(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸の周りを回転する走査アームと、上記走査アームに対して捩れモータを介して回転可能に接続された、ワークピースを保持する末端効果器とを備え、
上記末端効果器は、上記第１軸に対して所定距離を隔てて配置された第２軸の周りを回転するように形成され、
上記第２軸は、当該第２軸および上記捩れモータに対応する軸受機構およびシール機構を有しているイオン注入システムにおける上記軸受機構および上記シール機構の少なくとも一方を加熱する方法であって、
上記捩れモータを始動させる工程と、
所定の回転角度毎、あるいは上記捩れモータが上記末端効果器を上記第２軸の周りに回転させる構成である場合に当該捩れモータの障害が生じたときに上記捩れモータの回転方向を反転させる工程と、
上記末端効果器の上記第２軸の周りの回転が適切であるか否かを判断する工程と、
上記末端効果器の回転が不適切であると判断した場合に、上記走査アームに上記第１軸周りの往復運動をさせることにより、上記末端効果器の慣性力によって当該末端効果器を上記第２軸の周りに回転させる工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
１または複数の上記軸受機構および上記シール機構が、磁性流体を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定の回転角度毎に捩れモータの回転方向を反転させる上記工程は、上記所定の回転角度を順次増加させる処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記末端効果器の回転量が所定回転量である場合に、上記末端効果器の上記第２軸の周りの回転は適切であると判断することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記所定回転量は、上記第２軸の周りの約３０度の回転量であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記走査アームの上記第１軸周りの往復運動をイオン注入が行われていない期間中に行うことにより、上記軸受機構および／または上記シール機構の粘度を低く維持することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１軸の周りを回転する走査アームと、上記走査アームにおける上記第１軸から所定距離隔てた位置に回転可能に接続された末端効果器とを備え、
上記末端効果器は、上記ワークピースを保持するように形成されており、かつ第２軸の周りを回転するように形成されており、
上記末端効果器の上記第２軸の周りの回転に関連する１または複数の軸受機構およびシール機構が冷却されることにより上記末端効果器の上記第２軸の周りの回転能力が低下するように上記末端効果器を冷却するワークピース走査システムを有する被冷却イオン注入システムにおける上記軸受機構および上記シール機構の少なくとも一方を加熱する方法であって、
イオンビームを供給するイオン注入システムを配置する工程と、
ワークピースが上記イオンビームを通過するように上記ワークピース走査システムを配置する工程と、
上記末端効果器の慣性力によって上記末端効果器が上記第２軸の周りを回転するように上記走査アームを上記第１軸の周りに回転させる工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
１または複数の上記軸受機構および上記シール機構は、磁性流体を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
イオン注入システムで用いられるワークピース走査システムであって、
第１軸の周りを回転するように形成された走査アームと、
上記第１軸に対して所定距離を隔てて配置された第２軸の周りを回転可能なように上記走査アームに接続されており、かつ保持板を有しており、かつワークピースを保持する末端効果器と、
上記第２軸に沿って配置された、上記末端効果器を上記走査アームに対して回転可能に接続する軸受機構と、
上記第２軸に沿って配置された、外部環境と１または複数の上記走査アームおよび上記末端効果器の内部領域に関連する内部環境との間に圧力障壁を形成するシール機構と、
捩れモータからの障害の有無を示す帰還信号および上記第２軸の周りの所定の回転角度に基づいて上記末端効果器を上記第２軸の周りに正方向および逆方向に選択的に回転させ、かつ、上記捩れモータからの障害の有無を示す帰還信号および／または上記イオン注入システムの状態に基づいて上記走査アームに上記第１軸周りの往復運動をさせる制御部とを備え、
上記走査アームの上記往復運動によって上記末端効果器に生じる慣性力により上記末端効果器が上記第２軸の周りを回転することを特徴とするワークピース走査システム。
【請求項１０】
上記軸受機構および上記シール機構の近傍に配置された加熱機構を備え、
上記加熱機構は、上記軸受機構および上記シール機構に所定の熱量を供給することにより、上記末端効果器の上記第２軸の周りの回転能力を向上させることを特徴とする請求項９に記載のワークピース走査システム。
【請求項１１】
上記シール機構は、上記外部環境と上記内部環境との間を回転可能に気密シールするように形成された回転式磁性流体シール機構を備えていることを特徴とする請求項９に記載のワークピース走査システム。
【請求項１２】
上記回転式磁性流体シール機構は、
被冷却末端効果器に対して回転可能に接続された、上記第２軸の周りに回転するロータと、
上記第２軸に沿って配置された、上記ロータを回転させるステータと、
上記ロータと上記ステータとの間の環状領域に配置された磁性流体とを備えていることを特徴とする請求項１１に記載のワークピース走査システム。
【請求項１３】
上記末端効果器は、ワークピースの被保持面を静電的に保持し、ワークピースを冷却するための被冷却静電チャックを備えていることを特徴とする請求項９に記載のワークピース走査システム。
【請求項１４】
イオンビームを横切るようにワークピースを移動させる走査アームと、
上記走査アームに対して捩れ軸の周りを回転可能に接続された、ワークピースを保持する末端効果器と、
上記捩れ軸に沿って配置された、上記末端効果器を上記走査アームに対して回転可能に接続する軸受機構と、
上記捩れ軸に沿って配置された、外部環境と１または複数の上記走査アームおよび上記末端効果器の内部領域に関連する内部環境との間に圧力障壁を形成するシール機構と、
上記捩れ軸の選択的な回転を介して上記軸受機構および上記シール機構に所定の熱量を供給することにより、上記末端効果器の上記捩れ軸の周りの回転性を増加させる制御部とを備えており、
上記シール機構は、上記外部環境と上記内部環境との間を回転可能に気密シールするように形成された回転式磁性流体シール機構を備えており、
上記回転式磁性流体シール機構は、
上記末端効果器に対して回転可能に接続された、上記捩れ軸の周りに回転するロータと、上記捩れ軸に沿って配置された、上記ロータを回転させるステータとを有する捩れモータと、
上記ロータと上記ステータとの間の環状領域に配置された磁性流体とを備えており、
上記制御部は、
捩れモータからの帰還信号および上記末端効果器の上記捩れ軸の周りの所定の回転角度の少なくとも一部に基づいて上記末端効果器を上記捩れ軸の周りに正方向および逆方向に選択的に回転させ、かつ、
上記捩れモータからの帰還信号および／またはイオン注入の状態の少なくとも一部に基づいて上記走査アームを走査軸方向に往復運動させ、上記往復運動によって生じる上記末端効果器の慣性力により上記末端効果器を上記捩れ軸の周りに回転させることを特徴とするイオン注入ワークピース走査システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、米国仮特許出願である「低温イオン注入装置の捩れ軸を加熱するための効率的なアルゴリズム（EFFECTIVE ALGORITHM FOR WARMING A TWIST AXIS FOR COLD ION IMPLANTATIONS）、出願番号61/351,607、出願日2010年6月4日」に基づく優先権を主張するものであり、その記載内容は全て本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、概略的にはイオン注入システムに関するものであり、より詳細には１または複数の被冷却部材を有するイオン注入システムにおいて用いられる捩れ軸のシール機構および／または軸受機構を加熱するための技術に関するものである。
【０００３】
〔背景技術〕
半導体装置等の製造において、ドーパント剤をワークピース（例えば、半導体ウェハ、表示パネル、ガラス基板など）に注入するためにイオン注入システムが用いられている。これらのイオン注入システムは、一般に、イオン注入装置と呼ばれている。
【０００４】
特別な対策を施していない場合、イオン注入工程でワークピースに帯電されたイオンを衝突させることによって熱エネルギが蓄積される。この熱により、ワークピースに湾曲や割れが生じ、利用できないワークピース（あるいは価値が著しく低下したワークピース）が生じる場合がある。
【０００５】
また、ワークピースが利用できないものにならないとしても、望ましくない加熱により、注入されるイオンの量が要求されている注入量と異なってしまい、要求されている機能が得られない場合がある。例えば、ワークピースの外表面の直下の非常に薄い領域に１×１０１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のイオンを注入することが要求されている場合、望ましくない加熱により注入したイオンが上記の非常に薄い領域の外部に拡散し、実際に達成される注入量が１×１０１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ３未満になる場合がある。実際、上記の望ましくない加熱により、注入された電荷が要求されている領域よりも広い領域に広がってしまい、その結果、有効な注入量が要求されている注入量よりも低下してしまう場合がある。また、その他にも好ましくない影響が起こり得る。
【０００６】
また、先進のＣＭＯＳ集積回路装置の製造において極浅接合構造を可能にするシリコンウェハ表面の好適な非晶質化を可能にするために、環境温度下で注入を行うことが好ましい場合がある。
【０００７】
これらの理由およびその他の理由から、静電チャックを非常に低い温度に冷却するための冷却システムが開発されてきた。プラズマ装置中で用いられる冷却システムなどの複数種類の冷却システムが知られているが、ワークピース近傍の部材の機械的密度により、蒸気冷却システムをイオン注入装置に組み込むことは極めて困難である。例えば、イオン注入装置における静電チャックは、プラズマ処理装置で用いられている静電チャックよりもかなり複雑である。本願発明者らは、注入処理中にワークピースの望まれない加熱を低減することのできる、静電チャックの冷却技術および冷却システムを開発した。静電チャックの冷却のための他の方法として、注入のために要求される温度あるいはそれよりも少し低い温度に冷却された流体を、当該静電チャックを通して循環させる方法が挙げられる。
【０００８】
〔発明の概要〕
本願発明者らは、静電チャックの回転あるいは捩りを行うと、シール機構および／または軸受機構が冷却されることによって流体の粘度が増大してしまい、静電チャックの冷却に悪影響を及ぼすことを発見した。そこで、本明細書では、イオン注入システムにおける被冷却部材内のシール機構および／または軸受機構を、当該シール機構および／または軸受機構に要求されている回転性能を維持できるように加熱する方法を提案する。
【０００９】
すなわち、本発明は、半導体処理システムにおけるシール機構および／または軸受機構の加熱を行う方法、システム、および装置を提供することにより、従来技術の問題点を克服する。以下、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を可能にするために、発明の概略について説明する。なお、この発明の概要は、本発明の外縁を規定するものではない。また、この発明の概要は、本発明の重要部材や必須部材を規定するものではなく、本発明の範囲を規定するものでもない。この発明の概要は、後述する詳細な説明に先立って、本発明のいくつかの概念を単純化した形で提供することを目的としている。
【００１０】
本発明は、概略的にはイオン注入システムにおけるシール機構および／または軸受機構を加熱するための方法に関するものであり、例えばイオン注入ワークピース走査システムにおけるシール機構および／または軸受機構を加熱するためシステムに関するものである。上記イオン注入ワークピース走査システムは、例えば、第１軸の周りを回転するように備えられた走査アームと、上記走査アームに回転可能に接続された、ワークピースを選択的に保持する末端効果器とを備えている。上記末端効果器は、低温イオン注入を可能にするために冷却されるものであってもよい。上記末端効果器は、第１軸に対して所定距離を隔てた位置に位置する第２軸（捩れ軸）の周りを回転するように形成されており、静電チャック等の締付板を備えている。上記締付板を冷却するための１または複数の冷却機構を備えていてもよい。
【００１１】
軸受機構は、上記第２軸に沿って配置されており、上記末端効果器を上記走査アームに回転可能に接続している。また、シール機構は、一般に、外部環境と１または複数の走査アームおよび末端効果器の内部領域に対応する内部環境との間の圧力障壁を提供する。１または複数の上記軸受機構および上記シール機構は、磁性流体シールからなるものであってもよい。加熱機構は、上記軸受機構および上記シール機構の近傍に配置され、上記軸受機構および上記シール機構に対して所定量の熱を選択的に供給するように形成されており、それによって流体の粘度を低下させて末端効果器の第２軸周りの回転性を向上させる。
【００１２】
上記方法は、末端効果器とスイングアーム（走査アームともいう）とを回転可能に接続している１または複数の捩りモータによって末端効果器を第２軸の周りに正方向および逆方向に回転させる工程を含む。この工程により、末端効果器および走査アームの回転に関連する慣性力によって末端効果器にトルクが付与される。
【００１３】
本発明は、上記目的および関連する目的を達成するために、後述する特徴点および請求項に示す特徴点を含む。後述する説明および添付図面は、本発明の実施例の詳細を示すものである。ただし、それらの実施例は、本発明の原理を実現するための多様な方法のうちの一部にすぎない。本発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、図面と共に示した後述する本発明の詳細な説明により明らかになるであろう。
【００１４】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、イオン注入システムの一例を示すブロック図である。
【００１５】
図２は、本発明の一態様にかかるワークピース走査システムの一例を示す図である。
【００１６】
図３は、本発明の他の態様にかかる走査アームの端部の断面図である。
【００１７】
図４は、本発明のさらに他の態様にかかる末端効果器の部分断面図である。
【００１８】
図５は、本発明のさらに他の態様にかかるシール部および／または軸受部の加熱方法を示す図である。
【００１９】
〔詳細な説明〕
本願発明者らは、注入処理中にワークピースに生じる望まれない加熱を低減することができる、イオン注入システムの静電チャックを冷却するための技術およびシステムを開発した。そのような装置の１つは、米国特許出願である「イオン注入装置のための蒸気圧縮冷却チャック（VAPOR COMPRESSION REFRIDGERATION CHUCK FOR ION IMPLANTER）、出願番号12/725,508、出願日2010年5月3日」に開示されており、その記載内容は全て本明細書に組み込まれる。静電チャックの冷却のための他の方法として、注入のために要求される温度あるいはそれよりも少し低い温度に冷却された流体を、当該静電チャックを通して循環させる方法が挙げられる。しかしながら、本願発明者らは、静電チャックの冷却中に、当該静電チャック内のシール機構および／または軸受機構が冷却されてしまうと、それら各機構中の流体の粘度が増大し、静電チャックの回転や捩れが阻害されてしまう場合があることを発見した。
【００２０】
本発明は、概略的にはイオン注入システムに関するものであり、より具体的には走査アーム上の軸周りに回転するように形成された末端効果器のシール機構および軸受機構などの回転面を温めたり加熱したりするためのシステム、装置、および方法に関するものである。
【００２１】
上記加熱は、低温イオン注入を行うイオン注入システムに特に好適であるが、低温イオン注入を行うイオン注入システムではなくても同様に適用できる。本発明について、図面を参照しながら説明する。各図面においては、同様の部材には同じ符号を付している。なお、各実施例に関する説明は単に例示にすぎず、それらは限定的な意味に解釈されるべきではない。以下の説明では、本発明を理解しやすいように、多数の具体的な実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明はそれらの実施例以外の方法でも実施可能であることは当業者に明らかであろう。
【００２２】
本発明は、環境温度より低い温度で動作するように形成されたイオン注入装置において発生する、可動部材が凍りついたり、故障したり、適切な動作を行えなくなったりするといった様々な問題を解決するためになされたものである。具体的には、磁性流体、油、炭化水素、フッ化炭素、あるいはその他のタイプの潤滑剤を有する軸受機構およびシール機構は、それらが冷却されることによる粘度の増大に打ち勝つために大きなトルクを必要とする。本発明では、摩擦を利用してシール機構あるいは軸受機構を温かく保つことによってこれらの問題を解消する。
【００２３】
図１は、本発明の一態様にかかるイオン注入システム１００を示している。このイオン注入システム１００は、ワークピース１０２（例えば半導体基板あるいはウェハ）をイオンビーム１０４に対して相対的に移動可能であり、このイオンビーム１０４によって当該ワークピースにイオンを注入するようになっている。上述したように、本発明は、多様なタイプのイオン注入装置（図１に示したシステム１００を含む。ただし、このシステム１００に限定されない。）に応じて様々な態様で実装できる。イオン注入システム１００は、端部１０６、ビームライン機構１０８、および終端部１１０を備えている。また、終端部１１０は、ワークピース位置１１４に配置されたワークピース１０２にイオンビーム１０４を照射する処理が行われる処理室１１２を備えている。端部１０６内に配置されたイオン供給源１１６は、電源１１８から供給される電力によって抽出したイオンビーム１２０をビームライン機構１０８に供給する。上記イオン供給源は供給源室からイオンを抽出し、抽出したイオンをビームライン機構１０８に向けて出力するための１または複数の抽出電極１２２を備えている。
【００２４】
ビームライン機構１０８は、例えば、イオン供給源１１６に近接して配置された入口部１２６と終端部１１０に近接して配置された出口部１２８とを有するビームガイド１２４を備えている。ビームガイド１２４は、例えば、抽出されたイオンビーム１２０を受け取り、適切なエネルギ質量比を有するイオンあるいはエネルギ質量比が適切な範囲内であるイオンのみを通過させて分離開口１３２を介してワークピース１０２に出射させるための双極性磁界を生成する質量分析器１３０（例えば質量分析磁石）を備えている。質量分析器１３０を通過して分離開口１３２から出射されたイオンは、質量分析された、要求されているエネルギ質量比あるいは要求されているエネルギ質量比の範囲内のイオンを有するイオンビーム１３４を規定する。イオンビームがビーム経路１３６に沿ってワークピース１０２に移動するときにイオンビームを維持および規定するための、ビームライン機構１０８に関連付けられた様々なビーム形成構造およびビーム整形構造（いずれも図示せず）を備えていてもよい。
【００２５】
一実施例では、終端部１１０に関連するワークピース走査システム１３８を介して所望のイオンビーム１３４がワークピース１０２に向けられる。図１に示した終端部１１０は、例えば、ワークピース走査システム１３８を介してワークピース１０２（例えば半導体ウェハ、表示パネル、あるいは他のワークピース）がビーム経路１３６を１または複数方向に機械的に移動するようにワークピース１０２を移動させることにより排出処理室１１２内でワークピースの機械的走査を行う連続型の終端部であってもよい。本発明の一態様にかかる実施例では、一般に、イオン注入システム１００は移動しない所望のイオンビーム１３４（例えば局所ビームあるいは束状ビームとも呼ばれる）を提供し、ワークピース走査システム１３８は移動しないイオンビームに対して２つの直交する方向にワークピース１０２を移動させる。しかしながら、上記構成に代えて、複数のワークピース１０２を同時に走査するバッチタイプあるいは他のタイプの終端部を用いてもよく、そのような終端部を用いる構成も本発明の態様に含まれる。
【００２６】
他の実施例として、上記システム１００が、ワークピース１０２に関連する１または複数の走査面に沿ってイオンビーム１０４を走査するように動作可能な静電ビーム走査システム（図示せず）を有していてもよい。すなわち、イオンビーム１０４を走査する構成であっても走査しない構成であっても本発明の範疇に含まれる。本発明の一実施例では、図１のワークピース走査システム１３８は、イオンビーム１０４に対してワークピース１０２を往復方向に走査するための走査アーム１４０を備えている。上記イオン注入システム１００は、例えば、制御部１５０を備えており、イオン注入システムおよびワークピース走査システム１３８は当該制御部１５０を介して制御される。
【００２７】
図２は、本発明の他の実施例に関連する、第１軸２０４の周りを回転するように形成された走査アーム２０２を備えたイオン注入ワークピース走査システム２００を示している。上記走査システム２００は、走査アーム２０２の端部２０８に回転可能に接続され、ワークピースを選択的に保持するように形成された被冷却末端効果器２０６を備えている。被冷却末端効果器２０６は、第２軸２１０（捩れ軸とも言う）の周りを回転可能に形成されている。第１軸２０４と第２軸２１０とは、所定距離を隔てた位置に配置されている。被冷却末端効果器２０６は、保持板２１２（静電チャックとも呼ばれる）と、上記保持板を冷却するための１または複数の冷却機構２１４とを備えている。
【００２８】
図２に示したイオン注入ワークピース走査システム２００、すなわち図１に示したワークピース１０２がイオンビーム１０４を横切るようにワークピース１０２を移動させる、第１軸２０４の周りを回転するように形成された典型的な走査アーム２０２を備えた走査システムに関連付けて本発明を説明する。ただし、本発明は、ワークピースがイオンビームを横切るようにワークピースを横方向および／または弓形に移動させるイオン注入ワークピース走査システムであれば適用でき、それら全ての走査システムは本発明の態様に含まれる。走査アーム２０２および被冷却末端効果器２０６の典型例は、ＵＳ特許公報である「イオン注入システムのためのワークピース処理走査アーム（Workpiece Handling Scan Arm for Ion Implantation System）、番号7,560,705」、および米国特許出願である「イオン注入のための蒸気圧縮冷却チャック、出願番号12/725,508」に開示されており、それらの記載内容は全て本明細書に組み込まれる。
【００２９】
図３は、図２に示した走査アーム２０２の端部２０８の拡大図であり、本実施例の様々な特徴点を詳細に示した図である。例えば、走査アーム２０２は、保持板２１２（例えば静電チャック２１３）の冷却と当該保持板の第２軸２１０周りの選択的な回転とを行うための捩れ頭部２１６を備えている。捩れ頭部２１６は、例えば、走査アーム２０２に対して固定された筐体部２１８を備えている。また、走査アーム２０２は、例えば、末端効果器２０６を捩れ頭部２１６の回転軸２２２に動作可能に接続されたくさび台２２０を備えている。回転軸２２２は、捩れ頭部２１６の筐体部２１８に対して第２軸２０８の周りを回転するように動作可能であり、それにより、くさび台２２０およびそれに対応する保持板２１２が回転する。
【００３０】
一実施例において、図２に示したように、イオン注入期間中に図１に示したワークピース１０２を適切に配置するために、末端効果器２０６の第２軸２１０の周りの正方向２２４および逆方向２２６への回転が行われる。捩れ軸２１０の周りの第１回転方向２２４および第２回転方向２２６への回転により、例えば、図１に示した入射イオンビーム１３４に対する捩れ角でワークピース１０２中にイオンが注入される。
【００３１】
図４は、本発明の他の実施例を示すものであり、図３に示した捩れ頭部の変形例にかかる捩れ頭部３０２の一部３００を示している。なお、図４では、保持板２１２およびくさび台２２０等の複数の部材の記載を簡略化のために省略している。図４に示したように、末端効果器２０６を図３に示した走査アーム２０２に回転可能に接続するための軸受機構３１４が第２軸２１０に沿う位置に配置されている。軸受機構３１４は、例えば、当該軸受の低摩擦の潤滑を維持するために潤滑油および／または潤滑剤が内部に注入された軸受保持部３１５によって保持されたころ軸受を備えている。また、図４に示したように、処理室（例えば図１の処理室１１２）の内部環境３１８と１または複数の走査アーム２０２および図３に示した末端効果器２０６の内部領域に対応する外部環境３２０（例えば大気）との間の圧力障壁を提供するシール機構３１６が第２軸２１０に沿う位置に配置されている。
【００３２】
図４に示したシール機構３１６は、例えば、外部環境３２０と内部環境３１８との間を回転可能に気密シールするように形成された回転式磁性流体シール機構３２２（磁性シールあるいは磁性流体シールとも言う）を備えている。例えば、回転式磁性流体シール機構３２２は、図４の第２軸２１０の周りを回転可能なように図３の被冷却末端効果器２０６に接続されたロータ３２４を備えている。第２軸２１０に沿う位置には、ロータ３２４を回転させるためのステータ３２６が配置されている。ステータ３２６は、例えば、複数の方位角方向に配置された磁石（図示せず）によってロータを回転させる。また、ロータ３２４とステータ３２８との間には環状領域３３０などの１または複数の経路３２８が形成されており、当該１または複数の経路３２８には例えば磁性流体３３２が注入されている。
【００３３】
したがって、この実施例におけるステータ３２６の磁石は磁性流体３３２を放射状に横断する磁界を生成し、この磁界による磁束は回転式磁性流体シール機構３２２のロータ３２４を通ってステータ３２６の磁石に戻る。磁性流体３３２は、例えば、極めて微細なイオン粒子を含有する油であってもよい。ステータ３２６の磁石は、例えば、磁界中の磁化により磁性流体を放射状に整列させ、シール機構に沿う第２軸２１０に沿った動きに対する大きな抵抗を生成し、それによって強固なシールが形成される。
【００３４】
また、上記の環状領域３３０には、外部環境３２０と内部環境３１８との間で１〜３ｐｓｉの圧力差が保たれた複数の処理室が設けられている。したがって、複数の処理室が設けられる場合、内部環境３１８（例えばシール下側の大気圧部）を外部環境３２０（例えばシール上側の低圧部）から密閉するための十分なシール機構が設けられる。磁界方向が図３の末端効果器２０６の回転方向になっているので、外部環境３２０（例えば大気圧）との間の密閉を維持しつつ、内部環境３１８（例えば低圧部）において最少の回転抵抗で自由に回転させることができる。
【００３５】
しかしながら、図３の被冷却末端効果器２０６の温度の低下により、流体の粘度が増大する。被冷却末端効果器２０６の回転を達成するために、被冷却末端効果器２０６には図４のモータ３３３Ａ，３３Ｂのロータが動作可能に接続されている。モータ３３３には、例えば、当該モータに障害が生じないようにトルク制限が設けられている。このため、被冷却末端効果器２０６の温度が低下するにつれて（例えば図示しない冷却剤を内部に流すことなどにより被冷却末端効果器２０６の温度が低下するにつれて）、シール機構３１６内の磁性流体および／または潤滑流体の粘度が増大し、回転に悪影響を及ぼす。
【００３６】
また、モータ３３３が図２の末端効果器２０６の回転方向を第１回転方向と第２回転方向２２６とに周期的に（例えばイオン注入期間毎に）切り替えて空転させると、磁性流体３３２の磁性粒子が整列して硬化する連鎖効果が生じる（例えばスーパーアライメントとも呼ばれる）。磁性粒子の整列は室温でも生じるが、連鎖効果は磁性流体３３２が低温のときに末端効果器２０６を空転させると特に顕著に生じる。このため、磁性流体３３２の連鎖効果の結果として、低温化による粘度の増大と同様に粘度（例えば、せん断応力あるいは引張応力によって歪んだ磁性流体の抵抗の程度）が増大する。したがって、粘度が増大するにつれて、磁性流体３３２は一般に硬化し、モータ３３３を回転させるのに必要なトルクが増大する。
【００３７】
そこで、本明細書では、磁性シール３２２の内部摩擦（例えば磁性流体３３２自身の内部の摩擦）を用いてシール機構の加熱を行うことにより、磁性流体の粘度の増大を抑制する。例えば、第２軸２１０（捩れ軸）の周りを第１回転方向２２４および／またな第２回転方向２２６に回転する際にモータ３３３を用いて小さな力あるいは急に生じる力を作用させる。例えば、モータ３３３は、第２軸２１０について、初期回転によって大きな回転量の回転が行われないように、第１回転方向２２４および第２回転方向２２６に交互に回転する。例えば、モータ３３３の初期回転によって小さな回転角度（例えば１度）の回転が初めに得られる。制御の観点から、モータ３３３が大きな回転を行えないように、トルク超過エラーを示すようにしてもよい。しかしながら、回転動作を急に反転させることにより（例えば、第１回転方向２２４から第２回転方向２２６への反転、あるいはその逆の反転）、徐々に角度を増大させていくことができる。例えば、第１回転方向２２４に０．１度の第１回転を行い、続いて第２回転方向２２６に０．２度の第２回転を行い、続いて第１回転方向に０．５度の第３回転を行い、というように回転を行う。例えば、回転角度の増大は、モータ３３３がトルク超過になるまで回転する場合のモータ３３３のトルク制限の関数に応じて回転角度を増大させていく。
【００３８】
本発明によれば、第１回転方向２２４および第２回転方向２２６へのモータ３３３の正方向および逆方向への回転により、磁性流体３３２の内部で磁性流体３３２自身の摩擦（例えば、磁性粒子と磁性流体の潤滑油との摩擦など）が生じる。例えば、磁性流体３３２は、図４に示したように、磁性シール３２２内の微小空間３３５に閉じ込められる。したがって、図２に示した末端効果器２０６の第２軸２１０周りの回転によって生じる摩擦により、磁性流体３３２の容量に比して大きな熱が生じる。したがって、図４に示した磁性流体３３２の温度が上昇し、それによって粘度が低下する。上記の動作および粘度の低下により、連鎖効果を防止し、磁性シール３２２をより自由に回転させることができる。最初に正方向および逆方向に０．１度回転（例えば第１回転方向２２４および第２回転方向２２６への交互の回転）させ、回転を徐々に増加させながら正方向および逆方向に所定回数回転させることにより（例えば第２軸２１０周りの１０回〜２０回の反転）、各方向について３０度〜４０度の回転を実現することができる。したがって、回転による摩擦によって磁性流体３３２を非常に効率的に温めることができる。本発明において、イオン注入システムに備えられる磁性シールに関連するモータは、磁性シールの正方向および逆方向への回転を段階的に増加させることができるものであればどのようなモータであってもよく、それらのモータを使用する方法および／または装置は本願発明の概念に含まれる。
【００３９】
本発明のさらに他の実施例では、図２の走査アーム２０２を用いて末端効果器２０６を回転させる。イオン注入に用いる場合、スイングアームモータ３３６を第１軸周りに正方向３３８および逆方向３４０に回転させることにより、走査アーム２０２を第１軸２０４の周りに振り子のようにスイングさせる。例えば、モータ３３３にエネルギが付与されていない場合、末端効果器２０６は運動学的に自由に回転する。したがって、走査アーム２０２が第１軸２０４の周りを回転する際、末端端末機２０６は、当該末端端末機２０６の慣性力により参照符号３４２で示される地面等に対して一定速度で回転し続ける。例えば、走査アーム２０２と末端効果器２０６とが鉛直方向に配置されており（例えば、第１軸２０４が０度であり、第２軸２１０が第１軸に対して１８０度であり）、摩擦がない場合、走査アームがＸ度回転すると、末端端末器２０６は、慣性力により、走査アームに対して逆方向にＸ度回転する。これにより、末端効果器の第１軸に対する方位が保たれる。しかしながら、実際には、末端効果器２０６の冷却および／または図４の磁性シール３２２内における連鎖効果の発生により少なくとも一部に摩擦が生じると、磁性シールによって走査アーム２０２に対する末端効果器の回転が停止される。
【００４０】
本発明には、磁性シール３２２における摩擦を用いて磁性流体３３２を温めることにより、粘度を低下させて末端効果器２０６の走査アーム２０２に対する回転を継続させることができるという利点がある。例えば、図２の第１軸２０４に関連する所定のトルク（例えば突然の衝撃）が与えられると、それによって図４の磁性シール３２２および磁性流体３３２に対応するトルクが生じて磁性流体の内部に摩擦が生じ、その結果磁性シールで熱が生じる。例えば、まず、図４のモータ３３３によって図２の第２軸２１０に第１トルクが与えられ、この第１トルクが末端効果器２０６を第２軸周りに回転させるのに不十分である場合、走査アーム２０２に所定のトルクのインパルスが与えられ（第１軸２０４と同様に第２軸にも与えられ）、連鎖効果を防止するために摩擦を増加させるためのトルクが生じ、磁性シール３３２内の温度が上昇し、粘度が低下する（例えば、捩れモータ３３３は粘度の低下によるトルク障害を生じることなく動作し続けることが可能になる）。
【００４１】
例えば、時間の制約がある場合、捩れモータ３３３を用いて図４の磁性シール３２２にトルクを与えることにより、走査アーム２０２の位置に関係なく捩れモータを介して第２軸２１０周りに回転させることができるので、末端効果器２０６の定められた処理量を迅速に実行することができる。しかしながら、上述したように、捩れモータ３３３が粘度および／または磁性シール３２２内の連鎖効果に打ち勝つことができない場合、第２軸２１０（例えば捩れ軸）に好ましいトルクを生成するために走査アーム２０２の回転が実行される。走査アーム２０２の回転は、例えば、一連のイオン注入の開始時に行われる。イオン注入に関連する走査の期間中は、イオン注入に関連した動作により、図４の磁性流体３３２内の粘性を低く維持し、連鎖効果の発生を制限することができる。
【００４２】
末端効果器２０６を非回転にする期間は、磁性流体３３２の粘度が所定期間内に回転を適切に行える粘度になるように決定することが好ましい。上記期間を超えて静止させ続けると、粘度および／または磁性流体３３２の連鎖効果の増大を招いてしまい、その結果、回転を再び可能にするために粘度を低下させるための技術を実行する必要が生じる。
【００４３】
例えば、図１のイオンビーム１３４を調整するとき、あるいは注入の間のアイドリング時に、図４の磁性流体３３２を所定レベルまで冷却する前に所定期間が経過すると、捩れモータ３３３が摩擦および／または連鎖効果に打ち勝てなくなる。このため、走査アーム２０２は、図１のイオンビーム１３４の外部の位置まで移動して第１軸２０４周りに回転する。これにより、上述したように末端効果器２０６が捩れ軸２１０の周りを回転し、磁性流体３３２の粘度を適切な低さに保つことができる。例えば、上記の所定期間を注入が実行される温度に応じて決定してもよい。
【００４４】
他の実施例では、図４に示したように、軸受機構３１４およびシール機構３１６の近傍に加熱機構３４４が配置される。この加熱機構は、潤滑流体の粘度を低減させて図２の被冷却末端効果器２０６の第２軸２１０周りの回転性を向上させるための所定の熱量を軸受機構およびシール機構に選択的に供給する。
【００４５】
加熱機構３４４は、例えば、シール機構３１４を局所的に加熱するためのエネルギ（例えば、１００Ｗ〜１２０Ｗ、２００Ｗ以下、あるいは２００Ｗ以上）を供給する構成であってもよい。これにより、潤滑流体（例えば磁性流体３３２）の温度を、モータ３３３の利用可能なトルクによって粘度抵抗に打ち勝つことができる粘度になる温度に維持することができる。軸受機構３１４における潤滑油／潤滑グリースの粘度についても加熱機構３４４によって同様に減少させることができる。加熱機構３３４は、例えば、被冷却末端効果器２０６を局部的に加熱する。加熱機構３３４によって供給される熱量は、潤滑流体の粘度を低くすることができ、かつ保持板２１２（例えば静電チャック２１３）あるいは図１のワークピース１０２を所定の冷却状態に冷却することを阻害しないように制御される。
【００４６】
したがって、図３の保持板２１２に冷却流体を供給／帰還させるために用いられる複数の通路のうちの一部は、非常に低温（例えば−５０℃／−６０℃）で運用される。図４の加熱機構３３４は、磁性シール３２２の位置に対応する領域で適切な熱量（例えば１００Ｗ）を供給するとともに、冷却流体を比較的低温の状態に維持して動作することができる。このように、末端効果器２０６の構造は、磁性流体３３２および軸受領域の加熱を行いつつ、冷却流体を効果的に遮蔽（低温に保つ）することができる。
【００４７】
図５は、捩れ軸を加熱するための本発明のさらに他の態様を示している。なお、本明細書では、一連の動作あるいは出来事の典型例を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、本明細書に示した処理工程の順序を変更したり、本明細書に示した処理工程の一部を並行して行ったりしてもよい。また、本発明の方法は、必ずしも図示された処理工程の全てを実行しなくてもよい。また、本発明の方法は、本明細書に記載あるいは図示されたシステムに関連して実行されてもよく、図示されていないシステムに関連して実行されてもよい。
【００４８】
図５に示したように、方法４００では、まず、捩れモータの動作を開始させる（工程４０２）。上記捩れモータは、例えば、図２の末端効果器２０６を第１回転方向２２４および第２回転方向２２６に回転させるために設けられた１または複数の磁性シール３２２を有する図４の捩れモータ３３３であってもよい。図５に示した方法４００では、捩れモータにトルク超過の障害が生じたか否かが確認される（工程４０４）。末端効果器が回転しているが捩れモータに障害が生じた場合、捩れモータの回転方向を反転させ（工程４０６）、捩れモータの動作が継続される（工程４０２）。工程４０４において末端効果器の回転に障害が生じた場合、末端効果器の回転を適切に行えるか否かが判断される。固定４０８において捩れ軸の回転を適切に行えないと判断した場合、走査アームの第１軸（走査アーム軸ともいう）についての往復運動が開始される（工程４１０）。走査アームの往復運動により、上述したように末端効果器が動かされ、末端効果器の慣性力によって少なくとも一部が捩れ軸（第２軸）を軸として捩れる。その後、再び末端効果器の捩れ軸を軸とする回転を適切に行えるか否かの判断（工程４０８）が行われる。捩れ軸周りの回転を適切に行えると判断した場合、ワークピースへのイオン注入等の更なる方法をイオン注入システムを用いて実行する。
【００４９】
同様に、工程４０４において捩れモータに障害が生じることなく末端効果器が回転していると判断した場合、工程４０８において回転を適切に行えるか否かを判断する。回転を適切に行えるとは、磁性流体が温かく、末端効果器の捩れ軸についての適切な回転が可能であることを示す。工程４０８において回転を適切に行えると判断した場合、捩れ軸の回転は適切であるとみなされ、イオン注入システムを用いた更なる方法が実行される。
【００５０】
以上のように、本発明は、イオン注入システムにおける被冷却末端効果器の回転に関連する軸受機構およびシール機構のうちの１または複数を加熱するための機構を提供する。本明細書では、特定の好ましい実施例あるいは実施形態について図示あるいは記載しているが、当業者であれば等価な置換や改良が可能であることは本明細書および添付図に基づいて理解できるであろう。上述した様々な機能を実行する各部材（機構、装置、回路など）を示すための用語（「手段」という用語を含む）は、特に言及しない限り、当該部材の機能を実行可能な部材であれば、本発明の実施例で図示した部材と構造的に同一でなくても当該用語に含まれることを意図している。また、本発明の特徴が複数の実施例のうちの１つのみに開示されている場合であっても、当該特徴は他の実施例に示した１または複数の他の特徴と組み合わせ可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】イオン注入システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一態様にかかるワークピース走査システムの一例を示す図である。
【図３】本発明の他の態様にかかる走査アームの端部の断面図である。
【図４】本発明のさらに他の態様にかかる末端効果器の部分断面図である。
【図５】本発明のさらに他の態様にかかるシール部および／または軸受部の加熱方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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