TWI428952B

TWI428952B - 晶圓掃瞄裝置

Info

Publication number: TWI428952B
Application number: TW094109957A
Authority: TW
Inventors: Mori Masahumi
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2014-03-01
Also published as: EP1583133A3; TW200537547A; EP1583133B1; DE602005002860D1; KR101096862B1; US20050218336A1; DE602005002860T2; EP1583133A2; KR20060044679A; US7217934B2; JP4560321B2; JP2005294331A

Description

晶圓掃瞄裝置

本案申請專利範圍的發明係關於使半導體晶圓相對於用以離子植入的離子束呈直線移動等，俾在真空室中對晶圓（或其他被加工物）進行直線式掃瞄的晶圓掃瞄裝置。

在離子植入裝置中，為能對晶圓上所有部份均勻地植入離子，通常係採取使晶圓朝特定直線方向進行往返掃瞄（移動）之方法。

相關施行此種往返掃瞄的習知之一般晶圓掃瞄裝置，將配置有晶圓支撐架等之真空室內部的構造，示於圖13。圖示的裝置係對驅動軸81a連結著2條支臂81、82，並使用該等使晶圓支撐架85往返進行直線運動。

裝置的詳細內容如下所述。首先，2條支臂81、82中的第1支臂81係內部具有驅動軸81a與從動軸81b的中空型支臂，並將該等2軸81a、81b利用皮帶81c連結。另外，第2支臂82係連結於第1支臂81的從動軸81b基部之棒狀物。若使第1支臂81的驅動軸81a利用馬達等驅動源（未圖示）進行旋轉，從動軸81b便將與第1支臂81一起邊進行旋轉邊進行自轉，而改變第2支臂82的位置與角度。在第2支臂82前端連結著滑動構件83，並將其沿導引構件84，對此狀態下的滑動構件83安裝晶圓支撐架85。所以，藉由使驅動軸81a進行旋轉，便可使晶圓支撐架85直線移動。

同樣的晶圓掃瞄裝置例如記載於下述專利文獻1中（參照該公報的圖4）。

（專利文獻1）日本專利特開平10－326590號公報

圖13所示的晶圓掃瞄裝置，在從第1支臂81朝第2支臂82傳遞動力方面係使用皮帶81c，關聯於此種構造的響應性並不十分充足。亦即，因為皮帶81c容易伸縮，以及相關掃瞄的支臂81、82之慣性矩大，因而依掃瞄速度將有無法施行確實控制的情況。此外，因為皮帶81c，難以確保掃瞄方向的剛性，故會以低頻發生固有振動，受此影響，亦有無法保持掃瞄速度均勻性的情況。

另外，上述專利文獻1中，提案有取代圖13所示裝置，改用未使用皮帶的其他形式之晶圓掃瞄裝置。但是，所提案的裝置亦非屬能完全解決預測技術上的問題者。即，相關因為在處理半導體晶圓等的真空室內，極容易發生微粒（粉塵）與排氣（分子狀污染物質）之馬達、傳動用機器等配置上的課題，或者為變更離子植入的角度而應依何種較佳態樣施行晶圓之傾斜(tilt)的問題，並未提示適當的解決手段。

再者，相關真空中所配置的傳動或驅動用機器，在潤滑與放熱（冷卻）等方面亦有問題。亦即，當在真空中配置傳動/驅動用機器的情況，習知針對潤滑方面需要使用固體潤滑或特殊潤滑，而在放熱或冷卻方面則需要循環式冷卻裝置等，但是相關潤滑材、裝置成本、裝置空間等方面有潛在課題，仍待努力解決。

本案申請專利範圍的發明係為解決上述課題而所完成的，其目的在於提供一種提升相關掃瞄速度控制的響應性，提高掃瞄速度的均勻性，同時將馬達等的配置適當化，並進一步以適當態樣實現晶圓的傾斜，關於潤滑、放熱亦毫無問題的晶圓掃瞄裝置。

申請專利範圍第1項所述之晶圓掃瞄裝置具有下述特徵。即，．係在真空室中對晶圓（或其他被加工物）施行掃瞄的裝置；．具備有：安裝晶圓的支撐架；使支撐架進行掃瞄動作的直線移動手段；供驅動直線移動手段用的傳動手段與馬達；以及一體保持著該等（支撐架、直線移動手段、馬達）的支撐框（包括經組裝而形成一體化者在內）；．上述支撐架與直線移動手段係設置於真空室中；另外，．上述傳動手段係由位於直線移動手段之移動直線上者、及未位於該移動直線上者所構成，且未位於該移動直線上的傳動手段與上述馬達係設置於大氣部分中。

另外，上述的「直線移動手段」係包含：滾珠螺桿、滑動螺桿、游星螺桿(planetary roller screw)、齒條小齒輪(rack and pinion)等在內。此外，所謂「直線移動手段的移動直線」係指沿由該手段所產生直線移動方向的直線。

圖5所示裝置係此申請專利範圍的晶圓掃瞄裝置之一例。將真空室的壁2與支撐框60形成一體化者，在此壁2內側的真空部分配置支撐架10或滾珠螺桿20，在壁2外側的大氣部分則配置馬達50。此外，圖1~圖4所示裝置係此申請專利範圍的裝置，且亦是屬於下述申請專利範圍裝置的例子。

此申請專利範圍的晶圓掃瞄裝置具有如下述的作用特徵。首先，因為使晶圓的支撐架利用滾珠螺桿等直線移動手段進行直線移動，因而相關掃瞄速度控制的響應性較高，且掃瞄速度均勻性亦優越。其理由是，滾珠螺桿等直線移動手段不同於圖13所例示的皮帶81c，不致有大幅伸縮的部分，而且因為剛性較高，因此在低頻區域中不會發生固有振動。

因為將馬達配置於大氣部分，故不同於真空中的情況，不會有從滑動部等發生微粒、排氣的問題，可使用一般形式（因而低價格）的馬達。相關馬達的滑動部分等所需要的潤滑，亦不需要耗費成本的特殊形態。

上述傳動手段中，未位於直線移動手段之移動直線上者，因為係與馬達一起配置於大氣部分中，因此真空室內所配置的機器僅只有直線移動手段與位於其移動直線上者。所以，在此裝置中相關考慮微粒與排氣之發生的機器/零件較少，所以具有低成本構造，且潤滑等亦較容易實施的優點。

再者，因為將晶圓的支撐架與使其進行直線移動（掃瞄）的直線移動手段一起配置於真空中，因此在將支撐架與直線移動手段間的位置關係設於適當狀態的前提下，藉由在直線移動手段中附設適當的傾斜手段，便可依較佳態樣使晶圓傾斜。換句話說，例如圖7(b)所示，在將掃瞄方向s保持一定，僅使支撐架10傾斜而施行晶圓A傾斜的情況，此晶圓A中將依地方的不同，距離子束照射源的距離亦不同，相對於此，當如圖7(a)所示，使直線移動手段所決定的掃瞄方向s（即支撐架10之移動路徑）與支撐架10一起傾斜而使晶圓A等傾斜的情況，將可使晶圓A內不致發生此種距離分布的情況（因而可達離子束密度的均勻化）。在實現如後者（圖7(a)）的傾斜方面，如上述，將晶圓的支撐架與決定掃瞄路徑的直線移動手段一起配置於真空中之事乃屬必要條件。

另外，因為將晶圓的支撐架、直線移動手段及馬達保持於一體的支撐框中，因此將如上述，可容易地使晶圓傾斜。圖5的例子係與支撐框60形成一體之真空室的壁2並未移動，因而較難傾斜，但是如圖6，若壁2其中一部分2a形成可旋轉狀態，並與支撐框60一體化的話，便可容易地實施上述的較佳傾斜。

申請專利範圍第2項所述之晶圓掃瞄裝置係，．上述支撐框係以能在真空室內以單軸為中心進行旋轉之方式，支撐於真空室的一側邊。

例如圖2與圖6所示裝置，便屬於此申請專利範圍的晶圓掃瞄裝置之一例。

此裝置因為可使保持著晶圓支撐架、直線移動手段及馬達的支撐框以單軸為中心進行旋轉，因此如上述，可依如圖7(a)所示較佳態樣使晶圓傾斜。

申請專利範圍第3項所述之晶圓掃瞄裝置係除上述之外，尚具有下述特徵。即，．上述支撐框係與支撐架、直線移動手段、傳動手段及馬達一起配置於真空室內側；．此支撐框係保持有氣密蓋，該氣密蓋係透過通氣筒而與真空室外側（大氣部分）相通，同時在沿直線移動手段移動直線的部分，具有真空室中與大氣部分之間的隔絕用密封部；．在構成大氣部分的氣密蓋內部，配置著傳動手段中並未位於直線移動手段之移動直線上的（全部）傳動手段、及上述馬達。

上述圖1~圖4的裝置亦屬於此申請專利範圍裝置之一例。如圖2所示，將支撐框60配置於真空室的壁2內側，而氣密蓋70（圖2中斜線所示部分）係透過通氣筒71而與真空室外側相通，且在馬達50與滾珠螺桿20之間設置密封部72而配置，並在此氣密蓋70內部收容著馬達50。

依照此申請專利範圍的晶圓掃瞄裝置，首先，因為將包含有馬達的掃瞄驅動部整體配置於真空室內，因而亦有利於掃瞄驅動部的構造與配置。即，可將掃瞄驅動部小型化，亦可使該驅動部對裝置的安裝變得容易。

再者，馬達係設於真空室內，使用如上述的氣密蓋並配置於其內部，因此可在非真空中的大氣壓下使用。其理由為，氣密蓋屬於氣密構造，因而利用上述密封部將真空/大氣間隔絕，透過通氣筒而與大氣部分相通。當在大氣壓下使用馬達時，因為並無微粒、排氣發生的問題，因而可使用一般規格的馬達。

申請專利範圍第4項所述之晶圓掃瞄裝置係．上述支撐框係利用內部具有上述通氣筒的中空旋轉軸（所以亦形成可旋轉狀態），支撐於真空室的壁上，並利用該旋轉軸進行旋轉，以施行角度變更（用以施行傾斜的角度變更）。

相關上述申請專利範圍第3項的裝置，特別以此申請專利範圍第4項所述的構造為最佳。申請專利範圍第3項的裝置係將支撐架、直線移動手段、馬達等與支撐框一起配置於真空室內，且為使馬達與大氣部分相通，使用含有通氣筒的氣密蓋。此時，可旋轉支撐框，且通氣筒亦可由從氣密蓋內通至真空室外的軟管等所構成，但是依此的話，除需要較長的管之外，為不妨礙支撐框的角度變更，管的配置等會發生各種限制，恐將導致裝置構造的複雜化、大型化。針對此點，若為此申請專利範圍第4項的裝置，因為透過內部具有通氣筒的中空旋轉軸安裝著支撐框，因此，在該旋轉軸內可小巧地收容著通氣筒，且不致有妨礙到支撐框角度變更的顧慮。即，藉由該旋轉軸的旋轉，支撐框會經常順暢地進行角度變更，而通氣筒在此期間中亦位於該旋轉軸內，不致有下垂或彎曲的情況發生。

申請專利範圍第5項所述之晶圓掃瞄裝置係．更含有將上述傳動手段中位於直線移動手段之移動直線上者與未位於該移動直線上者，予以連結傳動的傳動皮帶；．該傳動皮帶係設置於上述氣密蓋內部（即大氣部分）。此裝置係因為與馬達等相同，較容易構成微粒與排氣發生源的傳動皮帶係配置於氣密蓋內，防止在真空室內發生微粒等，因而可將晶圓掃瞄的真空環境設為最佳狀態。

申請專利範圍第6項所述之晶圓掃瞄裝置係．上述支撐架所保持的晶圓表面與直線移動手段所決定的支撐架移動路徑（例如滾珠螺桿的軸心方向）係呈平行；．為能保持著此狀態（即，使晶圓表面與支撐架之移動路徑平行的狀態）使支撐架傾斜（例如圖7(a)所示的可傾斜狀態），將上述支撐框配置成可變更角度狀態（即可進行傾斜或旋轉）；且．支撐框的角度變更中心線係位於支撐架所保持的晶圓表面（或極接近）的面內。

此裝置因為適當地決定支撐架對直線移動手段的姿勢，且使直線移動手段適當地傾斜，因而可實現關於申請專利範圍第1項裝置所述較佳態樣的晶圓傾斜。即，在施行掃瞄期間，距離子束等照射源的距離並不隨晶圓內的位置而異，而是施行經常保持一定狀態的較佳傾斜，結果便可達晶圓內的離子束密度等之均勻化。

再者，此裝置因為支撐框的角度變更中心線位於晶圓表面的面內，故在使支撐框進行角度變更而使支撐架與晶圓傾斜時，從離子束的照射源等至晶圓表面間的距離，將不隨傾斜而有所變化。其理由為，若如圖7(c)所示，將支撐框的角度變更中心線（即傾斜中心）Ot設置於離開晶圓表面的地方，離子束照射方向的晶圓位置將隨傾斜而產生變化，相對於此，若如圖7(a)所示，將角度變更中心線Ot設置於晶圓表面之面內，便不致產生此種變化。從離子束等照射源距晶圓表面間的距離未發生變化之事，係與容易使離子植入密度均勻化的優點有關。

申請專利範圍第7項所述之晶圓掃瞄裝置，係特別．在上述支撐框設有：將馬達的驅動力傳遞給直線移動手段的皮帶與滑輪；以及構成支撐架移動導引的直線導引構件（含有直線軌道與沿其進行滑順移動的滑動零件）。

此裝置中，係因為使用直線導引構件，故可使對晶圓進行掃瞄的支撐架之直線移動特別順暢地進行。此外，因為馬達輸出軸對滾珠螺桿等直線移動手段的連接，並非形成直接連結等狀態，而是使用皮帶與滑輪實施，故馬達相對於直線移動手段的位置可自由設定。所以，此裝置可滿足例如在大氣部分配置馬達等配置上的限制，並可構成小型化且機能圓滑性較高的構造。另外，相關直線移動手段（滾珠螺桿等）之旋轉慣性矩，因為相較於圖13所示例子的支臂已充分地小，故不致有皮帶的可伸縮性妨礙到掃瞄速度控制的顧慮。但是，藉由縮短皮帶等而提高該皮帶剛性，對掃瞄速度的控制方面將有助益。

申請專利範圍第8項所述之晶圓掃瞄裝置，係特別．作為將真空中與大氣部分隔絕的密封部，係在直接連結於上述直線移動手段的旋轉軸部上設置磁性流體密封。

所謂「直接連結於直線移動手段的旋轉軸部」，例如於滾珠螺桿係指其螺栓端部附近（無螺紋溝的圓柱狀部分）、或配置於接近該螺栓之位置並與其同心連結的其他軸。

此裝置中，因為真空/大氣的隔絕密封部係使用磁性流體密封，因此相較於使用其他密封手段的情況，發生之微粒較少，所以，離子植入等在真空中的處理/作業將不致有不良情況發生。此外，因為將此種密封部設置於極接近直線移動手段的部分，因此可減少真空中所配置的機器/零件。真空中所設置的機器等，因為必須構成為微粒與排氣之發生較少的構造，因而必須為對滑動部等施行特殊的潤滑或形成密閉構造等特殊規格的高價構造，所以真空配置之機器等較少將意味著晶圓掃瞄裝置將減少此部分相關成本而形成低成本、容易使用的機器。另外，因為磁性流體密封係設置於旋轉軸部，因此流體不發生斷流，能穩定地發揮密封機能。

申請專利範圍第9項所述之晶圓掃瞄裝置係．上述直線移動手段、與具滾動面或滑動面且設置於真空室中的其他零件，係組裝成一體化單元並可進行更換的狀態。

另外，相關如申請專利範圍第7項等附設有直線導引構件的裝置，最好該直線導引構件（同樣為具有滾動面或滑動面）亦組裝成包含於此一體化單元中的狀態。

如滾珠螺桿之類具有滾動面或滑動面且設置於真空中的機器/零件類，因為從其滾動面或滑動面所產生的粉塵等將造成問題，因而無法使用普通的潤滑手段。有鑑於此，在直線移動手段等之中，為了潤滑等便需要特殊手段，而且為進行維修亦必須採取特殊的作業。

此申請專利範圍的裝置中，因為在真空中將必須特殊處置的零件類組裝成一體化單元且可更換狀態，因此為維持潤滑機能等而所施行的維修作業極容易實施。若將此種單元從裝置上拆下之後，再將已完成維修作業（或全新的）單元組裝於裝置的話，便可順暢地維持著含有掃瞄驅動部的此裝置之機能。針對從裝置拆下的單元，若將滾珠螺桿等零件更換為全新零件、或施行再處理的話，在下一次維修作業時便較為方便。

申請專利範圍第10項所述之晶圓掃瞄裝置係．使支撐架所安裝的晶圓利用直線移動手段進行掃瞄動作，且對此晶圓照射離子束。

若為此種裝置，便可依較佳態樣施行對半導體晶圓之離子束照射，可適當施行對該晶圓的離子植入。

申請專利範圍第11項所述之晶圓掃瞄裝置，係特別．在供驅動直線移動手段用的上述傳動手段與馬達之間，連接著傳動用聯結器。

因為如上述使用傳動用聯結器，故此裝置相關傳動手段或馬達的配置自由度較高，且組裝、分解亦較容易。換句話說，不同於將傳動手段與馬達之間直接連結的情況，例如軸間的位置關係較容易自由設定，且即便軸間多少存在誤差（軸心不一致），仍可順利進行組裝。

申請專利範圍第12項所述之晶圓掃瞄裝置係．作為使支撐架進行掃瞄動作的上述直線移動手段，係在真空室中配置著滾珠螺桿。

直線移動手段一般而言可使用如上述的滑動螺桿、游星螺桿、齒條小齒輪等。但是，滾珠螺桿的動作較圓滑、機械損失亦較少，且就可使用泛用品的觀點而言，對成本亦屬有利。相關速度控制的響應性亦優越。所以，使用配置著滾珠螺桿作為直線移動手段的此申請專利範圍之裝置，除可有效率且順暢地進行支撐架之掃瞄動作之外，亦具有可實現正確掃瞄動作等效果。

申請專利範圍第13項所述之晶圓掃瞄裝置係．上述滾珠螺桿係在滾動面（滾動移動面）及滑動面（摩擦移動面）上，形成類鑽碳膜（DLC膜）並具有氟油之烤膜（DFO被覆膜）。

另外，相關如上述申請專利範圍第6項等的含直線導引構件之裝置，針對直線導引構件（的滾動面及滑動面），亦同樣最好具有類鑽碳膜與氟油烤膜。

此申請專利範圍的裝置中，因為真空中所配置的滾珠螺桿係使用如上述具有類鑽碳膜與氟油烤膜者，因此所發生的微粒、排氣極少，且長期間可維持著穩定的潤滑性。另外，所謂「類鑽碳膜（DLC膜）」係指利用離子鍍法等所成膜之類似鑽石的高硬度碳薄膜，因為屬於具鑽石鍵結或石墨鍵結的非晶質(amorphous)構造，因而具有平滑的平面，且低摩擦/低磨損特性均優越。此外，氟油烤膜（DFO被覆膜）係利用烘烤氟油而形成之具有亁式與濕式之中間性質的黏稠狀潤滑薄膜，粉塵性低且耐久性優越。

申請專利範圍第14項所述之晶圓掃瞄裝置，係特別．上述滾珠螺桿係附有滾珠扣件者。

滾珠螺桿中，雖防止球體（鋼球）間碰撞的手段有時亦使用小徑間隔球，但是此情況，負責負荷的球體數量變少，有降低耐久性的情況。就此點而言，附有滾珠扣件的滾珠螺桿同樣地具有防止球體間碰撞的機能，且可增加負荷球體的數量，對耐久性較有利。就滾珠螺桿的耐久性優越之觀點而言，因為在磨損較少且長期間發生較少微粒、排氣的情況下進行直接連結，因此特別有利於在真空中對晶圓進行掃瞄。

申請專利範圍第15項所述之晶圓掃瞄裝置係．上述滾珠螺桿係透過傳動用聯結器連接於傳動手段。因為使用傳動用聯結器，故此裝置中相關滾珠螺桿、傳動手段的配置自由度較高，且組裝、分解亦較容易。換句話說，不同於將滾珠螺桿與傳動手段之間直接連結的情況，例如軸間的位置關係較容易自由設定，且即便軸間多少存在誤差（軸心不一致），仍可順利地進行組裝。

申請專利範圍第16項所述之晶圓掃瞄裝置係．上述滾珠螺桿在二端附近利用徑向軸承由支撐框支撐著，同時，在靠近傳動手段側的端部附近，利用預先押緊的止推軸承(thrust bearing)（精密軸承。例如組裝著斜角滾珠軸承並預先押緊）而支撐於支撐框。

此種晶圓掃瞄裝置中，因為藉由上述止推軸承的作用，滾珠螺桿朝軸方向的空隙（顫動）消失，故有利於正確執行晶圓之掃瞄動作。止推軸承因為如上述係配置於滾珠螺桿中靠近傳動手段側的端部附近，因此即便在因熱膨脹等而使滾珠螺桿發生長度變化的情況，仍無阻礙與傳動手段間之連接的顧慮。

申請專利範圍第17項所述之晶圓掃瞄裝置係．用以冷卻滾珠螺桿的流體（冷卻水等）之通路係在支撐框中形成通過上述止推軸承附近的狀態。

此裝置除利用上述流體對滾珠螺桿進行冷卻之外，因為此流體通過上述止推軸承附近，冷卻效果亦擴及於止推軸承。雖滾珠螺桿與其止推軸承在晶圓進行掃瞄動作時有因球體滾動等而發熱的情況，但是若依此形成冷卻通路，即便在真空中之絕熱環境中，仍可避免因此種發熱而所引發的不良情況。換句話說，利用流體所產生的適當冷卻，可提升各零件的耐用壽命，且亦可抑制微粒、排氣的發生。

申請專利範圍第1項所述之晶圓掃瞄裝置具有下述效果。

．因為使晶圓的支撐架利用滾珠螺桿等直線移動手段進行直線移動，故相關掃瞄速度控制的響應性高，掃瞄速度的均勻性亦優越。

．因為除將馬達配置於大氣部分中之外，暴露於真空室內的機器/零件較少，故對潤滑之容易性、成本均有利。

．因為將晶圓的支撐架與直線移動手段一起配置於真空中，故亦可以較佳態樣使晶圓傾斜。

申請專利範圍第2項所述之裝置亦具有相關傾斜性能等之相同效果。

依照申請專利範圍第3項所述之晶圓掃瞄裝置，

．因為將含有馬達的掃瞄驅動部整體配置於真空室內，故可將該驅動部小型化，且在安裝於裝置時亦較為容易。將馬達配置於大氣部分所產生的優點亦不致喪失。

若為申請專利範圍第4項所述之晶圓掃瞄裝置，因為利用內部具有通氣筒的中空旋轉軸安裝著支撐框，故可將通氣筒小型化地收容於該旋轉軸內，且可經常順暢地進行支撐框之角度變更。

若為申請專利範圍第5項所述之晶圓掃瞄裝置，因為傳動皮帶配置於氣密蓋內的大氣部分，故可形成較佳的真空環境。

申請專利範圍第6項所述之晶圓掃瞄裝置，在掃瞄期間，可施行距離子束等照射源的距離不致因晶圓內的位置不同而異，而是保持一定距離的較佳傾斜，故可達晶圓內的離子束密度等之均勻化的效果。此外，從離子束照射源等距晶圓表面間的距離將不致因傾斜而有所變化。

申請專利範圍第7項所述之晶圓掃瞄裝置中，利用直線導引構件的作用，可特別順暢地進行支撐架的直線移動。此外，藉由皮帶與滑輪的作用，可自由地適當設定馬達相對於直線移動手段的位置。

申請專利範圍第8項所述之晶圓掃瞄裝置，因為藉由磁性流體密封的作用使微粒的發生較少，所以對離子植入等真空中的處理/作業較有利。因為可減少真空中所配置的機器/零件，故亦具有可構成易使用的低成本裝置之效果。

申請專利範圍第9項所述之晶圓掃瞄裝置因為進一步在真空中將必須特殊處置的零件類組裝成一體化單元且可更換狀態，故為維持潤滑機能等而所施行的維修作業極容易實施。

若為申請專利範圍第10項所述之晶圓掃瞄裝置，可適當地實施離子束對半導體晶圓的照射/植入。

若為申請專利範圍第11項所述之晶圓掃瞄裝置，因為使用傳動用聯結器，故相關傳動手段、馬達的配置自由度較高，且組裝、分解均容易。

申請專利範圍第12項所述之晶圓掃瞄裝置，因為直線移動手段係使用滾珠螺桿，故除支撐架的掃瞄動作可有效且順暢地實施之外，尚可實現正確的掃瞄動作。

申請專利範圍第13項所述之晶圓掃瞄裝置係使用具有類鑽碳膜與氟油烤膜的滾珠螺桿，故可抑制粉塵等的發生，且經長期間仍可維持穩定的潤滑性。

申請專利範圍第14項所述之晶圓掃瞄裝置，因為使用附有滾珠扣件的滾珠螺桿，故除滾珠螺桿的耐久性優越之外，尚可形成微粒、排氣發生較少的較佳真空環境。

申請專利範圍第15項所述之晶圓掃瞄裝置，因為使用傳動用聯結器，故相關滾珠螺桿、傳動手段的配置自由度較高，且組裝、分解均容易。

申請專利範圍第16項所述之晶圓掃瞄裝置，因為利用止推軸承的作用而抑制滾珠螺桿的顫動，故可正確地執行晶圓的掃瞄動作。

申請專利範圍第17項所述之晶圓掃瞄裝置，因為利用流體將滾珠螺桿、止推軸承冷卻，故可提升各零件的耐用壽命，同時抑制微粒、排氣的發生，所以在真空環境的維持方面亦有助益。

圖1~圖4及圖8所示係相關發明實施的第一形態。圖1所示係對半導體晶圓植入離子的離子植入裝置內部，圖1(a)所示係掃瞄驅動部1的立體示意圖，圖1(b)係掃瞄驅動部1的分解狀態立體示意圖、圖2所示係相關圖1所示掃瞄驅動部1的驅動機構重要部份剖視圖，圖3所示係圖2的箭頭III－III方向側視圖。圖4(a)所示係掃瞄驅動部1的構造與動作之模式概念圖，圖4(b)為圖4(a)的b－b箭頭方向圖。而圖8所示係離子植入裝置的植入部分整體縱剖圖。

掃瞄驅動部1係如圖8與圖1(a)所示，配置於離子植入裝置形成真空室的壁2之內側，與傾斜驅動部（圖4(b)中元件符號3。包括馬達等驅動源及其動力傳遞手段在內）等一起構成晶圓掃瞄裝置。在支撐架10的夾板11上保持著晶圓（圖4中元件符號A），藉由使此支撐架10利用滾珠螺桿20（參照圖1(b)、圖2等）進行移動，而使離子束（參照圖4）對晶圓進行掃瞄。一般而言，使離子束朝一定方向（x方向）進行高頻次的掃瞄，並朝其直角方向（y方向。滾珠螺桿20的長度方向）對晶圓進行掃瞄。因為使用滾珠螺桿20，故晶圓的掃瞄動作較輕快、該動作的響應性較高，且掃瞄速度的均勻性亦優越。

掃瞄驅動部的詳細構造如下所述。如圖1所示，首先，主要的機能部分係包含有晶圓支撐架10、使其朝掃瞄方向（上述y方向）移動的滾珠螺桿20、使滾珠螺桿20旋轉驅動的馬達50、及該等的支撐框60。支撐框60係統籌支撐著支撐架10、馬達50等掃瞄驅動部1的構成機器，並利用上述壁2可旋轉地支撐著，且承接由傾斜驅動部（圖4(b)中的元件符號3）所產生的旋轉驅動，而形成可傾斜變位的狀態。

滾珠螺桿20係如圖2所示，在二端附近透過徑向軸承20a、20b而支撐於支撐框60，在靠近皮帶40等傳動手段（動力傳遞上游側）之一側的端部附近，亦是形成利用精密止推軸承20c而接受支撐框60的支撐之構成。精密止推軸承20c係組裝如斜角滾珠軸承並預先押緊，藉此，可防止滾珠螺桿20在軸方向的顫動情況發生。

支撐架10係如圖1(a)所示，除上述夾板11之外，尚含有夾具本體12與滑板13，此滑板13係結合於上述滾珠螺桿20上的螺帽21。如圖1(b)所示，在包夾著滾珠螺桿20的二側，配置著平行於滾珠螺桿20的直線導引構件30，且在沿該導引構件的軌道進行移動的滑動構件31亦結合著支撐架10的滑板13。相關夾板11係以與其上所安裝的晶圓表面與滾珠螺桿20之長度方向成平行狀態之方式決定姿勢。馬達50係輸出軸（圖2中元件符號51a）配置於平行於滾珠螺桿20螺栓且略有距離的位置處，從馬達50朝滾珠螺桿20的動力傳遞係如圖1(a)與圖3所示，使用：傳動用橡膠皮帶40（附有鏈齒的正時皮帶）與驅動側滑輪41、從動側滑輪42與拉緊滑輪43等傳動手段。另外，該等傳動手段中，有位於滾珠螺桿20移動直線上者，以及未位於該移動直線上者。

滾珠螺桿20與直線導引構件30等因在真空中使用的關係而組裝特殊規格。換句話說，為使相接觸的二零件不致從相對運動的地方發生粉塵、排氣的問題，施行提升潤滑性與耐磨損性的特殊手段之類鑽碳膜（DLC膜）與氟油烤膜（DFO被覆膜）之形成處理。所謂「相接觸二零件進行相對運動的地方」係指在滾珠螺桿20與其所附裝之螺帽21的螺紋部及鋼球；支撐滾珠螺桿20的軸承20a、20b、20c之溝與鋼球；以及直線導引構件30軌道與滑動構件31內的鋼球各表面等，將產生滾動或滑動的地方。而且，為能使對此種特殊規格的維修/檢修較容易實施，且在被覆膜磨損/損傷等情況時，可輕易地再度提升潤滑性/耐磨損性，便將滾珠螺桿20與直線導引構件30等(包含滑板13與滑輪42在內)，如圖1(b)所示，形成可一體地從掃瞄驅動部1中取出之狀態。即，將該等滾珠螺桿20等零件統籌組裝於可與支撐框60進行連結/分離的小框體63上。

支撐框60與其上所保持的支撐架10、滾珠螺桿20、馬達50等機器/零件，係如上述，配置於真空室的壁2內側。但是，在圖示的掃瞄驅動部1中，採用考慮可將包括馬達50在內的多數零件在大氣部分中使用的構造。若在大氣部分中使用的話，將不致有從該機器/零件發生微粒與排氣的問題。此情況，可使用一般規格的廉價機器/零件。

相關將馬達50等形成為在大氣部分中使用的詳細構造，如下所述。亦即，如圖2(與圖3)所示，將馬達50；皮帶40；滑輪41、42、43及短軸53、22等，利用連通於壁2外側大氣部分的氣密蓋70(圖2中斜線所示部份)予以覆蓋。氣密蓋70係將箱體狀或圓筒狀等之複數中空零件，使用襯墊等緊密連結而構成之中空體，並將靠近馬達50部分所設置的通氣筒71連接於大氣部分。如此之氣密蓋70內的一連串氣密空間中，便如圖2所示，收容著馬達50；其輸出軸51a所連接的接頭(聯結器)52；經由接頭52而連接的短軸53；皮帶40(以上均屬於未位於滾珠螺桿20移動直線上的傳動手段)；安裝著滑輪41、42、43及滑輪42的短軸22；及附屬於該等的軸承類等，且在與短軸22外周面之間利用磁性流體式密封部72而密封。

在支撐框60中，為可傾斜地支撐著整體掃瞄驅動部1，將中空旋轉軸61形成一體化，且將其軸61可旋轉地插入於壁2的支撐孔2a內並支撐著，在該插入部分附設著密封部(同樣為磁性流體式等)2b。氣密蓋70的通氣筒71係利用插入此種中空旋轉軸61內部(插入部分亦有附設密封部)，便構成連通於大氣部分。經由通氣筒71內側，在氣密蓋70內部與壁2外側之間除空氣進出之外，亦供對馬達50的供電線、控制線、信號線等通過。另外，上述傾斜驅動部(圖4(b)中元件符號3)係藉由將旋轉動力傳遞給中空旋轉軸61，與支撐框60一起使掃瞄驅動部1整體進行傾斜旋轉。

氣密蓋70係在與短軸22之間利用密封部72而密封，並使其前端的接頭(聯結器)23；滾珠螺桿20；軸承20a、20b、20c；螺帽21及直線導引構件30等暴露於真空空間內。顧及此設計方式，如上述，在滾珠螺桿20、直線導引構件30等的滾動部及滑動部上形成DLC膜、DFO被覆膜。另外，滾珠螺桿20為了能在真空中的特殊環境下仍可延長使用壽命，係採用附有滾珠扣件者。

如上述所說明之掃瞄驅動部1的動作重要部分示意圖，如圖4(a)、(b)所示，離子植入裝置的晶圓掃瞄裝置係具有如下述a)、b)的機能。

a)在支撐架10的夾板11上安裝著晶圓A，若利用馬達50使滾珠螺桿20進行旋轉，便沿滾珠螺桿20(螺栓長度方向)，使支撐架10與晶圓A一起進行移動(掃瞄)。如上述，使離子束在特定位置朝x方向(圖4(a)紙面的直角方向，圖4(b)的左右方向）重複進行掃瞄，在與晶圓A表面的該離子束照射點移動方向形成直角的y方向上，配置著滾珠螺桿20，將此視為晶圓A的掃瞄方向s。另外，夾板11上的晶圓A之表面係如圖4(b)所示，依形成沿滾珠螺桿20之軸心觀看時，與離子束照射方向形成直角的方式決定方向，在保持此狀態下對晶圓A進行掃瞄。

b)對晶圓A表面施行離子植入的角度（傾斜角）變更，係透過支撐框60使掃瞄驅動部1整體傾斜而實施。如上述的支撐框60，因為透過中空旋轉軸61支撐於離子植入裝置的壁2，故若利用配置於壁2外側的傾斜驅動部3使該軸61進行旋轉變位，便將朝圖4(a)所示傾斜方向t，以該軸61軸心為中心而變更角度姿勢。在支撐框60中，因為保持著包含滾珠螺桿20在內的掃瞄驅動部1整體，故若依此使支撐框60進行角度變更，支撐架10便將與滾珠螺桿20一體地傾斜，所以便可使晶圓A角度與其掃瞄方向s進行相同角度的變更。即，晶圓A表面與決定該晶圓A之掃瞄方向s的滾珠螺桿20的長度方向，將在保持著平行狀態下朝方向t傾斜。且，由於使中空旋轉軸61之位置最佳化，將其傾斜中心設置於支撐架10上的晶圓A表面之面內，故隨傾斜將不致使晶圓A表面距離子束照射源的距離有忽遠忽近之情況發生。就從上述觀點，此掃瞄驅動部1可依如圖7(a)所示較佳態樣而使晶圓A傾斜。即，可實現不致隨晶圓A的傾斜角而其，而是在晶圓A內的任何部分距離子束照射源的平均距離均為一定的較佳傾斜狀態。

接著，圖5所示係發明實施的另一形態圖，圖5(a)為正面圖，圖5(b)為側視圖，圖5(c)為從其他方向所觀看到的側視圖（圖5的(a)~(c)係依三角法則所描繪）。與圖1~圖4所示例子為同等之部分，便賦予相同符號並省略詳細說明。

圖5所例示的掃瞄驅動部4係將保持著使晶圓A（支撐架10）進行移動的滾珠螺桿20等之支撐框60，一體接合設置於離子植入裝置之真空室的壁2，且驅動滾珠螺桿20的馬達50等將配置於其壁2外的大氣部分。從馬達50朝滾珠螺桿20所施加的動力傳遞，係使用橡膠皮帶40與滑輪41、42，該等之中配置於真空室內的部分係利用密閉型蓋體75覆蓋著。而且，在安裝著從動側滑輪42的滾珠螺桿20之螺栓端部附近，於上述蓋體75的延伸部分內側設置密封部76。利用蓋體75與密封部76，將通至壁2外的大氣部分與壁2內側的真空部分予以隔絕。密封部76亦可為了防止真空空間中發生粉塵等情況而使用磁性流體密封。

如圖5所示構造的掃瞄驅動部4，係根據滾珠螺桿20的剛性，依高響應且速度安定性高的態樣施行晶圓A之掃瞄。此外，因為將馬達50、皮帶40、滑輪41及42配置於大氣部分，因此將不致因該等的動作部分而發生粉塵等問題，所以亦具有該等在真空中並無特別規格限制，可使用一般形式的優點。

圖6所示係針對圖5所示掃瞄驅動部4進行部分改變的另一形態（掃瞄驅動部4’）正面圖。圖5之例係為與真空室的壁2形成一體，使支撐框60不致進行旋轉等，故在使晶圓A進行傾斜方面較為困難，但是藉由將此構造進行部分改變，便可使晶圓A進行適當傾斜。亦即，係如圖6所示的掃瞄驅動部4’，將與支撐框60形成一體的壁2之一部分2a（或支撐框60本身）組裝成可對壁2的其他部分進行旋轉狀態。在壁2與形成可旋轉狀態的其他部分2a之間，設置含有軸承與密封部（磁性流體密封等）的支撐環狀部66。

於圖6所示掃瞄驅動部4’中，相關掃瞄速度、響應性、及馬達50等的形式方面亦均具有優點，而且亦具有依上述可傾斜設計所產生的優點。換句話說，因為決定掃瞄方向的滾珠螺桿20與晶圓A（支撐架10）一起傾斜，故可依圖7(a)所示較佳態樣進行傾斜。

圖9所示係晶圓掃瞄裝置的另一實施形態圖，圖9(a)為側視圖，圖9(b)為圖9(a)的b－b箭頭方向圖。圖中，賦予與圖1~圖8中相同元件符號的部分，係指與該等各圖中形成相同機能的部分。如此圖所示，支撐框60角度亦可不隨馬達等而異，而是使用扣件等的手動操作進行設定（變更與固定）。

圖10所示係相關晶圓掃瞄裝置的掃瞄驅動部1之另一實施形態的剖視圖。將在真空室內且無法期待利用空氣的熱傳導而施行冷卻的滾珠螺桿20、軸承20c等，利用支撐框60等所設置如圖所示的冷卻路A及冷卻路B所流通的冷卻水進行冷卻。在滾珠螺桿20或軸承負荷較大的情況，亦可採行此種冷卻方式。圖中，與圖2相同的部分及賦予相同元件符號的部分，係屬於與該等各圖中形成相同機能的部分（以下各圖均同）。

圖11所示係晶圓掃瞄裝置的掃瞄驅動部1之再另一實施形態的剖視圖。係將真空室外所設置馬達產生的動力利用斜齒輪等進行傳動的例子。

圖12所示係晶圓掃瞄裝置的掃瞄驅動部1之再另一實施形態的剖視圖，係將真空室外所設置馬達產生的動力利用傳動皮帶傳遞給滾珠螺桿20等的例子。

1、4、4’．．．掃瞄驅動部

2．．．壁

2a．．．支撐孔

2b．．．密封部

3．．．傾斜驅動部

10．．．支撐架

11．．．夾板

12．．．夾具本體

13．．．滑板

20．．．滾珠螺桿（直線移動手段）

20a、20b、20c．．．軸承

21．．．螺帽

22．．．短軸

23．．．接頭（聯結器）

30．．．直線導引構件

31．．．滑動構件

40．．．皮帶

41．．．驅動側滑輪

42．．．從動側滑輪

43．．．拉緊滑輪

50．．．馬達

51a．．．輸出軸

52．．．接頭（聯結器）

53．．．短軸

60．．．支撐框

61．．．中空旋轉軸

63．．．框體

66．．．支撐環狀部

70．．．氣密蓋

71．．．通氣筒

72、76．．．密封部

75．．．蓋體

81、82．．．支臂

81a．．．驅動軸

81b．．．從動軸

81c．．．皮帶

83．．．滑動構件

84．．．導引構件

85．．．晶圓支撐架

A．．．晶圓

s．．．掃瞄方向

t．．．傾斜方向

圖1係表示發明實施第一形態之離子植入裝置內部。圖1(a)為掃瞄驅動部1的立體示意圖，圖1(b)為掃瞄驅動部1的分解狀態立體示意圖。

圖2為圖1所示掃瞄驅動部1之驅動機構的重要部分剖視圖。

圖3為圖2的箭頭III－III方向側視圖。

圖4中，圖4(a)為掃瞄驅動部1的構造及動作之模式概念圖，圖4(b)為圖4(a)的b－b箭頭方向圖。

圖5為發明實施的另一形態圖，圖5(a)為掃瞄驅動部4的正面圖，圖5(b)為側視圖，圖5(c)為從其他方向所觀看到的側視圖。

圖6為將圖5所示掃瞄驅動部4部分改變之掃瞄驅動部4’的正面圖。

圖7中，圖7(a)~(c)為說明晶圓A之掃瞄方向s、其傾斜及離子束方向間之關係的概念圖。

圖8為離子植入裝置的植入部分整體縱剖圖。

圖9為相關晶圓掃瞄裝置的另一實施形態圖，圖9(a)為側視圖，圖9(b)為圖9(a)的b－b箭頭方向圖。

圖10為相關晶圓掃瞄裝置的掃瞄驅動部1之另一實施形態的剖視圖。

圖11為相關晶圓掃瞄裝置的掃瞄驅動部1之再另一實施形態的剖視圖。

圖12為相關晶圓掃瞄裝置的掃瞄驅動部1之再另一實施形態的剖視圖。

圖13為習知一般掃瞄驅動部構造的立體示意圖。

1．．．掃瞄驅動部