으로 도시된) 중심 보어(124)를 통과한다. 하니스 시스템의 이동 단부는 캐리지(154) 및 선형 모터(180)에 연결한다. 정전기 클램프(202), 직접 구동 모터(210) 및 선형 브레이크 조립체(190)로 연통하는 하니스 시스템의 연결부는 공작물 지지 암(206)의 내부 영역(196)으로 진공 피드스루를 통과한다.

주입 동안 캐리지(154)의 왕복 선형 운동은 공작물 주입 표면(25)의 법선 벡터에 수직이다. 상술한 다른 방법에 의하면, 캐리지(154)의 선형 운동은 선택된 주입각(IA)과 일치하는 평면 내에서 공작물(24)을 이동시킨다. 다중 독립 정도의 자유 운동은 이점으로 회전 부재(110)에 대해 병진 부재(150)의 왕복 선형 운동의 조합에 의해 달성된다. 이것은 이온 빔(14)의 앞에 공작물(24)의 초점 거리 주사를 일정하게 한다. 환언하면, 공작물 주입 표면(25) 상의 이온 빔의 충돌점에서 주입실(22)로의 이온 빔(14)의 입구까지의 거리는 회전 부재(110)의 모든 회전각, 즉, 모든 주입각(IA)에 대해 항상 일정하다.

공작물(24)은 정전기 클램프 또는 척(202)에 의해 공작물 홀더 조립체(200) 상에 유지된다. 정전기 척(202)은, 주입 중에 공작물(24)로부터 전달되는 에너지 또는 열을 제거하기 위해 냉각된다. 쿼드 또는 8진 임플란트를 허용하기 위하여, 바람직하게는, 공작물 홀더(208) 및 여기에 결합된 정전기 클램프(202)는 지지 암(206)에 대해 회전한다. 공작물 홀더(208)는 직접 구동 모터(210)에 유기적으로 결합되어, 공작물 홀더(208) 및 클램프(202)의 공작물 지지 표면(204)은 360 도까지 회전할 수 있다. 도 2에서 점선 D로서 도시된 정전기 클램프(202)의 회전 중심선은 공작물(24)의 중심선과 정렬된다. 선택적으로, 구동 모터(210)는 공작물 홀더(208)를 벨트 또는 케이블에 의해 간접적으로 회전할 수 있다.

공작물 홀더(208)는 베어링 조립체(220)에 의해 지지 암(206)에 설치된다. 베어링 조립체(220)는 바람직하게는 볼 또는 롤러 베어링을 가진 볼 또는 롤러 베어링 조립체이며, 이 볼 또는 롤러 베어링은, 베어링 케이지 내에 지지되고, 지지 암(206) 및 공작물 홀더(208)의 대응하는 표면에 부착되거나 형성되는 아치형의 내부 및 외부 레이스 사이에 배치된다. 선택적으로, 베어링 조립체(220)는 비접촉 가스 베어링일 수 있다.

한 바람직한 실시예에서, 구동 모터(210)는 지지 암(206)과 공작물 홀더(208) 간의 완전한 회전 진공 밀봉 시스템(230)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 공작물 지지 조립체의 지지 암(206)의 내부 영역(196)(도 2)이 대기압에 있기 때문에 진공 밀봉 시스템(230)이 필요하다. 바람직하게는, 진공 밀봉 시스템(230)은 상술한 밀봉 시스템(130)과 유사한 강자성 유체 밀봉 시스템이다. 선택적으로, 상이하게 펌프된 방사상 진공 밀봉 시스템은 밀봉 시스템(230)으로서 이용될 수 있다. 이들 밀봉 시스템 설계뿐만 아니라, 립(lip) 밀봉 또는 다른 중합체 재료 접촉형 밀봉 설계 및 당업자에게 공지된 비접촉 진공 밀봉 시스템과 같은 다른 밀봉 시스템도 또한 진공 밀봉 시스템(230)에 적절하고, 이는 본 발명의 예기된 범주 내에 있다.

본 발명이 특정 정도에 의해 기술되었지만, 본 발명은 첨부한 청구범위의 정신 또는 범주 내에서 개시된 설계로부터의 모든 수정 또는 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

빔 라인을 따라 이동하는 이온 빔을 생성하는 이온 빔원,

공작물이 이온 빔에 교차하도록 배치되어, 상기 이온 빔에 의해 공작물의 주입 표면에 이온 주입을 위한 주입실, 및

상기 주입실에 결합되어, 상기 공작물을 지지하는 공작물 지지 구조물을 포함하는 이온 빔 주입기로서,

상기 공작물 지지 구조물은,

상기 주입실에 결합되어, 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔에 대한 공작물의 주입각을 변경시키는 단일 회전 부재, 및

상기 주입실 내에 배치되고, 상기 단일 회전 부재에 이동 가능하게 결합되어, 공작물을 지지하며 선형 이동 경로를 따라 이동하는 단일 병진 부재를 포함하는, 이온 빔 주입기.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동에 의해, 상기 이온 빔이 상기 주입실을 통해 이동하여 상기 공작물의 주입 표면에 충돌하는 거리가 일정하게 유지되는, 이온 빔 주입기.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 회전 부재는 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔에 수직인 회전축을 갖는, 이온 빔 주입기.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동은 상기 단일 회전 부재의 회전축에 수직이고, 상기 공작물의 주입 표면에 평행한, 이온 빔 주입기.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는 상기 단일 회전 부재에 부착된 지지 프레임, 선형 이동 경로를 따라 상기 지지 프레임에 대해 이동 가능한 캐리지, 및 이동 경로를 따라 상기 캐리지를 구동하는 선형 모터를 포함하는, 이온 빔 주입기.
제 5 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는, 상기 주입실 내로 연장하는 공작물 홀더 조립체(workpiece holder assembly)로서, 상기 공작물을 홀딩하는 정전기 클램프(electrostatic clamp)를 구비한 상기 공작물 홀더 조립체를 더 포함하는, 이온 빔 주입기.
제 6 항에 있어서,

상기 정전기 클램프는 상기 이온 빔에 대해 회전 가능한, 이온 빔 주입기.
제 1 항에 있어서,

상기 주입실과 상기 단일 회전 부재 간에 원형 진공 밀봉(circular vacuum seal)에 의해 진공이 유지되는, 이온 빔 주입기.
제 8 항에 있어서,

상기 원형 진공 밀봉은 강자성 유체 진공 밀봉인, 이온 빔 주입기.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는 상기 단일 회전 부재에 부착된 지지 프레임, 선형 이동 경로를 따라 상기 지지 프레임에 대해 이동 가능한 캐리지, 및 상기 지지 프레임과 상기 캐리지 간의 선형 베어링을 포함하는, 이온 빔 주입기.
빔 라인을 따라 이동하는 이온 빔을 생성하는 이온 빔원,

공작물이 이온 빔에 교차하도록 배치되어, 상기 이온 빔에 의해 공작물의 표면에 이온 주입을 위한 주입실, 및

상기 주입실에 결합되어, 상기 공작물을 지지하는 공작물 지지 구조물을 포함하는 이온 빔 주입기로서,

상기 공작물 지지 구조물은,

상기 주입실에 결합되어, 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔에 대한 공작물의 주입각을 변경시키는 단일 회전 부재, 및

상기 주입실 내에 배치되고, 상기 단일 회전 부재에 이동 가능하게 결합되어, 공작물을 지지하며 이동 경로를 따라 선형 이동하는 단일 병진 부재를 포함하며, 상기 단일 병진 부재의 이동은 상기 공작물의 주입 표면에 평행한, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동에 의해, 상기 이온 빔이 상기 주입실에 들어가는 위치와 상기 공작물의 표면 및 상기 이온 빔의 교차점 간의 거리는 상기 공작물의 이동 경로를 따라 이동하는 동안에 일정하게 유지되는, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 단일 회전 부재는 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔에 수직인 회전축을 갖는, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는 상기 단일 회전 부재에 부착된 지지 프레임과 상기 공작물을 지지하는 이동 가능한 캐리지 간에 배치된 선형 서보모터를 포함하는, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동은 상기 단일 회전 부재의 회전축에 수직인, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는, 상기 단일 병진 부재 내에 설치되어 상기 단일 회전 부재의 회전축을 교차하는 이동 방향을 가진 회전 샤프트를 포함하는, 이온 빔 주입기.
제 16 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는, 상기 주입실 내로 연장하는 공작물 홀더 조립체로서, 상기 공작물을 홀딩하는 정전기 클램프(electrostatic clamp)를 구비한 상기 공작물 홀더 조립체를 더 포함하는, 이온 빔 주입기.
제 17 항에 있어서,

상기 정전기 클램프는 상기 이온 빔에 대해 회전 가능한, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 주입실과 상기 단일 회전 부재 간에 원형 진공 밀봉에 의해 진공이 유지되는, 이온 빔 주입기.
제 19 항에 있어서,

상기 원형 진공 밀봉은 강자성 유체 진공 밀봉인, 이온 빔 주입기.
제 11 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는 상기 단일 회전 부재에 부착된 지지 프레임, 선형 이동 경로를 따라 상기 지지 프레임에 대해 이동 가능한 캐리지, 및 상기 지지 프레임과 상기 캐리지 간의 선형 베어링을 포함하는, 이온 빔 주입기.
빔 라인을 따라 이동하는 이온 빔을 생성하고, 상기 이온 빔에 의해 공작물의 주입 표면에 이온 주입을 위해 공작물이 이온 빔에 교차하도록 배치되는 주입실을 포함하는 이온 빔 주입기에 대한 공작물 지지 조립체로서,

상기 공작물 지지 조립체는,

상기 주입실에 결합되어, 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔에 대한 공작물의 주입각을 변경시키는 단일 회전 부재, 및

상기 주입실 내에 배치되고, 상기 단일 회전 부재에 이동 가능하게 결합되어, 공작물을 지지하며 선형 이동 경로를 따라 이동하는 단일 병진 부재를 포함하는, 공작물 지지 조립체.
제 22 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동에 의해, 상기 이온 빔이 상기 주입실을 통해 이동하여 상기 공작물의 주입 표면에 충돌하는 거리가 일정하게 유지되는, 공작물 지지 조립체.
제 22 항에 있어서,

상기 단일 회전 부재는 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔에 수직인 회전축을 갖는, 공작물 지지 조립체.
제 22 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동은 상기 단일 회전 부재의 회전축에 수직이고, 상기 공작물의 주입 표면에 평행한, 공작물 지지 조립체.
제 22 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는 상기 단일 회전 부재에 부착된 지지 프레임과 상기 공작물을 지지하는 이동 가능한 캐리지 간에 배치된 선형 서보모터를 포함하는, 공작물 지지 조립체.
제 26 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는, 상기 주입실 내로 연장하는 공작물 홀더로서, 상기 공작물을 홀딩하는 정전기 클램프를 구비한 상기 공작물 홀더를 더 포함하는, 공작물 지지 조립체.
제 27 항에 있어서,

상기 정전기 클램프는 회전 가능한, 공작물 지지 조립체.
제 22 항에 있어서,

상기 주입실과 상기 단일 회전 부재 간에 원형 진공 밀봉에 의해 진공이 유지되는, 공작물 지지 조립체.
제 29 항에 있어서,

상기 원형 진공 밀봉은 강자성 유체 진공 밀봉인, 공작물 지지 조립체.
제 22 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재는 상기 단일 회전 부재에 부착된 지지 프레임, 선형 이동 경로를 따라 상기 지지 프레임에 대해 이동 가능한 캐리지, 및 상기 지지 프레임과 상기 캐리지 간의 선형 베어링을 포함하는, 공작물 지지 조립체.
공작물에 주입하기 위한 이온 빔을 생성하고, 공작물의 주입 표면에 이온 주입을 위해 공작물이 이온 빔에 교차하도록 배치되는 주입실을 포함하는 이온 빔 주입기를 이용하여 공작물에 이온을 주입하는 방법으로서,

상기 이온 주입 방법에 있어서,

상기 주입실에 결합되어, 상기 공작물을 지지하는 공작물 지지 구조물을 제공하는 단계로서, 상기 공작물 지지 구조물은, 상기 주입실에 결합되어, 상기 주입실 내에서 상기 이온 빔의 빔 라인에 대한 공작물의 주입각을 변경시키는 단일 회전 부재, 및 상기 주입실 내에 배치되고, 상기 단일 회전 부재에 이동 가능하게 결합되어, 공작물을 지지하며 이동 경로를 따라 이동하는 단일 병진 부재를 포함하는, 상기 공작물 지지 구조물 제공 단계,

상기 공작물을 상기 단일 병진 부재 상에 배치하는 단계,

상기 단일 회전 부재를 회전시킴으로써 상기 공작물에 대해 원하는 주입각을 선택하는 단계,

상기 이온 빔을 상기 공작물로 지향시키는 단계, 및

상기 단일 병진 부재를 이동시킴으로써 선형 이동 경로를 따라 상기 공작물을 이동시키는 단계를 포함하는, 이온 주입 방법.
제 32 항에 있어서,

상기 단일 병진 부재의 이동에 의해, 상기 이온 빔이 상기 주입실을 통해 이동하여 상기 공작물의 주입 표면에 충돌하는 거리가 일정하게 유지되는, 이온 주입 방법.
제 32 항에 있어서,

상기 이온 빔은 리본 이온 빔이고, 상기 공작물에 충돌할 때, 상기 공작물 이동 경로는 상기 리본 이온 빔의 범위와 상기 주입실 내의 상기 이온 빔 경로를 횡단하고, 상기 리본 이온 빔의 범위는 상기 공작물의 주입 표면에 주입하기에 충분한, 이온 주입 방법.