KR101289504B1 - 이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 장치 - Google Patents

이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 장치 Download PDF

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Abstract

이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 시스템 및 장치가 제공되는데, 여기서, 제 1 축에 대해 개별적으로 회전하도록 동작 가능한, 회전자 및 고정자를 포함하는 모터는 이온 빔에 대해 공작물을 왕복 병진시키도록 동작 가능하다. 회전자에 의해 회전 가능하게 구동되는 샤프트는 제 1 축을 따라 연장하고, 주사 암은 샤프트에 동작 가능하게 결합되는데, 여기서, 주사 암은 그 상에 공작물을 지지하도록 동작 가능하다. 모터에 의한 샤프트의 주기적인 카운터 로테이션은 주사 암을 회전시켜, 제 1 주사 경로를 따라 이온 빔을 통해 공작물을 주사하도록 동작 가능하며, 여기서, 고정자는 회전자의 로테이션에 대한 반응 질량으로서 작용한다. 제어기는, 회전자와 고정자 간의 전자기력을 제어하여, 일반적으로 회전자와 고정자의 회전 위치를 결정하도록 동작 가능하다.
왕복 구동 시스템, 처리실, 샤프트, 주사 암, 제어기.

Description

이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 장치{RECIPROCATING DRIVE FOR SCANNING A WORKPIECE THROUGH AN ION BEAM}
이 출원은 2004년 4월 5일자로 출원되고, 명칭이 RECIPROCATING DRIVE SYSTEM AND METHOD인 미국 가출원 제60/559,672호 및, 2004년 5월 7일자로 출원되고, 명칭이 RECIPROCATING DRIVE SYSTEM AND METHOD인 미국 가출원 제60/569,338호의 이권 및 이득을 청구하며, 이들 출원은 여기서 전적으로 참조로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 처리 시스템에 관한 것으로서, 특히, 반도체 처리 중에 공작물(workpiece)의 정확한 주사를 제공하도록 공작물의 왕복 운동 전송(reciprocating transport)을 제어하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 산업 분야에서, 여러 제조 공정은 통상적으로 공작물(예컨대, 반도체 웨이퍼) 상에서 실행되어 여러 결과를 달성한다. 이온 주입과 같은 공정은, 예컨대, 특정 타입의 이온을 주입함으로써, 공작물 상의 유전체 층의 확산을 제한하는 것과 같이 공작물 상에 또는 내에 특정 특성을 획득하기 위해 실행될 수 있다. 통상적으로, 이온 주입 공정은, 다수의 공작물이 동시에 처리되는 배치(batch) 공정, 또는 단일의 공작물이 개별적으로 처리되는 시리얼(serial) 공정에서 실행된다. 전형적인 고 에너지 또는 고 전류 배치 이온 주입기는, 예컨대, 이온 빔 라인을 달성 하기 위해 동작 가능하며, 여기서, 다수의 웨이퍼는 휠(wheel) 또는 디스크 상에 배치될 수 있고, 휠은 회전되어, 이온 빔을 통해 반경 방향으로 병진되어, 공작물의 전체 표면적을 전 공정에 걸쳐 여러번 빔에 노출시킨다. 그러나, 이와 같은 방식의 공작물의 배치 처리는, 일반적으로, 시스템의 비용을 증가시키고, 이온 주입기의 사이즈를 실질적으로 증대시키며, 시스템 유통성(flexibility)을 감소시킨다.
한편, 통상의 시리얼 공정에서는, 이온 빔이 2차원적으로 정지 웨이퍼에 걸쳐 주사되거나, 웨이퍼가 일반적으로 정지 팬형(fan-shaped) 이온 빔에 대해 한 방향으로 병진된다. 그러나, 균일한 이온 빔을 주사 또는 형성하는 공정은 일반적으로 복잡한 빔 라인을 필요로 하며, 이는 일반적으로 저 에너지에서는 바람직하지 않다. 더욱이, 이온 빔 또는 웨이퍼의 균일한 병진 또는 주사는 일반적으로 웨이퍼에 균일한 이온 주입을 제공하는데 필요로 된다. 그러나, 이와 같은 균일한 병진 및/또는 회전은, 적어도 부분적으로, 처리 중에 통상의 장치 및 주사 메카니즘의 이동과 관련된 실질적인 관성력으로 달성하기가 곤란할 수 있다.
선택적으로, 하나의 공지된 주사 장치에서, 미국 특허 출원 공개 제2003/0192474호에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼는, 정지 "스폿(spot)" 이온 빔에 대해 직교 치수로 주사되며, 여기서, 웨이퍼는, 소위 "고속 주사(fast scan" 방향으로 신속히 주사되고 나서, 직교 "저속 주사(slow scan)" 방향으로 주사되며, 이에 의해, 일반적으로 지그재그 패턴을 통해 웨이퍼를 "페인팅(painting)"한다. 그러나, 이와 같은 2차원 주사 장치는 직접 구동 작동기(actuator)를 이용하여, 고속 주사 방향으로 웨이퍼를 선형적으로 병진시키는데, 여기서, 고속 주사 방향으로 의 웨이퍼의 전송 속도는, 고속 주사 전송 방향이 주기적으로 반전될 시에, 적어도 부분적으로, 웨이퍼의 가속 및 감속 중에 마주치는 상당한 관성력으로 인해 실질적으로 제한된다. 따라서, 종래의 장치에서는, 큰 관성력이 직접 구동 작동기에서 큰 반응력과 관련되는데, 여기서, 큰 반응력은 궁극적으로 장치를 상당히 진동시켜, 이온 주입 공정에 유해한 영향을 줄 수 있다. 진동은 또한, 통상적으로 진동되기 쉬운 리소그래피(lithography) 장치와 거의 같은 장치에 문제를 지닐 수 있다. 더욱이, 고속 주사 방향으로의 병진 속도가 진동 문제를 회피하기 위해 제한되면, 전 공정은 유해하게 영향을 받을 수 있다.
그래서, 이온 빔에 대한 2개의 치수의 공작물을 실질적으로 고속으로 왕복 주사하는 시스템 및 장치에 대한 필요성이 존재하는데, 여기서, 큰 관성력으로부터의 진동은 완화되고, 공작물의 주사는 공작물을 균일하게 처리하기 위해 제어된다.
본 발명은, 공작물을 단일 축에 따라 정렬된 각종 구성 요소로 왕복 주사하여, 처리 속도를 증대시킬 수 있도록 실질적으로 진동을 제한하는 것과 관련된 힘을 일반적으로 형성하는 시스템 및 장치를 제공함으로써, 종래 기술의 제한을 극복하는 것이다. 결과적으로, 다음의 것은 본 발명의 일부 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간략화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범한 개요가 아니다. 그것은, 본 발명의 중요한 소자도 식별하지 않고 본 발명의 범주도 서술하지 않는다. 본 발명의 목적은 나중에 제공되는 더욱 상세한 설명에 대한 도입부로서 본 발명의 어떤 개념을 간략화된 형식으로 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 일반적으로 공작물을 왕복 주사하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 예시적인 양태에 따르면, 이온 빔과 관련된 처리실이 제공되는데, 여기서, 이 처리실에 모터가 동작 가능하게(operably) 결합된다. 이 모터는 회전자 및 고정자를 포함하며, 회전자 및 고정자는 제각기, 제 1 축에 대해 서로에 동적으로 설치됨으로써, 회전자 및 고정자가 제 1 축에 대해 개별적으로 회전 및 반회전(counter-rotate)하도록 동작 가능하다. 고정자 및 회전자를 가진 통상의 모터의 경우에서와 같이, 회전자와 고정자 간의 전자기력은 일반적으로 제 1 축에 대한 회전자의 회전 위치를 결정한다. 그러나, 회전에 대한 고정자의 동적 결합을 고려하여, 고정자는, 특히, 회전자의 회전 방향의 주기적 반전 중에, 회전자의 회전에 응답하는 반응 질량으로서 작용하도록 동작 가능하다.
본 발명의 한 예시적인 실시예에 따르면, 회전자에 샤프트가 고정하여 결합되는데, 여기서, 샤프트는 제 1 축을 따라 처리실로 연장한다. 일반적으로 이 처리실 내에 위치하는 주사 암은 반경 방향 구성에서 샤프트에 동작 가능하게 결합되는데, 여기서, 주사 암은, 주사 암의 말단부(distal end)에서 공작물을 수용 및 제지(restrain)하는 말단 장치(end effector) 또는 다른 공작물 지지 부재를 포함한다. 이와 같이, 샤프트의 회전에 의해, 일반적으로 이 샤프트에 고정 결합되는 주사 암이 이에 대응하여 제 1 축에 대해 회전하게 된다. 샤프트의 회전은, 펜듈럼(pendulum) 타입의 방식으로 주사 암의 스윙 운동을 생성시키도록 선택적으로 반전되는데, 여기서, 공작물은 일반적으로 아치형의 제 1 주사 경로를 따라 왕복 전송되며, 회전자의 회전 위치는 일반적으로 제 1 주사 경로를 따라 이온 빔에 대해 공작물의 위치를 결정한다. 다른 예에 따르면, 제어기가 제공되는데, 이 제어기는, 회전자와 고정자 간의 전자기력을 제어함으로써, 제 1 주사 경로를 따라 공작물의 위치를 제어하도록 동작 가능하다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 일반적으로 말단 장치의 일정 속도는 제 1 주사 경로를 따라 미리 정해진 운동 범위 내에서 유지될 수 있는데, 여기서, 일반적으로 정지 기준(stationary reference)에 대한 말단 장치의 병진 속도는 제어되고, 말단 장치의 가속 및 감속은 말단 장치의 미리 정해진 범위 밖에서 일어난다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 고정자에는 관성 질량이 결합되는데, 여기서, 관성 질량은 제 1 축에 대해 회전하고, 일반적으로 주사 암의 회전 방향을 반전시켜, 제 1 주사 경로를 따라 공작물의 방향을 반전시킨다. 관성 질량은 또한 제 1 축에 대해 균형을 이루게 되는데, 여기서, 제 1 축에 관한 토크는 일반적으로 최소화된다. 그래서, 회전자와 고정자 간의 전자기력은 회전자의 가속 또는 감속에 반응하여 고정자를 회전시켜, 일반적으로 제 1 축에 관성력을 정하도록 동작 가능하다.
회전자, 고정자 및 주사 암은, 다른 예에 따라, 일반적으로 제 1 축에 대해 균형을 이루게 되는데, 여기서, 제 1 축과 관련된 토크는 일반적으로 최소화된다. 하나 이상의 평형추(counterweight)는 고정자 및 주사 암과 관련될 수 있는데, 여기서, 하나 이상의 평형추는 일반적으로 제 1 축에 대해 각각의 구성 요소와 균형을 이루게 한다. 더욱이, 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 고정자는 여기에 결합되는 관성 질량을 포함하는데, 이 관성 질량은 주사 암의 관성 질량보다 상당히 더 크고, 주사 암의 진동에 의해 유발된 고정자 상의 힘은 일반적으로 고정자 및 관성 질량의 회전에 의해 흡수된다. 또한, 회전자와 고정자 간의 전자기력을 제어함으로써 제 1 축에 대한 주사 암의 회전의 제어는 회전자의 회전을 정확히 제어하도록 동작 가능하다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따르면, 회전자 및 관련된 주사 암은, 일반적으로 저속 주사 축으로서 지칭되는 제 2 주사 경로를 따라 병진하도록 동작 가능한데, 여기서, 제 2 주사 경로는, 예컨대, 일반적으로 제 1 주사 경로의 적어도 일부에 수직이다.
상술한 관련된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하에 충분히 기술되고, 특히 청구범위에서 지적되는 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 부착된 도면은 본 발명의 어떤 예시적인 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 몇몇을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 새로운 특징은, 도면과 관련하여 고찰될 시에 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명의 한 양태에 따른 예시적인 왕복 구동 장치의 간략한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 왕복 구동 시스템의 단면 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따른 예시적인 주사 암의 부분 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른 다른 왕복 구동 장치의 간략한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따라 공작물을 왕복 운동시키는 방법의 블록도이다.
도 6-8은 본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따른 예시적인 왕복 구동 장치의 수개의 도면을 도시한 것이다.
본 발명은 일반적으로 하나 이상의 치수로 공작물을 왕복 병진시키는 왕복 구동 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 왕복 구동 장치는 이온 빔에 대해 각각의 제 1 및 2 주사 경로를 따라 일반적으로 직교의 2개의 치수로 공작물을 병진시키도록 동작 가능한데, 여기서, 공작물은 빔에 대할(종속될) 시에는 일반적으로 일정한 병진 또는 선형 속도로 병진될 수 있다. 더욱이, 용어 "왕복 구동 장치"가 의미하는 바와 같이, 본 발명의 장치 및 방법은, 제 1 주사 경로를 따라 공작물의 왕복 운송 및 선택적으로 반전 가능한 운송을 제공하고, 이점으로, 진동을 제한하여, 제 1 주사 경로를 따라 공작물의 왕복 또는 진동 운송 운동의 제어를 최적화하도록 동작 가능하다. 특히, 본 발명의 왕복 구동 장치는 반응 질량을 포함하는데, 이 반응 질량은 일반적으로, 단일 축에 대해 회전함으로써, 왕복 구동 장치에 의해 이 장치 자체에 가해지는 힘을 한정한다.
보다 상세하게는, 왕복 구동 장치는 회전자 및 고정자를 가진 모터를 포함하며, 회전자 및 고정자의 각각은 단일 축에 대해 서로에 동적으로 설치되어, 단일 축에 대해 개별적으로 회전하도록 동작 가능하다. 고정자와 회전자 간의 이 동적 설치 구성 및 관계는, 주사 경로의 대향 단부에서 공작물의 급속한 가속 및 감속을 가능하게 하며, 여기서, 일반적으로 균일한 공작물의 병진(예컨대, 일정한 가속/감속 또는 속도)은 미리 정해진 범위 내에서 달성되고, 병진 운동과 관련된 관성력, 특히, 장치의 왕복 운동과 관련된 주사 방향의 반전과 관련된 관성력은 실질적으로 회전축을 한정한다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조로 기술될 것이며, 여기서, 동일한 참조 번호는 동일한 소자를 나타내는데 이용된다. 이들 양태의 설명은 단지 예시적이고, 제한하는 뜻으로 취해지지 않음을 이해하게 된다. 다음의 설명에서, 설명을 위해, 많은 특정 상세 사항은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 당업자에게는, 본 발명이 이들 특정 상세 사항없이 실시될 수 있음이 명백해질 것이다.
도면에서, 본 발명의 한 예시적인 양태에 따르면, 도 1은, 미리 정해진 제 1 주사 경로(104)를 따라 공작물(102)을 왕복 병진 또는 진동시키도록 동작 가능한 예시적인 왕복 구동 장치(100)의 간략한 사시도를 도시한 것이다. 도 1의 왕복 구동 장치(100)는 본 발명에 대한 고 레벨의 이해를 제공하기 위해 도시되고, 반드시 일정한 비례로 확대하여 도시되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 각종 구성 요소는 명료함을 위해 도시될 수 있거나 도시되지 않을 수 있다. 도시된 여러 특징은, 여러 형태 및 사이즈의 특징일 수 있거나 완전히 배제될 수 있으며, 이와 같은 형태, 사이즈 및 배제의 모두는 본 발명의 범주 내에서 계획됨을 이해하게 된다.
용어 "왕복 구동 장치"의 사용이 의미하는 바와 같이, 한 예에서, 본 발명의 구동 장치는, 제 1 주사 경로(104)를 따라 공작물을 반전 가능한 운동으로 왕복 병진 또는 진동하도록 동작 가능함으로써, 공작물이 일반적으로 정지 이온 빔(105)에 대해 선택적으로 전후로 병진하도록 하며, 여기서, 이 장치는, 아래에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 이온 주입 공정에 이용될 수 있다. 선택적으로, 왕복 구동 장치(100)는 각종 다른 처리 시스템과 함께 이용될 수 있으며, 이 시스템은, 예컨대, (도시되지 않은) 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 리소그래피 시스템과 같은 다른 반도체 제조 공정을 포함할 수 있다. 또 다른 대안에서, 장치(100)는, 반도체 제조 기술과 무관한 각종 처리 시스템에 이용될 수 있으며, 이와 같은 모든 시스템 및 구성은 본 발명의 범주 내에서 계획된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 왕복 구동 장치(100)는 주사 암(108)에 동작 가능하게 결합되는 모터(106)를 포함하는데, 주사 암은 그 위에 공작물(102)을 지지하도록 동작 가능하다. 모터(106)는, 예컨대, 회전자(110) 및 고정자(112)를 포함하는데, 이 회전자 및 고정자는 동적으로 결합되어, 제 1 축(114)에 대해 개별적으로 회전하도록 동작 가능하다. 회전자(110)는 샤프트(116)에 동작 가능하게 결합되는데, 이 샤프트는 일반적으로 제 1 축(114)을 따라 연장하여, 주사 암(108)에 동작 가능하게 결합된다. 본 예에서, 회전자(110), 샤프트(116) 및 주사 암(108)은 일반적으로 서로에 고정 결합되는데, 제 1 축(114)에 대한 회전자의 회전은, 일반적으로, 제 1 축에 대한 샤프트 및 주사 암의 회전을 구동시켜, 일반적으로 제 1 주사 경로(104)를 따라 공작물(102)을 병진시킨다. 선택적으로, 회전자(110), 샤프트(116) 및 주사 암(108)은 다른 방식으로 서로에 결합되는데, 회전자 및/또는 샤프트의 회전은, 아래에 기술되는 바와 같이, 제 1 축(114)에 대해 주사 암의 선형 병진을 구동할 수 있다.
도 2 및 6-8에서, 예시적인 왕복 구동 시스템(200)은, 도 1의 왕복 구동 장치(100)와 같은 왕복 구동 장치(201)를 포함하는 단면도로 도시되는데, 여기서, 왕복 구동 장치는 이온 주입 공정에 이용될 수 있다. 도 2의 예시적인 왕복 구동 시스템(200)은, 아래에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 이온 빔(205)을 통해 공작물(202)을 2차원으로 주사하도록 동작 가능함을 알 수 있다. 본 발명의 한 예시적인 양태에 따르면, 왕복 구동 시스템(200)은 도 1의 모터(106)와 같은 모터(206)를 포함하는데, 도 2의 모터는 처리실(208)에 동작 가능하게 결합되는데, 이 처리실은 이온 빔(205)과 관련된다. 이온 빔(205)은, 본 기술 분야에 알려져 있는 (도시되지 않은) 어떤 적절한 이온 주입 시스템에 의해 형성될 수 있는 바와 같이, 예컨대, 스폿 또는 소위 "펜슬 빔(pencil-beam)"의 형태를 취하는 근접한, 실질적으로는 평행한 궤적(trajectory)을 따라 함께 이동하는 이온의 그룹을 포함할 수 있으며, 이들의 상세 사항은 본 명세서에 기술되지 않는다.
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본 발명에 따르면, 처리실(208)은 일반적으로 봉인된 진공실(210)을 포함할 수 있는데, 이 처리실 내의 내부 환경(212)은, 처리실의 외부의 외부 환경(214)로부터 일반적으로 격리되도록 동작 가능하다. 예컨대, 진공실(210)은, 내부 환경(212)을 실질적으로 저압(예컨대, 진공)으로 유지하도록 구성되고 설치될 수 있다. 처리실(208)은 (도시되지 않은) 하나 이상의 로드 로크(load lock)실에 결합될 수 있는데, 여기서, 공작물은, 처리실 내에서 실질적으로 진공의 손실 없이, 처리실의 내부 환경(212)과 외부 환경(214) 사이로 운송될 수 있다. 선택적으로, 처리실(208)은, (도시되지 않은) 일반적으로 봉인되지 않은 처리 공간을 포함할 수 있는데, 여기서, 처리 공간은 일반적으로 외부 환경(214)과 관련된다.
한 예에서, 처리실(208)은 일반적으로 정지 기준으로서 역할을 하는데, 여기서, 처리실은 일반적으로 외부 환경(214)에 대해 고정되어 있다. 다른 예에서, 이온 빔(205)과 같은 처리 매체(218)가 일반적으로 정지 기준으로서 역할을 하는데, 여기서, 처리실(208)은 일반적으로 처리 매체에 대해 이동하도록 동작 가능하다. 처리 매체(218)는, 예컨대, 다른 반도체 처리 기술과 선택적으로 관련될 수 있다. 예컨대, 처리 매체(218)는 리소그래피 공정과 관련되는 (도시되지 않은) 광원을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 처리실이 봉인되고, 봉인되지 않고, 고정되거나 일시적인지, 공작물(202)을 처리할 시에 이용되도록 동작 가능한 어떤 처리실(208) 및 처리 매체(218)를 계획하며, 이와 같은 처리실 및 처리 매체는 모두 본 발명의 범주 내에서 계획된다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 모터(206)는 회전자(220) 및 고정자(222)를 포함하는데, 이 회전자 및 고정자는 제 1 축(224)에 대해 개별적으로 회전하도록 동작 가능하고, 회전자와 고정자 간의 (도시되지 않은) 전자기력은 일반적으로 제 1 축에 대해 회전자의 회전을 구동시킨다. 예컨대, 회전자(220)와 고정자(222) 간의 전자기력의 제어는, 아래에 기술되는 바와 같이, 제 1 축(224)에 대해 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전자의 회전을 선택적으로 구동시키도록 동작 가능하다. 다른 예에서, 모터(206)는 모터 하우징(226)을 더 포함하는데, 본 예에서의 모터 하우징(226)은 일반적으로 회전자(220) 및 고정자(222)를 둘러싸고, 일반적으로 회전자 및 고정자의 회전을 위해 일반적으로 정지 기준으로서 역할을 한다. 회전자(220) 및 고정자(222)의 적어도 일부는 일반적으로 모터 하우징(226) 내에 위치하지만, 모터 하우징은 회전자 및 고정자를 둘러쌀 필요가 없다. 따라서, 회전자(220) 및 고정자(222)는 모터 하우징(226)에 대해 개별적으로 회전하도록 동작 가능한데, 모터 하우징은 일반적으로 그 내에 회전자 및 고정자를 지지하도록 동작 가능하다. 본 예가 일반적으로 정지 기준인 것으로 모터 하우징(226)을 기술하지만, 다른 일반적인 정지 기준이 선택적으로 형성될 수 있음을 알아야 한다.
한 예에서, 모터(206)는, 3상 브러시리스 DC 서보 모터와 같은 브러시리스 DC 모터를 포함한다. 모터(206)는, 예컨대, 실질적으로 모터의 큰 직경(예컨대, 고정자(222) 및/또는 회전자(220)의 각각의 직경)이 실질적으로 큰 토크를 제공하면서, 회전자의 회전을 급속히 제어하도록 동작 가능한 관성 모멘트를 유지하도록, 크기가 정해질 수 있다. 왕복 구동 시스템(200)은 모터(206)에 동작 가능하게 결합되는 샤프트(228)를 더 포함하는데, 한 예에서, 이 샤프트는 회전자(220)에 고정 결합되어, 일반적으로 제 1 축(224)을 따라 처리실(208)로 연장한다. 바람직하게는, 회전자(220)는, (도시되지 않은) 하나 이상의 기어를 통해 결합되는 것과는 대조되도록, 샤프트(228)에 직접 결합되며, 이와 같은 직접 결합은, 회전자와 관련된 실질적 저 관성 모멘트를 유지하면서, 하나 이상의 기어와 관련될 수 있는 마모 및/또는 진동을 최소화한다.
다른 예에 따르면, 처리실(208)은 그를 관통하는 개구(229)를 포함하는데, 여기서, 샤프트(228)는 일반적으로 이 개구를 통해 외부 환경(214)으로부터 내부 환경(212)으로 연장하고, 모터(206)는 일반적으로 외부 환경에 위치한다. 따라서, 샤프트(228)는 회전자(220)의 회전과 함께 제 1 축(224)에 대해 회전하도록 동작 가능한데, 여기서, 이 샤프트는 일반적으로, 회전자에 의해 교대로 대향 방향으로 회전 가능하게 구동된다. 본 예에서, 샤프트(228)는 실질적으로 중공(hollow)일 수 있으며, 이에 의해, 실질적으로 저 관성 질량을 제공할 수 있다. 또한, 회전자(220)도 실질적으로 중공이어서, 실질적으로 저 회전 관성 질량을 제공할 수 있다.
하나 이상의 저 마찰 베어링(230)은, 예컨대, 모터(206) 및 샤프트(228)와 결합되는데, 여기서, 하나 이상의 저 마찰 베어링은 하나 이상의 회전자(220), 고정자(222) 및 샤프트를 하우징(226) 또는 처리실(208)과 같은 일반적으로 정지 기준에 회전 가능하게 결합한다. 하나 이상의 저 마찰 베어링(230)은, 예컨대, 일반적으로 각각의 회전자(220), 고정자(222), 샤프트(228) 및 모터 하우징(226) 간에 저 마찰 계수를 제공한다. 다른 예에서, 하나 이상의 저 마찰 베어링(230) 중 적어도 하나는, (도시되지 않은) 에어(air) 베어링, 액체 필드(liquid field) 환경, 또는 본 기술 분야에 알려져 있는 다른 베어링을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 왕복 구동 장치(201)는, 내부 환 경(212) 내에서 마모 및 오염이 최소화되도록 처리실(208)로부터 분리된다. 예컨대, 샤프트(228)는 일반적으로, 이 샤프트 및 처리실과 관련된 회전 밀봉에 의해 처리실(208)과 외부 환경(214) 간에 밀봉되는데, 여기서, 처리실 내의 내부 환경(212)은 일반적으로 외부 환경으로부터 격리된다.
왕복 구동 시스템(200)은 샤프트(228)에 동작 가능하게 결합되는 주사 암(232)을 더 포함하는데, 주사 암은 그 위에 공작물(202)을 지지하도록 동작 가능하다. 다른 예에 따르면, 주사 암(232)은 제 1 축(224)으로부터 반경 방향으로 연장하는 연장 암(234)을 포함하는데, 여기서, 이 연장 암은 일반적으로 샤프트(228)에 고정 결합되고, 제 1 축에 대한 샤프트의 회전은, 일반적으로, 제 1 축에 대해 공작물을 병진시킨다. 한 예에서, 주사 암(232)은 주사 암의 중력 중심에서 샤프트(228)에 결합되는데, 여기서, 주사 암은 제 1 축(224)에 대해 실질적으로 회전하여 균형을 이루게 된다. 다른 예에서, 주사 암(232)은 마그네슘 또는 알루미늄과 같은 경량의 재료로 구성된다.
주사 암(232)은 여기에 동작 가능하게 결합된 말단 장치(236)를 더 포함하며, 이 말단 장치상에 공작물(202)이 일반적으로 지지된다. 말단 장치(236)는, 예컨대, 정전 척(chuck)(ESC)을 포함하거나, 다른 공작물 클램핑 장치는 말단 장치에 대해 공작물(202)을 선택적으로 클램프하거나 유지하도록 동작 가능하다. 말단 장치(236)는, 본 기술 분야에 공지되어 있는 (도시되지 않은) 기계적 클램프 또는 각종 다른 리테이닝(retaining) 메카니즘과 같이, 공작물(202)의 그립(grip)을 유지하기 위한 각종 다른 장치를 포함할 수 있고, 이와 같은 장치는 모두 본 발명의 범 주 내에서 계획된다.
다른 예에서, 주사 암(232)은 여기에 동작 가능하게 결합되는 평형추(238:counterweight)를 더 포함하는데, 이 평형추는 일반적으로, 제 1 축(224)에 대해 주사 암, 말단 장치(236: end effector) 및 공작물(202)의 질량과 균형을 이루게 한다. 이와 같은 평형추(238)는, 이점으로, 제 1 축(224)에 대해 주사 암(232)의 질량 관성 모멘트를 중심을 이루게 하는데 도움을 주어, 제 1 축에 대해 주사 암을 동적으로 균형을 이루게 할 수 있다. 따라서, 주사 암(232), 샤프트(228), 회전자(220) 및 고정자(222)는 일반적으로 제 1 축(224)에 대해 동적으로 균형을 이루게 되어, 일반적으로, 중력과 다른 사이드 부하력(side load force)을 제거한다. 평형추(238)는, 예컨대, 강철과 같이 주사 암(232)보다 무거운 금속으로 구성될 수 있다.
본 발명의 왕복 구동 장치가 이온 주입 시스템 내에 이용되는 경우에, 왕복 구동 장치(201)는 처리실(208)과 관련된 (도시되지 않은) 로드 로크(load lock)실을 더 포함할 수 있는데, 여기서, 주사 암(232)은 말단 장치(236)를 로드 로크실로 회전 및/또는 병진시켜, 공작물(202)을 처리실에 삽입하거나 처리실로부터 제거하도록 동작 가능하다. 더욱이, 패러데이 컵(cup)(237)이 처리실(208) 내에 제공되어, 이온 빔(205)의 경로 내에 배치되는데, 이 패러데이 컵은 일반적으로 이온 빔과 관련된 빔 전류를 감지하도록 동작 가능하다. 따라서, 감지된 빔 전류는 후속 처리 제어를 위해 이용될 수 있다.
다른 예시적인 양태에 따르면, 말단 장치(236)는 제 2 축(240)에 대해 주사 암(232)에 회전 가능하게 결합될 수 있는데, 여기서, 말단 장치는 제 2 축에 대해 회전하도록 동작 가능하다. 말단 장치의 작동기(242)는 주사 암(232) 및 말단 장치(236)에 동작 가능하게 결합될 수 있는데, 여기서, 말단 장치의 작동기는 제 2 축(240)에 대해 말단 장치를 회전시키도록 동작 가능하다. 제 2 축(240)은, 예컨대, 일반적으로 제 1 축(224)과 평행한데, 여기서, 말단 장치의 작동기(242)는, 이온 주입 기술의 숙련자는 이용할 수 있듯이, 이온 빔에 대해 공작물을 선택적으로 회전시켜, 주입물의 소위 "비틀림각(twist angle)"을 변화시키도록 동작 가능할 수 있다. 선택적으로, 주사 암(232)에 대한 말단 장치(236)의 회전 가능한 결합을 이용하여, 제 2 축(240)에 대한 말단 장치(236)의 회전을 연속적으로 제어함으로써, 이온 빔(205)에 대한 공작물(202)의 회전 방향 (예컨대, 도 3의 회전 방향(250))을 유지할 수 있다. 도 2의 말단 장치의 작동기(242)는, 이온 빔(205)에 대한 공작물(202)의 회전 방향을 유지하도록 동작 가능한 주사 암(232)과 관련된 (도시되지 않은) 모터 또는 (도시되지 않은) 기계식 연결부(mechanical linkage)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 말단 장치의 작동기(242)는 제 2 축(240)과 관련된 (도시되지 않은) 피벗 설치대를 포함할 수 있는데, 여기서, 공작물(202)과 관련된 관성력은 이온 빔(205)에 대한 공작물(202)의 회전 방향을 유지하도록 동작 가능하다. 이온 빔(205)에 대한 공작물(202)의 회전 방향을 유지하는 것은, 이온 빔이 (도시되지 않은) 비직교각에서 공작물에 충돌할 시, 및/또는 공작물(예컨대, 반도체 기판, 또는 그 상에 형성된 구조를 가진 기판)과 관련된 결정 또는 다른 구조가 이온 주입을 균일하게 하는 역할을 할 시에 유익하다.
도 3에서, 도 2의 제 1 축(224)에 대한 샤프트(228)의 예시적인 로테이션(rotation)(244)이 도시되는데, 여기서, 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)은 제 1 축에 대해 회전된다. 따라서, 공작물(202)은 (예컨대, 제 1 축(224)에 대한 샤프트(228)의 하나 이상의 주기적인 카운터 로테이션(counter-rotation), 즉 주기적인 역회전을 통해) 이온 빔(205)에 대해 제 1 주사 경로(246)를 따라 왕복 병진될 수 있는데, 여기서, 도 2의 이온 빔은 도 3의 페이지 내로 진행하는 것으로 도시된다. 제 1 축(224)에 대해 샤프트(228)의 로테이션(244) (및 카운터 로테이션)은, 아래에 기술되는 바와 같이, 이점으로, 제 1 주사 경로(246)를 따라 말단 장치(236)를 균일한 방식으로 진동 또는 왕복시키기 위해 제어될 수 있다. 도 3은, 상술한 바와 같이, 제 2 축(240)에 대해 말단 장치(236)의 로테이션(248)을 도시하는데, 여기서, 제 2 축에 대한 말단 장치 및 공작물(202)의 로테이션을 제어하여, 제 1 축(224) 또는 이온 빔(205)에 대한 공작물의 회전 방향(250)(예컨대, 이온 빔에 대한 공작물의 회전 방향은 공작물에 대해 고정되는 삼각형(252)으로 표시된다)을 유지할 수 있다.
이온을 이온 빔(205)으로부터 공작물 내에 고르게 주입하는 것과 같이, 공작물(202)을 고르게 처리하기 위해서는, 공작물이 이온 빔의 영향을 받으면서 제 1 주사 경로(246)를 따라 이동할 시에, 말단 장치(236)의 병진 속도를 일반적으로 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 공작물(202)이 이온 빔(205)을 통과하는 동안에 말단 장치(236)의 속도를 일반적으로 일정하게 유지함으로써, 일반적으로 이온의 선량이 공작물에 균일하게 제공되어, 공작물이 펜듈럼 타입의 운동으로 제 1 주사 경로(246)를 따라 이동할 시에 공작물이 고르게 처리된다.
그래서, 한 실시예에서, 이온 빔(205)을 통한 공작물(202)의 이동과 관련된 미리 정해진 주사 범위(254)에 대해서는 일반적으로 속도가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 미리 정해진 주사 범위(254)는 일반적으로 공작물(202)의 물리적 크기(예컨대, 공작물의 직경 D보다 큼)와 관련된다. 본 예에서, 미리 정해진 주사 범위(254)는 일반적으로 공작물의 직경 D의 전체 플러스 이온 빔(205)의 폭보다 큰 거리를 이동하는 공작물(202)에 의해 정해지는데, 여기서, 공작물은 제 1 주사 경로(246)를 따라 이온 빔을 통해 이동하고, 이온 빔은 공작물의 대향 단부(256) 사이에서 상대적으로 주사된다.
다른 실시예에 따르면, 미리 정해진 주사 범위(254) 내에 공작물(202)에 대한 원하는 속도 프로파일이 정해질 수 있는데, 여기서, 원하는 속도 프로파일은 일반적으로 왕복 구동 장치(201)의 구성에 의존한다. 예컨대, 공작물(202)이 주사 암(232)에 대해 고정되거나 회전 가능한 지에 따라, 주사 암의 로테이션(244)의 각각의 일정한 속도 또는 가변 속도 (및 제 1 주사 경로(246)를 따른 공작물의 각각의 일정한 또는 가변 속도)가 바람직할 수 있다. 예컨대, 공작물(202)이 제 1 주사 경로(246)를 따라 회전 방향(250)을 유지하기 위해 주사 암(232)에 대해 회전되면, 제 1 축(224)에 대한 주사 암의 회전 속도는 변화될 수 있는데, 이때, 이온 빔(205)은, 곡선 경로를 따라 일반적으로 이온의 균일한 선량을 공작물에 제공하기 위해 미리 정해진 주사 범위(254)의 단부(end)(255)에 근접한다(예컨대, 약 10%만큼 속도의 증가는 미리 정해진 주사 범위의 단부에 근접함). 다른 대안으로서, 또는 주사 암(232)의 속도를 변화시키는 것 이외에, 이온 빔 전류와 같은 이온 빔(205)의 특성은 공작물(202)에 대한 이온의 균일한 선량을 생성하기 위해 변화될 수 있다.
상기 실시예 중 하나에 나타낸 바와 같이, 일반적으로, 공작물(202)은, 일반적으로 공작물(202)을 이온 빔(205)에 고르게 노출시키기 위해 제 1 주사 경로(246)를 따라 미리 정해진 주사 범위(254) 내에서 실질적으로 일정한 속도를 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 제 1 주사 경로(246)를 따른 공작물(202)의 왕복, 선택적으로 반전 운동으로 인해, 공작물의 가속 및 감속은, 예컨대, 제 1 축(224)에 대한 샤프트(228)의 시계 방향 및 시계 반대 방향 로테이션(예컨대, 카운터 로테이션) 사이에서는 필연적이다. 그래서, 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)의 가속 및 감속을 조절하기 위해, 제 1 주사 경로(246)를 따라 최대 위치(260 및 262) 간에 공작물(202)의 대향 단부(256)에 의해 이동되는 최대 주사 거리(258)가 정해질 수 있는데, 여기서, 이온 빔(205)이 공작물과 접촉해 있지 않거나, 이온 빔의 적어도 일부가 공작물과 접촉해 있지 않을 시에, 오버슈트(overshoot) 영역(264) 내에서 가속 및 감속이 일어날 수 있다.
종래의 2차원 주사 시스템에서, 공작물 방향의 반전 동안에 가속 및 감속의 허용 가능량은, 종래의 주사 시스템의 잔여 시스템으로 전달되는 관성력 및 관련된 반응력을 최소화하기 위해 실질적으로 제한된다. 그러나, 본 발명은, 아래에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 관성력이 일반적으로 제 1 축(224)에 한정되도록 이와 같은 제한을 제거한다.
본 발명에 따르면, 오버슈트 영역(264) 내에서 공작물(202)의 급속한 가속 및 감속은, 일반적으로, 하나 이상의 공작물, 말단 장치(236), 주사 암(232), 샤프트(228), 회전자(220) 및 고정자(222)와 관련된 관성력을 제 1 축(224)으로 한정함으로써 달성된다. 본 발명의 한 예시적인 양태에 따르면, 제 1 축(224)에 대해 회전하도록 동작 가능한 도 2의 고정자(222)는, 도 3에 도시된 주사 암(232)의 로테이션(244)에 대한 반응 질량(266)으로서 작용하도록 동작 가능하다. 예컨대, 도 2의 반응 질량(266)은, 일반적으로, 회전자(220), 샤프트(228), 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)의 급속한 가속 및 감속을 제공하도록 동작 가능한데, 여기서, 회전자, 샤프트, 주사 암, 말단 장치 및 공작물의 로테이션 및/또는 병진과 관련된 관성력은, 일반적으로, 회전자와 고정자 간의 전자기력에 의해 제 1 축(224)에 대한 고정자(222)의 로테이션으로 병진되고, 이 관성력은 일반적으로 균형을 이루어 제 1 축에 한정된다. 따라서, 고정자(222)의 로테이션과 관련된 토크는 일반적으로 제 1 축(224)에 한정되어, 정지 기준으로부터 제 1 주사 경로(246)를 따라 공작물(202)의 왕복과 관련된 힘을 진동적으로 격리하거나 분리한다.
제 1 축(224)에 대한 관성력의 그와 같은 한정은 실질적으로 종래의 주사 시스템에서 나타나는 진동을 감소시킨다. 따라서, 반응 질량(266)으로서 작용하는 고정자(222)는, 도 3의 오버슈트 영역(264)에서 주사 암(232)을 가속 및 감속시키도록 동작 가능한데, 여기서, 모터(206)의 고정자와 회전자(220) 간의 전자기력은 일반적으로 제 1 축에 대한 각각의 회전자 및 고정자의 회전 위치를 결정한다. 따라서, 제 1 축(224)에 대한 회전자(220)의 회전 위치는, 일반적으로, 제 1 축에 대한 샤프트(228), 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)의 회전 위치를 결정하는데, 여기서, 회전자의 회전 위치는, 회전자와 고정자 간의 전자기력을 제어함으로써 효율적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 고정자(222)(예컨대, 고정자는 반응 질량(266)으로서 작용함)는, 하나 이상의 회전자(220), 샤프트(228), 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)보다 실질적으로 큰 질량 관성 모멘트를 갖는다. 다른 예에 따르면, 관성 질량(268)(예컨대, "플라이휠(flywheel)")은 고정자(222)에 동작 가능하게 결합되는데, 여기서, 관성 질량은, 제 1 축(224)에 대한 회전자(220), 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)의 로테이션에 반응하여(예컨대, 반작용(counteract)하도록) 고정자의 로테이션을 더 제한하기 위해 반응 질량(266)으로서 작용하도록 동작 가능하다. 관성 질량(268)은, 예컨대, 일반적으로, 하나 이상의 회전자(220), 샤프트(228), 주사 암(232), 말단 장치(236) 및 공작물(202)의 전체 질량 관성 모멘트보다 크거나 동일하다. 한 예에서, 반응 질량(266)과 관련된 질량 관성 모멘트는, 회전자(220), 샤프트(228), 주사 암(232)(및 평형추(238)), 말단 장치(236) 및 공작물(202)의 질량 관성 모멘트의 전체보다 대략 10 배 더 크며, 여기서, 회전자의 10 도의 회전에, 고정자(222)는 제 1 축(224)에 대해 1 도만 회전할 필요가 있다. 실질적으로 큰 관성 질량(268)을 제공함으로써, 예컨대, 더욱 이점으로, 고정자(222)에 대한 회전자(220)의 속도와 관련된 back-EMF(역기전력)이 감소되어, 모터(206)를 구동시키는데 필요로 되는 에너지량이 저감된다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따르면, 도 2의 모터(206)는, 예컨대, 고정자(222)에 대한 회전자(220)의 회전 위치에 따라, 샤프트(228)의 회전 속도(및 공작물(202)의 병진 속도)를 변경하도록 동작 가능하다. 다른 예에 따르면, 왕복 구동 장치(201)는 하나 이상의 감지 소자(270)를 더 포함하는데, 여기서, 제 1 주사 경로(246)를 따른 공작물(202)의 회전 위치(244)가 결정된다. 예컨대, 도 2의 하나 이상의 감지 소자(270)는, 제 1 축(224)에 대한 하나 이상의 주사 암(232), 샤프트(228), 회전자(220) 및 고정자(222)의 회전 위치를 감지하도록 동작 가능한데, 여기서, 감지된 회전 위치는, 아래에 기술되는 바와 같이, 공작물(202)의 병진 위치의 피드백 제어를 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 감지 소자(270)는, 제 1 축에 대한 각각의 회전 위치의 피드백 제어를 연속적으로 또는 반복적으로 제공하도록 동작 가능한 하나 이상의 고 해상도 인코더를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 감지 소자(270)는, 고정자(222)에 대한 회전자(220)의 회전 방향을 감지하도록 동작 가능한 제 1 인코더(272) 및, 예컨대, 처리실(208), 모터 하우징(226), 이온 빔(205)과 같은 정지 기준, 또는 회전에 대한 다른 정지 기준에 대한 회전자의 회전 방향을 감지하도록 동작 가능한 제 2 인코더를 포함한다.
다른 예시적인 양태에 따르면, 왕복 구동 장치(201)는 하나 이상의 정지부(stop)(276)를 더 포함하는데, 여기서, 하나 이상의 정지부는 일반적으로 모터 하우징(226)에 대해 고정자(222)의 로테이션을 제한한다. 하나 이상의 정지부(276)는 일반적으로 "런어웨이(runaway)" 사고(incident)를 방지하도록 일반적으로 고정자(222)의 가변량의 로테이션을 제공하는데, 여기서, 고정자는 제어 가능하지 않게 된다. 하나 이상의 정지부(276)는, 예컨대, 모터 하우징(226)에 동작 가능하게 결합되는 (도시되지 않은) 하나 이상의 조정 가능한 기계적 또는 전기적 제한부(limit)를 포함하는데, 여기서, 고정자(222)의 로테이션량은 일반적으로 이 정지부 간에서 억제된다.
본 발명의 다른 양태에서, 왕복 구동 장치(201)는 제 2 주사 경로(278)를 따라 공작물(202)을 병진시키도록 동작 가능한데, 여기서, 제 2 주사 경로(저속 주사 경로)는 도 3의 제 1 주사 경로(246:고속 주사 경로)의 적어도 일부에 실질적으로 수직이다. 예컨대, 제 2 주사 경로(278)는 도 3에 도시된 제 1 주사 경로(246)의 중간점에 실질적으로 수직이다. 제 2 주사 경로(278)는, 모터(206)에 동작 가능하게 결합되는 저속 주사 작동기(280)에 의해 달성될 수 있는데, 여기서, 저속 주사 작동기는, 정지 기준에 대해 제 3 축(282)을 따라 하나 이상의 모터 및 처리실(208)을 병진시키도록 동작 가능하다. 제 3 축(282)은, 예컨대, 일반적으로 제 1 축(224)에 수직이고, 일반적으로, 이온 빔(205)에 대해 공작물(202)의 제 2 주사 경로(278)와 평행하다.
따라서, 본 발명의 한 예시적인 양태에 따라, 제 1 주사 경로(246)는 공작물(202)의 "고속 주사"와 관련되고, 제 2 주사 경로(278)는 공작물의 "저속 주사"와 관련되는데, 여기서, 공작물은, 공작물이 제 1 주사 경로를 따라 왕복 이동할 시에, 제 2 주사 경로를 따라 연속적으로 운송될 수 있다. 선택적으로, 공작물(202)은, (예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이) 제 1 주사 경로(246)를 따른 최대 위치(260 및 262) 간의 공작물의 모든 병진을 위해 제 2 주사 경로(278)를 따라 미 리 정해진 길이의 인크리먼트(increment)만큼 연속적으로 인덱스(index)될 수 있다. 예컨대, 제 1 주사 경로(246)를 따른 공작물(202)의 완전 전후 진동 사이클 또는 왕복을 위해, 저속 주사 작동기(280)는, 제 2 주사 경로(278)를 미리 정해진 길이의 2의 인크리먼트만큼 공작물을 병진시킬 것이다. 제 2 주사 경로(278)를 따른 모터(206)의 전체 병진은, 예컨대, 대략, 도 3의 공작물(202)의 직경(D) 플러스 이온 빔(205)의 높이이다.
도 2의 저속 주사 작동기(280)는, 예컨대, 서보 모터, 볼 스크루(ball screw), 또는 다른 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 여기서, 모터 하우징(226) 및 관련 모터(206)과 공작물(202)은 제 2 주사 경로(278)를 따라 부드럽게 병진될 수 있다. 이와 같은 저속 주사 작동기(280)는, 예컨대, 정지 이온 빔(205)이, 공작물을 이온 빔(205)에 통과시켜 말단 장치(236) 상에 위치하는 공작물(202)을 "페인트(paint)"하도록 동작 가능하면서, 말단 장치는 또한 아치형 주사 경로를 따라 주기적인 카운터 로테이션(예컨대, 진동)으로 이동하여, 전체 공작물에 걸쳐 이온을 균일하게 주입한다.
왕복 구동 장치(201)는 동적 슬라이드 밀봉부(284) (예컨대, 슬라이드 베어링 밀봉부)를 더 포함하는데, 여기서, 슬라이드 밀봉부는, 외부 환경(214)(예컨대, 대기)으로부터 처리실(208)의 내부 환경(212)을 실질적으로 밀봉한다. 예컨대, 처리실(208)은 그를 통해 슬롯 형상의 개구(286)를 형성하여, 일반적으로 제 3 축(282)과 평행하게 연장하는데, 여기서, 샤프트(228)는 일반적으로 슬롯을 통해 연장한다. 하나 이상의 선형 베어링(288)은, 예컨대, 모터 하우징(226)을 처리 실(208)에 슬라이드 가능하게 결합하는데 이용될 수 있다. 따라서, 샤프트(228)는, 제 3 축(282)을 따라 모터(206)의 병진과 함께 슬롯(286) 내에 병진하도록 동작 가능하다. 슬라이드 밀봉부(284)는 슬롯 형상의 개구(286)를 둘러싸고, 일반적으로 외부 환경(214)으로부터 처리실(208) 내의 내부 환경(212)을 격리시킨다. 이와 같은 슬라이드 밀봉부(284)는, 예컨대, 일반적으로 주사 암(232) 및 말단 장치(236)를 격리시켜, 제 2 주사 경로(278)를 따라 처리실(208) 내에서 말단 장치를 병진시키면서, 모터(206)와 관련된 구성 요소의 이동에 의해 유발된 잠재적 유해한 효과를 제한한다. 선택적으로, 어떤 또는 모든 왕복 구동 장치(201)는 처리실(208) 내에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따르면, 프레임(290)이 제공되는데, 여기서, 프레임은 일반적으로 이온 빔(205)에 대해 고정되어 있다. 예컨대, 프레임(290)은 정지 기준으로 고려될 수 있다. 본 예에서, 처리실(208)은, 일반적으로 이온 빔(205)에 수직인 제 4 축(292)에 대해 프레임(290)에 피벗 가능하게 결합되는데, 여기서, 제 4 축에 대한 처리실의 회전 위치는 일반적으로 이온 빔과 공작물(202)의 표면(294) 간에 (도시되지 않은) 경사각을 형성한다. 다른 예에서, 주사 암(232)은 허브(295)를 통해 샤프트(228)에 회전 가능하게 결합되는데, 여기서, 주사 암은 제 5 축(296)에 대해 회전하도록 동작 가능하다. 제 5 축(296)은 일반적으로 제 1 축(224)에 수직인데, 여기서, 제 5 축에 대한 주사 암(232)의 로테이션은 선택적으로 상술한 (도시되지 않은) 경사각을 제공한다. 주사 암(232)이 제 1 축(224)에 대해 회전할 동안에 제 2 축(240)에 대한 공작물(202)의 로테이션과 협력하여 처리실(208)을 위치시키도록 제 4 축(292)을 이용하는 순수한 효과는, 일반적으로, 공작물이 이온 빔(205)을 관통하면서, 이온 빔에 대해 공작물의 고정된 경사 및 비틀림 각을 유지하는 것이다. 더욱이, 이와 같은 조합은 일반적으로, 공간 내에 거의 고정되는 공작물(202)과 이온 빔(205)의 충돌점을 유지하여, 일반적으로, 공작물 상의 모든 점이 동일한 각 및 동일한 빔 사이즈로 빔에 의해 확실히 주입되게 한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따르면, (도시되지 않은) 주 구동 작동기는 샤프트(228)에 동작 가능하게 결합되는데, 여기서, 주 구동 작동기는 주 회전력을 샤프트에 제공하도록 동작 가능하다. 주 구동 작동기는, 예컨대, 모터(206)와 함께 샤프트(228)의 회전 속도를 더 변화시키도록 동작 가능한데, 여기서, 제 1 주사 경로(246)를 따른 공작물의 위치는 더 제어될 수 있다. 따라서, 모터(206)는 일반적으로, 샤프트(228)의 로테이션을 위한 가속기 및 감속기로서 작용할 수 있지만, 도 3의 미리 정해진 주사 범위(254) 내에서 실질적으로 공작물(202)의 병진을 제어하지는 않는다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 제어기(298)가 제공되는데, 여기서, 제어기는, 회전자(220)와 고정자(222) 간의 전자기력을 제어함으로써, 제 1 주사 경로(246)를 따른 공작물(202)의 위치를 제어하도록 동작 가능하다. 제어기(298)는, 예컨대, 말단 장치의 작동기(242)를 제어함으로써, 제 2 축(240)에 대한 공작물(202)의 로테이션을 제어하도록 더 동작 가능하다. 또한, 제어기(298)는, 저속 주사 작동기(280)를 제어함으로써, 제 3 축(282)을 따른 모터(206)의 위치를 제어하도록 동작 가능하다. 제어기(298)는, 예컨대, 제 1 주사 경로 및 제 2 주사 경로를 따른 공작물(202)의 회전 및/또는 병진 위치를 제어하도록 동작 가능한데, 여기서, 제어는, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 감지 소자(270)로부터의 피드백에 기초로 한다.
또한, 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 제어기(298)(예컨대, 운동 제어기)는, 하나 이상의 전원, 모터(201)와 같은 왕복 주사 장치(201)와 결합된 (도시되지 않은) 구동기 및/또는 증폭기, 하나 이상의 감지 소자(270), 말단 장치의 작동기(242) 및 저속 주사 작동기(280)에 동작 가능하게 결합되는데, 여기서, 제어기는 왕복 주사 장치를 효율적으로 제어한다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 본 발명에 개시된 운동 제어의 일반적인 기법은, 일반적으로, 말단 장치(236)의 운동의 평활도(smoothness)(예컨대, 도 3의 미리 정해진 주사 범위 내의 일정한 속도)를 제공하여, 그와 관련된 속도 에러를 최소화할 수 있다. 다른 예에 따르면, 도 2의 제어기(298)는, 제어기에 의해 이용될 수 있는 비례 적분 미분(PID) 제어 장치를 포함하는데, 여기서, 하나 이상의 감지 소자(270)는 피드백 제어를 제공한다.
도 1-3에 도시된 구조 및 시스템이 펜듈럼 타입의 운동에 관계하지만, 본 발명은 또한 선형 운동 시스템을 계획하며, 여기서, 공작물은 제 1 주사 경로를 따라 선형적으로 병진한다. 예컨대, 도 4는, 선형적인 제 1 주사 경로(304)를 따라 공작물(302)을 왕복 병진 또는 진동하도록 동작 가능한 다른 왕복 구동 장치(300)의 간략화된 도면을 도시한다. 한 예에서, 왕복 구동 장치(300)는, 일반적으로 정지 이 온 빔(305)에 대해 선형적인 제 1 주사 경로(304)를 따라 공작물(302)을 왕복 병진 또는 진동하도록 동작 가능한데, 여기서, 이 장치는 이온 주입 공정에 이용될 수 있다. 선택적으로, 왕복 구동 장치(300)는, 예컨대, (도시되지 않은) 스텝-앤드-리피트 리소그래피 시스템과 같은 각종 다른 반도체 처리 시스템과 함께 이용될 수 있다. 또 다른 대안에서, 장치(300)는, 반도체 제조 기술과 무관한 처리 시스템에 이용될 수 있으며, 이와 같은 모든 시스템 및 구성은 본 발명의 범주 내에서 계획된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 왕복 구동 장치(300)는 주사 암(308)에 동작 가능하게 결합되는 모터(306)를 포함하는데, 여기서, 주사 암은 그 위에 공작물(302)을 지지하도록 동작 가능하다. 모터(306)는, 예컨대, 회전자(310) 및 고정자(312)를 포함하는데, 이 회전자 및 고정자는, 상술한 바와 유사한 방식으로, 제 1 축(314)에 대해 개별적으로 회전하도록 동작 가능하다. 회전자(310)는 샤프트(316)에 동작 가능하게 결합되는데, 이 샤프트는 일반적으로 제 1 축(314)을 따라 연장하여, 주사 암(308)에 동작 가능하게 결합된다. 본 예에서, 회전자(310) 및 샤프트(316)는 일반적으로 서로에 고정 결합되고, 샤프트 및 주사 암(308)은 서로 짝을 이루어 맞물리며, 샤프트의 로테이션은 주사 암의 선형 병진을 구동하도록 동작 가능하며, 제 1 주사 경로(304)는 실질적으로 선형이다. 한 예에 따르면, 주사 암(308)은 맞물림부(320)를 포함하고, 샤프트(316)는 구동부(322)를 포함하며, 주사 암의 맞물림부는 샤프트의 구동부에 동작 가능하게 결합된다. 예컨대, 맞물림부(320)는 래크(rack)(324)를 포함하고, 구동부(322)는 피니언(pinion)(326)을 포함한다. 선택적으로, 맞물림부(320)는 (도시되지 않은) 실질적으로 편평한 표면을 포함할 수 있고, 구동부는 맞물림부에 맞물리도록 동작 가능한 (도시되지 않은) 롤러를 포함한다. 주사 암(308)을 선형적으로 병진하도록 동작 가능한 어떤 맞물림부(320) 및 구동부(322)가 이용될 수 있고, 이와 같은 모든 맞물림부 및 구동부는 본 발명의 범주 내에 계획된다.
본 발명의 한 예시적인 양태에 따르면, 왕복 구동 장치(300)는 평형 암(counterbalance arm)(328)을 더 포함하는데, 여기서, 샤프트(316) 및 평형 암은 서로와 짝을 이루어 맞물린다. 평형 암(328)은, 예컨대, 샤프트(316)에 대해 주사 암(308)과 정반대에 대향 배치될 수 있는데, 여기서, 샤프트의 로테이션은 평형 암의 선형 병진을 일반적으로 주사 암의 방향과 대향한 방향으로 구동시키도록 동작 가능하다. 이와 같은 평형 암(328)은, 예컨대, 관성 질량(330)을 더 포함하고, 관성력을 제 1 축(314)으로 제한시킨다. 다른 예에 따르면, 왕복 구동 장치는 (도시되지 않은) 하나 이상의 선형 병진 베어링을 더 포함하는데, 여기서, 하나 이상의 선형 병진 베어링은 일반적으로 주사 암(308) 및 평형 암(328)의 병진을 선형 경로로 제한한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따르면, 도 5는 도 1-4의 예시적인 왕복 구동 장치의 통합 및 동작을 설명하는 예시적인 방법(400)의 개략적인 블록도이다. 예시적인 방법이 여기에서 일련의 작용 또는 사건으로서 도시되고 기술되지만, 본 발명은, 본 발명에 따라, 일부 단계가 상이한 순서로 일어날 수 있고, 및/또는 여기에 도시되고 기술되는 것과는 별도로 다른 단계와 동시에 일어날 수 있을 시에, 이와 같은 작용 또는 사건의 설명된 순서로 제한되지 않음을 알 수 있다. 게다가, 설명된 모든 단계가 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 필요로 되지 않을 수 있다. 더욱이, 이 방법은 여기에 도시되고 기술된 시스템에 따라 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 구현될 수 있음을 알 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 방법(400)은, 단계(305)에서, 도 2의 주사 암(232)와 같은 주사 암 상에 공작물을 제공하는 것으로 개시한다. 주사 암은 회전자 및 고정자를 포함하는 모터에 동작 가능하게 결합되는데, 여기서, 회전자 및 고정자는 제 1 축에 대해 개별적으로 회전하고 반 회전하도록 동작 가능하다. 단계(310)에서, 전자기력은 회전자와 고정자 사이에 가해져, 제 1 주사 경로를 따라 이온 빔을 통해 공작물을 병진시킨다. 단계(315)에서, 공작물의 위치는, 제 1 축에 대해 하나 이상의 샤프트, 회전자 및 고정자의 회전 위치를 감지하는 것과 같이 감지된다. 단계(320)에서, 회전자와 고정자 간의 전자기력은 제 1 주사 경로를 따라 제어되거나 선택적으로 변화되는데, 여기서, 고정자는 공작물의 왕복에 대해 반응하여 제 1 축에 대해 회전 및 반회전한다. 단계(320)에서의 제어는, 예컨대, 적어도 부분적으로, 공작물의 감지된 위치에 기초로 한다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 왕복 구동 장치는, 고 진공 상태에 있는 (도시되지 않은) 처리실 내에 이용될 수 있으며, 여기서, 윤활 베어링(lubricated bearing) 또는 작동기와 같은 기계적 부품은 이 환경에 직접 노출되지 않는다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 이 장치의 조인트(joint)에는, 예컨대, 페로 유체성 밀봉(Ferro-fluidic seals)과 같은 진공 밀봉이 제공된다. 프로세스의 청결함의 보전(integrity of cleanliness)을 제공하는 어떤 타입의 이동 가능 한 진공 밀봉은 본 발명의 범주 내에 계획되는 것을 이해할 수 있다. 그래서, 본 발명은, 세정, 진공 환경에서 운동 생성 및 웨이퍼 주사를 제공하도록 동작 가능하다.
본 발명이 어떤 바람직한 실시예에 대해 도시되고 기술되었지만, 등가의 변경 및 수정이 본 명세서 및 첨부한 도면의 판독 및 이해로부터 본 기술 분야의 다른 숙련자에게 행해질 수 있음을 알 수 있다. 특히, 상술한 구성 요소(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 실행된 여러 기능에 대해, 이와 같은 구성 요소를 기술하는데 이용된 ("수단"에 대한 참조를 포함하는) 용어는, 달리 지시되지 않으며, 여기에 도시된 본 발명의 예시적인 구성에서의 기능을 실행하는 개시된 구조체와 구조적으로 등가가 아닐지라도, 기술된 구성 요소의 특정 기능(즉, 기능적으로 등가임)을 실행하는 임의의 구성 요소에 대응한다. 게다가, 수개의 실시예 중 하나만에 대해 본 발명의 특정의 특징이 개시되었지만, 이와 같은 특징은 어느 소정 또는 특정 응용에 바람직하고 원하는 대로 다른 구성의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다.

Claims (63)

  1. 이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 시스템에 있어서,
    상기 이온 빔과 관련된 처리실;
    상기 처리실에 결합된 모터로서, 상기 모터는 회전자 및 고정자를 포함하며, 상기 회전자 및 고정자는 제 1 축에 대해 개별적으로 회전 가능하며, 상기 회전자와 상기 고정자 간의 전자기력은 제 1 축에 대한 회전자의 회전 위치를 결정하며, 상기 고정자는 상기 회전자의 로테이션에 대한 반응 질량으로서 작용하는 모터;
    상기 회전자에 고정 결합되어, 상기 제 1 축을 따라 상기 처리실로 연장하는 샤프트;
    상기 처리실 내에 위치하고, 상기 샤프트에 결합되는 주사 암으로서, 상기 주사 암은 상기 공작물을 지지하는 말단 장치를 포함하며, 상기 회전자의 회전 위치는 제 1 주사 경로를 따라 이온 빔에 대해 공작물의 위치를 결정하는 주사 암 및;
    상기 회전자와 상기 고정자 간의 전자기력을 제어함으로써, 상기 제 1 주사 경로를 따라 공작물의 위치를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사 암은 상기 제 1 축으로부터 반경 방향으로 연장하는 연장 암을 포함하며, 상기 말단 장치는 상기 연장 암의 말단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사 암은 상기 주사 암의 중력 중심에서 상기 샤프트에 결합되며, 상기 주사 암은 상기 제 1 축에 대해 회전 가능하게 균형을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주사 암은 평형추를 더 포함하는데, 상기 평형추는 상기 제 1 축에 대한 주사 암, 말단 장치 및 공작물의 질량과 균형을 이루게 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 말단 장치는 정전 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 처리실의 외부에 위치하고, 상기 처리실은 상기 처리실을 관통하는 개구를 형성하며, 상기 샤프트는 상기 개구를 통해 연장하며, 상기 샤프트 및 상기 개구와 관련된 회전 밀봉부는 상기 처리실 내의 내부 환경으로부터 상기 처리실 외부의 외부 환경을 분리시키는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 말단 장치는, 제 2 축에 대해 회전 가능하게 상기 주사 암에 결합되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주사 암 및 상기 말단 장치에 결합되는 말단 장치의 작동기를 더 포함하는데, 상기 말단 장치의 작동기는 상기 제 2 축에 대해 상기 말단 장치를 회전시킬 수 있으며, 제어기는 상기 말단 장치의 작동기를 제어함으로써 상기 처리실에 대해 공작물의 회전 방향을 유지하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    말단 장치의 작동기의 전원을 더 포함하는데, 상기 말단 장치의 작동기는 서보 모터를 포함하며, 상기 제어기는 상기 말단 장치의 작동기의 전원으로부터 상기 말단 장치의 작동기에 제공된 전력량을 제어함으로써 상기 처리실에 대해 공작물의 회전 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 축은 상기 제 1 축과 평행한 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 및 상기 처리실에 결합되는 저속 주사 작동기를 더 포함하는데, 상기 저속 주사 작동기는 상기 제 1 축에 수직인 제 3 축을 따라 상기 처리실에 대해 모터를 병진시켜, 상기 이온 빔에 대해 제 2 주사 경로를 따라 상기 공작물의 위치를 결정하며, 상기 제어기는 상기 저속 주사 작동기를 제어함으로써 상기 제 2 주사 경로를 따라 상기 공작물의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    저속 주사 작동기의 전원을 더 포함하는데, 상기 저속 주사 작동기는 서보 모터를 포함하며, 상기 제어기는 상기 저속 주사 작동기의 전원으로부터 상기 저속 주사 작동기에 제공된 전력량을 제어함으로써 상기 제 2 주사 경로를 따라 상기 공작물의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    하나 이상의 선형 베어링을 더 포함하는데, 상기 하나 이상의 선형 베어링은 상기 모터를 상기 처리실에 슬라이드 가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리실과 상기 모터 사이에 배치된 슬라이드 밀봉부를 더 포함하는데, 상기 처리실은 제 3 축과 병렬로 연장하는, 상기 처리실을 관통하는 슬롯을 형성하며, 상기 샤프트는 상기 슬롯을 통해 연장하여, 상기 슬롯 내에서 선형적으로 병진하도록 하며, 상기 슬라이드 밀봉부는 상기 슬롯을 둘러싸고, 상기 처리실 외부의 외부 환경으로부터 상기 처리실 내의 내부 환경을 분리하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 이온 빔에 대해 고정된 프레임을 더 포함하는데, 상기 처리실은 상기 이온 빔에 수직인 제 4 축에 대해 상기 프레임에 피벗 가능하게 결합되며, 상기 제 4 축에 대한 상기 처리실의 회전 위치는 상기 이온 빔과 상기 공작물의 표면 사이에 경사각을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회전자 및 고정자의 적어도 일부분은 모터 하우징 내에 위치하고, 상기 모터 하우징은 상기 제 1 축에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 및 상기 샤프트와 결합되는 하나 이상의 저 마찰 베어링을 더 포함하는데, 상기 하나 이상의 저 마찰 베어링은 하나 이상의 회전자, 고정자 및 샤프트를 처리실 또는 이온 빔을 포함하여 구성되는 정지 기준에 회전 가능하게 결합시키며, 상기 하나 이상의 저 마찰 베어링은 각각의 회전자, 고정자, 샤프트 및 정지 기준 간에 저 마찰 계수를 제공하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 저 마찰 베어링 중 적어도 하나는 에어 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리실은 저압으로 유지되는 상기 처리실 내에 내부 환경을 제공하는 진공실을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자에 고정 결합되는 관성 질량을 더 포함하는데, 상기 관성 질량의 질량 관성 모멘트는 주사 암, 말단 장치 및 공작물의 질량 관성 모멘트의 전체와 관련됨으로써, 상기 관성 질량이 상기 제 1 축에 대한 주사 암의 로테이션에 반작용하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 관성 질량의 질량 관성 모멘트는 주사 암, 말단 장치 및 공작물의 질량 관성 모멘트의 전체보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤프트에 결합되는 주 구동 작동기를 더 포함하는데, 상기 주 구동 작동기는 회전력을 상기 샤프트에 제공하며, 상기 제어기는 상기 주 구동 작동기를 제어함으로써 상기 제 1 주사 경로를 따른 공작물의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 주 구동 작동기는 상기 제 1 주사 경로를 따른 공작물의 위치에 따라 상기 샤프트의 회전 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 축에 대한 회전자의 회전 위치 및, 상기 제 1 축에 대한 고정자의 회전 위치를 감지하는 하나 이상의 감지 소자를 더 포함하는데, 제 1 주사 경로에 따른 공작물의 위치의 제어는, 적어도 부분적으로, 상기 회전자 및 고정자의 감지된 회전 위치에 기초로 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감지 소자는 하나 이상의 샤프트, 회전자 및 고정자와 관련된 하나 이상의 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감지 소자는 상기 고정자에 대해 상기 회전자의 회전 방향을 감지하는 제 1 인코더 및, 상기 처리실에 대해 상기 회전자의 회전 방향을 감지하는 제 2 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 말단 장치의 회전 속도는 상기 제 1 주사 경로를 따라 미리 정해진 주사 범위 내에서 일정하고, 상기 미리 정해진 주사 범위는 상기 공작물의 사이즈와 관련되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 샤프트를 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주사 경로는 곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 경로와 관련되고, 상기 처리실 내에 배치되는 패러데이 컵을 더 포함하는데, 상기 패러데이 컵은 상기 이온 빔과 관련된 빔 전류를 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사 암은 허브에 의해 상기 샤프트에 회전 가능하게 결합되고, 상기 주사 암은 상기 제 1 축에 수직인 제 5 축의 위에서 회전하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤프트는 중공인 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  33. 이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 장치에 있어서,
    회전자 및 고정자를 포함하는 모터로서, 상기 회전자 및 고정자가 제 1 축에 대해 개별적으로 회전할 수 있는 모터;
    상기 회전자에 의해 회전 가능하게 구동되고, 상기 제 1 축을 따라 연장하는 샤프트 및;
    상기 샤프트에 결합되는 주사 암으로서, 상기 주사 암은 상기 주사 암에 상기 공작물을 지지하고, 상기 샤프트의 주기적인 카운터 로테이션은 상기 주사 암을 회전시켜, 제 1 주사 경로를 따라 이온 빔을 통해 공작물을 주사하도록 하며, 상기 고정자는 상기 회전자의 로테이션에 대한 반응 질량으로서 작용하는, 주사 암을 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 고정자에 결합된 관성 질량을 더 포함하는데, 상기 관성 질량은 상기 제 1 축에 대해 상기 주사 암의 로테이션에 반작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 관성 질량의 질량 관성 모멘트는 상기 주사 암 및 공작물의 질량 관성 모멘트의 전체와 관련되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 주사 암은 말단 장치를 포함하고, 상기 공작물은 상기 말단 장치에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 말단 장치는 정전 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 말단 장치는 상기 주사 암에 회전 가능하게 설치되고, 상기 말단 장치는 상기 제 1 축과 평행한 제 2 축에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 말단 장치 및 상기 주사 암에 결합되는 말단 장치의 작동기를 더 포함하는데, 상기 말단 장치의 작동기는 상기 제 2 축에 대해 상기 말단 장치를 회전시키는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  40. 제 33 항에 있어서,
    상기 모터에 결합되는 저속 주사 작동기를 더 포함하는데, 상기 저속 주사 작동기는 상기 제 1 축에 수직인 제 3 축을 따라 상기 모터를 선형적으로 병진시켜, 제 2 주사 경로를 따라 상기 이온 빔을 통해 상기 공작물을 주사하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  41. 제 33 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 샤프트의 카운터 로테이션을 일정한 속도로 구동시키는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  42. 제 33 항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 회전자, 주사 암 및 공작물의 로테이션에 대한 반응 질량으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  43. 제 33 항에 있어서,
    처리실을 더 포함하는데, 상기 샤프트는 상기 처리실 내의 개구를 통해 연장하고, 상기 주사 암은 상기 처리실 내에 위치하며, 상기 모터는 상기 처리실의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  44. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 축에 대한 하나 이상의 샤프트, 회전자 및 고정자의 회전 위치를 감지하는 하나 이상의 감지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감지 소자는 상기 고정자에 대해 상기 회전자의 회전 방향을 감지하는 제 1 인코더 및, 상기 이온 빔에 대해 상기 회전자의 회전 방향을 감지하는 제 2 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감지 소자는 하나 이상의 샤프트, 회전자 및 고정자와 관련된 하나 이상의 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 장치.
  47. 이온 빔을 통해 공작물을 주사하는 왕복 구동 시스템에 있어서,
    상기 이온 빔과 관련된 처리실;
    회전자 및 고정자를 포함하는 모터로서, 상기 회전자 및 고정자는 제 1 축에 대해 개별적으로 회전할 수 있는 모터;
    상기 회전자에 의해 회전 가능하게 구동되고, 상기 처리실 내의 개구를 통해 상기 제 1 축을 따라 연장하는 샤프트;
    상기 처리실 내의 상기 샤프트에 결합되는 주사 암으로서, 상기 주사 암은 상기 주사 암 상에 상기 공작물을 지지하는 말단 장치를 포함하고, 상기 샤프트의 주기적인 카운터 로테이션은 상기 주사 암을 회전시켜, 제 1 주사 경로를 따라 이온 빔을 통해 공작물을 주사시키도록 하며, 상기 고정자는 상기 회전자의 로테이션에 대한 반응 질량으로서 작용하는 주사 암 및;
    상기 회전자와 상기 고정자 간의 전자기력을 제어함으로써, 상기 제 1 주사 경로를 따라 공작물의 위치를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 주사 암은 상기 주사 암의 중력의 중심에 있는 샤프트에 결합되고, 상기 주사 암은 평형추를 더 포함하는데, 상기 평형추는 상기 제 1 축에 대한 주사 암, 말단 장치 및 공작물의 질량과 균형을 이루게 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 말단 장치는 정전 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  50. 제 47 항에 있어서,
    상기 샤프트 및 상기 처리실의 개구와 관련된 회전 밀봉부를 더 포함하는데, 상기 회전 밀봉부는 상기 처리실 내의 내부 환경으로부터 상기 처리실 외부의 외부 환경을 분리시키는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  51. 제 47 항에 있어서,
    상기 주사 암 및 상기 말단 장치에 결합되는 말단 장치의 작동기를 더 포함하는데, 상기 말단 장치의 작동기는 상기 제 1 축과 평행한 제 2 축에 대해 상기 말단 장치를 회전시키도록 하며, 상기 제어기는 상기 말단 장치의 작동기를 제어함으로써 상기 처리실에 대해 공작물의 회전 방향을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  52. 제 47 항에 있어서,
    상기 모터 및 상기 처리실에 결합되는 저속 주사 작동기를 더 포함하는데, 상기 저속 주사 작동기는 제 3 축을 따라 상기 처리실에 대해 모터를 병진시켜, 상기 이온 빔에 대해 제 2 주사 경로를 따라 상기 공작물의 위치를 결정하도록 하며, 상기 제어기는 상기 저속 주사 작동기를 제어함으로써 상기 제 2 주사 경로를 따라 상기 공작물의 위치를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 처리실과 상기 모터 사이에 배치된 슬라이드 밀봉부를 더 포함하는데, 상기 모터는 하나 이상의 선형 베어링에 의해 상기 처리실에 슬라이드 가능하게 결합되고, 상기 처리실은 상기 처리실을 관통하는 슬롯을 포함하며, 상기 샤프트는 상기 슬롯을 통해 연장하여, 연장된 슬롯 내에서 선형적으로 병진하도록 하며, 상기 슬라이드 밀봉부는 상기 슬롯을 둘러싸고, 상기 처리실 외부의 외부 환경으로부터 상기 처리실 내의 내부 환경을 분리하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  54. 제 47 항에 있어서,
    상기 이온 빔에 대해 고정된 프레임을 더 포함하는데, 상기 처리실은 제 4 축에 대해 상기 프레임에 피벗 가능하게 결합되며, 상기 제 4 축에 대한 상기 처리실의 회전 위치는 상기 이온 빔과 상기 공작물의 표면 사이에 비틀림각을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  55. 제 47 항에 있어서,
    상기 모터 및 상기 샤프트와 관련된 하나 이상의 저 마찰 베어링을 더 포함하는데, 상기 하나 이상의 저 마찰 베어링은 하나 이상의 회전자, 고정자 및 샤프트를 처리실 또는 이온 빔을 포함하여 구성되는 정지 기준에 회전 가능하게 결합시키며, 상기 하나 이상의 저 마찰 베어링은 각각의 회전자, 고정자, 샤프트 및 정지 기준 간에 저 마찰 계수를 제공하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  56. 제 47 항에 있어서,
    상기 고정자에 결합되는 관성 질량을 더 포함하는데, 상기 관성 질량의 질량 관성 모멘트는 주사 암, 말단 장치 및 공작물의 질량 관성 모멘트의 전체보다 크고, 상기 관성 질량은 상기 제 1 축에 대한 주사 암의 로테이션을 반작용시키도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  57. 제 47 항에 있어서,
    상기 샤프트에 결합되는 주 구동 작동기를 더 포함하는데, 상기 주 구동 작동기는 회전력을 상기 샤프트에 제공하도록 하며, 상기 제어기는 상기 주 구동 작동기를 제어함으로써 상기 제 1 주사 경로를 따른 공작물의 위치를 제어하도록 하며, 상기 모터는 상기 샤프트에 대한 가속기 및 감속기로서 작용하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  58. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 축에 대한 하나 이상의 샤프트, 회전자 및 고정자의 회전 위치를 감지하도록 하나 이상의 감지 소자를 더 포함하는데, 상기 제 1 주사 경로에 따른 공작물의 위치의 제어는, 적어도 부분적으로, 각각의 샤프트, 회전자 및 고정자의 감지된 회전 위치에 기초로 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감지 소자는 상기 고정자에 대해 상기 회전자의 회전 방향을 감지하는 제 1 인코더 및, 상기 이온 빔에 대해 상기 회전자의 회전 방향을 감지하는 제 2 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  60. 제 58 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 감지 소자는 하나 이상의 샤프트, 회전자 및 고정자와 관련된 하나 이상의 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  61. 제 47 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 경로와 관련되고, 상기 처리실 내에 배치되는 패러데이 컵을 더 포함하는데, 상기 패러데이 컵은 상기 이온 빔과 관련된 빔 전류를 감지하도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  62. 제 47 항에 있어서,
    상기 주사 암은 허브에 의해 상기 샤프트에 회전 가능하게 결합되고, 상기 주사 암은 제 5 축의 위에서 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
  63. 제 47 항에 있어서,
    상기 샤프트는 중공인 것을 특징으로 하는 왕복 구동 시스템.
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