JP4373575B2 - 流体軸受面の歪み減少装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス軸受のような流体軸受の軸受表面の歪を減少させる装置に関する。特に本発明はこのような装置を有するイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
当業者にはよく知られているように、代表的なイオン注入装置では、ドーパント・イオンの比較的小さい断面のビームがシリコン・ウェーハに対して走査される。従来は、１バッチ分のウェーハが、固定方向イオンビームに対して２方向に機械的に走査されていた。
【０００３】
直径最高３００ｍｍの大口径ウェーハの出現により、枚葉式が、コスト、廃棄物の減少に関して有利になって来た。したがって、ウェーハを第１の方向で機械的に走査し、イオンビームを第２の方向で静電的または電磁的に走査或いは扇形に広げることにより、イオンビームをシリコン・ウェーハに対して走査することが現在は望ましい。
【０００４】
１枚のウェーハ処理装置には、多数の異なる構成がある。１つの例がＰＣＴ特許出願公開明細書９９／１３４８８号に説明されており、他の構成が米国特許明細書第５，００３，１８３号、および米国特許明細書第５，２２９，６１５号に説明されている。ＰＣＴ特許出願公開明細書９９／１３４８８号において、ウェーハは注入装置のプロセスチャンバ内の基板ホルダ上に装着される。真空チャンバ壁のアパーチャーを介して延びるアームが、基板ホルダに取り付けられているか、あるいは基板ホルダと一体になっている。機械的走査はプロセスチャンバの外に配置された走査機構により行われる。走査機構は基板ホルダのアームと接続されており、アームしたがって基板ホルダのプロセスチャンバに対する動きを可能にする。
【０００５】
走査機構の可動部品の動きを容易にするように、１つ以上のガス軸受が設けられている。たとえば、基板支持体から末端のアームの端部は、第２の軸受部材に対して逆方向に移動する第１の軸受部材に取り付けられてもよい。これは、イオン注入装置のイオンビームに直交する平面内でウェーハが機械的に走査されることを可能にする。第２の軸受部材に対する第１の軸受部材の動きは、第１のガス軸受を介して容易にされる。
【０００６】
同様に、イオンビームの方向に対して基板支持体の傾斜を可能にするように、第２の軸受部材自体をプロセスチャンバに対して回転可能とすることもできる。第２の軸受部材は、プロセスチャンバの壁に形成されたアパーチャーに隣接するフランジ上に装着されたステータに対して回転する。この回転を容易にするように、第２のガス軸受がステータと第２の軸受部材の表面との間に使用される。
【０００７】
ガス軸受の動作がうまく行われるように、軸受表面はそれぞれ平坦でなければならない。１０μｍ以上程度の平面度の変化は、軸受表面の一方と他方の軸受表面の接触を招く恐れがある。第２の軸受部材の軸受表面とステータの表面はこの精度で平坦に成り得るが、第２の軸受部材は、その内面上への真空及びその外側の非軸受表面上への大気圧の影響を使用中に受けやすい。これは第２の軸受部材の歪み特に「ディッシング(dishing)」を導く恐れがあり、それによって第２の軸受部材の中心がその周囲に対して内側に屈曲する傾向がある。これが起きると、第２の軸受部材の軸受表面はステータの軸受表面に平行ではなくなり、したがって、ガス軸受がうまく作動するためには、２つの表面の間により大きいクリアランスが維持されなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はこの課題に対処することである。より一般的には、本発明の目的は、流体軸受における軸受表面の歪みに関連する課題を緩和することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの目的と他の諸目的は、真空ハウジングのアパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置であって、前記装置は、前記真空ハウジング・アパーチャーの周囲に取り付けるステータであって、前記ステータは第１の平坦な流体軸受表面を有するステータと、前記真空ハウジング・アパーチャーを閉じるための可動部材であって、前記可動部材は前記第１の軸受表面に平行に延びる第２の流体軸受表面を有し、前記可動部材は前記第２の軸受表面が前記第１の軸受表面から間隔を置いて軸受流体により支えられることを可能にするように適合されている可動部材と、前記可動部材と前記ステータの間に設けられた真空シールとを備え、使用中に大気圧による力が前記軸受表面に直角を成す方向に前記可動部材に作用し、前記力によって前記可動部材に生ずる曲げモーメントを減少させるように、前記可動部材は圧力軽減構造体を含み、前記圧力軽減構造体内の曲げモーメントが前記可動部材に伝わらないように、前記圧力軽減構造体は前記可動部材に固定されている、真空ハウジングのアパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置を備えることにより実現される。
【００１０】
前記可動部材は第１の表面を有するプレートを有し、前記圧力軽減構造体は第１の表面および前記可動部材の前記第１の表面に固定された周囲を有するプレートを備え、その結果、前記可動部材の第１の表面と前記圧力軽減構造体の第１の表面がその間に体積を画成することが望ましい。
【００１１】
前記圧力軽減構造体は、前記第１の表面に対向する第２の表面を有し、前記圧力軽減構造体の前記第１と第２の表面間に圧力差を生成する手段をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
特に、前記可動部材は前記真空ハウジング・アパーチャーと連通するアパーチャーを画成することができ、それによって使用中に前記体積が真空状態となる。
【００１４】
軸受流体は圧縮空気であることが望ましい。
【００１５】
可動部材は、前記ステータに対して回転可能であるか、或いは直線的に移動可能であってもよい。
【００１６】
本発明の更なる別の態様において、注入されるイオンのビームを生成するイオンビーム・ジェネレータと、前記イオンビームが送入されるプロセスチャンバであって、前記プロセスチャンバはアパーチャーを有するプロセスチャンバと、前記アパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置であって、前記装置は、前記アパーチャーの周囲に取り付けるステータであって、前記ステータは第１の平坦な流体軸受表面を有するステータと、前記アパーチャーを閉じるための可動部材であって、前記可動部材は前記第１の軸受表面に平行に延びる第２の流体軸受表面を有し、前記可動部材は前記第２の軸受表面が前記第１の軸受表面から間隔を置いて軸受流体により支えられることを可能にするように適合されている可動部材と、前記可動部材と前記ステータの間に設けられた真空シールとを備え、使用中に大気圧による力が前記軸受表面に直角を成す方向に前記可動部材に作用し、前記力によって前記可動部材に生ずる曲げモーメント減少させるように、前記可動部材は圧力軽減構造体を含む、前記アパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置と、を備え、前記圧力軽減構造体内の曲げモーメントが前記可動部材に伝わらないように、前記圧力軽減構造体は前記可動部材に固定されている、イオン注入装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は多数の方法で実施可能であり、その一実施形態を単なる例として、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
最初に図１はイオン注入装置の概略側面図を示す。イオン注入装置は、（通常平行な）イオンビーム１５を生成するように構成されたイオン源１０を有する。イオンビーム１５は、質量アナライザ２０に送入され、そこで所望の質量／電荷比率のイオンが電磁的に選択される。このような技術は当業者に公知であるので、さらに詳細には説明しない。
【００１９】
イオンビーム１５は、ほぼ平行な流れで質量アナライザ２０を出ていく。質量アナライザを出ていくイオンビームは、注入されるイオンの種類および所望の注入深度によっては、イオンの静電的加速あるいは減速の影響を受ける恐れがある。
【００２０】
質量アナライザの下流には、注入されるウェーハを収容するプロセスチャンバ４０がある。本実施例では、通常ウェーハは直径約３００ｍｍの大形単一ウェーハである。
【００２１】
質量アナライザ２０を出ていくイオンビームは、注入されるウェーハの直径より実質的に小さいビーム幅と高さを通常有する。ウェーハに対してビームが走査される必要があるのは、この理由による。好適な実施例において、イオンビームは、静電／電磁スキャナ３０を介して、第１の平面において静電的に、または電磁的に走査される。この例では、図１においてページの内外に延びる単一平面においてイオンビームは走査される。ウェーハ自体は、イオンビームの走査の方向に直交する第２の方向に機械的に走査される。機械的にウェーハを走査するために、ウェーハは基板支持体の上に装着されている。基板支持体は、プロセスチャンバ４０内でウェーハが上に装着されるプレートと、そのプレートに接続された細長いアームで構成されている。
【００２２】
細長いアームは、イオンビームの走査面とほぼ平行な方向に、プロセスチャンバの壁を通って外に延びている。アームは、プロセスチャンバ４０の側壁に隣接して装着されているロータ・プレート５０内のスロット（図示せず）を通過している。走査アームの端部６０は走査部材７０の中に装着されている。静電的／電磁的に走査されたイオンビームに対して、走査アーム（したがってプレート上に装着されたウェーハ）の機械的走査を行うために、走査部材７０は図１に示すＸ方向に往復する方法で移動可能である。この走査を容易にするように、空気軸受として作用する圧縮空気のクッションによって、走査部材７０の下面はロータ・プレート５０の上面から間隔を置いて配置されている。
【００２３】
ウェーハの表面が、走査するか或いは扇形に広げた入射イオンビームの平面に垂直であるように、図１の走査部材７０は垂直位置で示されている。しかし、イオンビームからウェーハの中に角度を付けてイオンを注入することが望ましいこともある。この理由によって、プロセスチャンバ４０の固定されている壁に対して、ロータ・プレート５０は、その中心を通って画成された軸の周りに回転可能である。換言すれば、ロータ・プレート５０は図１に示す方向Ｒに回転可能である。
【００２４】
走査部材７０と同じように、プロセスチャンバの壁に対するロータ・プレート５０の動きは、ロータ・プレート５０の表面と、プロセスチャンバ４０の壁から延びているフランジ上に装着されたステータ（図１には図示せず）の表面との間に置かれている空気軸受を使用して容易にされる。ロータ・プレート５０の半径方向の動きは、ロータ・プレートの周囲を囲んで配置された一連のガイドホイール８０によって制約される。ロータ・プレートの軸線周りの不要な運動は、ロータ・プレートの２面間の圧力差によって使用中防止される。特に、プロセスチャンバの内側はウェーハとイオンビームの汚染を防止するように排気され、したがって、大気圧による大きい力がロータ・プレートをステータに対して保持するように作用する。
【００２５】
上述した機械的走査装置は、同一譲受人に譲渡された前述のＰＣＴ特許出願公開明細書９９／１３４８８号のものであり、その内容の全体は参考文献として本明細書に包含される。
【００２６】
ここで図２を参照すると、図２は、ロータ・プレートおよびステータが従来技術による装置を使用したプロセスチャンバ４０の壁から延びているフランジ上に装着されている場合において、図１のプロセスチャンバ４０の線ＡーＡに沿って見た断面図を示す。
【００２７】
プロセスチャンバ４０の壁は、その中にほぼ円形のアパーチャー（図２において符号８５で示されている）を有する。環状フランジ４５が、プロセスチャンバ４０の壁にある円形アパーチャー８５の端縁の周りに延びている。ステータ９０は、その目的については後述するが、フランジ４５に取り付けられており、円形アパーチャー８５の軸とは実質的に同心である。ステータ９０のフランジ４５への取付は、ボルトのような装着用締着具１００により行われる。装着用締着具はフランジ４５内の開口部を通過し、ステータ９０の下面に形成された対応するねじ孔に達している。ステータ９０をフランジ４５にクランプするために、フランジ４５の周囲を囲んで複数の装着用締着具１００が使用されていることは理解されよう。
【００２８】
ロータ・プレート５０は、（図２に示すように）ステータ９０の上面の上方にあり、プロセスチャンバ４０の閉包として機能している。ロータ・プレート５０の下面１１０（図２に示すように）は、第１の軸受表面の作用をし、ステータ９０の上面は第２の軸受表面の作用をする。圧縮空気の供給源（図２には図示せず）は、図２に矢印１３０で概略的に示されているステータ９０内の一連の圧縮空気流路に接続されている。圧縮空気流路１３０に圧縮空気を加えると、ロータ・プレート５０とステータ９０の軸受表面間に圧縮空気軸受１２０が作られる。
【００２９】
プロセスチャンバ４０は排気される。しかし、ロータ・プレート５０の上面は大気圧になっている。プロセスチャンバ４０内を真空に保ちながら、圧縮空気軸受１２０上でステータ９０に対してロータ・プレート５０の回転動作を可能にするために、一連の差動ポンプ流路(differential pumping channel)１４０，１５０が設けられている。ガス軸受に隣接して真空を維持できるこのような流路は、当該技術分野において知られており、本発明の一部には含まれない。しかし簡潔に言えば、大気に対する排気口である最初の差動ポンプ・チャンバ(differential pumping chamber)１５０と、高真空になっている最後の差動ポンプ流路１４０の間で勾配を付けた圧力差が得られることを可能にする。
【００３０】
ステータ９０上でロータ・プレートを迅速に動かすためには、空気軸受の厚さ（すなわち、ロータ・プレート５０の下面１１０とステータ９０の上面の間のギャップ）はきわめて一定である必要がある。１３μｍの代表的なギャップが望ましい。ロータ・プレート５０の下面１１０およびステータ９０の上面を、この程度に平坦に機械加工することは大きな困難なしに可能であるが、大気圧にあるロータ・プレート５０の上面と、高真空（通常１０-4パスカル、またはそれ以上）にあるロータ・プレート５０の下面１１０間の圧力差によって、歪み力(distortion force)が使用中生ずる。従来は、これら歪みの影響を克服するために、２つの軸受表面が使用中に接触できないように、圧縮空気軸受１２０に供給される圧縮空気の圧力が増加された。これを確実にするために、８０ｐｓｉ（５６キロパスカル）の代表的な圧縮空気軸受供給圧力が必要であった。本発明を利用すれば、空気軸受供給圧力を約２０ｐｓｉ（１４キロパスカル）に低減することができる。
【００３１】
ここで図３に転じると、図３は、本発明による装置が使用された場合の、図１のプロセスチャンバの線ＡーＡに沿った断面を示している。図２および図３に共通の特徴には、類似の参照番号を有する符号が付けられている。
【００３２】
図２の場合と同様に、ステータ９０はフランジ４５に固定されており、ロータ・プレート５０はガス軸受１２０上のステータ９０の軸受表面の上方で支えられている。しかし、この場合には圧力軽減プレート１６０がロータ・プレート５０の外部表面に固定されている。圧力軽減プレート１６０は、周辺フランジ１６５を介して延びているボルト１７０のような装着用締着具によって、ロータ・プレート５０の周囲でロータ・プレート５０に固定されている。ボルト１７０のような装着用締着具は、図３には１つのみを示す。Ｏ−リングのようなシール１８０を周辺フランジ１６５とロータ・プレート５０の間に設けることもできる。周辺フランジ１６５の内側では、圧力軽減プレート１６０はロータ・プレート５０の上面から間隔を置いて配置されている。１つ以上の開口部５５がロータ・プレート５０を通して設けられており、それによりロータ５０と圧力軽減プレート１６０の間のギャップはチャンバの内部と連通していて、したがって高真空になっている。圧力軽減プレート６０の外部表面は大気圧の影響を受けやすい。
【００３３】
圧力軽減プレート１６０の周辺フランジ１６５がプレート１６０とロータ・プレート５０の周囲を変形させる著しいトルクの影響を受けないように、圧力軽減プレート１６０をロータ・プレート５０に固定した締着具１７０は、ガス軸受１２０の主要な作用線(primary line of action)と正確に同一直線上にあるように、配置されていることが望ましい。
【００３４】
この装置によれば、ロータ・プレート５０の外周にある小さい環状の帯(band)のみが大気圧の影響を受ける。ロータ・プレート５０の上面の大部分はその内部表面と同様に真空の影響を受ける。したがって、図２に示す装置における大気圧を原因とする歪み、あるいはディッシングは避けられる。このように、ロータ・プレート５０の軸受表面はステータ９０の軸受表面に平行に維持できる。したがって、２つの軸受表面間に必要とされる間隔、よって、この間隔を維持するために必要とされる圧縮空気の圧力を低減することができる。上述のように、本発明を利用することにより、空気軸受の供給圧力は約２０ｐｓｉ（１４キロパスカル）に減少することができる。さらに、小さい間隔は、軸受の外周および真空シールの差動ポンプ流路間における空気の漏れを減少させ、その結果シールの効率を向上させる。
【００３５】
さらに、ロータ・プレート５０を通して１つ以上の開口部５５を設けることは、ロータ・プレートに必要な材料の重量と所要量を減少させる。総合的な構造は著しく軽くなり、大気圧による歪みに抵抗するのに十分な剛性を有する、圧力軽減プレートを伴わない単一ロータ・プレートよりも少ない材料で済む。
【００３６】
ロータが、ステータ上に装着されて且つそのロータをゆがませ軸受表面の平行な配列を失わせる可能性のある大きな圧力差の影響を受ける、任意のガス軸受に本発明が適用できることは、当業者には十分理解されるであろう。イオン注入装置内のフランジ上に装着されたステータの上方の空気軸受上で回転するように構成されたロータ・プレートに関連して本発明の実施形態を説明した。しかしながら、流体軸受の軸受表面の歪みを減少させることが望ましい他の場合にも本発明が使用できることは十分理解されるであろう。すでに説明したように、図１の走査部材７０は別の更なる空気軸受上のロータ・プレート５０に対して移動し、また本装置はその空気軸受と連係して同様に使用することができる。実際には、本発明はイオン注入装置に制限されるものではなく、２つの対向する軸受表面が互いに関連して平坦に維持されるように、歪み力を避けることが望ましい他の状況でも使用することができる。
【００３７】
同様に、上述した実施例において、圧縮空気をガス支持領域内に供給したが、任意の適当な流体を使用してもよい。
【００３８】
本発明を好適な実施例に関連させて説明したが、添付した特許請求の範囲にしたがって定められる本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細は変更可能であることを当業者は認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロセスチャンバを有するイオン注入装置の概略側面図を示す。
【図２】図１のプロセスチャンバの線ＡーＡに沿って見た断面図を示し、プロセスチャンバは従来技術による装置を有する。
【図３】図１のプロセスチャンバの線ＡーＡに沿って見た断面図を示し、プロセスチャンバは本発明の好適な実施例による装置を有する。
【発明の属する技術分野】
本発明はガス軸受のような流体軸受の軸受表面の歪を減少させる装置に関する。特に本発明はこのような装置を有するイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
当業者にはよく知られているように、代表的なイオン注入装置では、ドーパント・イオンの比較的小さい断面のビームがシリコン・ウェーハに対して走査される。従来は、１バッチ分のウェーハが、固定方向イオンビームに対して２方向に機械的に走査されていた。
【０００３】
直径最高３００ｍｍの大口径ウェーハの出現により、枚葉式が、コスト、廃棄物の減少に関して有利になって来た。したがって、ウェーハを第１の方向で機械的に走査し、イオンビームを第２の方向で静電的または電磁的に走査或いは扇形に広げることにより、イオンビームをシリコン・ウェーハに対して走査することが現在は望ましい。
【０００４】
１枚のウェーハ処理装置には、多数の異なる構成がある。１つの例がＰＣＴ特許出願公開明細書９９／１３４８８号に説明されており、他の構成が米国特許明細書第５，００３，１８３号、および米国特許明細書第５，２２９，６１５号に説明されている。ＰＣＴ特許出願公開明細書９９／１３４８８号において、ウェーハは注入装置のプロセスチャンバ内の基板ホルダ上に装着される。真空チャンバ壁のアパーチャーを介して延びるアームが、基板ホルダに取り付けられているか、あるいは基板ホルダと一体になっている。機械的走査はプロセスチャンバの外に配置された走査機構により行われる。走査機構は基板ホルダのアームと接続されており、アームしたがって基板ホルダのプロセスチャンバに対する動きを可能にする。
【０００５】
走査機構の可動部品の動きを容易にするように、１つ以上のガス軸受が設けられている。たとえば、基板支持体から末端のアームの端部は、第２の軸受部材に対して逆方向に移動する第１の軸受部材に取り付けられてもよい。これは、イオン注入装置のイオンビームに直交する平面内でウェーハが機械的に走査されることを可能にする。第２の軸受部材に対する第１の軸受部材の動きは、第１のガス軸受を介して容易にされる。
【０００６】
同様に、イオンビームの方向に対して基板支持体の傾斜を可能にするように、第２の軸受部材自体をプロセスチャンバに対して回転可能とすることもできる。第２の軸受部材は、プロセスチャンバの壁に形成されたアパーチャーに隣接するフランジ上に装着されたステータに対して回転する。この回転を容易にするように、第２のガス軸受がステータと第２の軸受部材の表面との間に使用される。
【０００７】
ガス軸受の動作がうまく行われるように、軸受表面はそれぞれ平坦でなければならない。１０μｍ以上程度の平面度の変化は、軸受表面の一方と他方の軸受表面の接触を招く恐れがある。第２の軸受部材の軸受表面とステータの表面はこの精度で平坦に成り得るが、第２の軸受部材は、その内面上への真空及びその外側の非軸受表面上への大気圧の影響を使用中に受けやすい。これは第２の軸受部材の歪み特に「ディッシング(dishing)」を導く恐れがあり、それによって第２の軸受部材の中心がその周囲に対して内側に屈曲する傾向がある。これが起きると、第２の軸受部材の軸受表面はステータの軸受表面に平行ではなくなり、したがって、ガス軸受がうまく作動するためには、２つの表面の間により大きいクリアランスが維持されなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はこの課題に対処することである。より一般的には、本発明の目的は、流体軸受における軸受表面の歪みに関連する課題を緩和することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの目的と他の諸目的は、真空ハウジングのアパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置であって、前記装置は、前記真空ハウジング・アパーチャーの周囲に取り付けるステータであって、前記ステータは第１の平坦な流体軸受表面を有するステータと、前記真空ハウジング・アパーチャーを閉じるための可動部材であって、前記可動部材は前記第１の軸受表面に平行に延びる第２の流体軸受表面を有し、前記可動部材は前記第２の軸受表面が前記第１の軸受表面から間隔を置いて軸受流体により支えられることを可能にするように適合されている可動部材と、前記可動部材と前記ステータの間に設けられた真空シールとを備え、使用中に大気圧による力が前記軸受表面に直角を成す方向に前記可動部材に作用し、前記力によって前記可動部材に生ずる曲げモーメントを減少させるように、前記可動部材は圧力軽減構造体を含み、前記圧力軽減構造体内の曲げモーメントが前記可動部材に伝わらないように、前記圧力軽減構造体は前記可動部材に固定されている、真空ハウジングのアパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置を備えることにより実現される。
【００１０】
前記可動部材は第１の表面を有するプレートを有し、前記圧力軽減構造体は第１の表面および前記可動部材の前記第１の表面に固定された周囲を有するプレートを備え、その結果、前記可動部材の第１の表面と前記圧力軽減構造体の第１の表面がその間に体積を画成することが望ましい。
【００１１】
前記圧力軽減構造体は、前記第１の表面に対向する第２の表面を有し、前記圧力軽減構造体の前記第１と第２の表面間に圧力差を生成する手段をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
特に、前記可動部材は前記真空ハウジング・アパーチャーと連通するアパーチャーを画成することができ、それによって使用中に前記体積が真空状態となる。
【００１４】
軸受流体は圧縮空気であることが望ましい。
【００１５】
可動部材は、前記ステータに対して回転可能であるか、或いは直線的に移動可能であってもよい。
【００１６】
本発明の更なる別の態様において、注入されるイオンのビームを生成するイオンビーム・ジェネレータと、前記イオンビームが送入されるプロセスチャンバであって、前記プロセスチャンバはアパーチャーを有するプロセスチャンバと、前記アパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置であって、前記装置は、前記アパーチャーの周囲に取り付けるステータであって、前記ステータは第１の平坦な流体軸受表面を有するステータと、前記アパーチャーを閉じるための可動部材であって、前記可動部材は前記第１の軸受表面に平行に延びる第２の流体軸受表面を有し、前記可動部材は前記第２の軸受表面が前記第１の軸受表面から間隔を置いて軸受流体により支えられることを可能にするように適合されている可動部材と、前記可動部材と前記ステータの間に設けられた真空シールとを備え、使用中に大気圧による力が前記軸受表面に直角を成す方向に前記可動部材に作用し、前記力によって前記可動部材に生ずる曲げモーメント減少させるように、前記可動部材は圧力軽減構造体を含む、前記アパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置と、を備え、前記圧力軽減構造体内の曲げモーメントが前記可動部材に伝わらないように、前記圧力軽減構造体は前記可動部材に固定されている、イオン注入装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は多数の方法で実施可能であり、その一実施形態を単なる例として、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
最初に図１はイオン注入装置の概略側面図を示す。イオン注入装置は、（通常平行な）イオンビーム１５を生成するように構成されたイオン源１０を有する。イオンビーム１５は、質量アナライザ２０に送入され、そこで所望の質量／電荷比率のイオンが電磁的に選択される。このような技術は当業者に公知であるので、さらに詳細には説明しない。
【００１９】
イオンビーム１５は、ほぼ平行な流れで質量アナライザ２０を出ていく。質量アナライザを出ていくイオンビームは、注入されるイオンの種類および所望の注入深度によっては、イオンの静電的加速あるいは減速の影響を受ける恐れがある。
【００２０】
質量アナライザの下流には、注入されるウェーハを収容するプロセスチャンバ４０がある。本実施例では、通常ウェーハは直径約３００ｍｍの大形単一ウェーハである。
【００２１】
質量アナライザ２０を出ていくイオンビームは、注入されるウェーハの直径より実質的に小さいビーム幅と高さを通常有する。ウェーハに対してビームが走査される必要があるのは、この理由による。好適な実施例において、イオンビームは、静電／電磁スキャナ３０を介して、第１の平面において静電的に、または電磁的に走査される。この例では、図１においてページの内外に延びる単一平面においてイオンビームは走査される。ウェーハ自体は、イオンビームの走査の方向に直交する第２の方向に機械的に走査される。機械的にウェーハを走査するために、ウェーハは基板支持体の上に装着されている。基板支持体は、プロセスチャンバ４０内でウェーハが上に装着されるプレートと、そのプレートに接続された細長いアームで構成されている。
【００２２】
細長いアームは、イオンビームの走査面とほぼ平行な方向に、プロセスチャンバの壁を通って外に延びている。アームは、プロセスチャンバ４０の側壁に隣接して装着されているロータ・プレート５０内のスロット（図示せず）を通過している。走査アームの端部６０は走査部材７０の中に装着されている。静電的／電磁的に走査されたイオンビームに対して、走査アーム（したがってプレート上に装着されたウェーハ）の機械的走査を行うために、走査部材７０は図１に示すＸ方向に往復する方法で移動可能である。この走査を容易にするように、空気軸受として作用する圧縮空気のクッションによって、走査部材７０の下面はロータ・プレート５０の上面から間隔を置いて配置されている。
【００２３】
ウェーハの表面が、走査するか或いは扇形に広げた入射イオンビームの平面に垂直であるように、図１の走査部材７０は垂直位置で示されている。しかし、イオンビームからウェーハの中に角度を付けてイオンを注入することが望ましいこともある。この理由によって、プロセスチャンバ４０の固定されている壁に対して、ロータ・プレート５０は、その中心を通って画成された軸の周りに回転可能である。換言すれば、ロータ・プレート５０は図１に示す方向Ｒに回転可能である。
【００２４】
走査部材７０と同じように、プロセスチャンバの壁に対するロータ・プレート５０の動きは、ロータ・プレート５０の表面と、プロセスチャンバ４０の壁から延びているフランジ上に装着されたステータ（図１には図示せず）の表面との間に置かれている空気軸受を使用して容易にされる。ロータ・プレート５０の半径方向の動きは、ロータ・プレートの周囲を囲んで配置された一連のガイドホイール８０によって制約される。ロータ・プレートの軸線周りの不要な運動は、ロータ・プレートの２面間の圧力差によって使用中防止される。特に、プロセスチャンバの内側はウェーハとイオンビームの汚染を防止するように排気され、したがって、大気圧による大きい力がロータ・プレートをステータに対して保持するように作用する。
【００２５】
上述した機械的走査装置は、同一譲受人に譲渡された前述のＰＣＴ特許出願公開明細書９９／１３４８８号のものであり、その内容の全体は参考文献として本明細書に包含される。
【００２６】
ここで図２を参照すると、図２は、ロータ・プレートおよびステータが従来技術による装置を使用したプロセスチャンバ４０の壁から延びているフランジ上に装着されている場合において、図１のプロセスチャンバ４０の線ＡーＡに沿って見た断面図を示す。
【００２７】
プロセスチャンバ４０の壁は、その中にほぼ円形のアパーチャー（図２において符号８５で示されている）を有する。環状フランジ４５が、プロセスチャンバ４０の壁にある円形アパーチャー８５の端縁の周りに延びている。ステータ９０は、その目的については後述するが、フランジ４５に取り付けられており、円形アパーチャー８５の軸とは実質的に同心である。ステータ９０のフランジ４５への取付は、ボルトのような装着用締着具１００により行われる。装着用締着具はフランジ４５内の開口部を通過し、ステータ９０の下面に形成された対応するねじ孔に達している。ステータ９０をフランジ４５にクランプするために、フランジ４５の周囲を囲んで複数の装着用締着具１００が使用されていることは理解されよう。
【００２８】
ロータ・プレート５０は、（図２に示すように）ステータ９０の上面の上方にあり、プロセスチャンバ４０の閉包として機能している。ロータ・プレート５０の下面１１０（図２に示すように）は、第１の軸受表面の作用をし、ステータ９０の上面は第２の軸受表面の作用をする。圧縮空気の供給源（図２には図示せず）は、図２に矢印１３０で概略的に示されているステータ９０内の一連の圧縮空気流路に接続されている。圧縮空気流路１３０に圧縮空気を加えると、ロータ・プレート５０とステータ９０の軸受表面間に圧縮空気軸受１２０が作られる。
【００２９】
プロセスチャンバ４０は排気される。しかし、ロータ・プレート５０の上面は大気圧になっている。プロセスチャンバ４０内を真空に保ちながら、圧縮空気軸受１２０上でステータ９０に対してロータ・プレート５０の回転動作を可能にするために、一連の差動ポンプ流路(differential pumping channel)１４０，１５０が設けられている。ガス軸受に隣接して真空を維持できるこのような流路は、当該技術分野において知られており、本発明の一部には含まれない。しかし簡潔に言えば、大気に対する排気口である最初の差動ポンプ・チャンバ(differential pumping chamber)１５０と、高真空になっている最後の差動ポンプ流路１４０の間で勾配を付けた圧力差が得られることを可能にする。
【００３０】
ステータ９０上でロータ・プレートを迅速に動かすためには、空気軸受の厚さ（すなわち、ロータ・プレート５０の下面１１０とステータ９０の上面の間のギャップ）はきわめて一定である必要がある。１３μｍの代表的なギャップが望ましい。ロータ・プレート５０の下面１１０およびステータ９０の上面を、この程度に平坦に機械加工することは大きな困難なしに可能であるが、大気圧にあるロータ・プレート５０の上面と、高真空（通常１０-4パスカル、またはそれ以上）にあるロータ・プレート５０の下面１１０間の圧力差によって、歪み力(distortion force)が使用中生ずる。従来は、これら歪みの影響を克服するために、２つの軸受表面が使用中に接触できないように、圧縮空気軸受１２０に供給される圧縮空気の圧力が増加された。これを確実にするために、８０ｐｓｉ（５６キロパスカル）の代表的な圧縮空気軸受供給圧力が必要であった。本発明を利用すれば、空気軸受供給圧力を約２０ｐｓｉ（１４キロパスカル）に低減することができる。
【００３１】
ここで図３に転じると、図３は、本発明による装置が使用された場合の、図１のプロセスチャンバの線ＡーＡに沿った断面を示している。図２および図３に共通の特徴には、類似の参照番号を有する符号が付けられている。
【００３２】
図２の場合と同様に、ステータ９０はフランジ４５に固定されており、ロータ・プレート５０はガス軸受１２０上のステータ９０の軸受表面の上方で支えられている。しかし、この場合には圧力軽減プレート１６０がロータ・プレート５０の外部表面に固定されている。圧力軽減プレート１６０は、周辺フランジ１６５を介して延びているボルト１７０のような装着用締着具によって、ロータ・プレート５０の周囲でロータ・プレート５０に固定されている。ボルト１７０のような装着用締着具は、図３には１つのみを示す。Ｏ−リングのようなシール１８０を周辺フランジ１６５とロータ・プレート５０の間に設けることもできる。周辺フランジ１６５の内側では、圧力軽減プレート１６０はロータ・プレート５０の上面から間隔を置いて配置されている。１つ以上の開口部５５がロータ・プレート５０を通して設けられており、それによりロータ５０と圧力軽減プレート１６０の間のギャップはチャンバの内部と連通していて、したがって高真空になっている。圧力軽減プレート６０の外部表面は大気圧の影響を受けやすい。
【００３３】
圧力軽減プレート１６０の周辺フランジ１６５がプレート１６０とロータ・プレート５０の周囲を変形させる著しいトルクの影響を受けないように、圧力軽減プレート１６０をロータ・プレート５０に固定した締着具１７０は、ガス軸受１２０の主要な作用線(primary line of action)と正確に同一直線上にあるように、配置されていることが望ましい。
【００３４】
この装置によれば、ロータ・プレート５０の外周にある小さい環状の帯(band)のみが大気圧の影響を受ける。ロータ・プレート５０の上面の大部分はその内部表面と同様に真空の影響を受ける。したがって、図２に示す装置における大気圧を原因とする歪み、あるいはディッシングは避けられる。このように、ロータ・プレート５０の軸受表面はステータ９０の軸受表面に平行に維持できる。したがって、２つの軸受表面間に必要とされる間隔、よって、この間隔を維持するために必要とされる圧縮空気の圧力を低減することができる。上述のように、本発明を利用することにより、空気軸受の供給圧力は約２０ｐｓｉ（１４キロパスカル）に減少することができる。さらに、小さい間隔は、軸受の外周および真空シールの差動ポンプ流路間における空気の漏れを減少させ、その結果シールの効率を向上させる。
【００３５】
さらに、ロータ・プレート５０を通して１つ以上の開口部５５を設けることは、ロータ・プレートに必要な材料の重量と所要量を減少させる。総合的な構造は著しく軽くなり、大気圧による歪みに抵抗するのに十分な剛性を有する、圧力軽減プレートを伴わない単一ロータ・プレートよりも少ない材料で済む。
【００３６】
ロータが、ステータ上に装着されて且つそのロータをゆがませ軸受表面の平行な配列を失わせる可能性のある大きな圧力差の影響を受ける、任意のガス軸受に本発明が適用できることは、当業者には十分理解されるであろう。イオン注入装置内のフランジ上に装着されたステータの上方の空気軸受上で回転するように構成されたロータ・プレートに関連して本発明の実施形態を説明した。しかしながら、流体軸受の軸受表面の歪みを減少させることが望ましい他の場合にも本発明が使用できることは十分理解されるであろう。すでに説明したように、図１の走査部材７０は別の更なる空気軸受上のロータ・プレート５０に対して移動し、また本装置はその空気軸受と連係して同様に使用することができる。実際には、本発明はイオン注入装置に制限されるものではなく、２つの対向する軸受表面が互いに関連して平坦に維持されるように、歪み力を避けることが望ましい他の状況でも使用することができる。
【００３７】
同様に、上述した実施例において、圧縮空気をガス支持領域内に供給したが、任意の適当な流体を使用してもよい。
【００３８】
本発明を好適な実施例に関連させて説明したが、添付した特許請求の範囲にしたがって定められる本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細は変更可能であることを当業者は認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロセスチャンバを有するイオン注入装置の概略側面図を示す。
【図２】図１のプロセスチャンバの線ＡーＡに沿って見た断面図を示し、プロセスチャンバは従来技術による装置を有する。
【図３】図１のプロセスチャンバの線ＡーＡに沿って見た断面図を示し、プロセスチャンバは本発明の好適な実施例による装置を有する。
Claims (14)
- 真空ハウジングのアパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置であって、前記装置は、
前記真空ハウジング・アパーチャーの周囲に取り付けるステータであって、前記ステータは第１の平坦な流体軸受表面を有するステータと、
前記真空ハウジング・アパーチャーを閉じるための可動部材であって、前記可動部材は前記第１の軸受表面に平行に延びる第２の流体軸受表面を有し、前記可動部材は前記第２の軸受表面が前記第１の軸受表面から間隔を置いて軸受流体により支えられることを可能にするように適合されている可動部材と、
前記可動部材と前記ステータの間に設けられた真空シールとを備え、
使用中に大気圧による力が前記軸受表面に直角を成す方向に前記可動部材に作用し、前記力によって前記可動部材に生ずる曲げモーメントを減少させるために、前記可動部材は圧力軽減構造体を含み、
前記圧力軽減構造体内の曲げモーメントが前記可動部材に伝わらないように、前記圧力軽減構造体は前記可動部材に固定されている、
真空ハウジングのアパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置。 - 前記可動部材は第１の表面を有するプレートを有し、前記圧力軽減構造体は第１の表面および前記可動部材の前記第１の表面に固定された周囲を有するプレートを備え、その結果、前記可動部材の第１の表面と前記圧力軽減構造体の第１の表面がその間に体積を画成する、請求項１記載の装置。
- 前記圧力軽減構造体は、前記第１の表面に対向する第２の表面を有し、前記圧力軽減構造体の前記第１と第２の表面間に圧力差を生成する手段をさらに備える、請求項２記載の装置。
- 前記可動部材は前記真空ハウジング・アパーチャーと連通するアパーチャーを画成し、それによって使用中に前記体積が真空状態となる、請求項３に記載の装置。
- 前記軸受流体は、圧縮空気である、請求項１記載の装置。
- 前記可動部材は、前記ステータに対して回転可能である、請求項１記載の装置。
- 前記可動部材は、前記ステータに対して直線的に移動可能である、請求項１記載の装置。
- 注入されるイオンのビームを生成するイオンビーム・ジェネレータと、
前記イオンビームが送入されるプロセスチャンバであって、前記プロセスチャンバはアパーチャーを有するプロセスチャンバと、
前記アパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置であって、前記装置は、
前記アパーチャーの周囲に取り付けるステータであって、前記ステータは第１の平坦な流体軸受表面を有するステータと、
前記アパーチャーを閉じるための可動部材であって、前記可動部材は前記第１の軸受表面に平行に延びる第２の流体軸受表面を有し、前記可動部材は前記第２の軸受表面が前記第１の軸受表面から間隔を置いて軸受流体により支えられることを可能にするように適合されている可動部材と、
前記可動部材と前記ステータの間に設けられた真空シールとを備え、
使用中に大気圧による力が前記軸受表面に直角を成す方向に前記可動部材に作用し、前記力によって前記可動部材に生ずる曲げモーメントを減少させるために、前記可動部材は圧力軽減構造体を含む、前記アパーチャー内に可動部材を装着するための流体軸受装置と、
を備え、
前記圧力軽減構造体内の曲げモーメントが前記可動部材に伝わらないように、前記圧力軽減構造体は前記可動部材に固定されている、
イオン注入装置。 - 前記可動部材は第１の表面を有するプレートを備え、前記圧力軽減構造体は第１の表面および前記可動部材の前記第１の表面に固定された周囲を有するプレートを備え、その結果、前記可動部材の第１の表面と前記圧力軽減構造体の第１の表面がその間に体積を画成する、請求項８記載のイオン注入装置。
- 前記圧力軽減構造体は、前記第１の表面に対向する第２の表面を有し、前記圧力軽減構造体の前記第１と第２の表面間に圧力差を生成する手段をさらに含む、請求項９記載のイオン注入装置。
- 前記可動部材は前記真空ハウジング・アパーチャーと連通するアパーチャーを画成し、それによって前記体積が真空状態となる、請求項１０記載のイオン注入装置。
- 前記軸受流体は、圧縮空気である、請求項８記載のイオン注入装置。
- 前記可動部材は、前記ステータに対して回転可能である、請求項８記載のイオン注入装置。
- 前記可動部材は、前記ステータに対して直線的に移動可能である、請求項８記載のイオン注入装置。
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