(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを所望の温度に維持するための機構であって、
ａ．その上に前記ワークピースが配置され、その中に導管を有するプラテンと、
ｂ．第一の流体送達機構と
を具えており、該第一の流体送達機構は、
ｉ．開口端及び閉口端を有する中空シリンダーと、
ｉｉ．前記シリンダー内に配置される近接端と、前記シリンダーの前記開口端から延びる末端と、該近接端及び該末端の間の第一の導管とを有する管であって、該第一の導管が、前記プラテン内の前記導管と流体連通している管と、
ｉｉｉ．前記シリンダー内に位置し、前記管の外表面及び前記シリンダーの内表面間に配置される第一のシーリング要素であって、これにより、前記管は前記シリンダー及び前記シーリング要素と関連して動くことができ、前記閉口端及び前記シーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第一のチャンバを画定し、前記管の前記近接端は前記第一のチャンバ内に位置する、第一のシーリング要素と、
ｉｖ．流体を前記第一のチャンバに供給又は除去するように構成された、前記第一のチャンバ及び前記シリンダーの外表面と連通する流体通路と
を具えることを特徴とする機構。
【請求項２】
ａ．前記第一のシーリング要素及び前記シリンダーの前記開口端間の前記シリンダー内に位置し、前記管の前記外表面及び前記シリンダーの前記内表面間に配置される第二のシーリング要素であって、これにより、前記管は、前記シリンダー及び前記第二のシーリング要素と関連して動くことができ、前記第一のシーリング要素及び前記第二のシーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第二のチャンバを画定する、第二のシーリング要素と、
ｂ．前記第二のチャンバと連通する差動ポンプと
をさらに具えることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項３】
ａ．前記第一のシーリング要素及び前記シリンダーの前記開口端間の前記シリンダー内に位置し、前記管の前記外表面及び前記シリンダーの前記内表面間に配置される第二のシーリング要素であって、これにより、前記管は、前記シリンダー及び前記第二のシーリング要素と関連して動くことができ、前記第一のシーリング要素及び前記第二のシーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第二のチャンバを画定する、第二のシーリング要素と、
ｂ．前記第二のチャンバ及び前記末端と流体連通する、前記管内の第二の導管と、
ｃ．前記第二のチャンバから流体を供給又は除去するように構成された、前記第二のチャンバ及び前記シリンダーの前記外表面と連通する第二の流体通路と
をさらに具えることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項４】
前記プラテン内の前記導管は注入口及び放出口を具えており、前記管内の前記第一の導管は前記注入口に連通し、前記管内の前記第二の導管は前記放出口に連通する
ことを特徴とする請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記プラテン内の前記導管は、注入口及び放出口を具えており、前記管内の前記第一の導管は前記放出口に連通し、前記管内の前記第二の導管は前記注入口に連通する
ことを特徴とする請求項３に記載の機構。
【請求項６】
ａ．前記第二のシーリング要素及び前記シリンダーの前記開口端間の前記シリンダー内に位置し、前記管の前記外表面及び前記シリンダーの前記内表面間に配置される第三のシーリング要素であって、これにより、前記管は、前記シリンダー及び前記第三のシーリング要素と関連して動くことができ、前記第二のシーリング要素及び前記第三のシーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第三のチャンバを画定する、第三のシーリング要素と、
ｂ．前記第三のチャンバと連通する差動ポンプと
をさらに具えることを特徴とする請求項３に記載の機構。
【請求項７】
ａ．前記第二のシーリング要素及び前記シリンダーの前記開口端間の前記シリンダー内に位置し、前記管の前記外表面及び前記シリンダーの前記内表面間に配置される複数のシーリング要素であって、これにより、前記管は、前記シリンダー及び前記複数のシリンダー要素の各々と関連して動くことができ、前記第二のシーリング要素及び前記複数のシーリング要素のうちの前記第一のシーリング要素間の前記シリンダー内の容積と、前記複数のシーリング要素間の容積とが、複数の追加のチャンバを画定する、複数のシーリング要素と、
ｂ．前記追加のチャンバのそれぞれと連通する複数の差動ポンプと
をさらに具えることを特徴とする請求項３に記載の機構。
【請求項８】
請求項１に記載の機構は、さらに第二の流体送達機構を具えており、該第二の流体送達機構が、
ａ．閉口端及び開口端を有する中空シリンダーと、
ｂ．前記シリンダー内に配置される近接端と、前記シリンダーの前記開口端から延びる末端と、該近接端及び該末端の間の導管とを有する管であって、該導管が、前記第一の流体送達機構内の前記通路と流体連通している管と、
ｃ．前記シリンダー内に位置し、前記管の前記外表面及び前記シリンダーの前記内表面間に配置される第一のシーリング要素であって、これにより、前記管は前記シリンダー及び前記シーリング要素と関連して動くことができ、前記閉口端及び前記シーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第一のチャンバを画定し、前記管の前記近接端は前記第一のチャンバ内に位置する、第一のシーリング要素と、
ｄ．流体を前記第一のチャンバに供給又は除去するように構成された、前記第一のチャンバ及び前記シリンダーの外表面と連通する流体通路と
を具えることを特徴とする、請求項１に記載の機構。
【請求項９】
前記第一及び第二の流体送達機構の管は、２つの移動角度を提供するように、異なる方向に向けられていることを特徴とする請求項８に記載の機構。
【請求項１０】
請求項１に記載の機構は、さらに第二の流体送達機構を具えており、該第二の流体送達機構が、
ａ．閉口端及び開口端を有する中空シリンダーと、
ｂ．前記シリンダー内に配置される近接端と、前記シリンダーの前記開口端から延びる末端と、該近接端及び該末端の間の導管を有する管であって、該導管は、前記プラテン内の前記通路と流体連通している管と、
ｃ．前記シリンダー内に位置し、前記管の前記外表面及び前記シリンダーの前記内表面間に配置される第一のシーリング要素であって、これにより、前記管は前記シリンダー及び前記シーリング要素と関連して動くことができ、前記閉口端及び前記シーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第一のチャンバを画定し、前記管の前記近接端は前記第一のチャンバ内に位置する、第一のシーリング要素と、
ｄ．流体を前記第一のチャンバに供給又は除去するように構成された、前記第一のチャンバ及び前記シリンダーの外表面と連通する流体通路と
を具え、
前記第一及び前記第二の流体送達機構が、前記プラテンに異なる流体を供給することを特徴とする、請求項１に記載の機構。
【請求項１１】
ワークピースを所望の温度に維持するための機構であって、
ａ．その上に前記ワークピースが配置され、その中に導管を有するプラテンと、
ｂ．第一の流体送達機構と
を具えており、該第一の流体送達機構は、
ｉ．第一の端及び第二の端を有するベローズと、
ｉｉ．前記ベローズの前記各端に位置し、各々が中心通路を有する結合器と、
ｉｉｉ．前記結合器内の前記中心通路及び前記ベローズを通過し、前記ベローズの前記第一端から延びる近接端と、前記ベローズの前記第二の端から延びる末端と、前記近接端及び前記末端間の第一の導管とを有する管であって、該第一の導管が、前記プラテン内の前記導管と流体連通している管と、
を具えることを特徴とする機構。
【請求項１２】
前記ベローズの内部容積が、第二の導管を画定することを特徴とする請求項１１に記載の機構。
【請求項１３】
前記第二の導管は、前記プラテン内の前記通路と連通することを特徴とする請求項１２に記載の機構。
【請求項１４】
前記プラテン内の前記導管は注入口及び放出口を具えており、前記管の前記第一の導管は前記注入口と連通し、前記ベローズの内部の前記第二の導管は前記放出口と連通することを特徴とする、請求項１３に記載の機構。
【請求項１５】
前記プラテン内の前記導管は注入口及び放出口を具えており、前記管の前記第一の導管は前記放出口と連通し、前記ベローズの内部の前記第二の導管は前記注入口と連通することを特徴とする、請求項１３に記載の機構。
【請求項１６】
請求項１１に記載の機構は、さらに第二の流体送達機構を具えており、該第二の流体送達機構が、
ａ．第一の端及び第二の端を有するベローズと、
ｂ．前記ベローズの前記各端に位置し、各々が中心通路を有する結合器と、
ｃ．前記結合器内の前記中心通路及び前記ベローズを通過し、前記ベローズの前記第一の端から延びる近接端と、前記ベローズの前記第二の端から延びる末端と、該近接端及び該末端間の第一の導管とを有する管であって、該第一の導管が、前記プラテン内の前記導管と流体連通している管と、
を具えることを特徴とする、請求項１１に記載の機構。
【請求項１７】
請求項１１に記載の機構は、さらに第二の流体送達機構を具えており、該第二の流体送達機構が、
ｉ．第一の端及び第二の端を有するベローズと、
ｉｉ．前記ベローズの前記各端に位置し、各々が中心通路を有する結合器と、
ｉｉｉ．前記結合器内の前記中心通路及び前記ベローズを通過し、前記ベローズの前記第一の端から延びる近接端と、前記ベローズの前記第二の端から延びる末端と、該近接端及び該末端間の第一の導管とを有する管であって、該第一の導管が、前記第一の流体送達機構の前記第一の導管と連通している管と、
を具えることを特徴とする、請求項１１に記載の機構。
【請求項１８】
前記第一及び第二の流体送達機構の管は、２つの移動角度を提供するように、異なる方向に向けられていることを特徴とする請求項１７に記載の機構。
【請求項１９】
請求項１１に記載の機構は、さらに第二の流体送達機構を具えており、該第二の流体送達機構が、
ａ．開口端及び閉口端を有する中空シリンダーと、
ｂ．前記シリンダー内に配置される近接端と、前記シリンダーの前記開口端から延びる末端と、該近接端及び該末端の間の導管とを有する管であって、該導管が、前記第一の流体送達機構の前記第一の導管と流体連通している管と、
ｃ．前記シリンダー内に位置し、前記管の外表面及び前記シリンダーの内表面間に配置される第一のシーリング要素であって、これにより、前記管は前記シリンダー及び前記シーリング要素と関連して動くことができ、前記閉口端及び前記シーリング要素間の前記シリンダー内の容積が第一のチャンバを画定し、前記管の前記近接端は前記第一のチャンバ内に位置する、第一のシーリング要素と、
ｄ．流体を前記第一のチャンバに供給又は除去するように構成された、前記第一のチャンバ及び前記シリンダーの外表面と連通する流体通路と
を具えることを特徴とする、請求項１１に記載の機構。
【請求項２０】
前記第一及び第二の流体送達機構の管は、２つの移動角度を提供するように、異なる方向に向けられていることを特徴とする請求項１９に記載の機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置、特には真空処理装置用の流体送達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置は、半導体のウェハの製造によく利用される。イオンビームを生成するためにイオン源が用いられ、それから、イオンビームはウェハに対して向けられる。イオンはウェハにぶつかって、ウェハの特定の領域にドーピングする。ドーピング領域の構成がそれらの機能性を決定し、相互導電接続を用いることにより、これらのウェハは複合回路へ変換されることができる。
【０００３】
代表的なイオン注入装置１００のブロック図が、図１に示されている。イオン源１１０は、所望の種類のイオンを生成する。幾つかの実施形態においては、これらの種類は、高注入エネルギーに最適となり得る原子イオンである。他の実施形態においては、これらの種類は、低注入エネルギーに好適となり得る分子イオンである。これらのイオンはビームとなり、ビームは、それから、発生源フィルタ１２０を通過する。発生源フィルタは、好ましくは、イオン源の近くに位置付けられる。ビーム内のイオンは、コラム１３０において、所望のエネルギーレベルへ加速及び又は減速される。アパーチャ１４５を有する質量分析磁石１４０を用いて、イオンビームから不必要な成分を取り除かれ、その結果、所望のエネルギー及び質量特性を有するイオンビーム１５０が、分離アパーチャ１４５を通過することになる。
【０００４】
ある実施形態では、イオンビーム１５０は、スポットビームである。この場合には、イオンビームは、走査ビーム１５５〜１５７を発生させるために、イオンビーム１５０を偏向させる走査器１６０を通過する。当該走査器は、静電気又は磁気スキャナのどちらかとすることができる。ある実施形態では、走査器１６０は、走査ジェネレータと連通する別個の走査プレートを具える。走査ジェネレータは、振幅及び周波数成分を有する走査電圧波形、例えば正弦波、のこぎり歯状又は三角形状の波形の走査電圧波形を生成し、この走査電圧波形は走査プレートに適用される。好適な実施形態では、ほぼ同じ時間にわたって全ての位置に走査ビームを残すことができるように、走査波形は、通常は三角波(一定の傾斜）に非常に近い。三角形からの偏向角は、ビームを均一にするために用いられる。結果として生じる電界は、図１に示すように、イオンビームを分岐させる。
【０００５】
代替の実施形態では、イオンビーム１５０は、リボンビームである。このような実施形態では、走査器は必要なく、リボンビームは既に適切に形作られている。
【０００６】
角度コレクター１７０は、分岐するイオンビームレット１５５〜１５７を、実質的に平行な軌道を有する一組のビームレットへ偏向させるように構成される。好ましくは、角度コレクター１７０は、ギャップを形成するために間隔を置いた磁気コイル及び磁極部分を具えており、イオンビームレットは、当該ギャップを通過する。コイルは、ギャップ内で磁場を生成するように付勢（energized）され、付勢された磁場の強さ及び方向に従って、イオンビームレットを偏向させる。磁場は、磁気コイルによって電流を変化させることで調整される。或いは、並列化レンズのような他の構造もまた、この機能を実行するために使用することができる。
【０００７】
角度コレクター１７０に続き、走査ビームは、ワークピース１７５に向けられる。ワークピースは、ワークピースサポートに取り付けられている。ワークピースサポートは、様々な移動角度を提供する。
【０００８】
ワークピースサポートは、イオンビームによって適切に注入されるように、ウェハの位置を保つためと、ウェハを正しい位置に置くための両方に用いられる。ウェハを適切な位置に効果的に保つために、ほとんどのワークピースサポートは、通常は、その上でワークピースが静止する、プラテンとして知られている円形表面を使用する。大抵、プラテンは、ワークピースの位置を保つために静電力を使用する。プラテン上に強い静電力を生成する（静電チャックとして知られている）ことによって、ワークピース又はウェハは、機械的締結具なしでも適当な位置に保持されることができる。この事は、汚染を最小化し、さらに、注入後にウェハの固定を外す必要がないので、サイクルタイムが改良する。これらのチャックは、通常は、ウェハを適当な位置に保つために、クーロン力又はジョンソンラーベック（Johnson-Rahbeck）力の２種類の力のうちの１つを使用する。
【０００９】
ワークピースサポートは、通常は、一以上の方向にワークピースを移動させることができる。例えば、イオン注入において、イオンビームは、通常、自身の高さよりずっと広い幅を有する走査ビーム又はリボンビームである。ビームの幅がｘ軸、ビームの高さがｙ軸、ビームの移動経路がｚ軸として定義されると仮定する。ビームの幅は、通常はワークピースよりも広いので、ワークピースは、ｘ方向に移動する必要はない。しかしながら、全てのワークピースをビームに曝すために、ｙ軸に沿ってワークピースを移動することはよくある。
【００１０】
幾つかの適用例においては、流体を、ガス及び又は液体の形状で真空環境へ通すことが必要である。例えば、幾つかの実施形態では、流体をプラテン内に位置する導管に流すことによって、プラテンは、一定の又はほぼ一定の温度に維持される。この流体は、実行されるイオン注入のタイプに応じて、ワークピースを加熱する又はワークピースを冷却するためのものである。
【００１１】
この全体のシステムは、通常は、例えば１００ｍＴｏｒｒ未満の非常に低い圧力に維持される。圧力は０より大きいけれども、一般に、この環境は真空であると称する。流体を真空環境に送達する作業は、幾つかの要因によってより複雑となる。第一に、多くの例において、流体は、固定していない終端(terminus)又は終点(endpoint)へ送達されなければならない。上述の通り、ワークピースサポートが、ワークピースの全表面を照射するようにｙ軸に沿って移動することは通常である。終端の移動には、通常、フレキシブルな管又は何か他の可動導管の使用が必要である。この試みは、送達される流体が、非常に低い温度、例えば極低温である場合、より一層複雑になる。極めて低い温度の場合、周期運動からの曲げ応力による疲労の影響を受け易いので、フレキシブルな管を使用することはできない。代替の結合機構、例えば回転又は線形のスライド式のシールは、リーク（漏れ）無しで製造することは困難である。また、結合機構は、通常は物理的に非常に大きいので、移動ワークピースの近くでパッケージ化するのは困難である。
【００１２】
例えば、一定のイオン衝撃はウェハの温度を増加させる傾向があるという事実があるにもかかわらず、極低温のイオン注入のためには、ウェハの温度を非常に低い温度に維持する必要がある。これを達成する一つの方法は、プラテン内の導管に、低い温度の流体を通過させることである。プラテンを極めて冷たく保つことによって、ウェハは、プラテンとの接触のおかげで、その低い動作温度を保つことができる。しかしながら、上述したように、ウェハ（及び従ってプラテン）は、全ウェハがイオンビームに曝されることを保証するために、通常、イオンビームを通って軸方向に移動する。極低温流体を、確実に真空環境内の移動するプラテンへ送達することは、極めて難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これらの制約は、真空ウェハ処理システムのプラテンのようなワークピースサポートへ、流体送達システムを提供することを、非常に困難にしている。従って、流体（例えば非常に冷たい流体）が、真空環境へ送達されることを可能にするシステム、特に、固定されていない終端へ送達されることを可能にするシステムは、極めて有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来技術の問題は、本明細書で開示される流体送達機構によって解決される。幾つかの実施形態では、この機構は、広範囲の温度に渡る一つ以上の流体流路を真空環境へ接続することを可能にする、単軸移動で用いるための解決法を提供する。当該機構は、特に非常に低い温度で疲労の傾向があるフレキシブルな管は使用しない。具体的な実施形態では、管は、流体の送達を可能にするために、シールされたピストン内を軸方向に移動する。第二の具体的な実施形態では、要求される機能を提供するために、ベローズが用いられる。他の実施形態では、適切に構成される２つ以上の機構を利用することによって、２軸又は３軸の移動軸での移動を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のイオン注入装置示す図である。
【図２】単一の流体経路を有する線形の流体スライド式シールを示す図である。
【図３Ａ】移動装置に接続する際に使用される、図２のスライド式シールを示す図である。
【図３Ｂ】移動装置に接続する際に使用される、図２のスライド式シールを示す図である。
【図３Ｃ】移動装置に接続する際に使用される、図２のスライド式シールを示す図である。
【図４】図２のスライド式シールを２つ用いたプロセスチャンバのレイアウトの側面図を示す図である。
【図５Ａ】複数の導管を有する管の断面図を示す図である。
【図５Ｂ】複数の導管を有する管の断面図を示す図である。
【図６Ａ】図５Ａ及び５Ｂに示す管を用いた、複数の流体導管を有する線形の流体スライド式シールの実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】図５Ａ及び５Ｂに示す管を用いた、複数の流体導管を有する線形の流体スライド式シールの実施形態を示す図である。
【図６Ｃ】図５Ａ及び５Ｂに示す管を用いた、複数の流体導管を有する線形の流体スライド式シールの実施形態を示す図である。
【図７】図６Ａ〜６Ｃに示すスライド式シールの実施形態を用いた、プロセスチャンバのレイアウトの側面図を示す図である。
【図８Ａ】第二の実施形態で用いる種々の要素を示す図である。
【図８Ｂ】第二の実施形態で用いる種々の要素を示す図である。
【図８Ｃ】第二の実施形態で用いる種々の要素を示す図である。
【図９Ａ】ベローズを用いる実施形態の動作を示す図である。
【図９Ｂ】ベローズを用いる実施形態の動作を示す図である。
【図１０】図８の実施形態を用いるプロセスチャンバの正面図を示す図である。
【図１１Ａ】ベローズを用いる第二の実施形態を示す図である。
【図１１Ｂ】ベローズを用いる第二の実施形態を示す図である。
【図１１Ｃ】ベローズを用いる第二の実施形態を示す図である。
【図１２】ベローズを用いる第三の実施態様を示す図である。
【図１３】２本の軸に沿う移動を提供する実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述の通り、流体、特に極めて冷たい流体を真空環境へ送達することは、非常に難しい。流体の送達先が固定されていない場合、これは更に難しくなる。一実施形態において、本発明に従う機構は、一つの移動軸に沿った移動を可能にする送達システムを提供する。これによって、流体を、一つの移動軸に沿って移動する装置又は終端へ送達することができる。
【００１７】
この装置の一つの適用例は、イオン注入システムのプロセスチャンバである。特定の実施形態では、ウェハは、特定の温度範囲内に維持されなければならない。これを達成するために、ウェハを保持するプラテンは、プラテン内に位置する導管を通る流体によって冷却（又は加熱）される。例えば、ウェハに向けられるイオンは、ウェハ及び間接的にプラテンを加熱する傾向があるため、極めて低い温度で生じるイオン注入においては、プラテンを連続的に冷却することが重要である。ウェハの温度を所望の範囲内に維持するために、極低温流体を、プラテンへ通し、そしてプラテンから通過させることが必要である。これらの流体は、ヘリウム、窒素又はＣＤＡ（清浄な乾燥した空気）のようなガスとすることができ、又は、液体窒素、フロリナート（Flourinert）又は他の低温度冷却剤とすることができる。
【００１８】
上記したように、多くの適用例において、ウェハはイオンビームによって走査される。このビームは非常に幅狭であるので、ウェハの全ての部分をビームに曝すことを保証するためには、ウェハを移動することが必要である。この事は、通常は、ウェハの異なる部分がビームに曝されるように、ウェハが取り付けられたプラテンを、直線的に移動することによって行われる。従って、上述のようにプラテンを冷却する又は加熱するためには、流体をプラテンへ運ぶために使用する装置が、プラテンの変動位置に対応可能であることが重要である。
【００１９】
図２は、本発明の装置の一実施形態を示す。装置は、シーリング要素２２０の使用によって一つ以上のチャンバ２１０に分けられた、コラム（column）又はシリンダー２００を具える。コラムは、他の好適な材料が使われてもよいが、好適にはステンレス鋼で構成される。テフロン（登録商標）又は他の好適な材料で作製されるシーリング要素は、ほぼ流体密封及び気密なシールを作り出す。これらのシーリング要素は、コラム２００内に隣接するチャンバ２１０を画定する。コラム又はシリンダー２００内には、流体の通過を可能にする中空部を有する管２３０が在る。各シーリング要素２２０はまた、好ましくはその中心にホールを有しており、管２３０はこのホールを通過する。シーリング要素２２０と管２３０の間の境界面もまた、ほぼ流体密封及び気密である。
【００２０】
管２３０の一端はシリンダー２００から出ており、一方、反対側の端はシリンダー内に残っており、好ましくは一つのチャンバ２１０ａ内に収容される。管２３０が、一つの区画内に確実に残るために、管の近接端は好ましくは広く、例えばフランジ２３５を用いて作られており、これにより、シーリング要素２２０の開口部を通過することができないようになっている。従って、管２３０の移動長さは、管２３０の幅広な端が位置するチャンバ２１０ａの長さに制限される。この図ではフランジが示されているが、中心の管２３０の近接端がチャンバ２１０ａ内に確実に残るようにするために、他の機構を用いることができることが、当業者であれば分かるであろう。それらの機構は、本明細書で開示する範囲内である。
【００２１】
上述のように、コラム２００は、それぞれ分離しており、シーリング要素２２０によって画定された、幾つかのチャンバ２１０へ分けられることができる。コラム２００の開口端は、好ましくは、チャンバを分けるために用いるのと同様のシーリング要素２２０ｄで閉じられる。
【００２２】
一実施形態において、流体（気体又は液体のどちらか）は、流体注入口２４０を介してコラム２００へ入る。管２３０は中空であるので、流体は、区画２１０ａから管２３０へ入り、終端まで流れる。シーリング要素２２０は、ほぼ流体密封及び気密なバリアを提供しているが、わずかな量の流体が隣接した区画へ導入される可能性がある。この問題を解決するために、各区画は、隣接する区画の圧力よりも圧力を下げる、差動ポンプと連通している。このように、チャンバ２１０ｂ内の圧力はチャンバ２１０ａ内の圧力よりも低いが、チャンバ２１０ｃの圧力よりも高い。各チャンバ内の圧力は、チャンバがシリンダー２００の開口端に近付くにつれて低減される。
【００２３】
大抵、区画２１０ａへ導入される流体は、標準気圧又は標準気圧近くである。コラム２００の外の環境、特にシーリング要素２２０ｄの外側の環境は、真空圧力に近い。従って、シーリング要素２２０ａ〜２２０ｄ全体の差圧を低減するのに役立つ、幾つかのチャンバ２１０ｂ〜２１０ｄを具えることは、有益となり得る。換言すれば、ただ一つのチャンバを用いた場合には、唯一つのシールとの差圧は、チャンバ及び外部真空における流体の圧力の差と同じである。４つのチャンバを利用することによって、図２に示すように、シーリング要素全体の差圧は７５％低減される。これを達成するために、各チャンバ内の圧力を調整すべく、注入口２５０を介して差動ポンプが用いられる。図２のコラムにおいて、各チャンバ内の圧力は上から下へ低減し、最上部のチャンバは大気圧に近く、最下部のチャンバの下の圧力は真空に近い。図２では、４つのチャンバ２１０が示されているが、必要に応じて、いくつの数（それ以上又はそれ以下）が用いられてもよい。例えば、シーリング要素２２０ｄが流体密封及び気密なシールを提供できる場合には、シリンダー２００内に追加のチャンバ２１０を与える必要はない。
【００２４】
図３Ａ−Ｃは、終端とともに用いられる図２の装置、例えばワークピースサポート３５０を示す。ワークピースサポート３５０は、固定部分３４５及び可動部分３４３を具える。可動部分３４３の末端は、プラテン３００である。前述のように、イオンビームが、取り付けられたウェハの全体を走査することができるように、プラテン３００は垂直方向に移動する。このため、ワークピースサポート３５０の可動部分３４３は、上下に移動する。３つの図（図３Ａ〜３Ｃ）は、可動部分３４３及びプラテン３００の３つの代表的な位置を例示している。プラテン３００が連続動作で移動し、従って、プラテン３００には任意数の位置が存在することは、当業者にとって明らかである。この図は、３つの異なる位置を示すことによって、単に、装置の動作を描こうとするものである。図３Ａでは、プラテン３００は、可動範囲の中央、すなわち、中間位置に在る。従って、管２３０は、シリンダー２００から部分的に延ばされている。従って、管２３０の近接端は、チャンバ２１０ａのほぼ中央に位置する。図３Ｂでは、プラテン３００は、最下位置に向かって下方へ移動し、シリンダー２００から更に離れる。可動部分３４３によるこの移動は、管２３０を、シリンダー２００から更に延ばす。この位置では、管２３０は最も延びた位置に在り、管２３０の幅広な端が、シーリング要素２２０ａと接触するか又は殆ど接触している。図３Ｃは、最上位置での可動部分３４３及びプラテンを示しており、管２３０は最短延長位置に在る。従って、管２３０の幅広の近接端は、シリンダー２００の閉口端と接触するか又は殆ど接触している。図３Ｂ及び３Ｃは、管２３０及びプラテン３００の可動範囲を定める。この可動範囲のこの長さは、第一のチャンバ２１０ａの高さよりも短く又は等しくなければならない。チャンバ２１０ａの長さは、必要に応じて、プラテンの可動範囲よいもずっと長くすることができる。唯一の要件は、チャンバ２１０ａの長さが、少なくとも、管の必要可動範囲の長さでなければならないということである。
【００２５】
図３には示していないが、管２３０は、好ましくは、例えば溶接部、ネジタイプの取り付け部品、又は他のアタッチメント手段によって可動部分３４３に取り付けられる。可動部分３４３内の導管は、取り付け位置から、プラテン３００まで通じている。
【００２６】
上述の通り、特定の実施形態では、プラテン３００は、流体をプラテンに通すことによって冷却される。このような実施形態では、流体をプラテン３００へ導く第一の経路と、送達された流体の帰還経路となる第二の経路の、少なくとも２本の流体送達経路の必要がある。
【００２７】
図４は、プロセスチャンバのレイアウトの側面図を示す。この実施形態では、２つのシリンダー２６０ａ、２６０ｂが用いられており、一方は流体をプラテン３００へ送達しており、他方は帰還経路として機能する。壁２７５によって画定されるチャンバ２７０は真空圧力近くに保たれ、一方で、外部環境２７８は大気圧に維持される。図２と併せて記載されるように、２つの装置を用いて、流体を、プラテン３００を経て循環させる。図４では、これらの装置は、最大延長位置に在る管２８０ａ、２８０ｂと共に示されている。可動部分３４３及びプラテン３００は、管２８０が、シリンダー２６０の閉口端に達するまで上方へ移動することができる。この実施形態において、２つの管２８０の末端は、ワークピースサポート３５０の可動部分３４３に取り付けられている。可動部分内では、流体の流れの経路を、プラテン３００上の適当な位置と接触するように向けるために、２つの導管３４１ａ、３４１ｂが用いられる。管をワークピースサポートに取り付けるための他の方法は周知であり、本明細書で開示する範囲に含まれる。
【００２８】
動作中、流体は、注入口２６５ａを介してシリンダー２６０ａの上部チャンバへ入る。この流体は、管２８０ａを通過し、可動部分３４３の流体導管３４１ａへ入る。それから流体は、プラテン３００を通過し、流体導管３４１ｂを経て管２８０ｂへ戻る。流体は、管２８０ｂを上へ移動し、シリンダー２６０ｂの上部チャンバ内へ入る。それから流体は、放出口２６５ｂを介して外へ出る。流体経路の源点及び終端は、真空環境の外側に保たれる。幾つかの実施形態では、流体は、再循環して、放出口２６５ｂからポンプで汲まれて注入口２６５ａへ戻る。幾つかの実施形態では、流体は、再利用される前に例えば冷却されて、調節される。
【００２９】
シリンダー２６０ａ、２６０ｂは、一部分は真空環境２７０内に在り、一部分は真空の外側に在る。真空環境２７０の保全性を維持すべく、シーリング要素２６７を用いて、壁２７５とシリンダー２６０ａ、２６０ｂとの間の流体密封及び気密なシールを与える。図４において、導管２６１を用いて、シリンダー２６０ａ、２６０ｂ内の各チャンバに差動ポンプを取り付ける。好ましくは、動作ポンプは標準気圧２７８に保たれ、そしてまた、シールを用いて、導管２６１と壁２７５の間の真空保全性を維持する。
【００３０】
上述したように、多くの実施例において、（図４に示したように）２つの別個の流体経路を有することは通常であり、必要である。図５Ａは、これを達成する単一の管の断面図である。この実施形態では、中心の管６００は、単一の導管を有するというよりは寧ろ、複数の導管６０２、６０４を有する。これは、多数の技術を用いて達成されることができる。一実施形態では、図５Ａに示されるように、内側導管６０２と、該内側導管６０２を囲む外側導管６０４を有する同軸管６００が用いられる。これらの導管は、等断面積であるように、又は、他の適当な比率の大きさにすることができる。一実施形態では、図６Ａに示されるように、これらの導管は、異なるチャンバ内で終端する。内側導管６０２は、最右のチャンバ２１０ａ内で終端し、一方、外側導管６０４は、隣接するチャンバ２１０ｂ内で終端する。これらの２つのチャンバ２１０ａ、２１０ｂは好ましくは同じ長さであり、内側導管６０２は、この長さ分だけ外側導管６０４を越えて延びて、その結果、各導管は、それぞれのチャンバ内で同じ相対的位置において終端する。注入口２９０ａは機構に流体を供給するために用いられ、一方、放出口２９０ｂはチャンバ２１０ｂから帰還流体を除去するために用いられる。内側導管６０２のみを収容するための開口部を有するという点で、シーリング要素６２０ａは、残りのシーリング要素とは異なる点に留意すべきである。或いは、図６Ｂに示すように、外側導管６０４は管の長さを延ばすことができ、最遠端部でシールされることができる。この実施形態では、外側導管６０４は、第二のチャンバ２１０ｂ内で、その円周に沿った開口部６０５を含むことができる。内側導管６０２は、管６００の近接端上の開口部６０７によって、チャンバ２１０ａと連結している。この実施形態では、全てのシーリング要素６２０は、同じ大きさである。
【００３１】
この実施形態では、内側導管は、流体を送達先、例えばプラテンへ提供するために用いられ、一方、外側導管６０４は帰還経路として用いられる。当業者であれば、導管を他の方法で使用可能であることを理解するであろう。図５Ａは同軸導管を示しているが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、導管は、図５Ｂに示すように、管内で相互に隣接するように配置されることができる。図６Ｃは、図５Ｂの管を用いた実施形態を示している。この図において、開口部６０８は、流体を管６００へ流すことを可能にするために、第一のチャンバ２１０ａ内の管６００の一方側に存在し、第二の開口部６０９は、流体の放出口として機能するために、第二のチャンバ２１０ｂ内の管６００の反対側に存在する。上述の通り、流体は、それぞれ、注入口２９０ａを介してシリンダーへ入り、放出口２９０ｂを介してシリンダーから放出する。
【００３２】
図５Ａ及び５Ｂに示される管は、２つの流体導管を具える実施形態を示しているが、他の実施形態が想定される。例えば、図５Ａの管において、任意数の同軸導管を使用することができる。同様に、図５Ｂに示される管は、必要なだけたくさんの導管に分割されることができる。
【００３３】
全ての実施形態において、シーリング要素で得られる圧力差を軽減するために、及び、各シーリング要素が完全には気密でないという事実に適応するために、複数のシーリング要素６２０及び区画が用いられる。
【００３４】
図７は、図５及び図６に示した複数の導管を有する管を利用する、プロセスチャンバのレイアウトの正面図を示している。この実施形態では、流体は、注入口２９０ａを介してチャンバ２１０ａへ入る。流体は、管６００、具体的には管６００の内側導管６０２を通って移動し、該内側導管は、ワークピースサポート３５０の可動部分３４３に取り付けられる。上述したように、内部導管３４１ａは、管の取付点からプラテン３００まで、流体を通過させる。流体がプラテン３００を循環した後、流体は、第二の内部導管３４１ｂを経て取付点へ戻る。流体は、その後、管６００内で外側導管６０４を通過して、放出口２９０ｂを介してシリンダーから放出する。前述のように、シーリング要素６２０は、シリンダーをチャンバに分割し、各チャンバは、隣接するチャンバよりも低い圧力に維持される。
【００３５】
図２〜図７に開示される以外の他の実施形態もまた、流体送達機構を作製するために用いられることができる。
【００３６】
図８Ａは、ベローズ機構の種々の部品を示している。ベローズ８００は圧縮可能なユニットであり、好ましくは、ステンレス鋼、インコネル（登録商標）又はモネル（登録商標）のような金属であって、特定の範囲内で伸縮することができる。ベローズ８００は、結合器８１０に接続し、流体密封及び気密なシールを形成する。結合器８１０は、より長い構造を作製するために、多くのベローズと接続して用いられる。ベローズ８００ａの一端が結合器８１０に接続し、第二のベローズ８００ｂの一端が、結合器８１０の反対側に接続する。結合器８１０を用いて、任意数のベローズ８００を連結することできる。
【００３７】
結合器８１０の側面図が、図８Ｂに示されている。通常、結合器８１０は、中央開口部又は通路８２０を有し、管８３０が該通路を通過できるように構成されている。この管８３０は、流体密封及び気密なシールを形成するように、通路８２０に適合される。特定の実施形態では、結合器８１０はまた、多くの追加的な開口部又は通路８２２を有する。これらの通路８２２は、好ましくは、ベローズ８１０の内部容積８２５と連通している。従って、２つ以上のベローズ８００が結合器を用いて連結される場合、全ての結合器上の追加的な開口部８２２の存在によって、全てのベローズの内部容積８２５が連通する。
【００３８】
図８Ｃは、２つの結合器８１０及び管８３０を有するベローズ８００の断面図を示している。一実施形態では、管８３０を介して、流体がその源点から終端まで供給される。流体の帰還経路は、結合器８１０内の追加的な通路８２２を介しており、ベローズの内部容積は、終端から戻ってくる流体で満たされる。
【００３９】
ベローズの構成は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、真空環境内の移動可能な終端へ流体を供給するために用いることができる。一実施形態では、流体は、非加圧環境２７８で供給される。管８３０及び結合器８１０ａの一部は、真空環境２７０を画定する壁２７５を通過する。シーリング要素は、結合器８１０と壁２７５の間の流体密封及び気密なシールを保証するために用いられる。流体は管８３０を通過し、真空環境２７０へ入り、最終的に、ワークピースサポート（図示せず）に到達する。ワークピースがさらに壁２７５から移動するに伴って、管８３０は、図９Ｂに最も良く示されるように、真空環境２７０へ引き込まれる。ワークピースサポートが壁２７５の方へ移動するに伴って、管８３０は、図９Ａに示すように、非加圧環境２７８へさらに延びる。管８３０の末端近くに位置する結合器は、ワークピースサポートに対しても取り付けられ、これによって、管８３０の移動に追従する。しかしながら、ベローズ８００は真空環境２７０内で終端しているので、ワークピースサポート（図示せず）が壁２７５と関連して移動するに伴って、ベローズは強制的に延ばされ、圧縮される。図９Ａは、最大限に圧縮されたベローズを示し、一方、図９Ｂは、最大限に延ばされたベローズを示す。上述の通り、流体の帰還経路は、ベローズ８００の内部容積８２５を経由している。流体は、その後、結合器８１０又は壁２７５自体の別個の導管を経て、壁２７５を通過する。
【００４０】
図１０は、図８及び図９のベローズシステムを用いたプロセスチャンバのレイアウトの正面図を示す。図の実施形態では、一つ以上のベローズ８００が、結合器８１０を用いて結合されている。ベローズは、一端が好ましくはチャンバの壁２７５に対して押圧されて、真空環境２７０内に位置付けられる。この実施形態では、ベローズ８００の反対側端は、ワークピースサポート３５０に取り付けられる。中心の管８３０は、真空環境２７０の外側で延びる末端によって、ワークピースサポート３５０の可動部分３４３と連通している。最も低い結合器８１０ａは、ワークピースサポート３５０と連通しており、流体密封及び気密なシールを形成するためにシールされている。図３とともに説明したように、ワークピースサポート及びプラテン３００は、上下（垂直）方向に移動する。チャンバ壁２７５及び可動部分３４３に拘束されているベローズは、この移動に応じて、圧縮し、伸長する。可動部分３４３が上方へ移動するに伴い、中心の管８３０は、非真空環境へ、単にさらに延びる。この構成においては、結合器８１０と管８３０の間に、流体密封及び気密なシールが存在する。従って、前の実施形態とともに記載した差動ポンプは、必要ない。
【００４１】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、ベローズを利用する第二の実施形態を示す。この実施形態では、最も低い結合器８１０ａは、可動部分３４３と直接接触していない。寧ろ、管８３５が、最も低い結合器８１０ａを可動部分３４３に接続している。この管８３５は、中心の管８３０よりも非常に短い。この実施形態では、ベローズ８００は、チャンバ壁２７５と管８３５の端の間で制限される。従って、可動部分３４３が移動するに伴って、管８３５が移動する。この動きは、ベローズを、必要に応じて伸び縮みさせる。
【００４２】
ウェハが走査されるに伴って、ワークピースサポート３５０は垂直方向に移動する。図１１Ａに示すように、プラテンがその最下位点に到着する場合、ベローズ８００は最大限に伸ばされる。ベローズアセンブリの近接端は、好ましくは、流体密封及び気密なシールによって、チャンバの壁２７５に連通する。従って、プラテンが下方へ移動するに伴って、ベローズアセンブリは伸ばされる。中心の管８３０は可動部分３４３に従って移動し、従って、この位置では、管は大部分が真空環境２７０内に存在する。
【００４３】
図１１Ｂに示すように、プラテンが上方へ移動する場合、ベローズ８００は圧縮し始め、中心の管８３０は真空チャンバ２７０のさらに外へ延在する。
【００４４】
図１１Ｃに示すように、プラテンが最も高い位置に到着する場合、中心の管８３０は真空環境２７０の外へ最大限に延ばされ、ベローズは最大限に圧縮される。
【００４５】
図１１に示されるシーケンスでは、可動部分３４３をベローズ８１０に接続するために管８３５を利用しているが、その説明は、ベローズが可動部分３４３と直接接触する、図１０で示した実施形態を同様に適用することができる。
【００４６】
プラテンに対する、一つは供給のための一つは帰還のための、２本の流体経路が通常であるが、他の実施形態が可能であることに留意する必要がある。例えば、幾つかの適用例においては、真空環境へ裏面ガスを供給する必要があってもよい。裏面ガスは、ウェハとプラテンの間に注入されるガスのことである。このガスは、ウェハから取り除くべき熱のための冷却経路内に存在する。本明細書で開示している機構を用いて、このガスを提供することができる。例えば、図１２は、２つのベローズアセンブリ９００ａ、９００ｂを利用した実施形態を示す。第一のベローズアセンブリ９００ａは、上記の通り、流体をプラテンへ供給するために用いることができる。第二のベローズアセンブリは、第二の流体をワークピースサポートへ供給するために用いることができる。ある実施形態では、この流体は、上述の裏面ガスである。他の実施形態では、この流体は、プラテンに通される第二の流体とすることができる。例えば、注入工程において、イオン注入の一部が第一の温度で行われ、注入のもう一部が第二の温度で行われ、これらの温度のうちの一方が極低温であることが必要であると仮定する。第一のベローズアセンブリ９００ａは、液体窒素（又は他の低温液体）の供給及び帰還経路を提供することができる。イオン注入が低温で行われる間、この経路は使用可能である。第二のベローズアセンブリ９００ｂは、第二の流体（例えば水又はＣＤＡ）を供給するために用いられ、注入が高温で行われる間に用いられる。例えばワークピースサポート３５０内では、適切な流体経路とするために、バルブを用いることができる。極低温の流体の送達が予想されるが、本発明の開示の要件ではない。例えば、どちらも極低温でない２つの異なる温度範囲に対して、２つの流体を用いることができる。
【００４７】
前述までの図は、一次元の軸方向移動を提供する流体送達機構を示している。これらの機構のいくつかを結合することによって、図１３に示すように、２本の軸に沿った移動を達成することができる。図１３は、２つの流体送達機構９５０ａ、９５０ｂを有する真空チャンバ２７０を示す。各々は、上述の実施形態のどちらであってもよく、又は同じ機能性を有する他の実施形態の機構であってもよい。上述の通り、第一の流体送達機構９５０ａは、部分的に真空環境２７０内に位置している。しかしながら、ワークピースサポートに接続する替わりに、第一の流体送達機構９５０ａは、異なる方向に向けられた第二の流体送達機構９５０ｂに接続される。図１３に示す実施形態では、２つの流体送達機構は、相互に垂直に向けられているが、これは要件ではない。この実施形態では、前述の実施形態のように、プラテンは垂直に移動することができる。しかしながら、プラテンは水平に移動することもでき、その結果、ｘ−ｙ平面の所望の移動をすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
0005520307.tif 000004
【図３Ｂ】
0005520307.tif 000005
【図３Ｃ】
0005520307.tif 000006
【図４】
0005520307.tif 000007
【図５Ａ】
0005520307.tif 000008
【図５Ｂ】
0005520307.tif 000009
【図６Ａ】
0005520307.tif 000010
【図６Ｂ】
0005520307.tif 000011
【図６Ｃ】
0005520307.tif 000012
【図７】
0005520307.tif 000013
【図８Ａ】
0005520307.tif 000014
【図８Ｂ】
0005520307.tif 000015
【図８Ｃ】
0005520307.tif 000016
【図９Ａ】
0005520307.tif 000017
【図９Ｂ】
0005520307.tif 000018
【図１０】
0005520307.tif 000019
【図１１Ａ】
0005520307.tif 000020
【図１１Ｂ】
0005520307.tif 000021
【図１１Ｃ】
0005520307.tif 000022
【図１２】
0005520307.tif 000023
【図１３】
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