KR20050021570A - 이온 빔 주입기용 조정가능한 주입각 작업재 지지 구조물 - Google Patents

Abstract

이온 빔 주입기는 빔 선과 주입 챔버를 따라 이동하는 이온 빔(14)을 생성하기 위한 이온 빔 소스를 포함하는데, 작업재(24)는 이온 빔에 의해 작업재의 표면을 이온 주입하기 위해 이온 빔을 교차하도록 놓게 된다. 이온 빔 주입기는 주입 챔버에 연결되고 작업재를 지지하는 작업재 지지 구조물(100)을 더 포함한다. 작업재 지지 구조물은 주입 챔버에 회전식으로 연결되고 회전 멤버를 통해 뻗어 나가는 개구를 포함하며 주입 챔버의 벽내의 개구와 일직선이 되는 제 1 회전 멤버(110)를 포함한다. 작업재 지지 구조물은 제 1 회전 멤버에 회전식으로 연결되고 제 1 회전 멤버의 회전 축으로부터 떨어져 있는 회전 축을 갖는 제 2 회전 멤버를 포함하는데, 제 2 회전 멤버는 제 1 회전 멤버의 개구위에 놓인다. 작업재 지지 구조물은 제 2 회전 멤버에 고정적으로 부착되는 제 3 멤버를 또한 포함하는데, 제 3 멤버는 작업재를 지지하는 회전 구동기(200, 204)를 포함한다. 제 1 회전 멤버, 제 2 회전 멤버 및 제 3 회전 멤버의 회전 구동기는 주입 표면의 주입을 위해 이동 경로를 따라 작업재를 이동시켜 회전하는데, 이온 빔이 작업재의 주입 표면에 충돌하기 전에 주입 챔버를 통해 이동하는 거리가 일정하다.

Description

이온 빔 주입기용 조정가능한 주입각 작업재 지지 구조물{ADJUSTABLE IMPLANTATION ANGLE WORKPIECE SUPPORT STRUCTURE FOR AN ION BEAM IMPLANTER}

본 발명은 이온 빔 주입기의 주입 챔버에 연결된 조정가능한 주입 각 작업재 지지 어셈블리 또는 구조물, 특히, 선택될 작업재의 주입각과 같은 이온 빔에 대하여 작업재의 회전과 선형 이동 및 선택된 주입 각으로 선형 경로를 따라 이동(translate)되는 상기 작업재를 위해 제공되는 작업재 지지 어셈블리 또는 구조물에 대한 것인데, 이온 빔 입구에서 이온 빔 교차점의 주입 챔버까지의 거리와 작업재의 주입 표면은 작업재를 이동시키는 동안 일정하게 유지된다.

이온 빔 주입기는 반도체 웨이퍼를 도핑하는 프로세스에서 널리 사용되었다. 이온 빔 주입기는 요구된 유형의 양(positive)으로 대전된 이온으로 구성된 이온 빔을 생성한다. 이온 빔은 반도체 웨이퍼, 기판 또는 평평한 패널과 같은 작업재의 노출된 표면에 영향을 미치는데, 이로 인해 요구된 이온으로 작업재 표면이 도핑 또는 주입된다. 일부 이온 주입기는 연속 주입에 소용되는데, 단지 하나의 상대적으로 큰 웨이퍼 작업재가 주입 챔버내의 지지대 위에 놓이고, 연속적으로 주입되면, 즉 하나의 작업재가 단번에 주입된다. 지지대는 작업재가 이온 빔 빔 선에 있는 것과 같은 방향으로 놓이게 되고 이온 빔은 요구된 이온 선량을 주입하기 위해 작업재 위를 반복적으로 스캔한다. 주입이 완료된 때, 작업재는 지지대로부터 제거되고 또다른 작업재가 주입을 위해 지지대 위에 놓이게 된다.

최근 몇년새에, 반도체 산업의 동향은 예를 들어 300mm. 직경의 점점 더 큰 웨이퍼 작업재를 사용하고 있다. 큰 웨이퍼 작업재 또는 평평한 패널과 같은 다른 작업재를 주입하는 능력은 매우 바람직해졌다. 작업재를 연속적으로 주입하는 한가지 방식은 스캔(scan), 팬(fan) 또는 리본 이온 빔의 앞에서 작업재를 움직이는 것이다. 이러한 이온 빔은 작업재의 전체 폭에 균일하게 주입되기에 매우 충분하다. 전체 작업재를 주입하기 위하여, 한 방향으로 가로지르는 제 2 동작(second motion) 또는 이온 빔의 범위가 요구된다. 더군다나, 종종 특정한 작업재가 주입되기 위하여 주입 각을 변경시키는 것이 바람직하다. 주입 각은 이온 빔과 작업재의 처리 표면 사이에 형성된 입사각이다. 0 도의 주입 각은 작업재의 주입 표면이 이온 빔 빔 선에 수직인 것을 의미한다.

종래 이온 빔 주입기의 작업재 지지 구조물이 갖고 있는 한가지 결점은 0 도의 주입각이 아니면, 이온 빔 빔 선과 수직으로 이동하는 경로를 따른 작업재의 이동은 상기 빔이 작업재 주입 표면에 충돌하기 전에 주입 챔버내에서 이동하는 거리를 변경시키도록 야기한다는 것이다. 또다른 방식을 언급하면, 주입 각이 0 도가 아니면, 작업재는 이온 빔 빔선에 대하여 경사진 각으로써 도시될 수 있다. 이러한 경사진 작업재가 이온 빔 빔 선에 대하여 수직으로 이동된다면, 이온 빔쪽으로 경사진 작업재의 부분들이 주입될 때, 이온 빔이 주입 표면에 충돌하기 전에 주입 챔버안에서 이동하는 거리가 작업재 주입 표면의 중심의 빔 거리와 비교해 감소될 것이다. 반면에, 이온 빔으로부터 멀어져 경사진 작업재의 부분들이 주입될 때, 이온 빔이 주입 표면에 충돌하기 전에 주입 챔버내에서 이동하는 거리가 작업재 주입 표면의 중심의 빔 거리와 비교해 증가될 것이다.

분명히, 작업재가 커지고 주입 각이 커져 0도에서 멀어지면, 작업재 주입 표면의 한끝에서 주입 표면의 마주보는 끝으로 이동하는, 주입될때 주입 챔버내의 이온 빔에 의해 가로지르게 되는 이온 빔 거리의 차가 점점 커진다. 이온 빔은 자신의 빔 경로위에서 발산(diffuse)되는 경향이 있기 때문에, 일정하지 않은 빔 거리는 전체 작업재 주입 표면 위에 균일한 이온 선량 주입을 달성하는데 악영향을 미칠 것이다. 그러므로, 웨이퍼가 점점 더 커지는 동향은 이런 일정하지 않은 빔 거리 문제를 악화시킨다.

작업재 주입 표면의 균일한 주입을 보장하기 위하여, 작업재의 주입 표면에 충돌하기 전에 주입 챔버내에서 이온 빔에 의해 가로지르게 되는 실질적으로 일정한 빔 거리를 유지하는 것이 바람직할 것이다. 요구된 주입 각을 선택한 후 주입 과정동안 이온 빔 빔 선과 관련해서 작업재가 이동될 때, 주입 챔버내로의 이온 빔 진입과 주입 표면의 충돌 사이에서, 실질적으로 일정한 빔 거리를 유지하는 능력을 제공하는 작업재 지지 구조물이 요구된다.

도 1은 본 발명에 대한 이온 빔 주입기의 개략적 평면도

도 2는 작업재 지지 구조물이 이온 빔 주입기의 주입 챔버에 부착되는 것을 나타낸, 도 1의 이온 빔 주입기의 작업재 지지 구조물에 대한 개략적인 정면도

도 3은 이온 빔 주입기의 주입 챔버안으로부터 바라본 도 2의 작업재 지지 구조물에 대한 개략적 정면도

도 4는 작업재 지지 구조물의 바닥면으로부터, 즉, 이온 빔 주입기의 주입 챔버안으로부터 바라본 작업재 지지 구조물에 대한 개략적 부분 투시도

도 5는 작업재 지지 구조물을 윗면에서 바라본 작업재 지지 구조물에 대한 부분 투시도

본 발명의 한가지 대표적인 실시예는 진공 또는 주입 챔버내에서 작업재를 지지하기 위한 작업재 지지 구조물 또는 어셈블리를 갖는 이온 빔 주입기에 대한 것이다. 이온 빔 주입기는 이온 빔과 이동 경로에 따라 이온 빔을 운반하고 축에 따라 스캔될 빔 선을 만들기 위해 이온 빔 소스를 포함한다. 작업재는 작업재가 이온 빔에 의해 작업재의 주입 표면을 주입시키기 위해 스캔된 이온 빔의 이동 경로에 교차하게 놓이게 되도록 주입 챔버내의 작업재 지지 구조물에 의해 지지된다. 작업재 지지 구조물은 a) 요구된 주입 각을 선택; 및 b) 주입 챔버내로의 이온 빔 진입과 주입 표면의 충돌 사이에서, 실질적으로 일정한 빔 거리를 유지하면서 이온 빔에 의해 주입 표면을 주입하기 위해 작업재를 이동시키기 위해 제공된다.

작업재 지지 구조물은 주입 챔버에 연결되고 작업재를 지지한다. 작업재 지지 구조물은 주입 챔버에 회전식으로 연결되는 제 1 회전 멤버를 포함하는데, 상기 회전 멤버는 이온 빔의 경로에 수직으로 회전 축을 갖고 회전 멤버의 폭을 통해 개구를 한정하며 회전 멤버로부터 회전 축을 떼어(offset)놓는다. 더구나 작업재 지지 구조물은 제 1 회전 멤버에 회전식으로 연결되는 제 2 회전 멤버를 포함하는데, 제 1 회전 멤버의 회전 축으로부터 떨어져 있는(offset) 회전 축을 갖는다. 제 2 회전 멤버는 제 1 회전 멤버의 위에 놓이고 밀봉된다.

게다가, 작업재 지지 구조물은 제 2 회전 멤버에 고정되어 부착되는 제 3 멤버를 포함한다. 제 3 멤버는 제 1 회전 멤버의 회전 축과 일직선이 되고, 주입되기 위한 작업재의 주입 표면과 또한 일직선이 되는 회전 축을 갖는 회전 구동기(rotatable drive)를 포함한다. 작업재 홀더는 제 3 멤버의 회전 구동기에 부착되고 제 1 및 제 2 회전 멤버를 통해 주입 챔버로 뻗어나가 주입 챔버내의 작업재를 지지한다. 제 1 회전 멤버 및 제 3 회전 멤버 회전 구동기의 회전은 주입 챔버내의 이온 빔 경로에 대하여 작업재의 주입 각을 변경시킨다. 제 1 회전 멤버, 제 2 회전 멤버 및 제 3 회전 멤버 회전 구동기의 적합한 회전은 선택된 주입 각을 유지하는 동안 이온 빔에 가로지르는 한 방향의 이동 경로에 따라 작업재를 선형 이동시킨다.

유리하게, 주입 챔버에서의 이온 빔의 입구와 이온 빔의 교차점 및 작업재의 표면 사이의 거리는 이동 선형 경로에 따른 작업재의 이동동안 실질적으로 일정하게 유지된다.

본 발명의 대표적인 실시예에 대한 여러 목적들, 이점, 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 자세히 기술된다.

도면을 보면, 이온 빔 주입기는 일반적으로 도 1에서 10으로 도시된다. 주입기는 한 끝 또는 주입 스테이션(20)에서 빔 경로(16)를 가로지르는 이온 빔(14)을 형성하는 이온들을 만들기 위해 이온 소스(12)를 포함한다. 주입 스테이션은 내부 영역(22e)을 한정하는 진공 또는 주입 챔버(22)를 포함하는데, 이 안에 반도체 웨이퍼, 기판 또는 평평한 패널 작업재와 같은 작업재(24)가 이온 빔에 의해 주입되기 위해 놓이게 된다. 제어 전자장치(control electronics)(26으로 개략적으로 도시)는 작업재(24)가 받게될 이온 선량을 모니터 및 제어하기 위해 제공된다. 제어 전자장치(26)에서의 오퍼레이터 입력(operator input)은 사용자 콘솔(27)을 거쳐 수행된다.

이온 소스(12)는 작업재(24)에 충돌하는 이온 빔(14)을 생성시킨다. 이온 빔(14)의 이온들은 이온 소스(12)와 주입 챔버(22) 사이의 빔 경로(16)에 따른 거리를 가로지르는 빔으로써 발산하는 경향이 있다. 이온 소스(12)는 내부 영역을 한정하는 플라즈마 챔버(28)를 포함하는데, 소스 물질은 상기 내부 영역으로 주입된다. 소스 물질은 이온화 가스 또는 증발된 소스 물질을 포함할 것이다.

빔 경로(16)를 따라 이온 빔(14)을 구부리는 아날라이징 자석(analyzing magnet)(30)이 놓이게 되고 빔 셔터(32)를 거쳐 이온 빔이 똑바로 나아간다. 빔 셔터(32) 다음에, 빔(14)은 빔(14)의 초점을 맞추는 4겹 렌즈 시스템(quadruple lens system)(36)을 거쳐 지난다. 빔 경로(16)는 편향 전극봉(deflection electrodes)(38)을 통해 뻗어나가는데, 이온 빔(14)은 주입 챔버내의 이온 빔(14)의 한 부분이 리본 이온 빔(14a)이도록 리본 이온 빔을 생성하기 위해 반복적으로 편향되거나 스캔된다. 리본 이온 빔(14a)은 챔버(22)의 앞 벽(22b)에 있는 개구(22a)를 통해 이온 챔버에 들어간다. 리본 이온 빔(14a)은 매우 좁은 4각형의 모양을 갖는 이온 빔, 즉, 예를 들어 수평 위치 또는 x방향 또는 직각 방향, 예를 들어 수직 위치 또는 y 방향의 매우 제한된 범위를 갖는 범위(도 5에 W로 도시)를 갖는 한 방향으로 뻗어나가는 빔이다.

일반적으로, 리본 이온 빔(14a)의 범위는 작업재(24)의 전체 상응하는 면적을 주입하기에 충분한데, 즉 주입 챔버(22)를 가로지르는 리본 이온 빔(14a)이 수평 방향 또는 X 방향(도 1 및 5)으로 뻗어나가고 작업재(24)가 300mm.(Ehsms 300mm.의 직경)의 수평 치수를 갖는다면, 제어 전자장치(26)는 주입 챔버(22)내의 작업재에 충돌할 때, 리본 이온 빔(14a)의 수평 범위 W가 300mm. 작업재를 위해 300mm.보다 더 커지도록 전극봉(38)에 적합한 전원을 공급할 것이다.

이하에 설명되는 것처럼, 작업재 지지 구조물(100)은 작업재(24)의 전체 주입 표면(25)이 이온으로 주입되도록 주입하는 동안 리본 이온 빔(14)에 대하여 작업재(24)를 지지 및 이동시킨다. 상기 기술된 스캔 기술외에, 종래 기술의 여러 기술은 주입 챔버(22)내의 리본 이온 빔(14a)이 갖는 리본 모양이 다양한 방식으로 만들어 질 수 있다는 것을 알려줄 것이다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(28)의 아크(arc) 슬릿은 만들게 된 이온 빔이 처음부터 리본 모양을 갖도록 만들게 될 것이다. 본 발명은 모양 또는 이온 빔을 형성하기 위한 어떤 특정한 기술 또는 구조물의 사용으로 제한을 두는 것이 아니다.

작업재의 연속 주입을 위해 적합한 이온 주입기에 대한 좀더 자세한 설명은 U.S. Patent Nos. 4,975,586, issued to Ray et al. on Deceomber 4, 1990 and 4,761,559, issued to Myron on August 2, 1998에서 공개된다. 586 및 599 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었고 참조에 의하여 이하에서 완전히 상호 결합된다.

주입 챔버 내부 영역(22e)은 비어있다. 주입 챔버(22)내에 장착된 두개의 로봇 팔(42, 44)은 작업재 지지 어셈블리 또는 구조물(100)에서/로부터 웨이퍼 작업재를 자동적으로 싣고 내려놓는다. 작업재(24)는 도 1에서 수평 적재 위치로 도시된다. 주입에 앞서, 작업재 지지 구조물(100)은 주입을 위해 작업재(24)를 수직 위치 또는 거의 수직 위치로 회전시킨다. 작업재(24)가 수직이면, 즉, 이온 빔(14)에 대하여 수직이면, 주입 각 또는 입사각은 0도가 된다. 바람직하지 않은 채널링 효과를 최소화시키기 위해 보통, 작지만 0이 아닌 주입 각을 선택하는 것을 알 수 있다.

보통 주입 작업에서, 도핑되지 않은 작업재는 작업재(24)를 오리엔터(orienter)(56)로 이동시키는 로봇 팔(54) 근처에 작업재(24)를 가져오는 셔틀(shuttle)(52)에 의해 제 1 카세트(cassette)(50)에서 회수되는데, 상기 작업재(24)는 특정한 크리스터 방위(crystal drientation)로 회전된다. 상기 팔(54)은 방향이 맞춰진 작업재(24)를 회수하고 회수된 작업재를 주입 챔버(22) 근처의 적재 스테이션(loading station)(58)에 이동시킨다. 적재 스테이션(58)은 요구된 진공에서 펌프 다운되어 닫힌 다음 주입 챔버(22)로 통한다. 주입 챔버(22)내의 제 1 팔(42)은 작업재를(24)를 잡아, 주입 챔버(22)내로 가지고와, 작업재 지지 구조물(100)의 전정기 클램프(electrostatic clamp) 또는 척(102)위에 놓는다. 정전기 클램프(102)는 주입동안 적소에 작업재(24)를 잡기 위해 전원을 공급한다. 적합한 정전기 클램프는 U.S. Patent Nos. 5,436,790, issued to Blake et al. on July 25, 1995 and 5,444,597, issued to Blake et al. on August 22, 1995에서 공개되는데 이들 모두는 본 발명의 양수인에게 양도된다. 790 및 597 특허 모두는 참조에 의하여 이하에서 완전하게 상호 결합된다.

작업재(24)의 이온 주입 후, 작업재 지지 구조물(100)은 작업재(24)를 수평 위치로 되돌려 놓고 정전기 클램프(102)는 작업재를 떼어놓기 위해 전원을 끊게 된다. 주입 챔버(22)의 제 2 팔(42)은 주입된 작업재(24)를 잡아 주입 챔버(22)에서 내려놓는 스테이션(unload station)(60)까지 작업재를 이동시킨다. 내려놓는 스테이션(60)으로부터, 로봇 팔(62)은 제 2 카세트(66)안에 작업재를 넣기 위해 주입된 작업재(24)를 셔틀(64)로 이동시킨다.

작업재 지지 구조물(100)은 제어 전자장치(26)에 의해 작동되고, 주입 동안 작업재(24)를 지지하며, 주입 챔버(22)내의 리본 이온 빔(14a)에 대하여 작업재(24)의 회전 및 이동을 허용한다. 작업재의 회전 능력에 의하여, 작업재 지지 구조물(100)은 이온 빔(14)과 작업재(24)의 주입 표면(25) 사이의 요구된 주입 각(IA) 또는 입사각의 선택이 이롭게 허용된다. 작업재의 이동 또는 선형 이동 능력에 의하여, 작업재 지지 구조물(100)은 주입 동안 작업재(24)의 주입 표면이 요구된 주입각(IA)과 일치되는 평면을 따라 이동하는 것이 허용되는데, 이로 인해 요구된 주입각이 유지되고 리본 이온 빔(14a)이 주입 챔버 내부 영역(22e) 진입에서 작업재(24)의 주입 표면(25)에 충돌하는 포인트(실질적으로 이온 빔은 리본 이온 빔이기 때문에 선)까지 이동하는 거리 d(도 1)를 실질적으로 일정하게 유지시킨다. 실질적으로 이 일정한 거리는 주입 표면(25)의 전체 주입동안 유지된다. 즉, 실질적으로 일정한 거리는 전체 주입 표면이 수직 위치 또는 Y 방향으로 주입되도록 요구된 주입 각(IA)에 일치하는 평면으로, 리본 이온 빔(14a)에 대하여 상기 작업재(25)가 가로로 이동하므로써 유지된다.

주입 챔버(22)에서 이온 빔(14a)에 의한 충돌 위치 사이의 실질적으로 일정한 거리 또는 이온 빔을 위한 이동 경로의 유지는 작업재(24)의 전체 주입 표면(25)위에 균일한 이온 주입 특성을 주기에 매우 바람직하다. 작업재 지지 구조물(100)을 바라보는 또다른 방식은 이온 소스(12)에서 작업재 주입 표면(25)에 충돌하는 상기 포인트까지 이온 빔(14)의 실질적으로 일정한 이동 경로를 허용한다는 것이다.

생산을 실행하는 동안, 반도체 웨이퍼 작업재 또는 평평한 패널 작업재는 연속 주입된다. 즉, 주입을 위한 하나의 작업재가 완료된때, 정전기 클램프(102)는 주입된 작업재를 떼어 놓기 위해 전원을 끊게 된다. 그 다음에 주입된 작업재는 자동적으로 주입 챔버(22)로부터 제거되고 또다른 작업재가 정전기 클램프(102)에 의해 지지대 표면(104)위에 놓이게 된다. 정전기 클램프(102)는 지지대 표면(104)위의 작업재(24)를 안전하게 잡기 위해 적당히 전원을 공급한다.

작업재 지지 구조물(100)은 도 2내지 5에 가장 잘 도시된다. 작업재(24)가 정전기 클램프(102)에 의해 지지대 표면(104)위에 적재된 후, 정전기 클램프가 작업재 적재 및 비 적재(unloading) 위치(도 1)에 있을 때, 작업재 지지 구조물(100)은 주입 위치로 작업재(24)를 회전시킨다. 도 4 및 5는 주입 위치에서 작업재(24)를 지지하는 정전기 클램프(102)를 도시한다. 도 1은 대시 라인으로 주입 위치에서의 작업재(24)의 위치를 도시하고, 거리 d는 이온 빔(14a)이 주입 챔버(22)내로 진입해서 작업재(24)에 충돌할 때까지 가로지르는 거리이다.

작업재(24)를 주입하는 동안, 작업재 지지 구조물(100)은 전체 주입 표면(25)이 요구된 이온에 의해 적당히 충돌되고 주입되기 위해 리본 이온 빔(14a)에 가로지르는 방향으로 작업재(24)를 이동시킨다. 도 5의 개략적 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 작업재와 충돌하는 한 포인트의 리본 이온 빔(14a)은 작업재(24)의 직경보다 더 큰 X 방향(도 1 및 5에서 도시되는 X 축으로 한정)을 따라 폭 W를 갖으므로 X 방향으로의 작업재 이동이 작업재의 완전한 주입을 위해 요구되지 않는다.

도 1에 도시되는 것처럼, 작업재 지지 구조물(100)은 주입 챔버(22)의 측 벽(22c)에 고정되고 주입 챔버 측 벽(22c)에 있는 개구(22d)를 통해 주입 챔버(22)의 내부 영역(22e)으로 뻗어 나간다. 작업재 지지 구조물(100)은 제 1 회전 멤버(110), 제 1 회전 멤버(110)에 회전식으로 장착되는 제 2 회전 멤버(150) 및 제 2 회전 멤버(150)에 장착되는 구동기 메커니즘(200)을 포함한다. 제 1 회전 멤버(110) 및 제 2 회전 멤버(150)는 자신의 원형 트랙 선형 모터(circular track linear motors)(140, 190)(도 4)에 의해 각각 구동된다. 각각의 원형 트랙 선형 모터(140, 190)는 원형 패턴으로 배치된 전자석 코일(142, 192)을 포함한다. 원형 트랙 선형 모터(140, 190)는 각각의 자석 트랙 판(146, 196)위에 지지되는 상응하는 한 세트의 영구 자석(144, 194)을 더 포함한다. 전자석 코일(142, 192)은 제어 전자장치(26)에 의해, 주입 챔버(22)에 대하여 제 1 및 제 2 회전 멤버(110, 150)의 정확한 제어 회전에 적합한 전원을 공급하게 된다.

작업재 지지 구조물 제 1 회전 멤버(110)는 주입 챔버(22) 및 정확하게는 주입 챔버 측 벽(22c)에 고정되는 고정, 평평한 지지대 판(stationary, flat support plate)(112)을 포함한다. 지지대 판(112)은 주입 챔버 측 벽(22c)(도 1)의 개구(22d)와 일직선이 되는 개구(114)를 포함한다.

제 1 회전 멤버(110)는 주입 챔버(22)에 회전식으로 연결되고, 특히, 회전 멤버(110)의 지지대 판(112)에 회전식으로 연결되는 허브(hub)(120)를 또한 포함한다. 허브(120)는 베어링 어셈블리(bearing assembly)(116)에 의하여 지지대 판(112)에 부착된다. 허브(120)는 허브의 폭을 통해 뻗어나가는 대충 풋볼-모양의 관통 구멍(football-shaped throughbore) 또는 개구(121)를 포함한다. 상기 개구(121)는 서로 다른 곡률 반경을 갖는 두개의 교차하는 아치형 멤버에 의해 한정된다. 대략의 개구(121) 범위가 도 3에 대시 라인 라벨 O에 의해 도시된다. 개구 O의 세로 범위는 도 3에서 L로써 라벨된다. 본 발명의 한가지 대표적인 실시예에서 개구 O는 60cm의 세로 범위를 갖는다. 개구(121)는 주입 챔버 측벽(22c)의 개구(22d)와 일직선이 된다.

제 1 회전 멤버 허브(120)는 베어링 어셈블리(116)에 의하여 지지대 판(112)에 부착된다. 베어링 어셈블리(116)는 주입 챔버(22)에 대하여 지지대 판(112)을 회전시키기 위해 제공되는 원형 베어링 케이지(circular bearing cage)(119)로 배치되는 다수의 볼 또는 롤러 베어링(118)을 포함한 볼 또는 롤러 베어링 어셈블리인 것이 바람직하다. 대안으로, 종래 기술자에게 공지된 다른 기계적인 볼 또는 롤러 베어링 어셈블리는 소용될 것이지만, 기계적인 베어링 어셈블리 대신에, 비-접촉 공기-베어링(air-bearing)이 종래 보통 기술의 하나로 인식되는 것으로써 적합하게 적용될 수 있다.

진공은 서로다르게 펌프되는 원형 또는 방사상 진공 밀봉 시스템(circular or radial vaccum seal system)(130)에 의하여 주입 챔버의 내부 영역(22e)(도 1)과 대기 밖의 사이를 유지시킨다. 진공 밀봉 시스템(130)은 접촉 타입 진공 밀봉(contact type vaccum seal)이다. 도 4에서 잘 볼 수 있는 것처럼, 진공 밀봉 시스템(130)은 지지대 판(112)의 상위 표면(112a)내에 만들어지거나 형성되는 원형 채널(136)에 의해 분리되는 두개의 원형의 오목한 부분 또는 홈(134)을 포함한다. 실질적으로 4각형 단면도를 갖는 O-ring 및 플라스틱 밀봉이 세개의 홈(134) 각각에 배치된다. 두개의 밀봉(138) 각각의 상위 표면은 허브(120)의 가장 낮은 표면(120a)을 향하여 마주본다.

채널(136)은 지지대 판(112)내의 구멍(orifices)(도시되지 않음)을 거쳐 진공 펌프(도시되지 않음)와 유동 연결한다. 지지대 판에 고정될 진공 펌프는 채널(136)안의 진공을 빨아들이도록 작동할 것인데, 이로인해 외부 O-ring 및 플라스틱 밀봉 결합체에 의해 형성되는 밀봉을 통해 밖의 대기 환경으로부터 누출되는 어떤 공기 및/또는 오염 물질이 제거된다. 서로다르게 펌프된 원형 진공 밀봉 시스템외에, 립 밀봉(lip seal)과 같은 다른 밀봉 시스템 디자인(other seal system designs) 또는 다른 폴리머 물질 밀봉 디자인(other polymer material seal designs)이 또한 적합하게 될 것이고, 본 발명의 계획된 관점내에 있다.

추가로, 비-접촉 진공 밀봉 시스템(non-contact vaccum seal systems)이 진공 밀봉 시스템으로써 또한 적합하게 될 것이다. 비-접촉 진공 밀봉 시스템에서, O-ring 및 플라스틱 밀봉은 소용되지 않는다. 대신 한개 이상의 원형 채널(채널 136과 같은)이 지지대 판(112)의 가장 낮은 표면(112a)내에 만들어질 것이다. 상기 채널은 지지대 판(112)에 연결된 진공 펌프와 유동 연결될 것이다. 진공 펌프는 원형 채널내의 진공을 빨아들이도록 작동될 것이다.

제 1 회전 멤버(110)는 리본 이온 빔(14a)에 대하여 +/- 90 도 회전을 허락한다. 제 1 회전 멤버(110)에 있는 회전(도 2에 AR1으로써 대시 라인으로 도시)의 중심선 또는 축은 작업재(24)의 앞 또는 주입 면(25)과 일직선이 된다.

작업재 지지 구조물(100)은 제 1 회전 멤버(110)에 회전식으로 연결되는 제 2 회전 멤버(150)를 더 포함한다. 제 2 회전 멤버(150)는 베어링 어셈블리(160)에 의하여 제 1 회전 멤버(110)의 허브(120)에 부착되는 지지대 판(152)을 포함한다. 베어링 어셈블리(160)는 제 1 회전 멤버(110)에 대하여 제 2 회전 멤버(150)를 회전시키기 위해 제공되는 원형 베어링 케이지(163)로 배치되는 다수의 볼 또는 롤러 베어링(162)을 포함한 볼 또는 롤러 베어링 어셈블리인 것이 바람직하다.

대안으로, 볼 베어링 또는 롤러 베어링과 같은 기계적 베어링 어셈블리 대신에, 비-접촉 가스 베어링이 종래 당업자에게 인식되는 것으로써 적합하게 적용될 수 있다.

제 2 회전 멤버(150)는 제 1 회전 멤버(110)의 개구(121)위에 놓이고 밀봉된다. 진공은 상기 기술된 진공 밀봉 시스템(130)과 유사한 서로다르게 펌프된, 원형 접촉 타입 진공 밀봉 시스템(differentially pumped, circular, contact type vaccum seal system)(180)에 의하여 제 1 및 제 2 회전 멤버(110, 150) 사이에 유지된다. 도 4에 잘 도시되는 것처럼, 상기 진공 밀봉 시스템(180)은 제 1 회전 멤버 허브(120)의 상위 표면(120b)내에 만들어지거나 형성되는 원형 채널(186)에 의해 분리되는 두개의 원형의 오목한 부분 또는 틈(184)을 포함한다. 실질적으로 4각형 단면을 갖는 O-ring 및 플라스틱 밀봉은 두개의 틈(184) 각각에 배치된다. 두개의 밀봉 각각의 상위 표면은 제 2 회전 멤버 지지대 판(152)의 가장 낮은 표면(152a)을 향하여 마주본다.

채널(186)은 제 2 회전 멤버 지지대 판(152)내에 있는 틈(도시되지 않음)을 거쳐 진공 펌프(도시되지 않음)와 유동 연결된다. 허브(120)에 고정될 진공 펌프는 채널(186)내의 진공을 빨아들이도록 작동될 것인데, 이로 인해 외부 및 중간의 O-ring 및 플라스틱 밀봉 결합체에 의해 형성되는 두개의 밀봉을 거쳐 외부의 대기 환경으로 누출되는 어떤 공기 및/또는 오염물질을 제거한다. 서로다르게 펌프된 원형 진공 밀봉 시스템외에, 립 밀봉과 같은 다른 밀봉 시스템 디자인 또는 다른 폴리머 물질 밀봉 디자인이 또한 적합할 것이고 본 발명의 계획된 범위내에 있다. 보통 종래 기술에 공지된 비-접촉 진공 밀봉 시스템은 진공 밀봉 시스템(180)을 위해 적합할 것이다.

제 2 회전 멤버(150)는 제 1 회전 멤버(110)에 대하여 +/- 180 도 회전을 허락한다. 제 2 회전 멤버(150)의 회전 중심선 또는 축(도 2에 AR2로써 라벨됨)은 제 1 회전 멤버의 회전 축(AR1)으로부터 300mm. 에서 250mm.으로 떨어져 있다.

구동기 메커니즘(200)은 제 2 회전 멤버(150)위에 장착된다. 구동기 메커니즘(200)은 하나의 모터 또는 속이 빈 샤프트 서보 작동기(hollow shaft servo actuator)(도 4 및 5에 개략적으로 도시)인 것이 바람직하다. 구동기 메커니즘은 속이빈 샤프트(hollow shaft)를 포함한다. 회전 구동기의 회전 축은 제 1 회전 멤버(110)의 회전 중심선 또는 축 AR1에 일직선이 된다. 적합한 속이 빈 샤프트 서보 작동기는 HD Systems, Inc., 89 Cabot Court, Hauppauge, NY 11788(www.hdsystemsinc.com)에 의해 제조된다.

제 1 및 제 2 회전 멤버(110, 150)를 거치고 주입 챔버 내부 영역(22e)내에 뻗어 있는 작업재 홀더(204)가 구동기 메커니즘(200)에 부착된다. 주입 챔버(22)내의 작업재 홀더(204)의 부분(206)은 리본 이온 빔(14a)에 의해 주입시키기 위한 작업재(24)를 이동시키는데 사용된다. 진공은 진공 밀봉 시스템(210)에 의하여 작업재 홀더(204)와 제 2 회전 멤버(150) 사이에 유지된다. 진공 밀봉 시스템(130, 160)과 유사한 진공 밀봉 시스템(210), 바람직하게는 서로 다르게 펌프된, 접촉 타입, 원형 진공 밀봉 시스템이 이전에 기술된다. 진공 밀봉 시스템(210)은 구동기 메커니즘(200)의 장착 지지대(mounting support)(201)(도 4)내에 있는 한 쌍의 원형의 오목한 부분에 설치되는 O-ring 및 플라스틱 밀봉을 포함한다. 구멍에 의해 진공 펌프에 연결되는 채널(212)이 여러 쌍의 오목한 부분(211) 사이에 배치된다. 진공 펌프는 채널(212)내의 진공을 빨아들인다.

O-ring 및 플라스틱 밀봉 외에, 립 밀봉과 같은 다른 접촉 타입 밀봉 시스템 디자인(other contact type seal system designs) 또는 다른 폴리머 물질 밀봉 디자인, 또는 페로플루이딕(ferrofluidic) 밀봉이 또한 진공 밀봉 시스템(210)을 위해 적합할 것이고 본 발명의 계획된 범위내에 있다. 비-접촉 진공 밀봉 시스템이 진공 밀봉 시스템(210)을 위해 적합할 것이다.

제 1 및 제 2 회전 멤버(110, 150)와 구동기 메커니즘(200)은 0에서 360도 사이의 어디에서든 작업재 홀더(204)의 회전을 허용하므로, 주입을 위해 작업재(24)를 어떤 요구되는 주입 각(IA)으로 설정하는 것이 허용된다. 요구된 주입 각이 얻어지자 마자, 주입 표면(25)을 주입시키기 위해 작업재(24)의 왕복운동하는 선형 동작은 제 1 및 제 2 회전 멤버(110, 150)와 회전 구동기(202)의 상호결합되고 동시에 일어나는 회전에 의해 달성된다. 이런 세가지 요소(110, 150, 202)의 적합한 회전은 주입 챔버 내부 영역(22e)내의 작업재 선형 동작을 만드는 제어 전자장치(26)에 의해 제어된다.

작업재(24)의 반복운동하는 선형 동작은 작업재 주입 표면(25)의 표준 벡터에 수직이다. 자유 다중 독립 각도(multiple independent degrees of freedom) 또는 작업재 지지 구조물(100)의 동작은 리본 이온 빔(14a)의 앞에 작업재를 스캔하는 일정한 초점 길이를 허락한다. 다시 말해, 주입 챔버(22)안의 리본 이온 빔=s에 진입하여 작업재 주입 표면(25)위에 리본 이온 빔으로 충돌하는 선까지의 거리는 어떤 선택된 주입 각으로 항상 일정하다. 주입 각, 즉, 반복운동하는 선형 동작의 축과 이온 빔 사이의 각이 0과 89 도 사이에서 다양할 것이다. 이것은 제 1 회전 멤버(110)의 회전에 의해 달성된다. 그러므로, 작업재 지지 구조물은 도 1에서 도시되는 일정한 거리 d와 같은, 일정한 초점 길이로 모든 리본 이온 빔(14a)앞의 작업재(24)에 대한 다수의 주입 또는 스캔 각을 허용한다.

예 1.

작업재(24)는 정전기 클램프 또는 척(102)에 의하여 작업재 홀더(204)에 대해 고정된다. 정전기 클램프(102)는 에너지 또는 주입동안 작업재(24)로부터 옮겨지는 열을 제거하기 위해 냉각된다. 4극(quad) 또는 8극 주입기(octal implants)를 허락하기 위해, 정전기 클램프(102)는 상기 클램프(102)의 작업재 지지대 표면(104)이 218에서 360 도까지 작업재 홀더 원심의 말단내에서 회전할 수 있도록 모터에 효과적으로 연결된다. 도 5에서 대시 라인 AR3으로써 도시되는 정전기 클램프(102)의 회전 중심선 또는 회전 축은 작업재(24)의 중심선에 일직선이 된다. 정전기 클램프(102) 회전은 작업재 홀더 원심의 말단(workpiece holder distal end)(218)내에 장착되고 정전기 클램프(102)에 직접적으로 연결되는 전기 모터(도시되지 않음)에 의하여 달성된다. 대안으로, 상기 모터는 벨트 또는 케이블(도시되지 않음)과 같은 똑바로 나아가지 않는 구동기 수단(non-direct drive means)에 의해 정전기 클램프에 연결될 것이다.

정전기 척(102)은 베어링 어셈블리(220)에 의하여 작업재 홀더 원심의 말단(218)내에 장착된다. 베어링 어셈블리(220)는 볼 또는 롤러 베어링 어셈블리인 것이 바람직하다. 대안으로, 베어링 어셈블리(220)는 비-접촉 가스 베어링일 것이다.

정전기 클램프(102)와 작업재 홀더 원심의 말단(218) 사이의 진공은 패이스 진공 밀봉 시스템(face vaccum seal system)(230)에 의하여 달성된다. 밀봉 시스템은 작업재 홀더(204)안의 부피가 대기에서의 것이기 때문에 필요하다. 진공 밀봉 시스템(230)은 이전에 기술된 밀봉 시스템(130, 180, 210)과 같은 서로 다르게 펌프된, 원형의, 접촉 타입 진공 밀봉 시스템인 것이 바람직하다. 진공 밀봉 시스템(230)은 정전기 클램프(102)를 향하는 작업재 홀더 말단의 부분 원심의 말단(workpiece holder end portion distal end)(158)의 끝 부분(236)의 내부 원통 표면안에 있는 두개의 각각의 원형의 오목한 부분(234)이 설치된 O-ring 및 플라스틱 밀봉을 포함한다. 구멍에 의해 진공 펌프에 연결되는 채널(236)은 오목한 부분들 사이에 배치된다. 진공 펌프는 채널(236)내의 진공을 빨아들인다.

O-ring 및 플라스틱 밀봉외에, 립 밀봉과 같은 다른 물질 접촉 타입 밀봉 시스템 디자인 또는 폴리머 물질 밀봉 디자인, 또는 페로플루이딕 밀봉이 진공 밀봉 시스템(30)을 위해 적합할 것이고, 본 발명의 계획된 범위내에 있다. 비-접촉 진공 밀봉 시스템은 진공 밀봉 시스템(230)을 위해 적합할 것이다.

본 발명은 어느 정도 상세한 내용으로 설명되었지만 이것은 본 발명이 첨부된 청구항의 참뜻(spirit) 또는 관점에서 벗어남없이 모든 설명된 디자인에 대해 수정 및 변경을 포함하는 것을 목적으로 한다.

Claims (28)

1. 이온 빔 주입기에 있어서,

   a) 빔 선을 따라 이동하는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 소스(ion beam source):

   b) 작업재가 상기 이온 빔에 의하여 상기 작업재의 주입 표면을 이온 주입시키기 위해 이온 빔을 교차하도록 놓게 되는, 내부 영역을 한정하는 주입 챔버; 및

   c) 주입 챔버에 연결되고 작업재를 지지하는 작업재 지지 구조물을 포함하는데, 상기 작업재 지지 구조물은:

   1) 상기 주입 챔버에 회전식으로 연결되고 상기 회전 멤버를 통해 뻗어나가는 개구를 포함하며, 상기 주입 챔버의 벽에 있는 개구에 일직선이 되는 제 1 회전 멤버

   2) 상기 제 1 회전 멤버에 회전식으로 연결되고 상기 제 1 회전 멤버의 회전 축으로부터 떨어져 있는 회전 축을 갖으며, 상기 제 1 회전 멤버의 개구위에 놓이는 제 2 회전 멤버; 및

   3) 상기 제 2 회전 멤버에 고정되게 부착되고 상기 작업재를 지지하는 회전 구동기를 포함하는 제 3 멤버를 포함하는데, 상기 회전 구동기는 제 1 및 제 2 회전 멤버에 대하여 회전하고, 상기 제 2 회전 멤버와 상기 제 1 회전 멤버의 개구를 통해 뻗어나가며, 상기 제 1 회전 멤버, 상기 제 2 회전 멤버 및 상기 제 3 회전 멤버의 회전 구동기는 상기 주입 표면의 주입동안 회전 경로를 따라 상기 작업재를 이동시키기 위해 회전하는데, 상기 이온 빔이 상기 작업재의 주입 표면에 충돌하기 전에 상기 주입 표면을 통해 이동하는 거리가 일정한 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3 멤버의 회전 구동기의 회전 축은 상기 제 1 회전 멤버의 회전 축에 일직선이 되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 회전 멤버의 회전 축은 상기 작업재 주입 표면에 일직선이 되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 회전 멤버의 회전 축은 상기 제 1 회전 멤버의 회전 축으로부터 300mm.에서 250mm.의 거리로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 회전 멤버의 회전 축은 상기 주입 챔버내의 이온 빔의 부분에 대한 한 방향과 수직인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 작업재의 이동 경로는 선형의 이동 경로인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 작업재 지지 구조물은 상기 주입 챔버안에 뻗어 나가는 상기 제 3 멤버의 회전 구동기에 고정되는 작업재 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 작업재 지지 구조물은 주입동안 상기 작업재를 잡기 위해 정전기 클램프를 더 포함하는데, 상기 정전기 클램프는 상기 작업재 지지대에 고정되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 정전기 클램프는 상기 이온 빔에 대하여 회전하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 회전 멤버는 베어링 어셈블리에 의해 주입 스테이션에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 2 회전 멤버는 베어링 어셈블리에 의해 상기 제 1 회전 멤버에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
12. 제 1 항에 있어서,

    진공은 원형 진공 밀봉에 의하여 상기 주입 챔버와 상기 제 1 회전 멤버 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
13. 제 1 항에 있어서,

    진공은 원형 진공 밀봉에 의하여 상기 제 1 회전 멤버와 상기 제 2 회전 멤버 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
14. 제 7 항에 있어서,

    진공은 진공 밀봉에 의하여 상기 작업 지지대(work support) 및 상기 제 2 회전 멤버 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
15. 이온 빔 주입기에 있어서,

    a) 빔 선에 따라 이동하는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 소스;

    b) 이온 빔에 의해 상기 작업재의 표면을 이온 주입시키기 위해 이온 빔을 교차하도록 놓게 되는 작업재가 포함된 주입 챔버; 및

    c) 상기 주입 챔버에 연결되고 상기 작업재를 지지하는 작업재 지지 구조물을 포함하는데, 상기 작업재 지지 구조물은 ;

    1) 상기 주입 챔버에 회전식으로 연결되고 상기 멤버를 통해 상기 주입 챔버의 벽에 있는 개구에 일직선이 되는 개구를 갖는 제 1 회전 멤버;

    2) 상기 제 1 회전 멤버에 회전식으로 연결되고 상기 제 1 회전 멤버의 개구위에 놓이는 제 2 회전 멤버; 및

    3) 상기 제 2 회전 멤버에 고정되게 연결되고 상기 제 2 회전 멤버와 상기 제 1 회전 멤버의 개구를 통해 뻗어나가는 회전 구동기를 포함하며 상기 주입 챔버의 내부 영역내의 상기 작업재를 지지하는 구동기 메커니즘을 포함하는데, 상기 작업재 주입 표면이 요구된 주입 각으로 주입되는 것과 같이 상기 제 1 및 제 2 회전 멤버와 상기 구동기 메커니즘 회전의 회전 구동기 및 상기 작업재는 상기 이온 빔의 초점 길이가 일정하도록 상기 요구된 주입각에 일치하는 이동 경로를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 구동기 메커니즘의 회전 구동기에 대한 회전 축은 상기 제 1 회전 멤버의 회전 축에 일직선이 되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 회전 멤버의 회전 축은 상기 작업재 주입 표면에 일직선이 되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 2 회전 멤버의 회전 축은 상기 제 1 회전 멤버에 대한 회전 축으로부터 300mm. 에서 250mm.의 거리로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
19. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 회전 멤버의 회전 축은 상기 주입 챔버내의 이온 빔의 부분에 대한 한 방향과 수직인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
20. 제 15 항에 있어서,

    상기 작업재의 이동 경로는 선형의 이동 경로인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
21. 제 15 항에 있어서,

    상기 작업재 지지 구조물은 상기 주입 챔버내에 뻗어 나가는 상기 구동기 메커니즘의 회전 구동기에 고정된 작업재 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 작업재 지지 구조물은 주입동안 상기 작업재를 잡기 위해 정전기 클램프를 더 포함하는데, 상기 정전기 클램프는 상기 작업재 지지대에 고정되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 정전기 클램프는 상기 이온 빔에 대하여 회전하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
24. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 회전 멤버는 베어링 어셈블리에 의해 상기 주입 스테이션에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
25. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 2 회전 멤버는 베어링 어셈블리에 의해 상기 제 1 회전 멤버에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
26. 제 14 항에 있어서,

    진공은 원형 진공 밀봉에 의해 상기 주입 챔버와 상기 제 1 회전 멤버 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
27. 제 14 항에 있어서,

    진공은 원형 진공 밀봉에 의해 상기 제 1 회전 멤버와 상기 제 2 회전 멤버 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.
28. 제 20 항에 있어서,

    진공은 진공 밀봉에 의해 상기 작업 지지대와 상기 제 2 회전 멤버 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.